KR101288565B1

KR101288565B1 - 다기능성 수지 복합재 및 이를 이용한 성형품

Info

Publication number: KR101288565B1
Application number: KR1020090130067A
Authority: KR
Inventors: 김성준; 유영식
Original assignee: 제일모직주식회사
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2013-07-22
Also published as: WO2011078492A2; US20120319055A1; KR20110072946A; US8883044B2; WO2011078492A3

Abstract

(A) 열가소성 수지, (B) 니켈코팅 탄소섬유, (C) 탄소나노튜브 및 (D) 약 10^-3　Ω·m 이하의 체적저항 및 약 5000 이상의 상대투자율을 갖는 무기물을 포함하는 다기능성 수지 복합재 및 이를 이용한 성형품이 제공된다.

열가소성 수지, 니켈코팅 탄소섬유, 탄소나노튜브, 무기물, 체적저항, 강성, 전기전도성, 전자기파 간섭(electromagnetic interference, EMI)/무선주파 간섭(radio frequency interference, RFI)

Description

다기능성 수지 복합재 및 이를 이용한 성형품{MULTI-FUNCTIONAL RESIN COMPOSITE AND MOLDED PRODUCT USING THE SAME}

본 기재는 다기능성 수지 복합재 및 이를 이용한 성형품에 관한 것이다.

전기/전자제품의 소형화, 집적화, 경량화에 따라 내부 부품의 모듈(module)화는 필수적인 항목이 되고 있다. 　예를 들어, 접지능력이 필요한 내부 프레임의 경우 전기전도성과 높은 기계적 강성이 있어야 하며, EMI/RFI 차폐성이 필요한 외장제의 경우 EMI/RFI 차폐특성과 우수한 외관특성이 있어야 한다. 　

이러한 기능들은 종래 각각의 특성을 보유한 소재들의 조합을 통해 구현되었으나, 소형화, 집적화, 경량화의 요구에 부흥하기 위해서는 고강성, 전자기파 차폐 특성 등을 가진 다기능성의 소재 개발이 요구되고 있다.

종래 전자기파를 차폐하기 위한 방법으로 도장/도금 기술을 응용한 금속제를 이용하였는데, 이러한 금속제의 경우는 전도성이 높아(R값, 임피던스가 낮아) 전자기파의 표면반사를 통한 전자기파 차폐의 비율이 높고, 이런 이유로 얇은 두께의 금속도 전자기파를 효과적으로 차단할 수 있는 장점이 있다. 　그러나 상기 도장/도금 기술은 도금 공정이 복잡하여 생산성에 제약이 있다.

EMI/RFI 차폐와 관련하여, 미국공개특허 제2007-0199738호에서는 금속이 표면에 코팅된 고분자 기재를 포함하는 전자기파 차폐 장치가 개시되어 있으며, 미국공개특허 제2007-0056769호에서는 비전도성 고분자, 전도성 고분자 및 전기전도성 금속 분말을 포함하는 전자파 차폐 물질이 개시되어 있으며, 미국공개특허 제2002-0108699호에서는 전도성 파이버를 유기 습윤제와 같은 상용화제로 코팅한 후 수지에 복합화하여 전기전도성 함침 섬유를 제조하는 방법이 개시되어 있으며, 미국특허 제6,638,448호에서는 비전도성 수지인 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌(SEBS) 공중합체 계열 매트릭스 물질에 은 도금된 니켈을 전도성 필러로 포함하는 전기전도성 열가소성 엘라스토머가 개시되어 있으며, 미국특허 제6,409,942호에서는 극성의 차이가 있는 두 고분자 수지 블렌드에 카본계의 전도성 필러를 함침하여 극성이 높은 쪽에 카본계의 전도성 필러가 위치하게 한 전기전도성 조성물이 개시되어 있으며, 미국특허 제5,869,412호에서는 열성형 공정 중 기공을 형성할 수 있는 시트 물질 또는 고분자 담체를 포함하고 저융점 금속 전도성 필러를 포함하는 열성형 전자파 차폐 시트가 개시되어 있다. 　그러나 이러한 기술들 모두 고강성, 고전기전도성 및 EMI/RFI 차폐 특성을 부여하지 못한다.

본 발명의 일 측면은 강성, 전기전도성 및 EMI/RFI 차폐 특성이 모두 우수한 다기능성 수지 복합재를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 측면은 상기 다기능성 수지 복합재를 이용한 성형품을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면은 (A) 열가소성 수지; (B) 니켈코팅 탄소섬유; (C) 탄소나노튜브; 및 (D) 약 10^-3　Ω·m 이하의 체적저항 및 약 5000 이상의 상대투자율을 갖는 무기물을 포함하는 다기능성 수지 복합재를 제공한다.

상기 다기능성 수지 복합재는 상기 열가소성 수지(A) 약 40 중량% 내지 약 80 중량%, 상기 니켈코팅 탄소섬유(B) 약 10 중량% 내지 약 40 중량%, 상기 탄소나노튜브(C) 약 0.1 중량% 내지 약 2 중량% 및 상기 무기물(D) 약 3 중량% 내지 약 20 중량%를 포함할 수 있다.

상기 열가소성 수지(A)는 폴리아미드 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리이미드 수지, 폴리페닐렌옥사이드 수지, 폴리술폰 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리아미드-이미드 수지, 폴리에테르술폰 수지, 액정 고분자, 폴리에테르케톤 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리올레핀 수지, 고 무 변성 비닐계 공중합체 수지, 폴리스티렌계 수지 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 또한 결정성 수지일 수 있다.

상기 니켈코팅 탄소섬유(B)는 약 5 ㎛ 내지 약 12 ㎛의 직경과 약 3 ㎛ 내지 약 12 ㎜의 길이를 가진 탄소섬유를 포함할 수 있고, 니켈이 탄소섬유에 약 0.1 ㎛ 내지 약 1 ㎛의 두께로 코팅된 것일 수 있으며, 약 10^-4　Ω·m 이하의 체적저항 및 약 200 GPa 이상의 인장강도를 가질 수 있다.

상기 탄소나노튜브(C)는 약 1 ㎚ 내지 약 50 ㎚의 직경 및 약 10 ㎚ 내지 약 20 ㎛의 길이를 가질 수 있다.

상기 무기물(D)은 니켈-철 합금류를 포함할 수 있고, 또한 뮤메탈(Mu-metal), 펌얼로이(Permalloy) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

상기 다기능성 수지 복합재는 상기 다기능성 수지 복합재 100 중량부에 대하여 (E) 유리섬유 약 5 중량부 내지 약 20 중량부를 더 포함할 수 있으며, 상기 유리섬유(E)는 약 8 ㎛ 내지 약 15 ㎛의 직경 및 약 2 mm 내지 약 12 mm의 길이를 가질 수 있다.

상기 다기능성 수지 복합재는 항균제, 열안정제, 산화방지제, 이형제, 광안정제, 계면활성제, 커플링제, 가소제, 혼화제, 착색제, 안정제, 활제, 정전기방지제, 조색제, 방염제, 내후제, 자외선 흡수제, 자외선 차단제, 핵 형성제, 접착 조제, 점착제 또는 이들의 조합의 첨가제를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면은 상기 다기능성 수지 복합재를 이용하여 제조된 성 형품을 제공한다.

기타 본 발명의 측면들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.

일 구현예에 따른 다기능성 수지 복합재는 강성, 전기전도성 및 EMI/RFI 차폐 특성이 모두 우수함에 따라,　소형화, 집적화, 경량화 및 대량 생산화되고 있는 각종 전기전자 부품의 소재로 유용하게 사용될 수 있다.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

전자기파 차폐 효율(EMI shielding effectiveness)은 아래 식 1로 나타낼 수 있다.

[식 1]

S.B.(shielding effectiveness) = R + A + B

상기 식 1에서, R은 전자기파의 표면 반사(전기전도도), A는 전자기파의 내부 흡수, 그리고 B는 다반사를 통한 손실을 의미한다.

수지 복합재의 경우 금속제보다 전기전도도가 낮으므로, 상기 식 1에 나타낸 항목 중 표면 반사뿐 아니라 내부 흡수를 향상시키는 것이 중요하다. 　따라서 수지 복합재의 전자기파 차폐 효율을 높이기 위해서는, 표면 임피던스를 낮추어, 즉, 전기전도성을 높게 하여 R 값을 증가시키는 것을 바탕으로, 전자기파의 내부 흡수에 해당하는 A 값을 증가시켜야 높은 전자기파 차폐 효율을 가진 수지 복합재를 얻을 수 있다.

즉, 수지 복합재의 경우 전기전도도의 개선과 전자기파의 내부 흡수를 증가시킴으로써 전자기파를 효율적으로 차폐할 수 있는데, 이때 전자기파의 내부 흡수는 물질의 투자율(permeability)과 관련이 있어 투자율이 높은 물질을 도입함으로써 수지 복합재의 전자기파 차폐를 구현화할 수 있다. 　

이에 있어서, 투자율만 높은 소재, 예를 들어, 센더스트(sendust), 페라이트(ferrite) 등의 비전도성 물질을 사용할 경우에는 수지 복합재의 전자기파 간섭(electromagnetic interference, EMI)/무선주파 간섭(radio frequency interference, RFI)　차폐의 효과가 미비하다. 　이에 따라, 일 구현예에서는 전기전도성과 투자율이 모두 높은 특정 무기물을 사용하여 수지 복합재의 EMI/RFI 차폐 효율을 개선시킨다. 　또한 상기 무기물 외에도 니켈을 탄소섬유에 코팅한 형태로 사용함과 동시에 탄소나노튜브를 함께 사용하여, 우수한 EMI/RFI 차폐 특성 뿐만 아니라 우수한 강성 및 전기전도성을 얻을 수 있다.

일 구현예에 따른 다기능성 수지 복합재는 (A) 열가소성 수지, (B) 니켈코팅 탄소섬유, (C) 탄소나노튜브 및 (D) 약 10^-3　Ω·m 이하의 체적저항 및 약 5000 이 상의 상대투자율을 갖는 무기물을 포함한다.

이하 일 구현예에 따른 다기능성 수지 복합재에 포함되는 각 성분에 대하여 구체적으로 살펴본다.

(A) 열가소성 수지

상기 열가소성 수지는 폴리아미드 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리이미드 수지, 폴리페닐렌옥사이드 수지, 폴리술폰 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리아미드-이미드 수지, 폴리에테르술폰 수지, 액정 고분자, 폴리에테르케톤 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리올레핀 수지, 고무 변성 비닐계 공중합체 수지, 폴리스티렌계 수지 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. 　

이들 중에서 좋게는 결정성 수지를 사용할 수 있는데, 상기 결정성 수지로는 폴리아미드 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 액정 고분자, 폴리에테르케톤 수지, 폴리올레핀 수지, 폴리스티렌계 수지 또는 이들의 조합을 들 수 있으며, 이들 중에서 더 좋게는 폴리페닐렌설파이드 수지를 들 수 있다.

상기 결정성 수지는 결정화 시 결정 영역 밖으로 필러들, 즉, 일 구현예에 따른 니켈코팅 탄소섬유, 탄소나노튜브 및 무기물을 배척하는 특성을 가짐에 따라, 전도성 패스(pass) 형성이 용이하여, 즉, 필러끼리 연결망을 구축하게 되어, 비결정성 수지보다 우수한 전도성을 얻을 수 있다. 　또한 상기 필러들의 보강으로 인한 강성 효과도 비결정성 수지보다 우수하다.

상기 폴리아미드 수지는 고분자 주쇄에 아미드기를 함유한 것으로서, 아미노산, 락탐 또는 디아민과 디카르복실산을 주된 구성성분으로 하여 중합될 수 있다.

상기 폴리아미드 수지의 구체적인 예로는, 폴리카프로락탐(폴리아미드 6), 폴리(11-아미노운데칸산)(폴리아미드 11), 폴리라우릴락탐(폴리아미드 12), 폴리헥사메틸렌 아디프아미드(폴리아미드 66), 폴리헥사에틸렌 아젤아미드(폴리아미드 69), 폴리헥사에틸렌 세바카미드(폴리아미드 610), 폴리헥사에틸렌 도데카노디아미드(폴리아미드 612) 등과, 이들의 공중합체인 폴리아미드 6/610, 폴리아미드 6/66, 폴리아미드 6/12 등을 단독으로 사용하거나 2종 이상을 적정 비율로 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 폴리에스테르 수지는 방향족 폴리에스테르 수지로서, 테레프탈산 또는 테레프탈산 알킬 에스테르와 C2 내지 C10의 글리콜 성분으로부터 용융 중합에 의하여 축중합된 수지를 사용할 수 있다. 　이때 상기 알킬은 C1 내지 C10의 알킬을 의미한다. 　

상기 방향족 폴리에스테르 수지의 구체적인 예로는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리헥사메틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리시클로헥산 디메틸렌 테레프탈레이트 수지, 이들 수지에 일부 다른 단량체를 혼합하여 비결정성으로 개질한 수지 또는 이들의 조합을 사용할 수 있으며, 이들 중에서 좋게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지, 비결정성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 등을 사용할 수 있다.

상기 폴리아세탈 수지는 결정성 고분자로서 주사슬에 아세탈 결합을 가지는 포름알데히드 또는 트리옥세인의 중합체이다. 　상기 폴리아세탈 수지는 전기절연성, 내마모성, 내열성 등이 우수하다.

상기 폴리페닐렌설파이드 수지는 하기 화학식 1로 표시되는 반복 단위를 70 몰% 이상 포함하는 수지이다. 　상기 반복 단위가 70 몰% 이상 포함되는 경우 결정성 폴리머의 특징인 결정화도가 높고, 내열성, 내약품성 및 강성이 우수하다.

[화학식 1]

상기 폴리페닐렌설파이드 수지는 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위 외에, 화학식 2 내지 9 중 선택되는 적어도 하나로 표시되는 반복단위를 더 포함하는 것을 사용할 수 있다.

[화학식 2]

[화학식 3]

[화학식 4]

[화학식 5]

[화학식 6]

[화학식 7]

(상기 화학식 7에서,

R은 C1 내지 C20의 알킬렌기, C6 내지 C30의 아릴렌기, C1 내지 C20의 알콕실렌기 또는 이들의 조합이다.)

[화학식 8]

[화학식 9]

상기 화학식 2 내지 9 중에서 적어도 하나로 표시되는 반복단위는 상기 화학식 1로 표시되는 반복 단위에 대하여 50 몰% 미만으로 포함될 수 있으며, 구체적으로는 30 몰% 미만으로 포함될 수 있다. 　상기 화학식 2 내지 9 중에서 선택되는 적어도 하나로 표시되는 반복단위가 50 몰% 미만으로 포함되는 경우 내열도 및 기계적 물성이 우수하다.

상기 액정 고분자는 용액 또는 녹아 있는 상태에서 액정의 성질을 나타내는 고분자로, 내열성 및 강도가 좋고, 미세 가공이 가능하다.

상기 폴리에테르케톤 수지는 우수한 내열성, 난연성, 내열수성, 내약품성 등을 가진다. 　

상기 폴리올레핀 수지는 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE) 수지, 선형 저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene, LLDPE) 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리부티렌 수지, 에틸렌-프로필렌 공중합체 수지, 에틸렌-비닐알코올 공중합체 수지 또는 이들의 조합을 사용할 수 있으며, 이들 중에서 좋게는 폴리프로필렌 수지를 사용할 수 있다. 　이때 상기 고밀도 폴리에틸렌 수지는 0.94 내지 0.965의 밀도 범위를 가지는 것을 의미하며, 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지는 0.91 내지 0.94의 밀도 범위를 가지는 것을 의미한다.

상기 폴리스티렌계 수지는 폴리스티렌 수지, 신디오택틱 폴리스티렌 수지 또 는 이들의 조합을 사용할 수 있다. 　높은 입체 규칙성을 가진 상기 신디오택틱 폴리스티렌 수지는 스티렌 단량체로부터 메탈로센 촉매 및 공촉매로 이루어진 촉매 시스템을 이용하여 제조될 수 있다.

상기 열가소성 수지는 다기능성 수지 복합재 총량에 대하여 약 40 중량% 내지 약 80 중량%로 포함될 수 있으며, 구체적으로는 약 60 중량% 내지 약 75 중량%로 포함될 수 있다. 　열가소성 수지가 상기 함량 범위 내로 포함되는 경우 수지 복합재의 가공성이 우수하며, 우수한 강성, 전기전도성 및 EMI/RFI 차폐 특성을 구현할 수 있다.

(B) 니켈코팅 탄소섬유

상기 니켈코팅 탄소섬유는 EMI/RFI 차폐에 효과적인 니켈이 탄소섬유에 코팅된 형태로서, 투과율이 높은 무기물과 함께 망목 구조를 형성하여 우수한 차폐 효과를 나타낼 수 있다.

상기 탄소섬유는 팬(pan) 계열 또는 피치(pitch) 계열의 탄소섬유를 사용할 수 있다.

상기 탄소섬유의 직경은 약 5 ㎛ 내지 약 12 ㎛ 일 수 있으며, 구체적으로는 약 7 ㎛ 내지 약 10 ㎛ 일 수 있다. 　또한 상기 탄소섬유의 길이는 약 3 ㎜ 내지 약 12 ㎜, 구체적으로는 약 3 ㎜ 내지 약 8 ㎜ 일 수 있다. 　탄소섬유의 직경 및 길이가 각각 상기 범위 내인 경우 전도성 패스(pass) 형성이 용이하며 동시에 우수한 가공성을 얻을 수 있다.

상기 니켈의 코팅 방법은 금속 코팅의 통상적인 방법인, 무전해법 또는 전해법으로 코팅될 수 있다.

상기 니켈코팅 탄소섬유는 니켈이 탄소섬유에 약 0.01 ㎛ 내지 약 1 ㎛의 두께로, 구체적으로는 약 0.1 ㎛ 내지 약 0.5 ㎛의 두께로 코팅된 것일 수 있다. 　상기 범위의 두께로 코팅되는 경우 충분한 코팅 효과를 얻을 수 있으며, 강성이 우수하며, 생산 공정상의 효율이 우수하다.

상기 니켈코팅 탄소섬유의 체적저항은 약 10^-4　Ω·m 이하, 구체적으로는 약 10^-6　Ω·m 이하 일 수 있고, 인장강도는 약 150 GPa 이상, 구체적으로는 약 200 GPa 이상일 수 있다. 　상기 범위의 체적저항 및 인장강도를 가진 니켈코팅 탄소섬유를 사용할 경우 우수한 전기전도성 및 기계적 강도를 얻을 수 있다.

상기 니켈코팅 탄소섬유는 다기능성 수지 복합재 총량에 대하여 약 10 중량% 내지 약 40 중량%로 포함될 수 있으며, 구체적으로는 약 15 중량% 내지 약 25 중량%로 포함될 수 있다. 　니켈코팅 탄소섬유가 상기 함량 범위 내로 포함되는 경우 수지 복합재의 우수한 강성, 전기전도성 및 EMI/RFI 차폐 특성을 구현할 수 있다.

(C) 탄소나노튜브

상기 탄소나노튜브는 높은 기계적 강도, 높은 영스모듈러스(Young's Modulus) 및 높은 종횡비(aspect ratio)의 기계적 특성, 높은 전기전도성 및 높은 열안정성을 가진다.

상기 탄소나노튜브를 합성하는 방법은 전기방전법(arc-discharge), 열분해법(pyrolysis), 레이저 어블레이션법(laser ablation), 플라즈마 화학기상증착법(plasma chemical vapor deposition), 열화학 기상증착법(thermal chemical vapor deposition), 전기분해법 등이 있으나, 일 구현예에서는 합성 방법에 관계없이 얻어진 탄소나노튜브 모두를 사용할 수 있다.

상기 탄소나노튜브는 그 벽의 개수에 따라 단일벽 탄소나노튜브(single wall carbon nanotube), 이중벽 탄소나노튜브(double wall carbon nanotube) 및 다중벽 탄소나노튜브(multi wall carbon nanotube)로 나눌 수 있으며, 일 구현예에서는 그 종류에 제한을 두지 않으나 다중벽 탄소나노튜브를 사용하는 것이 좋다.

상기 탄소나노튜브의 직경은 약 1 ㎚ 내지 약 50 ㎚ 일 수 있고, 길이는 약 10 ㎚ 내지 약 20 ㎛ 일 수 있다. 　상기 범위 내의 직경 및 길이를 가진 탄소나노튜브를 사용할 경우 수지 복합재의 전기전도성 및 가공성이 우수하다.

상기 탄소나노튜브는 순도가 약 80% 이상인 것을 사용할 수 있으며, 또한 종횡비(aspect ratio)가 약 100 내지 약 1,000 인 것을 사용할 수 있으며, 상기 범위 내의 것을 사용할 경우 전기전도성이 더욱 개선될 수 있다.

상기 탄소나노튜브는 다기능성 수지 복합재 총량에 대하여 약 0.1 중량% 내지 약 2 중량%로 포함될 수 있으며, 구체적으로는 약 0.3 중량% 내지 약 1 중량%로 포함될 수 있다. 　탄소나노튜브가 상기 함량 범위 내로 포함되는 경우 수지 복합재의 우수한 강성, 전기전도성 및 EMI/RFI 차폐 특성을 구현할 수 있다.

(D) 무기물

상기 무기물은 전기전도성이 높고 투자율이 높은 것을 사용할 수 있다. 　

상기 무기물은 구체적으로 니켈-철 합금류를 사용할 수 있으며, 더 구체적으로는 뮤메탈(Mu-metal), 펌얼로이(Permalloy) 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.

상기 무기물의 체적저항은 약 10^-1　Ω·m 이하, 구체적으로는 10^-3　Ω·m 이하일 수 있으며, 또한 상대투자율은 약 1000 이상, 구체적으로는 5000 이상일 수 있다. 　상기 범위의 체적저항 및 상대투자율을 갖는 무기물을 사용할 경우 수지 복합재의 우수한 전기전도성 및 EMI/RFI 차폐 특성을 구현할 수 있다.

상기 무기물은　다기능성 수지 복합재 총량에 대하여 약 3 중량% 내지 약 20 중량%로 포함될 수 있으며, 구체적으로는 약 5 중량% 내지 약 15 중량%로 포함될 수 있다. 　무기물이 상기 함량 범위 내로 포함되는 경우 수지 복합재의 우수한 전기전도성 및 EMI/RFI 차폐 특성을 구현할 수 있다.

(E) 유리섬유

일 구현예에 따른 다기능성 수지 복합재는 수지 복합재의 강성을 더욱 개선시키기 위해 유리섬유를 더 포함할 수 있다.

상기 유리섬유는 상업적으로 사용되는 통상적인 것으로서, 직경이 약 8 ㎛ 내지 약 15 ㎛ 이고 길이가 약 2 ㎜ 내지 약 12 ㎜ 인 유리섬유를 사용할 수 있다. 　상기 범위의 직경 및 길이를 가진 유리섬유를 사용할 경우 수지 복합재의 우수한 강성을 얻을 수 있다.

상기 유리섬유는 단면이 원형, 타원형, 직사각형 또는 두 개의 원형이 연결된 아령 모양의 것을 사용할 수 있다.

상기 유리섬유는 열가소성 수지에의 함침도를 향상시키기 위하여, 소정의 유리섬유 처리제로 유리섬유 표면을 코팅 처리할 수 있다. 　상기 유리섬유 처리제로는 윤활제(lubricant), 커플링제, 계면활성제, 상용화제 등이 사용될 수 있다. 　상기 윤활제는 유리섬유 제조시 일정한 직경 및 두께를 갖는 양호한 스트랜드를 형성하기 위해 사용되며, 상기 커플링제는 유리섬유와 열가소성 수지와의 양호한 접착을 부여하는 역할을 하며, 상기 상용화제로는 실란계 상용화제를 사용할 수 있다.

상기 유리섬유는　다기능성 수지 복합재 100 중량부에 대하여 약 5 중량부 내지 약 20 중량부로 포함될 수 있으며, 구체적으로는 약 5 중량부 내지 약 10 중량부로 포함될 수 있다. 　유리섬유가 상기 함량 범위 내로 포함되는 경우 수지 복합재의 우수한 강성, 전기전도성 및 EMI/RFI 차폐 특성을 구현할 수 있다.

(F) 기타 첨가제

상기 다기능성 수지 복합재는 각 용도에 따라 항균제, 열안정제, 산화방지제, 이형제, 광안정제, 계면활성제, 커플링제, 가소제, 혼화제, 안정제, 활제, 정전기방지제, 조색제, 방염제, 내후제, 착색제, 자외선 흡수제, 자외선 차단제, 핵 형성제, 접착 조제, 점착제 또는 이들의 조합의 첨가제를　더　포함할 수 있다.

상기 산화방지제로는 페놀형, 포스파이트(phosphite)형, 티오에테르형 또는 아민형 산화방지제를 사용할 수 있으며, 상기 이형제로는 불소 함유 중합체, 실리콘 오일, 스테아린산(stearic acid)의 금속염, 몬탄산(montanic acid)의 금속염, 몬탄산 에스테르 왁스 또는 폴리에틸렌 왁스를 사용할 수 있다. 　또한 상기 내후제로는 벤조페논형 또는 아민형 내후제를 사용할 수 있고, 상기 착색제로는 염료 또는 안료를 사용할 수 있다. 　또한 상기 자외선 차단제로는 이산화티타늄(TiO₂)　또는 카본블랙을 사용할 수 있고, 상기 핵 형성제로는 탈크 또는 클레이를 사용할 수 있다.　

상기 첨가제는 다기능성 수지 복합재 100 중량부에 대하여 약 0.1 중량부 내지 약 30 중량부로 포함될 수 있다. 　첨가제가 상기 범위 내로 포함되는 경우 각 용도에 따른 첨가제의 효과를 얻을 수 있다.

일 구현예에 따른 다기능성 수지 복합재의 표면저항은 약 10²　Ω/□ 이하일 수 있다.

일 구현예에 따른 다기능성 수지 복합재는　수지 조성물을 제조하는 공지의 방법으로 제조할 수 있다. 　예를 들면, 일 구현예에 따른 구성 성분과 기타 첨가제들을 동시에 혼합한 후에, 압출기 내에서 용융 압출하고 펠렛 형태로 제조할 수 있다. 　이와 같이 다기능성 수지 복합재의 제조 시, 열가소성 수지가 매트릭스를 이루고, 상기 매트릭스 내에 필러들, 즉, 니켈코팅 탄소섬유, 탄소나노튜브 및 무기물이 분산되어 있는 구조를 가질 수 있다.

다른 일 구현예에 따르면, 전술한 다기능성 수지 복합재를 성형하여 제조한 성형품을 제공한다.　　즉, 상기 다기능성 수지 복합재를 이용하여 사출 성형, 블로우 성형, 압출 성형, 열 성형 등의 여러 가지 공정에 의해 성형품을 제조할 수 있다. 　특히 우수한 강성, 전기전도성 및 EMI/RFI 차폐 특성이 요구되는 각종 전기전자 부품, 예를 들어 TV, PDP 등과 같은 디스플레이 장치, 컴퓨터, 휴대폰, 사무자동화 기기, 내부 프레임류 등의 다양한 성형품 제조에 유용하게 적용될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 　다만, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

일 구현예에 따른 다기능성 수지 복합재의 제조에 사용되는 각 구성 성분은 다음과 같다. 　

(A) 열가소성 수지

용융지수가 316℃, 1270g의 하중에서 48 내지 70 g/10min의 값을 가지는 폴리페닐렌설파이드 수지를 사용하였다.

(B) 니켈코팅 탄소섬유

직경이 7 ㎛이고 길이가 4 ㎜인 탄소섬유에 니켈이 0.25 ㎛의 두께로 코팅된 니켈코팅 탄소섬유를 사용하였으며, 이의 체적저항은 10^-4　Ω·m 이고 인장강도는 238 GPa 이다.

(B') 은코팅 유리섬유

17 ㎛ 직경의 유리섬유에 무전해도금법으로 0.3 내지 0.5 ㎛ 두께의 은이 코팅된 유리섬유를 사용하였다.

(C) 탄소나노튜브

직경이 9.5 ㎚이고 길이가 1.5 ㎛이고 순도가 90%인 다중벽 탄소나노튜브를 사용하였다.

(D) 무기물

(D-1) 니켈-철 합금류인 펌얼로이(permalloy)를 사용하였으며, 이의 체적저항은 10^-7　Ω·m 이며 상대투자율은 10,000 이다.

(D-2) 후쿠다금속박분공업사의 은 파우더를 사용하였다. 　상기 은 파우더는 체적저항이 10^-10　Ω·m 이고 상대투자율은　1 이하이다.

(E) 유리섬유

직경이 10 ㎛이고　길이가 3 mm인 유리섬유로서, 실란계 상용화제로 표면이 코팅된 유리섬유를 사용하였다.

실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 5

상기에서 언급된 구성 성분들을 이용하여 하기 표 1에 나타낸 조성으로 각 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 5에 따른　다기능성 수지 복합재를 제조하였다.

그 제조 방법으로는, 하기 표 1에 나타낸 조성으로 각 성분을 혼합하여 통상 의 이축 압출기와 사출기를 이용하여 물성 측정을 위한 시편을 제조하였다.

상기 제조된 시편을 이용하여 하기의 방법으로 물성을 측정한 후, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

(1) EMI 차폐율: 시편 두께 2.1T에서 ASTM D4935에 준하여 측정하였다.

(2) 표면저항: ASTM D4496에 준하여 측정하였다.

(3) 굴곡강도: 1/4" 시편 두께에서 ASTM D790에 준하여 측정하였다.

(4) IZOD 충격강도: 1/8" 시편 두께에서 ASTM D256에 준하여 측정하였다.

[표 1]

항목		실시예						비교예
항목		1	2	3	4	5	6	1	2	3	4	5
(A) 열가소성 수지(중량%)		70	51.5	69	65	64	76	75	70.5	54.5	70	70
(B) 니켈코팅 탄소섬유(중량%)		18.5	37	18.5	18.5	18.5	18.5	18.5	18.5	-	-	18.5
(B') 은코팅 유리섬유(중량%)		-	-	-	-	-	-	-	-	-	18.5	-
(C) 탄소나노튜브(중량%)		0.5	0.5	1.5	0.5	0.5	0.5	0.5	-	0.5	0.5	0.5
(D) 무기물	(D-1)(중량%)	5.0	5.0	5.0	10.0	5.0	5	-	5	5	5.0	-
(D) 무기물	(D-2)(중량%)	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	5
(E) 유리섬유(중량%)		6.0	6.0	6.0	6.0	12.0	-	6.0	6.0	40	6.0	6.0
EMI 차폐율(dB)		32	40	36	32	30	34	22	30	15	25	20
표면저항(Ω/□)		5.6×10¹	2.9×10⁰	2.1×10⁰	1.3×10¹	4.1×10²	5.3×10¹	7.4×10¹	9.2×10²	9.0×10⁷	8.5×10⁰	7.0 ×10¹
굴곡강도(GPa)		17	19	16	17	16	15	15	16	11	19	17
충격강도(J/m)		37	48	36	40	55	31	35	32	69	45	38

상기 표 1을 통하여, 일 구현예에 따라 열가소성 수지, 니켈코팅 탄소섬유, 탄소나노튜브 및 무기물을 모두 사용한 실시예 1 내지 6의 경우, 무기물을 사용하지 않은 비교예 1, 탄소나노튜브를 사용하지 않은 비교예 2, 니켈코팅 탄소섬유를 사용하지 않은 비교예 3, 니켈코팅 탄소섬유 대신 은코팅 유리섬유를 사용한 비교예 4, 그리고 상대투자율이 일 구현예에 따른 범위를 벗어난 무기물을 사용한 비교예 5의 경우와 비교하여, 강성, 전기전도성 및 EMI/RFI 차폐 특성이 모두 우수하게 나타남을 알 수 있다.

특히, 무기물을 사용하지 않은 비교예 1은 EMI/RFI 차폐 특성이 저하되며, 탄소나노튜브를 사용하지 않은 비교예 2는 전기전도성이 저하되며, 니켈코팅 탄소섬유를 사용하지 않은 비교예 3은 강성, 전기전도성 및 EMI/RFI 차폐 특성이 모두 저하되며, 니켈코팅 탄소섬유 대신 은코팅 유리섬유를 사용한 비교예 4와 상대투자율이 일 구현예에 따른 범위를 벗어난 무기물을 사용한 비교예 5는 EMI/RFI 차폐 특성이 저하됨을 확인할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.　　그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims

(A) 폴리페닐렌설파이드 수지;

(B) 니켈코팅 탄소섬유;

(C) 탄소나노튜브; 및

(D) 10^-3　Ω·m 이하의 체적저항 및 5000 이상의 상대투자율을 갖는 니켈-철 합금류를 포함하는 무기물

을 포함하는 수지 복합재.

　
제1항에 있어서,

상기 수지 복합재는 상기 폴리페닐렌설파이드 수지(A) 40 내지 80 중량%, 상기 니켈코팅 탄소섬유(B) 10 내지 40 중량%, 상기 탄소나노튜브(C) 0.1 내지 2 중량% 및 상기 니켈-철 합금류를 포함하는 무기물(D) 3 내지 20 중량%를 포함하는 것인 수지 복합재.

　
삭제
삭제
제1항에 있어서,

상기 니켈코팅 탄소섬유(B)는 5 내지 12 ㎛의 직경과 3 내지 12 ㎜의 길이를 가진 탄소섬유를 포함하는 것인 수지 복합재.

　
제1항에 있어서,

상기 니켈코팅 탄소섬유(B)는 니켈이 탄소섬유에 0.01 내지 1 ㎛의 두께로 코팅된 것인 수지 복합재.

　
제1항에 있어서,

상기 니켈코팅 탄소섬유(B)는 10^-4　Ω·m 이하의 체적저항 및 200 GPa 이상의 인장강도를 갖는 것인 수지 복합재.

　
제1항에 있어서,

상기 탄소나노튜브(C)는 1 내지 50 ㎚의 직경 및 10 ㎚ 내지 20 ㎛의 길이를 갖는 것인 수지 복합재.

　
삭제
제1항에 있어서,

상기 니켈-철 합금류를 포함하는 무기물(D)은 뮤메탈(Mu-metal), 펌얼로이(Permalloy) 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 수지 복합재.

　
제1항에 있어서,

상기 수지 복합재는 상기 수지 복합재 100 중량부에 대하여 (E) 유리섬유 5 내지 20 중량부를 더 포함하는 것인 수지 복합재.

　
제11항에 있어서,

상기 유리섬유(E)는 8 내지 15 ㎛의 직경 및 2 내지 12 mm의 길이를 갖는 것인 수지 복합재.

　
제1항에 있어서,

상기 수지 복합재는 항균제, 열안정제, 산화방지제, 이형제, 광안정제, 계면활성제, 커플링제, 가소제, 혼화제, 안정제, 활제, 정전기방지제, 조색제, 방염제, 내후제, 착색제, 자외선 흡수제, 자외선 차단제, 핵 형성제, 접착 조제, 점착제 또는 이들의 조합의 첨가제를 더 포함하는 것인 수지 복합재.

　
제1항, 제2항, 제5항 내지 제8항, 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항의 수지 복합재를 이용하여 제조된 성형품.