출처: https:tk//uwspace.uwaterloo.ca/bitstream/handle/10012/8455/Adeosun_David.PDF.pdf?%09sequence=5
2) 연기밀도 챔버 시험에서 연기 평가
모든 경질우레탄폼에서 연기 발생은 또한 50kW/m2의 입사 열유속을 갖는 ISO 5659 방법을 사용하여 연기밀도 챔버에서의 시험을 통해 평가했습니다. 이 테스트에서 경질우레탄폼은 테스트가 진행됨에 따라 챔버 내의 조건이 열악하게 환기되기 때문에 화염 또는 비화염 모드에서 연소되거나 분해됩니다. 모든 경우에 연기 밀도를 측정했는데, 이는 시험기간 동안 시간이 지남에 따라 챔버에 축적된 연기의 양을 반영합니다.
3) 비난연 기본 경질우레탄폼의 화염 및 비화염 연소에서의 연기 발생
연기밀도 테스트 결과를 검토하기 전에, 경질우레탄폼이 점화(비난연)되고 연소되지 않은(난연) 경우와 비교하여 발생할 수 있는 연기 발생의 차이를 이해하는 것이 중요합니다. 입자의 특성과 형성 방식은 각 경우에 매우 다르지만 입자(연기)는 물질 분해를 통해 생성되거나 연기 또는 화염 연소를 통해 생성될 수 있다는 것은 잘 알려져 있습니다. 이 연구에서 발생할 수 있는 모든 차이를 이해하기 위한 단계로, 비난연 제어 경질우레탄폼의 반응 및 연기 발생은 연기밀도 챔버의 비연소 및 연소 조건에서 특성화되었습니다. 첫 번째 경우, 입사 열흐름이 화염없이 경질우레탄폼에 적용되었습니다. 두 번째 경우에는 지정된 화염을 사용하여 경질우레탄폼의 점화 및 화염을 촉진했습니다.
아래 그림은 두 경우에 대한 시간 함수로 측정된 특정 광학밀도를 보여줍니다. 기록을 비교하면 점화되지 않은 비난연 경질우레탄폼(비화염 상태)은 발화 및 연소(화염 연소)보다 2배 많은 연기를 발생시킨 것으로 나타났습니다. 다른 자료에서 나타난 바와 같이 다른 연소 조건에서 동일한 재료를 테스트하면 다른 양의 연기가 생성됩니다. 일반적으로 여기의 경과와 일치하는 화염 연소에 비해 비화염 조건에서 더 많은 연기가 생성될 것으로 예상됩니다.
[화염 및 비화염 조건에서 비난연 샘플에 대한 특정 광학 밀도–시간 곡선]
4) 화염 및 비화염 연소시 경질우레탄폼의 특정 광학 밀도분석
연기 밀도 테스트 중 경질우레탄폼의 화염 연소와 비화염 열분해 모두 확인되었기 때문에, 이러한 다양한 상황에서 발생하는 연기의 특성과 양은 이 단원에서 자세히 논의될 것입니다. 아래 표는 3개의 연기밀도 테스트(각 샘플에 대해 50kW/m2의 경우 열 유속)에서 평균 측정을 통해 결정된 최대 특정 광학밀도의 값을 나타내며, 최대 특정 광학밀도에 도달하는 데 걸리는 시간의 값을 보여줍니다. 또한 표에는 다른 화재조건에서 각 경질우레탄폼에 대해 관찰된 백분율 질량과 다른 색상이 포함되어 있습니다. 모든 경질우레탄폼에 대해 취한 특정은 상기 [콘칼로리미터에서 연기 데이터(환기가 잘되는 조건)]에 요약된 콘칼로리미터에서 얻은 피크 특정 소멸 영역(SEA) 값과 현저하게 다른 것으로 보입니다.
비난연, 10% 브롬 난연제 및 인계 난연 경질우레탄폼은 테스트 기간 동안 발화 및 연소된 반면, 20% 브롬 난연제, 10% 팽창 흑연 난연제 및 20% 팽창 흑연 난연제 경질우레탄폼은 열분해되었지만, 모든 경질우레탄폼이 점화되고 연소하면서 점화되고 화염이 타오르는 콘칼로리미터시험과는 달리 연기밀도 시험에서는 점화 또는 화염이 발생하지 않았습니다.
[연기밀도 챔버에서 연기 테스트(환기가 좋지 않은 상태)]
비난연제는 흰 연기를 발생시켰고, 브롬 난연제와 인계 난연제 경질우레탄폼은 검은 연기를 발생시켰지만, 인계 난연제 경질우레탄폼의 연기는 연기밀도 지수의 높은 값에 반사되어 훨씬 더 어두워 보였습니다. 반면 20% 브롬 난연제와 팽창 흑연 난연제 경질우레탄폼은 브롬 난연제의 경우 갈색 황색이고 팽창 흑연 난연제의 경우 흰색인 주목할만한 양의 배출가스로 발전했습니다. 이러한 가스는 브롬 난연제의 경우 열분해의 전형이며 팽창 흑연 난연제의 겨우 연기가 발생합니다.
10% 브롬 난연제 경질우레탄폼에서 관찰되는 검은 연기는 브롬이 연소 경질우레탄폼에서 화학반응을 억제할 때 그을음 형성을 증가시키는 부분적으로 산화된 생성물의 생성 때문입니다. 인계 난연제 시스템을 연소하는 동안 생성된 두꺼운 검은 연기는 열전달, 분해, 혼합 및 경질우레탄폼의 연소 효율에 영향을 미치는 표면 숯 층의 형성과 농축과 일치했습니다. 이것은 인계 난연제 시스템에 대해 기록된 높은 피크 열방출 값, 특히 20% 농도와 모순되는 것처럼 보일 수 있습니다. 그러나 이것은 화염 지연의 인계 난연작용을 특정짓는 시간표 조사함으로써 설명할 수 있습니다. 아래 그림은 입사 열유속에 노출되었을 때 20% 인계 난연제 경질우레탄폼에서 발생하는 일련의 상황의 순서를 보여줍니다. 약 6초까지 점화 시간이 지연되고, 그 후 열방출이 약 20초에서 최고치에 도달하는 빠른 증가가 나타납니다.
[20% 인계 난연제 표면 샘플의 숯 형성 시간표]
점화 후20~80초 사이에 다공성 표면 숯 층이 형성되기 시작합니다. 이것은 부분적으로 산화된 연소 종들이 반응 영역으로 빠져나가게하여 일정 기간 동안 높은 열방출율 값을 유지하게 합니다. 점화 후 80초가 지나면, 표면 숯 층이 두꺼워지기 시작하여 더 효과적인 물리적 장벽을 생성하여 열과 물질 전달 및 폴리머 구조의 산소 확산을 방지합니다.
따라서 연소 경질우레탄폼의 연소 효율이 느려집니다
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이 후자의 작용은 여기에서 테스트된 인계 난연제 경질우레탄폼의 짙은 검은색의 높은 연기 발생과 높은 CO 생성 특성을 설명합니다.
전반적으로 결과는 10% 인계 난연제를 모재에 첨가하면 대조 비난연 경질우레탄폼에 비해 최대 특정 광학밀도 값이 40% 증가한다는 것을 나타냅니다. 이 비율은 상기 표 [콘칼로리미터에서 연기 데이터(환기가 잘되는 조건)]에 표시된 두 재료 간의 통풍이 잘되는 테스트에서 볼 수 있는 것보다 훨씬 높으며, 피크 값에 도달하는 시간이 눈에 띄게 감소합니다. 콘칼로리미터 테스트의 경우와 마찬가지로, 경질우레탄폼에 인계 난연제를 추가하면 피크 특정 광학밀도 값(150% 이상)이 훨씬 더 증가하고 연기 발생의 피크값은 비난연 또는 10% 브롬 난연재 경질우레탄폼보다 훨씬 더 빠르게 도달합니다.
연소되지 않은 테스트 경질우레탄폼을 고려할 때, 20% 브롬 난연재 경질우레탄폼에 비해 10% 팽창 흑연 난연제의 연기 생성은 연기밀도 챔버에서 비화염, 열 분해시 최대 특정 광학밀도 측정값에서 거의 차이가 나타나지 않았으며, 콘칼로리미터 테스트 중에 기록된 변화와는 대조적으로 상기 표 [콘칼로리미터에서 연기 데이터(환기가 잘되는 조건)]에 나와있습니다. 모든 경질우레탄폼은 또한 입사 복사 흐름을 적용한 후 거의 동시에 최대 특정 광학 밀도값에 도달한 것으로 보입니다.
콘칼로리미터 테스트 결과와 유사하게, 20% 브롬 난연제에 대한 Dm의 최대값은 20% 팽창 흑연 난연제 경질우레탄폼에 비해 더 높습니다. 그러나 콘칼로리미터 결과와는 대조적으로 현재 결과에서는 팽창 흑연 난연제 농도가 10%에서 20%로 증가함에 따라 연기 발생이 25% 감소합니다. 전반적으로 검은 연기는 흰 연기보다 더 많은 모호성을 초래하며 검은 연기를 생성한 경질우레탄폼은 표 [연기밀도 챔버에서 연기 테스트(환기가 좋지 않은 상태)]에 표시된 통제 경질우레탄폼보다 더 높은 연기밀도 측정값을 가집니다.
불꽃 연소 중 경질우레탄폼에서 발생하는 연기가 발생하는 것은 시간의 함수로서 경질우레탄폼 질량 손실과 직접 연결될 것으로 예상됩니다
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이것이 여기에서 연구된 경질우레탄폼에 대해 일관성이 있는지 확인하기 위해 아래 그림에서 점화되고 화염이 발생한 경질우레탄폼의 연기밀도 테스트 중에 측정된 시간에 따른 질량 손실이 포함되어 있습니다
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인계 난연제 경질우레탄폼은 다공성 표면 숯 층의 형성, 보다 완전한 연료 기화 및 연소, 높은 열방출율과 일치하는 점화 후 처음 80초 동안 가장 높은 질량 손실률을 보인다는 것을 그림에서 알 수 있습니다.
[연기밀도 챔버 내 연소 샘플의 시간 대 질량 손실]