KR101090359B1

KR101090359B1 - 복합기능성 섬유 구조체

Info

Publication number: KR101090359B1
Application number: KR1020070056485A
Authority: KR
Inventors: 황종현; 곽동헌; 곽병권
Original assignee: 코오롱글로텍주식회사
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2011-12-07
Also published as: KR20080108656A

Abstract

본 발명은 복합기능성 섬유 구조체에 있어서, 하부원단층의 상부에 파일로 형성된 중간파일사층이 형성되되, 상기 구조체의 두께는 1 내지 50mm이며, 상기 중간파일사층의 파일의 밀도는 20 내지 80 CPI여서 상기 중간파일사층과 하부원단층 또는 중간파일사층과 하부원단층, 상부원단층이 흡음성을 향상시킨 섬유 구조체를 제공한다.

Description

복합기능성 섬유 구조체{MULTI-FUNCTIONAL FIBER STRUCTURE}

도 1a 및 1b는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 섬유 구조체의 사시단면도.

도 2a 및 2b는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 섬유 구조체와 흡음보드가 결합된 상태도.

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시에에 따른 섬유 구조체의 사시단면도.

도 4a 내지 4b는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 섬유 구조체의 흡음율 그래프.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

100 : 하부원단층 200 : 중간파일사층

300 : 상부원단층 400 : 흡음보드

500 : 요철

본 발명은 섬유로 형성된 흡음소재에 관한 것으로서, 특히 흡음층과 회절층을 섬유 및 섬유의 구조체로 형성함으로서 저주파 대역의 소음을 제어할 수 있고 이외에도 친환경성, 난연성 등 제반 물성이 구유된 복합기능성 산업용 소재로 활용가능한 흡음 구조체에 관한 것이다.

기술의 발전과 산업의 성장으로 갈수록 건축공간의 고밀화가 이루어 지고, 교통기관과 생산시설이 확대됨으로 소음 발생원은 갈수록 증가되고 있는 실정이다. 더욱이 아파트와 같은 집합건물에 있어서 소음문제는 중요한 환경문제로 인식되고 있다. 또한, 환경호르몬, 새집증후군, 아토피피부염 등이 환경이슈로 떠오르면서 친환경 홈인테리어 자재에 대한 관심과 중요성은 날이 갈수록 강해지고 있다. 건축내장재에 있어 방염성은 선택이 아닌 필수사항으로 인식되고 있다.

이렇듯 홈인테리어 자재에 있어 시장 및 정책적으로 흡음성, 친환경성, 방염성에 대한 수요가 갈수록 증가하고 있는 실정이나, 이를 모두가 고려된 고기능성 건축내장재에 대한 개발은 미진한 상황이다.

상기와 같은 기술적 목적을 갖는 다양한 기술들이 제안된 바 있는데, 특히 흠음에 관해서는 아트보드, 목재보드(MDF), 유리섬유, 광물질, 폴리우레탄계 발포체를 이용한 기술들이 공개되어 있다. 우선 아트보드는 폴리에스테르를 열압착하여 제조되며 재활용이 가능하고 소각이 용이한 장점은 있으나 저주파대 흡음특성이 불량한 단점이 있다. 또 목재보드의 경우 나무섬유를 합성수지 접착제로 가열가압하여 성형한 것으로 재활용이 불가능하고 특히 흡읍율이 불량한 단점이 있다. 또한 유리섬유, 광물질, 폴리우레탄계 발포체로 이루어진 내장재의 경우 흡음율은 양호 한 장점이 있으나 모두 재활용이 어렵고 인체에 유해한 성분이 있는 단점이 있다.(표 1 참조)

상기 폴리에스테르 흡음보드로서 대한민국 공개특허 제2006-8239호에서는 폴리에스터 흡음보드에 있어서, 고융점 폴리에스터 스테이플 섬유 60~80 중량%, 저융점 폴리에스터 스테이플 섬유 및 폴리프로필렌 스테이플 섬유 20~40 중량%으로 균일하게 혼섬후 타면공정 및 니들펑칭 공정을 거치면서 걸보기 밀도가 0.2~0.4 g/㎤인 부직포를 열융착시켜 제조한 보드에 UV 인쇄마감처리한 폴리에스터 흡음보드가 제안되었다.

또한 MDF와 관련하여 대한민국 공개특허 제1999-81620호에서는 고형분 100중량부에 대하여 80 내지 90 중량부의 고지펄프, 8 내지 20중량부의 붕산, 2 내지 15중량부의 붕사, 3 내지 20중량부의 알루미늄설페이트로 구성된 고형분 혼합물과 고형분 100중량부에 대하여 3내지 30중량부의 아크릴계 또는 비닐 아세테이트계와 같은 수용성 수지접착제로 구성된 흡음보드가 제안된 바 있다.

또한 유리섬유를 이용한 흡음보드로는 대한민국 공개실용신안 제1998-68556호에서 적정두께의 긴 유리섬유를 니들펀칭하여 얻은 니들매트(NEEDLE MAT)의 양면에 유리섬유직물과 부직포를 접착고정하여서 됨을 특징으로 하는 건축용 흡음보드가 제안되었다.

상기와 같이 건축 인테리어 용도의 흡음보드로는 주로 합성섬유, 목섬유, 유리섬유, 광물보드, 고분자폼보드 등 다공질 흡음재가 주로 제안되고 있다. 현재 비교적 높은 흡음성능을 가지는 유리섬유, 광물보드가 가장 많이 사용되고 있으나, 피부질환, 비산으로 인한 호흡기질환 등의 인체 유해성, 내구성, 내수성 등 불리한 특성이 있어 최근 사용을 자제하는 경향이다. 기타 합성섬유, 고분자 발포보드의 경우 재생가능한 원료로 친환경적이라는 장점과 고주파 음향에 대한 양호한 흡음율을 가지지만, 저주파 음향에 대한 흡음율이 떨어진다는 단점과 방염성 문제를 가지고 있어 성장에 제약을 받고 있다.

이와 같이 종래기술들은 저주파의 흡음 내지 방음, 난연성, VOC와 같은 유해물질의 제어, 심미적 미감 등을 복합화할 수 없는 큰 문제가 있고, 상기와 같은 문제를 해결할 수 있는 복합화 기술이 소망되었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 섬유 구조체로서 저주파 대역의 흡음성이 우수한 섬유 구조체의 구조를 제공함에 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 상기 흡음성과 더불어 친환경성, 난연성이 복합화된 섬유구조체를 제공함에 있다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 상기 섬유 구조체를 이용할 수 있는 벽지, 흡음보드와 같은 산업용 소재를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 복합기능성 섬유 구조체에 있어서, 하부원단층의 상부에 파일로 형성된 중간파일사층이 형성되되, 상기 구조체의 두께는 1 내지 50mm이며, 상기 중간파일사층의 파일의 밀도는 20 내지 80 CPI여서 상기 중간파일사층과 하부원단층이 흡음성을 향상시킨 섬유 구조체를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 중간파일사층의 상부에 상부원단층이 더 형성된 섬유구조체를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 상부원단층의 표면에 요철구조와 같은 입체적 형상이 더 형성된 섬유구조체를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 하부원단층을 구성하는 원사는 흡음보드와의 접착성을 향상시키기 위해 저융점사로 이루어진 섬유구조체를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 원단층, 중간파일사층 또는 원단층 및 중간파일사층이 난연사로 형성된 섬유구조체를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 원단층, 중간파일사층 또는 원단층 및 중간파일사층이 탄성사로 형성된 섬유구조체를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 섬유구조체와 흡음보드와 결합되어 형성된 흡음모듈를 제공한다.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

본 명세서에서 사용되는 "원단"이라 함은 제직 또는 편직에 의해 제조되는 물품, 부직포 및 섬유상 웹 등을 모두 포함하는 의미로 사용한다.

흡음(吸音, acoustic absorption)이라 함은 재료의 한쪽에 소리를 투사(投射)하고 그 쪽에서만 관찰하면 반사되어 오지 않는 소리는 재료에 흡수된 것과 투과한 것인데, 겉보기에는 그 재료에 흡수된 것으로 보이므로 이것을 흡음이라 하고, 입사한 소리의 에너지에 대하여 반사되지 않은 소리의 에너지 비율을 흡음률(吸音率)이라 한다.

실내 공간에서 발생될 수 있는 소음은 실내를 구성하는 재질인 콘크리트, 나무 등과 같이 단단한 재질로 인하여 생성되는 고체전송음과 공기전송음으로 구분할 수 있고 흡음률은 소리의 주파수, 입사각, 재료 재질, 두께, 설치방식 및 그 이면의 상황 등에 따라 다를 수 있다.

어떤 재료에 입사한 소리의 에너지는 그 일부가 표면에서 반사되고 일부는 투과하며, 나머지는 재료 내에 흡수된다. 재료 내부의 소리 흡수는 ① 다공성(多孔性) 재료인 경우에는 그 내부에서의 마찰이나 점성저항(粘性抵抗) 또는 소섬유(小纖維)의 진동, ② 얇은 판이나 천인 경우에는 막진동(膜振動), ③ 입구가 좁은 항아리와 같은 경우에는 공명(共鳴)에 의하여 소리가 에너지를 상실하기 때문에 일어난다.

따라서 본 발명에 의한 섬유 구조체는 상기와 같은 구조를 실현시키고자 한다. 도 1a은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 섬유 구조체의 사시단면도로서 상기 섬유 구조체는 하부원단층 100, 중간파일사층 200, 상부원단층 300으로 형성될 수 있다.

상기 하부원단층 100은 평직 또는 벌집모양 등 다양한 디자인 패턴을 부여할 수 있으며, 면, 모, 견, 마 등의 천연섬유나 기타 합성섬유 단독, 또는 2 이상의 섬유를 혼사할여 제조될 수 있다. 또 원사의 형태로는 고수축사, 다공질사(흡한속건사)를 이용할 수 있다.

특히, 하부원단층 100은 건축 흡음보드(도 3 참조, 400)와 결합시키는 방음모듈에 적용할 경우, 흡음보드와의 접착성을 높이기 위해 하단 원단층에 저융점 원사(LM사)를 사용함으로써 흡음보드층과 상기 구조체를 결합할 때 접착제를 사용하지 않고 열본딩시켜, 접착제 사용에 의한 VOC 문제를 개선할 수 있다.

한편 상기 하부원단층 100과 상부원단층 300을 연결해 주는 중간파일사층 200은 직립한 파일사 기둥과 공기층을 함유하고 있으며, 모노필라멘트, 멀티필라멘트, 멀티필라멘트 가공사, 방적사, 잠재권축사, 다공질사, 중공사 등에서 선택적으로 사용할 수 있고, 중간 파일사층의 길이(1 ~ 50mm)와 파일사 밀도를 다양하게 조절할 수 있다. 파일사의 종류와 섬도, 밀도, 길이는 충격흡수기능(쿠션성)과 흡음성능에 큰 영향을 주며, 이들을 다양하게 변화시킴으로써 충격흡수성과 흡음성을 원하는 수준으로 조절 가능함은 물론이다.

상기 상부원단층 300은 하부원단층과 같이 평직 또는 벌집모양 등 다양한 디자인 패턴을 부여할 수 있으며, 면, 모, 견, 마 등의 천연섬유나 기타 합성섬유 단독, 또는 2 이상의 섬유를 혼사할여 제조될 수 있다. 또한 상부원단층은 에칭가공, 프린팅가공, 코팅가공 등을 통하여 벽지 용도에 부합하는 다양한 디자인처리 및 기능성 가공을 추가할 수 있다. 구체적으로 항균방취가공, 난연가공, 방오가공 등을 통하여 기능성 부여가 가능한 것이다. 또한 원사를 상기 기능성 물질이 함유된 원 사혼입형(복합섬유) 원사를 사용함으로써 기능발현도 가능하다.

한편 상기 상부원단층의 표면은 다양한 형태의 입체적 형상(500)을 구현할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 상부원단층의 표면 형태는 라운드형, 직교형, 허니컴, 빗살무늬, 엠보스형 등 다양한 입체감을 표현 가능한데 상부원단층의 표면이 요철구조로 형성될 경우 회절거리를 더 길게하여 흡음성능이 향상되는 효과를 구현할 수 있다. 본 발명에 있어서 상기 상부원단층의 표면변형은 별도의 추가적인 공정없이 제직이나 제편시 원단층의 형성과 동시에 형성시킬 수 있다.

본 실시예에 있어서, 전체 구조체의 두께는 1 내지 50mm 정도임이 바람직한데, 상기 범위 미만인 경우 흡음성능이 현저히 저하되고, 상기 범위를 초과하는 경우 흡음성능이 향상되는 장점은 있으나 중간파일사층의 자중과 상부 및 하부원단층을 지지하는 하중이 과다해져 형태안정성에 문제가 발생될 수 있다. 한편 중간파일사층의 밀도는 CPI(Course Per Inch)로 표현할 수 있는데 20 내지 80 CPI가 적절하고 바람직하게는 30 내지 50 정도이다. 상기 범위 미만인 경우 파일사의 밀도가 작아 흡음성능이 저하되고 형태안정성에도 문제가 생기며, 상기 범위를 초과하는 경우 파일사 간 회절현상이 오히려 저하되는 것으로 예상되기 때문이다.

본 발명에 의한 섬유 구조체는 각종 방법으로 제조할 수 있다. 편직법에서는 싱글 환편지, 양면 환편지, 트리코트 경편지, 라셀 편지, 더블라셀 편지, 다중직물, 적층부직포 등을 사용할 수 있다.

본 발명에 원 섬유 구조체의 흡음 메커니즘을 설명하면 실내에서 발생한 음파는 먼저 상부원단층 300과 하부원단층 100 사이에 위치하는 중간파일사층 200을 통과 하면서 저주파수 영역에서의 흡음효과가 향상된다.

더 상세히 상부원단층과 하부원단층의 두께와 사용하는 원사의 종류 및 섬도를 변화 및 조직의 밀도에 의해 막진동이 발생하고 원단조직 내의 섬유이 소섬유 진동이 발생한다. 한편 중간파일사층에서는 파일사의 종류와 섬도, 밀도, 길이 변화를 통해 직립한 파일사 기둥과 공기층을 함유하고 있어, 충격흡수기능과 흡음성능에 가장 큰 기여를 한다. 또한 상부원단층을 투과한 음파는 상기 파일사 사이로 회절되면서 그 에너지가 상당히 감소된다.

한편 도 1b에 도시된 섬유 구조체는 본 발명의 다른 실시예에 의한 섬유 구조체를 나타낸 것이다. 본 실시예에서는 상부원단층 300이 없이 하부원단층 100의 상부에 중간파일사층 200이 형성될 수 있다. 본 실시예에서 하부원단층과 중간파일사층은 상기 실시예와 동일한 재질과 방식으로 직조될 수 있으며, 기타 터프팅법 등에 의해서도 제조될 수 있다. 이 경우 상기 섬유 구조체의 두께는 1.2 내지 4mm 정도가 바람직한데, 이는 상기 실시예와 동일한 이유이다.

한편 본 실시예에서의 흡음 메커니즘은 중간파일사층 200으로 인입된 음파가 중간파일사층에 무수히 형성된 파일들 사이에서 회절되거나 진동되고 다시 하부원단층에서 막진동됨으로서 상당한 흡음효과가 발현될 수 있는 구조이다.

도 2a 내지 2b는 본 발명에 의한 바람직한 일실시예들에 의한 섬유 구조체와 흡음보드을 결합시킨 예를 나타낸 것으로 이 경우 하부원단층을 저융점사를 사용하여 별도의 접착제나 접합공정없이 열처리만으로 상기 보드와 결합시킬 수 있다. 상기 흡음보드는 합성섬유계 아트보드, 목재보드(MDF), 유리섬유, 광물질, 폴리우레 탄계 발포체 등 일반 건축용 흡음보드일 수 있다.

본 실시예 결과에 따르면, 본 발명의 복합기능성 섬유구조체와 상기 흡음보드를 배접하여 이중구조로 할 경우, 흡음성능이 각각의 흡음성능을 합산한 결과보다 월등히 상승하는 것을 확인할 수 있다. 특히 아트보드 흡음성능의 단점으로 지적되는 저주파음향에 대한 흡음성능을 상당수준 향상시키는 결과를 보인다.

실시예 1

상부원단층과 하부원단층은 100D/36F의 원사로, 중간파일층은 30D/1F의 원사로 형성하였다. 이 때 전체 섬유 구조체의 두께는 3.32mm로, 파일사의 밀도는 47 CPI(course Per Inch)로 직조하였다.

실시예 2

실시예 1과 동일하되 전체 섬유 구조체의 두께를 8mm로 직조하였다.

실시예 3

실시예 1과 동일하되, 전체 섬유 구조체의 두께가 1.6mm로 직조하였다.

실시예 4

실시예 1과 동일하되, 파일사의 밀도를 25 CPI(course Per Inch)로 직조하였다.

실시예 5

실시예 1과 동일하되, 상부원단층은 200D/72F, 하부원단층은 100D/48F의 원사로 직조하였다. 다시말해, 실시예 1에 비하여 상단원단층과 하단원단층에 보다 세섬도의 원사를 사용하였다.

실시예 6

하부원단층은 100D/48F의 원사로, 중간파일층은 75D/144F의 원사로 형성하였다. 이 때 전체 섬유 구조체의 두께는 2.00mm로, 파일사의 밀도는 45 CPI(course Per Inch)로 직조하였다.

실시예 7

실시예 6과 동일하되, 전체 섬유 구조체의 두께는 1.03mm로 직조하였다.

실시예 8

실시예 6과 동일하되, 전체 파일사의 밀도를 30 CPI(course Per Inch)로 직조하였다.

비교예 1

100D/36F의 원사를 이용해 도비직(Dobby Weave)하여, 전체 섬유 구조체의 두께를 1.00mmr로 직조하였다.

비교예 2

섬도 4.0D, 섬유장 51mm인 저융점 폴리에스테르 단섬유(LM PET)를 40wt%, 섬도 15.0D, 섬유장 51mm인 일반 폴리에스테르 단섬유(PET)를 60 중량% 혼합하여, 니들펀칭공정, 오븐본딩공정을 거쳐 두께 90mm, 평량이 2,200gsm인 아트보드를 제조하였다.

실시예 9

상기 비교예 2의 아트보드와 실시예 1의 섬유구조체를 배접한후 흡음율을측정하였다.

Ⅰ. 시험방법

1. 시험법

관내법(ISO 10354-1),

2. 측정 대상 시험체

관내법 : 실시예 1 내지 8, 비교예 1 내지 2

3. 측정 장비(장비명 : 모델명(제조회사/제조국))

관내법 : HM-02 I/O(Scein/S.KOREA)

4. 측정 온,습도 : (19.4±0.3) ℃ / (59.4±1.9) % R.H.

상기 실험방법에 의한 결과는 각 실시예 별 흡음률은 하기 표 3 및 표4와 같다. 도 4a 내지 4b는 각 실시예 및 비교예별 주파수 대역에 따른 흡음률을 나타낸 것이다.

여기서 NRC (Noise Reduction Coefficient)라 함은 흡음재의 흡음률은 각 주파수마다 다르므로 어떤 재료의 흡음특성을 말할 때 그 재료를 대표하는 흡음률의 단일지수가 필요한데, 이와 같이 어떤 재료의 흡음률을 하나의 단일지수로 표현한 것을 NRC라고 한다.

NRC = (a250+a500+a1,000+a2,000)/4

여기서, a250 : 250Hz의 흡음률

a500 : 500Hz의 흡음률

a1,000 : 1000Hz의 흡음률

a2,000 : 2000Hz의 흡음률

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 섬유 구조체는 섬유로 구성된 원단과 공기층을 포함하는 파일층을 형성함으로써 원단의 흡음과 파일구조의 흡음이 배가됨으써 흡음성능이 향상되는 효과가 있다.

본 발명에 의한 섬유 구조체는 고분자폼, 유리섬유, 광물섬유, 목섬유, 고분자섬유 등으로 제조되는 건축 흡음보드에 본 발명의 중간 파일층을 가지는 원단을 접목함으로써 특히 저주파 대역에서 흡음, 차음효과가 우수한 것으로 나타남은 물론, 인체 안전을 위한 충격흡수성을 부여할 수 있는 흡음모듈에 적용할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 섬유 구조체는 상기 흡음성능과 더불어 흡음보드와 함께 사용될 경우에도 별도의 접착제를 사용하지 않고 제조될 수 있어 친환경적이며, 난연특성도 부여가 가능하여 흡음, 유해물질차단, 난연성 등의 복합기능 발현이 가능한 장점이 있다.

또한 본 발명에 의한 섬유구조체는 종래의 흡음보드와 함께 사용될 경우 특히 흡음율이 배가되고, 특히 종래기술에서는 미진하였던 저주파 대역에서의 흡음율이 우수한 장점이 있다.

또한 본 발명에 의한 섬유구조체는 별도의 부가적 공정없이 상부원단층에 다양한 패턴과 입체형태구현이 가능하여, 예를 들면 상부원단층에 요철구조를 발현시킨 경우 흡음율이 배가되는 장점이 있다.

또한 본 발명에 의한 섬유구조체는 구조체로서 흡음에 필요한 최적의 조건(두께, 밀도, 섬유재질 및 원단구조)를 제안함으로서 섬유로서 흡음률이 향상된 섬유구조체를 제공한다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims

복합기능성 섬유 구조체에 있어서,

하부원단층의 상부에 파일로 형성된 중간파일사층이 형성되되,

상기 구조체의 두께는 1 내지 50mm이며, 상기 중간파일사층의 파일의 밀도는 20 내지 80 CPI여서 상기 중간파일사층과 하부원단층이 흡음성을 향상시킨 섬유 구조체.
제1항에 있어서,

상기 중간파일사층의 상부에 상부원단층이 더 형성된 섬유구조체.
제2항에 있어서,

상기 상부원단층의 표면에 요철구조와 같은 입체적 형상이 더 형성된 섬유구조체.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 하부원단층을 구성하는 원사는 흡음보드와의 접착성을 향상시키기 위해 저융점사로 이루어진 섬유구조체.
제2항에 있어서,

상기 원단층, 중간파일사층 또는 원단층 및 중간파일사층이 난연사로 형성된 섬유구조체.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 원단층, 중간파일사층 또는 원단층 및 중간파일사층이 탄성사로 형성된 섬유구조체.
제1항 내지 제3항, 제5항 중 어느 한 항에 의한 섬유구조체와 흡음보드와 결합되어 형성된 흡음모듈.