KR100957019B1 - 스트립, 및 스트립의 음향 감쇠 특성 평가 방법 - Google Patents
스트립, 및 스트립의 음향 감쇠 특성 평가 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 요소 중 적어도 하나를 통해 퍼지는 소음을 감쇠시키기 위해 두 개의 요소(1,2) 사이에 삽입될 형상 부재(profiled member)(3)에 관한 것이다. 상기 형상 부재(3)는 적어도 하나의 플라스틱 주성분 감쇠 물질로 만들어진다. 본 발명은, 형상 부재(3)가 적어도 25 MPa의 단위 길이 당 등가 실제 강성(Keq')과 적어도 0.25의 등가 손실 인자(tanδeq)를 갖는다는 사실을 특징으로 한다.
Description
본 발명은, 요소 중 적어도 한 가지 요소를 통해 전파되는 소음의 음향 감쇠를 일으키기 위해 두 개의 요소 사이에 삽입될 스트립(strip)에 관한 것으로, 이 스트립은 플라스틱을 주성분으로 한 적어도 하나의 감쇠 물질(damping material)로 만들어진다.
이러한 스트립은, 음향적인 편안함을 향상시키기 위해, 운송 수단, 특히 자동차의 창유리용으로 특히 사용될 수 있다.
자동차에서, 기계적, 열적, 시각적인 불안의 원인, 또는 이와 다른 원인들은 점진적으로 해결되었다. 그러나, 음향적인 편안함의 개선은 아직 이루어지지 않았다.
공기 역학적인 소음, 즉 움직이는 운송 수단과 공기의 마찰에 의해 발생하는 소음은, 적어도 부분적으로, 그 원인이 다루어졌다. 즉, 에너지를 절약하기 위해, 모양이 변형되어, 공기를 통한 통과를 향상시키고, 그 자체가 소음의 원인인 교란(turbulence)을 감소시킨다. 승객이 있는 내부 공간으로부터 공기 역학적인 소음의 외부 원인을 차단한 운송 수단의 벽 중에서, 명백히 가장 다루기 어려운 것이 창문이다. 불투명한 벽을 위해 준비된 페이스트 또는 섬유상 흡수제를 사용하는 것이 불가능하고, 실질적인 이유나 중량의 이유로, 두께는 크게 늘어날 수가 없다. 유럽 특허 EP-B1-0 387 148호는 중량 및/또는 두께가 지나치게 크게 늘어나지 않고도 공기역학적인 소음을 잘 차단하는 창유리 조립체 (glazing assembly)를 기술하고 있다. 따라서 이 특허는, 중간층의 굽힘 감쇠 인자 (flexural damping factor) (ν= △f/fc)가 0.15보다 큰 적층 창유리 조립체를 제공하는데, 그 측정은, 충격을 통해, 두께가 각각 4mm인 두 장의 두꺼운 유리판 사이에 수지가 있는, 길이가 9cm이고 너비가 3cm인 적층 유리의 적층 막대를 자극하고, 제 1 모드의 공명 주파수(fc)와, A/√2 {A는 주파수(fc)에서 최대 진폭}의 진폭에서 피크의 너비(△f)를 측정함으로써 수행되어, 그 음향 감쇠율 (acoustic damping index)은, 800㎐보다 큰 임의의 주파수에 대해, 최대 2000㎐ 옥타브(octave)에 대해서는 9㏈씩 증가하고, 이보다 높은 주파수의 옥타브에 대해서는 3㏈씩 증가하는 기준 감쇠율 (reference index)과 5㏈ 이상 차이가 나지 않는다. 또한, 기준 감쇠율과 비교해서 그 음향 감쇠율 차이의 표준 편차(σ)는 4㏈ 미만이다. 두 장의 유리판의 두께는 동일하고 2.2mm일 수 있다. 그래서 이 특허는 운송 수단의 공기 역학적 소음에 관해서 방음 문제에 대한 일반적인 해결책을 제공한다.
다른 한편, 50 내지 300㎐ 또는 심지어 800㎐의 주파수 범위에서, 고체 전달 소음, 즉 고체를 통해 전달된 소음을 차단하기 위한 창유리 조립체의 처리는 수행하기가 더 어렵다. 이는, 연결 부품 (connecting piece)을 사용하는 것이 창유리의 진동을 통한 소음의 전달을 방지하는데 부적절한 것으로 밝혀졌기 때문이다. 이러 한 점에서, 승객이 감지할 수 있는 윙윙거리는 소음은 엔진의 특정한 회전 속도에서 나타나서, 불안의 원인을 만드는 것으로 밝혀졌다. 이는, 엔진의 회전이, 예를 들어 본체로 전달되고, 이에 따라 연쇄 효과 (chain effect)를 통해 창문까지 전달되는 진동을 일으키기 때문이다. 충격을 받은 물체가 얻은 에너지는 진동 현상을 일으키고, 충격 후 즉시, 다시 자유로운 물체는 그 자연 모드에서 진동하는 것으로 알려져 있다. 진동 주파수는 각 모드와 연관되어 있다. 진동의 진폭은 초기 자극, 즉 충격의 스펙트럼 성분 (조사한 주파수에서 충격의 진폭)과, 충격의 충돌 면적에 의존하고, 모드 변형 (modal deformation)은 충격이 진동 파복 (vibration antinode)에서 일어나는지 또는 진동 마디 (vibration node)에서 일어나는지에 따라 더 크거나 작다.
자연 모드가 자극을 받기 위해서,
(1) 충돌 지점에서 발생한 변형은 모드의 진동 마디에서 일어나지 말아야만 하고,
(2) 충격의 에너지 스펙트럼은 모드의 공명 에너지에 한 성분을 갖고 있어야만 한다.
이 후자의 조건은 실제 항상 만족되는데, 이는 매우 짧은 충격이 실제 균일한 에너지 스펙트럼을 갖기 때문이다.
제 1 조건이 또한 만족되고, 예를 들어 단부가 고정되지 않은 막대에 대해, 필요한 모든 것은 모든 모드를 자극하기 위해 단부 중 하나를 가볍게 두드리는 것이다.
고체 전달 자극은 주변에서 일어나고, 특정한 엔진 진동 주파수에서, 즉 엔진의 특정한 회전 속도에서, 운송 수단의 창문과 객실 (passenger compartment)은 각각 진동 모드를 갖고, 진동 모드의 결합은, 이 경우 엔진에서 나는 소음의 방출로부터 일어나는 윙윙거리는 소리를, 창문을 통해 증폭시킨다. 물론, 이러한 현상을 일으키는 엔진의 회전 속도는 각 유형의 운송 수단에 고유하기 때문에, 하나의 값으로 일반화될 수 없다.
그래서, 고체 전달 소음에 관해서 운송 수단의 객실에서 음향적인 편안함을 향상시키기 위해, 특허 EP 0 844 075호는, 들릴 수 있는 고체 전달음에 관해 매우 만족스러운 감쇠 특성을 갖는 적어도 하나의 중간층 막을 포함하는 적층 창유리 조립체를 제안하는데, 이는 10 내지 60℃의 온도 범위에서, 적층 창유리 조립체의 손실 인자(tan δ)가 0.6보다 크고, 전단율 (shear modulus, G')이 2 ×107 N/m2 미만이기 때문이다.
다른 해결책은 창유리의 주변 둘레에 음향 감쇠 특성이 있는 스트립(strip)을 설치하는 것일 수 있다. 이를 위해, 특허 DE 198 06 122호는, 먼저 본체에 운송 수단의 창유리를 결합하고 또한 댐퍼 (damper)로도 작용하는 스트립을 제안한다. 스트립은 중공형이고, 그 기능이 진동을 흡수하는 것인 페이스트 물질로 채워져 있으며, 스트립 몸체는 교차결합 후 탄성을 갖게 되는 접착 물질로 만들어진다.
그러나, 후자의 해결책은, 스트립이 원하는 음향 성능을 보장할 정도로 충분한 강성을 갖지 못한다는 단점을 갖는다.
첫 번째, 공압출 비드(coextruded bead)인 앞에 기술된 스트립은, 창유리와 본체 사이에 압축되도록 설계되었지만, 스트립의 구성 물질과 결합된, 압축에 의한 이러한 사용 방법은, 원하는 최종 치수의 모양을 보장하지 못한다. 이제, 창유리가 상기 스트립을 통해 차체에 부착된 후, 스트립의 치수는 본 발명의 상세한 설명에서 보는 바와 같이, 스트립이 제공해야만 하는 감쇠 성능 동안 계속해서 유지되는 것이 필수적이다.
두 번째, 스트립 몸체 내부의 페이스트 물질은 부드럽게 유지되고, 이 페이스트 물질은 공압출 비드가 본체 요소에 압착된 후 한정되어 있다는 보장이 없는데, 이는 접착 물질로 형성된 스트립 몸체가 교차결합 전에는 역시 페이스트와 같고, 이를 통해, 비드를 증착하는 동안, 내부의 페이스트 물질이 스트립의 몸체 밖으로 퍼질 위험이 일어나기 때문이다.
따라서, 본 발명의 목적은, 특히 자동차 창유리를 위한, 음향 감쇠 해결책으로, 종래 기술의 단점이 없는 스트립을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 스트립은, 단위 길이 당 등가 실제 강성 (equivalent real stiffness per unit length)(K'eq)이 적어도 25MPa이고, 등가 손실 인자 (equivalent loss factor)(tan δeq)는 적어도 0.25인 것을 특징으로 한다.
강성은, 스트립에 가해진 힘에 대한 스트립의 변형에 관한 양이다. 강성은 스트립의 구성 물질의 강도(rigidity)와 스트립의 기하구조로 정의되고, 이 강도는 물질의 특징적인 양으로, 영률 (Young's modulus) 및/또는 전단율의 함수이다. 상세한 설명의 나머지 부분에서, 계산을 위해 제공된 식은 영률에만 관계되고, 전단율은 고려되지 않으며, 인장/압축 응력과, 영률을 통해 관련된 변형은 충분히 나타난다.
알려진 방법에서, 단위 길이 당 등가 강성(K*
eq)은, K*
eq = K'eq + jK"eq로 나타낸 복소수(complex number)로, 상세한 설명에서 단위 길이 당 등가 실제 강성 (equivalent real stiffness)으로 불리는 실수부(K'eq)와, 손실율 (loss modulus), 즉 전체 스트립에서 스트립의 변형 에너지의 열 에너지로의 변환에 해당하는 허수부(imaginary part, K'eq)를 갖는다.
손실율은 tan δeq = K"eq/K'eq로 정의된다.
하나 이상의 물질로 형성된 스트립의 단위 길이 당 등가 실제 강성(K'eq)과 등가 손실 인자(tan δeq)를 측정하기 위해, 이러한 양은 점성분석기 (viscoanalyzer), 즉 음향학과 중합체 전문가를 포함한 당업자에게 알려져 있는 장치를 이용해서 측정될 것이다. 점성분석기는, 단면이 스트립의 단면과 동일하고 길이가 L인 스트립 시험편의 등가 실제 강성(K'eq)과 등가 손실 인자(K"eq)를 측정하고, 다음이 계산된다.
- 스트립의 단위 길이 당 등가 실제 강성(K'eq)을 얻기 위한, 길이(L)에 대 한, 측정된 등가 실제 강성의 비 (K'eq = k'eq/L)와,
- 스트립의 등가 손실 인자(tan δeq)를 얻기 위한, 측정된 등가 실제 강성에 대한, 측정된 등가 손실 인자의 비 (k"eq/k'eq).
스트립의 단위 길이 당 등가 실제 강성(K'eq)은 30 MPa 내지 270 MPa이고, 등가 손실 인자(tan δeq)는 적어도 0.4인 것이 유리하다.
제 1 실시예에 따라, 스트립은 한 가지 감쇠 물질이나 여러 가지 감쇠 물질로 이루어지고, 감쇠 물질 또는 물질들은 두 개의 요소에 관해 접착 특성을 나타낼 수 있다.
제 2 실시예에 따라, 스트립은 적어도 하나의 감쇠 물질과 비감쇠 접착 물질로 만들어지고, 접착 물질은 두 개의 요소를 결합하기 위한 것이다.
이러한 제 2 실시예의 한 가지 특징에 따라, 접착 물질은 두 개의 서로 마주하는 면을 통해 두 개의 요소에 각각 접착되고, 감쇠 물질은 두 개의 요소 중 적어도 하나의 요소에 결합된다.
다른 특징에 따라, 접착 물질은 그 면 중 한 면을 통해, 요소 중 하나의 요소에 결합된 감쇠 물질에 접착되고, 그 맞은편 면을 통해, 결합될 다른 요소에 접착된다.
다른 특징에 따라, 스트립은 서로 겹쳐 있는 층 스택 (stack of layers)으로 있는 여러 개의 감쇠 물질을 포함하고, 스택의 단부에 있는 각각의 물질은 결합될 두 개의 요소 중 하나의 요소 또는 접착 물질에 결합된다.
한 가지 변형으로, 스트립은 서로 접합되거나 이와 다른 방법으로 서로 나란히 위치한 여러 개의 감쇠 물질을 포함하고, 각각의 물질은 결합될 두 개의 요소에 결합된 서로 마주하는 두 개의 표면을 각각 갖는다.
또 다른 변형으로, 스트립은 하나의 스택으로 병렬 위치한 여러 개의 감쇠 물질을 포함하고, 이러한 결합을 부분적으로 구성하는 적어도 하나 또는 두 개의 물질은 결합될 두 개의 요소에 결합된다.
이러한 모든 변형에 대해, 스트립이 또한 접착 물질을 포함하면, 이 접착 물질은 감쇠 물질 또는 감쇠 물질들과 적층을 이루고/이루거나 병렬 위치할 수 있다. 예를 들어, 비감쇠 접착 물질은, 영률(E')이 21MPa이고 손실 인자(tanδ)가 0.2인 폴리우레탄 매스틱 (polyurethane mastic)이다.
한 가지 특징에 따라, 감쇠 물질 또는 물질들 (감쇠 물질로만 이루어지거나 접착 물질을 포함한)은 공기 공간을 통해 분리되어 있다.
감쇠 물질 또는 물질들은, 다음 플라스틱, 즉 가소화되거나 가소화되지 않은 염화 폴리비닐과, 열가소성 엘라스토머와, 폴리올레핀, EPDM (에틸렌-프로필렌-디엔) 또는 고무 (특히, 부틸 고무 또는 나이트릴 고무 또는 이와 다른 스티렌-부타디엔 고무와 같은 엘라스토머에 의해 변형될 수 있는 일 성분 또는 이 성분 폴리우레탄과, 폴리알킬 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 공중합체와, 에폭시 수지로부터 선택된다.
조성의 제 1 변형에 따라, 감쇠 물질은 NCO 퍼센트 함량이 0.5 내지 2%인 일 성분 폴리우레탄으로,
- 두 개의 작용성(functionality)을 갖고, OH 지수 (index) (iOH)가 5 내지 10이며, 유리 전이 온도(Tg)가 -50℃ 이하이고, 연화점이 50 내지 80℃인, 적어도 하나의 폴리에스테르폴리올 (polyesterpolyol) (바람직하게는 80 내지 200g)과,
- 두 개의 작용성을 갖고, OH 지수(iOH)가 50 내지 100이며, 유리 전이 온도(Tg)가 -50℃ 이하인, 적어도 하나의 폴리에스테르폴리올 (바람직하게는 120 내지 220g)과,
- 디페닐메탄 디이소시아네이트 (MDI) 유형의 2.1 내지 2.7의 작용성을 갖고, NCO 퍼센트 함량이 11 내지 33%인, 적어도 하나의 이소시아네이트 (바람직하게는 180 내지 220g)와,
- 적어도 하나의 촉매 (바람직하게는 0.5 내지 3g)와,
- 선택적으로, 분자체 (molecular sieve) 유형의 충전재 (바람직하게는 20 내지 60g)와,
- 선택적으로, 초크(chalk), 카올린(kaolin), 활석(talc), 알루미나(alumina), 카본블랙 또는 흑연 유형의 적어도 하나의 충전재 (바람직하게는 5 내지 60g)를 포함한다.
이러한 조성을 갖는 경우, 단일 물질로 만들어진 스트립은, 20℃에서, 너비가 15mm이고 두께가 3mm인 기준 단면으로, 단위 길이 당 400 MPa의 등가 실제 강성과, 0.3의 등가 손실 인자를 갖는다.
조성의 또 다른 변형에 따라, 감쇠 물질은 NCO 퍼센트 함량이 0.5 내지 2%인 폴리우레탄 예비중합체로,
- 두 개의 작용성을 갖고, 지수 (iOH)가 25 내지 35이며, 유리 전이 온도(Tg)가 -50℃ 미만이고, 분자량이 3500 내지 4500인, 적어도 하나의 폴리에테르폴리올 (polyetherpolyol)과,
- 2.3 내지 4의 작용성을 갖고, 지수(iOH)가 25 내지 800이며, 유리 전이 온도(Tg)가 -50℃ 미만인, 적어도 하나의 폴리에테르폴리올과,
- 두 개의 작용성을 갖고, 지수(iOH)가 20 내지 40이며, 유리 전이 온도(Tg)가 -40 내지 -20℃인, 적어도 하나의 폴리에스테르폴리올과,
- 두 개의 작용성을 갖고, 지수(iOH)가 30 내지 90이며, 유리 전이 온도(Tg)가 0 내지 30℃이며, 연화점이 50 내지 70℃, 적어도 하나의 폴리에스테르폴리올과,
- 디페닐메탄 디이소시아네이트 (MDI) 유형의 2.1 내지 2.7의 작용성을 갖고, NCO 퍼센트 함량이 11 내지 33%인, 적어도 하나의 이소시아네이트와,
- 적어도 하나의 촉매와,
- 선택적으로, 분자체 (molecular sieve) 유형의 충전재와,
- 선택적으로, 초크(chalk), 카올린(kaolin), 활석(talc), 알루미나(alumina), 카본블랙 또는 흑연 유형의 충전재를 포함한다.
이러한 조성을 갖는 경우, 스트립은, 20℃에서, 너비가 15mm이고 두께가 3mm 인 기준 단면으로, 단위 길이 당 120 MPa의 등가 실제 강성과, 0.75의 등가 손실 인자를 갖는다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라, 압출(extrusion), 및/또는 캡슐화(encapsulation), 및/또는 몰딩으로부터의 이동, 및/또는 사출성형(injection molding) 공정에 의해, 요소 중 적어도 하나의 요소에 스트립이 부착된다.
마지막으로, 스트립은 그 길이 전체 또는 일부에서 균일하거나 불균일한 단면을 가질 수 있다.
그래서, 스트립은, 금속-금속, 유리-유리, 금속-플라스틱, 유리-플라스틱 또는 플라스틱-플라스틱 유형일 수 있는 두 개의 요소 사이에 삽입된다.
한 가지 예로, 스트립은 금속 요소에 기판을 부착하는데 사용될 수 있도록, 유리 기판과 금속 요소 사이에 삽입될 수 있다. 특히, 자동차 창유리에 사용시, 창유리와 차체 사이에 위치하면, 스트립은, 특히 고체 전달 소음, 즉 약 50 내지 300 ㎐의 저 주파수에 대해, 향상된 음향 감쇠 특성을 창유리에 제공한다. 발명자는, 특히 적층 창유리 조립체에 대해, 귀에 거슬리는 소음 (dirty noise)으로 알려져 있는 300 내지 1000 ㎐ 범위의 소음에 대해서도 특성이 이루어질 수 있다는 것을 또한 밝힐 수 있었다.
마지막으로, 발명자는, 창유리가 보다 구체적으로 단일층인 경우, 즉 한 장의 유리판으로 만들어진 경우, 공기역학적 소음, 즉 1000 ㎐ 이상의 주파수에 대한 공기역학적 소음의 음향 감쇠를 또한 제공할 수 있다는 것을 증명했다.
그래서, 본 발명의 스트립은 창유리, 특히 자동차용 창유리로 사용될 수 있 다. 창유리는 단일층 유리, 적층 유리 또는 소위 "음향" 적층 유리, 즉 음향 특성이 있는 플라스틱 막을 결합한 유리로부터 만들어질 수 있다.
마지막으로, 발명자는 적어도 하나의 감쇠 물질(i)로 만들어진 두 개의 요소 사이에 삽입하게 되어있는 스트립의 음향 감쇠 특성을 평가하는 방법을 정의하는데, 이 방법은, 스트립의 단위 길이 당 등가 실제 강성(K'eq)과 등가 손실 인자(tanδeq)를 평가하는 단계로, 스트립은 단위 길이 당 등가 실제 강성이 적어도 25 MPa이고, 등가 손실 인자가 적어도 0.25일 때 음향 감쇠 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.
스트립의 단위 길이 당 등가 실제 강성(K'eq)과 등가 손실 인자(tanδeq)의 평가는 앞에서 설명한 바와 같이 점성분석기를 이용해서 실행된다.
본 발명의 다른 이점과 특징들은 첨부 도면과 함께 제시된 상세한 설명의 나머지 부분에서 분명하게 될 것이다.
도 1a 내지 도 1c는, 본 발명의 스트립의 제 1 실시예의 세 가지 변형의 스트립을 통해 결합된 두 개의 요소의 부분 단면도를 나타낸 도면.
도 2a 내지 도 2d는, 스트립의 제 2 실시예의 변형에 따른 스트립을 통해 결합된 두 개의 요소의 부분 단면도를 나타낸 도면으로, 스트립은 물질의 스택으로 만들어지는, 도면.
도 3a 내지 도 3d는, 스트립의 제 2 실시예의 변형에 따른 스트립을 통해 결 합된 두 개의 요소의 부분 단면도를 나타낸 도면으로, 스트립은 물질의 병렬로부터 만들어지는, 도면.
도 4a 내지 도 4d는, 스트립의 제 2 실시예의 변형에 따른 스트립을 통해 결합된 두 개의 요소의 부분 단면도를 나타낸 도면으로, 스트립은 물질의 하나 이상의 스택과, 하나 이상의 병렬의 결합으로 만들어지는, 도면.
도 5는, 제 1 실시예에 따른 스트립을 통해 두 개의 요소를 결합하는 단계를 개략적으로 도시한, 도면.
도 6은, 결합될 요소 중 하나에 결합된 스트립의 일 변형의 측면도를 나타낸 도면.
도 7은, 제 2 실시예에 따른 스트립을 통해 두 개의 요소를 결합하는 단계를 개략적으로 도시한, 도면.
도 8a 내지 8f는, 결합될 요소 중 하나에 결합된 스트립의 다른 변형을, 단면도 또는 측면도로 나타낸 도면.
도 9는, 도 8a의 변형에 따른 이 스트립을 통해 두 개의 요소를 결합하는 단계를 개략적으로 도시한, 도면.
도 10a와 도 10b는, 결합될 요소 중 하나에 결합된 두 개의 감쇠 물질의 공압출의 두 가지 변형을 나타낸, 도면.
도 11a와 11b는, 도 4d의 유형의 두 가지 변형에 따른 스트립을 통해 두 개의 요소를 결합하는 단계를 개략적으로 도시한, 도면.
도 12는, 스트립을 구비한 유리 기판에 얻어진 제 1 굴곡 모드의 모드 감쇠 (modal damping)를, 등가 손실 인자(tanδeq)의 값에 대해 작성된 단위 길이 당 등가 실제 강성(K'eq)의 값으로 나타낸 도면.
도 13은, 세 가지 유형의 스트립에 대해 자동차의 엔진 속도의 함수로 측정 소음의 곡선을 나타낸 도면.
이러한 도면은 개략적이고, 본 발명의 여러 요소간의 여러 가지 양, 특히 두께와 너비의 상대적인 비는 이들 도면을 보다 검토하기 쉽게 하기 위해 축적에 맞게 그려지지 않았다.
도 1a는 자동차 차체와 같은 운반체 요소(2)에 결합된 창유리 조립체(1)의 부분 단면도이다. 적어도 한 장의 유리 기판으로 만들어진 창유리 조립체는, 음향 감쇠 특성이 있는 스트립(3)을 통해 차체에 부착된다.
따라서, 예를 들어, 각각 차체와 창유리인 두 개의 요소(1과 2)에 결합되고 이 사이에 삽입된 스트립(3)은, 본 발명에 따른 그 진동 감쇠 기능과 별도로, 두 개의 요소를 결합하는 장치의 기능을 수행하는 한편, 먼지, 수분, 물에 대한 노출과 같은, 외부 환경에 대한 노출로부터 운송 수단의 객실을 보호하기 위한 실링 (sealing) 기능을 제공한다. 그러나, 다른 용도에서, 스트립은 두 개의 요소를 결합하는 기능은 실행하지는 않으면서, 그 감쇠 기능을 실행하기 위해서만 두 개의 요소 사이에 삽입될 수 있었다. 예를 들어, 스트립은 건물 내부의 방의 문틀(door case)과 같은 제 1 요소에 부착될 수 있고, 이것이 닫힐 경우에는 문과 같은 제 2 요소에 결합될 수 있다. 이 틀의 자극 에너지(exciting energy)를 충분히 흡수하기 위해 문과 틀의 에너지에 의해 응력을 받고 있는 스트립은, 상기 문으로 차단된 용적 내부의 음향 방출 (acoustic radiation)을 감소시킨다.
스트립(3)의 구조는 아래에 기술될 것이다. 스트립은 실링 립 (sealing lip)이나 트림 (trim)과 같이, 명확하게 음향과 관련이 없는 기능 형태로 꾸며질 수 있다.
스트립의 음향 감쇠 특성은, 단위 길이 당 등가 강성과 손실 인자 파라미터로 한정된다.
스트립은 단일 물질 또는 이와 달리 복수 개의 물질로 만들어질 수 있고, 복수 개의 물질로 만들어진 경우, 각 물질의 단위 길이 당 강성을 고려할 필요가 있다. 이는, K*
eq로 표시된 "단위 길이 당 등가 강성"이라는 용어가 사용되기 때문으로, 따라서 이 용어는 전체 스트립에 대한 등가 강성에 해당하고, "선형"이라는 용어는 스트립이 1m 스트립에 관한 것이라는 것을 나타내는데 사용된다.
단위 길이 당 등가 강성(K*
eq)은, K*
eq = K'eq + jK"eq로 나타낸 복소수(complex number)로 알려져 있고, 상세한 설명에서 단위 길이 당 등가 실제 강성 (equivalent real stiffness)으로 불리는 실수부(K'eq)와, 손실 인자, 즉 전체 스트립을 통해 스트립의 변형 에너지의 열 에너지로의 변환에 해당하는 허수부(imaginary part, K"eq)를 갖는다.
K*
eq는 스트립이 여러 개의 물질을 포함할 수 있기 때문에, 다음 식에 따라 나타낼 수 있다.
[K*
eq]α = ∑[K*
i]α (1)
여기서, K*
i는 스트립의 각 구성 물질(i)의 단위 길이 당 복소 강성 (complex stiffness)이고,
연속해서 배열되어 있는 여러 물질(i)의 스택에 대해, 즉 상세한 설명의 나머지 부분에서 스택(stack)이라 불리는 배열에서, α= -1이고,
평행하게 배열되어 있는 여러 물질(i)의 병렬(juxtaposition)에 대해, 즉 상세한 설명의 나머지 부분에서 병렬로 불리는 배열에서, α= 1이다.
스택과 병렬이 결합된 경우, 스택과 병렬의 단위 길이 당 등가 강성이 계산되고, 다음으로 스택은, 각각 α= -1 또는 α= 1이 되도록 단지 스택이나 병렬로 정규화될 것이다.
이는, 예를 들어, 연속된 두 가지 물질에 대해,
1/K*
eq = 1/K*1 + 1/K*2
즉, 1/(K'eq + jK"eq) = 1/(K'1 + jK"1) + 1/(K'2 + jK"2)을 제공하고,
따라서,
K'eq = [K'12 K'2 + K"12 K'2 + K'1 K'22 + K'1 K"22] / [(K'1 + K'2) + (K"1 + K"2)2]과,
K"eq = [K'12 K"2 + K"12 K"2 + K"1 K'2
2 + K"1 K"22] / [(K'1 + K'2) + (K"1 + K"2)2]을 제공한다.
평행한 두 가지 물질에 대해서,
K'eq = K'1eq + K'2eq 이고 K"eq = K"1eq + K"2eq 이다.
물질(i) 개수의 스택 및/또는 병렬 배열의 예가, 도 1a 내지 1c, 2a 내지 2c, 3a 내지 3d 및 4a 내지 4d를 참조해서 아래에 기술될 것이다.
또한, 단위 길이 당 강성은 스트립의 구성 물질 또는 물질들의 강도에 의존하지만, 스트립의 각 구성 물질의 단면의 치수 크기에도 의존한다.
따라서, 길이가 1m인 스트립과, 너비가 Li이고, 두께가 ei인 직사각형 단면으로 정규화되고, 스트립은 너비 전체에 균일한 (전단은 무시함) 인장/압축 응력을 받는다는 원리에 기초한, 방정식(1)에서 주어진 물질에 대한 단위 길이 당 강성(K*
i)은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
K*
i = E*
i ×Li/ei (2)
여기서, E*
i는 스트립의 구성 물질(i)의 복소 영률 (complex Young's modulus)이다.
방정식(2)을 실수부와 허수부로 분리함으로써, 또한 다음과 같이 나타낼 수 있다.
K*
i = K'i + jK"i = E'i ×Li/e
i + jE"i ×Li/ei
여기서, E'i는 복소 영률의 실수부로, 상세한 설명에서는 단지 영률로 불리고, E"i는 복소 영률의 허수부이다.
본 발명에서, 스트립의 음향 특성의 특징을 결정하는 파라미터 중 하나는 단위 길이 당 등가 실제 강성(K'eq), 즉 복소수의 실수부(K*
eq)라는 것이 상기된다. 앞에서 설명한 바와 같이, K'eq는 점성분석기를 이용해서 각 물질의 영률(E'i)을 측정한 후 계산함으로써 측정될 수 있다. K'eq는 계산을 검사하기 위해 점성분석기를 사용해서 측정될 수 있다.
그러나, 이러한 계산은 스트립의 모양이 직사각형일 경우 적합하다. 임의의 다른 모양에 대해, 이 양은 사실상 점성분석기를 사용해서 측정될 것이다.
이러한 물질이 단순한 직사각형 모양이 아닐 경우 스트립을 형성하기 위해 사용될 물질의 선택은, 각 물질의 실제 단면을 스트립이 인장 압축력을 받는 직사각형 단면으로 근사화함으로써, 근사 계산을 기초로 이루어질 것이다. 계산이 물질 의 이러한 선택에 적합하다면, 아래 제시될 요구 기준을 만족하기 때문에, 이러한 계산은 점성분석기를 이용한 측정을 통해 검사되어야만 할 것이다.
본 발명에 따라, 스트립(3)이 음향 감쇠 기능을 실행하기 위해서는, 적어도 25 MPa의 단위 길이 당 등가 실제 강성(K'eq)을 가져야만 한다. 단위 길이 당 등가 실제 강성(K'eq)은 30 내지 250 MPa인 것이 바람직하다.
또한, 앞에서 명시한 바와 같이, 스트립의 음향 감쇠 특성에는, 방정식으로 정의된 등가 손실 인자(또는 등가 손실 각의 탄젠트)(tanδeq)가 영향을 미친다.
tanδeq = K"eq/K'eq (3)
여기서, K'eq는 전체 스트립에 대한 단위 길이 당 등가 실제 강성 (K*
eq의 실수부)이고, K"eq는 손실율 (K*
eq의 허수부)이다.
단위 길이 당 등가 실제 강성을 측정하는 것과 유사한 방법으로, 손실 인자는 방정식(3)을 이용한 계산을 통해 측정될 것이고, 방정식(1)과 (2)는 K'eq와 K"eq을 계산하도록 작용하고, K'eq와 K"eq은 스트립의 각 구성 물질의 복소 영률의 실수부와 허수부의 점성분석기에 의한 측정을 이용한 계산을 통해 각각 측정된다. 점성분석기를 이용한 전체 스트립으로부터의 측정은, 특히 직사각형이 아닌 임의의 단면을 갖는 물질 선택시, 계산을 확인하는데 사용될 것이다.
모든 경우에, 이러한 손실 인자에 관해서 아래 제시될 요구 기준을 스트립이 만족한다는 것을 확인하기 위해, 점성분석기에 의한 단위 길이 당 등가 실제 강성의 측정과 손실 인자의 계산이 이루어질 것이다.
본 발명에 따라, 스트립(3)은 이것의 등가 손실 인자(tanδeq)가 적어도 0.25인 경우 음향 감쇠 특성을 나타낸다.
등가 손실 인자와, 단위 길이 당 등가 실제 강성은 물질의 화학적인 성질이나 스트립의 물질뿐만 아니라, 스트립의 단면에 주어진 기하구조에 의존한다. 또한, 스트립이 등가 손실 인자와 단위 길이 당 등가 강성에 관해 본 발명에 따른 요구 기준을 만족할 경우, 음향 성능을 추가 향상시키기 위해 이들을 변형함으로써 이러한 파라미터를 최적화할 수 있다.
이러한 파라미터는 스트립 단면의 치수를 변화시켜 변형된다. 예를 들어, 스트립이 단일 물질로부터 만들어지고 직사각형 단면을 가지면, 단위 길이 당 등가 실제 강성은 스트립의 두께(e)를 줄이고 그 너비(L)를 늘려서 증가된다.
스트립(3)은 구조적으로 여러 가지 방법으로 만들어질 수 있다.
도 1a 내지 1c에 예시된 제 1 실시예에 따라, 스트립(3)은 음향 감쇠 기능과 또한 두 개의 요소를 결합하는 기능 및 선택적으로 실링 기능을 수행하는 (스트립이 사용되는 사용 유형에 따라) 적어도 하나의 감쇠 물질(4)로부터 만들어진다. 자동차 창유리의 해당 예에서, 스트립은 또한 실링 기능을 수행하는 것이 바람직하다. 두 개의 요소를 결합하는 접착 기능을 또한 수행하는 하나 이상의 감쇠 물질을 포함하는 이러한 스트립 형태는, 상세한 설명의 나머지 부분에서 단일층 스트립 (monolithic strip)으로 불릴 것이다.
이러한 제 1 실시예에 따라, 제 1 변형 (도 1a)은 등가 손실 인자와 단위 길이 당 등가 실제 강성에 관한 요구 기준을 만족하고, 두 개의 요소(1과 2)에 대한 접착 특성과, 필요할 경우 실링 특성을 갖는 단일 물질로 스트립을 제조하는 것이다.
제 1 실시예의 제 2 변형은 본 발명의 기준을 만족하는 두 개의 감쇠 물질(4a와 4b)로 스트립(3)을 제조하는 것이다. 이러한 물질 (이 중 하나가 다른 것보다 상대적으로 감쇠가 크거나 작을 수 있는)은, 서로 결합되면, 감쇠 기준을 만족하는 단위 길이 당 등가 실제 강성과 등가 손실 인자를 낳는다. 이들 물질은 서로 겹쳐 있는 층으로 위치하거나 (도 1b) 서로 나란히 병렬되어 있고 (도 1c), 선택적으로 공기 간극 (air gap)으로 분리되어 있다. 양 물질은 이들이 결합된 두 개의 요소 중 적어도 하나에 대해 접착 특성을 나타낸다.
병렬 또는 스택 (미도시됨)인 결합물에 포함된 두 가지 이상의 감쇠 물질을 또한 생각할 수 있다.
단일층 스트립에 사용될 수 있는 물질의 예는 상세한 설명에서 이후 명시될 것이다.
도 2a 내지 2d, 3a 내지 3d 및 4a 내지 4d에 예시된 제 2 실시예에 따라, 스트립(3)은 적어도 하나의 감쇠 물질(4)과 비감쇠 접착 물질(5)로 만들어진다. 물질(4)은 음향 감쇠 기능을 제공하고, 서로 결합될 두 개의 요소(1과 2) 중 적어도 하나에 결합된 반면, 접착 물질(5)은 두 개의 요소(1과 2)를 결합하는 기능을 제공하 고, 두 개의 요소(1과 2) 중 적어도 하나에 결합되어 있다. 물질(4와 5)은, 필요하다면, 실시예에 따라 이들의 상호 접착을 보장하기 위해, 화학적으로 적합하다. 물질(4와 5)은 스트립의 용도에 따라 실링 특성을 나타낼 수 있다.
이러한 제 2 실시예에서, 비감쇠 접착 물질(5)은 두 개의 요소(1과 2)를 결합하는 작용만을 하고, 또한 실링 특성을 갖는다. 이 자체는 음향 감쇠 특성을 갖지 않는다. 그러나, 적절한 두께와 너비를 가질 필요가 있는데, 이는 전체 스트립(3)의 단위 길이 당 등가 실제 강성과 등가 손실 인자에 영향을 미치고, 이에 따라 전체 스트립(3)의 음향 감쇠 특성에 영향을 미치는 영률(E'i)과 손실 인자(tanδ)를 갖기 때문이다.
이러한 제 2 실시예에서, 두 개의 요소 사이의 물질의 배열은 달라질 수 있다.
스택형 (도 2a 내지 2d), 즉 물질은 서로 겹쳐 있는 층으로 배열될 수 있고, 스택의 단부에서 각각의 물질은 서로 결합될 두 개의 요소(1과 2) 중 하나에 결합된다.
병렬형 (도 3a 내지 3d), 즉 물질은 서로 나란하거나 나란하지 않을 수 있고, 각각의 물질은 서로 결합될 두 개의 요소(1과 2)에 결합된 두 개의 서로 마주하는 표면을 각각 갖는다.
제 2 실시예의 제 3 유형의 변형은 스택이 병렬과 결합된 배열로서 (도 4a 내지 4d), 이 결합물을 부분적으로 구성하는 적어도 하나 또는 두 개의 물질은 서 로 결합될 두 개의 요소(1과 2)에 결합되어 있다.
그래서, 도 2a 내지 2d는 스택 배열의 서로 다른 변형을 예시한다.
도 2a와 2d의 스택은 음향 감쇠 특성이 있는 물질(4)과 요소 중 하나에 스트립을 접착하기 위한 비감쇠 물질(5)로 이루어진다. 도 2a에서, 물질(4)은 요소(1), 유리 기판에 결합되고, 접착 물질(5)은 그 면(50) 중 하나를 통해, 감쇠 물질(4)에 접착되고, 그 반대편 면(51)을 통해 요소(2), 차체에 접착되는 반면, 도 2b에서, 물질(4와 5)은 차체와 유리 기판에 각각 결합된다. 물질의 층은 동일한 너비(L1)를 갖고, 각각의 층은, 물질의 성질, 따라서 스트립의 단위 길이 당 등가 실제 강성 및/또는 등가 손실 인자를 최적화하기 위해 각 물질의 손실 인자에 맞게 조절된 두께(e1, e2)를 갖는다.
도 2c와 2d는 세 가지 물질의 스택에 해당되는데, 두 개의 물질(40과 41)은 감쇠 물질(4)를 구성하고, 세 번째 물질은 접착 물질(5)을 구성한다. 물질의 층은 도 2c의 경우에는 너비가 동일하지만, 도 2d의 경우에는 너비가 서로 다르고, 각 층의 두께는 스트립(3)의 단위 길이 당 등가 실제 강성 및/또는 등가 손실 인자를 최적화하도록 설계되어 있다.
도 3a 내지 3d는 병렬 배열의 서로 다른 변형을 예시한다.
도 3a에서, 두 물질의 병렬은 접착 물질(5) 옆에 위치한 감쇠 물질(4)로 이루어지고, 이 두 가지 물질은 동일한 두께를 가지며, 접착 물질의 경우 이들의 서로 마주하는 면의 두 면(50과 51)에 의해, 두 개의 요소(1과 2), 즉 유리 기판과 차체에 결합된다. 이들 너비(L1과 L2)는 단위 길이 당 등가 실제 강성 및/또는 등 가 손실 인자의 계산을 최적화하도록 한정된다.
도 3b는 도 3a의 물질(4와 5)을 반대로 나타내는데, 비감쇠 접착 물질이 운송 수단의 객실을 향한 면에 위치한다.
도 3c는, 물질이 서로 나란히 있지 않고, 공기 간극(6)에 의해 분리되어 있는 점을 제외하고, 도 3a와 동일하다.
도 3d는 서로 나란히 있는 세 가지 물질의 병렬을 나타내는데, 비감쇠 접착 물질(5)은 감쇠 물질(4)을 구성하는 두 개의 감쇠 물질(42와 43) 사이에 삽입되어 있다. 물질(42와 43)은 서로 다르거나 다르지 않을 수 있다.
병렬로 위치한 여러 물질의 두께에 따라, 각 감쇠 물질(4)(따라서 또한 42와 43)과 각 접착 물질(5)의 너비는, 물질의 결합물, 이에 따라 스트립(3)의 단위 길이 당 등가 실제 강성과 등가 손실 인자가 원하는 음향 감쇠에 충분하다는 것을 보장하도록 설계된다.
도 4a 내지 4d는 스택 배열과 병렬 배열의 결합을 나타내고, 적어도 하나의 접착 물질이 두 개의 서로 마주하는 면을 통해, 서로 결합될 요소(1과 2)에 결합된다.
도 4a는 접착 물질(5)과 감쇠 물질(4)의 병렬로, 감쇠 물질은, 하나의 물질이 다른 물질보다 감쇠성이 큰 서로 다른 물질(44와 45)의 스택으로 만들어진다.
도 4b는, 접착 물질(5)과 감쇠 물질(4)(44,45)이 공기 간극(6)을 통해 서로 분리되어 있는 점을 제외하고, 도 4a와 동일하다.
도 4c는, 서로 나란한 여러 물질의 병렬을 예시하는데, 접착 물질(5)은, 적 어도 두 가지 서로 다른 물질(46,47)의 두 스택으로 이루어진 감쇠 물질(4) 사이에 삽입되고, 스택은 서로 다를 수 있다.
도 4d는, 서로 나란한 세 가지 물질, 즉 접착제 물질(5)과, 서로 다르거나 다르지 않을 수 있는 두 개의 감쇠 물질(4)의 병렬을 예시한다. 접착 물질(5)은 두 개의 감쇠 물질(4) 사이에 삽입되어 있고, 물질(4)이 두께(e2)의 물질(5) 위에 두께(e1)로 적층되도록, 스트립의 너비(L) 전체에 뻗어 요소(2) 중 하나와 결합된 접착 물질의 면 중 한 면(51)을 갖는다. 접착 물질(5)의 맞은편 면(50)은 다른 요소(1)와 결합되고 너비(L2)를 갖는 반면, 물질(4)은 상기 요소(1)에 너비(L1과 L3)로 위치한다.
비감쇠 접착 물질(5)이 감쇠 물질(4)과 다른 제 2 실시예에서, 실링 기능을 부여하도록 또한 사용된 접착 물질(5)은, 예를 들어 Dow Automotive 사가 판매하는 GURIT BETASEAL 1720과 같은 폴리우레탄 매스틱이다. 주어진 예에서, 이는 차체에 대해 창유리를 실링하고, 기체, 먼지, 수증기, 액체 상태의 물과 용매를 통과시키지 않는다.
발명자는, 40 내지 47로 참조된 임의의 변형에서 제 1 실시예 또는 제 2 실시예의 감쇠 물질(4)에 필요한 감쇠 특성을 제공할 수 있는 여러 플라스틱을 확인했다.
예를 들어,
- 가소화되거나 가소화되지 않은 폴리염화비닐과,
- 열가소성 엘라스토머와,
- 폴리올레핀, EPDM (에틸렌-프로필렌-디엔) 또는 고무 (특히, 부틸 고무 또는 나이트릴 고무 또는 이와 다른 스티렌-부타디엔 고무와 같은 엘라스토머에 의해 변형될 수 있는 일 성분 또는 이 성분 폴리우레탄과,
- 폴리알킬 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 공중합체와,
- 에폭시 수지를 예로 들 수 있다.
앞에서 명시된 조성물은 또한, 활석, 실리카, 탄산칼슘, 카올린, 알루미나, 분자체, 카본블랙, 흑연 또는 발열 실리카와 같은 유기 또는 무기 충전재와, 산화 아연, 산화 티타늄, 알루미나 또는 자철광(magnetite)과 같은 금속 충전재를 함유할 수 있다. 충전재 함량은 최종 조성물 중 0 내지 50 중량%로 변할 수 있다.
열가소성 엘라스토머(TPE)에 관해서, 이러한 것은 열가소성 상과 엘라스토머 상을 나타내는 중합체 또는 블록 공중합체의 혼합물로 이루어지고, 선택적으로 이러한 것은 공중합체의 경우 화학적으로 결합된다.
폴리우레탄에 관해서, 예를 들어, 여러 폴리올 소스 (polyol source)에서 얻어진 무반응 중합체 형태 (이 형태 중 적어도 하나는 열가소성 특성을 갖는 블록이고, 이 중 적어도 하나는 탄성 특성을 갖는 블록임)로 존재하는 열가소성 우레탄 (TPU)을 고려할 수 있다.
또한, 일 성분 또는 이 성분 유형의 매우 다양한 반응 조성물을 갖는 폴리우레탄을 주성분으로 한 물질을 선택할 수 있다. 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리카프로락톤, 폴리올레핀 또는 폴리실록산 백본 (backbone)을 갖는 폴리우레탄 예비 중합체를 주성분으로 한 일 성분 조성물을 특히 예로 들 수 있다. 실록산 말단 예 비 중합체 (siloxane-terminated prepolymer)의 이점은, 이 예비 중합체가 수분 경화성이고, 거품(foam)을 형성하지 않는다는 점이다. 이러한 폴리우레탄 조성물은, 엘라스토머, 특히 나이트릴, SBR 또는 부틸 고무, 또는 열가소성 엘라스토머, 또는 이와 달리 폴리올레핀이나 가소 PVC와 같은 특정 유연성을 지닌 비교차결합 중합체에 의해 변형될 수 있다.
수분 교차결합성 및/또는 열 교차결합성 일 성분 폴리우레탄 예비 중합체 중에서, 조성물은 폴리올과 중합체 또는 비중합체 디이소시아네이트의 반응을 통해 얻어진 조성물이다.
조성물의 폴리올은, 폴리에틸렌, 프로필렌 산화물 또는 폴리테트라메틸렌 산화물 유형의 폴리에테르폴리올, 폴리카보네이트 폴리올 또는 폴리부타디엔 폴리올 또는 폴리에스테르폴리올일 수 있고, 이들 폴리올은 비결정성 또는 결정성, 방향족 또는 지방족이고, 지방산 다이머 (fatty acid dimer), 방향족 또는 지방족 이산 (diacid), 피마자유 (castor oil) 또는, 1,3- 또는 1,4-부탄디올, 디이소프로필 글리콜, 2,2-디메틸-1,3-프로판디올, 헥산디올 또는 카르비톨 (carbitol) 유형의 사슬 늘림제 (chain extender)를 주성분으로 한다. 이러한 폴리올의 분자량은, ASTM E 222-94 규격에 정의된 하이드록시 지수 (hydroxyl index)(iOH)에 의해, 폴리올 1g의 하이드록시 함량과 동일한 수산화나트륨의 밀리그램 수 (number of milligram)로 정의될 것이다. 사용된 NOH 범위는 5 내지 1500이다. 이러한 폴리올의 작용성(functionality)은 2 내지 6이 될 것이다.
이소시아네이트는 방향족 또는 지방족일 수 있고, 이 중에 디페닐메탄 디이 소시아네이트(MDI), 톨루엔 디이소시아네이트(TDI), 이소포론 디이소시아네이트 (isophorone diisocynate)(IPDI) 및 헥산 디이소시아네이트(HDI)가 있다. 이소시아네이트의 성질은 또한 이들의 NCO 퍼센트 함량에 의해 정의되는데, 이는 ASTM D 5155-96 규격에서, 생성물에 존재하는 이소시아네이트 (NCO) 작용기의 중량부로 정의된다. 생성물의 작용성은 2 내지 2.7이다.
폴리올과 이소시아네이트간 결합에 필요한 촉매는, 디부틸틴 디라우레이트 (dibutyltin dilaurate)(DBTDL) 또는 틴 옥토에이트 (tin octoate)와 같은 주석 촉매일 수 있다. 또한, 비스무트 촉매를 사용하거나, 디모르포리노디에틸 에테르 (dimorpholinodiethyl ether)(DMDEE)와 같은 모르포린 (morpholine)을 주성분으로 한 촉매를 사용할 수 있다.
선택된 예비 중합체가 발포되지 않도록 하기 위해, 비스옥사졸리딘 (bisoxazolidine)을 주성분으로 한 화합물인 발포방지 첨가제를 첨가할 수 있다. 마지막으로, 여러 가소제가, 선택 예비 중합체에 첨가되는 것이 또한 유리할 수 있다.
일반적으로, 스트립(3)은 다음 방법으로 요소 (1과 2) 사이에 부착된다 (도 5). 스트립(3)은 상세한 설명의 나머지 부분에서 상술할 부착 기술을 통해 요소(1)에 증착된다. 요소(2)에 결합될 스트립의 자유 표면의 화학적 성질에 따라서, 이 표면은 실온에서 결합 특성을 갖기 때문에 종래의 방법대로 결합되거나, 또는 이와 달리 이 자유 표면은 적외선, 자외선, 고주파수, 마이크로파 또는 유도 유형의 에너지원(7)을 사용해서 활성화되고, 이 표면이 적절한 온도에 도달할 경우, 기판과 같은 제 1 요소(1)에 결합될 스트립은, 서로 결합시키기 위해, 차체와 같은 제 2 요소(2)에 압착된다. 에너지 양과 활성화 물질 또는 물질들의 두께는, 두 개의 요소(1과 2) 사이에 원하는 최종 너비와 두께를 얻기 위해 측정된다.
스트립(3)은 여러 가지 방법으로 제 1 요소에 부착될 수 있다. 사용된 기술은 물질 또는 물질들의 성질과, 물질의 배열, 즉 스택 및/또는 병렬에 의존할 수 있다.
측정된 스트립을 증착하는 적어도 네 가지 기술 {압출, 오버몰딩(캡슐화) 및 몰딩으로부터의 이송}은 개별적 또는 공동으로 사용될 수 있다. 이송 공정에 관해서, 더 상세한 내용을 위해서는, 프랑스 특허 출원서 FR 01/15039를 참조할 수 있다.
압출 기술은, 스트립이 일정한 기하구조를 갖는다는 것을 보장한다. 스트립에 부여된 모양은, 원하는 기하 구조를 보장하기 위해, 스트립이 결합된 요소에, 스트립이 보다 쉽게 결합될 수 있도록 하는 것이 유리하다. 사용된 감쇠 물질은 80℃에서 100 내지 500 Pa.s의 점성도를 가져야만 하고, 물질은 50℃ 미만에서 경화된다. 따라서, 물질은 습태 강도(green strength)와, 압출 후 기하구조를 유지하는데 충분한 틱소트로피(thixotropy)를 가질 것이다. 이들 물질은 일 성분형으로, 인용된 예의 유리 기판과 같이, 물질에 결합되는 제 1 요소에 대한 우수한 결합을 보장할 것이다.
제 2 기술에서, 스트립은, 유리하게는 스트립에 원하는 임의의 모양을 부여해서 음향 성능을 최적화하기 위해 요소 중 하나의 요소 위에 오버몰딩될 수 있고, 또한 창유리 위의 어떠한 지점에서도 스트립의 치수를 보장하는데, 이는 스트립의 너비와 두께가 음향 성능의 요건을 위해 스트립이 결합된 요소의 전체 둘레에서 일정치 않은 것이 필요할 수 있기 때문이다 (도 6). 사용된 물질의 점성도는 특정 한도를 넘지 말아야만 하고, 이 성분 생성물의 경화는 신속해야만 한다.
제 3 기술에서, 스트립은 또한, 몰딩의 이점을 유지하고 몰딩 생산비를 줄이기 위해, 몰딩되고 요소 중 하나의 요소로 이송될 수 있다. 이러한 기술은 압출과 오버몰딩의 이점을 결합하는데, 이는 도 2d에 예시한 바와 같이, 여러 모양의 여러 물질층이 생성되도록 하기 때문이다. 압출의 경우, 수분 교차결합 일 성분 물질을 위해, 물질의 최소 습태 강도와 최소 점성도가 필요하다. 열 교차결합 일 성분형 시스템이 사용된 경우 경화 시간은 짧을 수 있다. 이 성분 시스템에 관해서, 이러한 것은 신속하게 경화된다.
마지막으로, 사출 성형 (injection molding) 기술을 또한 생각할 수 있다. 이러한 경우, 물질이 결합되어야만 하는 요소는 제조하고자 하는 스트립의 모양과 일치하는 구멍을 갖는 몰드에 위치하고, 감쇠 물질에 의해 형성된 몰딩 물질은 용융 상태로 몰드 안으로 주입된다.
사용된 기술의 예 중에서, 스트립, 즉 단일층 스트립의 제 1 실시예에 따라 두 개의 요소를 결합하는 것과, 제 2 실시예에 따라, 즉 스트립이 감쇠 물질과 비감쇠 접착 물질에 각각 해당되는 적어도 두 개의 물질(4와 5)을 포함한 경우, 두 개의 요소를 결합하는 것이 구분될 것이다.
단일층 스트립(3)의 경우, 스트립은 네 개의 기술 중 적어도 하나의 기술을 선택함으로써 유리 기판(1)에 부착된다.
요소(1)에 대한 압출, 이에 따라 요소에 결합의 기능을 또한 부여하는 단일 감쇠 물질(4)에 관해서, 발명자는 본 발명의 기준을 만족하는 물질(A)을 개발했고, 이 표면은 요소(2)에 결합되도록 작용할 수 있다. 이는 단일 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 수분 교차결합성 일 성분 폴리우레탄으로,
- 두 개의 작용성(functionality)을 갖고, OH 지수 (iOH)가 5 내지 10이며, 유리 전이 온도(Tg)가 -50℃ 이하이고, 연화점이 50 내지 80℃인, 적어도 하나의 폴리에스테르폴리올 (polyesterpolyol) (바람직하게는 80 내지 200g)과,
- 두 개의 작용성을 갖고, OH 지수 (iOH)가 50 내지 100이며, 유리 전이 온도(Tg)가 -50℃ 이하인, 적어도 하나의 폴리에스테르폴리올 (바람직하게는 120 내지 220g)과,
- 디페닐메탄 디이소시아네이트 (MDI) 유형의 2.1 내지 2.7의 작용성을 갖고, NCO 퍼센트 함량이 11 내지 33%인, 적어도 하나의 이소시아네이트 (바람직하게는 180 내지 220g)와,
- 적어도 하나의 촉매 (바람직하게는 0.5 내지 3g)와,
- 선택적으로, 분자체 (molecular sieve) 유형의 충전재 (바람직하게는 20 내지 60g)와,
- 선택적으로, 초크(chalk), 카올린(kaolin), 활석(talc), 알루미나(alumina), 카본블랙 또는 흑연 유형의 적어도 하나의 충전재 (바람직하게는 5 내 지 60g)를 포함한다.
이 폴리우레탄 예비 중합체(A)의 NCO 퍼센트 함량은 0.5 내지 2%이다.
기준 단면이 L ×e = 15mm ×3mm인 직사각형 단면의 스트립을 형성하는데 사용된 이러한 물질(A)에 대해, 120㎐와 20℃의 주변 온도에서 측정된 영률(E')의 값은 80 MPa이다. 단일 물질의 손실 인자로 이루어진 등가 손실 인자는 0.3이고, 단위 길이 당 등가 실제 강성은 400 MPa이다.
제 2 실시예에 따라 적어도 두 가지 물질(4와 5)로 만들어진 스트립(3)의 용도를 위해, 두 개의 물질을 유리 기판(1)으로 공압출할 수 있다. 이러한 제 1 단계 후, 스트립의 자유 표면을 가열하고, 이를 차체에 부착하거나 (도 7), 또는 물질의 성질에 따라, 이와 달리 자유 표면을 차체에 직접 부착함으로써, 결합이 이루어진다.
대안적으로, 몰딩 후, 유리 기판 위에 감쇠 물질(4)을 오버몰딩 또는 이송해서 원하는 모양을 제공할 수 있다 (도 8a 내지 8f). 다음으로 접착 물질(5)은 압출을 통해 감쇠 물질(4)의 자유 표면에 증착된다 (도 9). 그래서, 감쇠 물질에 특별한 형상(profile)을 부여할 수 있는데, 이 형상은, 예를 들어, 접착 물질을 안내하고 증착 중 상기 접착 물질의 두께 및/또는 너비를 한정하는 림(rim)(48)(도 8a,8b,8c)을 구비하거나, 또는 이와 달리, 예를 들어, 접착 물질의 두께가 측정될 수 있도록 하는 중앙 돌출부(49)(도 8d,8e,8f)를 구비한다. 결합을 위해, 감쇠 물질(4)에 증착된 접착 물질(5)의 표면은, 필요할 경우 가열되고, 스트립은 차체에 압착된다 (도 9).
스트립(3)이 접착 물질(5)과 스택형의 두 개의 감쇠 물질(40과 41)로 만들어지면, 두 개의 감쇠 물질은 도 10a와 10b에서 두 가지 변형으로 예시된 바와 같이 유리 기판(1)에 공압출될 수 있다. 기판의 맞은편 면의 감쇠 물질의 자유 표면에 대한 접착 물질(5)의 증착과 결합은 도 9에 예시한 것과 같이 실행된다.
도 11a와 11b는, 도 4d에 예시된 유형의 스트립의 두 가지 각 변형을 통해 요소(2)에 요소(1)를 결합하는 단계를 보여준다. 물질(4)이 우선 몰딩되고 요소(1)로 이송된다. 이는 특별한 기하구조를 갖고, 특히, 결합 중 접착 물질(5)을 수용하는 수신 채널(receiving channel)(402)을 형성하기 위해 두 부분(400과 401)으로 나누어진다. 접착 물질(5)은 결국 두 개의 서로 마주하는 면이 두 개의 요소(1과 2)에 각각 결합된다.
적어도 하나의 감쇠 물질(4)과 접착 물질(5)을 포함하는 스트립의 한 가지 예는 감쇠 물질(4)인 물질(B)과 비감쇠 폴리우레탄 매스틱과 같은 접착 매스틱(5)으로 만들어진다. 각각의 물질은 너비가 15mm이고 두께가 3mm인 직사각형 단면을 갖고, 너비가 15mm, 두께가 6mm인 스트립의 경우 기준 단면과 동일한 전체 단면을 나타낸다.
발명자에 의해 개발된 조성물 물질(B)은 단일 유리 전이 온도를 갖는 수분 교차결합 일 성분 폴리우레탄 유형으로,
- 두 개의 작용성을 갖고, OH 수가 20 내지 40이며, 유리 전이 온도(Tg)가 -40 내지 -20℃인, 적어도 하나의 폴리에스테르폴리올 (polyesterpolyol) (바람직 하게는 350 내지 450g)과,
- 두 개의 작용성을 갖고, OH 수가 30 내지 90이며, 유리 전이 온도(Tg)가 0 내지 30℃이고, 연화점이 50 내지 70℃인, 적어도 하나의 폴리에스테르폴리올 (바람직하게는 35 내지 250g)과,
- 디페닐메탄 디이소시아네이트 (MDI) 유형의 2.1 내지 2.7의 작용성을 갖고, NCO 퍼센트 함량이 11 내지 33%인, 적어도 하나의 이소시아네이트 (바람직하게는 150 내지 230g)와,
- 적어도 하나의 촉매 (바람직하게는 0.5 내지 3g)와,
- 선택적으로, 분자체 (molecular sieve) 유형의 충전재 (바람직하게는 20 내지 80g)와,
- 선택적으로, 초크, 카올린, 활석, 알루미나, 카본블랙 또는 흑연 유형의 적어도 하나의 충전재 (바람직하게는 5 내지 60g)를 포함한다.
이 폴리우레탄 예비 중합체(B)의 NCO 퍼센트 함량은 0.5 내지 2%이다.
20℃의 주변 온도에서 감쇠 물질(B)의 영률과 손실 인자 값은, E' = 35 MPa, tanδ= 1.4이다.
120㎐와 20℃의 주변 온도에서, 폴리우레탄 매스틱으로 만들어진 비감쇠 접착 물질(5)의 영률과 손실 인자 값은, E' = 21 MPa, tanδ= 0.2이다.
단위 길이 당 등가 실제 강성과, 등가 손실 인자 값은, 각각 70 MPa과 0.95이다.
발명자는, 특히 -60 내지 -10℃의 저온에서 접착 강도가 있는 접착 특성을 갖는 다른 감쇠 물질(C)을 또한 개발했다. 이 물질은, 물질(A와 B)과 달리, 두 개의 유리 전이 온도를 갖는다. 이것은 다음을 포함하는 폴리우레탄 예비중합체이다.
- 두 개의 작용성을 갖고, 지수 (iOH)가 25 내지 35이며, 유리 전이 온도(Tg)가 -50℃ 미만이고, 분자량이 3500 내지 4500인, 적어도 하나의 폴리에테르폴리올 (polyetherpolyol)과,
- 2.3 내지 4의 작용성을 갖고, 지수(iOH)가 25 내지 800이며, 유리 전이 온도(Tg)가 -50℃ 미만인, 적어도 하나의 폴리에테르폴리올과,
- 두 개의 작용성을 갖고, 지수(iOH)가 20 내지 40이며, 유리 전이 온도(Tg)가 -40 내지 -20℃인, 적어도 하나의 폴리에스테르폴리올과,
- 두 개의 작용성을 갖고, 지수(iOH)가 30 내지 90이며, 유리 전이 온도(Tg)가 0 내지 30℃이며, 연화점이 50 내지 70℃, 적어도 하나의 폴리에스테르폴리올과,
- 디페닐메탄 디이소시아네이트 (MDI) 유형의 2.1 내지 2.7의 작용성을 갖고, NCO 퍼센트 함량이 11 내지 33%인, 적어도 하나의 이소시아네이트와,
- 적어도 하나의 촉매와,
- 선택적으로, 분자체 유형의 충전재와,
- 선택적으로, 초크, 카올린, 활석, 알루미나, 카본블랙 또는 흑연 유형의 충전재를 포함한다.
이러한 폴리우레탄 예비 중합체의 NCO 퍼센트 함량은 0.5 내지 2%이다.
특히, 상기 조성물(C)에 따른 화합물로 기술할 수 있고, NCO %함량은 1.8 내지 2.2%로,
- 두 개의 작용성을 갖고, 지수 (iOH)가 25 내지 35이며, 유리 전이 온도(Tg)가 -50℃ 미만이고, 분자량이 3500 내지 4500인, 180 내지 220g의 폴리에테르폴리올과,
- NCO %함량이 11.9%인 MDI 유형의 이소시아네이트 75 내지 115g과,
- 5 내지 30g의 카본블랙과,
- 0.5 내지 3g의 촉매와,
- 10 내지 30g의 발열 실리카와,
- 지수 (iOH)가 27 내지 34이고, 분자량이 3500이며, 두 개의 작용성을 갖고, 유리 전이 온도(Tg)가 -30℃인, 135 내지 180g의 액체와 비결정성 폴리에스테르폴리올 A와,
- 지수 (iOH)가 27 내지 34이고, 분자량이 3500이며, 두 개의 작용성을 갖고, 유리 전이 온도(Tg)가 +20℃인, 35 내지 85g의 액체와 비결정성 폴리에스테르폴리올 B와,
- NCO %함량이 11.9%인, MDI 유형의 이소시아네이트 55 내지 110g과,
- 20 내지 80g의 분자체를 포함한다.
기준 단면이 L ×e = 15mm ×3mm인 직사각형 단면의 스트립을 형성하는데 사 용된 이러한 물질(C)에 대해, 120㎐와 20℃에서 측정된 영률(E')의 값은 22 MPa이다. 단일 물질의 손실 인자로 이루어진 등가 손실 인자는, tanδ= 0.75이고, 단위 길이 당 등가 실제 강성은 120 MPa이다.
두 개의 유리 전이 온도를 갖는 이 물질(C)은 저온에서 또한 매우 잘 사용될 수 있는데, 이 물질은 음향 감쇠 특성뿐만 아니라 접착 강도를 나타내기 때문이다. 사실상, -40℃에서, 손실 인자는 0.38이고 영률 값은 900 MPa로, 발명자는 접착 강도 특성을 정의하는데, 즉 물질과 이 물질이 결합된 요소간 접착 실패의 위험이 없는 경우, 물질의 강도(E')는 50 내지 500㎐의 주파수에 대해 2000 MPa 미만이다.
그래서, 발명자는, 본 발명에 의해 명시된 단위 길이 당 등가 실제 강성과 등가 손실 인자를 만족하는 감쇠 물질 조성물을 성공적으로 선택했다. 음향 감쇠 특성을 갖는 스트립에 사용될 물질 또는 물질들과 이 물질 또는 이러한 물질들의 단면 형상이 본 발명에 의해 제공된 기준을 만족하는지를 검사하기 위해, 발명자는 평가 방법을 만들었다.
물질의 직사각형 단면을 다룰 경우,
- 스트립에 사용될 물질 또는 물질들의 영률(Ei')과 손실율(Ei")을 측정하고,
- 앞에서 명시한 방정식 (1),(2) 및 (3)으로부터 단위 길이 당 등가 실제 강성(K'eq)과 등가 손실 인자(tanδeq)를 측정하며,
- 마지막으로, 스트립의 이러한 K'eq 및 tanδeq 값과, 기준값인 25 MPa 및 0.25를 각각 비교하는 것이 필요하고, 이로부터 음향 특성이 얻어진다.
물질의 두께와 너비를 변경함으로써, 이러한 파라미터의 값을 최적화하고, 그래서 보다 나은 소음 감쇠를 이루는 것이 가능할 것이다.
각 물질의 영률(Ei')과 손실율(Ei") 값은, 아래 제시된 측정 조건에서 METRAVIB이라는 상표명으로 판매되는 것과 같은 점성분석기를 사용해서 측정된다.
- 사인 곡선의 응력 (sinusoidal stressing),
- 점성분석기 제조업자에 의해 한정된 범위 내에 있는 치수, 예를 들어,
* 두께(e) = 3mm,
* 너비(L) = 5mm,
* 높이 = 10mm
를 갖는 직사각형의 평행육면체 (rectangular parallelepiped)로 만들어진 물질 시험편,
- 동적 진폭 (dynamic amplitude): 안정 위치 (rest position) 부근에서 ±5 ×10-6m,
- 주파수 범위: 5 내지 400㎐,
- 온도 범위: -60 내지 +60℃.
점성분석기는 정확한 온도와 주파수 조건에서 물질 시험편이 변형 응력을 받게 하고, 이러한 방법으로 물질의 특징을 규정하는 모든 유동학적 양을 얻어 처리하도록 한다.
여러 온도에서 주파수의 함수인, 힘, 변위 및 위상 이동 측정과 같은 원 데이터는, 특히 물질의 영률(Ei')과 손실률(Ei")을 확증하는데 사용된다.
물질과 치수를 구하는 상술한 평가 방법을 확인하고, 모든 경우 스트립이 본 발명에 의해 청구된 특징을 갖고 있다는 것을 보장하기 위해, 점성분석기를 사용해서, 단면이 스트립의 단면과 동일하고 길이가 L인 스트립 시험편의 등가 실제 강성과 등가 손실률을 직접 측정한다. 다음을 계산해야만 한다.
- 스트립의 단위 길이 당 등가 실제 강성을 얻기 위한, 길이(L)에 대한 측정 등가 실제 강성의 비: K'eq = k'eq/L와,
- 스트립의 등가 손실 인자(tanδeq)를 얻기 위한, 측정된 등가 실제 강성에 대한 측정된 등가 손실 인자의 비: keq"/keq'.
마지막으로, 발명자는, 도 12에 도시된 그래프에 등가 손실 인자(tanδeq)의 함수로 단위 길이 당 등가 실제 강성(K'eq)을 작성함으로써 스트립(3)의 음향 성능을 설명하도록 선택했다. 등가 손실 인자의 값은 x축에 작성되고, 단위 길이 당 등가 실제 강성의 값은 y축에 작성된다. 이러한 값을 기준으로, 그래프는 기판의 둘레 부근과 한 면 위에 위치한 스트립을 통해 베드(bed)에 결합된 유리 기판 (800mm ×500mm, 두께는 4mm)에서 측정된 제 1 굴곡 모드에서 모드 감쇠를 나타내고, 등가 손실 인자(tanδeq)는 0.15 내지 1이고, 단위 길이 당 등가 실제 강성은 400 MPa을 초과할 수 없다. tanδeq = 1에 대해 제공된 이득(gain)의 값은 동일한 등가 강성의 값에 대해 1보다 큰 tanδeq로 외삽될 수 있다는 점이 주목될 수 있다.
모드 감쇠는 0 내지 30%의 스케일로 표현된다. 감쇠가 클수록, ㏈ 단위의 음향 이득은 더욱 커진다.
제 1 굴곡 모드에서 모드 감쇠는 다음과 같이 정의된다. 모드 감쇠는, 기판 중앙에서 충격 해머(impact hammer)와 가속도계(accelerometer)를 이용해서 만들어진 기계 임피던스(mechanical impedance)(Z) (기판에 수직 방향으로 한 점에 가해진 점 하중의 함수로, 이와 동일한 점에 유리 기판과 수직인 진동 속도를 부여하는 주파수 반응 함수의 계수)의 측정으로부터 유도된다.
제 1 굴곡 모드의 주파수는 기계 임피던스가 최대인 120㎐ 미만의 주파수와 동일하다. 이는 f1으로 나타낸다. 주파수(f1)의 기계 임피던스의 값은 Zmax로 나타낸다.
중간 높이에서의 띠너비는, Z > Zmax/√2인 f1 부근의 주파수 범위의 너비와 일치한다. 이는 △f로 나타낸다.
제 1 굴곡 모드의 모드 감쇠는 비(△f/f1)와 일치한다.
그래프는, 이 값으로부터, 모드 감쇠 및 이에 따른 음향 성능 (㏈ 단위의 이득)이, 주어진 손실 인자와 이와 다른 등가 강성에 대해, 또는 이 반대의 경우, 변수라는 것을 보여준다.
그래서, 100 MPa의 단위 길이 당 등가 실제 강성과 0.5 내지 1의 손실 인자에 대해 30%에 가까운 모드 감쇠를 얻을 수 있는 반면, 100 MPa의 동일한 단위 길 이 당 실제 등가 강성에 대해 손실 인자가 단지 0.3인 경우에는 감쇠가 5%를 넘지 않는다.
예를 들어, 0.8의 손실 인자에 대해, 단위 길이 당 최적의 등가 실제 강성은 약 100 MPa이고, 단위 길이 당 등가 실제 강성의 증가는, 얻을 수 있는 모드 감쇠를 단지 감소시킬 것이라는 사실을 또한 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 단일층 스트립용으로, 단위 길이 당 등가 실제 강성이 400 MPa이고 등가 손실 인자가 0.3인 물질(A)의 사용은 5 내지 10%의 모드 감쇠를 일으킨다는 사실을 이 그래프가 증명한다.
제 2 실시예에서 상기 예로 사용된 스트립을 위해 비감쇠 폴리우레탄 매스틱과 결합되고, 단위 길이 당 등가 실제 강성이 70 MPa이고 등가 손실 인자가 0.95인 물질(B)의 사용은 20%보다 큰 모드 감쇠를 일으킨다.
또한, 도 13은, 세 가지 유형의 스트립에 대한 엔진 속도의 함수로 자동차 내부에서 측정된 소음의 세 가지 비교 곡선을 나타낸다.
곡선(C1)은, 기준 단면이 9mm ×6mm인 비감쇠 폴리우레탄 매스틱으로 만들어진 표준 스트립이 장착된 표준 적층 창유리 조립체에 해당한다.
곡선(C2)은, 기준 단면이 15mm ×3mm인 조성물(A)의 감쇠 물질(4)로 만들어진 본 발명에 따른 단일층 스트립이 장착된 표준 창유리 조립체에 해당한다.
곡선(C3)은, 기준 단면이 15mm ×6mm인 폴리우레탄 매스틱으로 만들어진 비감쇠 접착 물질(5)과, 조성물(B)의 감쇠 물질(4)로 만들어진 본 발명에 따른 스트립이 장착된 표준 창유리 조립체에 해당한다.
"표준 적층 창유리 조립체 (standard laminated glazing assembly)"라는 용어는, 두께가 2.1mm인 두 장의 유리판과, 두께가 0.76mm인 폴리비닐 부티랄 중간층 막을 포함하는 것을 의미하는 것으로 이해된다.
아래 표는, 세 가지 유형의 스트립에 대해, 단위 길이 당 등가 실제 강성과 등가 손실 인자의 값을 제공한다.
| 스트립 유형; 곡선 (기준 단면) | 단위 길이 당 등가 실제 강성 (K'eq) (단위는 MPa) | 등가 손실 인자 (tanδeq) |
| 폴리우레탄 매스틱; 곡선(C1) (9mm × 6mm) | 31.5 | 0.2 |
| 물질(A); 곡선(C2) (15mm × 3mm) | 400 | 0.3 |
| 물질(B)와 폴리우레탄 매스틱; 곡선(C3) (15mm × 6mm) | 70 | 0.95 |
도 13의 곡선은 본 발명의 스트립에 의해 이루어진 향상된 소음 감소를 증명한다. 이 도면에서, ㏈ 단위로 표시된 소음은 운송 수단의 rpm 단위 엔진 속도의 함수로 작성된다. 본 명세서에서 측정된 소음은 50 내지 160㎐의 주파수 범위 내에서 발생한 것으로, 이러한 주파수는 고체 전달 소음에 해당하고, 본 명세서에서 예로 사용된 자동차의 주어진 유형에 관해서 1500 내지 5000rpm의 엔진 속도에 해당한다.
측정은 창유리 조립체의 면적에는 무관하다는 사실을 주의해야 한다.
결과에 따르면, 3400rpm에 해당하는 110㎐의 주파수와, 고속도로의 정상 속도에서, 곡선(C1)에 해당하는 창유리 조립체에서 측정된 소음은, 곡선(C2)에 해당 하는 창유리 조립체에서 측정된 소음보다 훨씬 크고, 곡선(C3)에 해당하는 창유리 조립체에서 측정된 소음과 비교해서도 더 크며, 그래서 각각 4㏈과 13㏈의 소음 감쇠는, 도 12의 그래프에서 또한 볼 수 있는 바와 같이, 두 개의 변형 중 한 가지 변형에 따른 본 발명의 스트립에 의해 각각 얻어진다.
곡선(C2)에 해당하는 스트립을 사용하는 것이 바람직할 수 있는데, 이는 3400rpm에서 우수한 감쇠 성능을 나타내고, 또한 4000rpm 이상의 속도에서 우수한 성능을 나타내기 때문으로, 측정 소음은 82㏈인 반면, 표준 스트립을 이용하면, 곡선(C1)에 해당하는 측정 소음이 87㏈이다. 이러한 결과가 얻어지는 것은, 본 발명의 이 스트립의 단위 길이 당 등가 실제 강성이 표준 스트립의 단위 길이 당 등가 실제 강성보다 훨씬 더 크기 때문이다.
음향 감쇠 특성을 갖는 본 발명의 스트립은, 유리 기판 및 자동차 차체와 같은 두 개의 요소(1과 2) 사이에, 서로 결합시킬 목적으로, 이에 따라 유리-금속 접합을 위해, 스트립이 삽입되는 경우를 예로 들어 기술되었다. 예를 들어, 금속-금속, 유리-유리, 금속-플라스틱, 유리-플라스틱 및 플라스틱-플라스틱 접합을 위해, 본 발명의 음향 감쇠 스트립을 사용하기 위한 다른 용도를 구상할 수 있다. "플라스틱"이라는 용어는, 에폭시, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 또는 아크릴로나이트릴-부타디엔-스티렌 수지와 같은 플라스틱, 또는 폴리프로필렌(PP)과 같이 플라스틱을 주성분으로 한 복합체, 및 유리 섬유 또는 목재 섬유와 같은 강화 섬유를 의미하는 것으로 이해된다.
금속-금속 접합의 한 가지 예는 운송 수단의 차체에 결합된 금속부의 접합이 다. 그래서, 볼트를 통해 일반적으로 부착되어 있는 문과 창문을 열기 위한 기계 부품은, 운송 수단의 객실 안으로 소음의 방출을 줄이기 위해, 본 발명의 감쇠 스트립을 이용한 결합을 통해 대신 부착될 수 있다.
유리-플라스틱 접합의 한 가지 예는, 운송 수단의 후방 창문 결합시 얻어진 접합이다.
플라스틱-플라스틱 또는 플라스틱-금속 접합의 한 가지 예는, 자동차의 뒷문을 구성하는 여러 요소 결합시, 또는 이와 달리 유리 섬유로 강화된 폴리우레탄 거품을 주성분으로 한 루프를 운송 수단의 금속 차체에 접착 결합시 얻어진 접합이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은, 특히 자동차 창유리를 위한, 종래 기술의 단점이 없는 음향 감쇠 스트립을 제조하는데 사용된다.
Claims (32)
- 스트립(strip)(3)으로서,두 개의 요소(1,2) 중 한 개 또는 두 개의 요소를 통해 전파되는 소음의 음향 감쇠를 일으키기 위해 상기 두 개의 요소(1,2) 사이에 삽입되고, 상기 스트립(3)은 플라스틱 감쇠 물질(i)로 만들어지는, 스트립(3)에 있어서,상기 스트립(3)은, 25 내지 400 MPa의 단위 길이 당 등가 실제 강성 (equivalent real stiffness per unit length)(K'eq)과, 0.25 내지 1의 등가 손실 인자 (equivalent loss factor)(tan δeq)를 갖는 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 제 1항에 있어서, 상기 스트립은, 30 MPa 내지 270 MPa의 단위 길이 당 등가 실제 강성(K'eq)과, 0.4의 등가 손실 인자(tan δeq)를 갖는 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 스트립(3)은, 단일 감쇠 물질(4) 또는 여러 감쇠 물질(4a,4b;40,41;42,43;44,45;46,47)로 만들어지는 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 제 3항에 있어서, 상기 감쇠 물질 또는 물질들은, 상기 두 개의 요소(1,2)에 대해 접착 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 스트립(3)은 감쇠 물질(4)과 비감쇠 접착 물질로 만들어지고, 상기 접착 물질은 상기 두 개의 요소(1,2)를 결합하도록 만들어진 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 제 5항에 있어서, 상기 접착 물질(5)은 서로 마주하는 두 면(50,51)을 통해 상기 두 개의 요소(1,2)에 각각 접착되고, 상기 감쇠 물질은 상기 두 개의 요소 중 적어도 하나에 결합되는 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 제 5항에 있어서, 상기 접착 물질(5)은, 그 면 중 한 면(50)을 통해 상기 요소 중 하나의 요소(1)에 결합된 상기 감쇠 물질(4)에 접착되고, 그 반대면(51)을 통해, 결합될 다른 요소(2)에 접착되는 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 제 3항에 있어서, 상기 스트립(3)은 서로 겹쳐 있는 층 스택 (stack of layers)으로 위치한 여러 감쇠 물질(4a,4b;40,41;44,45;46,47)을 포함하고, 상기 스택의 단부에 있는 각 물질은, 서로 결합될 상기 두 개의 요소(1,2) 중 하나에 결합되거나, 접착 물질(5)에 결합되는 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 제 3항에 있어서, 상기 스트립(3)은 서로 접합되거나 이와 다른 방법으로 서로 나란히 병렬 위치한 여러 감쇠 물질(4c,4d;42,43)을 포함하고, 각각의 물질은, 서로 결합될 두 개의 요소(1,2)에 각각 결합된 두 개의 서로 마주하는 표면을 갖는 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 제 8항에 있어서, 상기 스트립(3)은, 스택으로서 병렬 위치한 여러 감쇠 물질들을 포함하고, 이 결합물을 부분적으로 구성하는 하나 또는 두 개의 물질은, 서로 결합될 상기 두 개의 요소(1,2)에 결합되는 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 제 5항에 있어서, 상기 접착 물질(5)은 상기 감쇠 물질 또는 물질들과 스택 또는 병렬이 되도록 위치한 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 제 5항에 있어서, 상기 감쇠 물질로만 이루어지거나 상기 접착 물질(5)을 함유한 감쇠 물질 또는 물질들은, 공기 간극(air gap)(6)으로 서로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 제 5항에 있어서, 상기 비감쇠 접착 물질(5)은, 영률(Young's modulus)(E')이 21 MPa이고 손실 인자(loss factor)(tanδ)가 0.2인 폴리우레탄 매스틱(polyurethane mastic)인 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 감쇠 물질 또는 물질들은, 다음 플라스틱: 가소화되거나 가소화되지 않은 염화 폴리비닐과; 열가소성 엘라스토머와; 부틸 고무 또는 나이트릴 고무 또는 이와 다른 스티렌-부타디엔 고무인 고무, 폴리올레핀 또는 EPDM(에틸렌-프로필렌-디엔)인 엘라스토머에 의해 변형될 수 있는 일 성분 또는 이 성분 폴리우레탄과; 폴리알킬 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 공중합체와; 에폭시 수지로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 제 14항에 있어서, 상기 플라스틱은, 활석(talc), 실리카(silica), 탄산칼슘, 카올린(kaolin), 알루미나(alumina), 분자체(molecular sieve), 카본블랙, 흑연 또는 발열 실리카(pyrogenic silica)와 같은 유기 또는 무기 충전재, 또는 금속 충전재를 함유하는 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 제 15항에 있어서, 상기 감쇠 물질은, NCO 퍼센트 함량이 0.5 내지 2%인 일 성분 폴리우레탄으로,- 두 개의 작용성(functionality)을 갖고, OH 지수 (index) (iOH)가 5 내지 10이며, 유리 전이 온도(Tg)가 -50℃ 이하이고, 연화점이 50 내지 80℃인, 폴리에스테르폴리올 (polyesterpolyol) (80 내지 200g)과,- 두 개의 작용성을 갖고, OH 지수 (iOH)가 50 내지 100이며, 유리 전이 온도(Tg)가 -50℃ 이하인, 폴리에스테르폴리올 (120 내지 220g)과,- 디페닐메탄 디이소시아네이트 (MDI) 유형의 2.1 내지 2.7의 작용성을 갖고, NCO 퍼센트 함량이 11 내지 33%인, 이소시아네이트 (180 내지 220g)와,- 촉매 (0.5 내지 3g)와,- 분자체 유형의 충전재 (20 내지 60g)와,- 초크(chalk), 카올린(kaolin), 활석(talc), 알루미나(alumina), 카본블랙 또는 흑연 유형의 충전재 (5 내지 60g)를포함하는 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 제 16항에 있어서, 상기 스트립은, 단일 감쇠 물질로부터 제조되는데, 20℃에서, 너비가 15mm이고 두께가 3mm인 기준 단면으로, 단위 길이 당 등가 실제 강성이 400 MPa이고, 등가 손실 인자가 0.3인 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 제 15항에 있어서, 상기 감쇠 물질은, NCO 퍼센트 함량이 0.5 내지 2%인 일 성분 폴리우레탄으로,- 두 개의 작용성을 갖고, OH 수가 20 내지 40이며, 유리 전이 온도(Tg)가 -40 내지 -20℃인, 폴리에스테르폴리올 (polyesterpolyol) (350 내지 450g)과,- 두 개의 작용성을 갖고, OH 수가 30 내지 90이며, 유리 전이 온도(Tg)가 0 내지 30℃이고, 연화점이 50 내지 70℃인, 폴리에스테르폴리올 (35 내지 250g)과,- 디페닐메탄 디이소시아네이트 (MDI) 유형의 2.1 내지 2.7의 작용성을 갖고, NCO 퍼센트 함량이 11 내지 33%인, 이소시아네이트 (150 내지 230g)와,- 촉매 (0.5 내지 3g)와,- 분자체(molecular sieve) 유형의 충전재 (20 내지 80g)와,- 초크, 카올린, 활석, 알루미나, 카본블랙 또는 흑연 유형의 충전재 (5 내지 60g)를포함하는 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 제 18항에 기재된 감쇠 물질과, 폴리우레탄 매스틱 유형의 비감쇠 접착 물질의 스택(stack)으로 형성된 스트립으로서,상기 스트립은, 20℃에서, 두 가지 물질 각각에 대해 너비가 15mm이고 두께가 3mm인 단면으로, 단위 길이 당 등가 실제 강성은 70 MPa이고, 등가 손실 인자는 0.95인 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 제 15항에 있어서, 상기 감쇠 물질은, NCO 퍼센트 함량이 0.5 내지 2%인 폴리우레탄 예비중합체로,- 두 개의 작용성을 갖고, 지수 (iOH)가 25 내지 35이며, 유리 전이 온도(Tg)가 -50℃ 미만이고, 분자량이 3500 내지 4500인, 폴리에테르폴리올 (polyetherpolyol)과,- 2.3 내지 4의 작용성을 갖고, 지수(iOH)가 25 내지 800이며, 유리 전이 온도(Tg)가 -50℃ 미만인, 폴리에테르폴리올과,- 두 개의 작용성을 갖고, 지수(iOH)가 20 내지 40이며, 유리 전이 온도(Tg)가 -40 내지 -20℃인, 폴리에스테르폴리올과,- 두 개의 작용성을 갖고, 지수(iOH)가 30 내지 90이며, 유리 전이 온도(Tg)가 0 내지 30℃이며, 연화점이 50 내지 70℃인, 폴리에스테르폴리올과,- 디페닐메탄 디이소시아네이트 (MDI) 유형의 2.1 내지 2.7의 작용성을 갖고, NCO 퍼센트 함량이 11 내지 33%인, 이소시아네이트와,- 촉매와,- 분자체 유형의 충전재와,- 초크, 카올린, 활석, 알루미나, 카본블랙 또는 흑연 유형의 충전재를포함하는 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 제 20항에 있어서, NCO %함량은 1.8 내지 2.2%로,- 두 개의 작용성을 갖고, 지수 (iOH)가 25 내지 35이며, 유리 전이 온도(Tg)가 -50℃ 미만이고, 분자량이 3500 내지 4500인, 180 내지 220g의 폴리에테르폴리올과,- NCO %함량이 11.9%인 MDI 유형의 이소시아네이트 75 내지 115g과,- 5 내지 30g의 카본블랙과,- 0.5 내지 3g의 촉매와,- 10 내지 30g의 발열 실리카와,- 지수 (iOH)가 27 내지 34이고, 분자량이 3500이며, 두 개의 작용성을 갖고, 유리 전이 온도(Tg)가 -30℃인, 135 내지 180g의 액체이고 비결정성인 폴리에스테르폴리올 A와,- 지수 (iOH)가 27 내지 34이고, 분자량이 3500이며, 두 개의 작용성을 갖고, 유리 전이 온도(Tg)가 +20℃인, 35 내지 85g의 액체이고 비결정성인 폴리에스테르폴리올 B와,- NCO %함량이 11.9%인, MDI 유형의 이소시아네이트 55 내지 110g과,- 20 내지 80g의 분자체를포함하는 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 제 20항에 있어서, 상기 스트립은, 20℃에서, 너비가 15mm이고 두께가 3mm인 기준 단면으로, 120 MPa의 단위 길이 당 등가 실제 강성과, 0.75의 등가 손실 인자를 갖는 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 스트립은, 압출(extrusion), 또는 캡슐화(encapsulation), 또는 몰딩으로부터의 이동, 또는 사출성형(injection molding) 공정에 의해, 요소 중 한 개 또는 두 개의 요소에 부착되는 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 스트립은, 상기 스트립의 길이 전체 또는 일부에서 균일하거나 균일하지 않은 단면을 갖는 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 스트립은, 금속-금속, 유리-유리, 금속-플라스틱, 플라스틱-유리 또는 플라스틱-플라스틱 유형의 두 가지 요소(1,2)에 접합되는 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 제 22항에 있어서, 상기 스트립은, 유리 기판을 금속 요소에 부착하는데 사용되도록, 유리 기판과 금속 요소 사이에 삽입된 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 제 23항에 있어서, 상기 스트립은 자동차 차체에 창유리를 부착하는데 사용된 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 제 24항에 있어서, 상기 창유리는, 두 장의 유리판과 방음 특성이 있는 막을 포함하는 적층 창유리 조립체(laminated glazing assembly)로 이루어진 것을 특징으로 하는, 스트립.
- 감쇠 물질(i)로 만들어진 두 개의 요소 사이에 삽입하게 되어있는 스트립의 음향 감쇠 특성 평가 방법으로서,상기 스트립의 단위 길이 당 등가 실제 강성(K'eq)과 등가 손실 인자(tanδeq)를 평가하는 단계로 이루어지고, 상기 스트립은 상기 단위 길이 당 등가 실제 강성이 25 내지 400 MPa이고, 상기 등가 손실 인자가 0.25 내지 1일 때, 음향 감쇠 특성을 갖는 것을 특징으로 하는, 스트립의 음향 감쇠 특성 평가 방법.
- 제 29항에 있어서, 상기 스트립의 상기 단위 길이 당 등가 실제 강성(K'eq)과 상기 등가 손실 인자(tanδeq)의 평가는,상기 스트립의 각 구성 물질(i)의 영률(Ei')과 손실률(Ei")을 측정하는 단계와,Li과 ei이 각각 상기 물질의 너비와 두께인,[K* eq]α = ∑[K* i]α (1)K* i = E* i ×Li/ei (2)tanδeq = Keq"/Keq' (3)상기 식을 이용해서 계산하는 단계를포함하는 것을 특징으로 하는, 스트립의 음향 감쇠 특성 평가 방법.
- 제 30항에 있어서, 상기 스트립의 각 구성 물질(i)의 영률(Ei')과 손실률(Ei")은, 점성분석기(viscoanalyzer)를 통해 측정된 것을 특징으로 하는, 스트립의 음향 감쇠 특성 평가 방법.
- 제 31항에 있어서, 상기 점성분석기는, 단면이 상기 스트립의 단면과 동일하고 길이가 L인, 스트립 시험편의 등가 실제 강성(keq')과 등가 손실율(keq")을 직접 측정하는데 사용되고,- 상기 스트립의 단위 길이 당 등가 실제 강성(K'eq)을 얻기 위한, 길이(L)에 대한, 측정된 등가 실제 강성의 비 (K'eq = k'eq/L)와,- 상기 스트립의 등가 손실 인자(tan δeq)를 얻기 위한, 측정된 등가 실제 강성에 대한, 측정된 등가 손실 인자의 비 (k"eq/k'eq)가계산되는 것을 특징으로 하는, 스트립의 음향 감쇠 특성 평가 방법.
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