KR101621595B1 - 열가소성 전자파 차폐 조성물, 탄소소재 강화된 복합체의 제조방법 및 플라스틱 사출 성형품 - Google Patents

열가소성 전자파 차폐 조성물, 탄소소재 강화된 복합체의 제조방법 및 플라스틱 사출 성형품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열가소성 전자파 차폐 조성물, 탄소소재 강화된 복합체의 제조방법 및 플라스틱 사출 성형품에 관한 것으로, 구체적으로는 탄소소재 강화된 열가소성 수지 조성물로서, 압출 토크 저감제를 포함하여 구성함으로써 압출 가공시 압출 토크의 저감 및 탄소소재의 파괴 최소화를 유도하여 전자파 차폐성능을 극대화한 조성물, 탄소소재 강화된 복합체의 제조방법 및 이로부터 수득된 플라스틱 사출 성형품을 제공할 수 있다.

Description

열가소성 전자파 차폐 조성물, 탄소소재 강화된 복합체의 제조방법 및 플라스틱 사출 성형품 {Thermal electromagnetic shield composition, method for preparing carbon material reinforced complex, and plastic injection molded products}
본 발명은 열가소성 전자파 차폐 조성물, 탄소소재 강화된 복합체의 제조방법 및 플라스틱 사출 성형품에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 탄소소재 강화된 열가소성 수지 조성물로서, 압출 토크 저감제를 포함하여 구성함으로써 압출 가공시 압출 토크의 저감 및 탄소소재의 파괴 최소화를 유도하여 전자파 차폐성능을 극대화한 조성물, 탄소소재 강화된 복합체의 제조방법 및 이로부터 수득된 플라스틱 사출 성형품에 관한 것이다.
본 발명은 열가소성 전자파 차폐 조성물, 탄소소재 강화된 복합체의 제조방법 및 플라스틱 사출 성형품에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 탄소소재 강화된 열가소성 수지 조성물로서, 압출 토크 저감제를 포함하여 구성함으로써 압출 가공시 압출 토크의 저감 및 탄소소재의 파괴 최소화를 유도하여 전자파 차폐성능을 극대화한 조성물, 탄소소재 강화된 복합체의 제조방법 및 이로부터 수득된 플라스틱 사출 성형품에 관한 것이다.
[배경기술]
최근에는 전자제품 기술의 발달로 전자제품의 소형화와 고집적화, 고성능화가 이루어지고 있으며, 이에 따라 전도성 및 전자파 차폐를 위한 소재가 요구되고 있다.
종래에는 열전도도 및 열확산 계수 등이 높아야 하며, 주로 열전도도가 상온에서 100 W/mK 이상인 금속으로서 알루미늄, 마그네슘, 구리 등의 금속이 주로 사용되었다. 이들 금속들은 낮은 전기저항값을 가져 전자부품의 외곽 케이스로 사용할 경우 방열뿐 아니라 전자파 장해 방지에도 탁월한 효과를 보이지만, 낮은 성형성, 생산성 및 부품 디자인의 한계를 갖는다.
따라서, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 카본 블랙, 흑연과 같은 다양한 탄소소재로 강화된 소재가 제시되고 있다.
일례로, 하기표 1 내 열가소성 수지에 탄소섬유를 단독 적용한 비교예 1 내지 3의 전자파 차폐 성능 결과값으로부터 확인할 수 있듯이, 탄소섬유의 사용량과 전자파 차폐 성능이 비례한 것을 확인할 수 있었다.
그러나, 이 같은 과량의 탄소섬유 사용량을 상대적으로 줄이고도 되려 개선된 전자파 차폐 성능을 미량의 탄소나노튜브의 첨가예인 비교예 4 내지 5의 결과값으로부터 확인할 수 있었으며, 이때 미량의 탄소나노튜브 뿐 아니라 역시 소량의 카본블랙을 함께 첨가한 비교예 6 내지 7의 결과값으로부터 보다 개선된 전자파 차폐 성능을 확인할 수 있었다.
하지만, 과량의 탄소섬유 사용량을 상대적으로 줄일 경우 미량의 탄소나노튜브 및 소량의 카본블랙을 첨가하더라도 자동차 및 전자제품용 전자파 차폐 소재로 적용하기에 바람직한 전자파 차폐 성능치 37dB(@1GHz) 이상은 얻을 수 없었다. 따라서 전자파 차폐 성능을 극대화할 수 있는 연구가 여전히 필요한 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 다양한 탄소소재로 강화된 전자파 차폐소재에 있어 전자파 차폐 성능을 압출 토크 저감제의 포함으로 극대화한 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로부터 수득되고, 자동차 및 전자제품용 전자파 차폐 소재로서 요구되는 전자파 차폐능을 만족하는 플라스틱 사출 성형품을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따르면,
탄소소재 강화된 열가소성 수지 조성물로서, 압출 토크 저감제를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열가소성 전자파 차폐 조성물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면,
상술한 열가소성 전자파 차폐 조성물을 압출 토크 저감제 포함 컴파운딩하는 단계; 및 상기 컴파운딩 물을 압출 가공하는 단계; 를 포함하며,
이때 측정한 압출 토크가, 압출 토크 저감제 미포함 컴파운딩 물의 압출 토크를 기준으로 3% 이상 저감되는 것을 특징으로 하는, 탄소소재 강화된 열가소성 고분자 복합체의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면,
상술한 열가소성 전자파 차폐 조성물 중 압출 토크 저감제 미포함 컴파운딩하는 단계; 및 상기 컴파운딩 물에 압출 토크 저감제를 포함하고 압출 가공하는 단계; 를 포함하며,
이때 측정한 압출 토크가, 압출 토크 저감제 미포함 컴파운딩 물의 압출 토크를 기준으로 3% 이상 저감되는 것을 특징으로 하는, 탄소소재 강화된 열가소성 고분자 복합체의 제조방법을 제공한다.
나아가, 본 발명에 따르면,
상기 방법으로부터 수득되고, 전자파 차폐능이 자동차 및 전자제품용 전자파 차폐 소재로서 요구되는 37dB(@1GHz) 이상인, 플라스틱 사출 성형품을 제공한다.
이하, 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 열가소성 전자파 차폐 조성물은 탄소소재 강화된 열가소성 수지 조성물로서, 압출 토크 저감제를 포함하여 구성되는데 기술적 특징을 갖는다.
본 발명에서 사용되는 용어 "압출 토크 저감제"는 압출 가공시 압출 토크를 저감할 수 있는 첨가제를 의미하는 것으로, 구체적인 종류로는 이에 한정하는 것은 아니나, 몬탄 에스테르, 폴리테트라플루오로에틸렌, 및 폴리에틸렌 왁스 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
또한, 본 발명에서 사용하는 상기 탄소소재로는 구형 입자, 판상 입자, 및 침상 입자의 3가지 입자로 구성되는 것을 특징으로 한다. 이는 하기 실시예 내에 제시한 표에서 확인할 수 있는 것으로, 구체적으로는 열가소성 수지에 탄소섬유를 단독 적용한 비교예 1 내지 3의 전자파 차폐 성능 대비 과량의 탄소섬유 사용량을 최소화하면서 미량의 탄소나노튜브을 첨가한 비교예 4 내지 5에서 되려 개선된 전자파 차폐 성능을 확인할 수 있었고, 나아가 탄소나노튜브와 더불어, 소량의 카본블랙을 함께 첨가한 비교예 6 내지 7에서 보다 개선된 전자파 차폐 성능을 규명하였다.
즉, 상기 구형 입자, 판상 입자 및 침상 입자의 3종 입자를 모두 포함하여 강화시킬 경우 도 1에 제시한 바와 같은 바람직한 전기전도 네트워크를 형성하기 때문인 것으로 파악된다.
또한, 상기 구형 입자, 판상 입자, 및 침상 입자의 중량비는 3:20:0.5로 포함하는 것이 전자파 차폐 성능을 개선할 수 있어 바람직하다.
이중 구형 입자는 카본 블랙 혹은 흑연인 것으로, 조성물의 총 중량 기준 1 내지 20 중량%, 1 내지 10 중량%, 혹은 1 내지 5 중량%로 포함될 수 있다.
또한 상기 판상 입자는 직경이 1 내지 30 ㎛, 길이가 6 mm 이상의 탄소섬유로서, 조성물의 총 중량 기준 10 내지 95 중량%, 10 내지 60 중량%, 10 내지 40 중량% 혹은 15 내지 25 중량%로 포함될 수 있다.
나아가 상기 침상 입자는 탄소나노튜브 혹은 탄소나노섬유인 것으로, 조성물의 총 중량 기준 0.1 내지 5 중량%, 0.1 내지 3 중량% 혹은 0.1 내지 1 중량%로 포함될 수 있다.
이 중에서 상기 탄소나노튜브는 직경 0.5 내지 99 nm, 길이가 0.5 ㎛ 이상인 것을 사용하고, 상기 탄소나노섬유는 직경 100 nm 이상이고 길이가 1 ㎛ 이상인 것을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에서 사용하는 상기 열가소성 수지로는 이에 한정하는 것은 아니나, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌설파이드, 폴리아미드, 폴리프로필렌, 폴리옥시메틸렌, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등 전도성을 갖는 수지 중 선택된 1종 이상을 들 수 있으며, 사용 함량은 조성물의 총 중량 기준 50 내지 80 중량%, 혹은 60 내지 75 중량%로 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 압출 토크 저감제는 조성물 총 중량 기준 3 내지 10 중량%, 혹은 3 내지 8 중량%로 포함하는 것이 다양한 탄소소재로 강화된 소재의 전자파 차폐 성능을 극대화할 수 있어 바람직한 것이며, 특히, 상기 압출 토크 저감제는 압출 가공 과정에 포함시키거나, 혹은 조성물의 컴파운딩 과정에 포함시킬 수 있다.
이같이 하여 수득된 조성물은 37dB(@1GHz) 이상을 요하는 자동차 및 전자제품용 전자파 차폐 소재로 적용될 수 있다.
구체적으로, 상기 열가소성 전자파 차폐 조성물로부터 탄소소재 강화된 열가소성 고분자 복합체를 제조하는 방법에 대하여 살펴보면, 일례로, 상기 조성물을 압출 토크 저감제 포함 컴파운딩하는 단계; 및 상기 컴파운딩 물을 압출 가공하는 단계; 를 포함할 수 있다.
여기서 측정한 압출 토크는, 압출 토크 저감제 미포함 컴파운딩 물의 압출 토크를 기준으로 3% 이상 저감되는 것을 특징으로 한다.
다른 방법으로는 상기 조성물 중 압출 토크 저감제 미포함 컴파운딩하는 단계; 및 상기 컴파운딩 물에 압출 토크 저감제를 포함하고 압출 가공하는 단계; 를 포함할 수 있다.
또한 측정한 압출 토크가, 압출 토크 저감제 미포함 컴파운딩 물의 압출 토크를 기준으로 3% 이상 저감되는 것을 특징으로 한다.
이 같은 압출 가공물은 사출 성형하는 단계를 더 포함하여 플라스틱 사출 성형품을 수득할 수 있는 것으로, 여기서 상기 압출 혼련 및 사출 성형은 상업적인 방식으로 수행할 수 있다.
일례로 상기 압출 혼련은 배럴 온도 80 내지 340 ℃ 온도 하에 수행된 것이 경제성 및 제품 성형성 측면을 고려할 때 바람직하고, 상기 사출 성형은 사출 온표90 내지 330 ℃ 온도 하에 수행될 수 있다.
결과 수득된 사출 성형품은 하기 실시예에서 규명된 바와 같이, 전자파 차폐능이 자동차 및 전자제품용 전자파 차폐 소재로서 요구되는 37dB(@1GHz)이상을 만족할 수 있다.
본 발명에 따르면, 금속 성분을 포함하지 않은 탄소소재 강화된 열가소성 수지 조성물로서, 압출 토크 저감제를 포함하여 구성함으로써 압출 가공시 압출 토크의 저감 및 탄소소재의 파괴 최소화를 유도하여 전자파 차폐성능을 극대화시키고, 결과적으로 주변 전자기기의 오작동 및 인체에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따라 탄소소재로 강화시키되, 압출 토크 저감제를 투입한 경우 탄소소재의 파괴를 최소화한 네트워크 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1-3, 비교예 1-7
도 1의 네트워크를 형성하도록, 폴리카보네이트, 판상 입자로서 탄소섬유, 침상 입자로서 탄소나노튜브, 구형 입자로서 카본 블랙, 압출 토크 저감제와 같은 구성 성분들을 하기 표 1에 기재된 것과 같은 함량으로 이축 압출기에 투입하였다.
이때 이축 압출기의 메인 호퍼에는 폴리카보네이트를 투입하였고, 압출기의 사이드 호퍼에는 탄소섬유, 탄소나노튜브 및 카본 블랙, 압출 토크 저감제를 투입한 다음 용융, 혼련 압출하여 펠릿으로 제조하였다.
제조된 펠릿을 사출 기에서 사출 온도90 내지 330 ℃ 조건에서 사출하여 시편을 제조하였다. 그런 다음 전자파 차폐성능을 각각 결과를 표 1에 함께 정리하였다.
조성/
물성		 비교예 실시예
1 2 3 4 5 6 7 1 2 3
PC(wt%) 80 70 60 79.5 79 76.5 74.5 73.5 71.5 66.5
탄소섬유(wt%) 20 30 40 20 20 20 20 20 20 20
탄소나노튜브(wt%) 0.5 1 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
카본블랙(wt%) 3 5 3 3 3
압출토크저감제(wt%) 3 5 10
전자파 차폐 성능
(dB@ 1GHz)		 20 30 40 25 30 32 34 37 40 50
상기 표에서 보듯이, 열가소성 수지에 탄소섬유를 단독 적용한 비교예 1 내지 3의 전자파 차폐 성능 결과값으로부터 확인할 수 있듯이, 탄소섬유의 사용량과 전자파 차폐 성능이 비례한 것을 확인할 수 있었다.
그러나, 이 같은 과량의 탄소섬유 사용량을 상대적으로 줄이고도 되려 개선된 전자파 차폐 성능을 미량의 탄소나노튜브의 첨가예인 비교예 4 내지 5의 결과값으로부터 확인할 수 있었으며, 이때 미량의 탄소나노튜브 뿐 아니라 역시 소량의 카본블랙을 함께 첨가한 비교예 6 내지 7의 결과값으로부터 보다 개선된 전자파 차폐 성능을 확인할 수 있었다.
하지만, 과량의 탄소섬유 사용량을 상대적으로 줄일 경우 미량의 탄소나노튜브 및 소량의 카본블랙을 첨가하더라도 자동차 및 전자제품용 전자파 차폐 소재로 적용하기에 바람직한 전자파 차폐 성능치 37dB(@1GHz) 이상은 얻을 수 없었다.
반면, 실시예 1 내지 3에서와 같이 비교예 6의 탄소소재 강화 조성에 특정한 압출 토크 저감제를 적정량 첨가할 경우 소정의 전자파 차폐 성능치 37dB(@1GHz) 이상을 달성하는 것을 확인할 수 있었다.
특히, 실시예 1에 의해 수득된 네트워크를 도 1로 도시하였으며, 도 1에서 보듯이, 압출 가공 후에도 탄소소재의 파괴를 최소화하는 상태로 구성된 것을 확인할 수 있었다.

Claims (16)

  1. 탄소소재 강화된 열가소성 수지 조성물로서, 압출 토크 저감제를 포함하되, 상기 압출 토크 저감제는 조성물 총 중량 기준 3 내지 10 중량%를 압출 가공 과정에서 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열가소성 전자파 차폐 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압출 토크 저감제는 몬탄 에스테르, 폴리테트라플루오로에틸렌, 및 폴리에틸렌 왁스 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는
    열가소성 전자파 차폐 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄소소재는 구형 입자, 판상 입자, 및 침상 입자의 3가지 입자로 구성되는 것을 특징으로 하는 열가소성 전자파 차폐 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 구형 입자는 카본 블랙 혹은 흑연인 것으로, 조성물의 총 중량 기준 1 내지 20 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 열가소성 전자파 차폐 조성물.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 판상 입자는 직경이 1 내지 30 ㎛, 길이가 6 mm 이상의 탄소섬유로서, 조성물의 총 중량 기준 10 내지 95 중량% 로 포함되는 것을 특징으로 하는 열가소성 전자파 차폐 조성물.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 침상 입자는 탄소나노튜브 혹은 탄소나노섬유인 것으로, 조성물의 총 중량 기준 0.1 내지 5 중량% 로 포함되는 것을 특징으로 하는 열가소성 전자파 차폐 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브는 직경 0.5 내지 99 nm, 길이가 0.5 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 열가소성 전자파 차폐 조성물.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 탄소나노섬유는 직경 100 nm 이상이고 길이가 1 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 열가소성 전자파 차폐 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 열가소성 수지는 폴리카보네이트, 폴리페닐렌설파이드, 폴리아미드, 폴리프로필렌, 폴리옥시메틸렌, 및 폴리부틸렌테레프탈레이트 중에서 선택된 1 이상을 조성물의 총 중량 기준 50 내지 80 중량% 로 포함하는 것을 특징으로 하는 열가소성 전자파 차폐 조성물.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 압출 토크 저감제는 조성물 총 중량 기준 3 내지 10 중량%를 조성물의 컴파운딩 과정에서 포함되는 것을 특징으로 하는 열가소성 전자파 차폐 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 전자파 차폐능이 37dB(@1GHz) 이상을 요하는 자동차 및 전자제품용 전자파 차폐 소재로 적용되는 것을 특징으로 하는 열가소성 전자파 차폐 조성물.
  13. 제1항의 열가소성 전자파 차폐 조성물을 압출 토크 저감제 포함 컴파운딩하는 단계; 및 상기 컴파운딩 물을 압출 가공하는 단계; 를 포함하며,
    이때 측정한 압출 토크가, 압출 토크 저감제 미포함 컴파운딩 물의 압출 토크를 기준으로 3% 이상 저감되는 것을 특징으로 하는, 탄소소재 강화된 열가소성 고분자 복합체의 제조방법.
  14. 제1항의 열가소성 전자파 차폐 조성물 중 압출 토크 저감제 미포함 컴파운딩하는 단계; 및 상기 컴파운딩 물에 압출 토크 저감제를 포함하고 압출 가공하는 단계; 를 포함하며,
    이때 측정한 압출 토크가, 압출 토크 저감제 미포함 컴파운딩 물의 압출 토크를 기준으로 3% 이상 저감되는 것을 특징으로 하는, 탄소소재 강화된 열가소성 고분자 복합체의 제조방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    수득된 압출 가공물을 사출 성형하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    탄소소재 강화된 열가소성 고분자 복합체의 제조방법.
  16. 제15항의 방법으로 수득되고, 전자파 차폐능이 자동차 및 전자제품용 전자파 차폐 소재로서 요구되는 37dB(@1GHz) 이상인, 플라스틱 사출 성형품.
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