[논문]팽창흑연을 사용한 복합재료의 난연 특성에 관한 연구

전관옥; 이동호

doi:10.14346/jkosos.2017.32.3.28

팽창흑연을 사용한 복합재료의 난연 특성에 관한 연구
A Study for the Fire Retardant-Characteristics of Expandable Graphite Composite Materials 원문보기

한국안전학회지 = Journal of the Korean Society of Safety, v.32 no.3, 2017년, pp.28 - 33

전관옥 (인천대학교 대학원 안전공학과) , 이동호 (인천대학교 소방방재연구센터)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the composite material of expandable graphite was made to the material development for improving such as a composite material of the sandwich panels or material properties of a fire door and was tested by the ISO 1182, ISO 5660-1(Cone calorimeter Method). For the test, the composite material of expandable graphite, what the expandable graphite ratio was increased by respectively 0g~30g, was classified A1,A2, A3, A4, and made to the test specimens. Through cone calorimeter test, peak heat release rate(HRR) and total heat release(THR), expanded thickness and expansion rate of each composite material of expandable graphite, and fire prone crack and mass loss rate after burning was measured. Thus, the effect of the addition of the expandable graphite and whether is suitable for reference as a fire retardant, was analyzed. Consequently the correlation of THR and fire retardant performance rate was confirmed.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 재료 개발은 ISO 1182와 ISO 5660-1¹⁾ 및 ISO 2271에 의하여 국제표준재료별 시험기준을 만족하도록 규정하고 있다. 따라서 본 연구에서는 가연성 목재에 팽창흑연과 난연 첨가재를 혼합시킴으로서 방화 성능이 개선된 건축 내장재 개발을 목표로 한다. 본 연구에서 선정된 팽창흑연은 흑연의 층상구조 특성에 기인하여 흑연 층간조직 사이에 황 또는 질소 화합물을 결합 후 열을 가하면 입자가 수백 배 팽창함에 따라 아코디언처럼 층의 분리 현상이 발생하는 구조적 특징을 갖는다.
또한 팽창흑연과 관련된 난연성 연구^5-10)와 열적 물리적 거동 연구^11-21)가 많이 이루어져 왔다. 본 연구에서는 목재 파우더에 팽창흑연을 첨가시켜 열방출율(HRR), 총열방출률( THR), 질량감소율(Mass loss rate), 팽창비(Expansion rate)등 난연재료의 특성을 Cone calorimeter를 사용하여 실험적으로 규명하고 난연성능지수를 산정하여 난연 성능과의 관계를 규명하고자 한다.

대상 데이터

본 팽창흑연 복합재료의 난연성 연구에 사용된 구성재료는 목재분(Wood particle), 팽창흑연(Expandable graphite)이며 시편 제작에 필요한 결합재로서 실생활 전반에 범용적으로 사용되고 있는 천연풀(Naturalbinder)을 공통으로 사용하였다. 목재분은 일반 목재의 가공 과정에서 발생되는 부산물로서 입도 80∼100mesh size를 선별하여 1개월 이상 충분히 건조한 것을 기본 재료로 사용하였으며 팽창흑연은 Table 2와 같이 Carbon content 93.

이론/모형

팽창흑연 복합재료의 난연성능 기준에 대한 적합 여부에 대한 측정은 ISO 5660-1 : 2008 기준에 따라 Cone Calorimeter를 사용하여 실험을 시행하였고 시험 방법 역시 ISO 5660-1에 근거하여 건축물 마감 재료의 난연성능 기준에 따랐다. 시험은 콘칼로리미터 시험실 온도 28+1℃, 상대습도 60+5% R.

성능/효과

1) 목분(Wood Particle)을 100g을 기반으로 팽창흑연첨가량을 0 g에서 30 g 수준까지 증대 시킬수록 총열 방출률(THR)이 점차 감소하였고 팽창흑연 첨가량 30 g 수준에서 난연 성능 기준을 만족 시키는 것으로 나타나 팽창흑연을 활용한 복합재료가 난연성능을 구현할 수 있음을 규명하였다.
2) 본 실험 조건 내 팽창흑연 복합재료의 연소 반응 후 팽창비가 팽창흑연 30 g 첨가 수준에서 14.0까지 높게 나타나 이러한 팽창층(Expansion layer)이 열적 저항을 높이고 연소를 지연시켜 총열방출량(THR) 감소와 중량 감소율(Mass loss rate)에 영향을 미치는 것으로 판단하였다.
3) 팽창흑연 첨가량을 0 g에서 30 g 수준까지 증대시킬수록 총열방출률(THR)이 점차 감소하고 상대적으로 복합재료의 난연성능지수는 향상되는 것으로 나타나 총열방출률(THR)과 난연성능 간에는 서로 음의 상관관계를 가지고 있는 것으로 나타났다.
5%로 점차 감소되었다. 결과적으로 A4 시편의 총열방출률(THR)이 7.0 MJ/m²으로 난연재료기준 이하로 나타났고 연소 후 크랙, 홀 등이 존재하지 않아 시편 중 난연 성능이 가장 우수한 것으로 나타났다. 또한 시험편에 대한 팽창비(Expansion rate)를 Table 5에 나타내었다.
그리고 팽창흑연 첨가량을 0 g에서 30 g으로 순차적으로 증가시킴에 따라 시편 별로 총열방출률(THR) 값이 27.0, 14.8, 9.9, 7.0 MJ/m²으로 나타났으며 A4 시험편이 난연성능기준(8.0 MJ/m² 미만)을 만족하여 난연성능을 구현할 수 있는 것으로 판단이 되었다. 또한 난연성능 8.
따라서 본 연구에서는 가연성 목재에 팽창흑연과 난연 첨가재를 혼합시킴으로서 방화 성능이 개선된 건축 내장재 개발을 목표로 한다. 본 연구에서 선정된 팽창흑연은 흑연의 층상구조 특성에 기인하여 흑연 층간조직 사이에 황 또는 질소 화합물을 결합 후 열을 가하면 입자가 수백 배 팽창함에 따라 아코디언처럼 층의 분리 현상이 발생하는 구조적 특징을 갖는다. 팽창흑연은 이러한 물리적 특성에 기인하여 난연 플라스틱17, 난연 EPS, PU- foams, resins, textiles, rubber, roof- coverings 등에 매우 광범위하게 사용되고 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	보다 안전한 건축 내장재 개발이 필요한 이유는 무엇인가?	현대 사회구조는 점차 복잡다단해지고 건축 구조물의 지하화 및 고층화가 지속 되어감에 따라 화재 발생으로 부터 인명과 재산 피해의 최소화를 확보하기 위해 보다 안전한 건축 내장재 개발을 요구하고 있다. 국내의 경우, 건축자재는 건축법 시행령 제2조에 의거하여 불연재료, 준불연재료, 난연재료로 구분하고 있다.
	건축자재는 어떻게 구분될 수 있는가?	현대 사회구조는 점차 복잡다단해지고 건축 구조물의 지하화 및 고층화가 지속 되어감에 따라 화재 발생으로 부터 인명과 재산 피해의 최소화를 확보하기 위해 보다 안전한 건축 내장재 개발을 요구하고 있다. 국내의 경우, 건축자재는 건축법 시행령 제2조에 의거하여 불연재료, 준불연재료, 난연재료로 구분하고 있다. 이러한 재료 개발은 ISO 1182와 ISO 5660-11) 및 ISO 2271에 의하여 국제표준재료별 시험기준을 만족하도록 규정하고 있다.
	건축 내장재 개발은 어떠한 기준을 만족해야 하는가?	국내의 경우, 건축자재는 건축법 시행령 제2조에 의거하여 불연재료, 준불연재료, 난연재료로 구분하고 있다. 이러한 재료 개발은 ISO 1182와 ISO 5660-11) 및 ISO 2271에 의하여 국제표준재료별 시험기준을 만족하도록 규정하고 있다. 따라서 본 연구에서는 가연성 목재에 팽창흑연과 난연 첨가재를 혼합시킴으로서 방화 성능이 개선된 건축 내장재 개발을 목표로 한다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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