KR101651229B1 - 댐퍼용 복합직물 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스피커와 같이 전기신호를 소리신호로 바꾸어 표현해주는 기기에 적용되는 댐퍼용 복합직물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 동일한 성능의 대출력 스피커 댐퍼를 현재보다 경량화하여 투입되는 섬유 및 페놀수지를 줄일 수 있고, 공기투과도를 높일 수 있으며, 댐퍼 제조의 공정을 단순화하여 제조원가를 크게 줄일 수 있으면서도, 높은 강도를 구현할 수 있는 댐퍼용 복합직물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

댐퍼용 복합직물 및 그 제조방법{The composite fabrics for damper and process for producing the same}

본 발명은 스피커와 같이 전기신호를 소리신호로 바꾸어 표현해주는 기기에 적용되는 댐퍼용 복합직물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

스피커는 앰프로부터의 증폭된 전기 진동을 기계 진동으로 바꾸는 출력변환기로 전기신호를 소리신호로 바꾸어 표현해주는 기기이다.

스피커의 원리는 영구자석 내부의 보이스 코일에 전류를 보내어 전류의 방향에 따라 코일을 전후로 움직이도록 하고, 그 끝에 원형 판을 부착하여 그 판이 전후로 움직이면 공기의 진동이 생겨 소리가 나도록 하는 것이다.

스피커의 댐퍼는 전기 신호에 따라 움직여 소리를 만들어내는 보이스코일과 프레임을 연결하는 부품으로써, 보이스코일이 불필요한 방향으로 움직여 소리에 왜곡이 생기는 것을 방지하는 역할을 한다. 댐퍼가 갖추어야 할 특성으로는 장시간의 열 및 진동에도 모양과 강도가 변하지 않아야 하며, 보이스코일에서 발생하는 열이 잘 빠져나갈 수 있도록 공기투과도가 좋아야한다.

일반적으로 댐퍼의 제조법은 메타아라미드나 면으로 평범하게 제직한 직물에 페놀 수지를 함침시키고 건조한 뒤 일정한 모양의 금형에 넣어 열과 압력을 가해 모양을 만들고 역시 일정한 모양의 절단 금형으로 불필요한 부분을 제거하여 만든다.

그러나 이러한 방법에서는 대출력 스피커용 댐퍼를 만들기 위해 일반적으로 가장 굵은 방적사인 10수 방적사를 3합, 6합 등으로 합사하여 제직한 직물을 써야 하기 때문에 공정이 많아지고 페놀 수지의 소모량이 크며, 공기 투과도가 좋지 않은 문제가 있다.

따라서 본 발명은 기존의 대출력 스피커용 댐퍼보다 가볍고 페놀 수지의 함량이 적으며, 댐퍼제조공정을 단순화 할 수 있는 댐퍼용 복합직물 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

이를 위한 본 발명은 바람직한 일구현예로, 파라 아라미드 필라멘트와 메타 아라미드 방적사를 합사하여 아라미드 복합사를 제조하는 단계(a); 상기 단계(a)에서 수득된 아라미드 복합사를 농도 5~50% 페놀수지용액에 1~3회 함침한 후, 온도 80~150℃에서 3~8분 동안 건조하는 단계(b); 및 상기 단계(b)에서 수득된 아라미드 복합사로 직물을 제조하는 단계(c)를 포함하는 댐퍼용 복합직물 제조방법 및 이러한 방법으로 제조된 댐퍼용 복합직물을 제공한다.

상기 구현예에서, 단계(a)에서 파라 아라미드 필라멘트와 메타 아라미드 방적사를 1미터당 60~150회 꼬임을 주어 합사하는 것일 수 있다.

상기 구현예에서, 단계(a)에서 파라 아라미드 필라멘트는 200~1500 데니어이고, 메타 아라미드 방적사는 10~40수인 것일 수 있다.

본 발명에 따르면, 동일한 성능의 대출력 스피커 댐퍼를 현재보다 경량화하여 투입되는 섬유 및 페놀수지를 줄일 수 있고, 공기투과도를 높일 수 있으며, 댐퍼 제조의 공정을 단순화하여 제조원가를 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따라 제조된 대출력 스피커 댐퍼용 복합직물은 기존 제조법으로는 달성할 수 없었던 강도를 구현할 수 있으므로, 혁신적인 구조 및 성능의 새로운 고출력 스피커 설계에 유용하게 사용할 수 있을 것으로 기대된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다.

또한, 종래와 동일한 기술적 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명은 바람직한 일구현예로, 본 발명은 바람직한 일구현예로, 파라 아라미드 필라멘트와 메타 아라미드 방적사를 합사하여 아라미드 복합사를 제조하는 단계(a); 상기 단계(a)에서 수득된 아라미드 복합사를 농도 5~50% 페놀수지용액에 1~3회 함침한 후, 온도 80~150℃에서 3~8분 동안 건조하는 단계(b); 및 상기 단계(b)에서 수득된 아라미드 복합사로 직물을 제조하는 단계(c)를 포함하는 댐퍼용 복합직물 제조방법을 제공한다.

(a) 합사 단계

먼저 첫 번째 단계에서는 파라 아라미드 필라멘트와 메타 아라미드 방적사를 꼬아서 복합사를 만드는 단계로, 보편적인 합사기를 사용하여 달성할 수 있다.

이 때 상기 파라 아라미드 필라멘트와 메타 아라미드 방적사를 1미터당 60~150회 꼬임을 주는 것일 수 있다. 꼬임수 60 미만에서는 페놀 수지를 주로 함유할 메타아라미드 방적사의 양이 적어 완성된 댐퍼의 형상유지가 어려우며, 꼬임수가 150을 초과하는 경우 꼬임이 과도하여 제직시 일정한 밀도를 유지하기 어려운 문제가 있다.

상기 아라미드 직물의 재료는 방향족 폴리아미드로서, 두 개의 방향족 고리에 직접 연결된 아미드기(-CONH-) 결합이 85% 이상인 합성고분자를 말한다. 지난 수십년간 내열성 또는 고강도 아라미드 섬유를 개발하기 위하여 많은 연구가 이루어져 왔으며, 메타 아라미드(m-Aramid) 섬유와 파라 아라미드(p-Aramid) 섬유로 구분된다.

파라 아라미드 섬유는 20~26 g/d 수준의 높은 인장강도와 460~1,100 g/d 수준의 인장 탄성률을 가지면서도 다른 초고강력사에 비해 상대적으로 낮은 가격으로 인해 초고강도 섬유 시장의 70% 정도를 차지하는 대표적인 슈퍼섬유이다.

이에 비해 메타 아라미드 섬유는 강도와 탄성률은 폴리에스터와 비교될 정도로 낮은 수준이지만 섭씨 250도에서 1,000시간 노출 뒤에도 70% 이상 강도를 유지하며, 열수축률이 1% 이하일 정도로 내열성과 치수안정성이 좋다.

본 발명에서는 상기 파라 아라미드의 강도 특성을 이용하기 위해 필라멘트 형태를 취하였으나, 필라멘트 형태의 섬유가 수지 함침도가 떨어지는 것을 보완하기 위해 메타 아라미드 섬유의 방적사를 합사하여 사용하는 것으로 문제를 해결하였다.

이상 설명한 특성을 고려하여 파라 아라미드 필라멘트는 200 ~ 1500 데니어, 메타 아라미드 방적사는 10~40수인 것을 사용할 수 있다.

(b) 페놀수지 함침 단계

상기 단계(a)에서 수득된 아라미드 복합사를 농도 5~50% 페놀수지용액에 1~3회 함침한 후, 온도 80~150℃에서 3~8분 동안 건조하는 단계이다.

상기 페놀수지용액은 레졸형 페놀수지 및 부틸에테르형 페놀수지 중에서 선택된 어느 하나 이상의 수지 고형분 100 중량부에 대하여 메탄올 및 톨루엔, 자일렌 중 선택된 어느 하나, 또는 상기 용매의 혼합액 100 ~ 1900 중량부로 이루어진 것일 수 있다.

페놀수지는 그 기본구조가 Phenol alcohol 또는 dihydroxy diphenyl alkane의 어느 형태인가에 따라 두가지로 분류된다. 즉 novolac형과 resole형이 있다.

Phenol과 Formaldhyde의 반응에서 알칼리 촉매 하에서 과잉의 Formaldehyde와 반응할 경우 그 생성물은 측쇄(側鎖:Side chain) 또는 분자말단에 Methylol기를 가진 소위 Phenol alcohol류로 된다.

이런 수지를 일반적으로 Resole이라고 부르며 이는 다시 가열 또는 산촉매의 첨가로 경화하여 불용불융 상태로 된다. 이의 경화반응은 주로 메티롤기의 축합에 의해 일어난다.

이 형태에 속하는 페놀수지는 Phenol과 Formaldehyde에 의한 수지화 반응에서 마지막까지 축합반응을 진행시키지 않고 반응 도중에 계를 냉각시켜 반응을 정지하고 중간체의 상태에서 중화/탈수시켜 빼어낸다.

다시 이 수지를 사용하여 최종적으로 경화하기 위해서는 단순히 산성물질을 첨가하거나 가열함으로 가능하다. 따라서 이 경우 수지화 반응과 셩화반응을 완전히 분리하여 생각할 필요가 없으므로 1단공정(一段工程), 1단계수지(一段階樹脂:One stage process or One stage resin)라고 부르고 있다.

이에 반하여 페놀수지가 산성촉매 하에서 페놀에 대해 당량이하의 포름알데하이드를 사용하여 반응한 수지의 기본구조는 dihydroxy diphenylmethane의 계열의 것이 된다.

이런 수지를 일반적으로 Novolac이라고 부르며, 이것만으로는 완전히 경화되지 않고 경화제를 첨가함으로 비로소 경화반응을 하게 된다. 따라서 이 경우는 앞에서 말한 레졸과는 다르게 노블락의 제조공정과 노블락에 경화제를 혼합하여 경화시키는 공정이 각각 달라 2단공정 또는 2단계수지(Two stage process or two stage resin)라고 부르고 있다.

이러한 특징에 따라 본 발명에서는 경화제 없이 열을 가하는 것만으로 제품을 성형할 수 있는 레졸형 수지를 사용하여 문제를 해결하였으며, 다만 고형분 3% 이하에서는 성형물의 구조가 유지되지 못하는 문제가 있었으며 고형분 50% 이상에서는 성형물에 균열이 생기는 문제가 있다.

상기 페놀수지용액에 아라미드 복합사를 1~3회 함침한 후 온도 80~150℃에서 3~8분 동안 건조한다. 이 때 온도와 건조시간은 서로 반비례하며, 온도 80℃ 미만에서는 건조시간이 너무 길어지는 문제가 있고, 온도 150℃를 초과하는 경우에는 용제를 쓰는 공정 특징상 안전에 문제가 있다.

(c) 직물 제조 단계

마지막으로 단계(b)에서 얻어진 복합사로 직물을 만드는 단계로, 이 때 해당되는 직물은 평직, 편직, 니트, 능직, 견직 등 다양한 직물 중 하나로, 이 중 어느 하나를 특정하는 것은 아니다.

이하, 본 발명을 하기의 실시예로 더욱 상세히 설명하고자 한다. 하지만 이는 본 발명의 보다 쉬운 이해를 돕기 위한 것이지, 이들을 통하여 본 발명을 한정하고자 하는 것임은 아니다.

[실시예 1]

파라아라미드 필라멘트(미국 DuPont사: Kevlar 1000denier)와 메타아라미드 방적사(미국 DuPont 사; Nomex 20's)를 꼬임수 120으로 합사하고 레졸계 페놀수지(강남화성 KC4703 : 고형분 40% 용액) 100 중량부에 메탄올 200 중량부, 톨루엔 100 중량부를 혼합하여 페놀수지 10% 혼합액을 만들고, 이 혼합액에 아라미드 복합사를 2회 함침한 뒤 100도 온도에서 5분간 건조하였다. 이렇게 하여 얻어진 페놀함침 아라미드 복합사로 경위사 밀도 16/인치의 평직을 제직하였다.

[비교예 1]

메타아라미드 10수 방적사를 꼬임수 100으로 3합하여 경위사 밀도 25/인치의 평직을 제직하고 이 직물을 레졸계 페놀수지(강남화성 KC4703 : 고형분 40% 용액) 100 중량부에 메탄올 200 중량부, 톨루엔 100 중량부를 혼합하여 만든 페놀수지 10% 혼합액에 2회 함침한 뒤 100도 온도에서 5분간 건조하였다.

<물성시험>

상기 실시예 및 비교예를 실시하여 얻어진 직물을 각각 시료로 채택(1미터 × 1미터)하여 각각 무게 및 인장강도(측정방법 : KS K 0520)와 파열강도(측정방법 : KS K 0530)를 측청하고 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

구 분	무게	인장강도	파열강도
실시예 1	185g	34.4kg/㎠	41.2kg/㎠
비교예 1	255g	30.7kg/㎠	33.1kg/㎠

상기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 시료가 비교예에 비해 가벼운 중량을 가지면서도 인장강도 및 파열강도에서 우수한 강도를 나타내고 있음을 알 수 있다.

Claims (4)

1. 파라 아라미드 필라멘트와 메타 아라미드 방적사를 합사하여 아라미드 복합사를 제조하는 단계(a);
   상기 단계(a)에서 수득된 아라미드 복합사를 농도 5~50% 페놀수지용액에 1~3회 함침한 후, 온도 80~150℃에서 3~8분 동안 건조하는 단계(b); 및
   상기 단계(b)에서 수득된 아라미드 복합사로 직물을 제조하는 단계(c)
   를 포함하는 댐퍼용 복합직물 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   단계(a)에서 파라 아라미드 필라멘트와 메타 아라미드 방적사를 1미터당 60~150회 꼬임을 주어 합사하는 것임을 특징으로 하는 댐퍼용 복합직물 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   단계(a)에서 파라 아라미드 필라멘트는 200~1500 데니어이고, 메타 아라미드 방적사는 10~40수인 것임을 특징으로 하는 댐퍼용 복합직물 제조방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 댐퍼용 복합직물.