KR100559577B1

KR100559577B1 - 저비중 차음재 조성물

Info

Publication number: KR100559577B1
Application number: KR1020030046074A
Authority: KR
Inventors: 윤형준
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-07-08
Filing date: 2003-07-08
Publication date: 2006-03-10
Also published as: KR20050006368A

Abstract

본 발명은 저비중 차음재 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 기재로 하고 저비중 및 경량의 충전재를 사용함으로써, 기존의 에틸렌 비닐 아세테이트를 기재로서 사용한 차음재 조성물에서 문제시 되었던 냄새를 제거할 수 있고, 차음재의 비중은 획기적으로 낮추면서도 차음성이 높게 유지되는 개선된 저비중 차음재 조성물에 관한 것이다.

차음재, 폴리에틸렌, 충전재

Description

저비중 차음재 조성물{A soundproofing composition of low specific gravity}

도 1은 일반적으로 사용되는 이중벽 차음재의 구조를 간단하게 나타낸 그림이다.

도 2는 본 발명의 실시예 1 및 2에 따른 저비중 차음재와 비교예 1의 기존 차음재를 동일한 폴리우레탄 폼 타입의 흡음재 위에 놓고 측정한 투과손실 평가 결과를 나타낸 그래프이다.

도 3은 본 발명에서 사용된 중공구체형 충전재를 차음재 조성물로 사용후 구상이 유지된 모습을 나타낸 전자현미경 사진이다.

본 발명은 저비중 차음재 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 기재로 하고, 저비중 및 경량의 충전재를 사용함으로써, 기존의 에틸렌 비닐 아세테이트를 기재로서 사용한 차음재 조성물에서 문제시 되었던 냄새 를 제거할 수 있고, 차음재의 비중은 획기적으로 낮추면서도 차음성이 높게 유지되는 개선된 저비중 차음재 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 자동차는 주행하는 도중 엔진으로부터 소음이 지속적으로 발생하게 되고, 이때 발생한 소음은 대시 패널을 통하여 차량의 내부로 침투하게 되는 한편, 차체나 차체의 틈을 통하여 외부로 누출된다. 따라서 차량의 내부에 탑승한 사람은 차량의 실내로 침투한 소음으로부터 피해를 받게 되고, 차량의 외부의 사람 또한 엔진으로부터 노출된 소음의 피해를 받게 된다.

지금까지 상기한 바와 같이 자동차 소음을 감소시키기 위해 차량의 전면에 걸쳐서 여러 가지 방음 재료가 사용되고 있으며, 다양한 재료와 구조가 상기한 방음 재료로써 적용되고 있다.

일반적으로 방음 재료는 대부분 이중 구조를 가지고 있는데, 이는 조성과 밀도가 서로 다른 재료가 조합된 이중벽 타입으로 사용함으로써 동일 재료 중량에 대하여 보다 유리한 효과를 얻기 위해서이다. 상기한 이중 구조의 방음 재료는 크게 흡음재와 차음재를 조합하여 적층한 후 사용하는 방법이 일반적이다(도 1 참조).

차음재는 비중이 무거운 고무 종류인 헤비레이어(Heavy layer)를 재료로 한 제품이 주로 사용되고 있다. 상기 차음재는 흡음재와 함께 자동차의 본네트의 내측면이나 대시 패널, 또는 자동차 내부의 패널에 접착되어 소음원으로부터 전달된 소음이 일부를 반사시켜 외부로 보내고, 일부는 통과시키며 감쇄시키는 작용을 한다. 따라서 본네트에 설치된 차음재는 엔진으로부터 발생된 소음을 감쇄시키 는 한편 외부로 반사시키게 되고, 자동차 내부의 패널에 설치된 차음재는 엔진이나 외부의 소음을 외부로 반사시키거나 감쇄시킴으로써 자동차의 실내를 소음의 피해로부터 보호할 수 있도록 한다.

한편, 상기와 같이 방음 및 차음 효과를 가지는 재료를 사용함에 있어서,상기 재료의 경량화가 가능할 경우에는 연비의 향상을 기대할 수 있다. 따라서, 최근에는 상기한 차음재와 흡음재의 경량화를 위하여 다양한 종류의 재료가 개발 및 사용되고 있다.

상기와 같은 이유에 따라 흡음재의 경량화의 일환으로써 기존에는 주로 폴리우레탄 폼(polyurethane foam)을 사용하고 있었으나, 단계적으로 경량화가 가능한 섬유류(Polyethylene Terephatalate fiber, PET fiber)로 대체되고 있는 현실이다.

일반적으로 차음재는 가공성 및 유연성이 우수한 에틸렌 초산 비닐 공중합체(Ethylene Vinyl Acetate: EVA)를 기재로 하고, 연성부여제와 우레탄 미세분말, 황산바륨(BaSO₄), 탄산칼슘(CaCO₃) 및 운모(Mica) 등의 충전재 및 기타 첨가제 등을 구성성분으로 하고 있다. 즉, 차음재는 EVA 계열을 사용하여 비중이 1.9 ∼ 2.1사이의 시이트 모양으로 제조한 후 사용되고 있다

상기 흡음재는 저비중의 섬유류를 사용하는 반면, 차음재는 비중이 1.9 ∼ 2.1인 EVA를 기재로 한 시이트가 사용되고 있는 이유는 차음 효과 때문이었다. 다시 말하면, 다음 수학식 1과 같은 질량 법칙이 차음 성능에 적용되기 때문에 비중이 큰 충전재를 가공성이 좋은 결합재용 수지에 높은 비율로 혼합하여 차음재의 면밀도를 크게 할 필요가 있기 때문이었다.

TL = a log mf + b

여기서, TL은 투과손실(dB), m은 면밀도(kg/㎡), f는 주파수(Hz), a 및 b는 상수이며, 면밀도는 단위 두께, 단위 면적당의 중량이며, 통상은 두께 1 mm, 면적 1 ㎡에 대한 시이트의 무게(kg)를 의미한다.

또한, 지금까지 기재로서 EVA 계열을 사용한 차음재의 경우, 차량의 실내에 사용시 바람직하지 않은 냄새가 많이 발생되어 쾌적한 차내환경 유지에 있어서 커다란 문제점으로 대두되고 있다.

따라서, 비용의 절감과. 중량 감소의 조건을 만족시키면서도 차음성능이 향상된 차음재 조성물에 대한 연구가 진행되고 있으며, 또한 냄새의 문제를 해결할 수 있는 차음재를 개발하기 위하여 연구노력하고 있다.

위와 같은 이유로, 본 발명자는 경량화 및 냄새 문제를 해결 할 수 있는 차음재를 개발함에 있어서, 기재로서 저밀도 폴리에틸렌을 사용하고, 충전재를 일반적인 충전재와 함께 자체비중이 초경량인 글래스 버블(Glass Bubble)류, 알루미늄실리케이트류, 특수 화성암을 가공 발포 처리한 중공구체류 등을 사용함으로써 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있음을 알게되었다.

따라서, 본 발명은 차음성이 우수하고, 불쾌한 냄새를 발생시키지 않는 저비중의 차음재 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 기재로서 저밀도 폴리에틸렌 15 ∼ 35 중량%; 연성제로서 액상 클로로프렌 고무(LCR), 스티렌부타디엔 고무(SBR), 부타디엔아크릴로니트릴 고무(NBR) 및 천연고무 중에서 선택된 1종 이상의 혼합물 3 ∼ 7중량%; 충전재로서 전체 충전재 사용량 중 40 ∼ 80 중량%에 해당하며 비중이 0.4 ∼ 0.9 범위인 중공구체형 충전재와, 탄산칼슘, 황산바륨, 운모(Mica) 및 활석(Talc) 중에서 선택된 1종 이상의 혼합물 60 ∼ 70 중량%; 및 가공안정제, 분산제, 내열안정제, 산화방지제, 안료, 가소제, 계면활성제 및 탈취제 중에서 선택된 첨가제 0.1 ∼ 5중량% 를 포함하는 저비중 차음재 조성물을 특징으로 한다.

본 발명은 선형 저밀도 폴리에틸렌을 기재로 하고, 저비중 및 경량의 충전재를 사용함으로써, 기존의 에틸렌 비닐 아세테이트를 기재로서 사용한 차음재 조성물에서 문제시 되었던 냄새를 제거할 수 있고, 차음재의 비중은 획기적으로 낮추면서도 차음성이 높게 유지되는 개선된 저비중 차음재 조성물에 관한 것이다.

이와 같은 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 기존의 EVA를 사용하던 차음재와 달리 기재로서 사용하는 고분자(바인더)로서 선형 저밀도 폴리에틸에틸렌을 사용함에 그 특징이 있다. 즉, 본 발명의 차음재 조성물의 기재 고분자(바인더)로는 선형 저밀도 폴리에틸렌(leaner low density polyethylene: LLDPE)를 사용하며, 15 ∼ 35중량%를 사용한다. 이 때, 상기 저밀도 폴리에틸은 밀도가 0.9 ∼ 1.0인 것을 사용한다. 연성부여제로는 일반적으로 사용되는 액상고무 계열인 액상 클로로프렌 고무(LCR), 스티렌부타디엔 고무(SBR), 부타디엔아크릴로니트릴 고무(NBR) 및 천연고무 등 중에서 선택된 1종 이상을 3 ∼ 7중량% 사용한다. 이때, 연성부여제의 사용량이 3 중량% 미만이면 연성부여 효과가 적고, 7 중량%를 초과하면 과도한 연성부여로 인하여 차음재 제조시 문제가 있다.

본 발명의 저비중 차음재 조성물을 구성함에 있어서 특징적인 부분은 충전재의 구성에 있다. 일반적으로 충전재는 차음재의 비중을 결정하는 큰 요소로 너무 비중이 낮은 것을 사용하면 차음재의 차음 성능이 낮아지고 너무 높은 것을 사용하면 차음재의 중량이 무거워지는 경향이 있다. 본 발명의 저비중 차음재 조성물은 이러한 충전재의 사용에 있어서, 그 종류와 사용량을 한정함에 또 다른 특징이 있는 것이다. 즉, 전체 차음재 조성물 중에 비중이 0.4 ∼ 0.9 범위인 중공구체형 충전재를 필수적으로 사용하며, 이러한 중공구체형 중전재와, 탄산칼슘, 황산바륨, 운모(Mica) 및 활석(Talc) 중에서 선택된 1종 이상의 충전재 60 ∼ 70 중량% 를 사용한다.

상기 중공구체형 충전재는 자체비중이 0.4 ∼ 0.9 범위의 것을 사용하는데, 이때 상기 자체비중이 0.9 를 초과하면 차음재의 비중이 높아지는 문제점이 있다. 상기와 같은 특징으로 만족시키는 충전재 중에서도 글래스버블(Glass Bubble)류, 알루미늄실리케이트류, 특수 화성암을 가공 발포 처리한 중공구체류(자체 비중: 0.4∼ 0.9) 등의 초경량 충전재를 사용할 수 있다. 중공구체형 충전재는 형태가 구형이면서 내부가 비어있는 형태를 나타내는 충전재이며, 일반적으로 사용되는 충전재보다 비중이 낮은 특징으로 갖는다.

기존의 중공형 충전재는 차음재 조성물에 적용될 경우 다른 차음재 조성성분과 혼합되어 제조시에 중공을 가지는 형태가 깨어지기 때문에, 비록 차음재의 비중을 낮추는 효과는 있었지만 차음재로서 소음을 차단하는 효과는 저하되는 문제점을 가지고 있었다. 이에 반하여, 본 발명에 적용된 중공구체형 충전재는 차음재 조성물 제조후에도 구체형의 형태가 대부분 보존되기 때문에, 이를 포함하여 제조된 차음재 조성물의 비중은 낮추면서도 소음을 효율적으로 차단하는 우수한 물성을 나타내게 되는 것이다(첨부도면 도 3 참조). 상기와 같은 특징으로 갖는 저비중 중공구체형 충전재는 전체 충전재 사용량에 대하여 40 ∼ 80 중량% 가 되도록 사용하는데, 중공구체형 충전재 사용량이 충전재 사용량에 대하여 40 중량% 미만이면 차음재의 비중저하의 효과가 저하되며, 80 중량%를 초과하면 차음재의 자체 비중이 너무 낮아져서 차음 효과가 저하된다.

상기와 같은 저비중 중공구체형 충전재 외에도 일반적으로 사용되고 있는 탄산칼슘, 황산바륨, 운모(Mica) 및 활석(Talc) 등에서 선택된 1종 이상의 충전재를 사용할 수 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 충전재는 전체 차음재 조성물에 대하여 60 ∼ 70 중량% 사용하는데, 이때, 충전재 사용량이 60 중량% 미만이면 차음효과가 낮아지고, 70 중량%를 초과하면 차음재의 중량이 무거워지며 차음 시이트의 표면이 거칠어지거나, 제조시 크랙 등이 발생되는 문제점이 있다.

상기와 같은 성분 이외에, 본 발명의 저비중 차음재 조성물은 당업자의 선택 에 의하여 통상적으로 사용할 수 있는 공통 첨가제로서 가공안정제, 분산제, 내열안정제, 산화방지제(아로마틱아민계, 입체장애를 가지는 페놀계, 인계, 유황계 등), 안료, 가소제, 계면활성제(PE Wax), 산화칼슘(CaO)와 같은 탈취제 등과 같은 첨가제 중에서 선택하여 사용할 수 있다. 상기와 같은 첨가제는 본 발명의 목적에 위배되지 않는 범위내에서 0.1 ∼ 5중량%를 사용할 수 있다.

상기와 같은 조성성분으로 이루어진 저비중 차음재 조성물은 통상의 제조방법에 의하여 제조할 수 있어서, 조성성분을 조절한 차음재 조성물을 교반기에서 혼합하고, 압출기에서 압출한 다음 롤러에 의하여 원하는 두께의 시트(sheet) 상으로 제조할 수 있다.

이와 같은 본 발명을 실시예에 의거하여 구체적으로 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 ∼ 2 및 비교예: 차음재의 제조

다음 표 1에 나타낸 바와 같은 성분으로 이루어진 조성물을 교반기로 혼합한 다음 압출기로 압출하고 롤러를 사용하여 시트상의 차음재를 제조하였다.

구분		사용량(중량%)
구분		실시예1	실시예2	비교예
EVA		-	-	22
LLDPE¹⁾		25	30	-
연성 부여제	LCR	1	1	3
	SBR	1	1	-
	NBR	2	2	5
충전재	글래스버블²⁾	37	34	-
	탄산칼슘	19	17	35
	황산바륨	11	11	30
첨가제³⁾		4	4	5
1)평균분자량 108,000 ∼ 110,000. 2)비중 0.4 ∼ 0.9. 3)시판 가공안정제, 분산제, 내열안정제 및 산화방지제 등을 사용.

실험예 1: 투과손실 비교

상기 실시예에서 제조된 본 발명의 저비중 차음제 조성물로 제조된 저비중 차음재와 기존 차음재(EVA Sheet)를 동일한 폴리우레탄 폼 타입의 흡음재 위에 놓고 Apamat-Ⅱ 장비를 사용하여 투과손실을 측정하였으며, 그 결과는 다음 첨부도면 도 2에 나타내었다. 본 발명에서는 기존 차음재의 비중이 1.9 ∼ 2.1 인 것에 대비하여 중공구체류 충전재를 사용함으로써 차음재의 비중을 1.6 ∼ 1.8로 낮추어 경량화가 가능하면서 차음성능은 동등한 수준을 가지는 효과가 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 저비중 차음재 조성물은 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)을 기재로 사용하고, 연성부여제, 충전재, 기타 첨가제를 혼합하여 시트(Sheet)상의 차음재로 제조할 수 있으며, 기존 차음재 대비하여 주로 비중을 결정하는 충전재를 일반 충전재와 저비중 중공구체형 충전재를 혼합 사용함으로써 차음재의 비중을 낮추면서 기존의 차음성능은 동등한 특징이 있다.

또한, 기존 차음재에서 냄새의 원인이 되었던 EVA를 사용하기 않고, 기재로서 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)을 사용하기 때문에 냄새 개선 효과가 탁월하여 차량에 적용될 경우 차내 환경을 쾌적함을 유지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

기재로서 저밀도 폴리에틸렌 15 ∼ 35 중량%;

연성제로서 액상 클로로프렌 고무(LCR), 스티렌부타디엔 고무(SBR), 부타디엔아크릴로니트릴 고무(NBR) 및 천연고무 중에서 선택된 1종 이상의 혼합물 3 ∼ 7중량%;

충전재로서 전체 충전재 사용량 중 40 ∼ 80 중량%에 해당하며 비중이 0.4 ∼ 0.9 범위인 중공구체형 충전재와, 탄산칼슘, 황산바륨, 운모(Mica) 및 활석(Talc) 중에서 선택된 1종 이상의 혼합물 60 ∼ 70 중량%;

및 가공안정제, 분산제, 내열안정제, 산화방지제, 안료, 가소제, 계면활성제 및 탈취제 중에서 선택된 첨가제 0.1 ∼ 5중량%

를 포함하는 것임을 특징으로 하는 저비중 차음재 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 중공구체형 충전재는 글라스 버블, 알루미늄실리케이트 및 특수 화성암을 가공 발포 처리한 중공구체 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 저비중 차음재 조성물.
삭제