KR101743827B1

KR101743827B1 - 이형단면 중공섬유층 및 수지 발포층을 포함하는 복합체 및 이를 포함하는 흡차음재

Info

Publication number: KR101743827B1
Application number: KR1020150123175A
Authority: KR
Inventors: 허미; 이광희; 이승준; 박성윤
Original assignee: 주식회사 휴비스
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2017-06-07
Also published as: KR20170025982A

Abstract

수지 발포층; 및 상기 발포층의 일면 또는 양면에 적층되며, 이형단면 중공섬유의 집합체를 포함하는 섬유층을 포함하고, 상기 이형단면 중공섬유는, 단면 형상을 기준으로, 중공부, 형태유지부 및 부피제어부로 이루어지되, 상기 부피제어부는 섬유 중심의 반대 방향으로 돌출된 형태일 수 있으며, 돌출된 형태의 말단부는 라운드 형상으로 이루어진 복합체에 관한 것으로, 상기 복합체는 차음 특성 및 흡음 특성이 우수하며, 자동차용 내장재에 효과적으로 적용 가능하다.

Description

이형단면 중공섬유층 및 수지 발포층을 포함하는 복합체 및 이를 포함하는 흡차음재{Assembly Comprising a Shaped Cross-Section Hollow Fibrous Layer and a Resin Formed Layer and Sound Absorbing and Sound Blocking Material comprising Thereof}

본 발명은 이형단면 중공섬유의 집합체를 포함하는 섬유층 및 수지 발포층을 포함하는 복합체 및 이를 이용한 흡차음재에 관한 것이다.

열가소성 수지를 포함하는 조성물은 성형성, 내충격성, 내약품성이 뛰어나고 저비중, 저가라는 큰 장점을 가지고 있어서 플라스틱 성형 물품, 자동차용 내외장재 및 건축용 자재 등으로 폭넓게 사용되고 있다. 그러나 상기 조성물을 이용한 시트 및 물품의 제조 등에 있어 환경 공해를 일으킬 뿐만 아니라, 재활용이 어려워 사후 처리가 매우 곤란하여 친환경적이지 못한 문제가 있다.

한편, 자동차 내장재로는 승차시 외부 소음 내지 진동을 차단하고, 사용자의 승차감을 높이는 역할을 한다. 기존의 자동차 내장재로는 폴리우레탄 발포체의 양면에 직물이나 부직포 등을 핫멜트 접합한 구조를 개시하고 있다. 예를 들어, 한국공개특허 제2013-0120567호에 의하면, 열가소성 수지로 이루어진 기재층, 연질 폴리우레탄 폼층, 및 부직포로 이루어진 외피층으로 구성된 자동차 내장재용 적층체를 개시하고 있다.

그러나, 연질 폴리우레탄 폼층을 사용하게 되면 내장재의 두께가 증가하고, 부직포에 의한 흡음 성능은 우수하지 못한 문제가 있다.

한국공개특허 제2013-0120567호

상기와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명의 목적은 이형단면 중공섬유 집합체를 포함하는 섬유층과 수지 발포층을 포함하는 복합체를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 복합체를 이용한 흡차음재를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 하나의 실시예에서,

수지 발포층; 및

상기 발포층의 일면 또는 양면에 적층되며, 이형단면 중공섬유의 집합체를 포함하는 섬유층을 포함하고,

상기 이형단면 중공섬유는, 단면 형상을 기준으로, 중공부, 형태유지부 및 부피제어부로 이루어지되,

상기 부피제어부는 섬유 중심의 반대 방향으로 돌출된 형태일 수 있으며, 돌출된 형태의 말단부는 라운드 형상으로 이루어진 복합체를 제공한다.

또 다른 하나의 실시예에서, 본 발명은 상기 복합체를 포함하는 흡차음재를 제공한다.

본 발명의 일실시예에 의한 복합체는, 향상된 차음 특성 및 흡음 특성을 가지며, 흡차음재에 효과적으로 적용 가능하다.

도 1 내지 6은 각각 본 발명의 하나의 일실시예에 따른 섬유 단면도이다.
도 7는 본 발명의 하나의 실시예에 의한 부피제어부에 대응되는 방사구금의 개념도이다.
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 의한 섬유 집합체의 단면도이다.
도 9 및 10은 각각 본 발명의 하나의 실시예에 따른 복합체의 적층구조를 나타낸 단면도이다.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 약, 실질적으로 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

본 명세서에서 섬유집합체라 함은 장섬유 및/또는 단섬유를 포함하는 것으로, 비제한적인 예로서, 직물, 편물, 원단, 부직포, 웹, 슬라이버 또는 토우 등을 포함하며, 이러한 섬유 들 중 1종 이상을 포함하는 경우를 포괄한다.

하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 복합체는,

수지 발포층; 및

상기 발포층의 일면 또는 양면에 적층되며, 이형단면 중공섬유의 집합체를 포함하는 섬유층을 포함한다.

또한, 상기 이형단면 중공섬유는, 단면 형상을 기준으로, 중공부, 형태유지부 및 부피제어부로 이루어진 형태일 수 있다.

예를 들어, 상기 부피제어부는 섬유 중심의 반대 방향으로 돌출된 형태일 수 있으며, 보다 구체적으로는 상기 돌출된 형태의 말단부는 라운드 형상으로 이루어진 형태일 수 있다.

본 발명에서, 상기 이형단면 중공섬유의 단면 구조를 중공부, 형태유지부 및 부피제어부로 나누어 설명하고 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이다. 상기 이형단면 중공섬유의 단면 구조는, 내부에 섬유의 길이 방향을 따라 홀을 형성하는 중공부가 존재하며, 상기 중공부를 감싸는 형태유지부를 포함한다. 또한, 상기 형태유지부는 단면을 기준으로, 중공부의 반대측 외주면에 요철이 형성되며, 이러한 요철 중에서 돌출된 부분을 부피제어부라고 지칭한다.

본 발명에 따른 복합체는 수지 발포층과 섬유층을 복합화함으로써, 차음 및 흡음 성능을 동시에 높일 수 있다. 상기 수지 발포층은 경질 보드형태일 수 있으며, 이러한 경질 보드층은 소리를 차단하여 차음성을 높일 수 있다. 또한, 상기 섬유층은 사용된 섬유에 의해 형성된 망상 구조를 포함하고, 이러한 망상구조는 소리를 흡수함으로써, 흡음 성능을 높일 수 있다. 본 발명에서는, 경질 보드 형태인 수지 발포층과 망상 구조의 섬유층을 복합화함으로써, 차음 및 흡음 특성을 동시에 구현 가능하다.

본 발명에 따른 복합체의 적층 형태는 특별히 제한되는 것은 아니며, (i) 수지 발포층의 일면에 섬유층이 형성된 구조, (ii) 수지 발포층의 양면에 섬유층이 형성된 구조, (iii) 수지 발포층이 2 내지 5층 적층되고, 각층 사이의 계면에 섬유층이 형성된 구조, (iv) 수지 발포층이 2 내지 5층 적층되고, 각층 사이의 계면 및 외면에 섬유층이 형성된 구조 등을 포함한다. 또한, 상기 복합체를 형성하는 각층 사이의 계면에는 별도의 수지 필름층이 형성될 수 있다.

이하에서는, 복합체를 구성하는 각 층별로 구체적으로 설명한다.

하나의 실시예에서, 상기 수지 발포층은 하기 일반식 1을 만족할 수 있다.

[일반식 1]

X/Y≥1.5

상기 일반식 1에서 X는 KS M ISO 844에 따른 수지 발포층의 굴곡강도(N/cm²)를 나타내고, Y는 KS M ISO 845에 따른 수지 발포층의 밀도(kg/m³)를 나타낸다.

상기 수지 발포층의 밀도 대비 굴곡강도비는 상기 일반식 1을 만족할 수 있다. 예를 들어, 수지 발포층의 밀도 대비 굴곡강도비는 1.5 이상, 1.5 내지 2, 1.6 내지 1.8 또는 1.5 내지 1.6 범위일 수 있다. 본 발명에 따른 발포 성형체는 상기 범위의 수지 발포층의 밀도 대비 굴곡강도비를 만족함으로써, 발포 비율이 높으면서 동시에 고강도인 발포 성형체를 구현할 수 있다. 이는, 본 발명에 따른 발포 성형체에 있어서, 발포제가 수지 발포층 내에 잘 포집되어, 기공이 서로 결합하지 않고 독자적으로 폐쇄 셀이 형성된 것을 의미할 수 있으며, 이를 통해 우수한 우수한 차음성과 높은 단열성을 기대할 수 있다.

상기 일반식 1에서, X는 70 내지 110 N/cm²이고, 상기 Y는 40 내지 80 kg/m³일 수 있다. 예를 들어, X(굴곡강도)는 75 내지 110 N/cm², 80 내지 110 N/cm², 80 내지 100 N/cm² 범위일 수 있고, Y(밀도)는 40 내지 75 kg/m³, 50 내지 75 kg/m³ 또는 55 내지 65 kg/m³ 범위일 수 있다.

상기 수지 발포층의 압축강도(KS M ISO 844)는 40 내지 80 N/cm² 일 수 있다. 예를 들어, 상기 수지 발포층의 압축강도는 40 내지 75 N/cm², 45 내지 75 N/cm² 또는 55 내지 70 N/cm² 범위일 수 있다. 비드 발포의 경우에는 비드 형태의 수지를 금형에 넣고 발포하는 방법으로 발포 성형체를 제조하는 방법으로, 상기 비드 발포 성형체는 압축 시험 시, 비교적 비드와 비드 사이에서 균열과, 입상 파괴 현상 등의 쉽게 일어난다. 반면, 본 발명에 따른 수지 발포층은 수지를 용융하여 압출 발포 방법으로 제조함으로써, 비드 발포 방법으로 제조한 경우와 비교하여 현저히 우수한 압축강도를 구현할 수 있다.

상기 수지는 폴리에스테르일 수 있다. 상기 폴리에스테르 수지는 생분해성을 지니면서 폴리에스테르의 물성을 유지할 수 있으며, 연질특성 및 발포 성형가공성이 우수하다면, 크게 한정되지 않는다.

지금까지 주로 사용되던 폴리에스테르 수지는 테레프탈산과 1,4-부탄디올 축합중합 반응에 의하여 생산되는 고분자량의 방향족 폴리에스테르 수지이다. 여기서 고분자량 폴리에스테르는 고유점도 [η]가 0.8 (dL/g) 이상인 고분자를 의미할 수 있다. 그러나, 상기 방향족 폴리에스테르 수지는 높은 분자량, 열적 안정성, 인장강도 등의 물성이 우수하지만, 폐기 후 자연생태계 내에서 분해되지 않고 오랫동안 남아 심각한 환경오염 문제를 야기하고 있다.

한편, 지방족 폴리에스테르가 생분해성을 가지고 있다는 점은 이미 알려져 있다. 그러나, 기존의 지방족 폴리에스테르는 주쇄의 유연한 구조와 낮은 결정성 때문에 용융점이 낮고, 용융시 열안정성이 낮아 열분해되기 쉬우며, 용융흐름지수가 높아 성형가공이 용이하지 못할 뿐만 아니라, 인장강도나 인열강도 등의 물성이 불량하여 용도가 제한되는 문제점이 있었다. 상기 지방족 폴리에스테르는 예를 들어, 폴리글리콜라이드, 폴리카프로락톤, 폴리락타이드 및 폴리부틸렌석시네이트 등을 포함할 수 있다.

상기 수지 발포층은 90% 이상의 셀이 폐쇄 셀(DIN ISO4590)일 수 있다. 이는, 상기 수지 발포층의 DIN ISO4590에 따른 측정값이 셀 중 90% 이상이 폐쇄 셀임을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 수지 발포층 중 폐쇄 셀은 90 내지 100% 또는 95 내지 100%일 수 있다. 본 발명에 따른 발포 성형체는 상기 범위 내의 폐쇄 셀을 갖는 수지 발포층을 포함함으로써, 우수한 차음특성 및 단열특성을 구현할 수 있다. 예를 들어, 상기 발포 성형체의 셀 수는 mm당 1 내지 30 셀, 3 내지 25 셀, 또는 3 내지 20 셀을 포함할 수 있다.

상기 수지 발포층은 압출 발포 성형체일 수 있다.

구체적으로, 발포 방법의 종류에는 크게 비드 발포 또는 압출 발포가 있다. 상기 비드 발포는, 일반적으로, 수지 비드를 가열하여 1차 발포시키고　이것을 적당한 시간 숙성 시킨 후 판모양, 통모양의 금형에 채우고 다시 가열하여　2차 발포에　의해 융착, 성형하여 제품을 만드는 방법이다.

반면, 압출 발포는, 수지를 가열하여 용융시키고, 상기 수지 용융물을 연속적으로 압출 및 발포시킴으로써, 공정 단계를 단순화할 수 있으며, 대량 생산이 가능하며, 비드 발포 시의 비드 사이에서 균열과, 입상 파괴 현상 등을 방지하여 보다 우수한 굴곡강도, 압축강도를 구현할 수 있다.

하나의 실시예에서, 상기 수지 발포층은, 수지 발포층의 적어도 일면에 형성된 기능성 코팅층을 더 포함할 수 있다. 기존에는, 수지를 발포할 때, 기능성 첨가제를 혼합하여 발포하였으나, 이는, 수지의 점도 조절을 어렵게 하여, 발포 비율 저하, 외관 불량, 압축강도 및 굴곡강도 저하 등의 문제점이 있었다.

이에 대해, 본 발명에 따른 수지 발포층은 수지를 발포하여 발포층을 형성하고, 이에 별도로 기능성 첨가제를 이용한 기능성 코팅층을 형성함으로써, 상기 문제점을 해결할 수 있고, 더불어 상황에 맞는 원하는 기능성 첨가제를 용이하게 코팅할 수 있으므로, 공정 상의 편의를 구현할 수 있다.

상기 기능성 코팅층은 차음 기능, 흡음 기능, 친수화 기능, 방수 기능, 난연 기능 또는 자외선 차단 기능을 가질 수 있다.

구체적으로, 수지 발포층 상에 기능성 첨가제를 코팅하여 기능성 코팅층을 형성할 수 있으며, 이때, 계면활성제, 방수제, 난연제 또는 자외선 차단제와 같은 기능성 첨가제를 사용함으로써 상기 기능을 갖는 기능성 코팅층을 형성할 수 있다.

예를 들어, 난연제는 특별히 한정되지 않으며, 브롬 화합물, 인 또는 인 화합물, 안티몬 화합물 및 금속 수산화물 등을 포함할 수 있다. 브롬 화합물은 예를 들어, 테트라브로모 비스페놀 A 및 데카브로모디페닐에테르 등을 포함하고, 인 또는 인 화합물은 방향족 인산에스테르, 방향족 축합 인산에스테르, 할로겐화 인산에스테르 및 적인 등을 포함하고, 안티몬 화합물은 삼산화안티몬 및 오산화안티몬 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 금속 수산화물에 있어서의 금속 원소로서는, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 니켈(Ni), 코발트(Co), 주석(Sn), 아연(Zn), 구리(Cu), 철(Fe), 티타늄(Ti) 및 붕소(B) 등을 포함할 수 있다. 그 중에서도, 알루미늄, 마그네슘 등이 바람직하다. 금속 수산화물은, 1 종의 금속 원소로 구성되어 있더라도 좋고, 2 종 이상의 금속 원소로 구성되어 있더라도 좋다. 예를 들어, 1 종의 금속 원소로 구성된 금속 수산화물로서는, 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘 등을 포함할 수 있다.

또한, 자외선 차단제는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 유기계 또는 무기계　자외선　차단제일 수 있으며, 상기 유기계　자외선　차단제의 예로는 p-아미노벤조산 유도체, 벤질리데네캠포 유도체, 신남산 유도체, 벤조페논 유도체, 벤조트리아졸 유도체 및 이들의 혼합물을 들 수 있고, 상기 무기계　자외선　차단제의 예로는 이산화티탄, 산화아연, 산화망간, 이산화지르코늄, 이산화세륨 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.

하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 복합체는 수지 발포층과 수지 섬유층 사이에 게재된 수지 필름층을 더 포함할 수 있다. 상기 수지 필름층은, 계면 접착력을 높일 수 있으며, 예를 들어, 열접착 필름일 수 있다. 또는, 사용된 수지 필름층의 종류에 따라, 난연제 및/또는 자외선 첨가제 등을 포함함으로써, 기능성을 부여할 수 있다.

본 발명의 하나의 실시예에 의한 이형단면 중공섬유는, 섬유상으로 형성될 수 있는 모든 소재로 이루어질 수 있다.

상기 이형단면 중공섬유는, 구체적으로는, 폴리에스테르 수지가 사용될 수 있으며, 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 폴 리프로필렌(polypropylene, PP), 나일론 등이 사용될 수 있다. 상기 용융 방사되는 PET 폴리머의 용유점도는 0.60 내지 0.64 범위일 수 있으며, 냉각 효과를 극대화 시킬 수 있는 인-아웃(In-out) 형태의 방사통이 적합하다. 섬유의 굵기는 4 내지 15 데니아 범위에서 다양하게 적용될 수 있으며, 섬유장은 22 내지 64 mm일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 이형단면 중공섬유의 개념도로서 상기 섬유(10)은 중공부(100), 형태유지부(200), 부피제어부(300)로 형성될 수 있다. 상기 중공부(100)의 중공율은 섬유 전체 면적에서 약 15 내지 30% 범위일 수 있다. 상기 범위를 초과하는 경우 섬유형성성에 문제가 될 수 있고, 상기 범위 미만인 경우 중공유지성과 본 발명의 다양한 기능성을 발현하는데 한계를 가질 수 있다. 상기 형태유지부(200)는 중공부(100)에서부터 부피제어부(300) 사이의 섬유상을 의미한다.

상기 부피제어부(300)는 섬유 중심 반대 방향으로 돌출된 형태일 수 있으며 말단부는 라운드 형상으로 이루어질 수 있다. 이 때 말단부의 최상부를 피크(310)로, 부피제어부 사이를 밸리(330)로 정의할 수 있다. 이 때 피크의 곡률반경을 R, 밸리의 곡률반경을 r로 정의할 수 있으며, 각 부피제어부마다 서로 다른거나 같은 R과 r 값이 결정될 수 있다(도 2).

또 중공부(100)의 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 가장 큰 값을 T1, 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 가장 작은 값을 T2라 하고, 중심점(M)으로부터 밸리(330)까지의 거리가 가장 큰 값을 t1 중심점(M)으로부터 밸리(330)까지의 거리가 가장 작은 값을 t2으로 정의할 수 있다. 한편 T1을 기준으로 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 다음 차순위 큰 값을 갖는 부피제어부(300)의 접선을 연결하여 형성된 원을 CTmax라 하고, T2를 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 다음 차순위 작은 값을 갖는 부피제어부(300)의 접선을 연결하여 형성된 원을 CTmin라 하고, t1을 기준으로 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 다음 차순위 큰 값을 갖는 부피제어부(300)의 접선을 연결하여 형성된 원을 Ctmax라 하고, t2를 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 다음 차순위 작은 값을 갖는 부피제어부(300)의 접선을 연결하여 형성된 원을 Ctmin라 할 때; CTmax의 중심점(CTmaxM)과 중심점(M)간의 차이값을 CTmax-R라 하고, CTmin의 중심점(CTminM)과 중심점(M)간의 차이값을 CTmin-R라 하고, Ctmax의 중심점(CtmaxM)과 중심점(M)간의 차이값을 Ctmax-r라 하고, Ctmin의 중심점(CtminM)과 중심점(M)간의 차이값을 Ctmin-r라 규정할 때, 본 발명에 의한 섬유는 하기 조건을 만족할 수 있다(도 3 내지 6 참조).

피크의 곡률반경(R)과 밸리의 곡률반경(r)의 편차를 Z로 규정할 때 상기 Z는 하기 조건(1), (2)로 이루어질 수 있다.

(1) -3 ≤ Z ≤ 4

(2) 0.9 ≤

≤ 1.8

여기서,

R : 피크의 곡률반경

r : 밸리의 곡률반경

섬유단면 형태분석을 통한 본 발명자들의 다수의 시험결과 상기 범위 외에서 일 섬유의 부피제어부가 인접한 다른 섬유의 부피제어부 사이의 밸리에 삽입되어 마치 기어가 맞물려 있는 것과 같은 구조적 특성을 나타내었고, 삽입된 후 유동 등에 의해 이탈되지 못해 섬유 집합체의 균제도에 나쁜 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 상기 범위 내에서 섬유들간 부피제어부가 서로 간섭을 하여 벌키성이 유지되고 부피제어부가 인접한 섬유의 밸리에 삽입되더라도 유동 등에 의해 용이하게 이탈될 수 있어 섬유 집합체에서 균제도를 향상시키는 요소가 될 수 있다.

또한 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 섬유는 CTmax-R, CTmin-R, Ctmaxr, Ctmin-r이 다음 조건을 만족할 수 있다.

(3)

≥ 0.80

(4)

≥ 0.30

여기서,

T1 : 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 가장 큰 값

T2 : 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 가장 작은 값

t1 : 중심점(M)으로부터 밸리(330)까지의 거리가 가장 큰 값

t2 : 중심점(M)으로부터 밸리(330)까지의 거리가 가장 작은 값

CTmax : T1을 기준으로 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 다음 차순위 큰 값을 갖는 부피제어부(300)의 접선을 연결하여 형성된 원

CTmin : T2를 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 다음 차순위 작은 값을 갖는 부피제어부(300)의 접선을 연결하여 형성된 원

CTmax-R : CTmax의 중심점(CTmaxM)과 중심점(M)간의 차이값

CTmin-R : CTmin의 중심점(CTminM)과 중심점(M)간의 차이값

Ctmax-r : Ctmax의 중심점(CtmaxM)과 중심점(M)간의 차이값

Ctmin-r : Ctmin의 중심점(CtminM)과 중심점(M)간의 차이값

상기 조건 (3), (4)는 본 발명의 일실시예에 의한 섬유의 형성성에 관한 것 일 수 있다. 이상적으로 상기 값은 1이 되어야 하나, 고분자의 레올로지적 특성에 의해 1이 될 수 없다. 조건 (3)은 부피제어부 형성에 관한 것일 수 있는데 상기 범위 외에서는 부피제어부의 편차가 커지고 r 값의 편차도 커질 수 있어 공정상 카딩성이나 섬유 집합체에서 벌키성에 영향을 미칠 수 있다. 조건 (4)는 섬유형태성으로 해석될 수 있는데 중공부(100)와 형태유지부(200)의 형성성에 영향을 줄 수 있 다. 상기 범위 외에서는 중공형성성과 섬유의 형태유지가 불안정할 수 있다.

한편 상기와 같은 섬유단면을 형성하기 위해 상기 부피제어부(300)의 방사구금은 도 7에 도시된 바와 같이 방사상 형태로 이루어질 수 있다. 이 때 중심점(M)을 기준으로 각(θ) 10 내지 17ㅀ로 형성될 수 있다. 본 발명자들의 다수의 시험결과 상기 범위내에서 중공성도 유지되면서 이형단면의 부피제어요소로서 상기 부재(300)가 기능을 발현하기 위한 위 조건들을 만족할 수 있는 섬유 단면 형상이 구현되었다.

본 발명에서 사용되는 이형단면 중공섬유의 단면 형상은 섬유 표면에 부피 제어부가 평균 4 내지 12개로 형성될 수 있다.

또한 본 발명의 일실시예에 의한 섬유는 비제한적인 예로서 열가소성 수지인 폴리에스테르로 이루어질 수 있고, 냉각 및 고화 공정에서 결정화 속도차로 인한 자발크림프 발현을 통해 단섬유 상태나 부직포 형태에서 벌키성 및 탄력성을 향상시키는데 기여할 수 있다.

본 발명에 의한 섬유는 본 발명에 의한 섬유만으로 또는 섬유간의 결속 구조를 형성하기 위한 결속재가 포함된 섬유 집합체를 니들 펀칭 공정, 열 접착 공정 또는 멜트블로링 공정을 통해 부직포 형태로 성형하여 제조할 수 있다.

본 발명에 의한 이형단면 중공섬유를 적용한 섬유 집합체는 섬유간의 결속을 위해 일반적으로 사용되는 결속재로 단섬유 형태로는 열접착 공정에서는 시스-코어 형태의 저융점 PET 단섬유가 사용될 수 있고, 멜트 블로잉 공정에서는 세섬의 폴리프로필렌(PP)섬유가 사용될 수 있다.

열접착 공정에서 제조되는 소재는 이형단면 중공섬유 60 내지 90 중량부, 및 결속재 40 내지 10 중량부를 포함하는 조성으로 구성되며, 여기서 이형단면 중공섬유의 길이는 51 내지 64 mm를 가지는 것이 사용될 수 있고, 섬유의 굵기(섬도)는 6 내지 8 데니어일 수 있다. 열접착 공정에서 이형단면 중공섬유의 길이가 51 ㎜ 미만이 되면 섬유 간의 간극이 넓어져서 매트릭스 구조를 형성하기가 힘들고, 섬유 집합체로의 형성 및 생산이 힘들게 된다. 또한 과도한 공극률로 인하여 흡음 및 차음 성능이 저하되는 결과를 초래할 수 있다.

이형단면 중공섬유와 결속재의 조성 중량비는 6:4 내지 9:1 바람직하다. 여기서 이형단면 중공섬유의 함량이 60 중량부 미만인 경우에는 섬유의 표면적이 축소되어 제반 물성을 구현할 수 없으며, 특히 열접착 공정에 사용되는 저융점 PET의 함량이 상대적으로 함량이 높아지기 때문에 공극이 큰 벌키성을 유지하지 못하고 섬유 집합체가 단단해지게 된다. 반면 이형단면 중공섬유의 함량이 90 중량부를 초과하게 되면 상대적으로 바인더 섬유, 즉 결속재의 함량이 10중량부 미만이 되어, 섬유간의 충분한 결속력을 유지하지 못하게 되며, 이로 인해 집합체를 임의의 모양으로 성형하기가 어렵게 된다.

멜트 블로잉 공정에서 제조되는 소재는 이형단면 중공섬유 20 내지 60 중량부, 및 폴리프로필렌 섬유 80 내지 40 중량부를 포함하는 조성으로 구성되며, 여기서 이형단면 중공섬유의 길이는 32 내지 51mm를 가지는 것이 사용될 수 있고, 섬유의 굵기(섬도)는 6 내지 8 데니어인 것이 사용될 수 있다. 51 mm를 초과하는 경우에는 개섬후 공기에 의해 블로잉공정에서 섬유간 엉킴 발생으로 불균일한 웹을 형성하게 된다. 따라서 흡음재 및 충전재에 적용되는 후공정에 따라 32 ~ 64 ㎜ 섬유장 범위에서 적합한 섬유장 선택이 필요하다.

또한, 본 발명은 앞서 설명한 복합체를 포함하는 흡차음재를 제공한다. 본 발명에 따른 흡차음재는 흡음 및 차음 성능을 동시에 구현할 수 있다. 또한, 상기 흡차음재는, 예를 들어, 자동차용 내장재 또는 건축용 내장재 등으로 활용 가능하며, 바람직하게는 자동차용 내용재로 활용될 수 있다. 상기 자동차용 내장재에는 차량의 도어트림, 필러, 트렁크 매트, 선바이저, 패키지 트레이, 헤드라이드, 기타 차량 내부 커버 등을 포함한다. 본 발명의 하나의 예로서, 상기 상기 자동차용 내장재는 헤드라이너일 수 있다.

본 발명에 따른 복합체는 차음 및 흡음 특성이 동시에 우수하며, 이를 자동차 내장재로 사용함으로써, 자동차 내부로 전달되는 소음을 효과적으로 차단 및 흡수할 수 있다.

하나의 예로서, 본 발명에 따른 흡차음재는, 흡음성 평가시 0.35 (NRC) 이상, 0.35 내지 1.0, 혹은 0.35 내지 0.8 범위의 흡음성을 달성할 수 있다. 동시에 본 발명에 따른 흡차음재는, 차음성 평가시 25 (dB) 이상의 차음, 25 내지 80, 25 내지 40, 혹은 27 내지 35 범위의 차음 효과를 달성할 수 있다.

도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 복합체의 적층구조를 나타낸 모식도이다. 도 9를 참조하면, 수지 발포층(400)의 양면에 이형단면 중공섬유의 집합체를 포함하는 섬유층(510, 520)이 각각 형성된 구조를 개시하고 있다. 이를 통해, 수지 발포층(400)에 의한 차음 성능과 섬유층(510, 520)에 의한 흠음 성능을 상호 보완 가능하다.

도 10은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 복합체의 적층 구조를 나타낸 모식도이다. 도 10을 참조하면, 수지 발포층(400)의 양면에 수지 필름층(610, 620)이 각각 적층되고, 적층된 수지 필름층(610, 620)의 수지 발포층(400)이 적층된 면의 반대편 일면에 각각 섬유층(510, 520)이 형성된 구조이다. 상기 수지 필름층(610, 620)은 수지 발포층(400)과 섬유층(510, 520) 사이의 계면 접합력을 높이고, 수지 혹은 첨가제 종류에 따라 기능성을 부여할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

제조예 1 내지 3

고유점도 0.64의 폴리에스테르를 사용하여 부피제어부가 4개, 6개, 12개인 섬유를 각각 제조하였다. 방사온도 285℃에서 방사속도를 1,000 m/min로 방사후 연신비 3.8로 연신후 크림퍼(crimper)를 통해 권축을 부여하여 단섬유 섬도 7 De이고, 섬유장 64 mm인 섬유를 제조하였다.

비교제조예 1 내지 3

제조예 1과 동일하되, 원형 단면 섬유, 원형 중공 단면 섬유, 폴리에스테르 고유점도 0.64와 0.50을 복합방사한 원형 중공 단면 섬유를 제조하였다.

실험예 1

제조예 및 비교제조예에서 제조된 섬유에 대해서, 물성 측정을 실시하였다. 구체적인 물성 측정 방법은 다음과 같이 실시하였다.

* 복합 섬유의 벌키성

가. 시험 방법

- 준비된 시료를 20±2g 정량한다.

- 시료를 개섬 기구를 이용하여 1 분간 개섬한다.

- 개섬된 시료를 측정용 비커(Beaker)에 넣어 균일하게 충진되도록 끝까지 2 회(4 cm) 다운(Down) 시킨다.

- 누름판을 용기 윗부분에 위치한 후 전자저울을 0"으로 세팅한다.

- 최초 10 cm 지점부터 4 cm 지점까지 1 cm 단위로 내리면서 저울의 무게를 기록한다.

- 다시 10 cm지점까지 올리면서 무게를 기록한다.

(눈금 이동 속도 2 초/㎝)

나. 벌키성

- 초기벌키: 섬유의 벌키 특성, 10cm 압축시 값

- 압축벌키: 섬유의 반발 특성 (압축 10~5 cm 값 + 4 cm 값)/2

- 회복벌키: 섬유의 탄성 회복특성 (회복 10~5 cm 값 + 4 cm 값)/2

* 중공율

섬유의 중공율은 섬유의 전체 면적대비 중공이 차지하는 면적의 비로 계산하였으며, 부피제어부가 있는 중공섬유의 경우 피니언이 접한 내원의 면적대비 중공이 차지하는 면적비로 측정하였다.

측정결과는 아래 표 1에 나타내었다.

		제조예			비교제조예
		1	2	3	1	2	3
단위형상		4개 부피제어부 중공	6개 부피제어부 중공	12개 부피제어부 중공	원형	원형중공	원형중공
중공율(%)		19	21	18	-	22	6
벌키	초기	310	390	380	20	47	280
	압축	11050	11900	11000	6500	8800	9000
	회복	4600	4900	4800	2500	3400	3900

상기 표 1에서와 같이, 제조예 1 내지 3에 의한 섬유는 부피제어부의 간섭효과로 인해 벌키성이 우수한 것으로 시험되었다. 또한, 섬유 집합체 내에서 제조예 1 내지 3에 의한 섬유들은 도 8에 도시된 바와 같이 부피제어부가 인접한 섬유의 부피제어부와 간섭하면서 공간을 확보하면서 벌키성이 향상된 것으로 나타났다.

실시예 1

제조예 2에서 제조된 이형단면 중공섬유 75 중량부 및 결속제 25 중량부를 혼합하여, 섬유층을 제조하였다.

제조된 섬유층을 폴리에스테르 발포층의 일면에 적층하여, 복합체를 제조하였다.

실시예 2

제조예 1에서 제조된 이형단면 중공섬유 40 중량부 및 세섬 폴리프로필렌 섬유 60 중량부를 혼합하여, 섬유층을 제조하였다.

제조된 섬유층을 폴리에스테르 발포층의 양면에 적층하여, 복합체를 제조하였다.

실시예 3

폴리에스테르 발포층의 일면에 폴리에스테르 필름과 위에서 제조한 섬유층을 순차 적층하여, 복합체를 제조하였다.

실시예 4

폴리에스테르 발포층의 양면에 폴리에스테르 필름과 위에서 제조한 섬유층을 각각 순차 적층하여, 복합체를 제조하였다.

비교예 1

제조예 2에서 제조된 이형단면 중공섬유 75 중량부 및 결속제 25 중량부를 혼합하여, 섬유층을 제조하였다. 별도의 폴리에스테르 발포층은 적층하지 않았다.

비교예 2

폴리에스테르 발포층을 단독으로 형성하였으며, 별도의 섬유층은 적층하지 않았다.

실험예 2

*흡음성 측정 방법: KS F 2805 잔향실법 측정방법을 이용하여 0~10,000 Hz 의 흡읍률을 측정하고, NRC(noise reduction coefficient) 값을 산출하였다. NRC는 250, 500, 1,000 및 2,000 Hz에서의 흡음률 평균값을 나타낸 것이다.

*차음성 측정 방법: KS F 2862에 의거한 Apamat 측정장비를 활용하여 주파수 1~8,000 Hz의 투과손실 값을 구한다. 비교를 위해, 8,000 Hz의 투과손실 값을 비교하였다.

측정 결과는 하기 표 2와 같다.

구 분			실시예 1	실시예 2	비교예1	비교예2
조 건	섬유층	이형단면 중공섬유 함량(중량부)	75	40	75	-
	섬유층	결속제의 함량(중량부)	25	60 (PP 섬유)	25	-
	두께	섬유층 (mm)	5	5	15	-
	두께	PET 발포폼(mm)	10	10	-	15
물 성	흡음성	NRC	0.5	0.4	0.32	0.16
물 성	차음성	dB	33	29	5	22

표 2의 결과를 참조하면, 실시예 1 및 2의 복합체는 흠음성과 차음성이 모두 우수한 것을 알 수 있다. 섬유층만을 형성한 비교예 1의 경우에는 차음성이 현저히 저하되는 것을 확인하였으며, 발포폼을 이용하여 발포층만을 형성한 경우에는 흡음성이 현저히 저하되는 것을 확인하였다.

위 표 2에는 도시되지 않았으나, 실시예 3 및 4의 경우에는 폴리에스테르 필름을 게재함으로써, 흡음 및 차음 성능이 더욱 향상됨을 확인하였다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

10: 이형단면 중공섬유
M: 중심점
100: 중공부
200: 형태유지부
300: 부피제어부
310: 피크
330: 밸리
400: 수지 발포층
510, 520: 섬유층
610, 620: 수지 필름층

Claims

경질 보드 형태의 폴리에스테르 수지 발포층; 및 상기 발포층의 일면 또는 양면에 적층되며, 이형단면 중공섬유의 집합체를 포함하는 망상 구조의 섬유층을 포함하고,
상기 수지 발포층과 섬유층 사이에는 폴리에스테르 필름이 게재되며,
상기 섬유층은 이형단면 중공섬유 60 내지 90 중량부 및 결속재 40 내지 10 중량부를 포함하고,
상기 이형단면 중공섬유는, 평균 길이가 51 내지 64㎜이며, 평균 굵기가 6 내지 8 데니어이고, 단면 형상을 기준으로 중공부, 형태유지부 및 부피제어부로 이루어지되,
상기 부피제어부는 섬유 중심의 반대 방향으로 돌출된 형태일 수 있으며, 돌출된 형태의 말단부는 라운드 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하고,
부피제어부의 돌출된 형태인 말단부의 최상부를 피크로 정의하고, 부피제어부의 돌출된 형태인 말단부 사이를 밸리로 정의할 때 하기 조건 (1) 및 (2) 중 어느 하나 이상을 만족하는 복합체를 포함하고,
KS F 2805에 따른 흡음률이 0.35 NRC 이상이며,
KS F 2862에 따른 차음률이 25dB 이상인 것을 특징으로 하는 흡차음재:
(1) -3 ≤ Z ≤ 4
(2) 0.9 ≤
≤ 1.8
여기서, Z는 피크의 곡률반경(R)과 밸리의 곡률반경(r)의 편차를 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
상기 수지 발포층은 하기 일반식 1을 만족시키는 것을 특징으로 하는 흡차음재:
[일반식 1]
X/Y ≥ 1.5
상기 일반식 1에서 X는 KS M ISO 844에 따른 수지 발포층의 굴곡강도(N/cm²)를 나타내고, Y는 KS M ISO 845에 따른 수지 발포층의 밀도(kg/m³)를 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
상기 수지 발포층은,
수지 발포층의 적어도 일면에 형성된 기능성 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡차음재.
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제 1 항에 있어서,
상기 이형단면 중공섬유는 하기 조건 (3) 및 (4) 중 어느 하나 이상을 만족하는 흡차음재:
(3)
≥ 0.80
(4)
≥ 0.30
여기서,
CTmax-R은 CTmax의 중심점(CTmaxM)과 중심점(M)간의 차이값을 나타내고,
CTmin-R은 CTmin의 중심점(CTminM)과 중심점(M)간의 차이값을 나타내고,
Ctmax-r은 Ctmax의 중심점(CtmaxM)과 중심점(M)간의 차이값을 나타내고,
Ctmin-r은 Ctmin의 중심점(CtminM)과 중심점(M)간의 차이값을 나타내고,
CTmax는 T1을 기준으로 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 다음 차 순위 큰 값을 갖는 부피제어부(300)의 접선을 연결하여 형성된 원이고,
CTmin은 T2를 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 다음 차순위 작은 값을 갖는 부피제어부(300)의 접선을 연결하여 형성된 원이고,
Ctmax는 t1을 기준으로 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 다음 차 순위 큰 값을 갖는 부피제어부(300)의 접선을 연결하여 형성된 원이고,
Ctmin은 t2를 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 다음 차순위 작은 값을 갖는 부피제어부(300)의 접선을 연결하여 형성된 원이고,
T1은 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 가장 큰 값이고,
T2는 중심점(M)으로부터 피크(310)까지의 거리가 가장 작은 값이고,
t1은 중심점(M)으로부터 밸리(330)까지의 거리가 가장 큰 값이고,
t2는 중심점(M)으로부터 밸리(330)까지의 거리가 가장 작은 값이다.
제 1 항에 있어서,
상기 이형단면 중공섬유는, 섬유의 단면을 기준으로, 부피제어부가 평균 4 내지 12개 형성된 흡차음재.
제 1 항에 있어서,
상기 이형단면 중공섬유는, 섬유의 단면적을 기준으로, 중공부의 중공율이 평균 15 내지 30%인 흡차음재.
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제 1 항에 따른 흡차음재를 포함하는 자동차용 내장재.