KR100906888B1 - 중공사 흡음재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중공사 흡음재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 PET 중공사의 꼬임형태, 중공율 및 PET 중공사를 이루는 원사들의 혼합비를 적절하게 조절하여 흡음 성능을 최적화한 중공사 흡음재에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 PET 중공사와 LM PET사가 혼합되어 이루어지는 중공사 흡음재에 있어서,

상기 PET 중공사는 중공율이 15~34%이고 섬도가 6~7D인 제1원사 70중량% 이상과, 중공율이 10~15%이고 섬도가 3~5D인 제2원사 30중량% 이하로 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 중공사 흡음재를 제공한다.

흡음재, 중공사, PET, 중공율, 섬도

Description

중공사 흡음재{Hollow Fiber Acoustic Absorbent}

본 발명은 중공사 흡음재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 PET 중공사의 꼬임형태, 중공율 및 PET 중공사를 이루는 원사들의 혼합비를 적절하게 조절하여 흡음 성능을 최적화한 중공사 흡음재에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 실내로 유입되는 대표적인 소음으로는 엔진에서 발생하여 차체 또는 공기를 통해 전달되는 엔진 투과 소음이 있다.

이러한 엔진 투과 소음을 억제하기 위하여 통상의 자동차에서는 엔진 커버 또는 후드 인슐레이터 등을 사용하고 있으나, 이들만을 통해서는 소음을 원하는 수준으로 제거하는데에는 한계가 있고 미흡한 점이 있다.

이에 따라, 자동차에는 여러 위치에 흡음재를 적용하고 있는데, 예컨대 엔진룸에서 발생하는 소음을 차단하기 위하여 엔진룸과 차실을 구분하는 대쉬 패널에 흡음재가 설치되며, 차바닥으로부터 전달되는 소음을 차단하기 위하여 플로어 패널 등에도 흡음재가 설치되고 있다.

이러한 흡음재의 재질로는 폴리우레탄(polyurethane) 폼 또는 섬유질 펠트가 사용되고 있으며, 특히 최근에는 흡음 및 단열성능의 향상을 위하여 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephtalate;PET) 펠트가 널리 사용되고 있다.

상기 폴리우레탄 폼이나 PET 펠트와 같은 차량용 흡음재료는 기공이 있어서 소리가 들어갈 수 있고, 그렇게 들어간 소리들은 재료 속에서 부딪히면서 흡수된다.

즉, 소리가 어떤 재료에 부딪히게 되면 일부는 반사되고 일부는 공기로 전파(11)되거나 재료로 전파(12)되어 흡수된다. 여기서 흡수된 소리는 재료의 구조를 진동시키고, 그로 인해 발생된 진동에너지가 열에너지로 바뀌어 그 열에너지가 소산되며, 이런 원리로 소음을 저감시키게 된다.

차량을 설계할 때 실내 소음 정도에 대한 목표가 있는데, 이를 맞추기 위해서 흡음재의 밀도나 두께를 조정해서 NVH 성능을 맞추고 있다.

소리가 흡수되어 소음을 저감시킬 때 재료의 여러 가지 음향물성이 소음을 저감시키는 정도를 좌우하게 되는데, 현재는 단순히 두께나 중량을 조정함으로써 음향성능을 맞추고 있다.

첨부한 도 1은 현재 사용되고 있는 PET 펠트 흡음재의 단면(좌)과 원사구조(우)를 현미경으로 살펴본 모습을 나타내는 이미지이다.

도 1에 PET 펠트는 4D의 저융점 PET(LM PET)사와 6D의 레귤러 PET(Regular PET)사를 3 : 7 의 비로 방사하여 열을 가해 성형한 것으로, 상기 LM PET사는 레귤러 PET사를 결속시키는 역할을 한다.

그러나, 흡음재의 두께나 중량을 조정하여 음향성능을 맞추는 것은 중량상승 및 원가상승 등의 문제가 뒤따르게 되고, 또한 두께나 중량만으로 조절하면 설계적인 제약이 뒤따르므로 목표하는 NVH 성능에 접근하는데 어려움이 따르게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 생산속도의 지연을 방지하기 위하여 서로 다른 섬도로 이루어진 중공사를 혼합하여 흡음 펠트를 제조함으로써 주요 주파수 영역에서 우수한 흡음성능을 갖는 중공사 흡음재를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 PET 중공사와 LM PET사가 혼합되어 이루어지는 중공사 흡음재에 있어서,

상기 PET 중공사는 중공율이 15~34%이고 섬도가 6~7D인 제1원사 70중량% 이상과, 중공율이 10~15%이고 섬도가 3~5D인 제2원사 30중량% 이하로 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 중공사 흡음재를 제공한다.

그리고, 상기 제1원사와 제2원사는 둘 다 선형구조인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1원사 90중량% 이상과 상기 제2원사 10중량% 이하로 혼합하여 제조하는 경우 상기 제2원사는 선형구조 또는 오메가구조인 것을 특징으로 하며,

바람직하게, 상기 PET 중공사 55~75중량%와 상기 LM PET사 25~45중량%가 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 중공사 흡음재는 서로 다른 섬도의 원사를 혼합하여 PET 중공사를 구성함으로써 기존 흡음재보다 주요 주파수 영역에서 우수하 흡음성능을 나타내는 효과가 있다.

그리고, 차량 실내에 적용되어 차량의 NVH 성능을 향상시키게 된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.

본 발명의 실시 예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 설명에 있어서 종래의 기술과 동일한 부분에 대하여 중복되는 설명은 생략되는 것도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 일실시 예를 상세하게 설명한다.

본 발명에 따라 바람직하게 구현되는 흡음재는 최적의 흡음 성능을 위하여 제1원사와 제2원사가 혼합되어 제조되는 PET 중공사의 혼합비와 중공율 및 원사꼬임구조를 적절히 조절하며 제작되어 차량 실내의 NVH 성능을 향상시킬 수 있도록 한다.

본 발명에 따라 제작되는 흡음재는 기공이 있는 중공사와 결속사로 이루어지고, 본 발명의 실시예에서 상기 중공사는 흡음 및 단열성능이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephtalate;PET) 중공사가 적용된다.

도 2는 흡음재의 소리 전달을 나타내는 도면으로서, 소리는 도 2에 도시된 바와 같이 기공을 통해 전달되고 재료, 보다 정확하게는 재료의 골격(10)인 PET 중공사에 부딪히게 된다. 이렇게 부딪힌 소리는 재료의 골격(10)을 진동시키게 되고, 흡음재의 경우 소음의 흡수를 위해 재료가 골격에 부딪힌 소리에 의해 잘 진동해야 한다.

이에 따라 소리가 지나는 경로에 중공사가 그물망처럼 촘촘하게 형성되어야 하지만, 촘촘한 정도가 너무 지나치게 되면 소리가 재료의 내부까지 들어가지 못하고 반사되기 때문에 흡음 성능을 저하시키게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 소리의 경로를 형성하기 위해 그물망처럼 형성하되 소리의 경로를 증가시키면서 소음에 의해 재료의 골격인 중공사가 잘 진동할 수 있도록 한다.

이를 위하여 중공사의 섬도를 미세하게 형성하여 동일 부피 내 중공사의 수를 증가시키되, 상기 중공사의 섬도가 너무 미세하게 되면 생산속도가 저하되므로 섬도가 서로 다른 중공사를 최적의 섬유혼합비로 제작하여 생산속도의 지연을 방지하며 소음의 흡수를 극대화한다.

도 3은 중공사를 이용한 흡음재의 단면 구조(좌)와 원사의 꼬임형태(중간, 우)를 도시한 것으로, PET 중공사와 LM PET사를 방사하여 제작한 흡음재이다.

도 3과 같이 제작되는 펠트의 경우, PET 중공사가 골격 역할을 하고 LM PET사가 결속사 역할을 하게 된다.

여기서, 상기 PET 중공사와 LM PET사의 혼합 중량 비율은 70:30으로 한다. 이는 결속력을 유지하기 위한 최적의 비율로, LM PET사가 25중량% 이하가 되면 펠트의 결속이 제대로 이루어지기 어렵고, 45중량%를 넘으면 펠트가 딱딱해져서 흡음율이 저하될 수 있다.

이하, 본 발명을 다음 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예

본 발명에 있어서 중공사를 보다 미세한 섬도로 제작할수록 진동이 잘 되어 흡음성능이 향상될 수 있으나, 6D 미만의 중공사를 적용할 경우 생산속도가 저하되어 생산성에서 문제가 발생하게 되고, 7D보다 큰 섬도의 중공사를 적용할 경우 흡음 성능이 저하된다.

이는 PET 중공사의 굵기가 굵어질수록 소음에 의한 중공사의 진동이 줄어들고 동일 부피에 들어가는 중공사의 개수가 줄게 되어 소음을 흡수하는 경로의 개수가 줄어들기 때문이다.

또한, 생산 가능한 중공사의 최소 중공율을 15%로 할 경우에 생산속도가 지연되고, 최대 중공율을 34%로 할 경우 성형된 펠트에 전체적인 유동저항이 줄어들게 되어 소음이 걸러지지 않고 통과하게 되는 부분이 커짐으로 인해 흡음성능의 저 하가 발생한다.

따라서, 생산성을 확보하면서 흡음성능을 최적화하기 위하여, 6D의 PET 중공사(제1원사)와, 이보다 미세한 섬도인 3~5D와 중공율 10~15%인 PET 중공사(제2원사)를 혼합하여 제작한다.

하기의 표 1에 샘플A~샘플H는 일정 섬도 및 중공율의 제1원사와 제2원사를 혼합비와 원사구조를 달리하여 혼합한 시편들로서, 혼합비를 10%씩 조절하며 제작한다.

이때, 생산성을 확보하면서 흡음성능을 향상시키도록 상기 제1원사는 중공율을 32%로 제작하고, 상기 제2원사는 섬도 3D, 중공율 13%로 마련한다.

혼합비를 10% 이하로 조절하며 제작할 경우 샘플 간에 범위가 좁아서 생산 공정상의 오차 범위에 해당하게 되며, 그 이상의 혼합비로 조절할 경우 범위가 넓어 혼합비의 정확한 선정이 어려워진다.

상기 표 1과 같은 조합으로 샘플들을 제작한 결과 제2원사가 30중량% 이상인 경우 흡음재로서의 강성이 부족하여 흡음 펠트의 성형이 제대로 이루어지지 않음을 알 수 있다.

따라서, 중공사를 이루는 제2원사는 30중량% 이하로 하는 것이 적합하다.

그리고, 펠트 제작시 통과해야 하는 열풍을 막는 성능이 선형 구조(도 3의 중간 도면)보다 오메가 구조(도 3의 우측 도면)가 더 크기 때문에 제2원사는 오메가 구조로 제작시 상대적으로 불리하여 10중량% 이하로 혼합되어야 성형이 가능함을 확인할 수 있다.

하기 표 2는 혼합비를 달리하여 제작한 흡음 평가 시편이며, 표 3은 ASTM E 1050의 수직입사 흡음율 평가 방법을 이용하여 측정한 결과이다.

PET 중공사 70중량%와 LM PET사 30중량%로 혼합비율을 고정하였고, 상기 LM PET사의 섬도는 일반적인 4D, 시편의 두께는 20T, 면밀도는 1000 g/㎡으로 고정하였으며, 시험 평가 샘플의 수는 실험계획법을 통하여 1~7까지의 평가를 통해 최적 사양인 시편 8의 조합을 얻어 확인 시험을 실시하였다.

이와 같이 본 발명에 따른 흡음재는 관심 주파수 영역인 1000~5000㎐ 범위에서 기존보다 우수한 흡음성능을 보임을 알 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시 예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시 예들을 모두 포함한다.

도 1은 현재 사용되고 있는 PET 펠트 방음재의 단면을 현미경을 통해 관찰한 모습을 나타내는 이미지,

도 2는 흡음재에서 소리의 전달을 설명하기 위한 도면,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 PET 중공사 펠트의 단면구조를 나타내는 이미지.

Claims (4)

1. 삭제
2. PET 중공사와 LM PET사가 혼합되어 이루어지는 중공사 흡음재에 있어서,

   상기 PET 중공사는, 중공율이 15~34%이고 섬도가 6~7D인 제1원사 70중량% 이상과, 중공율이 10~15%이고 섬도가 3~5D인 제2원사 30중량% 이하로 혼합하여 제조되는 중공사 흡음재에 있어서,

   상기 제1원사와 제2원사는 둘 다 선형구조인 것을 특징으로 하는 중공사 흡음재.
3. PET 중공사와 LM PET사가 혼합되어 이루어지는 중공사 흡음재에 있어서,

   상기 PET 중공사는, 중공율이 15~34%이고 섬도가 6~7D인 제1원사 70중량% 이상과, 중공율이 10~15%이고 섬도가 3~5D인 제2원사 30중량% 이하로 혼합하여 제조되는 중공사 흡음재에 있어서,

   상기 제1원사 90중량% 이상과 상기 제2원사 10중량% 이하로 혼합하여 제조하는 경우 상기 제2원사는 선형구조 또는 오메가구조인 것을 특징으로 하는 중공사 흡음재.
4. PET 중공사와 LM PET사가 혼합되어 이루어지는 중공사 흡음재에 있어서,

   상기 PET 중공사는 중공율이 15~34%이고 섬도가 6~7D인 제1원사 70중량% 이상과, 중공율이 10~15%이고 섬도가 3~5D인 제2원사 30중량% 이하로 혼합하여 제조되는 중공사 흡음재에 있어서,

   상기 PET 중공사 55~75중량%와 상기 LM PET사 25~45중량%가 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공사 흡음재.

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