출처: https:tk//uwspace.uwaterloo.ca/bitstream/handle/10012/8455/Adeosun_David.PDF.pdf?%09sequence=5
2. 화재성능 시험방법
샘플은 총 열방출, 최대 열방출율, 연기밀도 및 앞에서 논의된 다른 매개변수와 같은 일반적인 화재성능 매개변수를 결정하기 위해 콘칼로리미터와 연기밀도 챔버에서 시험되었습니다. 화재성능시험 동안 사전에 결정된 시간에, 가스 샘플을 분해/연소의 단계에서 생성가스에 함유된 주요 화합물을 식별하기 위해 온라인 및 오프라인으로 수집 및 분석하였습니다. 성능시험 방법의 각 배치 및 이론은 다음 장에서 설명하고 사용된 샘플링방법과 분석 기술에 대해 자세히 설명합니다.
1) 콘칼로리미터 시험방법(ASTM E 1354)
ASTM E 1354에 규정된 콘칼로리미터 화재성능 시험방법은 환기가 잘되는 조건에서 각 재료의 샘플로부터 화재 행동 및 배출가스 생성을 평가하기 위해 사용했습니다. 이 방법은 벤치 규모에서 수행된 시험을 사용하여 중합체 재료의 전체 규모 연소 행동의 복잡성의 일부를 모방하는 방식으로 물질의 점화 및 연소 특성(즉, 화재성능) 연구를 용이하게 합니다. 따라서 콘칼로리미터는 단지 물질로부터 열방출율을 측정하기 위한 장치가 아닙니다. 이는 재료 및 제품의 연소 화학적 성질의 일부 측면을 특성화하는 중요한 도구가 되었습니다.
콘칼로리미터 시험장치는 국립표준기술원에서 1982년 처음으로 설계되었습니다. 그 이후로 콘칼로리미터는 상업적으로 이용 가능해졌으며, 융통성과 광범위한 사용으로 인기가 높아졌습니다. 아래 그림은 이 연구에 사용된 FTT 콘칼로리미터의 상세한 개략도를 보여줍니다.
[FTT 콘칼로리미터의 디테일(ASTM E 1354)]
팬 및 제어식 배기시스템, 원추형 전기 히터, 로드셀, 전기점화 스파크 플러그, 레이저 연기차단 측정시스템, 가스 분석 및 데이터 수집시스템으로 구성됩니다. 콘 히터는 시험 샘플에 최대 100kW/m²의 균일한 복사 유량을 시험 샘플에 전달하여 주변 조건에서 점화 및 연소되는 증기를 분해 및 형성합니다. 샘플의 질량은 로드셀을 사용하여 테스트 내내 측정되며 샘플의 질량손실 비율은 계산될 수 있습니다. 연소 생성물은 배기시스템에 의해 수집되며, O2, CO 및 CO2의 농도는 CO/CO2 농도를 측정하기 위한 IR 흡수 원리 및 O2 농도를 측정하기 위한 파라마그네틱 가스 센서를 사용하여 실시간 측정됩니다.
작동 절차, 샘플 준비 및 계산은 아래 요약된 주요 정보와 함께 ASTM E 1354 콘칼로리미터를 사용하여 재료의 화재성능 평가를 하기 위한 표준 테스트 방법에 전부 설명되어 있습니다. 추가적인 가스 수집 및 분석 장비로, 구성 측면 및 잠재적으로 화재 가스 및 연기의 독성 또한 결정될 수 있습니다. 샘플링된 가스 화합물의 식별은 현재 연구의 필수적인 부분을 구성하므로, 분석의 해당 부분에 사용된 방법은 다음 장에서 설명됩니다.
배출 가스의 CO, CO2 및 O2 측정값과 덕트 유량에 기초하여 시험 샘플의 HRR은 방정식을 사용하여 결정됩니다. 열방출율은 E의 함수이며, 소비된 산소의 단위 질량 당 연소열(13.1MJ/kg O2로 가정), φ, 식 (8)에 정의된 산소 고갈 계수, me, 오리피스판에서 압력 강하 및 온도로부터 결정된 식 (9)에 정의된 배기 덕트에서 질량 유량 및 c는 오리피스판 보정 상수입니다.
식 (7)에 산소 고갈 계수 φ를 대입하면 CO와 CO2 생성의 상대적 기여도를 HRR 계산에서 설명되는 반면 배기가스의 수증기는 무시합니다. 헬륨–네온 레이저 빔이 배기 덕트를 통과하고 빔의 감쇠가 시간의 함수로 측정되어 연기가 흐려져 테스트 중인 재료의 연기생성 잠재력을 결정합니다. 덕트에서 연기 입자의 농도를 직접 측정하는 소멸 계수 k는 감쇠 데이터에서 다음과 같이 결정됩니다.
소멸 계수 k는 배기 덕트의 직경인 경로 길이 L(m)과 차단된 광선의 강도 lo 및 측정된 광도 l에 따라 달라집니다. 이와 같이 그것은 농도와 빛의 산란과 연기의 흡수 특성에 따라 달라집니다. 콘칼로리미터와 같은 동적 흐름 시스템에서 광학 연기 밀도를 지속적으로 감시하는 선형 유량으로 추출 덕트를 통과할 때 광학 연기 밀도가 연속적으로 측정됩니다. 덕트의 단위 면적을 사용하여, 주변 온도로 보정된 연기 미터[m³/s]에서 연기 체적 유량 v가 계산됩니다. 이들 시험중인 시료의 순간 연료 질량 손실률 me[kg/s]와 결합하여 특정 소멸 면적(SEA)를 얻습니다.
SEA(Special Extinction Area)는 연소 물질의 연기 생성을 평가하기 위해 종종 문헌에 인용된 매개 변수입니다. 이 매개변수의 연기 측정 단위[m²/kg]는 직접적으로 증명할 필요는 없지만, 그림에서 나타난 빛 감쇠의 관점에서 볼수 있습니다. 단지 몇 개의 연기 입자만 보입니다. 연기 입자는 콘칼로리미터의 배기 덕트와 같은 흐름을 가로질러 이동하는 빛의 빔을 가려주는 연소 샘플에서 방출되는 원형 입자로 처리됩니다.
[연기 소멸 지역의 단순화된 모양]
연기 입자가 균일하게 분포되어 있다고 가정할 때, 광선의 감쇠는 시험 샘플의 질량에 의해 정규화된 연기 입자의 전체 유효 단면적의 함수가 됩니다. 또는 SEA는 1kg의 샘플 질량 연소에 의해 발생된 모든 연기 미립자의 투사 면적의 합으로 정의된 불명확한 영역으로 시각화됩니다. 따라서 SEA 단위는 m²/kg으로 표시됩니다.
[준불연 경질우레탄폼단열재의 간이 화재시험(경과 시간에 따른 화염 확산)]
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