KR101875928B1 - 압축회복력이 우수한 흡음성 섬유집합체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다엽형상의 이형 중공 단섬유 25~40중량%, 1.5데니어 미만의 세섬도 단섬유 40~55중량% 및 저융점 단섬유 20~35중량%로 이루어진 웹 또는 시트로 구성되되, 상기 웹 또는 시트는 히팅본딩에 의한 열융착으로 고정되고, 두께는 10~35mm이고, 면밀도는 150~600gsm인 것을 특징으로 하는 압축회복력이 우수한 흡음성 섬유집합체 또는 스펀본드 부직포를 더 포함하는 압축회복력이 우수한 흡음성 섬유집합체에 관한 것이다.

Description

압축회복력이 우수한 흡음성 섬유집합체{Sound-absorbing fibrous Assemblies having excellent compressive recovered force}
본 발명은 압축회복력이 우수한 흡음성 섬유집합체에 관한 것으로, 다양한 단면 및 형태의 섬유를 혼섬하여 제조한 압축회복력이 우수한 흡음성 섬유집합체에 관한 것이다.
흡음과 관련한 소재로 다양한 종류의 흡음재(sound absorber)가 음향을 흡수하기 위해 다수의 상이한 분야들에서 사용된다. 공지된 흡음재는 개방 셀(open-cell) 재료, 예컨대 유리솜(glass wool), 암면(rock wool), 스펀지(sponge), 펠트(felt) 또는 우레탄 발포체(urethane form); 다공성 재료, 예컨대 다공성 소결 보드(sintered board), 금속 섬유 보드(metallic fiber board) 또는 발포 금속 보드(foam metal board); 개방 셀 쵸크 보드(chalk board); 시트 재료와 부직물(nonwoven) 흡음재의 조합물; 또는 특정 필름들을 포함한다.
다양한 분야 중에서 자동차의 엔진에서 발생하는 소음을 제어하기 위한 흡음재도 많이 사용되는데, 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.
일반적으로 엔진 커버용 흡음재는 극세사로 멜트블로운 공법에 의해 제작되는 부직포를 사용하여 엔진 출력음, 타이어 마찰음, 바람 소리 등을 차단한다.상기 극세사 흡음재는 내부가 극세섬유 및 공기층으로 구성되어 있는 다공질 재료로서, 음파가 흡음재 내부로 입사하면 미세섬유와의 마찰로 인해 음파 에너지가 열 에너지로 변환되어 소음을 감소시키는 기능을 한다. 또한, 우레탄폼, 펠트 등의 타 흡음재 대비 저중량, 고흡음 성능을 보유한 흡음재의 기능을 가진다.
폴리프로필렌은 저흡습성, 수분배출성 및 낮은 열전도성 등의 물성으로 흡음재로서 많이 사용되나, 녹는점이 160℃로 다른 고분자수지에 비하여 낮은 융점을 가져 상대적으로 열에 취약할 수 있다. 대표적으로 많이 사용되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 즉 폴리에스테르의 경우 녹는점이 260℃로 폴리프로필렌에 비하여 100℃이상 차이가 나는바 열에 대하여 폴리프로필렌에 비하여 안정성을 가질 수 있다. 흡음재로서 사용되는 고분자의 녹는점이 낮게 되면, 엔진과 같이 작동시 열이 발생하는 주위 환경에서는 물질이 녹는 현상이 발생하여 가압하에서 압축된 후 회복되는 능력이 떨어져 변형률이 높아지고 탄력성이 떨어지며 내구성이 약화된다.
대한민국 등록특허 제10-1071193호는 소음을 흡수 및 차단하는 흡음성 부직포에 관하여 개시하고 있는바, 멜트블로운 부직포층의 양면에 장섬유 스판본드 부직포층을 적층하여 벌키성 및 흡음성을 향상시켰으나, 양 표면을 필름화하여야 하는 추가 공정의 번거로움이 있고, 전 주파수 영역대의 소음을 차단할 수 없는 단점이 있다.
따라서 열적 안정성이 높고, 압축변형률이 낮으며 탄력성이 우수하고 전 주파수대 영역에서 흡음성을 갖는 소재 및 공정의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 데드에어층을 보유하여 부피 안정성을 갖는 소재를 사용함으로써 가압 하에 압축변형률이 낮아 회복력이 우수한 섬유집합체를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 열적 안정성을 갖는 소재를 사용함으로써 외부 환경의 온도에 영향을 적게 받는 섬유집합체를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 넓은 주파수 영역대에서 우수한 흡음성을 갖는 압축회복력이 우수한 섬유집합체를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다엽형상의 이형 중공 단섬유 25~40중량%, 1.5데니어 미만의 세섬도 단섬유 40~55중량% 및 저융점 단섬유 20~35중량%로 이루어진 웹 또는 시트로 구성되되, 상기 웹 또는 시트는 히팅본딩에 의한 열융착으로 고정되고, 두께는 10~35mm이고, 면밀도는 150~600gsm인 것을 특징으로 하는 압축회복력이 우수한 흡음성 섬유집합체를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 저융점 단섬유는 시스코어형의 이형섬유로, 코어부가 원형 또는 중공 형태인 것을 특징으로 하는 압축회복력이 우수한 흡음성 섬유집합체를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 섬유집합체는 흡음도가 0.70~1.10NRC이고, 영구 압축변형률이 30% 이하인 것을 특징으로 하는 압축회복력이 우수한 흡음성 섬유집합체를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 섬유집합체는 흡음도가 0.70~1.10NRC이고, 반복 압축변형률이 25% 이하인 것을 특징으로 하는 압축회복력이 우수한 흡음성 섬유집합체를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 다엽 형상은 4개 이상의 엽구조를 이루며, 상기 이형 중공 단섬유는 중공부, 형태유지부, 부피제어부로 이루어지되, 상기 부피제어부는 섬유 중심의 반대 방향으로 돌출된 형태일 수 있으며, 말단부는 라운드 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축회복력이 우수한 흡음성 섬유집합체를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 시스코어형 저융점 단섬유의 코어부는 폴리에스테르 수지로 형성, 시스부는 테레프탈산을 포함하는 디카르본산 성분과 에틸렌글리콜을 포함하는 디올성분이 축중합된 공중합 폴리에스테르 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 압축회복력이 우수한 흡음성 섬유집합체를 제공한다.
또한, 흡음성 섬유집합체는 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르로 구성되는 스펀본드 섬유집합체를 더 포함하고, 상기 스펀본드 섬유집합체는 면밀도가 15 내지 50gsm인 것을 특징으로 하는 압축회복력이 우수한 흡음성 섬유집합체를 제공한다.
본 발명은 구성 섬유의 원료, 중량비, 형상, 섬도의 다양한 요소의 조합으로 섬유집합체를 형성함으로써 열에 강하고 압축회복력이 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 데드에어층을 넓게 확보하여 탄력성 및 부피안정성을 갖고, 넓은 주파수 영역대의 음에너지의 전달을 방해하여 우수한 흡음성을 갖는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 이형 중공 단섬유의 단면도.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 이형 중공 단섬유 단면의 개념도.
도 8은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 세섬도 단섬유의 단면도.
도 9는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 원형의 시스코어형 저융점 단섬유의 단면도.
도 10은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 중공의 시스코어형 저융점 단섬유의 단면도.
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 발명은 이형 중공 단섬유, 세섬도 단섬유 및 저융점 단섬유로 이루어진 웹 또는 시트로 구성될 수 있다.
상기 이형 중공 단섬유(10)는 다수개의 엽구조를 포함하는 다엽 형상으로 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 이형 중공 단섬유는 중공부(100), 형태유지부(200), 부피제어부(300)로 이루어질 수 있다. 상기 중공부(100)의 중공율은 섬유 전체 면적에서 약 15 내지 30%임이 바람직하다. 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 다르거나 같은 R과 r 값이 결정될 수 있다.(도 3)
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 4 내지 7)
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 ≤
Figure 112016110055137-pat00001
≤ 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, Ctmax-r, Ctmin-r이 다음 조건을 만족할 수 있다.
(3)
Figure 112016110055137-pat00002
≥ 0.80
(4)
Figure 112016110055137-pat00003
≥ 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 : 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 것일 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 섬유집합체에서 벌키성에 영향을 미칠 수 있다. 조건 (4)는 섬유형태성으로 해석될 수 있는데 중공부(100)와 형태유지부(200)의 형성성에 영향을 줄 수 있다. 상기 범위 외에서는 중공형성성과 섬유의 형태유지가 불안정할 수 있다.
본 발명에서 이형중공 단섬유의 다엽 형상은 4개 이상의 엽구조를 이루는 것을 의미하며, 구체적으로 상기 이형중공 단섬유의 표면에 부피제어부가 4 내지 12개가 형성되는 것을 의미할 수 있다. 엽의 구조가 4개 이상을 형성함으로써 데드에어층의 확보율이 증가하고, 데드에어층 내부의 기체분자가 분자운동을 하여 탄력성, 부피 안정성을 형성할 수 있다. 상기 부피안정성이 형성되어, 일정한 가압이 형성되더라도 이를 제거한 경우 분자 운동이 재개되어 회복이 이루어지고, 압축변형률이 낮은 우수성이 있다. 또한, 데드에어층에 의하여 음에너지가 회절 또는 난반사, 열에너지로의 전환이 이루어짐으로써 흡음성이 증가하고, 데드에어층의 단열효과에 의하여 보온성도 증가할 수 있다.
상기 웹 또는 시트를 구성하는 이형 중공 단섬유의 중량비는 25~40중량%이고, 바람직하게는 25~35중량%, 더 바람직하게는 25~30중량%를 형성할 수 있다.
이형 중공 단섬유가 25중량% 미만이면 데드에어층 및 중공부의 보유량이 줄어들어 넓은 주파수 영역대의 흡음 효과가 감소하고, 분자 운동에 의한 압축 회복도 더뎌질 수 있으며, 이형 중공 단섬유가 40중량% 초과이면 조직 밀도가 감소하여 경량성은 있으나 내구성이 약화될 수 있다. 상기 중공부는 고주파, 저주파를 포함한 전 주파수 영역대에서 흡음 효과를 갖는 특성이 있다.
본 발명의 구성 중 세섬도 단섬유는 일반적으로 통용되는 세섬도 사이즈로 형성될 수 있고, 바람직하게는 1.5데니어 미만의 세섬도 단섬유로 형성될 수 있다. 상기 1.5데니어 미만의 세섬도 단섬유로 형성됨으로써 동일 두께 적층시 더 많은 층을 확보하여 조직의 밀도가 증가되어 두께가 얇아도 흡음성 및 단열성을 향상시키고 섬유집합체의 치밀한 구조를 형성하여 내구성을 강화시킬 수 있다.
상기 웹 또는 시트를 구성하는 단섬유의 세섬도 단섬유의 중량비는 40~55중량%, 바람직하게는 40~45중량%이다. 40중량% 미만인 경우 조직 밀도가 떨어져 내구성이 약할 수 있고, 55중량%를 초과하는 경우 데드에어층의 확보가 줄어들어 탄력성 및 부피안정성이 떨어져 압축회복력이 줄어들 수 있다.
본 발명의 구성 중 저융점 단섬유는 히팅본딩 공정시 열융착에 사용되는 바인더 섬유, 즉 결합재로 사용될 수도 있다.
상기 웹 또는 시트를 구성하는 저융점 단섬유는 20~35중량%으로 형성될 수 있고, 바람직하게는 20~25중량%일 수 있다. 20중량% 미만이면 열융착에 의한 결합 형성력이 감소하여 생산성이 저하될 수 있고, 35중량%를 초과하면 용융되는 결합재의 양이 많아 부피안정성이 무너지고, 데드에어층의 넓이가 감소하여 압축회복력 및 흡음성이 감퇴할 수 있다.
또한, 상기 저융점 단섬유의 형상은 제한하지 않으나, 바람직하게는 시스코어형의 이형섬유로, 코어부가 원형, 중공 또는 일부 중공 형태일 수 있다. 상기 코어부가 중공을 이루면 압축 회복 및 흡음을 위한 구성 섬유로 사용될 수도 있고, 중공으로 인해 넓은 영역의 주파수대의 음에너지를 방해하여 흡음성을 향상시킬 수 있다. 또한, 중공으로 확보된 데드에어층으로 부피안정성도 확보할 수 있다.
본 발명의 일실시예로 상기 저융점 단섬유는 시스부와 코어부를 갖는 시스코어형 중공으로, 상기 코어부는 폴리에스테르 수지로형성되고, 상기 시스부는 테레프탈산을 포함하는 디카르본산 성분과 에틸렌글리콜을 포함하는 디올성분이 축중합된 공중합 폴리에스테르 수지로 형성될 수 있다.
상기 코어부의 폴리에스테르 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate, PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(Polybutylene terephthalate, PBT), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(Poly Trimethyleneterephthalate, PTT) 중 어느 하나를 사용할 수 있을 것이다.
상기 폴리에스테르 수지의 고유점도가 높으면 중공형 시스-코어형 열접착 복합섬유 제조시 코어부 내의 중공형태가 내원방향으로 몰림현상이 증가하여 중공율도 감소할 수 있으므로 상기 코어부를 형성하는 폴리에스테르의 고유점도는 0.50~0.64dL/g인 것이 바람직할 것이다.
상기와 같이 형성되는 시스부의 공중합 폴리에스테르는 융점이 없이 연화거동만을 보이는 것을 특징으로 한다.
상기 일실시예에 의한 시스코어형 중공 저융점 단섬유는 중공형태의 복합섬유로 중공율은 경량성, 벌키성, 흡음성, 보온성 등의 다기능 성능에 직접적인 영향을 끼치는 인자이며, 중공율이 너무 낮으면 경량성, 벌키성, 흡음성, 보온성, 부피안정성 등의 다기능 성능이 저하될 수 있으므로 중공율이 7%이상인 것이 바람직할 것이다.
상기 시스부와 코어부는 중량비 30:70~70:30으로 형성되어 본 발명의 시스코어형 중공 저융점 단섬유를 형성하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 단섬유는 섬유상으로 형성될 수 있는 모든 소재로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 폴리에스테르(polyester)가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 나일론 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 폴리에스테르계 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리트리메틸렌테레프탈산(PTT), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리콜(PETG), 폴리시클로헥산디메틸렌테레프탈레이트(PCT)로 이루어진 군에서 1이상 선택될 수 있다.
다만, 본 발명은 히팅본딩 공정에 의한 열융착으로 고정하여 섬유집합체를 형성하는바, 열적안정성이 우수한 원료 또는 소재를 사용함으로써의 섬유집합체의 손상을 방지함이 바람직하다. 일예로 폴리프로필렌의 경우 녹는점이 160℃임에 반해 폴리에스테르의 경우 녹는점이 260℃이므로, 히팅본딩 공정으로 섬유집합체를 고정하면 회복성, 흡음성, 단열성 등의 다 기능을 유지하기에 더욱 바람직할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의한 섬유집합체는 비제한적인 예로서 열가소성 수지인 폴리에스테르로 이루어질 수 있고, 이는 냉각 및 고화 공정에서 결정화 속도차로 인한 자발크림프 발현을 통해 단섬유 상태나 섬유집합체 형태에서 벌키성 및 탄력성을 향상시키는데 기여할 수 있다.
상기 섬유집합체의 두께는 제한이 없으나, 흡음력 및 압축회복력을 우수하게 하기 위하여 10~35mm으로 함이 바람직하고, 15~25 mm를 형성함이 더 바람직하다. 10mm미만이면 흡음성 및 압축회복력 등의 기능성이 떨어지고, 35mm를 초과하면 추가공정 또는 이후 가공 및 사용상의 불편함이 있다.
상기 섬유집합체의 면밀도도 제한이 없으나, 흡음력 및 압축회복력을 우수하게 하기 위하여 150~600gsm으로 함이 바람직하고, 250~500gsm으로 함이 더 바람직하다.
면밀도가 150gsm 미만이면 열적안정성이 감소하고, 흡음성이 저하되는 문제가 있고, 600gsm을 초과하면 경량성이 떨어지고, 탄력성 및 압축회복력이 떨어지는 문제가 있다.
상기 섬유집합체는 흡음성을 가질 뿐만 아니라 압축변형률도 낮아 회복력이 우수한 특성을 갖는다.
또한, 상기 섬유집합체는 별도의 스펀본드 섬유집합체를 더 포함할 수 있다. 상기 스펀본드 섬유집합체의 면밀도는 15 내지 50gsm이고, 바람직하게는 25 내지 35gsm이다. 일실시예로 히팅본딩에 의해 열융착 공정으로 형성된 부직포 380gsm에 스펀본드 부직포 50gsm이 결합된 부직포를 형성할 수 있다.
상기 스펀본드 섬유집합체를 구성하는 원료는 제한하지 않으나, 일반적으로 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르가 많이 사용된다. 또한, 형상, 섬도 등에 있어서도 제한되지 않으므로 원형, 이형, 시스코어형, 중공형 등의 다양한 형상을 포함하고, 세섬도, 태섬도 모두 포함한다.
상기 스펀본드 섬유집합체를 더 포함하면 섬유의 미세기공이 많이 포함되어, 공극이 증가하고, 조직 밀도가 증가함에 따라 흡음성이 향상되는 효과가 있다.
상기 스펀본드 섬유집합체는 필라멘트를 사용하는 것으로 장섬유의 섬유집합체이다. 본 발명의 일실시예에 의한 단섬유로 구성된 히팅본딩 섬유집합체와 장섬유로 구성된 스펀본드 섬유집합체가 상호 작용하여 증가한 공극과 공극의 불규칙 배열에 의하여 음에너지의 난반사 및 열에너지로의 전환율이 증가하여 흡음성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의한 스펀본도 섬유집합체의 제조공정은 일반적으로 통용되는 공정으로 이루어진다. 구체적으로 고분자를 연속필라멘트로 직접 방사하는 공정, 임으로 배열하여 적층하고 웹을 형성하는 공정 및 섬유간의 결합을 증진시키고 형태를 안정화하는 결합 공정으로 이루어질 수 있다.
이하 실시예로서 설명한다. 다만 본 발명이 실시예로 한정되는 것은 아니다.
(De'는 섬유 단위인 denier를 의미한다.)
실시예 1
폴리에스테르(PET) 이형 중공 단섬유 30중량%, 폴리에스테르(PET) 0.7De’인 세섬도 단섬유 40중량%, 바인더 섬유로 원형의 시스코어형 폴리에스테르(PET) 저융점 단섬유 30중량%를 히팅본딩으로 열융착 공정 여 제조된 부직포를 준비한다. 열융착 부직포의 면밀도는 380gsm이고, 두께는 20mm이다.
실시예 2
실시예 1과 동일한 섬유를 이용하되, 면밀도는 430gsm이다.
실시예 3
실시예 1과 동일한 섬유를 이용하되, 폴리프로필렌 스펀본드 부직포 50gsm을 더 포함한다.
실시예 4
실시예 1과 동일한 섬유를 이용하되, 중공의 시스코어형 저융점 단섬유를 사용하고, 폴리프로필렌 스펀보드 부직포 50gsm을 더 포함한다.
비교예 1
실시예 1과 동일하되, 이형 중공 단섬유가 원형 단섬유이다.
비교예 2
실시예 1과 동일하되, 이형 중공 단섬유가 원형 중공 단섬유이다.
비교예 3
실시예 1과 동일하되, PET 0.7De’인 세섬도 단섬유 대신 섬도가 다른 1.8De’ 단섬유이다.
비교예 4
실시예 1과 동일하되, PET 0.7De’인 세섬도 단섬유를 제외하고 PET 이형 중공 단섬유 70중량%, 원형의 시스코어형 저융점 단섬유 30중량%를 혼합한다.
비교예 5
실시예 3과 동일하되, 이형 중공 단섬유 대신에 원형 단섬유이다.
비교예 6
실시예 3과 동일하되, 이형 중공 단섬유 대신에 원형 중공 단섬유이다.
비교예 7
실시예 3과 동일하되, PET 0.7De’인 세섬도 단섬유 대신 섬도가 다른 1.8De’ 단섬유이다.
비교예 8
실시예 3과 동일하되, PET 0.7De’인 세섬도 단섬유를 제외하고 PET 이형 중공 단섬유 70중량%, 원형의 시스코어형 저융점 단섬유 30중량%를 혼합한다.
비교예 9
멜트블로운 초극세사와 PET 원형단면 단섬유가 50:50의 중량비로 사용되어, 멜트블로운 섬유웹을 제조한다. 중량이 430gsm이고, 두께는 20mm이다.
비교예 10
비교예 9과 동일하되, 원형단면 단섬유 대신 중공단면 단섬유이다.
비교예 11
비교예 9와 동일하되, 원형단면 단섬유 대신 이형 중공단면 단섬유이다.
가. 영구 압축 변형률
KS M 6518에 준하는 장비를 이용하여, 제조된 부직포를 22시간 동안 초기 부직포 두께의 75%까지 압축하고, 압축제거 후 1시간 후의 두께로써 하기 식에 의하여 영구 압축 변형률을 측정하였다.
* 영구 압축 변형률(%) = (초기 부직포 두께 압축 후 부직포 두께) / (초기 부직포 두께) * 100
나. 반복 압축 변형률
자체 평가 방법에 의하여 부직포를 85kgf의 압력으로 30분동안 120회 반복 압축하고, 1시간 후의 두께로써 하기 식에 의하여 반복 압축 변형을 측정하였다.
* 반복 압축 변형률(%) = (초기 부직포 두께 압축 후 부직포 두께) / (초기 부직포 두께) * 100
다. 잔향실법에 의한 흡음성 측정
ISO 354(KS F 2805: 잔향실내의 흡음도 측정방법)에 준하는 장비를 사용하여 측정하였다. 시험편의 크기는 1.0m x 1.2m로하며, 잔향시간은 초기 읍압 대비 20dB 감쇄되었을 때로 하며, 음원은 1/3 Octave band 음원을 사용했다. 주파수 범위는 0.4~10kHz 범위에서 흡음도를 측정하였다.
*
Figure 112016110055137-pat00004
a : 잔향실법 흠음도
c : 공기중의 음속 (m/s)
c = 331 + 0.6t (t : 공기의 온도)
S : 시료 면적 (㎡)
V : 잔향실 용적 (㎥)
T2 : 시료를 넣지 않은 상태에서의 잔향시간 (s)
T1 : 시료를 넣은 상태에서의 잔향시간 (s)
구분 흡음도(NRC)
주파수
(Hz)		 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4
0.4k 0.22 0.25 0.39 0.40
0.5k 0.37 0.40 0.55 0.56
0.63k 0.48 0.51 0.58 0.60
0.8k 0.60 0.63 0.68 0.75
1k 0.60 0.62 0.85 0.89
1.25k 0.70 0.75 0.92 0.95
1.6k 0.78 0.80 0.98 1.02
2k 0.76 0.82 1.05 1.07
2.5k 0.77 0.85 1.04 1.10
3.15k 0.75 0.85 0.98 1.00
4k 0.76 0.84 0.95 0.99
5k 0.77 0.83 0.94 0.98
6.3k 0.70 0.80 0.88 0.90
8k 0.73 0.79 0.86 0.89
10k 0.72 0.79 0.92 0.92
영구압축
변형률(%)		 29 29 30 28
반복압축
변형률(%)		 24 23 24 22
실시예 1과 실시예 2를 비교하면 두께가 두꺼워질수록 공극이 많아져서 흡음성이 우수해지고, 실시예 2와 실시예 3을 비교하면 동일 면밀도에서 스펀본드 부직포를 포함할 때 흡읍성이 더 우수해짐을 확인할 수 있다.
실시예 3과 실시예 4를 비교하면 시스코어형 저융점 단섬유를 사용할 때 흡음성 및 압축회복력이 우수함을 확인할 수 있다.
구분 흡음도(NRC)
주파수
(Hz)		 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
0.4k 0.16 0.18 0.20 0.18
0.5k 0.24 0.25 0.31 0.30
0.63k 0.30 0.33 0.35 0.33
0.8k 0.35 0.38 0.42 0.37
1k 0.35 0.40 0.45 0.39
1.25k 0.49 0.52 0.55 0.53
1.6k 0.52 0.60 0.62 0.53
2k 0.55 0.60 0.63 0.55
2.5k 0.57 0.61 0.64 0.58
3.15k 0.60 0.64 0.67 0.62
4k 0.61 0.65 0.68 0.63
5k 0.64 0.69 0.71 0.65
6.3k 0.60 0.62 0.65 0.63
8k 0.59 0.60 0.62 0.61
10k 0.68 0.71 0.73 0.72
영구압축
변형률(%)		 43 40 35 37
반복압축
변형률(%)		 34 31 28 30
실시예 1과 비교예 1 및 2를 비교하면 이형중공 단섬유를 사용함이 중공이 없거나 다른 형상을 갖는 단섬유보다 흡음성 및 압축회복력이 우수하고, 실시예 1과 비교예 3 및 4를 비교하면 일정 데니어 미만의 세섬도 단섬유를 포함할 때 흡읍성 및 압축회복력이 우수함을 확인할 수 있다.
구분 흡음도(NRC)
주파수
(Hz)		 비교예5 비교예6 비교예7 비교예8
0.4k 0.18 0.20 0.22 0.20
0.5k 0.37 0.38 0.44 0.42
0.63k 0.41 0.45 0.47 0.45
0.8k 0.47 0.50 0.55 0.49
1k 0.48 0.56 0.57 0.53
1.25k 0.62 0.67 0.69 0.67
1.6k 0.65 0.73 0.74 0.66
2k 0.67 0.72 0.76 0.67
2.5k 0.68 0.73 0.78 0.75
3.15k 0.69 0.74 0.79 0.78
4k 0.70 0.71 0.79 0.78
5k 0.72 0.79 0.80 0.79
6.3k 0.73 0.75 0.78 0.75
8k 0.70 0.72 0.77 0.74
10k 0.71 0.71 0.72 0.70
영구압축
변형률(%)		 41 39 35 36
반복압축
변형률(%)		 33 30 28 30
스펀본드 부직포를 혼합한 경우에도 실시예 3과 비교예 5 및 6을 비교하면 이형중공 단섬유를 사용함이 중공이 없거나 원형 또는 다른 형상을 갖는 단섬유보다 흡음성 및 압축회복력이 우수하고, 실시예 3과 비교예 7 및 8를 비교하면 일정 데니어 미만의 세섬도 단섬유를 포함할 때 흡읍성 및 압축회복력이 우수함을 확인할 수 있다.
즉, 이형 중공 단섬유와 일정 섬도 이하의 세섬도 단섬유 및 시스코어형의 중공 저융점 단섬유로 형성될 때 데드에어층이 상당량 확보되어 부피안정성이 형성되고 조직밀도가 치밀하여 흡음성 및 압축회복력과 관련된 기능이 우수해질 수 있다. 또한, 스펀본드 부직포를 결합할 때 더 우수한 효과를 확인할 수 있다.
구분 흡음도(NRC)
주파수
(Hz)		 비교예9 비교예10 비교예11
0.4k 0.15 0.18 0.20
0.5k 0.22 0.25 0.29
0.63k 0.31 0.32 0.35
0.8k 0.35 0.37 0.41
1k 0.40 0.38 0.43
1.25k 0.48 0.51 0.55
1.6k 0.55 0.57 0.60
2k 0.60 0.57 0.60
2.5k 0.62 0.58 0.60
3.15k 0.63 0.62 0.68
4k 0.65 0.64 0.65
5k 0.64 0.65 0.67
6.3k 0.60 0.59 0.61
8k 0.61 0.58 0.62
10k 0.65 0.70 0.72
영구압축
변형률(%)		 84 78 65
반복압축
변형률(%)		 78 70 53
비교예 9 내지 11은 멜트블로운 공정에 의하여 제조된 부직포에 관한 것으로, 저융점 단섬유를 이용하여 히팅공정으로 열융착하여 제조한 부직포가 흡음성이 우수하고, 압축변형률은 크게 낮게 나타나 회복력이 우수함을 확인할 수 있다.
영구 압축변형률이 낮게 형성되면, 장시간의 가압하에서도 낮은 압축변형률을 가져 우수한 회복력을 가진다. 또한, 반복 압축변형률도 낮게 형성되면, 다른 구성의 섬유집합체와 비교하여 반복적인 압력을 가하여도 우수한 회복력을 가질 수 있고 탄력성도 우수하다.
이는 본 발명의 구성 중 데드에어층에 존재하는 공기 분자가 가압이 제거된 이후에 다시 본연의 분자운동을 하여 서로 밀어내는 힘에 의해 압축을 회복하여 변형률이 낮게 형성되는 것이다.
일반적으로 멜트블로운 부직포는 일반적으로 폴리프로필렌(PP)를 사용하여 녹는점이 폴리에스테르(PET)에 의해 상대적으로 낮아 열적 안정성이 낮게 형성되나, 본 발명의 실시예에 의한 폴리에스테르(PET)를 이용한 열융착 공정의 부직포는 녹는점이 상대적으로 높아 열적 안정성이 우수하고 주위 온도가 높은 환경에서의 적용이 용이할 수 있다. 본 발명의 일실시예는 원료로서 적합한 수지에 대한 선택성뿐만 아니라, 단섬유의 구조, 형상적 특성도 기능에 관여한다.

Claims (7)

  1. 다엽형상의 이형 중공 단섬유 25~40중량%, 1.5데니어 미만의 세섬도 단섬유 40~55중량% 및 저융점 단섬유 20~35중량%로 이루어진 웹 또는 시트로 구성되되,
    상기 단섬유는 시스코어형 복합섬유로 코어부는 폴리에스테르 수지로 형성, 시스부는 테레프탈산을 포함하는 디카르본산 성분과 에틸렌글리콜을 포함하는 디올성분이 축중합된 공중합 폴리에스테르 수지로 형성되며,
    상기 코어부의 폴리에스테르 수지의 고유점도가 0.50~0.64dL/g, 중공율이 7%이상이고,
    상기 웹 또는 시트는 히팅본딩에 의한 열융착으로 고정되고,
    두께는 10~35mm이고, 면밀도는 150~600gsm인 것을 특징으로 하는 압축회복력이 우수한 흡음성 섬유집합체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저융점 단섬유는 시스코어형의 이형섬유로, 코어부가 원형 또는 중공 형태인 것을 특징으로 하는 압축회복력이 우수한 흡음성 섬유집합체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 섬유집합체는 흡음도가 0.70~1.10NRC이고, 영구 압축변형률이 30% 이하인 것을 특징으로 하는 압축회복력이 우수한 흡음성 섬유집합체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 섬유집합체는 흡음도가 0.70~1.10NRC이고, 반복 압축변형률이 25% 이하인 것을 특징으로 하는 압축회복력이 우수한 흡음성 섬유집합체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다엽 형상은 4개 이상의 엽구조를 이루며,
    상기 이형 중공 단섬유는 중공부, 형태유지부, 부피제어부로 이루어지되,
    상기 부피제어부는 섬유 중심의 반대 방향으로 돌출된 형태일 수 있으며, 말단부는 라운드 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축회복력이 우수한 흡음성 섬유집합체.
  6. 삭제
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 흡음성 섬유집합체는 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르로 구성되는 스펀본드 섬유집합체를 더 포함하고,
    상기 스펀본드 섬유집합체는 면밀도 15 내지 50gsm인 것을 특징으로 하는 압축회복력이 우수한 흡음성 섬유집합체.
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