혁신적인 건축 복합소재 LitePan FR
혁신적인 건축 복합소재 LitePan FR
  • 황인수 기자
  • 승인 2019.05.31 17:53
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(주)엑시아머티리얼스, 준불연 단열패널 제조기술 신기술인증 획득
신기술 인증서 수여식.

[나무신문] 고기능 컴포지트 소재개발 및 생산으로 첨단산업 및 건축업계에 센세이션을 일으키고 있는 (주)엑시아머티리얼스(대표 진양석, 이후 엑시아)가 5월23일 국가기술표준원으로부터 신기술(NET)인증(『산업기술혁신 촉진법』시행령 제18조제7항 및 동 시행규칙 제2조의2)을 획득했다. 이번 신기술 인증은 엑시아가 화재 안전성, 단열성능 및 시공성을 고려해 독자 개발한 신개념 컴포지트 준불연 내외장 벽체용 경량 단열 패널인 LitePan FR의 제조기술에 대해 수여한 것이다.

LitePan FR 패널은 표준 치수 2.0m×9.0m의 대형 단독 패널로, 무게가 약 100㎏가량밖에 되지 않아 시공이 용이하다. 또 이 제품은 기존의 준불연 외단열 공법과는 달리 대면적의 패널을 기존의 벽체 위에 바로 부착해 시공할 수 있을 뿐만 아니라 LitePan FR의 구조, 단열, 내화, 방수의 복합 특성을 이용해 패널 자체가 벽체 혹은 지붕재화 되는 신축 시공도 가능하다.

엑시아는 탄소섬유 복합소재 전문기업으로 지난 해 국토교통부고시 제2015-744호의 ‘건축물 마감재료의 난연성능 및 화재확산 방지구조 기준’에서 요구하는 준불연재료 적합 인증을 받은 단열 패널을 개발했고, 이와 함께 관련 특허 10종 및 성능 인증 5종을 더해 신기술(NET) 인증을 받게 된 것이다. 신기술인증을 위한 평가는 기술적인 부분 외에도 개발기술의 예상 시장성 및 타 제품과의 경제성, 생산공정의 품질경영 등을 고려해 이루어졌다.

LitePan FR의 주요 시장은 고단열, 기밀이 요구되는 냉동창고, 중고층 건물의 리노베이션 및 신축, 스마트팜, 태양열 PV 일체화한 BIPV 등의 분야로 예상되고 있다.

시험성적서.

실화재 상황에서의 화재 안정성까지 고려한 설계
준불연 재료의 인증 시험은 KS F ISO 5660-1 콘칼로리미터법과 KS F 2271 가스유해성시험으로 구성된다. 콘칼로리미터법은 시험을 통해 50kW/m2의 열유속으로 시험체 표면을 가열해 10분 동안 시험을 하되, 총 방출 열량이 8MJ/m2 이하여야 하고, 최대 열방출률이 10초 이상으로 200kW/m2을 초과하지 않아야 한다. 또한, 이 시험체를 관통하는 균열, 구멍 및 용융 등이 없어야 한다.  이 조건을 만족할 때, 시험체가 불연에 준하는 화재 특성을 가진다고 본다. 가스유해성 시험은 실험용 쥐의 행동정지 시간이 평균 9분 이상이어야 합격일 정도로 준불연 재료의 인증 시험의 합격 조건은 매우 가혹하다. 

엑시아는 그간 축적된 고분자 및 복합소재(컴포지트)의 설계 및 생산 기술을 이용해 새로운 열반사 복합소재 스킨(약 0.8㎜의 고강성 경량 구조 복합소재)을 양면에 적용하고 심재에 난연 EPS의 일종인 GPS(Graphite Polystyrene) Neopor를 적용해 이러한 준불연 등급을 취득했다. 이는 실 화재 환경에서 발생하는 열에너지를 내외부 반사의 최대화 및 난연제의 발현, 일부 소재의 분해에 따른 가스 발생의 최소화 등 다양한 부분의 새로운 기능조합으로 개발 되었다.

신기술 인증서.

 

흥미로운 점은 엑시아의 준불연 LitePan(LitePan FR)이 준불연 재료 인증 시험에서는 검증할 수 없는 실화재 상황에서의 화재 안정성도 고려해 설계가 되었다는 점이다. 실제로 LitePan FR 표면에 강한 화염을 노출시킬 경우, 화염이 닿은 부분만 원형으로 표면 알루미늄박이 박리되며 그 부분에서만 난연수지에 착화가 되나, 착화 후 1분 30초 이내에 소화가 일어난다. 그 후, 화염으로부터의 열전달로 인해 화염이 닿은 원형 부분에서만 표면이 붉어지는 현상이 일어났으며, 추후 20분 동안의 가열로도 그 이상의 변화는 없다. 이는 화염을 일차적으로 대응하는 복합소재(컴포지트) 스킨의 강한 화재 특성 때문이다.

현재 준불연 인증을 받은 단열재로는 페놀폼, 글라스울, 미네랄울 등 3종이 유일하다. 이중 페놀폼의 경우 열반사용으로 페놀폼 위에 부착된 알루미늄박의 낮은 접합강도로 실 화재환경에서의 분리 문제, 타 소재에 대한 부식문제, 수분 흡수 문제 등이 현장에서 제기되고 있으며 글라스울과 미네랄울 등은 처짐 보강, 수분흡수에 따른 방수 보양 등의 추가 시공이 필요한 상황이다. 그러나 LitePan FR의 스킨 박리강도는 준불연 페놀폼에서 사용되는 얇은 알루미늄박의 박리강도와는 비교할 수 없을 정도로 강하다. ASTM 표준 시험방법으로 측정해 본 LitePan FR의 스킨 박리강도는 준불연 페놀폼류 대비 약 28배 이상의 박리강도를 나타내고 있으며, 이는 실화재 상황에서도 LitePan FR이 안정적으로 준불연 화재 특성을 유지하는데 핵심적인 역할을 하게 될 것으로 보인다.

라이트판FR 패널 시공현장.

미래형 건축물의 요구 충족시키는 준불연 단열 패널

라이트판FR 패널.<br>
라이트판FR 패널.

기존 엑시아가 주택 및 다양한 건축물에 적용했던 LitePan은 단열-구조-방수·방습-표면접합특성-내후성을 일체화한 복합패널이었다. 여기에 준불연 내화 특성까지 더한 LitePan FR은 LitePan과 마찬가지로 고단열성능을 지니며(열전도 0.03 W/mK), 유해물질 검출이 되지 않는 친환경 제품이다. LitePan과 동일한 기계적 물성-축방향 압축하중, 면내전단 하중, 분포압 하중-을 보유하고 있어 건축물의 벽체로도 사용할 수 있을 만큼의 물성을 보유하고 있다. 또한, 단일 패널 당 1.5m×9.0m 및 최대 2.7m×9.0m로 생산될 계획이어서 광폭 및 대면적 시공이 가능할 것으로 보이며, 이로 인해 화재 취약부인 패널 이음새 부분을 최소화할 수 있을 것으로 보인다. 

2.7m×9.0m 규격의 경우, 총 중량이 140㎏(50㎜ 두께 기준)밖에 되지 않아 매우 경량인 소재임을 알 수 있다. 결합 부재에 대한 결합력은 내부식성을 가진 스킨재를 구성하는 복합재료 시트가 가진 기계적 물성을 이용하므로, 기존의 단열재 시공 방법을 그대로 사용할 수 있음은 물론이고, 별도의 하지 작업 없이 직접 결합 부재(리벳, 스크루, 못 등)를 이용해 벽면에 부착하거나 마감재를 시공할 수 있다.  이러한 다양한 특성은 동 단열재의 형태 유지, 이송 및 보관을 용이하게 하고, 시공 역시 매우 단순화될 것으로 예상된다. 또한, 단순화된 공정으로 인한 공사 기간 내 주변 환경오염(소음, 분진 등) 요소들도 감소할 것으로 보인다.

미래형 건축물은 화재 안전성, 단열성, 시공성 및 경제성을 요구한다. 이러한 관점에서 2019년 신기술로 인증 받은 엑시아의 준불연 단열 패널 제조 기술은 미래형 건축물의 요구를 충분히 만족시켜 줄만큼 다양한 기능을 일체화한 모듈 솔루션으로서 전통적으로 보수적인 국내 건축시장에서 혁신적인 복합소재로 자리매김할 것으로 전망된다. 


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