KR20180106669A - 진동감쇠 성능이 우수한 압축성형체 및 그 제조방법 - Google Patents

진동감쇠 성능이 우수한 압축성형체 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진동감쇠 성능이 우수한 압축성형체 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 본 발명의 액정 폴리에스테르 숏컷 섬유를 도입하여 섬유집합체를 제조한 후, 이를 압축성형하여 제조한 진동감쇠성능, 소리 흡수성, 소리 분산성, 수분 흡수성, 수분산성이 우수한 압축성형체 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

진동감쇠 성능이 우수한 압축성형체 및 그 제조방법{Fiber composite material with excellent vibration damping performance and manufacturing methods}
본 발명은 기계적 물성이 우수하면서, 소리 및 진동감쇠성능이 우수한 응용제품을 제공할 수 있는 압축성형체 및 이를 높은 양산성으로 제조하는 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 부직포와 같은 섬유집합체의 응용제품은 위생용, 의료용, 농업용 또는 산업용과 같이 다양한 용도로 사용되어 오고 있는데, 특히 산업용으로 사용하는 부직포의 경우 인장 강도가 매우 중요한 요소로 요구되며, 이러한 요구를 충족하도록 하기 위해 일반적으로 높은 인장 강도의 제품을 얻기 위해서는 단위면적당 중량을 올려서 생산하는 방법을 사용하는 것이 보편적이다. 그런데, 이와 같이 중량을 올려서 생산하는 경우에는 제품의 두께가 동시에 증가하기 때문에 얇으면서 강도를 요구하는 제품에는 적용을 하기가 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 유기섬유를 이용한 섬유강화복합재료는 내열성의 한계로 인해서, 자동차의 엔진 및 배기 관련 부품에 적용이 제한적인 문제점이 있다.
이에 유리섬유, 탄소섬유 등의 무기섬유를 타 섬유와 혼용, 혼섬화시켜서 섬유집합체를 이용한 응용제품 등의 부족한 기계적 물성 보완시켜서 플라스틱 제품과 유사 또는 그 이상의 기계적 물성을 가지는 CFRP(carbon fiber reinforced plastics), GFRP(Glass fiber reinforced plastics) 등의 섬유강화복합소재가 제조, 판매되고 있다. 하지만, 이러한 섬유강화복합 제품의 경우, 그 가공 공정에서 유리섬유, 탄소섬유 등이 제품으로부터 이탈 및 흩날려서 작업 환경을 오염시키는 문제가 있으며, 유리섬유 등의 무기섬유는 폐암을 유발하는 것으로 알려져 있어서, 최근에 유리섬유를 사용하지 않으면서도 유리섬유를 이용한 제품의 물성과 동등 또는 그 이상의 물성을 가지는 제품 개발에 대한 요구가 증대하고 있다.
그리고, 무기섬유의 이탈을 방지하기 위하여 섬유강화복합소재를 이용하여 가공한 제품에 커버층을 형성시키고 있는데, 단순하게 무기섬유의 이탈 방지를 위한 커버 역할 외에 다양한 특성 및 기능성이 부가된 커버층 소재에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있는 실정이다.
일본 공개특허번호 2016-125051 A (공개일 2016.07.11)
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 특정 숏컷 섬유를 도입하여 기계적 물성이 우수하면서도, 소리 흡수성, 소리 분산성, 수분 흡수성, 수분산성 등이 우수한 섬유집합체 등의 응용제품을 제공할 수 있는 섬유를 제공하고자 하며, 또한, 이를 높은 상업성으로 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 유리섬유를 사용하지 않고도 충분한 결합력으로 인해 탄성률이 우수한 압축성형체로 가공될 수 있고, 액정 폴리에스테르 숏컷 섬유의 우수한 진동감쇠성능과 내열성능으로 인해서 흡차음 성능이 우수한 섬유강화복합재료의 소재로써 기존의 유리섬유 및 기타 무기섬유를 사용하는 기존의 제품들을 대체하고자 한다.
본 발명에서 사용하는 용어인 "액정 폴리에스테르 또는 열방성 액정 폴리에스테르"는 분자사슬 중에 메소젠 (mesogen)이라 불리는 강직 사슬구조, 유연 격자와 연결기로 구성되며, 이들 각각의 구조들이 적절히 조합되어 있는 폴리에스테르 수지를 의미하며, 용융 상에 있어서 광학적 이방성을 나타내는 폴리에스테르를 의미한다. 이는, 시료를 핫 스테이지(hot stage)에 올려서 가열한 후, 편광 현미경으로 시료의 투과광을 관찰함으로써 인정할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 압축성형체는 액정 폴리에스테르(LCP, Liquid crystal polymer) 숏컷 섬유 및 바인더 섬유를 1: 0.4 ~ 2.5 중량비로 포함하는 섬유집합체를 압축성형시킨 성형체에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 LCP 숏컷 섬유는 액정 폴리에스테르(LCP) 펠릿의 용융방사물을 포함하며, 상기 LCP 펠릿은 방향족 디올, 방향족 디카르복실산 및 방향족 하이드록시카르복실산을 포함하는 혼합수지를 중합반응시켜 제조한 LCP(Liquid crystal polymer) 수지의 고화물을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 혼합 수지는 p-하이드록시벤조산, 6-하이드록시-2-나프토산, 바이페놀, 테레프탈산 및 이소프탈산을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 혼합 수지는 혼합수지는 p-하이드록시벤조산 50 ~ 60 몰%, 6-하이드록시-2-나프토산 10 ~ 15 몰%, 바이페놀 5 ~ 25 몰%, 테레프탈산 5 ~ 15 몰% 및 이소프탈산 5 ~ 15 몰%를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 LCP 수지는 폴리스티렌 기준 환산으로 중량평균분자량이 30,000 이상, 바람직하게는 중량평균분자량이 50,000 ~ 150,000, 더욱 바람직하게는 80,000 ~ 120,000일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 LCP 수지, LCP 펠릿 및/또는 LCP 숏컷 섬유는 융점이 250℃ ~ 350℃, 바람직하게는 290℃ ~ 340℃일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 LCP 숏컷 섬유는 평균섬도 5 ~ 15 데니어(denier) 및 평균섬유장 5 ~ 20 mm일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 LCP 숏컷 섬유는 섬유의 표면 전부 또는 일부는 친수성 코팅층 또는 소수성 코팅층을 포함할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 LCP 숏컷 섬유는 표면이 친수성 개질제 또는 소수성 개질제로 개질된 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 LCP 숏컷 섬유는 강도 10 ~ 20g/d 및 신도 2 ~ 5%를 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 LCP 숏컷 섬유는 건열수축률이 0 ~ 3%일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 섬유집합체를 구성하는 상기 바인더 섬유는 평균섬도 1 ~ 12 de 및 평균섬유장 3 ~ 30mm일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 바인더 섬유는 시스-코어 복합섬유이고, 시스는 폴리에스테르 수지를 포함하고, 코어는 융점이 270 ~ 300인 열방성 액정 폴리에스테르 수지를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 바인더 섬유에서, 상기 시스 성분인 폴리에스테르 수지는 고유점도 0.50 ~ 1.30 및 융점 200 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 바인더 섬유에서, 상기 시스 성분인 폴리에스테르 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지, 폴리부틸렌테레프탈렌(PBT) 수지, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 수지 및 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 수지 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 바인더 섬유에서, 코어 성분인 상기 열방성 액정 폴리에스테르 수지는 LCP 숏컷 섬유 제조에 사용되는 상기 혼합 수지와 동일한 수지로서, p-하이드록시벤조산, 6-하이드록시-2-나프토산, 바이페놀, 테레프탈산 및 이소프탈산 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 바인더 섬유는 시스 및 코어를 50 ~ 60 : 40 ~ 50 중량비로 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 압축성형 전 섬유집합체는 부직포일 수 있고, 상기 부직포는 습식(wet-laid) 부직포 또는 에어레이드(air-laid) 부직포일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 압축성형체는 상기 섬유집합체를 구성하는 섬유와 다른 종류의 섬유를 포함하는 섬유집합체층을 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 압축성형체는 평균면밀도가 600 ~ 1,500g/m2일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 압축성형체는 평균면밀도가 1,200g/m2일 때, 균제도가 2 ~ 7%일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 압축성형체는 평균두께가 2 mm ~ 6 mm일 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 압축성형체는 ASMT D790에 의거하여 측정시, 상대습도 50% 및 23℃ 일 때, 굴곡강도 4 MPa 이상이고, 굴곡탄성률이 100 MPa 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 압축성형체는 ASMT D638에 의거하여 측정시, 상대습도 50% 및 23℃ 일 때, 인장강도 10 MPa 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 앞서 설명한 다양한 형태의 압축성형체를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 액정 폴리에스테르(LCP) 숏컷 섬유 및 폴리에스테르 바인더 섬유를 1: 0.4 ~ 2.5 중량비로 혼합 및 교반하여 웹(web)을 형성시킨 후, 건조하여 섬유집합체를 제조하는 단계; 및 상기 섬유집합체를 2층 이상으로 적층시킨 후, 230℃ ~ 270℃ 온도에서 압축성형시키는 단계;를 포함하는 공정을 수행하여 압축성형체를 제조할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 LCP 숏컷 섬유는 LCP 펠릿을 방사기에 290 ~ 350℃로 가열 및 용융시켜서 방사조액을 제조하는 1단계; 방사조액을 방사기에 투입한 후, 용융방사한 후, 냉각시켜서 미연신 서브토우(sub-tow)를 제조한 다음 권취하여 캔에 적재하는 2단계; 캔에 적재된 미연신 서브토우를 10 ~ 15 mm 로 컷팅(cutting)하는 3단계; 및 컷팅된 섬유를 240℃ ~ 280℃ 하에서 열처리하는 4단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, LCP 숏컷 섬유 제조시, 1단계의 LCP 펠릿은 방향족 디올, 방향족 디카르복실산 및 방향족 하이드록시카르복실산을 포함하는 혼합수지를 준비하는 1-1단계; 질소 분위기 하에서 상기 혼합 수지에 아세트산무수물을 투입 및 교반하면서 148℃ ~ 160℃까지 승온시킨 후, 148℃ ~ 160℃ 하에서 아세틸화 반응을 수행하여 아세테이트 에스테르 화합물을 포함하는 용액을 제조하는 1-2단계; 상기 용액을 250 ~ 280로 승온하여 아세트산을 회수한 후, 280 ~ 340까지 승온 및 진공을 부가하여 잔여 아세트산을 제거하는 1-3단계; 아세트산이 제거된 용액을 330℃ ~ 350℃까지 승온시킨 후, 330℃ ~ 350℃ 온도 하에서 1mmHg까지 감압시킨 후, 중축합반응을 수행하여 LCP 수지를 제조하는 1-4단계; 및 LCP 수지를 냉각 고화시켜 LCP 펠릿을 제조하는 1-5단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 앞서 설명한 다양한 형태의 압축성형체의 응용제품으로서, 진동감쇠 성능이 우수한 흡차음재를 제공하고자 한다.
본 발명의 압축성형체는 진동감쇠 성능과 더불어서 내열성이 우수한 액정 폴리에스테르 숏컷 섬유를 이용함으로써 수축률이 낮게 제어됨으로써 섬유집합체의 성형 가공 과정에서 치수변화율이 적어서 결과적으로 안정적인 공정 통과성 및 높은 상품성을 확보할 수 있고, 소음진동 제어에 탁월한 효과를 발현할 수 있다. 또한, 본 발명의 숏컷 섬유 성분과는 다른 성분으로 구성된 섬유 및/또는 다른 성분으로 구성된 파우더와의 접합력, 상용성이 우수하면서도 가공성이 우수할 뿐만 아니라, 내열성, 진동감쇠성능, 소리 흡수성, 소리 분산성, 수분산성 등이 요구되는 응용제품에 적용하기 적합하다.
도 1및 도 2는 본 발명의 실시예 1에 사용된 액정 폴리에스테르 숏컷 섬유의 표면 및 단면을 찍은 SEM 측정 이미지이다
이하 본 발명의 압축성형체에 대하여 더욱 자세하게 설명을 한다.
본 발명의 압축성형체는 섬유재료를 이용한 복합재료 성형품으로서, 기존사출성형품 대비해서 진동의 진행 거리(Pass length)는 증가하기 때문에, 성형품이 진동 에너지를 효과적으로 흡수할 수 있도록 한다. 나아가, 섬유간 마찰에 의해, 성형품이 진동 에너지를 더욱 효과적으로 흡수할 수 있다.
이러한, 본 발명은 압축성형체는 액정 폴리에스테르(LCP) 숏컷 섬유 및 폴리에스테르 바인더 섬유를 혼합 및 교반하여 웹(web)을 형성시킨 후, 건조하여 섬유집합체를 제조하는 단계; 및 상기 섬유집합체를 2층 이상으로 적층시킨 후, 압축성형시키는 단계;를 수행하여 제조할 수 있다.
섬유집합체를 제조하는 단계에서 상기 액정 폴리에스테르(LCP, Liquid crystal polymer) 숏컷 섬유 및 상기 바인더 섬유를 1: 0.4 ~ 2.5중량비로, 바람직하게는 1 : 0.8 ~ 2.0 중량비로 포함하는 섬유집합체를 압축성형시킨 성형체이다. 이때, 바인더 섬유의 중량비가 LCP 숏컷 섬유 대비 0.4 중량비 미만이면 접착력 저하로 인해서 굴곡 강도 및 탄성률이 저하되고, 복합재료의 성형성이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 2.5 중량비를 초과하면 액정 폴리에스테르의 함량이 줄어들면서 복합재료의 진동감쇠 성능이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
그리고, 상기 섬유집합체는 부직포일 수 있고, 상기 부직포는 습식(wet-laid) 부직포 또는 에어레이드(air-laid) 부직포일 수 있으며, 바람직하게는 습식 부직포일 수 있다.
그리고, 압축성형은 230℃ ~ 270℃ 온도에서, 바람직하게는 240℃ ~ 260℃에서 60초 ~ 100초간 열처리하고 프레스 성형하여 수행할 수 있다.
[ LCP 숏컷 섬유]
압축성형체 제조에 사용되는 상기 LCP 숏컷 섬유는 LCP 펠릿을 방사기에 290 ~ 350℃로 가열 및 용융시켜서 방사조액을 제조하는 1단계; 방사조액을 방사기에 투입한 후, 용융방사한 후, 냉각시켜서 미연신 서브토우(sub-tow)를 제조하는 2단계; 미연신 서브토우를 컷팅(cutting)하는 3단계; 및 컷팅된 섬유를 열처리하는 4단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.
상기 LCP 숏컷 섬유를 제조하는 공정 1단계에서 LCP 펠릿을 290℃ ~ 350℃로, 바람직하게는 300℃ ~ 340℃로 가열 및 용융시키는 것이 좋으며, 이때, 가열 및 용융온도가 290℃ 미만이면 구금에서 토출되는 LCP 필라멘트(filament)가 심하게 떨리는 멜트-플럭츄에이션(melt-fluctuation) 현상과 함께 팩(Pack) 압력이 상승하면서 방사성이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 350℃를 초과하면 용융 점도가 낮아지면서 섬유형성능 및 사물성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
그리고, 상기 LCP 펠릿은 방향족 디올, 방향족 디카르복실산 및 방향족 하이드록시카르복실산을 포함하는 혼합수지를 준비하는 1-1단계; 질소 분위기 하에서 상기 혼합 수지에 아세트산무수물을 투입 및 교반하면서 148℃ ~ 160℃까지 승온시킨 후, 148℃ ~ 160℃ 하에서 1시간 30분 ~ 2시간 30분 동안 아세틸화 반응을 수행하여 아세테이트 에스테르 화합물을 포함하는 용액을 제조하는 1-2단계; 상기 용액을 250 ~ 280로 승온하여 30분 ~ 3시간 동안 아세트산을 회수한 후, 280 ~ 340까지 승온 및 진공을 부가하여 잔여 아세트산을 제거하는 1-3단계; 아세트산이 제거된 용액을 330℃ ~ 350℃까지 승온시킨 후, 330℃ ~ 350℃ 온도 하에서 1시간 10분 ~ 1시간 40분 동안 1 mmHg까지 감압시킨 후, 중축합반응을 수행하여 LCP 수지를 제조하는 1-4단계; 및 LCP 수지를 냉각 고화시켜 LCP 펠릿을 제조하는 1-5단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.
LCP 펠릿 제조시, 상기 1-1단계의 혼합수지는 p-하이드록시벤조산 50 ~ 60 몰%, 6-하이드록시-2-나프토산 10 ~ 15 몰%, 바이페놀 5 ~ 25 몰%, 테레프탈산 5 ~ 15 몰% 및 이소프탈산 5 ~ 15 몰%를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 p-하이드록시벤조산 52 ~ 58 몰%, 6-하이드록시-2-나프토산 10.5 ~ 14 몰%, 바이페놀 12 ~ 20 몰%, 테레프탈산 8 ~ 14 몰% 및 이소프탈산 5 ~ 10 몰%를 포함할 수 있다.
LCP 펠릿 제조시, 상기 1-2단계에서 아세트산무수물은 페놀성 수산기인 방향족 디올 1당량에 대하여, 1.0 ~ 1.2 ?량비로 투입하는 것이 좋다.
상기 방법으로 제조한 LCP 수지 및/또는 LCP 펠릿은 융점이 250℃ ~ 350℃, 바람직하게는 290℃ ~ 340℃일 수 있다. 또한, LCP 수지 및/또는 LCP 펠릿은 폴리스티렌 기준 환산으로 중량평균분자량이 50,000 ~ 150,000, 더욱 바람직하게는 80,000 ~ 120,000일 수 있다.
다음으로, LCP 숏컷 섬유 제조시, 2단계의 용융방사는 방사온도 300℃ ~ 320℃ 및 방사속도 300 ~ 900 m/min로 용융방사를, 바람직하게는 방사온도 305℃ ~ 315℃ 및 방사속도 480 ~ 650 m/min로 용융방사를 수행하는 것이 좋으며, 이때, 용융온도가 300℃ 미만이면 구금에서 토출되는 LCP 필라멘트(filament)가 심하게 떨리는 멜트-플럭츄에이션(melt-fluctuation) 현상과 함께 팩(Pack) 압력이 상승하면서 방사성이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 320℃를 초과하면 용융점도가 낮아지면서 섬유형성능이 및 사물성이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 그리고, 방사속도가 300 m/min 미만이면 목표 섬도를 맞추기 위해서 토출량을 낮춰야 하기 때문에 결과적으로 생산성이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 방사속도가 900 m/min를 초과하면 방사 드래프트(Draft, 구금 토출선속도와 와인딩 속도비)가 커져서 사절이 발생하는 문제가 있을 수 있다. 그리고, 방사구금의 직경을 조절하여 미연신 서브토우의 섬도를 조절할 수 있다. 세섬도의 LCP 섬유를 얻으려면 구금 직경을 작게해서 전단속도를 크게 할 수 있기 때문에 용융점도를 조절하여, 고 고유점도를 가지는 LCP의 방사에는 바람직한 방향으로 설정할 수 있다.
그리고, 용융된 방사조액은 고유점도 5.5 ~ 9.5 dl/g, 바람직하게는 5.7 ~ 7.5 dl/g일 수 있다. 이때, 고유점도가 5.5 dl/g 미만이면 강도 등의 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 고유점도가 9.5 dl/g를 초과하면 섬유화하는데 있어서 가공성이 저하되고 용융 및 방사온도를 높게 관리하게 되므로 제조비용이 증가하는 문제가 있을 수 있다.
그리고, 컷팅은 본 발명의 컷팅 섬유를 이용하고자 하는 가공제품에 따라 섬유가 적정 섬유장을 가지도록, 당업계에서 사용하는 일반적인 컷팅 방법으로 수행할 수 있으며, 섬유의 평균섬유장 5 ~ 20 mm, 바람직하게는 5 ~ 15 mm 범위 내에서 컷팅을 수행하는 것이 바람직하다.
다음으로, LCP 숏컷 섬유 제조시 4단계의 열처리는 컷팅된 섬유를 밀폐형 오븐을 이용하여 질소를 18 ~ 22L/min으로 공급하면서 실온(15 ~ 30)에서 240℃ ~ 245℃까지 2시간 동안 승온하고, 이 온도에서 250℃ ~ 265℃까지 1시간 동안 승온시킨 다음, 250℃ ~ 265℃에서 2시간 정도 유지한 후, 다시 이 온도에서 270℃ ~ 280℃까지 1시간 동안 승온하고, 270℃ ~ 280℃에서 2시간 동안 유지하여 고상중합하여 섬유의 강도 및 탄성율을 증대시킬 수 있다.
나아가, LCP 숏컷 섬유는 섬유의 표면 전부 또는 일부는 친수성 코팅층 또는 소수성 코팅층을 형성시키거나, 표면이 친수성 개질제 또는 소수성 개질제로 개질시킬 수도 있다. 이와 같은 기능성 부여를 통해서 다른 성분으로 구성된 섬유 및/또는 다른 성분으로 구성된 파우더(powder)와의 접합력, 상용성이 더욱 향상시킬 수도 있다.
이렇게 제조방법을 통해 제조한 LCP 숏컷 섬유는 평균섬도 5 ~ 15 데니어, 바람직하게는 평균섬도 8 ~ 11 데니어이고, 평균섬유장은 5 ~ 20 mm, 바람직하게는 평균섬유장 10 ~ 15 mm을 가진다. 이때, LCP 숏컷 섬유의 평균섬도가 5 데니어 미만이면 압축성형체의 진동감쇠특성, 흡음 및 차음특성이 증가하지만, 기계적 물성(굴곡강도, 굴곡탄성율 및/또는 인장강도)가 크게 감소하는 문제가 있고, 평균섬도가 15 데니어를 초과하면 단위중량당 섬유집합체를 구성하는 숏컷의 숫자가 줄어들고 섬유간 결합인자가 감소되기 때문에 압축성형체의 진동감쇠특성, 흡음 및/또는 차음특성이 크게 감소하는 문제가 있을 수 있다. 그리고, LCP 숏컷 섬유의 평균섬유장이 5 mm미만이면 섬유간 결속력이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 평균섬유장이 20mm를 초과하면 분산성이 떨어져서 섬유집합체 외관 및 물성이 저하되고 최종적으로 성형품에서도 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
본 발명에서 사용하는 상기 LCP 숏컷 섬유는 융점이 250℃ ~ 350℃, 바람직하게는 290℃ ~ 340℃일 수 있다.
본 발명에서 사용하는 상기 LCP 숏컷 섬유는 JIS L1013: 2010 방법에 의거하여 측정시, 강도가 10 ~ 20 g/d, 바람직하게는 16 ~ 20 g/d일 수 있다. 또한, 신도가 1 ~ 5%, 바람직하게는 2 ~ 4.5%일 수 있다. 그리고, 상기 LCP 숏컷 섬유는 건열수축률이 0 ~ 3%, 바람직하게는 1 ~ 2%일 수 있다.
[바인더 섬유]
본 발명의 압축성형체 제조에 사용되는 상기 바인더 섬유에 대하여 설명하면 다음과 같다.
상기 바인더 섬유는 평균섬도 1 ~ 12 de및 평균섬유장 3 ~ 30mm일 수 있으며, 바람직하게는 평균섬도 5 ~ 10 de및 평균섬유장 10 ~ 20mm일 수 있다. 이때, 바인더 섬유의 평균섬도가 12 de를 초과하면 중량 비율로 혼재되기 때문에 바인더 섬유의 비율이 줄어들게 되고 또한 LCP 섬유와 바인더 섬유의 접촉면적이 줄어들어 결과적으로 복합재료의 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 그리고, 바인더 섬유의 평균섬유장이 3 mm 미만이면 섬유간 결속력이 떨어지는 문제가 있을 수 있고, 30 mm를 초과하면 분산성이 저하되어 물성 및 외관품질이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
본 발명에서 사용하는 압축성형체는 시스-코어 복합섬유로서, 시스는 폴리에스테르 수지를 포함하고, 코어는 융점이 270℃ ~ 300℃인 열방성 액정 폴리에스테르 수지를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 시스 성분인 폴리에스테르 수지는 고유점도 0.50 ~ 1.30 및 융점 200 이상인 폴리에스테르 수지로서, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지, 폴리부틸렌테레프탈렌(PBT) 수지, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 수지 및 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 수지 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 열방성 액정 폴리에스테르 수지는 LCP 숏컷 섬유 제조에 사용되는 LCP 수지 및/또는 LCP 펠릿와 실질적으로 동일 내지 유사 범위의 조성 및 조성비를 가지는 수지로서, p-하이드록시벤조산 50 ~ 60 몰%, 6-하이드록시-2-나프토산 10 ~ 15 몰%, 바이페놀 5 ~ 25 몰%, 테레프탈산 5 ~ 15 몰% 및 이소프탈산 5 ~ 15 몰%를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 p-하이드록시벤조산 52 ~ 58 몰%, 6-하이드록시-2-나프토산 10.5 ~ 14 몰%, 바이페놀 12 ~ 20 몰%, 테레프탈산 8 ~ 14 몰% 및 이소프탈산 5 ~ 10 몰%를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 바인더 섬유는 시스 및 코어를 50 ~ 60 : 40 ~ 50 중량비로 포함할 수 있으며, 이때, 코어가 40 중량비 미만이면 압축성형체의 흡음, 차음 및 진동감쇠성능이 떨어질 수 있으며, 50 중량비를 초과하면 압축성형체의 기계적 물성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
앞서 설명한 LCP 숏컷 섬유 및 바인더 섬유를 이용하여 제조한 본 발명의 압축성형체는 다른 종류의 섬유를 더 포함할 수도 있다. 또한, 상기 섬유집합체 및/또는 압축성형체를 무기섬유를 포함하는 섬유강화복합소재를 이용하여 가공제품의 커버층으로 적용할 수도 있다.
앞서 설명한 방법, 조성을 가지는 본 발명의 압축성형체는 평균두께가 2 mm ~ 6 mm, 바람직하게는 평균두께가 2 mm ~ 4.5 mm 일 수도 있다.
또한, 본 발명의 압축성형체는 평균면밀도가 600 ~ 1,500 g/m2일 수 있으며, 바람직하게는 800 ~ 1,350 g/m2 일 수 있다.
또한, 본 발명의 압축성형체는 평균면밀도가 1,200 g/m2일 때, 균제도가 2 ~ 7%, 바람직하게는 3.5 ~ 7%일 수 있다.
또한, 본 발명의 압축성형체는 ASMT D790에 의거하여 측정시, 상대습도 50% 및 23℃일 때, 굴곡강도 4 MPa 이상이고, 굴곡탄성률이 100 MPa 이상일 수 있으며, 바람직하게는 굴곡강도 4.5 ~ 10 Mpa, 골곡탄성률 110 ~ 160 Mpa일 수 있다.
또한, 본 발명의 압축성형체는 D638에 의거하여 측정시, 상대습도 50% 및 23℃ 일 때, 인장강도 10 MPa 이상, 바람직하게는 12 ~ 25 Mpa일 수 있다.
본 발명의 압축성형체는 우수한 내열성, 진동감쇠성능, 기계적 물성을 가지면서도, 소리 흡수성 및 소리 분산성을 가지는 바, 건축 내외장재 / 토목 자재 / 비행기, 배 등의 운송수단의 내외장재 / 에어필터, 액체필터 등의 필터 등으로 적용할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
[ 실시예 ]
준비예 1-1 : 액정 폴리에스터르 숏컷 섬유의 제조
(1) 액정 폴리에스터 ( LCP ) 펠릿 준비
교반 장치, 질소가스 도입관, 온도계를 구비한 5L 반응용기에 p-히드록시벤조산 56mol%, 6-히드록시-2-나프토산 12mol%, 바이페놀 15mol%, 테레프탈산 10mol%, 이소프탈산 7mol% 및 무수초산(페놀성 수산기 합계의 1.1당량)을 넣고 질소 분위기 하에서 교반하면서 실온에서 150℃까지 1시간 동안 승온시키고 150℃에서 2시간 동안 반응시켰다. 그 후 340℃까지 4시간 동안 승온하였다. 중합온도를 유지하고 1.5시간 동안 1mmHg로 감압하고 소정의 토크에 도달할 때까지 반응시켜 중축합을 완료하였다. 얻어진 중합체를 반응기로부터 회수하여 냉각 고화시켜 LCP 펠릿을 제조하였다. 이때, LCP 수지(및 펠릿)의 융점은 280℃이고, 폴리스티렌 기준으로 환산한 중량평균분자량은 105,000이다.
(2) 용융방사 액정 폴리에스터 ( LCP ) 숏컷 섬유의 제조
상기 제조된 LCP 펠릿을 310로 압출기에서 가열 및 용융시켰다.
다음으로, 기어펌프로 정량 이송시켜 토출량 19 g/min 조건에서 구금을 (구금 직경 0.15, L/D=3, 32Hole) 통과시켜, 방사속도 500 m/min으로 권취하여 서브-토우를 캔(can)에 적재하였다.
다음으로, 컷팅을 수행하여, 평균섬도 10 데니어 및 평균섬유장 12mm의 LCP 숏컷 섬유를 제조하였다. 다음으로, LCP 숏컷 섬유를 밀폐형 오븐에 넣은 후, 질소를 20L/min으로 공급하면서 실온(25)에서 240℃까지 2시간 동안 승온하고, 이 온도에서 260℃까지 1시간 동안 승온시킨 다음, 260℃에서 2시간 정도 유지한 후, 다시 이 온도에서 280℃까지 1시간 동안 승온하고, 280℃에서 2시간 동안 유지하여 고상중합하여 섬유의 강도 및 탄성율을 증대시켜서 LCP 숏컷 섬유를 제조하였다.
그리고, 제조한 섬유의 강도 및 신도를 하기 표 1에 나타내었다.
또한, 제조한 LCP 숏컷 섬유의 측면 및 단면의 SEM 측정 이미지를 도 1 및 도 2에 각각 나타내었다.
준비예 1-2
상기 준비예 1-1과 동일한 방법으로 LCP 숏컷 섬유를 제조하되, 방사구금의 직경을 조절하여 평균섬도 15 데니어 및 평균섬유장 12mm의 LCP 숏컷 섬유를 제조하였다.
준비예 2-1 : 바인더 섬유의 제조
폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지를 시스부(Sheath)에, 열방성 액정폴리에스테르(LCP) 수지를 코어부에 위치시켜서 방사온도 300℃ 및 방사속도 500m/min의 조건으로 복합방사여 평균섬도 7 데니어(denier), 평균섬유장 12 mm인 바인더 섬유를 제조하였다. 그리고, 제조된 복합섬유는 시스부와 코어부가 5:5 중량비이다. 그리고, 제조한 바인더 섬유의 강도 및 신도를 하기 표 1에 나타내었다.
이때, 상기 열방성 LCP 수지는 준비예 1-1의 LCP 수지와 동일한 방법으로 제조한 수지이다.
준비예 2-2 : 바인더 섬유의 제조
폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지를 시스부(Sheath)에, 준비예 2-1의열방성 액정폴리에스테르(LCP) 수지를 코어부에 위치시켜서 방사온도 300℃ 및 방사속도 500m/min의 조건으로 복합방사여 평균섬도 7 데니어(denier), 평균섬유장 12 mm인 바인더 섬유를 제조하였다. 그리고, 제조된 복합섬유는 시스부와 코어부가 7:3 중량비이다.
실시예 1 : 압축성형체의 제조
준비예 1의 LCP 숏컷 섬유와 준비예 2-1의 바인더 섬유 각각을 물에 대해 0.04 중량%가 되도록 투입 및 분산시켰다(LCP 숏컷 섬유:바인더 섬유=1:1 중량비)
다음으로, LCP 숏컷 섬유 100 중량부에 대하여, 7 중량부의 아크릴 바인더를 분산액에 첨가하였다.
다음으로 상기 분산액을 교반, 혼합시켜 초지기에서 웹(web)을 형성시켰다. 다음으로 형성된 웹을 180℃ 조건에서 건조하여 평균면밀도 100 g/m2인 습식 부직포를 제조하였다.
다음으로 상기 습식 부직포를 10장 적층시키고, 260℃에서 90초간 열처리 공정을 수행한 후, 냉간압축하여 1,200 g/m2 압축성형체(평균두께 2mm)를 제조하였다.
실시예 2
실시예 1과 동일한 방법으로 압축성형체를 제조하되, 준비예 1-1의 LCP 숏컷 섬유 대신 준비예 1-2의 LCP 숏컷 섬유를 사용하여 섬유집합체 및 압축성형체를 제조하였다.
실시예 3 ~ 실시예 7
실시예 1과 동일한 방법으로 압축성형체를 제조하되, 하기 표 1 및 표 2와 같이 준비예 1-1의 LCP 숏컷 섬유와 준비예 2의 바인더 섬유의 중량비를 달리하거나, 섬유 종류를 달리하여 섬유집합체 및 압축성형체를 제조함으로써, 실시예 3 ~ 실시예 7를 각각 실시하였다.
비교예 1
실시예 1과 동일한 방법으로 압축성형체를 제조하되, 준비예 2-1의 바인더 섬유 대신 준비예 2-2의 바인더 섬유를 사용하여 섬유집합체 및 압축성형체를 제조하였다.
비교예 2
폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 숏컷 섬유(제조사 도레이케미칼, 상품명 mini ESLON(Regular))와 로우멜트(LM) PET바인더 섬유(제조사 도레이케미칼, 상품명 mini ESLON(LM Short-cut))를 0.04 중량%가 되도록 물에 투입 및 분산시켰다(PET 숏컷 섬유:LM PET바인더 섬유=1:1 중량비)
다음으로, PET 숏컷 섬유 100 중량부에 대하여, 7 중량부의 아크릴 바인더를 분산액에 첨가하였다.
다음으로 상기 분산액을 교반, 혼합시켜 초지기에서 웹(web)을 형성시켰다. 다음으로 형성된 웹을 180℃ 조건에서 건조하여 평균면밀도 100 g/m2인 습식 부직포를 제조하였다.
다음으로 상기 습식 부직포를 10장 적층시키고, 260에서 90초간 열처리 공정을 수행한 후, 냉간압축하여 1,200 g/m2 압축성형체(평균두께 2mm)를 제조하였다.
비교예 3 ~ 비교예 5
실시예 1과 동일한 방법으로 압축성형체를 제조하되, 하기 표 2와 같이 숏컷 섬유의 섬도, 섬유장 등을 달리하여 섬유집합체 및 압축성형체를 제조함으로써, 비교예 3 ~ 비교예 5를 각각 실시하였다.
구 분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6
LCP
숏컷섬유		 종류 준비예
1-1		 준비예
1-2		 준비예
1-1		 준비예
1-1		 준비예
1-1		 준비예
1-1
섬도(denier) 10 15 10 10 7 10
섬유장(mm) 12 12 12 12 12 15
강도(g/d) 18.2 18.4 18.2 18.2 17.4 18.2
신도(%) 3.5 3.3 3.5 3.5 3.2 3.5
바인더
섬유		 종류 준비예
2-1		 준비예
2-1		 준비예
2-1		 준비예
2-1		 준비예
2-1		 준비예
2-1
시스:코어 중량비 50:50 50:50 50:50 50:50 50:50 50:50
섬도(denier) 7 7 7 7 7 7
섬유장(mm) 12 12 12 12 12 12
강도(g/d) 10 10 10 10 10 10
신도(%) 21 22 21 21 21 21
숏컷섬유:바인더 섬유 중량비 1:1 1:1 1:0.43 1:2.3 1:1.50 1:1
구 분 실시예7 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5
숏컷
섬유
(LCP)		 종류 준비예
1-1		 준비예
1-1		 PET
숏컷 섬유		 준비예
1-3		 준비예
1-4		 준비예
1-5
섬도(denier) 10 10 10 5 18 10
섬유장(mm) 10 12 12 12 12 18
강도(g/d) 18.2 18.2 4.5 17.9 18.6 18.2
신도(%) 3.5 3.5 34 3.6 3.2 3.5
바인더
섬유		 종류 준비예
2-1		 준비예
2-2		 LM 숏컷
섬유		 준비예
2-1		 준비예
2-1		 준비예
2-1
시스:코어 중량비 50:50 70:30 50:50 50:50 50:50
섬도(denier) 7 7 7 7 7 7
섬유장(mm) 12 12 12 12 12 12
강도(g/d) 10 7.1 3.8 10 10 10
신도(%) 21 28 40 21 21 21
숏컷섬유:바인더 섬유 중량비 1:1 1:1 1:1 1:1 1:1 1:1
실험예 : 압축성형체의 물성 측정
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 압축성형체의 굴곡탄성률, 굴곡강도, 인장강도, 흡음성능, 차음성능 및 진동감쇠성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 3 및 표 4에 나타내었다.
(1) 복합재료 굴곡탄성률, 굴곡강도
굴곡탄성률 및 굴곡강도는 ASMT D790에 의거하여 상대습도 50% 및 23℃ 조건 하에서 측정하였다.
(2) 복합재료 인장강도(Load at Tensile Strength, MPa )
인장강도는 100㎜×20㎜×10㎜(가로×세로×높이) 크기로 압축성형체를준비한 후, ASMT D638에 의거하여 상대습도 50% 및 23℃ 하에서 측정하였다.
(3) 섬유 강도 및 신도
JIS L1013: 2010 기재의 방법에 준하여, 시료 길이 100㎜, 인장 속도 50㎜/분의 조건으로, Instron사 만능인장시험기를 사용하여 1수준당 10회의 측정을 행하고, 평균값을 강도(g/denier), 신도(%)를 측정하였다.
(4) 주파수별 흡음계수 측정
흡음계수 측정하기 위해 ISO R 354, Alpha Cabin법에 적용 가능한 시편으로 각각 압축성형체를 3매씩 제조하여(1.2m×1.0m(가로×세로)), 외부온도 0℃ 및 25℃에서 30분 방치 후 흡음계수를 측정하였으며, 측정 설비는 인스트론R(InstronR)을 사용하였다.
(5) 주파수별 투과손실(dB) 측정
압축성형체를 0.84m×0.84m(가로×세로)로 잘라서 시료를 각각 준비한 후, APAMAT-II (Autoneum社) 설비를 이용하여, 투과손실을 측정하였다.
(6) 진동감쇠성 측정( 진동감쇠값 측정)
진동 흡수는 감쇠 인자(Damping factor) 또는 손실 인자(Loss factor)로 수치화할 수 있는데, 일반적으로 이들 값은 "tanδ"값으로 표현한다. 그리고, tanδ 값은 동역학적 열분석기(DMTA: Dynamic and mechanical thermal analyzer)를 통하여 측정 및 하기 수학식 1에 의거하여 진동감쇠값을 구할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
수학식 1에서, τ"은 보존 강성(Storage modulus)이며, τ'은 손실 강성(Loss modulus)이다.
tanδ 값은 보존 강성에 대한 손실 강성인데, 손실 강성 값이 크면, 즉 물질 내부에서의 에너지 손실이 잘 이루어진다면 tanδ 값은 크다. 반면에, 물질 내부에서의 에너지 손실이 거의 없고 물질의 응답 에너지 대부분이 사용된다면 tanδ 값은 작다.
(7) 양산성, 작업성, 조업성 평가
양산성은 투입된 원료양 대비 양품으로 판정되는 최종 제품의 수율을 평가하는 방법에 의거하여 평가하였고, 작업성과 조업성은 시간당 사절 발생에 따른 조치사항의 발생빈도를 산출하는 방법에 의거하여 평가하였다. 그리고, 평가 결과는 종합적으로 평가하여 좋은 순으로 ◎ > ○ > △로 표시하였다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6
굴곡탄성률(MPa) 131.4 138.5 114.4 145.7 134.3 134.5
굴곡강도(MPa) 5.7 5.9 4.9 6.2 5.8 5.4
인장강도(Mpa) 18.5 15.6 12.3 21.2 19.9 15.4
흡음성능
(흡음계수)		 1000Hz 0.62 0.52 0.63 0.56 0.52 0.51
2000Hz 0.69 0.61 0.74 0.62 0.61 0.59
3150Hz 0.78 0.7 0.79 0.74 0.72 0.70
5000Hz 0.93 0.85 0.94 0.88 0.82 0.85
차음성능
(투과손실, dB)		 1000Hz 24.6 24.1 24.2 25.2 24.2 25.1
2000Hz 25.9 25 25.4 26.8 26.1 25.7
3150Hz 36.8 34.1 35.4 37.4 36.2 37.5
5000Hz 46.8 45.8 46.3 47.3 45.3 46.3
진동감쇠값*
(tanδ)		 40℃ 0.0674 0.0689 0.0784 0.0717 0.0728 0.0711
80℃ 0.0723 0.0719 0.0845 0.0818 0.0848 0.0723
120℃ 0.0916 0.0895 0.0979 0.0934 0.0924 0.0899
양산성/작업성/조업성　 ◎ ◎ ○ ○ ○ ○
구분 실시예7 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5
굴곡탄성률(MPa) 129.7 138.5 68.4 118.3 129.5 127.5
굴곡강도(MPa) 5.6 6.4 1.8 5.1 5.7 5.4
인장강도(Mpa) 18.1 18.4 9.1 17.9 14.5 15.6
흡음성능
(흡음계수)		 1000Hz 0.61 0.62 0.54 0.52 0.54 0.57
2000Hz 0.62 0.74 0.63 0.59 0.60 0.64
3150Hz 0.74 0.77 0.75 0.78 0.68 0.72
5000Hz 0.91 0.92 0.9 0.89 0.81 0.82
차음성능
(투과손실, dB)		 1000Hz 24.6 24.2 23.6 23.2 23.1 23.8
2000Hz 25.9 25.4 24.9 26.3 25.2 24.9
3150Hz 36.8 35.4 35.7 34.2 32.1 33.4
5000Hz 46.8 46.3 44.2 46.3 43.7 42.8
진동감쇠값*
(tanδ)		 40℃ 0.0642 0.0376 0.0141 0.0721 0.0641 0.0677
80℃ 0.0713 0.0446 0.0212 0.0818 0.0744 0.0742
120℃ 0.0914 0.0534 0.0294 0.0944 0.0894 0.0889
양산성/작업성/조업성　 ◎ ◎ ◎ ○ △ △
상기 표 3 및 표 4의 실험결과를 통해서, 실시예 1 내지 실시예 7의 압축성형체의 경우, 전반적으로 우수한 기계적 물성, 높은 흡음성능 및 차음성능을 가지면서도, 우수한 진동감쇠성을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 실시예 2는 LCP 숏컷 섬유의 섬도가 실시예 1에 비해 커서 흡음 및 차음성능이 다소 감소하는 경향을 보였으며, 섬도가 작은 실시예 5는 반대의 경향을 보였다. 또한, 실시예 3과 실시예 4의 경우, 바인더 섬유 함량이 증가하면 기계적 물성(굴곡강도, 굴곡탄성률, 인장강도) 및 차음성능은 좋아지지만, 흡음성능 및 진동감쇠 성능은 다소 낮아지는 경향을 보였다. 그리고, 숏컷 섬유의 섬유장이 길어진 실시예 6의 경우 습식공정을 이용한 부직포 형성시에 분산성이 저하되고 단위중량당 투입되는 섬유개체수의 감소로 인해서 압축성형체의 물성저하와 더불어서 흡차음성능이 감소하는 경향을 보였다.
이에 반해, 시스부와 코어부가 7:3 중량비인 바인더 섬유를 이용하여 제조한 압축성형체인 비교예 1의 경우, 실시예 1과 비교할 때, 기계적 물성은 증가했지만, 흡음, 차음, 진동감쇠 성능이 감소하는 경향을 나타내었으며, 이는 바인더 섬유의 코어부인 LCP의 함량이 줄어들었기 때문으로 판단된다. 그리고, 코어부가 로우멜트PET 수지로 구성된 바인더 섬유를 사용한 비교예 2의 경우, 기계적 물성뿐만 아니라, 흡음, 차음, 진동감쇠 성능이 모두 실시예와 비교할 때, 크게 저조한 결과를 보였다.
그리고, LCP 숏컷 섬유의 평균섬도가 7 데니어 미만인 비교예 3의 경우, 실시예 5와 비교할 때, 흡음 및 차음성능, 감소진동감쇠성이 다소 증가하지만, 기계적 물성이 크게 떨어지는 결과를 보였다. 또한, LCP 숏컷 섬유의 평균섬도가 15 데니어를 초과한 비교예 4의 경우, 실시예 6과 비교할 때, 흡음 및 차음성능, 감소진동감쇠성 크게 감소하는 문제가 있음을 확인할 수 있었다.
또한, LCP 숏컷 섬유의 섬유장이 15 mm를 초과한 비교예 5의 경우, 실시예 1과 비교할 때, 흡차음 성능 및 물성이 저하되는 문제가 있었는데, 이는 부직포 제조시 분산성이 저하되어 결과적으로 섬유간 결속력이 낮아졌고 단위중량당 투입된 섬유 개체수가 감소하여 소리에너지의 소산 경로가 되는 섬유간 기공 구조가 감소하였기 때문인 것으로 판단된다.
상기 실시예, 실험예를 통하여 본 발명의 압축성형체가 우수한 기계적 물성을 가지면서도 높은 흡음성, 차음성 및 진동감쇠성을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 이러한, 특성을 가지는 본 발명의 압축성형체는 다양한 응용분야, 예를 들면, 운송수단의 흡차음재, 건축용 흡차음재, 실내 인테리어용 흡차음재 등으로 적용이 가능할 것으로 판단된다.

Claims (17)

  1. 평균섬도 5 ~ 15 데니어(denier) 및 평균섬유장 5 ~ 20 mm를 가지는 액정 폴리에스테르(LCP) 숏컷 섬유 및 바인더 섬유를 1: 0.4 ~ 2.5의 중량비로 포함하는 섬유집합체를 압축성형시킨 진동감쇠 성능이 우수한 압축성형체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 LCP 숏컷 섬유는 액정 폴리에스테르(LCP) 펠릿을 용융방사물을 포함하며,
    상기 LCP 펠릿은 방향족 디올, 방향족 디카르복실산 및 방향족 하이드록시카르복실산을 포함하는 혼합수지를 중합반응시켜 제조한 LCP(Liquid crystal polymer) 수지의 고화물을 포함하는 것을 특징으로 진동감쇠 성능이 우수한 압축성형체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 혼합수지는 p-하이드록시벤조산, 6-하이드록시-2-나프토산, 바이페놀, 테레프탈산 및 이소프탈산을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동감쇠 성능이 우수한 압축성형체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 바인더 섬유는 평균섬도 1 ~ 12 de 및 평균섬유장 3 ~ 30mm인 것을 특징으로 하는 진동감쇠 성능이 우수한 압축성형체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 바인더 섬유는 시스-코어 복합섬유이고, 시스는 폴리에스테르 수지를 포함하고, 코어는 융점이 270 ~ 300인 열방성 액정 폴리에스테르 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동감쇠 성능이 우수한 압축성형체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 시스 성분인 폴리에스테르 수지는 고유점도 0.50 ~ 1.30 및 융점 200℃ 이상이고,
    상기 폴리에스테르 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지, 폴리부틸렌테레프탈렌(PBT) 수지, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 수지 및 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 수지 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동감쇠 성능이 우수한 압축성형체.
  7. 제5항에 있어서, 상기 열방성 액정 폴리에스테르 수지는 p-하이드록시벤조산, 6-하이드록시-2-나프토산, 바이페놀, 테레프탈산 및 이소프탈산을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동감쇠 성능이 우수한 압축성형체.
  8. 제1항에 있어서, 평균면밀도가 600 ~ 1,500 g/m2인 것을 특징으로 하는 진동감쇠 성능이 우수한 압축성형체.
  9. 제8항에 있어서, 상기 평균면밀도를 가지는 압축성형체의 균제도가 2 ~ 7%인 것을 특징으로 하는 진동감쇠 성능이 우수한 압축성형체.
  10. 제1항에 있어서, 평균두께가 2 mm ~ 6 mm인 것을 특징으로 하는 진동감쇠 성능이 우수한 압축성형체.
  11. 제1항에 있어서, 상기 섬유집합체는 부직포인 것을 특징으로 하는 진동감쇠 성능이 우수한 압축성형체.
  12. 제1항 내지 제11항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서, ASMT D790에 의거하여 측정시, 상대습도 50% 및 23℃ 일 때, 굴곡강도 4 MPa 이상이고, 굴곡탄성률이 100 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 진동감쇠 성능이 우수한 압축성형체.
  13. 제1항 내지 제11항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서, ASMT D638에 의거하여 측정시, 상대습도 50% 및 23℃ 일 때, 인장강도 10 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 압축성형체.
  14. 제1항 내지 제11항 중에서 선택된 어느 한 항의 압축성형체를 포함하는 흡차음재.
  15. 액정 폴리에스테르(LCP) 숏컷 섬유 및 바인더 섬유를 1: 0.4 ~ 2.5중량비로 혼합 및 교반하여 웹(web)을 형성시킨 후, 건조하여 섬유집합체를 제조하는 1단계; 및
    상기 섬유집합체를 2층 이상으로 적층시킨 후, 230℃ ~ 270℃ 온도에서 압축성형시키는 단계;를 포함하는 진동감쇠 성능이 우수한 압축성형체의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 LCP 숏컷 섬유는
    LCP 펠릿을 방사기에 290℃ ~ 350℃로 가열 및 용융시켜서 방사조액을 제조하는 1단계;
    방사조액을 방사기에 투입한 후, 용융방사한 후, 냉각시켜서 미연신 서브토우(sub-tow)를 제조한 다음 권취하여 캔에 적재하는 2단계;
    캔에 적재된 미연신 서브토우를 10 ~ 15 mm 로 컷팅(cutting)하는 3단계; 및
    컷팅된 섬유를 열처리하는 4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동감쇠 성능이 우수한 압축성형체의 제조방법.
  17. 제15항에 있어서, 1단계의 LCP 펠릿은
    방향족 디올, 방향족 디카르복실산 및 방향족 하이드록시카르복실산을 포함하는 혼합수지를 준비하는 1-1단계;
    질소 분위기 하에서 상기 혼합수지에 아세트산무수물을 투입 및 교반하면서 148℃ ~ 160℃까지 승온시킨 후, 148℃ ~ 160℃ 하에서 아세틸화 반응을 수행하여 아세테이트 에스테르 화합물을 포함하는 용액을 제조하는 1-2단계;
    상기 용액을 250 ~ 280로 승온하여 아세트산을 회수한 후, 280℃ ~ 340℃까지 승온 및 진공을 부가하여 잔여 아세트산을 제거하는 1-3단계;
    아세트산이 제거된 용액을 330℃ ~ 350℃까지 승온시킨 후, 330℃ ~ 350℃ 온도 하에서 1mmHg까지 감압시킨 후, 중축합반응을 수행하여 LCP 수지를 제조하는 1-4단계; 및
    ?20LCP 수지를 냉각 고화시켜 LCP 펠릿을 제조하는 1-5단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조한 것을 특징으로 하는 진동감쇠 성능이 우수한 압축성형체의 제조방법.
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