KR101272551B1

KR101272551B1 - 자동차용 고성능 다층 흡음재 제조방법

Info

Publication number: KR101272551B1
Application number: KR1020110062520A
Authority: KR
Inventors: 송대현; 김용대; 이정욱; 경규석; 최정수; 오주태; 유종현; 유종남; 이기용; 이기동
Original assignee: 엔브이에이치코리아(주); 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2013-06-11
Anticipated expiration: 2031-06-27
Also published as: KR20130006953A

Abstract

본 발명은 자동차용 고성능 다층 흡음재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차의 엔진룸에서 발생하는 소음을 고성능으로 차단하기 위한 차량용 다층 흡음재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 레진 펠트, 무기섬유 및 발포 폼 중 선택된 2종 또는 그 이상이 적층되어 다층 구조로 구성된 흡음재 본층과, 상기 흡음재 본층의 일측 혹은 양측 겉면에 적층된 표면보호층으로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 고성능 다층 흡음재를 제공한다.

Description

자동차용 고성능 다층 흡음재 제조방법{Manufacturing method of multi-layer sound-absorbing material for vehicle}

본 발명은 자동차용 고성능 다층 흡음재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차의 엔진룸에서 발생하는 소음을 고성능으로 차단하기 위한 차량용 다층 흡음재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

통상적으로 자동차용 흡음재는 엔진룸에서 발생하는 소음을 차단하기 위한 것으로, 엔진룸과 차량 실내를 구분하는 대쉬 패널(Dash Panel)에 설치되고, 또한 차체 바닥으로부터 전달되는 소음을 차단하기 위하여 플로어 패널(Floor panel) 등에 설치되고 있다.

도 1을 참조하여 종래 기술에 따른 자동차용 다층 흡음재를 살펴보면, 부직포(1)와 레진 펠트(2, resin felt) 또는 유리섬유(glass wool, glass fiber) 그리고 러버(3, rubber)의 3층 구조로 적층되어 구성된다.

그러나, 이와 같은 종래의 다층 흡음재는 그 일측 겉면을 비교적 고중량의 러버를 사용함으로 인해 전체적인 제품 중량이 증가하게 되고, 제품 성형시 차음재인 러버에서 발생하는 가스로 인해 성형 시간이 증가하게 되어 외관 품질이 저하되며, 흡음성능이 낮음으로 인해 엔진룸에서 발생하는 소음을 충분히 제거하지 못하는 문제가 있다.

또한, 종래의 다층 흡음재는 부직포와 러버 사이에 유리섬유를 적용할 시 제조 과정에서 작업자가 유리섬유에 찔리게 되는 등의 상처를 입게 되어 작업성이 저하되는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 엔진룸에서 발생하는 소음에 대한 흡음성능을 증대하고, 경량화 및 생산성 향상이 가능한 자동차용 고성능 다층 흡음재 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 레진 펠트, 무기섬유 및 발포 폼 중 선택된 2종 또는 그 이상이 적층되어 다층 구조로 구성된 흡음재 본층과, 상기 흡음재 본층의 일측 혹은 양측 겉면에 적층된 표면보호층으로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 고성능 다층 흡음재를 제공한다.

바람직하게, 상기 무기섬유는 유리섬유(glass wool, glass fiber), 바잘트섬유(basalt fiber) 및 탄소 섬유 중 선택된 1종 또는 그 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하고, 각각의 섬유 결합을 위해 열경화성 수지 5 ~ 50 중량% 를 함유하는 혼합비로 조성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 레진 펠트 및 무기섬유는 300 ~ 2000 g/㎡ 의 면밀도를 갖는 것을 특징으로 하며, 상기 무기섬유를 구성하는 각각의 섬유는 3 ~ 1000 ㎛의 굵기와 5 ㎛ ~ 100 ㎜ 의 길이를 갖는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 발포 폼은 7 ~ 150 ㎏/㎥ 의 밀도를 갖으며, 또한 2 ~ 50 ㎜의 두께로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 레진 펠트는 화학섬유 10 ~ 80 중량%, 천연섬유 10 ~ 80 중량%, 열경화성 수지는 5 ~ 50 중량% 로 혼합 조성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 표면보호층은 부직포 소재가 사용되고, 30 ~ 200 g/㎡ 의 면밀도를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 열경화성 수지는 에폭시 레진 또는 페놀 레진이 사용가능하다.

한편 본 발명은, 레진 펠트 수지, 무기섬유 수지 및 발포 폼 수지 중 선택된 2종 이상의 수지를 적층하여 2층 이상의 수지층을 형성하고, 이 수지층의 일측 또는 양측 겉면에 폴리에스테르계 수지를 적층하여 다층 구조의 흡음재 수지층을 형성하는 단계; 상기 흡음재 수지층을 열간 성형하는 단계; 상기 열간 성형을 완료한 다층 구조의 흡음재 수지층을 트리밍(trimming) 하는 단계;로 제조하는 것을 특징으로 하는 자동차용 고성능 다층 흡음재의 제조방법을 제공한다.

바람직하게, 상기 흡음재 수지층을 트리밍하기 전에, 열간 성형을 완료한 흡음재 수지층을 냉간 성형하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 흡음재 수지층의 열간 성형은 열간 금형에서 140 ~ 220℃의 온도와 10 ~ 200kgf/㎠의 압력으로 20 ~ 180초 동안 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 흡음재 수지층의 냉간 성형은 냉간 금형에서 5 ~ 50℃의 온도와 10 ~ 200kgf/㎠의 압력으로 5 ~ 180초 동안 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자동차용 고성능 다층 흡음재를 대쉬 패드 등에 적용함에 따라 엔진룸에서 발생하는 소음에 대해 높은 흡음성능을 제공할 수 있으며, 기존의 고무 소재를 삭제하고 열성형이 가능한 발포 폼 소재를 이용함에 따라 성형시간이 단축되어 생산성이 향상되고 제품의 경량화가 가능하게 된다.

또한, 이에 따라 연비 개선, 이산화탄소의 배출량 감소 등과 같은 효과를 얻을 수 있어 친환경성을 향상시키게 된다.

도 1은 종래 자동차용 다층 흡음재를 나타낸 구성도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자동차용 고성능 다층 흡음재를 나타낸 구성도
도 3은 본 발명에 따른 자동차용 고성능 다층 흡음재의 제조 공정을 나타낸 순서도
도 4 내지 7은 본 발명의 실시예 및 그 비교예에 대한 실험 결과를 나타낸 그래프

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 자동차용 고성능 다층 흡음재는 레진 펠트, 무기섬유 및 발포 폼 중 선택된 2종 또는 그 이상이 적층되어 다층 구조로 구성된 흡음재 본층과, 상기 흡음재 본층의 일측 혹은 양측 겉면에 적층된 표면보호층으로 형성된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 일실시예의 경우, 흡음재 본층으로서 레진 펠트(20)와 발포 폼(30)이 적층되어 2층 구조로 구성되고, 표면보호층으로서 상기 적층된 레진 펠트(20)와 발포 폼(30)의 상하 양측 겉면에 부직포(10)가 적층 구성된다.

상기 흡음재 본층을 구성하는 소재들의 적층 순서는 변경 가능하며, 상기 표면보호층은 흡음재 본층 소재의 조합 배열에 따라 흡음재 본층의 일측 혹은 양측 겉면에 적층 구성될 수 있다.

예컨대, 흡음재 본층을 구성하는 소재들 중 외각층에 배치되는 소재가 레진펠트인 경우, 표면보호층을 흡음재 본층의 일측에만 구성함이 가능하다.

또한, 도면으로 도시하지는 않았으나, 본 발명의 다른 실시예로서, 상기 흡음재 본층은 적층 순서에 상관없이 레진 펠트와 무기섬유, 또는 무기섬유와 발포 폼이 적층된 2층 구조, 혹은 레진 펠트, 무기섬유, 발포 폼이 적층된 3층 구조로 구성됨이 가능하다.

참고로, 흡음재 본층을 구성하는 소재로서 모섬유로부터 만들어진 펠트 소재의 사용도 가능하나, 수지계가 아닌 피륙계의 펠트 소재를 사용하는 경우 후술되는 제조 공정을 일부 변경하여 적용하게 된다.

상기 흡음재 본층의 구성요소 중 레진 펠트(혹은 레진 펠트 층)를 형성하게 되는 흡음재 수지는 화학섬유 10 ~ 80 중량%, 천연섬유 10 ~ 80 중량%, 열경화성 수지 5 ~ 50 중량% 를 혼합 조성한 혼합수지를 사용한다.

상기 레진 펠트는 화학섬유가 10 중량% 미만인 경우 흡음률이 소정 범위(고흡음성능에 해당하는 범위임) 이하로 감소하여 부족하게 되고, 80 중량% 를 초과할 경우 제품 강성이 소정 범위(고흡음성능을 성취하기 위한 범위임) 이하로 감소하여 부족하게 된다. 그리고, 천연섬유가 10 중량% 미만인 경우 제품 강성이 소정 범위 이하로 감소하여 부족하게 되고, 80 중량% 를 초과할 경우 흡음률 및 내열성이 소정 범위 이하로 감소하여 부족하게 된다.

또한, 상기 레진 펠트는 300 ~ 2000 g/㎡ 의 면밀도를 갖도록 성형되며, 만약 면밀도 범위가 300 g/㎡ 미만이면 흡음성능이 소정 범위 이하로 감소하여 엔진룸의 소음을 고성능으로 제거하지 못하게 되고 2000 g/㎡ 를 초과하면 제품 중량이 소정치 이상으로 증가하여 경량화 효과를 얻을 수 없게 된다.

상기 흡음재 본층의 구성요소 중 무기섬유(혹은 무기섬유 층)로는 유리섬유, 바잘트섬유(basalt fiber) 및 탄소 섬유 중 선택된 1종 또는 그 이상을 사용한다.

즉, 상기 무기섬유 층은 유리섬유, 바잘트섬유 및 탄소섬유를 각기 단독으로 사용하거나 혹은 이들을 둘 이상 혼합하여 형성할 수 있다.

여기서, 상기 흡음재 본층의 무기섬유를 구성하는 각각의 섬유들은 3 ~ 1000 ㎛의 굵기와 5 ㎛ ~ 100 ㎜ 의 길이를 갖는 섬유로 구성되며, 이 섬유들 간 결합 및 경화를 위해 열경화성 수지를 사용한다.

다시 말해, 상기 무기섬유 층은 유리섬유, 바잘트섬유 및 탄소 섬유 중 선택된 1종 이상과 열경화성 수지를 혼합하여 조성한 흡음재 수지의 열성형을 통해 형성되며, 이때 무기섬유 층을 형성하게 되는 흡음재 수지는 열경화성 수지 5 ~ 50 중량% 를 함유하는 혼합비로 조성한 혼합수지를 사용한다.

상기 무기섬유(혹은 무기섬유 층)는 300 ~ 2000 g/㎡ 의 면밀도를 갖도록 성형되며, 만약 면밀도 범위가 300 g/㎡ 미만이면 흡음성능이 소정 범위 이하로 감소하여 엔진룸의 소음을 고성능으로 제거하지 못하게 되고 2000 g/㎡ 를 초과하면 제품 중량이 소정치 이상으로 증가하여 경량화 효과를 얻을 수 없게 된다.

전술한 바와 같이, 레진 펠트 및 무기섬유는 각기 구성 섬유들 간에 결합 및 경화를 위해 열경화성 수지를 사용하며, 상기 열경화성 수지로는 에폭시 레진 또는 페놀 레진 등을 사용할 수 있다.

레진 펠트 및 무기섬유는 엔진룸의 내열온도로 인해 섬유 결합을 위한 수지로 열경화성 수지가 바람직하며, 이외에 다른 수지를 사용하기 어렵다.

상기 레진 펠트 및 무기섬유는 그들의 흡음재 수지 중 열경화성 수지가 5 중량% 미만인 경우 제품 강성이 소정 범위 이하로 감소되어 부족하게 되고, 50 중량% 를 초과하는 경우 흡음률 저하 및 경화성 증가에 의해 제품 깨짐이 발생하게 된다.

계속해서, 상기 발포 폼(혹은 발포 폼 층)은 폴리우레탄(polyurethane), 멜라민(melamine) 및 발포형태를 갖는 소재를 사용하여 형성할 수 있다.

상기 발포 폼은 7 ~ 150 ㎏/㎥ 의 밀도를 갖도록 형성되며, 만약 밀도 범위가 7 ㎏/㎥ 미만이면 제품 강성이 소정 범위 이하로 감소하게 되고, 150 ㎏/㎥ 를 초과하면 제품 중량의 증가로 인하여 경량화 효과를 얻을 수 없게 된다.

또한, 상기 발포 폼은 2 ~ 50 ㎜의 두께로 성형되며, 만약 2㎜ 미만이면 제품 강성의 감소 및 흡음률 저하가 발생하게 되고, 50㎜를 초과하면 제품 중량의 증가로 경량화 효과를 얻을 수 없게 된다.

그리고, 상기 표면보호층은 폴리에스테르계의 부직포로 구성되고, 30 ~ 200 g/㎡ 의 면밀도를 갖도록 형성된다.

만약 상기 표면보호층의 면밀도 범위가 30g/㎡ 미만이면 제품 강성이 소정 범위 이하로 감소되고 제품보호효과(흡음재 본층을 보호하는 효과임)를 상실하게 되며, 200 g/㎡ 를 초과하면 제품 중량이 소정 범위 이상으로 증가하여 경량화 효과를 얻을 수 없게 된다.

한편, 상기와 같은 본 발명의 자동차용 고성능 다층 흡음재는 도 3과 같이 수지층 형성공정(S101), 열간 성형공정(S102), 냉간 성형공정(S103), 트리밍 공정(S104)으로 제조할 수 있다.

먼저, 레진 펠트, 무기섬유 및 발포 폼 중 선택된 2종 또는 그 이상을 각기 형성할 수 있는 각각의 흡음재 수지와, 부직포를 형성할 수 있는 표면보호용 수지를 사용하여 다층 구조의 흡음재 수지층을 형성한다(S101).

즉, 레진 펠트 수지, 무기섬유 수지 및 발포 폼 수지 중 선택된 2종 이상의 수지를 적층하여 2층 또는 3층 구조의 수지층을 형성하고, 이 수지층의 일측 또는 양측 겉면에 폴리에스테르계 부직포 수지를 적층하여 최소 3층 구조의 흡음재 수지층을 형성한다(S101).

다층 구조로 적층한 상기 흡음재 수지층을 열간 금형에 투입한 다음, 140 ~ 220℃의 온도와 10 ~ 200kgf/㎠의 압력으로 20 ~ 180초 동안 열간 성형을 수행한다(S102).

여기서, 만약 성형 온도가 140℃ 미만이면 제품 성형성이 저하되고 220℃를 초과하면 고온에 의한 소재 탄화가 발생하게 되며, 성형 압력이 10 kgf/㎠ 미만이면 제품 형상이 불완전하게 되는 미성형 문제가 발생하고 200 kgf/㎠를 초과하면 제품 성형시 불필요한 에너지를 과사용하게 되는 단점이 있다. 또한, 성형 시간이 20초 미만이면 열 부족으로 제품 형상이 불완전하게 되는 미성형 문제가 발생하고 180초를 초과하면 과열에 의한 소재 탄화가 발생하게 된다.

상기 열간 성형시 각각의 흡음재 수지층이 부직포 층, 레진 펠트 층, 무기섬유 층, 발포 폼 층으로서 성형됨과 동시에 각 층간 결합이 이루어지게 된다.

상기 열간 성형을 통해 다층 구조의 흡음재 형상을 갖는 가제품을 형성한 다음, 상기 가제품을 냉간 금형에서 완전히 냉각될 때까지 냉간 성형하여 제품 형상을 안정화한다(S103).

상기 가제품의 냉간 성형은 냉간 금형에서 5 ~ 50℃의 온도와 10 ~ 200kgf/㎠의 압력으로 5 ~ 180초 동안 수행한다.

여기서, 만약 성형 온도가 5℃ 미만이면 주변과의 온도차에 의해 냉간 금형에 수분이 발생하여 제품 품질이 저하되고 50℃를 초과하면 냉각 부족으로 제품 강성 및 내열성이 저하되며, 성형 압력이 10 kgf/㎠ 미만이면 제품 형상이 불완전하게 되는 미성형 문제가 발생하고 200 kgf/㎠를 초과하면 제품 성형시 불필요한 에너지를 과사용하게 되는 단점이 있다. 또한, 성형 시간이 5초 미만이면 냉각 부족으로 인한 형상 변형 및 치수안정성의 저하가 발생하게 되고 180초를 초과하면 가제품이 완전히 냉각된 이후에도 불필요한 냉간 성형을 수행하여 생산성을 저하시키게 된다.

상기 냉간 성형을 완료한 가제품은 트리밍(trimming) 공정을 통하여 제품성형을 완료하게 된다(S104).

상기의 흡음재 제조 공정 중 냉간 성형 공정은 생략 가능하나, 이 공정을 포함하여 흡음재를 제조함에 의해 완성품의 형상 구현이 용이하고 외관 품질이 향상되며, 또한 내열 성능이 증대되는 이점이 있다.

이와 같이 본 발명에 의하면 기존의 고무 소재를 삭제하고 열성형이 가능한 발포 폼 소재를 이용함에 따라 기존 대비 제품 성형시간이 단축되어 생산성이 향상되고 제품의 경량화가 가능하게 된다.

또한, 이에 따라 연비 개선, 이산화탄소의 배출량 감소 등과 같은 효과를 얻을 수 있어 친환경성을 향상시킬 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 따른 실시예와 비교예를 통해 본 발명의 효과를 구체적으로 살펴보도록 한다.

본 발명에 따른 다층 흡음재의 흡음성능을 비교 확인하기 위하여, 상기 표 1과 같은 소재들을 이용하여 실시예 1~3 및 비교예 1,2에 따른 흡음재를 제조한 다음, 각 시편 또는 제품에 대해 간이 잔향실법(Reverberation method)에 의해 흡음률을 측정하였고, 그 결과 도 4 ~ 6과 같은 성능데이터를 얻었다.

도 4에서 알 수 있듯, 도 2와 같은 구조의 실시예 1에 따른 흡음재는 도 1과 같은 구조의 비교예 1에 따른 차음형 흡음재 대비 흡음률이 20% 이상 우수하였고, 중량이 50% 수준으로 감소되었음을 확인하였다.

도 5에서 알 수 있듯, 실시예 2에 따른 흡음재 제품은 비교예 2에 따른 차음형 흡음재 제품 대비 흡음률이 3배 이상 높게 나타남을 확인하였다.

참고로, 도 6에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 흡음구조를 갖는 실시예 1과 3의 흡음재는 중량 및 흡음률이 유사한 수준을 보임을 확인하였다.

또한, 종래 대비 본 발명에 따른 다층 흡음재에 대해 잔향실과 무향실을 통한 투과손실을 비교 평가하기 위하여, 잔향실(Reverberation Room)을 엔진룸으로 가정하고 리시빙 룸(Receiving room)을 차량 실내로 가정하였으며, 이때 잔향실과 리시빙 룸 사이에 대쉬 패널과 동일한 0.8t의 패널을 장착하고 패널 앞쪽, 즉 잔향실 방향으로 평가하고자 하는 흡음재 시편을 장착하여 소음수준을 측정하였다. 이를 통해 본 발명에 따른 흡음재 제품에 대한 실차 적용 효과를 검증할 수 있다.

그 결과, 도 7에서 알 수 있듯, 잔향실(엔진룸)에서 약 1.0dB 이 개선되었고, 리시빙 룸(차량 실내)에서 약 1.5dB이 개선되었으며, 이를 통해 차량의 실외소음 및 실내소음이 개선됨을 확인하였고, 기존 대비 45% 수준의 중량을 나타내어 55% 정도의 경량화 효과를 얻을 수 있음을 확인하였다.

참고로, 통상 3dB 저감은 50%의 소음저감 효과가 있는 것으로 판단한다.

이에 따라, 본 발명의 자동차용 고성능 다층 흡음재를 대쉬 패드에 적용함에 따라 엔진룸에서 발생하는 소음에 대해 높은 흡음성능을 제공할 수 있음을 알 수 있다.

10 : 부직포(혹은 부직포 층)
20 : 레진 펠트(혹은 레진 펠트 층)
30 : 발포 폼(혹은 발포 폼 층)

Claims

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레진 펠트 수지, 무기섬유 수지 및 발포 폼 수지 중 선택된 2종 이상의 수지를 적층하여 2층 이상의 수지층을 형성하고, 이 수지층의 일측 또는 양측 겉면에 폴리에스테르계 수지를 적층하여 다층 구조의 흡음재 수지층을 형성하는 단계;
상기 흡음재 수지층을 열간 성형하는 단계;
상기 열간 성형을 완료한 다층 구조의 흡음재 수지층을 트리밍(trimming) 하는 단계;
로 제조하고,
상기 흡음재 수지층을 트리밍하기 전에, 열간 성형을 완료한 흡음재 수지층을 냉간 성형하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 고성능 다층 흡음재의 제조방법.
청구항 12에 있어서,
상기 흡음재 수지층의 열간 성형은 열간 금형에서 140 ~ 220℃의 온도와 10 ~ 200kgf/㎠의 압력으로 20 ~ 180초 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 자동차용 고성능 다층 흡음재의 제조방법.
청구항 12에 있어서,
상기 흡음재 수지층의 냉간 성형은 냉간 금형에서 5 ~ 50℃의 온도와 10 ~ 200kgf/㎠의 압력으로 5 ~ 180초 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 자동차용 고성능 다층 흡음재의 제조방법.