KR102515937B1 - Emi 차폐용 경량 전도성 폼 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 발포 수지와 탄소나노튜브를 배합하여 탄소나노튜브 수지화합물을 생성하는 단계, 탄소나노튜브 수지화합물을 압출하여 펠렛을 생성하는 단계, 펠렛을 발포하는 초임계 이산화탄소 발포 단계 및 발포된 펠렛을 증기성형하여 발포수지폼을 생성하는 단계를 통하여 생성되는 EMI 차폐용 경량 전도성 폼에 관한 것이다.
본 발명에 따른 EMI 차폐용 폼의 문제점을 해결하기 위한 EMI 차폐용 폼 및 이의 제조 방법은 경량성을 유지하면서 EMI 차폐효과를 극대화 시키며, 성형 용이성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

EMI 차폐용 경량 전도성 폼 및 이의 제조 방법{EMI shielding lightweight conductive foam and manufacturing method of that}
본 발명은 EMI 차폐용 경량 전도성 폼 및 이의 제조 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 항공기에 적용가능한 EMI 차폐용 경량 전도성 폼 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 무선, 자동화 전자 시스템을 장착한 산업 및 제품들에 대한 수요가 증가함에 따라, 전자 시스템의 적용 안정화 및 발생 예상 문제들에 대한 대책을 연구하거나, 과련 기술에 대한 수요가 증가하고 있다. 전자 시스템을 적용하여 발생시킬 수 있는 가장 큰 문제는 전자 시스템 간의 간섭 또는 외부 전자기 간섭(EMI, Electro Magnetic Interference)으로 인한 시스템 오류가 발생할 수 있다. 현대사회의 자동 시스템 및 무선 기술은 오류로 인한 사고가 크게 발생할 우려가 있어, 이를 방지하기 위한 전자기 차폐 기술이 필요하다.
한편, 이러한 종래의 EMI 차폐기술과 관련하여 대한민국 공개특허 제2001-0073610호가 개시되어 있다. 그러나 이러한 종래의 EMI 차폐기술은 항공기에 적용시 경량성과 EMI 차폐성을 모두 충족시키기 어려운 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허 제2001-0073610호
본 발명은 종래의 EMI 차폐용 폼의 문제점을 해결하기 위한 EMI 차폐용 폼 및 이의 제조 방법을 제공하는 것에 목적이 있다.
상기 과제의 해결 수단으로서, 발포 수지와 탄소나노튜브를 배합하여 탄소나노튜브 수지화합물을 생성하는 단계, 탄소나노튜브 수지화합물을 압출하여 펠렛을 생성하는 단계, 펠렛을 발포하는 초임계 이산화탄소 발포 단계 및 발포된 펠렛을 증기성형하여 발포수지폼을 생성하는 단계를 통하여 생성되는 EMI 차폐용 경량 전도성 폼이 제공될 수 있다.
한편, 발포 수지는 폴리프로필렌(Polypropylene) 및 폴리스티렌(Polystyrene) 중 적어도 하나일 수 있다.
또한, 탄소나노튜브 수지화합물을 생성하는 단계는, 탄소나노튜브를 중량비 1 내지 10 wt%로 조성할 수 있다.
한편, 펠렛의 밀도는 900 내지 920 g/cc 이며, 초임계 이산화탄소 발포 단계는 펠렛을 발포하여 생성되는 비드는 밀도가 56 내지 70g/cc 일 수 있다.
발포수지폼을 생성하는 단계는 밀도를 60 내지 200g/cc 일 수 있다.
추가로, 발포 수지와 탄소나노튜브를 배합하여 탄소나노튜브 수지화합물을 생성하는 단계, 탄소나노튜브 수지화합물을 압출하여 펠렛을 생성하는 단계, 펠렛을 발포하는 초임계 이산화탄소 발포 단계 및 발포된 펠렛을 증기성형하여 발포수지폼을 생성하는 단계를 포함하는 EMI 차폐용 경량 전도성 폼의 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 EMI 차폐용 폼의 문제점을 해결하기 위한 EMI 차폐용 폼 및 이의 제조 방법은 경량성을 유지하면서 EMI 차폐효과를 극대화 시키며, 성형 용이성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 EMI 차폐용 경량 전도성 폼의 제조방법의 순서도이다.
도 2는 탄소나노튜브와 발포 수지가 혼합된 수지 화합물 비드를 나타낸 도면이다.
도 3은 발포된 CNT 수지 화합물을 나타낸 도면이다.
도 4는 CNT 함량에 따른 CNT 수지 화합물 비드의 발포 배율을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예인 EMI 차폐용 경량 전도성 폼이 나타난 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 EMI 차폐용 경량 전도성 폼 및 이의 제조 방법에 대하여, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 이하의 실시예의 설명에서 각각의 구성요소의 명칭은 당업계에서 다른 명칭으로 호칭될 수 있다. 그러나 이들의 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 변형된 실시예를 채용하더라도 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 각각의 구성요소에 부가된 부호는 설명의 편의를 위하여 기재된다. 그러나 이들 부호가 기재된 도면상의 도시 내용이 각각의 구성요소를 도면내의 범위로 한정하지 않는다. 마찬가지로 도면상의 구성을 일부 변형한 실시예가 채용되더라도 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 당해 기술 분야의 일반적인 기술자 수준에 비추어 보아, 당연히 포함되어야 할 구성요소로 인정되는 경우, 이에 대하여는 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 EMI 차폐용 경량 전도성 폼의 제조방법의 순서도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 EMI 차폐용 경량 전도성 폼의 제조방법은 탄소나노튜브(CNT: Carbon Nano-Tube) 수지화합물을 생성하는 단계, 수지화합물 펠렛을 생성하는 단계, 발포 단계 및 발포수지폼을 생성하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
탄소나노튜브(Carbon Nano-Tube, CNT) 수지화합물을 생성하는 단계는 원재료인 탄소 나노 튜브와 발포 수지를 고르게 분산시키면서 배합하는 단계에 해당한다. 탄소 나노 튜브는 전도성 첨가제 중에서 높은 전도성을 가진 것으로 알려져 있다.
발포수지는 발포 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 또는 발포 폴리스티렌(Polystyrene, PS) 계열에서 하나 이상의 물질이 선택될 수 있다. 한편, 도시되지는 않았으나, 최종적으로 생성되는 EMI 차폐용 경량 전도성 폼의 특성, 구체적으로 내구성, 난연, 방수, 화학 내성, 조색 등의 특성을 갖도록 다른 첨가제가 추가될 수 있다.
한편, 탄소나노튜브는 낮은 함량으로도 높은 전도성을 구현할 수 있으나, 반데르발스 힘으로 인하여 서로 응집하는 특성이 있어 탄소 나노튜브와 발포 수지를 배합할 때 조성비를 결정하여 배합 균일도 및 발포 균일도를 확보할 수 있다. 본 발명에서 탄소 나노튜브 수지화합물을 생성하는 단계는 탄소 나노 튜브의 중량비를 1 내지 10 wt%로 결정하여 수지화합물을 배합하게 된다.
수지화합물 펠렛을 생성하는 단계는 탄소나노튜브와 발포 수지가 배합된 수지화합물을 압출하고 펠렛의 형태로 형성하는 단계에 해당한다.
도 2는 탄소나노튜브와 발포 수지가 혼합된 수지 화합물 비드를 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 압출하여 생성된 펠렛을 확인할 수 있다. 수지화합물 펠렛을 생성하는 단계에서 생성된 펠렛은 900 내자 920 g/cc 로 밀도를 가질 수 있다.
발포 단계는 초임계 이산화탄소 발포 공정으로 펠렛을 발포 비드(Bead)로 전환시키는 단계에 해당한다. 본 단계에서 초임계 이산화탄소 발포 공정은 용량을 5L, 펠렛의 투입량은 100g, 매질(물)의 투입량은 3L, 이산화탄소 가스의 압력은 80 Bar, 내부 온도는 140 ℃, 운용시간은 최고 온도 도달 이후 10분 유지하는 조건으로 수행될 수 잇다. 초임계 이산화탄소 발포 공정은 전술한 조건으로 수행한 후 용기 사출을 통하여 완료될 수 있다.
도 3은 발포된 CNT 수지 화합물을 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 발포 단계를 통하여 발포된 비드를 확인할 수 있다. 발포 단계에서 발포된 비드는 56 내지 70 g/cc 의 밀도를 가질 수 있다.
도 4는 CNT 함량에 따른 CNT 수지 화합물 비드의 발포 배율을 나타내는 그래프이다. 일 예로서, 2, 5, 7, 9 wt%(오차범위 ±1 wt%) 의 중량비를 조성하여 발포 배율을 나타내었다. 분석결과 탄소나노튜브 수지화합물에서 탄소나노튜브의 중량비 1 내지 10 wt%에서 발포 전후의 체적은 13 내지 16 배로 나타났다.
발포수지폼을 생성하는 단계는 발포 비드를 이용하여 원하는 형태로 성형하는 단계에 해당한다. 발포수지폼의 일 예로서 도 5가 도시되어 있다. 도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예인 EMI 차폐용 경량 전도성 폼이 나타난 도면이다. 도 5를 참조하면, 판형으로 발포수지폼을 형성하였으나, 이는 일 예일 뿐 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 발포주시폼은 20 내지 300g/cc 의 밀도로 제작될 수 있다. 바람직하게는, 발포수지폼은 EMI 차폐의 기능을 확보할 수 있으며, 물성 및 환경특성이 일정한 수준을 나타내는 60 내지 200g/cc의 밀도로 제작될 수 있다.
본 발명은 추가로, 전술한 EMI 차폐용 경량 전도성 폼의 제조방법에 의해 제조된 EMI 차폐용 경량 전도성 폼이 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 EMI 차폐용 경량 전도성 폼의 전자기적 특성은 최종 밀도와 탄소나노튜브의 함량에 의해 조절될 수 있다. 또한, EMI 차폐용 경량 전도성 폼의 전자기적 특성이 높을수록 전자기파의 투과가 어렵다.
구체적으로 본 발명에 따른 EMI 차폐용 경량 전도성 폼의 전자기적 특성은 최소 비유전율 실수부가 8 이상, 허수부 8 이상이 될 수 있다.
한편, EMI 차폐용 경량 전도성 폼의 전자기파 투과 성능을 측정하기 위하여 200*200*20 mm³으로 제작하여 특성을 확인하였다. 또한, EMI 차폐용 경량 전도성 폼은 측정 주파수 범위 내에서 약 - 30 dB(0.1%) 이하로 확인되었으며, 두께를 증가시키는 경우 전자파 투과량이 더욱 감소될 수 있다.
최종 형성된 발포 수지폼은 EMI 차폐가 필요한 위치에 설치될 수 있다. 일 예로서 항공기의 패널상에 설치되어 내부의 전자기 장치를 외부의 EMI로부터 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 EMI 차폐용 폼의 문제점을 해결하기 위한 EMI 차폐용 폼 및 이의 제조 방법은 경량성을 유지하면서 EMI 차폐효과를 극대화 시키며, 성형 용이성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
S100: 탄소나노튜브 수지화합물 생성 단계
S200: 펠렛 생성 단계
S300: 발포 단계
S400: 발포 수지 폼 형성 단계

Claims (6)

  1. 폴리프로필렌(Polypropylene) 및 폴리스티렌(Polystyrene) 중 적어도 하나를 포함하는 발포 수지와 탄소나노튜브를 배합하여 탄소나노튜브 수지화합물을 생성하는 단계;
    상기 탄소나노튜브 수지화합물을 압출하여 밀도가 900 내지 920 g/cc 인 펠렛을 생성하는 단계;
    80 bar의 압력 및 내부온도 140 ℃ 도달 후 10분을 유지하는 조건에서 상기 펠렛을 발포하여 밀도가 56 내지 70g/cc 인 비드를 생성하는 초임계 이산화탄소 발포 단계; 및
    상기 발포된 펠렛을 증기성형하여 밀도가 60 내지 200g/cc 인 발포수지폼을 생성하는 단계를 통하여 생성되며,
    상기 탄소나노튜브 수지화합물은 상기 탄소나노튜브간 반데르발스 힘으로 인한 응집하는 특성의 영향을 최소화하여 배합 균일도를 향상시킬 수 있도록 상기 탄소나노튜브의 중량비가 1 내지 10 wt%로 배합되는 EMI 차폐용 경량 전도성 폼.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 폴리프로필렌(Polypropylene) 및 폴리스티렌(Polystyrene) 중 적어도 하나를 포함하는 발포 수지와 탄소나노튜브를 배합하여 탄소나노튜브 수지화합물을 생성하는 단계;
    상기 탄소나노튜브 수지화합물을 압출하여 밀도가 900 내지 920 g/cc 인 펠렛을 생성하는 단계;
    80 bar의 압력 및 내부온도 140 ℃ 도달 후 10분을 유지하는 조건에서 상기 펠렛을 발포하여 밀도가 56 내지 70g/cc 인 비드를 생성하는 초임계 이산화탄소 발포 단계; 및
    상기 발포된 펠렛을 증기성형하여 밀도가 60 내지 200g/cc 인 발포수지폼을 생성하는 단계를 포함하며,
    상기 탄소나노튜브 수지화합물을 생성하는 단계는,
    상기 탄소나노튜브간 반데르발스 힘으로 인한 응집하는 특성의 영향을 최소화하여 배합 균일도를 향상시킬 수 있도록 상기 탄소나노튜브 수지화합물에 상기 탄소나노튜브의 중량비가 1 내지 10 wt%로 배합되는 EMI 차폐용 경량 전도성 폼의 제조방법.
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