KR101769389B1 - 전자파 차폐용 탄소섬유벨트 제조방법 - Google Patents

전자파 차폐용 탄소섬유벨트 제조방법 Download PDF

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재단법인 한국탄소융합기술원
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Abstract

본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법은 탄소섬유를 제공하는 제공 단계, 탄소섬유를 가열 및 압착하여 탄소섬유벨트를 형성하는 스프레딩 단계, CNT를 포함하는 분산액을 이용하여 상기 탄소섬유벨트를 진공 여과시켜 0.34wt%의 중량비를 갖는 탄소섬유벨트를 생성하는 필터레이션 단계, 필터레이션 단계에서 진공 여과된 상기 탄소섬유벨트를 건조하는 건조 단계 및 200W 세기의 마이크로웨이브를 90초 이상 120초 이하의 시간동안 조사하여 0.34wt%의 중량비를 갖는 상기 탄소섬유벨트를 가열하는 가열 단계를 포함한다. 이에 의하여, 탄소섬유를 테이프(벨트)화할 수 있을 뿐만 아니라, 탄소섬유 가닥 사이의 폭방향 전기전도성을 증가킴으로써 전자파 차폐율을 월등히 향상시킬 수 있게 된다.

Description

전자파 차폐용 탄소섬유벨트 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING A CARBON FIBER BELT FOR ELECTROMAGNETIC WAVE SHIELDING}
본 발명은 전자파 차폐용 탄소섬유벨트 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로웨이브를 이용한 가열 공정을 통해 전기전도도 및 전자파 차폐율을 향상시킨 탄소섬유벨트 제조방법에 관한 것이다.
현대인은 스마트폰, 태블릿PC, 랩탑 등의 휴대용 전자장치와 TV, 헤어드라이어, 세탁기, 가습기, 청소기, 전자레인지 등의 가정용 전자장치, 나아가서는 컴퓨터, 모니터, 복사기 등의 사무용 전자장치까지 다양한 전자기기와 함께 생활하고 있다. 각종 전자장치에서 방출되는 전자파는 인체에 대한 유해성, 타 기기에 미치는 간섭 등의 이유로 차폐의 대상이 되며, 각 전자장치는 제품화되어 소비자에 판매되기 전에 EMC(Electromagnetic Compatibility)라는 전자파 적합성 평가를 거치게 된다.
일반적으로 전자파를 차폐하기 위한 물질로 구리, 은, 니켈 등을 이용한다. 특히 구리는 기타 재료에 비하여 저렴하고 안전하다는 이유로 차폐용 물질로 많이 이용되고 있다. 하지만, 구리는 수입에 의존해야 하며, 중량이 크고 유연성이 낮다는 문제점이 있어 이를 대체하기 위한 노력이 많이 진행되고 있다. 또한, 은이나 니켈 등은 고가일 뿐만 아니라 산화 특성 때문에 전자파 차폐 물질로 응용하는 데에 한계를 갖는다.
이에 따라, 최근에는 전자파 차폐를 위하여 탄소섬유를 이용하려는 연구가 많이 이루어지고 있다. 탄소섬유는 비중이 낮고 전기적 성질이 우수하여 전자파 차폐에 효과적으로 이용될 수 있다. 또한, 탄소 재료를 이용한 차폐 물질은 국산화가 가능하고, 저밀도·저중량의 이점이 있을 뿐만 아니라 유연성이 높다는 장점을 갖는다. 나아가, 탄소섬유의 경우 주석도금연동선(Tinned Annealed Copper, TA)에 비하여 최대 5배나 밀도가 낮음에도 불구하고 주석도금연동선에 비하여 10배 이상 높은 강도를 지닌다.
하지만, 탄소섬유를 차폐용으로 이용하기 위해서는 전기전도성 증가를 통한 차폐율 향상에 대한 연구가 필요할뿐만 아니라, 탄소섬유의 테이프(tape)화 및 그 편조법에 대한 연구가 이루어져야 한다. 특히, 탄소물질을 테이프화하면서 탄소섬유 가닥 사이의 전도성, 즉, 폭방향 전기전도성을 증가시킬 수 있는 방안이 모색되어야 한다.
한국 공개특허 제10-2013-0091210호 (2013.08.16. 공개)
본 발명은 상기 기술적 요구를 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 탄소섬유 가닥 사이의 폭방향 전기전도성을 증가시킴으로써 전자파 차폐율을 향상시킨 탄소섬유벨트 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법은, 탄소섬유를 제공하는 제공 단계; 상기 탄소섬유를 가열 및 압착하여 탄소섬유벨트를 형성하는 스프레딩 단계; CNT를 포함하는 분산액을 이용하여 상기 탄소섬유벨트를 진공 여과시켜 0.34wt%의 CNT 중량비를 갖는 탄소섬유벨트를 생성하는 필터레이션 단계; 상기 필터레이션 단계에서 진공 여과된 상기 탄소섬유벨트를 건조하는 건조 단계; 및 200W 세기의 마이크로웨이브를 90초 이상 120초 이하의 시간동안 조사하여 0.34wt%의 CNT 중량비를 갖는 상기 탄소섬유벨트를 가열하는 가열 단계;를 포함한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법은, 탄소섬유를 제공하는 제공 단계; 상기 탄소섬유를 가열 및 압착하여 탄소섬유벨트를 형성하는 스프레딩 단계; CNT를 포함하는 분산액을 이용하여 상기 탄소섬유벨트를 진공 여과시켜 0.57wt%의 CNT 중량비를 갖는 탄소섬유벨트를 생성하는 필터레이션 단계; 상기 필터레이션 단계에서 진공 여과된 상기 탄소섬유벨트를 건조하는 건조 단계; 및 200W 세기의 마이크로웨이브를 60초 이상 90초 이하의 시간동안 조사하여 0.57wt%의 CNT 중량비를 갖는 상기 탄소섬유벨트를 가열하는 가열 단계;를 포함한다.
그리고, 상기 스프레딩 단계는, 상기 탄소섬유를 가열하는 단계; 가열된 탄소섬유에 대하여 진공 흡입을 수행하는 단계; 및 상기 탄소섬유를 압착하는 단계;를 기설정된 횟수 반복하여 상기 탄소섬유벨트를 형성할 수 있다.
또한, 상기 필터레이션 단계는, 계면활성제, CNT 및 에탄올을 더 포함하는 분산액을 이용하여 상기 탄소섬유벨트를 진공 여과시킬 수 있다.
그리고, 상기 건조 단계는, 상기 탄소섬유벨트를 80℃의 온도에서 12시간 동안 건조할 수 있다.
본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법에 의하면 탄소섬유를 테이프(벨트)화할 수 있을 뿐만 아니라, 탄소섬유 가닥 사이의 폭방향 전기전도성을 증가시킴으로써 탄소섬유벨트의 전기전도도 및 전자파 차폐율을 월등히 향상시킬 수 있게 된다.
도 1a는 기존의 퍼니스(furnace) 가열 방식을 도시한다.
도 1b는 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법에 이용되는 마이크로웨이브 가열 방식을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.
도 3은 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법의 각 공정의 사진이다.
도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법에 의해 제조된 탄소섬유벨트의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법 중 스프레딩 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 6b는 는 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법 중 스프레딩 단계를 더욱 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 및 7b는 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법에 의하여 제조된 탄소섬유벨트와 종래의 탄소섬유벨트의 전기전도성을 비교하는 그래프이다.
도 8a 및 8b는 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법에 의하여 제조된 탄소섬유벨트와 종래의 탄소섬유벨트의 전자파 차폐율을 비교하는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법에 의하여 제조된 탄소섬유벨트와 종래의 탄소섬유벨트의 전자파 차폐율을 나타내며, 주파수를 1GHz로 고정했을 때 CNT 중량비에 따른 전자파 차폐율을 비교한다.
도 10은 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법에 의하여 제조된 탄소섬유벨트의 FE-SEM(Field Emission Scanning Electron Microscope) 사진으로, CNT의 중량비가 0.5wt%, 3.4wt%, 9.0wt%, 12.8wt% 및 14.1wt%인 경우를 도시한다.
도 11은 탄소섬유벨트의 온도에 따른 전기전도도를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명에 따른 전자파 차폐용 탄소섬유벨트 제조방법에 의하여 제작된 0.34wt%의 탄소섬유 벨트의 마이크로웨이브 조사 시간에 따른 온도 및 전기전도도를 측정한 그래프이다
도 13은 본 발명에 따른 전자파 차폐용 탄소섬유벨트 제조방법에 의하여 제작된 0.57wt%의 탄소섬유 벨트의 마이크로웨이브 조사 시간에 따른 온도 및 전기전도도를 측정한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "이루어지다(made of)"는 언급된 물질, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 물질, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1a 및 1b는 C-C 융착을 위한 가열 방식을 나타내는 도면으로, 도 1a는 기존의 퍼니스(furnace) 가열 방식을 도시하고, 도 1b는 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법에 이용되는 마이크로웨이브 가열 방식을 도시한다.
약 1000∼2000℃ 사이에서 가열하는 경우, 도 1a의 종래 방식으로는 표면에 열 에너지를 가하기 때문에 내부로 열이 충분히 전달되는 것을 감안하면 대략 30분 정도의 가열시간이 필요하다.
하지만, 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법에 이용되는 도 1b의 마이크로웨이브 가열 방식은 줄 가열('저항 가열'이라고도 함)에 의하여 열전달이 이루어진다.
마이크로웨이브는 전자기파 스펙트럼 중 300MHz∼30GHz까지의 주파수를 갖는 전자기파를 의미하며, 가열 건조용으로는 915MHz와 2.45GHz의 2종류의 주파수가 할당되었으며, 가정에서 쓰는 전자레인지는 2.45GHz의 주파수를 갖는 마이크로웨이브를 이용한다.
줄 가열이란 도체에 흐르는 전류에 의한 가열을 의미하며, 마이크로웨이브 가열은 고정된 쌍극자를 갖고 전자가 풍부한 고체의 입자나 모서리에서 발생하는 줄 가열을 이용한다.
마이크로웨이브를 이용한 도 1b의 가열 방식은 줄 가열에 의한 열전달을 이용하기 때문에 약 1000∼2000℃ 사이에서 가열하는 경우 대략 1분 정도면 가열이 이루어지며, 도 1a의 종래 방식에 비하여 가열 시간이 짧기 때문에 매우 경제적이다. 결국, 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법은 마이크로웨이브를 이용한 가열 방식을 채용함으로써 시간적으로 매우 경제적이다.
도 2 및 3은 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법의 흐름을 나타내는 도면이다. 구체적으로, 도 2는 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법의 흐름을 나타내는 플로우차트이고, 도 3은 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법의 각 공정의 사진이다.
먼저, 탄소섬유(CF)를 공급한다(S100). 공급되는 탄소섬유(CF)는 직경 7.5㎛일 수 있지만 이에 한정되지 않고, 5∼15㎛ 사이의 직경을 가질 수 있다. 이후 탄소섬유(CF)를 가열 및 압착하여 탄소섬유(CF)를 스프레딩한다(S110). 공급된 탄소섬유(CF)의 폭이 5mm였다면 S110 단계를 거치면서 20mm의 폭을 갖는 탄소섬유벨트(CFB)가 형성된다. 20mm의 폭을 갖는 탄소섬유벨트(CFB)는 샘플의 두께를 너무 두껍지 않게 유지하면서도 유연성을 최대한 유지시킬 수 있다.
이후, 분산액을 이용하여 탄소섬유벨트(CFB)를 진공 여과시키는 필터레이션 단계를 수행한다(S120). 필터레이션 단계에서 이용되는 분산액은 계면활성제, CNT 및 에탄올(ethanol)일 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 진공 여과된 탄소섬유벨트(CFB)는 80℃에서 대략 12시간 동안 건조 과정을 거친 뒤(S130), 가열 단계가 수행된다(S140).
가열 단계에서는 200W 세기의 마이크로웨이브를 이용하여 가열이 이루어지며, 위에서 설명한 바와 같이 종래 방식과 달리 마이크로웨이브를 이용하기 때문에 대략 30초 정도의 가열로 충분하다.
도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법에 의해 제조된 탄소섬유벨트의 특성을 설명하기 위한 도면이다. 도 4a에 도시된 종래 탄소섬유벨트는 일부 단선(X로 표시된 부분)시 차폐 효과가 크게 감소하며, 횡방향 인장강도도 매우 약하다는 단점이 있었다.
이에 반해 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법에 의해 제조된 탄소섬유벨트는 시트(sheet) 함침으로 개별 가닥이 전기적으로 연결되어 단선시에도 차폐효과가 유지되며 횡방향 전도성이 우수하다. 또한, 바인더 코팅으로 양방향 인장강도 역시 강화될 수 있다.
도 5, 6a 및 6b는 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법 중 스프레딩 단계를 설명하기 위한 도면이다.
스프레딩 단계는 탄소섬유(CF)를 가열 및 압착하여 탄소섬유벨트(CFB)를 형성하는 공정으로, 도 5에 도시된 바와 같이 복수의 롤러(10), 복수의 히터(20) 및 석션(30)으로 구성된 스프레딩 장치에 의해 이루어진다. 공급된 탄소섬유(CF)는 히터(20)에 의한 가열, 석션(30)에 의한 진공 흡입 및 롤러(10)에 의한 압착 과정을 거치면서 폭이 넓어진다. 폭이 넓어진 탄소섬유(CF_a)는 다시 히터(20)에 의한 가열, 석션(30)에 의한 진공 흡입 및 롤러(10)에 의한 압착 과정을 거치면서 폭이 넓어진다. 상기 단계가 기설정된 횟수만큼 반복되면서 탄소섬유(CF)의 폭은 CF_a의 상태에서 CF_e의 상태로 넓어지며 결국 탄소섬유벨트(CFB)를 형성한다.
즉, 최초로 공급된 탄소섬유(CF)의 번들의 폭이 5mm였다면 스프레딩 단계를 거친 탄소섬유벨트(CFB)의 폭은 20mm로 증가한다. 12K 탄소섬유의 경우, 최대 40mm까지 폭을 증가시킬 수 있지만, 최종적으로 제조되는 탄소섬유벨트의 두께를 적절히 유지하면서 유연성을 갖추기 위해서는 스프레딩 단계를 거친 탄소섬유벨트(CFB)의 폭은 20mm인 것이 바람직하다.
특히, 석션(30)에 의한 진공 흡입 공정을 거치면, 도 6a에 도시된 바와 같이, 탄소섬유(CF)들 사이에 공기가 유입되어 탄소섬유(CF) 번들이 폭방향으로 균일하게 확장되는 것을 돕는다. 도 6b를 참조하면, 진공 흡입(S10)을 수행하면서, 공기가 하향 흡입되며(S20), 토우의 처짐 현상이 일어나고(S30), 탄소섬유 내에 공기가 침투함으로써(S40), 탄소섬유(S50) 번들이 스프레딩된다. 도 5에서는 이러한 과정이 총 5번 이루어진 것으로 도시되었으나, 횟수는 경우에 따라 달리 설정될 수 있다.
도 7a 및 7b는 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법에 의하여 제조된 탄소섬유벨트와 종래의 탄소섬유벨트의 전기전도성을 비교하는 그래프이다. 실험은 200W 세기의 마이크로웨이브에 의하여 가열된 탄소섬유벨트를 대상으로 이루어졌다. 마이크로웨이브 처리 조건은 최대출력 1100W에서 진공 조건은 ∼1.0×10- 6torr이며, 비접촉식 온도계를 이용하여 온도 측정이 이루어졌다.
도 7a 및 7b에서 사각형으로 표시된 선은 마이크로웨이브 가열방식을 이용하지 않은 경우의 전기전도성을 나타내고, 삼각형으로 표시된 선은 마이크로 웨이브 가열방식을 이용한 경우(본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법)의 전기전도성을 나타낸다. 한편, 가로축은 CNT의 중량비(wt%)를 나타내는 것으로, 중량비(wt%)=CNT(g)/(CG(g)+CNT(g))의 수식으로 정의된다.
도 7a에서 세로축은 탄소섬유벨트(CFB)의 종방향 전기전도도를 의미하며, 도 7b에서 세로축은 탄소섬유벨트(CFB)의 횡방향 전기전도도를 의미한다.
도 7a 및 7b의 그래프를 표로 정리하면 아래 [표 1]과 같다.
w/o microwave w/ microwave
CNTs contents(wt%) 0.5 14.1 0.5 14.1
σ(∥CF)(S/cm) 41.2 78.1 80.7 198
σ(⊥CF)(S/cm) 13.5 46.2 39.2 71.1
결과적으로, 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법에 의하여 제조된 탄소섬유벨트(CFB)는 종방향 및 횡방향 모두 전기전도도가 월등히 향상된 것을 알 수 있다.
도 8a 및 8b는 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법에 의하여 제조된 탄소섬유벨트와 종래의 탄소섬유벨트의 전자파 차폐율을 비교하는 그래프이다.
도 8a는 종래의 탄소섬유벨트의 전자파 차폐율을 나타내는 그래프로서, 가로축은 주파수(단위: GHz)를 의미하고, 세로축은 전자파 차폐율(단위: dB)을 의미한다. 각 실험 모두 CNT의 중량비가 0.5wt%, 3.4wt%, 9.0wt%, 12.8wt% 및 14.1wt%인 경우에 대하여 이루어졌고, 그래프에서는 각 중량비를 색으로 구분하였다. 한편, 물질이 존재할 때에 수신된 전력(power)을 P1으로 하고, 물질이 존재하지 않을 때에 수신된 전력을 P2로 하는 경우, 전자파 차폐율(SE)=10log(P1/P2)의 수식에 의하여 정의되었다.
도 8a 및 8b에 도시된 바와 같이, 마이크로웨이브를 이용한 가열 단계를 거치지 않은 경우에는 CNT 중량비에 따라 20dB에서 30dB의 차폐율을 보였으나, 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법과 같이 마이크로웨이브를 이용한 가열 단계를 거치면 CNT 중량비에 따라 20dB에서 32dB로 차폐율이 향상되는 것을 발견할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법에 의하여 제조된 탄소섬유벨트와 종래의 탄소섬유벨트의 전자파 차폐율을 비교하는 그래프로서 주파수를 1GHz로 고정했을 때 CNT 중량비에 따른 전자파 차폐율을 비교할 수 있다.
도 9를 참조하면, 1GHz에서 CNT의 중량비가 증가할수록 차폐율도 증가하는 것을 확인할 수 있다. 아울러, 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법을 이용하는 경우, 즉, 마이크로웨이브를 이용한 가열 단계를 거치는 경우에는 그렇지 않은 경우에 비하여 모든 중량비에 대해 전자파 차폐율이 향상된 것을 확인할 수 있다.
도 10은 CNT의 중량비가 0.5wt%, 3.4wt%, 9.0wt%, 12.8wt% 및 14.1wt%인 탄소섬유벨트의 FE-SEM(Field Emission Scanning Electron Microscope) 사진을 각각 도시한다.
도 10에 도시된 바와 같이, CNT의 중량비가 증가함에 따라 CNT가 탄소섬유(CF) 위에 함침됨을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 탄소섬유벨트 제조방법은 스프레딩 공정, 필터레이션 공정 및 마이크로웨이브에 의한 가열 공정을 이용하여, 탄소섬유(CF) 가닥 사이에 CNT를 함침시킴으로써 전기전도도와 전자파 차폐율이 월등히 우수한 탄소섬유벨트(CFB)를 획득할 수 있게 된다. 다시, 도 4b를 함께 참조하면, 시트 함침으로 인하여 개별 가닥이 전기적 연결되기 때문에 전기전도도가 향상되고, 단선이 발생하는 경우에도 횡방향 전도성이 유지될 뿐만 아니라, 바인더 코팅이 이루어지기 때문에 인장강도 역시 향상되는 기술적 효과를 얻게 된다.
도 11은 탄소섬유벨트의 온도에 따른 전기전도도를 나타내는 그래프이다. 실험에서는 φ17.7의 크기로 제작한 샘플을 3×5cm의 동일한 면적으로 제작하여 수행하였다. 단위면적당 마이크로웨이브의 흡수량은 2424.3W/cm3이었다.
도 11의 그래프에 도시된 바와 같이, 200W 세기의 마이크로웨이브를 60s간 조사한 경우 전기전도도가 36.91S/cm에서 39.16S/cm로 대략 2.3S/cm 증가하였고, 200W 세기의 마이크로웨이브를 120s간 조사한 경우 전기전도도가 30.29S/cm에서 35.28S/cm로 대략 5S/cm 증가하였다. 결국, 마이크로웨이브에 의하여 가열된 경우 전기전도도가 증가했음을 알 수 있다.
결국, 본 발명에 따른 전자파 차폐용 탄소섬유벨트 제조방법은 마이크로웨이브를 이용하여 건조 단계를 수행함으로써, 전기전도도 및 전자파 차폐율의 증가시킬 수 있음을 확인하였다.
도 12는 본 발명에 따른 전자파 차폐용 탄소섬유벨트 제조방법에 의하여 제작된 0.34wt%의 탄소섬유 벨트의 마이크로웨이브 조사 시간에 따른 온도 및 전기전도도를 측정한 그래프이고, 도 13은 본 발명에 따른 전자파 차폐용 탄소섬유벨트 제조방법에 의하여 제작된 0.57wt%의 탄소섬유 벨트의 마이크로웨이브 조사 시간에 따른 온도 및 전기전도도를 측정한 그래프이다.
아래 [표 2]는 도 12 및 13의 그래프의 데이터값을 나타낸다.
CNT 함량 시간(sec) w/o MW 전기전도도 w/ MW 전기전도도 전기전도도 증가량
종방향 횡방향 종방향 횡방향 종방향 횡방향
1

0.34
 0 29.60 2.83 29.60 2.83 0 0
2 30 31.40 1.04 33.30 1.61 1.85 0.56
3 60 33.10 1.15 36.50 1.27 3.38 0.12
4 90 32.60 1.69 38.90 2.35 6.28 0.66
5 120 28.10 2.53 43.10 3.21 15.01 0.67
6

0.57

 0 39.80 4.51 39.80 4.51 0 0
7 30 42.50 2.85 46.40 3.66 3.90 0.81
8 60 36.60 6.63 45.90 16.40 9.29 9.78
9 90 31.30 5.97 61.40 13.70 30.08 7.77
10 120 39.00 6.72 48.20 7.43 9.25 0.71
위의 실험 결과에 따르면, 200W 세기의 마이크로웨이브를 이용하여 CNT 함량이 0.34wt%인 탄소섬유벨트를 건조시킨 경우, 90s 이상 120s 이하의 시간 동안 마이크로웨이브를 조사했을 때가 횡방향 전기전도도의 증가량이 가장 높았고, 종방향 전기전도도 가장 큰 증가량을 보였다. 이보다 짧은 시간동안 마이크로웨이브를 조사하면 횡방향(폭방향) 전기전도도 및 종방향 전기전도도의 증가량이 상대적으로 적었다.
200W 세기의 마이크로웨이브를 이용하여 CNT 함량이 0.57wt%인 탄소섬유벨트를 건조시킨 경우, 60s 이상 90s 이하의 시간동안 마이크로웨이브를 조사했을 때가 횡방향 전기전도도의 증가량이 가장 높았고, 종방향 전기전도도 가장 큰 증가량을 보였다. 이보다 짧거나 긴 시간 동안 마이크로웨이브를 조사하면 횡방향(폭방향) 전기전도도 및 종방향 전기전도도의 증가량이 상대적으로 적었다.
즉, 본 발명에 따른 전자파 차폐용 탄소섬유벨트 제조방법에서는 0.34wt%의 CNT 함량을 갖는 탄소섬유벨트를 200W 세기의 마이크로웨이브를 90s 이상 120s 이하의 시간 동안 건조시킴으로써 종방향 및 횡방향(폭방향) 전기전도성을 최대화할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전자파 차폐용 탄소섬유벨트 제조방법에서는 0.57wt%의 CNT 함량을 갖는 탄소섬유벨트를 200W 세기의 마이크로웨이브를 60s 이상 90s 이하의 시간 동안 건조시킴으로써 종방향 및 횡방향(폭방향) 전기전도성을 최대화할 수 있다.
횡방향(폭방향) 전기전도성을 최대로 향상시킬 수 있는 상기 데이터에 기초하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐용 탄소섬유벨트 제조방법을 설명하면 아래와 같다.
먼저, 탄소섬유(CF)를 공급한다(S100). 공급되는 탄소섬유(CF)는 직경 7.5㎛일 수 있지만 이에 한정되지 않고, 5∼15㎛ 사이의 직경을 가질 수 있다. 이후 탄소섬유(CF)를 가열 및 압착하여 탄소섬유(CF)를 스프레딩한다(S110). 공급된 탄소섬유(CF)의 폭이 5mm였다면 S110 단계를 거치면서 20mm의 폭을 갖는 탄소섬유벨트(CFB)가 형성된다. 20mm의 폭을 갖는 탄소섬유벨트(CFB)는 샘플의 두께를 너무 두껍지 않게 유지하면서도 유연성을 최대한 유지시킬 수 있다.
이후, CNT를 포함하는 분산액을 이용하여 탄소섬유벨트(CFB)를 진공 여과시켜 0.34wt%의 CNT 중량비를 갖는 탄소섬유벨트(CFB)를 생성하는 필터레이션 단계를 수행한다(S120). 필터레이션 단계에서 이용되는 분산액은 계면활성제, CNT 및 에탄올(ethanol)일 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 진공 여과된 탄소섬유벨트(CFB)는 80℃에서 대략 12시간 동안 건조 과정을 거친 뒤(S130), 가열 단계가 수행된다(S140). 다만, 건조 과정의 환경(온도 및 시간)은 달리 설정되어도 무방하다.
마지막으로, 200W 세기의 마이크로웨이브를 90초 이상 120초 이하의 시간 동안 조사하여, 상기 0.34wt%의 CNT 중량비를 갖는 탄소섬유벨트(CFB)를 가열하여 최종 탄소섬유벨트를 생성한다.
다시, 횡방향(폭방향) 전기전도성을 최대로 향상시킬 수 있는 상기 데이터에 기초하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전자파 차폐용 탄소섬유벨트 제조방법을 설명하면 아래와 같다.
먼저, 탄소섬유(CF)를 공급한다(S100). 공급되는 탄소섬유(CF)는 직경 7.5㎛일 수 있지만 이에 한정되지 않고, 5∼15㎛ 사이의 직경을 가질 수 있다. 이후 탄소섬유(CF)를 가열 및 압착하여 탄소섬유(CF)를 스프레딩한다(S110). 공급된 탄소섬유(CF)의 폭이 5mm였다면 S110 단계를 거치면서 20mm의 폭을 갖는 탄소섬유벨트(CFB)가 형성된다. 20mm의 폭을 갖는 탄소섬유벨트(CFB)는 샘플의 두께를 너무 두껍지 않게 유지하면서도 유연성을 최대한 유지시킬 수 있다.
이후, CNT를 포함하는 분산액을 이용하여 탄소섬유벨트(CFB)를 진공 여과시켜 0.57wt%의 CNT 중량비를 갖는 탄소섬유벨트(CFB)를 생성하는 필터레이션 단계를 수행한다(S120). 필터레이션 단계에서 이용되는 분산액은 계면활성제, CNT 및 에탄올(ethanol)일 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 진공 여과된 탄소섬유벨트(CFB)는 80℃에서 대략 12시간 동안 건조 과정을 거친 뒤(S130), 가열 단계가 수행된다(S140). 다만, 건조 과정의 환경(온도 및 시간)은 달리 설정되어도 무방하다.
마지막으로, 200W 세기의 마이크로웨이브를 60초 이상 90초 이하의 시간 동안 조사하여, 상기 0.57wt%의 CNT 중량비를 갖는 탄소섬유벨트(CFB)를 가열하여 최종 탄소섬유벨트를 생성한다.
상술한 방법에 의하여 제조된 탄소섬유벨트(CFB)는 종래 방식에 의하여 제조된 탄소섬유벨트에 비하여 횡방향 및 종방향 전기전도성이 매우 뛰어나다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥롤러
20‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥히터
30‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥석션

Claims (5)

  1. 탄소섬유를 제공하는 제공 단계;
    상기 탄소섬유를 가열 및 압착하여 탄소섬유벨트를 형성하는 스프레딩 단계;
    CNT를 포함하는 분산액을 이용하여 상기 탄소섬유벨트를 진공 여과시켜 0.34wt%의 CNT 중량비를 갖는 탄소섬유벨트를 생성하는 필터레이션 단계;
    상기 필터레이션 단계에서 진공 여과된 상기 탄소섬유벨트를 건조하는 건조 단계; 및
    200W 세기의 마이크로웨이브를 90초 이상 120초 이하의 시간동안 조사하여 0.34wt%의 CNT 중량비를 갖는 상기 탄소섬유벨트를 가열하는 가열 단계;를 포함하는 탄소섬유벨트 제조방법.
  2. 탄소섬유를 제공하는 제공 단계;
    상기 탄소섬유를 가열 및 압착하여 탄소섬유벨트를 형성하는 스프레딩 단계;
    CNT를 포함하는 분산액을 이용하여 상기 탄소섬유벨트를 진공 여과시켜 0.57wt%의 CNT 중량비를 갖는 탄소섬유벨트를 생성하는 필터레이션 단계;
    상기 필터레이션 단계에서 진공 여과된 상기 탄소섬유벨트를 건조하는 건조 단계; 및
    200W 세기의 마이크로웨이브를 60초 이상 90초 이하의 시간동안 조사하여 0.57wt%의 CNT 중량비를 갖는 상기 탄소섬유벨트를 가열하는 가열 단계;를 포함하는 탄소섬유벨트 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스프레딩 단계는,
    상기 탄소섬유를 가열하는 단계;
    가열된 탄소섬유에 대하여 진공 흡입을 수행하는 단계; 및
    상기 탄소섬유를 압착하는 단계;를 기설정된 횟수 반복하여 상기 탄소섬유벨트를 형성하는 탄소섬유벨트 제조방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 필터레이션 단계는,
    계면활성제, CNT 및 에탄올을 더 포함하는 분산액을 이용하여 상기 탄소섬유벨트를 진공 여과시키는 탄소섬유벨트 제조방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 건조 단계는,
    상기 탄소섬유벨트를 80℃의 온도에서 12시간 동안 건조하는 탄소섬유벨트 제조방법.
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