KR20200011695A

KR20200011695A - 경량 흡음재

Info

Publication number: KR20200011695A
Application number: KR1020180086467A
Authority: KR
Inventors: 박현준
Original assignee: 주식회사 서연이화
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2020-02-04

Abstract

본 발명은 경량 흡음재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3층으로 이루어진 박막 섬유층 및 그 하단에 저밀도 섬유층을 적층함으로써, 종래 흡음재에 비하여 가벼우면서도 우수한 흡음 성능을 제공하는 경량 흡음재에 관한 것이다.

Description

경량 흡음재{LIGHTWEIGHT NOISE ABSORBING MATERIAL}

흡음재는 통상적으로 차량이나, 스튜디오, 극장 등에 많이 사용되고 있는데, 특히 자동차의 경우 엔진룸에서 발생하는 소음을 차단하기 위하여 엔진룸과 차실을 구분하는 대쉬패널에 설치되거나, 차량의 바닥으로부터 전달되는 소음을 차단하기 위하여 플로어패널 등에 설치되고 있다.

이러한 흡음재는 음파 에너지가 운동에 의한 열에너지로 변환하는 과정에서 흡음재 내에서 흡수되도록 한다. 흡음재로 사용되는 섬유층은 내부에 입사된 음파를 공기의 점성저항과 섬유층을 구성하고 있는 섬유의 점탄성 특성에 기안한 진동 감쇄현상에 의해 소리에너지를 열에너지로 변환시켜 최종적으로 소음이 감소되게 된다. 따라서, 섬유 기반 흡음재의 성능은 섬유층을 이루고 있는 섬유의 두께, 섬유층의 면밀도나 두께 등에 의해 좌우되게 된다. 섬유의 두께가 얇아지면 더 많은 섬유를 투입할 수 있게 되므로 결국 공극률이 증가되어 흡음 성능이 향상될 수 있다. 또한 섬유층의 면밀도 및 두께를 증가시키면 공극률 및 음파 소산 경로가 길어지므로 흡음 성능이 향상될 수 있다. 따라서, 차량용 흡음재의 경우 고중량, 고후도의 흡음재를 사용하게 되는데, 이 경우 흡음 성능은 좋아지나, 차량의 중량 증가에 따른 연비효율 저하라는 문제점이 발생하게 된다.

대한민국 공개특허 제10-2007-0118731호 (공개일자 2017.12.18) 대한민국 공개특허 제10-2001-0066081호 (공개일자 2001.07.11)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 섬유 부직포 상면 및 하면에 미세 섬유층이 적층된 3중의 박막 섬유층 및 그 하단에 저밀도 섬유층을 적층함으로써, 기존의 흡음재에 비하여 가벼우면서도 흡음 성능이 우수한 경량 흡음재를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 경량 흡음재와 부착되는 기재 사이에 일정한 거리를 두어 에어갭을 형성시키는 블록층을 추가로 적층함으로써 흡음 성능을 더욱 높일 수 있는 흡음재를 제공하는데 있다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 경량 흡음재는 평균직경 10 내지 20 ㎛ 섬유로 이루어진 섬유 부직포와, 평균직경 2 내지 6 ㎛ 섬유로 이루어지고, 상기 섬유 부직포의 상면 및 하면에 각각 적층되는 상단 및 하단 미세 섬유층으로 이루어지는 박막 섬유층; 및 평균직경 10 내지 50 ㎛인 섬유로 이루어지고, 상기 하단 미세 섬유층 하면에 적층되는 저밀도 섬유층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 박막 섬유층은 단위면적 당 중량이 30 내지 100 g/㎡, 두께가 0.2 내지 1 ㎜, 공기저항률이 1,000,000 내지 5,000,000 Pa·s/㎡ 일 수 있다.

상기 저밀도 섬유층은 단위면적 당 중량이 100 내지 400 g/㎡ 이고, 두께가 5 내지 25 ㎜일 수 있으며, 올레핀계 섬유를 포함하는 복합방사일 수 있다.

상기 경량 흡음재는 상기 저밀도 섬유층 하면에 복수의 블록이 간격을 가지며 배열된 블록층을 적층하여, 기재 부착 시 상기 블록 사이로 에어갭을 형성할 수 있으며, 상기 블록은 펠트 또는 폼 소재일 수 있다.

본 발명에 따른 경량 흡음재 및 이를 부착한 기재는 다음과 같은 효과를 가진다.

1. 본 발명에 따른 경량 흡음재는 흡음재의 면밀도를 크게 높이지 않으면서 음파 소산 경로를 길게 할 수 있어 흡음 성능을 향상시킬 수 있다.

2. 상기 경량 흡음재에 복수의 블록이 간격을 두며 배열된 블록층을 추가로 적층할 경우, 흡음재의 면밀도를 크게 높이지 않으면서 음파 소산 경로를 더욱 길게 할 수 있어 흡음 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 3층 구조를 가지는 박막 섬유층으로 이루어진 경량 흡음재의 개략적인 단면도.도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 경량 흡음재의 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 경량 흡음재의 개략적인 단면도.
도 3은 도 1의 박막 섬유층과 종래 흡음재용 섬유층과 흡음성능 비교 그래프.
도 4는 도 1의 경량 흡음재와 종래 흡음재와의 흡음성능 비교 그래프.
도 5는 도 1의 경량 흡음재의 저밀도 섬유층 두께별 흡음성능 그래프.

이하, 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.

본 발명에 있어 첨부된 도면은 종래 기술과의 차별성 및 명료성, 그리고 기술 파악의 편의를 위해 과장된 표현으로 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어로써, 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 기술적 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 한편, 실시예는 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적 사항에 불과하고, 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니며, 권리범위는 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술적 사상을 토대로 해석되어야 한다.

[제1실시예]

이하, 도 1을 참고로, 본 발명의 제1실시예에 박막 섬유층으로 이루어진 경량 흡음재에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 경량 흡음재의 개략적인 단면도이다.

먼저, 박막 섬유층(110)은 섬유 부직포(111)와 상기 섬유 부직포 상면 및 하면에 각각 적층된 미세 섬유층(112, 113)으로 구성된다.

상기 섬유 부직포(111)는 평균직경이 10 내지 20 ㎛ 섬유로 이루어지며, 상기 섬유 부직포(111) 상면 및 하면에 각각 적층되는 상단 및 하단 미세 섬유층(112, 113)은 평균직경 2 내지 6 ㎛ 섬유로 이루어진다.

상기 섬유 부직포(111)와 미세 섬유층(112, 113)을 이루는 섬유는 통상 흡음재에 사용가능한 고분자이면 이에 해당될 수 있으며, 대표적으로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리아미드 공중합체, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리에스테르 공중합체, 폴리비닐아세테이트 및 폴리비닐알코올로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 이상으로 구성될 수 있다.

상기 섬유 부직포(111)는 박막 섬유층(110)의 물성(인장강도) 및 공기저항률을 높여주는 역할을 담당한다. 상기 섬유 부직포(111)를 이루는 섬유의 평균 직경이 10 내지 20 ㎛ 일 때 공기저항률을 일정 이상 높일 수 있다.

상기 미세 섬유층(112, 113)은 공기저항률을 높이면서 동시에 음파에너지를 열이나 진동 에너지로 변환하는 역할을 담당한다. 상기 상하단 미세 섬유층(112, 113)을 이루는 섬유의 평균 직경은 이 2 내지 6 ㎛ 인 것이 바람직한데, 이는 상기 범위에서 중량 대비 공기저항률을 높여 흡음성능이 증가하기 때문이다.

상기 박막 섬유층(110)의 단위면적 당 중량은 30 내지 100 g/㎡, 두께는 0.2 내지 1 ㎜인 것이 바람직한데, 이는 상기 범위에서 가격 대비 우수한 흡음성능을 가지기 때문이다.

또한, 상기 박막 섬유층(110)의 공기저항률은 1,000,000 내지 5,000,000 Pa·s/㎡ 인 것이 바람직한데, 이는 상기범위에서 더 나은 흡음성능을 얻을 수 있기 때문이다.

상기 박막 섬유층(110)은 단층으로 이루어진 종래 흡음재용 섬유층에 비해 공기저항률이 높이 나오는데, 이를 도 3의 비교 그래프를 통해 확인할 수 있다. 참고로 도 3은 상기 박막 섬유층(110)과 단층으로 이루어진 종래 흡음재용 섬유층 간의 흡음성능을 비교 실험한 그래프이다. 본 실험에서 상기 박막 섬유층(110)은 평균직경 30 ㎛ 인 PET 재질의 섬유 부직포(111)에 상단 및 하단 미세 섬유층(112, 113)으로 평균직경 3 ㎛ 인 PP 재질의 섬유가 적층된 면밀도(단위 면적당 중량)가 70 g/㎡인 것을 사용하였다. 그리고, 종래 흡음재용 섬유층은 평균직경 3 ㎛ 인 PP 단일재질로만 이루어진 것으로, 면밀도(단위 면적당 중량)가 45 g/㎡, 65 g/㎡, 75 g/㎡인 섬유층을 각각 비교예로 사용하였다. 본 실험에서는 흠음성능 측정을 위해 본 발명의 박막 섬유층(110) 및 종래 섬유층을 에어갭 두께가 10mm가 되도록 임피던스 튜브에 고정하였고, 관내법 방식으로 흡음성능을 측정하였다.

그 결과, 통상 흡음재(100)는 면밀도가 높을수록 흡음성능이 좋아지기 마련이나, 본 발명의 따른 경량 흡음재(100)[면밀도 70 g/㎡]가 종래의 흡음재[면밀도 75 g/㎡]에 비해 3,000Hz 이하의 저주파수 대역에서 흡음성능이 우수함을 확인할 수 있었다. 특히, 상기 저주파수 대역은 자동차 주행 시 발생되는 소음 주파수 영역이므로, 상기 박막 섬유층(110)을 자동차 내부에 적용하면 더욱 우수한 흡음효과를 얻을 수 있다.

다음으로, 저밀도 섬유층(120)은 상기 박막 섬유층(110)의 하단 미세 섬유층(113)에 적층되며, 평균직경 10 내지 50㎛인 섬유로 이루어진다. 상기 저밀도 섬유층(120)은 도 1과 같이 기재(200)로부터 일정한 거리를 갖도록 하는데, 이를 통해 경량 흡음재(100)의 면밀도를 크게 증가시키지 않으면서 음파 소산 경로를 확보할 수 있게 되므로 흡음성능을 높일 수 있다. 상기 저밀도 섬유층(120)의 단위 면적당 중량은 100 내지 400 g/㎡, 두께가 5 내지 25 ㎜인 것이 바람직한데, 단위 면적당 중량이 및 두께가 상기 범위에서 너무 무겁거나 두껍지 않기 때문에 기재(200) 부착에 유리하고, 흡음성능이 더 우수할 수 있기 때문이다.

참고로, 도 5는 상기 저밀도 섬유층(120)의 두께별 흡음율을 나타내는 그래프이다. 이를 통해 대략 3,000Hz 이하의 주파수에서는 상기 저밀도 섬유층(120)의 두께가 두꺼울수록 흡음률이 좋아짐을 알 수 있다. 그러나 두께가 너무 두꺼우면 기재 부착에 어려움이 발생하고 무거워지는 단점이 발생하므로, 상기 5 내지 25 ㎜ 두께 범위가 가장 바람직하다.

상기 저밀도 섬유층(120)을 이루는 소재는 흡음재로서 상기 단위 면적당 중량 범위에 속하는 것이면 사용가능하며, 일 예로 올레핀계 섬유를 포함하는 복합방사(Bi-component)일 수 있다.

도 4는 도 1의 경량 흡음재와 종래 흡음재와의 흡음성능 비교 그래프이다. 도 4의 실험에서 본 발명에 따라 사용한 경량 흡음재는 상기 도 3의 실험에서 사용한 70 g/㎡박막 섬유층(110) 하면에 면밀도(단위 면적당 중량) 90 g/㎡, 두께 10 ㎜인 저밀도 섬유층(120)를 적층한 것이며, 비교예로 사용한 종래의 경량 흡음재는 도 3 실험에서 사용한 평균직경 3 ㎛ 인 PP 단일재질의 면밀도(단위 면적당 중량) 65 g/㎡ 인 섬유층 하면에 단위 면밀도(면적당 중량) 95 g/㎡, 두께 10 ㎜인 저밀도 섬유층(120)를 적층한 것이다.

그 결과, 대략 3,000Hz 이하의 주파수 내에서 본 발?에 따른 경량 흠음재가 종래의 흡음재에 비해 흡음 효과가 더욱 우수함을 알 수 있었다.

[제2실시예]

이하, 도 2를 참고로, 본 발명의 제2실시예에 따른 경량 흡음재(100)을 설명한다. 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 경량 흡음재의 개략적인 단면도로서, 앞서 설명한 제1실시예의 경량 흡음재(100) 하면에 블록층(130)이 적층된 행태이다. 상기 블록층(130)은 상기 하단 미세 섬유층(112) 하면에 복수의 블록(131)이 등간격 또는 비등간격을 이루면서 적층된 것으로, 상기 경량 흡음재(100)가 기재(200)에 부착될 때, 블록층(130)을 이루는 블록(131) 사이로 에어갭(300)을 형성시킨다. 그 결과, 경량 흡음재(100)의 면밀도를 더욱 낮출 수 있어 경량화에 유리하며, 종래 단층으로 이루어진 흡음재에 비해 흡음성능도 좋아지는 효과가 있다. 상기 블록(131)은 펠트(felt) 소재 또는 고분자 폼(foam)일 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 기초로 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해해야 한다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 이하 기술할 특허청구범위에 의하며, 상술한 발명의 구체적 내용을 토대로 정해져야 할 것이다.

100 : 경량 흡음재 110 : 박막 섬유층
111 : 섬유 부직포 112 : 상단 미세 섬유층
113 : 하단 미세 섬유층 120 : 저밀도 섬유층
130 : 블록층 131 : 블록
200 : 기재 210 : 돌출지지부
300 : 에어갭

Claims

평균직경 10 내지 20 ㎛ 섬유로 이루어진 섬유 부직포와, 평균직경 2 내지 6 ㎛ 섬유로 이루어지고, 상기 섬유 부직포의 상면 및 하면에 각각 적층되는 상단 및 하단 미세 섬유층으로 이루어지는 박막 섬유층; 및
평균직경 10 내지 50 ㎛인 섬유로 이루어지고, 상기 하단 미세 섬유층 하면에 적층되는 저밀도 섬유층;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 경량 흡음재.
제1항에 있어서,
상기 박막 섬유층은 단위면적 당 중량이 30 내지 100 g/㎡ 인 것을 특징으로 하는 경량 흡음재.
제1항에 있어서,
상기 박막 섬유층은 두께가 0.2 내지 1 ㎜인 것을 특징으로 하는 경량 흡음재.
제1항에 있어서,
상기 박막 섬유층은 공기저항률이 1,000,000 내지 5,000,000 Pa·s/㎡ 인 것을 특징으로 하는 경량 흡음재.
제1항에 있어서,
상기 저밀도 섬유층은 단위면적 당 중량이 100 내지 400 g/㎡ 이고, 두께가 5 내지 25 ㎜인 것을 특징으로 하는 경량 흡음재.
제1항에 있어서,
상기 저밀도 섬유층은 올레핀계 섬유를 포함하는 복합방사인 것을 특징으로 하는 경량 흡음재.
제1항에 있어서,
상기 경량 흡음재는 상기 저밀도 섬유층 하면에 복수의 블록이 간격을 가지며 배열된 블록층을 적층하여, 기재 부착 시 상기 블록 사이로 에어갭을 형성하는 것을 특징으로 하는 경량 흡음재.
제7항에 있어서,
상기 블록은 펠트 또는 폼 소재인 것을 특징으로 하는 경량 흡음재.