KR200370453Y1 - 고기능성 제진 완충재 - Google Patents

Abstract

본 고안은 고기능성 제진완충재에 관한 것으로 비중 2 ～3이며 두께 1 ～ 6 mm 범위의 제진 고무시트(1)의 한 면에 탄성 스티렌 폼(2)을 접착시킨 구조의 고기능성 제진 완충재에 관한 것이다.

Description

고기능성 제진 완충재{HIGH FUNCTIONAL SOUND AND SHOCK-ABSORBING MATERIAL FOR FLOORING}

본 고안은 고기능성 제진 완충재에 관한 것으로 비중 2 ～3이며 두께 1 ～ 6 mm 범위의 제진 고무시트(1)의 한 면에 탄성 스티렌 폼(2)을 접착시킨 구조로 이루어진 고기능성 제진 완충재에 관한 것이다.

본 고안에 있어서, 제진 고무시트(1)라 함은 추후 상세히 설명하는 바와 같이, 고무에 충전제 500 ～ 900 phr, 연화제 50 ～ 100 phr 그리고 점착부여제 10 ～ 50 phr를 첨가하여 공지방법으로 혼합하여 제조된 비중 2 ～ 3 두께 1 ～ 6 mm의 고무시트를 말하며, 탄성 스티렌 폼(2)이라 함은 일반 스티렌 폼 패널을 체적으로 20% 이상 압축시킨 것을 말한다.

일반적으로 아파트의 대량 보급과 더불어 생활수준과 생활의식이 높아짐에따라 주거 건물내외에서 발생되는 소음이 점차 사회적으로 문제가 되고 있다. 이 소음은 거주자의 보행, 물건 떨어지는 소리, 가구를 끄는 소리, 보행음 등이며 발생빈도가 많지 않아도 귀에 거슬리는 소음원이다. 이와 같은 바닥 충격음은 현재 우리 나라에서 적용되고 있는 일반적 바닥구조로는 근본적으로 해결하기가 용이하지 않다. 최근에는 거실 내에서 어린이 놀이기구, 어린이들의 자전거 타는 소리, 농구공 놀이, 온돌마루 위에서 의자 끄는 소리 등 바닥충격음에 영향을 주는 요인이 다양화 하였으며, 국내 일반공동주택의 구조형식은 벽식 구조로서 위층 세대의 충격음이 바닥 슬래브뿐만 아니라 고체 전달음의 형태로 벽을 통해서 전달되고 있다. 바닥구조 슬래브의 두께는 일반적으로 135-150 mm의 범위로 시공되며 그 위에 단열층인 경량기포 콘크리트와 몰탈층 마감재로 구성하여 120 mm로 이루어져왔다. 2001년 6월 이후, 법적으로 단열성능이 강화된 후 단열층으로는 주로 스티렌 폼을 사용하였으며 층간 소음의 민원제기로 주택건설회사에서 소음저감완충재 소재(5-20 mm)를 일부 적용하고 있는 실정이었다. 또 2004년 5월부터 적용되는 정부표준바닥구조는 단열성능이 겸비된 완충재를 사용하도록 하였으나 이들 완충재들은 경량충격음에 다소 양호한 효과가 있긴 있으나 주택에서 가장 민원이 야기되는 어린아이들의 뛰는 소리나 보행음인 중량충격음 저감에는 소재 특성상 저감효과가 없거나 미미한 상태이다. 정부에서 시행한 한 연구보고서에 의하면, 완충재를 사용치 않는 국내아파트의 일반적인 벽식 구조의 바닥충격음차단성능은 경량 충격음과 중량 충격음에서 법적 성능기준인 경량음 58 dB 이하, 중량음 50 dB 이하(2005년 7월 이후 시행예정)를 만족하지 못하며 완충재를 적용한 경우는 경량충격음에서 법적 기준에대부분 만족하는 상태이나 중량충격음에서는 법규기준에 미달하는 것으로 평가되어 이에 관한 대책이 강구되어야 한다. 또한 기준이 고시되어 우수한 차단성능을 갖는 제품이 요구된다. 그러나 현실적으로 불가능하므로 충격에너지가 전달되는 과정에서 최소화 할 수 있는 방안으로 새로운 층간 소음 저감재의 개발이 절실히 요구된다. 그러므로 차음 및 제진 방진효과를 발휘하는 건축자재를 적용함으로써 쾌적한 아파트의 공급과 품질향상을 도모하고자 노력하고 있다.

본 고안에 있어서, 본 고안을 더욱 명확하고 기술 범위를 한정시키기 위하여 다음과 같이 용어를 정의하였다. 첫째, 흡음은 소리(공기전파 음)를 가급적 많이 통과시키고 소리를 반사시키지 않는 것으로 정의할 수 있다. 따라서 소리를 반사시키지 않을수록 흡음성은 높아진다. 둘째, 차음은 소리를 가급적 많이 반사시켜 소리를 차단시키는 것을 말하며 통과되는 소리가 적을수록 차음성능이 우수하다고 할 수 있다. 셋째, 방진은 진동전달을 가급적 적게 하여 전달이 되지 않도록 하는 것을 말한다. 끝으로, 제진은 소리를 발생시키는 진동을 단시간에 정지시켜 소리의 발생을 방지하는 것으로 정의할 수 있다.

본 고안은 상기한 바와 같은 종래의 문제점과 결함을 해소하기 위하여 창안된 고기능성 제진완충재에 관한 것으로, 일정한 비중과 일정한 두께의 제진 고무시트(1) 한 면에 단열성이 강화된 탄성 스티렌 폼(2)을 선택하여 접착시킨 구조의 고기능성 제진완충재에 관한 기술과제가 요망된다.

도 1은 본 고안의 고기능성 제진완충재의 사시도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 제진 고무시트 2 : 탄성 스티렌 폼

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 고기능성 제진 완충재에 관한 것으로, 특히 비중 2 ～3이며 두께 1 ～ 6mm 범위의 제진 고무시트(1)의 한 면에 탄성 스티렌 폼(2)을 선택하여 접착시킨 구조로 이루어진 본 고안의 고기능성 제진완충재로 구성된다.

상기 고무시트에 사용되는 원료고무는 천연고무나 합성고무를 구별하지 않고 생고무 또는 재생고무 등 어떠한 고무를 사용하여도 무방하다. 그러나 자원재활용이라는 측면과 생산단가를 고려하여 재생고무를 사용하는 것이 바람직하다.

본 고안의 고기능성 제진완충재는 고무에 충전제와 연화제 그리고 점착부여제를 첨가하여 고무공업에서 흔히 사용되는 리본블렌더, 밀폐식 혼합기 등의 혼합기를 사용하여 상온에서 혼합하여 사용용도에 따라 일정한 두께(1 ～ 6mm)가 되도록 칼렌더 등에서 시트 화하여 원하는 두께를 얻는다.

가) 고기능성 제진완충재의 제조

본 고안은 단열은 물론 외부로부터 소리를 차단함과 동시에 진동을 제진할 수 있는 소위 말하는 차음과 제진을 향상시키는 고기능성 제진완충재에 관한 것이다.

본 고안에 사용되는 원료는 자동차용 폐타이어, 벨트, 신발류 등으로부터 얻을 수 있는 시판용 재생고무, 천연고무, 합성고무 SBR 등을 원료로 하고 여기에 제철공장에서 부생되는 비중 5.5～5.7로서 중금속을 포함하지 않은 일반 폐기물(이하 "제철분진"이라고 함)이나 재생 산화철이며 이들을 단독 또는 두 가지 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 연화제로는 수용성 아스팔트를 사용하며 그리고 점착부여제로서 액상 폴리부타디엔을 첨가하여 리본블렌더 또는 밀폐식 혼합기를 사용하여 상온에서 혼합하여 사용용도에 따라 일정한 두께(1 ～ 6mm)가 되도록 시트 화하여 원하는 두께의 제진 고무시트(1)를 얻는다. 이렇게 얻어진 제진 고무시트(1)는 본 고안의 고기능성 제진완충재의 중추적 역할을 하는 건축재이다.

본 고안의 충전제 첨가량은 특별히 제한할 필요가 없으나 고무에 대하여 500 ～ 900 phr을 첨가하는 것이 바람직하다. 사용되는 충전제는 제철분진 또는 재생 산화철이며 이들을 단독 또는 두 가지 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

본 고안의 충전제는 고무배합물의 부피를 증가시키는 증량제 역할을 하지만 더욱 중요한 것은 경도 2 ～ 3이 되도록 고무시트를 조절함으로써 층간 바닥 충격음 완충효과를 향상시킬 수 있다. 다시 말하면 충전제의 첨가량이 500 phr 이하이면 바람직한 층간 바닥 충격음 완충효과를 발휘할 수 없으며, 900 phr 이상에서는 경도가 너무 높아 물리적으로 고무와 충전제를 원활하게 혼합할 수 없으며 또한 고기능성 제진완충에 역효과를 나타나기 때문이다. 이상적인 고기능성 제진완충효과를 얻기 위해서는 제진 고무시트의 비중을 2 ～ 3으로 유지시켜야 한다.

한편, 연화제 역할을 하는 수용성 아스팔트의 첨가량은 50 ～ 100 phr이 바람직하다. 연화제의 첨가범위를 한정한 이유는 다량의 충전제를 고무에 배합시켜 원하는 층간 바닥 충격음 완충을 위한 목적이긴 하나, 50 phr 이하이면 충전제가 고무에 잘 혼입되지 않아 원활한 물리적 특성을 발휘할 수 없으며 또한 작업성을 저하시키며 100 phr 이상이면 고무의 점착성이 너무 높아 시트 화하기가 곤란하며 또한 혼련기 등에 달라붙는 등 작업성이 좋지 않기 때문이다. 상기 연화제는 수용성으로서 수용성 아스팔트, 천연라텍스, 합성라텍스, 초산비닐수지 등의 수용성 고분자 물질을 이용할 수 있으나 바람직하기로는 수용성 아스팔트이다. 수용성 아스팔트가 연화제의 역할을 하지만, 제진 고무시트와 피접착물, 예컨대 스폰지 등과의 접착을 향상시키며 또한 저온에서 유연성을 유지시키기 위해서는 점착부여제의 첨가가 요구된다.

점착부여제는 공지의 화합물로서 액상 폴리부타디엔이며, 이의 첨가량은 제한할 필요가 없으나 일반적으로 10 ～ 50 phr이 바람직하다. 만약 점착부여제의 첨가량이 10 phr 이하이면 기대되는 유연성을 발휘할 수 없으며 이와 반대로 50 phr 이상이면 연화제와 마찬가지로 작업성에 지장을 준다.

상기 방법으로 제조된 고기능성 차음제진고무시트는 C형 연질고무경도계로 측정한 경도가 70도이며 비중이 2.8이고 동 탄성계수가 242 mn/㎥이며 손실계수가 0.12이었다. 또한 노화시험(노화조건 : 노화온도 70℃±3, 노화시간 48시간 연속가열)에서의 노화전후의 가열치수는 변화가 없었다. 흡수량은 0.3 g/㎠, 잔류시험결과는 0.19 mm의 물리적 특성을 나타내었다. 두께가 1 mm인 차음제진고무시트의 경우, 측정한 음 향투과손실측정결과를 표1에 나타내었다.

또한 두께가 1.3 mm인 차음제진고무시트의 경우, 측정한 음향투과손실측정결과를 표2에 나타내었다.

한편, 탄성 스티렌 폼은 밀도 8 ～ 10 kg/㎥의 일반 스티렌 폼을 유압 및 공압 프레스를 이용하여 체적 20% 이상 감소되게 압착시키면 반발탄성과 열전도율이 0.034～0.036 Kal/mh℃)이고 압축강도 2 m/㎠, 굽힘강도 16 N/㎠, 흡수 량 0.3 g/100㎠, 동탄성계수 11.1×10 N/㎥, 손실계수 0.22인 우수한 본 고안의 고기능성 제진완충재의 또 다른 중추적 역할을 하는 탄성 스티렌 폼(2)으로 얻을 수 있다.

본 고안은 두께 3 mm의 차음제진고무시트(1)의 한 면에 두께 20 mm의 탄성 스티렌 폼(2)를 접착시켜 차음성과 흡음성 제진성을 향상되도록 한 고기능성 제진 완충재에 관한 시험결과는 동 탄성계수가 17.9 mn/㎥이며 손실계수가 0.12, 잔류변형시험은 1.14, 가열후 치수변화율은 0.5%이며, 흡수량은 0.06 (g/100 ㎠), 열전도율은 0.038 (Kcal/mh℃)인 우수한 고기능성 제진 완충재가 얻어진다.

나) 차음 및 제진 효과 측정

본 고안의 고기능성 제진완충재의 성능과 효과를 측정하기 위하여 실제 건축현장에서 시공하고 시험하였는바 그 상세 내용은 다음과 같다.

- 측정 구조물 : 안방크기 : 4.2 m × 3.6 m

공지구조와 본 고안의 고기능성 제진 완충재 시스템의 차음성능을 확인하기 위하여 다음의 표 3과 같은 구조로 구성되었다.

본 시험대상 측정 구조물은 일반적으로 현장에서 시공하는 공지방법이며 다만 다른 점은 본 고안의 고기능성 제진완충재를 철근 콘크리트 슬래브와 경량 기포 콘크리트 사이에 삽입하였을 따름이다. 우리 나라 공동주택의 소음 실태를 보면 소음이 주거환경의 질을 결정하는 중요한 요소로 인식되면서 내부 소음 원에 대한 불만족 요인의 해결이 절실한 실정이다.

소음 원은 위층에서 아래층으로 전달되는 바닥 충격음(고체 전달음)이 그 동안 조사 결과로 발표되었으며, 이 조사 내용을 보면 과반수 이상이 윗집에서 발생하는 소리에 대한 불만인 것으로 나타났다.

여기서, 바닥 충격음의 특성을 생각하면 바닥 충격음은 물체의 낙하나 진동 시 또는 어린이가 뛰어 놀 때 바닥에 가해지는 충격에 의하여 바닥 구조가 진동함으로써 발생하는 음으로 이 때 발생하는 고체 전달 음은 여러 위치에 전달되어 구조체의 표면을 진동시키고 이에 발생되는 공기 음이 전달됨으로써 거주자에게 직접 방사되는 공기 전파 음처럼 인식된다.

바닥 충격음 측정방법은 국가에 따라 차이가 있으나 일본은 일본표준공업규격 JIS A 1418에 따르고 있다. 일본은 표준 충격 원으로서 중량충격원인 뱅 머신(공기압 3.5 psi)과 경량충격원인 태핑머신 두 가지를 바닥 충격음 차단성능 평가에 사용하도록 제시하고 있다. 우리 나라의 평가방법은 일본의 측정방법을 도입하여 KS 규정(KS F 2810 : 건축물 현장의 바닥 충격음 측정방법)으로 적용하고 있으며, 최근에는 이를 더욱 세분화하여 KS F 2810-1 (바닥충격음 차단성능 현장 측정방법 제1부 : 표준 경량 충격원에 의한 측정방법)과 KS F 2810-2 (바닥충격음 차단성능 현장 측정방법 제2부 : 표준 중량 충격원에 의한 측정방법)를 제정하였다.

또한 바닥충격음 차단성능의 평가방법은 2002년 KS F 2863-1 (경량충격원에 대한 바닥충격음 차단성능 평가방법)과 KS F 2863-2 (중량충격원에 대한 바닥충격음 차단성능 평가방법)가 제정되었다.

이들 평가방법 중 바닥충격음 성능기준은 경량, 중량 모두 역A특성기준곡선을 이용하여 평가하는 것으로 하고 있다.

[실시 예]

상기 현장 구조물에 본 고안의 고기능성 제진 완충재를 삽입하여 시공한 것과 일반적으로 현장에서 시공하는 공지방법으로 시공하는 것을 비교 시험한 것을 주파수 대역별 바닥 충격음을 측정하여 그 결과를 표에 정리하였다.

현장 차음성능비교

- 차음성능 평가 및 결과

차음성능 평가방법은 KS F 2863-1 (경량 충격원에 대한 바닥충격음 차단성능 평가방법)과 KS F 2863-2 (중량 충격원에 대한 바닥충격음 차단성능 평가방법)에 있어서 역A특성 레벨을 평가하였으며 그 결과는 표 5와 같다.

역 A특성레벨평가

비고: 중량 충격음은 벽식 구조의 특성 상 슬래브 두께를 150mm에서 180-210mm로 증가시킬 경우 건교부 성능기준인 중량 50dB 이하로 내려가 기준치 이내에 결정될 것이다.

- 시험결과

시험결과를 종합하면, 본 고안의 고기능성 제진완충재를 이용한 시스템은 공지에 비하여 경량 충격음이 9dB, 중량 충격음이 2dB 이상 각각 저감되었음을 알 수있다. 따라서 본 고안의 고기능성 제진완충재는 공지의 완충재 보다 경량충격음과 중량충격음과 단열성능이 우수한 완충재임을 알 수 있다.

본 고안은 제진 고무시트(1) 한 면에 탄성 스티렌 폼(2)을 접착시켜 차음과 제진성을 향상되도록 한 고기능성 제진완충재에 관한 것이므로 본 고안을 건축분야에 활용하면 층간, 벽간 소음차단에 기여할 것이다.

Claims (2)

1. 충전제 500 ～ 900 phr, 연화제 50 ～ 100 phr 그리고 점착부여제 10 ～ 50 phr를 첨가하여 공지방법으로 제조된 비중 2 ～ 3, 두께 1 ～ 6 mm의 제진 고무시트(1)의 한 면에 탄성 스티렌 폼(2)을 접착시켜 구성된 것을 특징으로 하는 고기능성 제진 완충재.
2. 제 1 항에 있어서, 탄성 스티렌 폼(2)이 일반 스티렌 폼 패널을 체적으로 20% 이상 압축시킨 탄성 스티렌 폼인 것이 특징인 고기능성 제진 완충재.