자동차 내장재의 연소특성에 관한 연구 = A Study on the Combustion of Car Interior Materials

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, I performed the test using ISO 5660 cone calorimeter, ISO 5659 smoke density chamber and NES 713 toxicity chamber. A fire performance for the car interior materials is only burning rate using 38 mm single flame in accordance with FMVSS 302. For the construction interior materials and railway interior materials, several criterions are used for fire performance like heat release, smoke density, toxicity and etc. So I think another criterions are needed also for the car interior materials. For this purpose, I carried out the test mentioned above. All results are compared with fire performance criterions that are used in domestic or foreign. The majority of tested sample were not passed the criterions. Especially, all of the sample were not passed the european railway requirements even the minimum requirement. European standard EN 45545-2 say minimum requirement of MARHE for R1 set is 90 kW/m2. But the test result of all samples were 158 ∼ 290 kW/m2. It shows a big difference. It is possible to pass the specific code by single parameter alone. But several parameters have to be passed together not alone. I also performed the toxicity test. Some of samples showed result that above the critical factor of some gases. The critical factor is a special concentration of toxicity gas that can be died if people breathe in. In this test, samples that passed the FMVSS 302 test were used. I think only one parameter is not suitable for fire performance criterion. Several parameters have to be used for it.
I hope new fire performance criterions have to be made in the near future for the human safety as soon as possible. And also I think this results I performed can be used by basic data for the new fire performance criterions.

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 현행 자동차 내장재의 연소특성을 분석하기 위해서 ISO 5660의 콘칼로리미터, ISO 5659의 연기밀도시험기 그리고 NES 713의 독성지수 시험기를 활용하여 시험분석을 수행하였다. 현재 자동차내장재의 화재안전 기준은 FMVSS 302에 의한 수평연소속도만을 측정하도록 되었다. 따라서 이 기준을 통과한 내장재를 시험하여 현행되고 있는 기타 기준 즉, 건축물내부마감재료 및 철도차량내장재의 화재안전기준들과 비교 분석하였다. 이과 같은 기준들은 한 가지 화재 요소가 아닌 여러 가지 주요한 화재 요소들의 평가를 동시에 수행하도록 되어 있다. 이 주요 화재 요소들은 열방출, 연기발생 그리고 독성 요소이다.
본 연구에서 준비한 시편들의 열방출 특성을 분석하여 건축물 내부마감재료의 난연성능 기준에서 정하고 있는 최대 열방출 200 kW/m2 및 그 지속시간을 비교해보았다. 10초 이상을 넘지 않도록 규정되어 있지만, 시험에 사용된 모든 시편에서 최소 20초 최대 175초의 200 kW/m2 열방출이 지속되었다. 또한 유럽의 철도차량 내장재의 난연성능에서 기준으로 정하고 있는 최대평균열방사율을 비교해 보면 최소 등급의 90 kW/m2을 모두 초과하는 158∼290 kW/m2의 결과 값을 보였다. 연기발생에 관한 요소를 국내 철도차량내장재의 화재안전과 비교 시 초기 연기 발생을 의미한 1.5분 및 4분에서의 연기밀도에서 대부분의 시편에서 기준값을 초과하고 있는 것으로 나타났다. 또한 유럽 철도차량내장재의 화재안전 기준에서 정하고 있는 4분에서의 연기밀도 및 VOF4값을 비교해 보면 이 역시 대부분의 시편에서 기준값을 초과하고 있는 것으로 나타났다. 열방출데이터인 최대평균열방사율과 연기밀도를 동시에 기준으로 정하고 있는 유럽철도차량내장재의 등급 기준과 비교해보면 가장 낮은 등급인 HL1 조차 만족하지 못하는 것으로 밝혀져, 화재에 대한 안전 기준에 취약함을 알 수 있다.
화재 시 발생하는 또 다른 주요 요소인 유독성 가스에 대한 시험을 수행해 각 가스의 발생 농도를 분석해보면, 여러 시편에서 30분 노출 시 사망에 이를 수 있는 치사농도를 초과하는 값을 보였다. 또한 미국국방성규격에서 정하고 있는 독성지수 1.5 또는 5의 값을 대부분 초과하는 2.9∼12.6의 결과값을 보였다.
본 연구에서 수행한 열방출, 연기발생 그리고 독성의 종합적인 분석을 통해 현재 자동차 내장재의 화재 안전 기준의 취약성 및 기준강화 필요성을 확인할 수 있었다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• 1. 연구의 목적 및 필요성 1
• 2. 연구방향 2
• II. 실험 4
• 1. 실험대상 4
• 2. 실험방법 5
• 1) 열방출특성 5
• (1) 실험장비 5
• (2) 실험원리 5
• ① 열방출율 6
• ② 총열방출 8
• ③ 최대평균방사율방사율 8
• ④ 질량감소율8
• ⑤ 유효연소열 10
• (3) 실험과정 11
• ① 시편 준비 11
• ② 교정 12
• ③ 실험순서 14
• 2) 연기발생특성 15
• (1) 실험장비 15
• (2) 실험원리 15
• ① 동적연기발생측정 16
• ② 정적연기발생측정 19
• (3) 실험과정 20
• ① 동적연기발생측정 20
• ② 정적연기발생측정 20
• 3) 독성특성 22
• (1) 실험장비 22
• (2) 실험원리 22
• (3) 실험과정 23
• III. 결과 및 고찰 25
• 1. 열방출특성 25
• 1) 착화시간 25
• 2) 열방출율 26
• (1) 최대열방출율 26
• (2) 총열방출 29
• (3) 최대평균열방사율 36
• 3) 질량감소율 39
• 4) 유효연소열 45
• 5) 플래쉬오버성향예측 51
• 6) 최대평균열방사율과 최대평균열방출율의 비교 52
• 7) 주요 화재안전기준과의 비교 54
• 2. 연기발생특성 57
• 1) ISO 5660-2 연기발생특성 57
• (1) 감쇠계수 57
• (2) 연기발생율 61
• (3) 연기인자 65
• 2) ISO 5659-2 연기발생특성 65
• 3) 주요 화재안전기준과의 비교 70
• 3. 독성특성 72
• 1) 연소가스의 생리적 증상 72
• 2) 독성지수 73
• 3) CO yield and CO2 yield 78
• IV. 결론 80
• 참고문헌 82
• 부록 85
• 국문초록 90