KR101895551B1 - 내전압 강도가 우수한 아라미드 페이퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 메타 아라미드 플럭과 메타 아라미드 피브리드로 아라미드 페이퍼가 형성되되, 상기 메타 아라미드 플럭은 섬도가 다른 2 이상의 메타 아라미드 플럭으로 구성되는 것을 특징으로 하는 내전압 강도가 우수한 아라미드 페이퍼에 관한 것이다.

Description

내전압 강도가 우수한 아라미드 페이퍼{Aramid Paper Having Excellent Withstand Voltage}

본 발명은 내전압 강도가 우수한 아라미드 페이퍼에 관한 것으로 섬도가 다른 2 이상의 메타 아라미드 플럭을 사용하여 내전압 강도를 향상시킨 내전압 강도가 우수한 아라미드 페이퍼에 관한 것이다.

아라미드 섬유는 미국의 듀폰(Dupont)사가 유리섬유의 강도와 석면의 내열성을 갖는 섬유를 목표로 1965년에 개발에 성공한 방향족 고분자를 원료로 한 합성섬유이며, 1960년대 말에 케블라(Kevlar)라는 상표로 생산되었다. 1974년에는 미연방거래위원회에 의해「2개의 방향족환으로 아미드 결합이 85 % 이상 직접 결합되어 있는 방향족 폴리아미드」의 일반명칭으로 아라미드 라는 용어를 정의하였으며, 그 후 ISO-2076, JIS L 0204-2에도 아라미드라는 명칭이 동일하게 정의되었다.

아라미드는 아미드 결합된 방향족환의 결합단위에 의해 메타계와 파라계로 나뉜다. 메타 아라미드 섬유는 고온내열성이 우수하며, 파라 아라미드 섬유는 고온내열성뿐만 아니라 고강도 및 고탄성의 특징을 갖는다.

상기 파라 아라미드는 벤젠 고리가 파라 위치에서 아미드기와 결합된 것이다. 분자쇄가 매우 뻣뻣하고 선상구조를 가지므로 강도가 매우 높고 탄성률이 특히 높아 충격을 흡수하는 성능이 매우 우수하여 방탄복, 방탄 핼멧, 안전용 장갑이나 부츠, 소방복에 사용되며, 테니스 라켓, 보트, 하키용 스틱, 낚시 줄, 골프 클럽등의 스포츠 기구 재료로 또한 산업용으로는 FRP(Fiber Reinforced Plastic), 석면대체용 섬유등에 사용되고 있다.

상기 메타 아라미드는 벤젠고리가 메타 위치에서 아미드기와 결합된 것으로 강도와 신도는 보통의 나일론과 비슷하나 열에 대한 안정성이 대단히 좋으며, 다른 내열용 소재에 비하여 가볍고 땀흡수도 어느 정도 가능하므로 쾌적하다는 장점을 가지고 있다. 초기에는 색상이 몇 가지로 제한되었으나, 최근에는 형광색을 포함한 다양한 색상으로 만들어지고 있다. 소방복, 경주용 자동차 운전자를 위한 유니폼, 우주 비행사 유니폼, 작업복 등의 내열용 의복 소재로 사용 되며, 산업용으로는 고온용 필터 등으로 쓰인다.

상기와 같이 파라아라미드 및 메타 아라미드는 섬유뿐만 아니라 페이퍼 형태로 제조되어 많은 산업분야에서 사용되고 있다.

상기 메타 아라미드로 제조되는 페이퍼는 메타 아라미드를 중합하고 가는 섬유로 배향하고 비(非)과립형의 펄프 또는 필름-유사 입자를 의미하는 피브리드(fibrid)와 스테이플 섬유보다 더 짧은 길이의 섬유를 의미하는 플록(floc)을 통해 메타 아라미드 페이퍼를 제조된다.

메타 아라미드 페이퍼는 주로 전기 절연물, 허니콤(Honeycomb) 구조재료로 사용되는 소재로 전기 절연물로서 변압기, 전동기와 같은 코일의 절연물이나 프린트 기판 등에 널리 사용되고 있고, 어느 정도 도전성을 가지는 시트는 그 도전성의 정도에 따라 발열체, 정전기 방전을 위한 전도성 테이프 등에 사용된다.

대한민국 공개특허 제2007-0116139호에서는 콘덴서, 캐패시터, 전지에 사용할 수 있도록 200℃ 이하의 융점을 갖는 열가소성 폴리머의 다공질 시트층과 실질적으로 안정 융점을 갖지 않는 유기 화합물의 피브리드 또는 단섬유 또는 피브릴화한 펄프로 이루어지는 부직포 형상 시트를 적층한 적어도 2 층 이상의 층구조를 이루고 있는 복합체 시트로 습식초지법으로 제조한 메타 아라미드 페이퍼를 적층한 절연시트를 개시하고 있다.

상기와 같이 전기 절연재로 메타 아라미드 페이퍼를 사용할 경우에는 내전압 강도가 매우 중요한 요소이나 상기 종래의 메타 아라미드 페이퍼는 도 1에서와 같이 메타 아라미드 플럭(100)과 메타 아라미드 피브리드(200)로 형성되는 형태로 메타 아라미드 플럭(100)과 메타 아라미드 피브리드(200) 사이에 많은 공극이 형성되어 있어 내전압 강도를 향상시키기 어려운 문제점이 있었다.

상기와 같이 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 메타 아라미드 플럭과 메타 아라미드 피브리드로 형성되는 아라미드 페이퍼에 섬도가 다른 메타 아라미드 플럭을 사용하여 메타 아라미드 플럭 및 메타 아라미드 피브리드 사이의 형성되는 공극을 최소화하여 내전압 강도가 우수한 아라미드 페이퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 메타 아라미드 플럭과 메타 아라미드 피브리드로 아라미드 페이퍼가 형성되되, 상기 메타 아라미드 플럭은 섬도가 다른 2 이상의 메타 아라미드 플럭으로 구성되는 것을 특징으로 하는 내전압 강도가 우수한 아라미드 페이퍼를 제공한다.

또한, 상기 섬도가 다른 2 이상의 메타 아라미드 플럭 중 가장 섬도가 큰 메타 아라미드 플럭과 가장 섬도가 작은 메타 아라미드 플럭의 섬도 차이는 0.5~1데니어(denier)인 것을 특징으로 하는 내전압 강도가 우수한 아라미드 페이퍼를 제공한다.

또한, 상기 섬도가 다른 2 이상의 메타 아라미드 플럭 중 가장 섬도가 큰 메타 아라미드 플럭의 섬도는 1.5~2.5데니어이고 가장 섬도가 작은 메타 아라미드 플럭의 섬도는 0.5~1.5 데니어인 것을 특징으로 하는 내전압 강도가 우수한 아라미드 페이퍼를 제공한다.

또한, 상기 섬도가 다른 2 이상의 메타 아라미드 플럭 중 가장 섬도가 작은 메타 아라미드 플럭은 아라미드 페이퍼의 전체 중량의 5중량%이상 함유되는 것을 특징으로 하는 내전압 강도가 우수한 아라미드 페이퍼를 제공한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 내전압 강도가 우수한 아라미드 페이퍼는 섬도가 다른 2개의 메타 아라미드 플럭을 사용하여 메타 아라미드 플럭과 메타 아라미드 피브리드 사이에서 형성되는 공극이 최소화되어 내전압 강도가 향상되는 효과가 있다.

도 1은 종래의 아라미드 페이퍼의 단면형상을 도식화한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 내전압 강도가 우수한 아라미드 페이퍼의 단면형상을 도식화한 도면이다.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 '약', '실질적으로' 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

도 2는 본 발명에 따른 내전압 강도가 우수한 아라미드 페이퍼의 단면형상을 도식화한 도면이다.

본 발명은 메타 아라미드 플럭과 메타 아라미드 피브리드로 아라미드 페이퍼로 상기 메타 아라미드 플럭은 섬도가 다른 2 이상의 메타 아라미드 플럭으로 구성되는 내전압 강도가 우수한 아라미드 페이퍼에 관한 것이다.

일반적으로 플록(floc)은 일반적인 단섬유보다 더 짧은 섬유형태로 약 2데니어(denier)정도 이며, 섬유장이 5~10㎜이고, 상기 메타아라미드 피브리드(fibrid)는 초지성을 갖는 비과립형의 섬유질 또는 필름 유사 입자로 일반적인 펄프와 유사한 형태를 가지는 것으로 섬유는 아니지만 웹(Web)으로 연결된 섬유 유사 영역을 가지 것을 뜻한다.

일반적인 메타 아라미드 페이퍼는 동일한 섬도를 갖는 메타 아라미드 플럭과 메타 아라미드 피브리드를 중량비 약 50:50으로 혼합하여 제조된다.

상기와 같이 메타 아라미드 플럭(100)과 메타 아라미드 피브리드(200)로 제조되는 메타 아라미드 페이퍼는 도 1에서와 같이 메타 아라미드 플럭과 메타 아라미드 피브리드 사이에 많은 공극이 발생된다.

본 발명의 내전압 강도가 우수한 아라미드 페이퍼의 메타 아라미드 플럭은 섬도가 다른 2 이상의 메타 아라미드 플럭으로 구성되는 것으로 도 2에서 나타난 바와 같이 섬도가 큰 메타 아라미드 플럭(100)과 메타 아라미드 피브리드(200) 사이의 공극에 섬도가 낮은 메타 아라미드 섬유(300)가 충전되는 구성으로 종래의 아라미드 페이퍼에 비해 공극이 적게 발생된다.

상기 섬도가 다른 2 이상의 메타 아라미드 플럭 중 가장 섬도가 큰 메타 아라미드 플럭과 가장 섬도가 작은 메타 아라미드 플럭의 섬도 차이는 0.5~1데니어(denier)인 것이 바람직한 것으로 섬도가 다른 2 이상의 메타 아라미드 플럭의 섬도 차이가 0.5데니어 미만인 경우에는 내전압 강도의 향상이 미미할 수 있으며, 섬도 차이가 1.0 데니어를 초과하면 공정성이 저하될 수 있으며, 페이퍼의 평활도가 낮아질 수 있다.

또한, 상기 섬도가 다른 2 이상의 메타 아라미드 플럭 중 가장 섬도가 큰 메타 아라미드 플럭의 섬도는 1.5~2.5데니어이고 가장 섬도가 작은 메타 아라미드 플럭의 섬도는 0.5~1.5 데니어인 것이 바람직하다.

상기 섬도가 다른 2 이상의 메타 아라미드 플럭 중 가장 섬도가 큰 메타 아라미드 플럭의 섬도가 2.5데니어를 초과하면 아라미드 페이퍼의 평활도가 낮아질 수 있으며, 상기 가장 섬도가 작은 메타 아라미드 플럭의 섬도는 0.5 미만이며 공정성이 저하될 수있다.

본 발명에서 사용되는 상기 섬도가 다른 2 이상의 메타 아라미드 플럭은 섬도가 다른 2종류의 메타 아라미드 플럭이나 섬도가 다른 3종류의 메타 아라미드 플럭을 사용하는 것이 바람직할 것이다. 섬도가 다른 4종류이상의 메타 아라미드 플럭을 사용할 수 있으나, 공정이 복잡해질 수 있다.

본 발명은 내전압 강도가 우수한 아라미드 페이퍼는 일반적인 아라미드 페이퍼와 같이 메타 아라미드 플럭과 메타 아라미드 피브리드를 중량비 약 50:50으로 혼합하여 제조할 수 있다.

상기 섬도가 다른 2 이상의 메타 아라미드 플럭 중 가장 섬도가 작은 메타 아라미드 플럭의 함량이 아라미드 페이퍼의 전체 중량의 5중량% 미만인 경우에는 내전압 강도 향상이 미미할 수 있으므로 상기 섬도가 다른 2 이상의 메타 아라미드 플럭 중 가장 섬도가 작은 메타 아라미드 플럭은 5중량%이상 함유되는 것이 바람직할 것이다.

상기 섬도가 다른 2 이상의 메타 아라미드 플럭 중 가장 섬도가 작은 메타 아라미드 플럭의 함량은 아라미드 페이퍼의 전체 중량의 10~25중량%가 함유되는 것이 가장 바람직할 것이다.

상기 섬도가 다른 2 이상의 메타 아라미드 플럭의 섬유장은 3~10㎜인 것이 바람직할 것이다. 상기 섬도가 다른 2 이상의 메타 아라미드 플럭의 섬유장이 3㎜ 미만일 경우나, 제상기 섬도가 다른 2 이상의 메타 아라미드 플럭의 섬유장이 10㎜를 초과할 경우에는 공정성이 저하될 수 있다.

본 발명의 내전압 강도가 우수한 아라미드 페이퍼는 페이퍼를 제조하는 공정으로 일반적으로 사용되는 습지초지법으로 페이퍼를 제조할 수 있을 것이다.

즉, 상기 섬도가 다른 2 이상의 메타 아라미드 플럭 및 메타 아라미드 피브리드를 혼합하여 펄프로 습식 초지법을 통하여 웹을 형성시킨 후 닙 롤러(Nip Roller)를 거쳐 탈수시키고, 캘린더링(calendaring)하는 단계를 포함하여 페이퍼로 제조할 수 있다.

아래에서 본 발명에 따른 실시예로 본 발명의 내전압 강도가 우수한 아라미드 페이퍼를 제조하였다. 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

섬유장 약 5~7㎜, 섬도 1.5 데니어의 메타 아라미드 플럭 25중량%, 섬유장 약 5~7㎜, 섬도 1.0 데니어의 메타 아라미드 플럭 25중량%, 메타 아라미드 피브리드 50중량%로 혼합하여 펄프를 제조하고 습식 초지법으로 본 발명의 아라미드 페이퍼를 제조하였다.

실시예 2

섬유장 약 5~7㎜, 섬도 2.0 데니어의 메타 아라미드 플럭 25중량%, 섬유장 약 5~7㎜, 섬도 1.0 데니어의 메타 아라미드 플럭 25중량%, 메타 아라미드 피브리드 50중량%로 혼합하여 펄프를 제조하고 습식 초지법으로 본 발명의 아라미드 페이퍼를 제조하였다.

실시예 3

섬유장 약 5~7㎜, 섬도 2.0 데니어의 메타 아라미드 플럭 25중량%, 섬유장 약 5~7㎜, 섬도 1.5 데니어의 메타 아라미드 플럭 25중량%, 메타 아라미드 피브리드 50중량%로 혼합하여 펄프를 제조하고 습식 초지법으로 본 발명의 아라미드 페이퍼를 제조하였다.

실시예 4

섬유장 약 5~7㎜, 섬도 2.0 데니어의 메타 아라미드 플럭 20중량%, 섬유장 약 5~7㎜, 섬도 1.5 데니어의 메타 아라미드 플럭 15중량%, 섬유장 약 5~7㎜, 섬도 1.0 데니어의 메타 아라미드 플럭 15중량%, 메타 아라미드 피브리드 50중량%로 혼합하여 펄프를 제조하고 습식 초지법으로 본 발명의 아라미드 페이퍼를 제조하였다.

비교예

섬유장 약 5~7㎜, 섬도 2.0 데니어의 메타 아라미드 플럭 50중량%, 메타 아라미드 피브리드 50중량%로 혼합하여 펄프를 제조하고 습식 초지법으로 아라미드 페이퍼를 제조하였다.

◈ 내전압 강도 평가

상기와 같은 실시예 1 내지 4와 비교예에서 제조된 아라미드 페이퍼의 내전압 강도를 측정하여 표 1에 나타내었다.

*내전압 강도 : ASTM D419에 준하여 절연파괴가 일어나는 전압(kV)을 절연재료로 두께(mm)로 나눈 값이다.

구분	실시예				비교예
	1	2	3	4
내전압강도(kV/mm)	14.0	13.8	13.7	15.8	12.1

표 1에서와 같이 실시예 1 내지 4는 모두 비교예 내전압 강도가 모두 높은 것으로 측정되어 본 발명에서 사용되는 섬도가 다른 2 이상의 메타 아라미드 플럭을 사용할 경우 메타 아라미드 플럭과 메타 아라미드 피브리드 사이의 공극이 적게 형성되어 내전압 강도가 향상시키는 것을 알 수 있다.

또한, 실시예 4는 섬도가 다른 3종류의 메타 아라미드 플럭이 사용된 아라미드 페이퍼로 높은 내전압 강도가 가장 높게 측정되었다, 이를 통해 섬도가 다른 2종류의 메타 아라미드 플럭을 사용하는 것보다 섬도가 다른 3종류의 메타 아라미드 플럭을 사용하는 것이 내전압 강도가 더 높게 향상됨을 알 수 있다.

Claims (4)

1. 메타 아라미드 플럭과 메타 아라미드 피브리드로 아라미드 페이퍼가 형성되되,
   상기 메타 아라미드 플럭은 섬도가 다른 2개의 메타 아라미드 플럭으로 구성되며,
   상기 섬도가 다른 2개의 메타 아라미드 플럭 중 섬도가 큰 메타 아라미드 플럭의 섬도는 1.5~2.5데니어이고 섬도가 작은 메타 아라미드 플럭의 섬도는 0.5~1.5 데니어인 것을 특징으로 하는 내전압 강도가 우수한 아라미드 페이퍼.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 섬도가 다른 2개의 메타 아라미드 플럭 중 가장 섬도가 큰 메타 아라미드 플럭과 가장 섬도가 작은 메타 아라미드 플럭의 섬도 차이는 0.5~1데니어(denier)인 것을 특징으로 하는 내전압 강도가 우수한 아라미드 페이퍼.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 섬도가 다른 2개의 메타 아라미드 플럭 중 가장 섬도가 작은 메타 아라미드 플럭은 아라미드 페이퍼의 전체 중량의 5중량%이상 함유되는 것을 특징으로 하는 내전압 강도가 우수한 아라미드 페이퍼.

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