2. 시험 결과
그림에서 보여주는 바와 같이 그룹 비교는 통계 JMPⓇ 소프트웨어의 출력입니다. 단열재폼 타입은 X축에 표시되고, 그 각각의 결과는 Y축에 검은 점으로 표시되어 있습니다. 다이아몬드 상단과 하단 점은 데이터의 95% 신뢰구간 평균을 나타냅니다. 왼쪽의 수평 라인과 다이아몬드 오른쪽 점은 데이터의 평균을 나타냅니다.
1) 밀도
밀도는 압축강도와 같은 발포체의 기계적 특성과 관련된 물리적 특성에 영향을 미칩니다. 밀도가 증가함에 따라 일반적으로 강도는 증가합니다. 측정된 단열재의 밀도는(외장재 제거) [그림1]과 같습니다. 다른 3개의 샘플보다 페놀폼 보드 B는 훨씬 더 높은밀도로 측정되었습니다.
[그림1] 밀도, ASTM C303-07
2) 열전도율
열전도율 측정은 ASTM C815를 통해, ASTM C1289 열 노화방법에 따라 실시하였습니다. 단열제품은 측정되기 이전에 화씨 140℃에서 140일 동안 숙성되었습니다. 이 방법은 일반적으로 경질우레탄폼단열재 제품에 이용됩니다.
두 페놀폼 보드는 경질우레탄폼단열재(보온판) 및 압출법단열재(XPS)보다 상대적으로 낮은 열전도율(높은 R값)을 보였습니다.
[그림2] 열전도율, 90일 동안 열노화 화씨 140℃, ASTM C815
3) 압축강도
밀도의 차이에도 불구하고, 4개(페놀폼 보드 A, B 및 경질우레탄폼단열재, 압출법단열재)의 단열재는 약간의 차이를 보였습니다. 모든 단열재는 사용하기에 적합하였습니다.
[그림3] 압축강도 ASTM D 1621의 절차
4) 수분 흡수
처음에 ASTM에서 규정된 2시간 흡수에 따라 4개의 단열재는 ASTM C209에 따라 측정하였습니다. 수분 흡수에서 페놀폼 보드는 경질우레탄폼단열재(보온판) 및 압출법단열재(XPS)에 비하여 상당한 차이가 관찰되었습니다.
[그림4] ASTM C 209 수분흡수(부피 기준 %)-2시간 흡수
2시간 흡수성 데이터를 결과로, 장기적인 흡수성 연구를 실시하였습니다. 단열재 시료는 ASTM C209에 따라 함침하고, 90일 동안 측정하였습니다. 모든 테스트는 부착된 외피와 같이 실시하였습니다. 샘플의 크기는 모두 300mm*300mm(길이 및 폭)입니다.흡수성시험에서 측정한 샘플의 두께는 아래와 같습니다.
단열재 타입 | 흡수성시험을 위한 측정 두께 |
페놀폼 보드 A | 20mm |
페놀폼 보드 B | 23mm |
경질우레탄폼단열재(보온판, PIR) | 25mm |
압출폴리스티렌(XPS)단열재 | 25mm |
7일 동안 침수 후 처음 열전도율을 측정하였고, 30일 후 열전도율과 흡수율을 측정하였습니다. 그림에서 나타난 바와 같이, 페놀폼 보드 샘플의 흡수율은 90일 동안 경질우레탄폼단열재(보온판)와 압출폴리스티렌(XPS)단열재보다 상대적으로 급격하게 증가하였습니다. 90일 시험기간 동안 단열재 폼에 흡수된 물은 열전도율에 해로운 영향을끼칩니다.
침수 7일 후, 두 페놀폼 보드 모두는 경질우레탄폼단열재(보온판)과 압출폴리스티렌(XPS)단열재보다 못한 충분한 열 저항을 잃었습니다.
시험이 진행되는 동안 페놀폼 보드 A는 원래 측정된 열 저항성능의 50%로 떨어졌습니다. 페놀폼 보드 B는 원래 성능의 35%로 떨어졌습니다. 비교적 압출폴리스티렌(XPS)단열재는 같은 기간 동안 97%를 유지하고, 경질우레탄폼단열재은 원래 성능의 82%를 유지하였습니다.
[그림5] 물 흡수의 결과, 90일 흡수, ASTM C209-07(연장)
[그림6] 물 흡수 후 열저항 값(R-Value) 결과, ASTM C518
5) 열 치수 안정성
치수안정성은 ASTM C1289의 조건에 따라 상대습도 97%, 158F에서 ASTM D2126에따라 측정하였습니다. 페놀폼 보드는 두께 방향으로 경질우레탄폼단열재와 압출폴리스티렌(XPS)단열재에 비해 성능은 향상되었지만, 차이는 사용에 중요한 것으로 생각되지않습니다. 네 개의 단열재 샘플에서 길이(압출)방향으로 -0.5%~0.5% 사이의 범위로 상당한 성능의 차이는 관찰되지 않았습니다.
[그림7] 치수안정성, 두께 방향, ASTM D2126
6) 투습성
수증기투과(WVT) 수준은 경질우레탄폼단열재(보온판)와 같이 알루미늄이 표면재에 있다면, 측정 가능한 WVT이 없으면 폼 단열재에 따라 다양할 것입니다. 이것은 유사한 표면재를 사용 된 경우 페놀폼 보드와 압출폴리스티렌단열재는 유사한 성능을 달성할 것으로 예상됩니다. 그러나 페놀폼 보드와 압출폴리스티렌단열재는 [그림8]의 성능 결과 전혀 다른 표면재 또는 다른 표면 설계를 사용했습니다.
이러한 수증기투과(WVT) 성능은 불필요한 이슬점의 달성을 방지하기 위해 건물의 열밀폐를 설계할 때, 고려될 필요가 있습니다.
[그림8] 수증기투과율, ASTM E96
7) 셀 크기
두 페놀폼 보드는 XPS 또는 경질우레탄폼단열재(보온판)보다 더 작은 셀 크기로 측정되었습니다. 작은 셀은 폼 열전도율 방사요소를 감소시킴으로써 열 저항을 향상시킵니다.
[그림9] 셀 크기, 실험실측정
8) 부식
부식을 유발하는 페놀폼 보드에 대한 성향은 북미에서 페놀폼 외장 및 루핑 보드와 역사적인 문제가 되었습니다. 언급한 바와 같이, 1980년에서 1990년 초반에 금속 지붕데크에 단열재로 설치된 페놀폼의 부식 때문에 미국에서 페놀폼 제조업체에 대해 소송이 진행되었습니다. 이것은 페놀폼 보드가 시장에서 철회되는 결과를 주었습니다.
4.0이하의 PH환경에서 가속화된 속도로 철강 그리고 철의 부식을 초래할 수 있습니다. PH가 4.0이하인 경우, 산화철은 수용성입니다. 그것은 피막을 형성하는 금속 표면에 증착하기 보다는 오히려 형성되어 산화물을 용해합니다. 이 보호막이 없는 경우, 금속은 가속화된 속도로 부식과 산성용액과 직접 접촉합니다. 두 개의 페놀폼 단열재 PH 시험결과는 아래와 같습니다.
폼 타입 | 외장 | PH, ASTM 871 Test | PH, ModifiedASTM 871 |
페놀폼 단열재 A | 폴리에스테르 부직포 | 2.7 | 3.6 |
페놀폼 단열재 B | 복합 호잏 | 2.0 | 2.1 |
경질우레탄폼단열재 | 알루미늄 | 3.8 | 5.4 |
XPS | – | 7.5 |
표시된 열은 “ASTM 871시험” 전체 PH 시험방법의 결과를 표시합니다. 혼합의 일반적인 방법은 60초 미만이 소요됩니다. 이 현탁액을 30분 동안 유리 비이커에서 비등합니다. 얻어진 여과액은 여과지를 통해 배출시키고 PH를 측정합니다. 발포 단열재의 일반적인 방법은 30분 끓이는 단계와 같이 높은 온도는 볼 수 없습니다. 따라서 이 방법은수정되었습니다. 표시된 열은 “PH, 수정된 ASTM 871”로 동일한 방법을 따르지만, 용액을 끓이는 단계는 제거했습니다.
수정된 방법을 사용하는 경우 경질우레탄폼단열재(PIR)는 5.4 및 압출법단열재는 7.5로 측정되었고, 두 페놀폼 보드는 각각 3.6 및 2.1로 측정되었습니다. 수정된 시험결과에서 페놀폼 보드의 평가는 4.0이하의 PH입니다. 이러한 제품은 철강과 접촉에 사용하는 경우 잠재적으로 부식에 대한 문제를 제기할 수 있습니다.
9) 화재와 연기
페놀폼 보드는 화재에 우수하고 연기에 저항하는 특성은 잘 알려져 있습니다. 일부 실내 화재시험은 이러한 발포폼의 상대적인 화재성능을 비교하기 위해 실시되었습니다. 모빌 45라는 내부 시험방법으로 발포폼을 실시하였습니다. 시험의 설정은 아래 [그림10]과 같습니다.
[그림10] 실험실 화재시험
간단하게 다음과 같습니다. 216mm×51mm×13mm의 샘플을 45° 각도로 장착합니다.가스버너는 샘플 안쪽으로 배치합니다. 발포 폼의 어떠한 시각적인 열화가 관찰되지않을 때까지 불꽃을 유지합니다. 화염전파와 연기 수준은 육안으로 관찰하고, 질량 손실은 시험 후 측정합니다. 시각적으로, 화염 전파는 페놀 폼 보드와 경질우레탄폼단열재(PIR)는 유사하였으나, 연기수준은 페놀폼 보드에서 현저히 적은 것으로 관찰되었습니다. 압출법단열재(XPS)는 시험방법이 적합하지 않아 평가하지 않았습니다. 화재시험 후 질량 손실은 아래와 같습니다.
질량 손실 | |
페놀폼 보드 A | 5% |
페놀폼 보드 B | 5% |
경질우레탄폼단열재(보온판, PIR) | 5% |
10) 포름알데히드
액상 크로마토그래피(LC)는 페놀폼 보드에 남아 있는 미 반응 포름알데히드모노머의양을 측정하는데 사용되었습니다. 두 페놀폼 보드에서 발견된 총 잔류 포름알데히드는 137~264ppm로 아래의 표와 같습니다.
비교로, 경질우레탄폼단열재(PIR) 및 압출법단열재를 생산하는 데 사용하는 원료는 포름알데히드의 수준을 측정하지 않았습니다.
잔류 포름알데히드(ppm) | |
페놀폼 보드 A, 20mm | 253 |
페놀폼 보드 A, 30mm | 225 |
페놀폼 보드 A, 66mm | 137 |
페놀폼 보드 B, 23mm | 207 |
페놀폼 보드 B, 40mm | 264 |
페놀폼 보드 B, 71mm | 177 |
11) 발포제
가스 크로마토그래피 질량분석(GCMS)은 발포폼에 존재하는 발포제를 분석하기 위하여 사용되었습니다. 흡입기는 발포폼의 셀에 있는 발포제를 모으기 위하여 사용되었습니다. 추출한 발포제를 GCMS를 통해 분석하였습니다.
페놀폼 보드 A에서는 이소펜탄, 이소부탄을 포함한 발포제로 n-펜탄이, 그리고 페놀폼보드 B에서는 클로로프로판과 이소펜탄이 포함되어 있습니다. GCMS 및 열분해 가스크로마토그래피 측정 모두에서 A, B 페놀폼 보드는 클로로 발포제 및 이소펜탄을 확인할 수 있었습니다.
경질우레탄폼단열재(PIR)은 탄화수소 발포제로 생산되었습니다(혼합 펜탄의 이성질체). 압출법단열재는 잠재적인 제로 오존파괴 배합을 사용하여 생산되었습니다.
3. 결론
1) 페놀폼 보드의 장점
(1) 높은 단열성능
➀ 열저항(R/in) 측정은 페놀폼 보드 6.7~7.5 대 경질우레탄폼단열재(PIR) 압출법단열재 각각 5.0~6.5
➁ 작은 셀은 페놀폼 열 방출을 감소
(2) 우수한 화재성능: 낮은 연기발생과 화염전파
2) 페놀폼 보드의 단점
(1) 수분 흡수: 열 저항을 크게 감소하는 결과
(2) 부식 가능성: 낮은 PH는 강철의 부식을 가속화
(3) 잠재적인 EH&S(건강과 안전) 문제: 잔류 포름알데히드의 존재
이 연구는 1980년대와 1990년대 북미에 도입된 페놀폼 보드의 특성을 모방하여 페놀폼 보드를 평가하였습니다. 페놀폼 보드의 고유의 문제와 장점은 오늘날에도 여전히 존재하는 것으로 보입니다.