KR102138900B1

KR102138900B1 - 방열 기능을 강화한 자동차용 엔진룸 흡음재 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102138900B1
Application number: KR1020190063230A
Authority: KR
Inventors: 권충호; 용석준
Original assignee: (주)대한솔루션
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2020-07-30

Abstract

본 발명은 폴리아크릴로나이트릴(PAN: Polyacrylonitrile) 섬유를 탄화한 탄화섬유(Oxi-PAN)에 내열 액상 페놀 수지를 도포하거나 함침하여 제작한 Oxi-PAN 부직포를 적용하므로, 고온에서도 탄화 현상과 수축 현상이 없을 뿐만 아니라 고주파 영역에서 흡음 성능을 개선할 수 있게 한 방열 기능을 강화한 자동차용 엔진룸 흡음재 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

Description

방열 기능을 강화한 자동차용 엔진룸 흡음재 및 그 제조방법{SOUND ABSORBING MATERIALS AND METHOD FOR AUTOMOTIVE ENGINE ROOM WITH ENHANCED THERMAL RESISTANCE}

본 발명은 자동차용 엔진룸 흡음재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내열 액상 페놀 수지를 도포한 Oxi-PAN 부직포를 투입하여 엔진룸 흡음재를 제조하므로, 고주파 대역에서 흡음 성능이 우수할 뿐만 아니라 열해 시험에서 탄화와 수축 현상이 없을 뿐만 아니라 1㎑ 이상의 주파수 대역에서 흡음 성능을 개선할 수 있게 한 것이다.

일반적으로 자동차 실내는 자동차의 엔진룸과 인접해 있으므로, 엔진룸에서 발생한 소음과 열기 등이 전달될 수 있다. 이에, 대시 패널과 실질적으로 소음과 열기 등을 발생하는 엔진 등에는 흡음재나 방열판을 장착한다. 이에, 엔진룸에는, 아래의 (특허문헌 1) 내지 (특허문헌 3)과 같이, 흡음재를 장착한다.

(특허문헌 1) 한국등록특허 제10-1315274호

기공이 있는 중공사 흡음재로 인슐레이터를 제조하고, 이 인슐레이터를 자동차의 대시 패널 아웃터나 후드의 내측 면 등에 장착함으로써, 흡음재에 형성된 중공(기공)을 통해 소음을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 공기층과 같은 현상으로 단열 효과도 동시에 얻을 수 있도록 한 흡음성능이 개선된 자동차용 엔진룸 인슐레이터를 제공하는데 그 목적이 있다. 또한, 흡음재의 중공의 크기를 미리 정해진 크기로 형성함으로써, 적용 차량에서 발생하는 소음을 줄이는데 최적의 크기를 적용하여 소음저감 효과를 극대화할 수 있게 한 흡음성능이 개선된 자동차용 엔진룸 인슐레이터를 제공하는데 다른 목적이 있다. 그리고 이처럼 중공의 형성으로 인슐레이터의 전체 중량을 줄이면서도 흡음 효과를 높일 수 있고, 특히 이로 인하여 차량의 연비를 향상할 수 있게 한 흡음성능이 개선된 자동차용 엔진룸 인슐레이터를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

(특허문헌 2) 한국공개특허 제10-2015-0122567호

자동차용 대시 패드에 관한 것으로서, 흡·차음 성능을 극대화할 수 있고, 경량화, 원가 절감, 공정수 절감 및 인라인 작업성 향상을 도모할 수 있는 자동차용 저중량 흡음형 대시 패드를 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 극세사로 이루어진 제1흡음층과, 열가소성 수지로 이루어진 차음층과, 열가소성 섬유(Thermoplastic Fiber) 또는 열가소성 이형 단면사(Multi-lobal Fiber)로 이루어진 제2흡음층을 상호 접합하여서 된 것을 특징으로 하는 자동차용 저중량 흡음형 대시 패드가 개시된다.

(특허문헌 3) 한국등록특허 제10-1743844호

흡음 및 차음성능이 우수한 차량용 내외장재에 관한 것으로, 폴리에스테르 수지 발포체로 형성된 발포층의 적어도 일면에 이형단면 중공섬유의 집합체를 포함하는 부직포층을 형성함으로써 우수한 흡음 및 차음 특성을 구현함과 동시에 우수한 경량성, 내열성 및 내구성을 가질 수 있다.

하지만, 엔진룸에 장착하는 기존의 흡음재나 내외장재는 다음과 같은 문제가 있다.

(1) 엔진룸 내부에서는 소음과 엔진에서 열이 발생하므로, 흡음재나 내외장재는 소음과 방열 효과를 모두 가져야 한다. 이를 위해서는, 방열 기능을 하는 방열판과 소음 성능을 개선할 수 있는 흡·차음재를 별도 구성해야 한다.

(2) 이때, 방열판은 엔진이나 엔진 배기계통에서 발생한 열을 차단하는 데는 효과가 있으나, 흡음성능을 전혀 낼 수 없을 뿐만 아니라 방열판 자체의 중량이 많이 나가 자동차 연비를 떨어뜨리는 한 가지 요인으로 작용한다.

(3) 또한, ALGC(Aluminium & Glass-Cloth) 소재는 열을 차단하는 효과는 좋지만, 흡음 성능이 없을 뿐만 아니라 열 성형할 때 성형 깊이가 깊으면 찢어질 우려가 있고, 200℃ 이상의 고온 환경에서는 형상 유지가 어려울 뿐만 아니라 난연성을 확보할 수 없다. 이에, 엔진 실린더 블록이나 머플러와 같이 고온 부분에는 적용할 수 없다.

(4) 이러한 소음과 방열 문제는 엔진의 크기가 작아지고 고성능화함에 따라 엔진룸 내부의 온도가 높아짐에 따라 이에 대한 개선이 더욱 필요하게 되었다.

한국등록특허 제10-1315274호 (등록일 : 2013.09.30) 한국공개특허 제10-2015-0122567호 (등록일 : 2015.11.02) 한국등록특허 제10-1743844호 (등록일 : 2017.05.30)

본 발명은 이러한 점을 고려한 것으로, 폴리아크릴로나이트릴(PAN: Polyacrylonitrile) 섬유를 탄화한 탄화섬유(Oxi-PAN)에 내열 액상 페놀 수지를 도포하거나 함침하여 제작한 Oxi-PAN 부직포를 적용하므로, 고온에서도 탄화 현상과 수축 현상이 없을 뿐만 아니라 고주파 영역에서 흡음 성능을 개선할 수 있게 한 방열 기능을 강화한 자동차용 엔진룸 흡음재 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방열 기능을 강화한 자동차용 엔진룸 흡음재의 제조방법은, 제1층(10)과 제2층(20) 그리고 Oxi-PAN 부직포(30)를 차례로 적층하여 일체로 열 성형하되;, 상기 제1층(10)은 PET(polyethylene terephthalate) 부직포(11)와 글라스 울(12) 그리고 PET(polyethylene terephthalate) 부직포(13)를 차례로 적층하고;, 상기 제2층(20)은 ALGC(21), PET 부직포(polyethylene terephthalate)(22), 글라스 울(23) 그리고 PET(polyethylene terephthalate) 부직포(24)를 차례로 적층하며;, 상기 Oxi-PAN 부직포(30)는 내열 액상 페놀 수지(31)를 도포하거나 함침한 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 내열 액상 페놀 수지(31)는, 노볼락 수지 40~60중량%; 페놀 1~5중량%; 및 물 39~59중량%;인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내열 액상 페놀 수지(31)는, 상기 Oxi-PAN 부직포(30) 중량 대비 150~300%의 비율로 도포하거나 함침한 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 열 성형 조건은, 성형 압력 45~55㎏/㎠, 온도 200~210℃, 90~120초간 가압하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은 상술한 방열 기능을 강화한 자동차용 엔진룸 흡음재의 제조방법으로 제조한 자동차용 엔진룸 흡음재를 포함한다.

본 발명에 따른 방열 기능을 강화한 자동차용 엔진룸 흡음재 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 탄화섬유(Oxi-PAN)에 내열 액상 페놀 수지를 도포하거나 함침하여 제작한 Oxi-PAN 부직포를 사용하므로, 250℃ 고온에서도 탄화나 크기가 줄어드는 수축 현상을 방지할 수 있다.

(2) 실차 시험에서도 1㎑ 이상의 주파수 영역에서 흡음과 소음 성능의 개선 효과를, 아이들 정차 시에도 전체 주파수 영역에서 개선 효과가 있다.

(3) 특히, 탄화나 수축 현상을 해결하면서도 기존 소재와 비교하여 중량 증가를 최소화하면서도 흡음 성능을 개선하고, 외관 변형이나 물성 값을 유지할 수 있다.

(4) 내열 액상 페놀 수지의 도포나 함침량에 따라 중량 증가를 최소화하면서도 내열성능을 쉽게 조절하여 안전하게 사용할 수 있다.

[도 1]은 본 발명에 따른 방열 기능을 강화한 자동차용 엔진룸 흡음재의 제조방법을 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 단면도이다.
[도 2]는 본 발명을 구성하는 제1층과 제2층 그리고 Oxi-PAN 부직포에 관해 주파수(1/3 Octave Center Frequency[㎐]) 변화에 따른 흡음 성능(Absorption coefficient)을 측정한 그래프이다.
[도 3]은 본 발명을 구성하는 제1층과 제2층 그리고 Oxi-PAN 부직포에 대한 열해 시험 결과를 보여주는 이미지이다.
[도 4]는 실차 시험에 사용하려고 본 발명에 따른 Oxi-PAN 부직포로 제작한 실시예(a)와 알루미늄으로 제작한 비교예(b)를 보여주는 사진이다.
[도 5]는 본 발명에 따른 Oxi-PAN 부직포로 제작한 실시예와 알루미늄으로 제작한 비교예를 실제 자동차에 장착하여 아이들 상태에서 운전석(a)과 조수석(b)에서 회전수(rpm)에 대한 소음(Amplitude[%AI])을 측정한 그래프이다.
[도 6]은 본 발명에 따른 Oxi-PAN 부직포로 제작한 실시예와 알루미늄으로 제작한 비교예를 실제 자동차에 장착하여 운전석(a)과 조수석(b)에서 주파수(㎐) 변화에 대한 소음(Pa[dB(A)])을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최고의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 한가지 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형례가 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

[제조방법]

본 발명에 따른 방열 기능을 강화한 자동차용 엔진룸 흡음재의 제조방법은, [도 1] 내지 [도 7]과 같이, 제1층(10)과 제2층(20) 그리고 Oxi-PAN 부직포(30)를 차례로 적층하여 일체로 열 성형한 것이다.

특히, 상기 Oxi-PAN 부직포(30)는 Oxi-PAN으로 제작한 부직포에 내열 액상 페놀 수지(31)를 도포하거나 함침하여 제작한 것을 사용하므로, 두께와 중량 증가를 최소화하면서도 내열 성능을 개선하여 고온에서도 변형하거나 탄화하는 것을 방지할 뿐만 아니라 소음 성능을 개선할 수 있게 한 것이다.

이하, 이러한 구성에 관해 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 여기서, 본 발명에 따른 엔진룸 흡음재의 제조방법은 제1층(10)과 제2층(20) 그리고 Oxi-PAN 부직포(30)를 차례로 적층하여 일체로 열 성형하므로, 각 구성에 관해 먼저 설명한 다음 열 성형하는 조건에 관해 차례로 설명한다.

가. 제1층

제1층(10)은, [도 1]과 같이, PET 부직포(11)와 글라스 울(12) 그리고 PET 부직포(13)를 차례로 적층하여 구성한다. 여기서, 상기 PET 부직포(11, 13)는 각각 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate)로 제작한 것으로 내열성과 내유성이 우수한 것으로 알려졌고, 상기 글라스 울(12)은 단열성과 흡음성이 우수한 재질로 잘 알려졌다. 이러한 PET 부직포(11, 13)와 글라스 울(12)은 통상의 기술로 제작한 것을 사용하며, 특히 글라스 울은 면 밀도가 500~700g/㎡, 가장 바람직하게는 600g/㎡인 것을 사용하는 것이 가장 바람직하다.

나. 제2층

제2층(20)은, [도 1]과 같이, ALGC(21), PET 부직포(22), 글라스 울(23) 그리고 PET 부직포(24)를 차례로 적층하여 구성한다. 여기서, PET 부직포(22), 글라스 울(23) 그리고 PET 부직포(24)은 상술한 제1층(10)에서 사용한 PET 부직포 및 글라스 울과 같은 종류이므로 그 상세한 설명은 생략하고, 새로운 구성인 ALGC(21)에 관해서만 설명한다.

상기 ALGC(21)는 글라스 울에 알루미늄을 코팅하거나 알루미늄 박막을 부착한 것(Aluminium & Glass-Cloth)으로, 글라스 울이 가진 특성에 알루미늄을 부착하여 내화성이 우수하고 성형성이 우수할 뿐만 아니라 복사열의 반사 효과와 더불어 열적 안전성이 우수한 것으로 잘 알려진 통상의 기술로 제작한 것을 사용한다.

다. Oxi -PAN 부직포

Oxi-PAN 부직포(30)는, [도 1]과 같이, 폴리아크릴로나이트릴(PAN: Polyacrylonitrile) 섬유를 탄화한 탄화섬유(Oxi-PAN)에 내열 액상 페놀 수지(31)를 도포하거나 함침하여 제작한다.

여기서, 내열 액상 페놀 수지(31)는 엔진룸 흡음재의 전체 중량이 많이 나가지 않게 하면서도 내열 성능을 충분히 얻을 수 있게 하기 위한 수지로, 내열성, 내산성, 내수성, 그리고 내용해성이 좋은 것으로 잘 알려졌다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 내열 액상 페놀 수지(31)는 노볼락 수지 40~60중량%, 페놀 1~5중량%, 그리고 물 39~59중량%의 비율로 제조한 것을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 내열 액상 페놀 수지(31)는 상기 Oxi-PAN 부직포(30) 중량과 비교하여 150~300%의 비율, 즉 1.5~3배 정도 도포하거나 함침하여 사용하는 것이 바람직하다. 이는, 상기 내열 액상 페놀 수지(31)의 도포나 함침량에 따라 내열 특성을 조절할 수 있게 하기 위함이다.

한편, 이처럼 이루어진 제1층과 제2층 그리고 Oxi-PAN 부직포에 대한 흡음성능과 열해 시험 결과는 다음과 같다.

1. 흡음 성능 결과 비교

[도 2]는 본 발명에 따른 제1층과 제2층 그리고 Oxi-PAN 부직포에 관해 주파수 변화에 따른 흡음 성능을 측정한 그래프이다. 여기서, 가로축은 주파수(1/3 Octave Center Frequency[㎐]), 세로축은 흡음 성능(Absorption coefficient)을, 파란 선은 Oxi-PAN 부직포의 흡음 성능 그래프를, 빨간 선은 제1층의 흡음 성능 그래프를, 어두운 노란색은 제2층의 흡음 성능 그래프를 각각 나타낸다.

본 발명에 따른 제1층과 제2층 그리고 Oxi-PAN 부직포의 흡음 성능 그래프를 비교하면, [도 2]와 같이, Oxi-PAN 부직포와 제1층은 주파수가 높아질수록 흡음성능이 높아지고, 이때 Oxi-PAN 부직포가 제1층보다 흡음 성능이 더 좋아진 것을 알 수 있다. 또한, 제2층은 주파수가 높아질수록 흡음 성능이 잠시 높아지나 전체적으로 낮아지는 것을 알 수 있다.

2. 열해 성능 비교

열해 성능은 부직포 표면에 250℃의 열을 60시간 동안 가해 표면이 탄화했는지 확인한 시험으로 그 결과는 [도 3]과 같다. 그 결과, PET 부직포를 이루어진 제1층과 제2층에서는 탄화가 나타나고, 특히 제1층은 탄화가 심하게 나타났다. 하지만, Oxi-PAN 부직포는 표면 탄화가 이루어지지 않았다.

상술한 흡음 성능과 열해 성능을 비교한 결과를 보면, Oxi-PAN 부직포는 흡음 성능이 우수할 뿐만 아니라 열해가 거의 없고, 제1층은 Oxi-PAN 부직포는 제2층보다 흡음 성능이 우수하나 Oxi-PAN 부직포보다 흡음 성능이 약간 떨어지며 열해가 심하게 나타나며, 제2층은 흡음 성능이 많이 떨어지나 약간의 열해가 나타난 것을 알 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 Oxi-PAN 부직포로 제작한 실시예와 알루미늄으로 제작한 비교예를 실제 자동차에 장착하여 평가한 결과는 다음의 [도 5] 및 [도 6]과 같다. [도 4]는 실차 시험에 사용하려고 본 발명에 따른 Oxi-PAN 부직포로 제작한 실시예(a)와 알루미늄으로 제작한 비교예(b)를 보여주는 사진이다.

3. 실차 평가

[도 5]는 본 발명에 따른 Oxi-PAN 부직포로 제작한 실시예와 알루미늄으로 제작한 비교예를 실제 자동차에 장착하여 아이들 상태에서 운전석(a)과 조수석(b)에서 회전수(rpm)에 대한 흡음(Amplitude[%AI])을 측정한 그래프로, 가로축은 회전수(rpm)를, 세로축은 흡음(Amplitude[%AI])을, 검은 선은 비교예를, 붉은 선은 실시예를 각각 나타낸다. 그 결과, 실시예가 주파수 전체 영역에 걸쳐 비교예보다 우수한 것을 알 수 있고, 평균값을 통해 보면 다음의 [표 1]과 같이 실시예가 비교예보다 우수한 것을 알 수 있다.

구분	운전석	조수석
비교예	98.6%AI	80.7%AI
실시예	99.8%AI	83.9%AI

[도 6]은 본 발명에 따른 Oxi-PAN 부직포로 제작한 실시예와 알루미늄으로 제작한 비교예를 실제 자동차에 장착하여 운전석(a)과 조수석(b)에서 주파수(㎐) 변화에 대한 소음(Pa[dB(A)])을 측정한 결과를 보여주는 그래프로, 세로축은 주파수(㎐)를 세로축은 소음(Pa[dB(A)])을, 검은 선은 비교예를, 붉은 선은 실시예를 각각 나타낸다. 그 결과, 운전석에서는 실시예가 약간 우수하고, 조수석에서는 비교예가 약간 우수한 것을 알 수 있다. 이를, 평균값을 통해 비교하면 아래의 [표 2]와 같다다.

구분	운전석	조수석
비교예	52.6%AI	54.1%AI
실시예	53.0%AI	52.8%AI

이처럼 이루어진 본 발명에 따른 제1층과 제2층 그리고 Oxi-PAN 부직포는 열 성형 과정을 통해 엔진룸 흡음재를 제작한다.

라. 열 성형 조건

본 발명은 상술한 제1층(10)과 제2층(20) 그리고 Oxi-PAN 부직포(30)를 차례로 적층한 다음 열성형 금형을 통해 일정 조건에 따라 열을 가하면서 가압하게 된다.

이때, 가하는 압력과 시간 그리고 온도는 이들 제1층(10)과 제2층(20) 그리고 Oxi-PAN 부직포(30)를 구성하는 각 구성이 파괴하지 않으면서도 일체로 이루어질 수 있는 조건에서 열 성형한다. 이러한 열성형 조건은, 성형 압력 45~55㎏/㎠, 열성형 금형의 온도 200~210℃, 90~120초간 열을 가하면서 가압한다.

[엔진룸 흡음재]

본 발명은 상술한 제조방법으로 제조한 방열 기능을 강화한 자동차용 엔진룸 흡음재를 포함한다.

이상과 같이 본 발명은 Oxi-PAN 부직포에 내열 액상 페놀 수지를 함침하거나 도포하여 제작한 것을 사용하므로, 내열 효과를 높일 수 있을 뿐만 아니라 중량 증가를 최소화하면서도 흡음 성능을 높일 수 있게 된다.

10 : 제1층
11, 13, 22, 24 : PET 부직포
12, 23 : 글라스 울
30 : Oxi-PAN 부직포
31 : 내열 액상 페놀 수지

Claims

제1층(10)과 제2층(20) 그리고 Oxi-PAN 부직포(30)를 차례로 적층하여 일체로 열 성형하되,
상기 제1층(10)은 PET(polyethylene terephthalate) 부직포(11)와 글라스 울(12) 그리고 PET(polyethylene terephthalate) 부직포(13)를 차례로 적층하고,
상기 제2층(20)은 ALGC(21), PET 부직포(polyethylene terephthalate)(22), 글라스 울(23) 그리고 PET(polyethylene terephthalate) 부직포(24)를 차례로 적층하며,
상기 Oxi-PAN 부직포(30)는 내열 액상 페놀 수지(31)를 도포하거나 함침한 것을 특징으로 하는 방열 기능을 강화한 자동차용 엔진룸 흡음재의 제조방법.
제1항에서,
상기 내열 액상 페놀 수지(31)는,
노볼락 수지 40~60중량%;
페놀 1~5중량%; 및
물 39~59중량%;인 것을 특징으로 하는 방열 기능을 강화한 자동차용 엔진룸 흡음재의 제조방법.
제1항에서,
상기 내열 액상 페놀 수지(31)는,
상기 Oxi-PAN 부직포(30) 중량 대비 150~300%의 비율로 도포하거나 함침한 것을 특징으로 하는 방열 기능을 강화한 자동차용 엔진룸 흡음재의 제조방법.
제1항에서,
상기 열 성형 조건은,
성형 압력 45~55㎏/㎠, 온도 200~210℃, 90~120초간 가압하는 것을 특징으로 하는 방열 기능을 강화한 자동차용 엔진룸 흡음재의 제조방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 의한 제조방법으로 제조한 방열 기능을 강화한 자동차용 엔진룸 흡음재.