KR102275117B1

KR102275117B1 - 방열 및 emi 차폐용 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품

Info

Publication number: KR102275117B1
Application number: KR1020180115712A
Authority: KR
Inventors: 최현성; 정기봉
Original assignee: 코오롱플라스틱 주식회사
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2021-07-07
Also published as: KR20200036267A

Abstract

본 발명은 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 열전도 특성과 전자파 차폐 성능을 동시에 구현하면서 성능이 우수한 폴리부틸렌 텔레프탈레이트 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품에 관한 것이다.

Description

방열 및 EMI 차폐용 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품 {POLY BUTYLENE TELEPHTHALATE RESIN COMPOSITION FOR THERMAL CONDUCTIVE AND EMI SHIELDING, AND MOLDED ARTICLE MANUFACTURED THEREFROM}

최근에는 전자제품 기술의 발달로 전자제품의 소형화와 고집적화, 고성능화가 이루어지고 있으며, 특히 자동차의 경우 CO₂ 규제, 차량 편의성 및 안정성 증대 등의 이슈가 대두되고 있어 이를 해결하기 위해 전기자동차 등과 같은 미래형 자동차에서는 고성능의 각종 전장부품 채용이 증대되고 있는 추세이다.

이에 따라 각종 전자부품에서 발생되는 노이즈 (불요전자파) 및 내외부 환경에 따른 장치의 온도 상승으로 인해 오작동, 전장품 수명 단축, 장치 온도 상승에 따른 화제, 인체에 유해한 전자파 방출 등의 문제점을 해결하기 위한 열전도성 소재와 전자파 차폐 소재 개발에 대한 요구도가 증가되고 있다.

종래에는 알루미늄, 마그네슘, 구리 등과 같은 전기전도성과 열전도성이 우수한 금속이 주로 사용되었다. 이들 금속들은 낮은 전기저항값과 높은 열전도율을 가져 전자부품의 외곽 케이스로 사용할 경우 열전도 특성뿐 아니라 전자파 장해 방지에도 탁월한 효과를 나타내는 장점이 있다.

하지만 낮은 성형성, 생산성 및 부품 디자인의 한계를 가지며 이에 더하여 상기 금속들의 경우 공기중에 장시간 노출시 산소와 반응하여 산화됨으로써 전자파 차폐성능 및 열전도성이 저하되어 상기 언급된 오작동 등과 같은 문제가 발생한다. 또한 매장량의 감소로 인해 제품이 고가화 되는 단점을 가지고 있다.

이를 보완하기 위해 최근에는 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 카본 블랙, 흑연과 같은 탄소소재로 강화된 전도성 플라스틱 소재가 제시되고 있다.

그러나 상기 탄소소재의 경우 높은 체적률을 가진 소재들로 우수한 열적, 전기적 성능 구현을 위해 과량으로 플라스틱에 첨가할 경우 성형성 및 표면특성의 저하, 생산성의 저하가 발생할 수 있는 반면, 탄소소재의 첨가량이 작을 경우 자동차 및 전자제품용 방열 및 전자파 차폐 소재로 적용하기에 바람직한 전자파 차폐 성능을 구현하기 어렵다. 이에 더하여 탄소나노튜브, 그래핀, 카본 블랙과 같은 탄소나노소재의 경우 강한 반데르 발스 인력 (Wander Waals force)에 의해 나노소재간의 응집으로 인해 소량 첨가에도 방열 및 전자파 차폐 특성이 우수하다고 알려진 것과는 달리 플라스틱 적용시 우수한 열적, 전자파 차폐 성능 특성을 구현하는데 한계를 가지고 있다.

한국 등록특허 제10-1628885호에서는 폴리아미드계 수지, 카본계 필러인 다중벽 탄소나노튜브 (MWCNT)와 흑연 및 난연제, 왁스등의 첨가제를 포함하는 폴리아미드계 수지 조성물로써 내열성, 난연성, 열전도 등의 특성 향상에 목적을 둘 뿐 전자파 차폐와 관련하여 구체적인 차폐성능은 기재되어 있지 않고 있으며 이에 더하여 제품의 성형성에 관하여 자세히 언급되지 않고 있다.

본 발명은 금속 코팅된 흑연과 탄소소재의 하이브리드 및 탄소계 소재와 수지간의 계면결합력을 향상시킴과 동시에 탄소소재의 반데르 발스 인력 (Vander Waals force)에 의한 응집현상을 방지시켜주는 분산제를 적용함으로써 전자파 차폐성능, 열전도도 및 기계적 특성까지 우수할 뿐만 아니라, 컴파운딩 및 제품 사출 성형성을 향상시킬 수 있는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물과 그로부터 제조된 성형품을 제공하고자 한다.

본 발명에 따른 바람직한 일 구현예로서, 폴리부틸렌 테레프탈레이트; 탄소소재 및 금속 코팅 흑연을 혼합한 전자파 차폐 필러; 및 스티렌계 화합물, 아크릴레이트계 화합물 또는 스티렌-아크릴레이트계 공중합체 중에서 선택되는 주사슬에 에폭시(Epoxy), 카르복실기(Carboxyl) 및 아민기(Amine) 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 관능기가 결합된 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 습윤분산제가 포함된 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물을 제공하는 것이다.

상기 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물은 폴리부틸렌 테레프탈레이트 37 내지 67 중량%, 전자파 차폐 필러 30 내지 60 중량% 및 습윤분산제 0.1 내지 3.0 중량%를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 폴리부틸렌 테레프탈레이트는 상대 점도가 0.7 내지 1.1인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 전자파 차폐 필러는 탄소소재와 금속 코팅 흑연의 혼합중량비가 0.5:9.5 내지 9.5:0.5인 것을 특징으로 하는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물이다.

상기 탄소소재는 종횡비(Aspect ratio, L/D)가 1 내지 2,000이며, 침상형, 판상형, 구형의 탄소로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 금속 코팅 흑연은 Fe 혹은 Fe계 합금, 구리 (Copper) 니켈 (Nickel) Ag (Silver), Au (Gold) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함하는 금속이 흑연 표면에 코팅된 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 스티렌-아크릴레이트 공중합계 화합물을 포함하는 습윤분산제는 에폭시(epoxy), 카르복실(carboxyl), 아민(amine) 관능기 중 적어도 하나 이상의 관능기와 스티렌-아크릴레이트 공중합 사슬과 결합된 구조의 화합물인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 바람직한 다른 일 구현예로서 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물로부터 제조된 성형품을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물은 전자파 차폐 특성과 열전도성을 동시에 발현함으로써 우수한 열적, 전자기적 특성을 나타내며 섬유 보강을 통한 기계적 특성 향상에 유리하다. 또한 분산성 개선을 통한 사출 성형 가공에 유리하여, 상기 특성이 요구되는 성형품 특히, 자동차 전장부품 하우징이나 전기전자 장치 커버 등과 같은 성형품 제조에 응용 가능하다.

도 1은 본 발명의 수지 조성물 및 수지 조성물로부터 사출 성형된 자동차 전자부품용 성형품을 나타내는 사진이다.

본 발명의 일 구현예는 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 탄소소재 및 금속 코팅 흑연 소재를 혼합한 전자파 차폐 필러 및 스티렌계 화합물, 아크릴레이트계 화합물 또는 스티렌-아크릴레이트계 공중합체의 주사슬에 에폭시(Epoxy), 카르복실기(Carboxyl) 및 아민기(Amine) 중에서 적어도 하나 이상의 관능기와 결합된 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 습윤분산제가 포함된 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물을 제공한다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

(A) 폴리부틸렌 테레프탈레이트

본 발명에 따른 폴리부틸렌 테레프탈레이트는 주 베이스 수지 역할을 하는 성분으로, 압출 및 사출 성형성과 더불어 성형품의 형상에 따라 점도를 선정하여 차폐용 필러 함침으로 발생되는 점도를 상승시켜 컴파운드를 제조한다.

상기 폴리부틸렌 테레프탈레이트는 조성물 총 중량 기준, 37 내지 67 중량% 사용되는 것이 바람직한데, 37 중량% 미만으로 사용되면 컴파운드 성형이 용이하지 못함과 동시에 인장강도 및 충격강도가 현저히 저하되며, 67 중량%를 초과하여 사용되면 방열 및 전자파 차폐 및 열전도 성능을 발현하지 못하는 문제가 발생될 수 있다.

상기 폴리부틸렌 테레프탈레이트는 상대점도가 0.7 내지 1.1일 수 있고, 상대점도는 20℃, 96% 황산 100㎖ 중에 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 1g을 첨가하였을 때, 측정된 용액의 상대점도를 측정한 값이다.

상기 폴리부틸렌 테레프탈레이트는 상대점도가 0.7 미만이면, 인장강도 및 충격강도가 저하되는 문제가 있을 수 있고, 상대점도가 1.1 초과인 경우 압출시 필러와의 혼련성이 저하되며 사출시 금형 내에서 용융체의 흐름성이 좋지 않아 제품 사출 성형시 미성형 혹은 weld line 형성등과 같은 문제가 발생할 수 있다.

상기 폴리부틸렌 테레프탈레이트는 소재의 기계적, 전기적, 열적 특성을 향상시키거나 제품 사출 성형시 성형성 및 외관 특성 향상을 위해 폴리 에틸렌 테레프탈레이트 (Poly ethylene telephthalate, PET), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 아크릴로니트릴계-스티렌-아크릴 고무(ASA) 등의 아크릴로니트릴계 공중합체, 스타이렌-아크릴로니트릴(SAN), 폴리카보네이트 (polycarbonate, PC) 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나 이상과 혼합하여 포함될 수 있고, 상기 폴리부틸렌 테레프탈레이트대 상기 PET, ABS, ASA, SAN 및 PC 중에서 선택되는 1종 이상의 중량비는 1:9 내지 9:1인 것이 바람직하다.

(B) 전자파 차폐 필러

본 발명에 따른 전자파 차폐 필러는 탄소소재 및 금속 코팅 흑연을 혼합한 하이브리드 필러로서, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 내부에 균일하게 분산되어 전자파 차폐 및 열전도 특성을 발휘한다. 상기 폴리부틸렌 테레프탈레이트와 상기 전자파 차폐 필러를 혼련하여 폴리부틸렌 테레프탈레이트트 수지 조성물 내에 분산시키면, 전자기장에 의해 외부에서 유입되는 불요전자파를 차단하거나 흡수하여 불요전자파가 장치에 영향을 주지 못하도록 억제시킨다. 이에 더하여 열전도성과 방사율이 우수하여 부품 동작시 내외부에서 발생되는 열을 효과적으로 전달 방출함으로써 장치 내 PCB 기판과 기판에 장착된 각종 소자의 온도를 낮추어 부품의 수명을 높이고 오작동을 방지하도록 한다.

상기 전자파 차폐 필러는 탄소소재와 금속 코팅 흑연을 독립적으로 사용 할 수 있거나, 혹은 상기 두가지 소재를 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 탄소소재 1종 이상과 금속 코팅 흑연 1종 이상을 혼합하였을 때 우수한 전자파 차폐 및 열전도 성능을 구현할 수 있다.

(B-1) 탄소 소재

상기 탄소소재는 우수한 열적과 전기적 특성을 가진 무기재료이며, 소재의 전기전도성을 통해 차폐체 계면에서 불요전자파를 반사시키는 역할을 함과 동시에 열적 특성을 통해 장치 내외부에서 발생되는 열을 효율적으로 관리할 수 있는 재료이다. 상기 탄소소재는 카본블랙 (Carbon black, CB), 탄소나노튜브 (Carbon nanotube, CNT), 탄소나노섬유 (Carbon nanofiber, CNF), 탄소섬유, 흑연 (Graphite), 그래핀 (Graphene) 등이 있다. 상기 탄소소재는 바람직하게는 종횡비 (Aspect ratio, L/D) 가 1 내지 2,000로 침상형 소재와 구형 혹은 판상형을 혼합한 소재일 수 있다.

또한, 상기 탄소소재는 침상형, 판상형, 구형의 탄소로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 침상형 전도성 탄소소재는 탄소섬유, CNT, CNF이며, 판상형 전도성 탄소소재는 흑연, 그래핀이고, 구형 탄소소재는 카본블랙이다. 상기 침상형태의 탄소소재의 경우 수지 자체의 전기전도성 특성을 향상시킴과 동시에, 기계적 물성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 판상형 탄소소재는 일정한 종횡비를 가지고 있으며 열전도 및 열방사율이 우수한 특징을 가지고 있고, 상기 구형 탄소소재인 카본블랙은 저가이며 함량 제어에 따른 전기 및 열전도성 제어의 이점이 있다.

(B-2) 금속 코팅 흑연

상기 금속 코팅 흑연은 흑연 표면에 자성 혹은 전기전도성 및 열전도 특성이 우수한 소재가 코팅된 소재로써 금속 소재에 따라 자성 혹은 전기전도성 특성을 가질 수 있으며 자성 금속의 경우 자기장을 형성하며, 형성된 자기장으로부터 발생되는 유도기전력에 의해 자기장의 수직방향으로 전기장이 형성되어 불요전자파의 투과를 차폐하거나 혹은 자기장 내에 체류시켜 불요전자파를 열에너지로 전환시키는 흡수체로써 작용할 수 있다. 전기전도성 금속의 경우 전기장 형성을 통해 불요전자파를 반사시키는 반사체로 적용할 수 있다. 이에 더하여 금속 코팅 흑연은 금속의 우수한 열전도성과 흑연의 우수한 열전도성 및 열방사율로 인해 기존 금속보다 계면밖으로 열을 방출시키는 능력이 우수하다.

상기 금속 코팅 흑연은 Fe 혹은 Fe계 합금, 구리 (Copper) 니켈 (Nickel) Ag (Silver), Au (Gold) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함하는 금속이 흑연 표면에 코팅된 것을 들 수 있다.

구체적으로, 상기 금속 코팅 흑연의 표면에 존재하는 자성 금속은 Fe, Ni, Co와 같은 자성을 가지는 금속소재를 독립적으로 적용하거나 이러한 금속소재에 Si, Al 등과 같은 화합물을 합금 혹은 상기 자성을 가지는 금속소재 간의 합금 (Ni-Fe, Fe-Co 등)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.

상기 금속 코팅 흑연은 형상에 따른 1종 혹은 1종 이상이 혼합된 탄소소재와 금속 코팅 흑연 간의 혼합중량비가 0.5:9.5 내지 9.5:0.5, 바람직하게는 7.5: 2.5 내지 9.0:1.0인 것이 바람직하다.

상기 혼합비가 상기 범위를 벗어나는 경우 열전도성 혹은 전자파 차폐 성능이 저하되는 문제가 있다. 이에 더하여 탄소소재의 함량이 금속 코팅 흑연에 비해 월등이 높아질 경우 필러의 높은 부피 분율로 인해 압출 가공시 점도가 상승하여 가공이 어려워 생산성이 저하되고 제품 사출시 유동성 저하로 인해 미성형이 발생할 수 있는 문제가 발생할 수 있다.

상기 전자파 차폐 필러는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물의 총 중량 기준, 30 내지 60 중량%로 포함할 수 있다.

상기 함량이 30 중량% 미만이면 전자파 차폐 특성 및 열전도 특성이 매우 낮으며 60 중량%를 초과하면 열전도 특성은 우수하지만 전자파 차폐 필러를 균일 분산시키기 어려워 성능 저하가 발생함과 동시에 필러의 함량 증가로 인한 수지 혼합물의 점도가 급격히 상승하여 압사출 성형 불량이 발생할 수 있다.

(C) 습윤분산제

본 발명에 따른 습윤분산제는 스티렌계 화합물, 아크릴레이트계 화합물 또는 스티렌-아크릴레이트계 공중합체 중에서 선택되는 주사슬에 에폭시(Epoxy), 카르복실기(Carboxyl) 및 아민기(Amine) 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 관능기가 결합된 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으며 바람직하게는 스티렌-아크릴레이트 주사슬에 에폭시(Epoxy), 카르복실기(Carboxyl), 아민기(Amine) 등과 같은 관능기를 중 적어도 하나 이상의 관능기와 결합된 구조의 화합물일 수 있다.

상기 습윤분산제는 폴리부틸렌 테레프탈레이트의 말단 관능기와 에폭시기, 카르복실기, 아민기 중 적어도 어느 하나 이상의 관능기가 반응함과 동시에 탄소소재와 금속 코팅 흑연이 혼합되어 구성된 전자파 차폐 필러와 반응하여 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지와 필러간의 계면결합력을 향상시켜 전자파 차폐 특성 구현과 기계적 특성 향상을 동시에 이루어 줄 수 있는 장점이 있다. 또한, 상기 습윤분산제는 스티렌-아크릴레이트 공중합 사슬의 큰 관성반경에 의해 상기 전자파 차폐 필러간의 정전기적 인력 혹은 반데르발스 인력등과 같은 2차간력에 의한 응집을 방지하며 분산 균일도를 향상시킬 수 있다.

이때, 상기 습윤분산제는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물 총 중량기준 0.1 내지 3.0 중량% 포함되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.5 내지 2.0 중량%로 적용한다. 상기 분산제가 0.1 중량% 미만으로 첨가될 경우 필러 표면에 형성되는 계면결합력 향상을 위한 관능기의 수가 부족하여 고함량의 전도성 차폐 필러를 균일 분산시키기 어려워져서 일부 전도성 차폐 필러간의 응집이 발생하게 되어, 전자파 차폐, 열전도 및 기계적 특성의 저하를 야기시키고, 3.0 중량%를 초과하여 반응하는 관능기 이외에 잔존하는 분산제가 수지 혼합물 내에 불순물로 작용하여 기계적 특성을 저하시킴과 동시에 전자파 차폐 및 열전도를 위한 전자기적, 열적 network를 단절함으로써 전자파 차폐 및 열전도 특성을 저하시키는 문제가 발생할 수 있다.

상기 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물은 전자파 차폐 필러에서 침상형 및 판상형을 포함하는 탄소소재 및 금속 코팅 흑연을 혼합하는 경우, 침상형 탄소소재, 판상형 탄소소재 혹은 금속 코팅 흑연을 독립적으로 사용하는 것보다 우수한 전자파 차폐 및 열전도 특성을 발현할 수 있다.

이는 소재의 형상에 따라 수지 단위 부피내에 존재하는 필러의 부피분율을 높혀줌으로써 열적, 전기적 전도성 network를 향상시킴과 동시에 판상형과 섬유형태의 필러가 면접촉을 함으로써 전도성 필러간의 접촉저항을 감소시키는 요인에 따라 전도성이 증가하게 되어 전자파 차폐 및 열전도 특성이 향상됨을 의미한다.

본 발명의 다른 일 구현예는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물로부터 제조된 성형품을 제공한다.

상술한 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물로부터 제조된 성형품은 우수한 전자파 차폐 및 열전도 성능을 확보하면서도 기계적 특성을 나타낸다.

이러한 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물은 압출 및 사출 성형 가공에 유리하여, 전자파 차폐 및 열전도 성능이 요구되는 성형품 특히, 자동차 전장부품의 하우징이나 전기 전자장치의 커버 등과 같은 사출 성형품 제조에 용이한 장점을 가진다.

실시예

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

하기 실시예 및 비교예에서 사용된 각 성분의 사양은 다음과 같다.

(A) 폴리부틸렌 테레프탈레이트 : Bluestar사의 BS1084를 사용하였다.

(B-1) 카본섬유(C/F) : 에폭시 (Epoxy)로 sizing 된, 길이가 6mm인 탄소단섬유 (chopped Carbon fiber)로 에이스씨엔텍 사의 ACECA-NPC1를 사용하였다.

(B-1) 인상흑연 : Menix International사의 598 (50 mesh)를 사용하였다.

(B-1) 다중벽 탄소나노튜브 (MWCNT) : LG화학의 CP1002M 을 사용하였다.

(B-1) 카본블랙 (C/B) 마스터배치 : 우성케미칼사의 NB9083를 사용하였다.

(B-1) 팽창흑연 (E/G) : Imerys사의 C-Therm011을 사용하였다

(B-2) 금속 코팅 흑연

Ni coated Graphite (NCG) : Novamet사의 75% Ni coated Graphite (200 mesh)를 사용하였다.

Cu coated Graphite (CCG) : Linqu first chemical Co.,Ltd사의 (Cu / Graphite = 75/25 (Wt%/Wt%), 200 mesh)를 사용하였다.

(C) 습윤분산제

스티렌-아크릴레이트 습윤분산제 : Lubrizol사의 DP-310을 사용하였다.

스티렌계 공중합체 습윤분산제 : BYK사의 P-4101를 사용하였다.

아크릴레이트계 공중합체 습윤분산제 : BYK사의 P-4102를 사용하였다.

하기 실시예 및 비교예에서 특성을 평가하기 위한 방법은 다음과 같다.

(1) 인장강도 : ISO 에 의해 mm/min 조건으로 평가하였으며, 단위는 MPa이다.

(2) 굴곡강도 및 굴곡탄성률 : ISO 에 의해 mm/min 조건으로 평가하였으며, 단위는 MPa이다.

(3) Charpy 충격강도(notched): 23℃에서 ISO 178에 의해, 3.2 mm 두께에서 평가하였으며, 단위는 KJ/m²이다.

(4) 표면저항률: JIS 7194 규격에 준하여 2t 두께의 사출시편에 대해 4 point probe 방법으로 평가하였으며, 단위는 Ω/sq이다.

(5) EMI 차폐성(S.E.): ASTM D4935 에 준하여 510 kHz ~ 1.5 GHz에서, 바람직하게는 510 kHz ~ 108 MHz 범위이며, 2t 두께의 샘플(100X100 mm²)에 대한 전자파 차폐 성능을 측정하였으며, 단위는 dB이다.

(6) 방열 특성 (열전도도): ASTM E1461에 준하여 Φ25.4 mm X 1mm (직경 X 두께) 크기의 시편을 제작하고, 레이저플레쉬 분석기 (Laser Flash Analyzer)를 통해 상온에서 수평방향의 열확산도를 평가하고 DSC 및 밀도계를 통한 비열과 밀도를 측정한 후 열확산도, 비열, 밀도 세가지 인자를 곱하여 열전도도를 산출하였다

본 발명의 복합수지는 ASTM D4935에 의하여 EMI 차폐가 40dB 이상이고, 더욱 좋게는 50dB 이상이며, 표면저항이 10 Ω/sq 이하일 수 있다. 이에 더하여 ASTM E1461에 의하여 상온 수평방향 열전도도가 10 W/mK 이상이며 더욱 좋게는 15 W/mK 이상이다.

실시예 1

폴리부틸렌 테레프탈레이트 (Poly butylene telephthalate, PBT, 상대점도: 0.84) 54.3중량%를 주호퍼에 투입하고 인조흑연, 팽창흑연, 금속코팅 흑연을 중량비로 5:2:2로 혼합한 전자파 차폐 필러 40 중량% 및 스티렌-아크릴레이트계 습윤분산제인 DP-310 0.7 wt%을 1^st 사이드호퍼에 투입하고 섬유형 탄소소재인 탄소섬유 5 중량%를 2^nd 사이드호퍼에 투입하여 이축압출기 (를 통하여 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물을 제조하였다. 이때 압출 온도는 250~280 ℃로 변화시키며 스크류 속도는 350 rpm 조건하에서 압출하였다.

실시예 2 내지 7

하기 표 1에 표시된 것과 같이 각 전자파 차폐 필러의 함량비 및 습윤 분산제 함량을 변화시킨 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 각각 실시예 2 내지 7의 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물을 제조하였다.

실시예 8 내지 9

하기 표 1에 표시된 것과 같이 각각 MWCNT 및 C/B를 각각 10 중량%로 농축시킨 마스터베치 (Masterbatch, M/B)를 폴리부티렌 테레프탈레이트 수지와 혼합하여 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1 과 동일한 방법으로 각각 실시예 8 내지 9의 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물을 제조하였다.

비교예 1 내지 14

하기 표 1에 표시된 것과 같이 스티렌-아크릴레이트 분산제를 적용하지 않고 탄소 소재의 형상에 따라 필러 함량을 변화시킨 것을 제외하고 상기 실시예 1 과 동일한 방법으로 비교예 1 내지 14의 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물을 제조하였다.

함량(중량%)	PBT	C/F	MWCNT M/B	C/B M/B	Graphite	E/G	NCG	CCG	DP-310	P-4101	P-4102
실시예 1	54.3	5	0	0	22.22	8.89	8.89	0	0.7	0	0
실시예 2	54.3	5	0	0	22.22	8.89	0	8.89	0.7	0	0
실시예 3	54.7	5	0	0	22.22	8.89	8.89	0	0.3	0	0
실시예 4	54.5	5	0	0	22.22	8.89	8.89	0	0.5	0	0
실시예 5	53.0	5	0	0	22.22	8.89	8.89	0	1.0	0	0
실시예 6	54.3	10	0	0	19.44	7.78	7.78	0	0.7	0	0
실시예 7	54.3	15	0	0	16.66	6.67	6.67	0	0.7	0	0
실시예 8	54.3	5	0.5	0	22.22	8.89	8.89	0	0.7	0	0
실시예 9	54.3	5	0	0.5	22.22	8.89	8.89	0	0.7	0	0
실시예 10	59.3	5	0	0	19.44	7.78	7.78	0	0.7	0	0
실시예 11	64.3	5	0	0	16.66	6.67	6.67	0	0.7	0	0
비교예 1	60	40	0	0	0	0	0	0	0	0	0
비교예 2	55	45	0	0	0	0	0	0	0	0	0
비교예 3	55	0	0	0	45	0	0	0	0	0	0
비교예 4	55	0	0	0	0	45	0	0	0	0	0
비교예 5	55	0	0	0	0	0	45	0	0	0	0
비교예 6	55	0	0	0	0	0	0	45	0	0	0
비교예 7	55	0	0	0	25	10	10	0	0	0	0
비교예 8	55	0	0	0	25	5	15	0	0	0	0
비교예 9	55	0	0	0	20	10	15	0	0	0	0
비교예 10	55	5	0	0	22.22	8.89	8.89	0	0	0	0
비교예 11	55	5	0	0	19.44	7.78	7.78	0	0	0	0
비교예 12	54.3	0	0	0	45	0	0	0	0.7	0	0
비교예 13	54.3	0	0	0	45	0	0	0	0	0.7	0
비교예 14	54.3	0	0	0	45	0	0	0	0	0	0.7
비교예 15	69.3	5	0	0	13.88	5.56	5.56	0	0.7	0	0

실시예 및 비교예에서 제조된 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물에 대하여, 아래와 같은 방법으로, 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성률, 충격강도, 표면저항, 전자파 차폐능, 수평 방향 열전도도를 측정하여, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

	인장강도 (MPa)	굴곡강도 (MPa)	굴곡 탄성률 (MPa)	충격강도 (KJ/m²)	표면저항 (Ω/sq)	전자파 차폐능 (dB)	열전도도 (W/mK)
실시예 1	52	76	17,200	2.0	10¹	34	12.7
실시예 2	47	69	15,800	2.1	10²	24	10.2
실시예 3	52	74	16,400	2.0	10²	28	8.3
실시예 4	51	78	17,600	2.2	10²	28	9.7
실시예 5	50	72	17,700	1.9	10¹	30	10.4
실시예 6	54	84	19,700	2.0	10¹	38	10.3
실시예 7	60	90	22,100	2.7	10¹	41	8.4
실시예 8	53	84	17,100	2.4	10⁰	46	17.1
실시예 9	50	78	16,900	2.2	10⁰	40	14.3
실시예 10	56	80	15,700	2.4	10¹	32	10.7
실시예 11	61	86	14,800	2.6	10²	25	8.2
비교예 1	196	289	22,200	64	10¹	35	3.5
비교예 2	성형 불량
비교예 3	41	68	9,810	1.8	10²	20	3.6
비교예 4	성형 불량
비교예 5	60	72	9,150	2.7	10¹	24	2.5
비교예 6	61	74	8,670	3.7	10²	11	2.1
비교예 7	53	70	9,640	2.2	10²	31	8.5
비교예 8	52	74	9,450	2.2	10²	34	5.1
비교예 9	51	69	9,780	2.2	10²	32	7.2
비교예 10	성형 불량
비교예 11	51	72	13,400	2.3	10²	32	9.3
비교예 12	46	71	9,810	2.0	10²	26	5.2
비교예 13	41	63	9,620	1.9	10²	21	4.2
비교예 14	42	66	9,470	1.9	10²	23	4.7
비교예 15	64	90	13,200	2.9	10²	20	4.1

상기 표 2를 통해 확인할 수 있는 바와 같이 물성평가 및 전자파 차폐 특성 평가 결과, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 12는 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 전도성 탄소소재 및 자성 소재를 혼합한 전자파 차폐 필러 및 습윤분산제를 가지는 화합물을 포함하는 분산제를 각각 최적의 범위로 포함함으로써, 우수한 인장강도, 충격강도, 표면저항을 가지면서, 특히 전자파 차폐능 및 열전도도이 향상되는 것을 확인할 수 있다.

반면에, 비교예 1 내지 11은 스티렌-아크릴레이트 습윤분산제를 적용하지 않고, 탄소소재 혹은 금속 코팅 흑연을 독립적으로 적용하거나 상기 2소재를 하이브리드 하여 사용하고 있어, 인장강도, 충격강도 등의 기계적 특성은 일부 우수하지만 전자파 차폐능 및 열전도도는 저조하다는 것을 확인 할 수 있다.

비교예 12 내지 14는 스티렌-아크릴레이트, 스티렌계 공중합체 및 아크릴레이트 공중합체 습윤분산제를 각각 적용하였으며, 동일한 함량의 탄소소재만 독립적으로 사용한 것으로, 타 습윤 분산제에 비해 스티렌-아크릴레이트 습윤분산제를 적용하였을 때 기계적 특성 및 열전도도, 전자파 차폐능이 향상되는 것을 확인할 수 있다.

또한, 도 1은 본 발명의 수지 조성물 및 수지 조성물로부터 사출 성형된 자동차 전자부품용 성형품을 나타내는 사진이다. 도 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 수지 조성물로 제조된 자동차 전자부품용 성형품이 외관상으로도 우수함을 알 수 있었다.

Claims

폴리부틸렌 테레프탈레이트 37 내지 67 중량%;
탄소소재 및 금속 코팅 흑연을 혼합한 전자파 차폐 필러 30 내지 60 중량%; 및
스티렌계 화합물, 아크릴레이트계 화합물 또는 스티렌-아크릴레이트계 공중합체 중에서 선택되는 주사슬에 에폭시(Epoxy), 카르복실기(Carboxyl) 및 아민기(Amine) 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 관능기가 결합된 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 습윤분산제 0.1 내지 3.0 중량%를 포함하는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물.
삭제
제1항에 있어서, 상기 폴리부틸렌 테레프탈레이트는 상대 점도가 0.7 내지 1.1인 것을 특징으로 하는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 전자파 차폐 필러는 탄소소재와 금속 코팅 흑연의 혼합중량비가 0.5:9.5 내지 9.5:0.5인 것을 특징으로 하는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 탄소소재는 종횡비(Aspect ratio, L/D)가 1 내지 2,000이며, 침상형, 판상형, 구형의 탄소로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 금속 코팅 흑연은 Fe 혹은 Fe계 합금, 구리 (Copper) 니켈 (Nickel) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함하는 금속이 흑연 표면에 코팅된 것을 특징으로 하는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 습윤분산제는 스티렌-아크릴레이트 공중합체가 주사슬로 존재하며 말단에 에폭시(epoxy), 카르복실(carboxyl), 아민(amine) 관능기 중 적어도 하나 이상의 관능기가 결합된 구조의 화합물인 것을 특징으로 하는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물.
제1항, 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항의 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물로부터 제조된 성형품.