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내장된 미네랄울 단열재 내구성이 열 및 기계적 성능에 미치는 영향(2)

출처: https://www.researchgate.net/publication/333289790_Effect_of_built-in_mineral_wool_insulations_durability_on_its_thermal_and_mechanical_performance

    시험된 미네랄울 단열재 샘플은 일정한 질량이 될 때까지 측정 전에 냉장고에 보관되었습니다. 온도 챔버를 10로 설정하고 질산 마그네슘 염 용액은 미네랄울 단열재 샘플 외에 밀폐된 공간에서 57%의 상대 습도를 생성했습니다. 따라서 미네랄울 단열재 샘플은 겨울철 평균 내장된 습도 조건에 가깝게 사전 조정되었습니다.

 

 

    연구에서 미네랄울 단열재 샘플의 열전도율은 아래 그림의 (a)와 같이 보호된 열판 기기를 사용하여 측정되었습니다. 건축 자재의 열전도율을 측정하는 데 사용할 수 있는 다양한 기술이 많이 있습니다. 앞에서 언급했듯이, 이 미네랄울 단열재 샘플은 불균일 했습니다. 그것은 더 단단하고 푹신푹신한 층으로 구성됩니다. 따라서 순간적인 평면이나 선원 방법과 같은 열전도율을 빠르게 측정해도 신뢰할 수 있고 정확한 결과를 얻을 수 없습니다.

그림2 [(a) 보호되는 열판 열전도율 측정기, (b) 열전도율 측정용 미네랄울 단열재 샘플]

    이 연구에서는 Tulus TLP 300 DTX 장치가 건물 부품, 단열재 및 기타 재료의 열전도율과 내열성을 결정하기 위해 120mm 두께까지 측정 절차를 제공하기 때문에 보호된 열판 방법을 선택하였습니다. 미네랄울 단열재 시편이 수직층의 구성인 경우, Tulus 장치는 미네랄울 단열재 샘플의 고온 및 저온측 온도 차이와 층을 통한 열 흐름을 측정하여 0.01-0.5Wm¹K¹ 범위에서 복합 샘플의 열전도율을 측정할 수 있습니다.

 

    측정 영역은 미네랄울 단열재 샘플 중앙에서 50mm×50mm입니다. 그라너 측정 영역에서 발생하는 방해받지 않는 1차원 정상 상태 열 흐름을 제공하려면 미네랄울 단열재 샘플 크기가 100mm×100mm에서 300mm×300mm 범위에 있어야 합니다. 미네랄울 단열재 샘플이 최대 크기보다 작은 경우, 정확하게 측정하려면 측면에 추가 모서리 보호가 필요합니다. 이 장치에는 외부 열 영향을 방지하기 위한 단열 테스트 챔버와 0~60범위의 미네랄울 단열재 샘플 평균 온도를 얻기 위한 공랭식 펠티에 온도판이 장착되어 있습니다. 보호된 열판은 전기 리프팅(lifting) 장치와 디지털 압력 및 미네랄울 단열재 샘플 두께 측정도 제공됩니다.

 

    측정된 단일 시편 구성으로 EN 12664 EN 12667 표준에 따라 수행되었습니다. 암면 단열판의 열전도율은 다음 식을 사용하여 결정됩니다.

 

λ = Φ · d / A · ( T-T) (1)

 

    여기에서 Φ는 가열 장치의 계량 영역에 공급되는 평균 전력, d는 미네랄울 단열재 시편 두께, A는 측정 영역(2500mm²), TT는 측정 영역의 양쪽에서 5개의 열전대로 측정한 평균 고온 및 저온 측면 온도입니다. 열전도율 측정 전에 여러 지점에서 미네랄울 단열재 샘플의 크기와 질량이 결정되었습니다. 다음 단계는 얇은 PE 호일로 미네랄울 단열재 시편의 상단과 하단을 감싸고 측정 과정에서 수분 이동이나 건조를 방지하기 위해 측면(가장자리 보호용)을 알루미늄 호일로 감싸는 것이었습니다. 준비된 미네랄울 단열재 샘플은 부드러운 유리솜 프레임(k=0.044Wm¹K¹)dp 삽입되었으며, 이는 미네랄울 단열재 샘플 300mm×300mm보다 작기 때문에 추가적인 열 가장자리 보호가 그림2(b)와 같이 필요했습니다.

 

    보호된 열판 방법을 사용하는 경우 미네랄울 단열재 샘플의 정확한 측정을 수행하려면 유리섬유 프레임 재료와 호일을 선택하고 배치하여 기계적 및 열적 측정 결과에 영향을 주지 않도록 이 단계가 필요합니다. 조절된 미네랄울 단열재 샘플을 손질한 후 측정기에 배치하고, 분산된 일정한 압력을 표면에 가해 처음에는 초기 압축을 발생시켰으며 시간이 지남에 따라 증가했습니다. 부하 수준은 첫 번째 오염(S)된 미네랄울 단열재 샘플의 10% 변형률에 따라 선택되었습니다.

 

    실제 미네랄울 단열재 시편 두께는 보정된 기기에 의해 자동으로 측정됩니다. 이 압축력은 Etalon(E)과 손상되지 않은 내장 미네랄울 단열재 샘플 내장(B)에 눈에 띄는 변형을 일으키지 않았습니다. 4시간 후, 미네랄울 단열재 시편에 적재된 두께는 안정화되었고, 이 시간 동안 미네랄울 단열재는 사전에 완화되었습니다. 냉판 온도는 5로 설정하고, 열판 온도는 15로 설정하여 평균 미네랄울 단열재 시편 온도는 약 10입니다.

 

    미네랄울 단열재 샘플의 평균 온도가 안정화된 후 열 측정이 시작되었습니다. 각 미네랄울 단열재 샘플은 10, 15, 20, 2530의 평균 온도로 5개의 온도 단계로 측정되었습니다. 측정된 결과로부터 평균 온도 1023로 결과를 평가했습니다.

 

    열전도율 측정 후, 400N 압축력을 미네랄울 단열재에 적용하여 기계적 반응을 조사했습니다. 이 힘의 값은 보호된 열판 기기 압력판의 제한 때문에 선택되었습니다. 0.04Nmm² 응력이 필요한 경질 보드를 얻으려면 약 900N이 적용되어야 했으며, 이 경우 기기는 충분한 용량을 가지고 있지 않았습니다. 적용된 400N 힘에 의해 유도되는 응력은 일반적인 구조에서 단열재 표면에 일반적으로 적용하는 것보다 3배 이상 높았습니다.

 

그림3 [(a) Novasina Labmaster AW 흡착성 흡수 등온선 측정 장치, (b) JEOL JSM 6380LA 주사 전자 현미경(SEM), (c) MOM Q-1500 D 유도체 계측기]

    ISO 12571에 따라 미네랄울 단열재 샘플의 흡착성 반응을 측정했습니다. 측정은 Novasina Labmaster AW 기기로 수행되었습니다(그림3 a). 소금 용액을 미네랄울 단열재 샘플과 함께 기기의 안정된 온도 조절 챔버에 배치하고 챔버 내부의 상대 습도 평형 후 조절된 미네랄울 단열재 샘플의 질량을 측정했습니다. 각 미네랄울 단열재 샘플에 대해 약 18%, 38%, 58%, 78%, 88% 98%6가지 상대습도 단계를 테스트 했습니다.

 

    측정 결과의 가능한 원인을 이해하려면, JEOL JSM 6380LA 장비를 사용하여 전자 현미경(SEM) 이미지를 그림3 (b)와 같이 만들었습니다. 또한 MOM Q-1500 D 유도체 계측기(그림3 c)를 사용하여 내장 습기(10온도 챔버에 사전 조절된 상대 습도 57%) 조건에서 미네랄울 단열재 샘플을 조사했습니다. 이 장비는 측정 범위 20~900, 가열 속도 10min¹ 범위에서 재료의 실제 온도를 보여주는 온도(T) 곡선인 4개의 매개 변수를 자동으로 검사하고 등록할 수 있습니다.

 

    두 번째 매개 변수는 시료 재료와 불활성 기준 물질(AI2O3) 간의 온도 차이를 보여주는 차등 열 분석(DTA) 곡선으로, 테스트된 재료에서 중화 적정 곡선(enthalpy change curve: 일정한 부피의 산(또는 염기) 용액에 표준 용액인 염기(또는 산) 용액을 조금씩 가해 줄 때, 가해주는 용액의 부피에 따른 혼합 용액의 pH를 나타내는 곡선)이 발생합니다. 온도가 증가함에 따른 질량 변화와 DTG 곡선이라고하는 1차 도함수에 따라 열 중량(TG) 곡선을 얻었습니다. 이 곡선은 질량 변화가 발생하는 정확한 온도를 강조합니다. 이 곡선을 통해 세 종류의 미네랄울 단열재 샘플과 건조하고 습한 조건 사이의 차이를 감지할 수 있습니다.

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