KR102655654B1 - 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체 - Google Patents

자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체 Download PDF

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Abstract

다양한 단면 및 형태의 섬유를 혼섬하여 제조하는 것에 의해 열적 안정성이 우수하고, 압축 변형율이 낮아 압축응력이 우수하고 전 주파수대 영역에서 우수한 흡음성을 갖는 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체는 7 데니어 이하의 다엽형상의 이형 중공 단섬유 20 ~ 40 중량%; 1 데니어 미만의 세섬도 단섬유 15 ~ 35 중량%; 4 데니어 이하의 저융점 단섬유 15 ~ 35 중량%; 및 7 데니어 이하의 중공형태를 유지한 콘쥬게이트 섬유 10 ~ 30 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체{SOUND-ABSORBING FIBER COMPOSITE WITH EXCELLENT HIHG-FREQUENCY NOISE REMOVAL AND COMPRESSIVE STRESS OF AUTOMOBILES}
본 발명은 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 단면 및 형태의 섬유를 혼섬하여 제조하는 것에 의해 열적 안정성이 우수하고, 압축 변형율이 낮아 압축응력이 우수하고 전 주파수대 영역에서 우수한 흡음성을 갖는 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체에 관한 것이다.
최근, 전기 자동차 및 수소 자동차의 고주파 소음, 타이어 마찰음, 풍절음 등의 소음을 제어하기 위한 흡음재가 많이 사용되고 있다. 자동차 내부로의 투과 소음을 억제하기 위하여 일반적으로 인슐레이터를 사용하고 있으나, 그것만으로는 전기 및 수소 자동차 내부로의 투과 소음을 높은 수준까지 제거하는 데에는 한계가 있다.
따라서, 전기 및 수소자동차에는 전방과 좌, 우 측면, 바닥, 천장 등에 흡음재를 장착하는데, 차체의 측면을 통해 유입되는 소음을 차단하기 위하여 사이드 패널에 흡음재가 설치되며, 타이어 마찰을 통해 유입되는 소음을 차단하기 위하여 휠 가드에도 흡음재를 부착하고 있다.
관련 선행문헌인 대한민국 등록특허공보 제10-1071193호(2011.10.10. 공고)에는 소음을 흡수 및 차단하는 흡음성 부직포에 대하여 개시하고 있는바, 멜트 블로운 부직포층의 양면에 장섬유 스펀본드 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 안정성 및 압축 변형율이 낮아 압축응력이 우수하면서, 전 주파수대 영역에서 흡음성을 갖는 소재의 개발이 필요한 상황이다.
본 발명의 목적은 부피 안정성 및 압축응력을 갖는 소재를 사용함으로써 가압하에 압축 변형률이 낮아 회복력이 우수한 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 열적 안정성을 갖는 소재를 사용함으로써 외부 환경의 온도에 영향을 적게 받는 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체를 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명의 목적은 넓은 주파수 영역대에서 우수한 흡음성을 가지며, 압축응력이 우수한 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체를 제공하는 것이다.
이에 더불어, 본 발명의 목적은 전기 자동차 및 수소 자동차에서 발생되는 고주파 소음을 효율적으로 제거할 수 있는 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체는 7 데니어 이하의 다엽형상의 이형 중공 단섬유 20 ~ 40 중량%; 1 데니어 미만의 세섬도 단섬유 15 ~ 35 중량%; 4 데니어 이하의 저융점 단섬유 15 ~ 35 중량%; 및 7 데니어 이하의 중공형태를 유지한 콘쥬게이트 섬유 10 ~ 30 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이형 중공 단섬유, 세섬도 단섬유, 저융점 단섬유 및 콘쥬게이트 섬유는 섬유복합체층을 구성하며, 상기 섬유복합체층은 웹 또는 시트로 이루어지고, 상기 웹 또는 시트는 140 ~ 170℃의 고온 열풍에 의한 열융착으로 고정된다.
상기 이형 중공 단섬유는 8개 이상의 엽 구조로 이루어진 다엽형상을 가지며,
상기 이형 중공 단섬유는 중공부, 형태유지부 및 부피제어부로 이루어지되, 상기 부피제어부는 섬유 중심의 반대방향으로 돌출된 형태이고, 말단부는 라운드 형상으로 이루어진다.
상기 섬유복합체층은 10 ~ 40mm의 두께 및 200 ~ 650gsm의 면밀도를 갖는다.
상기 저융점 단섬유는 코어부 및 시스부로 이루어진 시스코어형의 이형섬유로 이루어지며, 상기 코어부가 원형 또는 중공 형태로 이루어진다.
상기 코어부는 폴리에스테르 수지로 형성되고, 상기 시스부는 테레프탈산을 포함하는 디카르본산 성분과 에틸렌글리콜을 포함하는 디올성분이 축중합된 공중합 폴리에스테르 수지로 형성된다.
상기 흡음성 섬유복합체는 0.2kPa이상의 압축응력을 갖는다.
아울러, 상기 흡음성 섬유복합체는 0.5 ~ 1.10NRC의 흡음도 및 25% 이하의 영구 압축변형률을 갖는다.
상기 흡음성 섬유복합체는 폴리프로필렌 장섬유와 멜트블로운 부직포로 구성된 섬유 복합재로 이루어진 스펀본드 섬유집합체층을 더 포함하고, 상기 스펀본드 섬유집합체층은 40 ~ 60gsm의 면밀도를 갖는다.
상기 섬유복합체층과 스펀본드 섬유집합체층은 폴리아마이드 수지, 폴리에틸렌 수지 및 에틸렌비닐아세테이트 수지 중 1종 이상을 물질을 이용하여 히팅본딩에 의한 열융착으로 고정시킨다.
본 발명에 따른 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체는 구성섬유의 원료, 중량비, 형상, 섬도, 섬유집합체의 다양한 요소의 조합으로 섬유복합체를 형성함으로써 열에 강하고 넓은 영역에서 흡음성이 강하고 압축응력이 우수하며, 고주파 소음 제거에 효과가 있다.
아울러, 본 발명에 따른 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체는 에어층을 넓게 확보하여 탄력성 및 부피안정성을 갖고, 넓은 주파수 영역대의 소음 에너지 전달을 방해하여 우수한 흡음성을 갖는 효과가 있으며, 전기 자동차 및 수소 자동차에서 발생하는 고주파 소음에너지 전달을 방해하는 우수한 흡음 성능 효과가 있다.
이 결과, 본 발명에 따른 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체는 0.2kPa이상의 압축응력을 가지며, 0.5 ~ 1.10NRC의 흡음도 및 25% 이하의 영구 압축변형률을 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 세섬도 단섬유의 절단면을 나타낸 사진.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 저융점 단섬유의 절단면을 나타낸 사진.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다엽형상의 이형 중공 단섬유의 외관을 촬영하여 나타낸 사진.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 중공형태를 유지한 콘쥬게이트 섬유의 절단면을 나타낸 사진.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체 제조 과정을 설명하기 위한 공정 모식도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체를 나타낸 단면도이다. 또한, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 세섬도 단섬유의 절단면을 나타낸 사진이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 저융점 단섬유의 절단면을 나타낸 사진이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다엽형상의 이형 중공 단섬유의 절단면을 나타낸 사진이며, 도 5는 중공형태를 유지한 콘쥬게이트 섬유의 절단면을 나타낸 사진이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체(100)는 이형 중공 단섬유, 세섬도 단섬유, 저융점 단섬유 및 콘쥬게이트 섬유를 포함한다. 여기서, 이형 중공 단섬유, 세섬도 단섬유, 저융점 단섬유 및 콘쥬게이트 섬유를 포함하여 섬유복합체층(120)을 구성한다. 이러한 섬유복합체층(120)은 웹 또는 시트로 이루어지고, 웹 또는 시트는 140 ~ 170℃의 고온 열풍에 의한 열융착으로 고정된다.
보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체(100)는 7 데니어 이하의 다엽형상의 이형 중공 단섬유 20 ~ 40 중량%, 1 데니어 미만의 세섬도 단섬유 15 ~ 35 중량%, 4 데니어 이하의 저융점 단섬유 15 ~ 35 중량% 및 7 데니어 이하의 중공형태를 유지한 콘쥬게이트 섬유 10 ~ 30 중량%를 포함한다.
이형 중공 단섬유는 다수개의 엽 구조를 포함하는 다엽 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명에서, 이형중공 단섬유의 다엽형상은 8개 이상의 엽 구조로 이루어진 것을 의미한다. 엽의 구조가 8개 이상인 이형중공 단섬유를 사용해야 에어층의 확보율이 증가하고, 에어층 내부의 기체분자가 분자운동을 하여 탄력성 및 부피 안정성을 향상시킬 수 있게 된다. 이와 같이, 8개 이상의 엽 구조로 이루어진 다엽형상의 이형중공 단섬유를 첨가하게 되면 부피 안정성이 형성되어 일정한 가압이 형성되더라도 이를 제거한 경우 분자 운동이 재개되어 회복이 이루어지고, 압축 변형률이 낮은 우수성이 있다. 또한, 에어층에 의하여 음에너지가 회절 또는 난반사 됨으로써 흡음성이 증가하고, 에어층의 단열효과에 의하여 보온성도 증가할 수 있다.
이형 중공 단섬유는 중공부, 형태유지부 및 부피제어부로 이루어지되, 부피제어부는 섬유 중심의 반대방향으로 돌출된 형태이고, 말단부는 라운드 형상으로 이루어진다.
본 발명에서, 이형 중공 단섬유는 섬유복합체층 전체 중량의 20 ~ 40 중량%의 함량비로 첨가되고, 보다 바람직한 범위로는 25 ~ 35 중량%를 제시할 수 있다. 이형 중공 단섬유가 20 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 에어층 및 중공부의 보유량이 줄어들어 넓은 주파수 영역대의 흡음 효과가 감소하고, 분자 운동에 의한 압축 응력도 감소할 수 있다. 반대로, 이형 중공 단섬유가 40 중량%를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 조직 밀도가 감소하여 경량성은 있으나, 내구성 및 압축응력이 약화될 수 있다. 이형 중공 단섬유의 중공부는 고주파, 저주파를 포함한 전 주파수 영역대에서 흡음 효과를 갖는 특성이 있다.
세섬도 단섬유는 일반적으로 통용되는 세섬도 사이즈로 형성될 수 있으나, 바람직하게는 1 데니어 미만으로 형성되는 것이 좋다. 1 데니어 미만의 세섬도 단섬유를 이용하게 되면, 동일 두께 적층시 더 많은 층을 확보하여 조직의 밀도가 증가된다. 이에 따라, 이형 중공 단섬유의 밀도를 보완하여 흡음성 및 단열성을 향상시키고, 섬유복합체의 치밀한 구조를 형성하여 내구성 및 압축응력을 강화시킬 수 있게 된다.
본 발명에서, 세섬도 단섬유는 섬유복합체층 전체 중량의 15 ~ 35 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 범위로는 20 ~ 30 중량%를 제시할 수 있다. 세섬도 단섬유가 15 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 조직 밀도가 떨어져 내구성 및 흡음성이 약할 수 있다. 반대로, 세섬도 단섬유가 35 중량%를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 에어층 확보가 줄어들어 탄력성 및 부피 안정성이 떨어져 압축응력이 감소하는 문제가 있다.
저융점 단섬유는 건조기를 통한 고온 열풍 공정시 열융착에 사용되는 바인더 섬유, 즉 결합재로 사용될 수 있다.
본 발명에서, 저융점 단섬유는 섬유복합체층 전체 중량의 15 ~ 35 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 범위로는 20 ~ 30 중량%를 제시할 수 있다.
저융점 단섬유가 15 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 고온 열풍 공정에 의한 결합 형성력이 감소하여 생산성의 저하 및 단섬유 간의 결합력이 저하될 수 있다. 반대로, 저융점 단섬유가 35 중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우에는 용융되는 결합재의 양이 많아 부피안정시 무너지고, 에어층의 넓이가 감소하여 압축응력 및 흡음성이 저하될 수 있다.
또한, 저융점 단섬유는 코어부 및 시스부로 이루어진 시스코어형의 이형섬유로 이루어지며, 코어부가 원형 또는 중공 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 여기서, 코어부는 폴리에스테르 수지로 형성되고, 시스부는 테레프탈산을 포함하는 디카르본산 성분과 에틸렌글리콜을 포함하는 디올성분이 축중합된 공중합 폴리에스테르 수지로 형성된다.
이와 같이, 코어부가 중공을 이루면 압축 회복 및 흡음을 위한 구성 섬유로 사용될 수도 있고, 중공으로 인해 넓은 영역의 주파수대의 음에너지를 방해하여 흡음성을 향상시킬 수도 있다. 또한, 중공으로 확보된 에어층으로 부피안정성을 확보하여 압축응력을 향상시킬 수도 있다.
콘쥬게이트 섬유(conjugate fiber)는 7 데니어 이하의 중공형태를 유지한 단섬유를 의미한다. 콘쥬게이트 섬유가 7 데니어 이하의 중공형태의 단섬유로 이루어지는 것에 의해, 동일 두께 적층시 더 많은 에어층의 확보율이 증가하고, 조직의 밀도가 증가되어 흡음성 및 압축응력이 증가될 수 있다.
이러한 중공형태를 유지한 콘쥬게이트 섬유는 섬유복합체층 전체 중량의 10 ~ 30 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 범위로는 15 ~ 25 중량%를 제시할 수 있다. 중공형태를 유지한 콘쥬게이트 섬유가 10 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 조직 밀도가 떨어져 내구성 및 흡음성이 저하될 수 있다. 반대로, 중공형태를 유지한 콘쥬게이트 섬유가 30 중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우에는 조직 밀도가 떨어져 내구성 및 내구성 및 흡음성이 약화될 수 있다.
여기서, 콘쥬게이트 섬유는 섬유상으로 형성될 수 있는 모든 소재로 이루어질 수 있다. 바람직하게, 콘쥬게이트 섬유는 폴리에스테르계 수지가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 폴리에틸렌계 수지, 폴리프로필렌계 수지 등이 사용될 수 있다.
폴리에스테르계 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프달레이트, 폴리트리메틸렌테르프탈산, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에틸렌테레프달레이트글리콜, 폴리시클로헥산디메틸렌테레프탈레이트 등에서 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.
본 발명에서는, 건조기의 고온열풍 공정에 의한 열융착으로 고정하여 섬유복합체층(120)을 결합하는바, 열적안정성이 우수한 원료 또는 소재를 사용함으로써의 섬유복합체층(120)의 손상을 방지함이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 섬유복합체층(120)은 건조기의 고온열풍 공정 후 급속 냉각을 통해 고화 공정에서 결정화를 가속화하는 것에 의해, 단섬유 상태나 섬유집합체 형태에서 벌키성 및 탄력성을 향상시키는데 기여할 수 있고, 이 결과 압축응력을 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체(100)는 섬유복합체층(120)만으로 이루어질 수 있다.
이 경우, 섬유복합체층(120)의 두께는 특별히 제한되는 것은 아니나, 흡음력 및 압축응력을 향상시키기 위해서는 10 ~ 40mm의 두께를 갖는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 범위로는 30 ~ 40mm를 제시할 수 있다.
섬유복합체층(120)의 두께가 10mm 미만일 경우에는 흡음성 및 압축응력의 기능성이 떨어져 흡음성능이 저하될 수 있다. 반대로, 섬유복합체층(120)의 두께가 40mm를 초과할 경우에는 후속 가공 및 추가 공정에서 작업성의 효율이 저하될 수 있다.
아울러, 섬유복합체층(120)의 면밀도는 흡음력 및 압축응력을 향상시키기 위해 200 ~ 650gsm를 갖는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 범위로는 400 ~ 600gsm를 제시할 수 있다.
섬유복합체층(120)의 면밀도가 200gsm 미만일 경우에는 흡음성 및 압축응력이 저하되는 문제가 있다. 반대로, 섬유복합체층(120)의 면밀도가 650gsm을 초과할 경우에는 경량성 및 추가 공정에서 작업성의 효율이 저하되는 문제가 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체(100)는 우수한 흡음성을 가질 뿐만 아니라 압축변형률이 낮아 압축응력이 우수한 특성을 갖는다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체(100)는 섬유복합체층(120)에 부착되는 스펀본드 섬유집합체층(140)을 더 포함할 수 있다. 이러한 스펀본드 섬유집합체층(140)은 섬유복합체층(120)의 한면 또는 양면에 부착될 수 있다.
여기서, 섬유복합체층(120)과 스펀본드 섬유집합체층(140)은 폴리아마이드 수지, 폴리에틸렌 수지 및 에틸렌비닐아세테이트 수지 중 1종 이상의 물질을 이용하여 히팅본딩에 의한 열융착으로 고정시키게 된다.
스펀본드 섬유집합체층(140)은 40 ~ 60gsm의 면밀도를 갖는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 범위로는 40 ~ 50gsm를 제시할 수 있다. 스펀본드 섬유집합체층(140)을 구성하는 원료는 특별히 제한하지 않으나, 폴리프로필렌을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 스펀본드 섬유집합체층(140)은 형상, 섬도 등에 있어서 제한되지 않으나, 스펀본드 섬유집합체층(140)은 폴리프로필렌 장섬유와 멜트블로운 부직포로 구성된 섬유 복합재를 이용하는 것이 바람직하다.
스펀본드 섬유집합체층(140)에 멜트블로운 부직포를 포함하면, 알파캐빈 흠음테스트에서 특정한 영역에 높은 흡음율을 구현할 수 있다. 즉, 400Hz ~ 1,000Hz 사이의 구간, 3,000Hz 이상의 구간에서도 높은 흡음율을 구현할 수 있다. 이러한 스펀본드 섬유집합체층(140)은 필라멘트를 사용하는 것으로 장섬유의 섬유집합체이다.
본 발명의 실시예에 따른 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체(100)는 섬유복합체층(120)과 스펀본드 섬유집합체층(140)이 상호 작용하여 증가한 공극의 불규칙한 배열에 의하여 음에너지의 난반사 전환율이 증가하여 흡음성을 향상시킬 수 있게 된다.
스펀본드 섬유집합체층(140)의 제조공정은 3단계의 공정으로 이루어진다. 1단계 제조공정은 폴리프로필렌 장섬유를 제조하는 것이고, 2단계 제조공정은 멜트블로운 부직포를 제조하는 것이며, 3단계 제조공정은 폴리프로필렌 장섬유를 제조하는 것이다. 여기서, 3단계의 공정은 각각의 제조공정이 아니라 연속적인 단일의 제조공정으로 이루어져야 한다. 아울러, 히팅본딩으로 고정시켜야 하는데, 이는 인장력 또는 인장강도가 약한 멜트블로운 부직포의 한계성을 폴리프로필렌 장섬유가 보완하기 위한 것이다. 따라서, 스펀본드 섬유집합체(140)는 SMS 부직포 또는 SMMS 부직포로 한정될 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체 제조 과정을 설명하기 위한 공정 모식도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체 제조 과정은 개섬기(10)를 이용하여 다엽형상의 이형 중공 단섬유, 세섬도 단섬유, 저융점 단섬유 및 중공형태를 유지한 콘쥬게이트 섬유를 정확한 비율로 개섬 및 혼면되도록 한다. 이를 위해, 세섬도 단섬유가 개섬되기에 적합한 카딩 설비를 구축하는 것이 바람직하다.
개섬기(10)에 의해 개섬된 웹은 성형기(Cross Layer, 20)를 통하여 적합한 중량의 시트 형태로 형성되며, 속도 조절이 완벽히 통제된 컨베이어 벨트를 통해 건조기(30)의 내부로 투입된다. 시트의 벌키성 및 압축응력 구현을 위해 건조기(30) 내부의 온도는 140 ~ 170℃로 유지시키는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 150 ~ 160℃로 유지시키는 것이 좋다.
건조기(30)를 통과한 시트는 냉각기(40)를 통해 급속 냉각시키게 되는데, 이는 시트의 압축응력을 강화시키기 위함이다. 냉각기(40)를 통과하여 급속 냉각된 시트는 SMS 또는 SMMS 결합을 위해 컨베이어 벨트로 이송되며, 시트의 한면 또는 양면에 본딩기(50)에 의한 히팅본딩에 의해 결합된다. SMS 또는 SMMS 부직포와 결합된 시트는 크로스커터 및 사이드커터를 구비하는 커팅기(60)를 통과하여 적합한 사이즈로 재단된다.
이상으로, 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체 제조 과정이 종료될 수 있다.
지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체는 구성섬유의 원료, 중량비, 형상, 섬도, 섬유집합체의 다양한 요소의 조합으로 섬유복합체를 형성함으로써 열에 강하고 넓은 영역에서 흡음성이 강하고 압축응력이 우수하며, 고주파 소음 제거에 효과가 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체는 에어층을 넓게 확보하여 탄력성 및 부피안정성을 갖고, 넓은 주파수 영역대의 소음 에너지 전달을 방해하여 우수한 흡음성을 갖는 효과가 있으며, 전기 자동차 및 수소 자동차에서 발생하는 고주파 소음에너지 전달을 방해하는 우수한 흡음 성능 효과가 있다.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체는 0.2kPa이상의 압축응력을 가지며, 0.5 ~ 1.10NRC의 흡음도 및 25% 이하의 영구 압축변형률을 갖는다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 흡음성 섬유복합체 제조
실시예 1
개섬기를 이용하여 7 데니어(denier)의 다엽형상(8개의 엽 구조)의 이형 중공 단섬유 30wt%, 0.8 데니어의 세섬도 단섬유 25wt%, 2 데니어의 저융점 단섬유 25wt% 및 7 데니어의 중공형태를 유지한 콘쥬게이트 섬유(conjugate fiber) 20wt%로 개섬 및 혼면되도록 하였다.
다음으로, 개섬기에 의해 개섬된 웹을 성형기를 통해 성형하여 35mm의 두께를 갖는 시트 형태로 형성한 후, 160℃로 유지되는 건조기의 내부에 투입하고 나서, 건조된 시트를 냉각기를 통과시켜 급속 냉각시켰다.
다음으로, 냉각된 시트의 한면에 본딩기에 의한 히팅본딩으로 SMS 부직포를 부착한 후, SMS 부직포와 결합된 시트를 크로스커터 및 사이드커터를 구비하는 커팅기를 통과시켜 1m(가로) × 1m(세로)의 크기로 재단하여 흡음성 섬유복합체를 제조하였다.
실시예 2
개섬기를 이용하여 7 데니어(denier)의 다엽형상(8개의 엽 구조)의 이형 중공 단섬유 25wt%, 0.8 데니어의 세섬도 단섬유 20wt%, 2 데니어의 저융점 단섬유 30wt% 및 7 데니어의 중공형태를 유지한 콘쥬게이트 섬유(conjugate fiber) 25wt%로 개섬 및 혼면시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 흡음성 섬유복합체를 제조하였다.
실시예 3
성형기를 통해 20mm의 두께를 갖는 시트 형태로 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 흡음성 섬유복합체를 제조하였다.
실시예 4
150℃로 유지되는 건조기를 통과시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 흡음성 섬유복합체를 제조하였다.
비교예 1
개섬기를 이용하여 4 데니어(denier)의 다엽형상(6개의 엽 구조)의 이형 중공 단섬유 25wt%, 0.7 데니어의 세섬도 단섬유 25wt%, 4 데니어의 저융점 단섬유 25wt% 및 20 데니어의 중공형태를 유지한 콘쥬게이트 섬유(conjugate fiber) 25wt%로 개섬 및 혼면시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 흡음성 섬유복합체를 제조하였다.
2. 물성 평가
표 1은 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1에 따른 흡음성 섬유복합체에 대한 물성 평가 결과를 나타낸 것이다. 여기서, 흡음도는 Bruel & Kjaer의 임피던스 튜브를 이용하여 1,600Hz, 3,200Hz 및 4,800Hz 주파수에서의 흡음율을 각각 측정하였다. 아울러, 압축응력은 압축 시험기를 이용하여 측정하였고, 영구 압축변형률은 ASTM D395에 의거하여 측정하였다.
[표 1]
표 1에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 4에 따라 제조된 흡음성 섬유복합체는 목표값에 해당하는 0.5 ~ 1.10NRC의 흡음도, 0.2kPa이상의 압축응력 및 25% 이하의 영구 압축변형률을 모두 만족하였다.
반면, 비교예 1에 따라 제조된 흡음성 섬유복합체는 4,000Hz에서 측정된 흡음도는 목표값을 만족하였으나, 500Hz이하에서 측정된 흡음도가 목표값을 벗어나 흡음성이 좋지 않은 것을 확인하였다.
또한, 비교예 1에 따라 제조된 흡음성 섬유복합체는 압축응력 및 영구 압축변형률이 목표값을 벗어난 것을 확인하였다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100 : 흡음성 섬유복합체
120 : 섬유복합체층
140 : 스펀본드 섬유집합체층

Claims (10)

  1. 7 데니어 이하의 다엽형상의 이형 중공 단섬유 25 ~ 35 중량%;
    1 데니어 미만의 세섬도 단섬유 20 ~ 30 중량%;
    4 데니어 이하의 저융점 단섬유 20 ~ 30 중량%; 및
    7 데니어 이하의 중공형태를 유지한 콘쥬게이트 섬유 10 ~ 30 중량%;를 포함하는 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체로서,
    상기 이형 중공 단섬유, 세섬도 단섬유, 저융점 단섬유 및 콘쥬게이트 섬유는 섬유복합체층을 구성하며,
    상기 섬유복합체층은 10 ~ 40mm의 두께 및 200 ~ 650gsm의 면밀도를 갖고,
    상기 흡음성 섬유복합체는 0.2 ~ 0.25kPa의 압축응력, 0.5 ~ 1.10NRC의 흡음도 및 9 ~ 18%의 영구 압축변형률을 갖는 것을 특징으로 하는 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 섬유복합체층은 웹 또는 시트로 이루어지고, 상기 웹 또는 시트는 140 ~ 170℃의 고온 열풍에 의한 열융착으로 고정되는 것을 특징으로 하는 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이형 중공 단섬유는 8개 이상의 엽 구조로 이루어진 다엽형상을 가지며,
    상기 이형 중공 단섬유는 중공부, 형태유지부 및 부피제어부로 이루어지되, 상기 부피제어부는 섬유 중심의 반대방향으로 돌출된 형태이고, 말단부는 라운드 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 저융점 단섬유는 코어부 및 시스부로 이루어진 시스코어형의 이형섬유로 이루어지며,
    상기 코어부가 원형 또는 중공 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 코어부는 폴리에스테르 수지로 형성되고,
    상기 시스부는 테레프탈산을 포함하는 디카르본산 성분과 에틸렌글리콜을 포함하는 디올성분이 축중합된 공중합 폴리에스테르 수지로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 흡음성 섬유복합체는
    폴리프로필렌 장섬유와 멜트블로운 부직포로 구성된 섬유 복합재로 이루어진 스펀본드 섬유집합체층을 더 포함하고,
    상기 스펀본드 섬유집합체층은 40 ~ 60gsm의 면밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체.
  10. 제2항 또는 제9항에 있어서,
    상기 섬유복합체층과 스펀본드 섬유집합체층은
    폴리아마이드 수지, 폴리에틸렌 수지 및 에틸렌비닐아세테이트 수지 중 1종 이상을 물질을 이용하여 히팅본딩에 의한 열융착으로 고정시킨 것을 특징으로 하는 자동차의 고주파 소음 제거 및 압축응력이 우수한 흡음성 섬유복합체.
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