KR0180229B1 - 음향 진동 재료 - Google Patents

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Abstract

내용없음.

Description

음향 진동 재료
본 발명은 섬유 보강 에폭시 수지로 이루어지고, 스피커(speaker), 진동판 등에 사용되는 음향 진동 재료에 관한 것이다.
보다 우수한 음질의 재생음을 추구하는데 있어서,스피커, 진동판 등에 사용되는 음향 진동 재료는 다양한 특성이 요구된다. 이러한 특성중의 하나는 보다 큰 종파 전달속도[=(비탄성 모듈러스)1/2=(영 모듈러스(Young's modulus)/밀도)1/2]이다.
이러한 목적을 위해서는 영 모듈러스가 보다 크고 밀도가 보다 작은 재료가 바람직하다. 이와 동시에, 분리 진동으로 생성된 이상음 또는 변형음을 흡수하기 위해서 보다 큰 내부 손실도 요구된다.
그러나, 통상적으로 영 모듈러스가 보다 크고 종파 전달 속도가 보다 큰 재료는 내부 손실이 보다 작기 때문에 단일 재료에서 이와 같이 상반되는 조건을 동시에 만족시키기란 어렵다. 따라서, 현상황은 이러한 특성 중의 하나를 저음 재생 및 고음 재생 등의 용도에 따라 바람직하게 적용시키는 것이다.
최근에 와서, 몇가지 재료를 조합함으로써 이러한 문제점을 해결하려는 시도가 수행되어 왔다. 이러한 시도 중의 하나는 보강재로서 탄소, 아라미드, 유리 또는 폴리올레핀 수지 섬유 등의 각종 섬유를 함유하는 복합재료를 사용하는 것이다. 그 중에서도, 섬유 보강재료로서 초연신 폴리에틸렌 섬유에 촛점이 맞추어지고 있는데, 그 이유는 이들이 내부 손실이 보다 크고 재생음의 특성화가 보다 적으면서 경과 특성(transient characteristics)이 우수하기 때문이다. 대부분의 경우에는 에폭시 수지와의 복합체 형태로 사용된다.
그러나, 위에서 언급한 복합재료가 실용적인 특성을 확실히 만족시킨다고 말할 수는 없다. 내부 손실이 보다 큰 재료로 이루어진 섬유 보강재료가 최근에 와서 개발되었지만, 재료와 복합된 에폭시 수지는 내부 손실이 충분히 크지 않기 때문에, 내부 손실의 부족이 진동판 구조에서 기술적으로 또는 스피커 조립 후 각 부분의 미세 조정에 의해 보충되어야 하는 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 탄성 모듈러스 손상을 주지 않으면서 내부 손실을 증대시킨 음향 진동 재료를 제공하는 것이다.
본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 제안되었으며, 1,2-결합 단위를 90mol%이상 함유하는 폴리부타디엔 탄성중합체를 사용하여 에폭시 수지를 개질시킴을 특징으로 하는, 섬유 보강재료 및 이를 접착시키는 에폭시 수지를 함유하는 음향 진동 재료를 제공한다.
내부 손실과 탄성 모듈러스 간의 최적의 양립성을 고려해 볼때, 실온 또는 실온 부근에서 두 특성간에 최상의 평형상태를 제공하는 재료가 선택되도록 두 특성의 온도 의존성을 조사해야 한다.
본 발명에 따라서, 1,2-결합 단위의 함량이 90mol% 이상인 재료를 사용한다. 주로 1,2-결합 단위를 함유하는 폴리부타디엔은 각종 물리적 특성이 변화되는 유리전이온도가 0℃(부근)이어서, 개질된 에폭시 수지(탄성중합체 개질된 에폭시 수지)의 손실 계수가 10℃ 부근에서 최대 피크를 갖는 온도 의존성을 나타낸다. 손실 계소는, 비록 실온(20℃)에서는 약간 저하되지만, 충분히 높은 값으로 유지된다. 한편, 탄성 모듈러스는 온도가 증가함에 따라 필연적으로 감소하지만, 앞에서 언급한 탄성중합체를 사용하는 경우 실온(부근)에서의 탄성 모듈러스 감소도는 저하된다.
이와는 반대로, 주로 1, 4-결합 단위를 함유하는 폴리 부타디엔 탄성중합체에 의해 개질된 에폭시 수지의 손실 계수는 실온보다 현저히 낮은 -50 내지 -30℃ 부근에서 최대 피크를 나타내는 온도 의존성을 보이며, 그리하여 실온에서의 손실 계수는 저하된다. 더우기, 실온 부근에서 탄성 모듈러스가 상당히 감소한다.
따라서, 주로 1,2-결합 단위로 이루어진 탄성중합체에 의해 개질된 에폭시 수지를 사용함으로써, 실온에서의 높은 내부 손실과 고탄성 모듈러스간의 양립성을 달성할 수 있다.
이러한 에폭시 수지로 제조된 음향 진동 재료를 스피커 진동판에 사용할 경우, 재생 주파수 범위를 확장시킬 수 있고, 분리 진동에 기인하는 이상음 또는 변형음 성분을 흡수할 수 있으며, 경과특성이 개선될 수 있으므로 재생음의 음질을 높일 수 있다.
경질의 취성 에폭시 수지에 가요성과 높은 인성을 부여하기 위한 시도가 다방면에서 수행되어 왔다. 이러한 시도중의 하나는 폴리부타디엔 탄성중합체를 사용하여 개질시키는 것이다. 그러나, 통상적인 탄성중합체 개질을 이용하면, 에폿시 수지의 탄성 모듈러스가 저하되므로, 만족스러운 종파 전달 속도가 수득될 수 없다. 즉, 통상적인 탄성중합체 개질은 음향 진동 재료에 적용하고자 하는 경우에는 부적합하다. 음향 진동 재로로서의 적합한 특성을 갖는 에폭시 수지의 탄성중합체 개질 특성에 대한 본 발명가들의 연구 결과에 의해 폴리부타디엔 탄성중합체 의 단위가 주로 1,4-결합인 경우, 탄성 모듈러스가 실온에서 현저히 감소하고, 단위의 90mol%이상이 1,2-결합인 경우, 탄성 모듈러스가 현저히 손상되지 않으면서 내부 손실을 증가시킬 수 있는 반면, 1,2-결합 단위 함량이 90mol%미만인 경우에는 탄성 모듈러스가 저하되기 때문에 바람직하지 않은 것으로 밝혀졌다.
본 발명에 따르면, 탄성중합체 개질은 예비반응에 의해 폴리부타디엔 탄성중합체 를 에폭시 수지의 분자쇄에 혼입 시키거나 또는 에폭시 수지와 폴리부타디엔 탄성중합체 를 단순히 배합하고 경화시키는 동안 폴리부타디엔 탄성중합체의 일부 또는 전부를 반응시킴으로써 달성된다. 위의 방법은 실시방법 및 용도에 따라 선택하여 사용한다. 예비반응 중에 탄성중합체 를 에폭시 수지의 분자쇄에 혼입시키는 경우, 폴리부타디엔 탄성중합체 는 주쇄의 양 말단에서 에폭시 수지와 반응할 수 있는 작용성 그룹을 포함해야 한다. 예를들어, 주쇄의 말단에 하이드록실 그룹, 카복실 그룹 또는 티올 그룹과 같은 작용성 그룹 또는 1급, 2급 또는 3급 아민 또는 산 무수물과 같은 구조를 가진 폴리부타디엔 탄성중합체를 사용할 수 있다.
폴리부타디엔 탄성중합체 는 에폭시 수지를 기준으로 하여 바람직하게는 10 내지 25mol%의 범위로 사용할 수 있다. 이 범위 미만의 양의 탄성중합체를 사용하는 경우에는, 폴리부타디엔 탄성중합체 첨가효과가 나타나지 않으나, 이 범위를 초과하는 양의 탄성중합체 를 사용하는 경우에는, 에폭시 수지의 상대적인 함량이 낮아져서 에폭시 수지의 고유 특성을 손상시킬 수 있다.
일반적인 목적에 사용되는 에폭시 수지를 아무런 제한없이 에폭시 수지로서 사용할 수 있다.
섬유 보강재료로서, 아라미드, 유리, 탄소 또는 초연신 폴리에틸렌 섬유, 또는 폴리알릴레이트(액정 중합체)와 같은 통상적 물질이 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태는 실험실시예를 참조로 설명한다.
초기에, 에폭시 단량체와 탄성중합체 를 예비반응시켜 탄성중합체 개질된 에폭시 수지를 생성한다.
에폭시 단량체로서, 3작용성 글리시딜 아민 에폭시 단량[스미토모카가쿠코교가부시키가이샤(Sumitomo chemical Co., Ltd) 제조: 상표명, 스미-에폭시 이엘렘-100(Sumi-epoxy ELM-100)]를 사용하며, 탄성중합체 로서는 CTB[닛폰소다가부시키가이샤 (Nippon Soda Co, Ltd.)제조: 상표명, 닛소 폴리부타디엔 씨-100(Nisso Polybutadiene C-1000)]를 사용한다. 탄성중합체 중의 1,2-결합 단위의 함량은 95mol%이다. 에폭시 단량체와 탄성중합체 의 구조는 다음과 같다:
에폭시 단량체(ELM-100)
Figure kpo00001
R : 알킬 그룹
에폭시 당량 : 105.6
점도 :11.2P
탄성중합체(C-1000)
Figure kpo00002
분자량 : 1350
위의 에폭시 단량체와 탄성중합체 를 표 1에 나타낸 비율로 혼합하고 110℃에서 교반하면서 반응시킨다. 메탄올 중의 0.1NKOH 용액으로 적정하여 카볼실 그룹의 농도 감소를 측정한 후 반응을 진행시킨다. 합성된 탄성중합체 개질된 에폭시 수지는 투명한 단일상을 나타낸다.
위의 탄성중합체 개질된 에폭시 수지에, 경화제로서의 4-메틸헥사하이드로프탈산 무수물[신닛폰리카가부시키가이샤(shin-Nippon Rikd Co., Ltd.)제조 : 상표명, MH-700)]과 촉진제로서의 2,4,6-트리스(디메틸아미노메틸) 페놀을 표 1에 나타낸 비율로 가한다. 성형 후, 120℃에서 20분간 가열 및 경화시켜 각각 5㎜(폭) x 50㎜(길이) x 2㎜(두께)의 시험편 a 내지 d를 제조한다.
한편, 표 1 중의 경화제 및 촉진제 컬럼에서 phr(per hundred resin)은 탄성중합체 개질된 에폭시 수지 100중량부에 대한 첨가량의 단위(중량부)를 나타낸다.
표 1은 점탄성 측정계[오리엔테크가부시키가이샤(Orientec Co., Ltd. 제조: 상표명, 레오 비브론(Rheo Vibron)]를 사용하여 측정한 동적 점탄성값과 Q값(내부손설 tan δ의 역수)의 결과를 나타낸다. 측정 조건은 110Hz및 20℃이다.
비교용으로, 개질되지 않은 에폭시 수지를 사용하여 유사한 방법으로 시험편 e를 제조하여 시험한다. 결과는 표 1에 나타낸다.
Figure kpo00003
Figure kpo00004
표 1로부터, 동적 점탄성 값과 Q값은 둘다 사용된 탄성중합체 양의 상대적인 증가에 따라 감소하고, Q값의 감소율에 비해 동적 점탄성 값의 감소율이 작으며, 동적 점탄성 값의 감소율을 초과하는 비율로 내부 손실이 증가함을 알 수 있다.
매트릭스 수지로서의 탄성중합체 개질된 에폭시 수지를 초연신 폴리에틸렌 섬유로 직조한 직물(이하, SDPE 직물이라고 함)에 함침시켜 복합재료를 형성한다.
SDPE직물은 경사 및 위사 모두에 대하여 밀도가 17사/25㎜인 초연신 폴리에틸렌 섬유[1000데니어/100필라멘트, 사 직경 40㎛: 미쯔이세키유카가쿠코교가부시키가이샤(Mitsui Pertrochemical Industries, Ltd. 제조: 상표면, 테크밀론(Techmilon)를 사용하여 제조하고 계속해서 플라즈마 가공한다.
매트릭스 수지로서, 앞에서 언급한 시험편 c와 d의 제조시에 사용된 탄성중합체 개질된 에폭시 수지를 사용한다. 복합재료를 제조하기 위해, 두 장의 SDPE 직물을 100 x 100㎜의 크기로 절단하고 매트릭스 수지 내로 함침시킨다. 이어서, 이들을 내부 간격이 0.5㎜인 스페이서를 가진, 120℃로 가열된 2개의. 테프론 피복된 철판 사이에 클램핑(clamping)시키고 20분간 열경화시킨다. 그리고 나서, 이들을 각각 5 x 50㎜의 크기로 절단하여 복합재료에 대한 시험편 C와 D를 제조한다.
비교실시예에 의해, 매트릭스 수지로서 시험편 e의 제조에 사용된 개질되지 않은 에폭시 수지를 갖는 복합재료의 시험편 E도 유사하게 제조한다.
이렇게 제조한 복합재료의 시험편 C,D 및 E의 동적 점탄성 값 및 Q값을 측정한다. 결과는 표 2에 나타낸다.
Figure kpo00005
Figure kpo00006
위의 복합재료의 시험편 C와D의 동적 점탄성 값은 탄성중합체 개질된 에폭시 수지로 이루어지거나 또는 에폭시 수지만으로 이루어진 시험편 c, d 및 e의 값에 비해 현저하게 증가한다. 탄성중합체의 상대적 첨가량 차이에도 불구하고 복합재료의 시험편 C와D의 동적 점탄성 값이 유사며, 개질되지 않은 에폭시 수지를 사용한 복합재료의 시험편 E의 값과 동일함을 알 수 있다. 이로부터, 섬유 보강 에폭시 수지의 탄성 모듈러스는 탄성중합체 개질에 의해 실질적으로 변하지 않음을 알 수 있다. 한편, Q값은 탄성중합체의 상대적인 첨가량의 증가에 따라 감소하며 이로 인해 내부 손실이 증가한다.
한편, 앞에서 기술한 탄성중합체 개질된 에폭시 수지를 전자 현미경으로 관찰한 결과, 탄성중합체 를 도입함으로써 극성이 저하된 부분을 응고시켜 수지 중에서 미세 상 분리를 유발하고, 이러한 응고 부분이 초연신 폴리에틸렌 섬유의 표면의 미세기공 속으로 함침되어 있음을 알 수 있다. 또 다른 시험 에서, 이러한 함침에 의해 매트릭스 수지와 섬유 보강재료 사이의 접착성이 현저히 개선되며, 이로써 음향 진동판에 적용하는 경우 변형 완화 효과가 뛰어난 것으로 여겨진다.

Claims (6)

  1. 섬유보강재료와 이를 접착시키는 에폭시 수지를 함유하는 음향 진동 재료로서, 에포시 수지가 1,2-결합 단위를 90mol% 이상 함유하는 폴리부타디엔 탄성중합체에 의해 개질됨을 특징으로 하는 음향 진동 재료.
  2. 제1항에 잇어서, 탄성중합체 개질된 에폭시 수지가, 예비반응에서 탄성중합체를 에폭시 수지의 분자쇄에 혼입시킴으로써 형성되는 음향 진동 재료.
  3. 제1항에 있어서, 탄성중합체 개질된 에폭시 수지가, 에폭시 수지와 탄성중합체를 배합하고 탄성중합체의 일부 또는 전부를 경화시키는 동안 반응시킴으로써 형성되는 음향 진동 재료.
  4. 제2항에 있어서, 탄성중합체가 주쇄의 양 말단에 에폭시 그룹과 반응할 수 있는 작용성 그룹을 함유하는 음향 진동 재료.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,폴리부타디엔 탄성중합체가 에폭시 수지를 기준으로 하여 10 내지 25mol%의 양으로 사용되는 음향 진동 재료.
  6. 제1항에 있어서, 섬유 보강재료가 아라미드 섬유, 유리 섬유, 탄소섬유, 초연신 폴리에틸렌 섬유 및 액정 중합체 중에서 선택되는 재료 중의 하나인 음향 진동재료.
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