2) 열분해 분포
(1) 이소시아누레이트계 폴리우레탄폼(PIR)
아래 그림은 표면에 보호층을 포함하지 않고(그림B), 10kW/m²에서 시험한 PIRa 실험에 대한 상세한 온도의 시간 이력을 보여줍니다. 상세한 온도는 시험 중에 일련의 시간 간격으로 표시됩니다. (즉, 2.5분 단위로 0~10분, 5분 단위로 10~30분) 수직 오차는 각 열전대 위치에 대해 2회 반복의 표준 편차를 보여줍니다. 수평 오차는 열전대 위치에서 추정 오차를 표시합니다.
[보호층이 없는 10kW/m² A1 및 B1에서 PIRa의 상세 온도. A12 및 B2의 시험 종료 후 중앙.
수평 오차: 열전대 위치에서 ±2mm 추정 오차. 수직 오차: 2회 반복 시험사이의 표준 편차]
상기 그림에서 보여주는 실험 결과는 우수한 반복성을 보여주며, 그림 B에서 제시된 것은 특히 표면 근처의 온도 측정에 있어서 나쁜 반복성을 보여줍니다. 이것은 반복 실험에 대한 불균일한 열전대 위치 결정에 기인하며, 열분해 과정 중 재료의 팽창으로 인해 표면 근처의 측정에 더 큰 영향을 미칩니다.
그림 A는 열분해가 관찰되지 않은 사례 연구를 보여줍니다. 표면에 가까운 위치는 초기 단계(2.5분)에서 최대 123℃±4℃의 준 안정 온도를 달성했습니다. 온도는 내부 위치에 대한 최소 온도 증가속도(〈1℃/분)로 20~25분 후 준 안정 상태를 달성했습니다. 내부 위치와 표면에서의 정상 온도에 대한 더 높은 온도로의 열 기울기의 변위는 뒷면 경계층이 원인입니다. 방열판 역할을 하는 금속판은 열의 파동이 샘플 뒷면에 도달하여 결과적으로 열이 판에 전달되었기 때문에 온도가 천천히 증가했습니다. 그림 A2의 샘플 영역은 폼에서 변색이 발생하지 않았으며, 시험 동안 휘발성 물질의 방출이 관찰되지 않았음을 보여줍니다.
그림 B는 시료 표면에서 열분해가 관찰된 사례를 보여줍니다. 열 기울기는 그림 A에서 나타난 것보다 상당히 컷으며, 이는 열성능에 대한 보호층의 명확한 영향을 나타냅니다. 표면과 가까운 위치는 5분 후 최대값이 323℃±20℃인 준 안정 온도를 달성했으며, 온도는 20분 후에 다시 준 안정 상태에 도달하는 반면, 내부 위치의 온도 증가율(〈1℃/분)은 최소였습니다. 샘플의 3가지 명확한 변색은 샘플 B2에서 확인할 수 있습니다. 변색은 불균일하며, 가장자리 근처보다 중심선 근처의 영역에서 더 높은 열화를 보입니다.
이것은 열전달이 1차원 체제에서 완벽하게 작용하지 않았음을 보여줍니다. 변색이 더 어두운 근처에서 약간의 균열이 관찰될 수 있습니다. 또한 샘플 두께는 최대 10mm까지 증가했습니다. 3~4분 후에 상당한 휘발성 물질의 방출이 관찰되었지만, 실험동안 발화되지 않았습니다. CO2와 CO의 측정은 초기 기준선과 비교하여 눈에 띄는 농도를 나타내지 않았습니다. 따라서 이들은 제시되지 않았으며, 이는 상당한 산화가 생성되지 않았음을 확인해 줍니다.
[보호층 없이 25kW/m² A, B에서 PIRa의 상세한 온도 형상을 얻었습니다. A와 B 시험의 가장자리에 중심부분.
수평 오차: 열전대 위치에서 ±2mm의 추정 오차, 수직 오차: 반복실험 2개 사이의 표준 편차]
또한 상기 그림은 25kW/m²에서 표면에 보호층(A)과 보호층이 없는(B) 시험을 거친 PIRa 실험에 대한 상세한 온도 형상을 보여줍니다. 그림에서 실험 결과는 표면 열전대에서만 뚜렸하게 수직 오차가 양호한 반복성을 보여줍니다. 그러나 그림 B에서 나타난 실험 결과는 오차가 3개의 첫 번째 열전대에서 상당히 큰 경우보다 더 심각한 반복 가능성을 나타냅니다. 이러한 불균일성은 위치 결정에 기인하며, 더 중요한 것은 시료 내에서 균열을 형성하는 분해 공정과 표면 산화 속도가 다르기 때문입니다. 보호층이 있는 시료와 없는 시료의 성능은 상당한 차이가 관찰되었으며, 이는 보호층이 낮은 복사율로 인한 복사 흡수에 미치는 영향과 표면과의 접촉으로부터 공기의 차단으로 인해 가열노출 조건에 대한 표면 산화를 감소시키거나 상쇄하기 때문입니다.
그림 A는 작은 열분해가 관찰된 사례 연구를 보여줍니다. 표면에 가까운 위치는 2.5~5분 후에 최대 252℃±5℃의 준 안정 온도를 달성하였으며, 온도 기울기는 내부 위치에 대해 최소 온도 증가 속도(〈0.5℃/분)와 함께 30분 후 준 안정 상태를 달성했습니다. 그림 A 샘플에서 두 가지 다른 톤의 색상을 관찰할 수 있습니다. 이는 열전달이 1차원 체제로 간주될 수 있음을 나타냅니다. 표면 근처에서 작은 균열이 관찰될 수 있습니다. 호일이 끝나는 표면 가장자리 근처의 어두운 색상은 낮은 냉각으로 인한 가장자리 효과를 나타낼 수 있으므로, 더 높은 온도를 나타냅니다. 이산화탄소와 일산화탄소의 측정은 기준선으로부터 벗어난 농도가 나타나지 않아 산화 현상이 발생하지 않았음을 확인했습니다. 샘플은 최대 3mm까지 팽창한 것으로 보입니다.
그림 B는 심각한 열분해가 관찰된 사례 연구를 보여줍니다. 표면에서 가까운 위치는 7.5분에 591℃±34℃의 최대 온도를 달성했습니다. 후속 시간에 대한 첫 번째 열전대부터 측정의 부족은 주변 재료의 소모로 인해 고체에서 분리를 나타냅니다. 최종 시간 동안 열 기울기는 정상상태가 관찰되지 않았으며, 내부 위치는 9℃/분~10℃/분의 속도로 온도가 증가했습니다.
이러한 빠른 온도 변화율은 표면에서 재료의 소비를 나타내므로 노출된 경계를 더 낮은 위치로 이동시킵니다. 그림 B에 표시된 샘플에서 노란색, 주황색, 갈색 및 검정색(탄화)의 3~4가지 색상이 관찰되었습니다. 원래 재료의 경계면과 변색 사이에 작은 균열이 생기는 반면, 숯 아래의 갈색 영역에서 큰 균열이 관찰될 수 있습니다. 약 15mm의 두께 환원은 표면 산화로 인해 상당한 양의 재료가 소비되었음을 나타냅니다.
아래 그림은 상기 그림(22.5분, 보호층 없이 25kW/m²)에서 제시된 시험에 대해 서로 다른 관점에서 샘플 잔류물을 보여줍니다. 샘플의 표면은 표면 산화에 의해 형성된 구멍을 특징으로하는 복잡한 형태를 나타냅니다. 샘플의 가장자리와 측면의 숯은 매끄러운 형태를 나타내며 산화가 일어나지 않았음을 보여줍니다. 이는 알루미늄 호일을 사용하여 측면을 통한 공기 침투를 방지하여 산화를 상단 표면으로 제한하는 설정과 일치합니다.
[보호층이 없는 25kW/m²에서 22.5분, PIRa 샘플 잔류물]
상기 그림에서와 같이, 다량의 휘발물이 시험 초기부터 방출되었지만, 점화는 일어나지 않았습니다. 사용된 열흐름이 임계 열흐름보다 높았음에도 불구하고 파일럿 스파크는 발생하지 않았습니다. 휘발성 물질의 방출은 1분 후에 감소했습니다.