KR20050085431A - 초경량 트림 복합재료 - Google Patents

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Abstract

초경량의 소음 감소 복합재료(1)는 하부층(5)과 공기 유동 저항층(4) 사이의 음향 투과성의 경량 필름(6)을 포함한다. 상기 복합재료는 상기 복합재료(1)의 흡수 및 음 전달 거동을 밸런싱함으로써 음향 특성을 용이하게 조율하는 것을 허용한다. 상기 공기 유동 저항층(4)은 500Ns/㎥ 내지 10000Ns/㎥ 범위의 공기 유동 저항과 200g/㎡ 내지 3000g/㎡ 범위의 면적 질량을 갖는다. 하부층(5)은 100Pa 내지 100000Pa 범위의 강성 값을 갖는다. 경량의 필름(6)은 합성 포일로 구성되며 바람직하게 0.01mm의 두께를 갖는다.

Description

초경량 트림 복합재료 {ULTRALIGHT TRIM COMPOSITE}
본 발명은 자동차에서 소음을 감소시키기 위한 초경량 트림 복합재료에 관한 것이며 청구항 제 1 항의 전제부의 특징을 포함한다.
이러한 복합재료는 WO98/18656호에 개시되어 있으며 제한된 흡음 거동을 제공하는 재료 특성을 갖는 경량 재료 구성을 강조한다. 특히, 이러한 흡수 거동은 개방 기공형 공기 유동 저항("AFR")층의 면적 중량(area weight) 및 공기 유동 저항 뿐만 아니라, 다공성 배킹(backing) 또는 디커플러(decoupler) 층의 두께에 의해 주로 제어된다. 이러한 개념의 의도는 (종래의 질량-배리어 절연 시스템과 비교할 때 감소된 중량에 의해 야기되는) 복합재료의 전달 손실의 감소를 잘 한정된 흡음 거동으로 보상하는 것이다.
공진되는 섬유층이 AFR층과 다공성 배킹층으로 이용되었던, 이러한 개념의 초기 산업화는 성공적이었다. 계발 작업에 의해 폴리우레탄 폼과 같은 다른 재료로 이러한 개념이 계속 개선됨에 따라, 전술한 특허의 지침을 따르는 부품을 제조하는 비용측면에서 효율적인 프로세스를 규정하는 것은 어려웠다. 특히, 섬유 AFR층으로 직접 백포밍(backfoaming)될 때, 폼 화학물은 섬유를 포화시키고 AFR층의 기공을 효과적으로 폐쇄시켜, 상기 공보에 개시된 타겟 범위를 벗어난 높은 공기 유동 저항을 갖는 불량한 흡수 구조를 야기시킨다.
유사한 다층 경량 제품은 이미 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지되어 있으며 예를 들어 EP-B-0384420호에 개시되어 있다. 상기 개시내용에 따른 제품은 두 층, 즉 150g/㎡ 내지 1500g/㎡ 범위의 면적 질량을 갖는 하나 이상의 다공성 합성층과 약 50g/㎡ 내지 300g/㎡ 범위의 면적 질량을 갖는 하나 이상의 플리스(fleece) 층의 조합으로 구성된 음향 효과층(acoustically effective layer)을 포함한다. 이러한 플리스 층은 백폼되거나 백포밍 전에 조밀한 포일 및/또는 무거운 층으로 피복된다. 상기 문헌은 음향 효과층의 두께 또는 공기 유동 저항에 대해서는 개시되어 있지 않은데, 이 두 파라메터는 트림 제품의 음향 거동을 최적화하는데 관계된다.
이들 공지된 경량 제품은 오히려 제조하기 어려워서 이들 제품을 약간 변경된 음향 특성을 요구하는 다른 목적 또는 분야에 적용할 때 높은 제조 비용을 야기시킨다.
도 1은 본 발명에 따른 복합재료 조립체의 개략도이며,
도 2는 본 발명에 따른 일반적인 복합재료의 흡수 및 음 전달 손실 거동을 도시하는 도면이다.
그러므로 본 발명의 목적은 음향 특성을 용이하게 조율하도록 허용하는, 즉 소정의 음향 거동을 갖는 다양한 제품을 저가로 제조할 수 있는 구조를 갖는 초경량 트림 복합재료를 달성하고자 하는 것이다.
이는 청구항 제 1 항의 복합재료에 의해 달성되며 특히 500Ns/㎥ 내지 10000Ns/㎥ 범위, 바람직하게 500Ns/㎥ 내지 5000Ns/㎥ 범위, 특히 500Ns/㎥ 내지 2500Ns/㎥ 범위의 공기 유동 저항(R)과 200g/㎡ 내지 3000g/㎡ 범위, 특히 200g/㎡ 내지 1600g/㎡ 범위의 면적 질량(mA)을 갖는 제 1 음향 효과층(AFR층)을 포함하는 제품 내의 흡수 및 음 전달 거동을 밸런싱함으로써 달성된다. 이러한 AFR층은 조밀화된 섬유 펠트로 구성되며, 특히 마이크로섬유를 포함한다. 대안적으로, 이러한 AFR층은 천공된 포일, 폼, 금속 폼 또는 소정의 다른 적절한 재료로 구성될 수도 있다. 흡음성은 상기 AFR층의 섬유 조성 또는 두께(0.5-8mm, 특히 0.5-6mm, 바람직하게 2mm)를 변경함으로써 용이하게 최적화될 수 있다. 본 발명에 따른 다층 제품은 ISO, DIN 또는 ASTM 표준에 따라 매우 낮은 압축력 변형(CFD) 계수를 갖는 제 2 폼 하부층을 더 포함한다. 티커플러(decoupler)로서 작용하는 상기 탄성의 제 2 폼 하부층의 강성(SD)은 100Pa 및 100000Pa 범위의 값을 갖는다. 상기 디커플러는 소정의 적절한 재료, 특히 다공성 폼 또는 젤로부터 구성될 수도 있다. 게다가, 본 발명에 따른 다층 제품은 배킹 층, 즉 제 2 폼 하부층과 제 1 흡음 AFR층 사이에 배열된 음향 투과성의 매우 얇고 경량인 필름을 포함한다. 이러한 음향 투과성 필름은 소정의 열경화성 재료로 구성될 수도 있으며, 특히 PVOH, PET, EVA, PE, PP 포일 또는 특히 PE/PA 이중층 포일로 구성될 수도 있다. 이러한 포일은 배킹 층과 조합되어 음향 포일 흡수제로서 작용한다. 특히, 이러한 포일은 접착층으로 구성되거나 단지 폼 슬라브의 표피로 구성될 수도 있다. 전술한 배킹 층의 압축 강성(SD)과 상기 필름의 두께는 본 발명에 따른 제품의 음향 거동에 영향을 준다. 이러한 필름은 흡수 특성을 증가시키기 위해 천공되고, 특히 마이크로천공되거나, 복합재료 제품의 전달 손실을 증가시키기 위해 천공되지 않을 수 있다. 상기 배킹 층은 백포밍 프로세스에 의해 또는 폼 슬라브를 폐쇄된 또는 개방된 기공 표피로 부착시킴으로써 구성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 종속항의 특징을 포함한다.
본 발명의 장점은 당업자에게 명백하다. 바람직한 음향 거동에 따라, 제 1 층의 AFR 값을 변경시키고, 필름 내의 천공의 양 및 크기를 변경시키고, 및/또는 폼 표면의 구조를 변경시킴으로써 대응 제품을 용이하고 비용측면에서 효과적을 조립할 수 있다.
게다가 상기 복합재료는 리사이클링 중에 섬유 펠트 부분으로부터 폼 부분이 용이하게 분리되게 허용한다.
이후 용이하게 조율가능한 음 흡수 및 전달 손실 거동을 제공하는 본 발명의 초경량 복합재료 구조의 실행가능성이 개시된다.
본 발명의 초경량 트림 복합재료(1)는 주로 음향 스프링-질량-시스템과 같이 거동하는 층들의 조합을 포함하며, 즉 스프링(2)으로 작용하는 하나 이상의 층과 음향 스프링-질량-시스템의 질량(3)으로 작용하는 하나 이상의 음 흡수 AFR 층(4)을 포함한다. 이러한 음 흡수 AFR 층(4)은 바람직하게 섬유들 또는 섬유와 치핑된(chipped) 폼의 조합물로 구성된다.
상기 복합재료의 주요 특징은 폼 층(5)과 AFR 층(4) 사이에 존재하는 음향 투과성(음향적으로 비가시적인) 박막(6)이며, 상기 박막은 AFR 층 내의 폼 포화를 방지시킨다. 연질 폼 배킹 층(5)은 바람직하게 AFR 층(4)과 유사한 압축 강성 특성을 갖는다. 상기 복합재료는 공기 유동 저항 흡수층(8)의 일부로 간주되는 장식 또는 카펫 층(7)과 같은 추가의 층을 포함할 수도 있다.
현재의 프로세스 기술의 한계로 인해, 섬유 AFR 층(4)으로의 직접 포밍은 AFR 층(4)을 포화시키는 폼 화학물을 야기시킨다. 그 후 이는 AFR 층(4)을 폐쇄시켜, 매우 높은 수준의 공기 유동 저항과 복합재료의 흡수 성능의 대응하는 퇴화를 야기시킨다.
AFR 층 섬유의 포화를 방지하기 위해, 음향 투과성, 바람직하게 비-다공성의 박막(6)이 제조 프로세스에서 AFR 층(4)과 폼(5) 사이에 삽입될 수도 있다. 약 0.01mm 미만의 두께 값을 갖는 필름(6)이 무시할 만한 전달 손실 거동을 보여, 음향 투과성이 있다고 간주됨을 명확하게 인식할 것이다. 그 후 이러한 형태의 필름(6)이 WO 98/18656호에 따른 초경량 복합재료와 조합될 때, 유입되는 음향파의 충분한 부분이 다공성 배킹 층 내로 통과되고 분산된다. 최종 결과는 복합재료의 흡수 성능의 미소한 퇴화이다.
25mm의 폼 배킹 층과, 0.0125mm 필름을 갖는 폼 배킹 층의 직각 입사된 음 흡수 거동이 임피던스 튜브 설비로 실험되고 비교되었다. 그 후, 폼 및 필름의 유효한 실험 모델이 AFR과 폼 배킹 층 사이에 삽입된 필름 층의 특성을 형성하는데 사용되어, 복합재료에 대해 최상으로 가능한 흡수 거동을 보장한다.
이러한 복합재료(필름 포함)의 음 흡수는 각각 1mm, 0.1mm, 0.01mm 및 0.001mm의 필름 두께 값에 대해 실험되었다. 1mm 필름의 경우는 일반적으로 불량한 흡수 성능을 보이며, 0.01mm 보다 작은 두께의 필름을 이용하면 흡수 성능이 약간 개선됨을 보인다.
가변적인 필름 두께 값을 갖는 이러한 복합재료의 음 전달 거동이 측정되었다. 0.091mm의 경우에, 낮은 주파수에서 비-필름 구조와 비교할 때 전달 손실(TL)이 약간 감소하였으나, 300Hz 이상에서 약 2-3dB의 전체적인 개선이 관찰되었다. 보다 낮은 주파수에서 TL의 감소는, 이러한 주파수에서는 구조로 인한 소음이 공기로 인한 소음 보다 중요하고, 복합재료의 TL이 이러한 형태의 자극에 크게 기여하지 않기 때문에, 자동차 분야에서 큰 관심사가 아니다.
요약하면, 필름의 임계 치수에 의하면 이러한 복합재료에 대해 흡수와 음 전달 사이의 충분한 밸런스를 보장하기 위해 두께가 약 0.01mm이어야 한다. 이러한 복합재료(필름 포함)의 흡수 거동의 소정 퇴화는 음 전달 성능이 약간 증가함으로써 보상될 수 있다.
비-다공성 필름의 두께를 구체화함과 동시에, 폼 배킹(5)의 압축 강성은 본 발명의 복합재료가 공지된 복합재료와 유사한 음 전달 거동을 갖게 보장하도록 한정될 수 있다.
특히, 본 발명의 경량 구조는 종래의 질량계 시스템 보다 다공성 배킹층의 압축 강성에 보다 민감하다. 이는 공지된 복합재료의 실험된 음 전달 손실에 대해 알려져 있으며, 이 구조들에 대해 폼 배킹의 강성이 5, 10 및 20배 만큼 증가되었다. 배킹층의 강성을 증가시키면 복합재료의 샌드위치 공진이 보다 높은 주파수로 상승됨을 명백하게 알 수 있다. 이 때 위험성은 샌드위치 공진이 차량 내의 국부적인 패널 진동과 일치하여, 유효 소음 라디에이터 또는 트랜스미터를 발생시킨다는 것이다.
그러므로, 동일한 두께와 중량을 갖는 시스템에 대해, 본 발명에 따른 폼 배킹에 사용되는 폼의 압축 강성은 본 발명의 복합재료가 유사한 음 전달 거동을 갖는 것을 보장하기 위해 공지된 조립체 내의 공진 펠트 배킹과 유사해야 한다.
이는 또다른 설비에 의해 알려지며, 여기서 본 발명에 따른 폼 배킹과 공진 펠트의 25mm 두께의 샘플에 대해 하중-힘-편향(LFD)이 측정되었다. 이들 곡선은 재료의 강성이 변형에 따라 어떻게 변하는지를 나타낸다. 상기 정보로부터, 재료의 압축 강성은 완전히 완화된 선형 탄성 영역(5% 이하의 변형율 또는 변형)에서 곡선의 기울기로부터 유도될 수 있다. 기울기는 폼 및 공진 펠트 층 모두에 대해 유사하여, 두 재료가 비교할 만한 압축 강성 값, 즉 유사한 음 전달 손실 성능을 가짐을 나타낸다.
본 발명에 다른 폼 층의 주요 음향 특성은 상기 폼 층이 압축 강성에서 연질이고(초경량 복합재료의 부분으로서 그 유효성의 이유), 일반적인 폴리우레탄 폼(PU) 보다 더욱 연질이며, 소위 중량의 점탄성 폼에 필적한다는 것이다.
투과율(투과성) 정보(복합재료의 바닥에 대한 다층 복합재료의 상부에서의 이동 비)는 상기 특성을 보다 더 강조하는데 이용될 수 있다. 폼 배킹의 강성이 0.5 배수 감소되고, 5, 10 및 20배수 증가된 구조와 함께 본 발명에 따른 복합재료의 실험된 투과율이 결정되었다. 이들 측정에서, 샌드위치 공진의 주파수가 보다 높은 주파수에서 발생하는 다른 재료의 공진과 함께 명백하게 강조된다. 예상된 바와 같이, 경량의 AFR 층을 갖는 구조에 대해, 압축성 연질 폼 배킹 층의 이용은 초경량 복합재료의 샌드위치 공진을 민감한 400Hz-1000Hz 이하로 이동시키는데 효과적이다. 복합재료의 성능은 배킹층의 강성을 더욱 감소시킴으로써 개선될 수 있고, 이는 포밍 성분 및 프로세싱 방법의 선택을 통해 달성될 수 있다.
마지막으로, 주어진 AFR 층 중량에 대해 본 발명에 따른 폼 배킹의 허용가능한 강성 값 범위에 대한 사양은 평균 투과율 외형으로부터 유도될 수 있다. 여기서, 2mm AFR 층, 및 25mm 다공성 배킹 층을 갖는 UL 복합재료의 투과율은 가변 AFR 층 중량 및 배킹 층 압축 강성 값에 대해 3차 옥타브 주파수 밴드(10Hz-2000Hz)에 걸쳐 계산되고 평균되었다.
상기 정보를 이용하여, 초경량 복합재료에 대해 일반적인 사양이 다음과 같이 주어지는데, 즉 AFR 층 면적 중량이 0.2㎏/㎡ 이상이고, 폼 압축 강성이 50000Pa(현재 사용되는 폼 및 일반적인 공진 펠트 패드는 약 20000Pa의 강성 값을 가짐)이다.
전술한 바와 같이, AFR 섬유 층으로의 직접 백포밍은 층을 밀봉시켜 복합재료의 흡수 성능에 현저한 퇴화를 야기시킨다. AFR 및 폼 층 사이에 박막을 실행하고, 압축성 연질 폼 배킹을 이용함으로써, 본 발명에 따른 복합재료의 음향 성능은 약간 감소된 흡수 및 약간 개선된 음 전달 거동을 갖는 종래의 복합재료(중량 층을 갖는 스프링-질량-시스템)와 유사한 흡수 및 음 전달 사이의 밸런스를 가질 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 복합재료의 음향 거동은 특히 본 발명의 복합재료(1)의 필름(6)을 천공시키고, 배킹 폼 층(5)과 필름(6)이 음향 포일 흡수제(9)의 형태로 서로 상호작용함을 고려함으로써 용이하게 조율될 수 있다. 이러한 개념에 기초하여 천공된 포일(6) 및/또는 개방된 기공 표피를 갖거나 갖지 않는 폼 슬라브(5)의 이용이 유리할 수 있다. 당업자는 개방된 또는 폐쇄된 셀을 갖는 폼을 이용할 수 있다고 이해된다. 조사결과에 의하면 증가된 표피 중량을 갖는 폼 슬라브를 이용할 때 흡수 성능이 보다 낮은 주파수에서 증가함을 알 수 있다. 개방된 기공 표피를 이용하면 보다 높은 주파수 영역에서 흡수 성능이 증가한다.
물론, 본 발명에 따른 복합재료는 자동차 분야에 사용될 수 있지만 음 감소 패널이 사용되는 건축 분야와 같은 소정의 기술 분야, 기계 산업 분야, 또는 소정의 수송 차량에도 사용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 제 1 음향 효과층(4)과 제 2 하부층(5)을 포함하는 초경량 트림 복합재료(1)에 있어서,
    상기 복합재료의 흡수 및 음 전달 거동의 밸런싱을 위해, 상기 제 1 음향 효과층(4)은 500Ns/㎥ 내지 10000Ns/㎥ 범위의 공기 유동 저항(R)과 200g/㎡ 내지 3000g/㎡ 범위의 면적 질량(mA)을 가지며, 상기 제 2 하부층(5)은 100Pa 내지 100000Pa 범위의 매우 낮은 압축력 변형 계수, 즉 강성 값(SD)을 가지며,
    상기 제 2 하부층(5)과 상기 제 1 음향 효과층(4) 사이에 음향 투과성의 경량 박막(6)을 더 포함하며,
    상기 박막은 음향 포일 흡수제(9)의 형태로 상기 하부층(5)과 상호작용하는 것을 특징으로 하는,
    초경량 트림 복합재료.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 하부층(5)은 백포밍된 층인,
    초경량 트림 복합재료.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 폼 하부층(5)은 폼 슬라브로 구성되는,
    초경량 트림 복합재료.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 폼 슬라브는 개방된 기공 표피를 포함하는,
    초경량 트림 복합재료.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막(6)은 흡수 특성을 증가시키기 위해 천공되는,
    초경량 트림 복합재료.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 박막(6)은 마이크로천공되는,
    초경량 트림 복합재료.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막(6)은 전달 손실을 증가시키기 위해 천공되지 않는,
    초경량 트림 복합재료.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 음향 효과층(4)은 0.5mm 내지 8.0mm 범위의 두께를 갖는,
    초경량 트림 복합재료.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 음향 효과층(4)은 약 1㎏/㎡의 면적 중량을 갖는,
    초경량 트림 복합재료.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    디커플러 층으로 작용하는 상기 제 2 폼 하부층(5)은 약 20mm의 두께를 갖는,
    초경량 트림 복합재료.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막 층은 약 0.01 내지 1.0mm 범위의 두께를 갖는,
    초경량 트림 복합재료.
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