KR101524506B1 - 열전도성 폼 재료 - Google Patents

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벤자민 마르다가
아흐멧 코메르
조지 모아노
제임스 홀트징거
조 맥도널드
스티븐 알 제트
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Abstract

에너지 공급 시스템은 하우징을 가진 에너지 저장 장치를 포함한다. 에너지 공급 시스템은 또한 상기 하우징과 접촉되는 시트재료를 포함한다. 시트재료는 폼층을 포함한다. 시트재료의 열전도도는 0.1 W/mK 이상이고, 두께는 0.3 mm 이상이다.

Description

열전도성 폼 재료{THERMALLY CONDUCTIVE FOAM MATERIAL}
본 발명은 전반적으로 열전도성 폼 재료, 및 이를 이용한 에너지 공급 시스템에 관한 것이다.
오일 가격에 대한 불확실성과, 탄화수소 연료의 환경적 영향에 대한 우려가 많아지면서, 에너지 사용의 조정 및 대체 에너지원의 사용에 대한 관심이 많다. 이러한 우려는 자동차에 특히 영향을 끼치는데, 그 이유가 보통 자동차는 오일에서 유도된 탄화수소 연료의 상당량을 사용하며 각종 오염물질을 생성할 수 있기 때문이다. 이에 따라, 자동체 업계는 하이브리드 자동차와 전기 자동차를 개발하기 위해 노력하고 있다.
하이브리드 자동차와 전기 자동차 모두는 축전장치(흔히, 배터리) 및 기타 화학물질에 기초한 축전 시스템을 이용한다. 예를 들어, 하이브리드 자동차의 경우, 배터리는 자동차가 사용될 때 방전되지만, 브레이크를 거는 동안 브레이크 에너지 회수를 통해서 또는 소(small) 연소기관으로 구동되는 발전기에 의해 또한 충전될 수 있다. 전기 자동차의 경우, 배터리는 사용시 방전되며, 더 이상 사용하지 않을 때는 배터리를 전원장치에 연결하여 재충전시키는 것이 일반적이다.
각각의 경우에, 축전장치의 방전 및 충전시 열이 발생하는데, 이로 인해 축전장치 내부의 온도가 상승할 수 있다. 온도가 증가하면 배터리 및 기타 화학물질에 기초한 축전장치가 열화되어, 배터리의 수명이 단축된다. 게다가, 초과온도는 축전장치를 둘러싸고 있는, 하우징 및 포팅재료(potting material)를 비롯한, 부품들을 열화시킬 수 있으며, 극단적인 경우에는 화재를 발생시킬 수도 있다.
따라서, 향상된 축전장치가 바람직하다.
첨부된 도면을 참조함으로써 당업자는 본 발명을 더 잘 이해할 수 있으며, 본 발명의 많은 특징과 장점이 명백해질 것이다.
도 1은 바람직한 시트재료의 예시도를 포함한다.
도 2는 바람직한 시트재료의 횡단면도를 포함한다.
도 3과 도 4는 바람직한 에너지 공급 시스템의 예시도를 포함한다.
도 5는 차량의 바람직한 에너지 저장 시스템의 예시도를 포함한다.
서로 다른 도면들에서 사용된 동일한 참조번호는 유사하거나 동일한 항목을 가리킨다.
특정 구현예에 의하면, 에너지 공급 시스템은 에너지 저장 장치와, 에너지 저장 장치의 하우징과 접촉되는 시트재료를 포함한다. 일예로, 시트재료는 폼층(foam layer)을 포함하며, 시트재료의 열전도도는 0.1 W/mK 이상이고, 두께는 0.3 mm 이상이다. 또한, 폼층은 바람직한 열안정성을 가질 수 있다. 또한, 시트재료는 패브릭 지지체를 포함할 수 있으며, 패브릭 지지체 상에는 폼층이 배치된다. 특히, 패브릭 지지체는 하우징 반대쪽 폼층의 일면에 배치된다. 또 다른 예에서, 시트재료는 폼층 위에, 이를테면 폼층과 하우징 사이에 배치되는 열전도성 접착제를 포함할 수 있다.
도 1에 예시된 바와 같이, 바람직한 시트재료(100)는 주면(main surface)들(104 및 106)을 지닌 폼층(102)을 포함할 수 있다. 일예로, 시트재료(100)는 에너지 저장 장치에 근접하여 위치되는 주면(104)을 포함한다. 또한, 시트재료(100)는 에너지 저장 장치로부터 상기 주면(104)보다 더 멀리 위치되는 주면(106)을 포함할 수 있다. 일예로, 열전도성 접착제와 같은 접착층(108)은 시트재료(100)의 주면(104)에 근접한 폼층(102) 상에 배치될 수 있다. 또 다른 예에서는, 지지층(110)이 시트재료(100)의 주면(106)에 근접한 폼층(102) 상에 배치될 수 있다. 이로써, 시트재료(100)가 전개(deploy)되면 접착층(108)은 에너지 공급 장치와 접해야 하고, 지지층(106)은 에너지 저장 장치에 대해 폼층(102)의 반대쪽 면에 배치되어야 한다.
도 2의 바람직한 횡단면도에 더 예시된 바와 같이, 시트재료(200)는 폼층(202)을 포함할 수 있다. 폼층(202)은 지지층(204) 상에 배치될 수 있다. 또한, 지지층(204)의 반대쪽 폼층(202)의 한 표면에는 접착층(206)이 배치될 수 있다. 전개에 앞서, 폼층(202)의 반대쪽 접착층(206) 상에는 이형 라이너(208)가 배치될 수 있다. 전개시, 이형 라이너(208)는 제거되어, 접착층(206)을 노출시켜 접착제가 에너지 저장 장치의 하우징과 접하게 되도록 할 수 있다.
선택적으로, 시트재료는 도시되지 않은 추가 층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 폼층(202)과 지지층(204) 사이에 추가 접착층이 배치될 수 있다. 다른 예에 의하면, 폼층(202)의 반대쪽 지지층(204)의 일면에 하나의 접착층이 배치될 수 있으며, 선택적으로 이러한 추가 접착층 위에는 라이너가 배치될 수 있다. 또 다른 예에 의하면, 추가 지지층들이 폼층(202) 내에 배치될 수 있다.
특정 예에서, 폼층(202)은 열가소성 중합체 또는 열경화성 중합체와 같은 중합체 재료로 형성된다. 일예로, 폼층(202)의 중합체는 실리콘, 폴리우레탄, 폴리올레핀, 스티렌계 중합체, 에폭시 수지, 아크릴, 폴리이소시아누레이트(polyisocyanurate), 디엔 엘라스토머, 플루오로엘라스토머, 또는 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 특정 예에 의하면, 중합체는 실리콘 중합체일 수 있다. 다른 예에 의하면, 중합체는 폴리우레탄, 폴리이소시아누레이트, 또는 이들의 임의 조합물을 포함할 수 있다. 바람직한 폴리올레핀으로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌 프로필렌 공중합체, 에틸렌 부텐 공중합체, 에틸렌 옥텐 공중합체, 또는 이들의 임의 조합물이 포함된다. 바람직한 스티렌계 중합체로는 하나 이상의 폴리스티렌 블록을 갖는 중합체, 이를테면, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 공중합체(ABS), 스티렌-부타디엔(SB), 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS), 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS), 스티렌-이소프렌(SI), 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS), 스티렌-에틸렌-부틸렌(SEB), 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEPS), 이소프렌-이소부틸렌 고무(IIR), 스티렌-에틸렌-프로필렌(SEP), 또는 이들의 임의 조합물이 포함된다. 디엔 엘라스토머는 디엔 단량체를 포함하는 가교성 공중합체이며, 예를 들면, 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체(EPDM), ABS, 또는 이들의 임의 조합물이 포함된다. 바람직한 플루오로엘라스토머로는 폴리비닐리덴 플루오라이드; 헥사플루오로프로필렌 및 비닐리덴 플루오라이드의 공중합체; 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌 및 비닐리덴플루오라이드의 공중합체(THV); 비닐리덴 플루오라이드, 헥사플루오로프로필렌, 테트라플루오로에틸렌 및 퍼플루오로메틸비닐에테르의 공중합체; 프로필렌, 테트라플루오로에틸렌 및 비닐리덴 플루오라이드의 공중합체; 비닐리덴 플루오라이드, 헥사플루오로프로필렌, 테트라플루오로에틸렌, 퍼플루오로메틸비닐에테르 및 에틸렌의 공중합체; 또는 이들의 임의 조합물이 포함될 수 있다.
특정 예에 의하면, 폴리우레탄은 폴리올과 디이소시아네이트의 생성물이다. 폴리우레탄은 이성분 폴리우레탄 또는 일성분 폴리우레탄일 수 있다. 구체적으로, 일성분 폴리우레탄 전구체는 폴리올과 초과량의 이소시아네이트가 반응하여 생성되는, 이소시아네이트 말단기들을 가진 폴리우레탄 전구체이다. 물의 존재 하에, 이소시아네이트기들의 일부가 아민기로 전환되며, 이들은 남아있는 이소시아네이트기들과 반응함으로써 화학적으로 가교된 폴리우레탄 망상구조를 생성하게 된다. 이러한 과정에서 배출되는 이산화탄소는 폼 형성과정에 도움을 줄 수 있다.
일예로, 폴리올은 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 이들의 개질형 또는 그래프트형 유도체, 또는 이들의 임의 조합물일 수 있다. 적합한 폴리에테르 폴리올은, 이중 금속 시아나이드 촉매작용을 통해 알킬렌 산화물을 다중삽입(polyinsertion)시키거나; 촉매로서의 알칼리 수산화물 또는 알칼리 알코올레이트의 존재 하에, 2 내지 6개의, 바람직하게는 2 내지 4개의 반응성 수소 원자가 결합된 형태로 함유되어 있는 개시제 분자 하나 이상을 첨가하여 알킬렌 산화물을 음이온성 중합시키거나; 안티모니 펜타클로라이드 또는 붕소 플루오라이드 에테레이트와 같은 루이스산의 존재 하에, 알킬렌 산화물을 양이온성 중합시킴으로써 제조할 수 있다. 적합한 알킬렌 산화물은 2 내지 4개의 탄소 원자를 알킬렌 라디칼에 함유할 수 있다. 예로는, 테트라하이드로퓨란, 1,2-프로필렌 산화물, 1,2- 또는 2,3-부틸렌 산화물; 에틸렌 산화물, 1,2-프로필렌 산화물, 또는 이들의 임의 조합물이 포함될 수 있다. 알킬렌 산화물은 개별적으로, 연속적으로, 또는 혼합물로서 사용가능하다. 특히, 1,2-프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물의 혼합물을 사용할 수 있으며, 이때 에틸렌 산화물은 에틸렌 산화물 말단 블록(terminal block) 형태로 10% 내지 50% 함량으로 사용되어, 생성되는 폴리올이 나타내는 일차 OH 말단기는 70%를 초과하게 된다. 개시제 분자의 한 예로는 물; 또는 2가 혹은 3가 알코올, 이를테면, 에틸렌 글리콜, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 에탄-1,4-디올, 글리세롤, 트리메틸올 프로판, 또는 이들의 임의 조합물이 포함된다.
적합한 폴리에테르 폴리올(이를테면, 폴리옥시프로필렌 폴리옥시에틸렌 폴리올)의 평균 관능기수는 1.5 내지 4(이를테면, 2 내지 3)이고, 수평균분자량은 800 g/몰 내지 25,000 g/몰(이를테면, 800 g/몰 내지 14,000 g/몰, 특히는 2,000 g/몰 내지 9,000 g/몰)이다.
다른 예에 의하면, 폴리올은 폴리에스테르 폴리올을 포함할 수 있다. 바람직한 일 구현예에 의하면, 폴리에스테르 폴리올은 아디프산(adipic acid), 글루타르산, 푸마르산, 숙신산 또는 말레인산, 또는 무수물과 같은 2염기산; 및 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디- 또는 트리-프로필렌 글리콜, 1-4 부탄디올, 1-6 헥산디올, 또는 이들의 임의 조합물과 같은 2관능성 알코올로부터 유도된다. 예를 들어, 부산물인 물을 지속적으로 제거하면서, 글리콜과 산을 축합반응시켜 폴리에스테르 폴리올을 형성할 수 있다. 글리세린, 트리메탄올 프로판, 펜타에리트리톨(pentaerythritol), 수크로오스 또는 소르비톨과 같은 고관능성 알코올 또는 폴리사카라이드를 소량 사용하여 폴리에스테르 폴리올의 분지화를 증가시킬 수 있다. 단순 알코올 및 산의 에스테르들이 에스테르 교환 반응을 통해 사용가능하며, 이러한 에스테르 교환 반응에서는, 상기 물처럼, 단순 알코올이 지속적으로 제거되어 하나 이상의 상기 글리콜로 대체된다. 그 외에도, 테레프탈산, 프탈산, 1,3,5-벤조산, 이들의 무수물(예컨대, 무수프탈산)과 같은 방향족 산으로부터 폴리에스테르 폴리올을 생성할 수 있다. 특정의 일예에 의하면, 폴리올은 알킬 디올 알킬 에스테르를 포함할 수 있다. 예를 들어, 알킬 디올 알킬 에스테르는 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 이소부티레이트와 같은 트리메틸 펜탄디올 이소부티레이트를 포함할 수 있다.
특정의 일 구현예에서, 폴리올은 2개 이상의 일차 하이드록실기를 가진 다관능성 폴리올일 수 있다. 예를 들면, 폴리올은 3개 이상의 일차 하이드록실기를 가질 수 있다. 특정의 일예에서, 폴리올은 5 mg KOH/g 내지 70 mg KOH/g 범위에, 이를테면 10 mg KOH/g 내지 70 mg KOH/g 범위, 10 mg KOH/g 내지 50 mg KOH/g 범위, 또는 심지어 15 mg KOH/g 내지 40 mg KOH/g 범위의 OH 수를 가진 폴리에테르 폴리올이다. 또 다른 예에서, 폴리에테르 폴리올은 그래프트될 수 있다. 예를 들어, 폴리올은 스티렌-아크릴로니트릴과 그래프트된 폴리에테르 폴리올일 수 있다. 또 다른 예에서, 폴리올은 다관능성(예컨대, 3관능성) 폴리에테르 폴리올 및 그래프트된 폴리올(예컨대, 그래프트된 스티렌-아크릴로니트릴 부분을 가진 폴리에테르 폴리올)의 블렌드를 포함할 수 있다. 구체적으로 폴리올은 바스프(BASF) 그룹의 엘라스토그란(Elastogran)사가 Lupranol® 상표로 시판 중인 폴리에테르 폴리올이다.
이소시아네이트 성분은 다양한 디이소시아네이트로부터 유도가능하다. 바람직한 디이소시아네이트 단량체로는 톨루엔 디이소시아네이트, m-페닐렌 디이소시아네이트, p-페닐렌 디이소시아네이트, 자일렌 디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론(isophorone) 디이소시아네이트, 폴리메틸렌 폴리페닐 디이소시아네이트, 3,3'-디메틸-4,4'-비페닐렌 디이소시아네이트, 3,3'-디메틸-4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 3,3'-디클로로-4,4'-비페닐렌 디이소시아네이트, 또는 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트; 이들의 개질 생성물(예를 들면, 카보디이미드-개질 생성물) 등, 또는 이들의 임의 조합물이 포함될 수 있다. 이러한 디이소시아네이트 단량체는 단독으로, 또는 2종 이상의 혼합물로 사용가능하다. 특정의 일예에서, 이소시아네이트 성분은 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(MDI), 톨루엔 디이소시아네이트(TDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 또는 이들의 임의 조합물을 포함할 수 있다. 일예에서, 이소시아네이트는 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(MDI) 또는 톨루엔 디이소시아네이트(TDI)를 포함할 수 있다. 특히, 이소시아네이트는 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(MDI) 또는 그의 유도체를 포함한다.
디이소시아네이트의 평균 관능기수는 약 2.0 내지 2.9 범위, 이를테면 2.0 내지 2.7 범위에 있다. 또한, 디이소시아네이트 내의 NCO 함량은 5% 내지 35% 범위, 이를테면 10% 내지 30% 범위에 있다.
특정의 일 구현예에 의하면, 이소시아네이트 성분은 개질형 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(MDI)일 수 있다. 다른 예에서, 디이소시아네이트는 디이소시아네이트들의 혼합물(예컨대, 개질형 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트들의 혼합물)을 포함할 수 있다. 바람직한 디이소시아네이트는, 바스프 그룹의 엘라스토그랜사에서 Lupranate® 상표로 시판 중이다.
또한, 폴리우레탄 전구체는 촉매를 포함할 수 있다. 상기 촉매로는 유기금속 촉매, 아민 촉매, 또는 이들의 조합물이 포함될 수 있다. 유기금속 촉매로는 예를 들어 디부틸틴 디라우레이트(dibutyltin dilaurate), 리튬 카복실레이트, 테트라부틸 티타네이트, 비스무스 카복실레이트, 또는 이들의 임의 조합물이 포함될 수 있다.
아민 촉매로는, 3차 아민, 이를테면, 트리부틸아민, N-메틸 모르폴린, N-에틸 모르폴린, N,N,N',N'-테트라메틸 에틸렌 디아민, 펜타메틸 디에틸렌 트리아민 및 고차 동족체, 1,4-디아자바이사이클로-[2,2,2]-옥탄, N-메틸-N'-디메틸아미노에틸 피페라진, 비스(디메틸아미노알킬)피페라진, N,N-디메틸 벤질아민, N,N-디메틸 사이클로헥실아민, N,N-디에틸 벤질아민, 비스(N,N-디에틸아미노에틸)아디페이트, N,N,N',N'-테트라메틸-1,3-부탄 디아민, N,N-디메틸-β-페닐 에틸아민, 비스(디메틸아미노프로필)우레아, 비스(디메틸아미노프로필)아민, 1,2-디메틸 이미다졸, 2-메틸 이미다졸, 일환식 및 이환식 아미딘, 비스(디알킬아미노)알킬 에테르, 이를테면, 예를 들어 비스(디메틸아미노에틸)에테르, 아미드기(이를테면, 포름아미드기)를 가진 3차 아민, 또는 이들의 임의 조합물이 포함될 수 있다. 촉매 성분의 다른 예로는, 2차 아민(이를테면, 디메틸아민), 또는 알데하이드(이를테면, 포름알데하이드), 또는 케톤(이를테면, 아세톤, 메틸 에틸 케톤 또는 사이클로헥사논), 또는 페놀(이를테면, 페놀, 노닐페놀 또는 비스페놀)을 포함한 만니히(Mannich) 염기가 포함된다. 이소시아네이트기에 대해 반응하는 수소 원자들을 가진 3차 아민 형태의 촉매로는, 트리에탄올아민, 트리이소프로판올아민, N-메틸 디에탄올아민, N-에틸 디에탄올아민, N,N-디메틸 에탄올아민, 알킬렌 산화물(이를테면, 프로필렌 산화물 또는 에틸렌 산화물)과의 반응 생성물, 또는 2차-3차 아민, 또는 이들의 임의 조합물이 포함될 수 있다. 탄소-실리콘 결합을 가진 실라민, 예를 들어, 2,2,4-트리메틸-2-실라모르폴린, 1,3-디에틸 아미노메틸 테트라메틸 디실록산, 또는 이들의 임의 조합물을 촉매로서 또한 사용할 수 있다.
또 다른 예에 의하면, 아민 촉매는 펜타메틸 디에틸렌 트리아민, 디메틸아미노프로필아민, N,N' 디메틸피페라진 및 디모르폴리노에틸에테르, N,N' 디메틸아미노에틸 N-메틸 피페라진, JEFFCAT® DM-70 (N,N' 디메틸피페라진 및 디모르폴리노에틸에테르의 혼합물), 이미다졸, 트리아진, 또는 이들의 임의 조합물 중에서 선택된다.
특정의 일 구현예에 의하면, 촉매는 이소시아네이트와 물의 반응과 같은 포화반응(blowing reaction)을 활성화시키는데 특히 유용하다. 일예에서, 촉매는 디모르폴리노디에틸 에테르(DMDEE)를 포함한다. 구체적인 일예에서, 촉매는 DMDEE의 안정화된 형태를 포함한다.
한 예시적 조성물 내 폴리올의 함량은 50 중량% 내지 80 중량% 범위, 이를테면, 55 중량% 내지 75 중량% 범위, 또는 심지어는 60 중량% 내지 70 중량% 범위에 있다. 디이소시아네이트는 20 중량% 내지 35 중량% 범위, 이를테면, 22 중량% 내지 32 중량% 범위, 또는 심지어 25 중량% 내지 30 중량% 범위에 있는 함량으로 포함될 수 있다. 촉매, 구체적으로는 가습제 경화 촉매는 0.2 중량% 내지 2.0 중량% 범위, 이를테면 0.6 중량% 내지 1.8 중량% 범위, 0.8 중량% 내지 1.8 중량% 범위, 또는 심지어 1.0 중량% 내지 1.5 중량% 범위에 있는 함량으로 포함될 수 있다.
대안적 예에서, 폼층(202)은 실리콘 중합체를 포함할 수 있다. 바람직한 실리콘으로는, 하이드라이드, 메틸, 에틸, 프로필, 비닐, 페닐, 및 플루오로카본 중에서 선택된 사슬 치환기들을 가진 폴리실록산이 포함된다. 폴리실록산의 말단기로는 하이드라이드, 하이드록실, 비닐, 비닐 디오르가노실록시(vinyl diorganosiloxy), 알콕시, 아실옥시, 알릴, 옥심, 아미녹시, 이소프로페녹시, 에폭시, 메르캅토 기들, 또는 이들의 임의 조합물이 포함될 수 있으며, 이들 중 일부는 반응하여 폴리실록산을 실리콘 매트릭스로 가교 또는 경화시킬 수 있다. 구체적인 실리콘 중합체로는 폴리알킬실록산, 페닐실리콘, 플루오로실리콘, 또는 이들의 임의 조합물이 포함될 수 있다.
바람직한 실리콘 중합체로는, 예를 들어, 전구체로부터 형성되는 실리콘 중합체와 같은 폴리알킬실록산, 이를테면, 디메틸실록산, 디에틸실록산, 디프로필실록산, 메틸에틸실록산, 메틸프로필실록산, 또는 이들의 조합물이 포함될 수 있다. 특정의 일 구현예에서, 폴리알킬실록산은 폴리디메틸실록산(PDMS)과 같은 폴리디알킬실록산을 포함한다. 다른 구현예에서, 폴리알킬실록산은 실리콘 하이드라이드-함유 폴리디메틸실록산이다. 또 다른 구현예에서, 폴리알킬실록산은 비닐-함유 폴리디메틸실록산이다.
또 다른 구현예에 의하면, 실리콘 중합체는 하이드라이드-함유 폴리디메틸실록산과 비닐-함유 폴리디메틸실록산의 조합물이다. 일예로, 실리콘 중합체는 비극성이며, 염소 및 불소와 같은 할라이드 관능기와 페닐 관능기를 함유하지 않는다. 대안으로, 실리콘 중합체는 할라이드 관능기 또는 페닐 관능기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 중합체는 플루오로실리콘 또는 페닐실리콘을 포함할 수 있다.
실리콘 중합체는 중합체 사슬에 메틸기들만 가진 MQ 실리콘 중합체; 중합체 사슬에 메틸기와 비닐기를 가진 VMQ 실리콘 중합체; 중합체 사슬에 메틸기와 메틸기를 가진 PMQ 실리콘 중합체; 중합체 사슬에 메틸기와 페닐기와 비닐기를 가진 PVMQ 실리콘 중합체; 및 중합체 사슬에 메틸기와 비닐기와 플루오로기를 가진 FVMQ 실리콘 중합체를 포함할 수 있다. 이러한 엘라스토머의 구체적인 구현예로는 다우 코닝(Dow Corning)사의 SilasticB 실리콘 엘라스토머가 포함된다.
실리콘 제제는 촉매 및 기타 선택적 첨가제들을 더 포함할 수 있다. 바람직한 첨가제로는, 개별적 또는 조합 형태로 사용되는 필러, 반응억제제, 착색제 및 안료가 포함될 수 있다. 일 구현예에 의하면, 실리콘 제제는 백금에 의해 촉매화된 실리콘 제제이다. 대안으로, 실리콘 제제는 과산화물에 의해 촉매화된 실리콘 제제일 수 있다. 다른 예에서, 실리콘 제제는 백금에 의해 촉매화된 실리콘 제제와 과산화물에 의해 촉매화된 실리콘 제제의 조합물일 수 있다. 실리콘 제제는 실온경화성(RTV) 제제 또는 겔일 수 있다. 일예로, 실리콘 제제는 액체 실리콘 고무(LSR)이거나, 고밀도(high consistency) 검 고무(HCR)일 수 있다. 특정의 일 구현예에서, 실리콘 제제는 백금에 의해 촉매화된 LSR이다. 다른 일 구현예에서, 실리콘 제제는 2-부분 반응계로부터 형성되는 LSR이다.
실리콘 제제는 통상의, 상업용으로 제조된 실리콘 중합체일 수 있다. 상업용으로 제조된 실리콘 중합체는 일반적으로 비극성 실리콘 중합체, 촉매, 충전재, 및 선택적 첨가제들을 포함한다. 본원에 사용된 바와 같은 "통상의"란 표현은 어떠한 자가결합 모이어티(부분) 또는 첨가제도 함유되지 않은, 상업용으로 제조된 실리콘 중합체를 가리킨다. 통상의, 상업용으로 제조된 LSR의 구체적인 구현예로는, 미국 미시건주 아드리언에 소재한 웨커 실리콘(Wacker Silicone)사의 Wacker ElastosilB LR 3003150과, 캘리포니아주 벤투라에 소재한 로디아 실리콘즈(Rhodia Silicones)사의 Rhodia SilbioneB LSR 4340이 포함된다. 다른 예로, 실리콘 중합체는 웨커 실리콘사에서 시판 중인 Wacker ElastosilQ3 R4000150, 또는 다우 코닝사에서 시판 중인 HS-50 High Strength HCR와 같은 HCR이다.
바람직한 일 구현예에 의하면, 통상의, 상업용으로 제조된 실리콘 중합체는 2-부분 반응계로서 입수가능하다. 제1 부분은 일반적으로 비닐-함유 폴리디알킬실록산, 충전재 및 촉매를 포함하며, 제2 부분은 일반적으로 하이드라이드-함유 폴리디알킬실록산 및 선택적으로, 비닐-함유 폴리디알킬실록산과 기타 첨가제들을 포함한다. 반응억제제는 제1 부분 또는 제2 부분에 포함될 수 있다. 임의의 적합한 혼합법으로 제1 부분과 제2 부분을 혼합하여 실리콘 제제를 생성한다. 바람직한 일 구현예에 의하면, 상기 2-부분 반응계는 혼합장치 내에서 혼합된다. 일예로, 혼합장치는 사출성형기 내의 혼합기이다. 다른 예로, 혼합장치는 반죽 믹서, 로스(Ross) 믹서, 이중롤 밀, 또는 브라벤더(Brabender) 믹서와 같은 혼합기이다.
또한, 폼층은 충전재와 첨가제들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 충전재는 열전도성 충전재를 포함할 수 있다. 바람직한 열전도층은 금속산화물, 금속질화물, 금속탄화물, 또는 이들의 임의 조합물을 포함한다. 바람직한 금속산화물로는 실리카, 알루미나, 알루미나 트리하이드레이트(aluminia trihydrate), 산화아연, 지르코니아, 산화마그네슘, 또는 이들의 임의 조합물이 포함된다. 바람직한 금속질화물로는 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 또는 이들의 임의 조합물이 포함된다. 바람직한 금속탄화물로는 탄화규소, 탄화붕소, 또는 이들의 임의 조합물이 포함된다. 특히, 열전도성 충전재는 열전도도를 위해 선택된다. 예를 들어, 충전재의 열전도도는 20 W/mK 이상으로, 이를테면 50 W/mK 이상 또는 심지어 100 W/mK 이상일 수 있다.
일예로, 폼에 포함된 열전도성 충전재의 함량은 폼의 총 중량을 기준으로 10 중량% 내지 80 중량% 범위, 이를테면 30 중량% 내지 80 중량% 범위에 있다. 예를 들어, 열전도성 충전재는 45 중량% 내지 약 80 중량% 범위에, 이를테면 60 중량% 내지 70 중량% 범위에 있는 함량으로 포함될 수 있다.
또한, 열전도성 충전재는 바람직한 입경을 가질 수 있으며, 이를테면 평균입경(d50)이 100 마이크론 이하이다. 예를 들어, 열전도성 충전재의 평균입경은 15 마이크론 이하로, 이를테면 10 마이크론 이하, 5 마이크론 이하, 또는 심지어 1 마이크론 이하일 수 있다. 또 다른 예에 의하면, 평균입경은 100 나노미터 이하일 수 있다.
더 나아가, 상기 폼은 기타 첨가제 및 충전재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 폼은 UV 안정제, UV 흡수제, 가공보조제, 항산화제, 착색제, 보조제(adjuvant), 난연제, 상변이 성분, 또는 이들의 임의 조합물을 포함할 수 있다.
폼층에 내포시키기에 적합한 난연제는, 상기 폼층의 총 중량을 기준으로 1.0 중량% 내지 40 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 바람직한 난연제는 팽창성 또는 비팽창성일 수 있다. 일반적으로, 난연제는 할로겐과 안티몬을 함유하지 않는다. 적합한 난연제의 예로는 유기인 화합물 또는 적린(red phosphorus) 물질에 기초한 비할로겐화 난연제가 포함된다. 열전도성 충전재로도 기능하는 적합한 난연제의 예로는 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘이 포함된다. 또한, 난연제들의 블렌드가 사용될 수 있다.
경화 또는 고형화 이전의 포말형성(frothing)의 결과로, 포말화제로 인해, 또는 이들의 임의 조합의 결과로, 폼의 셀(cell)들이 형성될 수 있다. 유용한 거품발생제로는 비말동반 가스/고압 주입성 가스; 발포제(blowing agent), 이를테면 화학적 발포제 및 물리적 발포제; 팽창형 또는 비팽창형 중합체 버블; 및 이들의 조합물이 포함된다. 예를 들어, 폼의 셀들은 질소, 이산화탄소, 공기, 다른 종류의 가스, 또는 이들의 임의 조합물과 같은 비활성 가스를 사용한 포말형성의 결과로 형성될 수 있다. 다른 예로, 폼의 셀들은 탄화수소, 에테르, 에스테르, 및 부분적으로 할로겐화된 탄화수소, 에테르 및 에스테르 등, 또는 이들의 임의 조합물과 같은 물리적 발포제로 인해 형성될 수 있다. 바람직한 물리적 발포제로는 HCFC(할로 클로로플루오로카본), 이를테면 1,1-디클로로-1-플루오로에탄, 1,1-디클로로-2,2,2-트리플루오로-에탄, 모노클로로디플루오로메탄, 또는 1-클로로-1,1-디플루오로에탄; HFC(할로 플루오로카본), 이를테면 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로프로판, 2,2,4,4-테트라플루오로부탄, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-메틸프로판, 1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판, 1,1,1,2,2-펜타플루오로프로판, 1,1,1,2,3-펜타플루오로프로판, 1,1,2,3,3-펜타플루오로프로판, 1,1,2,2,3-펜타플루오로프로판, 1,1,1,3,3,4-헥사플루오로부탄, 1,1,1,3,3-펜타플루오로부탄, 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로부탄, 1,1,1,4,4-펜타플루오로부탄, 1,1,2,2,3,3-헥사플루오로프로판, 1,1,1,2,3,3-헥사플루오로프로판, 1,1-디플루오로에탄, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 또는 펜타플루오로에탄; HFE(할로 플루오로에테르), 이를테면 메틸-1,1,1-트리플루오로에틸에테르 및 디플루오로메틸-1,1,1-트리플루오로에틸에테르; 및 탄화수소, 이를테면 n-펜탄, 부탄, 이소펜탄, 또는 사이클로펜탄; 또는 이들의 임의 조합물이 포함된다.
바람직한 화학적 발포제로는 물, 그리고 아도(ado)-, 카보네이트-, 및 하이드라지드계 분자들, 예를 들어, CELOGEN OT(미국 커네티컷주 미들베리에 소재한 유니로열 케미컬사(Uniroyal Chemical Company)가 시판 중임)와 같은 4,4'-옥시비스(벤젠설포닐)하이드라지드, 4,4' 옥시벤젠설포닐 세미카바자이드, p-톨루엔설포닐 세미카바자이드, p-톨루엔설포닐 I 하이드라자이드, 옥살산 하이드라자이드, 디페닐옥사이드-4,4'-디설포하이드라자이드, 벤젠설폰하이드라자이드, 아조디카본아미드, 아조디카본아미드(1,1'-아조비스포름아미드), 메타-개질형 아조디카보나이드, 5-페닐테트라졸, 5-페닐테트라졸 유사물, 하이드라조카복실레이트, 디이소프로필 하이드라조디카복실레이트, 바륨 아조디카복실레이트, 5 페닐-3,6-디하이드로-1,3,4-옥사디아진-2-온, 소듐 보로하이드라이드, 아조디이소부티로니트릴, 트리하이드라지노트리아진, 아조디카복실산의 금속염, 테트라졸 화합물, 소듐 바이카보네이트, 암모늄 바이카보네이트, 카보네이트 화합물과 폴리탄산의 제조물, 시트르산과 소듐 바이카보네이트의 혼합물, N,N'-디메틸 N,N'-디니트로소-테레프탈아미드, N,N'-디니트로소펜타메틸렌테트라민, 또는 이들의 임의 조합물이 포함된다. 실리콘 카바이드는 화학적 발포제로서, 그리고 열전도성 충전재로서 기능할 수 있다. 폴리우레탄 폼 또는 폴리이소시아누레이트의 경우, 폼의 셀들은 물과 초과량의 디이소시아네이트를 반응 혼합물에 첨가시키고, 그 결과 이산화탄소가 배출되도록 함으로써 형성될 수 있다.
형성 단계에 이어서, 폼층(202)의 폼은 폐포형(독립기포형) 폼이거나, 개포형(연속기포형) 폼일 수 있다. 특히, 폼은 폐포형 폼일 수 있다. 또한, 폼의 밀도는 1500 kg/m3 이하로, 이를테면 1200 kg/m3 이하, 1000 kg/m3 이하, 또는 심지어 800 kg/m3 이하일 수 있다. 일예로, 밀도는 20 kg/m3 이상으로, 이를테면 100 kg/m3 이상, 또는 심지어 200 kg/m3 이상이다.
바람직한 저밀도 외에도, 폼층(202)의 폼은 바람직한 가요성을 가질 수 있다. 예를 들어, ASTM D1056에 따라 측정하였을 때, 폼은 25% 압축 하에서 50 psi(345 kPa) 이하의 바람직한 압축변형력을 가질 수 있다. 예를 들어, 25% 압축 하에서의 압축변형력은 30 psi(207 kPa) 이하로, 이를테면 25 psi(172 kPa) 이하일 수 있다. 또한, 25% 압축 하에서의 압축변형력은 0.7 psi(5 kPa) 이상으로, 이를테면 2 psi(13.8 kPa) 이상, 또는 심지어 5 psi(34.5 kPa) 이상일 수 있다. 그 외에도, 폼은 바람직한 경도를 가질 수 있으며, 이를테면 쇼어 A 경도가 40 이하인 것이 바람직하다. 예를 들어, 폼의 쇼어 A 경도는 30 이하로, 이를테면 20 이하, 또는 심지어 15 이하일 수 있다.
추가예에서, 시트재료는 지지층(204)을 포함한다. 바람직한 지지층(204)으로는, 중합체막, 이를테면 폴리올레핀막(예컨대, 이축 배향(연신)된 폴리프로필렌을 비롯한 폴리프로필렌), 폴리에스테르막(예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레이트), 폴리아미드막, 비발포(unfoamed) 실리콘막, 비발포 폴리우레탄막, 과불소화 중합체막(예컨대, PTFE), 또는 셀룰로스 에스테르막; 망(mesh); 직물(예컨대, 폴리에스테르, 나일론, 실크, 면, 폴리코튼(polycotton) 또는 레이온을 포함하는 섬유 또는 얀 재질의 직물); 종이; 가황종이; 가황고무; 가황섬유; 부직형 재료; 이들의 조합물; 또는 이들을 처리한 형태가 포함된다. 직조되거나 스티치본드된 직물이 바람직할 수 있다. 구체적인 예로, 지지층(204)은 종이, 중합체막, 직물, 면, 폴리코튼, 레이온, 폴리에스테르, 폴리나일론, 가황고무, 가황섬유, 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택된다. 다른 예에 의하면, 지지층으로는 폴리프로필렌막 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)막이 포함된다. 특히, 지지층(204)은 직포 패브릭 또는 직물, 또는 랜덤섬유 패브릭 또는 직물과 같은 섬유성 재료를 포함할 수 있다. 일예로, 상기 직물은 직포 유리섬유 패브릭과 같은 유리섬유를 포함한다. 다른 예로, 직물은 폴르에스테르, 아라미드(aramid), 폴리이미드, 탄소섬유, 또는 이들의 임의 조합물의 섬유로 형성된다. 도 2에는 단일 지지층(204)이 도시되어 있지만, 추가 지지층들을 포함할 수 있다.
추가예에서, 시트재료(200)는 접착층(206)을 포함할 수 있으며, 이러한 접착층에는 열전도성 접착제가 포함될 수 있다. 예를 들어, 접착제는 감압성 접착제일 수 있다. 다른 예에 의하면, 접착제는 핫멜트 접착제이다. 그 외에, 접착제에는 전술된 충전재 및 성분과 같은 열전도성 충전재 또는 상변이 성분이 포함될 수 있다. 또한, 접착제는 바람직한 열전도도, 이를테면 0.3 W/mK 이상, 가령 0.4 W/mK 이상, 0.5 W/mK 이상, 또는 심지어 1.0 W/mK 이상의 열전도도를 가질 수 있다.
구체적으로, 시트재료(200)는 ASTM E1530에 따라 측정하였을 때 바람직한 열전도도를 나타낸다. 예를 들어, 시트재료(200)는 0.1 W/mK 이상의 열전도도, 이를테면 0.25 W/mK 이상, 0.3 W/mK 이상, 0.4 W/mK 이상, 또는 심지어 0.5 W/mK 이상의 열전도도를 가질 수 있다. 특정예에서, 시트재료(200)는 5 W/mK 이상의 열전도도, 이를테면 10 W/mK 이상, 또는 심지어 15 W/mK 이상의 열전도도를 가질 수 있다. 일예로, 시트재료(200)를 압축 하에 사용하면 시트재료(200)의 열전도도가 상승된다. 예를 들어, 사용시, 시트재료(200)를 단단히(tightly) 싸면, 폼층(202)과 같은 특정 층들이 압축된다. 구체적으로는, 시트재료(200)는 0.55 W/mK 이상의 압축 열전도도를 가질 수 있으며, 이때 압축 열전도도는 50% 압축 하에서의 시트재료(200)의 열전도도로서 정의된다. 예를 들어, 상기 압축 열전도도는 0.6 W/mK 이상으로, 이를테면 0.65 W/mK 이상일 수 있다. 구체적으로, 시트재료의 압축 열전도도는 5 W/mK 이상으로, 이를테면 10 W/mK 이상, 또는 심지어 15 W/mK 이상일 수 있다.
또한, 시트재료(200)는 0.3 mm 이상과 같은 바람직한 두께를 가질 수 있다. 일예로, 상기 두께는 25 mm 이하이다. 예를 들어, 상기 두께는 0.5 mm 내지 10 mm 범위에, 이를테면 0.5 mm 내지 5 mm 범위, 또는 심지어 0.5 mm 내지 1 mm 범위에 있을 수 있다.
그 외에도, 시트재료(200)는 ASTM D149에 따라 측정하였을 때 바람직한 절연내력(dielectric strength)을 가진다. 예를 들어, 시트재료의 절연내력은 50 V/mil 이상으로, 이를테면 75 V/mil 이상, 또는 심지어 100 V/mil 이상일 수 있다.
또한, 시트재료(200)는 고온에서 안정적이다. 예를 들어, ASTM D1056에 따르면 열안정도는 고온에서의 압축율과 상호 연관된다. 구체적으로, 시트재료(200)는 100℃에서 20% 이하의 압축영구변형률(compression set)을 2주일이 넘는 기간에 걸쳐 나타낸다. 일예로, 시트재료(200)의 압축영구변형률은 15% 이하로, 이를테면 10% 이하일 수 있다. 또한, 시트재료(200)는 예컨대 V1 등급을 가진 난연제일 수 있다.
다른 예에서, 시트재료(200)는 바람직한 기계적 강도와 기계적 건전성을 가진다. 예를 들어, ASTM D412에 따라 측정된 시트재료(200)의 인장강도(파단강도)는 90 psi(0.62 MPa) 이상으로, 이를테면 100 psi(0.69 MPa) 이상, 110 psi(0.76 MPa) 이상, 또는 심지어 120 psi(0.82 MPa) 이상일 수 있다. 또한, 시트재료(200)의 인장강도는 200 psi(1.4 MPa) 이상으로, 이를테면 500 psi(3.4 MPa) 이상, 1000 psi(6.9 MPa) 이상, 1200 psi(8.3 MPa) 이상, 또는 심지어 1400 psi(9.6 MPa) 이상일 수 있다.
전술된 시트재료는 배터리 및 기타 화학물질계 축전장치를 에워싸는 용도로 특히 유용하다. 전형적인 자동차 분야에서는, 복수개의 배터리가 하나의 전기 시스템 내에 수용(encase)되어 있다. 전술된 시트재료는 전기 시스템 내부의 각 배터리를 개별적으로 에워싸는 용도로 특히 유용하다. 구체적으로, 시트재료는 바람직한 열전도도와 바람직한 열안정도를 가지며, 이는 배터리 방전시 고온에 직면하는 경우 시트재료에 내구성을 제공한다. 또한, 배터리의 하우징과 접촉되는 시트재료를 유지하기 위해 폼을 구부릴 수 있으므로, 열전달을 위한 접촉성이 개선된다. 더욱이, 방전 또는 재충전시 축전장치의 온도 상승으로 야기될 수 있는 열팽창을 어느 정도 허용하면서, 시트재료를 개별 배터리 둘레로 단단히 쌀 수 있다.
구체적인 예로, 시트재료는 두께와는 별개로 높은 열전도도, 열안정성, 및 내구성 또는 강도의 조합된 특성을 가진다. 이러한 조합은 특히 전통적인 열계면 재료(thermal interface material)인 멜트형 감압 접착재보다 나은 이점을 제공한다. 또한, 이러한 시트재료는 열전도성 포팅재료에 비해 무게 및 취급 이점을 가진다.
구체적인 예로, 도 3은 바람직한 배터리(300)의 예시도를 포함한다. 배터리(300)는, 원주면(306)을 따라 시트재료(304)로 둘러싸인 에너지 저장 장치(302)를 구비한 원통형 구조를 가진다. 이러한 예에서는, 시트재료의 폼층 또는 선택적으로는, 접착층이 에너지 저장 장치(302)의 하우징과 접촉될 수 있다. 시트재료(304)의 지지층은 에너지 저장 장치(302)의 원주면(306)을 따라 시트재료(304)의 외부 표면을 형성할 수 있다.
도 4에 예시된 다른 예에서, 에너지 공급 부품(400)은 전기접촉부(406 및 408)를 가진 박스형 에너지 공급 장치(402)를 구비한다. 이들 접촉부(406 및 408)를 방해하지 않으면서 에너지 저장 장치(402)의 주면들(412, 414 및 416)을 바람직한 시트재료(410)로 에워쌀 수 있다. 일예로, 시트재료(410)의 폼층 또는 선택적으로는, 접착층이 에너지 저장 장치(402)의 하우징과 접촉될 수 있다. 또한, 에너지 저장 장치(402)의 하우징 반대쪽 폼층의 일면에, 보강층으로 시트재료(410)의 외부 표면을 형성할 수 있다.
구체적인 예로, 개별적으로 포장된 복수의 에너지 저장 장치를 차량의 한 전기 시스템으로 통합할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 예시된 바와 같이, 차량(500)은 전기 시스템(502)을 포함한다. 전기 시스템(502)은 복수의 에너지 저장 장치(506)를 구비한 에너지 공급부(504)를 포함한다. 열전도성 시트재료는 에너지 저장 장치(506) 줄들 사이로 연장될 수 있다. 다른 예에 의하면, 열전도성 시트재료는 에너지 저장 장치들(506) 사이로 접결(interweave)될 수 있다. 또 다른 예에 의하면, 열전도성 시트재료를 사용하여 에너지 저장 장치(506)를 개별적으로 포장할 수 있다. 또한, 에너지 공급부(504)는 온도조절매체를 공급하는 도관(508)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 에너지 공급부(504)가 사용 중일때, 온도조절매체는 에너지 공급부(504)와 개별포장된 에너지 저장 장치(506)를 냉각시킬 수 있다. 악천후로 인해 에너지 공급부(504)의 온도가 낮아지면, 온도조절매체는 에너지 저장 장치들(506)을 가열할 수 있다. 이런 식으로, 열에너지는 에너지 저장 장치들 내로 또는 에너지 저장 장치들로부터 시트재료의 개별 포장재(wrapping)를 통해 전달될 수 있다.
폼의 성질에 따라, 예컨대 열경화법을 통해 폼을 경화시키거나, UV 경화법과 같은 화학방사선(actinic radiation)법을 사용하여 폼을 경화시킬 수 있다. 또한, 이러한 경화 조작을 촉매화할 수 있다. 예를 들어, 과산화물 또는 백금 촉매를 사용하여 실리콘 폼을 경화시킬 수 있다. 대안으로, 폼 재료로 열가소재를 사용한 경우에는, 폼을 냉각시켜 고형화할 수 있다.
설명한 바와 같이, 추가층들을 시트재료에 혼입시킬 수 있다. 예를 들어, 폼층을 지지층 상부에 부분적으로 도포한 후, 상기 폼층 상부에 보강층을 도포하고, 이어서 상기 보강층 상부에 추가 거품발생재를 정량토출시키는 것과 같이, 보강층들을 폼층에 혼입시킬 수 있다.
본 발명의 제1 양상에서, 시트재료는 지지층, 및 지지층상에 배치되는 폼층을 포함한다. 시트재료의 두께는 0.3 mm 내지 25 mm 범위에 있고, 열전도도는 0.1 W/mK 이상이다. 제1 양상의 일예에 의하면, 폼층은 100℃에서 15% 이하의 압축영구변형률을 2주일이 넘는 기간에 걸쳐 유지한다.
제1 양상의 일 구현예에서, 시트재료의 열전도도는 0.25 W/mK 이상으로, 이를테면 0.3 W/mK 이상, 0.55 W/mK 이상, 0.6 W/mK 이상, 또는 심지어 0.65 W/mK 이상이다.
제1 양상의 추가 구현예에 의하면, 시트재료의 두께는 25 mm 이하이다. 예를 들어, 상기 두께는 0.5 mm 내지 10 mm 범위, 이를테면 0.5 mm 내지 5 mm 범위, 또는 0.5 mm 내지 1 mm 범위에 있다.
제1 양상의 다른 구현예에서, 지지층은 유리섬유 직물, 비발포 실리콘막, 비발포 폴리우레탄막, 또는 퍼플루오로중합체막을 포함한다.
제1 양상의 또 다른 구현예에서, 시트재료는 지지층 반대쪽 폼층의 일면에 배치되는 접착층을 더 포함한다. 접착제의 열전도도는 0.3 W/mK 이상이다.
제1 양상의 또 다른 구현예에서, 폼층은 실리콘, 폴리우레탄, 폴리올레핀, 스티렌계 중합체, 에폭시 수지, 폴리이소시아누레이트, 또는 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 중합체를 포함한다. 예를 들어, 중합체는 실리콘을 포함한다. 다른 예에서, 중합체는 폴리우레탄, 폴리이소시아누레이트, 또는 이들의 임의 조합물을 포함한다.
제1 양상의 다른 구현예에서, 폼층은 열전도성 충전재를 포함한다. 열전도성 충전재는 금속산화물, 금속질화물, 금속탄화물, 또는 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 일예로, 금속산화물은 실리카, 알루미나, 알루미나 트리하이드레이트(alumina trihydrate), 산화아연, 지르코니아, 산화마그네슘, 또는 이들의 임의 조합물이다. 다른 예에서, 금속질화물은 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 또는 이들의 임의 조합물이다. 또 다른 예로, 금속탄화물은 탄화규소, 탄화붕소, 또는 이들의 임의 조합물이다. 열전도성 충전재의 열전도도는 20 W/mK 이상으로, 이를테면 50 W/mK 이상, 또는 심지어 100 W/mK 이상이다. 폼층에 포함될 수 있는 열전도성 충전재의 함량은 폼층의 총 중량을 기준으로 10 중량% 내지 80 중량%, 이를테면 45 중량% 내지 80 중량% 범위, 또는 심지어 60 중량% 내지 70 중량% 범위이다. 열전도성 충전재의 평균입경은 100 마이크론 이하로, 이를테면 15 마이크론 이하, 10 마이크론 이하, 5 마이크론 이하, 1 마이크론 이하, 또는 심지어 100 nm 이하일 수 있다.
제1 양상의 또 다른 구현예에서, 폼층의 압축변형력은 25% 압축 하에서 50 psi 이하로, 이를테면 30 psi 이하, 또는 심지어 25 psi 이하이다. 폼층의 밀도는 1500 kg/m3 이하로, 이를테면 1200 kg/m3 이하, 또는 심지어 1000 kg/m3 이하이다.
제1 양상의 추가 구현예에서, 시트재료의 절연내력은 50 V/mil 이상이다.
본 발명의 제2 양상에서, 시트재료는 패브릭 지지체, 상기 패브릭 지지체 상에 배치되는 폼층, 및 패브릭 지지체 반대쪽 폼층의 일면에 놓이는 접착제를 포함한다. 시트재료의 열전도도는 0.1 W/mK 이상이고, 두께는 0.3 mm 내지 25 mm 범위에 있으며, 압축영구변형률은 100℃에서 2주일이 넘는 기간에 걸쳐 15% 이하이다.
본 발명의 제3 양상에서, 에너지 공급 시스템은, 하우징 및 상기 하우징과 접촉되는 시트재료를 갖는, 에너지 저장 장치를 포함한다. 시트재료는 폼층을 포함한다. 시트재료의 열전도도는 0.1 W/mK 이상이고, 두께는 0.3 mm 이상이다.
제3 양상의 일 구현예에서, 폼의 압축영구변형률은 100℃에서 2주일이 넘는 기간에 걸쳐 15% 이하이다.
제3 양상의 추가 구현예에서, 시트재료의 열전도도는 0.25 W/mK 이상으로, 이를테면 0.3 W/mK 이상, 또는 0.55 W/mK 이상이다.
제3 양상의 추가 구현예에서, 시트재료의 두께는 25 mm 이하로, 이를테면 0.5 mm 내지 10 mm 범위이다.
제3 양상의 다른 구현예에서, 시트재료는 지지층을 더 포함한다. 지지층은 하우징 반대쪽 폼의 주면 상에 배치될 수 있다. 일예에서, 지지층은 유리섬유 패브릭일 수 있다. 다른 예에서, 지지층은 비발포 실리콘막을 포함한다. 추가예에서, 지지층은 비발포 폴리우레탄막을 포함한다. 또 다른 예에서, 지지층은 퍼플루오로중합체막을 포함한다.
제3 양상의 추가 구현예에서, 시트재료는 접착층을 포함한다. 접착제의 열전도도는 0.3 W/mK 이상일 수 있다. 접착층은 폼층과 하우징 사이에 배치될 수 있다.
제3 양상의 또 다른 구현예에서, 폼층은 실리콘, 폴리우레탄, 폴리올레핀, 스티렌계 중합체, 에폭시 수지, 폴리이소시아누레이트, 또는 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 중합체를 포함한다. 일예에서, 중합체는 실리콘을 포함한다. 다른 예에서, 중합체는 폴리우레탄, 폴리이소시아누레이트, 또는 이들의 임의 조합물을 포함한다.
제3 양상의 다른 구현예에서, 폼층은 열전도성 충전재를 포함한다. 열전도성 충전재는 금속산화물, 금속질화물, 금속탄화물, 또는 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 일예로, 금속산화물은 실리카, 알루미나, 알루미나 트리하이드레이트, 산화아연, 지르코니아, 산화마그네슘, 또는 이들의 임의 조합물이다. 다른 예에서, 금속질화물은 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 또는 이들의 임의 조합물이다. 또 다른 예로, 금속탄화물은 탄화규소, 탄화붕소, 또는 이들의 임의 조합물이다. 열전도성 충전재의 열전도도는 20 W/mK 이상일 수 있다. 폼층에 포함될 수 있는 열전도성 충전재의 함량은 폼층의 총 중량을 기준으로 10 중량% 내지 80 중량%이다. 열전도성 충전재의 평균입경은 100 마이크론 이하로, 이를테면 15 마이크론 이하일 수 있다.
제3 양상의 또 다른 구현예에서, 폼층의 압축변형력은 25% 압축 하에서 50 psi 이하이다. 다른 구현예에서, 시트재료의 절연내력은 50 V/mil 이상이다.
제3 양상의 또 다른 구현예에서, 폼층의 밀도는 1500 kg/m3 이하로, 이를테면 1200 kg/m3 이하, 또는 심지어 1000 kg/m3 이하이다.
일반 설명 및 실시예에서 전술된 모든 작용이 요구되는 것은 아니며, 특정 작용의 일부는 요구되지 않을 수 있고, 기술된 작용들 외에도 하나 이상의 추가 작용이 수행될 수 있다는 것을 주목한다. 더욱이, 열거된 작용들의 순서대로 반드시 수행될 필요는 없다.
전술된 명세서에서는 특정 실시형태를 참조로 여러 개념을 설명하였다. 그러나, 당해 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위에 포함된 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 다양한 변형 및 변경이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적 의미보다는 예시적 의미로 간주되어야 하며, 이들 모든 수정예를 본 발명의 범주에 포함하는 것으로 의도한다.
본원에 사용된 바와 같이, "포함(구비, 함유)하는(하다) (comprises, comprising, includes, including, has, having)" 또는 이들의 기타 다른 변형예는 비배타적 항목들을 포함하고자 의도된다. 예를 들어, 여러 특징들의 목록을 포함하는 공정, 방법, 물품 또는 장치는 이들 특징에 반드시 한정되는 것이 아니라 이러한 공정, 방법, 물품 또는 장치에 분명하게 열거되지 않았거나 고유하지 않은 다른 기타 특징들을 포함할 수 있다. 또한, 달리 분명하게 명시하지 않는 한, "또는"이란 포괄적(inclusive-or)이고 배타적이지 않음(exclusive-or)을 가리킨다. 예를 들어, A 또는 B 조건은 하기 중 임의의 것 하나를 만족시킨다: A는 참이고(또는 존재한다), B는 거짓이다(또는 존재하지 않는다), A는 거짓이고 (또는 존재하지 않는다) B는 참이다(또는 존재한다), 및 A와 B 둘 다 참이다(또는 존재한다).
또한, 본원에 기술되는 부재 및 성분을 설명하고자 "하나의, 한(a, an)"을 사용하였다. 이는 오로지 편의를 위한 것이며, 본 발명의 범주의 일반적 의미를 제공하고자 함이다. 본 명세서는 하나 또는 하나 이상을 포함하는 것으로 이해하여야 하며, 명백하게 단수를 의미하지 않는 한 단수는 역시 복수를 포함한다.
이점, 기타 장점 및 문제점에 대한 해결책을 특정 구현예들을 참조로 전술하였다. 그러나, 이점, 장점, 문제점에 대한 해결책, 및 임의의 이점, 장점 또는 해결책이 발생되거나 표명되도록 야기시킬 수 있는 임의의 특징(들)을 어느 하나 또는 모든 청구항의 중요하거나 필요하거나 필수적인 특징으로 이해하여서는 안된다.
본 명세서를 읽은 후에, 숙련자라면 간결성을 위해 별개의 구현예들의 범위 내에서 본원에 기술된 구체적인 특성들을 단 하나의 구현예에서 조합되어 제공할 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 반대로, 간결성을 위해 단 하나의 구현예 범위 내에서 기술된 다양한 특성들을 따로따로 또는 임의의 하부조합으로 제공할 수도 있다. 또한, 범위로 명시된 값들에는 상기 범위 내에 속하는 각각의 모든 값이 포함된다.

Claims (78)

  1. 시트재료로서,
    지지층; 및
    상기 지지층 상에 배치되고 기포들(cells)이 형성되는 폼층(foam layer)을 포함하며, 상기 폼층은 25% 압축 하에서 345 kPa 이하의 압축 변형력을 가지며,
    상기 시트재료는 두께가 0.3 mm 내지 25 mm이고, 열전도도가 0.1 W/mK 이상이고, 압축 열전도도가 5 W/mK 이상이고, 상기 압축 열전도도는 50% 압축 하에서의 열전도도로서 규정되는, 시트재료.
  2. 제1항에 있어서, 폼층의 압축영구변형률(compression set)이 100℃에서 2주 동안 15% 이하인, 시트재료.
  3. 제1항에 있어서, 열전도도가 0.25 W/mK 이상인, 시트재료.
  4. 제1항에 있어서, 상기 지지층은 퍼플루오로중합체막을 포함하는, 시트재료.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 지지층은 유리섬유 직물을 포함하는 것인, 시트재료.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 지지층 반대편 폼층의 일면에 배치되는 접착층을 더 포함하는, 시트재료.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 폼층은 실리콘, 폴리우레탄, 폴리올레핀, 스티렌계 중합체(styrenic polymer), 에폭시 수지, 폴리이소시아누레이트, 플루오로엘라스토머, 또는 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 중합체를 포함하는 것인, 시트재료.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 폼층은 열전도성 충전재를 포함하는 것인, 시트재료.
  9. 제8항에 있어서, 열전도성 충전재의 열전도도가 20 W/mK 이상인, 시트재료.
  10. 제8항에 있어서, 열전도성 충전재의 평균입경이 100 마이크론 이하인, 시트재료.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폼층은 비활성 가스를 이용하여 고형화 이전의 포말형성(frothing)의 결과로서 형성되는 폼의 기포들(cells)을 가지는 포말형성 폼층(frothy foam layer)인, 시트재료.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시트재료는 50 V/mil 이상의 절연내력(dielectric strength)을 가지는, 시트재료.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 폼층의 밀도가 1500 kg/m3 이하인, 시트재료.
  14. 패브릭 지지체;
    25% 압축 하에서 345 kPa 이하의 압축 변형력을 가지며, 상기 패브릭 지지체 상에 배치되는 기포들이 형성되는 폼층; 및
    상기 패브릭 지지체 반대쪽 폼층의 일면에 놓이는 접착제를 포함하며,
    열전도도가 0.1 W/mK 이상이고, 압축 열전도도가 5 W/mK 이상이고, 압축 열전도도가 50% 압축 하에서의 열전도도로서 규정되고, 두께가 0.3 mm 내지 25 mm 범위에 있으며, 압축영구변형률은 100℃에서 2주 동안 15% 이하인, 시트재료.
  15. 하우징을 포함하는 에너지 저장 장치; 및
    상기 하우징과 접촉되며, 25% 압축 하에서 345 kPa 이하의 압축 변형력을 가지며 기포들이 형성되는 폼층을 포함하고, 열전도도가 0.1 W/mK 이상이며, 압축 열전도도가 5 W/mK 이상이고, 상기 압축 열전도도는 50% 압축 하에서의 열전도도로서 규정되고, 두께가 0.3 mm 이상인 시트재료
    를 포함하는 에너지 공급 시스템.
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