KR102110691B1 - 전자파 차폐성이 향상된 금속와이어메쉬 및 탄소섬유강화플라스틱 하이브리드 복합재의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물성이 우수하고 가벼우며 전자파 차폐성 및 흡수율이 향상된 금속와이어메쉬 및 탄소섬유강화플라스틱 하이브리드 복합재에 관한 것으로서, 금속와이어메쉬를 일정한 폭으로 절단하여 형성된 금속와이어메쉬 테이프사와, CFRP 시트를 일정한 폭으로 절단하여 형성된 CFRP 테이프사를 직조하여 형성된 하이브리드 직물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전자파 차폐성이 향상된 금속와이어메쉬 및 탄소섬유강화플라스틱 하이브리드 복합재의 제조방법{Method of manufacturing hybrid composites with metal wire mesh and carbon fiber reinforced plastic improved electromagnetic interference shielding property}
본 발명은 전자파 차폐성이 향상된 금속와이어메쉬 및 탄소섬유강화플라스틱 하이브리드 복합재의 제조방법에 관한 것으로서, 물성이 우수하고 가벼우며 전자파 차폐성 및 흡수율이 향상된 금속와이어메쉬 및 탄소섬유강화플라스틱 하이브리드 복합재를 제조할 수 있는 전자파 차폐성이 향상된 금속와이어메쉬 및 탄소섬유강화플라스틱 하이브리드 복합재의 제조방법에 관한 것이다.
최근 통신 기술, 이동 물체의 전파 유도 기술, 자동차 산업에서 전장 부품 기술의 발전과 전자 기기의 기능 확대 등에 의해 전자파 사용 대역이 점차 고주파 대역으로 이동하고 있어, 일상 생활에서의 전자파 공해가 꾸준히 증가하고 있다.
또한, 전기적으로 제어하는 자동차 부품이 증가하면서 전장 부품의 중요성이 높아지고, 이에 따라 불필요한 전자파로 인한 차량의 오작동에 의한 안전 사고 문제도 꾸준히 증가하고 있어, 이러한 공해와 사고를 예방하기 위한 전자파 차폐 기술 개발의 중요성은 증가하고 있다.
기존의 전자파 차폐 기술은 주로 금속 기제를 직접 사용하거나 전도성 막으로 도장 또는 도금하는 형태로 많이 사용되고 있는데, 금속 기제는 가공성이 떨어지고 무게가 많이 나갈 뿐만 아니라, 복잡한 공정을 거쳐야 되기 때문에 생산성, 경제성이 떨어진다.
이러한 이유로 최근 탄소-고분자 복합재를 이용한 전자파 차폐 기술이 각광받고 있는데, 이러한 복합재는 기존 금속 기제 대비 경량화가 가능하고, 압출과 사출 기반의 공정을 통해 생산될 수 있어 생산성이나 경제성 면에서 금속 기제 대비 우수하다.
한편, 전자파 차폐제 쉬트와 관련하여 특허문헌 0001이 제안된 바 있다. 특허문헌 0001은 금속이 코팅된 유리섬유 및 금속이 도금된 카본섬유 중에서 선택되는 1종 이상의 전도성 섬유를 이용하여 부직포 또는 직물을 만드는 단계; 및 부직포 또는 직물을 열가소성 수지 및 열경화성 수지 중에서 선택되는 1종 이상의 수지로 함침하여 쉬트 또는 테이프 형태로 만드는 단계를 포함하는 전자파 차폐제 쉬트의 제조방법에 관한 것으로서, 전기전도가 우수하여 전자파 차폐성능이 우수하며, 가격이 저렴하고 대량 생산이 가능하며, 보강재 역할로서 물리적 물성을 향상시킬 수 있고, 경량인 전자파 차폐제 쉬트를 제조할 수 있는 이점이 있다. 그러나 유리섬유 및 탄소섬유에 금속을 도금하는 공정이 복잡하고 도금된 금속이 박리될 우려가 있어 전자파 차폐성능이 저하되는 문제가 있다.
KR10-2017-0116062A (2017.10.18)
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 물성이 우수하고 가벼우며 전자파 차폐성 및 흡수율이 향상된 금속와이어메쉬 및 탄소섬유강화플라스틱 하이브리드 복합재를 제조할 수 있는 전자파 차폐성이 향상된 금속와이어메쉬 및 탄소섬유강화플라스틱 하이브리드 복합재의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
금속와이어메쉬를 일정한 폭으로 절단하여 형성된 금속와이어메쉬 테이프사와, CFRP 프리프레그 시트를 일정한 폭으로 절단하여 형성된 CFRP 테이프사를 직조하여 형성된 제1 하이브리드 직물을 제조하는 단계와;
상기 제1 하이브리드 직물의 금속와이어메쉬와 다른 금속으로 이루어진 금속와이어메쉬를 일정한 폭으로 절단하여 형성된 금속와이어메쉬 테이프사와, CFRP 프리프레그 시트를 일정한 폭으로 절단하여 형성된 CFRP 테이프사를 직조하여 형성된 제2 하이브리드 직물을 제조하는 단계와;
하측 CFRP 프리프레그 시트 상에 상기 제1 하이브리드 직물, 상기 제2 하이브리드 직물 및 상측 CFRP 프리프레그 시트를 순차적으로 적층한 후 접합하여 하이브리드 복합재를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐성이 향상된 금속와이어메쉬 및 탄소섬유강화플라스틱 하이브리드 복합재의 제조방법을 제공한다.
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상기 제1 하이브리드 직물 및 상기 제2 하이브리드 직물의 금속와이어메쉬는 니켈(Ni), 스테인리스강(SUS), 구리(Cu) 중 선택된 1종으로 이루어지는 것이 좋다.
그리고 상기 제1 하이브리드 직물 및 상기 제2 하이브리드 직물의 CFRP 시트는 CFRP 프리프레그 시트로 이루어지는 것이 바람직하다.
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본 발명의 전자파 차폐성 및 흡수율이 향상된 금속와이어메쉬 및 탄소섬유강화플라스틱 하이브리드 복합재의 제조방법은 종래와 같이 탄소섬유에 금속이 도금되지 않고 금속와이어메쉬 테이프사와 CFRP 테이프사가 직조된 하이브리드 직물로 구성됨에 따라 금속이 박리될 우려가 없어 우수한 전자파 차폐성 및 흡수율을 지속적으로 유지할 수 있으며, 물성이 우수하고 가벼우며 생산성이 우수한 효과가 있다.
도 1은 3종의 하이브리드 직물을 각각 촬영한 사진이다.
이하, 본 발명의 전자파 차폐성이 향상된 금속와이어메쉬 및 탄소섬유강화플라스틱 하이브리드 복합재를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 전자파 차폐성이 향상된 금속와이어메쉬 및 탄소섬유강화플라스틱 하이브리드 복합재는 금속와이어메쉬를 일정한 폭으로 절단하여 형성된 금속와이어메쉬 테이프사와, CFRP 시트를 일정한 폭으로 절단하여 형성된 CFRP 테이프사를 직조하여 형성된 하이브리드 직물을 포함하여 구성된다.
상기 금속와이어메쉬 테이프사는 폭이 5 내지 20mm인 것이 좋다. 상기 금속와이어메쉬 테이프사의 폭이 5mm 미만인 경우 절단성이 좋지 못하여 원자재 로스가 많고, 20mm 초과인 경우 전자파 차폐성, 흡수성 등이 일정하지 못하는 문제가 있다.
그리고 상기 금속와이어메쉬 테이프사의 금속은 니켈(Ni), 스테인리스강(SUS), 구리(Cu) 중 선택된 1종으로 이루어진다.
그리고 상기 CFRP 테이프사는 폭이 5 내지 20mm인 것이 좋다. 상기 CFRP 테이프사의 폭이 5mm 미만인 경우 절단성이 좋지 못하여 원자재 로스가 많고, 20mm 초과인 경우 전자파 차폐성, 흡수성 등이 일정하지 못하는 문제가 있다.
특히, 상기 CFRP 테이프사는 CFRP 프리프레그 시트로 이루어지는 것이 좋다. 상기 CFRP 테이프사가 CFRP 프리프레그 시트로 이루어진 경우 상기 금속와이어메쉬 테이프사와 직조하여 하이브리드 직물을 제조할 경우 상기 금속와이어메쉬 테이프사와 접합되어 하이브리드 직물이 분리될 우려가 없다. 또한 하이브리드 직물을 구성하는 금속와이어메쉬 테이프사와 CFRP 테이프사가 상호 접합됨에 따라 휭강도, 인장강도 등의 물성이 우수한 이점이 있다.
그리고, 본 발명의 전자파 차폐성이 향상된 금속와이어메쉬 및 탄소섬유강화플라스틱 하이브리드 복합재는 금속와이어메쉬 테이프사와 CFRP 테이프사가 직조된 제1 하이브리드 직물과, 상기 제1 하이브리드 직물의 금속와이어메쉬 테이프사와 다른 금속와이어메쉬 테이프사와 CFRP 테이프사가 직조된 제2 하이브리드 직물이 접합되어 이루어질 수 있다.
예를 들면 상기 제1 하이브리드 직물의 금속와이어메쉬 테이프사의 재질이 니켈(Ni)로 이루어진 경우, 상기 제2 하이브리드 직물의 금속와이어메쉬 테이프사의 재질은 구리(Cu) 또는 스테인리스강(SUS)로 이루어진다. 그리고 상기 제1 하이브리드 직물의 금속와이어메쉬 테이프사의 재질이 구리(Cu)로 이루어진 경우, 상기 제2 하이브리드 직물의 금속와이어메쉬 테이프사의 재질은 스테인리스강(SUS)으로 이루어진다.
이와 같이 상기 하이브리드 복합재가 다른 금속으로 이루어진 제1 하이브리드 직물과 제2 하이브리드 직물이 접합형성될 경우 전자파 차폐 성능 및 전자파 흡수 성능이 크게 향상되는 이점이 있다.
그리고 전자파의 반사 성능 및 흡수 성능을 향상시키기 위해 상기 제1 하이브리드 직물의 하부면과 상기 제2 하이브리드 직물의 상부면에 각각 CFRP 시트를 접합하는 것이 바람직하다. 상기 CFRP 시트는 접합성을 향상시키기 위해 CFRP 프리프레그로 이루어지는 것이 좋다.
이하, 본 발명의 전자파 차폐성이 향상된 금속와이어메쉬 및 탄소섬유강화플라스틱 하이브리드 복합재를 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하면 다음과 같고, 본 발명의 권리범위는 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[하이브리드 직물 제조]
0.03mm의 Ni필라멘트로 이루어진 금속와이어메쉬, 0.03mm의 Cu필라멘트로 이루어진 금속와이어메쉬, 0.03mm의 SUS필라멘트로 이루어진 금속와이어메쉬 및 CFRP 프리프레그 시트를 구입하여 준비하였다.
그리고 3종의 금속와이어메쉬 및 CFRP 프리프레그 시트를 15mm의 폭으로 절단하여 3종의 금속와이이메쉬 테이프사 및 CFRP 테이프사를 제조하였다.
평직기를 이용하여 3종의 금속와이어메쉬 테이프사와 CFRP 테이프사를 각각 직조하여, Ni/CFRP 하이브리드 직물, Cu/CFRP 하이브리드 직물 및 SUS/CFRP 하이브리드 직물을 제조하였고, 제조된 3종의 하이브리드 직물의 사진은 도 1과 같다.
[실시예 1]
CFRP 프리프레그 시트 상에 Cu/CFRP 하이브리드 직물, Ni/CFRP 하이브리드 직물 및 CFRP 프리프레그 시트를 순서대로 적층한 후 70 MPa의 압력, 150℃의 온도로 오토클레이브 성형하여 두께가 1mm인 실시예 1의 하이브리드 복합재를 제조하였다.
[실시예 2]
CFRP 프리프레그 시트 상에 Cu/CFRP 하이브리드 직물, SUS/CFRP 하이브리드 직물 및 CFRP 프리프레그 시트를 순서대로 적층한 후 70 MPa의 압력, 150℃의 온도로 오토클레이브 성형하여 두께가 1mm인 실시예 2의 하이브리드 복합재를 제조하였다.
[실시예 3]
CFRP 프리프레그 시트 상에 Ni/CFRP 하이브리드 직물, SUS/CFRP 하이브리드 직물 및 CFRP 프리프레그 시트를 순서대로 적층한 후 70 MPa의 압력, 150℃의 온도로 오토클레이브 성형하여 두께가 1mm인 실시예 3의 하이브리드 복합재를 제조하였다.
[전자파 차폐 유효성 측정]
실시예 1 내지 실시예 3의 하이브리드 복합재에 대해 전자파 차폐율, 흡수손실(Absorption loss, SEA), 반사손실(Reflection loss, SER)에 대해 ASTM D4935-99의 방법으로 실험하였고, 실험한 결과는 표 1과 같다.
Shielding effectiveness
(SE, in dB)		 Absorption loss
(SEA, in dB)		 Reflection loss
(SER, in dB)
SEmax SEaverage SEAmax SEAaverage SERmax SERaverage

실시예 1
126.1
94.64
99.90
75.36
52.51
19.62

실시예 2
125.65
93.37
108.87
74.32
47.30
19.80

실시예 3
125.13
94.58
101.33
75.11
43.97
19.38
표 1에서 확인되는 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3의 하이브리드 복합재는 평균 차폐율이 93dB 이상으로 매우 높게 측정되어, 자동차 전장 분야 등의 다양한 분야에 널리 사용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 금속와이어메쉬를 일정한 폭으로 절단하여 형성된 금속와이어메쉬 테이프사와, CFRP 프리프레그 시트를 일정한 폭으로 절단하여 형성된 CFRP 테이프사를 직조하여 형성된 제1 하이브리드 직물을 제조하는 단계와;
    상기 제1 하이브리드 직물의 금속와이어메쉬와 다른 금속으로 이루어진 금속와이어메쉬를 일정한 폭으로 절단하여 형성된 금속와이어메쉬 테이프사와, CFRP 프리프레그 시트를 일정한 폭으로 절단하여 형성된 CFRP 테이프사를 직조하여 형성된 제2 하이브리드 직물을 제조하는 단계와;
    하측 CFRP 프리프레그 시트 상에 상기 제1 하이브리드 직물, 상기 제2 하이브리드 직물 및 상측 CFRP 프리프레그 시트를 순차적으로 적층한 후 접합하여 하이브리드 복합재를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐성이 향상된 금속와이어메쉬 및 탄소섬유강화플라스틱 하이브리드 복합재의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 하이브리드 직물 및 상기 제2 하이브리드 직물의 금속와이어메쉬는 니켈(Ni), 스테인리스강(SUS), 구리(Cu) 중 선택된 1종으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속와이어메쉬 및 탄소섬유강화플라스틱 하이브리드 복합재의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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