KR20190055983A - 흡음성능이 개선된 차량용 헤드라이너 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡음성능이 개선된 차량용 헤드라이너에 관한 발명으로, 스킨층, 스킨층의 일면에 결합되는 접착 WEB층, 접착 WEB층의 일면에 결합되고, 글래스 파이버가 함침된 LWRT 소재로 구성된 코어층 및 코어층의 일면에 결합되는 스크림층을 포함하는 헤드라이너에 관한 것이다. 이러한 특징으로 인해, 종래의 PP FILM을 대체하여 흡음성을 개선하고, 고가의 통기성 PP FILM을 대체하여 원가를 절감할 수 있다.

Description

흡음성능이 개선된 차량용 헤드라이너 및 그 제조방법{HEADLINER FOR VEHICLE WITH IMPROVED SOUND ABSORPTION PERFORMANCE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 흡음성능이 개선된 차량용 헤드라이너 및 그 제조방법에 관한 발명으로, 보다 상세하게는, 스킨층, PET 접착 WEB층, 코어층 및 스크림층이 적층되어 흡음성능이 개선되고 원가가 절감되는 헤드라이너에 관한 발명이다.

차량의 루프 패널 내측면에 부착되는 헤드라이너(headliner)는 자동차의 주요한 내장재로서 실내 인테리어의 기능과 함께 자동차의 소음을 방지하는 흡차음재 또는 충돌사고 시 승객의 두부를 충격으로부터 보호하는 완충재로 기능하게 된다.

이러한 헤드라이너는 펠트, 지류, 우레탄폼, 기타 합성수지 발포체로 이루어지는 기재와 이 기재에 부착되는 외피를 포함하여 이루어진다. 또한, 체결부재를 통해 차량의 루프 패널 내측면에 부착된다.

도 1은 종래의 헤드라이너의 단면을 간략하게 도시한 것이다. 특히, 본 출원인(한화첨단소재)이 개발한 LWRT(Low Weight Reinforced Thermoplastics, 저중량 강화 열가소성 플라스틱, 브랜드명 'Superlite')를 이용하여 제작된 헤드라이너의 단면이다.

차량의 실내를 기준으로 종래의 헤드라이너(1)는 스킨층(10), PP FILM(20), 글래스 파이버가 함침된 LWRT 소재로 구성된 코어층(30) 및 스크림층(40)이 순차적으로 적층된 구조이다. 헤드라이너(1)는 차량 외부에서 실내로 진입되는 소리를 투과하여 에너지 손실을 발생시키고, 이를 통해 흡음성능을 발생시키게 된다.

PP FILM(20)은 스킨층(10)과 코어층(30)을 잇는 역할을 하는 것으로, 일종의 접착제 역할을 하게 된다. 그러나, 통상의 PP FILM(20)은 고유의 차음성을 지니는 특성으로 인해 외부에서 실내로 유입되는 소리의 투과를 방해하게 된다. 이로 인해 흡음성능이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 통기성 PP FILM(20)은 흡음성능이 개선되나, 원가 측면에서 문제가 되어 생산 지속성에 한계가 있었다.

본 발명은 흡음성능이 개선된 차량용 헤드라이너 및 그 제조방법에 관한 발명으로, 스킨층, PET 접착 WEB층, 코어층 및 스크림층이 적층된 것을 특징으로 한다. 이로 인해, 종래의 PP FILM이 지닌 음투과 방해 성질로 인해 흡음성능이 저하되는 문제점을 해결하고, 통기성 PP FILM이 지닌 원가의 문제점을 해결하고자 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 차량용 헤드라이너는 스킨층, 스킨층의 일면에 결합되는 접착 WEB층, 접착 WEB층의 일면에 결합되고, 글래스 파이버가 함침된 LWRT 소재로 구성된 코어층 및 코어층의 일면에 결합되는 스크림층을 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 차량용 헤드라이너의 스킨층의 타면은 차량의 실내를 향하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 차량용 헤드라이너의 접착 WEB층은 수지를 방사하고 고온, 고압의 열풍을 가하는 멜트블로운(melt-blown) 방식으로 제작되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 차량용 헤드라이너의 수지는 PET(polyethyleneterephthalate)인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량용 헤드라이너의 제조방법은 스킨층의 일면이 차량 외부로 향하도록 배치하는 단계, 스킨층의 일면에 접착 WEB층을 적층하는 단계, 접착 WEB층의 일면에 글래스 파이버가 함침된 LWRT 소재로 구성된 코어층을 적층하는 단계 및 코어층의 일면에 스크림층을 적층하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 차량용 헤드라이너의 제조방법은 스킨층, 접착 WEB층, 코어층 및 스크림층을 상하방향으로 가압하는 단계를 더 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 차량용 헤드라이너의 제조방법의 접착 WEB층은 수지를 방사하고 고온, 고압의 열풍을 가하는 멜트블로운(melt-blown) 방식으로 제작되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 차량용 헤드라이너의 제조방법의 수지는 PET(polyethyleneterephthalate)인 것을 특징으로 한다.

본 발명으로 인해, 종래의 PP FILM을 대체하여 흡음성을 개선하고, 고가의 통기성 PP FILM을 대체하여 원가를 절감할 수 있다.

도 1은 종래의 헤드라이너의 단면을 간략하게 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 헤드라이너의 단면을 간략하게 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 PET 접착 WEB층을 나타낸 실제 사진이다.
도 4는 PET 접착 WEB층 중 LWRT 코어층을 바라보는 쪽의 표면을 미세 현미경으로 관찰한 실제 사진이다.
도 5는 PET 접착 WEB층 중 스킨층을 바라보는 쪽의 표면을 미세 현미경으로 관찰한 실제 사진이다.
도 6은 알파캐빈법을 통해 실험한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 차량용 헤드라이너의 제조단계를 나타낸 순서도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 헤드라이너의 단면을 간략하게 도시한 도면이다. 이하 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 헤드라이너의 구성 및 이에 따른 효과를 설명하도록 한다.

본 발명에 따른 헤드라이너는 스킨층(100), 접착 WEB층(200), 코어층(300) 및 스크림층(400)을 포함한다.

이때, 스킨층(100), 접착 WEB층(200), 코어층(300) 및 스크림층(400)이 순차적으로 적층되며 스킨층은 실내 측을, 스크림층(400)은 차량 외부 측에 위치되는 것이 바람직하다.

스킨층(100)은 일 예로, 부직포 재질일 수 있으며, PET FABRIC과 PU 폼층이 결합된 형태일 수 있으며, PET FABRIC, PU 폼층, PET SPLUNLACE가 모두 적층된 형태일 수 있다.

코어층(300)은 PP+GF 코어로, 경량화에 강점이 있는 LWRT 소재이다. 공지된 기술인 바, 상세한 설명은 생략하도록 한다.

스크림층(400)은 일 예로, PET(polyethyleneterephthalate, 폴리에틸렌테레프탈레이트) 스크림인 것이 바람직하다. 일종의 부직포 층으로, 스크림층(400) 또한 종래의 기술인 바, 상세한 설명은 생략하도록 한다.

스킨층(100)과 코어층(300) 사이에는 접착 WEB층(200)이 위치된다. 또한, 접착 WEB층(200)의 각 양면은 각각 스킨층(100)과 코어층(300)과 결합되는 것이 바람직하다. 즉, 접착 WEB층(200)이 종래의 PP FILM을 대신하여 접착제 역할을 하게 된다.

이때, 접착 WEB층(200)은 수지를 방사하고 고압, 열풍을 가하는 멜트블로운(melt-blown) 방식으로 제작되는 것이 바람직하다.

또한, 이때의 수지는 열가소성으로 PET(polyethyleneterephthalate, 폴리에틸렌테레프탈레이트)인 것이 바람직하다. PET를 얻으려면 테레프탈산다이메틸과 에틸렌글리콜을 150∼230℃에서 가열하여 에스터교환반응으로 Bis(β-하이드록시에틸)테레프탈레이트를 얻는다. Bis(β-하이드록시에틸)테레프탈레이트를 1토르(torr) 이하에서 270∼300℃로 가열하면 중축합이 이루어지면서 에틸렌글리콜을 내보내며 PET가 얻어진다. Bis(β-히드록시에틸)테레프탈레이트를 얻는 다른 방법은 고순도 테레프탈산과 에틸렌글리콜에 압력을 가하면서 약 230℃에서 반응시키는 것이다.

내열성, 강성, 전기적 성질 등이 뛰어나고, 높은 온도에 오랫동안 있어도 극한강도가 약간만 줄어든다. 결정성 플라스틱에 속하기 때문에 디젤유와 같은 기름에 대한 내성이 좋다.

또한, 본 발명에 따른 PET 소재를 사용하게 되면, 종래의 통기성 PP FILM(20)보다 가격이 저렴하여 원가를 절감할 수 있는 장점이 있다.

멜트블로운 공법이란, 수지를 녹여 방사한 후, 고온, 고압의 열풍을 불어주어 섬유 WEB를 형성하는 것을 말한다. 미세섬유로 구성된 멜트블로운 WEB은 각종 고성능 필터, 와이퍼, 유흡착재, 단열재 및 흡음재 등으로 널리 사용되고 있다.

본 발명에서는 PET 수지를 녹여 방사한 후, 고온, 고압의 열풍을 불어주어 섬유 WEB을 형성한다. 이때, 수지는 PET 100% 인 것이 바람직하며, 혼합 형식이 아닌 것이 바람직하다.

스킨층(100), 접착 WEB층(200), 코어층(300) 및 스크림층(400)은 상하방향으로 가압되며, 접착 WEB층(200)이 가압에 의해 녹아 스킨층(100) 및 코어층(300)과 엉켜붙게 된다. 즉, 접착 WEB층(200)이 종래의 PP FILM(20)을 대체하여 접착제 역할을 할 수 있는 것이다.

이를 확인하기 위해 실제 사진을 첨부한다.

도 3은 본 발명에 따른 PET 접착 WEB층(200)을 나타낸 실제 사진이다. 또한, 도 4는 PET 접착 WEB층(200) 중 LWRT 코어층(300)을 바라보는 쪽의 표면을 미세 현미경으로 관찰한 실제 사진이며, 도 5는 PET 접착 WEB층(200) 중 스킨층(100)을 바라보는 쪽의 표면을 미세 현미경으로 관찰한 실제 사진이다.

도 4를 참조하면, PET 접착 WEB층(200)과 LWRT 코어층(300)이 서로 엉겨붙어 있는 것을 확인할 수 있고, 도 5를 참조하면, PET 접착 WEB층(200)과 스킨층(100)이 서로 엉겨붙어 있는 것을 확인할 수 있다.

PET 접착 WEB층(200)이 접착제 역할을 할 수 있는 것을 확인하였고, 종래의 일반적인 PP FILM(20)과 달리 흡음성능이 개선되었는지 확인하여 본다.

도 6은 알파캐빈법을 통해 실험한 결과를 나타내는 그래프이다. 파란색 선은 종래의 헤드라이너(1)이고, 빨간색 선은 본 발명에 따른 헤드라이너(2)이다.

알파캐빈법(간이 잔향실법)은, 총 3개의 스피커를 이용하여 저주파(400Hz)-고주파(10000Hz) 사이의 15 단계의 음을 발생시킨 후, 마이크로폰을 이용하여 시편의 흡음성능을 측정한 것이다.

그래프를 기준으로, 가로측은 진동수이며, 세로축은 흡수율을 나타낸 것이다.

도 6을 참조하면, 실험 결과 저주파(400Hz) 및 고주파(10000Hz)에서는 종래의 헤드라이너(1)와 본 발명에 따른 헤드라이너(2)의 흡음성능의 큰 차이점이 없다.

그러나, 저주파와 고주파 사이의 대역에는 본 발명에 따른 헤드라이너(2)의 흡음성능지수가 더 높다는 것을 확인할 수 있다. 저주파와 고주파 사이의 음의 흡음 성능이 높다는 것은, 일반적인 차량의 외부 소리(S)의 흡음 성능이 높다는 것과 매칭시킬 수 있다. 따라서, PET 접착 WEB층(200)이 포함된 본 발명에 따른 헤드라이너(2)가 PP FILM(20)이 포함된 종래의 헤드라이너(1)에 비해서 흡음성능이 개선되는 것을 확인할 수 있다.

이때, PET 접착 WEB층(200)의 두께는 150㎛ 이상 180㎛ 이하의 범위인 것이 바람직하다.

이를 증명하기 위해 실험예 1을 살핀다.

[실험예 1]

1. PET 접착 WEB층(200)의 두께를 170㎛로 한 후, 알파캐빈법을 통해 2000Hz일 때의 Absorption Coefficient를 측정한다.

2. 2000Hz일 때의 Absorption Coefficient는 0.5가 나왔다.

3. PET 접착 WEB층(200)의 두께를 120㎛ 내지 240㎛ 범위로 5㎛ 간격으로 두께를 달리하여 알파캐빈법을 통해 2000Hz일 때의 Absorption Coefficient를 측정한다.

4. PET 접착 WEB층(200)의 두께 170㎛ 일 때의 Absorption Coefficient 0.5를 기준값 '10'으로 하여, 120㎛ 내지 240㎛ 범위의 실험 결과에 따른 Absorption Coefficient를 상대적 지수로 환산하여 비교한다.

실험 결과는 하기와 같다.

두께(㎛)	상대지수
120	3.9
125	4.2
130	5.2
135	5.6
140	5.7
145	5.9
150	8.5
155	8.9
160	9
165	9.5
170	10
175	10.2
180	10.4
185	8.9
190	8.5
195	8.4
200	8.2
205	7.9
210	7.8
215	7.7
220	7.3
225	7.2
230	7.1
235	6.8
240	6.6

두께가 150㎛ 미만인 경우의 상대지수는 5.9으로서, 150㎛일 때의 상대지수(8.5)보다 급격히 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 이는, PET 접착 WEB층(200)의 두께가 상기 범위 미만인 경우 접착 성능 저하로 전체적인 흡음성이 떨어지는 문제가 생기기 때문이다.

반면, 두께가 180㎛를 초과하는 경우의 상대지수는 8.9로서, 180㎛일 때의 상대지수(10.4)보다 상대적으로 급격히 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 이는, PET 접착 WEB층(200) 자체가 두꺼워져 PET 층의 흡음성 저하로 전체적인 소음의 흡음 및 파동 상쇄효과가 저하되기 때문이다.

따라서, PET 접착 WEB층(200)의 두께는 150㎛ 내지 180㎛인 것이 바람직하다.

또한, PET 접착 WEB층(200)의 섬유의 섬도는 17㎛ 이상 19㎛ 이하의 범위인 것이 바람직하다.

이를 증명하기 위해 실험예 2를 살핀다.

[실험예 2]

1. PET 접착 WEB층(200)의 섬유의 섬도를 18㎛로 한 후, 알파캐빈법을 통해 2000Hz일 때의 Absorption Coefficient를 측정한다.

2. 2000Hz일 때의 Absorption Coefficient는 0.42가 나왔다.

3. PET 접착 WEB층(200)의 섬유의 섬도를 16㎛ 내지 20㎛ 범위로 0.2㎛ 간격으로 섬도를 달리하여 알파캐빈법을 통해 2000Hz일 때의 Absorption Coefficient를 측정한다. 이때, PET 접착 WEB층(200)의 두께는 동일하다.

4. PET 접착 WEB층(200)의 섬유의 섬도 18㎛ 일 때의 Absorption Coefficient 0.42를 기준값 '10'으로 하여, 16㎛ 내지 20㎛ 범위의 실험 결과에 따른 Absorption Coefficient를 상대적 지수로 환산하여 비교한다.

실험 결과는 하기와 같다.

섬도(㎛)	상대지수
16	3.1
16.2	3.5
16.4	4
16.6	4.1
16.8	4.3
17	8.4
17.2	8.7
17.4	9
17.6	9.3
17.8	9.7
18	10
18.2	10.6
18.4	10.9
18.6	11.4
18.8	11.8
19	12.1
19.2	7.9
19.4	7.5
19.6	7.2
19.8	6.9
20	6.8

섬유의 섬도가 17㎛ 미만인 경우의 상대지수는 4.3으로서, 17㎛일 때의 상대지수(8.4)보다 급격히 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 이는, PET 접착 WEB층(200)의 섬유의 섬도가 상기 범위 미만인 경우 PET 섬유 사이에 미세 공간이 형성되어 외부 공기가 갇히는 구조가 형성되고, 진동이 커져 흡음을 방해하기 때문에, 흡음성이 저하되기 때문이다.

반면, 섬유의 섬도가 19㎛를 초과하는 경우의 상대지수는 7.9으로서, 19㎛일 때의 상대지수(12.1)보다 상대적으로 급격히 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 이는 섬도가 두꺼우면, 위치별로 접착력 차이가 발생되므로, 전체적으로 접착력이 저하되므로 흡음성이 낮아지기 때문이다.

따라서, PET 접착 WEB층(200)의 섬유의 섬도는 17㎛ 내지 19㎛인 것일 수 있다.

도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 흡음성능이 개선된 차량용 헤드라이너의 제조단계를 설명하도록 한다.

먼저, 스킨층(100)의 일면이 차량 외부로 향하도록 배치한다(S100). 따라서, 스킨층(100)의 타면은 차량 실내로 향하도록 배치된다. 다음, 스킨층(100)의 일면에 접착 WEB층(200)을 적층한다(S101). 이때, 접착 WEB층은 PET 수지를 방사하여 멜트블로운 방식으로 제조된 것이 바람직하며, PET 접착 WEB층(200)의 두께는 150㎛ 내지 180㎛인 것이 바람직하며, PET 접착 WEB층(200)의 섬유의 섬도는 17㎛ 이상 19㎛ 이하의 범위인 것이 바람직하다.

다음, 접착 WEB층(200)의 일면에 LWRT 소재로 구성된 코어층(300)을 적층한다(S102). 또한, 코어층(300)의 일면에 스크림층(400)을 적층한다(S103).

이와 같이 차량의 실내를 기준으로, 스킨층(100), 접착 WEB층(200), 코어층(300) 및 스크림층(400)이 순차적으로 적층되는 구조가 형성된다.

이후, 4개의 층을 상하방향으로 가압한다(S104). 좀 더 상세하게는, 스킨층(100)의 타면을 기준으로 스크림층(400)을 향하여 가압되고, 스크림층(400)의 일면을 기준으로 스킨층(100)을 향하여 가압된다. 가압으로 인해, 각 층은 결합되고, 특히, 접착 WEB층은 스킨층(100) 및 코어층(300)과 각각 엉겨붙게 된다(도 4 및 도 5 참조). 이로 인해, 흡음 성능이 개선된 헤드라이너를 완성시킬 수 있다.

설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

100…스킨층 200…접착 WEB층
300…코어층 400…스크림층

Claims (8)

1. 스킨층;
   상기 스킨층의 일면에 결합되는 접착 WEB층;
   상기 접착 WEB층의 일면에 결합되고, 글래스 파이버가 함침된 LWRT 소재로 구성된 코어층; 및
   상기 코어층의 일면에 결합되는 스크림층;을 포함하는
   흡읍성능이 개선된 차량용 헤드라이너.
2. 제1항에 있어서,
   상기 스킨층의 타면은 차량의 실내를 향하는 것을 특징으로 하는
   흡음성능이 개선된 차량용 헤드라이너.
3. 제2항에 있어서,
   상기 접착 WEB층은,
   수지를 방사하고 고온, 고압의 열풍을 가하는 멜트블로운(melt-blown) 방식으로 제작되는 것을 특징으로 하는
   흡음성능이 개선된 차량용 헤드라이너.
4. 제3항에 있어서,
   상기 수지는 PET(polyethyleneterephthalate)인 것을 특징으로 하는
   흡음성능이 개선된 차량용 헤드라이너.
5. 차량용 헤드라이너를 제조하는 방법에 있어서,
   스킨층의 일면이 차량 외부로 향하도록 배치하는 단계;
   상기 스킨층의 일면에 접착 WEB층을 적층하는 단계;
   상기 접착 WEB층의 일면에 글래스 파이버가 함침된 LWRT 소재로 구성된 코어층을 적층하는 단계; 및
   상기 코어층의 일면에 스크림층을 적층하는 단계;를 포함하는
   흡음성능이 개선된 차량용 헤드라이너 제조방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 스킨층, 상기 접착 WEB층, 상기 코어층 및 상기 스크림층을 상하방향으로 가압하는 단계를 더 포함하는
   흡음성능이 개선된 차량용 헤드라이너 제조방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 접착 WEB층은,
   수지를 방사하고 고온, 고압의 열풍을 가하는 멜트블로운(melt-blown) 방식으로 제작되는 것을 특징으로 하는
   흡음성능이 개선된 차량용 헤드라이너 제조방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 수지는 PET(polyethyleneterephthalate)인 것을 특징으로 하는
   흡음성능이 개선된 차량용 헤드라이너 제조방법.

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