공장에서 생산된 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)의
‘노화 열전도율 측정’(3)
4. 실험
4개의 다른 유럽 생산자에 의해 8개의 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)는 이 연구에 통합되었습니다. 모든 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)는 펜탄을 발포제로 사용합니다. 여기에는 확산 개방 표면재가 있는 6개의 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)와 확산 밀폐 표면재가 있는 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드) 2개가 있습니다. 30~50mm는 확산 폐쇄형 단열재, 30~120mm 범위에서는 확산 개방형 표면재를 가지는 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)를 사용하였습니다.
열전도율(λ) 측정은 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)는 제조사인 헌츠먼(Huntsman)에 의해 최근 또는 노화된 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드) 샘플의 가스 분석과 확산 계수의 결정이 수행되었습니다. Ageism이라 불리는 헌츠먼(Huntsman) 열전도율(λ) 노화 시뮬레이션 소프트웨어는, 실험적으로 측정된 단기 열전도율 대 시간 곡선에 적합하고 25년 열전도율을 예측하기 위해 사용되었습니다. 노화뿐만 아니라 셀 가스 분석 기술은 아래에 설명되어 있습니다.
1) 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드) 셀 가스 분석
경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)의 셀 가스 함유량은 개조 가스 크로마토그래프(chromatograph)를 이용하여 정량적으로 분석하였습니다. 코르크 보어를 사용하여 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드) 샘플에 작은 구멍(직경 0.9cm, 길이 2~3cm)을 뚫었습니다. 이 구멍은 이후 분사 시스템으로 빠져 나가는 가스를 모으는 특수 장치에 의해 분쇄되고 연마되었습니다. 장치를 100℃에서 예열하여 단열재 셀에 존재하는 모든 발포제를 증발시켰습니다. 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드) 구조에 흡수된 발포제는 짧은 시간에 방출되지 않습니다.
이후 가스 크로마토그래프에 주입하면 모든 가스에 대해 정량 및 정성 분석이 가능합니다. 교정은 모든 관련 가스에 대해 한정된 양의 보유 시간과 반응 부분을 측정함으로써 수행됩니다. 기본적으로경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드) 구멍의 무게, 밀도 및 폐쇄 셀 함량에 기초하여 가스 조성 물은 셀 가스압력 또는 무게 %로 표현할 수 있습니다.
2) 열전도율 노화 시뮬레이션: Ageism
앞에서 설명한 것과 같이, 시간에 따른 셀 가스 조성의 변화 및 가스 열전도율(열 노화)과 관련된 변화는 상당히 복잡한 현상입니다. 다른 가스는 발포 형태와 온도에 따라 달라지는 다른 확산 속도(CO2〉공기〉 BA)를 가지고 있습니다. 그 위에 발포제는 응축을 겪고, 발포 구조에 부분적으로 용해될 수 있습니다. 경질 우레탄 폼에서 시간과 위치의 함수로서 셀 가스 조성과 가스 열전도율(k-gas)의 정확한 계산은 Ageism이라 불리는 헌츠먼 열전도율 노화(Huntsman lambda aging) 소프트웨어 내에서 이루어집니다.
계산의 첫 번째 단계는 주어진 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)에 대한 초기 셀 가스 조성을 규정하는 것입니다. 이것은 배합비에 기초하여 계산될 수 있으며, 또한 상기 셀 가스 분석 기술에 기초하여 측정될 수 있습니다. 초기 가스 열전도율은 Wassiljewa 등식을 기반으로 계산됩니다(Lindsay-Bromley 가스 상호 작용 매개 변수 계산).
초기 셀 가스 조성을 규정한 후 몇 가지 노화 모듈을 사용할 수 있습니다. 직사각형 경질 우레탄 폼 단열재 (우레탄보드)의 경우, 1차원(1D) 및 3차원(3D) 노화 순서에서 선택이 가능합니다. 3차원(3D) 노화 순서는Fick’s의 법칙에 대한 분석 솔루션을 기반으로 합니다. 확산은 균일한 온도의 직사 각형 블록에서 3방향으로발생합니다. 3개의 직교하는 방향 각각에서, 균일한 유효 확산 계수가 선택될 필요가 있습니다. 6개 면 각각에서 확산 폐쇄 표면이 가능합니다. 배출은 블록의 주어진 위치에 대한 시간 의 함수로서 셀 가스 압력과 k-가스로 구성됩니다.
1차원(1D) 노화 과정에서, 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)는 모든 기체에 대해 잘 규정된 온도와 확산 계수를 갖는 작은 요소로 나뉘어져 있습니다. 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)에 온도 변화가 발생되면, 확산 계수는 이 요소의 온도에 따라 각 원소마다 다릅니다. 표면이 확산 장벽의 역할을 하는 경우, 면에 있는 각 가스의 정확한 확산 계수를 지정할 수도 있습니다. 또한 응축은 온도에 따라 각 요소에 대해 평가됩니다.
각 시간 단계에서, 모든 요소는 인접한 요소와 함께 확산됩니다. 각 시간 단계 이후, 기체–액체 평형이 먼저 재평가되고, 이어서 k-가스가 계산됩니다. 이 절차(확산–응축– k 가스)는 전체적으로 종료될 때까지 반복됩니다. 주요 출력은 시간의 함수로서(위치–평균화) 셀 가스 압력과 k-가스의 그래프와 특정 시간의 위치의 함수로서 셀 가스 및 k-가스로 구성됩니다. 3차원(3D) 노화 방법과 비교하여, 이 1D 노화 방법은 큰 온도 변화를 받는 발포 폼 또는 확산을 현저히 지연시키는 표면이 있는 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)의 경우, 노화 공정에 대해 보다 현실적인 계산을 제공합니다.
반면에, 1D 방법은 한 방향으로 진행되는 확산 방법에만 국한되며, 일부 입력 매개 변수(확산 및 표면의 두께)는 쉽게 결정할 수 없습니다. 이 자료에서는, 3D 노화 방법만 사용했으며, 최근의 다른 자료에서는 1D 방법이 사용되었습니다.
3) 효과적인 확산 계수 결정
효과적인 확산 계수(Deff)와 그 온도 의존성은 성공족인 노화 시뮬레이션을 얻기 위해 매우 중요한 입력 매개 변수입니다. 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)의 셀 가스 분석이 필요한 두 가지 기본 방법이 확산 계수를 결정하기 위해 헌츠먼 폴리우레탄에서 사용됩니다. 첫 번째 방법에서, 비교적 얇은 열전도율 블록 (20*20*3cm)은 잘 관리되는 온도에서 노화됩니다. 가스가 평형 값에 도달하기 전에 셀 가스 분석을 수행 함으로써, Agesim을 통해 공기와 이산화탄소의 확산을 쉽게 결정할 수 있습니다.
이 방법은 발포제가 매우 천천히 확산되므로, 확산을 결정하는 데 적합하지 않습니다. 대신 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)에 코르크로 만든 작은 구멍을 일정한 온도에서 일정한 시간동안 노화시키고 셀 가스 분석을 수행합니다. 이러한 구멍의 특정 기하학적 형상을 고려하여 발포제 확산을 계산합니다. 확산의 온도 의존성은 적어도 두 가지 온도, 일반적으로 20℃와 70℃에서 확산을 측정한 후 Arrhenius 유형의 등식에 의해 평가합니다.
[경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드) 후변형 시험]