[기획특집: 자동차용 화학소재] 자동차 흡차음 부품용 화학소재 동향

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Automotive Sound Insulation Elements

Jong Hyun Ryu

^†

, Byoung Chul Jo, Won Ku Lee

NVH KOREA. INC

Abstract: NVH Package는 엔진룸에서 발생되어진 소음을 효과적으로 제어하여 차량의 정숙성을 향상시키고 강화되 는 소음법규에 대해서 대응하기 위한 부품으로 흡음재와 차음재로 구분되어진다. NVH Package 부품들은 급격히 증 가되는 엔진고성능화 기술적용과 CO2 배출규제 대응 및 연비향상을 위한 경량화 요구에 맞춰 제품개발이 진행되고 있다. 본 기술논문에서는 NVH Package 제품별 특징과 최근기술개발 내용과 효과를 살펴보고, 향후 NVH Package 기술개발 방향에 대해서 소개하고자 한다.

Keywords: NVH, automotive, isolation, insulation, 경량화

1. 서 론

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자동차의 소음은 탑승객이 차량 안에서 들을 수 있는 차내 소음과 자동차가 주행 시 발생하는 소 음에 대한 보행자가 들을 수 있는 차외 소음으로 구분되며, 차외 소음의 경우 소음의 정도가 법으 로 규제되고 있다.

최근에는 GDI (Gasoline Direct Injection : 가솔 린 직분사), 엔진다운사이징과 같이 고출력 엔진 기술들이 도입되면서 엔진 내의 폭발음, 피스톤과 실린더의 마찰음, 흡배기계의 공명음과 같은 엔진 룸에서 차체 패널을 통해 차량실내로 유입되는 엔 진의 투과음이 증가되면서 흡차음 부품에 대한 중 요도가 증가되고 다양한 소재들이 개발 및 제안되 어지고 있다.

반면에 차량의 연비향상, 이산화탄소 배출량 삭 감을 위해서 지금까지는 금속재료인 차체의 경량 화가 주요하였으나 최근 흡차음용 내장부품 소재

†주저자(E-mail: [email protected])

에 대해서도 경량화가 강력하게 요구되어 지고 있 어서 중량이 낮으면서도 효과적으로 소음을 차단 및 감소시킬 수 있는 소재 및 멀티 소재에 대한 요 구가 높아지고 있다. 본 논문에서는 자동차의 소음 을 제어하기 위한 흡차음 부품인 NVH (Noise, Vibration and Harshness) Package에 대하여 소개 하고자 한다.

2. 흡차음 제품 소개

2.1. ISOLATION PAD-DASH

차량의 엔진룸과 실내 사이의 차체 판넬에서 실 내측에 장착되어, 실내로 유입되는 엔진 및 기타 소음을 저감시켜주는 부품으로 자동차의 실내소음 수준 및 음질에 가장 큰 영향을 미치는 부품이다.

소재의 흡음특성, 차음특성, 차체의 음향특성 및 엔진의 음향특성 등을 분석하여 최적 소재의 조합과 구성을 찾아내는 기술이 중요하다.

ISOLATION PAD-DASH용 흡음재는 소음을

효과적으로 흡음할 수 있도록 소재의 통기성과 표

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Figure 1. ISOLATION PAD-DASH. Figure 2. INSULATION-HOOD.

Figure 3. INSULATION-DASH.

면적을 증대시킬 수 있는 PU (polyurethane) foam 과 같은 다공성 발포체나 PET (polyethylene ter- ephthalate) felt와 같은 섬유제품이 대부분 사용되 고 있다. 흡음재료는 섬유의 크기와 밀도 또는 foam의 cell 크기, 형상 및 open율 등의 영향을 많 이 받아 유입되는 소음의 형태에 따라 흡음재의 최적화가 필요하다 .

ISOLATION PAD-DASH용 차음재는 소음을 효과적으로 차단할 수 있도록 소재의 비중을 높게 조절할 수 있고 , 흡음재인 PU foam과의 접착성을 부여하기 위하여 EVA (Ethylene Vinyl Acetate) sheet가 사용되어 왔으나, 최근에는 흡음재로 Pu foam 대신에 PET felt와 같은 섬유제품이 많이 사 용되며, 차음제로 가공성이 우수한 TPE (Thermo- plastic Elastomer) sheet도 많이 사용되고 있다.

2.2. INSULATION HOOD

엔진룸의 HOOD Panel에 장착되어 고주파 소 음(High Frequency Noise)에 대한 저감과 더불어 외부소음 법규인 가속주행소음(Pass By Noise Regulation)을 만족시켜주는 부품으로 엔진룸에서 발생하는 소음의 차외로 전달되는 것은 감소시키 기 위해서 흡음성능 향상이 요구될 뿐만 아니라 난연성도 함께 요구되는 부품이다.

INSULATION-HOOD는 고흡음성과 내열에 대 한 치수안정성이 요구되어 유리섬유 또는 재생섬 유에 열경화성 페놀바인더를 적용한 Glass wool 과 Resin felt가 많이 사용되고 있으며, 최근에는 강력한 경량화 요구에 따라 18 kg/m

²

이하의 저밀

도 PU foam이 사용되고 있다.

2.3. INSULATION-DASH

차량의 엔진룸과 실내 사이의 차체 판넬에서 엔 진룸 측에 장착되어 엔진룸 내의 소음을 저감시켜 주고 실 내측 차체로 전달되는 소음과 진동을 저 감시켜 주는 부품으로 ‘흡음재’ 또는 ‘흡음재+차 음재’로 구성되며 엔진룸 내에서도 엔진과 근접한 위치에 장착되어 흡차음 성능과 함께 난연성이 요 구되는 부품이다.

INSULATION-DASH에 사용되는 흡음재는 INSULATION-HOOD에 사용되는 흡음재와 동일 하며, 디젤엔진이 장착된 차량의 INSULATION- DASH의 경우보다 높은 소음 저감이 요구되어 흡 음재와 차음재가 복합으로 구성된 제품을 적용하 고 있다.

INSULATION-DASH 차음재는 엔진룸에 장착

될 뿐만 아니라 엔진과도 근접한 위치에 있어서

180∼200℃ 수준의 내열안정성이 요구되어 일반

적인 차음용 올레핀계 수지는 사용이 불가하여 열

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5.00 kHz 0.49 0.60 22% 향상

저밀도 PU Glass wool Resin felt 360 g/m² 700 g/m² 1,200 g/m²

Figure 5. 엔진룸용 흡음재 흡음율 비교사례.

경화성 탄성체인 NDR (Noise Damping Rubber) 을 사용하고 있다.

최근에는 경량화 요구에 맞춰 NDR의 적용 비 중은 감소하고 있으며 ‘흡음재 + 흡음재’와 같은 멀티소재로 대체되고 있는 추세이다.

3. 국내외 기술동향

3.1. 중공-PET

공기전달에 의한 소음은 섬유에 진동형태로 전 달되어 열로 변환된 에너지는 음파에너지를 감쇄 시켜 최종적으로는 섬유형태의 흡음재가 소음을 감소시키는 특성을 나타낸다 . 이러한 소음감소 효 과를 증대시키기 위해서 섬유의 단면에 기공이 형 성되어 있는 중공섬유는 일반 섬유 대비 비표면적 이 높아서 유리할 뿐만 아니라 동일한 체적의 흡 음재 적용 시 경량화에도 유리하다(Figure 4).

Table 1은 중공PET를 동일한 조건으로 제작하 여 중량과 흡음율을 비교한 결과로 일반 PET를 중공PET로 대체 시 25%의 제품경량화와 함께 최 대 22%의 흡음성능 향상이 가능하다.

3.2. 저밀도 고흡음 PU foam

엔진룸용 흡음재로 유리섬유 또는 재생섬유에 열경화성 페놀바인더를 적용한 Glass wool과 Resin felt가 많이 사용되었으나 경량화, 작업성불량(페 놀냄새, 유리섬유 찔림, 날카로운 압착부에 의한 찰과상) 등으로 신규소재 개발에 대한 요구가 크 게 증대되었다. 최근에는 개발된 저밀도 PU foam 은 18 kg/m

²

이하의 비중으로 기존 소재대비 매우 가벼울 뿐만 아니라 셀오픈율이 매우 높아서 흡음 성능 또한 매우 우수하여 최근 신규개발차종의

INSULATION-HOOD에는 대부분 저밀도 PU foam이 적용되고 있다.

3.3. Multilayer 흡차음 구조

과거에는 엔진에서 실내로 유입되는 소음을 효 과적으로 차단하기 위해서 소프트 층에 고비중의 차음층이 적층된 Insulation Type이 주로 적용되었 으며, 최근에는 경량화 및 친환경차량 개발증대에 따른 흡음층과 차음층이 모두 Felt로 구성된 흡음 구조 제품이 개발 및 적용되고 있다.

한편, 경량화 요구뿐만 아니라 주행성능 및 연

비향상을 위한 고출력의 엔진기술들이 도입되어

ISOLATION PAD-DASH에 강력한 NVH성능이

요구되어졌다. 이에 따라 기존의 구성들의 장점을

조합하여 차음층에 고비중 차음시트와 흡음용 Felt

를 복합으로 적용함으로써 차음성능에 흡음성능

이 부가되고 소음원에 대한 최적화가 유리한

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Figure 6. ISOLATION PAD-DASH 종류별 소재구성안.

Figure 7. INSULATION-DASH 종류별 소재구성안.

Figure 8. INSULATION-DASH 구성별 흡음성능.

Multilayer 구조가 개발되었다.

디젤차량용 INSULATION-DASH용 차음재로 는 NDR이 사용되었으나 경량화 요구에 맞춰 디 젤사양 대비 흡차음 성능이 우수하고 경량화된 Multilayer 제품이 개발되었다.

INSULATION-DASH용 Multilayer의 경우 압 착성형 시 상대적으로 압축강도가 낮은 Resin felt 가 압착성형되어 차음성능 뿐만 아니라 흡음성능 을 가지는 차음층으로 성형되어 흡음성능이 크게 향상된다(Figure 8).

4. 향후전망

자동차용 NVH Package용 흡차음 제품들에 대 해서 소재의 종류와 함께 구성에 대해 살펴보았 다. 자동차의 음향성능에 대한 소비자들의 요구수 준과 전문성은 증가되어 왔으며 앞으로도 계속 증 가 될 것으로 예상된다. 지금까지는 경량화와 개 별 성능의 최적화를 중심으로 기술개발이 진행되 었으며, 앞으로는 흡음-차음의 최적화와 각각의 부품 간의 최적화를 통한 NVH 통합솔루션 기술

이 주요하다. 그리고 해외시장 경쟁력 확보를 위 하여 VOC 및 냄새저감, 그리고 재활용성이 우수한 Multilayer 구성과 같은 친환경적인 부가기능에 대 한 기술개발이 증가될 것으로 전망한다. 또한 전 기차의 등장으로 NVH Package에 대한 수요가 감 소할 것으로 예상하였으나, 전기차의 정숙성에 대 한 기대감 상승과 더불어 주요 소음원인 엔진의 부재에 따른 풍절음, 바닥소음 및 구동모터소음과 같은 기타소음들이 대두되면서 차량의 종류 및 등 급에 맞춰진 최적화 제품들이 다양하게 개발될 것 이다.

참 고 문 헌

1. 진영훈, 자동차용 흡음재ㆍ차음재, www.reseat.

re.kt.

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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. 박헌진 등, 한국소음진동공학회 추계학술발표

회 논문집, 885 (2003).

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2004 호서대학교 화학공학과 학사 2006 한양대학교 화학공학과 석사

(에너지기술연구원) 2006∼현재 엔브이에이치코리아(주) 대리

1988 울산대학교 화학공학과 학사 1995∼2001 일양산업

2001∼현재 엔브이에이치코리아(주) 부장

이 원 구

1985 서울대학교 기계설계학과 학사

1989 서울대학교 기계설계학과 석사

1991∼1996 기아자동차 1996∼2000 대우자동차

2000∼현재 엔브이에이치코리아(주) 이사