KR101384250B1 - 이종 소재를 이용한 플렉시블 자성 시트 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자기 특성이 서로 다른 단일의 자성재료를 각각 개별적으로 단일층의 원단시트로 형성한 후, 이를 원하는 비율로 복합화하여 적층함으로써 복층화한 자성시트를 제조하여 전자기 특성이 서로 다른 각각의 자성재료의 전자기 특성을 상호 보완할 수 있는 플렉시블(Flexible) 복합 자성시트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

이종 소재를 이용한 플렉시블 자성 시트 및 이의 제조 방법{Magnetic flexible sheet with dual materials and the method for manufacturing the same}
본 발명은 각종 디지털 전자기기에 사용되는 플렉시블(Flexible) 박형 자성 시트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 근거리 무선통신(NFC), 디지타이저(Digitizer) 및 무선충전(WPC)에 적용할 수 있는, 가공이 용이하며 전자기 특성을 조절가능한 플렉시블(Flexible) 박형 자성 시트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 이동 정보통신의 발달에 따라 스마트기기 등 모바일 기기의 어플리케이션이 다양화되고 있다. 실례로 모바일 기기의 근거리 무선통신(NFC : Near Field Communication)에 의한 결제 방식이 보급 확산되고 있으며, 터치스크린에 직접 필기가 가능한 디지타이저(Digitizer) 기능이 특화되고 있다. 또한 기존의 모바일 기기의 유선충전방식에서 전자기 유도방식에 의한 무선 충전(WPC: Wireless Power Charge)방식이 채택된 모바일 기기가 출시되고 있다.
이러한 근거리 무선통신(NFC), 디지타이저(Digitizer) 및 무선충전(WPC) 기능에 필요한 소재는 박형이고 가공이 용이한 플렉시블(Flexible)한 물성이 요구되고 있으며 또한 다양한 전자기적 특성을 요구하고 있다.
이러한 모바일 기기 등에서 사용되는 안테나 코일의 부근에 금속체 또는 금속성분이 존재하면 전자기파의 송수신시에 안테나 코일의 주위에 발생한 자장의 자력선이 도전체 표면에 평행하게 형성되어，도전체 표면에 와전류를 발생시켜 저항에 의한 손실이 생긴다. 또한，공진 주파수가 시프트 하는 것에 의하여， 통신 주파수로의 자장이 크게 감쇠하고 통신 거리가 현저하게 짧아지는 현상도 동시에 발생한다. 이러한 현상을 개선하기 위한 방법으로서 안테나와 금속프레임 또는 도전 재료와의 사이에 자성 시트를 배치하고 있다.
상기 모바일 기기는 사용조건에 따라 적절한 물성을 갖는 자성소재가 사용되어야 한다.
일반적으로 적용될 수 있는 자성소재의 종류는 금속계 자성분말, 산화물계 자성분말 등으로 구분될 수 있으며, 이들은 바인더, 열안정제, 가소제 등을 추가로 포함하여 필름형태로 적층되어 시트로 제조된다.
상기 자성소재의 재료로서 금속계 자성분말은 Fe-Ni계, Fe-Co계, Fe-Cr계, Fe-Si계, Fe-Al계, Fe-Si-Cr계, Fe-Cr-Al계, Fe-Si-Al계, Fe-B-Si계, Co-Fe-Ni-Si-Fe-B계 등이 사용가능하며, 산화물계 자성분말로는 페라이트가 사용될 수 있고, 그 종류로서 ZnFe2O4, MnFe2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, CuFe2O4, Fe3O4, Cu-Zn-페라이트, Mn-Zn-페라이트, Ni-Zn-페라이트, Ba2Co2Fe12O22, Ba2Ni2Fe12O22, Ba2Zn2Fe12O22, Ba2Mn2Fe12O22, Ba2Mg2Fe12O22, Ba2Cu2Fe12O22, Ba3Co2Fe24O41, BaFe12O19, SrFe12O19 등이 사용가능하다.
그러나, 기존의 페라이트(Ferrite) 등 세라믹 자성소재는 전자기 특성은 우수하지만 박형으로 제조하는데 공정상 어려움이 있고 또한 소재특성상 플렉시블(Flexible)한 특성을 얻기 힘들다.
이러한 요구 조건을 맞추기 위해 바인더 등의 수지에 금속 자성 분말을 혼합하여 시트(sheet)상으로 제조한 자성 소재가 자성 시트로 활용될 수 있다. 보통 이러한 자성 시트에 사용되는 금속 자성 분말은 Fe-Si-Cr 합금, Fe-Si-Al 합금, FeSi합금 등의 여러 가지 자성 재료를 사용하고 있다.
일반적으로 금속 자성 분말을 포함하는 플렉시블한 자성 시트를 제조하는 방법은 도 1에 기재된 바와 같이, 연자성 금속 분말을 편평상 입자로 제조하고, 상기 편평상의 연자성 금속 분말을 바인더와 혼합하여 복합 조성물을 제조한 후에, 복합 조성물을 내열성 이형 필름상에 도포하여 경화시켜 필름을 형성하고 상기 필름으로부터 이형 필름을 제거하여 얻어진 원단을 두께에 맞게 적층하고 일정한 온도, 압력으로 가압 성형하여 자성 시트를 제조하는 공정을 포함한다.
상기 금속 자성분말을 이용하여 자성시트를 제조하는 종래 기술로서, 공개특허공보 제10-2009-0095191(2009. 9.9 공개)에서는 연자성 금속 분말 및 열가소성 고분자 수지와 폴리아미드-러버 블록 공중합체로 이루어진 고분자 수지를 포함하는 전자파 흡수체를 이용하여 연자성 금속 분말의 함량을 최대로 증가시키고, 단층 필름 형태로 형성한 전자파 흡수 필름에 관한 기술이 기재되어 있고, 또한 일본공개특허공보 제2003-193103호(2003. 7. 9공개)에서는 연자성 금속의 분말으로서 평균 입경 3 um이하의 미분말을 사용하며, 상기 분말의 충전율이 5∼25 용적%의 범위에 있고, 시트의 두께가 0.5∼1.5mm의 범위에 있도록 함에 의해 넓은 영역에 걸쳐 높은 전자파 흡수능을 가지는 전자파 흡수체에 관한 기술에 관해 기재되어 있다.
상기 종래 기술을 포함하는 자성 시트의 경우 도 2에 게재된 바와 같이, 단일 성분의 금속 자성 분말을 포함하는 단일 원단시트층(100)이 단층으로 형성되거 나 또는 복수의 층으로 적층됨으로써 자성 시트층을 형성하게 된다.
한편, 금속 자성 시트는 페라이트에 비해 전자기 특성이 떨어진다는 문제점이 있으며, 근거리 무선통신(NFC), 디지타이저(Digitizer) 및 무선충전(WPC)에서 요구하는 특성을 동시에 만족하기 어려워 사용자가 원하는 전자기적 특성을 구현하기가 어려운 단점이 있다.
예를 들면, 보다 박형이고 응답속도가 빠른 디지타이저 기능을 위해서는 투자율(Permeability)이 높은 특성이 요구되며, 근거리무선통신(NFC)의 인식거리를 증가시키기 위해서는 Loss가 적은 특성이 요구되고, 무선충전(WPC) 의 충전효율을 높이기 위해서는 고투자율 특성 외에 포화자속 밀도(Saturation Magnetic Flux Density)가 높아야 한다. 그러나 이러한 조건을 모두 만족시키기 위해서는 한가지 소재로만은 어려울 뿐만 아니라 용도에 맞는 소재를 각각 별도로 제조하기 위해 많은 비용과 노력이 필요하다.
따라서 아직까지도 상기 근거리 무선통신(NFC), 디지타이저(Digitizer) 및 무선충전(WPC)와 같은 전자부품의 다기능화에 따라 요구되는 특성을 원하는 대로 충족시켜줄 수 있도록 구현할 수 있는 자성 시트의 개발에 관한 필요성이 지속적으로 요구되고 있다.
1. 공개특허공보 제10-2009-0095191(2009. 9.9 공개) 2. 일본공개특허공보 제2003-193103호(2003. 7. 9공개)
따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 전자기 특성이 서로 다른 단일의 자성재료를 각각 개별적으로 단일층의 원단시트층으로 형성한 후, 이를 원하는 비율로 복합화하여 적층함으로써 복층화한 복합 자성시트를 제조하여 전자기 특성이 서로 다른 각각의 자성재료의 전자기 특성을 상호 보완할 수 있는 플렉시블(Flexible) 복합 자성시트 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 전자기 특성이 서로 다른 자성재료를 혼합하여 이를 단일층의 복합 원단시트층으로 형성한 후, 앞서 개별적으로 형성된 단일성분을 갖는 원단시트층과 함께 복층화하여 자성시트를 제조함으로써 전자기 특성이 서로 다른 각각의 자성재료의 전자기 특성을 상호 보완할 수 있는 플렉시블(Flexible) 복합 자성시트 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 제1 연자성 금속 분말을 포함하는, 적어도 하나의 제1 원단시트층; 및, 상기 제1 연자성 금속 분말과는 상이한 전자기 특성을 가진 제2 연자성 금속 분말을 포함하는, 적어도 하나의 제2 원단시트층;을 포함하는 복합 자성 시트를 제공한다.
또한 본 발명의 복합 자성 시트는 상기 제1 연자성 금속 분말 및 제1 연자성 금속 분말과는 상이한 전자기 특성을 가진 제2 연자성 금속 분말을 함께 포함하며, 상기 제1 연자성 금속 분말 및 상기 제2 연자성 금속 분말의 함량비는 95:5 내지 5:95의 비율을 갖는 복합 원단시트층;을 추가로 포함할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 복합 자성시트는 사용용도에 따라 총 2 내지 15의 층(layer)으로 형성되며, 상기 제1 원단시트층과 제2 원단시트층의 두께는 50 내지 150 um이고, 상기 제1 원단시트층과 제2 원단시트층은 교대로, 또는 순서에 관계없이 적층되되, 상기 제1 원단시트층과 제2 원단시트층의 적층 비율을 조절함으로써, 자성시트의 전기적 특성이 조절될 수 있다.
일 실시예로서, 상기 제1 연자성 금속 분말은 제2 연자성 금속 분말에 비해 투자율이 낮으며, 포화자속밀도가 높은 전자기 특성을 가질 수 있다.
일 실시예로서, 상기 제1 연자성 금속 분말은 Fe-Si-Cr계 자성 분말이며, 제2 연자성 금속 분말은 Fe-Si-Al계 자성 분말일 수 있다.
본 발명은 또한, 제1 연자성 금속 분말을 포함하는 제1 원단시트층을 제조하는 단계; 상기 제1 연자성 금속 분말과는 상이한 전자기 특성을 가진 제2 연자성 금속 분말을 포함하는 제2 원단시트층을 제조하는 단계; 상기 제1 원단시트층 및 제2 원단시트층을 각각 적어도 1층 이상을 적층하되, 상기 제1 원단시트층 및 제2 원단시트층은 교대로 또는 순서에 상관없이 적층하여 2 내지 15층의 적층체를 형성하는 단계; 및 상기 적층체를 가열 및 압력을 가하여 하나의 시트로 성형하는 단계;를 포함하는 복합 자성 시트의 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명의 복합 자성 시트의 제조 방법은 상기 제1 연자성 금속 분말 및 제1 연자성 금속 분말과는 상이한 전자기 특성을 가진 제2 연자성 금속 분말을 함께 포함하며, 상기 제1 연자성 금속 분말 및 상기 제2 연자성 금속 분말의 함량비는 95:5 내지 5:95의 비율을 갖는 복합 원단시트층을 추가로 제조하고, 상기 복합 원단시트층은 상기 적층체를 형성하는 단계에서 적어도 1층 이상이 적층되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예로서, 상기 제1 원단시트층, 제2 원단시트층 및 복합 원단시트층은 각각 1) 평균입경 20 내지 100um, 바람직하게는 30 내지 70 μm의 연자성 금속 분말을 두께가 0.5∼2 μm 이고 평균입경이 40 내지 60 μm의 편평상 입자로 제조하는 단계; 2) 상기 편평상의 연자성 금속 분말을 우레탄수지, 실리콘고무, NBR, SBR 또는 고무 계통의 유기 바인더와 혼합하여 복합 조성물을 제조하는 단계; 3) 상기 제조된 복합 조성물을 콤마코터에서 내열성의 이형제가 도포된 PET 필름상에 도포하고 경화, 건조함으로써, 50 내지 150μm 두께의 원단시트층을 포함하는 PET 필름을 제조하는 단계; 및 4) 상기 3)단계에서 제조된, 원단시트층을 포함하는 PET 필름으로부터 PET 필름을 제거함으로써 상기 제1 원단시트층, 제2 원단시트층 또는 복합 원단시트층을 제조하는 단계;를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다.
본 발명에서 제공하는 플렉시블(Flexible) 복합 자성시트는 서로 상이한 전자기 특성을 가진 연자성 금속 분말을 포함하는 각각의 층을 포함함으로써, 전자기적 특성을 조절할 수 있는 장점이 있다. 예컨대, 투자율이 낮으면서 포화자속밀도가 높은 Fe-Si-Cr계 자성 시트에 투자율이 높으면서 포화자속밀도가 상대적으로 낮은 Fe-Si-Al계 자성 시트를 적절히 결합하여 적층함으로써 전자기적 특성이 사용자가 원하는 정도로 조절된 자성시트를 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명의 복합 자성시트는 전자기 특성이 서로 다른 자성재료를 혼합하고 이를 단일층으로 형성한 복합 원단시트층을 포함함으로써, 자성시트의 전자기 특성을 더욱 미세하게 조절할 수 있어, 근거리무선통신(NFC), 무선충전(WPC), 디지타이저(Digitizer)용의 특성을 함께 만족시키는 자성시트를 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 단일 자성시트의 적층 방법 개략도이다.
도 2는 종래의 단일 자성시트의 단면 개략도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합자성시트의 단면 개략도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 복합자성시트의 단면 개략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 복합 자성 시트 및 이의 제조방법을 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
본 발명에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명은 상술한 바와 같이 제1 연자성 금속 분말을 포함하는, 적어도 하나의 제1 원단시트층; 및, 상기 제1 연자성 금속 분말과는 상이한 전자기 특성을 가진 제2 연자성 금속 분말을 포함하는, 적어도 하나의 제2 원단시트층;을 포함하는 복합 자성 시트를 제공한다.
도 3에서는 본 발명에 따른 복합 자성시트의 적층 구조를 개략적으로 나타내었다. 이를 보다 구체적으로 살펴 보면, 제1 연자성 금속 분말을 포함하는, 적어도 하나의 제1 원단시트층(100)과 제1 연자성 금속 분말과는 상이한 전자기 특성을 가진 제2 연자성 금속 분말을 포함하는, 적어도 하나의 제2 원단시트층(200)이 교대로 적층되어 있는 것을 볼 수 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 상기 연자성 금속 분말의 소재로는 몰리브덴 퍼멀로이(Mo-permalloy), 퍼멀로이(Permalloy), Fe-Si-Al 계 합금, Fe-Si-Cr 계 합금, Fe-Si 계 합금 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 제1 연자성 금속 분말 및 제1 연자성 금속 분말은 판상형, 구형, 침상형, 사각형, 육각형 등의 다양한 형상입자의 형태를 사용할 수도 있으나, 바람직하게는 판상형을 사용할 수 있다.
상기 제1 연자성 금속 분말 및 제2 연자성 금속 분말은 평균입경 20 내지 100um, 바람직하게는 30 내지 70 μm의 금속 자성 분말을 두께가 0.1 내지 5 um, 바람직하게는 0.5∼2 μm 이고 평균입경이 20 내지 100 um, 바람직하게는 40 내지 60μm의 판상형(편평상) 입자로 변환하여 상기 제1 또는 제2 원단시트층을 제조할 수 있다.
상기 판상형(편평상) 입자로 변환하기 위해서 괴상 금속 자성 분말을 아트리션밀, 볼밀, 펄밀 등의 설비를 이용할 수 있다.
또한 본 발명에서 상기 제1 연자성 금속 분말과 제2 연자성 금속 분말은 서로 전자기적 특성이 다른 것이면 어느 것이나 적용할 수 있으며, 이에 해당하는 전자기적 특성은 바람직하게는 투자율과 포화자속밀도가 될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 연자성 금속 분말은 제2 연자성 금속 분말에 비해 투자율이 낮으며, 포화자속밀도가 높은 전자기 특성을 가질 수 있고, 제2 연자성 금속 분말은 이에 대응하여 상기 제1 연자성 금속 분말보다 투자율이 높으며, 포화자속밀도는 낮은 값을 가지게 된다. 따라서, 본 발명의 복합 자성시트는 제1 연자성 금속 분말의 특성과 제2 연자성 금속 분말의 특성을 모두 함유한 전자기적 특성을 가질 수 있어, 사용자가 원하는 대로 전자기적 특성을 조절할 수 있다.
구체적인 예로서, 상기 제1 연자성 금속 분말은 Fe-Si-Cr계 자성 분말이며, 제2 연자성 금속 분말은 Fe-Si-Al계 자성 분말일 수 있다.
이 경우에, 상기 Fe-Si-Cr계 자성체만으로 구성된 원단시트층은 포화자속밀도가 높고 Loss가 낮은 장점이 있지만 투자율이 낮게 되어 NFC용도는 충족하지만, 디지타이저(Digitizer)용도나 무선충전(WPC)용으로는 부적합한 특성을 갖게 된다.
반면, Fe-Si-Al계 자성체만으로 구성된 원단시트층은 투자율은 높게 되어 Digitizer용으로 많이 적용할 수 있으나 포화자속밀도가 낮고 Loss가 높게 되어 근거리 무선통신(NFC)용으로는 부적합한 특성을 가지게 된다.
그러나 본 발명과 같이 상기 Fe-Si-Cr계 자성체로 구성된 원단시트층과 Fe-Si-Al계 자성체로 구성된 원단시트층을 복수로 구비한 자성 시트의 경우 상기 전자기적 특성값을 상호 보완하는 수치로 조절이 가능함으로써, NFC용도와 디지타이저(Digitizer)용도, 또는 무선충전(WPC)용도를 모두 적절한 수준에서 충족시킬 수 있게 되는 것이다.
본 발명에서 상기 복합 자성시트는 사용용도에 따라 총 2 내지 30개의 개별 층에 의해 형성될 수 있고, 바람직하게는 2 내지 15개의 개별층에 의해 형성될 수 있다. 이 경우 각각의 개별층은 상기 제1 원단시트층과 제2 원단시트층에서 선택되는 어느 하나로 구성될 수 있다.
상기 제1 원단시트층과 제2 원단시트층은 교대로 적층하거나, 또는 순서에 관계없이 적층되되, 상기 제1 원단시트층과 제2 원단시트층의 적층 비율을 조절함으로써, 자성시트의 전기적 특성이 조절될 수 있다.
만약 상기 제1 원단시트층 또는 제2 원단시트층중에 어느 하나가 더 많은 경우에 상기 '교대로 적층'의 의미는 상기 제1 원단시트층 또는 제2 원단시트층이 동일한 숫자에 해당하는 만큼만을 교대로 적층한다는 의미로 받아들여져야 할 것이다.
본 발명에서, 상기 개별층인 제1 원단시트층 또는 제2 원단시트층의 두께는 30 내지 300 um, 바람직하게는 50 내지 150 um의 범위를 가질 수 있다.
상기 제1 원단시트층 및 제2 원단시트층은 상기 바인더와 자성분말의 혼합물 100 중량부에 대하여 자성 금속 분말 30 내지 95 중량부와, 바인더로서 우레탄수지, 실리콘고무, NBR, SBR, 또는 합성고무, 천연고무 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 고무 계통의 유기 바인더 5 내지 70 중량부로 이루어질 수 있다.
또한, 추가 성분으로서 열안정제, 가소제 및 활제에서 선택되는 어느 하나 이상을 상기 바인더와 자성분말의 혼합물 100 중량부에 대하여 각각 1 내지 10 중량부로서 포함할 수 있으며, 또한 열전도도가 우수한 그래핀, 카본나노튜브 및 그래파이트 등을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 자성 금속 분말은 전체 중량 대비 30 내지 95 중량부를 가질 수 있는데, 상기 자성분말이 30 중량부 미만이면 상기 자성 분말의 첨가효과가 미미하여 전자기적 기능이 저하되고, 95 중량부를 초과하면 지나치게 경도가 높아 쉽게 부러지기 때문에 상기 범위내의 함량을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 복합 시트를 제조함에 있어서 공정의 용이성 및 복합 시트의 안정성 등을 고려하여 통상의 첨가제를 추가할 수 있다. 그 일예로서는 열안정제, 가소제 및 활제로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 첨가제를 사용할 수 있다.
상기 첨가제 중 열안정제는 많은 열을 동반하는 제조공정 중 고무 또는 합성수지의 열적 안정성을 유지하는 첨가제로써, 상기 바인더와 자성분말의 혼합물 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 열안정제의 함량이 1 중량부 미만이면 열적 안정성을 유지하기에 충분하지 못하며, 10 중량부를 초과하면 자성 금속 분말간의 거리를 너무 이격시키게 되므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 가소제는 고무 등에 첨가되어 유리전이온도를 낮추고 결정화도 및 녹는점을 감소시켜 고무를 부드럽게 하는 첨가제로써, 상기 바인더와 자성분말의 혼합물 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 가소제의 함량이 1 중량부 미만이면 가소화 효율이 저하가 되어 고무 등을 부드럽게 하지 못하고, 10 중량부를 초과하면 고무를 가소화하고 남은 가소제가 상기 자성 금속 분말과 상호간에 접착되는 현상이 발생할 수 있다.
또한, 활제는 생산성 및 가공성을 증가시키며 안정제의 안정화 효율을 증가시키는 역할을 하는 첨가제로써 상기 바인더와 자성분말의 혼합물 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 복합 자성 시트는 상기 제1 연자성 금속 분말 및 제1 연자성 금속 분말과는 상이한 전자기 특성을 가진 제2 연자성 금속 분말을 함께 포함하며, 상기 제1 연자성 금속 분말 및 상기 제2 연자성 금속 분말의 함량비는 95:5 내지 5:95의 비율을 갖는 복합 원단시트층;을 추가로 포함할 수 있다.
상기 복합 원단 시트층은 제1 원단시트층과 제2 원단시트층의 사이에 추가될 수 있고, 또한 상기 제1 원단시트층 또는 제2 원단시트층의 바깥쪽 면에 독립적으로 추가될 수있다.
도 4에서는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 복합 자성 시트가 포함된 적층 구조를 나타내었다. 이를 구체적으로 살펴 보면, 도 4에서는 제2 연자성 금속 분말을 포함하는 제2 원단시트층(200)상에 상기 제2 연자성 금속 분말과는 상이한 전자기 특성을 가진 제1 연자성 금속 분말을 포함하는 제1 원단시트층(100)이 형성되어 있고, 이에 상기 복합 원단시트층(300)이 형성되며, 이에 상기 제2 원단시트층(200)이 구비된 복합 자성 시트층을 나타내고 있다.
상기 복합 원단시트층에 포함되는 제1 연자성 금속 분말과 제2 연자성 금속 분말 중량(wt%)의 함량비는 95:5 내지 5:95의 비율을 가질 수 있다. 상기 자성 금속 분말 중 어느 하나가 5 wt% 이하가 되거나 또는 95wt% 이상이 되는 경우에 한쪽 성분의 효과가 너무 작아지거나 또는 월등히 크게 되어 복합 원단 시트층의 물성이 어느 한쪽으로 치우치게 되어 바람직하지 않는 결과를 나타낼 수 있다.
상기 복합 원단 시트층에 사용되는 제1 연자성 금속 분말과 제2 연자성 금속 분말도 앞서 기재된 바와 마찬가지로, 상기 제1 연자성 금속 분말 및 제2 연자성 금속 분말은 평균입경이 20 내지 100um, 바람직하게는 30 내지 70 μm의 금속 분말을 두께가 0.1 내지 5 um, 바람직하게는 0.5∼2 μm 이고 평균입경이 20 내지 100 um, 바람직하게는 40 내지 60μm의 편평상 입자로 변환하여 상기 복합 원단시트층을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 제1 연자성 금속 분말을 포함하는 제1 원단시트층을 제조하는 단계; 상기 제1 연자성 금속 분말과는 상이한 전자기 특성을 가진 제2 연자성 금속 분말을 포함하는 제2 원단시트층을 제조하는 단계; 상기 제1 원단시트층 및 제2 원단시트층을 각각 적어도 1층 이상을 적층하되, 상기 제1 원단시트층 및 제2 원단시트층은 교대로 또는 순서에 상관없이 적층하여 2 내지 15층의 적층체를 형성하는 단계; 및 상기 적층체를 가열 및 압력을 가하여 하나의 복합 자성 시트로 성형하는 단계;를 포함하는 복합 자성 시트의 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 제1 연자성 금속 분말 및 제1 연자성 금속 분말과는 상이한 전자기 특성을 가진 제2 연자성 금속 분말을 함께 포함하며, 상기 제1 연자성 금속 분말 및 상기 제2 연자성 금속 분말의 함량비는 95:5 내지 5:95의 비율을 갖는 복합 원단시트층을 제조하는 단계;을 추가로 포함하며, 상기 복합 원단시트층은 상기 적층체를 형성하는 단계에서 적어도 1층 이상이 적층되는 것을 특징으로 하는 복합 자성 시트의 제조 방법을 제공한다.
상기 제1 연자성 금속 분말 및 제2 연자성 금속 분말과 제1 원단시트층, 제2 원단시트층과 복합 원단시트층의 구성성분은 앞서 기재한 바와 동일하며, 상기 각각의 원단시트층은 도 1에 기재된 종래의 자성시트를 제조하는 방법과 동일한 공정에 의해 제조될 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 원단시트층 및 제2 원단시트층 및 복합 원단시트층은 각각 1) 평균입경 20 내지 100um, 바람직하게는 30 내지 70 μm의 금속 자성 분말을 두께가 0.1 내지 5 um, 바람직하게는 0.5∼2 μm 이고 평균입경이 20 내지 100 um, 바람직하게는 40 내지 60μm의 판상형(편평상) 입자로 제조하는 단계; 2) 상기 편평상의 연자성 금속 분말을 우레탄수지, 실리콘고무, NBR, SBR 또는 고무 계통의 유기 바인더와 혼합하여 복합 조성물을 제조하는 단계; 3) 상기 제조된 복합 조성물을 콤마코터에서 내열성의 이형제가 도포된 PET 필름상에 도포하고 경화, 건조함으로써, 50 내지 150μm 두께의 원단시트층을 포함하는 PET 필름을 제조하는 단계; 및 4) 상기 3)단계에서 제조된, 원단시트층을 포함하는 PET 필름으로부터 PET 필름을 제거함으로써 상기 제1 원단시트층, 제2 원단시트층 또는 복합 원단시트층을 제조하는 단계;를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다.
상기 1) 단계인 자성 금속분말을 편평상 입자로 제조하는 단계는 통상적으로, 괴상 금속 자성 분말을 아트리션밀, 볼밀, 펄밀 등의 설비를 이용하여 편평상 입자로 제조할 수 있다.
본 발명에서 상기 제1 연자성 금속 분말과 제2 연자성 금속 분말은 서로 전자기적 특성이 다른 것이면 어느 것이나 적용할 수 있으며, 이에 해당하는 전자기적 특성은 바람직하게는 투자율과 포화자속밀도가 될 수 있다.
상기 2) 단계는 연자성 금속 자성 분말을 유기 바인더와 혼합하여 복합조성물을 제조하는 단계이다. 사용되는 유기바인더의 종류로서는 우레탄수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 실리콘고무, NBR, SBR 또는 고무 계통의 유기 바인더가 사용될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
이 단계에서 필요에 따라, 용매 또는 경화제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 3) 단계는 종래 기술에서 사용되는 통상의 방법을 이용하여 원단시트층을 제조할 수 있다. 예를 들어, 상기 제조된 액상의 복합조성물을 콤마코터에서 내열성의 이형제가 도포된 PET 필름상에 일정 두께로 도포하고 건조하여 경화된 원단시트층을 제조할 수 있다.
상기 원단시트층의 두께는 상기 복합 조성물의 함량에 따라 조절될 수 있으며, 30 내지 300 um, 바람직하게는 50 내지 150 um의 두께로 조절될 수 있다.
또한 상기 건조단계는 건조기에 의해 50 - 150℃의 온도에서 10분 - 5시간, 바람직하게는 20분 내지 2시간 정도로 건조하며, 필요에 따라 열풍건조를 진행할 수 있다.
한편, 본 발명에서 상기 제1 원단시트층 및 제2 원단시트층에 의해 형성된 적층체를 가열 및 압력을 가하여 하나의 복합 자성 시트로 성형하는 단계는 얻어진 원단 시트층을 개별적으로 여러장 적층하고, 이를 가열 프레스에서 80 내지 200도, 바람직하게는 100 내지 180도에서 가열, 압축함으로써 복합 자성 시트를 제조할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 복합 자성 시트로 성형하는 단계는 적층되어진 각각의 원단시트를 압착틀에 삽입하고, 상기 압착틀을 100 ∼ 180도 및 100 ∼ 180 Kgf/㎠로 10 내지 60분간 가열 및 가압하여 압착틀 내부의 적층된 원단시트층을 하나의 자성 시트로 융착되게 하는 가열압착공정에 의해 복합 자성 시트를 제조할 수 있다.
한편, 상기 가열 및 가압에 의해 고밀도화된 자성 시트의 팽창을 방지하여 자성 시트의 형상이 변화되지 않도록 가압상태에서 냉각하여 고밀도의 자성 복합시트를 제조할 수 있다.
상기 가압상태의 냉각 조건은 가압 가열공정의 압력조건과 동일하게 설정할 수 있고, 냉각 수단은 냉각수, 또는 냉풍에 의해 상기 압착틀을 냉각시킬 수 있다. 또한 상기 냉각은 압착틀내에서 이루어지지 않고 별도의 독립된 냉각 압착수단을 구비함으로써 이루어질 수 있다.
이하 본 발명에 따른 복합 자성 시트의 제조방법을 바람직한 일 실시예를 통해 설명하고자 한다.
실시예
본 발명에 따른 NFC, WPC, Digitizer용 시트의 제조방법의 바람직한 실시 예에서는, Fe-Si-Cr 연자성 금속 분말과 Fe-Si-Al 연자성 금속 분말을 사용하여 각각의 원단시트층을 제조하여 본 발명의 복합 자성시트를 제작하였다.
상기 연자성 금속 분말은 상업적으로 구매 가능한 30 내지 70 μm의 Fe-Si-Cr 연자성 금속 분말과 Fe-Si-Al 연자성 금속 분말을 각각 아트라이터를 이용하여 두께가 0.5∼2 μm 이고 평균입경이 43 μm의 판상형 입자로 제조하고, 이를 우레탄수지와 고무계 바인더로 이루어진 유기 바인더와 동량비로 혼합하여 복합 조성물을 제조하였고, 이를 이형제가 도포된 PET 필름상에 도포하고, 85도에서 30분 내지 60분 정도 건조함으로써, 70 μm 두께의 원단시트층을 포함하는 PET 필름을 제조하였다.
상기 PET 필름을 제거하고 각각의 원단 시트층을 개별적으로 적층하되 각각의 층을 표 1에서와 같이, Fe-Si-Cr계와 Fe-Si-Al 계를 적층하되 하나의 성분을 0 내지 6층으로 적층하고 나머지 성분을 6층 내지 0층으로 적층하여 이를 압착틀에 삽입하고, 상기 압착틀을 140도 및 130 Kgf/㎠로 30분간 가열 및 가압하였다.
또한 고밀도화된 자성 시트의 팽창을 방지하기 위해 130 Kgf/㎠ 의 가압상태에서 냉각하여 총 6층의 원단시트층으로 이루어진 복합 자성시트를 제조하였다.
얻어진 복합 자성 시트는 200 ㎛의 두께를 가지며, 이의 투자율(μ'), 포화자속밀도(Ms), 밀도를 측정하여 표 1에 상기 특성 자료를 나타내었다.
여기서, 상기 투자율은 금속자성 복합 시트를 내경 3mm, 외경 7mm로 가공하여 측정치구에 넣고, 임피던스 분석기(Agilent E4991A)로 1MHz부터 1GHz의 범위에서 측정하여 13.56MHz에서의 투자율을 기록하였다. 밀도는 아르키메데스 원리를 이용하여 수중 무게와 공기 중 무게를 측정하여 계산하였다. 포화자속 밀도는 진동시료형자력계(ＶＳＭ、인가자계３９８ｋＡ／ｍ）을 이용하여 측정하였다. 표 1에는 본 발명의 실시예를 나타내었다.
Figure 112012090533131-pat00001
※Total 두께 : 200㎛ (70㎛로 Coating된 제품을 6장씩 적층)
상기 표 1을 살펴보면, 비교예 1에서 Fe-Si-Al 연자성 금속 재료를 사용하여 제조한 복합자성시트의 투자율은 110으로 높은 값을 나타내고 있지만 반면에 포화자속 밀도는 720mT으로 낮다. 한편 비교예 2는 Fe-Si-Cr 연자성 금속 재료를 사용하여 제조한 복합자성시트로 포화자속 밀도가 800mT로 높은 반면에 투자율은 48로 낮게 나타남을 볼 수 있다.
실시예 1-1 부터 실시예 1-5에서는 상기 개별의 원단시트층의 적층수에 따라서 투자율 및 포화자속밀도가 변화하는 것을 나타내고 있다. 따라서 본 발명에서의 서로 다른 특성을 갖는 원단시트층을 적층하여 복합 자성시트층을 형성하는 경우 전자기 특성을 조절할 수 있어 각소재의 단점을 보완 향상 시킬 수 있음을 확인하였다.
표 2에서는 본 발명에서 상기 Fe-Si-Cr 연자성 금속 분말과 Fe-Si-Al 연자성 금속 분말을 각각 아트라이터를 이용하여 판상형 입자로 제조하고, 이를 80:20, 60:40, 40:60 및 20:80의 비율로 각각 혼합한 혼합 자성금속 분말을 각각 상기 우레탄수지와 고무계 바인더로 이루어진 유기 바인더와 동량비로 혼합하여 상기 비교예 1과 같이 복합 자성시트를 제조한 경우에 전자기적 특성 자료를 나타내었다.
Figure 112012090533131-pat00002
상기 표 2를 살펴보면, 실시예 2-1로부터 2-4로 Fe-Si-Al 연자성 금속 분말과 Fe-Si-Cr 연자성 금속 분말의 함량비를 변화시켜 감에 따라, 투자율은 낮아지고 포화자속밀도는 높아지는 결과를 보여주고 있다.
표 3에서는 본 발명에서 상기 실시예 1-1 내지 실시예 1-5 및 비교예 1, 2에서 선택되는 6층으로 이루어진 원단시트층과 실시예 2-1 내지 실시예 2-4중에서 선택되는 한층으로 이루어진 복합 원단시트층을 적층하되 상기 복합 원단시트층을 가운데 층으로 적층하여 제조한 자성시트의 전자기적 특성 자료를 나타내었다.
Figure 112012090533131-pat00003
※ A는 6층의 원단시트층 적층, B는 1층의 복합 원단시트층 적층
상기 표 3의 결과를 살펴보면, 상기 투자율과 포화 자속밀도를 복합 자성시트 내의 제1 원단시트층과 제2 원단시트층의 조합 및 복합 원단시트층내의 구성성분의 조합에 의해 보다 세밀하게 전자기적 특성을 조절할 수 있음을 알 수 있다.
따라서 본 발명에 의한 복합 자성시트는 사용자가 원하는 형태로 전자기적 특성을 미세하게 조절함으로써 근거리무선통신(NFC), 무선충전(WPC), 디지타이저(Digitizer)용으로 다양하게 적용할 수가 있는 장점이 있다.
100 : 제1 원단 시트층(단일 원단 시트층) 200 : 제2 원단시트층
300 : 복합 원단 시트층

Claims (8)

  1. 제1 연자성 금속 분말을 포함하는, 적어도 하나의 제1 원단시트층 및
    상기 제1 연자성 금속 분말과는 상이한 전자기 특성을 가진 제2 연자성 금속 분말을 포함하는, 적어도 하나의 제2 원단시트층을 포함하되,
    상기 제1 연자성 금속 분말 및 제1 연자성 금속 분말과는 상이한 전자기 특성을 가진 제2 연자성 금속 분말을 함께 포함하며, 상기 제1 연자성 금속 분말 및 상기 제2 연자성 금속 분말의 함량비는 95:5 내지 5:95의 비율을 갖는 복합 원단시트층을 추가로 포함하는 복합 자성시트
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복합 자성시트는 사용용도에 따라 총 2 내지 15의 층(layer)으로 형성되며,
    상기 제1 원단시트층과 제2 원단시트층의 두께는 50 내지 150 μm이고,
    상기 제1 원단시트층과 제2 원단시트층은 교대로, 또는 순서에 관계없이 적층되되, 상기 제1 원단시트층과 제2 원단시트층의 적층 비율을 조절함으로써, 자성시트의 전기적 특성이 조절되는 것을 특징으로 하는 복합 자성시트
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연자성 금속 분말은 제2 연자성 금속 분말에 비해 투자율이 낮으며, 포화자속밀도가 높은 전자기 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 복합 자성시트
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 연자성 금속 분말은 Fe-Si-Cr계 자성 분말이며,
    제2 연자성 금속 분말은 Fe-Si-Al계 자성 분말인 것을 특징으로 하는 복합 자성시트
  6. 제1 연자성 금속 분말을 포함하는 제1 원단시트층을 제조하는 단계;
    상기 제1 연자성 금속 분말과는 상이한 전자기 특성을 가진 제2 연자성 금속 분말을 포함하는 제2 원단시트층을 제조하는 단계;
    상기 제1 원단시트층 및 제2 원단시트층을 각각 적어도 1층 이상을 적층하되, 상기 제1 원단시트층 및 제2 원단시트층은 교대로 또는 순서에 상관없이 적층하여 2 내지 15층의 적층체를 형성하는 단계; 및
    상기 적층체를 가열 및 압력을 가하여 하나의 시트로 성형하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 연자성 금속 분말 및 제1 연자성 금속 분말과는 상이한 전자기 특성을 가진 제2 연자성 금속 분말을 함께 포함하며, 상기 제1 연자성 금속 분말 및 상기 제2 연자성 금속 분말의 함량비는 95:5 내지 5:95의 비율을 갖는 복합 원단시트층을 제조하는 단계를 추가로 포함하며,
    상기 복합 원단시트층은 상기 적층체를 형성하는 단계에서 적어도 1층이 적층되는 것을 특징으로 하는 복합 자성시트의 제조 방법
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 원단시트층, 제2 원단시트층 및 복합 원단시트층은 각각
    1) 평균입경 20 내지 100 μm의 연자성 금속 분말을 두께가 0.5∼2 μm 이고 평균입경이 40 내지 60μm의 편평상 입자로 제조하는 단계;
    2) 상기 편평상의 연자성 금속 분말을 우레탄수지, 실리콘고무, NBR, SBR 또는 고무 계통의 유기 바인더와 혼합하여 복합 조성물을 제조하는 단계;
    3) 상기 제조된 복합 조성물을 콤마코터에서 내열성의 이형제가 도포된 PET 필름상에 도포하고 경화, 건조함으로써, 50 내지 150μm 두께의 원단시트층을 포함하는 PET 필름을 제조하는 단계; 및
    4) 상기 3)단계에서 제조된, 원단시트층을 포함하는 PET 필름으로부터 PET 필름을 제거함으로써 상기 제1 원단시트층, 제2 원단시트층 또는 복합 원단시트층을 제조하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 복합 자성시트의 제조 방법
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