KR101104322B1 - 탄소섬유를 이용한 엘이디 조명용 방열체의 제조방법 - Google Patents

탄소섬유를 이용한 엘이디 조명용 방열체의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소섬유를 이용한 LED 조명용 방열체의 제조방법에 관한 것으로서, 제품의 강도 유지 및 경량화를 위한 충진재, 제품의 열전도특성과 경량화를 위한 탄소섬유에 의한 첨가재, 재료들의 고착을 위한 경화재, 재료간 혼합을 원활하게 하고 흐름성을 좋게 하며 재료간 가교기능을 위한 가교안정제, 제품의 탈형시 용이함을 위한 윤활제를 조성한 후 교반 혼합하여 혼합재료를 만들어내는 교반혼합단계와; 상기 혼합재료를 70~120℃의 온도조건을 갖는 금형에 주입한 후, 250~1500kg/㎠의 압력조건으로 프레스하여 원하는 형상의 방열체를 성형해내는 핫프레스단계; 를 포함하여 제조되며, 상기 혼합재료는 충진재 20~60중량부, 첨가재 10~40중량부, 경화재 5~10중량부, 가교안정제 3~10중량부, 윤활제 1~5중량부로 조성되는 탄소섬유를 이용한 LED 조명용 방열체의 제조방법에 관한 것이다.

Description

탄소섬유를 이용한 엘이디 조명용 방열체의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF HEAT RADIATION BODY FOR LED LIGHTING USING CARBON FIBER}
본 발명은 탄소섬유를 이용한 LED 조명용 방열체의 제작에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열전도도와 비중이 우수한 탄소섬유를 첨가재로 활용하되, 이 첨가재와 제품의 강도 유지 및 경량화를 위한 충진재, 재료간의 고착을 위한 경화재 및, 가교안정제, 윤활제를 혼합한 후, 핫프레스 성형으로 LED 조명용 방열체를 제작함으로써 방열효율은 높이면서 무게의 경량화 및 크기의 소형화를 이끌어낼 수 있도록 한 탄소섬유를 이용한 LED 조명용 방열체의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 모든 전자 제품은 열을 발생하게 되는데, 전자 부품의 수명을 유지하기 위해 전자 부품에서 발생하는 열을 냉각시켜주는 방열체의 적용이 필수적이라 할 수 있다.
이러한 현상은 70~80%를 열로 방출하는 LED 조명 역시 동일한 문제점을 가지고 있으며, 이를 해결하기 위해 모든 LED 조명은 광원인 LED 또는 LED칩의 온도를 낮추기 위한 방열체를 적용하는데, 통상적인 방열체의 무게는 전체 조명시스템 무게의 80% 이상을 차지하고 있다.
현재, 방열체를 비롯한 방열에 사용되는 재질로는 열전도도가 좋은 알루미늄(180W/mK) 또는 구리(400W/mK)가 많이 이용되고 있는데, 단순 수치상으로 구리가 열전도도에 있어 2배의 효과가 있다 할 것이나, 방열체의 무게 및 가격을 고려하여 대부분의 다수 방열체가 알루미늄 재질을 채택하여 사용하고 있다.
이러한 재질적 선정이 제한적일뿐만 아니라 방열성능의 향상을 위해서 방열체의 형상을 변경하는 수준으로 방열체의 설계 또한 극히 제한되어 있으며, 형상 또는 제작상의 문제로 현재의 방열체는 대부분이 큰 차이 없이 대동소이한 상황에 있다.
또한, 두 재질의 비중에 있어 알루미늄이 2700kg/㎥이고, 구리가 8890kg/㎥으로서, 구리에 비하여 알루미늄의 비중이 가볍다고는 하지만, LED 가로등용 방열체로 적용할 경우 대다수의 LED 가로등은 200W를 사용하는데, 이 경우 LED 가로등의 무게는 약 10~15kg으로 중량이다.
이로 인해, 중량의 LED 가로등 설치를 위해서는 결국 기존에 설치된 가로등 기둥을 교체하여야 하는 문제점이 발생되고 있다.
한편, 흑연 재질 및 성형기술을 이용하여 방열체를 제조하는 기술이 적용되기도 하나, 기존 흑연을 이용한 성형기술은 핫프레스 공정 후 1000℃ 이상의 열을 가하는 탄화공정을 거쳐 3000℃ 흑연화를 이루어야 하는 등 제조공정이 복잡한 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점 등을 감안하여 안출된 것으로서, 열전도도(최대 900W/mK)와 비중(최대 2,200kg/㎥)이 우수한 탄소섬유를 첨가재로 활용하되, 이 첨가재와 제품의 강도 유지 및 경량화를 위한 충진재, 재료간의 고착을 위한 경화재 및, 가교안정제, 윤활제를 혼합한 후, 핫프레스 성형으로 LED 조명용 방열체를 제작토록 한 탄소섬유를 이용한 LED 조명용 방열체의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 LED 조명용 방열체의 무게를 경량화 및 이를 통해 기존 가로등의 기둥을 교체하여야 하는 불편함을 없애면서 불필요한 설치비용의 낭비를 절감할 수 있도록 하며, 열전도도(방열효율)를 향상시켜 최적의 크기로 소형화를 가능하게 함으로써 설치공간 등의 제약을 피할 수 있도록 함은 물론 무게를 절감할 수 있도록 하며, 제조공정상의 단순화를 이끌어낼 수 있도록 한 탄소섬유를 이용한 LED 조명용 방열체의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 LED 조명용 방열체를 경량화할 수 있도록 함으로써 태풍 등의 외부 요인에 의한 가로등 추락시 발생할 수 있는 보행자 피해 또는 차량의 피해를 줄일 수 있도록 하는데 또 다른 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 탄소섬유를 이용한 LED 조명용 방열체의 제조방법은, 탄소섬유를 이용한 LED 조명용 방열체의 제조방법에 있어서,
제품의 강도 유지 및 경량화를 위한 충진재 20~60중량부, 제품의 열전도특성과 경량화를 위한 첨가재 10~40중량부, 재료들의 고착을 위한 경화재 5~10중량부, 재료간 혼합을 원활하게 하고 흐름성을 좋게 하며 재료간 가교기능을 위한 가교안정제 3~10중량부, 제품의 탈형시 용이함을 위한 윤활제 1~5중량부를 교반 혼합하여 혼합재료를 만들어내는 교반혼합단계와;
상기 혼합재료를 70~120℃의 온도조건을 갖는 금형에 주입한 후, 250~1500kg/㎠의 압력조건으로 프레스하여 원하는 형상의 방열체를 성형해내는 핫프레스단계; 를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 충진재는 파우더 상의 알루미나, 탄산칼슘, 글라스화이버 중에서 어느 1종이 단독 사용되거나 또는 2종 이상이 혼합 사용되고; 상기 첨가재는 파우더 상 또는 촙(chop) 상태의 탄소섬유, 흑연분말 중에서 어느 1종이 단독 사용되거나 또는 혼합 사용되고; 상기 경화재는 열가소성 수지나 열경화성 수지 중에서 단독 사용 또는 혼합 사용되고; 상기 가교안정제는 스틸렌모노머가 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, LED 조명용 방열체의 무게를 경량화할 수 있어 LED 가로등의 설치시 기존 가로등의 기둥(지주)에 대한 교체작업 없이 그대로 작업할 수 있고 이를 통해 설치의 용이성 및 설치비용을 절감할 수 있으며, 종래 방열체에 비해 방열효율이 향상되므로 LED 조명용 방열체의 크기를 과도하게 제작하지 않고 최적의 크기로 제작 및 소형화할 수 있어 설치공간 등의 제약을 피할 수 있는 유용한 효과가 달성될 수 있다.
본 발명은 제조되는 방열체의 무게를 알루미늄 방열체 대비 80% 수준으로 절감할 수 있을 뿐만 아니라 열전도도는 알루미늄 방열체 대비 130% 수준까지 향상시킬 수 있다.
본 발명은 방열체의 무게 절감은 물론 LED 조명의 전체적인 무게를 절감할 수 있게 하므로 LED 조명의 운송시 운송비를 절감할 수 있고, 넓게는 운송에 따른 차량의 온실가스 배출을 줄일 수 있게 되므로 지구 온난화 방지에도 영향력을 제공할 수 있으며, LED 조명용 방열체의 경량화 제작에 따라 태풍 등의 외부 요인에 의한 가로등 추락시 발생할 수 있는 보행자 피해 또는 차량의 피해를 줄일 수 있다.
본 발명은 기존 흑연을 이용한 방열체의 제조기술에 비해 핫프레스 공정 후 1000℃ 이상의 열을 가하는 탄화공정을 거쳐 3000℃ 흑연화를 이루어야 하는 공정을 별도로 거치지 않아도 되므로 제조공정상의 단순화를 이끌어낼 수 있다.
본 발명에 대해 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.
본 발명의 실시예에 의한 탄소섬유를 이용한 LED 조명용 방열체의 제조방법은 LED 조명용 방열체를 제조하기 위한 재료를 조성 및 혼합하여 혼합재료를 만들어내는 교반혼합단계(S1)와, 상기 혼합재료를 가지고 핫프레스를 통해 원하는 형상의 방열체를 성형해내는 핫프레스단계(S2)를 포함하여 이루어진다.
상기 교반혼합단계(S1)는 제품의 강도 유지 및 경량화를 위한 충진재, 제품의 열전도특성과 경량화를 위한 첨가재, 재료들의 고착을 위한 경화재, 재료간 혼합을 원활하게 하고 흐름성을 좋게 하기 위한 가교안정제, 제품의 탈형시 용이함을 위한 윤활제를 조성한 후 교반 혼합함으로써 LED 조명용 방열체를 제조하는데 사용하기 위한 혼합재료를 만들어내는 단계이다.
이때, 혼합재료는 충진재 20~60중량부, 첨가재 10~40중량부, 경화재 5~10중량부, 가교안정제 3~10중량부, 윤활제 1~5중량부로 조성함이 바람직하다.
여기서, 상기 충진재는 제품(LED 조명용 방열체)에 강도를 부여하기 위한 것으로서, 알루미나 등의 세라믹, 탄산칼슘, 글라스화이버 중에서 어느 1종을 단독 사용하거나 또는 2종 이상을 혼합 사용함으로써 구성될 수 있는데, 제품의 경량화 구현 및 재료들간 혼합의 용이성을 위해 파우더 상의 분말형태로 첨가함이 바람직하다.
상기 첨가재는 제품에 열전도특성을 부여함과 아울러 경량화를 구현하기 위한 것으로서, 파우더 상 또는 성형에 적합한 사이즈의 촙(chop) 상태로 구비된 탄소섬유나 또는 흑연분말 중에서 어느 1종을 단독 사용하거나 또는 혼합 사용하여 구성될 수 있다.
상기 경화재는 재료들간의 고착을 위해 첨가되는 것으로서, 열가소성 수지나 열경화성 수지 중에서 단독 사용하거나 또는 혼합 사용하여 구성될 수 있다.
일 예로, 아크릴, 폴리에틸렌, 폴리카본레이트, 불포화 폴리에스테르 등을 사용할 수 있다 할 것인데, 특별히 이들 재료만으로 한정되지 않음은 자명하다 할 것이다.
상기 가교안정제는 재료간 혼합을 원활하게 하고 흐름성을 좋게 하며 재료간 가교기능을 위해 첨가되는 것으로서, 스틸렌모노머를 사용함이 바람직하다.
상기 윤활제는 제품의 탈형시 용이함을 위해 첨가되는 것으로서, 시중에 유통되는 공지의 윤활제 중에서 선택 사용할 수 있다.
한편, 상기 핫프레스단계(S2)는 상술한 교반혼합단계(S1)를 통해 만들어진 혼합재료를 70~120℃의 온도조건을 갖는 금형에 주입한 후, 250~1500kg/㎠의 압력조건으로 프레스하여 원하는 형상의 방열체를 성형해내는 단계이며, 이를 통해 열전도도(최대 900W/mK)와 비중(최대 2,200kg/㎥)이 우수한 탄소섬유를 이용한 LED 조명용 방열체를 제조할 수 있게 된다.
이렇듯, 상술한 제조방법에 의해 제조된 본 발명에 따른 탄소섬유를 이용한 LED 조명용 방열체는 기존 방열체에 비해 방열효율을 높일 수 있으면서 LED 조명용 방열체의 크기를 과도하게 제작하지 않고 최적의 크기로 제작 및 소형화할 수 있는데, 제조되는 LED 조명용 방열체의 무게를 기존 알루미늄 방열체 대비 80% 수준으로 절감할 수 있을 뿐만 아니라 열전도도는 기존 알루미늄 방열체 대비 130% 수준까지 향상시킬 수 있으며, LED 조명의 전체적인 무게 또한 절감할 수 있게 된다.

Claims (2)

  1. 탄소섬유를 이용한 LED 조명용 방열체의 제조방법에 있어서,
    제품의 강도 유지 및 경량화를 위한 충진재 20~60중량부, 제품의 열전도특성과 경량화를 위한 첨가재 10~40중량부, 재료들의 고착을 위한 경화재 5~10중량부, 재료간 혼합을 원활하게 하고 흐름성을 좋게 하며 재료간 가교기능을 위한 가교안정제 3~10중량부, 제품의 탈형시 용이함을 위한 윤활제 1~5중량부를 교반 혼합하여 혼합재료를 만들어내는 교반혼합단계와;
    상기 혼합재료를 70~120℃의 온도조건을 갖는 금형에 주입한 후, 250~1500kg/㎠의 압력조건으로 프레스하여 원하는 형상의 방열체를 성형해내는 핫프레스단계; 를 포함하여 제조되어지되,
    상기 충진재는 파우더 상의 알루미나, 탄산칼슘, 글라스화이버 중에서 어느 1종이 단독 사용되거나 또는 2종 이상이 혼합 사용되고;
    상기 첨가재는 파우더 상 또는 촙(chop) 상태의 탄소섬유, 흑연분말 중에서 어느 1종이 단독 사용되거나 또는 혼합 사용되고;
    상기 경화재는 열가소성 수지나 열경화성 수지 중에서 단독 사용 또는 혼합 사용되고;
    상기 가교안정제는 스틸렌모노머가 사용되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 LED 조명용 방열체의 제조방법.
  2. 삭제
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