KR102425176B1 - 필름 또는 시트 형태의 전기절연체 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기를 동력으로 사용하는 전기자동차, 모터사이클, 전기자전거, 드론, 선박, 기차, 항공분야 등 충전식 배터리셀, 배터리모듈, 배터리 팩 등에 사용되는 고기능성 전기절연 필름 또는 시트에 대하여 고분자를 혼합하여 CTI(Comparative Tracking Index) 성능이 개선된 필름 또는 시트 형태의 전기절연체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명은 PPE(Polyphenylene ether) 또는 PPO(Polyphenylene oxide) 60-85 중량부, PS(Polystyrene) 1-25 중량부, 난연제(Flame retardant) 8-20 중량부 및 증점제 0~2% 중량부로 이루어지는 전기절연체로서, 그 제조방법은 고분자를 혼합하여 전기절연 필름 또는 시트를 제조하기 위한 기획 단계(S100); PPE(Polyphenylene ether) 또는 PPO(Polyphenylene oxide) 60-85 중량부, PS(Polystyrene) 1-25 중량부, 난연제(Flame retardant) 8-20 중량부 및 증점제 0~2% 중량부로 이루어지는 전기절연 필름 또는 시트 원재료를 배합하는 단계(S110); 상기 전기절연 필름 또는 시트 원재료를 펠릿(Pellet)으로 제조하는 단계(S120); 상기 펠릿(Pellet)의 성능 평가를 수행하는 단계(S130); 상기 성능 평가가 상기 기획 단계(S100)의 전기절연 필름 또는 시트에 만족하면 상기 성능 평가가 수행된 펠릿을 이용하여 고분자 전기절연 필름 또는 시트를 제조하는 단계(S140); 상기 고분자 전기절연 필름 또는 시트의 기본물성이 상기 기획 단계(S100)의 전기절연 필름 또는 시트에 적합한지에 대한 기본물성평가를 수행하는 단계(S150); 및 상기 기본물성평가 결과 상기 기획 단계(S100)의 전기절연 필름 또는 시트에 적합하면 상기 고분자 전기절연 필름 또는 시트를 이용하여 적용하고자 하는 제품에 맞도록 성형이나 타발이 수행되고(S160)(S170), 적합하지 않다면 전기절연 필름 또는 시트 원재료로 배합되는 단계(S110);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 필름 또는 시트 형태의 전기절연체 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

필름 또는 시트 형태의 전기절연체 및 그 제조방법{An electrical insulator in the form of a film or sheet and a manufacturing method thereof}
본 발명은 전기절연체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기를 동력으로 사용하는 전기자동차, 모터사이클, 전기자전거, 드론, 선박, 기차, 항공분야 등 충전식 배터리셀, 배터리모듈, 배터리 팩 등에 사용되는 고기능성 전기절연 필름 또는 시트에 대하여 고분자를 혼합하여 CTI(Comparative Tracking Index) 성능이 개선된 필름 또는 시트 형태의 전기절연체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
기존 TV나 전자제품, 통신장비, 네트웍장비, 전기설비장치 등에 사용되는 절연체의 경우 제품에 장착되어 제품화 된 이후에는 대부분 실내에서 사용하거나 일정한 공간에 머무르게 되므로 절연체의 오염 등으로 인한 내전압 성능평가가 무의미 하였다.
그러나 최근 다양한 분야에서 사용되는 리듐이온 배터리의 경우 전기자동차, 모터사이클, 전기자전거, 선박, 드론 등 주변으로부터 오염될 수 있는 환경에 많이 노출되거나 전기자동차, 모터사이클, 전기자전거, 선박, 드론, ESS 장치 등 급속충전이 필요한 분야에서는 고기능성 특성을 갖는 전기절연체의 개발이 필요하게 되었다.
폴리페닐렌 에테르(PPE)란 기본 중합체(base polymer) 중 2,6-디메틸페놀의 함유율이 50% 이상인 합성수지로서, PPE는 2,6-자일레놀(xylenol)의 산화 중합에 의해서 얻어진 비결정성 수지이며 유리전이온도(Tg)는 약 220℃로 대단히 높고, 슈퍼엔지니어링 플라스틱에 필적하는 내열성을 갖고 있지만 유동성이 나빠 사출 성형용 재료로서의 사용은 적합하지 않다.
이러한 폴리페닐렌 에테르를 폴리아미드와 혼합한 얼로이 소재는 전도성을 가지는 소재로서 자동차 펜더 소재 등으로 개발되었다. 디자인의 유연성과 전도성을 함께 가지는 폴리페닐렌 에테르와 폴리아미드 얼로이 수지는 정전 도장이 가능하며, 고온을 견딜 수 있는 내열성을 가지는 플라스틱 수지이며, 또한 유기 용제를 기반으로 하는 도장 시스템에 비해 전도성이 있는 폴리페닐렌 에테르와 폴리아미드 얼로이 소재를 사용하여 얻을 수 있는 이점은 보다 우수한 색상 구현 및 다양성, 전도성 프라이머 처리의 생략, 제조 공정 비용 절감과 다양한 표면 처리로 색상별 수지에 대한 재고 부담 경감으로 인한 원가절감 효과, 내스크래치성 향상, 뛰어난 내화학성 등이 있다.
이와 같은 이점을 가지는 폴리페닐렌 에테르와 폴리아미드계 얼로이 수지는 자동차 부품, 전기전자 부품, 기계 부품 등에 널리 사용되어 왔다. 그러나, 폴리페닐렌 에테르 수지는 내용제성과 내충격성이 양호하지 못하고 작업성이 열악한 단점을 가지고 있고, 또한 폴리아미드 수지는 범용 엔지니어링 플라스틱으로 널리 사용되고 있지만, 이는 내약품성이 우수하고 가공성이 뛰어난 반면 내열성과 내충격성이 떨어지기 때문에 엔지니어링 플라스틱으로서 그 용도가 제한되어 있다.
따라서 이 두 가지 수지의 결점을 상호 보완하는 연구가 많이 진행되어 왔는데, 유동성을 개량하기 위해 개발된 것이 PPE에 스타이렌계수지(PS, HIPS)를 얼로이화한 PPE/PS계 재료이고, 임의의 비율에서도 완전 상용계를 취하는 보기 드문 조합의 폴리머 얼로이이다. 또한 PS계 이외의 수지와의 비상용계 폴리머 얼로이에 의한 고성능화도 진행되고 있으며 PA/PPE계, PO/PPE계, PPS/PPE계, LCP/PPE계 등의 그레이드 개발이 한창 진행되고 있다.
그런데, 상기한 바와 같은 이종 폴리머끼리는 혼합이 잘되지 않는 것이 일반적이므로 이들을 균일하게 혼합하기 위해 상용화제가 사용된다.
상기와 같이, PPE/PA계 얼로이는 내유성을 대폭으로 개선시킨 재료로 PPE의 특징인 내열성, 치수 안정성과 PA의 특징인 내열성, 내유성, 성형 가공성을 개선한 소재이나, PA/PPE계 얼로이는 비상용계의 폴리머 얼로이이므로 상용화제를 이용하여 균일하게 혼합하는 것이 이들 얼로이의 품질 특성을 결정하는 중요한 요인으로 인식되고 있다.
따라서, 이러한 PA/PPE계 얼로이의 우수한 특성을 개선하고 이용하기 위한 다양한 시도가 있어 왔는데, 예를 들어 대한민국 공개특허 제10-2005-0064808호(특허문헌 1)는 폴리머 얼로이 조성물에 유기 실란계 상용화제를 도입함으로써 수지 조성물의 강인성이 우수하면서도 다른 물성이 함께 우수한 폴리페닐렌 설파이드의 폴리머 얼로이 조성물을 제공하기 위한 것으로, 상기 특허문헌 1에서는 "(A) 폴리페닐렌 설파이드 수지 50～90 중량부; (B) 폴리아마이드계 수지 10～50 중량부; 및 (C) 상기 구성성분 (A)+(B)로 이루어지는 기초수지 100 중량부에 대하여 유기 실란계 상용화제 0.1～3 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌 설파이드의 폴리머 얼로이 조성물"을 개시하고 있으며, 대한민국 특허등록 제10-0792783호(특허문헌 2)는 내습성, 치수안정성 및 전도성 등과 같은 물성 및 표면 특성을 개선시킨 폴리페닐렌 에테르/폴리아미드계 열가소성 수지 조성물 및 그의 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 상기 특허문헌 2에서는 "폴리페닐렌 에테르 수지 100중량부에, 불포화 카르복실산 또는 그 무수물기를 포함하는 반응성 단량체 0.01 내지 3중량부를 유기 과산화물의 존재하에서 그라프트시킨 불포화 카르복실산 또는 그 무수물기 그라프트 폴리페닐렌 에테르 수지 5 내지 95중량%; 및 폴리아미드 수지 5 내지 95중량%를 포함하는수지 혼합물 100중량부; 및 산처리된 카본나노튜브 0.1 내지 10중량부를 함유하는 전도성 폴리페닐렌 에테르/폴리아미드계 열가소성 수지 조성물"을 개시하고 있다.
그런데, 상기 특허문헌들에 개시된 폴리페닐렌 에테르/폴리아미드계 얼로이는 만족할 만한 상용성을 제공하지 못하고 따라서 얻어진 제품이 원하는 정도의 내열성과 내유성을 함께 효과적으로 보유하지 못한다는 문제점 여전히 존재하여 이에 대한 해결책이 요구되고 있다.
더욱이, PPE/PA계 얼로이는 내열성, 내유성이 우수한 성능을 갖고 있기 때문에 이러한 특성을 우수하게 발현하는 얼로이를 제공하여 자동차 부품, 모터사이클, 전기자전거, 드론, 선박, 기차, 항공분야 등 충전식 배터리셀, 배터리모듈, 배터리 팩 등에 사용되는 고기능성 전기절연 필름 또는 시트 등으로의 사용에 유리하며 새로운 용도로의 탐색이 진행될 수 있는 새로운 폴리페닐렌 에테르/폴리아미드계 얼로이 제조방법에 대한 요구가 있다.
특히 PPE(Polyphenylene ether)와 PPO(Polyphenylene oxide)는 분자구조 및 특성이 매우 유사하여 관행적으로 혼용하여 사용하기도 한다.
특허문헌 1 : 대한민국 공개특허 제10-2005-0064808호 특허문헌 2 : 대한민국 등록특허 제10-0792783호
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 내화학성, 치수안정성, 내전압 성능 등이 우수하여 리듐이온 배터리의 용량 및 수명을 연장시킬 수 있고, 내열성능이 우수하여 고속충전을 견딜 수 있으므로 충전속도 향상에 기여할 수 있으며, 실생활에 매우 밀접하게 접하는 전기자동차, 드론, 선박, 모터사이클은 물론이고 이차전지가 사용되는 대부분의 제품에서 CTI 및 난연성능 등이 우수하여 제품의 안전을 향상시킬 수 있는 CTI(Comparative Tracking Index) 성능이 개선된 필름 또는 시트 형태의 전기절연체 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 PPE(Polyphenylene ether) 또는 PPO(Polyphenylene oxide) 60-85 중량부, PS(Polystyrene) 1-25 중량부, 난연제(Flame retardant) 8-20 중량부 및 증점제 0~2% 중량부로 이루어지는 전기절연체로서, 그 제조방법은 고분자를 혼합하여 전기절연 필름 또는 시트를 제조하기 위해 설정하는 단계(S100); PPE(Polyphenylene ether) 또는 PPO(Polyphenylene oxide) 60-85 중량부, PS(Polystyrene) 1-25 중량부, 난연제(Flame retardant) 8-20 중량부 및 증점제 0~2% 중량부로 이루어지는 전기절연 필름 또는 시트용 원재료를 배합하는 단계(S110); 상기 전기절연 필름 또는 시트용 원재료를 배합하는 단계(S110)에서 얻어진 재료를 펠릿(Pellet)으로 제조하는 단계(S120); 상기 펠릿(Pellet)의 성능 평가를 수행하는 단계(S130); 상기 성능 평가가 상기 설정하는 단계(S100)를 만족하면 상기 성능 평가가 수행된 펠릿을 이용하여 고분자 전기절연 필름 또는 시트를 제조하는 단계(S140); 상기 고분자 전기절연 필름 또는 시트의 기본물성이 상기 설정하는 단계(S100)에 적합한지에 대한 기본 물성평가를 수행하는 단계(S150); 및 상기 기본 물성평가 결과 상기 설정하는 단계(S100)에 적합하면 상기 고분자 전기절연 필름 또는 시트을 이용하여 적용하고자 하는 제품에 맞도록 성형이나 타발이 수행되고(S160)(S170), 적합하지 않다면 전기절연 필름 또는 시트용 원재료를 배합하는 단계(S110);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 필름 또는 시트 형태의 전기절연체 및 그 제조방법을 제공한다.
여기서, 고분자를 혼합하여 전기절연 필름 또는 시트를 제조하기 위해 설정하는 단계(S100)는, (1) 비교트래킹지수(CTI : Comparative Tracking Index) 0 또는 1등급을 만족하고, (2) 난연등급 UL94 V-0 또는 UL94 VTM-0등급을 만족하며, (3) 내전압 3KV이상 @1mils, (4) 내열도 RTI(Relative Temperature Index) 110°C 이상, 또는 열변형온도 HDT(Heat Distortion Temperature) 130°C 이상, 또는 연화점온도 ViCAT(Vicat Softening Temperature, @120℃/h, 10N) 130°C 이상,
(5) 중금속, 할로겐물질, 기타 유해물질 검출 무, (6) 내절곡도 우수, (7) 수분흡수율 1%미만, (8) 내화학성(염수, 산성물질, 염기성물질, 기계오일 등에 대한 표면 및 물성변화) 우수한 것을 특징으로 한다.
한편 전기절연 필름 또는 시트용 원재료를 펠릿으로 제조하는 단계(S120)는, 상기 배합된 전기절연 필름 또는 시트용 원재료에 대하여 Melting Temperature와 Processing Temperature 사이온도로 290°C ~ 350°C로 용융하고, 압출용 몰드(롤러)온도 50°C ~ 120°C에서 Back pressure 5~20MPa의 압력으로 압출하며, 압출된 펠릿(수지, 레진)을 공랭식 또는 수랭식을 통한 냉각을 수행하고, 1mm ~ 20mm 범위의 크기로 커팅하며, 60°C ~ 80°C조건에서 2시간 ~ 3시간 건조하는 것을 특징으로 한다.
그리고 성형이나 타발이 수행되는 단계(S160)(S170)는, 성형작업 중 깨짐현상은 없는지, 성형작업 중 필름 또는 시트가 터지는 현상은 없는지, 성형 후 굴곡 부분의 두께가 일정한지, 성형후 굴곡부위의 성능변화 확인을 수행하고, 상기 타발작업시 깨짐현상은 없는지, 타발과정에서 타발면이 매끄럽게 잘 끊어지는지, 타발과정에서 작은 홀의 타발에도 문제가 없는지에 대한 체크가 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 성형이나 타발이 수행되는 단계(S160)(S170) 후에, 피착물에 부착하기 위하여 점착처리(점착도포)작업 및 양면테이프 점착처리가 적합하게 수행되었는지를 판단하는 단계(S180)와, 가공형상을 만들어 실제 제품에 장착하여 기능상 이상유무를 확인하는 실장테스트를 수행하여, 이상이 없는지를 판단하는 단계(S190)와, 실장테스트후 기능상 이상이 없을 경우 양산하여 상품화하는 단계(S200)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고 전기절연 필름 또는 시트는 전기를 동력으로 사용하는 전기자동차, 모터사이클, 전기자전거, 드론, 선박, 기차, 항공분야를 포함하는 충전식 배터리셀, 배터리모듈, 배터리 팩에 사용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 실생활에 매우 밀접하게 접하는 전기자동차, 드론, 선박, 모터사이클은 물론이고 이차전지가 사용되는 대부분의 제품에서 CTI 및 난연성능 등이 우수하여 제품의 안전을 향상시킬 수 있다.
둘째, 내화학성, 치수안정성, 내전압 성능 등이 우수하여 리듐이온 배터리의 용량 및 수명을 연장시킬 수 있는 CTI(Comparative Tracking Index) 성능이 개선된 전기절연 필름 또는 시트를 제공할 수 있다.
셋째, 내열성능이 우수하여 고속충전을 견딜수 있으므로 충전속도 향상에 기여할 수 있는 CTI(Comparative Tracking Index) 성능이 개선된 전기절연 필름 또는 시트를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 CTI(Comparative Tracking Index) 성능이 개선된 전기절연 필름 또는 시트가 적용되는 두께 0.05mm ~ 1.00mm 수준의 필름 롤 타입에 적용되는 실시예를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 CTI(Comparative Tracking Index) 성능이 개선된 전기절연 필름 또는 시트가 적용되는 두께 0.50mm ~ 3.00mm 수준의 시트(판제) 타입에 적용되는 실시예를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 CTI(Comparative Tracking Index) 성능이 개선된 전기절연 필름 또는 시트가 리듐이온 배터리 셀의 층간절연에 적용되는 실시예를 나타낸 도면,
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 CTI(Comparative Tracking Index) 성능이 개선된 전기절연 필름 또는 시트가 배터리 모듈의 전기절연에 적용되는 실시예를 나타낸 도면,
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 CTI(Comparative Tracking Index) 성능이 개선된 전기절연 필름 또는 시트가 배터리 팩의 전기절연에 적용되는 실시예를 나타낸 도면,
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 CTI(Comparative Tracking Index) 성능이 개선된 전기절연 필름 또는 시트가 ESS(Energy Storage System) 전기절연에 적용되는 실시예를 나타낸 도면,
도 10은 본 발명에 따른 필름 또는 시트 형태의 전기절연체 제조방법의 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
도 1은 본 발명에 따른 CTI(Comparative Tracking Index) 성능이 개선된 전기절연 필름 또는 시트가 적용되는 두께 0.05mm ~ 1.00mm 수준의 필름 롤 타입에 적용되는 실시예를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 CTI(Comparative Tracking Index) 성능이 개선된 전기절연 필름 또는 시트가 적용되는 두께 0.50mm ~ 3.00mm 수준의 시트(판제) 타입에 적용되는 실시예를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 CTI(Comparative Tracking Index) 성능이 개선된 전기절연 필름 또는 시트는 도 1에서와 같이 두께 0.05mm ~ 1.00mm 수준의 필름 롤 타입으로 적용할 수 있고, 도 2에서와 같이 두께 0.50mm ~ 3.00mm 수준의 시트(판제) 타입으로 적용할 수 있다. 즉 0.05mm ~ 3.00mm 두께의 필름 또는 시트로 생산 및 제조될 수 있다.
이러한 도 1 및 도 2의 본 발명 CTI(Comparative Tracking Index) 성능이 개선된 전기절연 필름 또는 시트는 도 3의 리듐이온 배터리 셀의 층간절연에 적용될 수도 있고, 도 3에서와 같이 리튬이온 배터리 셀의 보호용 CAN내부에 절연체로 사용될 수 있다. 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같은 배터리 모듈의 전기절연에 적용될 수 있다.
또한 도 4에서와 같은 이차전지 모듈인 배터리 모듈의 전기절연 시 이차전지 모듈 내부의 전기절연체로 이용될 수 있으며, 이때 모듈내 Cell을 배열하는 과정에서 Cell 사이의 절연을 위한 층간 절연체로 이용될 수 있다. 또한 도 5에서와 같이 이차전지 모듈에서 Cell을 배열(array)하기 위한 Tray 전기절연에 이용될 수도 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 CTI(Comparative Tracking Index) 성능이 개선된 전기절연 필름 또는 시트가 배터리 팩의 전기절연에 적용되는 실시예를 나타낸 도면이다.
또한 본 발명에 따른 CTI(Comparative Tracking Index) 성능이 개선된 전기절연 필름 또는 시트는 도 6에서와 같은 전기 자동차의 이차전지 팩의 전기절연체로 이용될 수 있는데, 팩내 모듈을 배열하는 과정에서 절연체로 이용된다. 또한, 도 7에서와 같이 이차전지 배터리팩의 Bottom/top Cover 및 알루미늄 샷시와의 전기절연체 용도로도 이용될 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 CTI(Comparative Tracking Index) 성능이 개선된 전기절연 필름 또는 시트가 ESS(Energy Storage System) 전기절연에 적용되는 실시예를 나타낸 도면이다.
그리고 본 발명에 따른 CTI(Comparative Tracking Index) 성능이 개선된 전기절연 필름 또는 시트는 도 8에서와 같은 ESS(Energy Storage System) 전기절연체로 이용될 수 있는데, 도 9에서와 같이 ESS Housing 및 알루미늄 샷시와 전기절연체 용도로 이용될 수 있는 등 그 적용분야가 다양하다.
도 10은 본 발명에 따른 필름 또는 시트 형태의 전기절연체 제조방법의 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명에 따른 CTI(Comparative Tracking Index) 성능이 개선된 전기절연 필름 또는 시트의 제조방법은 도 1에 나타낸 바와 같이, 우선, 제품을 기획한다(S100).
이러한 제품 기획은 요구되는 사양서를 작성하는 것으로,
(1) 비교트래킹지수(CTI : Comparative Tracking Index) 0 또는 1등급 만족하고,
(2) 난연등급 UL94 V-0 또는 UL94 VTM-0등급 만족하며,
(3) 내전압 3KV이상 @1mils,
(4) 내열도 RTI(Relative Temperature Index) 110°C 이상, 또는 열변형온도 HDT(Heat Distortion Temperature) 130°C 이상, 또는 연화점온도 ViCAT(Vicat Softening Temperature, @120℃/h, 10N) 130°C 이상,
(5) 중금속, 할로겐물질, 기타 유해물질 검출 무,
(6) 내절곡도 우수,
(7) 수분흡수율 1%미만,
(8) 내화학성(염수, 산성물질, 염기성물질, 기계오일 등에 대한 표면 및 물성변화)도 우수하여야 한다.
그 다음 전기절연 필름 또는 시트의 원재료를 배합한다(S110).
이러한 원재료 배합은 기본적인 물성을 갖는 원료의 Compounding작업으로,
(1) PPE(Polyphenylene ether) : 60-85%,
(2) PS(Polystyrene) : 1-25%,
(3) 난연제(Flame retardant): 8-20%,
(4) 증점제 : 0~2%의 조성비를 갖는다.
이러한 원재료 배합 후 펠릿(Pellet :수지, 레진)을 제조한다(S120). 즉 전기절연 필름 또는 시트를 원하는 형상으로 만들기 전 기초원재료를 펠릿(수지, 레진)으로 제조하는데, 이러한 제조공정은, 배합(S110)한 원재료에 대한, 용융을 수행한다. 이러한 용융은 배합된 원재료에 열을 가하는 공정으로, 원재료의 물성이 변하지 않는 정도의 온도로 용융하여야 한다. 이때 Melting Temperature와 Processing Temperature의 사이 온도로 290°C ~ 350°C로 용융한다.
이어 압출기에서 압출하는데, Back pressure 5~20MPa의 압력으로 압출한다. 이때, 압출용 몰드(롤러)온도는 50°C ~ 120°C이다.
그 다음 압출된 펠릿(수지, 레진)을 공랭식 또는 수랭식을 통한 냉각을 수행하고, 1mm ~ 20mm 범위의 크기로 커팅한다. 이때, 커터날, 공기압, 수압 등을 이용할 수 있다
그리고 60°C ~ 80°C조건에서 2시간 ~ 3시간 건조한다(이후 포장한다).
그 다음 이러한 펠릿(Pellet)의 성능 평가(Lab Test(원재료레벨에서 물성평가))를 수행한다(S130).
이러한 성능평가는,
(1) 테스트시편 제작 : CTI 0 또는 1등급 만족,
(2) 테스트시편 제작 : 난연등급 UL94 V-0 또는 UL94 VTM-0등급 만족,
(3) 테스트시편 제작 : 내전압 3KV이상 @1mils,
(4) 테스트시편 제작 : 내열도 RTI(Relative Temperature Index) 110°C 이상, 또는 열변형온도 HDT(Heat Distortion Temperature) 130°C 이상, 또는 연화점온도 ViCAT(Vicat Softening Temperature, @120℃/h, 10N) 130°C 이상,
(5) 중금속, 할로겐물질, 기타 유해물질 검출 않됨,
(6) 필름 또는 시트 제작용 MI(용융지수,Melt Index)값은 5~8g/10min 범위를 만족하는가에 대한 평가가 수행된다(적합한가). 성능 평가에 실패(적합하지 않음)하면 다시 원재료로 배합(S110)한다.
참고로 원재의 원재료 물성 평가 자료는 표 1과 같다.
Figure 112021115467742-pat00001
이어 CTI등급이 우수한 전기절연용 필름 또는 시트를 제조한다(S140). 이러한 필름 또는 시트는 도 1에서 설명한 바와 같은 두께 0.05mm ~ 1.00mm 수준의 필름을 롤 타입으로 적용할 수 있고, 도 2에서와 같은 두께 0.50mm ~ 3.00mm 수준의 시트(판제) 타입의 필름 또는 시트를 제조하는 것이다. 즉 0.05mm ~ 3.00mm 두께의 필름 또는 시트로 제조한다.
이어 펠릿(Pellet)에 열을 가하는데, 원재료의 물성이 변하지 않는 정도의 온도로, 앞에서 설명한 바와 같은 Melting Temperature와 Processing Temperature의 사이 온도로, 290°C ~ 350°C로 용융한다.
그리고 압출용 몰드(롤러)온도는 50°C ~ 120°C로, 압출하되, Back pressure는 5~20MPa의 압력으로 노즐을 통하여 필름 또는 시트를 생산할 수 있는 적당한 점도의 원재료가 배출되는지를 관찰하면서 최대한 서서히 압출하며 점도의 특성에 문제가 없다면 서서히 속도를 높여 양산을 한다.
그 다음 압출된 필름에 냉각을 수행하고, 전기절연 필름 또는 시트의 두께 및 편차를 측정한다. 이때, 두께편차 0~10%범위 이내여야 한다.
그리고 재단 및 포장을 수행한다. 이때, 필름 또는 시트의 적용분야(리튬이온 배터리 셀을 층간 절연체, 배터리 모듈의 전기절연체, 배터리 팩의 전기절연체, ESS(Energy Storage System) 전기절연체 등)에 따라 시트 형태 또는 롤 형태로 재단 및 포장한다.
이러한 필름 또는 시트 가공조건은 표 2와 같다.
Figure 112021115467742-pat00002
그리고 이러한 전기절연용 필름 또는 시트에 대하여도 기본물성평가를 수행하여 적합한가를 판단한다(S150). 이러한 기본 물성평가 역시 성능평가(S130)와 동일한데,
(1) CTI 0 또는 1등급 만족,
(2) 난연등급 UL94 V-0 또는 UL94 VTM-0등급 만족,
(3) 내전압 3KV이상 @1mils,
(4) 내열도 RTI(Relative Temperature Index) 110°C 이상, 또는 열변형온도 HDT(Heat Distortion Temperature) 130°C 이상, 또는 연화점온도 ViCAT(Vicat Softening Temperature, @120℃/h, 10N) 130°C 이상,
(5) 중금속, 할로겐물질, 기타 유해물질 검출 않됨,
(6) 내절곡도 우수,
(7) 수분흡수율 1%미만,
(8) 내화학성(염수, 산성물질, 염기성물질, 기계오일 등에 대한 표면 및 물성변화)도 우수한지 등에 대하여 물성평가를 수행한다.
여기서 표 3은 롤 필름 또는 시트의 물성이다.
Figure 112021115467742-pat00003
그리고 표 4는 환경유해물질 불검출자료 평가에 대한 참조자료이다.
Figure 112021115467742-pat00004
그리고 표 5는 필름 또는 시트 절곡성, 절연파괴전압, 난연성, CTI 테스트 등을 실시한 참조자료이다.
Figure 112021115467742-pat00005
Figure 112021115467742-pat00006
이와 같은 기본물성평가에 적합하면(S150), 이어 열(진공)성형(Foamming)을 수행하고, 성형적합도를 판단한다(S160).
이러한 성형적합도는, 성형작업중 깨짐현상은 없는지, 성형작업 중 필름 또는 시트가 터지는 현상은 없는지, 성형후 굴곡 부분의 두께가 일정한지, 성형후 굴곡부위의 성능변화 확인 등을 수행한다. 만약 적합하지 않은 경우 다시 원재료를 배합한다(S110).
한편 기본물성평가에 적합하면(S150), 타발작업을 수행하고, 타발작업이 적합(성공적)한지 판단한다(S170). 즉, 타발작업 시의 문제를 체크한다.
이러한 타발작업시 문제는 깨짐현상은 없는지, 타발과정에서 타발면이 매끄럽게 잘 끊어지는지, 타발과정에서 작은 홀의 타발에도 문제가 없는지 등을 체크한다. 만약 적합하지 않은 경우 다시 원재료를 배합한다(S110).
이러한 열, 진공 성형 및 타발이 성공적으로 수행되면, 점착처리작업 및 양면테이프 점착처리가 적합하게 수행되었는지를 판단한다(S180). 이때 제품을 피착물에 부착시 점착 강도 및 유지력을 테스트하여 적합하지 않은 경우 다시 원재료를 배합한다(S110).
이어 가공형상을 만들어 실제 제품에 장착하여 기능상 이상유무 확인하는 실장테스트를 수행하여, 전기절연성능에 이상이 없는지를 판단한다(S190). 판단결과 이상이 발생된 경우 다시 원재료를 배합한다(S110).
그리고 실장테스트 후 기능상 이상이 없을 경우 양산하여 상품화한다(S200).
이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. (1) 비교트래킹지수(CTI : Comparative Tracking Index) 0 또는 1등급 만족하고,
    (2) 난연등급 UL94 V-0 또는 UL94 VTM-0등급을 만족하며,
    (3) 내전압 3KV이상 @1mils,
    (4) 내열도 RTI(Relative Temperature Index) 110°C 이상, 또는 열변형온도 HDT(Heat Distortion Temperature) 130°C 이상, 또는 연화점온도 ViCAT(Vicat Softening Temperature, @120℃/h, 10N) 130°C 이상,
    (5) 중금속, 할로겐물질, 기타 유해물질 검출 무,
    (6) 내절곡도가 우수,
    (7) 수분흡수율 1%미만,
    (8) 내화학성도 우수하도록 설정하는 단계(S100);
    PPE(Polyphenylene ether) 또는 PPO(Polyphenylene oxide) 60-85 중량부, PS(Polystyrene) 1-25 중량부, 난연제(Flame retardant) 8-20 중량부 및 증점제 0~2% 중량부로 이루어지는 전기절연 필름 또는 시트 원재료를 배합하는 단계(S110);
    상기 배합된 전기절연 필름 또는 시트 원재료에 대하여 Melting Temperature와 Processing Temperature의 사이 온도로 290°C ~ 350°C로 용융하고, 압출용 몰드(롤러)온도 50°C ~ 120°C에서 Back pressure 5~20MPa의 압력으로 압출하며, 압출된 펠릿(Pellet)의 냉각을 수행하고, 1mm ~ 20mm 이하의 크기로 커팅하며, 60°C ~ 80°C조건에서 2시간 ~ 3시간 건조하여 상기 전기절연 필름 또는 시트 원재료를 펠릿(Pellet)으로 제조하는 단계(S120);
    상기 제조하는 단계(S120)에서 제조된 펠릿(Pellet)의 성능이 상기 설정하는 단계(S100)와 같은지에 대한 평가를 수행하여 평가에 실패(적합하지 않음)하면 다시 원재료로 배합하는 단계(S110)로 돌아가는 펠릿(Pellet)의 성능 평가를 수행하는 단계(S130);
    상기 성능 평가를 수행하는 단계(S130)에서 상기 설정하는 단계(S100)를 만족하면 상기 성능 평가가 수행된 펠릿을 이용하여 Melting Temperature와 Processing Temperature의 사이 온도로, 290°C ~ 350°C로 용융하고, 압출용 몰드(롤러)온도는 50°C ~ 120°C로, 압출하되, Back pressure는 5~20MPa의 압력으로 노즐을 통하여 압출된 필름 또는 시트가 0.05mm ~ 3.00mm 두께로 0 ~ 10%이내의 두께편차를 갖는 고분자 전기절연 필름 또는 시트를 제조하는 단계(S140);
    상기 고분자 전기절연 필름 또는 시트를 제조하는 단계(S140)에서의 고분자 전기절연 필름 또는 시트의 기본물성이 상기 설정하는 단계(S100)에 적합한지에 대한 펠릿(Pellet)의 성능을 평가를 수행하는 단계(130)와 동일한 기본물성평가를 수행하는 단계(S150); 및
    상기 기본물성평가 결과 상기 설정하는 단계(S100)에 적합하면 상기 고분자 전기절연 필름 또는 시트를 이용하여 적용하고자 하는 제품에 맞도록 열성형을 수행하여 성형 적합도를 판단하는 열성형 적합 판단 단계(S160);와 타발작업이 적합한지를 판단하여 타발 적합 판단 단계(S170);가 수행되고, 적합하지 않다면 전기절연 필름 또는 시트 원재료로 배합하는 단계(S110);로 되돌아가며,
    상기 열성형 적합 판단 단계(S160) 및 타발 적합 판단 단계(S170)의 수행이 이루어지면 피착물에 부착하기 위하여 점착도포 처리작업 및 양면테이프 점착처리가 적합하게 수행되었는지를 판단하는 단계(S180);와,
    가공형상을 만들어 실제 제품에 장착하여 기능상 이상 유무 확인하는 실장테스트를 수행하여, 이상이 없는지를 판단하는 단계(S190);와,
    실장테스트 후 기능상 이상이 없을 경우 양산하여 상품화하는 단계(S200);를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 필름 또는 시트 형태의 전기절연체 제조방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서,
    상기 열성형 적합 판단 단계(S160)는,
    열성형작업 중 깨짐현상은 없는지, 열성형작업 중 필름 또는 시트가 터지는 현상은 없는지, 열성형 후 굴곡 부분의 두께가 일정한지, 열성형 후 굴곡부위의 성능변화 확인을 수행하고,
    상기 타발 적합 판단 단계(S170)는 상기 타발작업시 깨짐현상은 없는지, 타발면이 매끄럽게 잘 끊어지는지, 작은 홀의 타발에도 문제가 없는지에 대한 체크가 수행되는 것을 특징으로 하는 필름 또는 시트 형태의 전기절연체 제조방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
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