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접합유리용 고분자 필름의 물성 및 음향학적 특성 분석
Analysis of the Polymer Properties and Sound Characteristics of Interlayer Films for Laminated Glass 원문보기

한국철도학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Railway, v.19 no.1 = no.92, 2016년, pp.1 - 10  

고상원 (Transportation Environmental Research Team, Korea Railroad Research Institute) ,  홍지영 (Transportation Environmental Research Team, Korea Railroad Research Institute) ,  선우예림 (School of Chemical Engineering, Sungkyunkwan University) ,  김영준 (School of Chemical Engineering, Sungkyunkwan University)

초록
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본 논문은 고속열차 객실 내 유리창의 차음 성능을 향상시키기 위한 기반연구로, 접합유리에 사용되는 고분자 필름의 물성과 음향학적 특성을 분석하여 그 상관관계를 살펴보고자 하였다. 기존에 사용되고 있는 PVB(polyvinyl butyal) 필름 및 다른 단량체 비율을 가지는 PVB 유도체, 그리고 유리 사이 차음재로 사용가능 한 PC(polycarbonate)의 동적기계적 특성을 분석(DMA)하였다. DMA 분석을 통해 상온에 가까운 온도범위에서 유리전이온도($T_g$)를 가지며 tan ${\delta}$(loss tangent) 값이 큰 것으로 나타난 PVB-HEMU 시편의 댐핑(damping) 성능이 가장 우수할 것으로 예측하고, 이를 고속철도 차량의 접합유리창과 동일한 구조에서의 투과손실 시험과 해석을 통해 검증하고자 하였다. 접합필름의 종류에 따른 유리창 투과손실 값을 투과손실 측정(인텐시티법)과 FE 해석을 이용해 도출하고, 고분자 필름의 물성과 음향성능 간 상관관계 분석을 위한 기초자료를 구축하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

To improve the sound insulation performance of laminated glass in high speed trains, it is beneficial to study the relationship between the characteristics of interlayer films and the acoustical performance. In addition to those of conventional PVB (polyvinyl butyral), the dynamic mechanical propert...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • PVB 필름을 포함한 기타 PVB유도체 및 PC접합필름의 물성분석을 통해 상온에 가까운 온도범위에서 유리전이온도를 가지며 tan δ 값이 큰 PVB-HEMU 시편의 댐핑성능이 가장 우수할 것으로 예측하고, 이를 접합유리 구조로 철도 차량 유리창과 동일한 조건에서의 투과손실 시험과 해석을 통해 검증하고자 하였다.
  • 7oC로 가장 높고 tan δ 값이 측정 주파수 영역에서 상대적으로 작은 PC가 댐핑 성능이 가장 취약할 것으로 예상한 바와 일치한다. PVB-HEMU와 PC 시험결과, 고분자필름의 물리화학적 특성과 음향학적 특성 간 상관관계가 있음을 확인하고 이를 FE 해석과 비교해 해석 기법을 검증하고자 하며, 기타 PVB 유도체 필름의 물성 분석 결과를 활용해 그 차음성능을 아래에 서술한 바와 같이 예측하고자 한다.
  • 7oC로 가장 높고 tan δ 값이 전반적으로 작은 PC가 댐핑 성능이 가장 취약한 것을 관찰하였다. 더 나아가 고분자필름의 물성과 투과손실 측정을 통해 얻어진 음향학적 특성 간 상관관계가 있음을 확인하고 이를 FE 해석과 비교해 해석 기법을 검증하고자 하였다. FEA 모델은 시험과 마찬가지로 HEMU-430X 내측 접합유리와 같은 구성으로 모델링 하였으며, 실제 차량의 일반객실 유리창과 동일한 크기로 각 고분자 필름의 물성분석 결과를 입력하여 투과손실량을 도출하였다.
  • 본 논문에서는 기존의 고속열차 접합유리에 사용되고 있는 PVB필름을 포함한 기타 PVB유도체 및 PC(polycarbonate) 고분자필름의 차음성능에 대한 연구 결과를 제시하여, 향후 고속열차 실내소음 저감에 효과적인 접합필름 개발 시 활용할 수 있도록 한다. 유리창의 차음성능 향상과 관련 있는 고분자 필름의 특성을 살펴보기 위해 PVB 유도체 및 PC 필름의 물리화학적 물성과 음향학적 특성을 측정, 분석하여 그 상관관계를 도출하고자 한다.
  • 본 연구에서는 1Hz에서 온도에 따른 tan δ 값의 변화를 관찰하였으며 유리전이온도와 고속열차가 운행되는 객실 내외온도 범위와 일치 여부를 살펴보았다.
  • 본 연구에서는 HEMU-430X의 복층유리 중 내측 접합유리를 기준으로 접합필름의 종류에 따른 유리창 투과손실 값을 투과 손실 측정과 FE 해석을 이용해 도출하고, 고분자 접합필름의 물성과 음향성능 간 상관관계 분석을 위한 기초자료를 구축하였다. PVB-HEMU와 PC 접합유리의 인텐시티법 투과손실 측정을 통해 고분자필름의 물리화학적 특성과 음향학적 특성 간 상관관계가 있음을 확인하였다.
  • KTX나 HEMU-430X 시제차량 등 고속철도 차량에 적용된 유리창은 공기층을 사이에 두고 접합유리를 내외측 창으로 구성해 단열 및 차음성능이 효과적인 복층유리를 사용하고 있다. 본 연구에서는 복층유리 중 내측 접합유리를 기준으로 접합필름의 종류에 따른 유리창 투과손실 값을 투과손실 측정과 FE 해석을 이용해 도출하고, 고분자 접합필름의 물성과 음향성능 간 상관 관계 분석을 위한 기초자료를 구축하였다.
  • 본 논문에서는 기존의 고속열차 접합유리에 사용되고 있는 PVB필름을 포함한 기타 PVB유도체 및 PC(polycarbonate) 고분자필름의 차음성능에 대한 연구 결과를 제시하여, 향후 고속열차 실내소음 저감에 효과적인 접합필름 개발 시 활용할 수 있도록 한다. 유리창의 차음성능 향상과 관련 있는 고분자 필름의 특성을 살펴보기 위해 PVB 유도체 및 PC 필름의 물리화학적 물성과 음향학적 특성을 측정, 분석하여 그 상관관계를 도출하고자 한다. 고분자 필름의 물성을 동적기계분석(dynamic mechanical analysis, DMA)등으로 조사하였고, 유리전이온도(glass transition temperature, Tg)와 고분자의 저장 탄성률(storage modulus, E'), 손실 탄성률(loss modulus, E")의 비인 tan δ(loss tangent=E"/E')값을 측정하여 음향해석에 활용하였다.
  • 고분자 필름의 물성을 동적기계분석(dynamic mechanical analysis, DMA)등으로 조사하였고, 유리전이온도(glass transition temperature, Tg)와 고분자의 저장 탄성률(storage modulus, E'), 손실 탄성률(loss modulus, E")의 비인 tan δ(loss tangent=E"/E')값을 측정하여 음향해석에 활용하였다. 이를 통해 본 연구에서 사용된 필름의 차음성능 해석 결과를 제시하여 향후 연구 활용에 적합한 접합필름의 물성조건을 제시하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
고속열차에서 소음진동을 최소화하는 기술 개발의 필요성이 증가하고 있는 이유는? 고속열차의 속도 경쟁과 더불어 열차 내 승객들의 쾌적한 승차감을 위해 소음진동을 최소화하는 기술 개발의 필요성이 증가하고 있다[1]. 고속열차는 터널 및 슬라브 도상의 주행 시 실내소음이 급격히 증가하는 특징을 가지고 있으며, 차량 외부 소음이 철도차량의 벽체, 차량하부, 그리고 유리창을 통해 유입되고 있다.
PVB(polyvinyl butyral) 필름을 적용한 접합유리의 장점은? 현재 운행 중인 KTX 차량과 시운전 중인 HEMU-430X 차량은 강화유리 사이에 PVB(polyvinyl butyral) 필름을 적용한 접합유리를 사용하고 있다. PVB를 접합필름(interlayer film)으로 사용하는 것은 유리창의 내충격성을 증가시켜 승객의 안전을 확보해 줄 뿐 아니라 차음성능 향상에도 도움이 되는 것으로 알려져 있다. 특히, 유리의 파형일치현상(coincidence effect)에 의한 일부 고주파수 대역의 낮은 투과손실을 보완하는데 효과적이다[4]. PVB 필름은 자동차 및 건축 분야에서도 내충격성 및 차음성능 향상을 위해 광범위하게 사용되고 있으나, 국내 기술로 상용화 된 제품이 없는 실정으로 필요 시 국외 제품을 도입해 적용하고 있다.
고속열차의 특징은? 고속열차의 속도 경쟁과 더불어 열차 내 승객들의 쾌적한 승차감을 위해 소음진동을 최소화하는 기술 개발의 필요성이 증가하고 있다[1]. 고속열차는 터널 및 슬라브 도상의 주행 시 실내소음이 급격히 증가하는 특징을 가지고 있으며, 차량 외부 소음이 철도차량의 벽체, 차량하부, 그리고 유리창을 통해 유입되고 있다. 고속열차의 객실 부분별 투과손실의 민감도 해석 연구에 따르면 유리창의 투과손실 값이 다른 부분에 비해 10dB 이상 낮고 민감도가 가장 높은 것으로 나타났다.
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참고문헌 (11)

  1. S. Jang, J. Ryue (2013) Study on the rolling noise model using an analysis of wheel and rail vibration characteristics, Journal of the Korean Society for Railway, 16(3), pp. 175-182. 

  2. K. Kim, J. Park (2001) Interior noise prediction of the Korean high speed train using sound source contribution analysis and sensitivity analysis of wall's transmission loss, Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference, Yong Pyong, pp. 1093-1098. 

  3. S. Kim, H. Lee, J. Kim (2012) Sound insulation strategy for the tunnel noise in a high speed train, Journal of the Korean Society for Railway, 15(4), pp. 315-322. 

  4. J. Lu (2002) Passenger vehicle interior noise reduction by laminated side glass, Proceedings of Internoise 2002, Detroit, MI. 

  5. J.D. Ferry (1980) Viscoelastic properties of polymers, John Wiley, NY, pp. 437-453. 

  6. L.H. Sperling, J.J. Fay (1990) Factors which affect the glass transition and damping capability of polymers, Polymers for Advanced Technologies, 2, pp. 49-56. 

  7. E. Kerwin (1959) Damping of flexural waves by a constrained viscoelastic layer, The Journal of Acoustical Society of America, 31, pp. 952-962. 

  8. W. Zeng, S. Li (2002) Effect of components (acrynitril and acrylate acid) on damping properties of poly(styrene-acrynitril)/poly(ethylacetate-n-butylacrylate) latex interpenetrating polymer networks, Journal of Applied Polymer Science, 84(4), pp. 821-826. 

  9. D. Ratna, N.R. Manoj, L. Chandrasekhar, B.C. Chakraborty (2004) Novel epoxy compositions for vibration damping applications, Polymers for Advanced Technologies, 15, pp. 583-586. 

  10. C. Li, G. Wu, F. Xiao, C. Wu (2007) Damping behavior of sandwich beam laminated with CIIR/petroleum resins blends by DMA measurement, Journal of Applied Polymer Science, 106, pp. 2472-2478. 

  11. F.J. Fahy, P. Gardonio (2007) Sound and structural vibration: radiation, transmission and response, Academic press, Oxford, pp. 143-144. 

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