KR101846574B1 - 자동차용 복합흡음재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중저주파 영역의 흡음율 개선 및 중량 저감 효과가 있는 자동차용 복합흡음재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 시트 형태의 섬유와 필름을 접합기구를 이용하여 합지하는 제1단계; 상기 필름과 합지한 섬유를 천공하여 천공부직포를 제작하는 제2단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 복합흡음재 제조방법을 제공한다.

Description

자동차용 복합흡음재 및 그 제조방법 {Composite sound absorbing materials for automobile and manufacture method of the same}

본 발명은 자동차용 복합흡음재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중저주파 영역의 흡음율 개선 및 중량 저감 효과가 있는 자동차용 복합흡음재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 차량의 소음 저감은 단순한 성능개선을 넘어 고객의 감성품질 차원에서 중요하게 다뤄지고 있으며, 차량의 정숙성은 브랜드 마케팅에 활용될 만큼 차량 개발에 있어 핵심항목이 되었다.

흡차음 성능개선은 흡차음재의 재질, 중량 및 두께 등과 밀접한 관계를 갖는바, 기존에는 자동차의 소음개선을 위해서 흡차음재의 중량 및 두께를 증가시켰으나 이는 연비 및 한정된 공간의 제약에 따른 한계가 있었다.

이에 최근에는 글래스울(glass wool), 레진펠트(resin felt), PET 펠트(polyethylene terephthalate felt) 등의 다공성 흡음재료를 사용하고 있는데, 이는 두께 및 중량 증가를 통한 고주파 영역에서의 흡음성능에는 유리하나 2kHz 이하의 중저주파 영역의 소음에 대해서는 개선이 어려운 단점이 있다.

이에 다양한 흡음재와 차음재를 적층 혼합하여 제작한 복합형 흡차음재가 상기의 다공성 흡음재료와 함께 이용되고 있다.

기존의 복합형 흡차음재는 다공질 구조의 흡음재와 비통기 구조의 차음재를 적층한 복합층 형태로 구성되며, 도 5에 나타낸 바와 같이, 스킨부직포와 PU(폴리우레탄) 폼 및 스킨부직포가 적층된 형태, 또는 스킨부직포와 레진펠트 및 고무(rubber)가 적층된 형태, 혹은 PU 폼과 고무 및 PET 펠트가 적층된 형태로 구성될 수 있다.

이러한 기존의 복합형 흡차음재는 예컨대 자동차의 후드 인슐레이터, 대쉬 인슐레이터, 대쉬 아이소패드 등으로 적용될 수 있다.

그러나, 상기와 같은 기존의 복합형 흡차음재는 고무류 등의 차음재를 사용함으로 중량이 증가하게 되는 단점이 있으며, 차음재를 포함하지 않는 경우(도 5의 (a) 참조)에도 상대적으로 두께 및 중량을 더욱 증가시켜 제작됨으로 결국 중량이 증가하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 점을 개선하기 위해 고안한 것으로서, 종래 대비 중저주파 영역의 흡음율을 개선하는 동시에 중량 절감이 가능한 자동차용 복합흡음재 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 시트 형태의 섬유와 필름을 접합기구를 이용하여 합지하는 제1단계; 상기 필름과 합지한 섬유를 천공하여 천공부직포를 제작하는 제2단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 복합흡음재 제조방법을 제공한다.

바람직하게는 상기 천공부직포의 일면 또는 양면에 흡음재를 접착하는 단계를 포함하며, 상기 흡음재를 접착하는 단계에서는, 파우더 형태의 열가소성 수지를 이용하여 흡음재와 천공부직포를 접착하거나 또는, 천공부직포의 필름으로 웹(web) 형태의 필름 혹은 접착성이 있는 필름을 사용하고 이 필름을 통해 흡음재와 천공부직포를 접착되게 한다.

또한, 상기 제2단계에서는 천공부직포의 홀 사이즈와 개구율 중 하나 이상을 변경 조절하여 흡음률을 조정하는데, 이때 상기 천공부직포는 0.01 ~ 3.0㎜의 직경을 가지는 홀이 타공된 형태로 제작될 수 있고 그 개구율은 0.1 ~ 3.0일 수 있다.

또한 본 발명은, 시트 형태의 섬유와 이 섬유의 양면에 접합되어 섬유에 비통기구조를 형성하는 필름으로 된 천공부직포로 이루어지며, 상기 천공부직포는 복수 개의 홀이 타공되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차용 복합흡음재를 제공한다.

바람직하게, 상기 천공부직포의 일면 또는 양면에는 흡음재가 접착되어 구성될 수 있다.

본 발명에 따라 제작한 자동차용 복합흡음재는 종래 대비 중저주파 영역의 흡음률을 개선하고, 두께 및 중량적 제한이 있는 차량의 한정된 공간에서 타공인자를 변경 조절하여 소음원에 따른 적절한 흡음 성능을 발휘할 수 있으며, 또한 기존의 중량 상승 요인으로 크게 작용하는 차음재의 삭제가 가능하여 종래 대비 중량 절감효과가 우수하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 복합흡음재를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 자동차용 복합흡음재의 제조공정을 개략적으로 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 천공부직포의 홀 사이즈, 홀 간격 및 개구율을 나타낸 표와 천공부직포의 타공패턴을 나타낸 도면,
도 4a는 본 발명의 천공부직포와 종래의 흡음재의 흡음률을 비교하여 나타낸 도면,
도 4b 내지 4d는 본 발명의 복합흡음재와 종래의 흡음재의 흡음률을 비교하여 나타낸 도면,
도 5는 종래의 복합형 흡차음재의 적층구조를 나타낸 예시도.

이하, 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.

본 발명은 중저주파 영역의 흡음율을 개선할 수 있는 천공부직포를 포함한 복합흡음재의 제조방법에 관한 것으로, 열간성형에 유리한 섬유(fabric)에 후가공을 통해 흡음성능을 부여하도록 하며, 이렇게 제작한 복합흡음재는 성형성이 우수하여 열간성형에 의한 부품화가 가능하게 된다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 복합흡음재는 크게 합지단계와 타공단계의 2단계로 이루어진다.

먼저, 합지단계에서는 준비한 섬유와 필름을 열롤러와 같은 접합기구(1)를 통해 합지한다.

여기서 상기 섬유는 시트(sheet) 형태로 사용가능한 모든 섬유를 총칭하며, 상기 필름으로는 다층(multi-layer) 필름을 사용하고, 이러한 필름은 섬유의 접합면(필름이 부착되는 부위)에 비통기 구조를 부여함과 동시에 후술되는 후면 흡음재를 위한 접착제 역할을 할 수 있다.

합지를 위한 열롤러는 작동시 합지가능한 온도범위(50~200℃)를 벗어나지 않으며, 합지 후 타공기구까지 도달하기 전 충분한 경화가 일어나야 하므로 열롤러와 타공기구 간에는 약 1m 이상의 적당한 거리가 있어야 한다.

상기 합지단계에서는 열롤러 외에도 다양한 접합기구를 사용하여 섬유와 필름을 합지할 수 있다.

다음, 타공단계에서는 타공기구(2)를 통해 앞서 필름과 합지한 섬유를 천공하여 상기 섬유에 수많은 구멍(홀)으로 된 다공(혹은 다공구조)을 형성한다.

이렇게 합지단계를 통해 필름과 합지한 섬유를 천공함으로써 상기 다공에 의해 에어갭(air gap)을 가지는 천공부직포가 제작된다.

상기 천공부직포는 홀 사이즈, 홀 간격 및 개구율 등을 도 3에 나타낸 표와 같이 형성하여 제작될 수 있으며, 이때 천공부직포의 타공패턴은 홀 간 간격을 고려하여 인접한 4개의 홀이 정사각 구조를 이루도록 형성되고, 개구율은 아래 식과 같이 단일 홀의 면적(혹은 크기)을 인접한 4개의 홀이 형성하는 스퀘어 면적(Area of square)으로 제산한 값으로 산출할 수 있다.

상기 식에서 r은 홀의 직경이고, w는 인접한 홀 간 간격이다.

상기 천공부직포는 0.01 ~ 3.0㎜의 직경을 가지는 홀이 타공된 형태로 제작될 수 있고 그 개구율은 0.1 ~ 3.0일 수 있으며, 예를 들어 도 3의 표와 같은 홀 사이즈와 개구율의 조합으로 제작될 수 있다.

여기서 상기 천공부직포의 홀 사이즈, 홀 간격 및 개구율은 도 3과 같은 범위로 한정되는 것은 아니며, 상기 천공부직포는 시트 형태(직물 및 편물류를 모두 포함한 섬유)로 제작 및 사용가능한 범위 내에서 변경 제작 가능하다.

또한, 상기 천공부직포를 구성하는 필름은 제작 후 천공부직포의 표면(홀을 제외한 표면)에 비통기구조를 구현할 수 있고 후술하는 흡음재와의 접착이 가능하면 다층 필름이 아니어도 무방하다.

또한, 상기 타공단계에서 이용하는 타공기구는 천공부직포의 홀 사이즈 및 개구율(도 3 참조)에 따라 설계된 것을 사용하며, 타공방식은 펀칭, 초음파, 레이저 타공 등을 적용할 수 있으나 이에 의해 한정되는 것은 아니며, 타공 후 홀이 다시 막히지 않는 구조이면 그 타공방법은 한정되지 않는다.

상기와 같이 제작한 천공부직포는 경우에 따라 흡음재와 적층되어 복합흡음재를 구성하게 된다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 복합흡음재는 천공부직포 단독으로 구성되거나, 또는 천공부직포의 일면에 흡음재를 적층 및 부착한 형태로 구성되거나, 또는 천공부직포의 양면에 흡음재를 적층 및 부착한 형태로 구성될 수 있다.

상기 복합흡음재는 기본적으로 천공부직포가 소음원을 향하도록 위치해야 하나, 부품(소음원)의 성형조건이 너무 가혹하거나, 혹은 부품이 외부로 노출이 되어 오염되기 쉬운 경우 이물질에 의한 천공부(천공부직포의 홀)가 막힘을 방지하기 위해 흡음재 사이에 천공부직포를 위치시켜 제작된다(도 1의 (c) 참조).

이렇게 흡음재 사이에 천공부직포를 개재할 경우 통기구조를 유지하기 위하여, 파우더 형태의 열가소성 수지를 이용하여 흡음재와 천공부직포를 접합하거나 또는, 웹(web) 형태의 필름 혹은 접착성이 있는 필름을 섬유와 함께 이용하여 천공부직포를 제작함으로써 상기 필름을 통해 천공부직포와 흡음재를 접착한다.

즉, 천공부직포의 제작시 섬유와 합지한 상기 필름을 통해 차후 접합되는 흡음재를 천공부직포의 양면에 접착되게 한다. 이때 상기 필름으로 접착성이 있는 필름을 이용하는 경우에는 필름의 접착성을 통해 흡음재를 접착시키고, 웹 형태의 필름을 이용시에는 웹 자체에 접착성이 없는 경우 수용성 접착제를 사용하고 웹 자체에 접착성이 있는 경우 웹의 접착성을 사용하는 방식으로 흡음재를 접착시킨다.

그리고, 파우더 형태의 열가소성 수지를 이용하는 경우에는 천공부직포와 흡음재 사이에 상기 열가소성 수지를 뿌려 개재한 뒤 일정 온도 이상의 열을 가함과 동시에 압착하는 공정으로 천공부직포와 흡음재를 접합시킬 수 있다.

여기서, 상기 흡음재는 통상적으로 흡음을 목적으로 사용되는 모든 다공질 재료를 총칭한다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 복합흡음재는 기존의 흡차음재로는 개선이 어려웠던 2kHz 이하의 주파수 영역의 흡음성능을 개선하기 위하여 저주파 영역에 유리한 흡음부재로 상기의 천공부직포를 사용함으로써 진동흡음에 유리한 판상재료(막진동에 의한 에너지 소실을 가능하게 함)와 공명흡음에 유리한 레조네이터(내부에 공동을 가지는 공동기구 목부에서 공기의 마찰손실에 의한 음파의 에너지 소실을 가능하게 함)를 복합적으로 이용하여 제작한 바와 같은 동등 혹은 유사 효과를 얻을 수 있으며, 특히 상기 천공부직포를 흡음재와 함께 이용함으로써 공명흡음 효과를 증대시킬 수 있다.

이러한 복합흡음재의 저주파 영역 흡음률은 타공인자 조절에 따라 그 피크점 이동이 가능하며, 상기 타공인자로는 천공부직포의 홀 사이즈와 개구율이 적용될 수 있다.

따라서 전술한 타공단계에서는 천공부직포의 다공을 형성하는 홀 사이즈와 개구율 중 하나 이상의 인지를 변경 조절하여 흡음률을 조정할 수 있다.

이와 같이 제작되는 복합흡음재는 종래의 흡차음재 대비 아래와 같은 장점이 있다.

1. 기존의 흡차음재로는 개선이 어려웠던 2kHz 이하의 중저주파 영역의 흡음성능을 향상시킬 수 있다.

2. 두께 및 중량적 제한이 따르는 차량 내 공간에 기존 흡차음재를 대체하는 용도로 설계 가능하며 그와 동일한 공간에 상용될 수 있고, 기존의 중량 상승 요인으로 크게 작용하는 고무류 등의 차음재의 삭제가 가능하여 종래 대비 중량 절감효과가 우수하다.

3. 타공 사양(혹은 타공인자 조절)에 따른 흡음률 피크점 이동으로 차량 부품별 흡차음 성능의 최적화가 가능하다.

4. 복합흡음재의 다층구조 구성이 종래 대비 상대적으로 용이하여 기존의 흡차음재 대용으로 혹은 흡차음재 적용 부품에 확대적용이 용이하다.

한편, 본 발명에 따른 복합흡음재의 흡음성능을 종래의 흡차음재와 비교한 결과를 도 4a 내지 4d에 나타내었다.

도 4a에서는 본 발명의 천공부직포와 종래의 흡음재로서 PP(polypropylene) 팽창보드의 흡음률을 보여주고 있고, 도 4b에서는 본 발명의 복합흡음재와 종래의 흡음재로서 PET 펠트의 흡음률을 보여주고 있다. 이때 상기 복합흡음재로는 천공부직포에 1200g의 PET 펠트를 접착하여 제작한 것을 사용하였고, 종래의 PET 펠트로는 복합흡음재를 구성하는 1200g의 PET 펠트와 동일한 것을 사용하였다.

도 4c에서는 도 4b에서와 같이 본 발명의 복합흡음재와 종래의 흡음재로서 PET 펠트의 흡음률을 보여주고 있는데, 상기 복합흡음재로는 1000g의 PET를 사용하여 두께 20㎜로 제작한 PET 펠트를 천공부직포에 접착하여 제작한 것을 사용하였고, 종래의 PET 펠트로는 상기 복합흡음재를 구성하는 두께 20㎜, 중량 1000g의 PET 펠트와 동일한 것을 사용하였다.

도 4d에서는 본 발명의 복합흡음재와 종래의 흡음재로서 글래스울의 흡음률을 보여주고 있으며, 이때 상기 복합흡음재로는 천공부직포에 글래스울을 접합하여 제작한 것을 사용하였고, 종래의 글래스울로는 복합흡음재를 구성하는 글래스울과 동일한 것을 사용하였다.

도 4b 내지 4d에 보이는 바와 같이, 종래 대비 본 발명에 따른 복합흡음재의 흡음률이 중저주파 대역에서 증대되었음을 확인할 수 있었고, 도 4a에 보이듯이 본 발명에 따른 천공부직포의 경우에도 종래 대비 중저주파 대역에서 흡음률이 개선되었음을 확인할 수 있었다.

이상으로 본 발명에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 설명에 의해 한정되는 것은 아니다.

1 : 접합기구
2 : 타공기구

Claims (7)

1. 시트 형태의 섬유와 비통기구조의 다층 필름을 접합기구를 이용하여 합지하는 제1단계;
   상기 다층 필름과 합지한 섬유를 천공하여 복수의 홀이 타공된 천공부직포를 제작하는 제2단계;를 포함하고,
   상기 제2단계에서는 상기 다층 필름과 합지한 섬유를 천공할 때 0.01 ~ 1.0㎜의 직경을 가지는 홀을 천공할 수 있는 펀칭과 초음파 및 레이저 타공방식 중 선택된 하나의 방식을 이용하며,
   상기 천공부직포는 0.01 ~ 1.0㎜의 직경을 가지는 복수의 홀이 타공되고 그 개구율이 0.1 ~ 3.0%인 것으로서, 홀 사이즈와 개구율 중 하나 이상을 변경 조절하여 흡음률을 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는 자동차용 복합흡음재 제조방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 천공부직포의 일면 또는 양면에 흡음재를 접착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 복합흡음재 제조방법.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 흡음재를 접착하는 단계에서는,
   파우더 형태의 열가소성 수지를 이용하여 흡음재와 천공부직포를 접착하거나 또는, 천공부직포의 필름으로 웹(web) 형태의 필름 혹은 접착성이 있는 필름을 사용하고 이 필름을 통해 흡음재와 천공부직포를 접착되게 하는 것을 특징으로 하는 자동차용 복합흡음재 제조방법.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 시트 형태의 섬유와 이 섬유의 양면에 접합되어 섬유에 비통기구조를 형성하는 다층 필름으로 된 천공부직포로 이루어지며,
   상기 천공부직포는 0.01 ~ 1.0㎜의 직경을 가지는 홀을 천공할 수 있는 펀칭과 초음파 및 레이저 타공방식 중 선택된 하나의 방식을 이용하여 복수 개의 홀이 타공되고 그 개구율이 0.1 ~ 3.0%인 것으로서, 홀 사이즈와 개구율 중 하나 이상을 변경 조절하여 흡음률이 조정되는 것을 특징으로 하는 자동차용 복합흡음재.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 천공부직포의 일면 또는 양면에는 흡음재가 접착되어 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 복합흡음재.
   

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