KR101978697B1 - 공명음 저감 타이어 및 그 제조방법 - Google Patents

공명음 저감 타이어 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공명음 저감 타이어 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 타이어의 이너라이너 내면 상에 내구성 및 내열성이 우수하며 산화에 의한 부식 방지 효과가 우수한 고분자 섬유를 적용하되, 통기성의 제1 흡음층과 비통기성의 제2 흡음층으로 이루어진 흡음재를 접합함으로써 흡음성능이 향상되어 공명음을 효과적으로 저감시키면서도 흡음재 소재의 내구성 및 내열성을 향상시키는 동시에 산화에 의한 부식을 방지할 수 있는 공명음 저감 타이어 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

공명음 저감 타이어 및 그 제조방법{CAVITY NOISE REDUCTION TIRE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 타이어의 이너라이너 내면에 내구성 및 내열성이 우수하며 산화에 의한 부식 방지 효과가 우수한 고분자 섬유를 적용하되, 제1 흡음층 및 제2 흡음층의 이중구조로 흡음재를 접합함으로써 흡음성능이 향상되어 공명음을 효과적으로 저감시킬 수 있는 공명음 저감 타이어 및 그 제조방법에 관한 것이다.
차량 주행 중에 발생되는 소음진동의 원인으로는 대표적으로 엔진 및 변속기가 구동함에 따라 발생되는 기계소음, 기체의 유동에 의한 흡기계 및 배기계 소음, 바람에 의한 윈드 노이즈, 지면으로부터 전달되는 로드 노이즈 등이 있다. 최근에는 소비자들의 승차감에 대한 관심이 커짐에 따라 주행 중 안락감, 감성품질 만족도가 차량 구매의 주요 요인이 되고 있다. 또한 각 국에서는 차량에 대한 외부 소음 등도 규제가 강화되고 있다.
따라서 차량의 완성업체에서는 차량의 NVH(Noise, Vibration, Harshness)를 개선하기 위해 동력기관이 장착되는 차체의 구조강성을 위해 선행해석을 통한 동력기관 구조의 최적화와 연소 소음의 감소를 위해 실린더간 정밀한 연소특성을 제어하여 거친 소음을 감소시켰다. 또한 유체 냉각 발전기를 적용하여 내외부 팬을 제거하고 흡음 및 차음 재료사용으로 엔진 방사소음을 저감시켰다. 이 밖에도 샤시부품의 진동개선이나, 차체의 경우 음향감도를 기초로 전달경로 해석방법을 이용한 실내소음 개선, 차체의 밀폐 성능 증대, 흡음 및 차음 재료의 적용 등 다양한 노력이 강구되고 있다.
특히 휠타이어의 내부공간(Cavity)에서 발생하는 공명음은 차량 로드 노이즈의 주요 인자로서 이 공명음을 저감시키는 기술들은 다양한 방법으로 개발되어 왔다. 일례로 현가 장치의 다이나믹 댐퍼와 같은 매개체를 적용하거나, 차체에 흡음재 및 차음재를 적용하는 방법이 있다.
종래 한국공개특허 제2018-0044590호에는 이너라이너 내측에 접착제층에 의해 부착되는 흡음재층을 포함하는 공명음 저감 타이어에 대해 개시되어 있다. 그러나 흡음재층이 폴리우레탄 폼으로 이루어져 있어, 내구성 및 내열성이 좋지않아 소음저감 효과가 미흡하며, 열에 취약하여 가루화되는 문제가 있다. 또한 중량 및 원가절감에 자유롭지 못하며 휠타이어의 근본적인 내구공간 소음을 상쇄시키는 못하는 한계가 있다.
한국공개특허 제2018-0044590호
상기와 같은 문제 해결을 위하여, 본 발명은 기존의 폴리우레탄 폼 대신 내구성 및 내열성이 우수한 고분자 섬유를 흡음재로 적용함으로써 내구성 및 내열성을 향상시키고 산화로 인한 부식 방지 효과가 우수한 공명음 저감 타이어를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한 본 발명은 타이어의 이너라이너 내면 상에 통기성의 제1 흡음층 및 비통기성의 제2 흡음층의 이중구조를 갖는 흡음재층을 접합함으로써 공명 및 진동으로부터 발생하는 소음을 저감시키는 효과가 향상된 공명음 저감 타이어의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.
본 발명은 타이어의 이너라이너 내면 상에 형성된 접착제층; 및 상기 접착제층 상에 부착된 흡음재층을 포함하되, 상기 흡음재층은 상기 접착제층 상에 형성되며, 면밀도가 250~500 g/m2인 제1 흡음층; 및 상기 제1 흡음층의 상부면에 형성되며, 상기 제1 흡음층의 면밀도 보다 높거나 동일한 면밀도를 가지는 제2 흡음층;을 포함하는 공명음 저감 타이어를 제공한다.
상기 제1 흡음층은 니들펀칭 부직포인 것일 수 있다.
상기 제2 흡음층은 견면, 부직포 및 펠트로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것일 수 있다.
상기 제1 흡음층 또는 제2 흡음층은 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 또는 이들의 혼합물로 이루어진 것일 수 있다.
상기 제2 흡음층의 두께는 상기 제1 흡음층의 두께 보다 두꺼운 것일 수 있다.
상기 제1 흡음층 대 제2 흡음층의 두께비가 1:2 내지 1:6인 것일 수 있다.
상기 흡음재층의 총 면밀도는 500~1600 g/m2인 것일 수 있다.
상기 흡음재층은 상기 이너라이너 내면 상에 블록형 타입 또는 띠형 타입으로 부착된 것일 수 있다.
상기 블록형 타입은 복수개의 소정 형상의 흡음재층이 길이 방향(MD)으로 상기 이너라이너 내면의 원주 방향을 따라 소정의 간격을 두고 상기 접착제층에 의해 부착된 것일 수 있다.
상기 소정 형상의 흡음재층은 직사각형 형상으로 길이 방향(MD)의 길이가 120~180 mm이고, 폭 방향(TD)의 길이가 90~170 mm인 것일 수 있다.
상기 소정 형상의 흡음재층은 폭 방향(TD) 길이에 대한 길이 방향(MD) 길이의 비(MD/TD)가 0.7~2인 것일 수 있다.
상기 블록형 타입은 상기 복수개의 소정 형상의 흡음재층의 길이 방향(MD) 길이가 상기 이너라이너 내면의 원주의 30% 이상인 것일 수 있다.
상기 띠형 타입은 흡음재층이 길이 방향(MD)으로 상기 이너라이너 내면의 원주 전체를 감싸도록 상기 접착제층에 의해 부착된 것일 수 있다.
상기 흡음재층은 직사각형 형상으로 길이 방향(MD)의 길이가 상기 이너라이너 내면의 원주의 길이와 동일하고, 폭 방향(TD)의 길이가 90~170 mm인 것일 수 있다.
한편, 본 발명은 제1 흡음층 상에 제2 흡음층을 적층한 후 니들펀칭하여 흡음재를 제조하는 단계; 타이어의 이너라이너 내면 상에 접착제층을 형성하는 단계; 및 상기 접착제층 상에 상기 흡음재의 제1 흡음층과 접하도록 적층하여 흡음재층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 제1 흡음층은 면밀도가 250~500 g/m2이고, 상기 제2 흡음층은 상기 제1 흡음층의 면밀도 보다 높거나 동일한 면밀도를 가지는 것인 공명음 저감 타이어의 제조방법을 제공한다.
상기 흡음재를 제조하는 단계에서 제1 흡음층은 웹 형태의 고분자 섬유가 니들펀칭되어 니들펀칭 부직포로 제조되는 것일 수 있다.
상기 흡음재를 제조하는 단계에서 제2 흡음층은 고분자 섬유를 견면, 부직포 및 펠트로 이루어진 군에서 선택된 1종의 형태로 제조하는 것일 수 있다.
상기 고분자 섬유는 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 또는 이들의 혼합물로 이루어진 것일 수 있다.
상기 흡음재를 제조하는 단계 및 상기 접착제층을 형성하는 단계 사이에, 상기 니들펀칭된 흡음재를 160~200 ℃의 온도에서 30~60 분 동안 열 압착하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 흡음재층의 총 면밀도는 500~1600 g/m2인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 공명음 저감 타이어는 흡음재로 기존의 폴리우레탄 폼을 사용하는 대신 고분자 섬유를 흡음재로 적용함으로써 내구성 및 내열성이 우수하고, 산화에 의한 부식을 방지할 수 있으며, 이로 인해 흡음성능을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 공명음 저감 타이어는 타이어의 이너라이너 내면 상에 통기성의 제1 흡음층과 비통기성의 제2 흡음층을 포함한 흡음재를 접합함으로써 공명 및 진동으로부터 발생하는 소음을 효과적으로 흡수하여 공명음을 저감시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 공명음 저감 타이어는 이너라이너 상에 접합되는 흡음재층을 블록형 또는 띠형 타입으로 접합 구조를 변형함으로써 흡음성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 흡음재층의 측면도이다.
도 2는 휠이 장착된 본 발명에 따른 공명음 저감 타이어의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 공명음 저감 타이어의 블록형 타입 흡음재층을 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 공명음 저감 타이어의 띠형 타입 흡음재층을 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 공명음 저감 타이어의 제조방법에 대한 흐름도이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.
본 명세서에 있어서, 범위가 변수에 대해 기재되는 경우, 상기 변수는 상기 범위의 기재된 종료점들을 포함하는 기재된 범위 내의 모든 값들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "5 내지 10"의 범위는 5, 6, 7, 8, 9, 및 10의 값들뿐만 아니라 6 내지 10, 7 내지 10, 6 내지 9, 7 내지 9 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 내지 8.5 및 6.5 내지 9 등과 같은 기재된 범위의 범주에 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 또한 예를 들면, "10% 내지 30%"의 범위는 10%, 11%, 12%, 13% 등의 값들과 30%까지를 포함하는 모든 정수들뿐만 아니라 10% 내지 15%, 12% 내지 18%, 20% 내지 30% 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 10.5%, 15.5%, 25.5% 등과 같이 기재된 범위의 범주 내의 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다.
본 발명에서 흡음재료는 외부에서 차량실내로 유입된 소음 뿐만 아니라, 구조전달 과정을 거쳐서 실내에서 발생되는 소음을 저감시키기 위해 주로 차량의 실내에 부착되는 방음재료이다. 흡음재료에 의한 소음의 감소원리는 흡음재료 내부에 많은 공기층을 가지는 다공성의 공간을 통과하는 소음 에너지를 열에너지로 변화시켜 소모시킴으로써 실내 소음을 감소시키게 된다. 흡음재료의 성능은 흡음률로 표시되며 음파가 전달되어 물체(흡음재료)에 부딪혀서 일부는 반사되지만 나머지는 흡수되어 소음이 저감되는 특성을 흡음성능이라 하며 흡음률은 흡음재료의 특성을 대표하여 다음과 같이 정의된다.
(흡음률 = 흡음재료에서 흡수되는 소음(흡수음)의 세기/흡음재료에서 입력되는 소음(입력음)의 세기)
여기서, 흡수음은 입력음에서 반사음의 세기를 뺀 값을 의미한다. 소음을 100% 흡수하는 흡음재료인 경우의 흡음률은 1의 값을 가지며, 100% 반사하는 경우(전혀 소음감소가 없음)의 흡음률은 0의 값을 가진다.
기존에는 차량에서 발생하는 소음을 저감시키기 위해 주로 폴리우레탄 폼을 흡음재료로 사용하였으나, 폴리우레탄 폼은 특히 열 안정성에 취약하며 시간이 지남에 따라 산화로 인해 부식되어 가루처럼 부서지는 문제가 있었다. 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 폴리우레탄 폼 대신 고분자 섬유를 이용한 이중 구조의 흡음재를 적용함으로써 타이어의 공명음 및 진동에 의해 발생하는 소음을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 또한 흡음재의 소재가 내구성 및 내열성이 우수하며 산화에 의한 부식에도 안정한 효과가 우수하여 흡음성능을 향상시킬 수 있다.
이하, 상술한 바와 같은 본 발명의 공명음 저감 타이어 및 그 제조방법은 도면들과 함께 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 흡음재층(40)의 측면도이다. 상기 도 1을 참조하면, 흡음재층(40)은 서로 다른 두께의 제1 흡음층(41) 및 제2 흡음층(43)이 적층되어 있으며, 상기 제1 흡음층(41)은 니들펀칭되어 통기성을 가지는 것을 보여준다.
도 2는 휠(50)이 장착된 본 발명에 따른 공명음 저감 타이어의 단면도이다. 상기 도 2에는 타이어(10)의 이너라이너(20) 내면에 접착제층(30) 및 흡음재층(40)이 차례로 형성되어 있다. 상기 흡음재층(40)은 제1 흡음층(41) 및 제2 흡음층(43)을 포함하는 이중 구조로 이루어진 것을 보여준다. 여기서, 이너라이너라 함은 타이어 내부의 공기압을 유지하기 위해 타이어(10) 내면에 붙여진 공기 밀폐층의 특수 고무를 말한다.
보다 상세하게는, 본 발명의 공명음 저감 타이어는 타이어(10)의 이너라이너 내면(20) 상에 형성된 접착제층(30); 및 상기 접착제층(30) 상에 부착된 흡음재층(40)을 포함하되, 상기 흡음재층(40)은 상기 접착제층(30) 상에 형성되며, 면밀도가 250~500 g/m2인 제1 흡음층(41); 및 상기 제1 흡음층(41)의 상부면에 형성되며, 상기 제1 흡음층(41)의 면밀도 보다 높거나 동일한 면밀도를 가지는 제2 흡음층(43);을 포함할 수 있다.
상기 제1 흡음층(41)의 재질은 니들펀칭 부직포인 것일 수 있다. 상기 제1 흡음층(41)은 공명 및 진동으로부터 발생하는 소음을 흡수하기 위해 통기성을 갖도록 니들펀칭된 부직포를 사용하는 것이 좋다. 또한 상기 니들펀칭 부직포는 니들펀칭에 의해 형성된 통기홀(42)에 접착제가 스며들면서 상기 이너라이너 내면(20)과의 부착력을 견고하게 하여 박리현상을 방지할 수 있다.
상기 제2 흡음층(43)의 재질은 상기 제1 흡음층(41)에 비해 흡음 효과가 더 우수한 재질을 사용할 수 있는데, 구체적으로 견면, 부직포 및 펠트로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것일 수 있다. 본 발명에서 부직포(non woven fabrics)라 함은 넓은 뜻으로는 기계 조작에 의하거나 열접착 또는 화학 약품을 사용하여 섬유를 접착시키거나 엉키게 하여 만든 직물을 가리킨다. 직물로 하는 과정에서 실의 단계를 거치지 않는 것은 펠트, 수지접착의 부직포, 니들 펀치, 스펀본드, 스펀 레이스, 엠보스 필름, 습식 부직포 등이 있다.
상기 제1 흡음층(41) 또는 제2 흡음층(43)의 소재로는 평균 섬유길이가 38~ 76 mm인 고분자 섬유로 이루어진 것일 수 있다. 상기 고분자 섬유는 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene　Terephthalat, PET) 섬유 또는 이들의 혼합물인 것일 수 있다. 상기 고분자 섬유들은 기존의 폴리우레탄 폼에 비해 내구성 및 내열성이 우수하며, 산화에도 잘 부식되지 않아 안정성이 우수한 이점이 있다.
상기 제2 흡음층(43)의 두께는 상기 제1 흡음층(41)의 두께 보다 두꺼운 것일 수 있다. 상기 제2 흡음층(43)은 상기 제1 흡음층(41)에 비해 흡음 성능이 더 우수한 재질로 이루어져 있어 흡음 효과를 향상시키기 위해 상기 제1 흡음층(41) 보다 두께가 더 두꺼운 것이 좋다. 각 층의 두께로는 상기 제1 흡음층(41)의 두께가 1 ~ 10 mm이고, 상기 제2 흡음층(43)의 두께가 5 ~ 30 mm인 것인 것일 수 있다.
상기 제1 흡음층(41) 대 제2 흡음층(43)의 두께비가 1:2 내지 1:6인 것일 수 있다. 이때, 상기 두께비가 1:2 미만이면 흡음 효과가 미미할 수 있고, 1:6 초과이면 흡음재층(40)이 너무 두꺼워져 타이어(10)의 박리 및 연비 성능을 저해할 수 있다. 바람직하게는 상기 제1 흡음층(41) 대 제2 흡음층(43)의 두께비가 1:3 내지 1:5인 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는 1:4인 것일 수 있다.
상기 흡음재층(40)은 상기 접착제층(30) 상에 형성되며, 면밀도가 250~500 g/m2인 제1 흡음층(41) 및 상기 제1 흡음층(41)의 상부면에 형성되며, 상기 제1 흡음층(41)의 면밀도 보다 높거나 동일한 면밀도를 가지는 제2 흡음층(43)을 포함할 수 있다. 여기서, 면밀도라 함은 단위면적 당 중량을 의미하며, 단위는 "g/m2"이다. 상기 제1 흡음층(41)은 면밀도가 250~500 g/m2인 것이 바람직한데, 그 이유는 면밀도가 250 g/m2 미만이면 흡음성능이 떨어질 수 있고, 500 g/m2 초과이면 연비 및 원가상승이 발생할 수 있다. 바람직하게는 상기 제1 흡음층(41)은 면밀도가 350~450 g/m2인 것일 수 있다.
상기 제2 흡음층(43)은 상기 제1 흡음층(41)의 면밀도 보다 높거나 동일한 면밀도를 가질 수 있다. 그 이유는 상기 제1 흡음층(41)은 상기 제2 흡음층(43) 보다 면밀도가 낮아 다양한 주파수대의 공명 및 진동에 의해 발생하는 소음을 흡수할 수 있다. 이에 반해, 상기 제2 흡음층(43)은 상기 제1 흡음층(41) 보다 높은 면밀도를 가져 상기 제1 흡음층(41)에서 미처 흡수되지 못한 소음을 재흡수함으로써 흡음 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 제2 흡음층(43)의 면밀도는 250~1100 g/m2인 것일 수 있다.
이러한 상기 제1 흡음층(41) 및 제2 흡음층(43)을 포함하는 상기 흡음재층(40)은 총 면밀도가 500~1600 g/m2인 것일 수 있다. 이때, 상기 흡음재층(40)의 총 면밀도가 500 g/m2 미만이면 흡음성능이 저하될 수 있고, 반대로 1600 g/m2 초과이면 연비 및 원가상승이 발생할 수 있다. 바람직하게는 상기 흡음재층(40)의 총 면밀도가 600~1200 g/m2인 것일 수 있다. 더욱 바람직하게는 700~1000 g/m2인 것일 수 있다.
상기 흡음재층(40)은 상기 이너라이너 내면(20) 상에 블록형 타입(A) 또는 띠형 타입(B)으로 부착된 것일 수 있다. 상기 블록형 타입(A) 및 띠형 타입(B)은 하기 도 3 및 4를 통해 확인할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 공명음 저감 타이어의 블록형 타입(A) 흡음재층(40)을 보여주는 단면도이다. 상기 도 3을 참조하면, 상기 블록형 타입(A)은 복수개의 소정 형상의 흡음재층(40)이 길이 방향(MD)으로 상기 이너라이너 내면(20)의 원주 방향을 따라 소정의 간격을 두고 상기 접착제층(30)에 의해 부착된 것을 보여준다.
상기 소정 형상의 흡음재층(40)은 직사각형 형상으로 이루어지며, 길이 방향(Machine Direction, MD)의 길이가 120~180 mm이고, 폭 방향(Transverse Direction, TD)의 길이가 90~170 mm인 것일 수 있다. 특히, 상기 길이 방향(MD)의 길이가 120 mm 미만이면 흡음성능 저하될 수 있고, 반대로 180 mm 초과이면 공명 저감성능이 떨어질 수 있다.
또한 상기 소정 형상의 흡음재층(40)은 폭 방향(TD) 길이에 대한 길이 방향(MD) 길이의 비(MD/TD)가 0.7~2인 것일 수 있다. 이때, 상기 MD/TD의 비가 0.7 미만이면 흡음성능 저하될 수 있고, 반대로 2 초과이면 공명 저감성능이 떨어질 수 있다. 바람직하게는 상기 MD/TD의 비가 0.9~1.4인 것일 수 있다.
상기 블록형 타입(A)은 상기 복수개의 소정 형상의 흡음재층(40)의 길이 방향(MD) 길이가 상기 이너라이너 내면(20)의 원주의 30% 이상인 것일 수 있다. 상기 흡음재층(40)의 길이 방향(MD) 길이가 상기 이너라이너 내면(20)의 원주의 30% 미만으로 형성되면 흡음 및 공명 저감성능이 저하될 수 있다. 바람직하게는 30~60%인 것이 좋다. 상기 블록형 타입(A) 흡음재층(40)은 상기 이너라이너 내면(20) 상에 소정의 간격을 두고 부분적으로 부착되어 있어 블록을 형성하는 구조로 이루어져 있다. 이러한 구조의 상기 블록형 타입(A) 흡음재층(40)은 부분적으로 흡음재층(4)이 부착되어 있어 가벼우면서도 흡음성능에 탁월한 효과를 가질 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 공명음 저감 타이어의 띠형 타입(B) 흡음재층(40)을 보여주는 단면도이다. 상기 도 4를 참조하면, 상기 띠형 타입(B)은 흡음재층(40)이 길이 방향(MD)으로 상기 이너라이너 내면(20)의 원주 전체를 감싸도록 하여 상기 접착제층(30)에 의해 부착된 것을 보여준다.
상기 띠형 타입(B)은 하나의 상기 흡음재층(40)이 상기 이너라이너 내면(20)에 부착될 수 있다. 이때, 상기 흡음재층(40)은 직사각형 형상으로 이루어지며, 길이 방향(MD)의 길이가 상기 이너라이너 내면(20)의 원주의 길이와 동일하고, 폭 방향(TD)의 길이가 90~170 mm인 것일 수 있다. 이러한 구조의 상기 띠형 타입(B) 흡음재층(40)은 상기 이너라이너 내면(20)의 전면을 덮고 있어 흡음 효과가 매우 우수하며, 조립공정을 단순화하는 이점이 있다.
도 5는 본 발명에 따른 공명음 저감 타이어의 제조방법에 대한 흐름도이다. 이를 참조하면, 상기 공명음 저감 타이어의 제조방법은 흡음재를 제조하는 단계(S1), 이너라이너 내면(20) 상에 접착제층(30)을 형성하는 단계(S2) 및 접착제층(30) 상에 흡음재층(40)을 형성하는 단계(S3)를 포함한다.
보다 상세하게는, 본 발명의 공명음 저감 타이어의 제조방법은 제1 흡음층(41) 상에 제2 흡음층(43)을 적층한 후 니들펀칭하여 흡음재를 제조하는 단계; 타이어(10)의 이너라이너 내면(20) 상에 접착제층(30)을 형성하는 단계; 및 상기 접착제층(30) 상에 상기 흡음재의 제1 흡음층(41)과 접하도록 적층하여 흡음재층(40)을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 제1 흡음층(41)은 면밀도가 250~500 g/m2이고, 상기 제2 흡음층(43)은 상기 제1 흡음층(41)의 면밀도 보다 높거나 동일한 면밀도를 가지는 것일 수 있다.
본 발명의 공명음 저감 타이어의 제조방법에 대해 각 단계별로 상세히 설명하면 다음과 같다.
1) 흡음재를 제조하는 단계(S1)
상기 흡음재를 제조하는 단계(S1)는 제1 흡음층(41) 상에 제2 흡음층(43)을 적층한 후 니들펀칭하여 흡음재를 제조하는 단계일 수 있다. 여기서, 니들 펀칭(Needle Punching)이란 적층된 섬유층을 복수개의 니들이 수직으로 펀치하여 상하의 섬유층을 일체화시키는 기계적인 섬유 일체화 방법을 말한다. 즉, 상기 제1 흡음층(41) 및 제2 흡음층(43)은 니들펀칭에 의해 일체화된 흡음재를 제조할 수 있다.
구체적으로 상기 (S1) 단계에서는 니들(Needle)의 바늘에 상기 제1 흡음층(41)의 웹 형태의 고분자 섬유가 끌려들어가 상기 제1 흡음층(41)을 통과하여 상기 제2 흡음층(43)의 일면에 고착화되어 일체화시킬 수 있다. 또한 상기 제1 흡음층(41)은 니들의 바늘이 통과하여 통기성이 형성되지만, 상기 제2 흡음층(43)은 바늘이 통과하지 않아 비통기성인 것일 수 있다.
상기 제1 흡음층(41)은 고분자 섬유를 개섬하는 공정; 및 상기 개섬된 섬유를 섬유상의 얇은 막 상태인 웹으로 형성시키는 카딩 웹형성하는 공정;을 포함할 수 있다. 상기 공정을 통해 웹 형태의 고분자 섬유가 제조되고, 상기 (S1) 단계를 통해 니들펀칭되어 니들펀칭 부직포로 제조될 수 있다. 이때, 상기 제1 흡음층(41)은 면밀도가 250~500 g/m2인 것이 좋다.
상기 제1 흡음층(41) 상에 적층되는 제2 흡음층(43)은 고분자 섬유를 견면, 부직포 및 펠트로 이루어진 군에서 선택된 1종의 형태로 제조하는 것일 수 있다. 또한 상기 제2 흡음층(43)은 상기 제1 흡음층(41)의 면밀도 보다 높거나 동일한 수준의 면밀도를 가지는 것이 좋다. 상기 고분자 섬유는 평균 섬유길이가 38 ~ 76 mm인 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 또는 이들의 혼합물인 것일 수 있다. 상기 (S1) 단계를 통해 제조되는 흡음재의 총 면밀도는 500~1600 g/m2인 것일 수 있다.
상기 흡음재를 제조하는 단계(S1) 및 상기 접착제층을 형성하는 단계(S2) 사이에, 상기 니들펀칭된 흡음재를 160~200 ℃의 온도에서 30~60 분 동안 열 압착하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 니들펀칭된 흡음재의 상기 제1 흡음층(41) 및 제2 흡음층(43)이 서로 견고하게 접합될 수 있도록 열 압착할 수 있다. 이때, 상기 열처리 온도는 160~200 ℃인 것일 수 있다. 상기 열처리 온도가 160 ℃ 미만이면 상기 제1 흡음층(41) 및 제2 흡음층(43)이 견고하게 부착되지 않을 수 있고, 반대로, 200 ℃ 이상이면 상기 흡음재층(40)의 소재인 고분자 섬유가 변형 및 탄화될 수 있다.
2) 이너라이너 내면(20) 상에 접착제층(30)을 형성하는 단계(S2)
상기 이너라이너 내면(20) 상에 접착제층(30)을 형성하는 단계(S2)는 타이어(10)의 이너라이너 내면(20) 상에 상기 (S1) 단계를 통해 제조된 흡음재를 부착하기 위해 접착제층(30)을 형성할 수 있다. 상기 접착제층(30)은 양면 테잎 또는 액상 접착제로 이루어진 것일 수 있다.
3) 접착제층(30) 상에 흡음재층(40)을 형성하는 단계(S3)
상기 접착제층(30) 상에 흡음재층(40)을 형성하는 단계(S3)는 상기 접착제층(30) 상에 상기 흡음재의 제1 흡음층(41)과 접하도록 적층하여 흡음재층(40)을 형성하는 단계일 수 있다. 상기 (S3) 단계에서는 상기 접착제층(30) 상에 상기 흡음재의 제2 흡음층(43)에 비해 면밀도가 상대적으로 낮고 통기성을 가진 제1 흡음층(41)과 접하도록 적층할 수 있다. 상기 제1 흡음층(41)은 앞서 설명한 바와 같이 통기성을 가져 공명 및 진동에 의한 소음을 광범위한 주파수 영역대에서 흡수할 수 있다. 또한 상기 접착제층(30)의 접착제 성분이 상기 제1 흡음층(41)의 통기홀(42)에 스며들어 고착되면서 이너라이너 내면(20)과의 부착력을 향상시키고, 박리 현상을 방지할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
평균 섬유길이가 64 mm인 PET 섬유를 이용하여 카드에 의해 개섬한 후 크로스랩 웨버로 카딩 웹을 형성하여 PET 부직포를 제조하였다. 그 다음 제1 흡음층(41)인 상기 웹이 형성된 PET 부직포 상에 제2 흡음층(43)인 견면 PET를 적층한 후 워터젯 펀치기로 니들펀칭하여 흡음재를 제조하였다. 그 다음 상기 흡음재를 그 다음 170 ℃의 온도에서 30~60 분 동안 열 압착하였다. 이렇게 제조된 상기 흡음재는 길이 방향(MD) 길이가 160 mm이고, 폭 방향(TD) 길이가 130 mm가 되도록 재단하였다. 이를 통해 상기 제1 흡음층(41)은 면밀도가 400 g/m2이고, 두께가 5 mm인 니들펀칭된 PET 부직포를 제조하였다. 또한 상기 제2 흡음층(43)은 면밀도가 400 g/m2이고, 두께가 20 mm인 견면 PET를 형성하였다.
그런 다음 19 인치(inch) 타이어(10)를 준비한 후 타이어(10)의 이너라이너 내면(20) 상에 원주 방향으로 소정의 간격을 두고 접착제인 양면 테이프를 부착한 후 그 위에 상기 흡음재의 제1 흡음층(41)을 접합하여 블록형 타입(A)의 흡음재층(40)이 형성된 타이어(10)를 제작하였다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 타이어(10)의 이너라이너 내면(20)에 흡음재층(40)이 접합된 타이어(10)를 제작하되, 상기 흡음재의 길이방향(MD) 길이가 이너라이너 내면(20)의 원주의 길이와 동일하도록 하여 띠형 타입(B)의 흡음재층(40)을 형성하였다. 이때, 상기 흡음재층(40)의 폭 방향(TD) 길이는 130 mm였다.
비교예 1
동일한 타이어의 이너라이너 내면에 접착제층(30) 및 흡음재층을 전혀 형성하지 않고, 상기 실시예 1과 동일한 타이어를 사용하였다.
비교예 2
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 타이어의 이너라이너 내면에 흡음재층을 형성하되, 상기 흡음재층의 제1 흡음층 및 제1 흡음층 소재를 폴리우레탄(Polyurethane, PU)을 사용하였다.
비교예 3
상기 실시예 2와 동일한 방법으로 타이어의 이너라이너 내면에 흡음재층을 형성하되, 상기 흡음재층의 제1 흡음층 및 제1 흡음층 소재를 폴리우레탄을 사용하였다.
실험예 1: 흡음재층의 타입 및 소재에 따른 흡음성능 평가
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1~3에서 제조된 타이어의 흡음 성능을 평가하기 위해, 타이어 Cleat Impact 평가 장치를 이용하여 150~250 Hz의 저주파 영역에서 556 kg.f의 압력하중(준대형 전륜 기준 하중), 34 psi의 공기압 및 60 km/h의 시험속도 조건에서 30초 방치한 후 공명음을 측정하였다.
Figure 112018088936917-pat00001
상기 표 1의 결과에 의하면, 상기 비교예 1의 경우 흡음재를 전혀 부착하지 않았을 때 공명음이 발생하는 구간으로는 약 179~230 Hz 영역대임을 확인하였다. 그 중에서도 공명음 최대 발생구간은 215.1 Hz에서 131.48 dB의 공명음이 발생함을 확인하였다. 상기 비교예 2의 경우 상기 비교예 1에 비해 공명음이 약 -7.66 dB로 감소하였으며, 상기 비교예 3에서는 약 -18.51 dB가 감소되었다.
상기 실시예 1 및 2의 경우 상기 비교예 2 및 3과 비교하여 공명음 저감량이 더 높게 측정된 것을 확인하였다. 이를 통해 기존 폴리우레탄 폼 대신 PET 소재를 사용함으로써 흡음 성능을 향상시키면서도 흡음재 소재의 열 안정성을 확보하는 동시에 산화에 의한 부식을 방지하는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 공명음 최대 발생 구간을 비교한 결과, 상기 비교예 1에 비해 상기 실시예 1 및 2의 경우 최대 공명음이 현저하게 감소한 것으로 보아 흡음성능이 우수한 것을 알 수 있었다. 이 밖에도 상기 실시예 1, 2 및 비교예 2, 3을 통해 흡음재층의 구조가 블록형 타입 보다 띠형 타입으로 이너라이너 내면 상에 접합할 때 약 2배 이상의 우수한 흡음성능을 확보할 수 있음을 확인하였다.
10: 타이어
20: 이너라이너 내면
30: 접착제층
40: 흡음재층
41: 제1 흡음층
42: 통기홀
43: 제2 흡음층
50: 휠
A: 블록형 타입의 흡음재층
B: 띠형 타입의 흡음재층

Claims (20)

  1. 타이어의 이너라이너 내면 상에 형성된 접착제층; 및 상기 접착제층 상에 부착된 흡음재층을 포함하되,
    상기 흡음재층은
    상기 접착제층 상에 형성되며, 면밀도가 250~500 g/m2인 제1 흡음층; 및
    상기 제1 흡음층의 상부면에 형성되며, 상기 제1 흡음층의 면밀도 보다 높거나 동일한 면밀도를 가지는 제2 흡음층;을 포함하고,
    상기 제1 흡음층은 니들펀칭 부직포이고,
    상기 제2 흡음층은 견면, 펠트 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 것이며, 상기 제2 흡음층의 면밀도는 250~1100 g/m2이고,
    상기 흡음재층의 총 면밀도는 500~1600 g/m2인 것인 공명음 저감 타이어.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 흡음층 또는 제2 흡음층은 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 또는 이들의 혼합물로 이루어진 것인 공명음 저감 타이어.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 흡음층의 두께는 상기 제1 흡음층의 두께 보다 두꺼운 것인 공명음 저감 타이어.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 흡음층 대 제2 흡음층의 두께비가 1:2 내지 1:6인 것인 공명음 저감 타이어.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 흡음재층은 상기 이너라이너 내면 상에 블록형 타입 또는 띠형 타입으로 부착된 것인 공명음 저감 타이어.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 블록형 타입은 복수개의 소정 형상의 흡음재층이 길이 방향(MD)으로 상기 이너라이너 내면의 원주 방향을 따라 소정의 간격을 두고 상기 접착제층에 의해 부착된 것인 공명음 저감 타이어.
  10. 제8항에 있어서,
    소정 형상의 상기 흡음재층은 직사각형 형상으로 길이 방향(MD)의 길이가 120~180 mm이고, 폭 방향(TD)의 길이가 90~170 mm인 것인 공명음 저감 타이어.
  11. 제10항에 있어서,
    소정 형상의 상기 흡음재층은 폭 방향(TD) 길이에 대한 길이 방향(MD) 길이의 비(MD/TD)가 0.7~2인 것인 공명음 저감 타이어.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 블록형 타입은 복수개의 소정 형상의 상기 흡음재층의 길이 방향(MD) 길이가 상기 이너라이너 내면의 원주의 30% 이상인 것인 공명음 저감 타이어.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 띠형 타입은 흡음재층이 길이 방향(MD)으로 상기 이너라이너 내면의 원주 전체를 감싸도록 상기 접착제층에 의해 부착된 것인 공명음 저감 타이어.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 흡음재층은 직사각형 형상으로 길이 방향(MD)의 길이가 상기 이너라이너 내면의 원주의 길이와 동일하고, 폭 방향(TD)의 길이가 90~170 mm인 것인 공명음 저감 타이어.
  15. 제1 흡음층 상에 제2 흡음층을 적층한 후 니들펀칭하여 흡음재를 제조하는 단계;
    타이어의 이너라이너 내면 상에 접착제층을 형성하는 단계; 및
    상기 접착제층 상에 상기 흡음재의 제1 흡음층과 접하도록 적층하여 흡음재층을 형성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제1 흡음층은 면밀도가 250~500 g/m2이고, 상기 제2 흡음층은 상기 제1 흡음층의 면밀도 보다 높거나 동일한 면밀도를 가지는 것이고,
    상기 흡음재를 제조하는 단계에서 제1 흡음층은 웹 형태의 고분자 섬유가 니들펀칭되어 니들펀칭 부직포로 제조되는 것이며,
    상기 흡음재를 제조하는 단계에서 제2 흡음층은 고분자 섬유를 견면, 펠트 및 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 형태로 제조하는 것이고,
    상기 제2 흡음층의 면밀도는 250~1100 g/m2이고,
    상기 흡음재층의 총 면밀도는 500~1600 g/m2인 것인 공명음 저감 타이어의 제조방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제15항에 있어서,
    상기 고분자 섬유는 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 또는 이들의 혼합물로 이루어진 것인 공명음 저감 타이어의 제조방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 흡음재를 제조하는 단계 및 상기 접착제층을 형성하는 단계 사이에,
    상기 니들펀칭된 흡음재를 160~200 ℃의 온도에서 30~60 분 동안 열 압착하는 단계;를 더 포함하는 것인 공명음 저감 타이어의 제조방법.
  20. 삭제
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