KR101834894B1 - 전자파 차폐용 고무 복합재 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 고무 매트릭스 100중량부; 및 복수의 탄소나노튜브로 이루어진 탄소나노튜브 집합체 10 내지 50중량부;를 포함하고, 상기 탄소나노튜브의 평균 외경이 8~50㎚이고, 평균 내경이 상기 평균 외경의 40% 이상인, 전자파 차폐용 고무 복합재를 제공한다.

Description

전자파 차폐용 고무 복합재 및 이의 제조방법{RUBBER COMPOSITE FOR ELECTROMAGNETIC INTERFERENCE SHIELDING AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 전자파 차폐용 고무 복합재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
탄소나노튜브는 수 내지 수십 나노미터의 직경과 높은 종횡비의 기하학적 특징을 가지고, 탄소 원자 간 sp2 결합만으로 이루어져 우수한 기계적 강도, 전기전도성, 및 열전도성을 나타내는 소재로, 이와 관련된 다수의 연구가 진행되어 오고 있다.
이러한 우수한 특성에 기인하여, 탄소나노튜브는 기존의 카본블랙이나 탄소섬유가 사용되는 응용 분야의 대체 소재로서의 활용 가치가 부각되고 있으며, 점차 그 범위는 기하급수적으로 증가할 것으로 예상되고 있다.
탄소나노튜브의 응용 분야 중 전자파 차폐재 분야에서는, 차폐 성능을 발현하기 위해 종래에는 금속 소재를 사용하고 있었으나, 최근 성형성 및 경제성 등에 이점이 있는 고분자 소재와 관련된 관심이 급증하고 있는 추세이다.
그러나, 이러한 고분자 소재는 낮은 결정성으로 인해 전자파가 내부로 흡수되거나 반사되지 못하고 투과되므로 금속 소재에 비해 전자파 차폐 효율이 미흡한 단점이 있다. 이에 따라, 전자파 차폐 효율을 향상시키는 방안으로 고분자 매트릭스 내에 전도성 필러를 분산시킨 복합재에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
관련하여, 현재까지 이러한 복합재를 제조하기 위해 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 에폭시 등의 수지 내에 은, 구리, 그라파이트, 탄소나노튜브 등의 전도성 필러를 첨가하는 연구가 진행된 바 있으나, 전도성 필러의 함량을 증가시키면 복합재의 성형성이나 기계적 물성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 고함량의 전도성 필러를 함유하여 우수한 전자파 차폐 효율을 나타내면서도 성형성과 기계적 물성을 유지할 수 있는 전자파 차폐용 고무 복합재 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은 고무 매트릭스 100중량부; 및 복수의 탄소나노튜브로 이루어진 탄소나노튜브 집합체 10 내지 50중량부;를 포함하고, 상기 탄소나노튜브의 평균 외경이 8~50㎚이고, 평균 내경이 상기 평균 외경의 40% 이상인, 전자파 차폐용 고무 복합재를 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 탄소나노튜브의 라만 분광 강도비(IG/ID)가 0.8 이상일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 탄소나노튜브의 탄소 순도가 90% 이상일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 탄소나노튜브 집합체의 평균 다발 직경(bundle diameter)이 1~10㎛일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 탄소나노튜브 집합체의 평균 다발 길이(bundle length)가 10~100㎛일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전자파 차폐용 고무 복합재가 프로세스 오일 5 내지 45중량부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 프로세스 오일이 파라핀계 오일, 나프텐계 오일, 아로마틱계 오일, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 고무가 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전자파 차폐용 고무 복합재의 전자파 차폐 효율이 1,000㎒ 주파수 대역에서 40dB 이상일 수 있다.
본 발명의 일 측면은 상기 전자파 차폐용 고무 복합재를 포함하는 전선 피복재를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면은 (a) 복수의 탄소나노튜브로 이루어진 탄소나노튜브 집합체 10 내지 50중량부와 고무 100중량부를 혼합 및 가압 성형하여 제1 마스터배치를 제조하는 단계; (b) 상기 제1 마스터배치와 금속 산화물, 및 지방산을 혼합하고 가압 성형하여 제2 마스터배치를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 제2 마스터배치를 가황 및 가교하여 고무 복합재를 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 탄소나노튜브의 평균 외경이 8~50㎚이고, 평균 내경이 상기 평균 외경의 40% 이상인, 전자파 차폐용 고무 복합재의 제조방법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 탄소나노튜브의 라만 분광 강도비(IG/ID)가 0.8 이상일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 탄소나노튜브의 탄소 순도가 90% 이상일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 탄소나노튜브 집합체의 평균 다발 직경(bundle diameter)이 1~10㎛일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 탄소나노튜브 집합체의 평균 다발 길이(bundle length)가 10~100㎛일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계 또는 상기 (b) 단계에서, 프로세스 오일 5 내지 45중량부를 추가로 혼합할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 프로세스 오일이 파라핀계 오일, 나프텐계 오일, 아로마틱계 오일, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 고무가 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있다.
본 발명의 일 측면은 상기 (c) 단계 이후에, (d) 상기 고무 복합재를 성형하는 단계;를 더 포함하는, 전선 피복재의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 고무 매트릭스가 고함량의 탄소나노튜브를 포함하고, 상기 탄소나노튜브의 직경, 길이, 결정성 등을 일정 범위로 조절함으로써 성형성, 기계적 물성뿐만 아니라 전자파 차폐 효율을 극대화할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브의 투과전자현미경(TEM) 이미지이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 집합체의 다발 길이를 나타낸 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 집합체의 다발 직경을 나타낸 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 고무 복합재의 제조방법을 도식화한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고무 복합재를 촬영한 이미지이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고무 복합재를 촬영한 이미지이다.
도 7은 본 발명의 실험예에 따른 전자파 차폐 효율 측정용 시편 제작을 위한 몰드의 규격을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 고무 복합재의 전자파 차폐 효율을 나타낸 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
전자파 차폐용 고무 복합재
본 발명의 일 측면은 고무 매트릭스 100중량부; 및 복수의 탄소나노튜브로 이루어진 탄소나노튜브 집합체 10 내지 50중량부;를 포함하고, 상기 탄소나노튜브의 평균 외경이 8~50㎚이고, 평균 내경이 상기 평균 외경의 40% 이상인, 전자파 차폐용 고무 복합재를 제공한다.
상기 고무 복합재의 모재가 되는 고무 매트릭스로는, 예를 들어, 탄소나노튜브와의 상용성이 우수하고, 성형성과 기계적 물성 간의 밸런스가 우수한 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 또는 이들 중 2 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
이 때, 상기 아크릴로니트릴-부타디엔 고무의 아크릴로니트릴 함량이 31중량% 미만이면 기계적 물성이 저하될 수 있고, 35중량% 초과이면 유연성이 저하될 수 있으므로, 바람직하게는 아크릴로니트릴 함량이 31~35중량%인 것을 사용할 수 있다. 또한, 상기 아크릴로니트릴-부타디엔 고무의 무니점도(Mooney viscosity)가 40 미만이거나 50 초과이면 고무의 흐름성이 과도하게 낮거나 높아 성형성이 저하될 수 있으므로, 필러의 분산성, 고무 복합재의 기계적 물성, 성형성 등을 고려하여 상기 아크릴로니트릴-부타디엔 고무는 무니점도가 40~50인 것을 사용할 수 있다.
상기 에틸렌-프로필렌-디엔 고무는 무니점도가 20 미만이거나 30 초과이면 성형성 또는 기계적 물성이 저하될 수 있으므로, 바람직하게는 무니점도가 20~30인 것을 사용할 수 있다. 또한, 상기 에틸렌-프로필렌-디엔 고무의 디엔 모노머로는 헥사디엔(HD), 다이시클로펜타디엔(DCPD), 에틸렌노보넨(ENB)를 예시할 수 있으며, 바람직하게는 에틸렌노보넨일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 디엔 모노머가 에틸렌노보넨인 경우, 상기 에틸렌-프로필렌-고무의 에틸렌 노보넨 함량이 1~10중량%일 수 있다. 상기 에틸렌노보넨 함량이 1중량% 미만이거나 10중량% 초과이면 상기 고무 복합재의 가교 시 그 효율이 저하될 수 있다. 나아가, 상기 에틸렌-프로필렌-고무의 에틸렌 함량이 50중량% 미만이거나 70중량% 초과이면 성형성 또는 기계적 물성이 저하될 수 있으므로, 에틸렌 함량이 50~70중량%인 것을 사용할 수 있다.
상기 스티렌-부타디엔 고무는 무니점도가 30미만이거나 80 초과이면 성형성 또는 기계적 물성이 저하될 수 있으므로, 바람직하게는 무니 점도가 30~80인 것을 사용할 수 있다. 또한, 상기 스티렌-부타디엔 고무의 스티렌 함량이 20~40중량%일 수 있다. 상기 스티렌 함량이 20중량% 미만이거나 40중량% 초과이면 탄성 및 성형성이 저하될 수 있다.
상기 탄소나노튜브는 전기전도성이 미약한 고무 매트릭스에 전기전도성을 부여하기 위한 물질로, 상기 탄소나노튜브가 첨가된 고무 복합재를 성형하여 제조된 제품의 표면저항을 감소시킴으로써 전기전도성 및 이에 따른 전자파 차폐 효율을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 탄소나노튜브 집합체가 고무 매트릭스와 혼합되면, 개개의 탄소나노튜브가 고무 매트릭스 내에서 분산되고, 상호 연결됨으로써 연속적인 3차원 네트워크 구조를 형성할 수 있고, 이에 따라 우수한 전기전도성을 나타낼 수 있다.
상기 탄소나노튜브를 합성하는 방법은 전기방전법(Arc-discharge), 열분해법(Pyrolysis), 레이저 증착법(Laser vaporization), 플라즈마 화학기상증착법(Plasma chemical vapor deposition), 열화학 기상증착법(Thermal chemical vapor deposition) 등이 있으나, 합성 방법에 제한 없이 제조된 모든 탄소나노튜브를 사용할 수 있다.
또한, 상기 탄소나노튜브는 벽의 개수에 따라 단일벽 탄소나노튜브(Single wall carbon nanotube), 이중벽 탄소나노튜브(Double wall carbon nanotube), 다중벽 탄소나노튜브(Multi wall carbon nanotube), 절두된 원뿔형의 그래핀(truncated graphene)이 다수 적층된 중공관 형태의 탄소나노섬유(cup-stacked carbon nanofiber), 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있고, 바람직하게는, 제조의 용이성 및 경제성이 우수한 다중벽 탄소나노튜브일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브의 투과전자현미경(TEM) 이미지를 나타낸 것이다. 도 1을 참고하면, 상기 탄소나노튜브는 평균 외경이 8~50㎚이고, 평균 내경이 상기 평균 외경의 40% 이상, 바람직하게는 40~90%일 수 있다. 상기 외경은 탄소나노튜브의 벽을 이루는 그래파이트 층이 포함된 탄소나노튜브 횡단면의 직경을 의미하고, 상기 내경은 그래파이트 층이 제외된 중공 횡단면의 직경을 의미한다.
이 때, 상기 탄소나노튜브 단일 가닥의 평균 외경이 8㎚ 미만이거나 50㎚ 초과이면 이들이 응집되어 형성된 탄소나노튜브 집합체의 평균 다발 직경이 후술할 범위로 조절되지 않으므로, 상기와 같은 외경의 범위를 가지는 탄소나노튜브를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 “다발(bundle)”은, 복수의 탄소나노튜브가 나란하게 배열되거나 상호 엉킨 상태의 번들 혹은 로프 형태를 지칭하는 것으로, 이와 달리 복수의 탄소나노튜브가 일정한 형상을 이루지 않고 존재하는 경우 “비번들형”이라 지칭하기도 한다.
상기 다발 형태의 탄소나노튜브 집합체는 기본적으로 복수의 탄소나노튜브, 바람직하게는 복수의 다중벽 탄소나노튜브가 상호 응집된 형태로 존재할 수 있다. 각각의 탄소나노튜브 및 그 집합체는 직선형, 곡선형, 또는 이들이 혼합된 형태일 수 있다.
또한, 상기 탄소나노튜브 단일 가닥, 즉 다중벽 탄소나노튜브의 평균 내경이 상기 평균 외경의 40% 미만이면 탄소나노튜브의 벽(wall) 수가 증가하여 동일 투입량에서 전기전도성이 저하될 수 있으므로, 상기 탄소나노튜브의 평균 내경이 상기 평균 외경의 40% 이상일 수 있다.
상기 탄소나노튜브 집합체는 분말 상의 것을 기계적, 물리적으로 타정하여 펠릿 형태로 가공한 것일 수 있다. 펠릿 형태로 가공된 탄소나노튜브 집합체는 작업 간 분말이 비산되는 것을 방지하여 작업 환경을 개선할 수 있다.
한편, 상기 탄소나노튜브의 구조를 분석하기 위한 방법 중, 탄소나노튜브의 표면 상태를 분석하는 라만 분광법(Raman Spectroscopy)이 유용하게 사용될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 “라만 분광법”은, 레이저 광과 같은 단색의 여기 광을 쬐었을 때, 분자의 진동수만큼의 차이가 있는 산란광이 생기는 현상인 라만 효과(Raman effect)에서 분자의 진동수를 구하는 분광법을 의미하는 것으로, 이러한 라만 분광법을 통해 탄소나노튜브의 결정성을 수치화하여 측정할 수 있다.
상기 탄소나노튜브의 라만 스펙트럼 중 파수 1580±50㎝-1 영역에 존재하는 피크를 G 밴드라고 하며, 이는 탄소나노튜브의 sp2 결합을 나타내는 피크로서, 구조적 결함이 없는 탄소 결정을 나타내는 것이다. 또한, 파수 1360±50㎝-1 영역에 존재하는 피크를 D 밴드라고 하며, 이는 탄소나노튜브의 sp3 결합을 나타내는 피크로서, 구조적 결함을 함유하는 탄소를 나타내는 것이다.
나아가, 상기 G 밴드 및 D 밴드의 피크 값을 각각 IG 및 ID라고 하며, 양자 간 비율인 라만 분광 강도비(IG /ID)를 통해 탄소나노튜브의 결정성을 수치화하여 측정할 수 있다. 즉, 라만 분광 강도비가 높은 값을 나타낼수록 탄소나노튜브의 구조적 결함이 적은 것을 의미하므로, 상기 라만 분광 강도비가 높은 값을 나타내는 탄소나노튜브를 사용하는 경우, 보다 우수한 전기전도성을 구현할 수 있다.
구체적으로, 상기 탄소나노튜브의 라만 분광 강도비(IG /ID)가 0.8 이상일 수 있다. 상기 탄소나노튜브의 IG /ID 값이 0.8 미만이면 비정질 탄소가 다량 함유되어 탄소나노튜브의 결정성이 불량하고, 이에 따라 고무 매트릭스와 혼합 시 전기전도성 향상 효과가 미약할 수 있다.
또한, 탄소나노튜브는 탄소 함량이 높을수록 촉매와 같은 불순물이 적어 우수한 전기전도성을 구현할 수 있으므로, 상기 탄소나노튜브의 탄소 순도가 90% 이상, 바람직하게는 94~98%, 더 바람직하게는 95~97%일 수 있다.
상기 탄소나노튜브의 탄소 순도가 90% 미만이면 탄소나노튜브의 구조적 결함이 유발되어 결정성이 저하될 수 있고, 탄소나노튜브가 외부 자극에 의해 쉽게 절단, 파괴될 수 있다.
도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 집합체의 다발 길이 및 다발 직경을 나타낸 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 상기와 같은 단일 가닥 탄소나노튜브가 다발 형태로 응집되어 형성된 탄소나노튜브 집합체의 평균 다발 직경이 1~10㎛, 바람직하게는 1~5㎛, 더 바람직하게는 2~4㎛일 수 있고, 평균 다발 길이가 10~100㎛, 바람직하게는 20~60㎛, 더 바람직하게는 25~55㎛일 수 있다.
상기 탄소나노튜브 집합체의 평균 다발 직경이 1㎛ 미만이거나 평균 다발 길이가 100㎛ 초과이면 분산성이 저하되어 상기 전기전도성 고무 복합재의 부위 별 전기전도성이 불균일해질 수 있고, 평균 다발 직경이 10㎛ 초과이거나 평균 다발 길이가 10㎛ 미만이면 네트워크 구조가 불안정해지면서 전기전도성이 저하될 수 있다.
상기 고무 복합재는 고함량의 탄소나노튜브 집합체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고무 복합재 중 상기 탄소나노튜브 집합체의 함량이 상기 고무 매트릭스 100중량부를 기준으로 10 내지 50중량부일 수 있다.
상기 탄소나노튜브 집합체의 함량이 10중량부 미만이면 고무 복합재에 충분한 전자파 차폐 성능을 부여할 수 없고, 50중량부 초과이면 상기 고무 복합재의 조성이 불균일해져 성형성이 저하될 수 있다.
한편, 상기 고무 복합재는 프로세스 오일을 추가로 포함하여 성형성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 고무 복합재가 상기 고무 매트릭스 100중량부를 기준으로 프로세스 오일 5 내지 45중량부를 더 포함할 수 있다. 상기 프로세스 오일의 함량이 5중량부 미만이거나 45중량부 초과이면 고무 복합재의 흐름성이 과도하게 낮거나 높아 성형성 향상 효과가 미약할 수 있다.
상기 프로세스 오일이 파라핀계 오일, 나프텐계 오일, 아로마틱계 오일, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있고, 바람직하게는 상기 고무 매트릭스와의 상용성에 따라 그 종류를 달리할 수 있다.
구체적으로, 상기 고무 매트릭스가 아크릴로니트릴-부타디엔 고무인 경우 아로마틱계 오일을 사용할 수 있는 반면에, 상기 고무 매트릭스가 에틸렌-프로필렌-디엔 고무 또는 스티렌-부타디엔 고무인 경우 나프텐계 오일을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 고무 복합재는 사용 목적에 따라 난연제, 충격보강제, 난연보조제, 활제, 가소제, 열안정제, 적하방지제, 산화방지제, 상용화제, 광안정제, 안료, 염료, 무기물 첨가제, 및 드립방지제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 첨가제의 함량은 상기 고무 복합재의 전체 중량을 기준으로 0.1~10중량%일 수 있다. 상기 첨가제의 함량이 0.1중량% 미만이면 사용 목적에 적합한 효과를 구현할 수 없고, 10중량% 초과이면 고무 매트릭스 고유의 물성을 저하시킬 수 있다.
상기 고무 복합재 중 상기 탄소나노튜브 집합체의 함량이 상기 고무 매트릭스 100중량부를 기준으로 10 내지 50중량부인 경우, 즉, 상기 고무 복합재가 고함량의 탄소나노튜브 집합체를 전도성 필러로 포함하는 경우, 상기 고무 복합재의 전자파 차폐 효율이 1,000㎒ 주파수 대역에서 40 dB 이상일 수 있다.
이에 따라, 상기 고무 복합재는 사출, 압출 성형 등을 통해 높은 수준의 전기전도성 및 성형성, 기계적 물성이 균형적, 필수적으로 요구되는 전자파 차폐재에 적용될 수 있다. 상기 고무 복합재는 이러한 성형품에 요구되는 화학적, 기계적 물성은 완비될 수 있으므로, 상기 고무 복합재를 몰드(mold)로 성형함으로써 최종 제품을 얻을 수 있다.
구체적으로, 상기 전자파 차폐용 고무 복합재는 전도성 필러로 탄소나노튜브만을 사용하여 전자파 차폐 성능을 구현함으로써, 종래의 금속, 세라믹 등의 필러를 사용하는 복합재에 비해 가공 및 성형성이 우수할 뿐만 아니라, 이를 성형한 제품의 경량화를 구현할 수 있으므로, 자동차, 선박 등의 분야에서 우수한 전자파 차폐 특성이 요구되는 전선 피복재 등에 적용될 수 있다.
전자파 차폐용 고무 복합재의 제조방법
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전자파 차폐용 고무 복합재의 제조방법을 도식화한 것이다. 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 측면은 (a) 복수의 탄소나노튜브로 이루어진 탄소나노튜브 집합체 10 내지 50중량부와 고무 100중량부를 혼합 및 가압 성형하여 제1 마스터배치를 제조하는 단계; (b) 상기 제1 마스터배치와 금속 산화물, 및 지방산을 혼합하고 가압 성형하여 제2 마스터배치를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 제2 마스터배치를 가황 및 가교하여 고무 복합재를 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 탄소나노튜브의 평균 외경이 8~50㎚이고, 평균 내경이 상기 평균 외경의 40% 이상인, 전자파 차폐용 고무 복합재의 제조방법을 제공한다.
상기 (a) 단계에서 전도성 필러인 탄소나노튜브 집합체와 고무를 혼합 및 가압 성형하여 고함량의 탄소나노튜브를 포함하는 제1 마스터배치를 제조할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 “마스터배치(master batch)”는, 고무 복합재를 제조하는 경우 고농도의 첨가제를 사전에 분산시킨 것으로, 이러한 마스터배치의 제조를 통해 고무 매트릭스 내에 분산되는 탄소나노튜브 집합체의 함량을 정밀하게 제어할 수 있다.
상기 탄소나노튜브의 평균 외경, 평균 내경, 결정성, 탄소 순도 및 상기 탄소나노튜브 집합체의 평균 다발 직경, 평균 다발 길이, 종류, 함량, 형태 등에 관해서는 전술한 것과 같다. 또한, 상기 고무의 종류에 관해서도 전술한 것과 같다.
상기 (a) 단계에서 상기 제1 마스터배치는 구형(sphere), 펠릿형(pellet), 시트형(sheet) 등으로 제조될 수 있으나, 이후 단계에서 고무 매트릭스와 배합되어 상기 탄소나노튜브의 분산성을 향상시킬 수 있으면 그 형태에 제한 없이 제조될 수 있다.
특히, 상기 제1 마스터배치는 고무, 탄소나노튜브 집합체가 단순히 혼합된 것이 아니라, 혼합물을 추가로 가압 성형한 시트형으로 제조될 수 있다. 전술한 것과 같이, 상기 (a) 단계에서 투입된 상기 탄소나노튜브 집합체는 분말을 타정하여 펠릿 형태로 가공한 것이므로, 이러한 펠릿을 상기 (a) 단계에서 고무와 혼합하는 경우 고무 중 탄소나노튜브의 분산성이 저하될 수 있다. 따라서, 혼합 후 분산되지 않고 응집된 상태로 남아있는 탄소나노튜브 펠릿을 물리적으로 가압하여 분산성을 향상시킬 수 있다.
상기 가압은 상기 혼합물을 일정 간격으로 상호 이격된 롤러와 이송 판, 또는 일정 간격으로 상호 이격된 한 쌍의 롤러 사이를 통과시키는 방식으로 이루어질 수 있고, 이를 통해 상기 혼합물을 시트 형태로 변형시킬 수 있다. 이 때, 가압된 생성물, 즉, 시트의 인장 특성과 시트 중 탄소나노튜브의 분산성을 고려하여 상기 간격을 0.1mm 내지 2.0mm, 바람직하게는 0.5mm 내지 2.0mm로 조절할 수 있다.
상기 (b) 단계에서는 상기 제1 마스터배치와 금속 산화물, 및 지방산을 혼합하여 제2 마스터배치를 제조할 수 있다.
상기 제2 마스터배치는 통상적인 고무 가공 공정에서 생산되는 카본 마스터배치(CMB, Carbon Master Batch)일 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 “카본 마스터배치(CMB)”는, 원료고무와 보강제인 카본, 충진제, 연화제, 가소제 등을 물리적으로 혼합한 미가황 고무를 의미한다.
특히, 상기 지방산은 탄소나노튜브를 코팅하여 이들 간 반발력을 제공함으로써 응집을 방지하는 분산제로 기능할 수도 있다. 또한, 상기 지방산은 탄소나노튜브 간 마찰을 억제하는 윤활제로 작용하여, 상기 탄소나노튜브 간 발생할 수 있는 마찰열을 억제함으로써 고무 복합재의 손상을 억제할 수 있다.
구체적으로, 상기 금속 산화물이 산화아연, 산화마그네슘, 산화주석, 산화칼슘, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있고, 바람직하게는 친환경적인 산화아연일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 지방산이 부티르산(Butyric acid), 카프로산(Caproic acid), 카프릴산(Caprylic acid), 카프르산(Capric acid), 라우르산(Lauric acid), 미리스트산(Myristic acid), 팔미트산(Palmitic acid), 스테아르산(Stearic acid), 리놀레산(Linoleic acid), α-리놀레산(alpha-Linolenic acid), 아라키드산(Arachidic acid), 베헨산(Behenic acid), 에루신산(Erucic acid), 올레산(Oleic acid), 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있고, 바람직하게는 스테아르산일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 마스터배치 또한 상기 제1 마스터배치와 마찬가지로 혼합물을 추가로 가압 성형한 시트형으로 제조될 수 있으며, 이에 따라 상기 제1 마스터배치에서 분산되지 않고 응집된 상태로 남아있는 탄소나노튜브 펠릿을 물리적으로 분산시킬 수 있다. 구체적인 가압 성형 방법에 관해서는 전술한 것과 같다.
한편, 상기 (a) 단계 또는 상기 (b) 단계에서 프로세스 오일 5 내지 45중량부를 추가로 혼합하여 최종 생성물인 고무 복합재의 성형성을 향상시킬 수 있다. 상기 프로세스 오일의 함량 및 종류에 관해서는 전술한 것과 같다.
또한, 상기 (a) 단계 또는 (b) 단계에서, 상기 전자파 차폐용 고무 복합재의 사용 목적에 따라 각종 첨가제를 추가로 혼합할 수 있으며, 첨가제의 종류와 함량에 관해서는 전술한 것과 같다.
상기 (c) 단계에서 미가황 상태인 상기 제2 마스터배치에 황, 가교촉진제를 혼합한 후 가교함으로써 최종적인 고무 복합재를 제조할 수 있다. 상기 제2 마스터배치에 황과 가교촉진제를 첨가하면 고무 매트릭스의 가교 반응이 진행되어 최종 제품에 요구되는 기계적 물성을 부여할 수 있다.
상기 가교촉진제가 알데히드 아민계(Aldehyde Amine), 구아니딘계(Guanidine), 티아졸계(Thiazole), 술펜아미드계(Sulfenamide), 다이티오카바메이트계(Dithiocarbamate), 티우람계(Thiuram), 티오우레아계(Thiourea), 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있고, 바람직하게는 N-tert-부틸-2-벤조티아졸-술펜아미드(TBBS), 2-머캅토벤조티아졸(MBT), 테트라메틸티우람 다이설파이드(TMTD), 디페닐구아니딘(DPG), N-시클로헥실-2-벤조티아졸-술펜아미드(CBS), 또는 이들 중 2 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 고무 복합재는 성형을 통해 일정 높은 수준의 전기전도성 및 성형성, 기계적 물성이 균형적, 필수적으로 요구되는 전자파 차폐재, 구체적으로 전선 피복재에 적용될 수 있으며, 성형 방법 및 전자파 차폐 효율에 관해서는 전술한 것과 같다.
이하, 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다.
실시예 1
0.5L 밴버리 믹서에 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR) 220g을 투입하고 50℃에서 40rpm의 회전 속도로 1분 간 혼합한 후, 탄소나노튜브 집합체(CNT) 66g을 투입하여 45rpm의 회전 속도로 1분, 60rpm의 회전 속도로 1분 간 추가 혼합하였다. 혼합된 배합물을 1㎜ 간극의 오픈 롤에 투입하여 내림 작업 및 삼각 접기를 각각 3회 실시한 후, 시트 형태로 성형함으로써 제1 마스터배치(MB)를 제조하였다.
이 때, 탄소나노튜브 집합체는 평균 외경과 평균 내경이 각각 12.9nm, 6.2nm이고, 라만 분광 강도비가 0.94이며, 탄소 순도가 95%인 복수의 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)가 응집되어 평균 다발 직경이 2.4㎛, 및 평균 다발 길이가 27㎛인 다발형 MWCNT 분말을 타정하여 펠릿 형태로 성형한 것을 사용하였다. 상기 라만 분광 강도비는 DXR Raman Microscope(Thermo Electron Scientific Instruments LLC)을 이용하여 레이저 파장 532㎚에서 측정하였다.
실시예 2
아로마틱 오일 22g을 추가로 투입한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제1 마스터배치를 제조하였다.
실시예 3
아로마틱 오일 44g을 추가로 투입한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제1 마스터배치를 제조하였다.
실시예 4
아로마틱 오일 66g을 추가로 투입한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제1 마스터배치를 제조하였다.
실시예 5
아로마틱 오일 88g을 추가로 투입한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제1 마스터배치를 제조하였다.
실험예 1 : 오일 함량에 따른 제1 마스터배치의 물성 측정
상기 실시예 1~5에 따라 제조된 각각의 제1 마스터배치의 물성을 하기 방법에 따라 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 시트 형태로 성형 전의 제1 마스터배치를 도 5에 나타내었다.
- 표면저항 : ST-4(SIMCO, 2-probe) 및 Loresta-AX MCP-T370(Mitsubishi Chemical Analytech, 4-probe)를 이용하여 측정하였다.
- 경도 : ASTM D-2240에 따라 durometer hardness(Shore A type)를 이용하여 측정하였다.
- 무니점도 : 100℃에서 MV 2000(Alpha Technologies)를 이용하여 측정하였다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
표면저항
(Ω/sq)		 1.75 2.5 2.43 2.53 3.07
경도 (shore A) 70 73 63 63 57
무니점도 (ML1+4@100℃) > 200 > 200 157 110 107
상기 표 1및 도 5를 참고하면, 프로세스 오일의 함량이 증가할수록 무니점도 값이 감소하고 제1 마스터배치 조성물이 상호 응집됨으로써 성형성이 우수해지므로, 이후 단계를 통해 제조되는 고무 복합재의 성형성이 우수할 것으로 분석된다. 또한, 프로세스 오일 함량이 증가하더라도 표면저항 값은 유사한 수준으로 측정되어 고무 복합재의 전자파 차폐 효율 또한 우수할 것으로 분석된다.
실시예 6
아크릴로니트릴-부타디엔 고무 145g, 및 탄소나노튜브 집합체 72.5g을 투입한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제1 마스터배치를 제조하였다.
실시예 7
아로마틱 오일 22g을 추가로 투입한 것을 제외하면, 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 제1 마스터배치를 제조하였다.
실시예 8
아로마틱 오일 44g을 추가로 투입한 것을 제외하면, 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 제1 마스터배치를 제조하였다.
실시예 9
아로마틱 오일 66g을 추가로 투입한 것을 제외하면, 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 제1 마스터배치를 제조하였다.
실시예 10
아로마틱 오일 88g을 추가로 투입한 것을 제외하면, 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 제1 마스터배치를 제조하였다.
실험예 2 : 오일 함량에 따른 제1 마스터배치의 물성 측정
상기 실시예 6~10에 따라 제조된 각각의 제1 마스터배치의 표면저항을 상기 실험예 1과 동일한 방법에 따라 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 시트 형태로 성형 전의 제1 마스터배치를 도 6에 나타내었다.
구분 실시예 6 실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10
표면저항
(Ω/sq)		 1.26 1.22 1.18 2.44 1.24
상기 표 2 및 도 6을 참고하면, 프로세스 오일의 함량이 증가할수록 제1 마스터배치 조성물이 상호 응집됨으로써 성형성이 우수해지고, 이에 따라 이후 단계를 통해 제조되는 고무 복합재도 성형성이 우수할 것으로 분석된다. 또한, 프로세스 오일 함량이 증가하더라도 표면저항 값은 유사한 수준으로 측정되어 고무 복합재의 전자파 차폐 효율 또한 우수할 것으로 분석된다.
실시예 11~15
0.5L 밴버리 믹서에 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR)를 투입하고 50℃에서 40rpm의 회전 속도로 1분 간 혼합한 후, 탄소나노튜브 집합체(CNT)를 투입하여 45rpm의 회전 속도로 1분, 60rpm의 회전 속도로 1분 간 추가 혼합하였다. 혼합된 배합물을 1㎜ 간극의 오픈 롤에 투입하여 내림 작업 및 삼각 접기를 각각 3회 실시한 후, 시트 형태로 성형함으로써 제1 마스터배치(MB)를 제조하였다.
이 때, 탄소나노튜브 집합체는 평균 외경과 평균 내경이 각각 12.9nm, 6.2nm이고, 라만 분광 강도비가 0.94이며, 탄소 순도가 95%인 복수의 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)가 응집되어 평균 다발 직경이 2.4㎛, 및 평균 다발 길이가 27㎛인 다발형 MWCNT 분말을 타정하여 펠릿 형태로 성형한 것을 사용하였다. 상기 라만 분광 강도비는 DXR Raman Microscope(Thermo Electron Scientific Instruments LLC)을 이용하여 레이저 파장 532㎚에서 측정하였다.
이후, 별도의 0.5L 밴버리 믹서에 상기 제1 마스터배치를 투입하고 50℃에서 40rpm의 회전 속도로 1분 간 혼합한 후, 산화아연, 및 스테아르산을 투입하고 45rpm의 회전 속도로 3분, 60rpm의 회전 속도로 1분 간 추가 혼합하였다. 혼합된 배합물을 1㎜ 간극의 오픈 롤에 투입하여 내림 작업 및 삼각 접기를 각각 3회 실시한 후, 시트 형태로 성형함으로써 카본 마스터배치(CMB, Carbon Master Batch)를 제조하였다.
상기 카본 마스터배치를 별도의 0.5L 밴버리 믹서에 투입하고 50℃에서 40rpm의 회전 속도로 1분 간 혼합한 후, 황 및 N-tert-부틸-2-벤조티아졸-술펜아미드(TBBS)를 투입하고 40rpm의 회전 속도로 2분 간 혼합하였다. 혼합된 배합물을 1㎜ 간극의 오픈 롤에 투입하여 내림 작업 및 삼각 접기를 각각 3회 실시하고, 1.8㎜ 간극의 오픈 롤에서 최종적으로 내림 작업을 수행한 후, 시트 형태로 성형함으로써 고무 복합재(FMB, Final Master Batch)를 제조하였다.
실시예 11~15 각각의 구체적인 원료 투입량은 하기 표 3에 나타내었다.
비교예
상기 실시예 11~15와 동일한 방법으로 고무 복합재를 제조하되, 탄소나노튜브를 대체하여 카본블랙(CB)을 사용하고 원료 투입량을 상이하게 조절하였다. 구체적인 원료 투입량은 하기 표 3에 나타내었다.
구분 실시예 11 실시예 12 실시예 13 실시예 14 실시예 15 비교예
MB NBR 328 300 220 175 145 267
CNT 또는 CB 32.8 60 66 70 72.5 80
CMB MB 424.6 425.8 426.9 427.8 428.6 426.9
산화아연 11.6 10.6 9.9 9.2 8.6 9.9
스테아르산 3.9 3.5 3.3 3.1 2.9 3.3
FMB CMB 379.6 380.4 381.1 381.7 382.2 381.1
황 5.83 5.37 4.98 4.64 4.34 4.98
TBBS 4.59 4.23 3.92 3.66 3.43 3.92
(단위 : g)
실험예 3 : 전자파 차폐용 고무 복합재의 물성 측정
상기 실시예 11~15 및 비교예에 따라 제조된 고무 복합재를 각각 6.5g씩 rubber process analyzer에 투입하고 160℃에서 40분 동안 경화 특성을 측정하여 적정 가교 시간(t90, 총 가교 중 90%를 획득하기 위해 요구되는 시간)을 구한 뒤 1.1을 곱하여 가교 시간을 산출하였다. 각각의 고무 복합재를 160℃의 핫프레스에서 산출한 가교 시간 동안 압축, 가교하여 시트(20㎝*20㎝*2㎜)를 제작한 후, JISK 6301 시편 커터기로 기계적 물성 측정용 시편을 제작하였으며, 도 7의 규격에 따른 몰드를 이용하여 전자파 차폐 효율 측정용 시편을 제작하였다.
각각의 시편의 물성을 하기 방법에 따라 측정하였고, 그 결과를 하기 표 4 및 도 8에 나타내었다. 이 때, 하기 표 4에서 가교 전 표면저항은 각각의 고무 복합재 제조 중 제1 마스터배치(MB)를 소량 샘플링하여 이에 대해 측정한 값이며, 무니점도는 고무 복합재(FMB, Final Master Batch)를 소량 샘플링한 후, 이에 대해 측정한 값을 나타낸다.
- 표면저항 : ST-4(SIMCO, 2-probe) 및 Loresta-AX MCP-T370(Mitsubishi Chemical Analytech, 4-probe)를 이용하여 측정하였다.
- 전자파 차폐 효율 : ASTM D-4935에 따라 E5071C(network analyzer, Keysight)을 이용하여 30~1,500㎒의 주파수에서 측정하였다.
- 무니점도 : 100℃에서 MV 2000(Alpha Technologies)를 이용하여 측정하였다.
- 경도 : ASTM D-2240에 따라 durometer hardness(Shore A type)를 이용하여 측정하였다.
- 인장강도, 신율, 및 모듈러스 : ASTM D-425에 따라 500㎜/min의 cross head 속도로 측정하였다.
구분 실시예 11 실시예 12 실시예 13 실시예 14 실시예 15 비교예
가교 전 표면저항
(Ω/sq)		 123 11 1.75 1.46 1.26 10^8.5
가교 후 표면저항
(Ω/sq)		 13.32 1.86 0.76 0.45 0.33 10^5.2
전자파 차폐 효율
(dB@1,000㎒)		 44 62 73 > 80 > 80 8
무니점도 (ML1+4@100℃) 78 167 > 200 > 200 > 200 66
인장강도 (kgf/㎠) 141 261 338 347 336 310
신율 (%) 305 192 129 69 52 550
50% 모듈러스 (kgf/㎠) 69 169 246 309 384 52
100% 모듈러스 (kgf/㎠) 101 230 327 - - 94
200% 모듈러스 (kgf/㎠) 128 258 - - - 126
300% 모듈러스 (kgf/㎠) 141 - - - - 141
경도 (shore A) 80 89 92 94 95 74
비중 1.051 1.077 1.092 1.152 1.189 1.12
상기 표 4 및 도 8을 참고하면, 전도성 필러로 탄소나노튜브 집합체를 사용한 고무 복합재(실시예 11~15)는 탄소나노튜브의 함량이 증가할수록 표면저항 값이 감소하면서 전자파 차폐 효율이 향상될 뿐만 아니라, 기계적 물성 또한 향상되는 것을 확인하였다.
또한, 동일한 함량의 전도성 필러를 사용하되 그 종류를 달리한 고무 복합재를 살펴보면, 탄소나노튜브 집합체를 사용한 고무 복합재(실시예 13)가 카본블랙을 사용한 고무 복합재(비교예)에 비해 108배 가량 표면저항 값의 감소 및 약 9배의 전자파 차폐 효율을 나타냄과 동시에 기계적 물성 또한 향상되었다.
실시예 16~17
상기 실시예 11~15와 동일한 방법으로 고무 복합재를 제조하되, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR)를 대체하여 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM)를 사용하고, 원료 투입량을 상이하게 조절하였다. 또한, 최종 생성물인 고무 복합재 제조 시 N-tert-부틸-2-벤조티아졸-술펜아미드(TBBS)를 대체하여 2-머캅토벤조티아졸(MBT)과 테트라메틸티우람 다이설파이드(TMTD)를 혼합하여 사용하였으며, 특히, 실시예 17에서는 나프텐 오일을 추가로 혼합하였다. 구체적인 원료 투입량은 하기 표 5에 나타내었다.
실시예 18~19
상기 실시예 16~17과 동일한 방법으로 고무 복합재를 제조하되, 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM)를 대체하여 스티렌-부타디엔 고무(SBR)를 사용하고, 원료 투입량을 상이하게 조절하였다. 또한, 2-머캅토벤조티아졸(MBT)과 테트라메틸티우람 다이설파이드(TMTD)를 대체하여 디페닐구아니딘(DPG)와 N-시클로헥실-2-벤조티아졸-술펜아미드(CBS)를 혼합하여 사용하였다. 구체적인 원료 투입량은 하기 표 5에 나타내었다.
구분 실시예 16 실시예 17 실시예 18 실시예 19
MB EPDM 또는 SBR 220 220 220 220
CNT 66 66 66 66
CMB MB 420.6 307.5 420.6 307.5
산화아연 16.2 11.8 9.71 7.1
스테아르산 3.2 2.4 6.47 4.73
나프텐 오일 0 118.3 0 118.3
FMB
(EPDM)		 CMB 381.6 383.8 - -
황 4.21 3.10 - -
MBT 1.40 1.03 - -
TMTD 2.81 2.06 - -
FMB
(SBR)		 CMB - - 381.6 383.8
황 - - 4.85 3.55
DPG - - 5.82 4.26
CBS - - 5.82 4.26
(단위 : g)
실험예 4 : 전자파 차폐용 고무 복합재의 물성 측정
상기 실시예 16~19의 고무 복합재를 상기 실험예 3과 동일한 방법에 따라 시편으로 제작하여 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
구분 실시예 16 실시예 17 실시예 18 실시예 19
가교 전 표면저항
(Ω/sq)		 4.5 12.1 5.2 12.4
가교 후 표면저항
(Ω/sq)		 1.11 2.0 1.39 2.41
전자파 차폐 효율
(dB@1,000㎒)		 55 50 56 52
무니점도 (ML1+4@100℃) > 200 95 197 84
인장강도 (kgf/㎠) 192 108 202 127
신율 (%) 291 394 287 381
50% 모듈러스 (kgf/㎠) 97 56 105 71
100% 모듈러스 (kgf/㎠) 135 76 142 83
200% 모듈러스 (kgf/㎠) 170 94 179 99
300% 모듈러스 (kgf/㎠) - 102 - 113
경도 (shore A) 89 83 87 82
비중 1.013 1 1.029 1.015
상기 표 6을 참고하면, 고무 복합재의 모재로 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM)나 스티렌-부타디엔 고무(SBR)를 사용한 경우에도 상기 실험예 3의 아크릴로니트릴-부타디엔 고무를 사용한 경우와 같이, 낮은 표면저항 값과 우수한 전자파 차폐 효율을 나타낼 뿐만 아니라, 기계적 물성 또한 우수한 것을 확인하였다.
또한, 프로세스 오일을 첨가하지 않은 고무 복합재(실시예 16, 18)와 비교하여 프로세스 오일을 첨가한 고무 복합재(실시예 17, 19)는 전자파 차폐 효율이 유지되면서도 무니점도가 감소하므로, 이에 따라 성형성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (19)

  1. 고무 매트릭스 100중량부; 및
    복수의 다중벽 탄소나노튜브로 이루어진 탄소나노튜브 집합체 20 내지 50중량부;를 포함하고,
    상기 다중벽 탄소나노튜브의 평균 외경이 12.9~50㎚이고, 평균 내경이 상기 평균 외경의 40~90%이고, 라만 분광 강도비(IG/ID)가 0.8 이상이고, 탄소 순도가 90% 이상이고,
    상기 탄소나노튜브 집합체의 평균 다발 직경(bundle diameter)이 1~10㎛이고, 평균 다발 길이(bundle length)가 10~100㎛인, 전자파 차폐용 고무 복합재.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전자파 차폐용 고무 복합재가 프로세스 오일 5 내지45중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐용 고무 복합재.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프로세스 오일이 파라핀계 오일, 나프텐계 오일, 아로마틱계 오일, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐용 고무 복합재.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고무가 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐용 고무 복합재.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전자파 차폐용 고무 복합재의 전자파 차폐 효율이 1,000㎒ 주파수 대역에서 40dB 이상인 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐용 고무 복합재.
  10. 제1항 및 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항의 전자파 차폐용 고무 복합재를 포함하는 전선 피복재.
  11. (a) 복수의 다중벽 탄소나노튜브로 이루어진 탄소나노튜브 집합체 20 내지 50중량부와 고무 100중량부를 혼합 및 가압 성형하여 제1 마스터배치를 제조하는 단계;
    (b) 상기 제1 마스터배치와 금속 산화물, 및 지방산을 혼합하고 가압 성형하여 제2 마스터배치를 제조하는 단계; 및
    (c) 상기 제2 마스터배치를 가황 및 가교하여 고무 복합재를 제조하는 단계;를 포함하고,
    상기 다중벽 탄소나노튜브의 평균 외경이 12.9~50㎚이고, 평균 내경이 상기 평균 외경의 40~90%이고, 라만 분광 강도비(IG/ID)가 0.8 이상이고, 탄소 순도가 90% 이상이고,
    상기 탄소나노튜브 집합체의 평균 다발 직경(bundle diameter)이 1~10㎛이고, 평균 다발 길이(bundle length)가 10~100㎛인, 전자파 차폐용 고무 복합재의 제조방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제11항에 있어서,
    상기 (a) 단계 또는 상기 (b) 단계에서,
    프로세스 오일 5 내지45중량부를 추가로 혼합하는 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐용 고무 복합재의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 프로세스 오일이 파라핀계 오일, 나프텐계 오일, 아로마틱계 오일, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐용 고무 복합재의 제조방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 고무가 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐용 고무 복합재의 제조방법.
  19. 삭제
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