KR101672462B1 - 접착성 및 흡음특성이 우수한 흡음재용 극세사 복합섬유집합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 흡음재 - Google Patents

접착성 및 흡음특성이 우수한 흡음재용 극세사 복합섬유집합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 흡음재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 극세사 복합섬유집합체, 이의 제조방법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로 설명하면 벌키(bulky)성을 갖는 멜트블로운 복합섬유에 폴리에틸렌프탈레이트(PET) 단섬유를 도입하여 흡음성 및 접착력을 동시에 향상시킬 수 있는 극세사 복합섬유집합체, 이의 제조방법 및 이를 응용한 흡음재에 관한 것이다.

Description

접착성 및 흡음특성이 우수한 흡음재용 극세사 복합섬유집합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 흡음재{Composite fiber aggregate of micro-fiber having good adhesion and sound-absorption for sound-absorbing materials, Manufacturing method thereof and Sound-absorbing materials containing the same}
본 발명은 복합섬유 내 섬유간의 접착력을 향상시켜 불량률 및 흡음특성을 향상시킨 벌키한 구조의 복합섬유집합체, 이의 제조방법에 관한 것이며, 나아가 이의 응용제품에 관한 것이다.
진공청소기, 식기세척기, 세탁기, 에어컨, 공기청정기, 컴퓨터, 프로젝터 등과 같이 소음원의 종류가 더욱 다양해지고, 이에 따라 소음공해 문제가 점점 심각해지고 있다. 따라서 이러한 현대생활 속에 다양한 소음원으로부터 발생되는 소음을 차단하거나 감소시키기 위한 노력이 계속되고 있으며, 해외선진국에서는 아파트 등의 공동 주택의 층간 및 세대간의 소음수준을 규제하기 위한 법적 규제가 점점 엄격해지는 추세이다. 또한, 자동차의 실내로 유입되는 소음은 엔진에서 발생하여 차체 또는 공기를 통하여 전달되는 엔진 소음, 바퀴 및 지면과의 마찰음이 대표적인데, 이러한 소음을 억제하기 위하여 엔진 커버, 후드 인슐레이션을 사용하고 있으나 실제로 소음을 저감하는 효과는 미미하며, 차량의 실외에 부착된 대쉬 아우터, 실내에 부착된 대쉬 인너 및 플로어 카펫 등이 대부분의 소음을 제거하는 역할을 수행하고 있다.
소음을 개선하는 방법에는 흡음성능을 개선하는 것과 차음 성능을 개선하는 두 가지 방법이 있는데 흡음이란 발생한 소리에너지가 소재의 내부경로를 통해 전달되면서 열에너지로 변환되어 소멸하는 것이며, 차음은 발생한 소리에너지가 차폐물에 의해 반사되어 차단되는 것이다.
종래 전통적으로 사용되는 흡,차음재로서는 펠트(felt), 스펀지, 폴리우레탄 폼 등이 주로 사용되고 있으며, 이외에도 압축섬유, 유리섬유, 암면, 또는 재생섬유 등에 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 함침시킨 흡음재를 열거할 수 있다. 그러나, 상기에서 기술된 흡음재의 대부분이 방음 성능이 충분하지 않으며, 흡음재의 대부분은 인체에 유해한 성분을 함유하고 있는 문제점이 있었다.
근래에는 친환경성 및 재활용 가능 여부에 대한 각 국의 규제가 점차적으로 강화되고 있는 추세여서 열가소성 수지를 기반으로 하는 섬유 흡음재의 사용 비율이 증가하고 있는 상황이다. 또한 이산화탄소 저감을 위하여 차량의 연비 규제도 점차 심화되고 있는데, 연비 향상은 부품의 경량화를 통해 달성할 수 있으므로 향상된 성능과 더불어 경량화된 흡음재의 개발이 필요한 상황이다.
이에 따라, 인체에 무해하고, 두께를 감소시키면서도 소음을 효과적으로 흡수하여 저감할 수 있는 흡음 기능이 탁월한 흡음재에 대한 연구개발이 활발 하게 진행되고 있다.
종래의 연구 개발된 흡음재로는 일반적인 멜트블로운 섬유에 크림프 되는 직경 10 ㎛ 이상인 일반적인 단섬유가 10 중량% 이상 함유되어 이루어지는 웹형태인 흡음재가 개시(미국공개특허 1954-433600호)되어 있고, 일반적인 멜트블로운 섬유에 크림프 되는 벌키섬유가 함유되어 이루어지는 웹 형태인 흡음재겸 보온재가 개시되어 있으나, 일반적인 멜트블로운 섬유로 이루어지는 웹의 공극률이 매우 커서 조직구조가 치밀하지 못하고, 흡음재의 내구성이 부족하고 충분한 흡음 효과를 제공하지 못할 뿐만 아니라, 충분한 흡음 효과를 제공하기 위해서는 흡음재의 두께를 크게 증가시켜야 한다는 문제점이 있다.
또한, 극세섬유를 멜트블로운하여 이루어지는 3차원 부직포웹인 흡음재가 개시되어 있으나, 3차원 부직포웹은 공극률이 커서 조직구조가 치밀하지 못하여 내구성이 부족하며, 3차원 부직포웹의 특성 상 충분한 흡음 효과를 제공하기 위해서는 상기 3차원 부직포웹의 두께를 크게 증가시켜야 할 뿐만 아니라, 상기와 같이 3차원으로 구성되는 부직포웹의 제조가 까다로워서 제조원가가 크게 상승하게 된다는 문제점이 있다. 이 외에도, 또한, 입체안정성을 부여하기 위하여 멜트블로운 섬유에 열에 의해 융착이 가능한 스테이플 섬유를 함유하는 것을 특징으로 흡음재가 개시되어 있으나, 이러한 흡음재는 여전히 방음 성능이 부족하다는 문제점이 있다. 이 외에도, 다수의 공간을 갖는 벌집 형상의 구조물을 멜트블로운 섬유와 함께 사용하는 흡음재가 개시되어 있으나, 이러한 흡음재는 방음 성능이 부족하며, 유연성이 부족하여 용도에 제한이 크다는 문제점이 있었다.
또한, 기존 극세사 흡음재는 이를 재단(trimming) 가공 등의 가공시, 흡음재 내 섬유 간의 접착력이 약해서, 흡음재를 구성하는 섬유가 기기 등에 붙어서 불량품이 발생하거나, 기기 고장의 원인이 되는 문제가 발생하는 문제가 있었다.
미국 공개특허 US 1954-433600호 한국 공개특허 10-2011-0122566호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 복합섬유집합체 내 섬유간의 접착력을 향상시켜서 불량률과 상품성을 향상시킬 뿐만 아니라, 흡음성능도 우수한 복합섬유집합체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 흡음재를 제공하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 멜트블로운(melt blown) 복합섬유 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유를 포함하는 극세사 복합섬유집합체에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 극세사 복합섬유집합체에서 상기 멜트블로운 복합섬유는 사이드-바이-사이드(side-by-side) 형태이며, 폴리프로필렌계 화합물 및 폴리에틸렌계 화합물을 5 ~ 9 : 1 ~ 5중량비로 포함하는 사이드-바이-사이드 형태의 복합섬유인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 극세사 복합섬유집합체에서 상기 폴리프로필렌계 화합물은 폴리프로필렌 및 폴리프로필렌 랜덤 공중합체 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 극세사 복합섬유집합체에서 상기 폴리프로필렌계 화합물은 MI(melt index)가 800 ~ 1,500g/10분(230℃)인 폴리프로필렌인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 극세사 복합섬유집합체에서 상기 폴리에틸렌계 화합물은 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 극세사 복합섬유집합체에서 상기 폴리에틸렌계 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE, Linear Low Density Polyethylene)이고, 상기 LLDPE는 MI(melt index)가 140 ~ 160g/10분(190℃)인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 LLDPE는 비중이 0.90 ~ 0.95인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 극세사 복합섬유집합체에서 상기 멜트블로운 복합섬유는 평균직경이 1 ㎛~ 8 ㎛인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 극세사 복합섬유집합체에서 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유는 평균섬도 5 ~ 10 데니어(denier), 평균권축수 12 ~ 17개/인치 및 평균섬유장 50 ㎜ ~ 80 ㎜인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유는 강도 4.8 g/d ~ 6.5 g/d, 신도 35% ~ 45%인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 극세사 복합섬유집합체는 상기 멜트블로운 복합섬유 및 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유를 3 ~ 9 : 1 ~ 7 중량비로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 극세사 복합섬유집합체는 부직포이며, 면밀도 250 g/m2 ~ 400 g/m2인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 극세사 복합섬유집합체의 면밀도 300 g/m2일 때, ISO R 354의 알파캐빈(alpha cabin)법에 의거하여 흡음계수 측정시, 1,000 Hz에서 흡음계수가 0.80 이상이고, 2,000 Hz에서 흡음계수가 0.90 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 극세사 복합섬유집합체의 면밀도 300 g/m2일 때, ISO R 354의 알파캐빈(alpha cabin)법에 의거하여 흡음계수 측정시, 3,150 Hz에서 흡음계수가 0.95 이상이고, 5,000 Hz에서 흡음계수가 1.05 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 극세사 복합섬유집합체의 면밀도 300 g/m2일 때, KS M ISO 36방법에 의거하여 측정시, 접착강도가 5.5 N/25㎜ ~ 14 N/25㎜인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 앞서 설명한 다양한 형태의 극세사 복합섬유집합체를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 폴리프로필렌계 화합물 함유 수지 및 폴리에틸렌계 화합물 함유 수지를 사이드-바이-사이드 복합방사구금으로 멜트블로운 복합방사시킬 때, 방사되는 멜트블로운 기류에 블로잉(Blowing) 설비 및 노즐을 통해 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유를 혼입시켜서, 멜트블로운 복합섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유를 혼합시켜서 극세사 복합섬유집합체를 제조할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 멜트블로운 복합방사는 핫 에어(hot air) 온도 260℃ ~ 290℃ 하에서 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 앞서 설명한 다양한 형태의 복합섬유집합체를 흡음재에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 상기 흡음재를 이용한 실내 인테리어 소재, 자동차 내장재, 전기제품 또는 전자제품에 관한 것이다.
본 발명의 복합섬유집합체는 고주파뿐만 아니라, 저주파에 대한 흡음계수가 우수하면서도, 복합섬유집합체 섬유간의 접착력이 우수하여 복합섬유집합체를 이용하여 흡음재로 가공시, 작업성이 용이하고, 불량률 및 상품성을 향상시킬 수 있으면서도, 경량의 소재인 바, 자동차, 비행기, 배 등의 이동수단의 내장재, 핸드폰, 노트북, 컴퓨터, TV 등의 전자제품부품, 건축용 실내인테리어 소재 등으로 사용하기에 적합하다.
도 1은 실시예 1에서 제조한 복합섬유집합체의 SEM 측정 사진이다.
도 2는 본 발명의 복합섬유집합체의 양측면에 지지층을 도입한 개략도이다.
도 3은 실험예 1에서 수행한 실시예 1에서 제조한 복합섬유집합체의 접착강도측정 장비를 찍은 사진이다.
도 4는 제조예 1에서 제조한 본 발명의 흡음재가 적용된 자동차의 휠 하우스를 찍은 사진이다.
도 5는 제조예 2에서 제조한 본 발명의 흡음재가 적용된 c-필라(c-pillar)를 찍은 사진으로서, c-필라는 자동차의 지붕을 받쳐줄 뿐만 아니라 차체의 강성과 안전성을 향상시키는데 중요한 역할을 하는 필라 중 뒷 유리와 옆유리 사이에 위치한다.
도 6은 제조예 3에서 제조한 본 발명의 흡음재가 적용된 자동차의 트렁크 측면 내장 부품인 러기지 사이드(Luggage side)를 찍은 사진이다.
이하 본 발명을 더욱 자세하게 설명을 한다.
본 발명의 복합섬유집합체는 폴리프로필렌계 화합물 함유 수지 및 폴리에틸렌계 화합물 함유 수지를 사이드-바이-사이드 복합방사구금으로 멜트블로운 복합방사시킬 때, 방사되는 멜트블로운 기류에 블로잉(Blowing) 설비 및 노즐을 통해 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유를 혼입시켜서, 멜트블로운 복합섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유를 혼합시켜서 도 1에 나타낸 바와 같이 멜트블로운 복합섬유(12)와 폴리에틸렌프탈레이트 단섬유(PET, 11)를 포함하는 극세사 복합섬유집합체를 제조할 수 있다.
이때, 멜트블로운 복합방사는 핫 에어(hot air) 온도 260℃ ~ 290℃ 하에서, 바람직하게는 260℃ ~ 280℃ 하에서 수행하는 것이 좋으며, 이때, 핫 에어 온도가 260℃ 미만이면 사이스-바이-사이드 복합섬유 중 한쪽 사이드를 구성하는 폴리프로필렌계 화합물 성분의 섬유의 두께가 두꺼워지기 때문에 섬유집합체 공극률이 저하되고 함유되어 있는 공기량이 상대적으로 줄어들기 때문에 극세섬유와 공기층에 의한 소리에너지의 유동저항 감소효과가 저하될 수 있고, 결과적으로 흡음성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 그리고, 핫 에어 온도가 290℃를 초과하면 폴리프로필렌계 화합물 성분의 섬유가 안정적으로 집속되지 못하고 날리는 현상이 나타나고, 사이스-바이-사이드 복합섬유 중 다른 사이드를 구성하는 폴리에틸렌계 화합물 성분의 섬유와의 접합성이 떨어져서 복합섬유집합체 구조가 불량해지는 문제가 있을 수 있으므로 상기 온도 범위 내에서 수행하는 것이 좋다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하, PET 칭함) 단섬유는 PET 수지를 방사온도 270℃ ~ 285℃, 방사속도 1,000 ~ 1,400 m/분의 조건으로 방사하여 단섬유를 제조하는 단계; 단섬유를 70℃ ~ 85℃ 하에서 2.5배 ~ 4.0배로 연신 처리하는 단계; 및 연신시킨 단섬유를 130℃ ~ 150℃ 하에서 열처리하는 단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.
PET 단섬유 제조시, 상기 단섬유를 제조하는 단계의 방사온도는 270℃ ~ 285℃인 것이, 바람직하게는 272℃ ~ 278℃인 것이 좋다. 그리고, 단섬유 제조시 상기 방사속도는 1,000 ~ 1,400 m/분인 것이, 바람직하게는 1,100 ~ 1,300 m/분인 것이, 더욱 바람직하게는 1,150 ~ 1,250 m/분인 것이 좋다.
PET 단섬유 제조시, 연신 처리하는 단계는 70℃ ~ 85℃ 하에서, 바람직하게는 75℃ ~ 80℃ 하에서 수행할 수 있으며, 또한, 연신 비율은 2.5 배 ~ 4.0배로, 바람직하게는 3.0배 ~ 3.5배로 연신시키는 것이 좋다. 또한, PET 단섬유 제조시, 열처리 온도는 130℃ ~ 150℃인 것이, 바람직하게는 135℃ ~ 145℃인 것이 신도확보면에서 유리하다.
상기 PET 단섬유 제조에 사용되는 상기 PET 수지는 융점 250℃ ~ 270℃, 바람직하게는 융점 255℃ ~ 265℃인 것을 사용할 수 좋다.
그리고, 상기 PET 수지는 고유점도(Ⅳ) 0.60 ~ 0.70인 것을, 바람직하게는 0.62 ~ 0.68인 것을 사용하는 것이 성형성 면에서 유리하다.
이와 같이 제조된 PET 단섬유는 평균섬도 4 ~ 10 데니어인 것을, 바람직하게는 4 ~ 9 데니어인 것을 사용하는 것이 좋으며, 4 데니어 미만이면 단섬유를 균일 정량 공급하는데 있어서 개섬(Opening) 및 소면(Carding) 공정에서 가동효율 저하 및 균제도 저하 문제가 있을 수 있고, 10 데니어를 초과하면 단섬유를 개섬 및 소면하는 공정과 더불어서 복합섬유집합체 자체의 두께가 두꺼워지고 섬유와 섬유 사이의 공극이 커지기 때문에 흡음성능이 저하되는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내의 것을 사용하는 것이 좋다.
그리고, 상기 PET 단섬유는 평균섬유장이 50 ㎜~ 80 ㎜인 것을, 바람직하게는 55 ㎜~ 75 ㎜인 것을, 더욱 바람직하게는 60 ㎜ ~ 70 ㎜인 것을 사용하는 것이 좋은데, 섬유장이 50 ㎜ 미만이면 단섬유를 개섬해서 균일정량 공급이 어렵기 때문에 복합섬유집합체 균제도를 유지하는데 문제가 있을 수 있고, 80 ㎜를 초과하면 단섬유가 일정 무게 비율로 혼재되어 있는 복합섬유집합체 중에서 상대적으로 두께가 두꺼운 단섬유의 개체수가 증가하기 때문에 목표로 하는 흠음성능을 유지하는 하는 문제가 있을 수 있다.
또한, 상기 PET 단섬유는 평균권축수가 12 ~ 17개/인치인 것을, 바람직하게는 평균권축수가 13 ~ 16개/인치인 것을, 더욱 바람직하게는 13.5 ~ 15개/인치인 것을 사용하는 것이 좋으며, 이때, 평균권축수가 12 개/인치 미만이면 섬유집합체의 두께가 얇아져서 흡음성능이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 평균권축수가 17 개/인치를 초과하면 PET 단섬유를 오프닝 및 카딩하는 공정에서 단섬유들이 뭉치는 현상이 증가하기 때문에 최종 제품에서 섬유집합체의 균제도가 불량해지고 결과적으로 흡음성능 및 압축회복력이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
또한, 상기 PET 단섬유는 강도 4.8 ~ 6.5 g/d, 바람직하게는 5.0 ~ 6.2 g/d를 갖을 수 있으며 또한, 신도 35% ~ 45%, 바람직하게는 신도 37% ~ 43%를 갖을 수 있다.
본 발명의 극세사 복합섬유집합체에 있어서, 상기 멜트블로운 복합섬유는 사이드-바이-사이드 형태의 복합섬유로서, 폴리프로필렌계 화합물 및 폴리에틸렌계 화합물을 5 ~ 9 : 1 ~ 5 중량비로, 바람직하게는 7 ~ 8 : 2 ~ 3 중량비로 포함하는데, 이때, 폴리에틸렌계 화합물이 1 중량비 미만이면 접착성 및 벌키성이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 5 중량비를 초과하면 방사성 저하로 인한 섬도 증가 및 섬유집합체에서 전체적으로 결점이 증가하는 문제가 있을 수 있다.
그리고, 상기 사이드-바이-사이드 형태의 멜트블로운 복합섬유는 평균직경이 1 ~ 8 ㎛인 것이, 바람직하게는 1 ~ 5 ㎛인 것이, 더욱 바람직하게는 2 ~ 4 ㎛인 것이 좋으며, 이때 복합섬유의 평균직경이 1 ㎛ 미만이면 생산성 저하로 인해 제조원가가 크게 증가되고, 두께 및 압축회복률 감소로 인해 흡음성능이 감소하는 문제가 있을 수 있으며, 직경이 8 ㎛를 초과하는 경우 복합섬유집합체의 조직구조가 치밀하게 형성되지 않으며, 이는 결국 흡음 성능 및 내구성 저하의 문제를 일으킬 수 있다.
본 발명의 복합섬유에 있어서, 상기 폴리프로필렌계 화합물(또는 폴리프로필렌계 화합물 함유 수지)는 폴리프로필렌 및 폴리프로필렌 랜덤 공중합체 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 폴리프로필렌을 사용할 수 있다. 상기 폴리프로필렌은 MI(melt index)가 800 ~ 1,500g/10분(230℃)인 것을, 바람직하게는 MI가 1,100 ~ 1,400g/10분(230℃)인 것을, 더욱 바람직하게는 MI가 1200 ~ 1,380g/10분(230℃)인 것을 사용할 수 있는데, 이때, MI가 800g/10분(230℃) 미만인 것을 사용하면 멜트블로운 섬유의 섬도가 두꺼워지고 이를 보상하기 위해서 가공 온도를 290℃ 이상 올리면 공정비용 증가와 폴리프로필렌 탄화물 증가로 인한 노즐 교체주기가 짧아지는 문제가 있을 수 있고, 1,500g/10분(230℃)을 초과하는 것을 사용하면 용융강도(melt strength)가 약해져서 섬유형 성능 저하로 인해 방사중에 샷(shot)의 발생빈도가 증가하는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내의 MI를 갖는 것을 사용하는 것이 좋다.
또한, 본 발명의 복합섬유에 있어서, 상기 폴리에틸렌계 화합물(또는 폴리에틸렌계 화합물 함유 수지)은 저밀도 폴리에틸렌(LDPE, Low Density polyethylene)을, 바람직하게는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE, Linear Low Density polyethylene)을 사용하는 것이 사이드 바이 사이드 복합섬유의 폴리프로필렌계 화합물과의 접착력 확보면에서 유리하다.
그리고, 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌은 MI(melt index)가 140 ~ 160g/10분(190℃)인 것을, 바람직하게는 MI가 145 ~ 160g/10분(190℃)인 것을, 더욱 바람직하게는 MI가 150 ~ 160g/10분(190℃)인 것을 사용하는 것이 좋으며, 이때, LLDPE 수지의 MI가 140g/10분(190℃) 미만인 것을 사용하면 흐름성이 저하되어 멜트블로운 섬유의 섬도가 두꺼워지는 문제가 있을 수 있고, MI가 160g/10분(190℃)을 초과하는 것을 사용하면 방사중에 멜트블로운 섬유 사절현상이 증가하여 복합 부직포 균제도 제어에 불리한 문제가 있을 수 있다.
또한, 상기 LLDPE 수지는 비중이 0.90 ~ 0.95인 것을, 더욱 바람직하게는 0.92 ~ 0.94인 것을 사용하는 것이 복합섬유집합체의 경량성 및 접착성 확보면에서 유리하다.
이와 같이, 본 발명의 복합섬유집합체는 사이드-바이-사이드 형태의 멜트블로운 복합섬유(12)와 PET 단섬유(11)가 특정 비율로 함께 존재함으로써 넓은 표면적과 공기층을 형성하여 흡음계수를 향상시킬 수 있으며, 고주파수뿐만 아니라 저주파수 대역에서도 우수한 흡음 성능을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 PET 단섬유와 복합섬유의 폴리프로필렌 섬유간에 접착력이 향상되어 복합섬유집합체 가공시 불량률을 최소화하고 상품성을 향상시킬 수 있는데, 상기 멜트블로운 복합섬유(12)와 상기 PET 단섬유(11)는 3:7 ~ 9:1 중량비로, 바람직하게는 4:6 ~ 8:2 중량비로 포함하는 것이 흡음성, 접착력 향상면에서 유리하며, 멜트블로운 복합섬유 및 PET 단섬유를 9 : 1 중량비 미만으로 PET 단섬유를 적게 사용하면 흡음성이 크게 떨어지고, 멜트블로운 복합섬유 및 PET 단섬유를 3:7 중량비로 멜트블로운 복합섬유를 3 중량비 미만으로 적게 사용하면 복합섬유집합체의 접착성이 크게 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
앞서 설명한 방법으로 제조된 멜트블로운 복합 부직포는 평균두께 5 mm ~ 35 mm 로, 바람직하게는 10 mm ~ 20 mm 를 갖도록 제조하는 것이 흡음성 및 박육화에 유리하다. 그리고, 상기 멜트블로운 복합 부직포는 면밀도 100 ~ 400 g/m2를, 바람직하게는 면밀도 150 ~ 350 g/m2인 것이, 더욱 바람직하게는 280 ~ 330 g/m2인 것이 좋다. 다만, 소음이 발생하는 부위 및 적용 부품의 적정 크기에 맞게 면밀도를 조정하여 최적화시킬 수 있다.
그리고, 멜트블로운 복합 부직포의 면밀도가 100 g/m2 인 경우, 강도, 압축회복력 등의 충분한 기계적 물성을 갖지 못하는 문제가 있을 수 있고, 400 g/m2을 초과하면 부피가 너무 커서 적용하려는 부품에 부착하기 어렵고 더불어서 면밀도가 증가하는 만큼 발생하는 제조비용 증가분에 비해서 흡음성능이 향상율이 미미하기 때문에 상기 범위 내의 면밀도를 갖는 것이 좋다.
이러한, 본 발명의 복합섬유집합체는 면밀도 300 g/m2 인 경우, ISO R 354의 알파캐빈(alpha cabin)법에 의거하여 흡음계수 측정시, 저주파대수인 1,000 Hz에서 흡음계수가 0.80 이상이고, 바람직하게는 0.82 이상이며, 2,000 Hz에서 흡음계수가 0.90 이상, 바람직하게는 0.96 이상을 갖을 수 있다. 또한, 복합섬유집합체의 면밀도 300 g/m2 인 경우, ISO R 354의 알파캐빈(alpha cabin)법에 의거하여 흡음계수 측정시, 3,150 Hz에서 흡음계수가 0.95 이상이고, 바람직하게는 0.96 이상일 수 있으며, 고주파대인 5,000 Hz에서 흡음계수가 0.95 이상을, 바람직하게는 1.00 이상을, 더욱 바람직하게는 1.05 이상을 갖을 수 있다.
또한, 본 발명의 복합섬유집합체는 면밀도 300 g/m2이고, KS M ISO 36 방법에 의거하여 측정시, 접착강도가 5.5 N/25㎜ ~ 14 N/25㎜을, 바람직하게는 6.5 N/25㎜ ~ 12 N/25㎜을 갖을 수 있다.
본 발명의 복합섬유집합체(10)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 표면에 내장재 커버용으로 적용되는 이미 공지된 각종 소재들 예를 들면 부직포, 직조직물, 편직 직물, 폼(Foam), 필름, 종이, 스판본드 직물, 멜트블로운 직물, 스테이플 웹 등과 같은 공지된 내장재 커버용 소재를 단독으로 사용하거나 또는 2종 이상 조합하여 이루어지는 지지층(20, 30)이 형성될 수 있다. 이러한 지지층(20, 30)은 차량 내부, 건축물 내부 등에 시공되는 흡음재의 표면을 커버하여 상기 흡음재의 형태를 유지하고 강도를 제공하는 동시에, 시일이 경과됨에 따라 단섬유(12)가 탈리되는 것도 방지하여 흡음 기능을 지속적으로 유지하도록 할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
[ 실시예 ]
준비예 1 : 폴리에틸렌프탈레이트 단섬유의 제조
260℃의 융점과 0.65의 고유점도를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 이용하여 방사온도 275℃, 방사속도 1,200m/min로 방사한 후, 이를 77℃에서 3.3배 연신 처리하여 단섬유를 제조하였다.
다음으로 연신 처리한 단섬유를 140℃에서 열처리하여 PET 단섬유를 제조하였다.
수득된 PET 단섬유는 평균섬도 7 데니어(denier), 강도 5.7g/d, 신도 40%, 평균권축수 14.5개/인치, 평균섬유장 64㎜ 이었다.
준비예 2
상기 준비예 1과 동일한 PET 수지를 사용하되 방사조건 및 후처리 조건을 달리하여, 평균섬도 5.5 데니어, 강도 5.3g/d, 신도 44%, 평균권축수 13.5개/인치, 평균섬유장 60㎜의 PET 단섬유를 제조하였다.
준비예 3
상기 준비예 1과 동일한 PET 수지를 사용하되, 방사조건 및 후처리 조건을 달리하여, 평균섬도 8.5 데니어, 강도 5.2g/d, 신도 43%, 평균권축수 14.8개/인치, 평균섬유장 69㎜의 PET 단섬유를 제조하였다.
비교준비예 1
상기 준비예 1과 동일한 PET 수지를 사용하되, 방사조건과 후처리 조건을 달리하여, 평균섬도 12 데니어, 강도 5.8g/d, 신도 42%, 평균권축수 14.5 개/인치, 평균섬유장 64㎜의 PET 단섬유를 제조하였다.
실시예 1
상기 준비예 1에서 제조한 PET 단섬유를 오프닝(Opening)과 카딩 공정(Carding)을 거친 후, 블로잉(Blowing) 설비를 통해서 LLDPE 수지(Linear Low Density Polyethylene, 다우케미칼사의 DNDA-1082 NT 7)와 PP 수지(Polypropylene, 폴리미래사의 HP 461Y 멜트블로운용 수지)를 사이드-바이-사이드 형태의 복합방사 방식으로 멜트블로운 섬유를 제조하는 과정에 균일, 정량 혼입하였다.
사용된 LLDPE의 MI(Melt Index)는 155 g/10분(190℃)이고 PP의 MI(Melt Index)는 1,300g/10분(230℃)이었다. 이때 멜트블로운 방사 온도 및 핫 에어(Hot Air) 온도는 270℃ 조건에서 수행하였으며, 수득된 멜트블로운 복합섬유의 평균 직경은 2.9㎛였다.
그리고, PET 단섬유를 수직 하강하는 멜트블로운 기류 중에서 서로 혼합시키되, PET 단섬유가 40중량%가 되도록 하고, LLDPE/폴리프로필렌 멜트블로운 복합섬유가 잔량 즉, 60중량%가 되도록 하여 혼합하여 총 면밀도 300g/m2, 두께 16mm의 부직포 형태의 복합섬유집합체를 제조하였다. 그리고, 제조한 부직포 형태의 복합섬유집합체의 사진 및 이의 SEM 측정 사진을 도 1에 나타내었다.
실시예 2 ~ 실시예 3
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, PET 단섬유가 20 중량% 및 폴리프로필렌 멜트블로운 섬유가 80 중량%인 멜트블로운 부직포 형태의 복합섬유집합체(총 면밀도 300g/m2)를 제조하여 실시예 2를 실시하였다.
그리고, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 단섬유가 60 중량% 및 폴리프로필렌 멜트블로운 섬유가 40 중량%인 멜트블로운 부직포 형태의 복합섬유집합체를 제조하여 실시예 3(총 면밀도 300g/m2)을 실시하였다
실시예 4
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 준비예 1의 PET 단섬유 대신 준비예 2의 PET 단섬유를 사용하여, PET 단섬유가 40 중량% 및 LLDPE/폴리프로필렌 멜트블로운 복합섬유가 80 중량%인 부직포 형태의 복합섬유집합체(총 면밀도 300g/m2)를 제조하여 실시예 4를 실시하였다.
실시예 5
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 준비예 1의 PET 단섬유 대신 준비예 3의 PET 단섬유를 사용하여, PET 단섬유가 40 중량% 및 LLDPE/폴리프로필렌 멜트블로운 복합섬유가 80 중량%인 부직포 형태의 복합섬유집합체(총 면밀도 300g/m2)를 제조하여 실시예 5를 실시하였다.
실시예 6
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 멜트블로운 복합섬유의 평균 직경이 5㎛가 되도록 하여, 부직포 형태의 복합섬유집합체를 제조하여 실시예 3(총 면밀도 300g/m2)을 실시하였다.
실시예 7
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 멜트블로운 복합섬유를 구성하는 LLDPE 수지는 MI(Melt Index)는 148 g/10분(190℃)인 것을 사용하고, PP수지는 MI(Melt Index)는 1,400g/10분(230℃)인 것을 사용하여, 부직포 형태의 복합섬유집합체(총 면밀도 300g/m2)를 제조하였다.
비교예 1
실시예 1과 동일한 조건으로 부직포 형태의 복합섬유집합체를 제조하되, 멜트블로운 섬유로서, PP 수지(폴리미래사의 HP 461Y)제품을 단독으로 적용하여 PET 단섬유가 40 중량%가 되도록 하고, 멜트블로운 PP 섬유가 60 중량% 되도록 혼합하여 총 면밀도 300g/m2의 부직포 형태를 갖는 복합섬유집합체를 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 준비예 1의 PET 단섬유 대신 비교준비예 1의 PET 단섬유를 사용하여, PET 단섬유가 20 중량% 및 LLDPE/폴리프로필렌 멜트블로운 복합섬유가 80 중량%인 부직포 형태의 복합섬유집합체(총 면밀도 300g/m2)를 제조하여 실시예 4를 실시하였다.
비교예 3
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, LLDPE/폴리프로필렌 멜트블로운 복합섬유가 95 중량% 및 PET 단섬유가 5 중량%를 포함하도록 부직포 형태의 복합섬유집합체(총 면밀도 300g/m2)를 제조하였다.
비교예 4
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, LLDPE/폴리프로필렌 멜트블로운 복합섬유가 20 중량% 및 PET 단섬유가 80 중량%를 포함하도록 부직포 형태의 복합섬유집합체(총 면밀도 300g/m2)를 제조하였다.
비교예 5
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 멜트블로운 복합섬유의 평균 직경이 10㎛가 되도록 하여, 부직포 형태의 복합섬유집합체(총 면밀도 300g/m2)를 제조하였다.
실험예 : 주파수별( Hz ) 흡음계수 및 접착강도 측정 실험
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 복합섬유집합체의 주파수별(Hz) 흡음계수 및 접착강도를 아래와 같은 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
(1) 주파수별 흡음계수 측정
흡음계수 측정하기 위해 ISO R 354, Alpha Cabin법에 적용 가능한 시편으로 각각 3매씩 제조하여 외부온도 0℃ 및 25℃에서 30분 방치 후 흡음계수를 측정하고 측정된 흡음계수 평균값을 표 1에 나타내었다.
(2) 접착강도측정
도 3에 사진으로 나타낸 측정기기를 이용하여 접착강도를 측정하였으며, 접착강도는 열풍 건조기를 이용하여 섬유집합체와 섬유집합체를 접착시킨 다음, KS M ISO 36 방법에 의거하여UTM(universal testing machine) 접착강도를 측정하였다. 이때, 실험온도는 150℃에서 8분간 수행하였고, 냉각시간(cooling time)은 3분이며, 가압 하중은 22.40g/㎠ 하에서 실험을 수행하였다.
구분 주파수별 흡음계수 접착강도
(N/25mm)
1,000 Hz 2,000 Hz 3,150 Hz 5,000 Hz
실시예 1 0.89 0.98 1.05 1.16 9.8
실시예 2 0.91 1.00 1.06 1.19 9.4
실시예 3 0.87 0.98 1.03 1.11 9.3
실시예 4 0.89 0.99 0.99 1.08 9.7
실시예 5 0.84 0.94 1.01 1.12 9.2
실시예 6 0.82 0.93 1.02 1.12 9.4
실시예 7 0.88 0.97 1.01 1.11 9.2
비교예 1 0.83 0.92 0.94 0.98 4.6
비교예 2 0.85 0.95 0.99 1.02 8.9
비교예 3 0.88 0.94 0.98 1.01 9.2
비교예 4 0.75 0.81 0.89 0.95 4.9
비교예 5 0.82 0.93 1.02 1.08 7.5
표 1의 실험결과를 살펴보면, 실시예 1 ~ 실시예 7의 경우, 5.5 N/25㎜ 이상의 우수한 접착강도를 갖을 뿐만 아니라, 비교예 1과 비교할 때, 모든 주파수에서 높은 흡음계수를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
그러나, 복합섬유가 아닌 폴리프로필렌 단독섬유와 PET 단섬유만을 이용하여 제조한 비교예 1의 경우, 실시예 1과 비교할 때, 접착강도가 저조하고, 특히 고주파에서의 흡음계수가 크게 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 평균섬도가 12 데니어인 PET 단섬유를 사용하여 제조한 비교예 2의 경우, 고주파 영역에서의 흡음계수가 낮은 결과를 보였는데, 이는 PET 단섬유의 섬도가 커짐에 따라서 섬유집합체의 두께는 다소 두꺼워졌지만, 내부 공극의 크기가 커지고 이로 인해 고주파 영역의 소리에너지를 저감시키는데 방해 요인으로 작용했기 때문으로 판단된다.
그리고, PET 단섬유를 10 중량% 미만을 사용한 비교예 3의 경우, 실시예 1과 비교할 때, 흡음성능이 떨어지는 결과를 보였으며, 복합섬유를 30 중량% 미만으로 사용한 비교예 4의 경우, 실시예 1과 비교할 때, 흡음성능은 우수하나, 접착강도가 크게 떨어지는 문제가 있었다.
그리고, 평균직경이 8㎛를 초과한 10㎛의 복합섬유로 형성된 흡음재인 비교예 5의 경우, 복합섬유집합체의 조직구조가 치밀하게 형성되지 않아서, 실시예 6과 비교할 때 이는 결국 흡음 성능 및 접착강도가 떨어진 것으로 판단된다.
제조예 1
상기 실시예 1에서 제조한 흡음재를 자동차의 휠 하우스(wheel house) 모양에 맞게 재단하여 양면테이프를 이용하여 부착시킬 수 있는 PET 복합 멜트블로운 부직포 흡음재를 제작하였으며. 이를 도 4에 사진으로 나타내었다.
제조예 2
상기 실시예 1에서 제조한 흡음재를 재단하여 자동차의 지붕을 받쳐줄 뿐만 아니라 차체의 강성과 안전성을 향상시키는데 중요한 역할을 하는 필라(pillar) 중 뒷 유리와 옆유리 사이에 위치하는 c-필라(c-pillar)에 적용하여, 이를 도 5에 사진으로 나타내었다.
제조예 3
상기 실시예 1에서 제조한 흡음재를 재단하여 자동차의 트렁크 측면 내장 부품인 러기지 사이드(luggage side)에 적용하여 흡음성 자동차 부품을 제작하였으며, 이를 도 6에 사진으로 나타내었다.
상기 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명의 복합섬유집합체가 고주파수대 뿐만 아니라 저주파수대에서도 우수한 흡음 능력을 갖는 것을 확인할 수 있었으며, 나아가 접착강도가 우수한 것을 확인할 수 있었다. 이러한 본 발명은 흡음성이 요구되는 소재, 예를 들면 자동차, 비행기, 배 등의 이동수단의 내장재, 핸드폰, 노트북, 컴퓨터, TV 등의 전자제품부품, 건축용 실내인테리어 소재 등으로 폭 넓게 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
10 : 복합섬유집합체 11 : PET 단섬유
12 : 멜트블로운 복합섬유 20, 30 : 지지층

Claims (21)

  1. 사이드 바이 사이드(side by side)형태의 비다형단면의 멜트블로운(melt blown) 복합섬유 및 비다형단면의 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유를 3 ~ 9 : 1 ~ 7 중량비로 포함하며,
    상기 복합섬유는 폴리프로필렌 및 폴리프로필렌 랜덤 공중합체 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 폴리프로필렌계 화합물 및 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 5 ~ 9 : 1 ~ 5 중량비로 포함하고,
    상기 멜트블로운 복합섬유는 평균직경이 1 ㎛ ~ 8 ㎛이고,
    상기 비다형단면은 원형 또는 타원형이며,
    복합섬유집합체의 면밀도 300 g/m2일 때, KS M ISO 36방법에 의거하여 측정시, 접착강도가 5.5 N/25㎜ ~ 14 N/25㎜인 것을 특징으로 하는 접착성 및 흡음특성이 우수한 흡음재용 극세사 복합섬유집합체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 폴리프로필렌계 화합물은 MI(melt index)가 800 ~ 1,500g/10분(230℃)인 폴리프로필렌이고,
    상기 폴리에틸렌계 화합물은 MI(melt index)가 140 ~ 160g/10분(190℃)인 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)인 것을 특징으로 하는 접착성 및 흡음특성이 우수한 흡음재용 극세사 복합섬유집합체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌은 비중이 0.90 ~ 0.95인 것을 특징으로 하는 접착성 및 흡음특성이 우수한 흡음재용 극세사 복합섬유집합체.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유는 평균섬도 5 ~ 10 데니어(denier), 평균권축수 12 ~ 17개/인치 및 평균섬유장 50 ㎜ ~ 80 ㎜인 것을 특징으로 하는 접착성 및 흡음특성이 우수한 흡음재용 극세사 복합섬유집합체.
  8. 제7항에 있어서, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유는 강도 4.8 ~ 6.5 g/d, 신도 35 ~ 45%인 것을 특징으로 하는 접착성 및 흡음특성이 우수한 흡음재용 극세사 복합섬유집합체.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 상기 복합섬유집합체는 부직포이며,
    면밀도 250 g/m2 ~ 400 g/m2인 것을 특징으로 하는 접착성 및 흡음특성이 우수한 흡음재용 극세사 복합섬유집합체.
  11. 제10항에 있어서, 상기 복합섬유집합체는 면밀도 300 g/m2이고, ISO R 354의 알파캐빈(alpha cabin)법에 의거하여 흡음계수 측정시, 1,000 Hz에서 흡음계수가 0.80 이상이고, 2,000 Hz에서 흡음계수가 0.90 이상인 것을 특징으로 하는 접착성 및 흡음특성이 우수한 흡음재용 극세사 복합섬유집합체.
  12. 제10항에 있어서, 상기 복합섬유집합체는 면밀도 300 g/m2이고, ISO R 354의 알파캐빈(alpha cabin)법에 의거하여 흡음계수 측정시, 3,150 Hz에서 흡음계수가 0.95 이상이고, 5,000 Hz에서 흡음계수가 1.05 이상인 것을 특징으로 하는 접착성 및 흡음특성이 우수한 흡음재용 극세사 복합섬유집합체.
  13. 삭제
  14. 폴리프로필렌 및 폴리프로필렌 랜덤 공중합체 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 폴리프로필렌계 화합물 함유 수지; 및 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 함유 수지;를 사이드-바이-사이드 복합방사구금으로 핫 에어(hot air) 온도 260℃ ~ 290℃ 하에서 멜트블로운 복합방사시킬 때, 방사되는 멜트블로운 기류에 블로잉(Blowing) 설비 및 노즐을 통해 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유를 혼입시켜서,
    폴리프로필렌계 화합물 및 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 5 ~ 9 : 1 ~ 5 중량비로 포함하는 원형 또는 타원형인 비다형단면을 가지는 사이드-바이-사이드 형태의 멜트블로운 복합섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유가 3 ~ 9 : 1 ~ 7 중량비로 혼합된 흡음재용 극세사 복합섬유집합체를 제조하는 방법.
  15. 삭제
  16. 제14항에 있어서, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유는
    폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 방사온도 270℃ ~ 285℃, 방사속도 1,000 ~ 1,400 m/분의 조건으로 방사하여 단섬유를 제조하는 단계;
    단섬유를 70℃ ~ 85℃ 하에서 2.5배 ~ 4.0배로 연신 처리하는 단계; 및
    연신시킨 단섬유를 130℃ ~ 150℃ 하에서 열처리하는 단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조한 것을 특징으로 하는 흡음재용 극세사 복합섬유집합체를 제조하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지는 융점 250℃ ~ 270℃ 및 고유점도(Ⅳ) 0.60 ~ 0.70인 것을 특징으로 하는 흡음재용 극세사 복합섬유집합체를 제조하는 방법.
  18. 제1항, 제4항 내지 제5항, 제7항 내지 제8항 및 제10항 내지 제12항 중에서 선택된 어느 한 항의 극세사 복합섬유집합체를 포함하는 흡음재.
  19. 제18항의 흡음재를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 내장재.
  20. 제18항의 흡음재를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 실내인테리어 소재.
  21. 제18항의 흡음재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자제품.

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