국내에서는 현재 샌드위치패널의 화재안전성능 평가를 위하여 KS F 2271(건축물의 내장재료 및 구조의 난연성 시험방법)을 사용하고 있다. 국내와 동일한 시험방법을 사용하고 있던 일본에서는 2000년 건축기준법 개정시 ISO 5660-1 시험방법을 내장재의 연소성능시험으로 채택하였다. 그에 따라 국내에서도 KS F 2271 시험방법을 보완하는 건축법 개정고시(안)을 예고하였고, 그 내용은 ISO 5660-1(Cone Calorimeter Method) 시험방법을 도입하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 샌드위치패널의 연소특성을 ISO 5660-1 콘칼로리미터 시험방법을 사용하여 검토하였다. 국내에서 일반적으로 사용되는 4종의 샌드위치패널과 4종의 심재(단열재)의 착화시간, 최대열방출율, 총 열방출량을 검토하였으며, 시험체별 시험결과를 분석하였다. 최종적으로 일본과 NBC개정안에서 제시하는 분류기준에 시험결과를 적용하였다.
본 연구에서는 ISO 5660-1(cone calorimeter test)과 EN 13823(Single Burning Item;SBI)에 의해 샌드위치패널에 대한 화재연소성능이 비교 분석되었다. 4종의 국내 샌드위치패널(심재 및 패널재)에 대해 착화시간, 열방출율, 연기발생율, 산소소모율 등과 같은 변수들이 측정되었다. 또한, 각 종류의 패널에 대한 연소특성이 시험방법별 및 소재별로 분석되었으며, 최종적으로 일본, 캐나다, 유럽 EN 1350-1의 화재성능 등급분류기준에 의해 검증되었다.
In this study, we have performed the Cone Calorimeter test and Smoke density test in accordance with ISO 5660-1 and ASTM E662 respectively to check the smoke production characteristics of rubber flooring materials for railway vehicle. Early in the ASTM E662 test, more smoke was produced in the flame mode test than non-flame mode test, but later more smoke was produced in non-flame mode test. The correlation($R^2$) between TSR(Total Smoke Release) by ISO 5660-1 and Ds(Specific Optical Density) by ASTM E662 Flame mode was 0.782. The $R^2$ between TSR by ISO 5660-1 and Ds by ASTM E662 Non-flame was 0.930.
주거 건축 및 가구산업의 자재로써 합성목재(Wood-Plastic Composites)는 점차 각광받고 있다. 본 연구에서는 합성목재의 연소특성을 살펴보기 위하여 한계산소지수 측정(ASTM D 2863) 및 콘칼로리미터 시험(ISO 5660-1)을 실시하였으며 또한 일반목재인 적송과 방부 처리를 한 방부목에 대하여도 동일한 시험을 통하여 합성목재와의 연소특성을 비교.검토하였다. 한계산소지수 측정결과 합성목재가 적송 및 방부목에 비해 낮게 측정되었다. 콘칼로리미터 시험결과 합성목재의 열방출률이 가장 높았고 또한, 최대 열방출률 및 평균 열방출률, 총 방출열량도 적송 및 방부목에 비해 높게 나타났다.
여러 산업분야나 일상생활에서 다양하게 쓰이고 있는 플라스틱의 중요성과 효용성에 비해 화재 위험성에 관한 연구가 매우 부족하여 본 연구에서는 5종의 플라스틱 제품의 화재 위험성을 콘칼로리미터(ISO 5660-1)로 측정하였다. 그 결과, PVC판의 착화시간(TTI)은 196 s로 다른 플라스틱보다 연소시간이 가장 지연되었고, PS판은 19 s로 착화시간이 가장 짧았다. PS판의 총열방출열량(THR)은 가장 낮게 측정된 PVC판 보다 213.07% 높게 측정되었다. 또한 PS판의 CO는 다른 플라스틱에 비해 1.45~4.21배, $CO_2$는 1.77~6.97배 더 높게 나타나 불완전연소가 가장 높고 인명피해가 가장 많이 발생할 것으로 예측된다. 따라서 화재 위험성은 PS판이 가장 위험하고, PVC판이 가장 안전한 것으로 나타났다.
고체 가연물 주위의 유동과 열적 두께의 변화가 열방출률 특성에 미치는 영향을 고찰해보기 위해 ISO 5660-1 콘 칼로리미터 실험을 수행하였다. 고체 가연물로는 연소반응 중 Char를 발생시키지 않는 Polymethyl methacrylate (PMMA)를 선정하였고 열침투깊이를 계산하여 PMMA의 열적 두께를 구분하였다. 콘 칼로리미터의 덕트 유동을 12, 24, 40 L/s로 설정하여 가연물 주위에 강제 유동을 발생시킨 뒤 PMMA의 연소 시 측정된 열방출률을 측정함으로써 열분해 특성을 분석하였다. 열적으로 얇은 가연물의 열방출률은 주위의 유동 변화에 크게 영향을 받지 않았지만, 열적으로 두꺼운 가연물은 유량의 변화에 따라 열방출률이 크게 영향 받는 것을 확인하였다.
ISO TC 92에서는 콘칼로리미터의 연소가스를 FT-IR 방식의 가스분석기로 분석하기 위한 표준을 개발하고 있다. 2018년에는 표준 초안(WD 21397)의 절차에 따라 6개 기관이 참여하여 표준 초안의 반복성 및 재현성을 평가하였다. 시험대상 시료는 polymethyl methacrylate (PMMA), 경질 폴리우레탄 보드 및 PVC 장판이었고 콘칼로리미터 시험결과 중 착화시간(s), 최대 열방출률(kW·m-2), 총 방출열량(MJ·m-2) 및 유효연소열(MJ·m-2·kg-1)을, 그리고 FT-IR 가스분석결과 중 독성가스의 최대 농도(µL·L-1), 가스 발생량(g) 및 가스 수율(g·g-1)을 ISO 5725-2에 따라 통계 분석하여 정밀도를 평가하였다. 이상치(outlier)는 발견되지 않았으며 콘칼로리미터 시험의 반복성(sr/m)은 1.5%, 재현성(sR/m)은 9.8%로 나타났고 FT-IR 가스분석의 반복성은 12.9%, 재현성은 27.9%로 나타났다.
상층 및 인접건물로의 연소확대 위험성이 있는 옥외 광고물 소재의 연소특성을 평가하였다. 본 연구에서는 UL 94와 ASTM D 2863에 따라 난연성과 한계산소지수를 평가하였다. 난연성 평가결과, 포멕스가 V-0의 높은 난연성을 보이는 반면 다른 시료들에서는 등급외의 난연성을 보였다. 한계산소지수 평가 결과에서도 포멕스의 한계산소지수가 가장 높았다. ISO 5660-1에 따라 콘칼로리미터를 이용하여 연소특성을 평가하였으며, 콘칼로리미터 시험결과 옥외 광고물 소재들은 화재확대 예방에 취약하다는 것을 알 수 있었다. 플렉스의 착화시간이 가장 빨랐으며, 특히 아크릴판은 최대 열방출율 뿐만 아니라 총 방출열량 또한 다른 소재들에 비해 높았다.
본 연구는 산업현장에서 단열재로 .사용되고 있는 폴리스티렌 폼, 폴리우레탄 폼, 폴리에틸렌 폼과 같은 플라스틱 단열재의 화재특성을 구명하고자 하였다. 플라스틱 단열재의 화재특성은 ISO 5660에 따라 콘칼로리미터 시험을 수행하였다. 사용된 실험재료는 국내에서 생산되는 상업용 플라스틱 단열재를 사용하였고 그들의 조성은 제조자에 의해 밝혀지지 않았다. 연구 결과플라스틱 단열재의 열방출율은 재료의 밀도와 열플럭스의 증가에 따라 증가하였다. 플라스틱 단열재 중 폴리에틸렌 폼이 최대열방출율 및 평균열방출율이 가장 크게 나타났고, 열플럭스 및 밀도의 증가에 따른 최대열방출율의 증가율도 가장 큰 것으로 나타났다. 플라스틱 단열재에 의한 화재예방을 위해 제품의 종류 및 열플럭스의 크기에 따른 열방출 평가 기준을 제시하였다.
목재 연료의 연소 시 생성되는 탄화가 열분해 과정에 미치는 영향을 고찰해 보기 위해서 ISO 5660-1 콘칼로리미터 실험을 수행하였고 Fire dynamics simulator (FDS) 전산해석 결과와 비교 분석하였다. 목재 연료로는 건축자재, 가구재 등에 대표적으로 사용되는 Douglas-fir를 사용하였다. Douglas-fir 연소 시 측정된 열방출률은 FDS 전산해석을 통해 예측한 결과와 비교적 잘 일치하였지만 탄화 층의 표면반응을 고려하지 않는 FDS 전산해석 모델은 훈소과정에서 지속적으로 방출되는 열을 예측하지 못하였다. 그럼에도 불구하고 FDS 전산해석을 통해 탄화 층은 가연물에 열장벽을 형성하여 내부로의 열전달을 방해하고 열적 두께를 두껍게 하여 열분해율을 감소시키는 것을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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