KR101717715B1 - 하이브리드 탄소 섬유의 제작 방법, 이를 이용한 전자차폐 방열재의 제작 방법 및 이에 의해 제작된 전자차폐 방열재 - Google Patents

하이브리드 탄소 섬유의 제작 방법, 이를 이용한 전자차폐 방열재의 제작 방법 및 이에 의해 제작된 전자차폐 방열재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소 섬유의 팬계와 피치계가 갖는 뛰어난 고유 특징만을 갖는 하이브리드 탄소 섬유를 구성함으로써 열전도도와 전기전도도를 확보하여 전자파 차폐성 및 방열성을 향상시킬 수 있는 하이브리드 탄소 섬유의 제작 방법, 이를 이용한 전자차폐 방열재 제작 방법 및 이에 의해 제작된 전자차폐 방열재에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 특성이 다른 2종 이상의 탄소 섬유를 마련하는 2종특성 탄소 섬유 마련 단계; 상기 2종특성 탄소 섬유를 융합하기 위한 융합 처리 단계; 상기 융합 처리된 2종특성 탄소 섬유 간을 일체화하여 하이브리드 탄소 섬유를 형성하기 위한 하이브리드 탄소섬유 형성 단계; 및 상기 하이브리드 탄소섬유 형성 단계에서 형성된 하이브리드 탄소 섬유를 권선하는 권선 단계를 포함하는 하이브리드 탄소 섬유의 제작 방법이 제공된다.

Description

하이브리드 탄소 섬유의 제작 방법, 이를 이용한 전자차폐 방열재의 제작 방법 및 이에 의해 제작된 전자차폐 방열재{MANUFACTURING METHOD FOR HYBRID CARBON FIBER, MANUFACTURING METHOD FOR ELECTROMAGNETIC SHIELDING-INSULATION MATERIAL USING HYBRID CARBON FIBER AND ELECTROMAGNETIC SHIELDING-INSULATION MATERIAL MANUFACTURED BY THE SAME}
본 발명은 하이브리드 탄소 섬유의 제작 방법, 이를 이용한 전자차폐 방열재의 제작 방법 및 이에 의해 제작된 전자차폐 방열재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소 섬유의 팬계와 피치계가 갖는 뛰어난 고유 특징만을 갖는 하이브리드 탄소 섬유를 구성함으로써 열전도도와 전기전도도를 확보하여 전자파 차폐성 및 방열성을 향상시킬 수 있는 하이브리드 탄소 섬유의 제작 방법, 이를 이용한 전자차폐 방열재 제작 방법 및 이에 의해 제작된 전자차폐 방열재에 관한 것이다.
본 연구는 산업통상자원부와 한국산업기술진흥원이 지원하는 경제협력권산업 육성사업으로 수행된 연구결과입니다.
(This research was supported by the Ministry of Trade, Industry & Energy(MOTIE), Korea Institute for Advancement of Technology(KIAT) through the Encouragement Program for The Industries of Economic Cooperation Region)
모바일 기기 등이 주도하고 있는 소형화와 고집적화, 데이터의 대용량화 및 고속화 등으로 인하여 전자파장애(EMI) 차폐뿐만 아니라, 방열, 진동 및 충격 흡수 등과 같은 다양한 기능을 가진 전자파 적합성(EMC) 제품들이 요구되고 있다. 특히, 선진 외국 경쟁업체들의 국내 시장진입이 더욱 가속화되고 있어 이에 대한 국내 시장 및 기술 경쟁력 확보를 위한 재료의 국산화, 대체 제품의 개발, 복합화 환경에의 대응 등이 절실하게 요구된다.
전기·전자 및 통신 기기에 삽입되는 전자파 적합성(EMC) 제품에 요구되는 가장 중요한 특성은 전자파 차폐 및 흡수 효율이 높아야 하고, 방열(열전도) 특성이 우수하여야 한다는 것이다.
종래의 전자파 흡수재는 구성 재료의 고주파 손실 특성을 이용하여 전파 에너지를 감쇠시키거나 반사파를 기준치 이하로 낮추는 소재로서, 사용되는 재료에 따라 도전 손실 재료, 유전 손실 재료, 자성 손실 재료 등으로 분류된다. 전자파 흡수재로 주로 사용되는 복합형 페라이트 전자파 흡수체는 페라이트에 실리콘 고무, 플라스틱 등의 자성체를 지지재로 혼합한 것인데, 이는 1mm 내외의 시트 형태로 제작되고 GHz 대역에서 레이터 반사방지 용도 등으로 이용된다.
종래의 전자파 차폐재는 통상적으로 플라스틱에 금속류(철, 구리, 니켈 등)를 첨가하여 도전성 메쉬, 도전성 섬유, 도전성 고무 등의 형태로 제작되는데, 이는 전자파를 차폐 또는 반사시켜 전자파로부터의 직접적인 영향을 피할 수는 있겠지만, 전자파 환경이 지속되며, 폴리에스테르에 구리, 니켈 등을 도금한 전자파 차폐재의 경우에는 감전의 우려가 있다.
종래의 전자파 차폐 및 흡수용 시트는 도전층의 일면 또는 양면에 연자성 금속 분말(예를 들면, 퍼말로이(permalloy), 센더스트(sendust), Fe-Si, Ni-Fe 등) 등이 도포된 전자파 차폐 및 흡수층이 적층되어 있는 것으로서, 전자파 차폐 및 흡수 특성은 양호할지언정 시트 자체에서 발생하는 열을 효율적으로 발산시키기에는 한계가 있다.
그러나 전자제품의 구동부는 일반적으로 집적형 전자 회로, 구동칩 등과 같은 잡음성 소자 부품으로 이루어져 있는데, 이러한 잡음성 소자 부품에서 방사되는 전자파는 노이즈로서 심각한 전자파 장해를 유발하기도 한다. 전자파 차폐를 위한 기술이 개발되고 있으나, 전자제품에 방열 수단과 전자파 차폐 수단을 모두 구비하면서 소형화, 경량화 및 슬림화에 대한 소비자의 요구를 만족시키기는 어려운 실정이다.
또한, 전자제품의 작동시간이 길어질수록 구동부, 예를 들어 전자 회로로부터 열이 발생하고, 전자제품의 구성부품으로 열이 전달된다. 과도한 열의 발생은 전자제품의 기능을 저하시키거나 내구성을 약화시키고, 추가적으로 소음과 지속적인 진동을 유발하기도 한다.
한편, 최근 산업 전반에 걸쳐 탄소 섬유를 이용하여 다양한 제품을 개발 연구하고 있다.
그러나 탄소섬유는 제조 방법에 따라 구분되고 그 특성이 달라지는데, 열전도도 및 전기전도도가 비교적 낮아 전자 차폐 및 방열에 사용하지 못하고, 일반적으로는 높은 탄성률과 낮은 절단 신도로 제직 등의 섬유 가공시에 단사 절사로 인하여 모우 발생이 매우 많아 섬유 가공이 매우 어렵고, 특히 제직은 거의 불가능한 문제가 있으며, 이 탄소 섬유의 뛰어난 특성을 이용하여 전자파차폐 및 방열을 실행할 수 있는 제품에 대한 개발과 연구가 필요한 실정이다.
(문헌 1) 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0024565호(2016.03.07) (문헌 2) 대한민국 등록특허공보 제10-0874690호(2008.12.11.)
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 탄소 섬유의 팬계와 피치계가 갖는 뛰어난 고유 특징만을 갖는 하이브리드 탄소 섬유를 구성함으로써 열전도도와 전기전도도를 확보하여 전자파 차폐성 및 방열성을 향상시킬 수 있는 하이브리드 탄소 섬유의 제작 방법, 이를 이용한 전자차폐 방열재의 제작 방법 및 이에 의해 제작된 전자차폐 방열재를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따르면, 특성이 다른 2종 이상의 탄소 섬유를 마련하는 2종특성 탄소 섬유 마련 단계; 상기 2종특성 탄소 섬유를 융합하기 위한 융합 처리 단계; 상기 융합 처리된 2종특성 탄소 섬유 간을 일체화하여 하이브리드 탄소 섬유를 형성하기 위한 하이브리드 탄소섬유 형성 단계; 및 상기 하이브리드 탄소섬유 형성 단계에서 형성된 하이브리드 탄소 섬유를 권선하는 권선 단계를 포함하는 하이브리드 탄소 섬유의 제작 방법이 제공된다.
본 발명의 제1 관점에 있어서, 상기 2종특성 탄소 섬유 마련 단계에서 마련되는 2종특성 탄소 섬유는 전기전도도와 열전도도가 다른 둘 이상의 탄소 섬유로 구성될 수 있다.
본 발명의 제1 관점에 있어서, 상기 2종특성 탄소 섬유는 팬(PAN)계의 제1 탄소 섬유와 피치(PITCH)계의 제2 탄소 섬유로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 관점에 있어서, 상기 융합 처리 단계는 팬계의 제1 탄소 섬유와 피치계의 제2 탄소 섬유 복수 개를 융합하기 위하여 소정 형태로 처리하기 위한 융합 전처리 단계; 상기 융합 전처리 단계를 거친 팬계의 제1 탄소 섬유와 피치계의 제2 탄소 섬유 복수 개를 소정 비율로 혼합하는 혼합 단계; 및 상기 소정 비율로 혼합된 팬계의 제1 탄소 섬유와 피치계의 제2 탄소 섬유를 융합시키는 융합 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 제1 관점에 있어서, 상기 융합 전처리 단계는 상기 팬계의 제1 탄소 섬유와 피치계의 제2 탄소 섬유를 각각 스프레딩(spreading)하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 제1 관점에 있어서, 상기 융합 단계는 상기 혼합 단계에서 혼합된 혼합 탄소 섬유를 스프레딩(spreading) 하는 것을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 관점에 있어서, 상기 하이브리드 탄소섬유 형성 단계는 상기 융합 처리 단계를 거쳐 나온 융합 탄소 섬유에 수지 투입하여 일체화하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 제1 관점에 있어서, 상기 융합 처리 단계는 디핑(dipping), 라미네이팅(laminnating), 칼렌더링(calendering), 젯팅(jetting), 스케터링(scattering) 중 적어도 하나를 이용하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 제2 관점에 따르면, 전기도도도와 열전도도가 다른 2종 이상의 복수의 탄소 섬유를 포함하는 하이브리드 탄소 섬유를 마련하는 하이브리드 탄소섬유 마련 단계; 및 상기 하이브리드 탄소섬유 마련 단계에서 마련된 하이브리드 탄소섬유를 제직(製織)하는 제직 단계를 포함하는 하이브리드 탄소 섬유를 이용한 전자차폐 방열재의 제작 방법이 제공된다.
본 발명의 제2 관점에 있어서, 상기 하이브리드 탄소섬유 마련 단계는 전기전도도와 열전도도가 다른 2종 이상의 탄소 섬유를 마련하는 2종특성 탄소 섬유 마련 단계; 상기 2종특성 탄소 섬유를 융합하기 위한 융합 처리 단계; 상기 융합 처리된 2종특성 탄소 섬유 간을 일체화하여 하이브리드 탄소 섬유를 형성하기 위한 하이브리드 탄소섬유 형성 단계; 및 상기 하이브리드 탄소섬유 형성 단계에서 형성된 하이브리드 탄소 섬유를 권선하는 권선 단계를 포함하고, 상기 2종특성 탄소 섬유는 팬(PAN)계의 제1 탄소 섬유와 피치(PITCH)계의 제2 탄소 섬유로 이루어질 수 있다.
본 발명의 제2 관점에 있어서, 상기 융합 처리 단계는 팬계의 제1 탄소 섬유와 피치계의 제2 탄소 섬유 복수 개를 융합하기 위하여 소정 형태로 처리하기 위한 융합 전처리 단계; 상기 융합 전처리 단계를 거친 팬계의 제1 탄소 섬유와 피치계의 제2 탄소 섬유 복수 개를 소정 비율로 혼합하는 혼합 단계; 및 상기 소정 비율로 혼합된 팬계의 제1 탄소 섬유와 피치계의 제2 탄소 섬유를 융합시키는 융합 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 관점에 있어서, 상기 융합 전처리 단계는 상기 팬계의 제1 탄소 섬유와 피치계의 제2 탄소 섬유를 각각 스프레딩(spreading)하는 것을 포함하고, 상기 혼합 단계는 상기 팬계의 제1 탄소 섬유와 피치계의 제2 탄소 섬유를 부피분율로 1:1 혼합하는 것을 포함하며, 상기 융합 단계는 상기 혼합 단계에서 혼합된 혼합 탄소 섬유를 스프레딩(spreading) 하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 관점에 있어서, 상기 하이브리드 탄소섬유 형성 단계는 상기 융합 처리 단계를 거쳐 나온 융합 탄소 섬유에 디핑(dipping), 라미네이팅(laminnating), 칼렌더링(calendering), 젯팅(jetting), 스케터링(scattering) 중 적어도 하나를 이용하여 수지를 투입하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 관점에 따르면, 제2 관점에 따른 하이브리드 탄소 섬유를 이용한 전자차폐 방열재의 제작 방법에 의해 제작된 전자차폐 방열가 제공된다.
상기한 본 발명에 따른 하이브리드 탄소 섬유의 제작 방법, 이를 이용한 전자차폐 방열재 제작 방법 및 이에 의해 제작된 전자차폐 방열재는 팬(PAN)계 탄소 섬유가 갖는 뛰어난 특징과 피치(PITCH)계 탄소 섬유가 갖는 뛰어난 특징 모두를 갖는 하이브리드 기능성 탄소 섬유를 제작할 수 있고, 이로부터 다양한 제품에 적용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 뛰어난 열전도도와 전기전도도를 확보하여 전자파 차폐성 및 방열성을 확보할 수 있으며, 섬유 가공을 용이하게 하여 제직을 구현할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 탄소 섬유의 제작 방법을 나타내는 플로차트이다.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 탄소 섬유의 제작 과정의 일 예를 개략적으로 나타내는 공정도이다.
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 탄소 섬유를 이용한 전자차폐 방열재의 제작 방법을 나타내는 플로차트이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하이브리드 탄소 섬유의 제작 방법, 이를 이용한 전자차폐 방열재 제작 방법 및 이에 의해 제작된 전자차폐 방열재에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 하이브리드 탄소 섬유의 제작 방법에 대하여 도 1을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 탄소 섬유의 제작 방법을 나타내는 플로차트이고, 도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 탄소 섬유의 제작 과정의 일 예를 개략적으로 나타내는 공정도이다.
본 발명에 따른 하이브리드 탄소 섬유의 제작 방법은, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 특성이 다른 2종 이상의 탄소 섬유를 마련하는 2종특성 탄소 섬유 마련 단계(S100); 상기 2종특성 탄소 섬유를 융합하기 위한 융합 처리 단계(S200); 상기 융합 처리된 2종특성 탄소 섬유 간의 접착력을 강화하여 견고하게 고정시켜 하이브리드 탄소 섬유를 형성하기 위한 하이브리드 탄소섬유 형성 단계(S300); 및 상기 하이브리드 탄소섬유 형성 단계에서 형성된 하이브리드 탄소 섬유를 권선하는 권선 단계(S400)를 포함한다.
상기 2종특성 탄소 섬유 마련 단계(S100)에서 마련되는 2종특성 탄소 섬유는 전기전도도와 열전도도가 다른 탄소 섬유로 구성되어 이루어진다.
구체적으로, 상기 2종특성 탄소 섬유는 팬(PAN: Poly-Acrylonitrile)계의 제1 탄소 섬유와 피치(PITCH)계의 제2 탄소 섬유가 2 이상으로 구성되어 마련된다.
상기 팬계의 제1 탄소 섬유는 아크릴로니트릴(Acrylonitrile)을 중합(重合) 후 방사(紡絲)해 얻은 팬 섬유를 고온에서 탄화하여 제조되는 것으로, 10W/mK의 열전도도와 전기저항 30×10^(-6) ohm.m)의 전기전도도를 가지며, 1.5~2.5%의 절단신도와 200~300GPa의 탄성률을 갖고 이루어진다.
상기 피치계의 제2 탄소 섬유는 석유·석탄 공정에서 증류하고 남은 잔류물(Pitch)을 방사한 후 고온에서 탄화하여 제조되는 것으로, 200~800W/mK의 열전도도와 전기저항 2~8×10^(-6)ohm.m의 전기전도도를 가지며, 0.3~0.5%의 절단신도와 600~900GPa의 탄성율을 갖고 이루어진다.
상기 2종특성 탄소 섬유를 융합하기 위한 융합 처리 단계(S200)는 팬계의 제1 탄소 섬유와 피치계의 제2 탄소 섬유 복수 개를 융합하기 위하여 소정 형태로 처리하기 위한 융합 전처리 단계(S210); 상기 융합 전처리 단계(S210)를 거친 팬계의 제1 탄소 섬유와 피치계의 제2 탄소 섬유 복수 개를 소정 비율로 혼합하는 혼합 단계(S220); 및 상기 소정 비율로 혼합된 팬계의 제1 탄소 섬유와 피치계의 제2 탄소 섬유를 융합시키는 융합 단계(S230)를 포함한다.
상기 융합 전처리 단계(S210)는 팬계의 제1 탄소 섬유와 피치계의 제2 탄소 섬유를 각각 스프레더(spreader)를 통해 스프레딩(spreading)하는 것을 포함한다. 이와 같이 팬계의 제1 탄소 섬유와 피치계의 제2 탄소 섬유는 스프레딩을 통해 탄소 섬유의 필라멘트가 섬유 속의 폭 방향으로 넓게 펼쳐지고 두께가 얇아져서 탄소 섬유의 함침성을 극대화하고, 직물 내에서도 크림프(crimp: 섬유의 파상 굴곡)를 줄여서 물성 효율을 극대화할 수 있다.
상기 제1 및 제2 탄소 섬유를 스프레딩하기 위한 방법은 필라멘트에 기류를 불어넣어 스프레딩하는 방법, 또는 다수개의 고정형 바아와 롤러를 통과시켜 스프레딩하는 방법이나 이 밖의 다양한 방법을 통해 스프레딩할 수 있으며, 이를 실행하기 위한 스프레더의 설명에 있어서는 발명의 명확화와 설명의 간략화를 위하여 어떠한 장비의 것을 채용할 수 있음으로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
계속해서, 상기 융합 전처리 단계(S210)를 거친 팬계의 제1 탄소 섬유와 피치계의 제2 탄소 섬유 복수 개를 소정 비율로 혼합하는 혼합 단계(S220)는 팬계의 제1 탄소 섬유와 피치계의 제2 탄소 섬유를 혼합 법칙(rule of mixture)에 따라 부피분율로 1:1 혼합하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 팬계의 제1 탄소 섬유와 피치계의 제2 탄소 섬유를 융합시키는 융합 단계(S230)는 상기 혼합 단계에서 소정의 혼합 비율로 혼합된 혼합 탄소 섬유를 스프레더(spreader)를 통해 스프레딩(spreading) 하는 것을 포함한다. 이 융합 단계(S230)에서의 스프레딩 또한 앞서 언급한 바와 같이 필라멘트에 기류를 불어넣어 스프레딩하는 방법, 또는 다수개의 고정형 바아와 롤러를 통과시켜 스프레딩하는 방법이나 이 밖의 다양한 방법을 통해 스프레딩 할 수 있다.
여기에서, 상기 융합 단계(S230)에 있어서의 스프레딩은, 상기 융합 전처리 단계(S210)에서 각각 스프레딩된 제1 탄소 섬유와 제2 탄소 섬유를 모두 동시에 스프레딩을 실행하거나, 또는 상기 융합 전처리 단계(S210)에서 각각 스프레딩된 제1 탄소 섬유와 제2 탄소 섬유를 일부 스프레딩한 다음 필요량만큼 제1 탄소 섬유 및/또는 제2 탄소섬유를 겹쳐서 다시 스프레딩을 실행할 수 있다.
상기 혼합 단계(S220) 및 융합 단계(S230)에 대하여 일 예시를 들어 설명한다.
먼저, 혼합 단계(S220)에서 열전도도 200W/mK의 제2 탄소 섬유(피치계)와 10W/mK의 제1 탄소 섬유(팬계)를 부피분율 1:1로 혼합한 후, 융합 단계(S230)에서 스프레딩하게 되면, (1/2)*200+(1/2)*10=105W/mk의 물성이 나오고, 제2 탄소 섬유와 제1 탄소 섬유의 부피분율을 2:1로 하면 (2/3)*200+(1/3)*10=133.67W/mK가 되고, 제2 탄소 섬유와 제1 탄소 섬유의 부피분율을 1:2로 하면 (1/3)*200+(2/3)*10=73.33 W/mK이 된다.
또한, 전기전도도도 같은 계산으로 혼합 단계(S210)에서 30micro ohm.m의 제1 탄소섬유(팬계)와 6micro ohm.m의 제2 탄소섬유(피치계)를 부피분율 1:1로 혼합한 후, 융합 단계(S230)에서 스프레딩하게 되면, (1/2)*30+ (1/2)*6=18의 전기저항이 나오고, 제1 탄소 섬유와 제2 탄소 섬유의 부피분율을 2:1로 하면 (2/3)*6+(1/3)*30=14micro ohm.m가 되고, pitch:pan=1:2로 하면 (1/3)*6+(2/3)*30=22micro ohm.m이 된다.
그러므로 피치계의 제2 탄소섬유는 200, 400, 600, 800등의 열전도도를 갖고 있는 등급(grade)의 것을 10이하의 팬계의 제2 탄소 섬유와 혼합 법칙을 통한 부피 분율에 따라 적용함으로써 열전도도 및 전기전도도를 산출하여 적용할 대상에 다양하게 채용할 수 있도록 설계할 수 있다.
다음으로, 상기 하이브리드 탄소섬유 형성 단계(S300)는 상기 융합 처리 단계(S200)를 거쳐 나온 결과물인 융합 탄소 섬유의 결속력을 강화시켜 안정된 고정구조를 갖도록 하기 위한 것으로, 수지를 투입 일체화 하는 것을 포함한다.
상기 하이브리드 탄소섬유 형성 단계(S300)에서 수지의 투입은 융합 탄소 섬유를 수지 용액에 함침하는 디핑(dipping), 융합 탄소 섬유에 수지 용액을 투입하면서 가온 가압하는 라미네이팅(laminnating), 적절한 온도와 습도하에서 융합 탄소 섬유에 수지 용액을 투입하면서 압력을 가하는 칼렌더링(calendering), 용액 형태의 바인더나 수지 처리하기 위한 젯팅(jetting), 분말 형태의 고체 물질을 균일하게 스프레드된 표면에 분사시키는 스케터링(scattering) 등의 방법을 통해 실행될 수 있으며, 이 외에도 융합된 탄소 섬유를 고착시킬 수 있는 방법이라면 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 상기 하이브리드 탄소섬유 형성 단계에서 형성된 하이브리드 탄소 섬유를 권선하는 권선 단계(S400)는 하이브리드 탄소섬유 형성 단계(S300)를 거쳐 나온 하이브리드 탄소 섬유를 자동 또는 선택적으로 수동으로 권선할 수 있는 방법이라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 팬케익(pancake) 등에 자동으로 권선되도록 이루어질 수 있다.
다음으로, 하이브리드 탄소 섬유를 이용한 전자차폐 방열재의 제작 방법을 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 탄소 섬유를 이용한 전자차폐 방열재의 제작 방법을 나타내는 플로차트이다.
본 발명에 따른 하이브리드 탄소 섬유를 이용한 전자차폐 방열재의 제작 방법은 도 3에 나타낸 바와 같이, 전기도도도와 열전도도에서 2종특성을 갖는 복수의 탄소 섬유를 포함하는 하이브리드 탄소 섬유를 마련하는 하이브리드 탄소섬유 마련 단계(S1000); 및 상기 하이브리드 탄소섬유 마련 단계(S1000)에서 마련된 하이브리드 탄소섬유를 제직(製織)하는 제직 단계(S2000)를 포함한다.
상기 하이브리드 탄소섬유 마련 단계(S1000)는 앞서 설명한 하이브리드 탄소 섬유의 제작 방법을 통해 구현될 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하며, 상기 제직 단계(S2000)는 직기(織機)를 이용하여 다양한 구조와 형태로 실행할 수 있는 것이다.
상기한 본 발명에 따른 하이브리드 탄소 섬유의 제작 방법, 이를 이용한 전자차폐 방열재 제작 방법 및 이에 의해 제작된 전자차폐 방열재에 따르면, 팬(PAN)계 탄소 섬유가 갖는 뛰어난 특징과 피치(PITCH)계 탄소 섬유가 갖는 뛰어난 특징 모두를 갖는 하이브리드 기능성 탄소 섬유를 제작할 수 있고, 이로부터 다양한 제품에 적용할 수 있으며, 뛰어난 열전도도와 전기전도도를 확보하여 전자파 차폐성 및 방열성을 확보할 수 있고, 섬유 가공을 용이하게 하여 제직을 구현할 수 있는 이점이 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
S100: 2종특성 탄소 섬유 마련 단계
S200: 융합 처리 단계
S210: 융합 전처리 단계
S220: 혼합 단계
S230: 융합 단계
S300: 하이브리드 탄소섬유 형성 단계
S400: 권선 단계
S1000: 하이브리드 탄소섬유 마련 단계
S2000: 제직(製織) 단계

Claims (14)

  1. 팬(PAN)계의 제1 탄소 섬유와 피치(PITCH)계의 제2 탄소 섬유로 이루어지는 2종의 탄소 섬유를 마련하는 탄소 섬유 마련 단계;
    상기 제1 탄소 섬유와 제2 탄소 섬유를 융합하기 위한 융합 처리 단계;
    상기 융합 처리된 제1 탄소섬유와 제2 탄소 섬유를 일체화하여 하이브리드 탄소 섬유를 형성하기 위한 하이브리드 탄소섬유 형성 단계; 및
    상기 하이브리드 탄소섬유 형성 단계에서 형성된 하이브리드 탄소 섬유를 권선하는 권선 단계를 포함하고,
    상기 융합 처리 단계는 상기 제1 탄소 섬유와 제2 탄소 섬유 복수 개를 융합하기 위하여 소정 형태로 처리하는 융합 전처리 단계; 상기 융합 전처리 단계를 거친 제1 탄소 섬유와 제2 탄소 섬유 복수 개를 소정 비율로 혼합하는 혼합 단계; 및 상기 소정 비율로 혼합된 제1 탄소 섬유와 제2 탄소 섬유를 융합시키는 융합 단계를 포함하고,
    상기 융합 전처리 단계는 상기 제1 탄소 섬유와 제2 탄소 섬유를 각각 스프레딩(spreading)하는 것을 포함하고,
    상기 융합 단계는 상기 혼합 단계에서 혼합된 혼합 탄소 섬유를 스프레딩(spreading) 하는 것을 포함하되, 상기 융합 단계에 있어서의 스프레딩은 상기 융합 전처리 단계에서 각각 스프레딩된 제1 탄소 섬유와 제2 탄소 섬유를 모두 동시에 스프레딩하거나, 상기 융합 전처리 단계에서 각각 스프레딩된 제1 탄소 섬유와 제2 탄소 섬유를 일부 스프레딩한 다음 소정량 제1 탄소 섬유 및 제2 탄소섬유를 겹쳐서 다시 스프레딩하는 것을 포함하는
    하이브리드 탄소 섬유의 제작 방법.
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  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 하이브리드 탄소섬유 형성 단계는
    상기 융합 처리 단계를 거쳐 나온 융합 탄소 섬유에 수지 투입하여 일체화하는 것을 포함하는
    하이브리드 탄소 섬유의 제작 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 융합 처리 단계는
    디핑(dipping), 라미네이팅(laminnating), 칼렌더링(calendering), 젯팅(jetting), 스케터링(scattering) 중 적어도 하나를 이용하여 이루어지는
    하이브리드 탄소 섬유의 제작 방법.
  9. 청구항 1, 청구항 7 및 청구항 8중 어느 한 항에 따른 하이브리드 탄소 섬유의 제작 방법에 의해 제작된 하이브리드 탄소 섬유를 마련하는 하이브리드 탄소섬유 마련 단계; 및
    상기 하이브리드 탄소섬유 마련 단계에서 마련된 하이브리드 탄소섬유를 제직(製織)하는 제직 단계를 포함하는
    하이브리드 탄소 섬유를 이용한 전자차폐 방열재의 제작 방법.
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