유종현 ㆍ조병철ㆍ이원구엔브이에이치코리아 ( 주 ) Development Trend of Chemical Materials for Automotive Sound Insulation Elements Jong Hyun Ryu, Byoung Chul Jo, Won Ku Lee NVH KOREA. INC Abstract: NVH Package 는엔진룸에서발생되어진소음을효과적으로제어하여차량의정숙성을향상시키고강화되는소음법규에대해서대응하기위한부품으로흡음재와차음재로구분되어진다. NVH Package 부품들은급격히증가되는엔진고성능화기술적용과 CO 2 배출규제대응및연비향상을위한경량화요구에맞춰제품개발이진행되고있다. 본기술논문에서는 NVH Package 제품별특징과최근기술개발내용과효과를살펴보고, 향후 NVH Package 기술개발방향에대해서소개하고자한다. Keywords: NVH, automotive, isolation, insulation, 경량화 1. 서론 1) 자동차의소음은탑승객이차량안에서들을수있는차내소음과자동차가주행시발생하는소음에대한보행자가들을수있는차외소음으로구분되며, 차외소음의경우소음의정도가법으로규제되고있다. 최근에는 GDI (Gasoline Direct Injection : 가솔린직분사 ), 엔진다운사이징과같이고출력엔진기술들이도입되면서엔진내의폭발음, 피스톤과실린더의마찰음, 흡배기계의공명음과같은엔진룸에서차체패널을통해차량실내로유입되는엔진의투과음이증가되면서흡차음부품에대한중요도가증가되고다양한소재들이개발및제안되어지고있다. 반면에차량의연비향상, 이산화탄소배출량삭감을위해서지금까지는금속재료인차체의경량화가주요하였으나최근흡차음용내장부품소재 주저자 (E-mail: jhryu@nvhkorea.co.kr) 에대해서도경량화가강력하게요구되어지고있어서중량이낮으면서도효과적으로소음을차단및감소시킬수있는소재및멀티소재에대한요구가높아지고있다. 본논문에서는자동차의소음을제어하기위한흡차음부품인 NVH (Noise, Vibration and Harshness) Package에대하여소개하고자한다. 2. 흡차음제품소개 2.1. ISOLATION PAD-DASH 차량의엔진룸과실내사이의차체판넬에서실내측에장착되어, 실내로유입되는엔진및기타소음을저감시켜주는부품으로자동차의실내소음수준및음질에가장큰영향을미치는부품이다. 소재의흡음특성, 차음특성, 차체의음향특성및엔진의음향특성등을분석하여최적소재의조합과구성을찾아내는기술이중요하다. ISOLATION PAD-DASH용흡음재는소음을효과적으로흡음할수있도록소재의통기성과표 KIC News, Volume 16, No. 6, 2013 21
Figure 1. ISOLATION PAD-DASH. Figure 2. INSULATION-HOOD. 면적을증대시킬수있는 PU (polyurethane) foam 과같은다공성발포체나 PET (polyethylene terephthalate) felt와같은섬유제품이대부분사용되고있다. 흡음재료는섬유의크기와밀도또는 foam의 cell 크기, 형상및 open율등의영향을많이받아유입되는소음의형태에따라흡음재의최적화가필요하다. ISOLATION PAD-DASH용차음재는소음을효과적으로차단할수있도록소재의비중을높게조절할수있고, 흡음재인 PU foam과의접착성을부여하기위하여 EVA (Ethylene Vinyl Acetate) sheet가사용되어왔으나, 최근에는흡음재로 Pu foam 대신에 PET felt와같은섬유제품이많이사용되며, 차음제로가공성이우수한 TPE (Thermoplastic Elastomer) sheet도많이사용되고있다. 2.2. INSULATION HOOD 엔진룸의 HOOD Panel에장착되어고주파소음 (High Frequency Noise) 에대한저감과더불어외부소음법규인가속주행소음 (Pass By Noise Regulation) 을만족시켜주는부품으로엔진룸에서발생하는소음의차외로전달되는것은감소시키기위해서흡음성능향상이요구될뿐만아니라난연성도함께요구되는부품이다. INSULATION-HOOD는고흡음성과내열에대한치수안정성이요구되어유리섬유또는재생섬유에열경화성페놀바인더를적용한 Glass wool 과 Resin felt가많이사용되고있으며, 최근에는강력한경량화요구에따라 18 kg/m 2 이하의저밀 Figure 3. INSULATION-DASH. 도 PU foam이사용되고있다. 2.3. INSULATION-DASH 차량의엔진룸과실내사이의차체판넬에서엔진룸측에장착되어엔진룸내의소음을저감시켜주고실내측차체로전달되는소음과진동을저감시켜주는부품으로 흡음재 또는 흡음재 + 차음재 로구성되며엔진룸내에서도엔진과근접한위치에장착되어흡차음성능과함께난연성이요구되는부품이다. INSULATION-DASH에사용되는흡음재는 INSULATION-HOOD 에사용되는흡음재와동일하며, 디젤엔진이장착된차량의 INSULATION- DASH의경우보다높은소음저감이요구되어흡음재와차음재가복합으로구성된제품을적용하고있다. INSULATION-DASH 차음재는엔진룸에장착될뿐만아니라엔진과도근접한위치에있어서 180 200 수준의내열안정성이요구되어일반적인차음용올레핀계수지는사용이불가하여열 22 공업화학전망, 제 16 권제 6 호, 2013
Table 1. 중공 PET 성능비교 Figure 4. 중공PET 단면 ( 출처 : 중공섬유를이용한자동차흡음재성능향상연구, 2011). 경화성탄성체인 NDR (Noise Damping Rubber) 을사용하고있다. 최근에는경량화요구에맞춰 NDR의적용비중은감소하고있으며 흡음재 + 흡음재 와같은멀티소재로대체되고있는추세이다. 일반 PET 중공 PET 개선효과 중량 [g/m 2 ] 1,196 903 25% 경량화 두께 [mm] 4.98 4.94-1.00 khz 0.07 0.08 14% 향상 흡 2.00 khz 0.17 0.19 12% 향상음율 3.15 khz 0.28 0.34 21% 향상 5.00 khz 0.49 0.60 22% 향상 3. 국내외기술동향 3.1. 중공-PET 공기전달에의한소음은섬유에진동형태로전달되어열로변환된에너지는음파에너지를감쇄시켜최종적으로는섬유형태의흡음재가소음을감소시키는특성을나타낸다. 이러한소음감소효과를증대시키기위해서섬유의단면에기공이형성되어있는중공섬유는일반섬유대비비표면적이높아서유리할뿐만아니라동일한체적의흡음재적용시경량화에도유리하다 (Figure 4). Table 1은중공PET를동일한조건으로제작하여중량과흡음율을비교한결과로일반 PET를중공PET로대체시 25% 의제품경량화와함께최대 22% 의흡음성능향상이가능하다. 3.2. 저밀도고흡음 PU foam 엔진룸용흡음재로유리섬유또는재생섬유에열경화성페놀바인더를적용한 Glass wool 과 Resin felt가많이사용되었으나경량화, 작업성불량 ( 페놀냄새, 유리섬유찔림, 날카로운압착부에의한찰과상 ) 등으로신규소재개발에대한요구가크게증대되었다. 최근에는개발된저밀도 PU foam 은 18 kg/m 2 이하의비중으로기존소재대비매우가벼울뿐만아니라셀오픈율이매우높아서흡음성능또한매우우수하여최근신규개발차종의 저밀도 PU Glass wool Resin felt 360 g/m 2 700 g/m 2 1,200 g/m 2 Figure 5. 엔진룸용흡음재흡음율비교사례. INSULATION-HOOD 에는대부분저밀도 PU foam이적용되고있다. 3.3. Multilayer 흡차음구조과거에는엔진에서실내로유입되는소음을효과적으로차단하기위해서소프트층에고비중의차음층이적층된 Insulation Type이주로적용되었으며, 최근에는경량화및친환경차량개발증대에따른흡음층과차음층이모두 Felt로구성된흡음구조제품이개발및적용되고있다. 한편, 경량화요구뿐만아니라주행성능및연비향상을위한고출력의엔진기술들이도입되어 ISOLATION PAD-DASH에강력한 NVH성능이요구되어졌다. 이에따라기존의구성들의장점을조합하여차음층에고비중차음시트와흡음용 Felt 를복합으로적용함으로써차음성능에흡음성능이부가되고소음원에대한최적화가유리한 KIC News, Volume 16, No. 6, 2013 23
Figure 6. ISOLATION PAD-DASH 종류별소재구성안. Figure 8. INSULATION-DASH 구성별흡음성능. Figure 7. INSULATION-DASH 종류별소재구성안. Multilayer 구조가개발되었다. 디젤차량용 INSULATION-DASH용차음재로는 NDR이사용되었으나경량화요구에맞춰디젤사양대비흡차음성능이우수하고경량화된 Multilayer 제품이개발되었다. INSULATION-DASH용 Multilayer의경우압착성형시상대적으로압축강도가낮은 Resin felt 가압착성형되어차음성능뿐만아니라흡음성능을가지는차음층으로성형되어흡음성능이크게향상된다 (Figure 8). 4. 향후전망자동차용 NVH Package용흡차음제품들에대해서소재의종류와함께구성에대해살펴보았다. 자동차의음향성능에대한소비자들의요구수준과전문성은증가되어왔으며앞으로도계속증가될것으로예상된다. 지금까지는경량화와개별성능의최적화를중심으로기술개발이진행되었으며, 앞으로는흡음-차음의최적화와각각의부품간의최적화를통한 NVH 통합솔루션기술 이주요하다. 그리고해외시장경쟁력확보를위하여 VOC 및냄새저감, 그리고재활용성이우수한 Multilayer 구성과같은친환경적인부가기능에대한기술개발이증가될것으로전망한다. 또한전기차의등장으로 NVH Package에대한수요가감소할것으로예상하였으나, 전기차의정숙성에대한기대감상승과더불어주요소음원인엔진의부재에따른풍절음, 바닥소음및구동모터소음과같은기타소음들이대두되면서차량의종류및등급에맞춰진최적화제품들이다양하게개발될것이다. 참고문헌 1. 진영훈, 자동차용흡음재ㆍ차음재, www.reseat. re.kt. 2. 오미혜, 자동차내장용흡음재의소재특성, 자동차부품연구원, CMiB, 2013. 06. 3. 자동차경량화기술, 한국과학기술정보연구원. 4. 이정욱, 이수남, 심재현, 정판기, 이원구, 방병주, 한국소음진동공학회논문집, 21, 850 (2011). 5. Choi, J. M., Jun, I. K., Lee, S. C., Maeng, J. Y., Kim, J. S., and Youn, H. J., Proceedings of the KSAE Annual Spring Conference, 1218 (2004). 6. 박헌진등, 한국소음진동공학회추계학술발표회논문집, 885 (2003). 24 공업화학전망, 제 16 권제 6 호, 2013
유종현 2004 호서대학교화학공학과학사 2006 한양대학교화학공학과석사 ( 에너지기술연구원 ) 2006 현재 엔브이에이치코리아 ( 주 ) 대리 조병철 1988 울산대학교화학공학과학사 1995 2001 일양산업 2001 현재엔브이에이치코리아 ( 주 ) 부장 이원구 1985 서울대학교기계설계학과학사 1989 서울대학교기계설계학과석사 1991 1996 기아자동차 1996 2000 대우자동차 2000 현재엔브이에이치코리아 ( 주 ) 이사 KIC News, Volume 16, No. 6, 2013 25