KR101515307B1 - 고평량 메타 아라미드 페이퍼 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 고평량 메타아라미드 페이퍼는 우수한 기계적 강도를 가질 뿐 아니라 고른 안정성을 가진다. 또한 탈수단계에서 종래에 비하여 많은양의 수분을 탈수할 수 있으므로 지합이 우수하고, 절연강도가 양호한 배합비를 적용할 수 있으며 후단의 드라이어 공정에서 에너지 소비량을 줄이는 효과를 가진다. 이외에도, 초기 탈수량이 많은 경우 프레스에서의 탈수량을 줄일 수 있기 때문에 프레스 압력을 감소시켜 지필의 두께 유지에도 유리하다.

Description

고평량 메타 아라미드 페이퍼 및 그 제조방법{Meta aramid paper with high basis weight and manufacturing method thereof}
본 발명은 고평량 메타 아라미드 페이퍼 및 그 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 우수한 기계적 강도 및 고른 안정성을 갖는 고평량 메타 아라미드 페이퍼 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 폴리아미드계 합성수지는 지방족 폴리아미드와 방향족 폴리아미드로 분류된다. 지방족 폴리아미드는 일반적으로 나이론이란 상표명으로, 방향족 폴리아미드는 아라미드라는 상표명으로 잘 알려져 있다. 상기 지방족 폴리아미드 중 특히 나일론 6, 그리고 나일론 6,6 등은 가장 일반적인 열가소성 엔지니어링 플라스틱으로 중요한 응용분야로는 섬유뿐 만 아니라 여러 분야의 성형재료로 사용되고 있다. 성형분야에 사용되는 나일론수지는 향상된 난연성과 내충격성을 갖도록 하고 가격을 낮추고 탄성율과 같은 기계적 물성을 향상시키기 위하여 광물 또는 유리섬유로 보강하여 복합재료인 강화플라스틱(reinforced plastics)으로 제조한다.
1960년대 개발된 아라미드라는 방향족 폴리아미드는 지방족 폴리아미드인 나일론의 내열성을 개선시키기 위해 개발된 것으로 노멕스(Nomex), 케블라(Kevlar)와 같은 상품명으로 잘 알려져 있는 방향족 폴리아미드는 난연성섬유직물, 타이어 코드 등의 섬유용도로 사용될 수 있는 뛰어난 내열성과 높은 인장강도를 갖는다. 일반적인 지방족 폴리아미드는 아미드기 사이에 지방족 탄화수소가 결합되어 있는 합성수지이나, 아라미드(aramid)는 아미드기 사이에 벤젠기가 85%의 아미드 결합이 두 개의 방향족 고리에 결합되어 있는 합성수지를 말한다. 상기 지방족 폴리아미드의 지방족 탄화수소는 열을 가하면 쉽게 분자운동이 일어나는 데 반하여, 방향족 폴리아미드의 벤젠 환은 분자쇄가 강직하고 열을 가하여도 분자가 쉽게 움직이지 않으므로 열에 안정하고 탄성률이 높아 일반 지방족 폴리아미드와는 특성에 있어서 많은 차이를 나타낸다.
상기 방향족 폴리아미드는 파라 아라미드(para-aramid)와 메타 아라미드(meta-aramid)로 분류되며, 파라 아라미드는 듀폰사에서 개발된 케블라(Kevlar)가 대표적이다. 파라 아라미드는 벤젠 고리가 파라 위치에서 아미드기와 결합된 것이다. 분자쇄가 매우 뻣뻣하고 선상구조를 가지므로 강도가 매우 높고 탄성률이 특히 높아 충격을 흡수하는 성능이 매우 우수하여 방탄복, 방탄 핼멧, 안전용 장갑이나 부츠, 소방복에 사용되며, 테니스 라켓, 보트, 하키용 스틱, 낚시 줄, 골프 클럽등의 스포츠 기구 재료로 또한 산업용으로는 FRP(Fiber Reinforced Plastic), 석면대체용 섬유 등에 사용되고 있다. 메타 아라미드는 벤젠고리가 메타 위치에서 아미드기와 결합된 것으로 강도와 신도는 보통의 나일론과 비슷하나 열에 대한 안정성이 대단히 좋으며, 다른 내열용 소재에 비하여 가볍고 땀 흡수도 어느 정도 가능하므로 쾌적하다는 장점을 가지고 있다. 초기에는 색상이 몇 가지로 제한되었으나, 최근에는 형광색을 포함한 다양한 색상으로 만들어지고 있다. 소방복, 경주용 자동차 운전자를 위한 유니폼, 우주 비행사 유니폼, 작업복 등의 내열용 의복 소재로 사용 되며, 산업용으로는 고온용 필터 등으로 쓰인다.
일반적으로 메타 아라미드 페이퍼는 메타 아라미드 플럭과 메타 아라미드 피브리드를 일정 비율로 혼합하여 메타 아라미드 페이퍼를 제작한다. 이렇게 제작된 메타아라미드 페이퍼는 평량에 따라 고평량 메타 아라미드 페이퍼와 저평량 메타 아라미드 페이퍼로 구분된다. 구체적으로 고평량 메타 아라미드 페이퍼의 용도는 고전압 변압기 상절연, 전동모터 절연, PCB제조 등이고, 저평량 메타 아라미드 페이퍼의 용도는 철심 및 코일 절연, 배터리, 허니콤 제조에 주로 사용된다.
한편, 한국공개특허 제2007-0116139호에서는 습식초지법으로 제조한 메타 아라미드 페이퍼를 적층한 절연시트를 개시하고 있다. 도 1은 상기 상기 특허와 같은 통상의 습십초지법을 통해 제조된 메타 아라미드 페이퍼의 두께에 따른 미세분의 함량을 나타낸 도면이다. 이를 살펴보면 상면과 하면의 미세분의 농도가 달라 상면과 하면의 표면저항값의 차이가 크게되어 고른 안정성을 달성하기 어려운 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 우수한 기계적 강도 및 고른 안정성을 갖는 고평량 메타 아라미드 페이퍼 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 평량이 80 ~ 200 g/㎡이고, 횡단면을 기준으로 아래에서부터 3 : 4 : 3으로 나눈지점을 각각 하부, 중부 및 상부라고 할 때, 상부의 메타아라미드 페이퍼 중량 대비 미세분의 중량의 중량% 값과 하부의 메타아라미드 페이퍼 중량 대비 미세분의 함량의 중량%값이 중부의 메타아라미드 페이퍼 중량 대비 미세분의 함량의 중량%값보다 큰 분포를 갖는 고평량 메타 아라미드 페이퍼를 제공한다.
하는 것을 특징으로 하는 고평량 메타 아라미드 페이퍼.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 미세분은 길이가 0.2㎜ 이하인 메타아라미드 섬유일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 메타 아라미드 페이퍼의 두께는 0.25 ~ 0.7㎜일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상부의 메타아라미드 페이퍼 중량 대비 미세분의 함량의 중량%의 값을 a, 하부의 메타아라미드 페이퍼 중량 대비 미세분의 함량의 중량%의 값을 b라 할 때 하기 조건 (1) 을 만족하는 것일 수 있다.
(1) ┃a - b┃ ≤ 3중량%
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 조건 (1)은 1.5 중량% 이하일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 상면의 표면저항값을 c, 하면의 표면저항값을 d라 할 때 하기 조건 (2) 을 만족할 수 있다.
(2) ┃c - d┃ ≤ 5.0 x 1016 (Ω/□)
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 메타 아라미드 페이퍼의 겉보기 밀도는 0.2 ~ 0.45 g/㎤ 일 수 있다..
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 메타 아라미드 페이퍼는 메타아라미드 플록 및 메타아라미드 피브리드를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 중앙에서 상부 및 하부로 갈수록 점진적으로 상승하는 미세분의 중량구배를 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 습식초지법을 통해 메타 아마리드 페이퍼를 제조하는 방법에 있어서, (1) 메타아라미드 플록 및 메타아마리드 피브리드를 포함하는 지료를 투입하여 습지필(wet-web)을 제조하는 단계; (2) 상기 제조된 습지필의 상면 및 하면에서 탈수하여 습지필에 포함된 미세분을 횡단면을 기준으로 상면 및 하면으로 이동시키는 단계; 및 (3) 상기 탈수된 습지필을 건조하는 단계를 포함하는 고평량 메타 아라미드 페이퍼의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 미세분은 길이가 0.2㎜ 이하인 메타아라미드 섬유일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 (2) 단계의 탈수는 진공탈수일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 (2) 진공탈수는 복수개의 진공탈수부를 구비할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 탈수는 상면 탈수와 하면탈수의 세기를 조절하여 미세분의 분포를 조절할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 메타아라미드 페이퍼의 평량이 80 ~ 200 g/㎡일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 본 발명의 고평량 메타아라미드 페이퍼를 포함하여 적층된 고평량 메타아라미드 페이퍼 적층물을 제공한다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상술한 고평량 메타아라미드 페이퍼를 포함하는 절연지를 제공한다.
이하, 본 발명에 사용된 용어를 정의한다.
"플록"이라 함은 스테이플 섬유보다 더 짧은 길이의 섬유를 의미한다. 플록의 길이는 약 0.5 내지 약 15 mm이고 직경은 4 내지 50 마이크로미터이며, 바람직하게는 길이는 1 내지 12 mm이고 직경은 8 내지 40 마이크로미터일 수 있다. 아라미드 플록은 예를 들어 미국등록특허 제3,063,966호, 제3,133,138호, 제3,767,756호 및 제3,869,430호에 기재된 방법에 의해 제조된 것과 같이 유의한 또는 임의의 피브릴화 없이 아라미드 섬유를 짧은 길이로 절단하여 제조될 수 있다.
"피브리드"라 함은 비(非)과립형의 펄프 또는 필름-유사 입자를 의미한다. 바람직하게는, 이의 융점 또는 분해점이 320 ℃를 초과할 수 있다. 피브리드는 평균 길이가 0.5 내지 2 mm이고 종횡비는 15:1 내지 50:1이다. 미국 특허 제3,018,091호에 개시된 유형의 피브리드화 장치를 사용하는 것을 포함하고, 중합체 용액이 단일 단계로 침전 및 전단되는 임의의 방법에 의해 제조될 수 있다.
본 발명의 고평량 메타아라미드 페이퍼는 우수한 기계적 강도를 가질 뿐 아니라 고른 안정성을 가진다. 또한 탈수단계에서 종래에 비하여 많은양의 수분을 탈수할 수 있으므로 지합이 우수하고, 절연강도가 양호한 배합비를 적용할 수 있으며 후단의 드라이어 공정에서 에너지 소비량을 줄이는 효과를 가진다. 이외에도, 초기 탈수량이 많은 경우 프레스에서의 탈수량을 줄일 수 있기 때문에 프레스 압력을 감소시켜 지필의 두께 유지에도 유리하다.
도 1은 종래의 메타아라미드 페이퍼의 두께에 따른 미세분의 함량을 나타낸 그래프이다.
도 2는 메타아라미드 페이퍼의 상부, 중부 및 하부의 가상의 경계를 표시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 두께에 따른 미세분의 함량을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따른 두께에 따른 미세분의 함량을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 메타 아라미드 페이퍼 제조방법을 위한 공정도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
상술한 바와 같이 종래의 메타 아라미드 페이퍼는 상면과 하면의 미세분의 농도가 달라 상면과 하면의 표면저항값의 차이가 크게되어 고른 안정성을 달성하기 어려운 문제가 있었다.
이에 본 발명은 평량이 80 ~ 200 g/㎡이고, 횡단면을 기준으로 아래에서부터 3 : 4 : 3으로 나눈지점을 각각 하부, 중부 및 상부라고 할 때, 상부의 메타아라미드 페이퍼 중량 대비 미세분의 중량의 중량% 값과 하부의 메타아라미드 페이퍼 중량 대비 미세분의 함량의 중량%값이 중부의 메타아라미드 페이퍼 중량 대비 미세분의 함량의 중량%값보다 큰 분포를 갖는 고평량 메타 아라미드 페이퍼를 제공하여 상술한 문제의 해결을 모색하였다. 그 결과 본 발명의 고평량 메타아라미드 페이퍼는 우수한 기계적 강도를 가질 뿐 아니라 고른 안정성을 가진다.
먼저 바람직하게는, 상기 미세분은 길이가 0.2㎜ 이하인 메타아라미드 섬유를 의미하는 것일 수 있다. 메타 아마리드 페이퍼는 통상적으로 메타 아마리드 플록 및 메타 아라미드 피브리드를 첨가하게 되는데, 습식초지법에 있어서 피브리드의 경우 헤드박스에서 토출하기 이전 고해기에서 절단하거나, 찢거나 으깨는 고해 공정을 거친 고해공정을 거치게 된다. 그 결과 메타 아라미드 피브리드는 다수의 미세분을 포함하게 된다. 한편, 습식초지법을 통해 제조된 메타아라미드 습지필은 다수의 수분을 함유하고 있으므로 상기 수분을 흡수하여 이를 제거하는 공정을 필수적으로 거치게 된다. 이 때 주로 습지필의 하면에서 진공탈수기를 통해 수분을 습지필을 하부로 배출하게 되는데, 이 때 습지필의 중앙 및 상부에 위치하던 미세분들이 진공탈수의 음압에 의해 하부로 이송되거나 일부는 수분과 함께 배출되며 그 결과 도 1과 같은 두께에 따른 미세분의 밀도분포를 갖게 된다.
이에 상기 수분흡수시 하면과 상면을 동시에 진공탈수하게 되면 중앙에 있던 미세분이 상부과 하부에 고르게 이송되므로 결과적으로 중앙에 비하여 상부과 하부의 미세분의 중량%가 커지게 된다.
구체적으로 도 2는 메타아라미드 페이퍼의 상부, 중부 및 하부의 가상의 경계를 표시한 단면도이다. 상기 2개의 점선은 상부, 중부 및 하부의 경계를 표시하기 위한 가상의 선으로서 본 발명에서는 하부의 길이를 m, 중부의 길이를 n, 상부의 길이를 o라고 정의했을 때, m : n : o = 3 : 4 : 3의 길이비로 나눈 것을 의미한다. 이 경우 상부의 메타아라미드 페이퍼 중량 대비 미세분의 중량의 중량% 값과 하부의 메타아라미드 페이퍼 중량 대비 미세분의 함량의 중량%값이 중부의 메타아라미드 페이퍼 중량 대비 미세분의 함량의 중량%값보다 큰 분포를 갖게 된다. 다시말해 상부의 페이퍼 100중량%에 대하여 미세분의 함량이 10중량%이고, 중부의 페이퍼 100중량%에 대하여중부의 미세분의 함량이 5중량%, 하부의 페이퍼 100중량%에 대하여 하부의 미세분의 함량이 10중량%일 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 페이퍼의 두께에 따른 미세분의 밀도구배를 나타낸 그래프로서 중앙의 미세분의 함량이 가장 낮고 상부 및 하부로 갈수록 미세분의 함량이 점진적으로 상승하는 중량구배를 형성하게 된다.
이에 본 발명에서는, 상부의 메타아라미드 페이퍼 중량 대비 미세분의 함량의 중량%의 값을 a, 하부의 메타아라미드 페이퍼 중량 대비 미세분의 함량의 중량%의 값을 b라 할 때 하기 조건 (1) 을 만족하며, 더욱 바람직하게는 조건 (1) 의 값이 1.5중량% 이하일 때 페이퍼의 기계적 물성이 현저하게 향상되는 것을 확인하였다(표 1 참조).
(1) ┃a - b┃ ≤ 3 중량%
또한 상면의 표면저항값을 c, 하면의 표면저항값을 d라 할 때 하기 조건 (2) 을 만족하면 페이퍼의 안정성이 현저하게 개선되는 것을 확인하였다(표 1 참조)
(2) ┃c - d┃ ≤ 5.0 x 1016 (Ω/□)
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 메타 아라미드 페이퍼의 두께는 0.25 ~ 0.7㎜일 수 있다.
본 발명의 메타 아라미드 페이퍼의 평량은 그 용도를 고려할 때 80 ~ 200 g/㎡일 수 있다.
한편 바람직하게는 상기 메타 아라미드 페이퍼의 겉보기 밀도는 0.2 ~ 0.45 g/㎤ 일 수 있다. 만일 겉보기 밀도가 0.2g/㎤ 미만이면 지필 강도가 저하되어 표면이 뜯기거나 플록이 페이퍼에서 이탈하는 문제가 발생할 수 있고, 0.45 g/㎤ 을 초과하면 두께가 저하되어 후공정상에 잘 눌려지지 않는 문제가 발생할 수 있다.
다음, 본 발명의 메타아라미드 페이퍼를 제조하기 위한 방법을 설명하나 이는 일례이며 이에 한정되지 않는다.
구체적으로 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 메타 아라미드 페이퍼 제조방법을 위한 공정도로서, 습식초지법을 통해 메타 아마리드 페이퍼를 제조하는 방법에 있어서, (1) 메타아라미드 플록 및 메타아마리드 피브리드를 포함하는 지료를 투입하여 습지필(wet-web)을 제조하는 단계; (2) 상기 제조된 습지필의 상면 및 하면에서 탈수하여 습지필에 포함된 미세분을 횡단면을 기준으로 상면 및 하면으로 이동시키는 단계; 및 (3) 상기 탈수된 습지필을 건조하는 단계를 포함한다.
먼저 (1) 단계로서 메타아라미드 플록 및 메타아마리드 피브리드를 포함하는 지료를 투입하여 습지필(wet-web)을 제조하는 단계를 설명한다. 본 발명에 사용되는 메타아라미드 플록 및 메타아라미드 피브리드는 통상적으로 메타아라미드 페이퍼에 사용되는 것이면 제한없이 사용될 수 있으며, 본 발명에서는 메타아라미드 플록 100중량부에 대하여 메타아라미드 피브리드 50 ~ 200 중량부를 혼합하여 사용할 수 있다.
메타 아라미드 피브리드 및 메타 아라미드 플록에 유용에 적합한 메타 아라미드 중합체는 아미드 (-CO-NH-) 결합의 적어도 85%가 2개의 방향족 고리에 직접 부착되는 폴리아미드일 수 있고, 첨가제가 함께 사용될 수 있으며, 최대 10 중량% 만큼 많은 다른 중합체성 재료가 메타 아라미드와 블렌딩될 수 있다. 아라미드의 다이아민을 치환하는 10% 만큼 많은 기타 다이아민 또는 아라미드의 이산 클로라이드를 치환하는 10% 만큼 많은 기타 이산 클로라이드를 갖는 공중합체가 사용될 수 있다. 메타 아라미드는 폴리(메타페닐렌 아이소프탈아미드), 4,4-다이아미노다이페닐 설폰, 3,3-다이아미노다이페닐 설폰일 수 있으며, 이에 한정하지는 않는다. 일부 가장 바람직한 실시 형태에서 메타 아라미드 중합체는 폴리(메타페닐렌 아이소프탈아미드)일 수 있다.
한편, 바람직하게는 메타 아라미드 피브리드 및 메타 아라미드 플록에 포함된 메타 아라미드의 고유점도(I.V)는 0.5 ~ 2.5일 수 있다.
한편 (1) 단계에서는 고해기(beater: 100)를 이용하여 메타 아라미드 피브리리드를 고해하게 되며 그 결과 미세분이 발생하게 된다. 이후 고해기를 통과한 피브리드와 플록 및 물을 혼합하여 지료를 제조한다. 상기 메타아라미드 플록 및 피브리드는 전체 지료 조성물에 대하여 1 ~ 10중량%일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 고해기(100)을 통과한 헤드박스(120)를 거쳐 금망부(wire part: 210)로 이송된다. 상기 금망부(210)는 엔드리스상(endless 狀)으로 형성된 장망식 초지기(fourdrinier machine)와, 큰 원통형으로 형성된 환망식 초지기(cylinder machine), 경사식 초지기 (Inclined machine), 금망부가 상하로 형성된 쌍망식 초지기(Gap Former)로 구분될 수 있으며 본 발명에서는 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 헤드박스(120)에서 토출된 지료는 금망부의 지합판(forming board: 211)을 통해 습지필(wet web)을 형성한다.
다음 (2) 단계로서 상기 제조된 습지필의 상면 및 하면에서 탈수하여 습지필에 포함된 미세분을 횡단면을 기준으로 상면 및 하면으로 이동시킨다. 구체적으로 상기 습지필은 금망부(210)에 구비된 다수의 롤러에 의해 이송하게 되며 이 때 탈수부(212)를 통과하면서 탈수공정이 수행된다. 상기 탈수부는 석션부(suction box)를 통해 달성될 수 있으며 상기 석션부는 복수개가 구비될 수 있다. 종래의 석션부는 습지필의 하부에 1개 또는 다수개(212)가 구비되었다. 그 결과 습지필의 하면에서만 진공탈수가 수행되고 그 결과 도 1과 같은 미세분의 밀도분포를 갖게된다. 본 발명에서는 석션부를 습지필의 하부뿐만 아니라 상부에도 1개 이상 구비하여 습지필의 상면을 통해서도 탈수가 진행될 수 있도록 하였다. 그 결과 도 3과 같이 상면 및 하면으로 미세분이 높은 함량을 가질 수 있게되는 것이다. 한편 상기 하부의 석션부(212) 및 상부의 석션부(213)은 목적에 따라 다수개가 배열될 수 있으며 이 때 원하는 페이퍼의 밀도구배에 따라 상부 및 하부의 석션부의 개수, 배열 및 음압이 달라질 수 있다. 이 경우 석션부에서 습지필에 가하는 음압은 통상의 음압정도일 수 있으며 바람직하게는 10 ~ 100 kPa 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 한편, 하면의 경우 중력에 의해 탈수가 더 잘 발생할 수 있으므로 이를 고려하여 상부의 석션을 하부의 석션보다 조금 센 정도로 수행하여 균형을 맞출 수도 있다.
한편, 상기 석션박부 금망하면에 접하도록 설치되며 탈수된 물은 금망 외부로 배출할 수 있다.이후 탈수된 습지필은 한쌍의 카우치롤(couch roll: 217, 218)을 통과하여 초지기 밖으로 배출된다.
다음 (3) 단계로서 상기 탈수된 습지필을 건조한다. 상기 (3) 단계 이후는 통상적으로 메타아라미드 페이퍼의 제조방법에 따라 제조될 수 있으며 바람직하게는 상기 카우치롤(couch roll: 217, 218)을 통과한 습지필은 건조부(230)에서 건조될 수 있다. 이 경우 건조온도는 100 ~ 250℃일 수 있다. 이후 선택적으로 압밀공정 및/또는 캘린더링 공정을 거쳐 고평량 메타 아라미드 페이퍼를 제조할 수 있다.
이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예 1>
고유점도 1.8의 메타아라미드(폴리 메타 페닐렌 이소프탈아미드) 도프(mA Dope)를 제조하였고, 피브릴 제조장치를 이용하여 여수도(Canadian Standard Freeness)가 150ml인 메타아라미드 피브리드(Fibrid)를 제조하였다. 제조된 피브리드는 리파이너를 이용하여 1.0% 농도로 고해를 실시하여 피브리드의 여수도를 80ml로 조정하였다.
한편 동일 폴리머를 이용하여 2.0데니어의 섬유를 생산 한 후 섬유장이 7mm가 되도록 재단하여 플럭(Floc)을 제조하였으며, 이 플럭의 강도는 5.3g/de이고 신도는 35%였다.
이후 물에 상기 피브리드와 플록을 5 : 5의 중량비로 혼합하고 이를 물에 대하여 1중량%가 되도록 첨가하여 지료를 제조하였다.
상기 지료를 도 5의 페이퍼 제조장치에 투입하여 습지필을 제조하였다. 구체적으로 습지필의 양면에 석션부를 구비하고 상부의 석션부(213)은 50kPa 의 음압을 걸어주고 하부의 석션부는 45kPa 의 음압을 걸어주어 양면탈수를 진행하였다. 이후 160℃에서 3분간 건조를 수행하고 압밀공정을 거쳐 표 1과 같은 메타 아라미드 페이퍼를 제조하였다.
<실시예 2>
상부의 석션부(213)은 45kPa 의 음압을 걸어주고 하부의 석션부는 50kPa 의 음압을 걸어주어 양면탈수를 진행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 메타 아라미드 페이퍼를 제조하였다. 두께에 따른 미세분의 함량은 도 4와 같은 경향을 보였다.
<비교예 1>
하부의 석션부에서만 70kPa 의 음압을 걸어주어 하면탈수를 진행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 메타 아라미드 페이퍼를 제조하였다.
<실험예>
상기 실시예 및 비교예들의 메타아라미드 페이퍼에 대하여 하기와 같은 물성을 평가하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.
1. 인장지수(Nm/g) 및 신장율(%)
인장강도와 신장율은 ASTM D-828에 의거하여 항온항습 조건에서 24시간 조습처리를 실시한 후 시료를 기계방향으로 재단하여 MD(기계방향) 방향으로 하중을 가하였을 때 최대강도로 측정되었고, 이때 인장지수는 인장강도와 평량을 이용하여 하기와 같은 식으로 산출 되었다. 신장율은 인장파단 시까지 시편이 늘어난 길이비로 측정되었다.
인장지수(Nm/g) = 인장강도(N/m) / 평량(g/m2)
2. 비인열강도(Nm2/kg)
인열강도는 TAPPI T414에 의거하여 항온항습 조건에서 24시간 조습처리를 실시한 후 시료를 폭방향으로 재단하여 MD(기계방향) 인열강도를 측정하였다. 비인열강도는 측정된 평량 및 인열강도 값을 이용하여 하기와 같은 식으로 산출되었다.
비인열강도(Nm2/kg) = 인열강도(N) * 1000 / 평량(g/m2)
3. 표면저항값
표면저항값은 ASTM D 257의 시험방법에 따라 가드전극을 갖는 평판전극 사이에 시험편을 넣고 직류전압 인가 60s 후 안정된 상태에서 저항을 측정한다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1
함수율(%) 86.5 87.3 88.1
평량(g/㎡) 118.1 117.4 117.6
두께(㎜) 0.428 0.425 0.425
겉보기 밀도(g/㎤) 0.28 0.28 0.28
인장지수(Nm/g) 24.94 23.11 21.45
신장율(%) 1.98 1.82 1.81
비인열강도(N㎡/㎏) 28.2 26.9 26.4
미세분함량
(%)		 상면 11.4 9.7 7.2
중앙 7.6 8.7 10.5
하면 12.1 13.1 13.7
표면저항
(Ω)		 상면 1.8 x 1016 1.1 x 1016 9.4 x 1015
하면 3.2 x 1016 4.5 x 1016 8.5 x 1016
함수율은 탈수후 건조전 카우치롤을 통과한 습지필의 함수율을 측정함
표 1에서 알 수 있듯이 본 발명의 미세분 밀도의 분포를 만족하는 실시예 1, 2의 페이퍼가 이를 만족하지 못하는 비교예 1에 비하여 우수한 기계적 물성을 나타낼 뿐 아니라 표면저항의 편차가 적었다. 또한 본 발명의 조건 (1)을 만족하는 실시예 1의 페이퍼가 이를 만족하지 못하는 실시예 2에 비하여 보다 우수한 기계적 물성 및 표면저항의 편차를 나타내었다.

Claims (17)

  1. 평량이 80 ~ 200 g/㎡이고, 횡단면을 기준으로 아래에서부터 3 : 4 : 3으로 나눈지점을 각각 하부, 중부 및 상부라고 할 때, 상부의 메타아라미드 페이퍼 중량 대비 미세분의 중량의 중량% 값과 하부의 메타아라미드 페이퍼 중량 대비 미세분의 함량의 중량%값이 중부의 메타아라미드 페이퍼 중량 대비 미세분의 함량의 중량%값보다 큰 분포를 갖는 고평량 메타 아라미드 페이퍼.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미세분은 길이가 0.2㎜ 이하인 메타아라미드 섬유인 것을 특징으로 하는 고평량 메타 아라미드 페이퍼.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메타 아라미드 페이퍼의 두께는 0.25 ~ 0.70㎜인 것을 특징으로 하는 고평량 메타 아라미드 페이퍼.
  4. 제1항에 있어서, 상부의 메타아라미드 페이퍼 중량 대비 미세분의 함량의 중량%의 값을 a, 하부의 메타아라미드 페이퍼 중량 대비 미세분의 함량의 중량%의 값을 b라 할 때 하기 조건 (1) 을 만족하는 것을 특징으로 하는 고평량 메타 아라미드 페이퍼.
    (1) ┃a - b┃ ≤ 3 중량%
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조건 (1) 은 1.5중량% 이하인 것을 특징으로 하는 고평량 메타 아라미드 페이퍼.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 메타 아라미드 페이퍼의 겉보기 밀도는 0.2 ~ 0.45 g/㎤ 인 것을 특징으로 하는 고평량 메타 아라미드 페이퍼.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 메타 아라미드 페이퍼는 메타아라미드 플록 및 메타아라미드 피브리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 고평량 메타 아라미드 페이퍼.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 중앙에서 상부 및 하부로 갈수록 점진적으로 상승하는 미세분의 중량구배를 갖는 것을 특징으로 하는 고평량 메타 아라미드 페이퍼.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 페이퍼의 상면의 표면저항값을 c, 하면의 표면저항 값을 d라 할 때 하기 조건 (2) 을 만족하는 것을 특징으로 하는 고평량 메타 아라미드 페이퍼.
    (2) ┃c - d┃ ≤ 5.0 x 1016 (Ω/□)
  10. 습식초지법을 통해 메타 아마리드 페이퍼를 제조하는 방법에 있어서,
    (1) 메타아라미드 플록 및 메타아마리드 피브리드를 포함하는 지료를 투입하여 습지필(wet-web)을 제조하는 단계;
    (2) 상기 제조된 습지필의 상면 및 하면에서 탈수하여 습지필에 포함된 미세분을 횡단면을 기준으로 상면 및 하면으로 이동시키는 단계; 및
    (3) 상기 탈수된 습지필을 건조하는 단계를 포함하는 고평량 메타 아라미드 페이퍼의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 미세분은 길이가 0.2㎜ 이하인 메타아라미드 섬유인 것을 특징으로 하는 고평량 메타 아라미드 페이퍼의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 (2) 단계의 탈수는 진공탈수인 것을 특징으로 하는 고평량 메타 아라미드 페이퍼의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 (2) 진공탈수는 복수개의 진공탈수부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고평량 메타 아라미드 페이퍼의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 탈수는 상면 탈수와 하면탈수의 세기를 조절하여 미세분의 분포를 조절하는 것을 특징으로 하는 고평량 메타 아라미드 페이퍼의 제조방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 메타아라미드 페이퍼의 평량이 80 ~ 200 g/㎡인 고평량 메타 아라미드 페이퍼의 제조방법.
  16. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 고평량 메타아라미드 페이퍼를 포함하여 적층된 고평량 메타아라미드 페이퍼 적층물.
  17. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 고평량 메타아라미드 페이퍼를 포함하는 절연지.
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