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콘칼로리미터를 활용한 유기단열재의 가스유해성 평가방법연구
심지훈(Ji Hun Shim),권기석(Ki Seok Kwon) 한국화재소방학회 2022 한국화재소방학회 학술대회 논문집 Vol.2022 No.춘계
산업이 발달함에 따라 건축물은 점차 경량화, 대형화, 고층화 및 복합용도로 되어가는 추세에 놓여있다. 최근 단열재에 대한 건축물의 안전성은 계속해서 화두가 되어지고 있다. 그 중 단열재의 잠재 화재위험도는 점점 더 높아지고 있는 실정이다. 국내에서 사용되는 단열재는 그라스울, 미네랄울 등과 같은 무기단열재와 스티로폼, 우레탄, 페놀폼과 같은 유기단열재가 사용되지고 있으며, 국내 단열재 구성비는 유기단열재가 65%차지하고 있고 나머지 35%가 무기단열재가 차지하고 있다. VIP, 에어로겔 같은 최신 단열재는 대형건설사 위주로 일부 건축물에 활용되고 있으며, 아직 대중화되지 못한 상태이다. 유기단열재의 사용량이 무기단열재의 사용량에 비하여 약 80% 이상 차지하고 있다. 유기단열재가 무기단열재에 비하여 단열성능이 좋고 성형성이 뛰어나며 공사비용이 저렴한 경제적인 장점이 있지만 무기단열재에 비하여 화재에 취약한 단점을 가지고 있다. 최근 복합자재의 대형화재사고 사례는 주로 유기단열재를 이용한 건축물 마감재로 확인되고 있다. 건축물을 구성하는 단열재의 화재는 착화 및 연소속도가 빠르고 연소시 유독가스를 다량으로 발생시키므로 인명과 재산상의 피해를 초래하고 있다. 이들의 위험성은 화재조건에 노출되었을 때의 열방출률, 화재의 전파 및 연소의 유해성 등으로 평가할 수 있다. 국내에서는 국토교통부고시 제 2020-1053호 ‘건축물 마감재료의 난연성능 및 화재 확산 방지구조 기준’에 따라 규정된 난연성능 시험방법 및 성능기준이 구분되어 있다. 연소성능 기준으로는 불연, 준불연, 난연으로 구분되어 있다. 불연등급의 경우, ‘KS F ISO 1182 : 건축 재료의 불연성 시험방법’과 ‘KS F 2271 : 건축물 마감재료의 가스유해성 시험 방법’으로 평가를 하고 있고, 준불연, 난연 등급의 경우, ‘KS F ISO 5660-1 : 연소성능시험-열방출률, 연기발생률, 질량감소율-제1부;열방출률(콘칼로리미터법) 및 연기발생률(동적측정)’과 ‘KS F 2271 : 건축물 마감재료의 가스유해성 시험 방법’으로 평가를 하고 있다. 본 연구에서는 연소성능기준에서 공통적으로 ‘KS F 2271 : 건축물 마감재료의 가스유해성 시험 방법’의 결과값이 ‘KS F ISO 5660-1 : 연소성능시험-열방출률, 연기발생률, 질량감소율-제1부;열방출률(콘칼로리미터법) 및 연기발생률(동적측정)’에서 도출되는 값에 의한 상관관계를 분석하여 평가방안을 제시하고자 하였다.
가스유해성 평가방법에 따른 유기단열재의 연소특성에 관한 연구
심지훈 ( Ji-hun Shim ),이재걸 ( Jae-geol Lee ),한경호 ( Kyoung-ho Han ),김주완 ( Ju-wan Kim ),송석훈 ( Seok-hun Song ),조형원 ( Hyung-won Jo ),윤도영 ( Do-young Yoon ) 한국화학공학회 2022 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.60 No.4
국내 건축물 마감재는 국토교통부 고시에 따라 KS F 2271 기준에 의해 평가되어지고 있으며, 이 실험은 실험동물을 사용하여 평가하고 있다. 본 연구에서는 가연성이 높은 유기물 단열재 EPS, 우레탄, 페놀폼에 대해 실험을 진행하였다. 이 3종의 단열재가 연소 시 발생되는 유해성 가스에 의한 실험용 쥐의 평균행동정지시간을 측정하여, 실험용 쥐의 행동정지에 대한 원인을 분석하고자 하였다. 실험용 쥐의 행동정지에 대한 원인분석방법으로는 FTIR 분석과 연기밀도실험을 진행하였고, 마우스의 행동정지 원인을 입자상물질에 의한 질식과 가스상물질에 의한 독성흡입으로 구분하여 실험결과를 분석하였다. 실험결과 우레탄이 가장 유해한 단열재로 평가되었으며, 가스유해성 실험결과에 대한 원인분석으로 FTIR분석과 연기밀도 실험을 진행한 결과, 독성흡입에 의한 영향보다 질식에 의한 실험용 쥐의 행동정지가 높은 것으로 나타났다. 본 연구는 유해성가스의 원인분석에 대한 기초연구로서, 독성의 근거를 마련하고 나아가 다양한 재료와 가스에 대한 분석을 통하여 보다 구체적인 독성평가의 기준이 마련될 수 있을 것으로 기대된다. Domestic building finishing materials are being evaluated according to KS F 2271 standards according to the notification of the Ministry of Land, Infrastructure and Transport, and this test is evaluated using laboratory animals. In this study, experiments were conducted on highly combustible organic insulation materials such as EPS, urethane, and phenolic foam. The purpose of this study was to analyze the cause of the behavioral suspension of the experimental mice by measuring the average behavioral suspension time of the mice caused by the harmful gas generated when these three types of insulation materials were burned. FTIR analysis and smoke density experiment were performed as a cause analysis method for the behavioral suspension of mice, and the experimental results were analyzed by dividing the causes of behavioral suspension into suffocation by particulate matter and toxic inhalation by gaseous substances. As a result of the test, urethane was evaluated as the most harmful insulation material, and as a result of FTIR analysis and smoke density test as a cause analysis for the gas toxicity test results, it is judged that the behavioral stop of the rats by suffocation is higher than the effect of toxic inhalation. This study is a basic study on the cause analysis of harmful gases, and it will be necessary to prepare the toxicity basis and analyze various materials and gases.
심지훈(Ji Hun Shim),최호준(Ho Joon Choi),옥정한(Jeong Han Ok),함병수(Byoung Soo Ham),황병복(Beong Bok Hwang) Korean Society for Precision Engineering 2005 한국정밀공학회지 Vol.22 No.3
In this paper a forward-backward can extrusion process are analyzed by using rigid-plastic FEM simulation. FEM simulation is conducted to investigate forming characteristics such as deformation modes for different process parameters. Design parameters such as thickness ratio, punch angle, friction factor and diameter ratio are selected to study the effect of them on the pattern of material flow. The analysis is focused mainly on the influences of the design factors on deformation pattern in terms of forming load, extruded length ratio and volume ratio. It is known for the simulation that the forming load, the length ratio and the volume ratio increase as the thickness ratio (TR), the wall thickness in forward direction to that in backward direction, decreases. The various punch angles have slight influence on the forming load, length ratio and volume ratio. However friction factor have little effect on the forming characteristics such as the forming load, volume ratio and so on. In addition the forming load increases as diameter ratio (DR), the outer diameter of a can in forward direction to that in backward direction, increases. Furthermore the extruded length ratio is lowest with a certain value of DR=0.85 among diameter ratios. Pressure distribution exerted on the die-material interface is illustrated schematically.
적린을 첨가한 경질폴리우레탄 폼 단열재의 난연성능에 관한 기초적 연구
권기석(Ki Seok Kwon),심지훈(Ji Hun Shim) 한국화재소방학회 2022 한국화재소방학회 학술대회 논문집 Vol.2022 No.춘계
영국 그렌펠 타워 화재사고 및 제천 스포츠센터 화재, 이천 물류센터 공사장 화재 등 대형 화재사고가 발생하면서 화재안전에 대한 인식이 더욱 부각되고 있다. 앞서 나열된 화재사고는 유기물 단열재를 외벽 마감재로 사용함으로써 화재확산이 빠르게 진행되었던 사례이다. 이에 따라 정부에서는 유기물 단열재의 화재 확산에 대한 위험성을 인지하고 건축자재등 품질인정 관리기준을 도입하였으며, 건축물 마감재료의 성능 기준을 강화하였다. 새로 제정된 고시 기준에 따르면 건축물의 외벽 마감재료 및 단열재는 준불연 이상의 재료를 사용하도록 하고 있으며, 각각의 재료는 단일재료로 시험한 결과가 소정의 성능 기준을 만족해야 한다. 건축물에 사용되는 단열재 중 경질 폴리우레탄 단열재의 경우 다른 단열재에 비해 열적 안정성이 우수하고, 변형 가능성이 적고, 장기적으로 내구성이 우수한 장점이 있어 국내 시장에 많이 사용되고 있는 단열재이다. 기존의 폴리우레탄보드는 준불연 성능을 만족시키기 위해 표면에 은박 표면재가 부착되어 제조되고 있으나, 최근 건축물 마감재료의 성능 기준이 바뀌면서 기존 폴리우레탄 단열재가 준불연 성능 기준에 미치지 못하는 사례가 발생하고 있다. 따라서 업계에서는 단일소재로 준불연 성능 기준에 적합한 우레탄을 개발하기 위해 많은 연구를 진행하고 있으며, 본 연구에서는 그 일환으로 첨가제의 혼합 비율이 연소성능에 미치는 영향을 분석하기 위한 기초연구를 수행하였다. 본 연구에 사용된 첨가제로는 적린을 첨가하였으며 혼합 비율 3.5 % ~ 20 % 이내의 범위로 시험체를 제작하여 Cone calorimeter를 사용한 THR, HRR 측정을 수행하였다. 또한 시험 종료 후 시험체 형상을 육안 관찰하였으며, 최종적으로 준불연 성능 기준에 적합성 여부를 확인하였다. 그 결과 적린의 첨가량이 증가할수록 THR값은 낮아지는 경향을 나타내었다.