KR101405794B1 - 융복합 흡음재 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 융복합 흡음재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저융점 PET 섬유, 레귤러 PET 섬유 및 칩폼을 함유한 충전재를 PET 흡음재의 중간층에 채워 넣음으로써, 제조비용을 크게 낮추고 기존의 흡음재 보다 우수한 흡음 성능을 구현할 수 있으며, 흡음재를 재단하는 과정에서 버려지던 폐 펠트를 충전재로 재활용함으로써 이중으로 원가를 절감할 수 있는 융복합 흡음재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

융복합 흡음재 및 그 제조방법{Convergence sound-absorbing material and a fabrication process thereof}
본 발명은 PET 흡음재의 중간층이 저융점 PET 섬유, 레귤러 PET 섬유 및 칩폼을 함유한 충전재로 구성된 융복합 흡음재 및 그 제조방법에 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 소음은 승객의 귀로 전달되어 차량의 정숙감을 저해하는 요소가 된다.
엔진 투과 소음을 억제하기 위하여, 일반적으로 엔진 커버 또는 후드 인슐레이터를 사용하고 있으나, 그것만으로는 엔진 투과 소음을 원하는 수준까지 제거하는 데에는 다소 한계가 있다.
따라서 자동차에는 전방과 좌측 측면, 그리고 바닥에 흡음재를 장착하는데, 예컨대 엔진룸에서 발생하는 소음을 차단하기 위하여 엔진룸과 차실을 구분하는 대쉬 패널에 흡음재가 설치되며, 차체의 측면을 통해 유입되는 소음을 차단하기 위하여 사이드 패널에도 흡음재를 부착하고 있다.
이러한 흡음재를 사용하는 재질로 예전에는 유리섬유, 우레탄 폼, 잡사 펠트, 일반 PET 섬유 등을 사용하였지만 친환경적 요인과 재활용 가능 여부에 대한 각국의 규제가 점차적으로 강화되고 있는 추세여서 PP(Polypropylene)과 같은 열가소성 수지를 기반으로 하는 섬유 펠트, 폴리우레탄(Polyurethane)폼 그리고, 흡음 및 단열성능의 향상을 위하여 PET(polyethylene terephthalate) 펠트가 널리 사용되고 있다.
종래 이러한 PET 수지를 함유한 흡음재에 관해 한국등록특허 제 10-893690호에는 폐 폴리우레탄 스크랩을 압축 성형하여 제조된 폴리우레탄 시트와 폴리우레탄 시트의 외측으로 PET 시트를 적층하여 열융착으로 상호 결합한 흡/차음용 자동차 내장재에 관해 제안되어 있으나, 폐 펠트나 재활용 잡사 등을 재활용할 수 있는 친환경적인 흡음재라고 하기에는 다소 부족한 면이 있으며, 1액형 접착제를 사용하여 폐 폴리우레탄폼을 압축, 공극을 메움으로써 흡음률과 VOC에 좋지 않은 영향을 끼칠 수 있다.
또한 한국공개특허 제2007-0046019호에는 고융점 PET 파이버, 바인더로 저융점 파이버, 잡섬유 파이버를 혼용하여 흡음재 본층을 구성한 것을 특징으로 하는 잡사 펠트를 이용한 PET 흡음재에 관해 제안되어 있으나, 폴리우레탄 폼을 함유한 흡음재에 비해 NVH성능(흡·차음성능)이 약하다는 단점을 가지고 있다.
상기 폴리우레탄 폼이나 PET 펠트의 경우, 소재 내부에 기공이 있어서 소리가 들어갈 수 있기 때문에 이들이 사용된 흡음재는 기공을 통해 들어간 소리들이 소재 내부에서 부딪히면서 흡수되도록 하여 소음을 저감시킨다. 소리가 흡수되어 소리가 저감될 때, 소재들의 여러가지 음향 물성이 소음을 저감시키는 정도를 좌우하게 되는데, 일반적으로 단순히 두께나 중량을 조정함으로써 음향성능을 맞추고 있다.
한편 음향 특성에 따른 차량의 NVH(Noise, Vibration, Harness)성능을 향상시키기 위하여, 중대형 고급차종에서는 주로 고중량, 고후도의 흡음재를 사용한다. 하지만 고중량, 고후도의 흡음재를 사용하는 경우, 소음이 감소되고 차량정숙성은 향상되나, 차체의 중량을 증가시켜 연비를 저해하는 요소로 작용하게 된다.
이와 같은 종래 흡음재의 문제점을 극복하기 위하여, 최근 들어 친환경적이며 재활용이 가능한 저가의 섬유로 흡음성능을 향상시키면서 섬유집합체의 중량을 저감시키는 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 상부층과 하부층이 각각 모두 저융점 PET 섬유와 레귤러 PET 섬유를 함유한 흡음 펠트로 이루어지고, 중간층이 저융점 PET 섬유, 레귤러 PET 섬유 및 칩폼을 함유한 충전재로 이루어진 것을 특징으로 하는 융복합 흡음재를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 제조비용 및 흡음성능을 동시에 만족하는 융복합 흡음재를 제공하는데 있다.
본 발명은 상부층과 하부층이 각각 모두 저융점 PET 섬유와 레귤러 PET 섬유를 함유한 흡음 펠트로 이루어지고, 중간층이 저융점 PET 섬유, 레귤러 PET 섬유 및 칩폼을 함유한 충전재로 이루어진 것을 특징으로 하는 융복합 흡음재를 제공한다.
또한 본 발명은 저융점 PET 섬유와 레귤러 PET 섬유를 용융 혼합하여 흡음펠트를 제조하는 단계;
저융정 PET 섬유, 레귤러 PET 섬유 및 칩폼을 용융 혼합하여 충전재를 제조하는 단계;
상기 흡음 펠트를 겹겹이 쌓아서 상부 펠트층과 하부 펠트층을 형성시키는 단계; 및
상기 하부 펠트층, 충전재 및 상부 펠트층을 순서대로 쌓고 열과 압력을 가하여 융복합 흡음재를 제조하는 단계;
를 포함하는 융복합 흡음재의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 폴리우레탄 폼과 재활용 잡사 또는 폐 펠트로 구성된 저가의 환경친화적인 재활용 충전재를 PET 흡음재의 중간층에 채워 넣음으로써, 제조비용을 크게 낮추었으며 기존의 흡음재 보다 우수한 흡음 성능을 구현할 수 있는 융복합 흡음재를 제조할 수 있다.
또한 흡음재를 재단하는 과정에서 버려지던 폐 펠트를 충전재로 재활용함으로써 이중으로 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예 1, 2 및 비교예 1에 의해 제조된 흡음재의 단면구조를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 흡음재의 제조공정을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 3은 본 발명에 따른 흡음재의 제조과정을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예 1, 2 및 비교예 1에 의해 제조된 흡음재의 흡음률 측정결과를 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 실시예 1에 의해 제조된 흡음재의 구조도를 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명을 하나의 구현예로써 더욱 자세하게 설명한다.
본 발명은 상부층과 하부층이 각각 모두 저융점 PET 섬유와 레귤러 PET 섬유를 함유한 흡음 펠트로 이루어지고, 중간층이 저융점 PET 섬유, 레귤러 PET 섬유 및 칩폼을 함유한 충전재로 이루어진 융복합 흡음재를 특징으로 한다.
PET는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephtalate; PET)로서, 우리가 흔히 말하는 폴리에스테르나 페트병, 즉 PET병 제조원료로 사용되는 폴리에스터를 의미한다. 현재 전체 합성섬유 생산량의 65%를 차지하고 있는 폴리에스터는 흡음재뿐만 아니라 의류, 플라스틱 용기 및 각종 생활용품으로 우리의 일상 생활 전반에 사용된다. 여기서, 상기 저융점(Low Melting; LM) PET 섬유는 저융점 PET 수지를 방사하여 제조된 섬유이며, 상기 레귤러 PET 섬유는 통상의 PET 수지를 방사하여 제조된 섬유를 말한다.
이때 상기 레귤러 PET 섬유는 보다 미세한 섬도로 제작할수록 진동이 잘 되어 흡음성능이 향상될 수 있으며, 섬도가 6~7 데니어(denier; D)인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 6 데니어 보다 가늘면 생산속도가 저하되어 생산성에 문제가 발생할 수 있으며, 7 데니어 보다 굵으면 흡음 성능이 저하될 수 있다.
상기 흡음 펠트는 저융점 PET 섬유와 레귤러 PET 섬유가 (25~45):(55~75)의 중량비로 혼합된 것이 바람직한데, 저융점 PET 섬유의 함량이 25 중량비 보다 낮으면 PET 펠트의 결속이 제대로 이루어지기 어렵고, 45 중량비 보다 높으면 PET 펠트가 딱딱해져서 흡음률을 저하시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 충전재는 저융점 PET 섬유, 레귤러 PET 섬유 및 칩폼이 (25~45): (15~35): (30~50)의 중량비로 혼합된 것을 사용할 수 있다. 상기 칩폼(Chip foam)은 폴리우레탄 폼으로 폴리올(POLYOL)과 이소시아네이트(ISOCYANATE)를 주제로 하여 발포제, 촉매제, 안정제, 난연제 등을 혼합시켜 얻어지는 발포 생성물로서, 주로 고성능 단열재로 피복류, 건설, 가전, 자동차시트 등 산업 전반에 걸쳐서 두루 사용되고 있다. 이때 상기 칩폼(Chip foam)은 폴리우레탄 폼을 분쇄하여 기존의 몰드 폼과는 달리 접착제를 사용하지 않으며, 물리적인 형상을 조절하여 사용할 수 있다.
상기 폴리우레탄폼과 같은 발포수지는 흡음재의 탄성과 흡음성능을 크게 향상시킬 수 있다. 또한 상기 레귤러 PET 섬유 대신 폐 펠트 또는 재활용 잡사를 사용할 수 있는데, 이는 제조비용이 높았던 흡음재에 비해 폐 펠트나 폴리우레탄 폼과 같은 저가의 재생소재들로 이루어진 충전재를 채워 넣음으로써 흡음재의 제조단가를 크게 낮출 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 융복합 흡음재는 상부층과 하부층이 겹겹이 쌓아 이루어진 펠트층으로 각각 200 ~ 800g/m2의 중량으로 구성되며, 중간층인 충전재가 1500 ~ 1900g/m2의 중량으로 구성된 것이 바람직하다. 가장 바람직하기로는 상부층 및 하부층이 각각 300 ~ 600 g/m2의 중량으로 구성될 수 있다.
한편 본 발명은 저융점 PET 섬유와 레귤러 PET 섬유를 용융혼합하여 흡음펠트를 제조하는 단계;
저융정 PET 섬유, 레귤러 PET 섬유 및 칩폼을 용융혼합하여 충전재를 제조하는 단계;
상기 흡음 펠트를 겹겹이 쌓아서 상부 펠트층과 하부 펠트층을 형성시키는 단계; 및
상기 하부 펠트층, 충전재 및 상부 펠트층을 순서대로 쌓고 열과 압력을 가하여 융복합 흡음재를 제조하는 단계;
를 포함하는 방법으로 융복합 흡음재를 제조한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 흡음펠트는 저융점 PET 섬유와 레귤러 PET 섬유가 (25~45):(55~75)의 중량비로 혼합된 것이 바람직하다. 최적의 결속력을 유지하기 위해서 가장 바람직하기로는 저융점 PET 섬유와 레귤러 PET 섬유가 35 : 65의 중량비인 것이 좋다.
또한 상기 충전재는 저융점 PET 섬유, 레귤러 PET 섬유 및 칩폼이 (25~45):(15~35):(30~50)의 중량비로 혼합될 수 있다. 가장 바람직하기로는 저융점 PET 섬유, 레귤러 PET 섬유 및 칩폼이 35 : 25 : 40의 중량비로 혼합된 것이 좋다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 융복합 흡음재는 상부층과 하부층이 각각 200 ~ 800g/m2의 중량이며, 중간층이 1500 ~ 1900g/m2의 중량으로 구성된 것이 바람직하며, 각 제조단계에서 용융온도와 열은 150 ~ 180℃인 것이 바람직하다. 가장 바람직하기로는 160 ~ 170℃의 온도범위 하에서 저융점 PET 섬유를 용융시켜 레귤러 PET 섬유와 칩폼을 결속시킬 수 있다. 또한 상기 용융온도는 용융점이 가장 낮은 저융점 PET사가 녹을 수 있는 온도의 열과 압력을 가함으로써, 상기 상하부 펠트층과 충전재가 하나로 결속된 흡음재를 제조할 수 있다.
또한 상기 융복합 흡음재는 각종 사이즈로 재단 후 남은 자투리 흡음재를 분쇄하여 충전재의 레귤러 PET 섬유 대체재로 재활용하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 방법에 의해 제조된 흡음재는 종래의 저융점 PET 섬유와 레귤러 PET 섬유만을 이용하여 제조하였던 흡음재에 비해 탄성복원력이 매우 높으며, 저가의 제조 비용으로 제조할 수 있는 이점이 있다.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
폴리우레탄 폼을 분쇄하여 기존의 몰드폼과는 달리 접착제를 사용하지 않고, 단지 물리적인 형상조절을 통하여 최적화된 크기로 칩폼(Chip foam)을 형성하였다. 그런 다음 저융점(Low Melting; LM) PET사, 레귤러 PET사 및 칩폼(Chip foam)을 각각 35:25:40의 중량비로 혼합한 후 상기 소재들은 오프너기, 슈퍼 믹싱기, 에어레이더로 이루어진 공정을 거치면서 충전재를 생성하였다. 그런 다음 저융점 PET사와 레귤러 PET사를 각각 35:65의 중량비로 혼합하여 상기와 같은 오프너기, 슈퍼 믹싱기, 에어레이더로 이루어진 공정하에 흡음 펠트를 생성하였다. 상기 단계에서 생성된 흡음 펠트를 300 ~ 600 g/m2의 중량이 되도록 겹겹이 쌓아 흡음재의 상부 펠트층을 조성하고, 동일한 방법으로 상기 흡음재의 하부 펠트층을 조성하였다.
이후 상부 펠트층, 충전재 및 하부 펠트층이 모두 조성되면, 도 3에 도시된 바와 같이, 아래부터 600 g/m2의 중량으로 하부 펠트층, 1700 g/m2의 중량으로 충전재 및 600 g/m2의 중량으로 상부 펠트층을 각각 순서대로 쌓았다. 그런 다음 소정의 압력과 함께 160 ~ 170℃의 열을 가하여 융복합 흡음재를 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 저융점 PET사, 재활용 잡사 및 칩폼(Chip foam)을 각각 35:25:40의 중량비로 혼합하여 융복합 흡음재를 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 100 wt%의 PET사를 2900 g/m2의 중량으로 소정의 압력과 함께 160 ~ 170℃의 열을 가하여 PET 흡음재를 제조하였다.
실험예
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1에 의해 제조된 흡음재의 흡음 성능을 분석하기 위해 사용된 기기는 스위스 RIETER사에서 개발한 잔향실 축소모델의 ALPHA CABIN 기기를 사용하였으며, 이는 1.2m2의 시편 크기의 흡음재를 이용하여 자동차 흡음재의 상용주파수 구간인 400 ~ 10kHz까지 측정할 수 있다.
도 5는 상기 실시예 1, 2 및 비교예 1에 의해 제조된 흡음재의 흡음 성능을 비교 분석한 결과를 나타낸 것이다. 상기 도 5와 같이 실시예 1 및 2 에서는 400 ∼ 10kHz 주파수 영역대에서 흡음률이 0.7 ∼ 1.2로 측정되었으며, 이는 저융점 PET사, 재활용 잡사 및 칩폼(Chip foam)를 함유한 충전재가 PET 흡음재의 중간층으로 구성된 실시예 1 및 2가 100 wt%의 PET사를 사용한 비교예 1에 비해 우수한 흡음 효과를 나타낸다는 것을 확인할 수 있다.

Claims (12)

  1. 상부층과 하부층이 각각 저융점 PET 섬유와 레귤러 PET 섬유가 (25~45):(55~75) 중량비로 함유된 흡음 펠트로 이루어지고,
    상기 상부층과 하부층 사이의 중간층이 저융점 PET 섬유, 레귤러 PET 섬유 및 폴리우레탄 칩폼이 (25~45) : (15~35): (30~50) 중량비로 함유된 충전재로 이루어진 것을 특징으로 하는 융복합 흡음재.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 레귤러 PET 섬유는 섬도가 6 ~ 7 데니어(denier)인 것을 특징으로 하는 융복합 흡음재.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 흡음펠트 및 충전재는 150 ~ 180℃에서 용융혼합하여 제조된 것을 특징으로 하는 융복합 흡음재.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 융복합 흡음재는 흡음 펠트 하부층, 충전재 및 흡음 펠트 상부층을 순서대로 쌓고 150 ~ 180℃의 열과 압력을 가하여 제조된 것을 특징으로 하는 융복합 흡음재.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 칩폼(Chip foam)은 접착제를 사용하지 않은 폴리우레탄 폼인 것을 특징으로 하는 융복합 흡음재.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 융복합 흡음재는 상부층과 하부층이 각각 200 ~ 800g/m2의 중량이며, 중간층이 1500 ~ 1900g/m2의 중량으로 구성된 것을 특징으로 하는 융복합 흡음재.
  7. 저융점 PET 섬유와 레귤러 PET 섬유를 (25~45):(55~75) 중량비로 150 ~ 180℃에서 용융혼합하여 흡음펠트를 제조하는 단계;
    저융점 PET 섬유, 레귤러 PET 섬유 및 칩폼을 (25~45) : (15~35): (30~50) 중량비로 150 ~ 180℃에서 용융혼합하여 충전재를 제조하는 단계;
    상기 흡음 펠트를 겹겹이 쌓아서 상부 펠트층과 하부 펠트층을 형성시키는 단계; 및
    상기 하부 펠트층, 충전재 및 상부 펠트층을 순서대로 쌓고 150 ~ 180℃의 열과 압력을 가하여 융복합 흡음재를 제조하는 단계;
    를 포함하는 융복합 흡음재의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 융복합 흡음재는 상부층과 하부층이 각각 200 ~ 800g/m2의 중량이며, 중간층이 1500 ~ 1900g/m2의 중량으로 구성된 것을 특징으로 하는 융복합 흡음재의 제조방법.
  11. 삭제
  12. 제 7 항에 있어서, 제조된 융복합 흡음재를 재단 후 남은 자투리 흡음재를 분쇄하여 충전재의 레귤러 PET 섬유 대체재로 재활용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 융복합 흡음재의 제조방법.
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