KR19990043780A

KR19990043780A - 자동차용 차음재 조성물

Info

Publication number: KR19990043780A
Application number: KR1019970064822A
Authority: KR
Inventors: 김진수
Original assignee: 정몽규; 현대자동차 주식회사
Priority date: 1997-11-29
Filing date: 1997-11-29
Publication date: 1999-06-15

Abstract

본 발명은 선상저밀도폴리에틸렌(linear low density polyethylene; 이하, "LLDPE"라 약칭한다), 연성부여제, 무극성 파라핀계 오일, 탄산칼슘 또는 황산바륨을 포함하는 충진제 및 첨가제를 포함하는 차음재로서 자동차 대시 패널(Dash Panel)부의 안쪽과 바깥쪽에 적용하여 차음성능을 향상시키고, 경량화 및 비용절감을 이룰 수 있으며, 가공성 및 유연성이 우수한 차음재에 관한 것이다.

Description

자동차용 차음재 조성물

본 발명은 자동차의 주행시 발생되는 소음을 차단하는 차음재에 관한 것으로서, 상세하게는 선상저밀도폴리에틸렌(linear low density polyethylene; 이하, "LLDPE"라 약칭한다), 연성부여제, 탄산칼슘 또는 황산바륨을 포함하는 충진제 및 첨가제를 포함하는 차음재로서 자동차 대시 패널(Dash Panel)부의 안쪽과 바깥쪽에 적용하여 차음성능을 향상시키고, 경량화 및 비용절감을 이룰 수 있으며, 가공성 및 유연성이 우수한 차음재에 관한 것이다.

차음재는 쉬이트(sheet)상으로 가공되어서 자동차, 철도차량, 빌딩 등의 바닥면이나 벽면 등에 부설되거나, 강판, 부직포, 콘크리이트 패널, 목판 등에 맞붙이는 복합재로서 널리 사용되고 있다.

차음재의 차음효과에는 다음 식으로 표시되는 차음의 질량법칙이 적용되므로 비중이 큰 충진제를 가공성이 좋은 결합재용 수지에 높은 비율로 혼합하여 차음재의 면밀도를 크게 할 필요가 있다.

TL = a log mf + b

위 식에서, TL은 투과손실(dB), m은 면밀도(kg/m²), f는 주파수(Hz), a 및 b는 상수이다.

여기에서, 면밀도는 단위 두께, 단위 면적당의 중량이며, 통상은 두께 1 mm, 면적 1 m²에 대한 시이트의 무게(㎏)를 의미한다.

그러나, 충진제는 차음재에 사용할 경우, 바인더와의 적절한 조합이 이루어지지 않으면 대량 충전이 안되고, 또한, 차음재의 유연성을 얻을 수가 없으며, 더우기 그 성형가공시에 소위 말하는 "플레이 아웃" 현상이 현저하게 발생하는 등의 제품 표면의 마무리 처리성이 저하되는 등의 문제점이 있다.

현재 자동차의 대시 패널을 기준으로 대시 절연체(Dash Insulator)나 대시 분리 패드(Dash Isolation Pad)부에 사용되고 있는 차음재로는 PVC(Poly vinyl Chloride; 이하, "PVC"라 약칭한다), NR(Natural Rubber; 이하, "NR"이라 약칭한다), EVA(Ethylene Vinyl Acetate; 이하, "EVA"라 약칭한다) 등의 바인더에 황산바륨(BaSO₄), 탄산칼슘(CaCO₃), 운모(Mica) 등을 충진제로 첨가하여 사용하고 있으나 정확한 두께와 중량, 그리고 바인더와 충진제의 분포도를 파악하여 소음평가를 하기 보다는 문제시 두께와 중량을 높이기에 힘써 왔다.

PVC의 경우는 작업시 프레스 성형이 용이하지 않고 정확한 형상 자유도가 없으며, 스크랩(scrap)이 많이 나오며, 향후 리사이클 규제 항목이므로 현재는 사용이 줄어 들고 있다.

NR의 경우는 비용면에서 매우 높으며, 소음차단 능력도 비용면과 중량면에서 비추어 볼 때 좋은 편은 아니다.

EVA의 경우는 그 중에서도 양호한 편이나, 더욱 향상된 차음성능 및 비용의 절감, 경량화, 우수한 가공성 등이 요구되고 있다.

그리하여 현재 비용을 절감시키고, 중량을 낮추면서도 차음성능을 향상시킬 수 있는 방법들이 계속 연구되고 있다.

이에 본 발명자는 가격이 저렴하고 제품의 유연성이 좋으면서, 차음성이 우수한 LLDPE에 연성부여제, 충진제 및 첨가제를 포함하는 자동차용 차음재를 개발하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 자동차 대시 패널부의 안쪽과 바깥쪽에 적용되며, 차음성능이 향상되고, 경량화, 비용절감, 우수한 가공성 및 유연성을 갖추면서도 차음성능이 향상된 차음재를 제공하는 것이다.

도 1 은 본 발명의 실시예의 차음재 및 비교실시예의 차음재의 투과손실 결과를 나타낸 그래프이며,

(―△― : 실시예 1, ―□― : 실시예 2,

―×― : 실시예 3, ―◆― : 비교실시예 1)

도 2 는 본 발명의 실시예 및 비교실시예의 차음재에 우레탄 포움을 적층하였을때의 투과손실 결과를 나타낸 그래프이며,

(―×― : 실시예 4, ―△― : 실시예 5,

―□― : 실시예 6, ―◆― : 비교실시예 2)

도 3 은 본 발명의 실시예 및 비교실시예의 차음재에 레진 펠트를 적층하였을때의 투과손실 결과를 나타낸 그래프이며,

(―□― : 실시예 7, ―◇― : 비교실시예 3)

도 4 는 본 발명의 실시예 및 비교실시예의 차음재에 우레탄 포움 및 레진 펠트를 적층하였을때의 투과손실 결과를 나타낸 그래프이다.

(―□― : 실시예 8, ―◇― : 비교실시예 4, ―×― : 비교실시예 5)

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 LLDPE, 폴리올레핀계 엘라스토머(polyolefins elastomer) 및 무극성 파라핀계 오일을 포함하는 연성부여제, 탄산칼슘 및 황산바륨을 포함하는 충진제 및 각종 첨가제로 구성된 차음재를 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서 사용되는 LLDPE(선상저밀도폴리에틸렌)는 중량 평균 분자량( )이 108,000∼110,000, 수 평균 분자량( )이 35,000이며, 용융지수가 4 g/10분인 고분자로서, 10∼30 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 이때 사용되는 LLDPE의 양이 10 중량% 미만이면 작업시 성형 불량이 발생될 수 있고, 40 중량% 이상이면 충진제와 연성부여제의 양이 감소하여 차음효과가 감소하며, 연성부여가 미흡하여 제품 표면에 크랙(crack)이 발생되고, 형상 자유도가 떨어지는 문제가 발생된다.

본 발명의 차음재의 연성부여제는 기재고분자인 LLDPE에 과량의 충진제 배합으로 인하여 발생하는 연성 부족을 보상하기 위하여 사용되는 것으로서, 에틸렌-1-헥센 공중합체(ethylene-1-hexene copolymer) 등의 폴리올레핀계 엘라스토머 및 무극성 파라핀 오일을 함유하며, 폴리올레핀계 엘라스토머는 6∼12 중량%를 사용하며, 이때 폴리올레핀계 엘라스토머가 6 중량% 보다 적게 사용되면 차음재의 연성이 불량하며 제품 크랙 발생의 소지가 있고, 12 중량% 보다 많게 사용되면 점착성이 증가하여 작업시 쉬이트(sheet)의 롤(roll) 이탈이 어려워 가공시 불편함이 초래되며, 제품의 상품성에도 문제가 발생될 수 있다. 또한, 무극성 파라핀계 오일은 LLDPE의 양에 대해 5∼10%(phr)를 사용하는 것이 바람직하다. 무극성 파라핀계 오일은 LLDPE와 연성부여제의 혼합성을 개선시키며, 무극성 파라핀계 오일자체로 차음재로 연성을 부여하는 역할을 한다. 상기 연성부여제는 충진제와의 혼용성이 양호하여 가공성 및 유연성을 부여한다.

본 발명의 차음재의 충진제로 탄산칼슘, 황산바륨, 운모(Mica), 활석(Talc) 또는 우레탄 포움 미세분말 등을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 여기에서 탄산칼슘(CaCO₃)의 평균입경은 4∼6㎛ 정도의 것을 사용하는 것이 좋으며, 황산바륨(BaSO₄)의 평균입경은 3∼5㎛의 것을 사용하는 것이 바람직하며, 활석의 평균입경은 10㎛ 정도의 것을 사용하는 것이 좋으며, 운모의 평균입경은 8㎛ 정도의 것을 사용하는 것이 바람직하며, 우레탄 포움 미세분말의 입경은 60∼100㎛의 것을 사용하는 것이 바람직하며, 충진제는 60∼75 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 이때 충진제의 양이 60 중량% 미만으로 사용되면 차음성능이 떨어지고, 75 중량% 이상이면 충진제가 과량으로 혼합되어 분산상태가 미흡하여 제품의 표면이 불량하며, 크랙이 현저하게 발생된다.

또한, 본 발명의 차음재에는 첨가제로서 가공안정제, 분산제, 내열안정제, 산화방지제로 시판되고 있는 것(아로마틱아민계, 입체장애를 가지는 페놀계, 인계, 유황계 등), 안료, 가소제 및 계면활성제(PE Wax) 등과 같은 첨가제를 사용할 수 있다. 상기 첨가제는 본 발명의 목적에 위배되지 않는 범위내에서 0.1∼5중량%를 사용할 수 있으며, 이 경우 여러가지 효과를 나타내는 제품을 얻을 수 있다.

이하 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것으로 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

〈실시예 1 내지 3 및 비교실시예 1〉

하기 표 1에 나타낸 조성에 따라 실시예 및 비교실시예의 차음재 조성물을 형성하고, 이것으로 차음재를 제조하여 가공성, 유연성 및 차음성 시험을 하였으며, 비중을 측정하였다.

가공성은 원 부재를 80∼150℃에서 혼련 교반하여 압출 및 캘린더링(또는 T-다이) 작업을 거쳐 쉬이트(sheet) 상으로 만들 때의 가공상태를 평가한 것이며,

유연성은 쉬이트 상으로 제조된 시편이 제품으로 사용하기에 적합한 유연성을 갖는지를 확인하기 위해 시편을 구부리면서 육안으로 확인하였으며,

비중은 ASTM D 1505의 방법에 의하여 측정하였으며,

차음성은 투과손실 측정 장비인 유니켈라 사의 "APAMAT-Ⅱ" 장비에 의해 측정하였다. 이때 시편의 크기는 840×840mm이고, 기본 원재가 되는 것은 840×840×0.8mm 크기의 SPCC 강판을 사용하여 측정하였는데, 강판만 있을때의 차음성을 측정하여 그때의 결과치(A)를 측정하고, 강판 위에 시편을 올려 놓은 뒤 차음성을 측정하여 그때의 결과치(B)를 측정하여 A-B의 값을 계산하였는데, 값이 클수록 투과손실이 좋다. 하기 표 2 및 도 1에는 그 결과를 나타내었다.

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교 실시예 1
선상저밀도폴리에틸렌(LLDPE)	21	20	23	28
연성부연제	6	7	7	-
충진제	탄산칼슘	43	60	70	72
충진제	황산바륨	30	13	-	-
가공성	○	○	○	△
유연성	○	○	○	×
비중	1.84	1.94	1.98	2.0
차음성	○	○	○	○
○ : 우수 , △ : 보통 , x : 불량

차음재 투과손실 결과

Hz	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교실시예 1
50	1.6	1.9	1.4	1.9
63	1.8	1.4	1.9	1.4
80	6.4	5.4	5.7	5.4
100	10.4	8.8	9.9	8.8
125	-1.6	-1.8	-1.2	-2.7
160	8.9	7.2	7.0	7.8
200	8.7	5.1	6.1	5.3
250	11.5	7.2	6.6	5.0
315	10.3	9.4	9.8	7.5
400	6.5	6.2	5.5	6.4
500	5.9	4.9	5.3	5.0
630	9.2	8.6	8.6	8.2
800	7.9	7.1	7.3	6.9
1000	9.6	8.8	9.1	9.0

1250	6.3	5.4	5.5	5.7
1600	3.3	3.1	2.6	3.2
2000	-3.7	-3.8	-4.1	-3.2
2500	-2.5	-2.7	-2.1	-2.3
3150	-0.3	-0.6	0.6	-0.7
4000	2.5	2.4	2.9	2.2
5000	4.5	3.9	4.6	4.7
6300	5.6	5.0	6.0	6.8

〈실시예 4 내지 6 및 비교실시예 2〉

상기 실시예 1 내지 3의 차음재에 우레탄 포움을 적층하여 실시예 4 내지 6의 차음재를 제조한 뒤 상기 실시예 1 내지 3의 방법과 동일한 방법으로 차음성 시험을 하였다. 또한 상기 비교실시예 1의 차음재에 우레탄 포움을 적층하여 비교실시예 2의 차음재를 제조한 뒤 상기 실시예 1 내지 3의 방법과 동일한 방법으로 차음성 시험을 하였다. 하기 표 3 및 도 2에는 그 결과를 나타내었다.

차음재 투과손실 결과

Hz	실시예 4	실시예 5	실시예 6	비교실시예 2
50	3.9	4.4	4.4	4.1
63	4.9	5.2	5.5	5.1
80	11.6	10.4	11.2	10.5
100	11.3	11.8	11.9	11.9
125	5.8	4.9	5.4	5.0
160	8.6	7.8	8.0	7.6
200	6.9	6.8	6.9	7.0
250	8.8	9.4	9.7	9.4
315	12.3	12.2	12.3	12.0
400	12.5	12.4	12.7	12.3

500	16.3	16.1	16.2	15.7
630	23.1	22.7	23.1	22.5
800	27.5	26.3	26.7	26.1
1000	28.6	27.8	28.5	28.0
1250	29.7	29.5	30.2	29.6
1600	34.5	35.4	35.5	35.7
2000	35.3	35.3	35.0	35.3
2500	38.2	37.9	38.4	38.3
3150	40.7	40.5	40.8	40.4
4000	40.7	40.4	40.8	40.7
5000	43.1	43.0	43.3	42.8
6300	45.1	45.3	45.3	44.9

〈실시예 7 및 비교실시예 3〉

상기 실시예 1 내지 3의 차음재에 레진 펠트(resin felt)를 적층하여 실시예 7의 차음재를 제조한 뒤 상기 실시예 1 내지 3의 방법과 동일한 방법으로 차음성 시험을 하였다.

한편, 실시예의 차음재와 비교하기 위하여 현재 사용중인 EVA를 이용한 차음재에 레진 펠트를 적층하여 비교실시예 3의 차음재를 제조하여 상기 실시예 1 내지 3의 방법과 동일한 방법으로 차음성 시험을 하였다. 하기 표 4 및 도 3에는 그 결과를 나타내었다.

차음재 투과손실 결과

Hz	실시예 7	비교실시예 3
50	3.0	2.7
63	3.1	3.8
80	9.4	9.6
100	12.1	12.6
125	4.5	4.3
160	9.8	10.2
200	8.8	8.7
250	6.2	6.8
315	3.0	2.9
400	0.5	0.7
500	8.2	8.0
630	15.1	14.3
800	16.5	16.6
1000	20.8	20.1
1250	21.4	20.6
1600	21.5	20.3
2000	20.2	19.5
2500	20.8	20.9
3150	21.2	21.6
4000	25.2	25.1
5000	28.3	27.8
6300	32.3	31.8

〈실시예 8 및 비교실시예 4 내지 5〉

상기 실시예 1 내지 3의 차음재에 우레탄 포움과 레진 펠트를 적층하여 실시예 8의 차음재를 제조한 뒤 상기 실시예 1 내지 3의 방법과 동일한 방법으로 차음성 시험을 하였다.

한편, 상기 실시예의 차음재와 비교하기 위하여 현재 사용중인 PVC를 이용한 차음재에 우레탄 포움과 레진 펠트를 적층하여 비교실시예 4의 차음재를 제조하였으며, NR을 이용한 차음재에 우레탄 포움과 레진 펠트를 적층하여 비교실시예 5의 차음재를 제조하여 상기 실시예 1 내지 3의 방법과 동일한 방법으로 차음성 시험을 하였다. 하기 표 5 및 도 4에는 그 결과를 나타내었다.

차음재 투과손실 결과

Hz	실시예 8	비교실시예 4	비교실시예 5
50	3.8	4.5	4.4
63	5.8	5.8	6.0
80	10.8	11.5	11.6
100	11.9	12.7	12.2
125	5.7	6.2	6.2
160	6.4	6.4	6.7
200	4.4	4.6	4.6
250	10.8	11.1	11.0
315	15.2	14.2	15.0
400	16.0	14.4	15.7
500	17.5	16.7	17.2
630	22.4	21.4	22.1
800	23.0	22.8	22.8
1000	28.5	27.9	28.1
1250	29.5	29.7	29.5
1600	29.5	28.8	29.4
2000	28.0	27.4	27.8
2500	27.5	26.6	26.9
3150	29.6	29.6	29.7
4000	35.9	35.9	36.0
5000	37.9	38.1	39.0
6300	43.8	44.8	44.3

상기 표 1을 보면, 실시예 1 내지 3은 차음재 조성물에 기재고분자와 연성부여를 위한 폴리올레핀계 엘라스토머와 무극성 파라핀계 오일이 적절하게 조합되었고, 차음특성을 향상시키기 위한 충전제가 양호하게 분산되어 있으므로 가공성과 유연성 및 차음성이 양호하였다.

반면에, 비교실시예 1의 경우는 차음재 조성물에 연성부여제가 첨가되지 않아 충진제와의 분산성도 양호하지 못하고, 표면이 나쁘며, 연성 및 가공성이 불량하였고, 크랙이 발생될 수 있었다.

상기 표 2를 살펴보면, 실시예 4 내지 6은 본 발명의 LLDPE를 이용한 차음재 조성물에 차음특성을 향상시키기 위한 폴리우레탄 포움이 적층되어 차음성이 양호하였다.

상기 표 3에서는 본 발명의 LLDPE를 이용한 차음재에 레진펠트가 적층된 실시예 7의 차음재가 현재 사용중인 자동차용 차음재인 EVA와 레진 펠트가 적층되어 제조된 비교실시예 3에 비해 500∼2500Hz의 영역에서 우수한 차음효과를 보였다.

또한, 상기 표 4을 살펴보면, 본 발명의 LLDPE를 이용한 차음재에 우레탄 포움과 레진펠트가 적층된 실시예 8의 차음재가 현재 사용중인 자동차용 차음재인 PVC 및 NR과 우레탄 포움 및 레진 펠트가 적층된 비교실시예 4 및 5에 비해 우수한 차음효과를 나타내었다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명은 기재고분자로서 LLDPE, 기재고분자와 과량의 충전제의 배합으로 인하여 발생하는 연성부족을 보상하기 위한 연성부여제로 폴리올레핀계 엘라스토머 및 무극성 파라핀계 오일을, 그리고, 탄산칼슘 및 황산바륨을 포함하는 충전제를 함유하는 차음재 조성물로서, 본 발명의 차음재 조성물은 현재 자동차용 차음재로 사용중인 NR 및 EVA계 수지보다 가격이 저렴하며, PVC계 수지보다 작업성 및 상품성면에서 매우 우수한 LLDPE를 사용하고, 폴리올레핀계 엘라스토머 및 무극성 파라핀계 오일과 같은 연성부여제를 포함함으로써 연성부여제가 충전제와의 혼용이 양호하여 기재고분자와 과량의 충전제를 배합할 경우 발생하는 가공성의 문제점을 제거하여 가공성 및 유연성을 가지는 잇점이 있다.

Claims

기재고분자로서 선상저밀도폴리에틸렌(LLDPE) 10∼30 중량%에 연성부여제로서 폴리올레핀계 엘라스토머(polyolefins elastomer) 6∼12 중량% 및 무극성 파라핀계 오일이 LLDPE의 양에 대해 5∼10%(phr), 탄산칼슘(CaCO₃) 및 황산바륨(BaSO₄)을 포함하는 충진제 60∼75 중량%, 그리고 각종 첨가제 0.1∼5 중량%가 포함된 자동차용 차음재 조성물
제 1항에 있어서, 폴리올레핀계 엘라스토머로 에틸렌-1-헥센 공중합체(ethylene-1-hexene copolymer)를 사용하는 것을 특징으로 하는 자동차용 차음재 조성물