KR20110052662A - 강화 플라스틱 선박용 방염 구조물 - Google Patents

강화 플라스틱 선박용 방염 구조물 Download PDF

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Abstract

강화 플라스틱으로 제작되는 선박에 사용되는 방염 구조물로는, 방염 첨가제가 첨가된 여러 층의 강화 플라스틱으로 이루어져 있으며, 포비성 페인트 층이 피복되어 있는 괴상 적층구조물, 또는 a) 경량이고, 불연성이며, 망상 또는 치밀한 조직의 금속 또는 목재 또는 구조용 발포체인 코어(1)로 불리는 소재와, b) 방염 첨가제가 첨가되어 있고, 포비성 페인트 층을 구비하며, 상기 코어(1)의 양 측면 위에 위치하는 두 개의 필름(2)과, c) 상기 두 개의 필름(2)을 코어(1)에 부착시키는 접착제로 이루어진 샌드위치형 적층구조물 등 두 종류가 있다.

Description

강화 플라스틱 선박용 방염 구조물 {FLAME-RETARDING ARRANGEMENT IN REINFORCED-PLASTIC BOATS}
본 발명은 강화 플라스틱 선박에 발생한 화재로부터 선박을 구조적으로 보호하는 방염 구조물에 관한 것이다.
IACS(International Association of Classification Societies)는 ABS, BV, CCS, DNV, GL, KR, LR, NK, RINA, RS 같이 전 세계에서 보트를 분류하는 10개의 주요 단체들이 결합된 국제 법인(international body)이다. 지리적 영역의 관점에서, 보트는 항해할 수 있는 것이고, 보트는 제한(restricted) 또는 무제한(unrestricted) 서비스로 분류될 수 있으며, 무제한 서비스에 속하는 보트는 바다의 어떠한 영역에서도 항해할 수 있기 때문에, 무제한 서비스에 속할수록 그 레벨이 높다. 따라서, 여객선의 특정 경우에 있어서, 전술한 분류 단체들로부터 획득할 수 있는 최고 등급은 A1+ 상업용 여객선 무제한 서비스(A1+ Commercial Passenger Vessel Unrestricted Service)이다.
무제한 서비스 등급을 취득하기 위해, 상기 분류 단체들로부터 요구받는 가장 중요한 아이템들 중 하나는 화재에 대한 구조적 안전으로, 이는 선박 건조에 사용되는 소재 또는 소재들의 세트가 내화성(fire-resistant)이어야 한다는 것을 의미한다. 소재들이 내화성이라는 점을 보증하기 위한 기본적인 원리는, IACS의 단체 멤버에 의해 승인될 수 있는 4개의 표준 즉 SOLAS 1974 Convention, High Speed Craft Safety Code (HSCS Code, 섹션 7.4), Fire Test Procedure Code 및 Fire Safety System Code를 준수함을 입증하는 것이다.
본 발명의 목적은 A1+ 상업용 여객선 무제한 서비스(A1+ Commercial Passenger Vessel Unrestricted Service)를 취득하기 위해 요구되는 구조적 보호 요건에 부합되는 여객선을 제조하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 열을 받아도 변형되지 않아 소재의 구조적 안정성이 손상되는 것이 예방되는, 화재로부터 보호될 수 있는 구조물을 구비하는 선박을 건조하는 데에 사용되는 소재를 제작하는 것이다.
강(steel) 같이 본래 불연성인 소재들의 경우, 전술한 표준들에 기재되어 있는 사양에 부합됨은 예컨대 온도, 불연성, 유독 가스 배출, 인화성 및 온도 변화에 따른 구조적 안정성과 같은 일부 변수들에 대해 규정된 한도를 지나치지 않는다는 것을 보증하는 것이다.
고분자 물질 화합물과 같이 본래 가연성인 소재들의 경우 이들 표준이 좀 더 복잡한데, 이는 이들 소재로 된 구조물의 디자인이 내연성 구조물로 분류될 수 있어야 하기 때문이다. 이는 한 세트의 소재들을 적당량으로 조합하여 선박을 건조할 수 있는 내연성 제품으로 분류될 수 있는 최종 제품이 얻어져야 한다는 것을 의미한다.
내연성(fire-resistant)이란 용어는 다음을 만족시키는 소재 또는 소재들의 세트 또는 구조물이다.
1) 내연성은 불연성(incombustible) 또는 내화성(fire-restrictive)이다.
2) 표준 규격에 기재되어 있는 시간 동안 화재 영역으로부터 인접 영역을 보호한다.
3) 화재가 발생한 경우에도, 어느 정도의 구조 내력(load bearing capacity)을 구비한다.
이에 따라, 표준 규격에 부합되기 위한 제1 포인트는 불연성 또는 내화성 소재나 구조물을 구비하는 것이다. ISO 9705 표준의 코너 화이어 에세이(Corner Fire Essay)에 따라 소재를 시험하는 MSC.40(64) 결의안을 만족시키는 소재는 내화성 소재이다.
선박을 건조하는 데에 사용되는 강화 플라스틱은 내화성 소재로 되어야 하기 때문에, 방염 첨가제와 함께 사용되거나 희생 소재(sacrificial material)를 첨가할 필요가 있으며, 이는 강화 플라스틱이 점화되기 전에 먼저 점화되는 것으로, 본 경우에 있어서는 포비성 페인트(intumescent paint)이다.
강화 플라스틱은 내열성(thermo-stable) 폴리머 기지와 구조용 섬유 강화제로 이루어진 임의의 화합물 소재로 제작될 수 있다. 선박 분야에서, 내열성 폴리머는 폴리에스테르, 비닐에스테르, 에폭시 등과 같은 불포화 수지와, 유리 섬유, 케브라(Kevlar), 탄소 등과 같은 구조 섬유이다.
본래 유기질인 내열성 폴리머 소재는 가연성으로, 이는 내열성 폴리머 소재는 불에 탈 수 있으며 화재를 촉진시킨다는 것을 의미한다. 이런 종류의 소재들의 가연성을 약화시키기 위해, 실시할 수 있는 해법 중의 하나가 화재가 났을 때에 부풀어 올라서 지정된 시간동안 피보호 기층이 타는 것을 방지하는 희생 소재(sacrificial material)들을 사용하는 것이다. 이들 희생 소재들을 사용하기 위한 기본적인 요건은 이들 희생 소재들이 기층(substratum)에 사용되기에 적합하여야 한다는 것은 자명하다.
희생면(sacrificial surface) 소재는 포비성 페인트로, 이 포비성 페인트는 강화 플라스틱이 발화되기 전에 먼저 발화된다. 포비성 페인트는 화재나 화염에 의해 보호 단열 발포층(protecting thermo-insulating foam)을 형성함으로써 화재로부터 기층을 보호하고, 열과 유독 가스가 번지는 것을 방지하는, 열전도도가 낮은 소재 중 하나이다. 이는 화재에 의해 포비성 페인트가 발포, 팽창하여 페인트 층의 두께에 따라 지정된 시간 동안에 기층(본 경우에 있어서는 강화 플라스틱)이 타는 것을 방지한다는 것을 의미한다. 포비성 페인트는 페인트가 탈 때 유독 가스를 발생하지 않으며, 불에 탄 부분을 긁어내고 그 부분만 쉽게 교체할 수 있다.
방염 첨가제를 사용하면 화재가 확산되는 것을 현저하게 줄일 수 있다. 이는 치밀한 화원(punctual fire source)의 경우, 그 소재로 된 영역은 열에 의해 열화하지 않으면서도 화재를 확산시키지 않는다는 것을 의미한다. 방염 첨가제는 구조적 화재 보호의 문제를 해결하기 위한 해법의 일부로 필수적이기는 하지만, 충분하지는 않은데, 이는 발화점에서 소재의 가연성을 약화시키지는 않고, 열 변형에 따른 구조적 안정성을 보증하지 못하며, 화재에 노출된 부분에서부터 노출되지 않은 부분으로 열이 전달되는 것을 감소시키지 못하기 때문이다. 방염 첨가제가 하는 기능은 단지 화재를 심각하게 번지게 하는, 불포화 수지의 바람직하지 않은 특성을 줄여준다는 것이다.
이는 상기 소재나 소재들의 세트가 지정된 시간 동안 상기 표준 규정들에 기재되어 있는 어떤 제한 조건 하에서 화재에 인접한 영역의 온도를 유지할 수 있는 지로 입증될 수 있다. 일례로, 고속 여객선의 경우에 있어, 화재에 노출되지 않은 벽의 제한 온도는 140℃이고, 지정되는 유지 시간은 요구되는 보호 수준에 따라 변할 수 있다.
- 최고: 60분
- 중급: 30분
- 중하급: 15분
- 최저: 0분
본 발명에 의하면, 강화 플라스틱 선박에 발생한 화재로부터 선박을 구조적으로 보호하는 방염 구조물을 제공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 방염 구조물의 단면도이다.
화재에 노출되지 않은 측면상의 온도를 장시간에 걸쳐 낮게 유지할수록, 방염 구조물의 방염 효과는 더 큰 것으로 간주된다.
이와 관련된 변수로는 다음 세 개가 있다.
- 포비성 페인트 층의 두께. 포비성 페인트는 토목 업계에 주지되어 있는데, 특히 금속 및 목재 기층이 잘 알려져 있다. 강화 플라스틱 선박을 건조하는 경우, 구조용 강화 섬유를 구비하는 내열성 수지에 대한 포비성 페인트 층의 두께는, 선박의 각 부분에 대한 요건과 HSCS 코드에 기재되어 있는 규정에 따라 이미 확립되어 있다.
- 강화 플라스틱의 두께. 간단한 열전도 법칙에 의하면, 강화 플라스틱의 두께가 두꺼울수록 화재에 노출되지 않은 측면의 온도는 낮아진다.
- 코어-타입 소재의 존재/비존재. 선박 분류 단체들은 기본적으로 선박에 강화 플라스틱을 사용하는 괴상 적층구조물(massive lamination)과 샌드위치형 적층구조물(sandwich-type lamination) 두 개의 구조물이 설치되는 것을 허용한다.
괴상 적층구조물은 불포화 수지 기지 상에 여러 층의 구조 섬유를 적층시켜 만든 것이다.
샌드위치형 적층구조물은, 굽힘력에 대해 저항하는 두 개의 필름(2)과, 이들 필름 사이에 위치하여 전단력에 대해 저항하는 코어(1)로 불리는 소재와, 접착제(3) 등 3개의 부재로 구성되어 있다.
필름(2)들은 강화 플라스틱으로 되어 있다.
코어(1)는 두 개의 필름 사이에 위치하는 부재이다.
코어 소재는 내청성(resistance to rusting)과 기계적 물성이 우수하고 경량이며, 불연성의 금속 또는 목재 또는 구조용 발포체(foam)이다. 코어 소재는 치밀하거나(compact) 망상(reticulated)일 수 있다. 단열이란 측점에서, 코어를 사용하면 편의성이 특히 증대되는데, 이는 코어 소재의 열전도도가 필름들에 비해 지나치게 크지 않은 경우에도, 동일한 저항 특성을 구비하는 괴상 적층구조물에 비해 두께를 더 크게 할 수 있고, 열전달을 줄일 수 있다는 것을 암시한다.
내화 소재 또는 내화 구조물의 마지막 특성은 화재가 발생하더라도 구조 내력(load bearing capacity)이 있다는 것이다. 구조 내력은 온도가 증가하기까지는 기계적 특성을 유지하는 능력을 말한다. 이러한 구조 내력은 HSCS 코드의 MSC.45(65) 규정에 기재되어 있다. 이러한 특성에 포함되는 변수로는 다음과 같은 것이 있다.
- 샌드위치형의 경우, 소재, 코어의 밀도 및 형상.
- 괴상 및 샌드위치형의 경우: 강화 플라스틱 필름의 구조용 섬유 층의 종류 및 두께.
- 샌드위치형의 경우, 사용되는 접착제의 종류.

Claims (3)

  1. 방염 구조물이,
    방염 첨가제가 첨가된 여러 층의 강화 플라스틱으로 이루어져 있으며, 포비성 페인트 층이 피복되어 있는 괴상 적층구조물, 또는
    a) 경량이고, 불연성이며, 망상 또는 치밀한 조직의 금속 또는 목재 또는 구조용 발포체인 코어(1)로 불리는 소재와,
    b) 방염 첨가제가 첨가되어 있고, 포비성 페인트 층을 구비하며, 상기 코어(1)의 양 측면 위에 위치하는 두 개의 필름(2)과,
    c) 상기 두 개의 필름(2)을 코어(1)에 부착시키는 접착제로 이루어진 샌드위치형 적층구조물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 강화 플라스틱으로 제작되는 선박에 사용되는 방염 구조물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적층구조물의 두께, 필름(2) 두께 및 코어(1)는 상기 구조물에서 요구되는 내화성에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는, 강화 플라스틱으로 제작되는 선박에 사용되는 방염 구조물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 강화 플라스틱은 내열성 폴리머 기지와 구조용 강화 섬유로 이루어진 임의의 소재일 수 있으며, 상기 내열성 폴리머는 폴리에스테르, 비닐에스테르, 에폭시 등과 같은 불포화 수지일 수 있고, 상기 구조용 강화 섬유는 유리 섬유, 케브라(Kevlar), 탄소 등일 수 있는 것을 특징으로 하는, 강화 플라스틱으로 제작되는 선박에 사용되는 방염 구조물.
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