KR20200074227A - 진동 감쇠 및/또는 소리 감쇄 재료의 제조 방법 - Google Patents

진동 감쇠 및/또는 소리 감쇄 재료의 제조 방법 Download PDF

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KR20200074227A
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polymer
polymers
flooring
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스튜어트 피. 페어그리브
주니어 브렌단 에프. 맥쉬히
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유니버설 파이버스 인코퍼레이티드
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Abstract

본 발명은 일반적으로 진동 감쇠 및/또는 소리 감쇄 재료로서 사용될 수 있는 제어된 셀룰러 아키텍처를 갖는 시트 형태 재료를 제조하기 위한 시트 적층 방법의 사용에 관한 것이다. 본 명세서에 기술된 재료는 산업계에서 이용 가능한 기존의 재료와 비교하여 우수한 진동 감쇠 및/또는 소리 감쇄 특성을 보일 수 있다. 본 발명의 방법은 복수의 구멍이 생성된 중합체 또는 복합 재료의 일련의 필름의 연속적인 적층을 포함한다. 이러한 실시형태에서, 구멍은 연속적인 필름에서 크기가 변할 수 있고, 복수의 3차원 셀이 최종 시트 형태 재료로 생성되는 방식으로 위치될 수 있다.

Description

진동 감쇠 및/또는 소리 감쇄 재료의 제조 방법
관련 출원
본 출원은, 미국 가출원 제62/585,183호(발명의 명칭: "METHOD FOR THE MANUFACTURE OF VIBRATION DAMPING AND/OR SOUND ATTENUATING MATERIALS", 출원일: 2017년 11월 13일)에 대해 35 USC §119(e)하의 우선권의 이점을 주장하며, 이 기초출원의 전체 내용은 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 첨가제 제조 수단에 의해 구성되는 진동 감쇠(vibration damping) 및/또는 소리 감쇄(sound attenuating) 셀룰러 시트 형태(cellular sheet-form) 재료에 관한 것이다.
중합체 또는 복합 발포재(foam)와 같은 셀룰러 재료는 다수의 응용에서 유용한 진동 감쇠 및 소리 감쇄 효과를 제공하도록 상당한 시간 동안 공지되었다. 이러한 응용은 가정용 및 상업용 건물; 토목 공학; 기차, 항공기 및 선박과 같은 대중 교통 시스템; 및 자동차 산업을 포함하지만 이들로 한정되지 않는다.
이러한 발포재 내의 셀(cell)의 특성이 발포재의 진동 감쇠 및 소리 감쇄 특성의 효율에 중대한 영향을 미칠 수 있는 것으로 일반적으로 공지되어 있다. 이러한 셀 특성은 크기, 형상, 상호 연결성, 주변 환경에 대한 개방성, 재료 내 분포, 및 크기 분포를 포함하지만 이들로 한정되지 않는다. 그러나, 이러한 파라미터는 중합체 또는 복합 재료 내에서 가스 주입 또는 가스 생성 첨가제의 혼입과 같은 표준 셀룰러 재료 제조 방법을 사용하여 제어하는 것은 어렵다.
3차원("3D") 모델링 또는 신속 프로토타이핑(rapid prototyping)으로서 지칭되는 첨가제 제조는 3D 물체의 제조에 대한 비교적 새롭지만 빠르게 성장하는 접근법입니다. 본질적으로 재료를 제거하거나 빼는 것에 의해 재료의 시작 블록을 형성하는 3D 부분을 가공하는 것을 포함하는 3D 물체를 만드는 전통적인 방법과 달리, 명칭에서 알 수 있듯이, 첨가제 제조는 최종의 원하는 3D 물체를 달성하기 위해 추가적인 방식으로 재료의 연속적인 층을 구축하는 것에 의한 물체의 구성을 포함한다.
첨가제 제조의 가장 일반적인 방법은 다음과 같이 정의된다(ISO/ASTM 52900 참조): (1) 재료 압출 - 노즐은 연속적인 물체층을 구축하도록 반 액체 재료를 압출하며; (2) 광 경화(Vat Polymerization) - 레이저 또는 다른 광원이 액체 광중합체의 표면 또는 통(vat)의 베이스 상에 연속적인 물체층을 고화시키며; (3) 재료 분사 - 프린트 헤드는 UV 광 또는 열을 사용하여 경화되거나 융합되거나 또는 접촉시에 고화되는 액체 구축 재료의 액적을 선택적으로 침착시키며; (4) 바인더 분사 - 프린트 헤드는 중합체 분말의 연속적인 층에 바인더를 선택적으로 분사하며; (5) 분말 베드 융합 - 레이저 또는 다른 열원은 분말의 연속적인 층을 선택적으로 융합시키며; 그리고 (6) 지향성 에너지 침착 - 레이저 또는 다른 열원은 분말화된 구축 재료가 침착됨에 따라서 분말화된 구축 재료를 융합시킨다.
상기 첨가제 제조 방법 모두는 "1차원" 접근법으로서 지칭될 수 있다. 다시 말해서, 이것은 구축되는 물체의 각각의 층이 일련의 라인에서 단일 층으로 다시 구축하도록 서로 인접한 중합체의 라인을 침착시키는 것에 의해, 또는 재료의 층에 에너지원의 래스터 스캐닝(raster scanning)에 의해 구성된다는 것을 의미한다.
그러나, 상기와 유사하게 "2차원" 접근법으로서 지칭될 수 있는 다른 첨가제 제조 접근법이 존재한다. 이러한 접근법은 종이, 플라스틱 또는 금속과 같은 절단 재료의 시트가 3D 물체를 생성하도록 적층 방식으로 접착되는 적층 물체 제조(laminated object manufacture: "LOM")로서 또한 지칭되는 시트 적층(sheet lamination)이다. 이러한 접근법은 그 전체 내용이 참조에 의해 본 명세서에 통합되는 미국 특허 제4,752,352호에 기술되어 있다.
진동 감쇠 및/또는 소리 감쇄를 제공하기 위한 재료에 관한 발전이 이루어졌을지라도, 잘 특성화되고 제어 가능한 셀룰러 구조를 갖는 개선된 진동 감쇠 및/또는 소리 감쇄 재료를 제조하는 것이 산업계에서 여전히 요구되고 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시형태는 일반적으로 진동 감쇠 및 소리 감쇄를 위한 적층 시트를 포함하는 바닥재(flooring)에 관한 것이다. 적층 시트는 일반적으로: (a) 복수의 개별 중합체 필름으로서, 상기 개별 중합체 필름의 각각은 복수의 구멍을 포함하는, 상기 복수의 개별 중합체 필름; 및 (b) 적층 시트 내에 배치된 복수의 형상화된 캐비티(cavity)를 포함하되, 형상화된 캐비티는 개별 중합체 필름의 구멍에 의해 협동적으로 형성된다.
본 발명의 하나 이상의 실시형태는 일반적으로 진동 감쇠 및 소리 감쇄를 위한 시트 형태 재료에 관한 것이다. 시트 형태 재료는 (a) 복수의 개별 중합체 필름을 포함하는 적층 시트로서, 개별 중합체 필름의 각각은 복수의 구멍을 포함하는, 상기 적층 시트; 및 (b) 적층 시트 내에 배치된 복수의 3차원 셀로서, 상기 구멍이 3차원 셀을 협동적으로 형성하는 방식으로 위치되는, 상기 3차원 셀을 포함한다.
본 발명의 하나 이상의 실시형태는 일반적으로 시트 적층 공정과 같은 첨가제 제조 공정을 통해 셀룰러 시트 형태 재료를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 일반적으로, 방법은 a) 제1 워크 스테이션에서 제1 필름에 복수의 구멍을 형성하는 단계; b) 제1 필름의 구멍이 이전 배치 필름의 대응하는 구멍과 실질적으로 정렬되는 방식으로 제2 워크 스테이션 상에 이미 배치된 이전 배치 필름 상으로 제1 필름을 이송하는 단계; c) 제2 워크 스테이션에서 제1 필름을 이전 배치 필름에 접착하는 단계; d) 단계 a) 내지 c)를 반복하여 z-방향으로 필름의 스택을 구축하고, 이에 이해 복수의 필름을 포함하는 시트 형태 재료를 형성하는 단계; 및 e) 제2 워크 스테이션으로부터 시트 형태 재료를 제거하는 단계를 포함하며, 필름의 스택에서 정렬된 구멍은 시트 형태 재료로 복수의 3차원 셀을 협동적으로 형성한다.
본 발명의 하나 이상의 실시형태는 일반적으로 시트 적층 공정과 같은 첨가제 제조 공정을 통해 셀룰러 시트 형태 재료를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 일반적으로, 방법은 (a) 초기 필름을 제1 워크 스테이션 상에 배치하는 단계; (b) 기계적 또는 에너지 수단에 의해 초기 필름에 복수의 구멍을 형성하는 단계; (c) 필름을 제2 워크 스테이션 상으로 또는 제2 워크 스테이션 상에 이미 배치된 제2 필름 상으로 이송하는 단계; (d) 초기 필름을 제2 워크 스테이션에 일시적으로 또는 워크 스테이션 상의 제2 필름에 영구적으로 접착하는 단계; (e) 단계 (a) 내지 (d)를 반복하여 z-방향으로 필름의 스택을 구축하고, 이에 의해 복수의 상기 필름을 포함하는 시트 형태 재료를 형성하는 단계; (f) 제2 워크 스테이션으로부터 시트 형태 재료를 제거하는 단계; 및 (g) 시트 형태 재료를 원하는 x/y 평면 형상으로 선택적으로 절단하는 단계를 포함한다. 이러한 실시형태에서, 구멍은 시트 형태 재료가 복수의 3차원 셀을 포함하도록 하는 크기 및 위치를 가질 수 있으며, 셀은 한쪽 또는 양쪽 표면에서 시트 형태 재료의 표면으로 완전히 둘러싸이고 및/또는 개방된다. 또한, 셀은 본질적으로 구형, 타원형, 배(pear) 형상 또는 병 형상일 수 있다.
본 발명의 실시형태는 다음의 도면을 참조하여 본 명세서에 기술된다:
도 1은 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 본 발명의 방법의 흐름도;
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 시트 형태 재료를 포함하는 바닥재 제품의 단면도;
도 3은 선 3-3을 따라서 취한 도 2에서의 시트 형태 재료의 단면도;
도 4는 플로렌스 플라스크(Florence flask) 단면 형상을 갖는 3차원 셀을 포함하는 시트 형태 재료의 단면도;
도 5는 삼각 플라스크 단면 형상을 갖는 3차원 셀을 포함하는 시트 형태 재료의 단면도; 및
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 3차원 셀 내에 위치된 다이어프램을 갖는 시트 형태 재료의 단면도.
본 발명은 일반적으로 진동 감쇠 및/또는 소리 감쇄 재료로서 사용될 수 있는 제어된 셀룰러 아키텍처를 갖는 시트 형태 재료를 제조하기 위한 시트 적층 방법의 사용에 관한 것이다. 본 명세서에 기술된 재료는 산업계에서 이용 가능한 기존의 재료와 비교하여 우수한 진동 감쇠 및/또는 소리 감쇄 특성을 보일 수 있다.
본 발명의 시트 형태 재료의 적용 분야는 가정용, 산업용, 토목 공학, 및 자동차 단열 내부 패널 및 부품(예를 들어, 자동차 바닥 카펫/매트 또는 카펫, 매트를 위한 안감)을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 시트 형태 재료는 주거용 또는 상업용 환경에서 종래의 바닥재(예를 들어, 카펫)와 굽도리널(baseboard) 사이의 타일과 같은 소리 감쇠 바닥재로서, 또는 소리 감쇠 매트로서 직접 사용될 수 있다.
다양한 실시형태에서, 본 발명의 방법은 복수의 구멍이 생성된 중합체 또는 복합 재료의 일련의 필름의 연속적인 적층을 포함한다. 이러한 실시형태에서, 구멍은 연속적인 필름에서 크기가 변할 수 있고, 복수의 3차원 셀이 최종 시트 형태 재료로 생성되는 방식으로 위치될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "셀", "셀들", "캐비티" 및 "캐비티들"은 상호 교환적으로 사용될 수 있으며 본 발명의 시트 형태 재료 내에 형성된 3차원 공극(void)을 지칭한다.
본 발명의 방법은 일반적으로 기계적 또는 에너지 수단이 복수의 특정 위치로부터 재료를 제거하고, 이에 의해 필름의 설정 영역을 통해 복수의 구멍을 생성하는데 사용되는 제1 워크 스테이션 내로, 연속 릴의 형태 또는 별도의 섹션의 형태로 중합체 또는 복합재의 필름을 급송하는 단계를 포함한다. 이어서, 필름의 이러한 설정 영역은 제2 워크 스테이션으로 전달되고, 여기서, 필름의 이러한 설정 영역은 작업 플랫폼에 일시적으로 접착되거나 융합되거나, 또는 이미 작업 플랫폼 상의 적소에 있는 별도의 필름의 설정된 영역에 영구적으로 접착되거나 융합된다. 이러한 공정은 그런 다음 반복되고, 연속적인 필름에 있는 복수의 구멍의 크기, 형상 및 위치는 모든 요구된 필름층이 적소에 놓여졌으면, 셀이 최종 시트 형태 재료로 형성되는 방식으로 변화된다. 결과적인 셀은 시트 형태 재료의 한쪽 또는 양쪽 표면에서 주위로 완전히 둘러싸이거나 개방될 수 있다.
본 발명의 방법은 일반적으로 도 1의 흐름도에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 방법(10)은 연속 릴의 형태 또는 별도의 섹션의 형태로 중합체 필름을 형성하고 및/또는 필름 공급원(12)으로부터 제1 워크 스테이션(14)으로 급송하는 것에 의해 시작된다. 필름 공급원(12)은 당업계에 공지된 중합체 필름의 임의의 공급원을 포함할 수 있다. 제1 워크 스테이션(14)에 있는 동안, 복수의 구멍이 구멍 형성 디바이스(16)를 통해 필름 내로 도입될 수 있다. 구멍 형성 디바이스(16)는 디자인된 구멍을 필름 내로 도입하도록 레이저 기반 시스템 및/또는 물리적 공구를 사용하는 시스템을 포함하는, 중합체 필름 내로 구멍을 도입할 수 있는 임의의 공지된 디바이스를 포함할 수 있다. 일반적으로, 구멍 형성 디바이스(16)는 컴퓨터 지원 설계 및 제도 프로그램(예를 들어, CAD 소프트웨어)과 통합될 수 있어서, 디바이스(16)는 구멍 디자인을 프로그램으로부터 중합체 필름에 직접 통합할 수 있다. 이어서, 천공된 필름은 제2 워크 스테이션(18)으로 전달되고, 여기서 필름은 작업 플랫폼에 일시적으로 접착되거나 또는 융합되거나, 또는 이미 작업 플랫폼 상의 적소에 있는 별도의 필름에 영구적으로 접착되거나 또는 융합된다. 중합체 또는 복합 필름은 접착제 코팅, 레이저 또는 다른 에너지 빔 용접, 적외선 가열, 가열 롤러 또는 압반의 적용, 초음파 용접, 코로나 방전 또는 플라즈마에 의한 표면 처리, 또는 이들 방법의 임의의 조합을 포함하지만 이들로 한정되지 않는 임의의 적합한 수단에 의해 최종 시트 형태 재료에 접착될 수 있다. 이러한 공정은 그런 다음 반복되며, 연속적인 필름에서의 복수의 구멍의 크기, 형상 및 위치는 모든 필요한 필름층이 모두 적소에 놓이면 셀이 최종 시트 형태 재료로 형성되는 방식으로 변화된다. 결과적인 셀은 시트 형태 재료의 한쪽 또는 양쪽 표면에서 주위로 완전히 둘러싸이거나 개방될 수 있다. 다수의 필름층을 함께 적층한 후에, 결과적인 적층 시트는 고객에게 운송(20)될 수 있다.
특정 실시형태에서, 본 발명의 방법은 적절한 CAD 소프트웨어를 사용하여 프로그램된 컴퓨터 제어 하에 수행된다.
일반적으로, 상기 언급된 방법으로 제조된 본 발명의 시트 형태 재료는 (a) 복수의 개별 중합체 필름을 포함하는 적층 시트로서, 개별 중합체 필름의 각각은 복수의 구멍을 포함하는, 상기 적층 시트, 및 (b) 적층 시트 내에 배치된 복수의 3차원 셀로서, 상기 구멍이 3차원 셀 또는 캐비티를 협동적으로 형성하는 방식으로 위치되는, 상기 복수의 3차원 셀을 포함한다. 특정 실시형태에서, 필름의 스택의 인접한 필름 중 적어도 일부의 정렬된 구멍은 셀의 측벽이 시트 형태 재료의 표면에 완전히 직각이 아니도록 상이한 크기로 된다.
시트 형태 재료의 적층 시트 내에 형성된 3차원 셀은 특정 주파수 범위에서 소리를 흡수할 수 있는 음향 캐비티 공진기로서 기능할 수 있다. 셀에 의해 흡수되는 주파수 범위는 캐비티의 크기, 캐비티의 개구의 길이, 및 캐비티의 체적에 의해 영향을 받을 수 있다. 특정 실시형태에서, 시트 형태 재료의 적층 시트 내의 3차원 셀은 헬름홀츠 공진기(Helmholtz resonator)로서 기능할 수 있다.
이론에 구애됨이 없이, 시트 형태 재료의 적층 시트 내의 3차원 셀은 음향 에너지를 소산시키도록 열 상호 작용을 이용하고, 이에 의해 이러한 에너지를 열로 변환시키는 다공성 흡수제로서 기능할 수 있는 것으로 여겨진다.
다양한 실시형태에서, 시트 형태 재료, 특히 시트 형태 재료의 적층 시트 내의 3차원 셀은 200, 250, 300, 325, 350, 375, 400, 425, 450, 475 또는 500㎐의 주파수에서 적어도 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 또는 45㏈의 투과 손실을 보일 수 있다.
다양한 실시형태에서, 시트 형태 재료, 특히 시트 형태 재료의 적층 시트 내의 3차원 셀은 100, 120, 140, 160, 180, 200, 220, 240, 260, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1,000, 1,100, 1,200, 1,300, 1,400, 1,500, 1,600, 1,700, 1,800, 1,900 또는 2,000㎐의 주파수에서 적어도 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8 또는 0.9의 흡음률(sound absorption coefficient)을 보일 수 있다.
시트 형태 재료 내에서 3차원 셀을 형성하는데 사용되는 중합체 필름에서의 결과적인 구멍은 원형, 타원형, 직사각형, 삼각형, 정사각형 또는 육각형을 포함하지만 이들로 한정되지 않는 임의의 형상일 수 있다. 다양한 실시형태에서, 구멍은 둥글다. 또한, 다양한 실시형태에서, 중합체 필름에 있는 구멍은 시트 형태 재료의 적층 시트 내의 결과적인 3차원 셀의 의도된 형상에 따라 특별히 형상화된 측벽을 포함할 수 있다. 예를 들어, 구멍은 직선 측벽(즉, 필름의 기준선에 직각인 측벽) 또는 원뿔형/곡선형 측벽을 가질 수 있다. 특정 실시형태에서, 측벽 중 적어도 일부는 결과적인 3차원 셀이 시트 형태 재료의 표면에 완전히 직각이 아니도록 상이한 크기로 된다.
하나 이상의 실시형태에서, 시트 형태 재료 내의 3차원 셀은 감쇠될 원하는 주파수에 따라 다양한 유형의 단면 형상을 포함할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 시트 형태 재료의 적층 시트 내에 형성된 3차원 셀은 구형, 타원형, 배 형상 또는 병 형상인 단면 형상을 가질 수 있다. 특정 실시형태에서, 시트 형태 재료의 적층 시트 내에 형성된 3차원 셀은 플로렌스 플라스크, 삼각 플라스크 또는 병의 형태인 단면 형상을 가질 수 있다.
또한, 다양한 실시형태에서, 본 발명의 최종 시트 형태 재료에 존재하는 셀은 모두 동일한 크기일 수 있거나, 또는 최종 시트 형태 재료의 영역에 걸쳐서 크기가 변할 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시형태에서, 복수의 형상화된 셀은 제1 한정된 체적을 갖는 제1 세트의 캐비티 및 제1 한정된 체적과 다른 제2 한정된 체적을 갖는 제2 세트의 캐비티를 포함할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 제2 세트의 캐비티는 제1 세트의 캐비티의 체적보다 적어도 10, 20, 30, 40 또는 50% 큰 체적을 가질 수 있다.
다양한 실시형태에서, 셀은 시트 형태 재료의 한쪽 또는 양쪽 표면으로 완전히 둘러싸이거나, 또는 개방되거나, 또는 이들의 조합일 수 있다. 특정 실시형태에서, 셀은 시트 형태 재료의 적층 시트 내에 완전히 둘러싸일 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 3차원 셀은 시트 형태 재료의 적어도 하나의 표면 상에 하나 이상의 개구를 포함할 수 있다. 예를 들어, 시트 형태 재료의 적층 시트 내의 3차원 셀의 각각은 시트 형태 재료의 적층 시트의 한쪽 또는 양쪽 표면 상에 적어도 1개, 2개, 3개 또는 4개의 개구를 포함할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 3차원 셀의 개구는 원통형 형상, 타원형 형상, 정사각형 형상, 및/또는 육각형 형상과 같은 한정된 형상을 가질 수 있다.
특정 실시형태에서, 시트 형태 재료는 시트 형태 재료의 표면 상에 제1 세트의 개구를 갖는 제1 세트의 3차원 셀, 및 시트 형태 재료의 표면 상의 제2 세트의 개구를 갖는 제2 세트의 3차원 셀을 포함할 수 있으며, 제1 세트의 개구 및 제2 세트의 개구의 개구는 상이한 폭 또는 직경을 갖는다. 이러한 실시형태에서, 이들 상이한 개구는 2 세트의 3차원 셀 내에서 상이한 소리 주파수를 포착하고 감쇠시키도록 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 시트 형태 재료(102)를 포함하는 자동차 매트를 위한 예시적인 바닥재 용도(100)를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 바닥재 제품(100)은 적층된 필름 스택에 있는 각각의 필름의 구멍에 의해 형성된 다수의 3차원 셀(104)을 그 안에 수용하는 시트 형태 재료(102)(적층 시트의 형태)를 포함한다. 도 2는 또한 직선 측벽(즉, 필름의 기준선에 직각인 측벽)을 갖는 각각의 필름에 있는 구멍을 도시한다.
도 3은 선 3-3을 따라서 취한 시트 형태 재료(102)의 단면도를 제공한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 시트 형태 재료는 시트 형태 재료의 3차원 셀을 형성하는, 복수의 구멍(108)을 포함하는 개별 중합체 필름(106)을 포함한다.
다시 도 2를 참조하면, 바닥재 제품(100)은 또한 바닥재 상부층(110) 및 선택적인 안감 층(112)을 포함할 수 있다. 바닥재 상부층(110)은 카펫, 비닐 또는 타일 층과 같은 당업계에서 공지된 임의의 바닥 외피를 포함할 수 있다. 선택적인 안감 층(112)은 존재할 때 바닥재 제품에 구조적 지지를 제공하는 당업계에서 공지된 임의의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 선택적인 안감 층(112)은 탄성중합체층, 부직포층, 직포층, 또는 바닥재 기술에서 통상적으로 사용되는 임의의 다른 구조적 층을 포함할 수 있다.
도 4 및 도 5는 대안적인 단면 형상을 갖는 3차원 셀을 갖는 시트 형태 재료의 실시형태를 도시한다. 도 4는 플로렌스 플라스크 단면 형상을 갖는 복수의 3차원 셀(204)을 포함하는 시트 형태 재료(202)를 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 3차원 셀(204)은 시트 형태 재료(202)의 한쪽 표면 상에 개구를 갖는다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 3차원 셀(204)을 형성하는 구멍은 직선 측벽(즉, 필름의 기준선에 직각인 측벽)을 갖는다.
도 5는 삼각 플라스크 단면 형상을 갖는 복수의 3차원 셀(304)을 포함하는 시트 형태 재료(302)를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 3차원 셀(304)은 시트 형태 재료(202)의 한쪽 표면 상에 개구를 갖는다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 3차원 셀(304)을 형성하는 구멍은 직선 측벽(즉, 필름의 기준선에 직각인 측벽)을 갖는다.
하나 이상의 예시적인 실시형태에서, 시트 형태 재료는 구형 단면 형상을 갖는 복수의 3차원 셀을 포함할 수 있으며, 이는 지정된 패턴으로 시트 형태 재료 내에 완전히 둘러싸인다. 이러한 실시형태에서, 구형 셀은 모두 동일한 크기 및 체적일 수 있거나, 또는 대안적으로 상이한 크기 및 체적을 갖는 셀을 포함할 수 있다.
하나 이상의 예시적인 실시형태에서, 시트 형태 재료는 플로렌스 플라스크 형상 단면을 갖는 복수의 3차원 셀을 포함할 수 있으며, 이는 시트 형태 재료의 표면 상에 원통형 형상의 개구를 포함한다. 셀은 곡선 측벽을 갖는 구멍으로 제조될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 셀은 모두 동일한 크기 및 체적일 수 있거나, 또는 대안적으로 상이한 크기 및 체적을 갖는 셀을 포함할 수 있다. 또한, 원통형 개구는 동일한 폭 및 직경을 가질 수 있거나, 또는 대안적으로 상이한 폭 및 직경을 가질 수 있다. 일반적으로, 모든 개구는 시트 형태 재료의 동일한 표면에서 발견된다.
하나 이상의 예시적인 실시형태에서, 시트 형태 재료는 삼각 플라스크 형상 단면을 갖는 복수의 3차원 셀을 포함할 수 있으며, 이는 시트 형태 재료의 표면 상의 원통형 형상의 개구를 포함한다. 셀은 곡선 측벽을 갖는 구멍으로 제조될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 셀은 모두 동일한 크기 및 체적일 수 있거나, 또는 대안적으로 상이한 크기 및 체적을 갖는 셀을 포함할 수 있다. 또한, 원통형 개구는 동일한 폭 및 직경을 가질 수 있거나, 또는 대안적으로 상이한 폭 및 직경을 가질 수 있다. 일반적으로, 모든 개구는 시트 형태 재료의 동일한 표면에서 발견된다.
하나 이상의 예시적인 실시형태에서, 시트 형태 재료는 병 형상 단면을 갖는 복수의 3차원 셀을 포함할 수 있으며, 이는 시트 형태 재료의 표면 상에 원통형 형상의 개구를 포함한다. 셀은 곡선 측벽을 갖는 구멍으로 제조될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 셀은 모두 동일한 크기 및 체적일 수 있거나, 또는 대안적으로 상이한 크기 및 체적을 갖는 셀을 포함할 수 있다. 또한, 원통형 개구는 동일한 폭 및 직경을 가질 수 있거나, 또는 대안적으로 상이한 폭 및 직경을 가질 수 있다. 일반적으로, 모든 개구는 시트 형태 재료의 동일한 표면에서 발견된다.
하나 이상의 예시적인 실시형태에서, 시트 형태 재료는 직선 측벽을 갖는 구멍으로 형성된 복수의 3차원 셀을 포함할 수 있다. 이러한 실히 형태에서, 시트 형태 재료의 두 표면에 근접하여 위치된 본질적으로 직선 측면의 셀의 단부는 시트 형태 재료의 제조시에 사용되는 필름 중 하나 이상에 의해 완전히 둘러싸이거나 덮일 수 있다. 각각의 셀의 단면 형상은 동일하거나 상이할 수 있으며, 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형, 삼각형 및 육각형 단면 형상을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 복수의 본질적으로 직선 측면의 셀은 모두 동일한 크기일 수 있거나. 또는 선택된 패턴으로 배열된 몇몇 상이한 크기의 셀로 이루어질 수 있다.
시트 형태 재료를 제조하는데 사용되는 중합체 필름은 몇몇 상이한 유형의 합성의 열가소성 중합체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 시트 형태 재료를 제조하는데 사용되는 중합체 필름은 폴리올레핀, 스타이렌, 아크릴, 염화비닐 (공)중합체, 비닐 (공)중합체, 폴리아마이드, 폴리에스터, 폴리우레탄, 열가소성 탄성중합체 또는 이들의 조합을 포함하지만 이들로 한정되지 않는 임의의 적합한 열가소성 중합체를 포함하거나, 이것으로 본질적으로 이루어지거나 또는 이루어질 수 있다. 특정 실시형태에서, 필름은 상기 중합체 중 임의의 것으로 구성된 복합 재료를 포함하거나, 이것으로 본질적으로 이루어지거나 또는 이루어질 수 있다.
다양한 실시형태에서, 시트 형태 재료를 제조하는데 사용되는 중합체 필름은 원래 그대로의(virgin) 및/또는 재활용된 중합체 공급 원료로 형성될 수 있다.
다양한 실시형태에서, 시트 형태 재료를 제조하는데 사용되는 중합체 필름은 발포재 또는 발포재들의 형태일 수 있다. 일반적으로, 이들 발포재의 바람직한 밀도는 시트 형태 재료의 구조적 및 음향적 목적에 의존할 수 있다. 특정 실시형태에서, 시트 형태 재료는 상이하거나 동일한 구조적 및 음향적 특성을 갖는 발포재 필름으로 만들어진 복수의 필름층을 포함할 수 있다.
추가적으로, 다양한 실시형태에서, 시트 형태 재료를 제조하는데 사용되는 중합체 필름은 무기 분말, 탄소 동소체, 탄소 섬유, 유리 섬유, 세라믹 섬유, 및 금속 섬유로부터 선택된 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 중합체 필름은 열 안정화제, UV 안정화제, 항균제, 정전기 방지제, 윤활제, 착색제, 인공 강우제(nucleating agent), 난연제, 연기 억제제 또는 이들의 조합을 포함하지만 이들로 한정되지 않는 활성 보조제를 또한 포함할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 본 발명의 최종 시트 형태 재료는 동일한 중합체 재료로 만들어진 필름 또는 임의의 특정 순서로 이종 재료(dissimilar material)로 만들어진 필름을 사용하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 시트 형태 재료의 적층 필름은 완전히 폴리에스터로 만들어진 중합체 필름으로 제조될 수 있다. 대안적으로, 예를 들어, 시트 형태 재료의 적층 필름은 폴리에스터 필름 및 폴리아마이드 필름으로 제조될 수 있다.
또한, 다양한 실시형태에서, 본 발명에서 사용된 필름은 임의의 적합한 두께, 바람직하게 약 0.1㎜ 내지 약 1.00㎜일 수 있고, 시트 형태 재료 내의 각각의 필름의 두께는 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 임의의 적합한 수, 바람직하게 약 10 내지 약 50개의 필름이 본 발명의 시트 형태 재료의 구조에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 최종 시트 형태 재료는 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10개의 필름 및/또는 100, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55 또는 50개 이하의 필름을 포함할 수 있다.
일반적으로, 본 발명의 시트 형태 재료의 x/y 치수는 본 발명의 방법에서 사용된 워크 스테이션의 치수에 의존할 것이다. 특정 실시형태에서, 시트 형태 재료의 x/y 치수는 최대 약 1 ㎡일 수 있다. 본 발명의 시트 형태 재료는 본 발명의 방법에서 고유한 공정 동안 그 최종 x/y 치수 및 형상으로 구성될 수 있거나, 또는 정사각형 또는 직사각형 "블랭크"로서 제조될 수 있고, 별도의 공정에서 그 최종 치수로 형상화된다.
다양한 실시형태에서, 시트 형태 재료는 적층된 중합체 시트의 스택 내에 배치된 선택적인 중간층을 포함할 수 있으며, 이는 시트 형태 재료의 셀 내에서 다이어프램으로서 기능할 수 있다. 보다 구체적으로, 이들 중간층은 적층된 중합체 시트에 의해 형성된 셀을 적어도 부분적으로 교차할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 중간층은 시트 형태 재료 내의 셀을 부분적으로 교차할 수 있어서, 개구는 여전히 셀 내에서 지속된다. 결과적으로, 다양한 실시형태에서, 이러한 중간층은 시트 형태 재료의 구성된 셀 내에서 다이어프램으로서 기능할 수 있고, 셀 내에서 특정 주파수의 소리 감쇠를 감쇄시키는 것을 도울 수 있다.
이러한 선택적인 중간층은 하나의 중합체 필름이 제2 워크 스테이션에 이미 존재하는 한 상기 언급된 공정 동안 임의의 단계에서 도입될 수 있다. 중합체 필름과 마찬가지로, 구체적으로 설계된 구멍은 중합체 필름에서 사용된 동일한 구멍 형성 디바이스를 사용하여 이러한 중간층으로 절단될 수 있다. 중간층은 본 발명의 방법 동안 중합체 필름에 대해 상기 논의된 것과 동일한 방식으로 처리될 수 있다.
다양한 실시형태에서, 중간층은 부직포 재료로 형성될 수 있다. 또한, 다양한 실시형태에서, 중간층은 합성 또는 천연 재료, 예를 들어 폴리올레핀, 스타이렌, 아크릴, 염화 비닐 (공)중합체, 비닐 (공)중합체, 폴리아마이드, 폴리에스터, 폴리우레탄, 열가소성 탄성중합체, 셀룰로스, 유리 또는 이들의 조합으로 제조될 수 있다.
도 6은 병 형상 단면을 갖는 3차원 셀(404)을 포함하는 시트 형태 재료(402)를 도시한다. 시트 형태 재료(402)는 또한 3차원 셀(404)을 부분적으로 교차하는 중간층(406)을 포함한다. 그러나, 중간층(406)은 3차원 셀(404) 내에 개구를 남긴다. 그러므로, 이러한 실시형태에서, 중간층(406)은 셀(404) 내에서 다이어프램을 형성할 수 있다.
본 발명의 시트 형태 재료는 진동 감쇠 및/또는 소리 감쇄를 필요로 하는 임의의 적용에서 사용될 수 있다. 본 발명의 시트 형태 재료의 적용 분야는 가정용, 산업용, 토목 공학, 및 자동차 단열 내부 패널 및 부품(예를 들어, 자동차 바닥 카펫/매트 또는 카펫/매트를 위한 안감)을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 시트 형태 재료는 주거용 또는 상업용 환경에서 종래의 바닥재(예를 들어, 카펫)와 굽도리널 사이의 타일과 같은 소리 감쇠 바닥재로서 또는 소음 감쇠 매트로서 직접 사용될 수 있다.
다양한 실시형태에서, 시트 형태 재료는 자동차 카펫 또는 매트에서 안감 구성 요소로서 사용될 수 있다.
다양한 실시형태에서, 시트 형태 재료는 바닥재 타일의 형태일 수 있다. 이러한 실시형태에서, 시트 형태 재료로 형성된 타일은 산업계에서 사용되는 종래의 비닐 타일과 비교하여 우수한 소리 감쇄 및 진동 감쇠를 제공할 수 있다.
정의
다음은 정의된 용어의 배타적인 목록이 아니라는 점을 이해해야 한다. 예를 들어, 문맥에서 정의된 용어의 사용을 수반할 때와 같은 다른 정의가 전술한 설명에서 제공될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "시트 형태 재료" 및 "적층 필름"은 상호 교환적으로 사용될 수 있으며, 본 명세서에 기재된 본 발명의 제품을 지칭할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 표현 용어는 하나 이상을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 2개 이상의 물품의 목록에서 사용될 때, 나열된 물품 중 임의의 하나가 그 자체로 이용될 수 있거나, 또는 나열된 물품 중 2개 이상의 임의의 조합이 이용될 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 조성물이 성분(A, B 및/또는 C)를 함유하는 것으로서 기술되면, 조성물은 A만; B만; C만; A와 B의 조합; A와 C의 조합, B와 C의 조합; 또는 A, B 및 C의 조합을 함유할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "포함하는" 및 "포함한다"는 용어 전에 인용된 대상으로부터 용어 후에 인용된 하나 이상의 요소로 전환하도록 사용되는 개방형 전환 용어이며, 여기서 또는 전환 후에 나열된 요소 또는 요소들은 반드시 대상을 만드는 유일한 요소가 아니다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "갖는" 및 "가지다"는 위에 제공된 "포함하는" 및 "포함하다"와 동일한 개방된 의미를 갖는다.
본 명세서에 사용되는 바와 가이, 용어 "구비하는" 및 "구비하다"는 위에 제공된 "포함하는", 및 "포함하다"와 동일한 개방된 의미를 갖는다.
수치 범위
본 설명은 본 발명과 관련된 특정 파라미터를 정량화하도록 수치 범위를 사용한다. 수치 범위가 제공될 때, 이러한 범위는 범위의 하위 값만을 인용하는 청구항 제한뿐만 아니라 범위의 상위 값만을 인용하는 청구항 제계에 대한 문자적 지지를 제공하는 것으로서 해석되어야 한다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 10 내지 100의 개시된 수치 범위는 "10보다 큰"(상한이 없는)을 인용하는 청구항 및 "100보다 작은"(하한이 없는)을 인용하는 청구항에 대한 문자적 지지를 제공한다.
개시된 실시예에 대해 제한되지 않는 청구항
전술한 본 발명의 바람직한 형태는 단지 예시로서 사용되어야 하고, 본 발명의 범위를 해석하기 위해 제한적인 의미로 사용되어서는 안된다. 전술한 예시적인 실시형태에 대한 변경은 본 발명의 사상을 벗어남이 없이 당업자에 의해 용이하게 만들어질 수 있다.
본 발명자들은 본 발명의 합리적으로 공정한 범위를 결정하고 평가하기 위해 동등한 교리에 의지하고자 하는 의도를 진술하며, 이는 본 발명의 실질적인 범위를 벗어나지 않고 문자 그대로 다음의 청구범위에서 제시된 바와 같은 본 발명의 문자 범위를 벗어난 임의의 장치에 관한 것이기 때문이다.

Claims (20)

  1. 진동 감쇠 및 소리 감쇄를 위한 적층 시트를 포함하는 바닥재(flooring)로서,
    상기 적층 시트는,
    (a) 복수의 개별 중합체 필름으로서, 상기 개별 중합체 필름의 각각은 복수의 구멍을 포함하는, 상기 복수의 개별 중합체 필름; 및
    (b) 상기 적층 시트 내에 배치된 복수의 형상화된 캐비티(cavity)로서, 상기 개별 중합체 필름의 상기 구멍에 의해 협동적으로 형성되는, 상기 형상화된 캐비티를 포함하는, 바닥재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적층 시트는 200㎐의 주파수에서 적어도 10㏈의 투과 손실을 나타내는, 바닥재.
  3. 제1항에 있어서, 상기 형상화된 캐비티는 플로렌스 플라스크(Florence flask), 삼각 플라스크 또는 병의 형태인 단면 형상을 포함하는, 바닥재.
  4. 제1항에 있어서, 상기 구멍은 측벽을 포함하며, 상기 측벽 중 적어도 일부는 상기 형상화된 캐비티가 상기 적층 시트의 표면에 완전히 직각이 아니도록 상이한 크기로 되는, 바닥재.
  5. 제1항에 있어서, 상기 개별 중합체 필름은 폴리올레핀 중합체, 스타이렌 중합체, 아크릴 중합체, 염화비닐 (공)중합체, 폴리아마이드 중합체, 폴리에스터 중합체, 폴리우레탄 중합체 및 열가소성 탄성중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 열가소성 중합체로 형성되는, 바닥재.
  6. 제1항에 있어서, 상기 형상화된 캐비티는 상기 적층 시트의 표면 상의 적어도 하나의 개구를 포함하는, 바닥재.
  7. 제1항에 있어서, 상기 바닥재는 상기 적층 시트 상에 위치된 바닥재 상부층을 포함하는, 바닥재.
  8. 제7항에 있어서, 상기 바닥재는 자동차 카펫 또는 매트를 포함하는, 바닥재.
  9. 진동 감쇠 및 소리 감쇄를 위한 시트 형태 재료로서,
    (a) 복수의 개별 중합체 필름을 포함하는 적층 시트로서, 상기 개별 중합체 필름의 각각은 복수의 구멍을 포함하는, 상기 적층 시트; 및
    (b) 상기 적층 시트 내에 배치된 복수의 3차원 셀로서, 상기 구멍은 상기 3차원 셀을 협동적으로 형성하는 방식으로 위치되는, 상기 복수의 3차원 셀을 포함하는, 시트 형태 재료.
  10. 제9항에 있어서, 상기 시트 형태 재료는 200㎐의 주파수에서 적어도 10㏈의 투과 손실을 나타내는, 시트 형태 재료.
  11. 제9항에 있어서, 상기 3차원 셀은 플로렌스 플라스크, 삼각 플라스크 또는 병의 형태인 단면 형상을 포함하는, 시트 형태 재료.
  12. 제9항에 있어서, 상기 구멍은 측벽을 포함하며, 상기 측벽 중 적어도 일부는 상기 3차원 셀이 상기 시트 형태 재료의 표면에 완전히 직각이 아니도록 상이한 크기로 되는, 시트 형태 재료.
  13. 제9항에 있어서, 상기 개별 중합체 필름은 폴리올레핀 중합체, 스타이렌 중합체, 아크릴 중합체, 염화비닐 (공)중합체, 폴리아마이드 중합체, 폴리에스터 중합체, 폴리우레탄 중합체 및 열가소성 탄성중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 열가소성 중합체로 형성되는, 시트 형태 재료.
  14. 제9항에 있어서, 상기 3차원 셀은 상기 시트 형태 재료의 표면 상의 적어도 하나의 개구를 포함하는, 시트 형태 재료.
  15. 시트 적층 공정(sheet lamination process)을 통해 셀룰러 시트 형태 재료(cellular sheet-form material)를 제조하기 위한 방법으로서,
    a) 제1 워크 스테이션에서 제1 필름에 복수의 구멍을 형성하는 단계;
    b) 상기 제1 필름의 상기 구멍이 이전 배치 필름의 대응하는 구멍과 실질적으로 정렬되는 방식으로 제2 워크 스테이션 상에 이미 배치된 상기 이전 배치 필름 상으로 상기 제1 필름을 이송하는 단계;
    c) 상기 제2 워크 스테이션에서 상기 제1 필름을 상기 이전 배치 필름에 접착하는 단계;
    d) 단계 a) 내지 c)를 반복하여 z-방향으로 필름의 스택을 구축하고, 이에 의해 상기 복수의 필름을 포함하는 시트 형태 재료를 형성하는 단계; 및
    e) 상기 제2 워크 스테이션으로부터 상기 시트 형태 재료를 제거하는 단계를 포함하되,
    상기 필름의 스택에서 정렬된 구멍은 상기 시트 형태 재료로 복수의 3차원 셀을 협동적으로 형성하는, 셀룰러 시트 형태 재료를 제조하기 위한 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 필름과 상기 이전 배치 필름 사이에 중간층을 삽입하는 단계를 더 포함하는, 셀룰러 시트 형태 재료를 제조하기 위한 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 시트 형태 재료를 원하는 x/y 평면 형상으로 절단하는 단계를 더 포함하는, 셀룰러 시트 형태 재료를 제조하기 위한 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 시트 형태 재료는 200㎐의 주파수에서 적어도 10㏈의 투과 손실을 나타내는, 셀룰러 시트 형태 재료를 제조하기 위한 방법.
  19. 제15항에 있어서, 상기 3차원 셀은 플로렌스 플라스크, 삼각 플라스크 또는 병의 형태인 단면 형상을 포함하는, 셀룰러 시트 형태 재료를 제조하기 위한 방법.
  20. 제15항에 있어서, 상기 제1 필름 및 상기 이전 배치 필름은 폴리올레핀 중합체, 스타이렌 중합체, 아크릴 중합체, 염화비닐 (공)중합체, 폴리아마이드 중합체, 폴리에스터 중합체, 폴리우레탄 중합체 및 열가소성 탄성중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 열가소성 중합체로 형성되는, 셀룰러 시트 형태 재료를 제조하기 위한 방법.
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