KR20090106211A - 초경량 흡음재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡음재에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로 설명을 하면, 나노섬유웹과 열풍접착 부직포를 포함하는 초경량 흡음재에 관한 것이다. 본 발명은 상기 나노섬유웹 및 열풍접착 부직포의 두께 또는 그 배열순서에 변화를 줌으로써, 낮은 주파수에서 높은 주파수까지 흡음주파수를 선택적으로 조절할 수 있으며 또한, 기존의 흡음재 보다 무게가 매우 적게 나가는 특징이 있다.

이러한 본 발명의 흡음재는 자동차, 기차, 비행기, 우주선과 같은 수송기관뿐만 아니라, 빌딩과 같은 건축물 등의 소음이 많이 발생하는 산업시설 등에 사용할 수 있다.

나노섬유웹, 열풍접착, 흡음재

Description

초경량 흡음재 및 그 제조방법{Ultra light acoustic absorbent and Preparing method thereof}

본 발명은 나노섬유웹과 열풍접착 부직포를 포함하는 초경량 흡음재에 관한 것으로서, 상기 나노섬유웹 및 열풍접착 부직포의 두께 또는 그 배열순서의 변화를 통하여, 선택적으로 낮은 주파수에서 높은 주파수까지 그 흡음주파수를 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 무게가 매우 적게 나간다. 이러한 본 발명은 자동차, 기차, 비행기, 우주선과 같은 수송기관뿐만 아니라, 빌딩과 같은 건축물 등의 소음이 많이 발생하는 산업시설 등의 흡음재로서 사용될 수 있다.

현재 사용하는 대부분의 자동차용 흡음재 재질은 차음 기능을 위한 EVA(Ethylene vinyl-acetate)로 이루어진 고밀도 판재와 흡음 기능의 저밀도 폴리우레탄 폼을 복합화하고, 이밖에 수지함침 펠트 등의 소재를 덧붙임으로써 적용위치에 적합한 흡음재를 설계해 적용하고 있는데, 상기 흡음재의 재질인 폴리우레탄 폼은 포깅(Fogging) 및 냄새발생 현상, 제조공정상의 환경문제, 재활용 문제 등을 가지고 있으며, 이를 해결하기 위해 리사이클이 가능한 섬유로 이루어진 3차원 구조의 부직포상 흡음재에 대한 연구가 꾸준히 이루어지고 있다.

일본 도요타자동차에서는 2001년 3세대 렉서스 ES300 ‘WINDOM’에 기존의 흡음재 구조와는 전혀 다른 신규 경량 방음재(NCL: New Concept Lightweight)를 적용하였다고 발표하였는데, 이는 통기성을 갖는 고밀도와 저밀도의 부직포 펠트를 조합함으로써 중량을 절감하는 동시에 차음성에 더해 뛰어난 흡음성능을 발휘하는 새로운 개념의 방음재로서, 현재에는 많은 자동차의 흡음설계에 영향을 미치고 있다

Y.Shoshani, M.A.Wilding, and K.Koyasud의 "Effect of Pile Parameters on the Noise Absorption Capacity of Tuftes Carpets”, Tex. Res. J., 61(12), 736-740 (1991)의 문헌에서는 다공질형 흡음재는 저주파수에서 보다는 고주파수에서 높은 흡음률을 나타내고, 기공률, 두께 그리고 밀도가 주요흡음인자라고 보고하고 있으며, L.L.Beranek and A.Lambert, "Noise and Vibration Control Engineering”, John Willey & Sons Co., 1992, pp.203-253의 문헌과 N.Voronina, "An Emperical Model for Elastic Porous Materials”, Applied Acoustics, 55, 67-82 (1998)의 문헌에서는 임피던스와 흡음률의 상관관계를 연구하여, 재료의 고유 특성인자인 재료의 밀도, 경도, 형태 및 흡음재 구조에 따라 흡음률이 변화함을 보고하였는데, 재료의 밀도가 높고, 경도가 작으며, 원형 구조의 내부구조를 갖는 흡음재가 높은 흡음률을 나타낸다고 보고하였다.

또한, 이윤응 및 주창환 저서, "부직포 흡음성의 이론 모델링과 실험 적합성 ”, 한국섬유공학회지, 제42권 제6호, 383-390 (2005)의 문헌에서는 제조공정조건 변화에 따른 부직포형 다공질 섬유집합체의 흡음성능을 이론적인 모델과 비교분석하는 연구를 수행하였는데, 그 결과에 따르면 섬도가 낮은 원사를 사용할 경우 높은 흡음률을 나타내었으며, 극세섬유의 함량비가 증가할수록 음파와의 접촉면적이 넓어져 흡음률이 높게 나타남을 보고하였다. 또한, 흡음재의 두께가 증가할수록 저주파수 영역의 흡음률이 현저히 증가함을 보고하였다.

21세기에 들어서면서 전 세계적으로 관심이 커지고 있는 나노섬유는 극세한 섬유 직경에 기인한 넓은 표면적, 작은 공극 크기 등의 특징을 가지고 있어 흡음소재로서의 가능성이 검토되어 오고 있는데, Klara, Kalinova, Jirsak Oldrich, "Resonance Effect of Nanofibrous Layer”, in 5th AUTEX Conference 2005, Portoroz-Slovenia, ISBN 86-435-0709-1, 2005; Klara, Kalinova, "Influence of Nanofibrous Membrane Configuration on Sound Absorption Coefficient and Resonant Frequency”, in 6th AUTEX Conference 2006, in Raleigh, NC, USA, (2006); Klara, Kalinova et al. 및 "Sound Absorption Coefficient Depending on Parameters of Nanofibrous Materials”, in STRUTEX Conference 2006, Liberec, TUL, ISBN 80-7372-135-X, 2006; Klara, Kalinova, “Nanofibrous Material as a High-efficient sound Absorbent”, in Conference Proceedings of Nano for the 3rd Millennium, Prague, Czech Republic, Oct. 17~18, 23-28, (2007) 문헌에서는 일련의 연구결과에 따르면 멤브레인상의 나노섬유를 사용한 흡음재에 대한 연구결과를 통해 고효율의 흡음재 제조가능성에 대해 보고하고 있는데, 이 연구에 따르 면, 나노섬유로 이루어진 공명층이 진입하는 음파에 전동함으로써 음파에너지가 감쇄하여 흡음률이 커진다고 한다. 그러나, 멤브레인상의 나노섬유층의 면밀도가 공명을 일으키는 주파수와 일치하지 않는 경우, 흡음률의 향상을 기대할 수 없을 뿐만 아니라, 1,000 Hz이하의 저주파수에 대한 흡음을 만족시키는데에는 한계가 있다.

이러한 나노섬유는 여러 형태로 제조될 수 있는데, 최근에 공개된 나노섬유웹의 제조방법에 대해서 소개를 하면, 대한민국특허등록 제0587193호의 하이브리드 전기방사기술로부터 제조하는 방법, 대한민국 공개특허 제0458946호의 다중방사노즐기술로부터 제조하는 방법, 대한민국 특허등록 제0406981호의 전하유도방사기술로부터 제조하는 방법, 대한민국 특허등록 제0458946호의 전기방사장치로 제조하는 방법, 대한민국 특허등록 제0549140호와 대한민국 특허등록 제0453670호의 초극세 단섬유 제조기술로부터 제조하는 방법 및 대한민국 특허등록 제0549140호의 일렉트로-브로운 방사기술로부터 제조하는 방법에 알려져 있다.

이에 산업계에서는 고주파수뿐만 아니라, 저주파수에 대하여 흡음이 선택적으로 적용이 가능한 흡음재에 대한 요구가 나날이 증대되고 있다.

앞서 설명한 기존 흡음재의 문제점과 고주파수 및 저주파수에 대한 높은 흡음률을 보이는 흡음재에 대한 요구를 해결하고자 본 발명자들이 끊임없이 연구한 결과, 흡음재의 주요흡음인자는 기공률, 두께, 밀도, 음파와의 접촉밀도 및 그 구조라는 결론을 도출할 수 있었으며, 이러한 주요흡음인자들간의 조화를 꾀함으로써, 고주파수 및 저주파수에 대한 높음 흡음률을 보이면서도 운송수단에 효율적으로 적용하기 위해서 기존의 흡음재보다 초경량의 흡음재를 제공하고자 하며, 나아가 특정 주파수를 선택적으로 흡음할 수 있는 흡음재를 제공하고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 초경량 흡음재는 나노섬유웹과 열풍접착 부직포를 포함하는 것을 특징으로 하며, 또한 본 발명은 상기 초경량 흡음재의 제조방법을 제공하고자 한다.

앞서 설명한 본 발명의 초경량 흡음재는 고주파수 뿐만 아니라 저주파수에 대한 흡음률이 매우 우수할 뿐만 아니라, 기존의 흡음재보다도 그 무게가 가벼운 바, 운송수단, 산업시설 및 건축물의 흡음재로서 사용하기에 적합하다. 또한, 유·무기 혼합물 또는 무기물로 이루어진 나노섬유 웹을 본 발명의 기술에 적용할 경우 내열성 및 단열성을 요구하는 분야의 흡음재로 사용하기에도 적합하다.

흡음재 제조 기술이 발전하면서, 최근에는 나노섬유를 사용한 흡음재가 소개된 바 있으나, 그 기술적 한계로 인하여 1,000Hz 이하의 저주파수에 대한 흡음률이 낮은 문제점이 있었다. 이에 본 발명자들은 기존의 3차원 부직포 개념과 나노섬유 흡음 원리를 조합함으로써, 하기와 같은 초경량 흡음재를 제공할 수 있게 되었다.

이하에서 본 발명의 초경량 흡음재에 대해서 자세하게 설명을 하겠다.

본 발명의 초경량 흡음재는 나노섬유웹과 열풍접착 부직포를 포함하는 것을 그 특징으로 하며, 이를 더욱 구체적으로 설명을 하면,

평균면밀도 10 ~ 50 g/㎡를 갖는 나노섬유웹과 평균면밀도 10 ~ 60 g/㎡을 갖는 열풍접착 부직포를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 나노섬유웹은 평균면밀도가 10 ~ 50 g/㎡, 더욱 바람직하게는 10 ~ 40 g/㎡ 것을 사용하는 것이 좋은데, 50 g/㎡ 초과시 흡음 성능이 떨어지며 차음성능이 높아져 흡음재로 사용하기 적절하지 못하게 되고, 10 g/㎡ 미만시 멤브레인형 흡음기능을 나타내어 선택적인 주파수 흡음기능이 보이지 못하는 문제가 발생할 수 있기 때문이다. 또한, 상기 열풍접착 부직포는 열풍접합 부직포 제조 프로세스를 이용하여 저밀도의 벌키(bulky)한 부직포를 제조할 수 있는데, 이러한 열풍접착 부직포를 본 발명에서는 평균면밀도가 10 ~ 60 g/㎡ 더욱 바람직하게는 20 ~ 50 g/㎡인 것을 사용할 수 있는며, 이때, 60 g/㎡ 초과시 흡음은 안되고 차음기능만 나타내는 문제가 발생할 수 있고, 10 g/㎡ 미만시 선택적인 주파수 흡음기능을 잃는 문제가 발생할 수 있기 때문이다.

상기 나노섬유웹 및 열풍접착 부직포는 매우 낮은 평균면밀도를 갖고 있기 때문에, 기존의 평균면밀도 200 ~ 1000 g/㎡ 인 폴리우레탄폼을 포함하는 흡음재 보다 초경량의 흡음재의 제조가 가능하다.

본 발명의 초경량 흡음재는 흡음률을 높이기 위하여, 상기 나노섬유웹을 포함하는 층과 상기 열풍접착 부직포를 포함하는 층이 적층된 2 층의 복합구조층을 이루고 있는 것을 그 특징으로 한다.

상기 나노섬유웹을 포함하는 층은 0.4 mm 이상을 더욱 바람직하게는 0.4 mm ~ 10 mm의 두께를 그리고 상기 열풍접착 부직포를 포함하는 층은 0.9 mm 이상을 더욱 바람직하게는 0.9 mm ~ 20 mm의 두께를 갖는 것을 그 특징으로 한다. 상기 나노섬유웹을 포함하는 층이 0.4 mm 미만이면, 선택적 흡음기능을 잃는 문제가 발생하며, 10 mm 초과시 차음기능만 발휘하는 어려움이 있다. 또한, 상기 열풍접착 부직포가 0.9 mm 미만이면 선택적 흡음기능을 잃는 문제가 발생하고, 20 mm 초과시 차음기능만 발휘할 수 있기 때문에 상기 두께 이상의 것을 사용하는 것이 좋다. 즉, 본 발명은 나노섬유웹 및 열풍접착 부직포의 두께를 조절함으로써, 주파수를 선택적으로 흡음시킬 수 있으며, 이는 실시예를 통하여 이를 확인할 수 있다.

또한, 본 발명인 초경량 흡음재의 다른 형태는

상기 2 층의 복합구조층이 다수의 층으로 적층된 것을 그 특징으로 하는데, 예를 들면, 도 1(A) 및 도 1(B)와 같은 구조를 갖으며, 도 1에 나타난 복합구조층이 적층된 형태는 본 발명의 일례이며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 이와 같이 복합구조층을 적층시킴으로써, 주파수를 선택적으로 흡음할 수 있는 효과를 볼 수 있으며, 본 발명의 실시예를 통하여 확인할 수 있다.

상기 나노섬유웹의 섬유의 평균 직경이 100 ~ 900 nm, 더욱 바람직하게는 300 ~ 700 nm인 것을 사용할 수 있는데, 이때, 나노섬유웹의 섬유가 평균직경 100 nm 미만이면 현 기술로 양산이 어려운 문제가 발생하고, 900 nm 초과시 흡음기능이 떨어지는 문제가 발생할 수 있기 때문에 상기 범위내의 평균직경을 갖는 것을 사용하는 것이 좋다. 상기 나노섬유웹은 앞서 설명한 하이브리드 전기방사기술, 다중방사노즐기술, 전기방사장치를 이용한 기술, 초극세 단섬유 제조기술 및 일렉트로-브로운 방사기술 등으로 제조가 가능하며, 나노섬유의 소재는 어느 특별한 것을 한정하지 않으며, 동일한 면밀도와 직경을 갖는 나노섬유로 제조가 가능한 모든 고분자 소재를 사용할 수 있다.

상기 열풍접착 부직포는 이에 특별히 한정되는 것은 아니나,

시스/코어 이성분섬유(sheath/core bico filament)로 된 구조를 사용할 수 있으며, 시스는 상대적으로 저융점, 코어는 상대적으로 고융점을 갖는 단섬유를 사용하는데, 대표적으로

PE(Polyethylene)/PP(Poly propylene) 시스(sheath)/코어(core) 이성분 섬유;,

PE(poly ethylene)/PET(polyethylene terephthalate) 이성분 섬유; 및

Co-PET/ PET 이성분 섬유; 중에서 선택된 1 종 이상을 사용할 수 있다.

상기 복합구조층은 상기 나노섬유웹을 포함하는 1층과 상기 열풍접착 부직포를 포함하는 1층으로 이루어지는데, 이때 상기 나노섬유웹층과 상기 열풍접착 부직포층의 층간 접착은 바인더를 사용할 수 있으며, 상기 바인더는 라텍스 및 핫 멜트 중에서 선택된 1 종 이상을 사용할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 또 다른 양태인 초경량 흡음재의 제조방법에 대하여 설명을 하겠다.

본 발명의 초경량 흡음재는 평균면밀도 10 ~ 50 g/㎡의 나노섬유웹을 포함하는 1층과 평균면밀도 10 ~ 60 g/㎡의 열풍접착 부직포를 포함하는 1층을 적층시킨 복합구조층으로 제조가 가능하다.

여기서, 상기 나노섬유웹을 포함하는 1층의 두께는 0.4 mm 이상을 그리고 상기 열풍접착 부직포를 포함하는 1층의 두께는 0.9 mm 이상이 되도록 제조하는 것이 좋은데, 그 두께는 흡음하고자 하는 주파수에 따라서 그 두께를 조절하여 제조할 수 있으며,

그리고 본 발명은 상기 복합구조층을 적층시켜서 제조할 수 있으며, 그 적층 수는 흡음시키고자 하는 주파수에 따라서 최적의 적층 수로 제조할 수 있으며, 또한, 복합구조층은 "하층을 나노섬유웹을 포함하는 1층으로 그리고 상층은 열풍접착 부직포를 포함하는 1층"이 되도록 또는 "하층이 열풍접착 부직포를 포함하는 1층으로 그리고 상층은 나노섬유웹을 포함하는 1층"이 되도록 제조할 수도 있으며, 이들 을 도 1(A)와 같이 순서대로 또는 도1(B)와 같이 혼합하여 제조할 수 있다.

상기의 방법으로 제조된 본 발명의 흡음재는 기존의 흡음재 보다 그 무게가 1/10 ~ 1/16로 매우 가볍기 때문에, 자동차, 비행기 등의 운송수단 및 산업설비 등에 유용하게 이용될 수 있으며, 특히 자동차용 대쉬이너(Dash inner), 프론트 플루어 인설레이션(front floor insulation), 리어 플루어 인설레이션(rear floor insulation), 카펫(carpet), 헤드라이너(Headliner) 및 트렁크 플루어 매트(trunk floor mat)에 적용하여 사용할 수 있다.

이하에서 본 발명의 초경량 흡음재에 대해서 실시예를 통하여 더욱 자세하게 설명을 하겠다. 그러나, 본 발명이 하기 실시예에 의하여 그 권리범위가 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

실시예1

1) 나노섬유웹 층의 제조

대한민국특허등록 제0587193호의 전기방사구금을 이용한 하이브리드 전기방사기술을 통하여 하기와 같은 나노섬유웹층을 제조하였다. 방사용액으로 개미산과 미국 Rhodia 사의 나일론 6를 80:60 중량비의 혼합액을 40 kV ~ 70 kV 전압에서 방사하여 평균직경 300 nm ~ 600 nm 나노섬유를 뽑은 후, 두께 0.5 mm, 평균면밀도 20 g/m²의 나노섬유웹 층을 제조하였다.

2) 열풍접착 부직포 층의 제조

한국생산기술연구원이 보유한 파일롯 부직포 라인을 이용하여, PE(Polyethylene)/PP(Poly propylene) 시스(sheath)/코어(core) 이성분 섬유(38 ~ 51 mm, 2 ~ 6 den)를 카딩하고, 건조기를 통과시키면서, 130 ℃ 온도에서 열풍으로 접합하여 두께 약 1 mm, 평균면밀도 30 g/ ㎡의 열풍접착 부직포(Thru-air bonded Carded Web) 층을 제조하였다.

3) 복합구조층 및 초경량 흡음재의 제조

상층을 나노섬유웹 층으로 하층을 상기 열풍접착 부직포 층이 되도록 스프레이 타입의 바인더를 사용하여 복합구조층을 제조한 후, 상기 복합구조층을 도 1(A)와 같이 2층으로 적층하여 초경량 흡음재를 제조하였다.

실시예 2 ~ 4

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 복합구조층을 4층, 8층, 16이 되도록 실시예 2 ~ 4를 실시하여 초경량 흡음재를 제조하였다.

실시예 5

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 나노섬유웹 층 및 열풍접합 부직포 층을 제조하되, 복합구조층에 있어서, 열풍접합 부직포 층의 총 두께가 16 mm가 되도록 1mm 두께의 열풍접합 부직포 층을 16층으로 쌓아 올려서 하층이 되도록 하였고, 나노섬유웹 층의 총 두께가 1mm가 되도록 0.5mm의 나노섬유웹 층을 2층으로 쌓아 올려서 상층이 되도록 하였다. 즉, 하층은 열풍접합 부직포가 16mm의 두께를 갖도록 상층은 나노섬유웹이 1mm 두께가 되도록 초경량 흡음재를 제조하였으며, 도 2에 나타낸 것과 같다.

실시예 6 ~ 8

상기 실시예 5와 동일한 방법으로 실시하되, 복합구조층에 있어서, 상층은 나노섬유웹 층이 4층, 8층 및 16층이 되도록 실시예 6 ~ 8을 각각 실시하였으며, 이는 도 2에 나타내었다.

비교예 1

멤브레인상의 PVA(Poly vinyl alcohol) 나노섬유(면밀도 1g/㎡)와 폴리에스테르 단섬유 층(평균면밀도 12g/㎡)을 교대로 복합화하여 약 40㎜두께를 갖는21층으로 이루어진 구조의 흡음재로서, 이는 유럽특허 WO Pat. 2006108363(체코소재 Elmarco사)의 새로운 흡음재(Sound Absorption^™)이다.

비교예 2 ~ 5

실시예 1과 동일한 방법으로 나노섬유웹 층을 제조한 후, 나노섬유웹 층만을 갖는 흡음재를 제조하였다. 흡음재의 두께 변화를 주기 위하여 나노섬유웹 층을 2층, 4층, 8층 및 16층으로 변화를 주어서 비교예 2 ~ 5를 각각 실시하였다.

비교예 6 ~ 9

실시예 1과 동일한 방법으로 열풍접착 부직포 층을 제조한 후, 열풍접착 부직포 층만을 갖는 흡음재를 제조하였다. 흡음재의 두께변화를 주기 위하여 열풍접착 부직포 층을 2층, 4층, 8층 및 16층으로 변화를 주어서 비교예 6 ~ 9를 각각 실시하였다.

실험예

흡음특성평가실험방법

상기 실시예 및 비교예의 흡음재 특성을 평가하기 위하여 미국 자동차공업협회(SAE)에서 표준으로 삼고 있는 ASTM E1050(Standard Test Method for Impedance and Absorption of Acoustical Materials Using A Tube, Two Microphones and A Digital Frequency Analysis System)에 의하여 흡음특성을 평가하였다. 이때, 흡음성능의 평가는 Bruel & kiar 사의 Type 4206 Two-microphone impedance measurement tube 장비를 사용하였으며, 중심 주파수(Center Frequency)를 기준으로 고주파 흡음특성과 저주파 흡음특성을 모두 비교하였으며, 특히 실험샘플들은 음원 쪽에 나노섬유 웹이 오도록 배치하여 흡음특성을 측정하였다.

복합구조층의 구조 및 두께 변화에 따른 고주파 영역에서의 흡음특성평가실험

실험예 1 및 비교실험예 1

앞서 설명한 흡음특성평가실험방법에 의하여, 실시예 1 ~ 4의 흡음재의 고주파 영역에서의 흡음특성평가실험을 행하였으며, 그 결과는 도 3에 나타내었다.

또한, 상기 비교예 1의 흡음재의 고주파 영역에서의 흡음특성평가실험인 비교실험예 1을 행하였고, 그 결과를 도 4에 나타내었다.

비교실험예 2 ~ 3

상기 실험예 1과 동일한 방법으로 상기 비교예 2 ~ 5의 나노섬유웹 층만으로 이루어진 흡음재들의 고주파 영역에서의 흡음특성평가인 비교실험예 2를 행하였고, 그 결과는 도 5에 나타내었다.

또한, 상기 비교예 6 ~ 9의 열풍접착 부직포 층만으로 이루어진 흡음재들의 고주파 영역에서의 흡음특성평가인 비교실험예 3을 행하였고, 그 결과는 도 6에 나타내었다.

복합구조층의 구조 및 두께변화에 따른 저주파 영역에서의 흡음특성평가실험

실험예 2 및 비교실험예 4

앞서 설명한 흡음특성평가실험방법에 의하여, 실시예 1 ~ 4의 흡음재의 저주파 영역에서의 흡음특성평가실험을 행하였으며, 그 결과는 도 7에 나타내었다. 또한, 상기 비교예 1의 흡음재의 저주파 영역에서의 흡음특성 평가실험인 비교실험 예 4를 행하였고, 그 결과를 도 8에 나타내었다.

비교실험예 5 ~ 6

상기 실험예 2와 동일한 방법으로 상기 비교예 2 ~ 5의 나노섬유웹 층만으로 이루어진 흡음재들의 저주파 영역에서의 흡음특성평가인 비교실험예 5를 행하였고, 그 결과는 도 9에 나타내었다.

또한, 상기 비교예 6 ~ 9의 열풍접착 부직포 층만으로 이루어진 흡음재들의 저주파 영역에서의 흡음특성평가인 비교실험예 6을 행하였고, 그 결과는 도 10에 나타내었다.

복합구조층의 두께변화에 따른 고주파 및 저주파 영역에서의 흡음특성평가실험

실험예 3 및 실험예 4

상기 실험예 1 및 실험예 2와 동일한 방법으로 상기 실시예 5 ~ 8에서 제조한 초경량 흡음재들의 고주파수 및 저주파수 영역에서의 흡음특성평가인 실험예 3 및 실험예 4를 각각 실시하였으며, 그 결과는 도 11, 도 12에 각각 나타내었다.

위의 실험예 및 비교실험예를 종합해 보면, 하기와 같다.

비교예 1에 대한 흡음특성 실험인 비교실험예 1 및 비교실험예 4의 결과를 살펴보면, 일반 다공질성 부직포 층에서 일반적으로 나타내지 않는 1,000 ~ 2,000 Hz의 중저파수 영역에서의 흡음률이 좋음을 볼 수 있으나, 전반적으로 저주파 영역 에서의 흡음률이 저조함을 알 수 있다.

나노섬유웹 층만으로 제조한 비교예 2 ~ 5의 고주파수 흡음특성 실험인 비교실험예 2의 경우, 나노섬유웹 층의 두께가 증가할수록 그리고 주파수가 높아질수록 흡음률이 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 저주파수 흡음특성 실험인 비교실험예 5의 경우, 비교예 5는 1,500 Hz 부근에서 높은 흡음률을 보이기는 하지만, 나노섬유웹 층만으로 제조된 흡음재의 경우 전체적으로 저주파수에 대한 낮은 흡음률을 보였다.

열풍건조 부직포 층만으로 제조한 비교예 6 ~ 9의 고주파수 흡음특성 실험인 비교실험예 3 및 저주파수 흡음특성 실험인 비교실험예 6을 살펴보면, 열풍건조 부직포 층의 두께가 증가할수록 그리고 주파수가 증가할수록 흡음률이 증가하는 것을 볼 수 있는데, 이는 일반적인 다공질 흡음재의 특성이다. 그리고, 비교실험예 6의 저주파수 흡음특성실험결과를 살펴보면, 저주파수에 대한 매우 낮은 흡음 특성을 보이는 것을 확인할 수 있다.

상기 비교예 1 ~ 9의 흡음재들의 실험결과를 다시 종합해보면, 저주파수에 대한 흡음률이 매우 낮다는 결론을 도출할 수 있다.

본 발명인 실시예 1 ~ 8의 초경량 흡음재에 대한 실험예 결과를 살펴보겠다.

실시예 1 ~ 4에 대한 고주파수 흡음특성실험인 실험예 1의 결과를 보면 실시예 1은 4000 Hz 부근, 실시예 2는 3,100 Hz 부근, 실시예 3은 2,000 Hz 부근 그리고 실시예 4는 1,200 Hz 부근에서 최대피크를 보이는 것을 확인할 수 있는데, 즉 1000 ~ 7000 Hz 주파수 범위내에 있어서, 높은 주파수에서는 복합구조층의 층수가 낮은 것이 흡음률이 좋고 낮은 주파수에서는 복합구조층의 층수가 높은 것을 사용하는 것이 좋다는 것을 알 수 있다.

실시예 1 ~ 4에 대한 저주파수 흡음특성실험인 실험예 2의 결과를 살펴보면, 300 ~ 1,500 Hz 범위의 주파수의 경우, 실시예 1 ~ 3은 그 최대피크 주파수의 차이를 보이나, 복합구조층이 8층을 이루는 실시예 3의 흡음재가 실시예 1, 실시예 2 보다 전체적으로 높은 흡음률을 보인다. 그리고 실시예 1 ~ 3은 300 ~ 600 Hz 범위의 주파수에 대한 매우 낮은 흡음률을 보이나, 실시예 4는 이 범위내에서 매우 높음 흡음률을 확인할 수 있다.

복합구조층에 있어서, 나노섬유웹 층의 두께에 변화를 준 실시예 5 ~ 8의 흡음특성실험인 실험예 3 및 실험예 4의 결과를 살펴보면, 나노섬유웹의 두께가 증가할수록 낮은 주파수에 대한 흡음이 좋다는 결론을 얻을 수 있다.

상기 실험예에서 확인하였듯이, 본 발명의 초경량 흡음재는 복합구조층으로 구성됨으로써, 흡음률을 증가시켰을 뿐만 아니라, 또한 흡음재로서 적용시키고자 하는 곳의 환경에 맞추어 흡음재의 구조 및 두께 조절을 통하여 원하는 주파수를 흡음시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 초경량 흡음재는 기존 폴리우레탄 폼을 포함하는 흡음재 보다 무게가 매우 적게 나가기 때문에, 자동차, 비행기, 전동차 등의 운송수단, 산업시설 등의 흡음재로서 사용하기에 적합하다.

도 1의 (A)는 실시예 1 ~ 4의 흡음재를 나타낸 것이며, (B)는 복합구조층의 층간 접합방법에 변화를 준 흡음재를 나타낸 것이다.

도 2는 실시예 5 ~ 8의 흡음재를 나타낸 것이다.

도 3은 실험예 1의 고주파수 흡음특성평가실험 결과를 그래프화 한 것이다.

도 4는 비교실험예 1의 고주파수 흡음특성평가실험 결과를 그래프화 한 것이다.

도 5는 비교실험예 2의 고주파수 흡음특성평가실험 결과를 그래프화 한 것이다.

도 6은 비교실험예 3의 고주파수 흡음특성평가실험 결과를 그래프화 한 것이다.

도 7은 실험예 2의 저주파수 흡음특성평가실험 결과를 그래프화 한 것이다.

도 8은 비교실험예 4의 저주파수 흡음특성평가실험 결과를 그래프화 한 것이다.

도 9는 비교실험예 5의 저주파수 흡음특성평가실험 결과를 그래프화 한 것이다.

도 10은 비교실험예 6의 저주파수 흡음특성평가실험 결과를 그래프화 한 것이다.

도 11은 실험예 5의 고주파수 흡음특성평가실험 결과를 그래프화 한 것이다.

도 12는 실험예 6의 저주파수 흡음특성평가실험 결과를 그래프화 한 것이다.

Claims (12)

1. 나노섬유웹과 열풍접착 부직포를 포함하는 것을 특징으로 하는 초경량 흡음재.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 나노섬유웹은 평균면밀도가 10 ~ 50 g/㎡ 이고, 상기 열풍접착 부직포는 평균면밀도가 10 ~ 60 g/㎡ 인 것을 특징으로 하는 초경량 흡음재.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 열풍접착 부직포를 포함하는 층과 상기 나노섬유웹을 포함하는 층이 적층된 복합구조층을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 초경량 흡음재.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 나노섬유웹을 포함하는 층은 0.45 ~ 0.55 ㎜의 두께를 갖고, 상기 열풍접착 부직포를 포함하는 층은 0.9 ~ 1.1 ㎜의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 초경량 흡음재.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 복합구조층이 적층된 것을 특징으로 하는 초경량 흡음재.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 열풍접착 부직포를 포함하는 층은 14 ~ 20 mm의 두께를 갖고, 상기 나노섬유웹을 포함하는 층은 0.9 ~ 10 mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 초경량 흡음재.
7. 제 1 항 내지 제 5 항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서, 상기 나노섬유웹은 섬유의 평균직경이 100 ~ 900 nm인 것을 특징으로 하는 초경량 흡음재.
8. 평균면밀도 10 ~ 50g/㎡를 갖는 나노섬유웹과 평균면밀도 10 ~ 60g/㎡를 갖는 열풍접착 부직포를 포함하는 것을 특징으로 하는 초경량 흡음재의 제조방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 나노섬유웹을 포함하는 1층과 상기 열풍접착 부직포를 포함하는 1층을 적층시킨 복합구조층을 포함하는 것을 특징으로 하는 초경량 흡 음재의 제조방법.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 복합구조층을 적층시킨 것을 특징으로 하는 초경량 흡음재의 제조방법.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 복합구조층은 0.45 ~ 0.55 ㎜ 두께의 나노섬유웹을 포함하는 1층과 0.9 ~ 1.1 ㎜ 두께의 열풍접착 부직포를 포함하는 1층을 포함하는 것을 특징으로 하는 초경량 흡음재의 제조방법.
12. 제 9 항에 있어서, 상기 나노섬유웹을 포함하는 1층은 두께가 0.9 ~ 10 mm이고, 상기 열풍접착 부직포를 포함하는 1층은 두께가 14 ~ 20 mm인 것을 특징으로 하는 초경량 흡음재의 제조방법.

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