KR20000057580A - 감쇠 유리 및 플라스틱 적층체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차 유리창, 항공기 유리창, 선박 유리창 등과 같은 차량 유리창; 사무실 빌딩 유리창, 공항 유리창 등에 특히 유용한 소음과 진동을 감쇠시키는 감쇠 유리 및/또는 플라스틱 적층체를 제공한다. 적층체(2)는 유리 또는 플라스틱과 같은 외부 강층(4)과 진동 감쇠재(6) 및 폴리비닐 부티랄과 같은 가요성 플라스틱 재료의 하나 이상의 내층(8)으로 이루어진다.

Description

감쇠 유리 및 플라스틱 적층체{DAMPED GLASS AND PLASTIC LAMINATES}
세인트 고베인 비트리지 인터내셔날(Saint Gobain Vitrage International)에 양도된 미국 특허 제5,368,917호(Rehfeld 등)는 차량, 특히 자동차용 방음 글레이징을 개시하였다. 이들 성형품은 800Hz 이상의 주파수의 공기역학적 유래의 소음을 감소시키는 데 적당하다(Col. 1, 49-51째줄). 상기 미국 특허 제5,368,917호에는 플라스틱 시트 또는 공기 스페이스 개재층에 의해 분리된 두 개의 유리 시트를 구비하는 전면 유리(방풍 유리)가 기재되어 있다.
방음에 유용한 또다른 유리 적층체 구조물은 JP 07081982호, JP 06191905호 및 JP 06166551호에 개시되어있다. 다른 적층체들로는 미국 특허 제4,427,734호 및 제5,154,953호, JP 06206739호 및 JP 05310450호에 개시되어있다.
종래의 안전 유리는 문헌[MCGRAW-HILL ENCYCLOPEDIA OF SCIENCE AND TECHNOLOGY, 16권 3 내지 4쪽 (1986)]에 논의되어 있다. 이것은 플라스틱, 통상적으로 폴리비닐 부티랄의 시트가 개재된 둘 이상의 시트의 유리로 형성되는 단일 구조체로 규정된다. 상기 문헌에 따르면 통상적으로 이것은 먼저 두개의 맑고 건조한 시트의 판유리와 플라스틱 시트를 약압하에 조립하여 틈새없는 결합을 형성함으로써 제조된다. 그 다음 적층체는 75 내지 225 psi(0.5 내지 1.5 메가파스칼)에서 239 내지 302℉ (115 내지 150℃)로 가열하에 합체하기에 충분히 긴 시간동안 가압된다. 상기 문헌은 육상 차량의 설치하는 경우에 대하여 마무리 적층된 유리의 두께가 대략 1/4 인치(6 mm)이라는 것을 나타낸다. 항공기에 사용하는 경우에는 마무리 적층된 유리가 더 두껍다. 플라스틱 개재층은 충격하에 파열되기보다는 항복하는 능력을 가진다. 이 성질과 플라스틱에 대한 유리의 접착성으로 인하여 적층된 유리는 동일 두께의 유리보다는 사고시 비산하는 유리 조각으로부터의 위험성이 더 적다. 그러나, 상기 문헌에 따르면, 비강성 플라스틱 층은 실온에서 적층체의 파열 계수를 모놀리식 유리의 대략 60%로 저하시킨다. 또한 열가소성 개재층은 안전 유리의 다른 성질들을 다소 온도 의존적이 되게 한다. 선택적으로, 안전 유리는 실질적으로 그것이 만들어지는 유리 시트의 성질을 가진다. 그러나, 상기 문헌에 따르면 약 160℉(70℃)이상에서 유기 플라스틱은 열화될 수도 있다. 대부분의 안전 유리는 플라스틱 개재층의 두께가 0.030 인치(0.75 mm)로 자동차에 사용된다. 상기 문헌에 따르면 또한 이것은 선박, 기관차, 철도용 차량, 항공기, 안전 고글 및 전망창에도 사용된다. 경화 유리로 다층으로 형성되고 더 두껍게 형성된다면 그 적층체는 은행, 보석 전시 케이스, 차량 및 실험실 유리창의 방탄 구조물로 사용된다. 유리 또는 플라스틱은 엷게 착색되어 컬러 필터링을 제공할 수 있다.
또한 안전 유리는 세이프플렉스(Safeflex) 인터넷 홈 페이지{"Questions & Answers, Answers To The Most Asked Questions About Residential Glass: Its Applications, Features and Benefits", Safeflex Home Pages 1-7,.http://www.monsanto.com//saflex/faq/}에도 논의되어 있다.
적층 창유리는 세인트 고베인 인터내셔날에 양도된 미국 특허 제5,352,528호에 개시되어있다.
본 발명은 자동차 유리창, 기차 유리창, 항공기 유리창, 선박 유리창과 같은 차량용 유리창, 사무실 빌딩 유리창, 공항 유리창 등에 특히 유용한, 소음과 진동을 감소시키는 감쇠 유리 및/또는 플라스틱 적층체를 제공한다.
도1은 본 발명의 성형품의 구체예의 측면도이고,
도2는 본 발명의 성형품의 다른 구체예의 측면도이고,
도3은 공지의 성형품의 측면도이고,
도4는 실시예 2 및 비교예 1에 대한 강제 진동 테스트 결과를 예시하는 그래프도이고,
도5는 실시예 2 및 비교예 1에 대한 방음 테스트 결과를 예시하는 그래프도이다.
강층
적당한 강층의 예는 유리 및 플라스틱으로 구성된 군으로부터 선택되는 것들이다. 강층들은 통상적으로 동일한 재료(예를 들면, 양쪽 모두 유리 또는 플라스틱)로 이루어진다. 선택적으로 강층들은 상이한 재료로 이루어질 수 있다. 적당한 강 플라스틱의 예는 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트 및 폴리염화비닐로 구성된 군으로부터 선택되는 것들을 포함하지만 이들에 한정되지 않는다. 적당한 유리의 예는 판유리, 플로트 유리, 창유리, 경화유리, 연유리 및 파이렉스(PyrexTM) 유리(붕규산 유리)를 포함하지만 이들에 한정되지는 않는다. 바람직하게는 강층은 광학적 투명성, 노화(황변 및 붕괴)에 대한 내성 및 유기용제에 대한 내성을 위한 유리이다. 사용되는 유리는 통상적으로 연유리이다.
통상적으로 적당한 강층은 약 1 ×1010dyne/cm2이상, 바람직하게는 1 ×1011dyne/cm2이상, 가장 바람직하게는 약 5 ×1011dyne/cm2이다. 유용한 강재는 통상적으로 투명하고 무색이지만, 어떤 적용 분야에서는 그것들은 선택적으로 엷게 착색될 수도 있다. 또한 어떤 적용 분야에서는 강층은 선택적으로 반투명하거나 불투명할 수 있다.
진동 감쇠재
진동 감쇠재(VDM)는 점탄성인 어떠한 재료를 포함할 수 있다. 점탄성 재료는 점성을 가지므로, 에너지를 소산시킬 수 있으며, 또한 탄성을 나타내기때문에 소정 온도와 주파수 범위에서 에너지를 저장할 수 있다. 즉, 점탄성 재료는 전형적으로 그것이 변형될 때 기계적 에너지를 열로 전환시킬 수 있는 장쇄 분자를 함유하는 탄성중합 재료이다. 통상적으로 그러한 재료는 인가된 부하에 의하여 변형, 예를 들면 연신될 수 있으며 때때로 부하가 제거된 후 그 원형을 점진적으로 회복, 예를 들면 수축된다.
본 발명에 따른 진동 감쇠재용으로 적당한 점탄성 재료는 조작 온도 및 주파수(통상적으로 약 -40 내지 150℃ 및 약 1 내지 10,000 Hz)에서 약 1 psi(6.9 ×103파스칼) 이상의 저장 계수, 즉 변형중에 저장되는 에너지의 측정치를 가진다. 유용한 점탄성 재료의 저장 계수는 500,000 psi(3.45 ×109파스칼) 정도로 높을 수 있지만, 통상적으로는 약 10 내지 2000 psi(약 6.9 ×104내지 1.4 ×107파스칼)이다. 특히 바람직한 점탄성 재료는 긴장 에너지 비, 즉 구조체 내에 저장되는 총 긴장 에너지에 대한 감쇠재 내에 저장되는 긴장 에너지의 비율이 약 2% 이상인 감쇠 적층체 성형품을 제공한다.
진동 감쇠재용으로 적당한 점탄성 재료는 손실 인자, 즉 에너지 손실 대 저장된 에너지의 비가 약 0.01 이상이다. 바람직하게는 손실 인자는 그 재료에 가해지는 작동 주파수와 온도에서 0.1 이상, 보다 바람직하게는 약 0.5 내지 약 10, 가장 바람직하게는 약 1 내지 약 10이다. 이 손실 인자는 재료의 에너지 소산의 측정치를 나타내며 감쇠재에 의해 가해지는 주파수와 온도에 의존한다. 예를 들면, 일정한 가교결합된 아크릴 폴리머(아크릴 진동 감쇠재 3M Brand ISD 112, 점탄성 감쇠 폴리머, 미국 미네소타주 세인트 폴에 소재하는 미네소타 마이닝 매뉴팩춰링 컴파니 제품)의 경우, 100 Hz의 주파수에서, 68℉(20℃)에서의 손실 인자는 약 1.0이며, 한편으로는 158℉(70℃)에서의 손실 인자는 약 0.7이다.
바람직한 점탄성 재료는 광범위한 온도, 예를 들면 -40℉(-40℃) 내지 300℉ (149℃)에 걸쳐서 기능적으로 유지하는 것들이다. 가장 바람직한 점탄성 재료는 바람직한 최소 손실 인자 및 저장 계수에서 가장 광범위한 온도 및 주파수 범위를 포함하여 감쇠된 적층체 성형품의 허용가능한 감쇠를 달성하고 고온 온도에서의 장시간 노출 또는 이들 고온 레벨 이상에서의 단시간 노출로 인하여 심각한 성질 열화를 나타내지 않는 것들이다.
유용한 점탄성 감쇠재는 특히, 그 탄성에 관하여 등방성 뿐만아니라 이방성 재료일 수 있다. 여기서 사용되는 바와 같이, "이방성 재료" 또는 "비등방성 재료"는 그 성질이 측정의 방향에 의존하는 것이다. 적당한 점탄성 재료는 우레탄 고무, 실리콘 고무, 니트릴 고무, 부틸 고무, 아크릴 고무, 천연 고무, 그들의 혼합물 등으로 구성된 군으로부터 선택되는 것들을 포함하지만 이들에 한정되지는 않는다. 다른 유용한 진동 감쇠 점탄성 재료는 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리아미드, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 에폭시-아크릴레이트 상호 침투 네트워크 등을 포함한다. 유용한 재료의 특정예는 나카무라(Nakamura) 등의 미국 특허 제5,183,863호(1993. 2. 2), 윌퐁(Wilfong) 등의 미국 특허 제5,262,232호(1993. 11. 16), 및 고(Ko) 등의 미국 특허 제5,308,887호(1994. 5. 3)에 개시되거나 참조되어 있다.
본 발명에 따른 감쇠된 적층체 성형품 내 진동 감쇠재로서 사용하기에 적당한 열가소성 재료의 예는 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리에테르이미드, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 블록 공중합체, 폴리프로필렌, 아세탈 폴리머, 폴리비닐 아세틸 폴리머, 폴리아미드, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리우레탄 및 그들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 것들을 포함하며 이들에 한정되지는 않는다,
또한 유용한 점탄성 재료는 가교결합 가능하여 그 강도와 가공성을 향상시킬 수 있다. 그러한 점탄성 물질은 열경화성 수지로 분류된다. 점탄성 재료가 열경화성이라면, 감쇠된 적층체 성형품의 제조에 앞서, 열경화성 수지는 열가소성 상태가 된다. 제조 공정 중에, 열경화성 수지는 그것이 경화시 겔로 될 수 있지만, 통상적으로 고체상태로 더 경화 및/또는 가교결합될 수 있다. 바람직하게는 경화된 재료는 상술된 점탄성을 가진다. 사용되는 특정 열경화성 수지에 따라서, 열경화성 수지는 적당한 에너지원(예를 들면 열 에너지)에 노출시 열경화성 수지의 중합을 개시하는 경화제, 예를 들면 촉매를 포함할 수 있다. 특히 바람직한 점탄성 감쇠재는 아크릴레이트를 기재로 하는 것들이다.
일반적으로, 어떠한 점탄성 재료도 사용될 수 있다. 또한 적당한 감쇠재의 선택은 감쇠된 적층체 성형품으로의 감쇠재의 가공성과, 마무리 성형품 구조체와 선택된 감쇠 재료의 바람직한 구조적 통합성에 기초한다. 이것은 상기 재료의 어떠한 것의 혼합물도 사용될 수 있다는 것으로 이해될 것이다.
바람직한 진동 감쇠재 층(들)은 광학적 투명성, 노화에 대한 내성 및 우수한 감쇠 특성을 위한 폴리아크릴레이트류, 예를 들면, 10 Hz의 주파수에서 측정하여 유리 전이 온도(Tg)가 0℃ 내지 50℃이고 10 Hz보다 크거나 같은 주파수에서 10℃ 내지 40℃에서 측정하였을 때 손실 인자가 적어도 약 0.5인 가교결합된 아크릴레이트로 구성된 군으로부터 선택된다.
가요성 플라스틱 층
본 발명의 성형품에 포함되는 가요성 플라스틱 시트(들) 또는 층(들)은 통상적으로 폴리비닐 부티랄(PVB)과 같은 열가소성 재료이다. 통상적으로 PVB는 고 인장 계수를 가지며, 파열시 상당한 신장을 나타내며, 효율적인 에너지 흡수제이기 때문에 그러한 층으로서 사용된다. 그러므로 그것은 일정한 충격을 견디는데 효과적이다. 동시에 PVB는 유리에 대한 접착성이 높다. 그러므로 유리가 창유리의 충격 또는 파손으로 인하여 박살이 나거나 깨진다면, 깨진 유리는 PVB 에 의해 유지되는 경향을 가진다. 다른 가능한 유용한 가요성 필름은 미국 특허 제5,352,528호에 개시된 접착 필름과 폴리염화비닐의 적층체이다. 보강 플라스틱 재료인 폴리비닐 부티랄(PVB)와 같은 가요성 플라스틱 재료의 하나 이상의 층이 본 발명의 성형품에 존재한다. 어떤 경우에는 PVB와 같은 가요성 플라스틱 재료의 둘 이상의 층이 존재할 수 있다. 폴리비닐 부티랄은 그 내후성과 비변색 경향 때문에 유리하다. 또한 폴리비닐 부티랄은 그 무색성, 투명성, 고도의 가요성 및 강도에 기인하여 유리하다. 동등한 특성을 가진 다른 필름이 이들 필름의 대용물로서 유용할 것이며, 여기서 포함시키고자 한다.
성형품 구조물
여러 층들 대 다른 층의 두께비외에도 적층체에 존재하는 각각의 층의 두께는 변할 수 있다.
통상적으로 각각의 강층은 약 1 내지 약 7 mm, 바람직하게는 약 2 내지 약 5 mm 및 가장 바람직하게는 약 2 내지 약 4 mm의 두께를 가진다. 두꺼운 강층이 차음막으로서의 그 우수한 성질과 강도 때문에 바람직하다. 그러나, 첨가되는 물질은 특정 적용 분야에서는 바람직하지 않을 수도 있다. 얇은 강층은 차음막 만큼은 좋지 않으며 또한 특정 적용 분야에 대해서 강도를 잃을 수도 있다.
통상적으로 진동 감쇠재 층(들)은 최적 감쇠 성능 및 가공성을 위해 약 0.01 mm 내지 약 0.8 mm, 바람직하게는 약 0.025 mm 내지 약 0.25 mm 및 가장 바람직하게는 약 0.025 mm 내지 약 0.13 mm의 총 두께를 가진다.
진동 감쇠재 층(들)의 총 두께가 약 0.8 mm보다 크다면, 첨가 물질은 전체 중량을 고려할 때 바람직하지 않을 수 있다. 또한 두께 증가는 광학적 투명성을 감소시킬 수 있다. 더욱이, 총 두께가 더 큰 진동 감쇠재 층(들)은 감소된 긴장 때문에 효율적인 댐퍼가 될 수 없다. 진동 감쇠재 층(들)의 총 두께가 0.01 mm 미만이라면, 더 적은 방음 손실을 유발할 수 있다. 또한 거친 유리 또는 플라스틱 표면에 대한 부착은 진동 감쇠재의 매우 얇은 층(들)로는 더 어렵다.
PVB 층과 같은 각각의 가요성 플라스틱 층은 통상적으로 약 0.1 mm 내지 약 1.5 mm, 바람직하게는 약 0.2 내지 약 1.0 mm, 가장 바람직하게는 약 0.3 내지 약 0.8 mm의 두께를 가진다. PVB와 같은 그러한 가요성 플라스틱 층은 약 1.5 mm보다 더 두껍다면 결함 또는 일반적인 투명도(탁도) 감소가 존재하게 되기 쉬우며 전체 적층체가 종래의 제조 공정에 사용되기에는 너무 두껍게 될 수 있다. 더욱이 더 두꺼운 가요성 플라스틱 층은 전체 중량을 고려하여 바람직하지 않을 수 있다. PVB와 같은 가요성 플라스틱 층이 너무 얇다면 그 층은 적당한 안전성을 제공하기에 충분한 구조적 또는 응집성 강도를 가질 수 없다. 그러나 PVB와 같은 가요성 플라스틱 층의 요구되는 적확한 두께는 안전 유리 제조 분야의 숙련자에 의해 측정되어야 한다는 것에 주목하는 것이 중요하다. 특정 안전 유리 적용 분야에 대해서 성형품과 개개의 층들의 적확한 치수와 조성을 열거하는 것은 여기서는 가능하지 않다. 안전 유리형 성능이 요구되는 분야에서 사용하기 전에 적층체가 안전 유리 제조 분야의 숙련자에 의해 만들어지고 테스트되었는지 주의를 기울여야 한다.
진동 감쇠재 층(들)의 총 두께 대 강층의 두께의 비는 진동 감쇠 성능, 광학적 투명성, 양호한 레벨의 강성, 중량의 고려, 및 제조의 용이성의 이유로 통상적으로 약 1:200(매우 얇은 진동 감쇠재 층(들)) 내지 약 1:2(매우 두꺼운 진동 감쇠재 층(들)), 바람직하게는 약 1:100 내지 약 1:10, 가장 바람직하게는 약 1:100 내지 약 1:40의 범위이다. 바람직하게는 진동 감쇠재 층(들)은 접착성을 가진다. 그러나 별도의 접착제가 진동 감쇠재 층(들)을 강층에 접착하는 것을 돕기위해 사용될 수 있다.
진동 감쇠재 층(들)의 총 두께 대 PVB 층과 같은 가요성 플라스틱 층의 비는 통상적으로 약 1:100 내지 약 10:1, 바람직하게는 약 1:50 내지 약 1:1, 가장 바람직하게는 약 1:20 내지 약 1:2의 범위이다. PVB 층(들)과 같은 가요성 플라스틱 층의 두께는 원하는 안전성에 따라 부분적으로 결정된다. 진동 감쇠재 층(들)의 총 두께가 적당한 감쇠를 제공하기에 충분히 커야 되지만 적층체 성형품의 가공과 목적하는 용도를 위해 충분히 얇도록 하는 것이 바람직하다. 강층 대 PVB 층과 같은 가요성 플라스틱 층의 두께비는 최적 광학적 투명성, 강도 및 중량을 위하여 통상적으로 약 200:1 내지 약 1:1, 바람직하게는 약 100:1 내지 약 2:1, 가장 바람직하게는 약 10:1 내지 약 3:1의 범위이다.
감쇠 성질
본 발명의 적층체 성형품은 한가지 종류의 강층이 사용된다고 가정할 때, 사용 온도 및 주파수(예를 들면, -10 내지 50℃ 및 20 내지 2000 Hz)에서 동일 두께를 갖는 강층의 모놀리식 시트보다 더 높은 복합 손실 인자를 가질 것이다. 한가지 이상의 종류의 강층이 사용된다면, 이것은 어떠한 강층에 대해서도 틀림없어야 한다. 이것이 측정될 수 있는 구체적인 온도 및 주파수는 예를 들면 20℃ 및 100 Hz이다. 이것은 적층체 내에서 낮은 레벨의 구조적 진동을 가져온다. 이것은 특히 동시 발생이 일어나는 주파수 범위에서 크게 감소된 소음을 발생하는 구조와 또한 감소된 레벨의 소음을 발생하는 공기를 유발한다. "복합 손실 인자"는 가속도계와 함께 여기(勵起)원을 사용함으로써 측정될 수 있다. 각각으로부터의 시그널은 전달 함수를 출력하는 고속 푸리에 변환(FFT) 분석기로 입력된다. 복합 손실 인자는 반전력 대역법을 사용하여 산출된다.
전달 함수의 주파수 응답 스펙트럼은 FFT 분석기로부터 얻어진다. 곡선의 피크는 각각의 모드 공명에서 얻어진다. 손실 인자는 전달 함수가 피크 상에서의 값의 절반이 될 때까지 피크의 양측 상의 곡선을 아래로 진행시킴으로써 결정된다. 피크가 얻어지는 주파수에 의해 분리되는 반전력의 두 지점 간의 주파수 차가 손실 인자, 즉 피크 폭에서 공명 주파수(Hz)에 의해 분할되는 피크 폭 아래 3 db에서의 공명 피크의 폭(Hz)이다.
성형품의 특성
본 발명의 성형품과 그것을 형성하는 개개의 층은 통상적으로 무색이고 투명하다. 그러나 성형품 및/또는 하나 이상의 개개의 층은 선택적으로 엷게 착색되거나 프라이버시 코팅을 가질 수 있다. 본 발명의 성형품의 감쇠 성질은 공명 주파수 피크의 감소를 가져온다. 본 발명의 성형품 및/또는 하나 이상의 개개의 층들은 선택적으로 반투명 및/또는 불투명할 수 있다.
선택적인 층/구성성분
선택적으로 가소제 내성 플라스틱 층(들)이 적층체 내에 제공될 수 있다. 그러한 가소제 내성 플라스틱의 예는 폴리에스테르(PET)이다. 통상적으로 가소제 내성 플라스틱 층은 인장 계수가 1 ×109내지 1 ×1011dyne/cm2이며 또한 PVB와 같은 가요성 플라스틱 층에 존재할 수 있는 가소제에 내성이다. 그러한 가소제 내성 플라스틱 층은 통상적으로 얇고 가요성이다. 통상적으로 그것은 약 0.01 mm 내지 약 0.8 mm, 바람직하게는 약 0.025 mm 내지 약 0.25 mm, 보다 바람직하게는 0.025 mm 내지 0.13 mm, 가장 바람직하게는 약 0.025 mm의 두께를 가진다. 일반적으로 그것은 무색이지만 선택적으로 엷게 착색되거나 그 위에 프라이버시 코팅을 가질 수 있다. 일반적으로 그것은 투명하지만 선택적으로 반투명하거나 불투명할 수 있다. 다른 적당한 가소제 내성 플라스틱 층은 파퀘트(Paquette) 등의 미국 특허 제4,605,592호에 기재된 바와 같은 폴리프로필렌, 폴리이미드, 우레탄 또는 염화비닐-비닐 아세테이트 공중합체 등을 포함하는데, 이들에 한정되는 것은 아니다. 통상적으로 그러한 가소제 내성 플라스틱 층은 PVB와 같은 가요성 플라스틱 층과 진공 감쇠재 층(들) 사이에 위치된다. 그러한 가소제 내성 플라스틱 층은 PVB와 같은 가요성 플라스틱 층에 존재할 수도 있는 가소제가 진동 감쇠재 층(들)으로 이동하는 것을 방지하도록 한다.
선택적으로 PVB 층과 같은 가요성 플라스틱 층에 함유될 수도 있는 가소제에 내성인 진동 감쇠재 층(들)이 사용될 수 있다. 그러한 재료는 다수의 구입처로부터 시중구입 가능하다. 그러한 진동 감쇠재의 예는 한정하는 것은 아니지만 파퀘트(Paquette) 등의 미국 특허 제4,605,592호에 기재된 바와 같은 n-부틸아크릴레이트, 메틸아크릴레이트 및 아크릴산의 삼원중합체; 카림(Karim)의 미국 특허 제4,943,461호에 기재된 바와 같은 니트릴 부타디엔 고무와 혼합된 아크릴 공중합체; 보가트(Bogart) 등의 미국 특허 제 5,079,047호에 기재된 바와 같은 에틸렌 비닐아세테이트와 혼합된 아크릴 공중합체; 란딘(Landin)의 미국 특허 제4,946,742호 및 미국 특허 제4,985,488호에 개시된 바와 같은 디옥틸 프탈레이트 가소제와 혼합된 아크릴 공중합체를 포함한다.
적층체는 선택적으로 접착제 층(들)을 더 포함할 수 있다. 접착제 층은 적층체의 어떠한 두 층 사이에 사용되어 두 층들을 함께 결합할 수 있다. 통상적으로 접착제는 투명성, 노화(황변)에 대한 내성 및 내용제성을 가진다. 그러한 접착제의 예는 에폭시드, 아크릴레이트, 시아노아크릴레이트, 실리콘 등을 포함한다. 적층체가 또한 안테나(도전성 트레이스) 또는 서리 제거기로서 작용하도록 하는 층이 존재할 수도 있다고 믿어진다. 예를 들면, 선택적인 가소제 내성 플라스틱 층(들)과 같은 일정한 층(들)의 표면 개조는 개조된 층(들)에의 결합을 향상시키기 위하여 프라이밍, 코로나 처리 또는 플레임 처리에 의해 가능할 수 있다.
구조체
적당한 적층 구조체의 예에 다음의 것들이 포함되는데 이들에 한정되는 것은 아니다:
유리/진동 감쇠재 층/PVB/유리;
유리/PVB/PET/진동 감쇠재 층/PET/PVB/유리;
유리/진동 감쇠재 층/PET/PVB/유리; 및
유리/PVB/진동 감쇠재 층/PVB/유리.
강성 플라스틱이 상기 구조체 내에서 하나 이상의 유리 층을 대신하여 사용될 수 있다. 또한, 전술된 바와 같은 다른 가요성 플라스틱 층이 PVB를 대신하여 사용될 수 있다. 또한 전술된 바와 같은 다른 가소제 내성 플라스틱 층이 PET를 대신하여 사용될 수 있다.
적층체 성형품 내의 내층(들)으로서 진동 감쇠재는 진동 감쇠재 내에서 개시되는 전단으로 인하여 진동 에너지를 열 에너지로 소산하는 역할을 한다.
본 발명은 다음 도1 내지 도5를 참조하면 더 잘 이해될 것이다.
도1은 본 발명의 성형품(2)의 구체예의 측면도이다. 도1은 유리/PVB/진동 감쇠재 층/PVB/유리의 구조이다. 진동 감쇠재(8)의 내층은 도면 부호 6으로 표시되는 두 개의 PVB 층 사이에 적층된다. 각각의 PVB 층(6)의 진동 감쇠재 층(8) 반대쪽 면에는 유리 층(4)이 있으며 각각의 PVB 층(6)과 결합된다.
도2는 본 발명의 성형품(10)의 다른 구체예의 측면도이다. 도2는 유리/PVB/진동 감쇠재 층/유리의 구조이다. 진동 감쇠재 층(16)의 내층은 도면 부호 14로 나타내는 PVB의 층에 적층된다. PVB 층(14)의 진동 감쇠재 층(16) 반대쪽 면에는 유리 층(12)이 있으며 PVB 층(14)과 결합된다. 진동 감쇠재 층(16)의 PVB 층(14) 반대쪽 면에는 다른 유리 시트(12)가 있으며 진동 감쇠재 층(16)과 결합된다.
도3은 PVB 층(22)이 두 개의 유리 층(20) 사이에 적층된 종래 기술의 성형품(18)의 측면도이다.
본 발명의 성형품의 용도
본 발명의 성형품은 차량, 구조물 등과 같은 다른 다수의 성형체로 끼워맞춤될 수 있다. 본 발명의 성형품은 자동차 측면 유리, 자동차 후면 유리 및 자동차 전면 유리 등과 같은 육상 차량용 글레이징; 항공기 전면 유리, 항공기 측면 유리, 항공기 후면 유리 등과 같은 항공기용 글레이징; 선박 전면 유리, 선박 측면 유리, 선박 후면 유리 등과 같은 선박용 글레이징; 사무실 빌딩 유리창과 같은 빌딩 유리창, 주택 유리창, 공항 유리창 등과 같은 건축물용 글레이징; 고글; 전망창; 수족관 등으로서 사용될 수 있다. 또한 본 발명은 본 발명의 적층체 성형품을 포함하는 빌딩; 육상 차량, 선박 및 항공기와 같은 수송 수단(탈것); 고글; 전망창 등을 제공한다.
본 발명의 적층체 성형품의 제조 방법
본 발명의 적층체 성형품은 다수의 상이한 방법에 의하여 제조될 수 있다. 한가지 예로서 진동 감쇠재 층(들)이 필름 형태일 때 PVB 시트와 같은 두 개의 가요성 플라스틱 시트 사이에 적층되거나 PVB 시트와 같은 가요성 플라스틱 시트 위에 직접 적층될 수 있다. 그러나 진동 감쇠재 층(들)도 용액으로 직접 PVB 시트와 같은 가요성 플라스틱 시트에 도포되어 중간 적층체를 형성할 수 있다. 도포된 가요성 플라스틱 시트(예를 들면 PVB 시트)를 가열하면, 용제가 증발되어 고형 진동 감쇠재 층이 형성되며, 필요한 경우, 이것에 제2 가요성 플라스틱 시트(예를 들면 PVB 시트)를 적층할 수 있다. 대안으로, 진동 감쇠재(들)는 다이를 통하여 가요성 플라스틱 시트(예를 들면 PVB 시트)에 직접 도포될 수 있다. 선택적으로 가소제 내성 시트(예를 들면 PET 시트)는 한정하는 것은 아니지만 열 및/또는 압력, 및/또는 접착제를 포함하는 다수의 방법에 의하여 진동 감쇠재 층(들) 및 PVB와 같은 가요성 플라스틱 시트 사이에 적층될 수 있다.
그 다음 강유리 또는 플라스틱 층은 한정하는 것은 아니지만 열 및/또는 압력, 및/또는 접착제를 포함하는 다수의 방법에 의하여 중간 적층체의 어느 한 면에 부착될 수 있다. 대안으로 한 강유리 또는 강 플라스틱 층에 PVB와 같은 가요성 플라스틱 시트를 만드는 재료와 진동 감쇠재를 연속 압출하고, 이어서 그 시트의 상부에 다른 강유리 또는 강 플라스틱 층을 적용할 수 있다. 다른 제조 방법도 가능하다.
소비자 제품 안전국(CPSC) 테스트 16CFR, 파트 1201
시험하고자 하는 테스트 재료(예를 들면 테스트 구조체)를 테스트 재료가 직각으로 배향되게 테스트 프레임에 넣는다. 납 쇼트 100 파운드(45.36 kg)로 충진된 백을 로프로 매달아 놓고 흔들어서 테스트 물질에 충격을 준다. 카테고리 Ⅰ 재료는 얻어지는 충격이 150 ft-lb(20.74 kg-m)인 충격점 위 18 인치(45.72 cm)의 수직 높이로부터 백을 떨어뜨림으로써 테스트한다. 카테고리 Ⅰ 재료는 9 평방 피트(0.84 ㎡) 이하의 면적으로 사용할 수 있다. 카테고리 Ⅱ 재료는 9 평방 피트(0.84 ㎡)보다 더 큰 면적으로 사용하여 얻어지는 충격이 400 ft-lb(55.30 kg-m)인 충격점 위 4 피트(1.22 m)의 수직 높이로부터 백을 놓음으로써 테스트할 수 있다.
테스트 재료가 이 테스트를 통과하기 위해서는 하기 세가지 조건 중 한가지는 충족되어야 한다. 테스트 재료가 깨지지 않거나; 또는 테스트 재료가 충격시 깨지되 3 인치(7.62 cm) 구체가 통과하지 않는 구멍이 생기거나; 또는 테스트 재료가 산산조각이 났지만 얻어진 열 개의 가장 큰 조각은 10 평방 인치(64.52 ㎠)의 원래의 테스트 재료보다 더 무게가 나가지 않아야 한다.
발명의 개시
유리 적층체가 800 내지 1000 Hz와 같은 고주파수에서 감쇠시키는데 유용하지만, 800 내지 1000 Hz 범위의 주파수 외에도 200 Hz 미만의 저주파수(통상적으로 -10 내지 50℃에서 20 내지 1000 Hz)에서 감쇠시키는 적층체에 대한 요구가 있다. 본 발명은 그러한 적층체를 제공한다. 본 발명의 성형품은 20 내지 200Hz 범위를 포함하는 광범위한 주파수 범위에 걸친 감쇠를 제공한다.
본 발명은 적층체로 이루어진 신규한 성형품을 제공하며 상기 적층체는,
(a) 유리 및 플라스틱으로 구성된 군으로부터 선택되는 재료로 형성된 제1 강층;
(b) 유리 및 플라스틱으로 구성된 군으로부터 선택되는 재료로 형성된 제2 강층;
(c) 제1 강층과 제2 강층 사이에 위치되는 진동 감쇠재 층(들);
(d) 상기 제1 강층과 상기 진동 감쇠재 층(들) 사이에 위치되는 제1 가요성 플라스틱 층(이 가요성 플라스틱 층을 각각의 두께가 2.5 mm인 두장의 연유리 시트 사이에 적층시킨 테스트 구조체는 소비자 제품 안전국 테스트 16CFR, 파트 1201, 카테고리Ⅰ을 통과할 수 있음); 및
(e) 상기 제2 강층과 상기 진동 감쇠재 층(들) 사이에 위치되는 선택적인 제2 가요성 플라스틱 층(이 가요성 플라스틱 층을 각각의 두께가 2.5 mm인 두장의 연유리 시트 사이에 적층시킨 테스트 구조체가 소비자 제품 안전국 테스트 16CFR, 파트 1201, 카테고리Ⅰ을 통과할 수 있음)으로 이루어진다.
본 발명에 의한 성형품의 유리의 구체예는 우수한 감쇠(특히 자동차의 전면 유리 및 측면 유리에 부닥치는 온도와 주파수에 대하여) 특성을 가지며, 사용되는 재료, 그것의 치수, 층의 수 등에 따라서 안전 유리 필요조건을 만족시킬 수 있는 이점을 가진다.
진동 감쇠재 층(들)은 적당한 감쇠 성질을 제공하기에 충분한 두께이어야 한다. 진동 감쇠재 층(들)이 너무 두껍다면, 투명성 문제가 생길 수 있다. 더 얇은 진동 감쇠재 층(들)은 더 용이한 제조를 위해 제공될 수 있는데, 왜냐하면 더 얇은 진동 감쇠재 층(들)을 가진 유리 구조체가 그 성질에 따라서 대체하는데 사용될 수 있는 종래의 안전 유리와 치수상으로 더 유사할 수 있기 때문이다.
본 발명의 적층체 성형품이 공명할 때, 진동 감쇠재의 층(들)은 전단 상태에 놓이고 소음 보다는 열로서 에너지를 소산한다. 본 발명은 특히 진동 감쇠재의 비교적 박층(들)을 사용하여도 양호한 결과가 얻어질 수 있다는 이점이 있다. 따라서, 그 구조에 따라서 안전성을 가질 수 있는 본 발명의 성형품은 단지 사소하게 두께만을 증가시킨 종래의 안전 유리와 비교하여 진동 감쇠 면에서 개선된 성질을 제공한다.
바람직하게는, 본 발명의 성형품의 제1 강층과 진동 감쇠재 층(들) 사이에 위치된 제1 가요성 플라스틱 층은 이 가요성 플라스틱 층을 각각의 두께가 2.5 mm인 두장의 연유리 시트 사이에 적층시킨 테스트 구조체가 소비자 제품 안전국 테스트 16CFR, 파트 1201, 카테고리Ⅱ를 통과할 수 있는 것이며, 바람직하게는 제2 강층과 진동 감쇠재 층(들) 사이에 위치된 선택적인 제2 가요성 플라스틱 층은 이 가요성 플라스틱 층을 각각의 두께가 2.5 mm인 두장의 연유리 시트 사이에 적층시킨 테스트 구조체가 소비자 제품 안전국 테스트 16CFR, 파트 1201, 카테고리Ⅱ를 통과할 수 있는 것이다.
한가지 구체예에서, 본 발명의 성형품은 적층체가 투명할 수 있다.
다른 구체예에서, 본 발명의 성형품은 무색일 수 있다.
다른 구체예에서, 제2 가요성 플라스틱 층이 존재한다.
본 발명의 성형품의 다른 구체예에서 제1 강층은 유리이고 제2 강층도 유리이다.
바람직한 진동 감쇠재 층(들)은 우레탄 고무, 실리콘 고무, 니트릴 고무, 부틸 고무, 아크릴 고무, 천연 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리아미드, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 및 에폭시-아크릴레이트 상호 침투 네트워크로 구성된 군으로부터 선택된다. 각각의 진동 감쇠재 층은 선택적으로 진동 감쇠재의 조합으로 이루어질 수 있다. 하나 이상의 진동 감쇠재 층이 존재할 경우, 각 층은 선택적으로 상이한 진동 감쇠재로 이루어질 수 있다.
본 발명의 성형품은 여러가지 용도를 가진다. 본 발명의 성형품은 예를 들면 육상 차량용 글레이징, 건축용 글레이징, 항공기용 글레이징 및 선박용 글레이징으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 그러므로 본 발명의 성형품은 차량 또는 구조물의 유리창으로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 성형품은 전면 유리일 수 있다. 또한 본 발명은 하나 이상의 본 발명의 성형품(예를 들면, 전면 유리)이 끼워맞춤된 차량을 제공한다. 또한 본 발명은 하나 이상의 본 발명의 성형품이 끼워맞춤된 구조물(예를 들면, 빌딩)을 제공한다.
본 발명의 성형품의 다른 구체예에서 하나 이상의 진동 감쇠재 층(들)은 가소제 내성이다. 본 발명의 성형품은 선택적으로 진동 감쇠재 층(들)과 제1 가요성 플라스틱 층(예를 들면, 폴리비닐 부티랄 층) 사이에 가소제에 내성인 가요성 플라스틱 층을, 그리고 선택적으로, 제2 가요성 플라스틱 층이 존재한다면, 진동 감쇠재 층(들)과 제2 가요성 플라스틱 층(예를 들면, 폴리비닐 부티랄 층) 사이의 가소제에 내성인 제2 가요성 플라스틱 층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 성형품의 다른 구체예에서 성형품은 진동 감쇠재 층(들)과 제1 가요성 플라스틱 층 사이에 제1 가소제 내성 플라스틱 층을, 그리고 선택적으로, 제2 가요성 플라스틱 층이 존재한다면, 진동 감쇠재 층(들)과 제2 가요성 플라스틱 층 사이에 제2 가소제 내성 플라스틱 층으로 더 이루어진다.
다른 구체예에서 본 발명의 성형품은 소비자 제품 안전국 테스트 16CFR, 파트 1201, 카테고리Ⅰ을 통과할 수 있다(후술됨). 다른 구체예에서 본 발명의 성형품은 소비자 제품 안전국 테스트 16CFR, 파트 1201, 카테고리Ⅱ를 통과할 수 있다.
다음 실시예는 본 발명을 더 예시하는 것이며 한정하는 것은 아니다. 실시예 및 명세서 전반에 걸쳐서 모든 부, 퍼센트, 비율은 달리 지적하지 않는 한 중량에 관한 것이다.
비교예 1
몬산토(Monsanto)제 폴리비닐 부티랄 610 mm ×610 mm ×0.762 mm 필름을 110℃, 6.0 ×105dyne/cm2에서 10분동안 610 mm ×610 mm ×2.31 mm 크기의 글래스 서비스 컴파니(Glass Service Co.; 미국 미네소타주 세인트 폴 소재)제 플로트 유리 시트 두 장 사이에 적층하였다.
실시예2
610 mm ×610 mm ×0.381 mm 크기의 폴리비닐 부티랄 필름 두 장 사이에 610 mm ×610 mm ×0.051 mm 크기의 아크릴 진동 감쇠재의 필름(3M Brand ISD 112 점탄성 감쇠 폴리머, 미국 미네소타주 세인트 폴에 소재하는 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 컴파니 제품)이 있는 구조체를 수압(手壓)을 사용하여 제조하였다. 그 다음 이 구조체를 비교예 1과 동일한 조건하에서 610 mm ×610 mm ×2.31 mm 크기의 글래스 서비스 컴파니제 플로트 유리 시트 두 장 사이에 적층하였다.
비교예 3
610 mm ×610 mm ×2.31 mm 크기의 글래스 서비스 컴파니제 플로트 유리 시트 두 장을 함께 배치하였다.
공명 진동 테스트
비교예 1, 실시예 2 및 비교예 3에 따라서 형성된 성형품을 PSV-200 스캐닝 레이저 도플러 진동계(Polytec PI사제)를 사용하여 테스트하였다. 각 성형품을 각 네 구석 아래에 25 mm ×25 mm ×12 mm 비닐 발포체를 배치하여 수평으로 지지하였다. 충격 해머에 의하여 힘을 가하였다. 여기점에 바로 인접한 지점에서 레이저 도플러 진동계(LDV)에 의해 응답을 측정하였다. LDV는 빔 조준선을 따른 순간 속도를 해당 속도 시그널로 전환시켰다. 입력 및 출력 시그널을 텍트로닉스 (Tektronix Company)제의 Tektronix 2630 FFT로 전달하여 즉시 전달 함수를 디스플레이하였다. 모드 6,11 및 26에 대한 각 성형품의 손실 인자를 반전력 대역법을 사용하여 측정하였다. 모드 6, 11 및 26은 그들이 다른 모드로부터 잘 분리되기 때문에 선택하였다. 결과는 하기 표1에 나타낸다.
모드 손실 인자비교예 1 손실 인자실시예 2 손실 인자비교예 3
6 0.0207 0.1818 0.0029
11 0.0644 0.1500 0.0024
26 0.0181 0.0765 0.0020
강제 진동 테스트
비교예 1 및 실시예 2를 3 포인트 벤드 기하구조를 사용하여 레오메트릭스 (Rheometrics)제의 RSA Ⅱ 레오미터로 테스트하였다. 샘플 크기는 51 mm ×12.5 mm였다. 각 10 가지의 주파수에서 취한 5개의 측정치로 0.1 내지 100 라디안/초의 주파수 스캔을 네 가지 온도, 0, 10, 20, 30℃에서 실행하였다. 손실 인자를 각 주파수에서 측정하였다. 그 다음 시간-온도 중첩의 원리를 사용하여 손실 인자의 마스터 커브 대 20℃의 기준 온도를 얻었다. 결과는 도 4에 나타낸다. 실시예 2에서 점탄성 감쇠 폴리머 진동 감쇠 층의 추가는 가장 중요한 주파수 범위, 20 내지 10,000Hz에서 적층체의 감쇠량을 증가시켰다.
방음 테스트
비교예 1 및 실시예 2에 대한 투과 손실을 "흡음 재료의 항공기 소음 감소에 대한 실험실 측정" (1989. 5)라는 표제의 지동차 엔지니어 협회(Society of Automotive Engineers; SAE) J1400에 따라서 측정하였다. 이 테스트는 반향실 내 백색 잡음원과 마이크로폰을 사용하여 유리를 통하여 무반향실로 통과할 수 있는 잡음의 양을 측정한다. 결과는 도 5에 나타낸다.
도 5로부터 적층체에 진동 감쇠재를 추가하면 동시발생 공명이 시작하는 저주파수(100 Hz 내지 400 Hz)와 고주파수(1000 Hz 내지 10,000 Hz)에서 투과 손실을 증가시키는 것을 알 수 있다.
본 발명의 여러가지 변형과 개량은 본 발명의 범주와 사상을 이탈하지 않는 한 이 분야의 숙련자로부터 명백하게 될 것이며, 본 발명이 상기 예시적인 구체예로 부당하게 한정되지는 않는다는 것을 이해해야 할 것이다.

Claims (10)

  1. (a) 유리 및 플라스틱으로 구성된 군으로부터 선택되는 재료로 형성된 제1 강층;
    (b) 유리 및 플라스틱으로 구성된 군으로부터 선택되는 재료로 형성된 제2 강층;
    (c) 제1 강층과 제2 강층 사이에 위치되는 진동 감쇠재 층(들);
    (d) 상기 제1 강층과 상기 진동 감쇠재 층(들) 사이에 위치되는 제1 가요성 플라스틱 층(이 가요성 플라스틱 층을 각각의 두께가 2.5 mm인 두장의 연유리 시트 사이에 적층시킨 테스트 구조체는 소비자 제품 안전국 테스트 16CFR, 파트 1201, 카테고리Ⅰ을 통과할 수 있음); 및
    (e) 상기 제2 강층과 상기 진동 감쇠재 층(들) 사이에 위치되는 선택적인 제2 가요성 플라스틱 층(이 가요성 플라스틱 층을 각각의 두께가 2.5 mm인 두장의 연유리 시트 사이에 적층시킨 테스트 구조체가 소비자 제품 안전국 테스트 16CFR, 파트 1201, 카테고리Ⅰ을 통과할 수 있음)
    으로 이루어지는 적층체로 이루어지는 성형품
  2. 제1항에 있어서, 제1 강층과 진동 감쇠재 층(들) 사이에 위치된 제1 가요성 플라스틱 층은 이 가요성 플라스틱 층을 각각의 두께가 2.5mm인 두장의 연유리 시트 사이에 적층시킨 테스트 구조체가 소비자 제품 안전국 테스트 16CFR, 파트 1201, 카테고리Ⅱ를 통과할 수 있는 것이며;
    제2 강층과 진동 감쇠재 층(들) 사이에 위치된 선택적인 제2 가요성 플라스틱 층은 각각의 두께가 2.5mm인 두장의 연유리 시트 사이에 적층된 가요성 플라스틱의 제2 층의 테스트 구조체가 소비자 제품 안전국 테스트 16CFR, 파트 1201, 카테고리Ⅱ를 통과할 수 있는 것을 특징으로 하는 성형품.
  3. 제1항에 있어서, 제2 가요성 플라스틱 층이 존재하는 것을 특징으로 하는 성형품.
  4. 제1항에 있어서, 제1 강층이 유리이고 제2 강층이 유리인 것을 특징으로 하는 성형품.
  5. 제1항에 있어서, 진동 감쇠재 층(들)은 우레탄 고무, 실리콘 고무, 니트릴 고무, 부틸 고무, 아크릴 고무, 천연 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리아미드, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 및 에폭시-아크릴레이트 상호 침투 네트워크로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 성형품.
  6. 제1항에 있어서, 성형품은 차량 또는 구조물용 유리창인 것을 특징으로 하는 성형품.
  7. 제1항에 있어서, 하나 이상의 진동 감쇠재 층(들)은 가소제 내성인 것을 특징으로 하는 성형품.
  8. 제1항에 있어서, 진동 감쇠재 층(들)과 제1 가요성 플라스틱 층 사이에 제1 가소제 내성 플라스틱 층을, 그리고 선택적으로, 제2 가요성 플라스틱 층이 존재한다면, 진동 감쇠재 층(들)과 제2 가요성 플라스틱 층 사이에 제2 가소제 내성 플라스틱 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성형품.
  9. 제1항에 있어서, 제1 가요성 플라스틱 층은 폴리비닐 부티랄인 것을 특징으로 하는 성형품.
  10. 하나 이상의 제1항에 의한 성형품이 끼워맞춤된 차량 또는 빌딩.
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