난연성 경질우레탄폼의 화재 성능, 연기 발생 및 연소가스 분석(9)

2020년 7월 22일 - 글쓴이: khbkgs1005 - 카테고리: 경질 우레탄폼(준불연) - No responses

출처: https:tk//uwspace.uwaterloo.ca/bitstream/handle/10012/8455/Adeosun_David.PDF.pdf?%09sequence=5

5. 화재성능 특성

상기 논의에서, 화합물의 다른 조합은 연소되는 국부 조건에 따라, 시험을 수행하는 조건에 따라 경질우레탄폼으로부터 생성되는 것은 분명합니다. 재료의 상대적인 화재성능은 재료의 의도적인 적용과 시험에서 요구하는 위치 영역뿐만 아니라 시험 대상 성능 지표에 따라 다양한 시험 방법으로 평가하기 때문에 결과의 잠재적 변동성이 악화됩니다. 이러한 다른 시험 조건은 화재의 초기 성장 단계, 환기되거나 연료가 연소 중 환기가 나쁘거나 또는 화재 쇠퇴기 동안 발생할 수 있는 환경 조건을 거의 유사하게 모방할 수 있습니다.

예를 들어, 콘칼로리미터 시험은 최근 환기가 잘되는 조건에서 지속적으로 발생하는 입사 복사열 흐름을 받는 제품 또는 재료의 잠재적인 화재 위험과 관련된 매개 변수를 측정하는 가장 중요한 도구 중 하나로 인식되었습니다.

주로 환기가 잘되는 조건에서 일전한 입사 복사열 흐름에 노출되는 물질의 열방출률(HRR)을 측정하는 데 사용되며, 따라서 환기가 잘되는 상태에서 화재의 3단계 중 하나에서 발생할 수 있는 환경을 모방하는 데 사용할 수 있습니다. 연소 물질의 HRR은 측정된 산소와 이산화탄소 및 일산화탄소의 농도 및 산소 고갈 칼로리 측정 원리를 사용하여 결정되며, 이는 모든 유기 물질의 연소의 총 열은 재료가 연소 동안 소비되는 산소의 양과 직접적으로 관련되어 있다는 Huggett의 원칙에 근거합니다.

대부분의 탄화수소 물질에서 발출되는 평균 열량은 13.1MJ/kg의 산소 소비량입니다. 광범위한 재료에 대해 5% 이내의 정확한 값으로 오랫동안 실제 적용에 사용되었습니다. 작동 중, 콘칼로리미터는 샘플이 점화 전에 일정한 열 흐름에 노출되고 점화 지점까지 가열하는 동안 산화 열분해 과정을 거치기 때문에 매우 변하기 쉽습니다.

점화 후, 샘플은 연료가 고갈되기 시작할 때까지 통풍이 잘되는 환경에서 연소되며, 그 후 화염 연소과정은 쇠퇴하고 연소/소화 잔류물만 통풍이 잘되는 화재 후 환경과 다소 유사한 방식으로 유지됩니다. 따라서 초기부터 산소소비 방법은 재료 샘플의 소규모시험, 실내 화재시험, 실험실 규모 열방출속도 칼로미터, 대규모 로 칼로리미터 또는 화재 내화로에 조립품의 열방출속도 측정 등 화재성능 시험에 널리 사용되어 왔습니다.

콘칼로리미터 시험과 밀접하게 관련이 있는 것은 명기밀도 챔버 테스트이며, 여기서 재료 또는 제품은 밀폐된 챔버에서 일정한 입사 복사열 흐름에 노출되어 열분해 가스 및 연기가 시간이 지남에 따라 챔버 내에 점차적으로 축적됩니다. 콘칼로리미터와는 대조적으로 연기 밀도 챔버의 테스트 환경은 환기가 잘되지 않는 화재 상황에서 발생할 수 있는 조건을 보다 유사하게 모방합니다. 이것들은 본 연구에서 사용되는 테스트 시스템이기 때문에 뒤에 있는 개념과 그에 의해 측정되는 매개 변수가 아래에서 설명됩니다. 이 연구에서 사용된 실험 시스템의 세부 사항과 그 작동 이론은 각각 ‘화재성능 시험방법’ 절에서 다룹니다.

콘칼로리미터와 연기 밀도 시험 중 하나 또는 줄 다에서 측정된 주요 매개 변수는 열 방출률(HRR), 총 열방출량(THR), 질량 손실률(MLR), 점화시간(tig), 일산화탄소(CO) 및 이산화탄소(CO2) 생산, 특정 소멸 지역(SEA), 연기 독성 지수 및 특정 광학 밀도가 포함됩니다. 이 매개 변수의 측정된 최대 값은 실제 화재 상황에서 발생할 수 있는 최고에서 최악의 성능으로 재료의 세트 순위를 정하는 기준으로 간주되는 경우가 많습니다. 그러나 대형 화재 또는 실제 화재 상황에서 재료 성능을 평가하기 위한 소규모 테스트 결과의 규모 및 추정은 현재까지 과학적으로 예측되지 않습니다. 그럼에도 불구하고, 이 모든 매개 변수는 같이 연구 중인 다양한 경질우레탄폼 화재 성능의 지표를 제공하기 때문에 이 연구에서 중요합니다.

콘칼로리미터에서 측정된 매개 변수 중, 열 방출률(HRR)은 가장 중요한 단일 화재 특성으로 간주됩니다. 결과적으로 측정 및 제어는 화재 연구원들 사이에서 큰 관심을 불러일으켰습니다. 화재의 잠재적인 크기, 화재 성장률, 화재 진압 또는 탈출의 가용 시간, 그리고 어느 정도까지 연기 및 독성 가스의 방출의 지표를 제공하며, 이는 화재 위험을 정의하는 데 사용될 수 있는 HRR과 다른 매개 변수들이 증가함에 따라 증가하도록 제안되었습니다. 열 방출률은 화재의 다른 많은 속성의 원동력 역할을 하기 때문에 일반적으로 화재 위험의 전체적인 측정과 관련됩니다.

입사 흐름에 노출된 후 시간 대 재료의 열방출률의 측정에서 얻어진 세 가지 유용한 측정 방법이 있습니다. 이것은 최대 열방출률, 최대 열방출률에 시간 및 평균 열방출률입니다. 최대 열방출률(pHRR)은 테스트 기간 동안 언제든지 측정되는 최대 열방출률로 정의됩니다. 실제 화재 상황에서 시험에 재료의 관여로 인해 발생할 것으로 예상되는 화재의 예상되는 강도 측정을 제공합니다. 따라서 에너지 출력의 관점에서 pHRR 값이 낮을수록 화재시 물질의 성능이 향상됩니다.

최대 열방출률은 측정된 HRR 곡선에서 점화와 최대 사이의 시간입니다. 그것은 화재성장 속도의 척도를 제공합니다. 또는 관심 물질과 관련된 화재가 가장 격렬한 단계로 얼마나 빨리 발전할 수 있는지의 척도를 제공합니다. 반면에, 평균 열방출률(평균 HRR)은 시험 동안 연소 샘플에 의해 방출되는 열이 전체 기간 동안 열방출률의 전체로 정의됩니다.

점화시간(tig)은 시료가 점화 및 연소하기 전에 또는 파일럿 점화원 유무에 관계없이 일정한 수준의 입사 열량에 노출되는 최소 시간과 관련되기 때문에 재료의 상대적인 가연성을 나타내는 척도와 유사합니다. 예를 들어 폴리우레탄폼 샘플을 발화시키는 데 필요한 시간은 부관된 열흐름, 셀 구조, 화학 성분, 난연성 첨가제의 수준 및 성질과 재료의 기하학적 구성과 같은 몇 가지 주요 요소의 함수입니다. 높은 입사 열량 또는 재료의 낮은 열 관성 또는 약한 화학적 결합은 일반적으로 점화까지 시간이 더 짧아지고, 결과적으로 점화까지 시간이 더 짧다는 관점에서 가연성 위험이 더 커지며 잠재적으로 거주자가 탈출할 수 있는 시간이 줄어들 수 있습니다.

위의 측정의 예를 들어 보면, 아래 그림은 난연과 비난연 2개의 다른 우레탄폼 샘플을 사용하여 실험 연구에서 얻은 HRR 대 시간 곡선의 기록을 보여줍니다. 샘플 a1은 약 6초의 점화 시간으로 비난연입니다. 점화 후 측정된 HRR은 최고 값까지 빠르게 증가하며 시간이 지남에 따라 천천히 쇠퇴됩니다. 난연성 샘플 d3는 점화하는데 74초가 걸렸지만, 일단 발화되면 HRR은 다시 빠르게 성장해 이번에는 샘플 a1보다 높은 최고 값으로 상승했다가 시간이 지나면서 다시 쇠퇴되었습니다. 이 그림은 두 개의 특정 비난연 및 난연 폼 샘플 사이에 점화 시간과 측정된 HRR의 차이를 보여줍니다.

생명 안전 측면에서, 점화 시간이 더 긴 폼은 거주자가 탈출하는 데 더 많은 시간을 허용해야 하지만, 긴 사전 점화 기간 동안 유독가스를 방출할 수 있으며, 그림에서 보여주는 바와 같이 점화 지연은 비난연 물질에 대해 측정된 HRR의 최대 값보다 짧은 시간 동안 지속되지만, 더 높은 최대 열방출률을 발생합니다. 연소 기간 동안 발생하는 HRR의 생성은 평균 HRR을 정의하고 두 종류의 물질의 전체적인 화재 위험 관점으로 표현하는데 도움이 됩니다.