3) 재료 노화의 영향
폼 단열제서 효과적인 전도율의 영향을 탐구함에 따라, 유효 전도율에 대한 노화 영향 문제도 매우 준요해집니다. 시간이 지남에 따라, 폼 단열재는 노화 과정 내내 세 단계를 경험합니다. 폼 재료에 노화가 미치는 영향은 폐쇄 셀 폴리우레탄 및 폴리이소시아누레이트 재료에서 모두 확인됩니다. 열전도율에 가장 큰 영향을 미치는 노화 영향 중 하나는 단열성이 높은 발포제의 확산과 습기를 재료로 운반할 수 있는 환경으로부터 공기 주입입니다.
이 두가지 영향은 제조 공정 직후에 발생하기 시작하지만, 가스 이동이 발생하는 속도는 발포제의 확산보다 외부 공기 주입의 경우 훨씬 빠릅니다. 외부 공기의 침투는 재료 수면주기 첫 1~2년 동안 발생하는 반면, 발포제 가스의 확산은 10~20년에 걸쳐 발생하는 것이 바람직합니다. 아래 그림에서와 같이 초기에는 폼 재료의 전도성이 급격히 증가(공기 침투의 효과)한 다음 서서히 안정(발포제 가스 확산 효과가 끝남)됩니다. 이 노화 모델의 의미는 주어진 폼 단열재가 제조된 상태에 짧은 시간 동안 더 가깝게 성능을 발휘하는 동시에 대부분의 수명주기 동안 최종 전도율에 더 가까운 수준으로 성능을 발휘한다는 것입니다.
(1) 장기 열저항(LTTR)
재료 노화의 영향이 탐구됨에 따라 최종 유효 전도성이 더욱 중요해집니다. 현재 장기 열 저항은 폼 단열재의 장기 열전도율 값을 광고하는 데 사용되는 캐나다 표준 값입니다. 재료의 장기 열전도율(LTTR)은 CAN/ULC-S770(2015) 표준에 실험실 환경에서 5년 보관 후 재료의 전도율로 설명되어 있습니다. 장기 열전도율 값은 노화 곡선의 최종 영역에서 전도율에 가깝다고 가정합니다. CAN/ULC-S770(2015) 표준은 또한 얇은 조각을 쌓는 방법을 통해 가속 속도로 폐쇄 셀 폼 단열 샘플의 장기 열저항을 결정하기 위한 구조를 제공합니다.
재료 샘플의 두께가 점차 감소하여 표면적 대 부피 비율이 높아지기 때문에 단열재 가스는 더 빠른 속도로 빠져나갈 수 있으며, 원래의 발포제 분자의 비율이 더 높은 것이 공기로 대체됩니다. 이를 통해 샘플은 공식 (1)을 기준으로 짧은 기간 동안 5년 이상의 실험된 노화를 겪을 수 있습니다. 여기서 t는 온도이고 L은 재료 두께입니다.
공식 (1) 장기 열저항 노화 요소 (t1/t2) = (L1/L2)²
현재 폼 단열재에서 장기 열 저항 등급을 결정하기 위해서, 제조업체는 24℃에서 노후 재료에 대한 측정을 측정해야 합니다. 이 시험 방법은 노후 후 실험실 환경에서 열저항을 나타낼 수 있지만, 온도 범위가 큰 실효 전도율 곡선은 균일하게 영향을 받지 않을 수 있으므로 폼 단열재의 실제 성능에서 불확실 수준을 크게 높일 수 있습니다.
장기 열저항 방법의 또 다른 주요 문제는 발포 가스의 확산만이 재료의 노화된 열전도율에 영향을 미친다고 가정하고, 다양한 수분 수준과 온도 범위와 같이 재료가 실험실 환경 외부에 노출되는 환경 조건을 무시한다는 것이며, 동결/해동 주기 또는 기타 환경 조건 때문에 시간이 지남에 따라 고분자 분해로서 얇은 슬라이스 방법에 반영되지 않습니다. 특히 얇은 슬라이스법을 통해 재료 두께를 줄이는 것보다 열 전위를 통해 고분자 분해를 실험할 수 있었습니다.
고온에서 노화 후 구조 재료 특성에 대한 가속 노화 영향 및 자외선 노출 및 수분 노출을 통한 폴리우레탄폼에 대한 추가 조사 연구가 수행되었습니다. 이 두 연구의 목적은 재료의 구조적 특성을 이해하는 것이었지만, 이러한 연구의 구조는 이러한 동일한 유형의 노화가 재료의 열전도율에 미치는 영향을 관찰하기 위해 가속 노화에 쉽게 적용될 수 있습니다. 다양한 노화 방법이 재료에 미치는 영향이 매우 다르기 때문에 열전도성의 맥락에서 재료가 어떤 영향을 받는지 살펴보는 것이 중요할 것입니다.
(2) 노화 영향: 온도 상승
재료 노화의 영향은 시간이 지남에 따라 재료의 단열 값에 영향을 미칠 수 있는 중요한 문제입니다. 대부분의 단열재에서 노화가 미치는 영향은 서서히 나타나며, 노화가 폼 단열재에 미치는 영향에 대한 이해를 높이기 위해서는 노화 과정을 앞당겨야 합니다. 이것은 폴리에스테르 소재의 노후화 연구 결과, 재료가 보관되는 온도가 노화 과정에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 더 높은 온도에서, 그 재료는 훨씬 더 빠른 속도로 노화된다는 것이 발견되었습니다. 이 프로젝트의 실험은 단열 폼에 한정되지 않았지만, 프로젝트에 사용된 방법론을 다른 재료에도 적용할 수 있습니다. 아래 그림과 같이 고온에서는 열화 속도가 상당히 증가한다는 것을 발견했습니다.
Jelle에 의해 보고된 바와 같이, 열적 노출 및 자외선을 포함한 다양한 방법에 의해 노화가 가속화되면 시간이 지남에 따라 건축 자재에도 다양한 방식으로 영향을 미칠 것입니다. Jelle은 또한 Arrhenius 방정식을 사용하여 신속한 노화 과정의 지속 시간은 표준 환경 조건에서 재료가 유사하게 노화되는 데 걸리는 시간과 상관될 수 있다고 보고했습니다. 이를 알고 있으면, 폼 단열재 샘플을 장기간 표준 열 수준 이상으로 보관할 수 있으며, 이후 표준 환경에서 동등한 노화를 결정할 수 있어 장기 노화가 폼 단열 성능에 미치는 영향에 대한 결론을 도출할 수 있습니다.
(3) 노화 영향: 습기 노출
높은 습기는 단열재의 열저항에 부정적인 영향을 미칩니다. 단열재 내에 습기가 높아지면, 성능은 습기 함량을 통해 감소되어 재료의 평균 열저항을 감소시킵니다. 또한 과도한 습기는 건물 외피에 수분 손상을 초래할 수 있을 뿐만 아니라 곰팡이 성작을 촉진할 수 있는 환경을 제공할 수 있습니다. 일반적으로, 습기와 괸련된 문제가 발생할 위험을 줄이기 위해 건물 외피의 설계를 통해 습도 수준이 적절하게 처리되도록 하는 것이 중요합니다.
이론적으로 폐쇄 셀 재료는 내수성인 폐쇄된 셀 재료의 특성 때문에 습기에 의해 성능에 최소한 영향을 받아야합니다. 높은 습기가 폼 단열재에 미치는 장기적인 영향을 조사한 결과, 시간이 지나면서 이들 폐쇄 셀 재료도 소량의 습기를 흡수하는 것으로 나타났습니다.
상기 표에서 폐쇄 셀 폼 재료 폴리이소시아누레이트, 폴리우레탄, 발포 폴리스티렌 및 압출 폴리스티렌을 포함한 일부 단열재의 건조 열전도와 습도 열전도에 관한 값이 표시되어 있습니다. 폐쇄 셀 재료는 유리섬유와 같은 재료와 비교했을 때 건조 성능과 습윤 성은의 큰 차이를 경험하지 않지만, 습윤시 폴리우레탄과 폴리이소시아누레이트 재료에 대한 전도성은 여전히 14% 증가한다고 볼 수 있습니다.
특히 밀폐된 재료가 시간이 지남에 따라 습기에 영향을 받는다는 점을 이해하는 것이 매우 중요하며, 특히 밀폐된 셀 폼 재료가 빠르게 저하되어 최대 잠재적 수분 함량이 증가할 수 있는 동결–해동 주기가 많이 발생하는 경우 더욱 그렇습니다. 재료 열 특성에 관한 높은 정확도가 요구되는 외피 설계에서, 습식으로 인한 성능 저하가 건물의 시스템 부하에 해로운 영향을 미칠 수 있습니다.
(4) 노화 영향: 동결–해동 주기
폼 단열재에 대한 습기 문제를 조사한 결과 동결–해동 주기가 재료 샘플에 침투할 수 있는 수분량을 증가시킨다는 것이 밝혀졌습니다. Garber’s의 실험에서, 새로운 폴리우레탄 샘플은 3개월 동안 물에 잠긴 후, 무게의 1.2%만 수분 함량으로 흡수할 수 있었고, 매우 빠르게 건조할 수 있었던 것으로 밝혀졌습니다.
습한 환경에서 168번의 동결–해동 주기 후 수분 함량이 재료 무게의 5.2%까지 증가하여 빠르게 완전히 건조되지 않았습니다. 또한 폴리우레탄폼 재료가 동결–해동 주기를 거치면서 물에 잠길 때 더 많은 수분이 흡수되는 것으로 확인되었습니다. 이 연구는 폼 재료가 더 많은 동결–해동 주기를 겪고, 중합체가 분리되며 셀이 더 많은 수분을 흡수할 수 있도록 한다는 것을 시사했습니다. 수분의 함량이 상승함에 따라 재료의 전도율이 증가하므로 동결–해동 주기가 수분을 흡수하고 저장하는 폼 재료에 미치는 영향이 매우 중요할 수 있습니다.
4) 문헌 검토 요약
문헌 검토에서 논의된 연구를 통해, 환경 조건과 노화 영향의 조합으로 인해 단열재의 효과적인 전도성이 광고된 값과 다를 수 있다는 것이 명백해졌습니다. 이러한 요인들이 폼 단열재의 성능에 미치는 영향, 특히 발포제(폐쇄 셀 폼)가 포함된 요인들은 선형 온도 및 습기에 의존하는 전도성의 가정된 행동에서 벗어나는 것으로 나타났습니다.
재료의 유효 성능이 화학적 변화에 따라 달라질지 여부를 판단하기 위해서는 발포제가 진화함에 따라 새로운 재료에 대한 조사를 계속하는 것이 중요할 것입니다. 과거 연구는 온도와 수분에 의존하는 전도성을 모두 탐구했지만, 온도와 수분의 함수로서 효과적인 전도성에 관한 실험 데이터는 거의 없습니다. 많은 조사에서는 노화 및 환경 풍화 현상이 발포 재료에 미치는 영향을 조사하는데, 여기에서는 온도 노출, 높은 수분에 대한 노출, 물 속 침전, 동결–해동 주기 등이 포함됩니다.
이러한 조사는 종종 재료의 구조적 특성에 초점을 맞추고 재료의 유효 열전도울에 관한 제한적인 결과를 제공합니다. 장기 열저항을 결정하는 경우, 산업 표준화 시험은 표준 실험실 조건에서만 장기 열전도율(LTTR)을 측정해야 합니다. 연구에 따르면 이 LTTR 값은 열 성능에 영향을 미치는 여러 요인들을 무시하는 표준화된 시험 방법 때문에 재료의 실제 장기 성능을 제대로 나타내지 못할 수 있습니다. 실험실 테스트를 총해 폼 단열재의 효과적인 성능에 대한 더 많은 조사가 재료의 수명 주기 동안 어떻게 수행될지에 대한 훨씬 더 정확한 이해를 제공할 것은 분명합니다.