KR101152187B1 - 중공사 흡음재와 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 중공사 흡음재는, 저융점 폴리에스터 섬유와 폴리에스터 중공사가 소정 비율로 혼합한 흡음 펠트를 300g/㎡ 내지 600g/㎡의 중량으로 겹겹이 쌓아 이루어지는 상부 펠트층과, 저융점 폴리에스터 섬유와 폴리에스터 중공사가 소정 비율로 혼합된 흡음 펠트를 300g/㎡ 내지 600g/㎡의 중량으로 겹겹이 쌓아 이루어지는 하부 펠트층과, 상기 상부 펠트층과 하부 펠트층 사이에 형성되는 증간층으로서, 저융점 폴리에스터 섬유와 블랙 화이버와 폼칩이 일정 비율로 혼합하여 이루어지는 충진재를 포함하여 구성된다.
본 발명은, 발포수지와 폐(廢)펠트로 구성되는 충진재를 포함하는 중공사 흡음재와 그 제조방법을 구현하였다. 본 발명은 기존과 다름없는 흡음성능을 갖는 저가의 충진재를 중공사 흡음재의 중간층에 채워 넣음으로써 제조비용을 크게 낮추었다. 또한, 중공사 흡음재를 재단하는 과정에서 버려지던 폐(廢)펠트를 상기 충진재로 재활용함으로써 이중의 원가절감 효과가 거두도록 하였다.

Description

중공사 흡음재와 그 제조방법 {HOLLOW FIBER ACOUSTIC ABSORBENT AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 흡음재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 자동차 내부로 유입되는 소음과 진동을 차단하는 중공사 흡음재에 관한 것이다.

주행중인 자동차에는 다양한 경로를 통해, 차량 실내로 외부 소음이 유입된다. 타이어와 지면 간의 마찰음, 배기 계통의 고온, 고압의 연소가스 유동으로 발생하는 소음, 엔진에서 발생하여 차체 또는 공기를 통해 전달되는 엔진 투과 소음 등이 차량 실내로 유입된다. 특히, 차량 내부로 유입된 엔진 투과 소음은 승객의 귀로 전달되어 차량의 정숙감을 저해하는 요소가 된다.

엔진 투과 소음을 억제하기 위하여, 일반적으로 엔진 커버 또는 후드 인슐레이터를 사용하고 있으나, 그것만으로 엔진 투과 소음을 원하는 수준까지 제거하는데에는 다소 한계가 있다.

따라서, 자동차에는 전방과 좌우측면, 그리고 바닥에 흡음재를 장착해야 하는데, 예컨대 엔진룸에서 발생하는 소음을 차단하기 위하여 엔진룸과 차실을 구분하는 대쉬 패널에 흡음재가 설치되며, 차바닥으로부터 전달되는 소음을 차단하기 위하여 플로어 패널에 흡음재가 설치되며, 차체의 측면을 통해 유입되는 소음을 차단하기 위하여 사이드 패널에도 흡음재를 설치하고 있다.

흡음재의 재질로서, 예전에는 유리섬유, 우레탄 폼, 잡사 펠트, 일반 PET섬유 등을 사용하였지만 친환경적 요인과 재활용 가능 여부에 대한 각 국의 규제가 점차적으로 강화되고 있는 추세여서 PP(polypropylene) 등의 열가소성 수지를 기반으로 하는 섬유질 펠트, 폴리우레탄(polyurethane) 폼 그리고, 흡음 및 단열성능의 향상을 위하여 PET펠트가 널리 사용되고 있다.

상기 폴리우레탄 폼이나 PET펠트는 소재 내부에 기공이 있어서 소리가 들어갈 수 있기 때문에, 폴리우레탄 폼이나 PET펠트가 사용된 중공사 흡음재는 기공을 통해 들어간 소리들이 소재 내부에서 부딪히면서 흡수되도록 하여 소음을 저감시킨다. 소리가 흡수되어 소음이 저감될 때, 소재들의 여러 가지 음향물성이 소음을 저감시키는 정도를 좌우하게 되는데, 일반적으로는 단순히 두께나 중량을 조정함으로써 음향성능을 맞추고 있다.

음향 특성에 따른 차량의 NVH(Noise, Vibration & Harshness) 성능을 향상시키기 위하여, 중대형 고급 차종에서는 주로 고중량, 고후도의 흡음재를 사용한다. 하지만 고중량, 고후도의 흡음재를 사용하는 경우, 소음이 감소되고 차량 정숙성은 향상되나, 차체의 중량을 증가시켜 연비를 저해하는 요소로 작용하게 된다.

이와 같은 종래 고중량, 고후도 흡음재의 문제점을 극복하기 위하여, 최근들어 저가의 섬유로 공극률과 흡음 성능을 향상시키면서 섬유 집합체의 중량을 저감시키는 연구가 활발히 진행되고 있다.

본 발명의 목적은, 발포수지와 폐(廢)펠트로 구성되는 충진재가 별도의 층을 형성하는 중공사 흡음재와 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 부가적인 특성 및 이점들은 아래의 설명에 기재될 것이며, 부분적으로는 상기 설명에 의해 명백해지거나 본 발명의 실행을 통해 숙지될 것이다. 본 발명의 목표 및 다른 이점들은 특히 아래 기재된 설명 및 부가된 도면뿐만 아니라 청구항에서 지적한 구조에 의해 구현될 것이다.

본 발명은, 발포수지와 폐(廢)펠트로 구성되는 충진재를 포함하는 중공사 흡음재와 그 제조방법을 구현하였다. 본 발명은 기존과 다름없는 흡음성능을 갖는 저가의 충진재를 중공사 흡음재의 중간층에 채워 넣음으로써 제조비용을 크게 낮추었다. 또한, 중공사 흡음재를 재단하는 과정에서 버려지던 폐(廢)펠트를 상기 충진재로 재활용함으로써 이중의 원가절감 효과가 거두도록 하였다.

도1은 본 발명에 따른 중공사 흡음재와 종래 중공사 흡음재를 나타낸 도면.
도2는 본 발명의 상부 펠트층과 하부 펠트층을 구성하는 흡음펠트와 그 구성비를 나타낸 도면.
도3은 본 발명에 따른 중공사 흡음제의 제조공정을 나타낸 예시도.
도4는 본 발명에 따른 중공사 흡음제의 제조방법을 나타낸 흐름도.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 중공사 흡음재는,

저융점 폴리에스터 섬유와 폴리에스터 중공사가 소정 비율로 혼합한 흡음 펠트를 300g/㎡ 내지 600g/㎡의 중량으로 겹겹이 쌓아 이루어지는 상부 펠트층과, 저융점 폴리에스터 섬유와 폴리에스터 중공사가 소정 비율로 혼합된 흡음 펠트를 300g/㎡ 내지 600g/㎡의 중량으로 겹겹이 쌓아 이루어지는 하부 펠트층과, 상기 상부 펠트층과 하부 펠트층 사이에 형성되는 증간층으로서, 저융점 폴리에스터 섬유와 블랙 화이버와 폼칩이 일정 비율로 혼합하여 이루어지는 충진재를 포함하여 구성된다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 중공사 흡음재 제조방법은,

저융점 폴리에스터 섬유와 폴리에스터 중공사를 혼합하여 흡음 펠트를 생성하는 과정과, 저융점 폴리에스터 섬유와 블랙 화이버와 폼칩을 혼합하여 충진재를 생성하는 과정과, 상기 생성된 흡음 펠트를 겹겹이 쌓아 상부 펠트층과 하부 펠트층을 각각 생성하는 과정과, 상기 하부 펠트층(300)과 충진재(200)와 상부 펠트층(100)을 차례로 쌓고, 소정 온도의 열과 압력을 가하여 중공사 흡음재를 생성하는 과정과, 상기 생성된 중공사 흡음재를 사이즈별로 재단하는 과정과, 재단 후, 남은 자투리 중공사 흡음재는 분쇄하여 상기 칩폼의 재료로서 전달하여 재활용하는 과정을 포함하여 이루어진다.

바람직하게, 상기 중공사 흡음재를 생성하는 과정은 상기 상부 펠트층과 하부 펠트층 사이에 충진재를 위치시키고, 165℃내외(±5℃ 편차)의 열과 압력을 가하여 중공사 흡음재를 생성하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도1의 a)는 본 발명에 따른 중공사 흡음재이고, 도1의 b)는 종래 중공사 흡음재를 나타낸 도면이다.

도1의 a)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중공사 흡음재는 상부 펠트층(100), 충진재(200), 하부 펠트층(300)으로 구성된다.

상기 상부 펠트층(100)과 하부 펠트층(300)은 결속사에 해당하는 LM PET사와 골격에 해당하는 PET중공사로 이루어진다. LM PET사와 PET 중공사의 중량 혼합 비율(%) 은 최적의 결속력을 유지하기 위해 30:70(LM PET사 : PET 중공사)으로 한다.

상기 LM PET사는 저융점 PET섬유(or Low Melting PET fiber)로서, 165℃내외(±5℃ 편차)에서 용융되어 상기 PET 중공사들을 결속시킨다.

PET의 화학적 정식 명칭은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephtalate; PET)로서, 우리가 흔히 말하는 폴리에스테르나 페트병, 즉, PET병은 폴리에스터를 의미한다. 현재 전체 합성섬유 생산량의 65%를 차지하고 있는 폴리에스터는 흡음재뿐 아니라 의류, 플라스틱 용기, 그리고 각종 생활용품으로 우리의 일상 생활 전반에 사용된다. 상기 PET는 이하, 폴리에스터로 표기한다.

저융점 폴리에스터 섬유의 혼합비율이 25% 이하이면 폴리에스터 펠트의 결속이 제대로 이루어지기 어렵고, 45%를 넘으면 폴리에스터 펠트가 딱딱해져서 흡음율을 저하시킬 수 있다. 도2의 a)에 도시된 바와 같이 본 발명의 저융점 폴리에스터 섬유는 최적의 결속력을 유지하기 위해 30%의 비율로서 폴리에스터 중공사와 혼합된다. 도2의 a)는 저융점 폴리에스터 섬유를 도시한 것이다.

상기 PET중공사 즉, 폴리에스터 중공사는 생산성을 확보하면서 흡음성능을 최적화하기 위하여, 섬도 6D의 폴리에스터 중공사(이하, '블랙 화이버(Black fiber)'라 한다)와 이보다 미세한 섬도인 3D~5D와 중공율 10~15%인 폴리에스터 중공사(이하, '화이트 화이버(White fiber)'라 한다)를 50대50% 의 중량 혼합 비율 로 하여 제작한다. 상기 블랙 화이버(Black fiber)는 카본블랙(Carbon Black)를 함유한 폴리에스터 섬유이다.

폴리에스터 중공사를 보다 미세한 섬도로 제작할수록 진동이 잘 되어 흡음성능이 향상될 수 있으나, 6D미만 섬도의 폴리에스터 중공사를 적용할 경우 생산속도가 저하되어 생산성에서 문제가 발생하게 되고, 7D보다 큰 섬도의 폴리에스터 중공사를 적용할 경우 흡음 성능이 저하된다. 이하, 폴리에스터 중공사는 '폴리에스터 펠트(Polyester Felt)'와 병기하여 표시된다.

본 발명의 폴리에스터 중공사는, 중공사 흡음재가 최적의 골격을 유지하도록 하기 위해 도2의 b)에 도시된 바와 같이 70%의 비율로서 저융점 폴리에스터 섬유와 혼합된다. 도2의 b)는 폴리에스터 중공사를 도시한 것이다.

본 발명은 저융점 폴리에스터 섬유와 폴리에스터 중공사를 30:70의 비율로 혼합하여 흡음 펠트를 생성한 후, 생성된 흡음펠트를 겹겹이 쌓아 상부 펠트층(100)과 하부 펠트층(300)을 각각 생성한다.

상기 충진재(200)는 도1의 a)에 도시된 바와 같이, 저융점 폴리에스터 섬유와 블랙 화이버(Black fiber)와 폼칩(Form chip)이 각각 30:20:50의 혼합 비율로 이루어진다.

상기 저융점 PET섬유는 165℃내외(±5℃ 편차)에서 용융되어 상기 블랙 화이버(Black fiber)와 폼칩(Form chip)을 결속시킨다.

상기 폼칩(Form chip)은 폐(廢)펠트와, 폴리에틸렌 폼(이하, 'PE 폼(form)'이라 한다)과 스펀지 등과 같은 발포수지로 구성되어, 중공사 흡음재의 탄성과 흡음성능을 크게 향상시켰다. 또한, 제조 비용이 높았던 중공사 흡음재에 저가의 소재들(폐(廢)펠트+발포수지)로 이루어진 충진재(200)를 채워 넣음으로써 중공사 흡음재의 제조단가를 크게 낮출 수 있게 되었다.

상기 충진재(200)를 구성하는 PE 폼의 경우, 성형성, 내열성이 우수하며 가볍기 때문에 이미 차량의 내장재로써 널리 사용되고 있으며 흠음성과 단열성이 뛰어나다.

도1의 b)에 도시된 바와 같이, 저융점 PET섬유와 폴리에스터 중공사만을 이용하여 제조되었던 종래의 중공사 흡음재는 탄성도가 매우 낮으며, 높은 제조 비용이 요구되는 문제를 가지고 있었다.

도3은 본 발명에 따른 중공사 흡음제의 제조공정을 나타낸 예시도이고, 도4는 본 발명에 따른 중공사 흡음제의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.

도3과 도4를 참조하여, 본 발명에 따른 중공사 흡음제의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 우선, 오프너기를 이용하여 흡음 펠트를 생성한다.(S10) 30:70비율의 저융점 폴리에스터 섬유와 폴리에스터 중공사가 상기 오프너기를 통과하면서 흡음 펠트가 만들어진다.

또한, 본 발명은, 충진재(200) 생성을 위해, 저융점 폴리에스터 섬유와 블랙 화이버(Black fiber)와 폼칩(Form chip)을 각각 30:20:50의 비율로 섞는다. 그리고, 이들 소재(저융점 폴리에스터 섬유와 블랙 화이버(Black fiber)와 폼칩(Form chip))가 오프너기, 슈퍼 믹싱기, 에어레이더로 이루어진 공정을 거치도록 함으로써 충진재(200)를 생성한다. (S20)

그리고, 상기 단계 S10에서 생성된 흡음 펠트를 300g/㎡ 내지 600g/㎡의 중량이 되도록 겹겹이 쌓아 중공사 흡음재의 상부 펠트층(100)을 조성하고, 동일한 방법으로 중공사 흡음재의 하부 펠트층(300)을 조성한다. (S30)

이후, 상기 상부 펠트층(100)과 충진재(200)와 하부 펠트층(300)이 모두 조성되면, 도3에 도시된 바와 같이, 아래로부터, 하부 펠트층(300)과 충진재(200)와 상부 펠트층(100)을 순서대로 쌓고, 소정의 압력과 함께 165℃내외(±5℃ 편차)의 열을 가하여 중공사 흡음재를 생성한다.(S40) 용융점이 가장 낮은 저융점 폴리에스터 섬유가 녹을 수 있는 온도의 열(165℃내외)과 압력을 가함으로써, 상기 상,하부 펠트층(100, 300)과 충진재(200) 내부의 저융점 폴리에스터 섬유가 용융하여, 상,하부 펠트층(100, 300)과 충진재(200)가 하나로 결속된 중공사 흡음재를 생성한다.

이상의 과정들(S10~S40)을 통해 생성된 중공사 흡음재는 공급처에서 요구하는 각종 사이즈로 재단된다.(S50)

본 발명은 상기 과정(S50)에서 재단되고 남은 자투리 중공사 흡음재들(폐(廢)펠트)을 수거하여 재활용한다. 본 발명은 수거된 폐(廢)펠트들을 분쇄하여 상기 충진재 생성 공정(S20)으로 전달한다. 상기 충진재 생성 공정(S20)으로 전달된 폐(廢)펠트는 폼칩(Form chip)을 생성하는 재료로서 이용된다. (S60)

폐(廢)펠트와 발포수지(예: PE폼, 스펀지 등) 등으로 구성된 폼칩(Form chip)은 50:30:20(폼칩: 저융점 폴리에스터 섬유:블랙 화이버)의 비율로서 저융점 폴리에스터 섬유 및 블랙 화이버(Black fiber)와 혼합되어 충진재(200)를 형성한다.
본 발명은 165℃내외(±5℃ 편차)에서 용융되는 저융점 PET섬유의 중량 비율을, 상기 상부 펠트층(100)이나 하부 펠트층(300)처럼, 30%로 맞추어 충진재(200)의 블랙 화이버(Black fiber)와 폼칩(Form chip)을 결속시킨다. 그리고 나머지 70%는 충진재의 골격을 형성하도록 폼칩(Form chip)과 블랙 화이버(Black fiber)를 각각 50:20 중량 %로 혼합하여 이루어진다.
상기 폼칩과 블랙 화이버는, 충진재가 기존과 다름없는 흡음성능과 탄성도를 유지하면서 저렴한 제조비용으로 생산될 수 있도록 50대20의 중량 혼합 비율(% ) 를 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명은 기존과 다름없는 흡음성능을 갖는 저가의 충진재(200)를 중공사 흡음재의 중간층에 채워 넣음으로써 제조비용을 크게 낮추고, 중공사 흡음재를 재단하는 과정에서 버려지던 폐(廢)펠트를 상기 충진재(200)로 재활용함으로써 이중의 원가절감의 효과를 거두도록 하였다.

아래 표1은 ASTM E 1050의 수직입사 흡음률 평가방법을 이용하여 측정한 결과 테이블이다.

주파수 시편	1	2	3	4	5	6	7	8
1000Hz	0.28	0.26	0.27	0.29	0.28	0.26	0.25	0.27
2000Hz	0.42	0.45	0.44	0.44	0.43	0.42	0.44	0.43
3150Hz	0.66	0.66	0.68	0.69	0.70	0.66	0.65	0.68
5000Hz	0.88	0.88	0.86	0.87	0.70	0.87	0.87	0.88

본 평가방법에서는, 저융점 폴리에스터 섬유와 폴리에스터 중공사의 혼합비율을 30:70으로 고정하였고, 상기 저융점 폴리에스터 섬유의 섬도는 일반적인 4D, 시편의 두께는 25T, 면밀도는 1000 g/㎡으로 고정하였으며, 시험 평가 샘플의 수는 실험계획법을 통하여 1~7까지의 평가를 통해 최적 사양인 시편 8의 조합을 얻어 확인 시험을 실시하였다.

위 확인시험 결과, 본 발명에 따른 중공사 흡음재는 관심 주파수 영역인 1000~5000㎐ 범위에서 기존과 다름없는 흡음성능을 보이는 것을 알 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예(들)를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 상기 설명된 실시예(들)의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

이상 기술된 바와 같이, 본 발명은, 발포수지와 폐(廢)펠트로 구성되는 충진재를 포함하는 중공사 흡음재와 그 제조방법을 구현하였다. 본 발명은 기존과 다름없는 흡음성능을 갖는 저가의 충진재를 중공사 흡음재의 중간층에 채워 넣음으로써 제조비용을 크게 낮추었다. 또한, 중공사 흡음재를 재단하는 과정에서 버려지던 폐(廢)펠트를 상기 충진재로 재활용함으로써 이중의 원가절감 효과가 거두도록 하였다.

100 : 상부 펠트층 200 : 충진재
300 : 하부 펠트층

Claims (7)

1. 저융점 폴리에스터 섬유와 폴리에스터 중공사가 소정 비율로 혼합한 흡음 펠트를 300g/㎡ 내지 600g/㎡의 중량으로 겹겹이 쌓아 이루어지는 상부 펠트층(100)과;
   저융점 폴리에스터 섬유와 폴리에스터 중공사가 소정 비율로 혼합된 흡음 펠트를 300g/㎡ 내지 600g/㎡의 중량으로 겹겹이 쌓아 이루어지는 하부 펠트층(300)과;
   상기 상부 펠트층과 하부 펠트층 사이에 형성되는 중간층으로서, 저융점 폴리에스터 섬유와 블랙카본을 함유하는 블랙 화이버와 폼칩이 30:20:50퍼센트의 중량 비율로 혼합하여 이루어지는 충진재(200)를 포함하여 구성되며,
   상기 충진재(200)의 폼칩은 중공사 흡음재를 사이즈별로 재단하는 과정에서 남은 자투리 중공사 흡음재를 분쇄한 후, 폴리에틸렌 폼과 스펀지같은 발포수지와 혼합시켜 생성되는 것을 특징으로 하는 중공사 흡음재.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 충진재의 폼칩은
   폐(廢)펠트와 발포수지의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공사 흡음재.
4. 저융점 폴리에스터 섬유와 폴리에스터 중공사를 혼합하여 흡음 펠트를 생성하는 과정과;
   저융점 폴리에스터 섬유와 블랙카본을 함유하는 블랙 화이버와 폼칩을 30:20:50퍼센트의 중량 비율로 혼합하여 충진재를 생성하는 과정과;
   상기 생성된 흡음 펠트를 겹겹이 쌓아 상부 펠트층과 하부 펠트층을 각각 생성하는 과정과;
   상기 하부 펠트층(300)과 충진재(200)와 상부 펠트층(100)을 차례로 쌓고, 소정 온도의 열과 압력을 가하여 중공사 흡음재를 생성하는 과정과;
   상기 생성된 중공사 흡음재를 사이즈별로 재단하는 과정과;
   재단 후, 남은 자투리 중공사 흡음재를 수거하고 분쇄한 후 폴리에틸렌 폼과 스펀지같은 발포수지와 혼합하여 폼칩을 생성하는 과정과;
   상기 생성된 폼칩을 상기 충진재를 생성하는 과정으로 전달하여 재활용하는 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공사 흡음재 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 중공사 흡음재를 생성하는 과정은
   상기 상부 펠트층과 하부 펠트층 사이에 충진재를 위치시키고, 165℃내외(±5℃ 편차)의 열과 압력을 가하여 중공사 흡음재를 생성하는 것을 특징으로 하는 중공사 흡음재 제조방법.
6. 삭제
7. 제4항에 있어서, 상기 충진재의 폼칩은
   폐(廢)펠트와 발포수지의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공사 흡음재 제조방법.

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