KR20200085961A - 트럭용 베드 구조 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제1폴리우레탄층에 바이오 매스를 다량으로 첨가하여 제작하므로, 인체에 접촉하더라도 해가 되지 않으면서도 쾌적한 실내 환경을 조성할 수 있게 한 트럭용 베드 구조를 제공하는 데 목적이 있다. 특히, 본 발명은 종이로 제작한 허니컴 구조물을 이용하여 구조적 강성을 보강할 수 있게 구성하므로, 합판과 같은 목재와 비교하여 그 중량을 약 1/3 정도로 줄일 수 있게 한 트럭용 베드 구조를 제공하는 데 목적이 있다. 또한, 본 발명은 제2폴리우레탄층을 제작할 때 탄소나노튜브를 첨가하여 제작하므로, 폴리우레탄 폼의 셀 구조를 변경하여 흡음 영역을 주파수 전체 대역에서 가속투과소음(OPEN A.I [3rd W.O.T])을 1~2%AI 정도 향상할 수 있게 한 트럭용 베드 구조를 제공하는 데 목적이 있다.
Description
본 발명은 트럭용 베드 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제1폴리우레탄층에 바이오 매스를 함유하여 친환경적인 소재 사용과 더불어 제2폴리우레탄층에 탄소나노튜브를 함유하여 흡음 성능을 개선하며, 페이퍼 허니컴을 이용하여 가벼우면서도 충분한 구조적 강성을 가질 수 있게 한 것이다.
일반적으로 트럭에는 시트열과 적재함 사이에 간이침대로 사용할 수 있도록 베드를 장착한다. 이러한 메트는, 아래의 (특허문헌 1) 내지 (특허문헌 3)과 같이, 다양한 구조로 이루어진다.
(특허문헌 1) 한국등록특허 제1273065호
트럭의 베드룸 구조에 관한 것으로서, 특히 트럭의 운전석과 보조석 후방에 공간부가 형성되되; 상기 공간부 바닥면에 장착되는 베드와; 상기 베드의 상면 일단에 힌지 결합하여 회동 가능하게 구비되는 베개와; 상기 공간부 내벽에 힌지 결합하여 회동 가능하게 구비되는 테이블로 구성되어, 접거나 펴는 조작을 신속하고 간편하게 하여 사용 편의성을 향상시키는 동시에 베드룸 공간을 실용적으로 활용할 수 있게 하여 상품성을 증대시키는데 효과가 있도록 하는 것이다.
(특허문헌 2) 한국공개특허 제10-2015-0016652호
트럭용 착탈식 침대에 관한 것으로, 장시간 운행하는 1톤 및 1.2톤 운전자가 운전석 내부에서 휴식을 취할 수 있는 공간을 만들 수 있도록 접어진 중간 의자 상부에 조립식 받침 바를 거치하되, 상기 받침 바는 엔진 룸 커버 외벽에 형성되는 고정 브래킷과 조립되는 지지 바의 걸림 턱과 지지 브래킷의 걸림 턱에 각각으로 고정된 후, 상기 받침 바 상부에는 절첩식 침상을 펼칠 수 있도록 구성되는 화물 트럭용 착탈식 침대에 관한 것이다.
(특허문헌 3) 한국등록특허 제1655199호
요구되는 온도의 공기를 공급하는 공조시스템; 복수 개의 구역으로 구획된 패드; 그리고 상기 공조시스템으로부터 공기를 전달받아 공기량 및 방향을 제어하여 상기 패드에 공급하도록 된 풍량 제어장치;를 포함하되, 상기 풍량 제어장치의 작동에 따라 상기 패드의 적어도 일부 구역에 선택적으로 공기를 공급하는 통풍 베드에 관한 것으로, 운전자는 통풍 베드로부터 냉난방된 공기의 공급 위치를 기호에 따라 설정할 수 있어, 운전자의 요구를 충족하게 하는 공기 조절이 가능하며 쾌적한 환경에서 휴식 또는 수면을 제공한다.
하지만, 기존의 트럭용 베드는 다음과 같은 문제점이 있다.
(1) 기존 트럭용 베드는 사용자의 하중 등에 견딜 수 있도록 어느 정도의 강성을 확보할 수 있도록 합판(목재)을 사용한다. 이에, 기존 트럭용 베드의 전체 중량이 많이 나가게 된다.
(2) 특히, 이러한 베드의 중량 증가는 트럭의 중량 증가로 이어져서 트럭 전체의 에너지 효율을 떨어뜨리는 한 가지 요인으로 작용한다.
(3) 한편, 기존의 트럭용 베드를 구성하는 층 구조가 화석 연료를 주로 사용하여 제작하게 되므로, 화석연료 사용량이 늘어날 뿐만 아니라 온실가스 발생량도 함께 늘어나게 한다.
(4) 또한, 합판을 통해 어느 정도 소음 차단 효과를 기대할 수 있으나 흡음 효과가 떨어진다.
본 발명은 이러한 점을 고려한 것으로, 제1폴리우레탄층에 바이오 매스를 다량으로 첨가하여 제작하므로, 인체에 접촉하더라도 해가 되지 않으면서도 쾌적한 실내 환경을 조성할 수 있게 한 트럭용 베드 구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 종이로 제작한 허니컴 구조물을 이용하여 구조적 강성을 보강할 수 있게 구성하므로, 합판과 같은 목재와 비교하여 그 중량을 약 1/3 정도로 줄일 수 있게 한 트럭용 베드 구조를 제공하는 데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 제2폴리우레탄층을 제작할 때 탄소나노튜브를 첨가하여 제작하므로, 폴리우레탄 폼의 셀 구조를 변경하여 흡음 영역을 주파수 전체 대역에서 가속투과소음(OPEN A.I [3rd W.O.T])을 1~2%AI 정도 향상할 수 있게 한 트럭용 베드 구조를 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 트럭용 베드 구조는, 적어도 아래의 구성을 차례로 적층하여 일체로 성형하되, 바이오 매스를 함유한 제1폴리우레탄층(10); 탄소나노튜브(CNT)를 함유한 제2폴리우레탄층(20); 종이로 제작한 허니컴 구조물(30); 및 부직포(40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 제1폴리우레탄층(10)에는, 바이오 매스가 제1폴리우레탄층(10) 전체 중량의 35중량% 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2폴리우레탄층(20)은, 밀도 24~27kg/㎥이고, 경도 13~16Kgf인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 제2폴리우레탄층(20)은, 폴리올(Polyol)의 중량 100을 기준으로 여기에 중량비 150~160의 이소시아네이트(Isocyanate) 및 중량비 15.0~15.5의 탄소나노튜브가 함유된 충전제를 혼합하여 교반하고;, 상기 폴리올과 이소시아네이트 그리고 충전제가 교반된 용액을 몰드에 주입하여 발포 성형한 다음 탈형하여 제조한 것을 사용하되, 상기 충전제는 난연성의 팽창흑연과 탄소나노튜브의 중량비가 13.65:1.35~14.85:0.15인 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 이소시아네이트와 충전제를 교반할 때는, 이소시아네이트에 탄소나노튜브가 함유된 충전제를 첨가한 다음 30초 동안 교반한 다음, 충전제를 첨가하여 교반한 이소시아네이트를 폴리올 원액에 추가하여 8초간 교반하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 폴리올은, 그 중량비가 각각
고분자 PPG(분자량 2,500~3,500) : 77
실리콘계 셀 오픈 정포제 : 3
사슬 연장제(Chain Extender) : 4
인계난연제(Flame-retardant) : 6
실리콘 계면활성제(Surfactant) : 1.5
아민 촉매 : 1
물 : 7.5
인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이소시아네이트는 NCO가 48.3중량% 함유된 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 탄소나노튜브는 지름 10~50㎚, 체적 밀도 0.02~1.50g/ml, 순도 85~90%, 라만 분광법을 이용한 라만 결정도(IG/ID) 0.7~1.1의 단일벽 또는 다중벽으로, 파우더 형태 또는 분말 과립 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 제2폴리우레탄층(20)은, 발포 후 3일간 숙성하는 과정을 더 거친 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 부직포(40)는, 일반 부직포, 강화 부직포 또는 발수 부직포인 것을 특징으로 한다.
마지막으로, 상기 부직포(40)는, 150~200℃에서 30~60초간 열압착 성형하고, 냉각 지그에서 30~60초간 압착 냉각하여 일체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 트럭용 베드 구조는 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 제1폴리우레탄층에 바이오 매스를 첨가하여 사용하므로 인체에 해를 가하지 않으면서도 편리하고 안전하게 사용할 수 있다. 이때, 바이오 매스는 천연물질로 이루어진 것을 사용하므로, 자연친화적이면서도 베드 이용자가 안전하고 편리하게 사용할 수 있다.
(2) 제2폴리우레탄층을 제조할 때에 탄소나노튜브(Carbon Nano-Tube; CNT)를 첨가하여 발포 성형함으로써, 발포 폴리우레탄 소재의 셀 구조를 변화시켜 투과성능을 향상하여 흡차음재로서의 중량 증가 대비 흡음 성능을 극대화할 수 있다.
(3) 특히, 제조공정에서도 종래의 제2폴리우레탄층을 제조하는 과정에서 탄소나노튜브만을 추가하므로 공정 추가를 최소화하면서도 제조 원가의 상승을 줄일 수 있다.
(4) 첨가한 탄소나노튜브로 제2폴리우레탄층의 내부 구조를 변화시켜 기타 엔진룸 흡음 소재와 대비하여 폴리우레탄 폼 소재가 가지는 자동차 경량화 장점을 그대로 가지면서 전 주파수 영역에서 AI 1~2% 정도 흡음성능을 높일 수 있다.
(5) 따라서, 탄소나노튜브를 극소량만큼 첨가하여 원가 상승을 최소화하면서도 NVH 성능을 최대화할 수 있게 되어 자동차의 실내 정숙성을 크게 향상할 수 있다.
(6) 종이로 제작한 허니컴 구조물을 이용하여 베드의 구조적 강성을 보강하게 하므로, 자연친화적일 뿐만 아니라 기존 판재 등을 사용할 때와 비교하여 약 1/3 정도의 중량으로도 충분한 구조적 강성을 얻을 수 있다.
[도 1]은 본 발명에 따른 구조로 이루어진 트럭용 베드의 장착 위치를 보여주는 트럭의 측면도이다.
[도 2]는 본 발명에 따른 트럭용 베드 구조의 층 구성을 보여주는 단면 확대도이다.
[도 3]은 본 발명에 따른 제2폴리우레탄층의 제조방법을 보여주기 위한 순서도이다.
[도 4]는 주사전자현미경으로 제2폴리우레탄층 표면을 확대한 사진으로, (a)는 종래의 폴리우레탄층의 확대 사진이고, (b)는 탄소나노튜브를 추가한 제2폴리우레탄층의 확대 사진이다.
[도 5]는 본 발명에 따라 탄소나노튜브(CNT)의 함량에 따라 제작한 제2폴리우레탄층의 흡음 성능을 시험한 데이터를 보여주기 위한 그래프.
[도 6]은 실차 상태에서 탄소나노튜브를 적용한 실시예와 적용하지 않은 비교예의 투과 소음을 시험한 결과를 보여주기 위한 그래프이다.
[도 7]은 본 발명에 따른 트럭용 베드 구조를 적용하여 실제 제작한 층 구조를 보여주는 사진이다.
[도 8]은 본 발명에 따른 트럭용 베드 구조에 관해 회전수(rpm)에 대한 가속투과소음(OPEN A.I [3rd W.O.T])을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
[도 2]는 본 발명에 따른 트럭용 베드 구조의 층 구성을 보여주는 단면 확대도이다.
[도 3]은 본 발명에 따른 제2폴리우레탄층의 제조방법을 보여주기 위한 순서도이다.
[도 4]는 주사전자현미경으로 제2폴리우레탄층 표면을 확대한 사진으로, (a)는 종래의 폴리우레탄층의 확대 사진이고, (b)는 탄소나노튜브를 추가한 제2폴리우레탄층의 확대 사진이다.
[도 5]는 본 발명에 따라 탄소나노튜브(CNT)의 함량에 따라 제작한 제2폴리우레탄층의 흡음 성능을 시험한 데이터를 보여주기 위한 그래프.
[도 6]은 실차 상태에서 탄소나노튜브를 적용한 실시예와 적용하지 않은 비교예의 투과 소음을 시험한 결과를 보여주기 위한 그래프이다.
[도 7]은 본 발명에 따른 트럭용 베드 구조를 적용하여 실제 제작한 층 구조를 보여주는 사진이다.
[도 8]은 본 발명에 따른 트럭용 베드 구조에 관해 회전수(rpm)에 대한 가속투과소음(OPEN A.I [3rd W.O.T])을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최고의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 한가지 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형례가 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
(구성)
본 발명에 따른 트럭용 베드 구조(S)는, [도 1] 내지 [도 8]과 같이, 제1폴리우레탄층(10), 제2폴리우레탄층(20), 허니컴 구조물(30), 그리고 부직포(40)를 적층하여 일체로 형성한다.
특히, 상기 제1폴리우레탄층(10)은 바이오 매스를 함유하게 하여 제작하므로, 천연 재질로 이용하여 제1폴리우레탄층(10)이 이용자의 피부에 닿더라도 이질감을 느끼지 않으면서도 편리하고 안전하게 사용할 수 있게 한 것이다.
또한, 상기 제2폴리우레탄층(20)은 탄소나노섬유(CNT)를 함유하여 제작하므로, 가벼우면서도 흡음 성능을 개선할 수 있게 한 것이다.
마지막으로, 상기 허니컴 구조물(30)은 가벼우면서도 허니컴 구조를 통해 구조적 강성을 가질 수 있게 구성하므로, 본 발명에 따른 베드 구조(S)의 전체 중량을 가볍게 제작할 수 있게 하면서도 충분한 구조적 강성을 가질 수 있게 한 것이다.
이하, 이러한 구성에 관해 첨부도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
<제1폴리우레탄층>
제1폴리우레탄층(10)은, [도 2]와 같이, 본 발명에 따른 베드 구조를 이용하는 이용자의 신체와 가장 가까운 곳에 놓고서 사용하는 층 구조이다.
이에, 상기 제1폴리우레탄층(10)은 인체에 해를 가하지 않으면서도 안전하고 편안하게 사용할 수 있게 제작한다. 이를 위해, 상기 제1폴리우레탄층(10)에는 바이오 매스를 첨가하여 제작한다. 이때, 상기 바이오 매스는 생명체를 구성하는 물질에서 만들어진 유기물로 인체에 해가 적은 것을 사용한다. 이때, 상기 바이오 매스는 제1폴리우레탄층(10) 전체 중량의 35중량% 내지 60중량%를 차지하게 함으로써, 제1폴리우레탄층(10)을 안전하고 편리하게 사용할 수 있게 제작한다.
한편, 이러한 제1폴리우레탄층(10)은, [도 2]와 같이, 폴리우레탄 시트 형태로 제작하여 사용하거나, 제1폴리우레탄층(10) 표면에 부직포를 부착하여 사용하기도 한다.
이러한 제1폴리우레탄층(10)은 연질의 폴리우레탄으로 제작하는 것이 바람직하며, 후술할 제2폴리우레탄층(20)과 같은 방법으로 제작하나 제2폴리우레탄층(20)에 함유하는 탄소나노튜브 대신 바이오 매스를 첨가하여 제작할 수도 있다.
<제2폴리우레탄층>
제2폴리우레탄층(20)은, 상술한 제1폴리우레탄층(10)과 마찬가지 방법으로 제작할 수 있으나, 가장 큰 차이점으로는 제1폴리우레탄층(10)을 제조할 때는 바이오 매스를 첨가한 것이고, 제2폴리우레탄층(20)을 제조할 때는 탄소나노튜브를 첨가하여 제작하는 것이다. 특히, 상기 제2폴리우레탄층(20)은, 상기한 (특허문헌 4)의 기술을 이용하는 것으로 그 구성은 다음과 같다.
상기 제2폴리우레탄층(20)은, [도 2] 내지 [도 7]과 같이, 폴리우레탄 폼을 발포 성형하기 위한 통상의 방법과 같이 3단계로 나눠서 단계별로 더욱 구체적으로 설명하고, 이에 추가하여 숙성하는 단계인 4단계에 관해 상세하게 설명한다.
- 제1단계 -
제1단계(S10)는, [도 3]과 같이, 폴리올(Polyol)과 이소시아네이트(Isocyanate) 그리고 충전제를 혼합하여 교반하는 단계이다. 이때의 중량비는, 폴리올의 중량 100을 기준으로 여기에 이소시아네이트의 중량비 150~160 그리고 충전제의 중량비 15.0~15.5의 비율로 혼합하여 교반한다.
여기서, 교반되는 폴리올과 이소시아네이트 그리고 충전제에 대하여 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
폴리올은 실질적으로 폴리우레탄 폼의 기재가 되는 구성요소로서, 아래의 [표 1]과 같은 구성성분과 중량비로 구성한 것을 이용한다. 여기서 이 구성요소는 종래의 폴리우레탄 폼 제조시에 사용되는 것과 동일한 것이다.
구성성분 |
중량비 |
고분자 PPG(분자량 2,500~3,500) |
77 |
실리콘계 셀 오픈 정포제 |
3 |
사슬 연장제(Chain Extender) |
4 |
인계난연제(Flame-retardant) |
6 |
실리콘 계면활성제(Surfactant) |
1.5 |
아민 촉매 |
1 |
물 |
7.5 |
이소시아네이트는 제2폴리우레탄층이 연질의 제2폴리우레탄층을 얻을 수 있도록 TDI(Toluene Diisocyanate)를 이용한다. 이 중에서도 NCO 함량이 48.3중량%인 TDI(Toluene Diisocyanate)를 이용함으로써, 연질의 제2폴리우레탄층을 제조하여 흡음 성능을 최대한 높일 수 있게 하는 것이 바람직하다. 충전제는 난연 효과를 얻기 위한 난연성의 팽창흑연과 흡음 성능을 향상하기 위한 탄소나노튜브를 포함한다. 특히, 난연제와 탄소나노튜브는 이들 사이의 중량비를 13.65:1.35~14.85:0.15로 이루어지게 함으로써, 기존의 폴리우레탄 폼 제조에 사용하는 구성요소 외에 별도 추가하는 탄소나노튜브의 추가 함량을 최소화하면서도 후술하는 바와 같이 폴리우레탄 폼의 셀 구조를 변형시켜 흡음 성능을 최대화할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 탄소나노튜브로는, 지름 10~50㎚, 체적 밀도 0.02~1.50g/ml, 순도 85~90%, 라만 분광법을 이용한 라만 결정도(IG/ID) 0.7~1.1의 단일벽 또는 다중벽 구조로 이루어진 것을 이용할 수 있다. 그리고 이러한 탄소나노튜브는 파우더 형태로 제작하여 난연제에 첨가할 수도 있고 분말 과립 형태로 제작하여 난연제에 첨가할 수도 있다.
이러한 폴리올과 이소시아네이트 그리고 충전제는, [도 3]과 같이, 800~200rpm으로 2번에 걸쳐 교반한다. 여기서, 그 중량비는 위에서 설명하였으므로 여기서는 다시 이 중량비에 대한 설명은 생략한다.
첫 번째 교반인 제1-1단계(S11)는 이소시아네이트에 충전제를 첨가하여 교반하는 단계로서, 이때의 교반 시간은 30초간 수행한다. 두 번째 교반인 제1-2단계(S12)는 상기 제1-1단계(S11)에서 충전제를 첨가하여 교반한 이소시아네이트를 폴리올 원액에 추가한 다음 8초간 교반하는 단계이다.
이처럼 2번에 걸친 교반으로 실질적으로 발포성 폴리우레탄 폼을 성형하기 위한 교반 단계는 끝난다. 이러한 교반 단계는 통상의 발포 공정으로 수행하는 과정과 동일 유사하나, 본 발명에서는 이런 교반 과정에서 상술한 바와 같이, 교반 과정에서 탄소나노튜브를 더 첨가한 것이다.
- 제2단계 -
제2단계(S20)는, [도 3]과 같이, 제1단계(S10)에서 교반한 용액을 발포용 몰드에 주입하여 발포 성형하는 단계이다. 이때의 발포 성형은 발포용 몰드에서 이루어지며, 발포용 몰드는 제2폴리우레탄층의 크기나 형상 등을 고려하여 다양하게 제작하여 사용할 수 있다.
즉, 이때의 발포용 몰드는 제2폴리우레탄층의 크기와 형태로 제작하여 하나의 발포용 몰드에서 한 번에 하나씩 제2폴리우레탄층을 발포 성형할 수도 있고, 이 제2폴리우레탄층을 블록 형태로 발포 성형할 수 있게 발포용 몰드를 제작하여 제2폴리우레탄층의 크기에 맞게 이 블록을 슬라이싱하여 사용할 수 있게 할 수도 있다. 본 발명에서는 교반 용액을 블록 형태로 발포 성형하고 이를 슬라이싱한 뒤에 패널 형태로 커팅하여 사용하는 것을 예로 들어 설명한다.
- 제3단계 -
제3단계(S30)는, [도 3]과 같이, 발포용 금형에서 제2폴리우레탄층을 탈형하는 단계이다. 이러한 탈형은 통상의 기술로 이루어지는 것으로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
- 제4단계 -
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 발포용 몰드에서 제2폴리우레탄층을 발포 성형한 뒤에 숙성하는 제4단계(S40)를 더 수행할 수도 있다. 이는 상술한 바와 같이, 제2폴리우레탄층이 블록 형태로 발포 성형하였기 때문에 그 내부까지 충분히 냉각 등이 이루어질 수 있게 하기 위한 것이다.
이때, 숙성 기간은 제2폴리우레탄층 블록의 크기와 체적 등에 따라 달라지나 본 발명의 바람직한 실시예에서는 3일간의 숙성 기간을 거치는 것이 바람직하다.
제2폴리우레탄층의 표면 비교
이처럼 이루어진 본 발명에 따른 제2폴리우레탄층은, [도 4(b)]와 같이, 탄소나노튜브를 첨가하지 않은 종래의 확대 사진([도 4(a)] 참조)과 비교해 볼 때, 반경질 폴리우레탄을 구성하는 셀 구조가 균일하게 유지하면서 셀 오픈율이 증가한 것을 확인할 수 있다. 이는 제2폴리우레탄층의 굳기를 완화하여 댐핑 기능이 향상되어 결과적으로 전체 주파수 대역에서 NVH 성능이 월등하게 향상되는 것이다. NVH의 성능에 대해서는 제2폴리우레탄층의 실차 상태에서 테스트한 그래프를 통해 설명한다.
여기서, 연질의 폴리우레탄 폼은, 경질 폴리우레탄과 마찬가지로 셀 구조를 갖는 것이나, 경질 폴리우레탄 폼의 경우 셀 구조가 닫혀 단열과 보냉 특성을 가진것인데 반하여 연질 폴리우레탄 폼은 셀 구조가 [도 4]와 같이 그물망 구조로서 일부가 개방된 형태로 이루어진다. 이 때문에 연질 폴리우레탄 폼은 셀 구조 내부로 소음의 원인이 되는 음파가 투과하면 상쇄하는 효과가 있어 NVH 효과가 우수하다. 하지만, 셀 구조가 전부 열린 오픈 상태이면 폴리우레탄 폼을 투과하여 상쇄되지 않아 소음 저감 효과를 얻을 수 없다. 이에, 본 발명에서는 이 셀 구조의 오픈율 조절을 통해 제1폴리우레탄층이 장착되는 곳에서 요구하는 물성에 맞는 특정 주파수 대역에 맞게 소음 저감이 이루어질 수 있도록 셀 구조의 오픈율을 조절하게 되는 것이다. 이러한 조절은 폴리올과 같은 원액의 구조와 기타 첨가물의 조성에 의한 것으로, 본 발명에서는 이러한 첨가물 특히 탄소나노튜브를 추가 구성함으로써, 셀 구조의 오픈율을 원하는 소음 주파수 대역에 맞게 조절할 수 있는 것이다.
이에 대하여 더욱 구체적으로 설명하면, [도 4]는 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy)으로 발포한 제2폴리우레탄층 표면을 확대한 것으로, 셀 구조에 변화가 있음을 확인하였다. 그리고 이러한 셀 구조의 변화로 셀 구조의 오픈율이 달라졌으며, 이에 따른 유동 저항을 유동 저항 측정기(Flow Resistivity Measurement)로 측정한 결과 탄소나노튜브가 적용된 제2폴리우레탄층이 적용되지 않은 것에 비하여 저항값이 낮게 나타났다. 이는 탄소나노튜브를 적용한 제2폴리우레탄층의 통기성이 개선된 것으로, 셀 구조의 균질화 및 통기 효과의 증대로 인하여 흡음성능이 월등히 향상되게 되는 것이다.
여기서, 통기성 측정을 위한 유도저항 측정 결과는 아래의 [표 2]과 같다.
구분 |
측정값 |
비교예 |
539,518 |
실시예 |
321,599 |
1) 비교예는 탄소나노튜브(CNT)가 함유되지 않은 폴리우레탄층임. 2) 실시예는 탄소나노튜브(CNT)가 함유된 제2폴리우레탄층임. 3) 측정값의 단위는 "mks ravl/m"임. |
제2폴리우레탄층의
물성값
비교
다음의 [표 3]은 [도 5]와 같이, (a)탄소나노튜브를 첨가하지 않은 제2폴리우레탄층을 적용한 비교예와, (b)탄소나노튜브량만 달리한 본 발명에 따른 [실시예 1] 내지 [실시예 3]의 물성값을 측정한 결과이다. 여기서, 실시예와 비교예는 각각 양쪽 면에 부직포를 부착하여 비교한 것이다.
구분 |
단위 |
비교예 |
실시예 1 |
실시예 2 |
실시예 3 |
구조 |
|
||||
부직포 제2폴리우레탄층 부직포 |
부직포 제2폴리우레탄층(탄소나노튜브 함유) 부직포 |
||||
CNT 함량 |
중량% |
- |
0.1 |
0.3 |
0.5 |
밀도 |
㎏/㎥ |
24.85 |
25.35 |
25.37 |
25.40 |
인장강도 |
Kgf/㎠ |
0.91 |
0.82 |
0.79 |
0.80 |
굴곡강도 |
Kgf/㎠ |
0.38 |
0.62 |
0.60 |
0.56 |
신율 |
% |
13.94 |
13.71 |
13.20 |
12.87 |
압축강도 |
Kgf/㎠ |
0.28 |
0.27 |
0.28 |
0.26 |
유동저항 |
MKS Rayl/m |
539,518 |
507,921 |
321,599 |
294,452 |
NVH 성능 |
|
○ |
○ |
◎ |
◎ |
1) ◎는 "매우 우수", ○는 "우수" 2) CNT의 함량(중량%)은 제2폴리우레탄층의 전체 중량에 대한 함량임. |
[표 3]과 같이, [실시예 1]은 탄소나노튜브(CNT)의 함량이 0.1중량%이고, [실시예 2]은 탄소나노튜브(CNT)의 함량이 0.3중량%이고, [실시예 3]은 탄소나노튜브(CNT)의 함량이 0.5중량%이다. 그리고 비교예는 탄소나노튜브를 첨가하지 않은 경우이다
여기서, [실시예 1] 내지 [실시예 3]의 경우, [표 3] 및 CNT 함량별 흡음 성능을 나타내는 [도 5]와 같이, CNT의 함량이 많을수록 밀도가 작아지나 NVH 성능은 우수하다는 것을 알 수 있다. 또한, 다른 물성값에 있어서도 비교예와 동일 유사한 값을 갖는다고 할 것이다. [도 5]에서, 가로는 주파수를, 세로는 흡음률을 나타낸다.
또한, [실시예1] 내지 [실시예 3]의 경우, 비교예와 비교해 보면, 인장 강도·굴곡 강도 그리고 신율이 높은 것을 알 수 있는데, 이는 폴리우레탄 폼의 강직도(Stifness)가 개선된 것이라 할 수 있다. 이러한 강직도의 개선은 차체의 밀착성 향상과 함께 댐핑 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 이로 인하여 흡음 성능도 향상시켜주는 효과를 얻을 수 있다.
실차 투과 소음 테스트
[도 6]은 실차 상태에서 투과 소음(%AI)을 측정한 결과이다. 그래프에서, 가로축은 속도(rpm)이고 세로축은 투과 소음(%AI)을 나타내고, (a)는 운전석에서 측정한 결과를, (b)는 조수석에서 측정한 결과를 각각 나타낸다.
그래프와 같이, 실시예의 경우 거의 모든 속도 구간에서 비교예보다 우수한 투과 소음 효과를 보이고 있음을 알 수 있고, 특히 운전석에서는 평균 0.8%AI 포인트가 개선되었으며, 조수석에서는 1.2%AI 포인트가 개선되었다.
한편, 이처럼 이루어진 본 발명에 따른 제2폴리우레탄층(20)은 밀도가 24~27kg/㎥이고, 경도가 13~16Kgf인 것을 사용하여 충분한 흡음 성능이 얻을 수 있게 구성하는 것이 가장 바람직하다.
<
허니컴
구조물>
허니컴 구조물(30)은, [도 2]와 같이, 중공의 육각 기둥을 여러 개 겹친 형태로 구조물을 제작한다.
이때, 상기 허니컴 구조물(30)은, [도 2]와 같이, 개방한 양쪽 면에 각각 상술한 제2폴리우레탄층(20)과 후술할 부직포(40)를 장착하여 베드 구조의 구조적 강성을 보완하게 된다.
또한, 상기 허니컴 구조물(30)은 종이로 제작함으로써, 이처럼 구조적 강성 보강과 더불어 베드 구조(S)의 전체 중량을 기존 목재를 사용할 때와 비교하여 약 30% 정도 차지하게 하여 트럭의 중량 감소를 통해 에너지 효율을 높일 수 있게 한다.
<부직포>
부직포(40)는, [도 2]와 같이, 상술한 허니컴 구조물(30)의 외부에 노출한 면에 장착한다.
이러한 부직포(40)는 열성형 금형을 통해 폴리우레탄층이나 허니컴 구조물(30)에 부착한다. 여기서, 열성형 금형은 대상물에 열과 프레스를 병행하여 가함으로써, 미리 정해진 형태로 성형하는 통상의 기술로 제작한 금형을 말한다.
이러한 열성형 금형은 미리 제작하고자 하는 형태, 예를 들어 플레이트 형태 등으로 캐비티를 형성하고, 이 캐비티 부분에 폴리우레탄층이나 허니컴 구조물(30)과 부직포를 공급받는다. 그리고 열성형 금형은 부직포의 수축 현상을 고려하여 선택하는데, 부직포는 약 14/1000(㎜) 정도의 수축 현상을 고려하여 열성형 금형을 선택하게 된다.
이때 사용할 수 있는 부직포로는, 예시적으로 일반 부직포나 강화/발수 부직포 등을 이용할 수 있다. 이는 업체별로 요구 물성특성이 다르므로 이에 맞는 강도 등을 고려하여 선택하여 사용할 수 있게 하기 위한 것이다. 강화/발수 부직포는 기존의 부직포보다 LMF(Low Melting Fiber)의 양을 증가하여 강성을 보완하고 표면에 발수제를 첨가하여 습도에 대한 저항력을 향상할 수 있게 제작한 것이다.
한편, 이때의 열성형 조건은 폴리우레탄층이나 허니컴 구조물(30)과 부직포가 열과 압력에 의해 파손되지 않는 온도와 시간 범위에서 수행한다. 이에 본 발명의 바람직한 실시예로는 170~190℃에서 30~60초간 수행하는 것이 바람직하다.
이처럼 이루어진 본 발명에 따른 베드 구조는, [도 2] 및 [도 7]과 같이, 상술한 제1폴리우레탄층(10), 제2폴리우레탄층(20), 허니컴 구조물(30), 그리고 부직포(40)를 차례로 쌓아서 일체로 형성하여 제작한다. [도 7]에서, 미설명 부호 "50"은 베드에 설치하는 열선을 나타낸다.
(
베드
구조의
실차
가속투과 소음 성능 평가)
이상과 같이 이루어진 본 발명에 따른 베드 구조는 제2폴리우레탄층에 CNT를 첨가하지 않은 비교예와 첨가한 실시예에 대하여 실제 차량에 장착하여 주파수 변화에 따른 가속투과소음(OPEN A.I [3rd W.O.T])을 측정한 결과는 다음의 [도 8]과 같다.
[도 8]에서, 가로축은 회전수(rpm)를, 세로축은 가속투과소음(OPEN A.I [3rd W.O.T])(%AI)을, 검은 선은 비교예의 그래프를, 붉은 선은 실시예의 그래프를 각각 나타낸다.
가속투과소음을 측정한 결과, [도 8]과 같이, 실시예가 비교예보다 회전수(rpm) 전체 영역에서 1~2%AI 포인트 지수 향상한 것을 알 수 있다. 또한, 회전수 1,000~25,000rpm에서 평균값을 구해보면 비교예가 69.5%AI이고 실시예가 71.6%AI로 실시예가 2.1%AI 포인트 높게 나온 것을 알 수 있다.
10 : 제1폴리우레탄층
20 : 제2폴리우레탄층
30 : 허니컴 구조물
40 : 부직포
20 : 제2폴리우레탄층
30 : 허니컴 구조물
40 : 부직포
Claims (11)
- 적어도 아래의 구성을 차례로 적층하여 일체로 성형하되,
바이오 매스를 함유한 제1폴리우레탄층(10);
탄소나노튜브(CNT)를 함유한 제2폴리우레탄층(20);
종이로 제작한 허니컴 구조물(30); 및
부직포(40);를 포함하는 것을 특징으로 하는 트럭용 베드 구조.
- 제1항에서,
상기 제1폴리우레탄층(10)에는,
바이오 매스가 제1폴리우레탄층(10) 전체 중량의 35중량% 내지 60중량%인 것을 특징으로 하는 트럭용 베드 구조.
- 제1항에서,
상기 제2폴리우레탄층(20)은,
밀도 24~27kg/㎥이고,
경도 13~16Kgf인 것을 특징으로 하는 트럭용 베드 구조.
- 제1항에서,
상기 제2폴리우레탄층(20)은,
폴리올(Polyol)의 중량 100을 기준으로 여기에 중량비 150~160의 이소시아네이트(Isocyanate) 및 중량비 15.0~15.5의 탄소나노튜브가 함유된 충전제를 혼합하여 교반하고;, 상기 폴리올과 이소시아네이트 그리고 충전제가 교반된 용액을 몰드에 주입하여 발포 성형한 다음 탈형하여 제조한 것을 사용하되,
상기 충전제는 난연성의 팽창흑연과 탄소나노튜브의 중량비가 13.65:1.35~14.85:0.15인 것을 특징으로 하는 트럭용 베드 구조.
- 제4항에서,
상기 이소시아네이트와 충전제를 교반할 때는,
이소시아네이트에 탄소나노튜브가 함유된 충전제를 첨가한 다음 30초 동안 교반한 다음,
충전제를 첨가하여 교반한 이소시아네이트를 폴리올 원액에 추가하여 8초간 교반하는 것을 특징으로 하는 트럭용 베드 구조.
- 제4항에서,
상기 폴리올은, 그 중량비가
고분자 PPG(분자량 2,500~3,500) : 77
실리콘계 셀 오픈 정포제 : 3
사슬 연장제(Chain Extender) : 4
인계난연제(Flame-retardant) : 6
실리콘 계면활성제(Surfactant) : 1.5
아민 촉매 : 1
물 : 7.5
인 것을 특징으로 하는 트럭용 베드 구조.
- 제4항에서,
상기 이소시아네이트는 NCO가 48.3중량% 함유된 것을 특징으로 하는 트럭용 베드 구조.
- 제4항에서,
상기 탄소나노튜브는 지름 10~50㎚, 체적 밀도 0.02~1.50g/ml, 순도 85~90%, 라만 분광법을 이용한 라만 결정도(IG/ID) 0.7~1.1의 단일벽 또는 다중벽으로, 파우더 형태 또는 분말 과립 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 트럭용 베드 구조.
- 제4항에서,
상기 제2폴리우레탄층(20)은,
발포 후 3일간 숙성하는 과정을 더 거친 것을 특징으로 하는 트럭용 베드 구조.
- 제1항에서,
상기 부직포(40)는,
일반 부직포, 강화 부직포 또는 발수 부직포인 것을 특징으로 하는 트럭용 베드 구조.
- 제10항에서,
상기 부직포(40)는,
150~200℃에서 30~60초간 열압착 성형하고,
냉각 지그에서 30~60초간 압착 냉각하여 일체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 트럭용 베드 구조.
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KR1020190001615A KR20200085961A (ko) | 2019-01-07 | 2019-01-07 | 트럭용 베드 구조 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20220130874A (ko) * | 2021-03-19 | 2022-09-27 | 국방과학연구소 | 능동반응형 멀티스케일 흡음재 및 이의 제조방법 |
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2019
- 2019-01-07 KR KR1020190001615A patent/KR20200085961A/ko not_active Application Discontinuation
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