KR20210014957A - 엔진 인캡슐레이션용 복합소재 매트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 엔진 인캡슐레이션용 복합소재 매트에 있어서, 흡차음성을 위한 섬유형 복합소재로서 품질균일도 및 사용성이 양호하고 취급성 및 음향적 특성이 양호케 하는 유리섬유 얀사 소재와 제품형상 성형을 위한 바인더 섬유로 폴리아마이드섬유(PA) 소재를 혼합 사용하여 내열성의 섬유형 복합소재 매트층(20)을 구성하되, 섬유형 복합소재 매트층(20)을 구성하는 유리섬유 얀사와 폴리아미드섬유의 혼합비율이 60:40~40:60 wt% 비율이고, 면밀도가 700~1200 g/㎡, 중량편차가 -30 ~ +50 g/㎡, 두께가 7~13mm, 연소성이 10mm/분 이하로 구성한 것이다.
Description
본 발명은 엔진 인캡슐레이션용 부재에 관한 것으로, 특히 엔진 인캡슐레이션 부재에서의 소음차단과 보온 및 단열이 가능한 내열성의 복합소재 매트에 관한 것이다.
요즈음 자동차업계에서 화두되는 요소의 일 예로는 연비 개선이다. 최근 유해 배기가스 규제에 더하여 이산화탄소 규제까지도 강화되고 있는 추세이고, 연비 인증시험에서 사용되는 주행모드와 실제 도로주행모드에서의 연비 차이가 밝혀지면서 시험 모드를 실제 도로주행 조건을 기준으로 하는 방향으로 변경하고 있기에, 연비 개선에 대한 관심은 더욱 증가하고 있다.
자동차의 엔진은 충분히 웜업(warm-up)되어야 효율적인 운전이 가능해지고, 냉동시에는 낮은 온도로 인해 연소실의 온도가 낮아 연소 효율이 감소하고, 각종 윤활용 오일의 점도가 높아 마찰 손실도 증가하게 되어 연비 저하가 나타날 수 있다.
이에, 엔진룸 내부에 예를 들어, 단열재 등의 부재를 장착하여 엔진의 시동이 정지된 직후 엔진에 잔류하거나 이로부터 발생하는 열에너지가 대기로 버려지는 것을 최소화하고, 엔진의 냉각수 또는 오일 등에 저장될 수 있도록 하여 연비를 개선시킬 수 있는 엔진 인캡슐레이션이 중요시되고 있다.
엔진 인캡슐레이션은 엔진 시동이 정지된 후에 엔진에서 발생하는 열에너지가 대기로 버려지는 것을 최소화하고 엔진의 냉각수 또는 오일 등에 저장될 수 있도록 엔진부위를 단열재로 감싸는 기술이다. 즉, 시동 정지 후 냉각수 온도와 오일 온도를 서서히 떨어지게 함으로써 재시동 시에 온도를 높게 유지하여 냉시동시 문제가 되는 연비악화 문제를 개선할 수 있는 기술이며, 이에 대한 개선이 지속적으로 요망된다.
따라서 본 발명의 목적은 연비를 개선하는 엔진 인캡슐레이션 부재를 구성함에 있어 취급성 및 음향적 특성 향상이 가능하며 단열특성 향상도 가능케 하는 엔진 인캡슐레이션용 복합소재 매트를 제공함에 있다.
상기한 목적에 따른 본 발명은, 엔진 인캡슐레이션용 복합소재 매트에 있어서, 흡차음성을 위한 섬유형 복합소재로서 품질균일도 및 사용성이 양호하고 취급성 및 음향적 특성이 양호케 하는 유리섬유 얀사 소재와 제품형상 성형을 위한 바인더 섬유로 폴리아마이드섬유(PA) 소재를 혼합 사용하여 내열성의 섬유형 복합소재 매트층(20)을 구성하되, 섬유형 복합소재 매트층(20)을 구성하는 유리섬유 얀사와 폴리아미드섬유의 혼합비율이 60:40~40:60 wt% 비율이고, 면밀도가 700~1200 g/㎡, 중량편차가 -30 ~ +50 g/㎡, 두께가 7~13mm, 연소성이 10mm/분 이하로 구성함을 특징으로 하는 엔진 인캡슐레이션용 복합소재 매트이다.
또 본 발명에서는, 섬유형 복합소재 매트층(20) 일측면에 합착되는 엔진 인캡슐레이션용 알루미늄포일시트층(10)을 더 구비하되, 알루미늄포일시트층(10) 면상에는 요철 엠보싱(12)과 핀홀(14)들을 배열 형성하며, 요철 엠보싱(12)은 하방돌출 엠보홈(12a)과 상방돌출 엠보홈(12b)이 서로 어긋나게 배열 형성되고, 알루미늄포일시트층(10)의 두께(t)는 50~200㎛, 핀홀(14)의 크기(D)는 0.1~0.5mm, 핀홀(14)의 간격(P)은 1.5~3mm, 핀홀(14)의 타공개수는 30~36개/㎠, 엠보홈(12a)(12b)의 크기(m) 1.5~3mm, 엠보홈(12a)(12b)의 깊이(k)는 0.5~2mm, 하방돌출 엠보홈(12a)간 및 상방돌출 엠보홈(12b)간의 이격간격(s)은 2.5~4.5mm로 구성함을 특징으로 한다.
본 발명은 연비향상을 위한 엔진 인캡슐레이션용 부재를 구성함에 있어 섬유복합형 매트로 구현하여서 내열성과 취급성이 양호하며 또 알루미늄소재를 추가 활용하여 흡차음성이 함께 고려된 향상된 단열특성까지도 구현함으로써 엔진의 국소부분에 높은 열 노출로 인한 제품의 손상 문제 방지 또는 실내 정숙도 향상 및 자동차의 CO2 배출량 저감하여 차량 전체에 유해한 문제를 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 적용되는 엔진 인캡슐레이션용 부재의 구성도,
도 2는 도 1의 알루미늄포일시트층과 섬유형 복합소재 매트층을 갖는 엔진 인캡슐레이션용 복합소재 매트의 단면 구성도,
도 3은 도 1의 알루미늄포일시트의 사시 구성도,
도 4는 도 3의 알루미늄포일시트의 단면 구성도,
도 5는 도 4의 엔진 인캡슐레이션용 알루미늄포일시트의 확대 단면 구성도.
도 2는 도 1의 알루미늄포일시트층과 섬유형 복합소재 매트층을 갖는 엔진 인캡슐레이션용 복합소재 매트의 단면 구성도,
도 3은 도 1의 알루미늄포일시트의 사시 구성도,
도 4는 도 3의 알루미늄포일시트의 단면 구성도,
도 5는 도 4의 엔진 인캡슐레이션용 알루미늄포일시트의 확대 단면 구성도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에서는 자동차의 CO2 배출량 저감 및 실내 정숙도 향상을 위해 단열성능이 우수한 소재, 성형공정, 부품 설계/해석 기술을 기반으로 한 다층(Multi-layer) 엔진 인캡슐레이션(Engine encapsulation)용 부재를 구현한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 적용되는 엔진 인캡슐레이션용 부재(2)의 구성도로서, 단열성 및 흡차음성 향상을 위한 알루미늄포일시트층(10)과, 단열성 및 흡차음성에 유리하고 성형성과 내열성 및 작업성이 좋도록 한 섬유형 복합소재 매트층(20)과, 제품 성형성 및 흡음성이 좋도록 하는 폴리우레탄몰드층(30)과, 외부 피복을 위한 부직포층(40)으로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 엔진 인캡슐레이션용 복합소재 매트는 섬유형 복합소재 매트층(20)으로만 구성될 수 있고, 도 2에서와 같이, 섬유형 복합소재 매트층(20)의 일면상에 합착되는 알루미늄포일시트층(10)까지 포함하여 구성할 수도 있다.
본원 발명자는 엔진 인캡슐레이션용의 섬유형 복합소재 매트층(20)을 구성함에 있어 내열성 및 단열성과 흡차음성을 갖는 무기섬유 소재와 매트성형용의 바인더섬유 소재를 함께 혼합하며, 그 적절한 비율을 검토하였다.
무기섬유는 유리섬유, 현무암섬유, 실리카섬유 등이 있으며, 대량 생산이 가능하고 품질 균일도 및 사용성이 우수한 유리섬유를 선택 적용한다. 유리섬유는 굵기에 따라 얀과 로빙사로 구분되는데, 본 발명에서는 유리섬유경이 가늘수록 취급성 및 음향적 특성이 양호한 유리섬유 얀사를 선택하였다.
그리고 매트의 제품형상 성형을 위한 매트성형용의 섬유소재로는 폴리프로필렌섬유(PP)와 폴리아마이드섬유(PA)를 활용하여서 매트의 성형이 가능하나, PP의 경우 소재의 용융점이 160℃내외이고 PA의 경우 그 용융점이 220~250℃정도로 PA에 비해 상대적으로 높은 소재이다.
본원 발명자는 인캡슐레이션 매트로의 적용여부를 확인하기 위하여 발열체인 엔진의 온도를 고려하여 소재 상에서 적절한 가용성을 확인하기 위하여 소재별 바인더섬유의 혼합율, 소재 중량별 섬유형 복합소재 매트를 제작 실시하였고, 시험평가 하였다.
그 결과, PP소재의 매트성형용 섬유소재는 200℃ 1시간 노출 시 PP성분의 용융 탄화의 과정을 거치면서 투입된 섬유소재 대부분이 탄화 소멸된 것을 강열감량 시험으로 확인할 수 있었으며 이와 함께 제품 치수성을 유지가 불가능한 것을 확인 하였다.
그에 반해, PA소재의 경우 바인딩 섬유의 열적 특성을 따라 200℃ 1시간 노출 시 변화가 없음을 관찰할 수 있었고 PA함량이 높을수록 열적 안정성이 높아지는 것을 확인 할 수가 있었으며 소재 중량에 따른 변위 정도는 큰 차이가 발생되지 않음을 확인하였기에, 본 발명에 따른 매트성형용 바인더섬유 소재로는 폴리아마이드섬유(PA) 소재를 선정하였다.
무기섬유소재인 유리섬유 얀사 소재와 바인더섬유 소재인 폴리아마이드섬유(PA) 소재를 혼합하여서 제작한 섬유복합형 매트의 경우 유리섬유의 함량이 높을수록 유리섬유의 노출도가 심하여 취급 시 가려움 등의 문제점이 발생되기에, 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하면서도 흡차음성 등도 문제없도록 유리섬유 얀사와 폴리아미드섬유의 혼합비율을 60:40 ~ 40:60 wt% 비율(바림직하게는 50 : 50 wt% 비율)로 설정하여서 취급성이 개선되는 현상을 확인하였고 음향성 특성을 양호케 하고 사용성도 높일 수 있었다.
무기섬유 대비해서 PA소재 바인딩용 섬유의 가격이 비싸고 특히 PP섬유 대비해서 PA섬유 단가가 고가이기는 하나 엔진에 적용시의 열적안정성을 위하여 본 발명에서 선정한 PA섬유를 사용하는 것이며, 혼합비율 역시 소재의 공정 중 취급성 및 안정성을 위하여 40~60wt% 비율로 투입한다.
또한 본 발명의 섬유형 복합소재 매트층(20)은 엔진 인캡슐레이션 용도에 적합하도록 면밀도(중량)가 700~1200 g/㎡ 갖게 구성하며, 제작 매트의 균일성 유지를 위해 중량편차가 -30~+50g/㎡이 되게 구성한다.
또한 본 발명의 섬유형 복합소재 매트층(20)은 그 두께를 7~13mm로 하고 화재방지가 가능한 엔진 인캡슐레이션 용도에 적합하도록 연소성이 10mm/분 이하로 되게 하여 내열특성이 강구되게 구성한다.
또한 본 발명에서는 비중이 낮은 열가소성 섬유(비중 1.0내외)와 비중이 높은 유리섬유를 혼합하여 매트를 제조할 때 섬유의 분산/배합을 효과적으로 하기 위하여 복수의 호퍼 및 복수의 카드를 이용한 카딩공정을 수행하는 섬유배합을 실시하여 균질도 향상시켰다.
또한 섬유형 복합소재가 본 발명에서의 두께 범위 7~13mm내에서 형성됨과 아울러 표면균일도가 확보되도록 하는 니들펀칭 공정을 수행한다.
니들펀칭 공정상을 통해서 유리섬유와 열가소성 섬유사가 혼합된 웹(web)이 형성되고 매트 중량(면밀도)에 맞게 적층된 부분을 프리펀칭(Pre-punching)과 훅 펀칭(Hook-punching)을 통하여 웹의 결속을 실시하여 본 발명에서 요구하는 적합한 두께를 형성하나, 훅펀칭 적용시 원사의 외부로 빠져나오는 문제가 발생하는바 본 발명에서는 니들펀칭 공정상에서는 프리펀칭만을 적용하여 섬유복합형매트의 두께 가 두께 범위 7~13mm내에서 형성될 수 있도록 함과 동시에 매트의 표면 균일도가 확보되도록 하였다.
또한 본 발명에서는 도 2에서와 같이, 섬유형 복합소재 매트층(20) 일측면에 합착되는 엔진 인캡슐레이션용 알루미늄포일시트층(10)을 더 구비할 수 있다.
엔진 인캡슐레이션용 알루미늄포일시트층(10)은 열전도율이 우수한 알루미늄 포일 소재로서 알루미늄포일시트층(10) 면상에 단열특성 향상 및 흡차음성의 향상이 있도록 함과 동시에 이면에 배치되는 섬유형 복합소재 매트층(20)의 기능성 손실을 최소화되게 해준다.
도 3은 도 2의 엔진 인캡슐레이션용 알루미늄포일시트층(10)의 사시 구성도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 인캡슐레이션용 알루미늄포일시트층(10)의 단면 구성도이며, 도 5는 도 4의 엔진 인캡슐레이션용 알루미늄포일시트층(10)의 확대 단면 구성도이다.
본 발명의 엔진 인캡슐레이션용 알루미늄포일시트층(10)은 단열을 위한 공기층 마련과 흡차음 기능성에 유리한 요철 엠보싱(12)의 배열 형성과 동시에 흡차음의 기능성이 좋아지도록 개선된 미세한 핀홀(14)들을 타공 형성한 것이다.
본 발명에 따라 형성되는 다수의 요철 엠보싱(12)들과 수많은 핀홀(14)들은 프레스에 의해서 한장씩 동시 성형되는 것이 아니라 알루미늄포일시트층(10)이 공급롤을 통해 연속적으로 공급되고, 수많은 핀홀(14)들을 타공 형성하는 핀롤쌍과 포일시트 면상에 상부돌출 및 하부돌출 엠보홈(12a)(12b)을 형성하는 엠보롤쌍을 차례로 거치면서 다수의 핀홀(14)들과 다수의 요철 엠보싱(12)이 형상변형이나 핀홀 막힘, 포일시트 찢김 등이 없이 알루미늄포일시트층(10)상에 온전히 형성되게 한다.
알루미늄포일시트층(10)은 열전도율이 우수한 소재로서 본 발명에 따라 단열특성의 향상(집중열을 골고루 신속 분포되게 하는 등)을 위해 사용하되 핀홀(14) 형성과 엠보싱(12) 형상을 금속표면에 가공처리하기 용이하도록 특히 가공이나 이송중 찢김현상이나 핀 타공불량 방지를 위해 그 두께(t)가 50~200㎛를 가진다. 알루미늄포일시트층(10)의 두께(t)가 200㎛를 초과하면 수많은 핀홀(14)들의 고른 천공이 잘되지 않고 포일 자체두께로 인해 천공되어진 핀홀 크기가 흡차음성 등의 기능성 발현이 어려울 정도로 적어지며, 또 알루미늄포일시트층(10)의 두께(t)가 50㎛ 미만이 되면 가공이나 이송중에 찢어질 수 있으며 핀홀크기가 천공 타발력에 의해 기능성 부여를 위해 요구하는 크기를 초과할 수 있다는데에 그 임계적 의의가 있다.
엔진 인캡슐레이션용 알루미늄포일시트층(10)은 그 면상에 형성된 다수의 요철 엠보싱(12)이 공기층을 형성하여 단열성능을 좋게하며, 알루미늄호일시트층(10)면상에 형성된 수많은 핀공(14)들이 소음을 흡수하여서 소멸되게 하고 소음이 전달되지 않도록 한다.
본원 발명자가 엔진 인캡슐레이션용에 맞는 단열성과 집중열이 분산되게끔하는 단열성 향상을 포함하고 인캡슐레이션 섬유형 복합소재 매트층(20)에 합착되어서 매트층(20)에서의 기능성이 손실되지 않도록 하며 엔진의 발생 소음에 맞추어 흡차음성의 향상이 있도록 하며 하자없이 가공공정을 통한 연속적인 제품 생산성이 우수하도록 하는 수많은 시험을 거듭한 바, 하기와 같은 조건에서 알루미늄포일시트층(10)의 요철 엠보싱(12)들과 핀공(14)들을 갖는 엔진 인캡슐레이션용 알루미늄포일시트(2)를 구현한다.
- 핀홀(14)의 크기(D): 0.1~0.5mm,
- 핀홀(14)의 간격(P): 1.5~3mm
- 핀홀(14)의 타공개수: 30~36개/㎠
- 엠보홈(12a)(12b)의 크기(m): 1.5~3mm
- 엠보홈(12a)(12b)의 깊이(k): 0.5~2mm
- 엠보홈(12a)간 및 엠보홈(12b)간 이격간격(s) 2.5~4.5mm
본 발명의 알루미늄포일시트층(10)에 형성된 엠보홈(12a)(12b)의 크기(m), 엠보홈(12a)(12b)의 깊이(k), 핀홀(14)의 크기(k), 핀홀(14)의 타공개수가 해당 범위내에 있으면 단열성 향상과 흡차음성이 좋아지고 가공성이 우수해진다.
그런데 해당 범위 미만으로 성형하면 단열성이나 흡음률이 떨어지는 결과를 초래하고, 반면에 수치조건의 이상으로 성형하면 엠보싱롤쌍(50)에 의해 형성되는 엠보홈(12a)(12b)의 크기(m)나 깊이(k)가 엔진 인캡슐레이션용 외피로서 성형하기가 어렵고 엠보홈 돌출부분이 찢어질 수가 있어 성형 이후 기능을 상실하게 되는 결과를 초래할 수가 있으므로 본 발명에서 알루미늄포일시트층(10)에 엠보 홈(12a)(12b)과 미세관통공(14)의 깊이, 크기 등을 한정하여 자동차의 엔진룸의 단열성능 및 소음에 대처하여 적용할 수 있는 조건을 갖도록 한 것이다
알루미늄포일시트층(10) 표면에 많은 미세한 핀홀(14)들을 통해서 입사음파가 매트 내부로 흡수된다. 음파가 입사되면 표면 또는 핀홀(14)내의 공기입자를 진동시켜 흡음된다. 이렇게 흡음이 되는 것은 핀홀(14)내의 공기입자의 점성에 의하거나 핀홀(14) 내경벽면과의 마찰에 의해 입사에너지의 일부가 열에너지로 바뀌게 되기 때문이다.
상기한 바와 같은 엔진 인캡슐레이션용 매트를 사용하게 되면 하기와 같은 이점이 있다.
- 초절연 소재 속도를 늦추고 보다 높은 온도에서 재시동이 가능하게 함으로써 연비향상 및 이산화탄소 방출량 절감 가능
- 열 손실을 줄여 빠른 제빙효과를 가져올 수 있으며, 냉태 시동(Cold start) 횟수를 감소시켜 오염을 저감
- 여러 번의 짧은 주행에서의 에너지 효율 증가 및 연료 소비 저감 효과 증대
- 엔진과 같은 고온부위의 부품 개발 기술의 확보가 용이
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위 및 그 특허청구범위와 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.
(2)-- 엔진 인캡슐레이션용 부재 (10)-- 알루미늄포일시트층
(12)-- 요철 엠보싱 (12a)-- 상방돌출 엠보홈
(12b)-- 하방돌출 엠보홈 (14)-- 핀홀
(20)-- 섬유형 복합소재 매트층 (30)-- 폴리우레탄몰드층
(40)-- 부직포층
(12)-- 요철 엠보싱 (12a)-- 상방돌출 엠보홈
(12b)-- 하방돌출 엠보홈 (14)-- 핀홀
(20)-- 섬유형 복합소재 매트층 (30)-- 폴리우레탄몰드층
(40)-- 부직포층
Claims (2)
- 엔진 인캡슐레이션용 복합소재 매트에 있어서,
흡차음성을 위한 섬유형 복합소재로서 품질균일도 및 사용성이 양호하고 취급성 및 음향적 특성이 양호케 하는 유리섬유 얀사 소재와 제품형상 성형을 위한 바인더 섬유로 폴리아마이드섬유(PA) 소재를 혼합 사용하여 내열성의 섬유형 복합소재 매트층(20)을 구성하되,
섬유형 복합소재 매트층(20)을 구성하는 유리섬유 얀사와 폴리아미드섬유의 혼합비율이 60:40~40:60 wt% 비율이고, 면밀도가 700~1200 g/㎡, 중량편차가 -30 ~ +50 g/㎡, 두께가 7~13mm, 연소성이 10mm/분 이하로 구성함을 특징으로 하는 엔진 인캡슐레이션용 복합소재 매트.
- 제1항에 있어서, 섬유형 복합소재 매트층(20) 일측면에 합착되는 엔진 인캡슐레이션용 알루미늄포일시트층(10)을 더 구비하되, 알루미늄포일시트층(10) 면상에는 요철 엠보싱(12)과 핀홀(14)들을 배열 형성하며, 요철 엠보싱(12)은 하방돌출 엠보홈(12a)과 상방돌출 엠보홈(12b)이 서로 어긋나게 배열 형성되고, 알루미늄포일시트층(10)의 두께(t)는 50~200㎛, 핀홀(14)의 크기(D)는 0.1~0.5mm, 핀홀(14)의 간격(P)은 1.5~3mm, 핀홀(14)의 타공개수는 30~36개/㎠, 엠보홈(12a)(12b)의 크기(m) 1.5~3mm, 엠보홈(12a)(12b)의 깊이(k)는 0.5~2mm, 하방돌출 엠보홈(12a)간 및 상방돌출 엠보홈(12b)간의 이격간격(s)은 2.5~4.5mm로 구성함을 특징으로 하는 으로 하는 엔진 인캡슐레이션용 복합소재 매트.
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| KR1020190093080A KR20210014957A (ko) | 2019-07-31 | 2019-07-31 | 엔진 인캡슐레이션용 복합소재 매트 |
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| KR (1) | KR20210014957A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220143994A (ko) * | 2021-04-16 | 2022-10-26 | 인하대학교 산학협력단 | 자동차 엔진 인캡슐레이션용 흡음성 단열재 |
| KR20220151749A (ko) * | 2021-05-07 | 2022-11-15 | 인하대학교 산학협력단 | 자동차 엔진 인캡슐레이션용 흡음성 단열재 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180116579A (ko) | 2017-04-17 | 2018-10-25 | (주)엘지하우시스 | 엔진룸 인캡슐레이션 보드 및 이의 제조 방법 |
-
2019
- 2019-07-31 KR KR1020190093080A patent/KR20210014957A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
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