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재활용 석고 부산물을 이용한 유무기 하이브리드 흡음재 개발 연구

A Study on Organic-Inorganic Hybrid Sound Absorbing Materials Using by Recycling Gypsum

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.5 no.4, 2017년, pp.481 - 487  

신현규 (한국산업기술시험원 재료기술센터) ,  전보람 (한국산업기술시험원 재료기술센터) ,  하주연 (한국산업기술시험원 재료기술센터) ,  전찬수 (한국건설기술연구원 건축도시연구소)

초록
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본 연구에서는 유기계 소재의 폴리우레탄 스펀지를 무기계 바인더 용액에 함침시킴으로써 유무기 하이브리드 구조의 흡음재를 개발하였다. 무기계 바인더 용액은 ${\alpha}$형 반수석고에 60%의 물과 경화 지연제, 유동화제, 아크릴 수지 등의 혼화 재료를 첨가하여 슬러리 용액으로 제조하였으며, 무기계 바인더 용액에 함침시킨 유기계 스펀지를 함침, 가압탈수, 건조시킴으로서 특성평가용 시료를 제작하였다. 개발 시료의 흡음률을 임피던스 관내법을 이용하여 시험 평가한 결과, NRC 흡음계수 값은 0.41로 기존에 시판되고 있는 흡음재들과 비교하여 2배 이상으로 우수한 흡음성능을 나타냈으며, 불연성능 시험평가 결과 준불연재료(2급) 기준을 만족함을 확인하였다. 또한 건축 내장재로서의 기초 시험평가 및 EL248. 규격에 따른 유해성분 시험평가를 통해 본 연구에서 개발한 유무기 하이브리드 소재가 흡음재뿐만 아니라 단열 및 보온재로서의 역할이 가능하며, 유해성 기준을 만족하는 친환경 건축소재로 활용 가능함을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The purpose of this study is to develop the hybrid sound-absorbing materials that is made from organic polyurethane sponge impregnated with inorganic binder solutions. The inorganic slurry which is made from ${\alpha}$-hemihydrate gypsum mixed with 60% water, and various additives includi...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 저음역대부터 중고음역대 주파수까지 넓은 범위에 걸쳐 우수한 흡음 성능을 얻기 위해 다양한 크기 및 불규 칙한 경로의 기공을 가지는 유기계 기재와 음파 불침투성 강체벽을 구성할 수 있게 하는 무기계 소재를 이용하여, 다공성 구조를 가지면서 동시에 단단한 재질로 이루어진 하이브리드 소재를 개발하고자 하였다. 유기 및 무기 소재의 하이브리드화는 저가형으로 제조가 가능하며 경제성이 우수한 것으로 판단되는 유기계 구조체에 무기계 소재를 함침시키는 방식을 선택하여 유기계 수준의 형상제어와 경제성을 가지며 무기계 수준의 난연성 및 성능을 구현하고, 연속 공정에 의해 생산성 및 경제성을 확보할 수 있는 기술을 연구하였다.
  • 본 연구에서 개발된 유무기 하이브리드 흡음재 시험편의 흡음 성능을 확인하기 위해 기존에 시판되고 있는 다양한 종류의 흡음재들과 함께 동일한 조건에서 흡음 계수를 측정 및 그 값들을 비교 분석하였다. 직경 100±0.
  • 본 연구에서는 유기성 소재가 가진 흡음 특성 및 다공성의 장점을 유지하면서 유기물이 가진 낮은 내열성의 단점을 보완할 수 있도록 난연성 재질의 무기 바인더와 첨가제를 결합시켜 열적 특성 및 물리적 특성을 강화시키고, 무기계의 차음 특성을 부여하였다. 유기계 베이스 소재로는 경제성이 높은 상용 폴리우레탄계 스펀지를 사용하였고, 이를 무기계 석고 분말에 물을 첨가하여 제조한 바인더 용액에 함침, 탈수, 건조시킴으로서 유무기 하이브리드 흡음 소재를 개발하였다.
  • 불연성능 시험을 통해 본 연구를 통해 개발한 유무기 하이브리드 흡음재가 건축내장재로써 준불연재료 2급 조건을 만족하는지 여부를 확인하였다. 열방출률 시험의 경우 10분간 가열하여 총방출열량이 8MJ/m2 이하, 10분간 최대 열방출율이 10초 이상 연속으로 200kW/m2를 초과하지 않으며, 가열 후 시험체를 관통하는 방화상 유해한 균열, 구멍 및 융용 등이 없음을 만족해야 한다.
  • 따라서 본 연구에서는 저음역대부터 중고음역대 주파수까지 넓은 범위에 걸쳐 우수한 흡음 성능을 얻기 위해 다양한 크기 및 불규 칙한 경로의 기공을 가지는 유기계 기재와 음파 불침투성 강체벽을 구성할 수 있게 하는 무기계 소재를 이용하여, 다공성 구조를 가지면서 동시에 단단한 재질로 이루어진 하이브리드 소재를 개발하고자 하였다. 유기 및 무기 소재의 하이브리드화는 저가형으로 제조가 가능하며 경제성이 우수한 것으로 판단되는 유기계 구조체에 무기계 소재를 함침시키는 방식을 선택하여 유기계 수준의 형상제어와 경제성을 가지며 무기계 수준의 난연성 및 성능을 구현하고, 연속 공정에 의해 생산성 및 경제성을 확보할 수 있는 기술을 연구하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
흡음은 무엇인가? 소음의 저감 및 제어 방법은 흡음과 차음으로 구분할 수 있다. 흡음이란 발생된 음 에너지가 어떤 물체의 표면 또는 내부에서 반사되지 않고 흡수되는 현상을 말한다. 일반적으로 시중에서 판매되는 흡음재는 폴리에스터, 폴리우레탄, 유리섬유, 미네랄울 등을 원료로 사용하고 있다.
흡음용 소재의 흡음원리는? 일반적으로 시중에서 판매되는 흡음재는 폴리에스터, 폴리우레탄, 유리섬유, 미네랄울 등을 원료로 사용하고 있다. 이러한 흡음용 소재는 주로 다공성 구조를 가지는데, 다공성 소재에 소리가 입사되면 기공 내에서 마찰에 의해 흡음이 되는 원리이다. 차음이란 음 에너지가 어떤 물체를 통과할 때 감소 및 차단되는 현상을 말한다.
유무기 하이브리드 구조의 흡음재는 어떻게 제작하였는가? 본 연구에서는 유기계 소재의 폴리우레탄 스펀지를 무기계 바인더 용액에 함침시킴으로써 유무기 하이브리드 구조의 흡음재를 개발하였다. 무기계 바인더 용액은 ${\alpha}$형 반수석고에 60%의 물과 경화 지연제, 유동화제, 아크릴 수지 등의 혼화 재료를 첨가하여 슬러리 용액으로 제조하였으며, 무기계 바인더 용액에 함침시킨 유기계 스펀지를 함침, 가압탈수, 건조시킴으로서 특성평가용 시료를 제작하였다. 개발 시료의 흡음률을 임피던스 관내법을 이용하여 시험 평가한 결과, NRC 흡음계수 값은 0.
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참고문헌 (12)

  1. Allard, J., Atalla, N. (2009). Propagation of Sound in PorousMedia: Modelling Sound Absorbing Materials, John Wiley &Sons, 2nd Ed., UK 

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  3. Cox, T.J., D'Antonio, P. (2009). Acoustic Absorbers and Diffusers:Theory, Design, and Application, CRC Press, 2nd Ed., USA 

  4. Groby, J.P., Wirgin, A., De Ryck, L., Lauriks, W., Gilbert, R.P., Xu, Y.S. (2009). Acoustic response of a rigid-frameporous medium plate with a periodic set of inclusions,Journal of Acoustical Society of America, 126(2), 685-693. 

  5. Groby, J.P., Dazel, O., Duclos, A., Boeckx, L., Kelders, L. (2011). Enhancing the absorption coefficient of a backed rigid frame porous layer by embedding circular periodic inclusions, Journal of Acoustical Society of America, 130(6), 3771-3780. 

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  7. Lagarrigue, C., Groby, J.P., Tournat, V., Dazel, O., Umnova, O. (2013). Absorption of sound by porous layers with embedded periodic arrays of resonant inclusions, Journal of Acoustical Society of America, 134(6), 4670-4680. 

  8. Lee, J.S., Kim, E.I., Kim, Y.Y., Kim, J.S., Kang, Y.J. (2007). Optimal poroelastic layer sequencing for sound transmission loss maximization by topology optimization method, Journal of Acoustical Society of America, 122(4), 2097-2106. 

  9. Lee, J.S., Kim, Y.Y., Kim, J.S., Kang, Y.J. (2008). Two-dimensional poroelastic acoustical foam shape design for absorption coefficient maximization by topology optimization method, Journal of Acoustical Society of America, 123(4), 2094-2106. 

  10. Li, J., Fok, L., Yin, X., Bartal, G., Zhang, X. (2009). Experimental demonstration of an acoustic magnifying hyperlens, Nature Materials, 8(12), 931-934. 

  11. Tanneau, O., Casimir, J. B., Lamary, P. (2006). Optimization of multilayered panels with poroelastic components for an acoustical transmission objective, Journal of Acoustical Society of America, 120(3), 1227-1238. 

  12. Yang, J., Lee, J.S., Kim, Y.Y. (2015). Metaporous layer to overcome the thickness constraint for broadband sound absorption, Journal of Applied Physics, 117(17), 174903. 

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