KR102213844B1 - 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 자동차용 흡음 에어덕트 - Google Patents

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KR102213844B1
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low
polyester resin
air duct
melting point
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이민성
최재민
김성렬
박성윤
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Abstract

본 발명은 와이어를 사이에 두고 하층 부직포와 상층 부직포가 적층되고, 상기 상층 부직포 위로 저융점 폴리에스테르 수지로 형성된 필름층이 적층되며, 상기 하층 및 상층 부직포는 융점이 250℃ 보다 높은 폴리에스테르 수지를 함유하는 제1 폴리에스테르 섬유 및 연화점이 100℃ 내지 150℃인 저융점 폴리에스테르 수지를 함유하는 제2 폴리에스테르 섬유가 혼합되어 형성되고, 상기 제2 폴리에스테르 섬유는 테레프탈산 또는 그 에스테르 형성성 유도체로 이루어진 산성분, 및 2-메틸-1,3-프로판디올, 2-메틸-1,3-펜탄디올, 및 에틸렌글리콜로 이루어진 디올성분으로 형성되는 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 자동차용 흡음 에어덕트를 제공한다.

Description

저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 자동차용 흡음 에어덕트{SOUND ABSORBING INTAKE AIR DUCT COMPRISING LOW MELTING POLYESTER FIBER}
본 발명은 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 자동차용 흡음 에어덕트에 관한 것으로 폴리에스테르계 수지로 형성되어 재활용이 용이하고 저융점 섬유를 사용하여 제조가 용이한 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 자동차용 흡음 에어덕트에 관한 것이다.
자동차 엔진으로 흡기를 공급하기 위한 흡기계 구성은 외기가 흡입되는 경로인 에어덕트와, 에어덕트에 유입된 공기를 정화하는 에어클리너(2)와, 서지탱크와 연결되는 흡기 매니폴드 등을 포함하고, 엔진에서 발생하는 토출 소음을 저감시키기 위한 레조네이터(resonator) 등이 에어덕트에 설치되고 있다.
이러한 흡기계에서 발생하는 엔진 토출음 등을 저감하기 위한 방법으로서, 에어덕트에 레조네이터를 설치하여 특정주파수의 엔진 토출음을 저감시키는 방법과, 에어덕트를 플라스틱 재질을 이용한 다공성 덕트 또는 방음용(Acoustic) 덕트로 채택하는 등의 방법이 적용되고 있다.
종래의 흡음 에어덕트는 수 많은 기공을 가짐과 함께 다양한 기공 크기를 가지는 부직포를 사용하여 엔진에서 발생되는 맥동음 및 에어 흐름에 의한 소음을 감소할 수 있는 장점으로 많이 사용되고 있다.
상기 부직포 재질을 기반으로 하는 흡음 에어덕트는 기존 플라스틱 흡음덕트와는 달리, 흡음 에어덕트 자체에 흡음 성능을 부여한 덕트로서, 폴리염화비닐(PVC) 수지, 폴리우레탄(PU) 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이드(PET) 수지 등 다양한 합성수지를 이용하여 제조되고 있다.
일예로 대한민국 등록특허 제1417458호는 PVC 필름 또는 폴리우레탄 필름과 같은 필름부재와 필름부재 위에 접착제를 도포한 후, 그 위에 외표면이 접착되는 외측 부직포와 와이어를 사이에 두고 외측 부직포의 내면에 적층되는 내측 부직포와; 외측 및 내측 부직포가 에어덕트 형상으로 감길 때, 오버랩되는 부분에 함께 감겨서 외측 및 내측 부직포를 접합시키는 핫멜트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 흡음 에어덕트에 관한 것이다.
상기와 같이 다양한 합성수지로 제조되는 종래의 흡음 에어덕트 중 폴리염화비닐(PVC) 수지, 폴리우레탄(PU) 수지는 소각 시에 휘발성 유기화합물(VOCs) 방출이 많이 발생하는 문제가 있으며, 소재별로 분리가 불가능하여 재활용이 불가능한 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 자동차용 흡음 에어덕트를 구성하는 구성부를 폴리에스테르계 수지로 형성하여 재활용이 용이한 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 자동차용 흡음 에어덕트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 열접착성 및 내열성이 향상된 저융점 폴리에스테르 필름 및 섬유를 사용하여 구성부간의 접착을 위해 별도의 접착재가 필요하지 않아 제조공정성이 향상된 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 자동차용 흡음 에어덕트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 와이어를 사이에 두고 하층 부직포와 상층 부직포가 적층되고, 상기 상층 부직포 위로 저융점 폴리에스테르 수지로 형성된 필름층이 적층되며, 상기 하층 및 상층 부직포는 융점이 250℃ 보다 높은 폴리에스테르 수지를 함유하는 제1 폴리에스테르 섬유 및 연화점이 100℃ 내지 150℃인 저융점 폴리에스테르 수지를 함유하는 제2 폴리에스테르 섬유가 혼합되어 형성되고, 상기 제2 폴리에스테르 섬유는 테레프탈산 또는 그 에스테르 형성성 유도체로 이루어진 산성분, 및 2-메틸-1,3-프로판디올, 2-메틸-1,3-펜탄디올, 및 에틸렌글리콜로 이루어진 디올성분으로 형성되는 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 자동차용 흡음 에어덕트를 제공한다.
또한, 상기 제1 폴리에스테르 섬유, 또는 제2 폴리에스테르 섬유, 또는 상기 제1 폴리에스테르 섬유 및 제2 폴리에스테르 섬유는 진원율이 50~80%인 이형단면사인 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 자동차용 흡음 에어덕트를 제공한다.
또한, 상기 제1 폴리에스테르 섬유, 또는 제2 폴리에스테르 섬유, 또는 상기 제1 폴리에스테르 섬유 및 제2 폴리에스테르 섬유는 중공형 섬유인 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 자동차용 흡음 에어덕트를 제공한다.
또한, 상기 제2 폴리에스테르 섬유는 시스부와 코어부로 형성되는 바인더용 폴리에스테르 섬유로 상기 코어부는 일반 폴리에스테르 수지로 형성되고, 상기 시스부는 저융점 폴리에스테르 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 자동차용 흡음 에어덕트를 제공한다.
또한, 상기 저융점 폴리에스테르 수지의 2-메틸-1,3-펜탄디올은 디올성분 중 0.01~5몰%를 함유하는 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 자동차용 흡음 에어덕트를 제공한다.
또한, 상기 저융점 폴리에스테르 수지는 220℃의 용융점도 및 260℃의 용융점도의 차이가 600포이즈(poise)이하인 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 자동차용 흡음 에어덕트를 제공한다.
또한, 상기 하층 부직포와 상층 부직포 사이에 저융점 폴리에스테르 섬유가 90%이상 함유된 접착층이 형성되는 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 자동차용 흡음 에어덕트를 제공한다.
또한, 상기 저융점 폴리에스테르 섬유는 상기 제2 폴리에스테르 섬유와 동일한 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 자동차용 흡음 에어덕트를 제공한다.
또한, 상기 필름층을 형성하는 저융점 폴리에스테르 수지는 제2 폴리에스테르 섬유에 포함되는 저융점 폴리에스테르 수지인 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 자동차용 흡음 에어덕트를 제공한다.
상기와 같이 본 발명에 따른 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 자동차용 흡음 에어덕트는 자동차용 흡음 에어덕트를 구성하는 구성부를 폴리에스테르계 수지로 형성하여 재활용이 용이한 효과가 있다.
또한, 열접착성 및 내열성이 향상된 저융점 폴리에스테르 필름 및 섬유를 사용하여 구성부간의 접착을 위해 별도의 접착재가 필요하지 않아 제조공정성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차용 흡음 에어덕트의 일실시예 단면을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동차용 흡음 에어덕트의 다른 실시예 단면을 나타낸 도면이다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 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.
도 1은 본 발명에 따른 자동차용 흡음 에어덕트의 일실시예 단면을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 흡음 에어덕트의 다른 실시예 단면을 나타낸 도면이다.
본 발명은 도 1에서와 같이 와이어(150)를 사이에 두고 하층 부직포(110)와 상층 부직포(130)가 적층되고, 상기 상층 부직포(130) 위로 저융점 폴리에스테르 수지로 형성된 필름층(170)이 적층되어 형성되는 자동차용 흡음 에어덕트에 관한 것이다.
상기 하층 및 상층 부직포(110, 130)는 융점이 250℃ 보다 높은 폴리에스테르 수지를 함유하는 제1 폴리에스테르 섬유 및 연화점이 100℃ 내지 150℃인 저융점 폴리에스테르 수지를 함유하는 제2 폴리에스테르 섬유가 혼합되어 형성된다.
상기 제1 폴리에스테르 섬유는 테레프탈산 또는 그 에스테르 형성성 유도체와 에틸렌글리콜(EG)로 형성되는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)일 수 있으며, 기능성을 위해 기능성 화합물이 공중합된 공중합 폴리에스테르 수지일 수 있다.
상기 융점이 250℃ 보다 높은 폴리에스테르 수지는 융점이 높은 폴리에스테르 수지는 어느 것이나 사용할 수 있을 것이다.
상기 제2 폴리에스테르 섬유는 테레프탈산 또는 그 에스테르 형성성 유도체로 이루어진 산성분, 및 2-메틸-1,3-프로판디올(2-Methyl 1,3 Prorpanediol), 2-메틸-1,3-펜탄디올(2-Methyl 1,3 Pentanediol) 및 에틸렌글리콜(EG)로 이루어진 디올성분으로 형성되는 저융점 폴리에스테르 수지를 포함하는 섬유이다.
상기 제2 폴리에스테르 섬유는 상기 저융점 폴리에스테르 수지로 단독방사하여 형성되거나, 제2 폴리에스테르 섬유의 물성 향상을 위해 코어부는 일반 폴리에스테르 수지로 형성되고 시스부는 저융점 폴리에스테르 수지로 형성되는 시스-코어형 복합섬유일 수 있다.
상기 제2 폴리에스테르 섬유가 시스-코어형 복합섬유일 경우 상기 코어부를 형성하는 일반 폴리에스테르 수지는 어느 것이나 사용가능하나 테레프탈산과 에틸렌글리콜로 제조되는 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET) 수지를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 시스부는 상기 저융점 폴리에스테르 수지로 형성될 수 있을 것이다.
본 발명에서 사용되는 저융점 폴리에스테르 수지는 2-메틸-1,3-프로판디올은 두 번째 탄소에 메틸기가 결합되어 고분자 주쇄의 회전을 용이하게 하며 고분자 말단 부분인 것처럼 작용하여 주쇄 사이의 자유공간을 넓혀, 분자쇄 전체의 유동가능성을 증가시킨다. 이로 인해 고분자가 비정형이 되도록 하며 이소프탈산과 동일한 열적특성을 갖게 된다. 폴리머 주쇄에 존재하는 유연 분자쇄로 인해 탄성을 향상시켜 부직포 바인딩시 인열특성을 개선시키는 역할을 한다.
즉, 2-메틸-1,3-프로판디올은 테레프탈레이트에 결합된 에틸렌 사슬에 메틸기(-CH3)를 측쇄로 포함하여 중합된 수지의 주쇄가 회전할 수 있도록 공간을 확보함으로써 주쇄의 자유도 증가 및 수지의 결정성 저하를 유도하여 연화점(Ts) 및/또는 유리전이 온도(Tg)를 조절할 수 있다. 이는 종래 결정성 폴리에스테르 수지의 결정성을 저하시키기 위하여 비대칭 방향족 고리를 함유하는 이소프탈산(isophthalic acid, IPA)을 사용하는 경우와 동일한 효과를 나타낼 수 있다.
상기 2-메틸-1,3-펜탄디올은 상기 2-메틸-1,3-프로판디올과 같이 두 번째 탄소에 메틸기가 결합되어 고분자 주쇄의 회전을 용이하게 하며 폴리에스테르 수지에 저융점 특성을 부여하는 특성을 가지고 있으며, 2-메틸-1,3-프로판디올 보다 더 긴 분자 체인으로 폴리에스테르 수지의 용융점도를 증가시키면서 고온에서 용융점도가 급격하게 저하되는 것을 방지한다.
상기와 같은 디올성분으로 형성되는 본 발명의 저융점 폴리에스테르 수지는 저융점 특성 및 접착력 향상을 위해 상기 저융점 폴리에스테르 수지의 2-메틸-1,3-프로판디올은 디올성분 중 20~50몰% 함유되는 것이 바람직할 것이다.
상기 2-메틸-1,3-펜탄디올은 디올성분 중 0.01몰% 미만으로 함유되면 용융점도 향상효과가 미미하며, 5몰%를 초과하면 용융점도가 급격히 증가하여 방사공정성이 저하될 수 있는 것으로 2-메틸-1,3-펜탄디올은 디올성분 중 0.01~5몰%를 함유하는 것이 바람직할 것이다.
상기 2-메틸-1,3-펜탄디올은 0.05~2몰%를 함유하는 것이 가장 바람직할 것이다.
상기 2-메틸-1,3-펜탄디올을 함유하는 저융점 폴리에스테르 수지는 220℃의 용융점도 및 260℃의 용융점도의 차이가 600포이즈(poise)이하로 고온에서 용융점도가 급격하게 저하되지 않는 특징을 가진다.
상기 저융점 폴리에스테르 수지의 220℃의 용융점도 및 260℃의 용융점도의 차이는 낮으면 낮을 수록 바람직한 것으로 500포이즈이하인 것이 더욱 바람직할 것이다.
상기 제2 폴리에스테르 섬유를 상기의 저융점 폴리에스테르 수지를 시스부로 구성한 시스-코어형 복합섬유로 형성할 경우 방사공정에서 복합섬유의 방사성을 위해 상기 코어부의 일반 폴리에스테르 수지는 280℃의 용융점도가 2,000~4,000포이즈(poise)이고, 상기 시스부의 폴리에스테르 수지는 260℃의 용융점도가 500~1,400포이즈(poise)인 것이 바람직할 것이다.
상기 코어부의 일반 폴리에스테르 수지의 용융점도가 너무 높으면 방사공정성이 저하되어 사절현상이 발생될 수 있으며, 코어부의 용융점도가 시스부의 폴리에스테르 수지보다 낮으면 복합섬유의 형태안정성이 저하될 수 있다. 즉, 시스-코어형의 섬유단면이 형성되지 않을 수 있는 것으로 코어부의 일반 폴리에스테르 수지는 280℃의 용융점도가 2,000~4,000포이즈인 것이 바람직할 것이다.
상기 시스부의 저융점 폴리에스테르 수지의 용융점도가 너무 높으며 복합섬유의 형태안정성이 저하될 수 있으며, 시스부의 용융점도가 너무 낮으면 단면 불균일, 곡사 현상, 사절 현상 등이 발생될 수 있는 것으로 시스부의 폴리에스테르 수지는 260℃의 용융점도가 600~1,500포이즈인 것이 바람직하며, 260℃의 용융점도가 700포이즈 이상인 것이 더욱 바람직할 것이다.
상기 코어부를 형성하는 일반 폴리에스테르 수지의 용융점도와 시스부를 형성하는 폴리에스테르 수지의 용융점도는 일정 범위로 차이가 있는 것이 복합섬유의 형태안정성 및 방사공정성 향상에 유리한 것으로 상기 코어부를 형성하는 일반 폴리에스테르 수지의 280℃의 용융점도와 시스부를 형성하는 폴리에스테르 수지의 260℃의 용융점도의 차이가 700~2,500포이즈인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1,000~2,000포이즈 차이가 있는 것이다.
상기와 같이 2-메틸-1,3-프로판디올과 2-메틸-1,3-펜탄디올이 함유되는 본 발명의 저융점 폴리에스테르 수지는 연화온도가 100℃~150℃이고, 유리전이 온도는 50℃ 내지 90℃, 고유점도 0.50㎗/g이상으로 우수한 물성을 가지게 된다.
상기 제1 폴리에스테르 섬유, 또는 제2 폴리에스테르 섬유, 또는 상기 제1 폴리에스테르 섬유 및 제2 폴리에스테르 섬유는 흡음성을 높이기 위해 진원율이 50~80%인 이형단면사를 사용할 수 있을 것이다.
상기 제1 폴리에스테르 섬유 또는/및 제2 폴리에스테르 섬유는 진원율이 50~80%인 이형단면사는 어느 것이나 사용할 수 있으나, 3~8엽의 단면의 다엽을 갖는 이형단면사가 바람직하며, 제조공정성을 위해 십자형의 4엽 단면, 별 모양의 5엽 또는 6엽 단면인 것이 가장 바람직할 것이다.
또한, 상기 제1 폴리에스테르 섬유, 또는 제2 폴리에스테르 섬유, 또는 상기 제1 폴리에스테르 섬유 및 제2 폴리에스테르 섬유는 흡음성을 높이기 중공형 섬유를 사용할 수 있을 것이다.
상기 제1 폴리에스테르 섬유 및 제2 폴리에스테르 섬유는 섬도 및 섬유장은 에어덕트의 크기에 따라 조절될 수 있는 것으로 섬도 0.5~6데니어, 섬유장 5~100㎜인 것이 바람직할 것이다.
상기 제1 폴리에스테르 섬유 및 제2 폴리에스테르 섬유로 형성되는 하층 및 상층 부직포는 섬유 상호 간에 부분 융착된 형태인 것으로 섬유 상호 간에 부분 융착된 형태는 열성형을 통해 섬유층을 형성하는 과정에서 열 및/또는 압력을 가하게 되고, 그 과정에서 섬유 상호 간에 부분 융착된 형태를 이루게 된다.
상기 제1 폴리에스테르 섬유 및 제2 폴리에스테르 섬유는 중량비 2:8 내지 8:2로 혼합되어 형성하는 것이 바람직한 것으로 상기 제2 폴리에스테르 섬유의 함량이 낮으면 섬유간의 부분 융착이 약하여 형태안정성이 저하될 수 있으며, 제2 폴리에스테르 섬유의 함량이 높으면 부직포의 강도 등의 물성이 저하될 수 있다.
상기 하층 및 상층 부직포는 제1 폴리에스테르 섬유 및 제2 폴리에스테르 섬유를 균일하게 혼합한 섬유층을 형성시키고 100~200℃에서 열성형하여 섬유 상호 간에 부분 융착을 형성시키고 일정한 형태로 형성할 수 있을 것이다.
상기 하층 및 상층 부직포는 와이어를 사이에 두고 열접착 공정을 통해 두 부직포를 접착시킬 수 있으나, 와이어로 인해 접착력이 저하될 수 있으므로 도 2에서와 같이 하층 부직포와 상층 부직포 사이에 접착층(190)을 포함시켜 하층 및 상층 부직포의 접착력을 높일 수 있을 것이다.
상기 접착층(190)은 저융점 폴리에스테르 섬유가 90%이상 함유된 얇은 부직포로 상기 저융점 폴리에스테르 섬유는 상기 제2 폴리에스테르 섬유와 동일한 것이 바람직할 것이다.
상기 와이어(150)는 에어덕트의 형상을 유지시켜주는 구성으로 폴리아미드계 수지로 제조되는 와이어나, 폴리에스테르계 수지로 제조되는 와이어를 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 재활용성을 높이기 위해 폴리에스테르계 수지로 제조되는 와이어를 사용하는 것이 바람직할 것이다.
상기 필름층(170)은 이물질 차단을 위해 상층 부직포에 부착되는 필름으로 상층 부직포(130)와 접착제 없이 열접착을 위해 저융점 폴리에스테르 수지로 형성되는 것이 바람직할 것이다.
상기 필름층(170)을 형성하는 저융점 폴리에스테르 수지는 제2 폴리에스테르 섬유에 포함되는 저융점 폴리에스테르 수지인 것이 바람직할 것이다.
상기와 같이 하층 부직포(110), 와이어(150), 상층 부직포(130), 필름층(170)으로 적층되는 본 발명에 따른 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 자동차용 흡음 에어덕트는 필름층(170) 위에 상층 부직포(130), 와이어(150), 하층 부직포(110)로 순차적으로 적층 시킨 후에 열압착 공정으로 각각의 층을 부착시켜 제조할 수 있을 것이다.
상기 하층 부직포(110) 및 상층 부직포(130)는 제조 공정성을 위해 필름층(170)위로 적층되기전에 니들펀칭 공정을 통해 부직포 형태로 형상을 고정시킨 후에 필름층(170)에 적층하는 것이 바람직할 것이다.
또한, 상기 접착층(190)을 하층 부직포(110), 상층 부직포(130) 사이에 포함시킬 경우에는 상층 부직포(130) 위로 접착층(190)을 적층하거나, 와이어(150) 위로 접착층(190)을 적층하여 하층 부직포(110)와 상층 부직포(130) 사이에 접착층(190)을 포함시킬 수 있을 것이다.
상기와 같이 본 발명에 따른 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 자동차용 흡음 에어덕트는 부직포를 포함하는 구성으로 엔진에서 발생되는 소음이나 에어 흐름에 의한 소음을 흡음할 수 있으며, 구성부가 대부분 폴리에스테르계 수지로 형성되어 재활용이 용이하다.
또한, 저융점 폴리에스테르 수지 및 섬유로 형성되어 제조가 용이한 장점이 있다.
이하 본 발명에 따른 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 자동차용 흡음 에어덕트를 제조하기 위한 방법의 실시예를 나타내지만, 본 발명이 실시예로 한정되는 것은 아니다.
◈ 제2 폴리에스테르 섬유 제조
제조예 1 내지 6
코어부로 280℃에서 용융점도가 약 2,300포이즈(poise)인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하였으며, 시스부는 저융점 폴리에스테르 수지를 사용하여 시스부 및 코어부의 중량비 50:50으로 일반적인 복합방사공정을 통해 본 발명의 공정성이 향상된 바인더용 폴리에스테르 섬유를 제조하였다.
상기 저융점 폴리에스테르 수지는 에스테르 반응조에 테레프탈산(TPA) 및 에틸렌글리콜(EG)을 투입하고, 258℃에서 통상적인 중합반응을 수행하여 반응율이 약 96%인 폴리에틸렌테레프탈레이트 중합체(PET oligomer)를 제조하였다. 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)에 2-메틸-1,3-프로판디올은 디올성분 중 약 42몰%를 함유시켰으며, 2-메틸-1,3-펜탄디올을 하기 표 1에 나타낸 함량 비율로 혼합하고, 에스테르 교환 반응 촉매를 첨가하여 250±2℃에서 에스테르 교환 반응을 수행하였다. 그 후 얻어진 반응 혼합물에 축중합 반응 촉매를 첨가하고 반응조 내 최종 온도 및 압력이 각각 280±2℃ 및 0.1 mmHg이 되도록 조절하면서 축중합 반응을 수행하여 제조하였다.
제조비교예 1
제조예 1과 같이 동일하게 코어부로 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하였으며, 시스부의 저융점 폴리에스테르 수지는 산성분으로 테레프탈산(66.5몰%) 및 이소프탈산(33.5몰%)을 사용하였으며, 디올성분으로 디에틸렌글리콜(10.5몰%), 에틸렌글리콜(89.5몰%)을 사용하여 제조하였다.
제조비교예 2
제조예 1과 같이 동일하게 코어부로 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하였으며, 시스부의 저융점 폴리에스테르 수지는 산성분으로 테레프탈산을 사용하였으며, 디올성분으로 2-메틸-1,3-프로판디올(42.5몰%), 에틸렌글리콜(57.5몰%)을 사용하여 제조하였다.
구분 연화점
(℃)		 Tg
(℃)		 IV
(dl/g)		 2-메틸-1,3-펜탄디올(몰%) 용융점도
220℃ 240℃ 260℃
제조예1 122 60.9 0.561 0.1 1254 1019 783
제조예2 119 61.8 0.562 0.5 1314 1078 864
제조예3 120 61.9 0.562 1.0 1528 1387 1196
제조예4 123 63.5 0.562 2.0 2271 1739 1444
제조예5 123 64.8 0.563 3.5 2833 2571 2213
제조예6 126 67.3 0.561 5.0 3341 3041 2733
제조비교예1 113 56.8 0.563 0 1011 739 467
제조비교예2 121 61.5 0.561 0 1197 992 664
표 1에서와 같이 2-메틸-1,3-펜탄디올의 함유량이 높아질수록 용융점도가 상승되는 것을 알 수 있으며, 제조예 1 내지 6는 260℃의 용융점도가 모두 700포이즈 이상으로 고온에서 높은 용융점도를 유지하는 것을 알 수 있다.또한, 2-메틸-1,3-펜탄디올이 디올성분 중 0.5~2몰% 함유된 제조예 2 내지 4는 220℃의 용융점도 및 260℃의 용융점도의 차이가 300~500포이즈로 용융점도 차이가 684, 674 포이즈인 제조비교예 1,2 보다 낮을 것을 알 수 있다.
또한, 제조예 5,6과 같이 2-메틸-1,3-펜탄디올이 디올성분 중 3몰%이상 함유될 경우 260℃의 용융점도가 2,000포이즈 이상으로 용융점도가 급격히 증가되는 것을 알 수 있다.
▶ 제조예 및 제조비교예의 섬유 물성측정
상기 제조예 및 제조비교예에서 제조된 저융점 폴리에스테르 수지 및 바인더용 폴리에스테르 섬유의 하기와 같은 물성을 측정하여, 그 결과는 표 1, 2에 나타내었다.
(1) 연화점(또는 융점) 및 유리전이 온도(Tg) 측정
시차 주사 열량계(Perkin Elmer, DSC-7)를 이용하여 공중합 폴리에스테르 수지의 유리전이 온도(Tg)를 측정하였으며, 동적기계 분석기(DMA-7, Perkin Elmer)를 이용하여 TMA 모드에서 연화 거동을 측정하였다.
(2) 고유점도(IV) 측정
폴리에스테르 수지를 페놀 및 테트라클로로에탄을 1:1 중량비율로 혼합한 용액에 각각 0.5 중량%의 농도로 용해시킨 후 우베로드 점도계를 이용하여 35℃에서 고유점도(I.V)를 측정하였다.
(3) 용융점도 측정
폴리에스테르 수지를 측정온도로 용융시킨 후, Rheometric Scientific사의 RDA-Ⅲ을 이용하여 용융점도를 측정하였다. 구체적으로는, 설정한 온도에서 Frequency Sweep 조건에서 Initial Frequency = 1.0 rad/s 부터 Final Frequency = 500.0 rad/s까지 설정하여 측정하였을 때, 100 rad/s에서의 값을 용융점도로 산출하였다.
(4) 압축경도 측정
폴리에스테르 섬유 5g을 개섬하고 지름 10㎝의 원형의 성형틀에 5㎝ 높이로 쌓은 후에 설정된 온도에서 90초간 열접착하여 원기둥 형상의 성형품을 제조하였다. 제조된 성형품을 Instron을 통해 75%압축하여 압축에 걸리는 하중을 측정하여 압축경도를 측정하였다. 본 실험에서는 열접착 온도는 140℃, 150℃, 160℃에서 각각 열접착하여 압축경도를 측정하였다.
(5) 방사수율(%, 24hr) 측정
방사수율은 24시간 동안 사용된 폴리에스테르 수지의 양과 방사된 섬유의 양을 측정하여 하기의 식으로 계산하였다.
방사수율(%) = (방사된 섬유의 양(kg) / 사용 PET 수지의 양(kg)) * 100
(6) 상온 및 고온 접착성 측정
실시예 및 비교예의 폴리에스테르 섬유를 열융착하여 밀도가 2g/100㎠로 고정된 부직포를 준비하고, 준비된 부직포를 ASTM D1424에 따라 25±0.5℃(상온) 및 100±0.5℃(고온)에서의 접착력을 측정하였다.
(7) 고온수축성
바인더용 폴리에스테르 섬유를 단섬유로 제조한 후, 카딩 (Carding) 하여 원통형으로 제조한다. 170℃ 열을 3분간 가한 후 줄어든 부피를 측정한다， 기존 부피는 330㎤으로 부피가 많이 줄어들수록 형태안정성이 좋지 않다고 평가할 수 있다. 통상 250㎤ 이하이면 형태안정성이 떨어지는 수준이며 280㎤ 이상이면 우수하다고 평가할 수 있다.
구분 압축경도(kgf) 방사수율 접착력 형태안정성
140℃ 150℃ 160℃ (%, 24hr) 상온접착력
[kgf]		 고온접착력
[kgf]		 고온수축성
[㎤]
제조예1 0.55 0.72 0.98 98.5 56.2 4.1 268
제조예2 0.57 0.79 1.07 99.2 57.4 4.3 271
제조예3 0.62 0.88 1.21 99.3 57.3 4.7 275
제조예4 0.61 1.24 1.36 99.5 58.1 4.9 281
제조예5 0.73 1.39 1.55 95.6 58.3 5.1 274
제조예6 0.76 1.54 1.86 91.3 57.2 5.2 271
제조비교예1 0.41 0.57 0.74 97.8 55.3 3.2 254
제조비교예2 0.52 0.73 0.91 98.1 55.7 3.9 260
압축경도는 수치가 높을 수록 성형품의 섬유간의 열접착성이 우수한 것으로 상기 표 2에 나타낸 바와 같이 본 발명의 저융점 폴리에스테르 섬유인 제조예 1 내지 6은 제조비교예 1,2 보다 압축경도가 높은 것으로 열접착성이 우수한 것을 알 수 있으며, 제조예 1 내지 6 및 제조비교예의 저융점 폴리에스테르 수지는 상온접착력이 55kfg이상으로 모두 우수하게 측정되었으나, 본 발명의 제조예 1 내지 6가 제조비교예 1,2 보다 접착력이 우수한 것을 알 수 있다.특히, 제조예 1 내지 6은 고온 접착력이 비교예 보다 우수한 것으로 본 발명의 따른 실시예는 고온접착력이 4.1~5.2kgf이나, 제조비교예는 3.2, 3.9로 본 발명의 제조예가 고온접착력이 매우 우수한 것을 알 수 있다.
또한, 제조예 1 내지 6 및 제조비교예 모두 고온수축성이 260㎤이상으로 양호한 수준을 알 수 있으나, 제조예 1 내지 6이 제조비교예 1,2보다 우수한 것을 알 수 있다.
또한, 220℃의 용융점도 및 260℃의 용융점도의 차이 낮은 제조예 2 내지 4는 방사수율에서도 더 높은 값을 갖는 것을 알 수 있는 것으로 본 발명의 저융점 폴리에스테르 섬유가 공정성이 우수하고 높은 공정성으로 열접착성이 향상되는 것을 알 수 있다.
특히, 디올성분 중 0.5~2.0몰% 함유된 제조예 2 내지 4는 방사수율이 99%이상이며, 상온접착력, 고온접착력이 모두 우수하고 고온수축성에서도 매우 우수한 것으로 상기 2-메틸-1,3-펜탄디올은 디올성분 중 0.5몰~2.0몰% 함유되는 것이 바람직할 것이다.
◈ 자동차용 흡음 에어덕트 제조
실시예 1 내지 5
상기 제조예 3의 저융점 폴리에스테르 수지를 이용하여 필름층을 제조하였고, 하층 및 상층 부직포는 제1 폴리에스테르 섬유는 융점이 약 265℃의 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하여 제조된 6엽 단면(진원율 68%)의 섬유를 사용하였으며, 제2 폴리에스테르 섬유는 상기 제조예 3의 저융점 폴리에스테르 섬유를 중공형으로 제조하여 사용하여 제조하였고, 와이어는 폴리에스테르계 섬유를 사용하여 제조된 와이어를 사용하였다.
상기 하층 및 상층 부직포는 제1 폴리에스테르 섬유는 섬도 1.4데니어, 섬유장 6㎜이고, 제2 폴리에스테르 섬유는 섬도 2데니어, 섬유장 6㎜의 단섬유로 상기 제1 폴리에스테르 섬유 30중량%와 제2 폴리에스테르 섬유 70중량%를 혼합하여 니들펀칭 공정으로 부직포 형태로 제조하였다.
자동차용 흡음 에어덕트의 제조는 필름층 위에 상층 부직포, 와이어, 하층 부직포로 순차적으로 적층 시킨 후에 열압착 공정으로 각각의 층을 부착시켜 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일하게 제조하였으나, 제1 폴리에스테르 섬유는 4엽 단면(진원율 74%)의 섬유를 사용하였다.
실시예 3
상기 실시예 1과 동일하게 제조하였으나, 제2 폴리에스테르 섬유는 원형단면의 섬유를 사용하였다.
실시예 4
상기 실시예 1과 동일하게 제조하였으나, 제1 폴리에스테르 섬유는 원형 단면(진원율 100%)의 섬유를 사용하였다.
실시예 5
상기 실시예 1과 동일하게 제조하였으나, 제1 폴리에스테르 섬유는 원형 단면(진원율 100%)의 섬유를 사용하였으며, 제2 폴리에스테르 섬유는 원형단면의 섬유를 사용하였다.
비교예
필름층은 폴리우레탄계 수지로 형성되는 PU 필름을 사용하였고 와이어는 나이론 와이어를 사용하였으며 하층 및 상층 부직포는 융점이 약 265℃의 폴리에틸렌테레프탈레이트로 제조된 원형 단면의 섬유만을 사용하여 니들펀칭 공정으로 제조된 부직포를 사용하였다.
상기 하층 부직포 위에 와이어, PET 핫멜트 및 상층 부직포를 순차적으로 적층시키고 열압착 공정으로 PET 핫멜트를 녹여 하층 및 상층 부직포를 접합시킨 후에 상층 부직포 위에 바인더를 도포하고 PU 필름을 부착하여 자동차용 흡음 에어덕트를 제조하였다.
◈ 실시예 및 비교예의 접착성 및 흡음 평가
상기에서 제조된 실시예 1 내지 5 및 비교예의 접착성 및 흡음성을 평가하여 표 3에 나타내었다.
* 상온 및 고온 접착성 측정: 하층 및 상층 부직포의 접착력을 측청하는 실험으로 실시예 및 비교예의 자동차용 흡음 에어덕트를 ASTM D1424에 따라 25±0.5℃(상온) 및 100±0.5℃(고온)에서의 접착력을 측정하였다.
* 잔향실법에 의한 흡음률 측정: ISO 354(KS F 2805: 잔향실내의 흡음율 측정방법)에 준하는 장비를 사용하여 측정하였다. 시험편의 크기는 1.0mx 1.2m 로하며, 잔향시간은 초기 읍압 대비 20dB 감쇄되었을 때로 하며, 음원은 1/3 Octave band 음원을 사용했다. 주파수 범위는 0.8~8kHz 범위에서 흡음률을 측정하였다.
* 진원율 : 원사 단면의 외접원과 내접원의 면적 비율
진원율(%)= 내접원(B) 면적/외접원(A) 면적*100
Figure 112019089294994-pat00001
# 진원율이 낮을수록 단면 이형도가 높음
구분
 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 비교예
접착력
(kfg)		 상온접착력 66 65 62 63 63 62
고온접착력 4.7 4.4 4.5 4.4 4.5 4.2
주파수
(kHz)		 0.8 0.96 0.93 0.93 0.88 0.82 0.91
1.0 0.91 0.87 0.88 0.86 0.81 0.89
1.25 0.89 0.88 0.86 0.85 0.80 0.86
1.6 0.86 0.84 0.81 0.82 0.74 0.83
2.0 0.86 0.82 0.80 0.81 0.66 0.82
2.5 0.84 0.81 0.79 0.78 0.62 0.81
3.15 0.83 0.78 0.76 0.72 0.58 0.80
4.0 0.82 0.77 0.76 0.73 0.57 0.79
5.0 0.80 0.77 0.75 0.73 0.51 0.78
6.3 0.79 0.76 0.74 0.72 0.51 0.76
8.0 0.79 0.74 0.71 0.68 0.53 0.74
표 3에서와 같이 저융점 폴리에스테르 섬유가 함유된 부직포로 하층 및 상층이 형성되는 본 발명의 따른 실시예 1 내지 5는 PET 핫멜트를 사용하여 접합한 비교예와 접착력이 상온 및 고온에서 모두 유사한 것으로 저융점 폴리에스테르 섬유를 함유한 부직포 간의 접착력이 우수한 것을 알 수 있다.
또한, 저융점 폴리에스테르 수지로 제조된 필름층을 사용하는 실시예 1 내지 5가 PU필름을 사용한 비교예보다 흡음 효과가 높은 것을 알 수 있으며, 부직포를 형성하는 섬유의 단면이 4엽, 6엽 이형단면이거나, 중공형일 경우 흡음성이 향상되는 것을 알 수 있다.
하층 부직포: 110 상층 부직포: 130
와이어: 150 필름층: 170
접착층: 190

Claims (9)

  1. 와이어를 사이에 두고 하층 부직포와 상층 부직포가 적층되고,
    상기 상층 부직포 위로 저융점 폴리에스테르 수지로 형성된 필름층이 적층되며,
    상기 하층 및 상층 부직포는 융점이 250℃ 보다 높은 폴리에스테르 수지를 함유하는 제1 폴리에스테르 섬유 및 연화점이 100℃ 내지 150℃인 저융점 폴리에스테르 수지를 함유하는 제2 폴리에스테르 섬유가 혼합되어 형성되고,
    상기 제2 폴리에스테르 섬유는 시스부와 코어부로 형성되는 바인더용 폴리에스테르 섬유로 상기 코어부는 일반 폴리에스테르 수지로 형성되고, 상기 시스부는 저융점 폴리에스테르 수지로 형성되되,
    상기 시스부는 테레프탈산 또는 그 에스테르 형성성 유도체로 이루어진 산성분, 및 2-메틸-1,3-프로판디올, 2-메틸-1,3-펜탄디올, 및 에틸렌글리콜로 이루어진 디올성분으로 형성되는 저융점 폴리에스테르 수지로 형성되고,
    상기 디올성분 중 2-메틸-1,3-펜탄디올은 디올성분 중 0.01~5몰%를 함유하는 저융점 폴리에스테르 수지로 260℃의 용융점도가 700~1,500포이즈(poise)인 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 자동차용 흡음 에어덕트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 폴리에스테르 섬유, 또는 제2 폴리에스테르 섬유, 또는 상기 제1 폴리에스테르 섬유 및 제2 폴리에스테르 섬유는 진원율이 50~80%인 이형단면사인 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 자동차용 흡음 에어덕트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 폴리에스테르 섬유, 또는 제2 폴리에스테르 섬유, 또는 상기 제1 폴리에스테르 섬유 및 제2 폴리에스테르 섬유는 중공형 섬유인 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 자동차용 흡음 에어덕트.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 저융점 폴리에스테르 수지는 220℃의 용융점도 및 260℃의 용융점도의 차이가 600포이즈(poise)이하인 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 자동차용 흡음 에어덕트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하층 부직포와 상층 부직포 사이에 저융점 폴리에스테르 섬유가 90%이상 함유된 접착층이 형성되는 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 자동차용 흡음 에어덕트.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 저융점 폴리에스테르 섬유는 상기 제2 폴리에스테르 섬유와 동일한 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 자동차용 흡음 에어덕트.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 필름층을 형성하는 저융점 폴리에스테르 수지는 제2 폴리에스테르 섬유에 포함되는 저융점 폴리에스테르 수지인 것을 특징으로 하는 저융점 폴리에스테르 섬유를 포함하는 자동차용 흡음 에어덕트.
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