KR102119707B1 - 전자파 차폐성 발포 실리콘 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 실리콘과 카본을 포함하는 원자재에 대해 탄소나노튜브를 혼합하여 혼합물을 만드는 단계; 상기 혼합물에 경화제, 촉진제, 지연제, 및 발포제를 배합하여 배합물을 만드는 단계; 상기 배합물을 가열과 경화 및 발포 과정을 수반하도록 압출하여 전자파 차폐성 발포 실리콘을 획득하는 단계를 포함하는, 전자파 차폐성 발포 실리콘 제조 방법을 제공한다.

Description

전자파 차폐성 발포 실리콘 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING FORMED SILLICON ENABLE TO SHIELD ELECTROMAGNETIC WAVE}

본 발명은 전자파 차폐성 발포 실리콘 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전자파는 광범위한 주파수 영역을 갖는 전자기 에너지로서 원래의 명칭은 전자기파(ElectroMagnetric Wave)라고 불린다.

이러한 전자파는 공간상에서 전기장이 시간적으로 변화될 경우에 전기장의 주위에 자기장이 발생되고, 또한 자기장이 시간적으로 변화될 경우에 자기장의 주위에 전기장이 발생하는 것으로서 전기력선과 (전계)자력선이 (자계)파의 진행방향과 직각을 이루고 공간을 빛의 속도로 전파하는 파동이다. 즉, 빛, X선, 방송 또는 무선통신용 전파는 모두 전자파이다.

전자파는 파장의 크기에 따라 감마선, 엑스선, 자외선, 가시광선, 적외선 및 전파 등으로 나눌 수 있다. 나아가, 일반적으로 수맥파라고 불리는 지자계파도 전자파의 일종이라 볼 수 있다.

전자파는 연속적으로 공간 중에 방사되며 매질이 없어도 장거리까지 전파되는 특성을 가지고 있다. 전자파의 전파 속도는 빛의 속도로서 매질의 유무 및 밀도에 상관없이 일정하게 전파된다. 다만, 전자파의 진행방향에 방해물이 있을 경우에 투과, 반사, 굴절, 회절 또는 흡수되어 다른 에너지로 전환된다. 예를 들면, 전자파가 인체를 만나게 되면 일부는 투과 또는 반사하게 되고 일부는 체내로 흡수되어 열에너지 등으로 변환된다.

전자파가 사람 또는 장비에 불필요한 방해를 끼치는 경우에 이를 차단하여 한 공간에서 다른 공간으로 전자기적 감응(susceptibility)을 저하시키는 것을 전자파 차폐(EMI/EMC shield)라고 한다.

텔레비전 방송신호 및 라디오 방송신호의 수신, 통신기기의 송수신과정, 각종 기기의 원격 작동 등은 모두 전자파 에너지가 매개체로 작용하고 있기 때문에 우리는 일상 생활에서 전자파 에너지와 아주 밀접한 관련을 갖는다.

그런데, 텔레비전 방송을 위해 방송국이나 중계소에서 방사된 텔레비전 전자파는 텔레비전 방송신호를 수신하고 있는 텔레비전 수상기 등과 같은 장비에게는 유효한 전자파로 간주할 수 있지만, 이러한 텔레비전 전자파에 의해 다른 전자파 신호가 영향을 받게 된다면 이 텔레비전 전자파는 상대적으로 방해 전자파일 수 있다.

따라서, 일상생활에서는 유효 전자파와 방해 전자파라는 개념이 동시에 존재한다고 볼 수 있다. 상기 방해 전자파는 전달경로에 따라서 전도성과 방사성으로 구분되는데, 방사성 방해현상을 감소시키는 기술에는 차폐(shield) 기술이 가장 효과적이다.

본 발명의 일 목적은, 전자파를 효과적으로 차폐하면서도 탄성 복원력을 갖는, 전자파 차폐성 발포 실리콘 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 전자파 차폐성 발포 실리콘 제조 방법은, 실리콘과 카본을 포함하는 원자재에 대해 탄소나노튜브를 혼합하여 혼합물을 만드는 단계; 상기 혼합물에 경화제, 촉진제, 지연제, 및 발포제를 배합하여 배합물을 만드는 단계; 상기 배합물을 가열과 경화 및 발포 과정을 수반하도록 압출하여 전자파 차폐성 발포 실리콘을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 실리콘과 카본을 포함하는 원자재에 대해 탄소나노튜브를 혼합하여 혼합물을 만드는 단계에서, 상기 원자재의 전체 중량에 대해, 상기 실리콘은 58 ~ 67 중량%의 범위이고, 상기 카본 33 ~ 42 중량%의 범위일 수 있다.

여기서, 상기 실리콘과 카본을 포함하는 원자재에 대해 탄소나노튜브를 혼합하여 혼합물을 만드는 단계에서, 상기 원자재 100 중량부에 대하여, 상기 탄소나노튜브는 3 ~ 5 중량부로 혼합될 수 있다.

여기서, 상기 혼합물에 경화제, 촉진제, 지연제, 및 발포제를 배합하여 배합물을 만드는 단계에서, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 상기 경화제는 1 ~ 4 중량부, 상기 촉진제는 1 ~ 4 중량부, 상기 지연제는 1 ~ 4 중량부, 상기 발포제는 4 ~ 6 중량부로 배합될 수 있다.

여기서, 상기 전자파 차폐성 발포 실리콘을 건조하는 단계가 더 포함될 수 있다.

여기서, 상기 전자파 차폐성 발포 실리콘의 표면을 연마 처리하여 평탄화하는 단계가 더 포함될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 전자파 차폐성 발포 실리콘 제조 방법에 의하면, 실리콘과 함께 카본과 탄소나노튜브를 포함하여 전기 전도성을 가짐에 따라 전자파를 효과적으로 차폐하면서도, 실리콘이 발포됨에 의해 탄성 복원력을 갖게 된다.

이러한 전자파 차폐성 발포 실리콘은 마찰이 심한 반도체 장비 등에 사용될 때 마찰로 인한 충격을 흡수하면서도 또한 그 마찰로 인해 발생한 정전기를 효과적으로 흡수할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐성 발포 실리콘 제조 방법에 대한 순서도이다.
도 2는 도 1의 압출 단계(S5)에 수반되는 세부 과정을 보인 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 원자재 100 중량부에 대해 탄소나노튜브가 5 중량부로 혼합된 혼합물로부터 얻어진 전자파 차폐성 발포 실리콘의 표면 상태를 보인 사진이다.
도 4는 본 발명에 대한 일 비교예에 따라 원자재 100 중량부에 대해 탄소나노튜브가 6 중량부로 혼합된 혼합물로부터 얻어진 전자파 차폐성 발포 실리콘의 표면 상태를 보인 사진이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자파 차폐성 발포 실리콘 제조 방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐성 발포 실리콘 제조 방법에 대한 순서도이다.

본 도면을 참조하면, 전자파 차폐성 발포 실리콘 제조 방법은, 혼합 단계(S1), 배합 단계(S3), 압출 단계(S5)를 포함하고, 나아가 건조 단계(S7) 및 연마 단계(S9)를 포함할 수 있다.

혼합 단계(S1)는 실리콘과 카본을 포함하는 원자재에 대해 탄소나노튜브(CNT; Carborn Nanotube)를 혼합한 혼합물을 만드는 단계이다. 여기서, 실리콘은 완충성 또는 탄성 복원력을 제공하는 것이고, 카본과 탄소나노튜브는 전기 전도성을 제공하는 것이다. 전자가 바인더라면, 후자는 필러이다. 상기 원자재의 전체 중량에 대해, 상기 실리콘은 58 ~ 67 중량%의 범위이고, 상기 카본 33 ~ 42 중량%의 범위일 수 있다. 상기 카본의 함량이 33 중량% 미만으로 내려가면(반대로 상기 실리콘의 함량은 올라가면), 상기 혼합물을 가지고 성형한 제품의 전도성이 요구되는 기준에 미치지 못할 우려가 있다. 이와 달리, 상기 카본의 함량이 42 중량%를 초과하여 올라가면(반대로 상기 실리콘의 함량은 내려가면), 상기 혼합물을 가지고 성형한 제품의 물리적 성능(탄성 반발력, 복원력 등)이 요구되는 기준에 미치지 못할 우려가 있다.

나아가, 상기 원자재 100 중량부에 대하여, 상기 탄소나노튜브는 3 ~ 5 중량부로 혼합될 수 있다.

배합 단계(S3)는 위의 혼합물에 대해 경화제 및 발포제를 배합하여 배합물을 만드는 단계이다. 경화제와 발포제는 압출 단계(S5)에서 위 혼합물이 경화되고 또한 발포되게 하기 위해 첨가된다. 상기 혼합물과 경화제 등은 롤 배합기를 통해 그들이 고루 섞이도록 배합될 수 있다.

나아가, 경화제와 함께, 촉진제와 지연제가 또한 첨가될 수 있다. 상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 상기 경화제는 1 ~ 4 중량부, 상기 촉진제는 1 ~ 4 중량부, 상기 지연제는 1 ~ 4 중량부, 상기 발포제는 4 ~ 6 중량부로 배합될 수 있다. 상기 경화제의 함량이 1 중량부 미만이면, 제품 성혀시 경화 작용이 원활하지 못하다. 이와 반대로, 상기 경화제의 함량이 4 중량부 초과이면, 경화가 지나치게 촉진되어 제품이 자연경화되는 현상이 발생하여, 제품 생산에 어려움을 겪게 된다. 상기 촉진제의　함량이 1 중량부 미만이면, 제품 성형시 경화 촉진이 잘되지 않는다. 이와 반대로, 상기 촉진제의 함량이 4 중량부 초과이면, 경화 촉진이 과도하게 이루어져서, 제품이 자연경화되는 현상이 발생하여, 제품 생산에 어려움을 겪게 된다. 상기 지연제의 함량이 1 중량부 미만이면, 제품 성형시 경화 촉진에(상기 경화제와 상기 촉진제가 배합되어 있는 상태에서) 대한 경화 지연 역활을 제대로 수행할 수 없다. 상기 지연제의 함량이 4 중량부 초과이면,　 경화 촉진에 대한 지연 역활이 너무 커져서, 역으로, 제품의 경화에 어려움이 있다. 상기 발포제의 함량이 4 중량부 미만이면, 제품의 발포가 제대로 진행되지 않는다. 나아가, 상기 발포제의 함량이 6 중량부 초과이면, 4 중량부 정도의 발포제를 넣었을 때의 효과와 별 차이가 없게 된다.

상기 지연제는 상기 혼합물을 롤 배합기로 배합시, 상기 혼합물의 경화를 지연시키는 역할을 수행한다. 이와 달리, 상기 지연제를 첨가하지 않고 상기 혼합물 등을 배합하는 경우, 상기 혼합물이 상온에서 익는 현상이 발생할 수 있다. 이는 상기 경화제와 상기 촉진제가 배합됨에 따른 결과일 수 있다.

상기 경화제는 압출 단계(S5) 중에, 상기 배합물이 경화되게 하는 역할을 수행한다. 상기 경화제로는 백금경화제를 사용한다. 발명자는 일반경화제(과산화물)를 사용하여 배합물을 만들고 그를 압출생산 시에, 카본 성분이 일반경화제로부터 수분을 흡수하는 현상이 발생하여, 성형이 제대로 되지 않는 것을 확인하였다.

상기 촉진제는 압출 단계(S5) 중에, 경화제에 의한 경화를 촉진시키는 역할을 수행한다.

상기 발포제는 압출 단계(S5) 중에 생성되는 전자파 차폐성 발포 실리콘 안에 공극을 만들어 줌으로써, 발포 스폰지의 특성이 전자파 차폐성 발포 실리콘에 구현되게 한다.

압출 단계(S5)는 상기 배합물을 가열과 경화 및 발포 과정을 수반하도록 압출하여 전자파 차폐성 발포 실리콘을 획득하는 단계이다.

건조 단계(S7)는 압출 단계(S5)에서 획득된 전자파 차폐성 발포 실리콘을 건조하는 단계이다. 건조 작업은 150℃~200℃의 온도 범위에서, 150분 ~ 200분간 이루어질 수 있다. 이러한 건조 작업에 의해, 전자파 차폐성 발포 실리콘의 표면이 끈적거리는 현상을 제거할 수 있게 된다.

평탄화 단계(S9)는 전자파 차폐성 발포 실리콘의 표면을 연마 처리하여 평탄화하는 단계이다. 이때, 전자파 차폐성 발포 실리콘의 표면 연마를 위해서는 사포 등이 사용될 수 있다.

이상의 압출 단계(S5)의 구체적 내용은 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 도 1의 압출 단계(S5)에 수반되는 세부 과정을 보인 순서도이다.

도 2를 참조하면, 압출 단계(S5)에서는 상기 배합물에 대한 가열 과정(S11)이 수반된다. 가열 과정(S11)은 300℃ ~ 350℃의 온도 범위에서 이루어질 수 있다.

가열 과정(S11) 후에는, 경화 및 발포 과정(S13)이 이루어진다. 경화 과정을 위해서 상기 배합물은 히터가류기로 경화되며, 그 경화 중에 발포도 이루어지게 된다.

이러한 가열, 경화 및 발포를 수반하는 압출은 50rpm ~ 60rpm의 압출 속도로 이루어진다. 이러한 압출에 의해, 전자파 차폐성 발포 실리콘이 생성된다(S15).

실시예:

원자재는 실리콘 60 중량%에 대해 카본 40 중량%를 함유하는 것으로 사용하였다. 이러한 원자재에 대하여, 탄소나노튜브는 원자재 100 중량부에 대해 탄소나노튜브가 2 중량부인 것, 3 중량부인 것, 4 중량부인 것, 5 중량부인 것, 및 6 중량부인 것 등으로 5종의 혼합물이 결정되었다.

이러한 혼합물들은 각각 경화제, 촉진제, 지연제, 및 발포제와 함께 배합되었고, 그 배합 작업은 30분 정도 소요되었다.

압출 작업 시(1차 경화)의 가열 온도 범위는 300℃ ~ 350℃이고, 압출 속도는 50rpm ~ 60rpm 이었다. 압출된 전자파 차폐성 발포 실리콘에 대한 건조기에서의 건조(2차 경화) 작업 시의 온도 범위는 150℃ ~ 200℃이고, 건조 시간은 150분 ~ 200분이었다.

이렇게 해서, 최종 제작된 전자파 차폐성 발포 실리콘 중에서, 탄소나노튜브 함량이 3 중량부인 것은 주파수 대역이 30Mhz~1.5Ghz인 전자파에 대해 20 ~ 30dB의 차폐 효율을 달성하였다. 탄소나노튜브 함량이 5 중량부인 것은 주파수 대역이 30Mhz~1.5Ghz인 전자파에 대해 30 ~ 40dB의 차폐 효율을 달성하였다. 탄소나노튜브가 2 중량부인 것은 전자파 차폐 효과가 탄소나노튜브 함량이 3 중량부인 것보다 미진하였고, 탄소나노튜브 함량이 6 중량부인 것은 탄소나노튜브 함량이 5 중량부인 것보다는 전자파 차폐 효과가 우수하다. 그러나, 탄소나노튜브 함량이 5 중량부인 것(도 3 참조)에 비하여, 탄소나노튜브 함량이 6 중량부인 것의 전자파 차폐성 발포 실리콘의 표면(도 4 참조)은 매끄럽지 못해 최종 품질이 떨어지는 단점이 있다. 탄소나노튜브 함량이 5 중량부인 것도 생산 당시의 표면 품질이 매끄럽지는 못하지만 도 5에 예시된 바와 같이 사포 작업을 통해 교정이 가능하다. 그러나, 탄소나노튜브 함량이 6 중량부인 것은 사포 작업 자체가 불가능해 그러한 교정도 불가하다. 따라서, 본 발명자는 원자재 100 중량부에 대해 탄소나노튜브는 3 중량부 내지 5 중량부 범위인 것이 최상의 품질을 달성하는 것으로 결론을 내렸다.

상기와 같은 전자파 차폐성 발포 실리콘 제조 방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

Claims (6)

1. 실리콘과 카본을 포함하는 원자재에 대해 탄소나노튜브를 혼합하여 혼합물을 만드는 단계;
   상기 혼합물에 경화제, 촉진제, 지연제, 및 발포제를 배합하여 배합물을 만드는 단계;
   상기 배합물을 가열과 경화 및 발포 과정을 수반하도록 압출하여 전자파 차폐성 발포 실리콘을 획득하는 단계;
   상기 전자파 차폐성 발포 실리콘을 건조하는 단계; 및
   상기 전자파 차폐성 발포 실리콘의 표면을 연마 처리하여 평탄화하는 단계를 포함하고,
   상기 실리콘과 카본을 포함하는 원자재에 대해 탄소나노튜브를 혼합하여 혼합물을 만드는 단계에서,
   상기 원자재의 전체 중량에 대해, 상기 실리콘은 58 ~ 67 중량%의 범위이고, 상기 카본 33 ~ 42 중량%의 범위이며,
   상기 실리콘과 카본을 포함하는 원자재에 대해 탄소나노튜브를 혼합하여 혼합물을 만드는 단계에서,
   상기 원자재 100 중량부에 대하여, 상기 탄소나노튜브는 3 ~ 5 중량부로 혼합되며,
   상기 혼합물에 경화제, 촉진제, 지연제, 및 발포제를 배합하여 배합물을 만드는 단계에서,
   상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 상기 경화제는 1 ~ 4 중량부, 상기 촉진제는 1 ~ 4 중량부, 상기 지연제는 1 ~ 4 중량부, 상기 발포제는 4 ~ 6 중량부로 배합되는, 전자파 차폐성 발포 실리콘 제조 방법.
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