KR20130038196A - 차음 및 흡음을 위한 자동차 트림 부품 - Google Patents

차음 및 흡음을 위한 자동차 트림 부품 Download PDF

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Abstract

주로 흡음 특성을 가지는 적어도 하나의 구역(흡음 구역)과 음향 매스-스프링 특성을 가지는 적어도 하나의 다른 구역(차음 구역)을 포함하고 있는 방음 트림 부품으로서, 상기 차음 구역의 상기 매스 레이어는 흡음 구역에서와 동일한 다공성 섬유 레이어이지만 차음 구역에서 적어도 96·AW·t의 동적 영률(Pa)(여기에서, AW는 다공성 섬유 레이어의 단위 면적당 무게(g/m2), t는 다공성 섬유 레이어의 두께(mm))로 조절된 다공성 섬유 레이어와, 상기 다공성 섬유 레이어와 디커플링 레이어 사이에 위치하는 박형 불침투성 배리어 레이어로 이루어져 있다.

Description

차음 및 흡음을 위한 자동차 트림 부품{AUTOMOTIVE TRIM PART FOR SOUND INSULATION AND ABSORPTION}
본 발명은 차량에서의 소음 감쇠를 위한 자동차 트림 부품에 관한 것이다.
차량에 있어서 소음 발생원은 다양하며, 그 중에서도, 파워 트레인, 동력전달장치, (도로 표면에 의해 발생된) 타이어 접촉 패치, 브레이크, 그리고 바람을 포함한다. 이러한 모든 소음 발생원에 의해 차량 실내에 발생되는 소음은, 통상적인 디젤 차량 및 휘발유 차량에 대해서, 6.3kHz(이 진동수보다 높은 진동수에서, 차량의 소음 발생원에 의해 방출된 음향 파워는 대체로 무시할 수 있음)까지 이를 수 있는 상당히 큰 진동수 범위를 포함한다. 차량 소음은 일반적으로 낮은 진동수 소음, 중간 진동수 소음 그리고 높은 진동수 소음으로 나누어진다. 대체로, 낮은 진동수 소음은 50Hz 내지 500Hz 사이의 진동수 범위에 걸쳐 있는 것으로 간주될 수 있고 구조적 소음(structure-borne noise)이 지배적이며: 진동이 다양한 구조적 경로를 통하여 객실을 둘러싸고 있는 패널로 전달되고, 그럼으로써 이들 패널이 소음을 객실속으로 방출한다. 한편, 대체로 높은 진동수 소음은 2kHz보다 높은 진동수 범위에 걸쳐 있는 것으로 간주될 수 있다. 높은 진동수 소음은 대체로 공기전달 소음(airborne noise)이 지배적이며: 이 경우 객실을 둘러싸고 있는 패널로의 진동의 전달은 공기전달 경로(airborne path)를 통하여 이루어진다. 두 가지 작용이 결합되고 두 가지 작용 중의 어느 하나가 우세하지 않은 중간 구역(grey area)이 존재하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 승객의 안락감을 위해, 낮은 진동수 범위 및 높은 진동수 범위뿐만 아니라 중간 진동수 범위에서도 소음이 감쇠되는 것이 중요하다.
승용차 및 트럭과 같은 차량에서 소음 감쇠를 위해, 음향을 반사하고 소산시켜서 전체적인 내부 음향 레벨을 감소시키는 차음재(insulator), 감쇠재(damper) 그리고 흡음재(absorber)를 사용하는 것이 잘 알려져 있다.
차음은 통상적으로 매스-스프링 배리어 시스템(매스-스프링 배리어 시스템)에 의해 얻어지는데, 여기에서 매스 요소는 통상적으로 헤비 레이어(heavy layer)로 지칭되는 고밀도 불침투성 재료 레이어에 의해 형성되어 있고 스프링 요소는 압축되지 않은 펠트(felt) 또는 폼(foam)과 같은 저밀도 재료의 레이어에 의해 형성되어 있다.
통상적으로 "매스-스프링" 이라는 용어는 "매스"와 "스프링"의 두 요소의 결합을 통해서 차음을 제공하는 배리어 시스템을 한정하기 위해서 사용되고 있다. 어떤 부품 또는 장치의 물리적인 거동이 매스 요소와 스프링 요소의 결합으로 표현될 수 있다면 그 부품 또는 장치는 "매스-스프링"으로서 작용한다고 말할 수 있다. 이상적인 매스-스프링 시스템은 주로 함께 결합되어 있는 요소들의 기계적인 특성으로 인해 차음재로서 작용한다.
매스-스프링 시스템은 통상적으로 차에서 스틸 레이어의 상부에 놓이는데, 이때 스프링 요소가 스틸 레이어와 접촉한 상태로 있다. 전체로서 고려하면, 전체 시스템(매스-스프링 + 스틸 레이어)은 이중 파티션의 특성을 가지고 있다. 삽입 손실(insertion loss)은 스틸 레이어 자체에 의해 제공되는 차음효과와는 별도로, 스틸 레이어의 상부에 놓였을 때의 매스-스프링 시스템의 작용이 얼마나 효과적인지를 나타내는 양이다. 따라서 삽입 손실은 매스-스프링 시스템의 차음 성능을 나타낸다.
하나의 매스-스프링 시스템의 특성을 나타내는 이론적인 삽입 손실 곡선(IL: 데시벨(dB)로 측정됨)은 특히 아래의 특징을 가지고 있다. 진동수 범위의 대부분에 대해서, 이론적인 삽입 손실 곡선은 대략 선형적으로 진동수와 함께 증가하고, 증가율은 대략 12dB/octave 이며; 이러한 선형 추세는 유입되는 음파에 대해 양호한 차음효과를 보장하는데 매우 효과적인 것으로 간주되고 있으며, 이러한 이유로, 매스-스프링 시스템은 자동차 산업에 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 추세는 매스-스프링 시스템이 차음기로서 효과적이지 않은 진동수인 소위 "매스-스프링 시스템의 공명 진동수" 라고 하는 특정 진동수값보다 큰 진동수에서만 얻어진다. 매스-스프링 시스템의 공명 진동수는 주로 매스 요소의 무게(무게가 무거울수록, 공명 진동수가 낮아짐)와 스프링 요소의 스티프니스(stiffness)(스티프니스가 클수록 공명 진동수가 높아짐)에 의존한다. 이 진동수에서는, 매스 요소의 진동이 아래에 위치하는 구조체의 진동보다도 훨씬 크므로, 매스 요소에 의해 방출되는 소음은 매스-스프링 시스템 없이 아래에 위치하는 구조체에 의해서 방출될 수 있는 소음보다 훨씬 크다. 결론적으로, 매스-스프링 시스템의 공명 진동수 근처에서는, IL 곡선이 최소값을 가진다.
흡음 시스템과 차음 시스템의 양자 모두는 단독으로는 최적으로 작용하게 되는 작은 진동수 대역폭만을 가진다. 흡음재는 일반적으로 높은 진동수에서 양호하게 작용하는 반면에, 차음재는 일반적으로 낮은 진동수에서 양호하게 작용한다. 또한, 흡음 시스템과 차음 시스템의 양 시스템은 현대 차량에 사용하기에는 차선책에 불과하다. 차음재의 유효성은 차음재의 무게에 크게 의존하는데, 무게가 무거울수록 차음재가 효과적으로 된다. 한편 흡음재의 유효성은 재료의 두께에 크게 의존하는데, 재료의 두께가 두꺼울수록 흡음재가 효과적으로 된다. 그러나, 두께와 무게는 점점 제한되고 있다. 예를 들면, 무게는 차량의 연료 경제성에 영향을 미치고, 재료의 두께는 차량의 넓은 공간확보에 영향을 미친다.
최근에 통상의 매스-스프링 시스템용의 매스 레이어 즉 헤비 레이어에 대한 경량화의 추세가 평균 무게를 약 3(kg/m2)에서 약 2(kg/m2)으로 감소시켰다. 이러한 단위 면적당 무게의 감소는 통상적인 기술에 사용되는 재료가 줄어들고 따라서 비용이 줄어든다는 것을 의미한다. 1(kg/m2)까지의 훨씬 작은 무게도 가능하고 시중에 제공되고 있지만, 이를 성취하기 위한 기술은 고비용이고 특히 소량 생산에 있어서 문제점을 가지고 있다. 대표적인 통상의 매스 레이어는 EPDM, EVA, PU, PP 등과 같은 고충진 고밀도 재료(highly filled dense material)로 만들어진다. 이러한 재료는 통상적으로 1000(kg/m3)을 넘는 고밀도를 가지고 있기 때문에, 단위 면적당 무게를 작게 하기 위해 매우 얇은 레이어를 만들 필요가 있다. 이것은 생산 비용을 증가시킬 수 있으며 몰딩하는 동안 재료가 쉽게 찢어지는 것과 같은 생산 문제점을 발생시킬 수 있다.
음향 배리어의 차음 성능은 음향 투과 손실(sound transmission loss)(TL)에 의해서 평가된다. 투과되는 소음의 강도를 감소시키는 음향 배리어의 능력은 음향 배리어를 형성하는 재료의 성질에 좌우된다. 음향 배리어의 음향 투과 손실(TL)을 컨트롤하는 가장 중요한 물리적인 특성은 음향 배리어를 구성하는 구성 레이어의 단위 면적당 질량이다. 최선의 차음 성능을 위해, 매스-스프링 시스템의 헤비 레이어는 흔히 소음 파동의 반사를 최대화하기 위해 매끈한 고밀도 표면을 가지고, 진동을 최소화하기 위해 무공성(non-porous) 구조 및 특정 재료 스티프니스를 가진다. 이러한 관점에서, 구조상으로 얇은 및/또는 다공성인 다양한 직물이 차음에 이상적이지 않은 것으로 알려져 있다.
JP 2001310672는 음향 반사 필름 레이어를 사이에 끼우고 있는 2개의 흡음 레이어로 이루어진 복수 레이어 구조를 개시하고 있다. 상기 음향 반사 필름 레이어는 상부 흡음 레이어 속으로 침투하는 음향을 반사시켜서 동일한 상부 흡음 레이어로 되돌아가게 함으로써 복수 레이어 구조의 흡음 효과를 증가시킨다. 이 시스템은 필름의 두께 및 밀도를 최적화함으로써 조정될 수 있다.
JP 2001347899는 매스 레이어의 상부에 부가적인 흡음 레이어를 가진 종래의 매스-스프링 시스템을 개시하고 있다. 부가적인 흡음 레이어에 의해 확보되는 소음 감쇠의 증가로 인해, 매스 레이어의 두께 및/또는 밀도가 감소될 수 있다.
EP 1428656은 폼(foam) 레이어와 섬유 레이어로 이루어져 있으며 상기 폼 레이어와 섬유 레이어 사이에 필름을 가지고 있는 복수 레이어 구조를 개시하고 있다. 압축 펠트(felt)로 만들어진 상기 섬유 레이어는 500 내지 2500(Nsm-3)의 공기 유동 저항(AFR: air flow resistance)과 200 내지 1600 g/m2의 면적 질량(area mass)을 가진 흡음 레이어로서 작용한다. 개시된 폼 레이어는 통상적으로 디커플러(decoupler)로서 사용되는 펠트 레이어의 스티프니스와 필적할 만한 100 내지 100000(Pa)의 스티프니스로 작은 압축력 변형성을 가지고 있다. 사용되는 필름은 양쪽 흡음 레이어의 흡음 효과에 영향을 미치지 않도록 천공되거나 얇은 것이 바람직하다. 상기 필름은 음파가 필름을 통과할 수 있는 것을 나타내기 위해 음향적으로 투과성이라고 한다. 이러한 목적을 위해, 개시된 필름의 두께는 0.01(mm) 이하의 범위에 있다.
통상적으로, 객실 내의 음압(sound pressure) 레벨을 낮추기 위해서, 차량은 음향적인 트림 부품에 의해서 제공되는 차음(insulation)과 흡음(absorption)의 양호한 밸런스를 필요로 한다. 상이한 부품은 상이한 작용을 가질 수 있다(예를 들면, 대쉬 이너(dash inner)에 차음이 제공될 수 있고, 카펫에 흡음이 제공될 수 있다). 그러나, 현재는 전체적인 음향 성능을 최적화하기 위해서, 하나의 구역에서 보다 정교하게 세분화된 음향 작용을 성취하는 추세에 있다. 한 가지 예로서, 대쉬 이너는 높은 흡음성을 제공하는 부분과 높은 차음성을 제공하는 부분의 두 가지 부분으로 나누어질 수 있다. 일반적으로, 대쉬 이너의 하부는 이 하부 구역과 통하는 엔진 및 전방 휠로부터 나오는 소음과 더 관련성이 크기 때문에 차음에 더 적합한 한편, 대쉬 이너의 상부는 예컨대 자동차 계피판과 같은 차동차의 다른 요소에 의해 이미 어느 정도의 차음이 제공되기 때문에 흡음에 더 적합하다. 또한, 자동차 계기판의 뒷면은 자동차 계기판 뒤에 숨겨져 있는 상부 대쉬의 일부분을 통하여 들어오는 음파를 반사한다. 이와 같이 반사되는 음파는 흡음 재료를 이용하여 효과적으로 제거될 수 있다. 유사한 고려사항이 자동차의 다른 음향 부품에 적용될 수 있다. 예를 들어 바닥재에 대해서는, 운전석 또는 조수석의 발밑 공간 구역과 터널 구역에서는 주로 차음이 유용하고, 앞 좌석 아래와 뒤쪽 바닥 패널에서는 주로 흡음이 유용하다.
상기 이유로, 차량 제조업자는 통상적으로 패치, 다시 말해서, 국소적으로 적용되는 부가적인 재료를 사용한다(US 20040150128). 예를 들어, US 5922265는 트림 부품의 특정 구역에 부가적인 헤비 레이어 재료를 부착하는 방법을 개시하는데, 헤비 레이어 재료가 없는 구역이 흡음재로서 작용하게 된다. 이러한 하이브리드형 제품은 흡음과 차음 결합형 해법을 얻는 데 여전히 단위 면적당 무게를 증가시키고 있다는 단점을 가지고 있다. 상기 하이브리드형 제품은 또한 노동 및 비용 집약형일 수 있다. 또한, 음향 매스-스프링 시스템을 위한 디커플러로서 사용되는 재료는 일반적으로 흡음재로서의 사용에 적합하지 않다. 또한, 상이한 유형의 재료의 사용은 상기 부품 및 폐기되는 재료의 재활용을 더욱 곤란하게 한다.
따라서 본 발명의 목적은 종래기술의 단점 없이 차량에서의 소음 저감에 중요한 진동수 범위 전체에 걸쳐서 작용하는 방음 트림 부품을 얻는 데 있으며, 특히 음향 매스-스프링 시스템에 현재 사용되고 있는 EPDM, EVA, PU, PP와 같은 고충진 고밀도 재료로 제작되는 종래의 매스 레이어에 대한 대안을 얻어내는 데에 있다.
이러한 목적은 청구항 1에 따른 트림 부품에 의해 성취된다. 흡음 특성을 주로 가지는 적어도 하나의 구역(흡음 구역)과 음향 매스-스프링 특성을 가지는 적어도 하나의 다른 구역(차음 구역)의 구역들로 나누어진 방음 트림 부품으로서, 상기 흡음 구역은 적어도 하나의 섬유 레이어를 구비하고 있고, 상기 차음 구역은 적어도 매스 레이어와 디커플링 레이어를 구비하고 있는 방음 트림 부품에 의해 상이한 국소적 요건들이 충족될 수 있다. 차음 구역에서, 매스 레이어는 박형 불침투성 배리어 레이어와, 흡음 구역에서와 동일한 다공성 섬유 레이어이지만 적어도 96·AW·t의 동적 영률(Pa)(여기에서, AW는 다공성 섬유 레이어의 단위 면적당 무게(g/m2), t는 다공성 섬유 레이어의 두께(mm))로 조절된 다공성 섬유 레이어를 포함하고 있고, 박형 불침투성 배리어 레이어는 다공성 섬유 레이어와 디커플링 레이어 사이에 위치하고, 모든 레이어는 함께 적층되어, 부품들이 보다 덜 복잡하게 된다. 동일한 다공성 레이어가 흡음 구역과 차음 구역의 양쪽 구역 모두에 사용되고, 흡음 구역에서의 다공성 섬유 레이어의 두께가 차음 구역에서의 다공성 섬유 레이어의 두께보다 더 두껍다.
매스 레이어가 불침투성인 종래의 헤비 레이어로 이루어진 매스-스프링 시스템에 대해 큰 투과 손실이 기대된다. 여기에서 불침투성이란 공기가 통과할 수 없는 것을 의미한다. 예기치 않게, 통상적으로 흡음을 위해 사용되는 것과 동일한 섬유 레이어를 사용하여 박형 불침투성 배리어 레이어의 상부에 다공성 섬유 재료를 적층하는 것에 의해 매스-스프링 시스템을 위한 매스 레이어를 생성하는 것이 가능하다는 것이 밝혀졌다. 이는 주로 차음 특성이 이점이 있는 구역에서 국소적으로 레이어를 조절함으로써 하나의 다공성 섬유 레이어를 차음과 흡음 양쪽 모두를 위해 이용하는 것을 가능하게 해준다. 하지만, 만족스러운 차음성을 얻기 위해서는, 그러한 다공성 섬유 재료의 적어도 4900(Hz) 이상의 방사 진동수(radiation frequency)를 얻어내어 음향 투과 손실 스펙트럼에서 바람직하지 않은 진동수 하락 없이 모든 관심 진동수 범위 전체에 걸쳐서 양호한 차음 성능을 성취하기 위해, 다공성 섬유 재료의 동적 영률(dynamic Young's modulus)은 적어도 96·AW·t(Pa)이상일 필요가 있다.
도입부에서 설명한 바의 매스-스프링 시스템의 공명 진동수와 본 발명에서 설명되는 바의 상부 섬유 레이어의 방사 진동수는 삽입 손실(IL) 곡선에 상이하고 독립적인 효과를 발생시킨다. 상기 양 진동수는 본 발명에 따른 멀티레이어의 삽입 손실(IL) 곡선에 나타나며 차음 성능에 부정적인 효과를 초래하고, 상기 양 진동수는 삽입 손실(IL) 곡선에 하락부(dip)를 발생시킨다. 그러나 삽입 손실(IL) 곡선의 2개의 부분에서 2개의 하락부가 통상적으로 관찰된다. 멀티레이어 형태인 경우, 매스-스프링의 공명 진동수는 통상적으로 200 내지 500Hz의 범위에서 관찰되는 한편, 다공성 섬유 레이어의 방사 진동수는 1000Hz 이상의 범위에 있다. 명확성을 기하기 위해서, 두 가지 상이한 진동수를 구별하기 위해 두 가지 상이한 용어를 사용한다.
본 발명에 따른 트림 부품은 자동차의 음향 감쇠를 미세 조정하는 데 차음 구역과 흡음 구역의 양쪽 구역 모두가 필요하다는 사상에 기초하고 있다. 차음 구역과 흡음 구역의 양쪽 구역 모두의 트림 부품의 전체 구역에 걸쳐 동일한 다공성 섬유 레이어를 사용하는 것에 의해, 트림 부품에서, 바람직하게는 구역별로 나누어 차음과 흡음 작용의 양쪽 모두를 통합하는 것이 가능하다. 당업자는 어떤 구역이 무슨 방음 형태를 필요로 하는지 경험으로 알 수 있고, 그의 지식을 사용함과 동시에 더 적은 재료 형태를 사용하여 부품을 제공할 수 있고, 요구에 따라 부품을 설계할 수 있다. 본 발명에 따른 트림 부품은 적어도 하나의 흡음 구역과 하나의 차음 구역을 가지고 있지만, 각각의 음향 작용(차음 또는 흡음)에 해당하는 구역의 실제 개수 및/또는 구역의 치수는 부품과 부품의 위치 그리고 실제 요구조건에 따라 변경될 수 있다.
흡음 구역은 주로 흡음부로서 작용하고 나쁜 차음 성능을 나타내는 트림 부품의 구역으로 정의된다.
차음 구역은 적어도 우수한 차음부로서 기능하는 트림 부품의 구역으로서 정의된다.
다공성 섬유 레이어
음향 흡수 부품의 구조용으로, 펠트나 부직포와 같은, 다공성 섬유 재료를 사용하는 것이 알려져 있다. 섬유 레이어가 두꺼울수록 음향 흡수성이 좋아진다. 매스 레이어를 얻기 위해 매스-스프링 시스템에 이러한 유형의 재료를 사용하는 것은 당해 기술분야에 알려져 있지 않다.
동적 영률이 다음의 식과 같이 다공성 섬유 레이어의 방사 진동수와 관계가 있다는 것이 밝혀졌다.
E = AW·4tv2
여기서, E는 동적 영률(Pa), v는 방사 진동수(Hz), AW는 단위 면적당 무게(kg/m2), 그리고 t는 두께(m)이다. 상기 관계식에 따르면, 동적 영률의 적정 값(proper value)은 방사 진동수가 관심 대상의 진동수 범위 밖에 있고 그 결과 관심 대상의 진동수 범위에서 안정적인 삽입 손실을 가지는 트림 부품의 설계를 가능하게 해준다. 특히, 동적 영률이 Emin=AW·4·t·v0 2(v0=4900 Hz)로 정의되는 최소값보다 더 크면, 다공성 섬유 레이어의 방사 진동수는 트림 부품의 적용 진동수 범위보다 높게 나타난다. 따라서, 동적 영률은 적어도 96·AW·t(AW는 단위면적당 무게(g/m2), t는 두께(mm))이상이어야 한다. 이는 재료가 쉽게 압축될 수 없는 정도의 큰 동적 영률을 제공한다. 적어도 96·AW·t(Pa) 이상인 동적 영률을 가진 다공성 섬유 레이어, 디커플링 레이어, 및 상기 다공성 섬유 레이어와 디커플링 레이어 사이에 위치하는 예컨대 불침투성 필름 레이어와 같은 박형 불침투성 배리어 레이어를 포함하고 있고, 모든 레이어가 함께 적층되어 있는 트림 부품 구역은 음향 매스-스프링 시스템으로서 즉 차음 구역으로서 작용할 것이다. 다공성 섬유 레이어는 박형 불침투성 배리어 레이어와 함께 변형된 매스 레이어로서 통상적으로 사용되던 헤비 레이어 재료를 대체할 수 있다. 재료는 더 값싸고 전체 부품은 종래의 충진형의 헤비 레이어 재료를 사용하는 매스-스프링 시스템과 비교하여 재활용하기가 쉽다.
통상적으로 섬유 재료는 블랭크(blank), 다시 말해서, 섬유들이 함께 결합되어 있는 반제품으로 생산된다. 블랭크는 상당히 균질하다. 블랭크는 일정 초기 두께를 가진 재료 시트로 구성되고, 섬유가 일정 면적에 균일하게 분포되어 있기 때문에 그 단위 면적당 무게에 특징이 있다. 블랭크는 예컨대 압축 등에 의해 형성될 때, 최종 형상을 취하게 된다. 최종적으로, 일정 두께를 가진 레이어가 얻어진다. 단위 면적당 무게, 다시 말해서, 단위 면적에서의 재료의 무게는 성형 프로세스 후에도 유지된다. 동일한 블랭크로부터, 압축의 정도에 따라, 여러 가지 최종 두께가 얻어질 수 있다.
섬유 재료의 영률은 몇 가지 파라미터에 좌우된다. 첫째로, 재료 자체의 특성, 다시 말해서, 재료 조성, 섬유의 유형 및 양, 결합제(binder)의 유형 및 양 등에 좌우된다. 또한, 동일한 섬유 조성에 대해서, 섬유 재료의 영률은 레이어의 두께와 관련되는 재료의 밀도에 좌우된다. 따라서, 특정 조성의 펠트에 대해서, 영률은 상이한 두께에서 측정될 수 있고, 결과적으로 상이한 값을 취할 것이며, (동일한 초기 블랭크에 대해서) 통상적으로 두께가 감소되면 증가한다.
주어진 다공성 섬유 레이어의 측정된 동적 영률이, 공식 96·AW·t로 주어지는, 차량의 소음 감쇠에 있어서 중요한 진동수 범위에서 다공성 섬유 레이어를 강성 매스로서 작용하게 하는데 필요한 최소값보다 크다면, 주어진 다공성 섬유 레이어는 본 발명에 따르는 것이다. 이 조건이 만족되면, 상기 레이어는 박형 불침투성 배리어 레이어 위에 놓일 때 강성 매스로서 작용하고 본 발명에 따라 최적의 차음 성능을 가질 것이다.
본 발명에 따른 강성 매스로서 작용하는 다공성 섬유 레이어의 설계 방법은 다음의 단계를 포함한다.
1. 펠트 조성 및 단위 면적당 무게가 선택된다.
2. 그런 다음 재료가 특정 두께로 성형된다.
3. 성형된 재료의 단위 면적당 무게(AW, g/m2) 및 두께 (t, mm)가 측정된다.
4. 두께 t로 성형된 샘플에 대해서, 엘비스-에스(Elwis-S) 장치를 통하여 영률이 측정된다(측정된 영률: Emeas).
5. 최소 필요 영률(Emin)이 공식 96·AW·t에 의해 산출되는데, 상기 공식에서, AW는 단위 면적당 무게(g/m2)이고 t는 두께(mm)이고, 양자는 측정된다.
6. 조건식 Emeas ＞ Emin 이 만족되는 것이 확인되어야 한다.
상기 조건식이 충족되면, 본 발명에 따른 재료의 선택이 만족스럽고 섬유 재료는 강성 차음 매스(rigid insulating mass)로서 작용하는 결정된 두께로 사용될 수 있다. 상기 조건식이 충족되지 않으면, 선택이 변경되고 1단계 내지 4단계 중의 한 단계로부터 다시 시작하여 반복되어야 하며, 이 경우 파라미터(펠트 조성 및/또는 단위 면적당 무게 및/또는 두께)가 변경되어야 한다.
상기 다공성 섬유 레이어는 임의의 유형의 펠트로 될 수 있다. 상기 다공성 섬유 레이어는 천연 섬유 및/또는 합성 섬유로부터 유도된 것을 포함하여, 임의의 열성형가능한 섬유 재료로 만들어질 수 있다. 바람직하게는, 펠트는 재생 면직물(shoddy cotton)와 같은 재생 섬유 재료 또는 폴리에스테르와 같은 다른 재생 섬유로 만들어진다.
섬유질 펠트 재료는 바람직하게는 결합 섬유(binding fibre) 또는 수지성 재료(resinous material)에 예컨대 열가소성 폴리머와 같은 접합 재료를 포함하고 있다. 적어도 30% 에폭시 수지 또는 적어도 25% 2-성분 결합제 섬유(bi-component binder fibre)가 바람직하다. 본 발명에 따른 다공성 섬유 레이어를 얻는 다른 결합 섬유 또는 재료도 가능하며 배제되지 않는다.
바람직하게는 단위 면적당 무게는 500 내지 2000(g/m2), 보다 바람직하게는 800 내지 1600(g/m2)이다.
통상적으로 음향 트림 부품이 놓일 수 있는 자동차 내의 가용 공간도 추가적인 제약조건이다. 이러한 제약조건은 통상적으로 자동차 제조업자에 의해 주어지며, 최대 20 내지 25mm의 범위에 있다. 트림 부품의 모든 레이어가 이 공간을 공유하여야 한다. 따라서, 차음 구역에서의 다공성 섬유 레이어의 두께는 바람직하게는 1 내지 10(mm)이며, 디커플링 레이어를 위한 충분한 공간을 남겨둔다. 흡음 구역에서의 다공성 섬유 레이어의 두께는 기본적으로 가용 공간에 의해서만 제약된다. 두께는 구역들 전체에 걸쳐 또한 구역들 사이에 변경될 수 있다. 하지만, 흡음 구역에서의 다공성 섬유 레이어의 두께가 차음 구역에서의 두께보다 두껍다.
흡음 구역에서의 다공성 섬유 레이어의 공기 유동 저항(AFR)은 바람직하게는 300 내지 3000(Nsm-3), 더 바람직하게는 400 내지 1500(Nsm-3)이다. 공기 유동 저항(AFR)이 클수록 흡음에 유리하다. 하지만, 공기 유동 저항(AFR)은 증가하는 두께와 함께 감소하므로, 공기 유동 저항(AFR)은 8 내지 12(mm)의 두께에 대해 400 내지1500(Nsm-3)인 것이 바람직하다. 흡음 구역 상에 국소적으로 또는 기본적으로 전체 트림 부품상에 부가적인 레이어로서, 부가적인 흡음 레이어를 추가함으로써, 흡음성을 더 향상시킬 수 있다. 이는 차음 구역에서 흡음과 차음이 결합된 구역을 효과적으로 형성할 것이다. 부가적인 레이어는 다공성 섬유 레이어 및/또는 부가적인 스크림 레이어에 사용된 것과 유사하거나 동일한 펠트 재료의 형태일 수 있다.
흡음 구역과 차음 구역 옆에는, 차음 구역과 흡음 구역 사이의 구역 또는 부품의 림 둘레의 구역을 형성하는 중간 구역도 존재할 것이다. 이 중간 구역은 주로 가공 조건으로 인해 흡음 구역이나 차음 구역으로서 간주하기 쉽지 않은 곳으로, 흡음 구역의 방향으로 증가하는 변화하는 두께를 가진 일종의 중간 지역을 형성하여 우수한 흡음부와 그렇게 나쁘지 않은 차음부 사이의 거동을 나타낸다.
또다른 형태의 중간 구역이 자동차 내의 가용 공간에 잘 맞추어져야 하는 부품의 3차원 형상에 따라 국소적으로 존재할 수 있다. 당해 기술분야의 현 기술수준에서는, 고압축 구역이 케이블이나 장착 고정구의 처리를 위해 필요한 트림 부품의 구멍 둘레에 존재한다. 상기 고압축 구역은 통상적으로 음향 차단을 위해 사용되지 않는데, 그 이유는 구멍의 음향적 취약함이 구멍과 인접한 부분의 차음 특성을 손상시키기 때문이다.
박형 배리어 레이어
적어도 차음 구역은 박형 배리어 레이어를 포함하고 있어야만 한다. 다공성 섬유 레이어와 디커플링 레이어 사이에 위치하는 이 박형 배리어 레이어는 공기 불침투성이어야 하지만, 이 박형 배리어 레이어는 자체로 종래의 매스-스프링 시스템에서 통상적으로 발견되는 헤비 레이어 배리어와 같이 매스-스프링 시스템의 매스 요소의 기능을 갖지 않는다. 이러한 기능은 다공성 섬유 레이어와 박형 배리어 레이어의 조합에 의해서만 달성된다. 박형 배리어 레이어가 공기 불침투성이기만 하면, 본 발명에 따른 다공성 섬유 레이어가 박형 배리어 레이어와 함께 본 발명에 따라 종래의 매스-스프링 시스템용 매스 레이어와 같이 작용한다. 필름이 예시되어 있지만, 그 대안적인 공기 불침투성 박형 재료가 사용될 수도 있다.
박형 배리어 레이어로서 필름이 사용되는 경우, 필름은 바람직하게는 적어도 40㎛, 보다 바람직하게는 약 60 내지 80㎛의 두께를 가진다. 이보다 더 두꺼운 필름도 가능하겠지만, 더 두꺼운 필름은 사실상 기능을 증가시키지는 않고 부품의 가격만 증가시킨다. 또한, 더 두꺼운 필름은 펠트의 성형에 간섭할 수 있다.
박형 배리어 레이어, 특히 필름은 PVOH, PET, EVA, PE, PP 또는 PE/PA 포일 라미네이트(foil laminate)와 같은 이중 레이어 재료 등의 열가소성 재료로 만들어질 수 있다. 배리어 재료의 선택은 섬유 레이어와 디커플링 레이어에 좌우되며 모든 레이어를 함께 결합하여 라미네이트를 형성할 수(적층될 수) 있어야 한다. 또한 필름이나 분말 형태의 접착제로서의 재료가 사용될 수도 있다. 트림 부품의 결합 및/또는 성형 후에는, 성형된 배리어 레이어는 최종 제품 내에서 공기에 대해 불침투성이어야 한다.
박형 배리어 레이어가 흡음 구역 및/또는 중간 구역에도 반드시 존재해야할 필요는 없지만, 생산의 용이함을 위해 추천된다.
디커플링 레이어
디커플링 레이어로서, 통상적인 음향 매스-스프링 시스템의 스프링 레이어용으로 사용되는 표준 재료가 동일한 원리에 따라 적어도 본 발명에 따른 트림 부품의 차음 구역에 사용될 수 있다. 디커플링 레이어는 임의의 유형의 열가소성 폼 및 열경화성 폼(thermosetting foam), 예를 들면, 폴리우레탄 폼으로 형성될 수 있다. 디커플링 레이어도 섬유 재료, 예컨대 천연 섬유 및/또는 합성 섬유로부터 유도된 것을 포함하여 임의의 열성형가능한 섬유 재료로 만들어질 수 있다. 디커플링 레이어는 바람직하게는 100(kPa)보다 작은 매우 낮은 압축 강성도를 가지고 있다. 바람직하게는 스프링 작용을 향상시키기 위해서 디커플링 레이어도 다공성 구조 또는 개방된 구멍이 있는 구조이다. 원칙적으로 디커플링 레이어는 가장 최적화된 효과를 가지기 위해서 차음 구역에서의 트림 부품의 전체 표면에 걸쳐서 필름 레이어에 부착되어야 하지만, 생산 기술로 인해 매우 국소적인 부분이 제외될 수 있다. 부품의 차음 구역이 전체적으로 음향 매스-스프링 시스템으로서 작용을 하여야 하기 때문에, 레이어들이 결합되어 있지 않은 작은 국소 구역이 전체적인 감쇠 효과를 손상시키지는 않는다.
디커플링 레이어의 두께는 최적화될 수 있지만, 디커플링 레이어의 두께는 주로 자동차의 공간적 제약에 좌우된다. 바람직하게는 디커플링 레이어의 두께는 자동차의 가용 공간을 따르도록 트림 부품의 구역에 걸쳐서 변화될 수 있다. 통상적으로 디커플링 레이어의 두께는 1 내지 100(mm)이고, 대부분의 구역에서 5 내지 20(mm)이다.
부가적인 레이어
본 발명에 따른 트림 부품은 차음 구역에 적어도 3개의 레이어를 그리고 흡음 구역에 적어도 하나의 레이어(다공성 섬유 레이어)를 포함하고 있고, 흡음 구역의 적어도 하나의 레이어는 공유되는 레이어이다. 매스-스프링 시스템으로서의 최적 작용을 위해, 차음 구역의 적어도 3개의 레이어는 함께 적층된 라미네이트를 형성한다. 하지만, 특정 구역의 국소적인 부분 또는 트림 부품의 전체에 대해, 다공성 섬유 레이어 상에 흡음성을 가진 부가적인 레이어를 부가하는 것에 의해, 부품을 더 최적화할 수 있다. 부가적인 레이어의 단위 면적당 무게는 바람직하게는 500 내지 2000(g/m2)이다.
흡음 레이어는 임의의 유형의 열가소성 폼 및 열경화성 폼, 예를 들면, 폴리우레탄 폼으로 형성될 수 있다. 그러나 소음 흡수의 목적을 위해서, 상기 폼은, 당해 기술분야에서 알려져 있는 것과 같이, 음향 흡수의 원리에 따라 음파의 진입을 가능하게 하기 위해서 개방된 구멍이 있는 구조 및/또는 다공성 구조이어야 한다. 흡음 레이어도 천연 섬유 및/또는 합성 섬유로부터 유도된 것을 포함하여, 섬유 재료, 예를 들면 열성형가능한 섬유 재료로 만들어질 수 있다. 흡음 레이어는 섬유질 다공성 매스 레이어와 동일한 종류이지만 더 강성인 재료로 만들어질 수 있다. 흡음 레이어의 공기 유동 저항(AFR)은 바람직하게는 적어도 500(Nsm-3)이고, 더욱 바람직하게는 500 내지 2500(Nsm-3)이다. 흡음 레이어의 공기 유동 저항(AFR)은 다공성 섬유 레이어의 공기 유동 저항과 상이하다.
또한, 음향 흡수성을 더욱 향상시키기 위한 목적 및/또는 예를 들면 물 등에 대해 아래에 위치하는 레이어를 보호하기 위한 목적을 위해서, 흡음 재료의 상부에 또는 다공성 섬유 레이어 상에 직접적으로 부가적인 스크림(scrim)이 놓여질 수 있다. 스크림은 0.1 내지 약 1(mm), 바람직하게는 0.25 내지 0.5(mm)의 두께와 증가된 공기 유동 저항을 가진 얇은 부직포이다. 스크림은 바람직하게는 500 내지 3000(Nsm-3), 보다 바람직하게는 1000 내지 1500(Nsm-3)의 공기 유동 저항(AFR)을 가진다. 증가된 흡음성을 얻기 위해서, 스크림과 그 아래에 위치하는 흡음 레이어는 공기 유동 저항(AFR)이 다른 것이 바람직하다.
스크림 레이어의 단위 면적당 무게는 50 내지 250(g/m2), 바람직하게는 80 내지 150(g/m2)으로 될 수 있다.
상기 스크림은 연속 섬유 또는 스테이플 파이버(staple fibre) 또는 섬유 혼합물로 만들어질 수 있다. 상기 섬유는 멜트블로운(meltblown) 기술 또는 스펀본드(spunbond) 기술에 의해 만들어질 수 있다. 상기 섬유는 천연 섬유와 혼합될 수도 있다. 스크림은, 예를 들면, 폴리에스테르 섬유 또는 폴리올레핀 섬유로 만들어지거나, 예를 들면, 폴리에스테르와 셀룰로오스의 조합, 또는 폴리아미드와 폴리에틸렌의 조합, 또는 폴리프로필렌과 폴리에틸렌의 조합과 같은 섬유 조합에 의해 만들어진다.
본 발명의 상기 특징 및 다른 특징은 첨부된 도면과 관련하여 비제한적인 예로서 제시된 아래의 바람직한 실시형태의 설명에 의해 명확하게 된다.
생산 방법
본 발명에 따른 트림 부품은 당해 기술분야에서 널리 알려진 냉간 몰딩 방법 및/또는 열간 몰딩 방법으로 생산될 수 있다. 예를 들면, 다공성 섬유 레이어는 차음 구역에서의 원하는 동적 영률을 얻는 동시에 트림 부품을 원하는 3차원 형상으로 형성하기 위해 박형 배리어 레이어와 함께 또는 박형 배리어 레이어없이 성형될 수 있고, 제2 단계에서 적어도 차음 구역에서 박형 배리어 레이어의 후면에 폼 또는 섬유 레이어가 부가되거나 디커플링 레이어가 사출 성형될 수 있다.
기계적 강성도와 압축 강성도의 정의 및 측정
기계적 강성도는 재료(재료의 레이어)가 외부 응력 부하에 대해 제공하는 반응과 관련되어 있다. 압축 강성도는 압축 부하와 관련되어 있고 굽힘 강성도는 굽힘 부하와 관련되어 있다. 굽힘 강성도는 가해진 굽힘 모멘트와 결과적인 굽힙량에 관한 것이다. 한편, 압축 강성도 또는 수직 강성도(normal stiffness)는 가해진 수직력과 결과적인 변형량에 관한 것이다. 등방성 물질로 만들어진 균질 플레이트에 대해, 압축 강성도는 재료의 탄성률(E)과 플레이트의 표면적(A)의 곱이다.
등방성 물질로 만들어진 플레이트에 대해서, 압축 강성도 및 굽힘 강성도는 재료의 영률과 직접 관련되어 있어, 하나로부터 다른 하나를 산출하는 것이 가능하다. 그러나, 대부분의 펠트에 대한 경우와 같이, 재료가 등방성이 아니면, 굽힘 강성도는 주로 면 내(in-plane) 재료 영률과 관련되는 반면에, 압축 강성도는 주로 면 외(out-of-plane) 재료 영률과 관련되기 때문에, 상기한 관계는 더 이상 적용되지 않는다. 따라서, 하나로부터 다른 하나를 산출하는 것은 더 이상 불가능하다. 또한, 압축 강성도와 굽힘 강성도의 양자 모두는 정적 상태 도는 동적 상태에서 측정될 수 있고, 원칙적으로 정적 상태와 동적 상태에서 상이하다.
어떤 재료 레이어의 음 방출은 그 재료 레이어의 평면에 수직한 레이어 진동으로부터 발생하고, 재료의 동적 압축 강성도와 관련되어 있다. 다공성 재료의 동적 영률은 상업적으로 구입할 수 있는 리터 오토모티브 아게(Rieter Automotive AG)사의 엘비스-에스 장치(Elwis-S device)로 측정하였고, 이 엘비스-에스 장치에서 샘플은 압축 응력에 의해 부하를 받는다. 엘비스-에스 장치를 이용하는 측정은, 예를 들면, 2008년 12월, 브래드포드에서 개최된, 다공성탄성 재료의 음향에 관한 심포지엄(SAPEM)에서, 베르톨리니(BERTOLINI) 등에 의해 발표된 "다공성탄성 재료의 진동수에 따른 영률, 프와송의 비(Poisson's ratio) 및 감쇠 손실 요인을 식별하는 방법에 기초한 전달 함수" 라는 논문에 기술되어 있다.
이러한 형태의 측정은 다공성 재료에 대해서 아직 일반적으로 사용되고 있지 않기 때문에, 공식적인 NEN 또는 ISO 표준이 존재하지 않는다. 그러나, 란골리스(LANGLOIS) 등에 의해 발표된, 2001년, 제이 어쿠스티컬 에소씨. 에이엠(J. Acoustical Soc. Am.) 10권, 6호, 3032페이지 내지 3040페이지에 게재된, "등방성의 다공성탄성 재료의 준정적 기계적 특성에 대한 다항식 관계" 라는 논문에 상세하게 기술되어 있는 바와 같이, 유사한 물리적 원리에 기초한 다른 유사한 측정 시스템이 알려져 있으며 사용되고 있다.
정적 방법으로 측정된 영률과 동적 방법으로 측정된 영률의 직접적인 관련은 간단하지 않으며 대부분의 경우 무의미한데, 그 이유는 동적 영률은 소정의 진동수 범위에 걸친 진동수 영역(예를 들면: 300-600 Hz)에서 측정되고, 영률의 정적 값은 동적 측정값으로부터 직접 얻을 수 없는 0(Hz)의 한계 경우에 대응하기 때문이다.
본 발명에 있어서, 압축 강성도는 중요하지만 당해 기술분야의 현 기술수준에서 통용되는 기계적 강성도는 중요하지 않다.
다른 측정
공기 유동 저항은 IS0 9053에 따라 측정되었다.
단위 면적당 무게 및 두께는 당해 기술분야에서 알려진 일반적인 방법을 이용하여 측정되었다.
어떤 구조체의 투과 손실(TL)은 그 구조체의 차음의 척도이다. 투과 손실은 구조체로 들어오는 음향 파워와 구조체에 의해 수용측으로 투과되는 음향 파워의 데시벨로 표시된 비로서 정의된다. 음향 부품을 구비한 자동차 구조의 경우에 있어서, 투과 손실은 상기 음향 부품의 존재에 의해서 발생할 뿐만 아니라, 상기 음향 부품이 장착된 강 구조체(steel structure)에 의해서도 발생한다. 자동차 음향 부품이 장착되는 강 구조체와는 별개로 자동차 음향 부품 자체의 차음 능력을 평가하는 것이 중요하기 때문에, 삽입 손실(IL; 삽입 손실)이 도입된다. 구조체에 장착된 음향 부품의 삽입 손실(IL)은 음향 부품을 구비한 구조체의 투과 손실과 구조체 단독의 투과 손실의 차이로서 다음 식:
IL 부품 = TL 부품 + 강 구조체 - TL 강 구조체 (dB)
으로 정의된다.
삽입 손실과 흡음 계수(absorption coefficient)는, 전달 행렬법(transfer matrix method)에 기초하여 음향 부품의 음향 성능의 산출을 위한 수치 시뮬레이션 소프트웨어 SISAB를 이용하여 시뮬레이션되었다. 전달 행렬법은 레이어로 된 매체에서 음향 전파를 시뮬레이션하는 방법이고, 예를 들면, 브로어드 비(BROUARD B.) 등에 의해, 1995년, 저널 오브 사운드 앤드 바이브레이션(Journal of Sound and Vibration), 193 권, 1 호, 129페이지 내지 142 페이지에 게재된 "레이어로 된 매체에서의 음향 전파를 모델링하는 일반적 방법"이라는 논문에 기술되어 있다.
도 1은 샘플 A 내지 C의 삽입 손실 그래프이다.
도 2는 음향 차음 구역과 흡음 구역을 가진 대쉬 이너 트림 부품의 예이다.
도 3은 본 발명에 따른 차음 구역 또는 흡음 구역의 멀티레이어의 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 차음 구역 또는 흡음 구역의 대안적인 멀티레이어의 개략도이다.
도 5는 도 3 또는 도 4에 따른 멀티레이어의 삽입 손실을 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 3 또는 도 4에 따른 멀티레이어의 흡음을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 차음 구역 또는 흡음 구역의 대안적인 멀티레이어의 개략도이다.
도 8은 도 7에 따른 멀티레이어의 삽입 손실을 나타낸 그래프이다.
도 9는 도 7에 따른 멀티레이어의 흡음을 나타낸 그래프이다.
도 10은 다공성 섬유 레이어의 단위 면적당 무게와 두께와 관련된 동적 영률의 그래프이다.
도 11은 상이한 샘플에 대한 삽입 손실의 비교 그래프이다.
도 1은 비교 샘플 A-B 및 샘플 C의 삽입 손실 곡선을 나타내고 있다. 도시되어 있는 시뮬레이션된 삽입 손실은 멀티레이어로 구성된 시스템과 이 시스템이 부착되어 있는 강 플레이트의 투과 손실에서 강 플레이트 자체의 투과 손실을 뺀 것이다.
당해 기술분야의 현 기술수준의 상이한 소음 감쇠 멀티레이어 구조의 삽입 손실 및 음향 흡수성이 측정 재료 파라미터를 이용하여 시뮬레이션되어 본 발명에 따른 소음 감쇠 멀티레이어의 삽입 손실 및 음향 흡수성과 비교되었다. 모든 샘플은 25mm의 동일한 전체 두께를 가지고 있다.
비교 샘플 A는 1(kg/m2)의 EPDM으로 된 헤비 레이어 재료로 형성된 매스 레이어와 디커플링 레이어로서의 사출 폼(injected foam)을 구비한 종래의 매스-스프링 시스템이다. 샘플 A의 전체 단위 면적당 무게는 2370(g/m2)이었다.
비교 샘플 B는 EP 1428656의 기술원리에 따라 만들어져 있고, 이 EP 1428656는 폼 디커플링 레이어와 상부 섬유 레이어로 이루어져 있으며 상기 두 레이어 사이에 필름을 가진 멀티레이어 구조를 개시하고 있다. 상기 상부 섬유 레이어는 1000(g/m2)의 단위 면적당 무게, 6(mm)의 두께 및 1000(Nsm-3)의 공기 유동 저항(AFR)을 가진 에어 레이드 소프트 펠트 레이어(air-laid soft felt layer)이다. 이 멀티레이어의 전체 단위 면적당 무게는 2150(g/m2)이다. 상기 섬유 레이어의 동적 영률이 측정되었는데 약 70000(Pa)이다. 주어진 식에 따르면, 이 섬유 레이어는 1700(Hz)의 근처에서 방사 진동수를 가질 것이다. 사용된 필름은 두께가 0.06(mm)이며 불침투성이다. 상기 디커플링 레이어는 1100(g/m2)의 단위 면적당 무게를 가진 사출 폼이다.
샘플 C는 본 발명에 따라 만들어졌으며, 비교 샘플 B와 동일한 디커플링 레이어 및 필름 레이어를 포함하고 있다. 필름 레이어의 상부에 있는 다공성 섬유 레이어는 900(g/m2)의 단위 면적당 무게, 6(mm)의 두께 및 550000(Pa)의 동적 영률을 가진 압축된 강성의 펠트 레이어로 만들어졌다. 주어진 식에 따르면, 이 다공성 섬유 레이어는 7100(Hz)의 근처에서 방사 진동수를 가질 것이다.
샘플 A는 1(kg/m2)의 헤비 레이어의 단위 면적당 무게를 가진 종래의 매스-스프링 시스템이다. 차음 성능은 넓은 범위의 진동수에 걸쳐서 높으므로 이 샘플은 자동차에서 소음 감쇠를 위해 사용하는 데 선호되는 시스템을 대표하지만, 이 시스템은 지나치게 무겁다. 게다가, 헤비 레이어용으로 통상적으로 사용되는 재료, 이 경우에 있어서 EPDM은 재생하기가 곤란하다. 전반적인 소음 감쇠의 면에서는, 비교 샘플 B에서 상부 펠트 레이어가 멀티레이어의 차음 특성을 손상시키는 약 1700(Hz)의 방사 진동수를 가지고 있기 때문에, 상기 종래의 매스-스프링 시스템, 즉 샘플 A는 여전히 우수하다. 이러한 사실은, 도 1의 비교 샘플 B의 IL 곡선에서 비교 샘플 B에 사용된 상부 펠트 레이어의 방사 진동수를 포함하는 진동수 대역인 1600(Hz)에 중심을 둔 1/3 옥타브 진동수 대역에서의 하락부(dip)에 의해 확인할 수 있다.
다공성 섬유 레이어를 구성하는 재료의 동적 강성도(dynamic stiffness)를 증가시키는 것에 의해서, 특히 다공성 섬유 레이어의 면외 방향의 압축 강성도를 증가시키는 것에 의해서, 다공성 섬유 레이어의 방사 진동수가 보다 높은 진동수로 이동될 수 있다는 것이 밝혀졌다.
차음 구역에서의 다공성 섬유 레이어를 구성하는 섬유 재료의 동적 영률을 차음 구역의 방사 진동수가 소음이 감쇠될 것을 필요로 하는 진동수 범위의 바깥쪽에 놓이도록 선택함으로써, 상기 다공성 섬유 레이어는, 박형 배리어 레이어의 상부에 놓일 때, 원하는 진동수 범위에 걸쳐서 매스-스프링 시스템으로서 작용한다.
샘플 C는, 예를 들면, 900(g/m2)의 단위 면적당 무게, 3(mm)의 두께 그리고 550000(Pa)의 동적 영률을 가진 압축 강성 펠트 레이어로 만들어진 다공성 섬유 레이어를 필름 레이어의 상부에 가지고 있다. 샘플 C는 삽입 손실이 1(kg/m2)의 헤비 레이어를 가진 종래의 매스-스프링 시스템인 비교 샘플 A의 삽입 손실과 필적할만할 뿐만 아니라 오히려 훨씬 더 우수하다는 것을 보여준다. 그리고 방사 진동수는 6300(Hz)에 중심을 둔 1/3 옥타브 대역에서 삽입 손실 곡선의 하락부(dip)로서 나타난다. 이것은 차량에서의 소음 감쇠를 위해 통상적으로 관심의 대상으로 여겨지는 진동수 범위보다 훨씬 높다.
적어도 96·AW·t(Pa)의 동적 영률을 가진 다공성 섬유 레이어와 결합된 박형 배리어 레이어가 종래의 음향 매스-스프링 시스템의 매스 레이어를 형성할 수 있는 효과는 단지 다공성 섬유 레이어의 압축에만 좌우되는 것은 아니다. 그것은 상기와 같은 다공성 섬유 레이어용으로 사용되는 재료의 유형과 재료 성분들 간의 결합량, 예를 들면, 섬유 간의 또는 수지와 섬유 간의 결합량에 좌우될 수도 있다. 따라서 상기 식은 본 발명에 따른 트림 부품을 어떻게 설계할 것인가에 대한 지침만을 제공한다. 실제로 다공성 섬유 레이어의 방사 진동수가 발생하는 실제 진동수는 산출된 것으로부터 편차가 있을 수 있지만, 적어도 4900(Hz)보다 높은 진동수에서 나타나기만 한다면, 차량에 있어서 필요하며 주로 요구되는 소음 감쇠를 방해하지는 않을 것이다. 다른 여러 사용처에 대해서, 필요한 최소 동적 영률이 다를 수 있지만, 당업자는 본 발명의 지침에 따라 상기 식을 조정할 수 있을 것이다.
당해 기술분야의 현 기술수준에서 제공되는 바의 트림 부품의 음향 감쇠의 최적화의 모두는 적어도 흡음 레이어의 공기 유동 저항을 한정하는 것에 방향맞추어져 있다. 본 발명에 따른 트림 부품에 대해서는, 일반적인 방사와 특히 상부 다공성 섬유 레이어의 방사 진동수는 상부 다공성 섬유 레이어의 공기 유동 저항에 크게 좌우되지 않는다는 사실이 밝혀졌다. 공기 유동 저항은 주로 측정되는 전체 진동수 범위에 걸친 투과 손실의 기울기에 감쇠 효과를 가진다는 것이 밝혀졌다. 이 감쇠 효과는 공기 유동 저항이 증가함에 따라 커진다.
도 2는 차음과 흡음의 최적의 조합(절충)을 얻기 위해, 상이한 음향 작용을 가지는 2개의 별개의 구역을 가진 대쉬 이너 부품의 예를 나타내고 있다. 일반적으로, 대쉬 이너의 하부(I)는 엔진으로부터 나오는 소음 경로와 하부 구역을 통해 있는 전방 휠이 관련성이 크기 때문에 차음에 보다 적합하고, 대쉬 이너의 상부(II)는 어느 정도의 차음이 예컨대 자동차 계기판과 같은 자동차의 다른 요소에 의해 제공되고 있기 때문에 흡음에 보다 적합하다. 이러한 구역들 간에서는, 즉 조립 공간이 최소한이거나 지극히 3차원 형상 구역인 구역들에서는, 예컨대 디커플링 레이어의 손상이나 흡음 레이어로서 작용해야 하는 강성 레이어의 압축으로 인해, 일반적으로 실제의 음향 특성들을 분별하는 것은 불가능하다. 상이한 음 감쇠 특성들(차음 또는 흡음)로 명확하게 한정된 구역들이 요구되는 대쉬 이너는 도시된바와 같이 일반적으로 하나의 부품 대신 2개의 부품으로 제작된다. 또다른 선택안은 국소적인 매스-스프링 시스템을 얻도록 흡음 재료 즉 일반적으로 폼의 상부에 부가적인 헤비 레이어 패드를 부착하는 것이다.
대쉬 이너 트림 부품에 대해 전체적으로 보다 우수한 음향 감쇠를 성취하기 위해, 전체 대쉬 이너 트림 부품은 다음의 상이한 구별된 구역들을 가지고 제작된다. 본 발명에 따른 대안적인 매스 레이어를 함께 형성하도록 박형 불침투성 배리어 레이어와 조절된 동적 영률을 가진 다공성 섬유 레이어를 결합시킴으로써 차음 구역(I)이 형성되고, 차음을 위해 조절되지 않은 즉 강성화되지 않은 동일한 다공성 섬유 레이어에 의해 흡음 구역(II)이 형성될 수 있다. 따라서, 도시된 대쉬 이너의 트림 부품의 구역(I)은 본 발명에 따른 대안적인 매스-스프링 시스템을 포함하게 될 것이다. 구역(II)는 당해 기술분야에서 알려진 기본적인 흡음재로서 작용하는 비강성화 다공성 섬유 레이어를 포함하게 될 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 멀티레이어의 개략적 단면을 도시하고 있다. 본 발명에 따른 이 멀티레이어는 적어도 차음 특성을 가진 구역(I)(이하 차음 구역이라 함)과 흡음 특성을 가진 구역(II)(이하 흡음 구역이라 함)을 포함하고 있다. 부품에서의 이 구역들의 위치는 부품이 사용되는 차량의 영역과 그 특정 영역에서 기대되는 소음 레벨 및 진동수 특성에 따라 좌우된다(전술한 대쉬 이너의 예 참조).
차음 구역(I)과 흡음 구역(II)은 적어도 동일한 다공성 섬유 레이어(1)를 가지고 있고, 차음 구역에서의 다공성 섬유 레이어는 동적 영률이 적어도 96·AW·t(AW는 섬유 레이어의 단위면적당 무게(g/m2), t는 섬유 레이어의 두께(mm)) 이상이 되도록 강성 레이어(1)를 형성하기 위해 압축되어 있다.
차음 특성은 본 발명에 따라 박형 배리어 레이어(2)와 다공성 섬유 레이어(1)를 포함하고 있고, 디커플링 레이어(3)를 포함하는 스프링 레이어(B)와 함께 음향 매스-스프링 시스템을 형성하는 매스 레이어(A)에 의해 형성된다. 따라서, 구역(I)에서는 주로 차음 특성이 기대될 수 있다.
구역(II)에서, 다공성 섬유 레이어(1)는 압축되어 있지 않지만 이 구역에 흡음 특성을 가능하게 해주는 강성을 유지하고 있다. 바람직하게는, 흡음 작용을 더욱더 향상시키기 위해, 부가적인 스크림 레이어(4)가 흡음 레이어 상에 배치될 수 있다.
도 4는 도 3과 같은 원리에 기초한 본 발명에 따른 대안적인 멀티레이어(A)를 도시하고 있다. 차이점은 도 4의 것에서 박형 배리어 레이어(A)와 디커플링 레이어의 부가에 있어 간결화가 이용되어 보다 편평한 부품을 생성하고 있다는 점이다. 실제에 있어 트림 부품은 도 3과 도 4의 중간 정도에 해당될 것이며, 특히 자동차 트림 부품의 형상은 일반적으로 3차원 형상이며, 이는 레이어 적층의 최종 레이아웃에도 영향을 줄 것이다. 또한, 차음 구역과 흡음 구역 간에는 뚜렷하게 나누어지는 경계부가 없으며, 대신 중간 구역이 존재할 것이다.
삽입 손실 및 흡음 곡선이 스크림 레이어가 없는 상태로 도 3 또는 도 4에 따른 멀티레이어 구조에 대해 시뮬레이션되었고, 삽입 손실 및 흡음 곡선이 상이한 레이어에 대해 뒤따르는 특징으로 도 5 및 도 6에 도시되어 있다.
흡음 구역(II)은 20mm의 두께와 1100(g/m2)의 단위면적당 무게를 가지고 있는 30% 에폭시 결합제를 구비한 면직물 기재 펠트 형태의 다공성 섬유 레이어로 이루어져 있다. 흡음 구역에 대해 시뮬레이션된 흡음과 차음은 ABS로 표시되어 있다.
차음 구역은 본 발명에 의한 동적 영률 요건을 따르도록 2.7(mm)로 압축된 동일한 다공성 섬유 레이어, 필름 레이어 및 폼 디커플링 레이어를 포함하고 있다. 차음 레이어의 전체 두께는 20mm이다. 차음 구역에 대해 시뮬레이션된 흡음과 차음은 INS로 표시되어 있다.
삽입 손실 곡선(도 5)으로부터, 공명 진동수 하락부(dip)가 6300(Hz) 근방에서만 나타나므로 청구범위의 범위 내에 있다는 것이 명백하다. 또한, 그와 같은 차음 구역을 구비한 부품에 대한 차음 특성의 향상을 보여주는 전체적인 삽입 손실의 증가를 관찰할 수 있다. 흡음 구역에 대해서는, 스프링으로서 기능하는 재료가 없고, 이 경우 삽입 손실곡선은 전체 진동수 범위에 걸쳐 0에 가까운 값을 보여준다.
흡음 곡선(도 6)으로부터, 차음 구역의 흡음은 빈약하고, 흡음 구역의 흡음은 기대했던 바와 같이 매우 우수하다는 것이 명백하다. 흡음의 관점에서 보면, 여기서 흡음 구역에 대해 시뮬레이션된 것과 같은 순수 흡음재가 가장 효과적일 것이다.
하지만, 특히 하나의 동일한 트림 부품에 있어 특정 유형의 음향 감쇠(차음 또는 흡음)에만 전용되는 구역을 미리 한정하여 부가적인 패치나 다른 재료를 필요로 함이 없이 부품 내에 국소적으로 형성할 수 있기 때문에, 트림 부품을 차음 구역과 흡음 구역의 양자 모두를 분할하여 가지도록 하는 것이 트림 부품의 전체적인 음향 감쇠 성능을 향상시킬 것이다. 이는 또한 카펫이나 대쉬 이너 차음부와 같은 큰 트림 부품이 상이한 부품 구역들에서 상이한 음향 특성을 필요로 하는 경우에도 하나의 피스로 제작될 수 있게 되었다는 것을 의미한다.
도 7은 필름과 디커플러가 흡음 구역을 포함하여 부품의 전체 표면에 걸쳐 사용될 수 있는 본 발명에 따른 대안적인 레이어 적층법을 보여주고 있다. 하지만, 이 실시형태는 도 8 및 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이 부품의 작용, 특히 차음 특성을 변화시킨다. 이 실시형태에서는, 25mm의 전체 두께를 가진 멀티레이어로서, 다공성 섬유 레이어가 결합제로서 30% 에폭시 수지를 구비한 면직물 펠트로 제작되고 1100 (g/m2)의 단위면적당 무게를 가지는 멀티레이어가 채택될 수 있다. 상기 다공성 섬유 레이어의 두께는 차음 구역에서 2.7(mm) 그리고 흡음 구역에서 17.3(mm)로 조절되고, 다공성 섬유 레이어 아래에는 불침투성 필름과 폼 디커플러의 설치가 고려되고(흡음 구역과 차음 구역의 양쪽 모두에), 디커플러 폼의 두께는 양쪽 구역에 대해 25(mm)의 전체 두께를 얻도록 조절된다. 이제는 흡음 구역이 매스-스프링 시스템으로서 작용하기 시작하지만, 그것의 삽입 손실 곡선은 1000(Hz)와 1600(Hz) 근방에서 차음 하락부(dip)를 나타내어, 원하는 진동수 범위에서의 소음 감쇠를 저해한다. 반면에, 차음 구역에 대한 차음 하락부는 앞선 실시형태와 대등하게 6300(Hz) 근방에서 나타난다. 동일한 샘플에 대해, 흡음 구역에 대해 밝혀지는 흡음 곡선은 방사 진동수로 인해 약간 손상된다. 이 실시형태의 해법은 앞선 실시형태의 구성과 비교하여 약간의 음향적 단점을 가질 수 있지만, 당해 기술분야의 현 기술수준과 비교해서는 여전히 장점을 가진다. 트림 부품의 전체 구역에 걸쳐 폼 레이어를 사용하는 것은 폼 레이어를 국소적으로만 적용하는 것과 비교하여 보다 더 매끄러운 부품을 형성하는 것을 도와줄 것이다.
다른 대안적인 해법으로는 박형 배리어 레이어를 차음 구역에만 가지도록 하고, 디커플러는 전체 표면에 걸쳐 가지도록 하여, 박형 배리어 레이어가 없는 구역에서, 디커플러가 다공성 섬유 레이어와 함께 이중 레이어 흡음부로서 작용하도록 하는 것이 있을 수 있다.
차음 구역 및/또는 흡음 구역의 전체적인 작용을 향상시키기 위해, 부가적인 흡음 재료가 다공성 섬유 레이어의 상부에 배치될 수 있다. 또한, 부직포(4)를 사용하면 트림 부품의 흡음 특성을 향상시킬 것이다.
박형 배리어 레이어가 적어도 96·AW·t(Pa)의 동적 영률을 가진 상부 다공성 섬유 레이어와 함께 종래의 음향 매스-스프링 시스템과 대등한 특성을 가진 매스 레이어를 형성할 수 있는 효과는 단지 펠트의 압축에만 좌우되는 것이 아니다. 그것은 사용되는 재료의 유형과 재료 성분들 간의 결합량, 예를 들면, 섬유 간의 또는 수지와 섬유 간의 결합량에 좌우될 수도 있다. 따라서 상기 식은 본 발명에 따른 트림 부품을 어떻게 설계할 것인가에 대한 지침만을 제공한다. 실제로 방사 진동수가 발생하는 실제 진동수는 산출된 것으로부터 편차가 있을 수 있지만, 적어도 4900(Hz)보다 높은 진동수에서 나타나기만 한다면, 차량에 있어서 필요하며 주로 요구되는 소음 감쇠를 방해하지는 않을 것이다. 다른 여러 사용처에 대해서, 필요한 최소 동적 영률이 다를 수 있지만, 당업자는 본 발명의 지침에 따라 상기 식을 조정할 수 있을 것이다.
당해 기술분야의 현 기술수준에서 제공되는 바의 트림 부품의 음향 감쇠의 최적화의 모두는 적어도 상부 레이어 즉 흡음 레이어의 공기 유동 저항을 한정하는 것에 방향맞추어져 있다. 본 발명에 따른 트림 부품에 대해서는, 상부 다공성 섬유 레이어의 방사 진동수는 상부 다공성 섬유 레이어의 공기 유동 저항에 크게 좌우되지 않는다는 사실이 밝혀졌다. 공기 유동 저항은 주로 측정되는 전체 진동수에 걸친 삽입 손실의 기울기에 감쇠 효과를 가진다는 것이 밝혀졌다. 이 감쇠 효과는 공기 유동 저항이 증가함에 따라 커진다.
이하에서는, 당업자가 본 발명에 따른 트림 부품을 설계하기 위해 상기 식을 사용하는 방법의 예를 설명한다. 도 10은 본 발명에 따른 차음 매스 레이어에 대한 동적 영률 대 두께의 그래프를 나타내고 있다. 이 경우, 주로 재생 면직물과 30% 페놀 수지로 만들어진 펠트 레이어가 사용되었다. 이 재료는 얼마 전까지 주로 멀티레이어 구성에서 디커플러 또는 흡음 레이어로서 사용되었다. 요즘에는 자동차 내부의 증기에 관한 법령으로 인해 페놀 결합제는 더 이상 차량용 내부 부품에 사용될 수 없다. 그러나 상기 재료는 자동차 외부 부품, 엔진 격납실 구역 또는 트럭에는 여전히 사용될 수 있다. 상기 재료는 본 명세서에서 제한적인 샘플로서 선택된 것이 아니라 본 발명에 따른 재료를 설계하는 방법을 보여주기 위한 샘플로서 선택된 것이다.
도 10에서, L1000gsm 라인은, 레이어의 두께의 함수로서, 1000(g/m2)의 단위 면적당 무게를 가진 다공성 섬유 레이어가 본 발명에 따라 가져야 하는 최소 동적 영률을 나타내고 있다. 이것은, v가 4900Hz인 조건에서, 공식 E = AW·4tv2 으로 계산하였으며 도 10에서 직선으로 도시되어 있다. 동일한 도 10에서 L1200gsm 라인, L1400gsm 라인 그리고 L1600gsm 라인은 각각 1200(g/m2)의 단위 면적당 무게, 1400(g/m2)의 단위 면적당 무게 그리고 1600(g/m2)의 단위 면적당 무게에 대한 유사한 데이터를 나타내고 있다. 레이어의 방사 진동수가 적어도 4900Hz 이상으로 변경되어 차량에서의 소음 감쇠를 위한 주된 관심의 대상인 진동수 범위 밖에 있도록 보장하기 위해서, 주어진 두께와 상기한 단위 면적당 무게들 중의 하나를 가진 다공성 섬유 레이어의 동적 영률은 그 단위 면적당 무게에 대응하는 직선보다 위에 있어야 한다.
도 10에서, A1000gsm 라인은, 레이어의 두께의 함수로서, 1000(g/m2)의 단위 면적당 무게를 가지는 30% 페놀 수지를 구비한 면직물 펠트 기재 레이어의 측정 동적 영률을 나타내고 있다. 동일한 도 10에서, A1200gsm 라인 및 A1600gsm 라인은 각각 1200(g/m2)의 단위 면적당 무게 및 1600(g/m2)의 단위 면적당 무게에 대한 유사한 데이터를 나타내고 있다. 특정 지점에 대해서 동적 영률이 측정되었고, 도시된 것과 같은 형태는 이러한 측정값으로부터 외삽법에 의해 추정된 것이다. 상기 재료는 동적 영률에 있어서 빠른 증가를 나타내어 1000(g/m2)의 단위 면적당 무게와 약 8(mm)의 두께에서 4900(Hz) 보다 큰 방사 진동수를 나타낸다. 그러나, 공간적인 제약으로 인해, 이 두께는 자동차의 내부, 예를 들면, 대쉬 이너에는 바람직하지 않을 수 있다. 이론상으로는 매우 낮은 밀도로 알맞은 동적 영률을 얻을 수 있지만, 다공성 섬유 레이어 트림 부품의 무게는 더 이상 상기 부품이 양호한 차음 부품으로서 기능할 수 있는 것을 충분히 보장하지 못할 수 있다.
도 10에서, B1200gsm 라인은, 레이어의 두께의 함수로서, 1200(g/m2)의 단위 면적당 무게와 30% 에폭시 수지를 구비한 면직물 펠트 재료 기재 레이어의 동적 영률을 나타내고 있다. B1600gsm 라인은 1600(g/m2)의 단위 면적당 무게의 경우에 대한 유사한 데이터를 나타내고 있다. 특정 지점에 대해서 동적 영률이 측정되었고, 도시된 것과 같은 형태는 이러한 측정값으로부터 외삽법에 의해 추정된 것이다. 이 데이터를 상기한 페놀 수지 펠트에 대한 데이터와 비교하면, 접합 재료가 재료의 압축 강성도에 영향을 미치고 결과적으로 특정 단위 면적당 무게 및 두께에서의 동적 영률에 영향을 미친다는 것을 명확하게 알 수 있다.
C1400gsm 라인은 1400(g/m2)의 단위 면적당 무게를 가지고 있으며 15% 2-성분 결합제 섬유(bi-component binding fibre)로 결합된 면직물 펠트 재료 기재 레이어의 동적 영률을 나타내고 있다. 특정 지점에 대해서 동적 영률이 측정되었고, 도시된 것과 같은 형태는 이러한 측정값으로부터 외삽법에 의해 추정된 것이다.
두번째 세트의 샘플에서, 결합제 재료의 영향, 특히 결합제의 유형 및 양의 영향이 보다 세밀하게 관찰된다.
1090(g/m2)의 측정된 단위 면적당 무게와 2.7(mm)의 두께를 가진 30% 에폭시 수지를 가진 면직물 펠트로 된 샘플 에폭시 30%는 5.55E5(Pa)의 측정된 동적 영률을 가지고 있으며, 이것은 본 발명에 따라 산출된 필요한 영률보다 더 크다는 것을 알게 되었다.
1450(g/m2)의 측정된 단위 면적당 무게와 4(mm)의 두께를 가진 20% 에폭시 수지를 가진 면직물 펠트로 된 샘플 에폭시 20%는 2.2E5(Pa)의 측정된 동적 영률을 가지고 있으며, 이것은 본 발명에 따라 산출된 필요한 영률보다 훨씬 더 작다는 것을 알게 되었다.
1040(g/m2)의 측정된 단위 면적당 무게와 2.1(mm)의 두께를 가진 25% 2-성분 결합제 섬유를 가진 면직물 펠트로 된 샘플 BICO 25%는 5.08E5(Pa)의 측정된 동적 영률을 가지고 있으며, 이것은 본 발명에 따라 산출된 필요한 영률보다 크다는 것을 알게 되었다.
1280(g/m2)의 측정된 단위 면적당 무게와 4(mm)의 두께를 가진 15% 2-성분 결합제 섬유를 가진 면직물 펠트로 된 샘플 BICO 15%는 9.91E4(Pa)의 동적 영률을 가지고 있으며, 이것은 본 발명에 따라 산출된 필요한 영률보다 훨씬 더 작다는 것을 알게 되었다.
상기 샘플들에 대해서 부가적으로 삽입 손실을 시뮬레이션하였다. 도 11은 상기 샘플들의 시뮬레이션된 삽입 손실을, 70(㎛)의 필름과 나머지 두께는 디커플러로서의 폼으로 덮여 있는 상부 레이어를 가진 25(mm) 두께의 샘플들을 비교하여 도시하고 있다.
샘플 A, 다시 말해서 앞에서 소개한 1(kg/m2)의 헤비 레이어에 대한 단위 면적당 무게를 가진 종래의 매스-스프링 시스템의 차음 곡선이 대조 샘플(reference sample)로서 사용되고 있다.
상기 샘플들의 상부 다공성 섬유 레이어에 대해 측정되고 산출된 방사 진동수는 IL 곡선에서 하락부(dip)로서 나타난다. 샘플 에폭시 25% 및 샘플 BICO 15%에 대한 방사 진동수는 자동차에 있어서 음향의 감쇠에 대해 관심 구역 내인 3150 Hz(D2)와 1600 Hz(D1)에서 발견되었다. 반면에 샘플 에폭시 30% 및 샘플 BICO 25%의 방사 진동수는 자동차 산업에서 관심 구역의 바깥인 약 6300(Hz)(D3 및 D4)에서 발견되었다.
놀랍게도, 상부 레이어의 공기 유동 저항(AFR)과 강하게 관련되어 있지 않은 차음 효과가 얻어진다. 한편, 예를 들면 자동차 관련 사용예에 대해서 관심 대상의 진동수 범위에서 어떠한 하락 효과(dip effect)도 없이 일정한 차음을 얻는 주된 요인이 본 발명에 따른 상부 레이어의 영률이라는 사실을 알게 되었다.
상부 레이어의 두께가 변경되면, 공기 유동 저항(AFR)과 영률 양자 모두가 변경되고, 일반적으로, 레이어의 두께가 감소하면 공기 유동 저항(AFR)과 영률은 증가한다. 그러나, 상기 파라미터의 각각의 값은 재료의 특성과 관련되어 있다. 다공성 재료의 다른 음향적 파라미터 및 기계적 파라미터뿐만 아니라 공기 유동 저항(AFR)과 영률은 단지 두께의 함수인 것은 아니다.
한 가지 예로서, 동일한 두께를 가진 두 가지의 비슷한 펠트 재료의 공기 유동 저항(AFR)을 비교하였다. 통상적으로 자동차 관련 사용예에 사용되는 1000g/m2 의 단위 면적당 무게를 가진 에어 레이드 펠트(air laid felt)는 대략 2.5mm 에서 3200 Nsm-3의 공기 유동 저항(AFR)을 나타낸다. 두께 6mm 에서 동일한 재료는 1050 Nsm-3의 공기 유동 저항(AFR)을 나타낸다. 이에 대하여, 통상적으로 자동차 관련 사용예에 사용되는 1000g/m2 의 대략 동일한 단위 면적당 무게를 가진 니들드 펠트(needled felt)는 대략 6mm 에서 220 Nsm-3의 공기 유동 저항(AFR)을 나타낸다. 동일한 두께에서, 상기 두 가지 재료는 상이한 공기 유동 저항(AFR)을 나타낸다. 상기 두 가지 펠트는 재료 레이어를 형성하기 위해서 섬유가 가공되는 방식이 주로 상이하고, 이것이 공기 유동 저항(AFR)에 영향을 미친다.
동일한 고려사항을 영률에 대해 적용한다: 모든 재료에 대해서, 두께가 감소하면 영률은 증가하지만, 동일한 두께에서 두 가지 다른 재료는 반드시 동일한 값의 영률을 가지지 않으며, 주로 재료의 조성과 재료가 생산되는 방식에 따라 매우 다른 영률로 특징지워질 수 있다.
게다가, 공기 유동 저항(AFR)과 영률은 독립적인 파라미터인데, 공기 유동 저항(AFR)은 재료의 음향 특성과 관련되어 있고 영률은 재료의 기계적인 특성과 관련되어 있다. 한 가지 예로서, 동일한 공기 유동 저항(AFR)(예를 들면, 재료에 있어서 섬유의 유사 분포와 관련되어 있음)을 가진 두 가지 재료는 상이한 영률(예를 들면, 재료에 있어서 결합제의 상이한 양과 관련되어 있음)을 가질 수 있으며 결과적으로 상이한 성능을 가질 수 있다(도 10 및 도 11의 예를 참고).
상기한 재료로부터 알 수 있는 바와 같이, 근본적으로 더 이상 달성할 수 없는 두께로 압축되어야 하거나, 매우 높은 압력으로 인해 처리 공정이 더 이상 비용 효율성이 없기 때문에, 어떤 재료는 본 발명에 따른 매스 레이어를 형성하기에 적합하지 않다. 그러나, 결합 재료 대 섬유 재료의 비율, 사용되는 결합 재료, 단위 면적당 무게 및/또는 두께를 조절하는 것에 의해서, 본 발명에 따른 다공성 섬유 매스 레이어로서 사용되기에 적합한 재료를 만들어낼 수 있다.
특정 구역은 흡음에 전용되고 다른 구역은 차음에 전용되며, 양쪽 구역이 동일한 다공성 섬유 레이어를 공유하고 있는 본 발명에 따른 방음 트림 부품은 앞서 설명한 바와 같이 자동차 내 예컨대 대쉬 이너로서 사용될 수 있다. 상기 트림 부품은 바닥부 덮개(상부에 장식 레이어 또는 카펫 레이어를 구비할 수도 있음)로서 사용될 수도 있으며, 카펫 레이어는 다공성 시스템, 예컨대 터프트 카펫 또는 부직 카펫인 것이 바람직하다. 상기 트림 부품은 외측 휠 라이너 또는 내측 휠 라이너에 사용될 수도 있다. 모든 사용처는 승용차나 트럭과 같은 차량이 될 수 있다.
I 차음 구역
A 적어도 다공성 섬유 레이어와 박형 배리어 레이어를 포함하는 매스 레이어
B 스프링 레이어
II 흡음 구역
1. 다공성 섬유 레이어
2. 박형 배리어 레이어
3. 디커플링 레이어
4. 스크림 레이어

Claims (9)

  1. 주로 흡음 특성을 가지는 적어도 하나의 구역(흡음 구역)과 음향 매스-스프링 특성을 가지는 적어도 하나의 다른 구역(차음 구역)을 포함하고 있는 방음 트림 부품으로서, 상기 흡음 구역이 적어도 하나의 다공성 섬유 레이어를 구비하고 있고, 상기 차음 구역이 적어도 매스 레이어 및 디커플링 레이어를 구비하고 있는 방음 트림 부품에 있어서, 상기 매스 레이어는 박형 불침투성 배리어 레이어와, 흡음 구역에서와 동일한 다공성 섬유 레이어이지만 차음 구역에서 적어도 96·AW·t의 동적 영률(Pa)(여기에서, AW는 다공성 섬유 레이어의 단위 면적당 무게(g/m2), t는 다공성 섬유 레이어의 두께(mm))로 조절된 다공성 섬유 레이어로 이루어지고, 상기 박형 불침투성 배리어 레이어는 상기 다공성 섬유 레이어와 상기 디커플링 레이어 사이에 위치하여, 모든 레이어가 함께 적층되고, 흡음 구역에서의 다공성 섬유 레이어의 두께가 차음 구역에서의 다공성 섬유 레이어의 두께보다 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 방음 트림 부품.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 흡음 구역 및/또는 상기 차음 구역은 2개 이상의 구역으로 되어 있고, 같은 종류의 방음 특성의 구역들의 두께는 다른 종류의 방음 특성의 구역들과 다른 것을 특징으로 하는 방음 트림 부품.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 섬유 레이어의 단위 면적당 무게(AW)는 500 내지 2000(g/m2)인 것을 특징으로 하는 방음 트림 부품.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차음 구역에서의 상기 다공성 섬유 레이어의 두께(t)는 1 내지 10(mm)인 것을 특징으로 하는 방음 트림 부품.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡음 구역에서의 상기 다공성 섬유 레이어의 두께(t)는 적어도 4(mm) 이상, 바람직하게는 4 내지 25(mm)인 것을 특징으로 하는 방음 트림 부품.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 부분적으로 상기 다공성 섬유 레이어의 상부에 부가적인 흡음 레이어를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방음 트림 부품.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 부분적으로 상기 다공성 섬유 레이어의 상부에 부가적인 스크림을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방음 트림 부품.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 장식 레이어 또는 카펫 레이어, 바람직하게는 터프트 카펫 또는 부직 카펫을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방음 트림 부품.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 흡음 구역 또는 차음 구역 또는 부가적인 흡음 특성을 구비한 차음 구역을 포함하고 있는 방음 트림 부품을 자동차 또는 트럭과 같은 차량의 대쉬 이너, 바닥부 덮개 또는 휠 라이너와 같은 자동차 부품의 방음을 위해 사용하는 방법.
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