KR920003021B1

KR920003021B1 - 방 음 재

Info

Publication number: KR920003021B1
Application number: KR1019890018886A
Authority: KR
Inventors: 미노루 요시나까; 에이조오 아사구라; 미쓰마사 오꾸; 다께시 하마베; 모도이 기다노
Original assignee: 마쓰시다 덴끼 산교오 가부시기가이샤; 다니이 아끼오
Priority date: 1988-12-19
Filing date: 1989-12-19
Publication date: 1992-04-13
Also published as: EP0374855A3; DE68926494D1; DE68926494T2; EP0374855A2; CA2005746C; EP0374855B1; KR900009478A; CA2005746A1; US5164260A; US5318837A

Abstract

내용 없음.

Description

방 음 재

제1도는 테트라포트형상 산화아연위스커의 결정구조를 나타낸 전자형미경 사진

본 발명은 방음재에 관한 것이다. 더욱 상세히 설명하면 차음(遮音), 흡음(吸音), 방진(防振), 제진(制振)등의 형태로 이용할 수 있는 방음재에 관한 것이다.

종래로부터 자동차나 철도차량류, 건축이나 건재류, 자전제품(특히 스피이커나, 플레이어, VTR, 텔레비젼등의 AV 제품, 세탁기, 청소기, 냉장고, 공기조화기, 식기세척기, 세이버(shaver)등) 산업기기, 엘리베이터, 덕트(duct)류 사무기기류(특히 프린터(printer), 도형작성기(plotter) 키보드(keyboard), 복사기등) 주방기기류, 스테이지 반사판등에서 각종의 탕음재가 사용되어 왔다.

그런데 소음에는 공기를 매개로 하여 전달하는 공기전파음과 고체를 개재한 고체전파음이 있다.

차음과 흡음은 공기전파음을 방진과 제진은 고체전파음을 대상으로 한 대책이다.

한편 소음을 방지하는 입장에서 보았을 경우 소리, 진동에너지를 흡수하는 것이 흡음과 제진이고, 반사하는 것이 차음과 방진이 된다.

소리와 진동에 관한 방음은 그 기구(mechanism)에 따라서 차음, 흡음, 제진, 방진으로 나눌 수 있다.

차음이라 함은 음차를 전파경로의 도중에서 차단, 입사음에 대하여 투과음을 작게 하므로서 투과에너지의 적은 재료가 차음재이고, 면밀도, 굽힘의 강성, 내부손실로 특성이 결정되며 일정주파수 영역에서는 질량이 클수록 차음효과를 발휘한다.

이러한 목적을 위하여 수지에 금속분이나 탄산칼슘 혹은 유리섬유를 대량으로 섞어넣은 고비중 수지나 아스팔트 계렬 시이트를 사용하여 왔다.

다음에 흡음이라 함은 음파의 반사를 작게 하기 위하여 재료자체의 점성저항이나 마찰저항으로 소리의 진동에너지를 열에너지로서 흡수하는 일이며 연속기포를 기닌 발포플라스틱등 공극률이 큰 재료가 흡음재로 된다.

이러한 목적으로는 유리솜, 석면, 발포우레탄등의 집합체나 보오드등이 각종 표면형상하에서 사용되어 왔다.

나아가서 제진이라 함은 진동이나 소리가 재료에 전달되었을 경우, 그 에너지를 재료자체의 층밀리기 변형이나 압축변형으로 열에너지로서 흡수하는 것이며 제진재로서는 손실계수와 탄성률이 높은 것이 바람직하다.

제진재는 진동판에 부친다거나 도포하여 사용하는 것이 일반적이며 제진재의 위에 패널을 부치는 구속형과 부치지 않는 비구속형이 있다.

구속형의 대표적인 것에 각종 제진강판이 있으며, 또 수지중에 페라이트, 금속, 세라믹등의 분말업자나, 활석, 마이카(mica)등의 플레이크(flake), 활라스트나이트나 유리섬유등의 각종섬유를 다량으로 섞어 넣은 제진기가 있었다.

다음에 방진이라 함은 진동을 절연하는 일이며 진동원과 피진동면 사이에 적절한 스프링을 삽입함에 상당한다.

이러한 스프링에 해당하는 것이 방진재이고, 방진고무는 이의 대표적인 것이였다.

그러나 작금에 와서 방음효과에 대한 요구가 특히 엄격하여 방음효률이 높고 또한 녹이 쓸지 않는 비금속 계렬의 뛰어난 방음재가 요구되어 왔다.

본 발명은 상기한 과제에 대하여 예의 연구한 결과, 다음의 수단에 따라 방음효율이 높은 방음재를 실현하였다.

즉 본 발명은 코어부와 동 코어부로부터 상이한 여러축방향으로 뻗은 침상결정부로 되는 산화아연위스커를 사용한 방음재이다.

또 상기한 여러 축방향의 축의 수가 4인 산화아연위스커인 방음재이다.

나아가서 전술한 침상결정부의 기부로부터 선단까지의 길이가 3μm 의상인 방음재이다.

나아가서 본 발명은 코어부와 그 코어부로부터 상이한 축방향으로 뻗은 침상결정부된 산화아연위스커(테트라포트형상산화 아연위스커)를 방음재로서 사용하여 전술한 방음소재를 보전재로 보전 또는 섞어 넣거나 또는 공간적으로 보전한 것을 특징으로 한 것이다.

본 발명의 산화아연(이하 ZnO이라 칭한다) 위스커에는 여러가지의 특징이 있다. 즉 이러한 종류의 필터(filler)로서는 전혀 신규의 형상 즉3차원구조의 테트라포트형상이 그 첫째이다.

다음에 ZnO 위스커의 섬유는 극히 ＂부드러운＂ 또한 높은 탄성률을 구비한 섬유로 전체로서는 울(wool) 형상을 하고 있다.

나아가서는 금속산화물로서 공기중에서도 부식하는 일이 없고 금속산화물중에서도 드물정도로 높은 비중(약 5.8)의 소재이다.

특히 본 발명에 사용하는 ZnO 위스커는 ZnO의 완전한 단결정체이고, 압전성을 지닌 반도전성소재이다.

그와 같이 본 발명의 ZnO 위스커는 종래의 방음소재와는 다른 뛰어난 방음적 특징을 구비하고 있다.

다음에 각각의 적용분야와 그에 대응한 ZnO 위스커의 특징적 요소를 열기하면 다음과 같이 된다.

차음재의 분야에 적용되었을 경우에는 ZnO 위스커의 높은 비중성과 압전성에 의한 에너지 손실등에 따라 차음효과가 커진다.

흡음재의 분야에 적용되었을 경우에는 잘 정치된 테트라포트 형상과 부드러운 울형상 섬유때문에 공극률을 크게할 수 있어 높은 비중성과 압전성이 함께 나타나서 좋은 효률로 진동에너지를 열에너지로 변환하게 된다.

제진재의 분야에 적용되는 경우에는 주로 수지나, 세라믹 속에 충전하여 되는 경우가 많고 테트라포트구조에 의한 ＂앵커(anchor)효과＂에 기인하는 기계적 저항에 의한 높은 내부손실이나 높은 비중성 그것에 압전성 손실등에 따라 높은 손실계수가 얻을 수 있음과 동시에 위스커 충전에 의한 높은 탄성률화가 달성되어 효률이 높은 제진재로 된다.

또 방진재의 분야에 적용되는 경우에는 테트라포트형상 ZnO 위스커의 부드러운 울 형상과 높은 비중성, 압전성 손실에 따라 효률이 좋은 방진제를 얻을 수 있다.

다음에 본 발명의 ZnO 위스커는 테트라포트형상을 하고 있고 배향성을 방지하는 것이 가능하게 되어 전방형성의 균일 방음재를 얻을 수 있게 된다.

다음에 실시예를 이용하여 구체적으로 설명하려하는 바 본 발명은 다음의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서 사용하는 ZnO 위스커는 표면에 산화피막을 지닌 금속아연분말을 산소를 함유하는 분위기하에서 가열처리하여 생성시킬 수 있다.

얻을 수 있는 ZnO 위스커는 외관상 부피비중 0.02-0.1을 지니고, 수률이 70wt% 이상과 고수률로서 극히 양산적이다.

제1도는 그 전자현미경사진의 한예를 나타낸 것이다.

동 사진에 따라 본 발명에 사용하는 ZnO 위스커의 형상적 치수적 특징이 명확히 확인 할 수 있다(테트라포트구조).

이러한 경우, ZnO 위스커 속에 침상결정부가 3축, 그렇지 않으면 2축 나아가서는 1축의 것을 섞어 넣는 경우가 있으나 이것은 4축의 것의 1부가 절손한 것이라 생각된다.

이것들 위스커의 X 선회절도를 보건대 모든 ZnO의 피이크를 나타내는 한편 전자선회절분석의 결과도, 전이, 격자결함이 적은 완전한 단결정성을 나타내고 있다.

나아가서 불순물의 함유량도 적고, 원자흡광분석의 결과 ZnO이 99.98%이였다.

한편, 방음특성의 명으로부터는 ZnO 위스커의 침상결정부의 기부에서 선단까지의 길이가 3μm 보다 작은 위스커가 큰 비율(예컨대 80wt% 이상)을 차지하는 계렬은 바람직하지 않다.

다음에 본 발명의 방음재는 여러가지의 형태로 사용할 수 있다.

즉 ZnO 위스커의 분체상태, 퇴적물상태, 소결상태를 비롯하여 각종 보전재로 적당한 방법, 형태로 보전된 것 등이다.

분체상태의 ZnO 위스커는 직포, 부직포, 세라믹, 유리, 수지고무, 콘크리이트, 모르타르, 옥스, 겔상반 고체물질, 발포체등의 용기 혹은 자루에 넣는다거나, 그것들 재료로 밀봉하여 사용할 수 있다.

또 ZnO 위스커의 퇴적물상태라 함은 제지(종이를 뜨다)법에 의한 위스커종이나, 습식여과법(진공여과등)에 의한 ZnO 위스커의 여과퇴적물등이 있다.

이러한 경우 적절한 유구나 무기 계렬의 바인더(binder)를 사용할 수 있다.

나아가서 ZnO 위스커 집합체를 적당한 압력으로 프레스하면서 그렇지 않으면 프레스한 다음에 적당한 온도(500-1600℃)에서 소결한 소결체를 사용할 수 있다.

이러한 경우, 일반적으로 사용할 수 있는 소결보조제를 적당량 사용하면 효과적이다.

프레스압은 특별히 한정하는 것은 아니지만 2000kg/㎠의 범위에서 프레스하고 특히 10-400kg/㎠에서 양호한 결과를 가져다 준다.

다음에 ZnO 위스커의 보전재로서 각종 금속을 사용할 수 있다.

금속으로는 알루미늄이나 각종 알루미늄합금, 마그네슘, 티타늄, 구리, 납, 주석, 아연, 베티륨, 철, 스테인레스등의 단체나 조합한것, 각종 원소를 첨가한 합금이 사용된다.

다음에 ZnO 위스커의 보전재로서 각종 수지가 사용할 수 있다.

구체적으로 열경화성수지와 열가소성수지의 어느것이나 사용할 수 있다.

먼저 열경화성수지에서는 한정하는 것은 아니나 에폭시수지, 불포화폴리에스테르수지, 우레탄수지, 실리콘수지, 멜타민우레아수지, 페놀수지등을 적용할 수 있다.

또 열가소성수지로서는 한정하는 것은 아니나 폴리염화비닐폴리에틸렌, 염소화폴리에틸린, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌술파이드, 폴리에테르케톤, 폴리에테르케톤, ABS 수지, 폴리스틸렌폴리프타디엔. 메틸메타아크릴레이트, 폴리아크릴니트릴, 폴리아세탈, 폴리키아보네이트, 폴리페닐렌옥사이드, 에틸렌초비공중합체 에틸렌초산비닐공중합체, 폴리초산비닐, 에틸렌테트라프로로에틸린공중합체, 방향족폴리에스테르, 폴리불화비닐, 폴리불화비닐리덴, 폴리염화비닐리덴, 테플론(teflon)등이 적용된다.

이러한 경우 방음특성의 관점으로부터 테트라포트형상 ZnO 위스커가 가능한한 절손하지 않은 그대로 보전재로 보전되는 것이 바람직하지만, 그러한 경우에는 종래 그런 종류의 목적으로 연구하여온 각종 방법을 적용할 수 있다.

즉 ZnO 위스커에 대하여 응력이나 층밀리기힘을 극력 억제한 혼합방법, 반죽방법, 압출방법 성형방법을 적용할 수 있다.

그런점에서 에폭시수지나 불포화폴리에스테르수지, 우레탄수지, 실리콘수지등의 열경화성수지와 같이 점도의 비교적 낮은 액상상태에서 ZnO 위스커를 섞어 넣고 그런다음 성형하고나서, 경화하는 방법이 바람직하다.

또 수지를 적당한 용제에 녹이고, 저점도의 용액으로 한 상태에서 ZnO 위스커를 섞어넣고 그런다음 용제를 휘발시키는 방법도 적용할 수 있다.

나아가서 수 mμ-수 10μm 정도의 수지의 전분과 ZnO 위스커를 혼합하고, 그런다음 열 또는 용재를 작용시킴에 따라 수지분을 녹이고, ZnO 위스커를 보전하는 방법도 바람직하다.

다음에 보전제로서 사용하는 고무재료로서는 천연고무나 합성고무가 사용되지만 ZnO에 대하여 나쁜 영향을 미치지 않는 고무재료이며 방음특성이 뛰어난 재료가 바람직하며 다음에 아크릴계렬고무, 실리콘고무, 프타디엔계렬고무, 이소부틸렌계렬고무, 폴리에테르고무, 이소부틸렌, 이소프렌공중합체, 이소시아네이트(isocyanate) 계렬고무가 바람직하며 용도에 따라서는 니트릴고무, 크로로프렌고무, 크로로술폰화 폴리에틸렌, 폴리술파이드고무, 불소계렬고무도 사용되고 또 천연고부를 용매에 용해한 것, 폴리에틸렌미세분말을 물에 분산시킨것 중합체의 에멀션(enulsion)등도 사용된다.

고무재료를 보전재로 하는 경우도 위스커의 절손을 극력 억제하는 일반적인 방법을 적용하면 더욱 바람직하다는 것은 말할것도 없다.

또 일반적으로 사용할 수 있는 각종 첨가제, 충전제등을 동시에 사용하는 것도 말할것도 없다.

또 각종 도료재료중에 분산한다거나, 도료재료를 보전재로 할 수 있다.

즉 도료재료로서는 한정하는 것은 아니나 에폭시계렬, 아크릴계렬, 우레탄계렬, 그밖에 각종도료가 적용되고, 특히 내열성, 내후성이 높은 도료재료가 보다 바람직하다.

다음에 각종 무기질고체재료(분말상, 섬유상, 플레이크(flake)상 입상, 고체)를 보전재로서 ZnO 위스커를 분산시켜 방음재를 구성할 수 있다.

구체적으로는 각종 세라믹이나 유리, 에나멜(enamel)등의 속에 분산한다거나 보전재로한 방음재로한 방음재가 되기도 하고 점토분, 유리섬유, 석면, 마이카(mica) 모래등에 ZnO 위스커를 분산시켜서 방음성분체나 방음성 섬유집합체(직포, 부직포형상)등을 구성할 수 있다.

그밖에 콘크리이트나 모르타르등을 보전재로 할 수 있다.

또, 파라핀왁스, 폴리에틸렌왁스등의 왁스류를 보전재로 할 수도 있다.

또, 한천이나 젤라틴등의 겔상반 고체물질이라거나, 풀이나 고무풀, 고점도폴리부텐(polybutene)등의 점성이나 부착성이 높은 물질등을 보전재로 할 수 있다.

나아가서 각종 발포체가 보전재로서 적당하며 특히 우레탄 계렬이 특성적으로 뛰어나 있어 다음으로 에폭시계렬이고 그 다음이 스틸렌계렬등이다.

이것들의 보전재중에 있어서의 ZnO 위스커는 테트라포트형상을 구비하였을 경우에 가장 큰 효과를 기대할 수 있지만 실제에는 일부가 단순한 침상으로 까지 절손한다거나 대부분이 단순한 침상으로 까지 절손하는 경우가 발생하지만 방음효과적으로는 여전히 높은 것을 기대할 수 있다.

상술한 바와 같은 보전재계렬에 있어서는 ZnO 위스커의 크기라거나 위스커의 절손정도, 매트릭스재료나 보전재의 종류, 보전형태 그것에 함께 사용하는 필러의 종류와 양에 따라 달라지기 때문에 한마디로 말할 수 없으나, 개략 1중량%이상 분산시킴에 따라 방음효과의 개선이 확인되어 5중량%이상에서 현저하게 되어 극히 소량의 사용으로 커다란 방음효과를 얻을 수 있게 된다.

이러한 경우 다른 필러를 병용함에 따라 코스트적으로 또 생산적으로 유리하게 되는 경우가 있다.

이에 사용되는 입상의 필러로서는 철, 니켈, 스테인레스등의 금속분말, 페라이트분말, 탄산칼슘, 카아본블렉, 규산알루미늄, 그밖에 각종 비이즈(beads)나 벨루운재가 있다.

다음에 플레이크형상 필로로서는 알루미늄등의 금속플레이크마이카, 활석, 유리플레이크등을 사용할 수 있다.

나아가서 섬유상 필러로서는, 철, 스테인레스등의 금속섬유, 광물섬유, 석고섬유, 탄소섬유, 유리섬유 규회석(wollastonite) 탄화규소섬유, 붕소섬유, 티타늄산칼륨위스커, 탄화규소위스커 등을 사용할 수 있다.

또 이것들의 필러 1종류 단독 또는 조합한 것과, ZnO 위스커를 병용하는 경우는 전체 필러중의 ZnO 위스커의 혼합비률은 1중량%이상이며 바람직하기는 10중량%이상이다.

본 발명이 대상으로 하는 방음재의 주파수범위는 극초저주파음으로부터 초음파에 걸친 넓은 영역을 커버하지만 특히 10Hz-20Hz의 소리를 들을 수 있는 영역, 특히 100Hz-10KHz 그 중에서도 300Hz-5KHz의 소리 및 진동에 대하여 효과가 높다.

[실시예 1]

포대의 자루에 테트라포트형상 ZnO 위스커(다리길이 100-200μm)를 채워서 두께 10cm×폭 1m×길이/m의 방음매트를 만들었다.

부피비중은 0.06(g/cc)이였다.

동 방음 매트를 6장을 합쳐서 속이빈 입방체의 방음효과 측정샘플을 만들어 입방체중심부에 발음원을 설치하고, 발음원으로부터 1m 떨어진 바닥위 50cm의 위치에서 방음 효과를 측정하였다.

측정주파수는 400Hz이였고, 그 결과를 제1표에 나타내었다.

[비교예 1-4]

비교하기 위하여 실시예 1과 전혀 마찬가지로 다른방음재를 사용하여 평가한 결과를 마찬가지로 제1표에 나타내었다.

[표 1]

[실시예 2]

테트라포트형상 ZnO 위스커(기부에서 선단까지의 길이 : 평균 20μm, 기부의 지름 : 평균 0.7μmø, 부피비중 : 0.09)를, 6-나일론수지속에 30wt%를 반죽하고, 사출성형하여 테스트리이스용의 판(두께 : 3mm)을 작성하였다.

이러한 판을 사용하여 4KHz의 제진성(손실계수, 20℃)을 평가하였던바, 충전하지 않은 것에 비하여 -13dB의 제진성이 확인되었다.

[실시예 3-5 및 비교예 5]

실시예 2와 마찬가지 ZnO 위스커와 그밖의 필러를 혼합하여 6-나일론, 수지속에 배합하였을때의 판의 제진성의 결과를 제2표에 나타내었다.

동시에 비교예로서 활석만을 배합하였을 경우의 특성도 표시하였다.

[표 2]

이러한 결과로부터 명백히 ZnO 위스커의 뛰어난 제진성부여 성능을 확인할 수 있다.

더우기 이러한 경우 수지판의 파단면을 전자현미경으로 관찰하였던바 ZnO 위스커의 테트라포트형상 잔존들은 평균 약 4%(개수)이며, 대부분의 ZnO 위스커가 절손하여 단순한 침상위스커로 변화하고 있음을 알았다.

[실시예 3]

테트라포트형상 ZnO 위스커(기부에서 선단까지의 길이 : 50-150μm 기부의 지름 : 3-8μmø, 부피비중 : 0.04)를 에폭시도료속에 5중량% 배합하고, 2mm두께의 철판에 400μm의 두께로 도포하여 건조경화하였던 바, 도포 않은 것에 비교하여 -10dB(500Hz)의 제진효과(손실계수, 20℃)를 얻을 수 있었다.

더우기, 이러한 경우의 단면관찰에 있어서는 대부분의 위스커가 테트라포트형상을 유지하고 있었다.

효률적인 반음재에 대한 요구는 최근주택관련으로부터 가전제품, 산업기기, 자동차등에 이르기까지 매우 강하게 되어 오고 있다.

이와같은 배경하에서 본 발명은 종래의 없던 신규의 방음재 소재에 따라 극히 효과적인 방음성을 실현하였다.

이러한 의미에서 본 발명은 응용범위가 대단히 넓고 그 산업성은 극히 큰 것이다.

Claims

핵부로부터 다른 여러방향으로 뻗은 핵부와 침상결정부를 지니는 산화아연 위스커입자를 구성하는 것을 특징으로 하는 방음재.
제1항에 있어서, 침상결정부가 다른 네방향으로 뻗은 것을 특징으로 하는 방음제.
제1항에 있어서, 침상결정부가 기부에서 선단까지의 길이가 3μm 이상임을 특징으로 하는 방음제.
제1항에 있어서 상기 물질은 산화아연 위스커의 침상결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방음제.
제1항에 있어서, 위스커입자가 바람직한 모양과 소결형태임을 특징으로 하는 방음재.
제1항에 있어서, 위스커입자가 시이트 또는 필터케이크로서 이루어짐을 특징으로 하는 방음재.
핵부로부터 다른 여러방향으로 뻗은 핵부와 침상결정부를 지니는 산화아연 위스커입자와 위스커입자를 보충하는 보전물을 지니는 것을 특징으로 하는 방음재.
제7항에 있어서, 방음재가 바람직한 모양을 이루는 것을 특징으로 하는 방음재.
제7항에 있어서, 위스커입자가 방음재의 1wt% 함유인 것을 특징으로 하는 방음재.
제9항에 있어서, 위스커입자가 방음재의 5wt% 함유인 것을 특징으로 하는 방음재.
제7항에 있어서, 방음재가 무기충전재인 위스커입자의 분산임을 특징으로 하는 방음재.
제11항에 있어서 무기충전재는 입자, 비이드, 기구, 플레이크 또는 섬유인 것을 특징으로 하는 방음재.
제7항에 있어서, 방음재는 수지 또는 고무로된 위스커입자의 분산임을 특징으로 하는 방음재.
제13항에 있어서, 수지가 열경화성수지인 것을 특징으로 하는 방음재.
제13항에 있어서, 수지가 열가소성수지인 것을 특징으로 하는 방음재.
제13항에 있어서, 고무가 폴리우레탄계 고무인 것을 특징으로 하는 방음재.
제13항에 있어서, 수지나 고무를 발포처리한 것을 특징으로 하는 방음재.
제13항에 있어서, 위스커입자가 1wt% 이상 함유되어 있는 양과 같은 적어도 하나의 충전재를 포함하는 것을 특징으로 하는 방음재.
제18항에 있어서, 위스커입자가 10wt% 함유하는 것을 특징으로 하는 방음재.
제7항에 있어서, 위스커입자가 페인트 또는 에멀션(emulsion)으로 분산되어지는 것을 특징으로 하는 방음재.
제7항에 있어서, 보전재가 모르타르 또는 시멘트인 것을 특징으로 하는 방음재.
제7항에 있어서, 보전재가 분산된 위스커입자로된 금속분말인 것을 특징으로 하는 방법.
제7항에 있어서, 위스커입자가 금속판 사이에 존재하는 것을 특징으로 하는 방음재.
제7항에 있어서, 위스커입자가 금속메트릭스에 분산된 것을 특징으로 하는 방음재.
제7항에 있어서, 보전재가 왁스인 것을 특징으로 하는 방음재.