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2019년 12월 9일 (월) 03:28 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 고무의 첨가를 통한 연질 폴리우레탄 폼의 물성 향상

영문 : Improvement of physical properties of flexible polyurethane foams by adding rubber fillers

과제 팀명

우레매조

지도교수

김정현 교수님

개발기간

2019년 9월 ~ 2019년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 화학공학과 20143400** 백**(팀장)

서울시립대학교 화학공학과 20143400** 서**

서울시립대학교 화학공학과 20143400** 안**

서울시립대학교 화학공학과 20113400** 김**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ 폴리우레탄 폼 합성에 사용할 수 있는 고무 필러 선정

◇ 고무 필러의 특성에 맞는 표면 처리 진행

◇ 고무 필러의 함량에 따른 폴리우레탄 폼의 합성 진행

◇ 합성된 폴리우레탄 폼의 흡음 계수 측정 진행

개발 과제의 배경

<배경>

◇ 차량 소음은 탑승자의 승차감을 감소시킬 뿐만 아니라 주변에 불쾌감을 유발한다. 이에 따라 높은 성능을 가진 흡음재의 필요성이 대두되고 있다.

◇ 가벼운 무게, 뛰어난 성형성 등의 장점이 있는 폴리우레탄 폼(polyurethane foam)은 건물의 내장재, 단열재, 차량용 시트재, 흡음재 등 다양한 분야에서 활용된다.

◇ 그중 연질 폴리우레탄 폼(flexible polyurethane foam)은 다공성 내부 구조로 인해 흡음 성능이 뛰어나다. 따라서, 차량용 흡음재로 가장 많이 사용되고 있으며, 흡음 성능 향상에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

◇ 폴리우레탄 폼의 흡음 성능은 내부 형태학(morphology)의 영향을 받는다. 필러(filler)를 폴리우레탄 폼 합성에 첨가하면 폴리우레탄 고분자 사슬과 필러간의 상호작용을 통해 폴리우레탄 폼의 형태학에 변화를 줄 수 있고, 흡음 성능을 증가시킬 수 있다.

◇ 폴리우레탄 폼 합성에 사용되는 필러는 크게 두 가지로 금속을 함유한 무기 필러(Talc, Zinc borate, Aluminum hydroxide 등)와 유기 필러(대나무 잎, 쌀겨 등)가 있다. 하지만, 흡음 성능 향상에 관한 연구 중 고무를 필러로 사용한 연구는 없었다. 따라서, 본 연구는 고무를 필러로 첨가하여 폴리우레탄 폼의 흡음 성능 향상을 목표로 한다.

<효과>

◇ 고무 필러의 첨가는 폴리우레탄 폼의 감쇄 효과(damping effect) 증가를 통해 흡음 성능을 증가시킬 것으로 예측된다. 따라서, 고무 필러의 첨가를 통해 고성능의 폴리우레탄 폼 흡음재를 생산하여 차량의 소음 문제 해결 및 승차감 향상에 기여할 수 있다.

◇ 고무는 일반적으로 폴리우레탄 폼에 비해 압축 강도(compressive strength)와 인장 강도(tensile strength)가 높다. 따라서, 고무 필러의 첨가를 통해 뛰어난 내구성(durability)의 폴리우레탄 폼 흡음재를 생산할 수 있다.

◇ 다량의 고무가 무분별하게 버려져 토양 오염 및 해양 오염 등 다양한 환경오염을 초래하고 있다. 본 연구를 통해 고무가 필러로 적합함을 밝히면 환경오염을 줄이는데 기여할 수 있다.

◇ 필러를 첨가하면 더 적은 원료의 사용으로 기존과 동일한 흡음 성능의 폴리우레탄 폼을 생산할 수 있다. 따라서, 차량의 경량화를 통한 연비 절감 및 이산화탄소 배출 감소 효과를 기대할 수 있다.

◇ 이외에도 건물 내장 흡음재 및 방음 부스의 흡음재료 활용하여 소음으로 인한 사회적 문제 해결을 기대할 수 있다.

개발 과제의 목표 및 내용

본 연구에서는 고무 필러의 첨가로 기존보다 뛰어난 흡음 성능을 가진 폴리우레탄 폼을 합성을 목표로 하였으며 세부 목표는 다음과 같다.

◇ 최대 흡음 계수 0.9 이상 달성 흡음 계수는 샘플 내부로 입사한 음파의 에너지와 샘플이 흡수한 음파의 에너지의 비로 정의된다. 흡음 계수는 흡음 성능을 나타내는 가장 대표적인 지표이다. 고성능의 폴리우레탄 폼 흡음재는 대부분 최대 흡음 계수가 0.9를 넘었다. 따라서, 본 연구에서도 최대 흡음 계수 0.9 이상을 목표로 설정하였다.

◇ Noise reduction coefficient 0.3 이상 달성 Noise reduction coefficient(NRC)는 250, 500, 1000, 2000Hz 네 주파수에서의 흡음 계수를 평균 낸 값으로 저음역에서의 폴리우레탄 폼의 흡음 성능을 나타낸다. 폴리우레탄 폼은 상대적으로 저음역(0-2000Hz)에서의 흡음 계수가 고음역(2000~6300Hz)에서의 흡음 계수보다 낮다. 고성능 폴리우레탄 폼 흡음재는 저음역에서도 높은 흡음 성능을 가져야 한다. 따라서, 본 연구에서는 NRC 0.3 이상을 목표로 설정하였다.

◇ 겉보기 밀도 70 kg/m3 이하 달성 폴리우레탄 폼 흡음재는 dash isolation pad, insulation hood 등 차량의 다양한 곳에 사용된다. 저밀도의 폴리우레탄 폼 흡음재를 사용하면 차량의 경량화를 통해 연비 절감 및 이에 따른 이산화탄소 배출량 감소 효과를 기대할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 겉보기 밀도 70 kg/m3 이하를 목표로 하였다.

◇ 압축 강도 10kPa 이상 달성 압축 강도는 재료의 내구성을 나타내는 지표 중 하나이다. 장기간 사용을 위해서 폴리우레탄 폼 흡음재는 높은 압축 강도를 지녀야 한다. 따라서, 본 연구에서는 압축 강도 10kPa을 목표로 설정하였다.

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용

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