WO2014051351A1 - 흡음성능이 우수한 흡음재 및 그 제조방법 - Google Patents

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    • D01D5/253—Formation of filaments, threads, or the like with a non-circular cross section; Spinnerette packs therefor

Definitions

  • the present invention relates to a sound absorbing material having excellent sound absorption performance and a method of manufacturing the same, and more particularly, to be attached to an interior or exterior material of a vehicle or an automobile to block external noise from entering a vehicle interior, and to use an electronic product using a motor part. Also relates to a sound absorbing material having excellent sound absorption performance that can be used to improve the noise blocking performance.
  • the noise flowing into the vehicle can be divided into the noise generated from the engine through the vehicle body and the noise generated from the contact between the tire and the road surface.
  • There are two ways to improve the noise which is to improve the sound absorption performance and sound insulation performance. Sound absorption is the sound energy generated through the internal path of the material converted into heat energy and extinguished. Is reflected by the shield and blocked.
  • Binder fiber is usually used as the inner layer of regular polyester and the outer layer of short fibers obtained by complex spinning of low melting point polyester.
  • the fiber assembly is hardened, and thus, the vibration transmitted to the matrix structure generated by the transmission of sound waves is not sufficiently attenuated, and thus the sound absorption rate of the low frequency region is mainly lowered. .
  • the present invention has been made to solve the above problems,
  • An object of the present invention is to form a large surface area and an air layer to maximize the viscosity loss and the dissipation path of the incident sound energy to improve the sound absorption rate and transmission loss, it is possible to achieve excellent sound absorption performance using a small amount of fiber It is to provide a sound absorbing material capable of a light weight design and a manufacturing method thereof.
  • It provides a method for producing a sound absorbing material for molding a fiber aggregate comprising a non-woven fabric comprising a binder fiber for partially bonding a plurality of polymorphic cross-sectional fibers.
  • the value of relation 1 can be produced including a polymorphic cross-section fiber satisfying 2.6 or more.
  • the value of the relation 1 can be prepared including a polymorphic cross-sectional fiber that satisfies 3.0 or more.
  • the polymorphic cross-sectional fiber may be any one or more selected from the group consisting of hexagonal star shape, three rod flat, six lobe, eight lobe and wavy.
  • the length of the polymorphic cross-sectional fiber may be 35 to 65 mm.
  • the binder fiber includes a low melting point (LM) elastomer having an elastic recovery rate of 50 to 80%, the resilience of the sound absorbing material may be 50 to 80%. .
  • LM low melting point
  • the binder fiber may be a composite fiber spun composite spinning with the low melting point (LM) elastomer as one component.
  • LM low melting point
  • the low melting point (LM) elastomer (Elastomer) may be any one or more selected from the group consisting of polyester-based, polyamide-based, polystyrene-based, polyvinyl chloride-based and polyurethane-based have.
  • the low melting point (LM) elastomer is a dimethyl terephthalate (DMT) and dimethyl isophthalate (DMI) or terephthalic acid (TPA) 1,4-butanediol (1,4-BD), polytetramethyleneglycol (PTMG) as a diol, and isophthalic acid (IPA) as a diacid. It can be prepared through the esterification and polymerization step.
  • DMT dimethyl terephthalate
  • DMI dimethyl isophthalate
  • TPA terephthalic acid
  • PTMG 1,4-butanediol
  • IPA isophthalic acid
  • it may include 50 to 80% by weight of the polymorphic cross-sectional fiber and 20 to 50% of the binder fiber.
  • the present invention is a polymorphic cross-sectional fiber that satisfies the following relation 1; And binder fibers for partially bonding the plurality of polymorphic cross-sectional fibers.
  • the value of relation 1 may include a polymorphic cross-sectional fiber that satisfies 2.6 or more.
  • the polymorphic cross-sectional fiber may be any one or more selected from the group consisting of hexagonal star shape, three rod flat, six lobe, eight lobe and wavy.
  • the length of the polymorphic cross-sectional fiber may be 35 to 65 mm.
  • the fineness of the polymorphic cross-sectional fiber may be 1.0 to 7.0 De.
  • the binder fiber includes a low melting point (LM) elastomer having an elastic recovery rate of 50 to 80%, the resilience of the sound absorbing material may be 50 to 80%. .
  • LM low melting point
  • the binder fiber may be a composite fiber spun composite spinning with the low melting point (LM) elastomer as one component.
  • LM low melting point
  • the low melting point (LM) elastomer (Elastomer) may be any one or more selected from the group consisting of polyester-based, polyamide-based, polystyrene-based, polyvinyl chloride-based and polyurethane-based have.
  • the sound absorbing material may include 50 to 80% by weight of polymorphic cross-sectional fibers and 20 to 50% of binder fibers.
  • the value of relation 1 may include a polymorphic cross-sectional fiber satisfying 3.0 or more.
  • the wavy polymorphic cross-sectional fiber used in the present invention means a fiber in which the cross-sectional shape is wavy. Specifically, the shape is as shown in FIG. 5.
  • the sound absorbing material having excellent sound absorption performance of the present invention can improve the sound absorption rate and transmission loss by forming a large surface area and an air layer so as to cause a viscosity loss of the incident sound energy.
  • Figure 1 is a hexagonal star-shaped polymorphic cross-sectional fiber included in the sound absorbing material according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a three-rod flat polymorphic cross-sectional fiber included in the sound absorbing material according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a six-leaf polymorphic cross-sectional fiber included in the sound absorbing material according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is an eight-lobed polymorphic cross-sectional fiber included in the sound absorbing material according to a preferred embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a wavy polymorphic cross-sectional fiber included in the sound absorbing material according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is an eight-leaf polymorphic cross-sectional fiber included in the sound absorbing material according to a preferred embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is an eight-leaf polymorphic cross-sectional fiber included in the sound absorbing material according to a preferred embodiment of the present invention.
  • L, W taking an example of the 8-leaf polymorphic cross-sectional fiber according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the conventional fiber structure sound absorbing material increases the surface density and thickness of the fiber assembly in order to increase the porosity and the sound wave dissipation path, thereby improving sound absorption performance and sound insulation performance.
  • the fiber aggregates are hardened, so that the vibration transmitted to the matrix structure generated by the transmission of sound waves is not sufficiently attenuated and the sound absorption rate of the low frequency is lowered. There was a problem.
  • a polymorphic cross-section fiber satisfying the following relational formula 1; And binder fibers for partially bonding a plurality of the polymorphic cross-sectional fibers.
  • a large surface area and an air layer can be formed to cause viscous loss of incident sound energy, thereby improving sound absorption and transmission loss.
  • Polymorphic cross-sectional fiber used in the present invention The ⁇ value calculated as (A: fiber cross-sectional area ( ⁇ m 2 ), P: length of the fiber cross-section perimeter ( ⁇ m)) satisfies 1.5 or more. And the sound absorption rate and transmission loss can be improved. If the value of ⁇ is less than 1.5, the fiber surface area is small, so that a large amount of fiber is required to effectively implement sound absorption performance, and thus there is a problem in that the design of light weight is impossible. The larger the value of ⁇ , the wider the surface area of the fiber. More preferably, the polymorphic cross-sectional fiber used in the present invention may have a value of ⁇ of 2.6 or more, and more preferably 3.0 to 7.0.
  • ⁇ value of the polymorphic cross-sectional fibers used in the present invention exceeds 7.0, resulting in an increase in manufacturing cost, replacement of equipment related to improving cooling efficiency, a polymer modification for improving the solidification rate, and a decrease in productivity, resulting in an increase in manufacturing cost. Problems may arise.
  • the polymorphic cross-sectional fibers used in the present invention may be a single or mixed form such as hexagonal star, three-bar flat, six-lobed, eight-lobed or wavy.
  • the value of ⁇ satisfies 1.5 or more
  • specific shapes such as the number of bending points, the length and width of the cross section, and the like may vary.
  • the number of bending points in the wave shape means a point in which the direction changes in the longitudinal direction of the cross section. For example, the number of the bending points in the wave-shaped polymorphic cross-sectional fiber of FIG. 5 is four.
  • Figure 1 is a hexagonal star-shaped polymorphic cross-sectional fiber according to a preferred embodiment of the present invention, ⁇ value is 1.51
  • Figure 2 is a three-bar flat polymorphic cross-sectional fiber according to a preferred embodiment of the present invention , eta value is 1.60.
  • Figure 3 is a six-leaf polymorphic cross-sectional fiber according to a preferred embodiment of the present invention ⁇ value is 1.93
  • Figure 4 is an eight-leaf polymorphic cross-sectional fiber according to a preferred embodiment of the present invention, ⁇ value is 2.50
  • Figure 5 is a wavy polymorphic cross-sectional fiber according to a preferred embodiment of the present invention, ⁇ value is 2.5
  • Figure 6 is an 8-leaf polymorphic cross-sectional fiber according to a preferred embodiment of the present invention, ⁇ The value is 2.8
  • Figure 7 is an 8-leaf polymorphic cross-sectional fiber according to a preferred embodiment of the present invention, ⁇ value is 3.2.
  • ⁇ of ordinary circular cross-section fibers is 1.0, so that the surface area is not wide enough so that the sound absorption and transmission loss are considerably reduced (see Comparative Example 1). Hexagonal star, 3-rod flat, 6-lobed, 8-lobed or wavy polymorphic cross-sectional fibers Even if the? Value does not satisfy 1.5 or more, the surface area capable of generating viscous loss of sound energy is not sufficient, so that it is not suitable for the polymorphic cross-sectional fiber used in the sound absorbing material of the present invention. (See Comparative Examples 2 to 5)
  • the polymorphic cross-sectional fiber used in the present invention may have a L / W value of 2-3.
  • L is the length abbreviation value, the length of the fiber in the longitudinal direction
  • W represents the length width abbreviation value for the transverse direction connecting the vertex.
  • FIG. 8 illustrates L and W values using an 8-leaf polymorphic cross-section fiber as an example, and in the case of an 8-leaf polymorphic cross-section fiber, the length is three lengths when the lengthwise direction is vertical. The distance from the vertex to the vertex at can be expressed as W.
  • the polymorphic cross-sectional fiber used in the present invention may be more preferably 6 to 8 vertices. However, it is not specifically limited to the said L / W or the number of vertices, It is preferable if it is a polymorphic cross-section fiber which satisfy
  • the length of the polymorphic cross-sectional fiber may be 35 to 65 mm, if less than 35mm wide gap between the fibers is difficult to form and produce a fiber assembly, there may be a problem that the sound absorption and sound insulation performance is degraded due to excessive porosity In the case of exceeding 65 mm, the gap between the fibers becomes too narrow so that the porosity may be lowered, thereby lowering the sound absorption rate.
  • the fineness of the polymorphic cross-sectional fiber may be 1.0 to 7.0 De, and the smaller the fineness may be, the more effective it is to improve the flaw performance. If the fineness of the polymorphic cross-section fibers is less than 1.0 De, there may be a problem in controlling the optimum shape of the target cross-section. If it exceeds 7.0 De (denier), difficulties occur in the nonwoven fabric manufacturing process and when the fiber aggregate is manufactured. There may be a problem that the sound absorption performance is lowered.
  • polyethylene terephthalate may be used, but is not particularly limited thereto, and is in the form of a fiber such as polypropylene (PP) and rayon. Any polymer that can be spun into and can be used as a sound absorbing material can be preferably used.
  • the sound absorbing material of the present invention also includes binder fibers for partially joining a plurality of the above polymorphic cross-sectional fibers.
  • the binder fiber may be a binder fiber that is commonly used in the manufacture of the fiber structure, may be used in the form of a powder as well as the fiber, more preferably may include a low melting point (LM) elastomer (Elastomer).
  • Elastomer generally refers to a polymer material having remarkable elasticity, such as rubber, that is, a polymer having a property of stretching when applied by an external force and pulling back to its original length when the external force is removed.
  • Preferred low melting point (LM) elastomers used in the present invention may exhibit an elastic recovery of 50 to 80%. If the elastic recovery rate is less than 50%, the fiber assembly may be hard and the flexibility may be insufficient, so that the sound absorbing performance may be lowered. If the recovery rate is higher than 80%, not only the manufacturing cost of the polymer itself may be increased but also the processability may be decreased when the fiber assembly is manufactured. .
  • the binder fibers of the aggregates contain low melting point (LM) elastomers with an elastic recovery rate of 50 to 80% to increase the resilience modulus (ASTM D 3574) of the fibrous structure to 50 to 80%, ultimately inside the matrix. Vibration damping ability is transmitted to improve the sound absorption rate and transmission loss can be improved.
  • LM low melting point
  • ASTM D 3574 resilience modulus
  • the low melting point (LM) elastomer may be a single or mixed form of polyester, polyamide, polystyrene, polyvinyl chloride or polyurethane.
  • the low melting point (LM) elastomer is dimethyl terephthalate (DMT) and dimethyl isophthalate (DMI) or terephthalic acid (TPA) and isophthalic acid (Isophthalic acid).
  • DMT dimethyl terephthalate
  • DI dimethyl isophthalate
  • TPA terephthalic acid
  • Isophthalic acid isophthalic acid
  • the acid component (Diacid) is dimethyl terephthalate (Dimethyl Terephthalate (DMT) and dimethyl isophthalate (Dimethyl isophthalate (DMI) or terephthalic acid (Terephthalic Acid (TPA) and isophthalic acid (Isophthalic Acid (IPA)) by using dimethyl terephthalate (IPA) (DMT) and terephthalic acid (TPA) react with the diol component to form crystal regions, and dimethyl isophthalate (DMI) and isophthalic acid (IPA) react with the diol components to form amorphous regions to impart low melting point function and elasticity. .
  • the mixing ratio of the dimethyl terephthalate (DMT) and dimethyl isophthalate (DMI) is preferably prepared in a molar ratio of 0.65 ⁇ 0.80: 0.2 ⁇ 0.35, the mixing ratio of terephthalic acid (TPA) and isophthalic acid (IPA) is also molar ratio 0.65 ⁇ 0.80: It is preferable that it is manufactured by 0.2-0.35.
  • the molar ratio of the dimethyl isophthalate (DMI) and isophthalic acid (IPA) is used less than the above range and the elastic recovery rate may be lowered, the low melting point function may not appear, dimethyl isophthalate (DMI) and isophthalic acid (IPA)
  • the molar ratio of is used more than the above range, the physical properties may be lowered.
  • the diol component (Diol) is 1,4-butanediol (1,4-Butanediol: 1,4-BD), polytetramethyleneglycol (Polytetramethyleneglycol (PTMG)) using a 1,4-butanediol is determined by reacting with the acid component The region is formed, and polytetramethylene glycol (PTMG) reacts with an acid component to form an amorphous region to impart low melting point function and elasticity.
  • 1,4-butanediol 1,4-butanediol
  • PTMG polytetramethyleneglycol
  • the mixing ratio of the 1,4-butanediol (1,4-BD) and polytetramethylene glycol (PTMG) is preferably prepared in a molar ratio of 0.85-0.95: 0.05-0.15.
  • the molar ratio of the polytetramethylene glycol (PTMG) is used less than the above range and the elastic recovery rate may be lowered, the low melting point function may not appear, the molar ratio of dipolytetramethylene glycol (PTMG) is used more than the above range Doing so may degrade the physical properties.
  • 1,4-butanediol (1,4-BD) can be used by mixing with ethylene glycol (EG) within the above range.
  • PTMG polytetramethylene glycol
  • LM low melting point
  • the acid component and the diol component are mixed and polymerized in a molar ratio of 0.9 to 1.1: 0.9 to 1.1. If any one of the acid component and the diol component is mixed too much, it will be discarded without being used for polymerization.
  • the acid component and the diol component are preferably mixed in a similar amount.
  • Low melting point (LM) elastomer is produced (melting point) is prepared at a melting point of 150 ⁇ 180 °C, elastic recovery rate 50 ⁇ 80%.
  • the binder fiber of the sound absorbing material of the present invention may be a composite fiber obtained by complex spinning with the low melting point (LM) elastomer as one component. More preferably, it may be a sheath-core type or a side by side type of composite fiber, and when the sheath-core type composite fiber is formed, the low melting point (LM) Elastomer can be used as a cis component and ordinary polyester can be used as a core component. General polyester lowers manufacturing costs, supports fibers, and low melting point (LM) elastomers allow elasticity and low melting point functions to be expressed.
  • LM low melting point
  • the low melting point (LM) elastomer (Elastomer) is preferably made of a weight ratio of 40:60 ⁇ 60:40 of the general polyester.
  • the low melting point (LM) elastomer is included in the weight ratio of less than 40, the elastic force and the low melting point function may be reduced, and when the weight ratio exceeds 60, the manufacturing cost increases.
  • the sound absorbing material may include 50 to 80% by weight of polymorphic cross-sectional fibers and 20 to 50% by weight of binder fibers. If the content of the polymorphic cross-section fiber is less than 50% by weight, the surface area of the fiber may be reduced to achieve optimal sound absorption and sound insulation performance.However, if the content of the polymorphic cross-section fiber exceeds 80% by weight, the content of the binder fiber is relatively high. It is less than 20%, so that it is difficult to maintain sufficient binding force between fibers, which makes it difficult to mold the sound absorbing material into an arbitrary shape, and because the matrix structure is not strong, vibrations transmitted to the matrix structure caused by the transmission of sound waves are prevented. It may not be sufficiently attenuated and the sound absorption rate of low frequency may fall. As the content of the binder fiber is increased to 20 to 50% by weight, the resilience modulus (ASTM D 3574) is increased to 50 to 80%.
  • Such a polymorphic cross-sectional fiber structure excellent in sound absorption performance is a polymorphic cross-sectional fiber that satisfies the following relation 1; And a binder fiber for partially bonding a plurality of the polymorphic cross-sectional fibers.
  • the fiber aggregate including the polymorphic cross-sectional fiber and the binder fiber may be formed into a nonwoven fabric having a specific surface density through a conventional fiber structure sound absorbing material manufacturing process such as a needle punching process or a thermal bonding process.
  • a conventional fiber structure sound absorbing material manufacturing process such as a needle punching process or a thermal bonding process.
  • Sheath-core composite fiber containing elastomer was mixed to a weight ratio of 8: 2, and then the weight was uniformly adjusted to physically entangle through a needle punching process, followed by a normal heat bonding process to a thickness of 20 mm and a surface density of 1600 g.
  • a nonwoven fibrous assembly of / m 2 was prepared.
  • the resilient modulus of the prepared sound absorbing material was 55%.
  • the sheath-core composite fiber including the polyester-based low melting point (LM) elastomer, which is the binder fiber, has a polyester-based low melting point (LM) elastomer as the sheath component, and the polyester-based low melting point (LM) elastomer,
  • LM low melting point
  • a mixture of 75 mol% terephthalic acid and 25 mol% isophthalic acid was used as an acid component, and 8.0 mol% of poly (tetramethylene ether) glycol and 92.0 mol% of 1,4-butanediol were used as a diol component.
  • the acid component and the diol component were mixed and prepared in a molar ratio of 1: 1.
  • the low melting point (LM) elastomer thus prepared has a melting point of 50 ° C., an intrinsic viscosity of 1.4 and an elastic recovery rate of 80%.
  • a core component polyethylene terephthalate (PET) having a melting point of 260 ° C. and an intrinsic viscosity of 0.65 was used, and a composite spinning die capable of complex spinning of the polyester-based low melting point (LM) elastomer and general PET was used.
  • a nonwoven fabric structure having a thickness of 20 mm and a surface density of 1200 g / m 2 was prepared in the same manner as in Example 1.
  • the insertion loss was measured by preparing three pieces of specimens applicable to APAMAT-II, which is a transmission loss factor evaluation device, and the average values of the measured insertion loss are shown in Table 2.
  • the elastic recovery rate is measured by using an Instron to recover the thickness of 2 mm thick and 10 cm long samples at 200% / min after 200% elongation, then recovering at the same speed after 5 seconds. It was calculated
  • the sound absorbing material using the polymorphic multi-faceted fiber of the present invention is sound-absorbing and absorbing than the fiber sound absorbing material using a generally used circular cross-sectional fiber despite the low density of the fiber aggregate It can be seen that the sound insulation performance is excellent. Therefore, a lightweight design is possible using a small amount of fibers.
  • Examples 1 and 2 to 9 whose value satisfies 1.5 or more can be seen that the sound absorption rate and transmission loss are significantly superior to Comparative Examples 1 to 5 whose value is less than 1.5. Although hexagonal star-shaped polymorphic cross-sectional fibers were used, Comparative Example 5 having a value of less than 1.5 also has a low surface area, and thus it may be confirmed that the effect is reduced in terms of sound absorption and transmission loss.
  • Example 9 using low-melting-point PET fibers as binder fibers and Examples 1 to 8 using low-melting point elastomers
  • a low-melting elastomer was used as the binder fiber to have a flexible structure with a resilience of 55%. It was found that the sound absorption performance was improved by the improvement of the vibration damping ability transmitted to the matrix structure.

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Abstract

본 발명은 흡음성능이 우수한 흡음재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입사된 소리에너지의 점성 손실을 유발할 수 있도록 넓은 표면적과 공기층을 형성하여 흡음률 및 투과손실을 향상시키고, 적은 양의 섬유를 사용하여도 우수한 흡음성능을 발현할 수 있어 경량화 설계가 가능하며, 반발탄성을 가지는 바인더 섬유를 사용하여 섬유 간의 충분한 결속력을 유지할 수 있으면서도 섬유구조체에 전달되는 소리에너지의 점성 손실을 극대화시켜 흡음성능을 향상시킬 수 있는 흡음재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

흡음성능이 우수한 흡음재 및 그 제조방법
본 발명은 흡음성능이 우수한 흡음재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차의 부품이나 차체의 내외장재로 부착되어 외부 소음이 차량 실내로 유입되는 것을 차단하며, 모터 부품을 사용하는 전자제품 등에도 소음 차단 성능을 향상시키기 위해 사용할 수 있는 흡음성능이 우수한 흡음재에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에 유입되는 소음은 엔진에서 발생한 음이 차체를 통해서 유입되는 소음과 타이어와 노면과의 접촉 시 발생되는 소음이 차체를 통해서 유입되는 소음으로 나눌 수 있다. 이러한 소음을 개선하는 방법에는 흡음성능을 개선하는 것과 차음 성능을 개선하는 두 가지 방법이 있는데 흡음이란 발생한 소리에너지가 소재의 내부경로를 통해 전달되면서 열에너지로 변환되어 소멸하는 것이며, 차음은 발생한 소리에너지가 차폐물에 의해 반사되어 차단되는 것이다.
이러한 음향 특성에 따라 통상적으로 차량의 NVH(Noise, Vibration ＆ Harshness) 성능을 향상시키기 위하여 고급 차종에서는 주로 고중량, 고후도의 흡음재를 사용하고 있다. 그러나 이러한 흡음재를 사용하는 경우 소음은 감소되나, 차량의 중량을 증가시키므로 연비를 저해하는 문제점이 있다.
또한, 종래 흡음재의 문제점을 극복하기 위하여 섬유의 두께를 얇게하여 공극률을 향상시키고, 이를 통해 흡음 성능은 향상시키면서 섬유 집합체의 중량을 저감시키는 방법이 개발되고 있다. 그러나 이 역시 소기의 NVH 성능을 향상시키기 위해서는 섬유 집합체의 면밀도를 향상시켜야 하는 단점을 지니고 있다.
또한, 부직포 형태의 섬유집합체를 제조하기 위해서는 단섬유와 바인더 섬유를 함께 적절한 비율로 혼합하여 제조하게 된다. 바인더 섬유는 보통 내층은 레귤러 폴리에스터 외층은 저융점 폴리에스터를 복합 방사한 단섬유가 사용되고 있다.
그러나 이와 같은 종래의 저융점 폴리에스터 바인더 섬유를 사용하게 되면 섬유집합체가 단단해지기 때문에 음파의 전달로 인해 발생하는 매트릭스 구조로 전달되는 진동이 충분히 감쇄하지 못해 주로 저주파 영역의 흡음률이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로,
본 발명의 목적은 입사된 소리에너지의 점성 손실과 소산 경로를 극대화할 수 있는 넓은 표면적과 공기층을 형성하여 흡음률 및 투과손실을 향상시키고, 적은 양의 섬유를 사용하여도 우수한 흡음성능을 구현할 수 있어 경량화 설계가 가능한 흡음재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
나아가, 섬유 간의 충분한 결속력을 유지할 수 있으면서도 성형성을 향상시키며, 반발 탄성율이 향상되어 궁극적으로는 매트릭스 내부로 전달되는 소리에너지에 대한진동감쇄 능력이 우수한 흡음재 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은,
하기 관계식 1을 만족하는 다형 단면섬유; 및
다수의 상기 다형 단면 섬유를 부분 접합시키는 바인더 섬유;를 포함하는 섬유 집합체를 부직포 형태로 성형하는 흡음재의 제조방법을 제공한다.
[관계식1]
Figure PCTKR2013008630-appb-I000001
(A: 섬유 단면적(μm2), P: 섬유단면 둘레의 길이(μm))
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 관계식1의 값이 2.6 이상을 만족하는 다형 단면섬유를 포함하여 제조할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 관계식1의 값이 3.0 이상을 만족하는 다형 단면섬유를 포함하여 제조할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 다형 단면 섬유는 육각 별 모양, 3봉 편평형, 6엽형, 8엽형 및 물결형으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 다형 단면 섬유의 길이는 35 내지 65 mm일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 바인더 섬유는 탄성회복률이 50 내지 80%인 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)를 포함하며, 상기 흡음재의 반발 탄성률은 50 내지 80%일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 바인더 섬유는 상기 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)를 일성분으로 하여 복합방사한 복합섬유일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)는 폴리에스터계, 폴리아미드계, 폴리스티렌계, 폴리비닐클로라이드계 및 폴리우레탄계로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)는 디메틸테레프탈레이트(Dimethyl Terephthalate: DMT)와 디메틸이소프탈레이트(Dimethyl isophthalate: DMI) 또는, 테레프탈산(Terephthalic Acid: TPA)과 이소프탈산(Isophthalic Acid: IPA)을 산성분(Diacid)으로 1,4-부탄디올(1,4-Butanediol: 1,4-BD), 폴리테트라메틸렌글리콜(Polytetramethyleneglycol: PTMG)을 디올성분(Diol)으로 하여 에스테르화 및 중합단계를 통해 제조할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면,상기 다형 단면 섬유 50 내지 80중량% 및 바인더 섬유 20 내지 50% 를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 하기 관계식 1을 만족하는 다형 단면섬유; 및 다수의 상기 다형 단면 섬유를 부분 접합시키는 바인더 섬유;를 포함하는 흡음재를 제공한다.
[관계식1]
Figure PCTKR2013008630-appb-I000002
(A: 섬유 단면적(μm2), P: 섬유단면 둘레의 길이(μm))
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 관계식1의 값이 2.6 이상을 만족하는 다형 단면섬유를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 다형 단면 섬유는 육각 별 모양, 3봉 편평형, 6엽형, 8엽형 및 물결형으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 다형 단면 섬유의 길이는 35 내지 65 mm일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 다형 단면 섬유의 섬도는 1.0 내지 7.0 De일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 바인더 섬유는 탄성회복률이 50 내지 80%인 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)를 포함하며, 상기 흡음재의 반발 탄성률은 50 내지 80%일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 바인더 섬유는 상기 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)를 일 성분으로 하여 복합방사한 복합섬유일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)는 폴리에스터계, 폴리아미드계, 폴리스티렌계, 폴리비닐클로라이드계 및 폴리우레탄계로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 흡음재는 다형 단면 섬유 50 내지 80중량% 및 바인더 섬유 20 내지 50%를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 관계식1의 값이 3.0 이상을 만족하는 다형 단면섬유를 포함할 수 있다.
이하 본 발명에서 사용한 용어에 대해 설명한다.
본 발명에서 사용한 물결형 다형 단면 섬유란 단면의 형상이 물결형상을 하고 있는 섬유을 의미하고, 구체적으로 그 형상은 도 5와 같다.
본 발명의 흡음성능이 우수한 흡음재는 입사된 소리에너지의 점성손실을 유발할 수 있도록 넓은 표면적과 공기층을 형성하여 흡음률 및 투과손실을 향상시킬 수 있다. 또한, 적은 양의 섬유를 사용하여 우수한 흡음성능을 발현할 수 있어 경량화 설계가 가능하며, 반발탄성을 가지는 바인더 섬유를 사용하여 섬유 간의 충분한 결속력을 유지할 수 있으면서도 섬유구조체에 전달되는 소리에너지의 점성 손실을 극대화시켜 흡음성능을 향상시킬 수 있다.
따라서 자동차, 기차, 선박, 항공기 등의 수송용 전반에 걸쳐 사용될 뿐만 아니라 모터 부품을 사용하는 전자제품 등에도 소음 차단 성능을 향상시키기 위해 사용할 수 있는 흡음성능이 우수한 흡음재 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 흡음재에 포함되는 육각별 모양의 다형 단면 섬유이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 흡음재에 포함되는 3봉 편평형의 다형 단면 섬유이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 흡음재에 포함되는 6엽형의 다형 단면 섬유이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 흡음재에 포함되는 8엽형의 다형 단면 섬유이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 흡음재에 포함되는 물결형의 다형 단면 섬유이다.
도 6는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 흡음재에 포함되는 8엽형의 다형 단면 섬유이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 흡음재에 포함되는 8엽형의 다형 단면 섬유이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 8엽형 다형 단면 섬유를 예로 들어 L, W을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.
상술한 바와 같이 종래의 섬유 구조체 흡음재는 공극률 및 음파 소산 경로를 증대시켜 흡음 성능 및 차음 성능을 향상시키기 위해서 섬유 집합체의 면밀도 및 두께를 증가시키므로 차량의 중량이 커질 수밖에 없어 연비를 저해하는 문제점이 있었다. 또한, 종래의 섬유 구조체 흡음제에 사용되는 저융점 폴리에스터 바인더 섬유를 사용하게 되면 섬유집합체가 단단해지기 때문에 음파의 전달로 인해 발생하는 매트릭스 구조로 전달되는 진동이 충분히 감쇄하지 못해 저주파의 흡음률이 저하되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명에서는 하기 관계식 1을 만족하는 다형 단면섬유; 및 다수의 상기 다형 단면 섬유를 부분 접합시키는 바인더 섬유;를 포함하는 흡음재를 제공함으로써 상술한 문제의 해결을 모색하였다.
[관계식1]
Figure PCTKR2013008630-appb-I000003
(A: 섬유 단면적(μm2), P: 섬유단면 둘레의 길이(μm))
이를 통해 입사된 소리에너지의 점성 손실을 유발할 수 있도록 넓은 표면적과 공기층을 형성하여 흡음률 및 투과손실을 향상시킬 수 있다. 또한, 적은 양의 섬유를 사용하여 우수한 흡음성능을 발현할 수 있어 경량화 설계가 가능하며, 반발탄성을 가지는 바인더 섬유를 사용하여 섬유 간의 충분한 결속력을 유지할 수 있으면서도 섬유구조체 전달되는 소리에너지의 점성 손실을 극대화시켜 흡음성능을 향상시킬 수 있다. 따라서 자동차, 기차, 선박, 항공기 등의 수송용 전반에 걸쳐 사용될 뿐만 아니라 모터 부품을 사용하는 전자제품 등에도 소음 차단 성능을 향상시키기 위해 사용할 수 있는 흡음성능이 흡음재 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
일반적으로 음파는 특정 재료와 마찰하게 되면 점성 손실이 발생하게 되고, 이는 음파의 기계적 에너지가 열에너지로 변환되면서 결국 소음이 감소하는 결과를 가져온다. 동일 중량의 섬유집합체로 입사되는 음파에 대한 에너지 손실률을 높여서 소음을 감소시키기 위해서는 음파의 점성 손실이 발생하는 섬유의 표면적이 증가할수록 유리하다.
본 발명에서 사용되는 다형 단면섬유는
Figure PCTKR2013008630-appb-I000004
(A: 섬유 단면적 (μm2), P: 섬유단면 둘레의 길이 (μm)) 와 같이 계산되는 η값이 1.5 이상을 만족하는 것으로, 기존의 섬유구조체 흡음재에 사용되는 섬유에 비하여 넓은 표면적이 확보되고 흡음률 및 투과 손실을 향상시킬 수 있다. η값이 1.5 미만일 경우 섬유 표면적이 작아 효과적으로 흡음 성능을 구현하기 위해서는 많은 양의 섬유가 필요하여 경량화 설계가 불가능한 문제점이 있다. η값이 클수록 섬유 표면적이 넓은 것을 뜻하므로 보다 바람직하게는 본 발명에서 사용되는 다형 단면섬유는 상기 η값이 2.6 이상일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 3.0 내지 7.0 일 수 있다. 본 발명에서 사용되는 다형 단면섬유의 η값이 7.0을 초과할 경우 구금 제작 비용 증가, 냉각 효율 향상 관련 설비 교체, 고화속도 개선을 위한 고분자 개질, 생산성 저하 등으로 인해 결과적으로 제조 비용 상승을 초래하는 문제가 발생할 수 있다.
상기 η값이 1.5 이상을 만족하는 본 발명에서 사용되는 다형 단면섬유는 육각 별 모양, 3봉 편평형, 6엽형, 8엽형 또는 물결형 등의 단독 또는 혼합 형태일 수 있다. 상기 물결형의 경우 η값이 1.5 이상을 만족한다면 물결형상 중 꺽이는 지점의 개수, 단면의 길이와 폭 등의 구체적인 형상은 달라질 수 있다. 상기 물결형상 중 꺽이는 지점의 개수는 단면의 길이방향으로 방향이 변하는 지점을 의미하며, 예를 들어 도 5의 물결형 다형 단면섬유는 꺽이는 지점의 개수가 4개이다.
구체적으로, 도1은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 육각 별모양의 다형 단면 섬유로, η값이 1.51이며, 도2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 3봉 편평형의 다형 단면 섬유로, η값은 1.60 이다. 또한, 도3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 6엽형의 다형 단면 섬유로 η값은 1.93이며, 도4는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 8엽형의 다형 단면 섬유로, η값은 2.50이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 물결형의 다형 단면 섬유로, η값은 2.55이며, 도 6은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 8엽형의 다형 단면 섬유로, η값은 2.8이고, 도 7은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 8엽형의 다형 단면 섬유로, η값은 3.2이다.
일반 원형 단면 섬유의 η값은 1.0으로 표면적이 충분히 넓지 않아 흡음률 및 투과손실이 현저히 떨어지며(비교예1 참조), 육각 별 모양, 3봉 편평형, 6엽형, 8엽형 또는 물결형 형태의 다형 단면 섬유일지라도 η값이 1.5 이상을 만족하지 않는다면 소리에너지의 점성 손실을 발생시킬 수 있는 표면적이 충분치 않아 본 발명 흡음재에 사용되는 다형 단면 섬유로 적합하지 않다. (비교예2 내지 5 참조)
보다 바람직하게는 본 발명에서 사용되는 다형 단면섬유는 L/W 값이 2 내지 3일 수 있다. L은 섬유의 세로 방향에 대한 길이인 Length 약자 값이고, W는 꼭지점과 꼭지점을 잇는 가로방향에 대한 길이 Width 약자 값을 나타낸다. 구체적으로 도 8은 8엽형 다형 단면섬유를 예로 들어 L, W값을 나타낸 것으로, 8엽형 다형 단면 섬유 단면의 경우 길이가 긴 방향이 세로 방향이라 했을 때 그 길이를 L, 길이가 짧은 3개의 모양에서 꼭지점에서 꼭지점까지의 거리를 W로 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명에서 사용되는 다형 단면섬유는 보다 바람직하게는 꼭지점의 수가 6 내지 8개 일 수 있다. 다만, 상기 L/W 또는 꼭지점 수에 특별히 한정되는 것은 아니며, η값이 1.5 이상을 만족하는 다형 단면섬유라면 바람직하다.
상기 다형 단면 섬유의 길이는 35 내지 65 mm일 수 있으며, 35mm 미만인 경우 섬유 간의 간극이 넓어져서 섬유 집합체로의 형성 및 생산이 힘들며, 과도한 공극률로 인하여 흡음 및 차음 성능이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 65mm를 초과하는 경우 섬유 간 간극이 너무 좁아져서 공극률이 저하되어 흡음률을 저하시킬 수 있다. 나아가 상기 다형 단면 섬유의 섬도는 1.0 내지 7.0 De일 수 있으며, 섬도가 작아질수록 흠음 성능 향상에는 효과적일 수 있다. 다형 단면 섬유의 섬도가 1.0 De 미만인 경우 목표로 하는 단면의 최적 형상을 제어하는데 문제가 있을 수 있으며, 7.0 De(denier)를 초과하는 경우 부직포 제조 공정상에 어려움이 발생하고 섬유집합체로 제조되었을 때 흡음성능이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
본 발명 흡음재에 포함되는 상기 다형 단면 섬유의 재질로는 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)가 사용될 수 있으나, 이에 특별히 한정되지는 않으며, 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 레이온 등 섬유 형태로 방사될 수 있으며 흡음재로 사용될 수 있는 폴리머라면 바람직하게 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 흡음재는 다수의 상기 다형 단면 섬유를 부분 접합시키는 바인더 섬유를 포함한다.
상기 바인더 섬유는 섬유 구조체 제조 시 통상적으로 사용되는 바인더 섬유를 사용할 수 있으며, 섬유뿐 아니라 파우더 형태로 사용될 수도 있고, 보다 바람직하게는 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)를 포함할 수 있다. 엘라스토머(Elastomer)란, 일반적으로 고무류와 같은 탄성이 현저한 고분자 재료를 말하며, 즉, 외력을 가하여 잡아당기면 늘어나고 외력을 제거하면 본래의 길이로 돌아가는 성질을 지닌 고분자를 의미한다. 본 발명에서 사용되는 바람직한 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)는 50 내지 80%의 탄성회복률을 나타낼 수 있다. 탄성회복률이 50% 미만인 경우 섬유집합체가 단단해지고 유연성이 부족하여 흡음성능이 저하될 수 있으며, 80%를 초과하는 경우 중합물 자체의 제조 비용 상승뿐만 아니라 섬유집합체 제조시 가공성이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다.
종래에는 바인더 섬유가 용융되고 주섬유를 결속시키고 나면 섬유집 합체가 단단해지기 때문에 음파의 전달로 인해 발생하는 매트릭스 구조로 전달되는 진동이 충분히 감쇄하지 못해 흡음률이 저하되는 문제점이 있었으나, 본 발명은 섬유집합체의 바인더 섬유를 탄성회복률이 50 내지 80%인 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)를 포함하도록 하여 섬유구조체의 반발 탄성율(ASTM D 3574)을 50 내지 80%까지 증가시키고, 궁극적으로는 매트릭스 내부로 전달되는 진동감쇄 능력이 향상되어 흡음률 및 투과손실을 향상시킬 수 있다.
상기 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)는 폴리에스터계, 폴리아미드계, 폴리스티렌계, 폴리비닐클로라이드계 또는 폴리우레탄계 등의 단독 또는 혼합 형태일 수 있다.
또한, 더욱 바람직하게는 상기 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)는 디메틸테레프탈레이트(Dimethyl Terephthalate: DMT)와 디메틸이소프탈레이트(Dimethyl isophthalate: DMI) 또는, 테레프탈산(Terephthalic Acid: TPA)과 이소프탈산(Isophthalic Acid: IPA)을 산성분(Diacid)으로 1,4-부탄디올(1,4-Butanediol: 1,4-BD), 폴리테트라메틸렌글리콜(Polytetramethyleneglycol: PTMG)을 디올성분(Diol)으로 하여 에스테르화 및 중합단계를 통해 제조할 수 있다.
상기 산성분(Diacid)은 디메틸테레프탈레이트(Dimethyl Terephthalate: DMT)과 디메틸이소프탈레이트(Dimethyl isophthalate: DMI) 또는 테레프탈산(Terephthalic Acid: TPA)과 이소프탈산(Isophthalic Acid:IPA)을 사용하는 것으로 디메틸테레프탈레이트(DMT)와 테레프탈산(TPA)는 디올성분과 반응하여 결정영역을 형성하고 디메틸이소프탈레이트(DMI)와 이소프탈산(IPA)은 디올성분과 반응하여 비결정영역을 형성하여 저융점 기능과 탄성력을 부여한다.
상기 디메틸테레프탈레이트(DMT)와 디메틸이소프탈레이트(DMI)의 혼합비는 몰비 0.65~0.80 : 0.2~0.35로 제조되는 것이 바람직하며, 테레프탈산(TPA)과 이소프탈산(IPA)의 혼합비도 몰비 0.65~0.80 : 0.2~0.35로 제조되는 것이 바람직하다. 상기 디메틸이소프탈레이트(DMI)와 이소프탈산(IPA)의 몰비가 상기 범위보다 적게 사용되며 탄성회복률이 저하될 수 있으며, 저융점 기능이 나타나지 않을 수 있고, 디메틸이소프탈레이트(DMI)와 이소프탈산(IPA)의 몰비가 상기 범위보다 많이 사용하게 되면 물성이 저하될 수 있다.
상기 디올성분(Diol)은 1,4-부탄디올(1,4-Butanediol: 1,4-BD), 폴리테트라메틸렌글리콜(Polytetramethyleneglycol: PTMG)을 사용하는 것으로 1,4-부탄디올은 산성분과 반응하여 결정영역을 형성하고 폴리테트라메틸렌글리콜(PTMG)는 산성분과 반응하여 비결정영역을 형성하여 저융점 기능과 탄성력을 부여한다.
상기 1,4-부탄디올(1,4-BD), 폴리테트라메틸렌글리콜(PTMG)의 혼합비는 몰비 0.85~0.95: 0.05~0.15로 제조되는 것이 바람직하다. 상기 폴리테트라메틸렌글리콜(PTMG)의 몰비가 상기 범위보다 적게 사용되며 탄성회복률이 저하될 수 있으며, 저융점 기능이 나타나지 않을 수 있으며, 디폴리테트라메틸렌글리콜(PTMG)의 몰비가 상기 범위보다 많이 사용하게 되면 물성이 저하될 수 있다. 1,4-부탄디올(1,4-BD)은 상기 범위 내에서 에틸렌글리콜(EG)과 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 폴리테트라메틸렌글리콜(PTMG)의 분자량은 1500~2000인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 폴리테트라메틸렌글리콜(PTMG)가 상기 분자량의 범위를 벗어나면 제조되는 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)의 탄성력 및 물성이 사용에 적합하지 않을 수 있다.
상기 산성분과 디올성분은 몰비 0.9~1.1: 0.9~1.1로 혼합되어 중합되는 것이 바람직할 것이다. 상기 산성분과 디올성분 중 어느 하나의 성분이 너무 많이 혼합되면 중합에 사용되지 않고 버려지게 되는 것으로 상기 산성분과 디올성분은 비슷한 양으로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 디메틸테레프탈레이트(DMT), 디메틸이소프탈레이트(DMI)을 산성분(Diacid)으로 1,4-부탄디올(1,4-BD), 폴리테트라메틸렌글리콜(PTMG)을 디올성분(Diol)으로 제조되는 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)는 융점 150~180℃, 탄성회복률 50~80%로 제조된다.
또한. 본 발명 흡음재의 바인더 섬유는 상기 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)를 일성분으로 하여 복합방사한 복합섬유일 수 있다. 보다 바람직하게는 시스-코어(sheath-core)형 또는 사이드 바이 사이드(side by side)형의 복합섬유일 수 있으며, 시스-코어(sheath-core)형 복합섬유를 형성할 경우, 상기 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)를 시스 성분으로, 일반 폴리에스터를 코어 성분으로 할 수 있다. 일반 폴리에스터는 제조 단가를 낮추고, 섬유를 지지하는 기능을 하며, 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)는 탄성력과 저융점 기능이 발현될 수 있도록 한다.
상기 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)와 일반 폴리에스터의 중량비 40:60 ~ 60:40으로 제조되는 것이 바람직하다. 상기 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)가 중량비 40미만으로 포함되면 탄성력과 저융점 기능이 저하될 수 있으며, 중량비 60을 초과하면 제조단가가 높아지는 문제점이 있다.
상기 흡음재는 다형 단면 섬유 50 내지 80중량% 및 바인더 섬유 20 내지 50중량% 를 포함할 수 있다. 다형 단면 섬유의 함량이 50 중량% 미만인 경우에는 섬유의 표면적이 축소되어 최적의 흡음 및 차음 성능을 구현할 수 없으며, 반면 다형 단면 섬유의 함량이 80 중량%를 초과하게 되면 상대적으로 바인더 섬유의 함량이 20% 미만이 되어 섬유 간의 충분한 결속력을 유지하지 못하게 되며, 이로 인해 흡음재를 임의의 모양으로 성형하기가 어렵고, 매트릭스 구조가 강건하지 못하기 때문에 음파의 전달로 인해 발생하는 매트릭스 구조로 전달되는 진동이 충분히 감쇄되지 않아 저주파의 흡음률이 저하될 수 있다. 바인더 섬유의 함량이 20 내지 50중량%로 증가함에 따라 반발 탄성율(ASTM D 3574)은 50 내지 80%까지 증가하게 된다.
이와 같은 흡음성능이 우수한 다형단면 섬유구조체는 하기 관계식 1을 만족하는 다형 단면섬유; 및 다수의 상기 다형 단면 섬유를 부분 접합시키는 바인더 섬유;를 포함하는 섬유 집합체를 부직포 형태로 성형하는 흡음재의 제조방법을 통해 제조한다.
[관계식1]
Figure PCTKR2013008630-appb-I000005
(A: 섬유 단면적 (μm2), P: 섬유단면 둘레의 길이(μm))
흡음재를 제조를 위해서는 상기한 다형 단면 섬유와 바인더 섬유가 포함된 섬유 집합체를 니들 펀칭 공정 또는 열 접착 공정 등 통상의 섬유구조체 흡음재 제조 공정을 통해 특정의 면밀도를 지닌 부직포의 형태로 성형하여 제조할 수 있다. 본 발명 흡음재의 제조방법에 동일하게 적용되는 상술한 다형 단면 섬유 및 바인더 섬유에 대한 상세한 설명은 이하 생략하도록 한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
실시예 1.
폴리에스터 소재의 6.5 De, 61mm, 강도 5.8g/D, 신도 40%, 크림프수 14.2개/inch, 8엽형(도4, η = 2.5) 다형단면 섬유와 바인더 섬유인 폴리에스터계 저융점(LM) 엘라스토머를 포함하는 시스-코어형 복합섬유를 8:2의 중량비가 되도록 혼합한 후 중량을 일정하게 조절해서 니들 펀칭 공정을 거쳐 물리적으로 교락시킨 후 통상의 열 접착 공정을 거쳐 두께 20mm, 면밀도 1600g/m2의 부직포 형태 섬유집합체를 제조하였다. 제조된 흡음재의 반발 탄성율은 55%를 나타내었다.
상기 바인더 섬유인 폴리에스터계 저융점(LM) 엘라스토머를 포함하는 시스-코어형 복합섬유는, 폴리에스터계 저융점(LM) 엘라스토머를 시스 성분으로 하였으며, 폴리에스터계 저융점(LM) 엘라스토머는, 산성분으로서 테레프탈산 75몰%와 이소프탈산 25몰%를 혼합한 혼합물을 사용하고, 디올성분으로서 폴리(테트라메틸렌에테르)글리콜 8.0몰%, 1,4-부탄디올 92.0몰%를 혼합한 혼합물을 사용하여 상기 산성분과 상기 디올성분을 몰비 1: 1로 혼합하여 중합시켜 제조하였다. 이와 같이 제조된 저융점(LM) 엘라스토머는50℃의 융점과 1.4의 고유점도 및 80%의 탄성회복률을 갖는다. 코어 성분으로는, 260℃의 융점과 0.65의 고유점도를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 사용하였으며,상기 폴리에스터계 저융점(LM) 엘라스토머와 일반 PET을 복합방사 할 수 있는 복합방사구금을 이용하여 방사온도 275℃, 권취 속도 1,000m/min로 방사 및 77℃에서 3.3배 연신 처리하고 140℃에서 최종 열처리하여 섬도 6D, 강도 3.0g/D, 신도 80%, 크림프수 12개/인치, 섬유장 64㎜의 복합섬유를 제조하였다.
실시예 2.
두께 20mm, 면밀도 1200g/m2의 부직포 형태 섬유구조체를 제조한 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 실시하여 제조하였다.
실시예 3.
육각 별모양(도1, η = 1.51)의 다형 단면 섬유를 사용하여 흡음재를 제조한 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 실시하여 제조하였다.
실시예 4.
3봉 편평형(도2, η = 1.60)의 다형 단면 섬유를 사용하여 흡음재를 제조한 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 실시하여 제조하였다.
실시예 5.
6엽형(도3, η = 1.93)의 다형 단면 섬유를 사용하여 흡음재를 제조한 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 실시하여 제조하였다.
실시예 6.
물결형(도5, η = 2.55)의 다형 단면 섬유를 사용하여 흡음재를 제조한 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 실시하여 제조하였다.
실시예 7.
8엽형(도 6, η = 2.8) 다형단면 섬유의 다형 단면 섬유를 사용하여 흡음재를 제조한 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 실시하여 제조하였다.
실시예 8.
8엽형(도 7, η = 3.2) 다형단면 섬유의 다형 단면 섬유를 사용하여 흡음재를 제조한 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 실시하여 제조하였다.
실시예 9.
바인더 섬유로 저융점 PET 섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 실시하여 제조하였다. 제조된 흡음재의 반발 탄성율은 30%를 나타내었다.
비교예 1.
원형(η = 1.0)의 다형단면 섬유를 사용하여 흡음재를 제조한 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 실시하여 제조하였다.
비교예 2.
오각 별모양(η = 1.30)의 다형단면 섬유를 사용하여 흡음재를 제조한 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 실시하여 제조하였다.
비교예 3.
물결형(η = 1.42)의 다형단면 섬유를 사용하여 흡음재를 제조한 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 실시하여 제조하였다.
비교예 4.
Y형(η = 1.26)의 다형단면 섬유를 사용하여 흡음재를 제조한 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 실시하여 제조하였다.
비교예 5.
육각 별모양(η = 1.41)의 다형단면 섬유를 사용하여 흡음재를 제조한 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 실시하여 제조하였다.
<실험예>
상기 실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 5에 따라 제조된 흡음재의 흡음 및 차음성능을 평가하기 위하여 하기 측정방법에 따라 실험하고, 그 결과를 표1 내지 2에 나타내었다.
1. 흡음률
흡음율 측정하기 위해 ISO R 354, Alpha Cabin법에 적용 가능한 시편으로 각각 3매씩 제조하여 흡음계수를 측정하고 측정된 흡음계수 평균값을 표 1에 나타내었다.
2. 투과손실
차음 효과를 측정하기 위해 투과손실계수 평가장비인 APAMAT-Ⅱ에 적용 가능한 시편으로 각각 3매씩 제조하여 삽입손실을 측정하고, 측정된 삽입손실의 평균값을 표 2에 나타내었다.
3. 탄성회복률
탄성회복률은 인스트론(Instron)을 사용하여 덤벨(Dumbbell)모양의 두께 2㎜, 길이 10cm의 시료를 200%/분의 속도로 200% 신장 후 5초대기후 동일 속도로 회복 후 신장된 길이를 측정하여 하기 식으로 구하였다.
Figure PCTKR2013008630-appb-I000006
4. 반발탄성률(Ball Rebound)
일정한 높이에서 시험편에 쇠구슬을 떨어뜨려 반발되어 튀어 오르는 높이를 측정하였다. (JIS K-6301, 단위: %) 시험편은 한 변 길이가 50 mm 이상 및 두께 50 mm 이상의 정사각형으로 제작하였으며, 무게 16g, 지름 16mm의 강철 볼을 500mm의 높이에서 시험편에 낙하시켜 최대 반발 높이를 측정한 후, 3개의 시험편 각각에서 1분 이내 연속으로 최소 3회 이상의 반발값을 측정하여 중앙값을 반발탄성률(%)로 하였다.
표 1
주파수별(Hz) 흡음률
1000Hz 2000Hz 3150Hz 5000Hz
실시예 1 0.67 0.75 0.84 0.96
실시예 2 0.54 0.63 0.77 0.85
실시예 3 0.62 0.67 0.78 0.88
실시예 4 0.59 0.71 0.81 0.90
실시예 5 0.62 0.69 0.80 0.90
실시예 6 0.66 0.77 0.85 0.97
실시예 7 0.67 0.78 0.89 0.99
실시예 8 0.68 0.79 0.91 1.00
실시예 9 0.50 0.70 0.79 0.89
비교예 1 0.51 0.61 0.74 0.83
비교예 2 0.57 0.65 0.75 0.86
비교예 3 0.57 0.62 0.76 0.86
비교예 4 0.56 0.64 0.75 0.85
비교예 5 0.61 0.65 0.75 0.86
표 2
주파수별(Hz) 투과손실(dB)
1000Hz 2000Hz 3150Hz 5000Hz
실시예 1 25 27 35 43
실시예 2 23 24 32 41
실시예 3 22 25 32 40
실시예 4 24 25 33 41
실시예 5 24 26 33 41
실시예 6 25 27 35 44
실시예 7 26 28 36 45
실시예 8 27 30 38 47
실시예 9 21 24 31 40
비교예 1 22 23 31 40
비교예 2 21 24 31 40
비교예 3 22 24 32 41
비교예 4 21 24 31 40
비교예 5 22 24 32 40
상기 표 1 내지 2에서 알 수 있듯이, 실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 5의 흡음, 차음 성능 측정 결과를 비교함으로써 섬유의 표면적이 넓어질수록 섬유집합체의 흡음 및 차음 성능이 향상되는 것으로 나타났다.
구체적으로, 실시예 2와 비교예 1의 성능 측정 결과를 비교함으로써 본 발명의 다형 다면 섬유를 이용한 흡음재는 섬유집합체의 면밀도가 낮아짐에도 불구하고 일반적으로 사용되는 원형 단면 섬유를 이용한 섬유흡음재보다 흡음 및 차음 성능이 우수함을 알 수 있다. 따라서 적은 양의 섬유를 사용하여 경량화 설계가 가능하다.
값이 1.5 이상을 만족하는 실시예1 및 2 내지 9은 값이 1.5 미만인 비교예1 내지 5에 비하여 흡음률 및 투과손실이 현저히 우수한 것을 알 수 있다. 육각 별모양의 다형 단면 섬유를 이용하였지만, 값이 1.5 미만인 비교예5 역시 표면적이 넓지 않아 흡음률 및 투과손실 면에서 효과가 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
또한, 바인더 섬유로 저융점 PET 섬유를 사용한 실시예 9와 저융점 엘라스토머를 사용한 실시예 1 내지 8의 성능 측정 결과를 비교함으로써 저융점 엘라스토머를 바인더 섬유로 사용함으로써 반발 탄성율 55%의 유연한 구조를 가지게 되고, 매트릭스 구조로 전달되는 진동 감쇄 능력의 향상으로 흡음성능이 향상되었음을 알 수 있었다.

Claims (20)

  1. 하기 관계식 1을 만족하는 다형 단면섬유; 및
    다수의 상기 다형 단면 섬유를 부분 접합시키는 바인더 섬유;를 포함하는 섬유 집합체를 부직포 형태로 성형하는 흡음재의 제조방법.
    [관계식1]
    Figure PCTKR2013008630-appb-I000007
    (A: 섬유 단면적(μm2), P: 섬유단면 둘레의 길이(μm))
  2. 제1항에 있어서,
    상기 관계식1의 값이 2.6 이상을 만족하는 다형 단면섬유를 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하는 흡음재의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다형 단면 섬유는 육각 별 모양, 3봉 편평형, 6엽형, 8엽형 및 물결형으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 흡음재의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다형 단면 섬유의 길이는 35 내지 65 mm인 것을 특징으로 하는 흡음재의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 바인더 섬유는 탄성회복률이 50 내지 80%인 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡음재의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 바인더 섬유는 상기 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)를 일성분으로 하여 복합방사한 복합섬유인 것을 특징으로 하는 흡음재의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)는 폴리에스터계, 폴리아미드계, 폴리스티렌계, 폴리비닐클로라이드계 및 폴리우레탄계로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 흡음재의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)는 디메틸테레프탈레이트(Dimethyl
    Terephthalate: DMT)와 디메틸이소프탈레이트(Dimethyl isophthalate: DMI) 또는 테레프탈산(Terephthalic Acid: TPA)과 이소프탈산(Isophthalic Acid: IPA)을 산성분(Diacid)으로 1,4-부탄디올(1,4-Butanediol: 1,4-BD), 폴리테트라메틸렌글리콜(Polytetramethyleneglycol: PTMG)을 디올성분(Diol)으로 하여 에스테르화 및 중합단계를 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 흡음재의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 다형 단면 섬유 50 내지 80중량% 및 바인더 섬유 20 내지 50% 를 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하는 흡음재의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 관계식 1의 값이 3.0 이상을 만족하는 다형 단면섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡음재의 제조방법.
  11. 하기 관계식 1을 만족하는 다형 단면섬유; 및
    다수의 상기 다형 단면 섬유를 부분 접합시키는 바인더 섬유;를 포함하는 흡음재.
    [관계식1]
    Figure PCTKR2013008630-appb-I000008
    (A: 섬유 단면적(μm2), P: 섬유단면 둘레의 길이(μm))
  12. 제11항에 있어서,
    상기 관계식1의 값이 2.6 이상을 만족하는 다형 단면섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡음재.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 다형 단면 섬유는 육각 별 모양, 3봉 편평형, 6엽형, 8엽형 및 물결형으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 흡음재.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 다형 단면 섬유의 길이는 35 내지 65 mm인 것을 특징으로 하는 흡음재.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 다형 단면 섬유의 섬도는 1,0 내지 7.0 De인 것을 특징으로 하는 흡음재.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 바인더 섬유는 탄성회복률이 50 내지 80%인 저융점(LM) 엘라스토머
    (Elastomer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡음재.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 바인더 섬유는 상기 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)를 일성분으로 하여 복합방사한 복합섬유인 것을 특징으로 하는 흡음재.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 저융점(LM) 엘라스토머(Elastomer)는 폴리에스터계, 폴리아미드계 및
    폴리우레탄계로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 흡음재.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 흡음재는 다형 단면 섬유 50 내지 80중량% 및 바인더 섬유 20 내지 50%를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡음재.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 관계식1의 값이 3.0 이상을 만족하는 다형 단면섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡음재.
PCT/KR2013/008630 2012-09-28 2013-09-26 흡음성능이 우수한 흡음재 및 그 제조방법 WO2014051351A1 (ko)

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