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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 니들 플레임을 이용하여 바닥재를 수직 연소시켰을 때의 화염의 성장 특성 및 탄화 패턴을 해석하여 화재조사의 판단 근거로 활용하고, 향후 진행될 복사열 분석을 위한 연구의 자료를 확보하는데 있다.
제안 방법
- 카펫은 국내 소방법에 따라 방염 처리된 제품을 실험에 적용하였다. Figure 6(a)는 실험의 준비 단계이며, PVC 장판 및 강화마루와 동일한 조건 및 방법을 적용하여 연소 실험을 실시하였다. Figure 6(b)는 고정된 카펫에 화염의 착화 단계를 나타낸 것으로 화염의 크기는 약 12 mm이다.
- 9 mm의 바깥지름의 튜브를 통해 니들 플레임 시험기 노즐에 부탄가스를 공급하였다. 30 s 동안 화염을 인가한 후 화염을 제거하였고, 바닥재의 자연 소화 여부를 확인하였다. 연소가 계속 진행되면 60 s에 화염을 강제로 소화하였다.
- 일반적으로 PVC 장판은 콘크리트, 석재, 타일 등과 같은 불연재 위에 접착제를 이용하여 부착시킨다. 그리고 PVC 장판 자체만을 연소시킬 때 발생되는 뒤틀림을 억제하기 위해 시공 환경과 유사한 조건인 인조타일에 부착하여 실험을 실시하였다. 화염 공급 전 니들 플레임 노즐을 수직으로 세운 상태에서 화염의 크기를 12 ± 1 mm 이하가 되도록 조절하였고, 연소 실험이 진행되는 동안 화염의 길이를 유지시켰다.
- 바닥재에 대한 화염의 공급은 바닥재의 좌측 하단에서 노즐을 45°로 조절하여 방사하였다. 바닥재는 가로 10 mm, 세로 230 mm로 일정하게 절단하였고, 바닥재의 상부를 클램프로 고정시켰다.
- 바닥재에 대한 화염의 공급은 바닥재의 좌측 하단에서 노즐을 45°로 조절하여 방사하였다.
- 실험 과정은 디지털캠코더(Digital camcorder, Sony nxcam adchd Mpe2 SD, Japan)와 디지털카메라(Digital camera, D90, 2009, Nikon, Japan)로 실시간 촬영하여 연소 특징을 해석하였다.
- Figure 3은 니들 플레임을 이용하여 바닥재의 수직 연소 및 특성 해석을 위한 과정을 나타낸 것이다. 실험의 신뢰성과 안전성을 확보하기 위해 모든 10회 반복 실험을 진행하였다. 실험장치 주변에 분말소화기를 비치하였으며 동일한 표준작업절차(SOP)를 준수하였다.
- 실험의 신뢰성과 안전성을 확보하기 위해 모든 10회 반복 실험을 진행하였다. 실험장치 주변에 분말소화기를 비치하였으며 동일한 표준작업절차(SOP)를 준수하였다.
- 자체 제작된 니들 플레임을 이용하여 바닥재를 수직 연소시켰을 때의 화염의 성장 특성 및 탄화 패턴을 해석하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
- 화염 공급 전 니들 플레임 노즐을 수직으로 세운 상태에서 화염의 크기를 12 ± 1 mm 이하가 되도록 조절하였고, 연소 실험이 진행되는 동안 화염의 길이를 유지시켰다.
대상 데이터
- PVC 장판은 열전도율이 좋아 온돌문화가 지배적인 국내 건축 환경에 적합하다. PVC 장판은 염화비닐의 중합에 의해서 얻어지는 폴리염화비닐(Poly-vinyl chloride)이다.
- 카펫은 직물이나 양모 등과 유사한 형태의 섬유로 만들어진 것이다. 본 연구에 사용된 카펫은 합성 섬유이며, 폴리프로필렌 원사로 100% 표면처리 된 제품이다. 카펫은 눈의 피로가 작고, 보온효과 및 방음효과가 상대적으로 우수한 바닥재이다.
- 사용한 가스는 순도 95% 이상의 부탄가스이며, 35 mm 이상의 길이와 0.5 ± 1 mm의 안지름, 0.9 mm의 바깥지름의 튜브를 통해 니들 플레임 시험기 노즐에 부탄가스를 공급하였다.
- Figure 6은 니들 플레임에 의한 카펫의 수직 연소 실험 과정을 나타낸 실체 사진이다. 카펫은 국내 소방법에 따라 방염 처리된 제품을 실험에 적용하였다. Figure 6(a)는 실험의 준비 단계이며, PVC 장판 및 강화마루와 동일한 조건 및 방법을 적용하여 연소 실험을 실시하였다.
이론/모형
- Figure 2는 니들 플레임 시험에 의해 바닥재가 수직 연소될 때의 화염의 거동 및 특성을 해석하기 위한 실험 장치의 실체 사진이다. KS C IEC 60695-2-2에 제시되고 있는 기준을 준용하였고, 니들 플레임 시험기(Needle flame tester, F1830, Elex polytech, Ltd., Korea)는 자체 설계 및 제작하였다. 실물 연소 실험이 진행된 실내의 온도는 20 ~ 22 ℃, 상대습도는 18 ± 2%를 일정하게 유지하였다.
성능/효과
- 1) PVC 장판은 니들 플레임 시험에서 화염 공급과 동시에 검은색 연기를 발생하며 활발하게 연소하였고, 화염 공급이 차단된 후 자연소화에 따라 난연성이 있는 것으로 확인되었다. 직사 화염을 받은 PVC 장판 표면의 소손 패턴은 광택이 없어졌고, 용융되어 안쪽으로 수축되었다.
- Figure 4(d)는 화염의 공급이 30 s 되었을 때의 실체 사진이다. 10회의 반복 실험에서 니들플레임 시험기 노즐의 화염을 제거하면 화염의 성장은 멈추는 것을 알 수 있었고, 화염을 차단하였을 때 약 2 s 이내에 자연 소화되는 것을 확인하였다. PVC 장판 제조 시 첨가된 열안정제에 의해 난연성이 있는 것을 확인하였다(10,17).
- 2) 강화마루는 한번 착화되면 강제로 소화할 때까지 계속 연소하였으며, 화염의 공격을 받은 강화마루 상부 표면은 라미네이트층의 소실과 불규칙적인 박리가 형성되었다. 그리고 간접 화염에 의해 소손된 후면은 하단부에 회백색이 나타났다.
- 3) 카펫은 니들 플레임 실험에서 화염의 인가에 따라 활발하게 연소하였다. 카펫에 축열이 형성되면서 화염은 상승 기류를 형성하였고, 시간의 경과에 따라 화염의 크기가 커졌으며, 카펫 표면이 용융되면서 2차 화재의 위험성을 확인하였다.
- Figure 6(h)는 설정된 60 s가 경과되어 강제로 화염을 진압한 직후의 실체 사진이다. 이상의 실험에서 확인된 바와 같이 카펫에 착화되고 축열이 형성되면 화염은 상승기류를 형성하면서 더욱 성장하는 것이 확인되었고, 주변에 가연성 물질이 있을 때 화염의 확산은 더욱 촉진될 것으로 판단된다(10,17).
- 3) 카펫은 니들 플레임 실험에서 화염의 인가에 따라 활발하게 연소하였다. 카펫에 축열이 형성되면서 화염은 상승 기류를 형성하였고, 시간의 경과에 따라 화염의 크기가 커졌으며, 카펫 표면이 용융되면서 2차 화재의 위험성을 확인하였다. 직사화염을 받은 카펫 표면은 광택이 없고 거칠며 표면이 용융되어 흘러내렸을 뿐만 아니라 작은 구멍이 다수 발생되었다.
후속연구
- 우측면과 대칭적인 연소 패턴을 보이는 것으로 분석된다. 즉, PVC 장판의 수직 연소가 발생되면 하부에 망울 형태의 고형화가 발생하며, 그을음 역시 상부로 성장하는 패턴이 형성되는바 화재의 방향성 판정에 활용할 수 있을 것으로 기대된다(10,17).
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