KR102544790B1 - 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리콘계 수지 및 무기물 필러를 포함하는 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물로서, 상기 무기물 필러는 팽창 그라파이트(Expanded graphite) 및 탄소 나노 튜브(Carbon nano tube)를 포함하는 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물 및 이의 제조방법{EMI SHIELDING COATING COMPOSITION FOR ELECTRONIC COMPONENT OF AUTOMOBILE}
본 발명은 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 무기물 필러를 이용하여 전자파 차폐 성능을 유지하면서도, 제조단가 절감 및 경량화된 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
전기차, 수소차, 하이브리드 자동차의 보급 확대에 이어 무인/자율 주행 자동차를 중심으로 하는 스마트카의 보급 확대가 임박하고 있고, IoT(사물인터넷), 5G 기술 등의 상용 확대와 맞물려 자동차 시장의 부가가치 증가로 이어지고 있는 추세이다.
또한, 개인 맞춤형 기술이 등장하고 이의 활용 영역이 확대됨에 따라, 우리 삶의 편리성 및 안정성 등을 목적으로 하는 다양한 기술이 적용되고 있고, 이러한 기술 적용을 위해 일상 생활의 대부분에서 전장 부품(Electronic Component)이 활용되고 있으며, 전장 부품의 성장 기대치는 2015년(31.5%)에서 2030년(50% 이상)으로 전망되고 있어, 향후 더욱 활발히 활용될 것으로 기대되고 있다.
자동차 산업에서 안전성, 편리성을 위해 채택하고 있는 전장 부품의 경우 다양한 유닛으로 조합되어 있고, 각각의 전장 부품 유닛에는 방출되는 전자파로 인한 자동차 부품의 오작동이 발생될 수 있어 안전 사고로 발전된 가능성이 있고, 등에 의한 인명피해 우려도 크게 증가하고 있는 실정이다.
더욱이, 전자파는 열작용, 비열작용 등을 통해 인체에 악영향을 미치는 것으로 알려져 있어, 전장 부품에서 방출되는 전자파를 효과적으로 차단할 수 있는 기술수요는, 전장 부품의 증가와 함께 증가되고 있다.
이에 따라, 전장 부품의 전자파에 의한 오작동을 최소화하기 위한 하나의 방안으로 고성능 전자파 차폐(EMI Shielding) 코팅제의 개발 필요성이 크게 대두되고 있다.
한편, 최근 친환경, 대기오염 개선 및 에너지 절감 차원에서 자동차 분야에서 연비를 향상시키기 위한 연구 개발이 보다 활발히 일어나고 있다. 자동차를 구성하는 전장 부품에 있어서 필수 불가결한 전자파 차폐 코팅제는 기존에 금속성 필러를 포함함으로써, 우수한 전차파 차폐 성능을 확보할 수 있었으나, 금속성 필러를 포함함에 따라 코팅제 자체의 중량이 높아 자동차의 하중을 증가시키는 문제가 있었다.
이에 따라, 자동차 연비 향상 측면에서 자동차 경량화를 도모하면서도, 전자파 차폐 효과가 우수한 새로운 코팅제에 대한 개발이 시급한 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-0850007호 (2008.08.01) 대한민국 공개특허 제2004-0099821호 (2004.12.02) 대한민국 공개특허 제2017-0071896호 (2017.06.26)
본 발명은 자동차 전장 부품에 적용하기 위한 것으로, 전자파를 차폐할 수 있고, 전장 부품 표면에 코팅이 가능한 고차폐성 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 자동차 전장 부품에 적용이 가능하며, 전자파를 차폐할 수 있고, 전장부품 표면에 코팅이 가능한 고차폐성 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 또한, 금속성 필러를 포함하는 기존의 전자파 차폐 코팅제 조성물과 대비하여, 무기물 필러를 포함하면서도 우수한 전자파 차폐 효과를 가지며, 이에 따라 제조 단가가 절감된 자동차 전장 부품용 전차파 차폐 코팅제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 금속성 필러 대신 팽창 그라파이트와 같은 무기물 필러를 사용함으로써, 코팅제의 중량을 저감시키고 이에 따라 코팅제가 적용되는 자동차를 경량화할 수 있는 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물을 제공한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 실리콘계 수지 및 무기물 필러를 포함하는 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물은, 상기 무기물 필러는 팽창 그라파이트(Expanded graphite) 및 탄소 나노 튜브(Carbon nano tube)를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 실리콘계 수지는 폴리디메틸실록산(Polydimethyl siloxane, PDMS) 수지일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 무기물 필러는 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 중량%으로 포함될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 팽창 그라파이트는 평균 입도가 20 내지 100 ㎛(마이크로미터)일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 팽창 그라파이트와 상기 탄소 나노 튜브는 1: 1 내지 3의 중량비율로 포함될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물은 실란 커플링제를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 상술한 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물의 제조방법으로서, (a) 실리콘계 수지, 무기물 필러 및 경화제를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 (b) 상기 혼합물 내의 거품을 제거하는 단계; 및 (c) 상기 혼합물을 도포하고 경화시키는 단계; 를 포함하는 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계는 1500 내지 2500 rpm의 속도로 0.5 내지 5 분간 혼합하는 것일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 (b) 단계는 1800 내지 2700 rpm의 속도로 0.5 내지 5 분간 교반하는 것일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 (c) 단계는 혼합물을 도포한 후 50 내지 70℃의 온도를 유지하며 1 내지 5일 동안 경화시키는 것일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계의 무기물 필러는 (a-1) 에탄올과 실란 커플링제 및 아세트산을 3 내지 7분 간 상온에서 혼합하는 단계; (a-2) 상기 (a-1) 단계의 혼합물과 무기물 필러를 혼합한 후 25 내지 35 분 간 상온에서 혼합하는 단계; 및 (a-3) 상기 (a-2) 단계의 무기물 필러를 5 내지 15 분 간 원심분리한 후 70 내지 90℃의 온도를 유지하며 5 내지 10 시간 동안 건조시키는 단계; 를 통한 전처리 과정을 수행한 것일 수 있다.
본 발명에 따른 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물은 전자파 차폐 효과가 우수하다.
본 발명에 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물은 자동차의 전장 부품의 표면에 코팅이 가능한 효과를 가진다.
본 발명은 또한, 기존의 금속성 충진재를 포함하는 전차파 차폐 코팅제 조성물에 비해, 동등한 전자파 차폐 효과를 가지면서도 제조단가가 절감된 효과를 가진다.
본 발명에 따른 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물은 금속성 필러 대신 무기물 필러를 포함함으로써, 동등 전자파 차폐 효과 대비 경량화된 장점을 가진다. 따라서, 이를 적용하는 자동차의 경량화에 기여하는 장점을 가진다.
도 1은 실험예 1에서 제조된 비교예와 실시예의 시편 샘플 사진이다.
도 2는 실험예 1에서 흑연을 첨가한 비교예의 시편에 대한 기계적 물성 테스트 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 실험예 1에서 입도 140 ㎛의 팽창 그라파이트를 첨가한 비교예의 시편에 대한 기계적 물성 테스트 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실험예 1에서 입도 50 ㎛의 팽창 그라파이트를 첨가한 비교예의 시편에 대한 기계적 물성 테스트 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 실험예 1에서 입도 8 ㎛의 팽창 그라파이트를 첨가한 비교예의 시편에 대한 기계적 물성 테스트 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 실험예 1에서 입도 50 ㎛의 팽창 그라파이트와 탄소 나노 튜브를 첨가한 실시예의 시편에 대한 기계적 물성 테스트 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 실험예 1의 기계적 물성 테스트 결과를 나타낸 비교 그래프이다.
도 8은 실험예 2의 필러 입도별 180° peel test[좌] 및 probe tack test[우] 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 자동차 전차파 차폐 코팅제 조성물의 제조방법을 나타낸 공정순서도이다.
도 10은 본 발명에 따른 코팅제 조성물의 전자파 차폐 효과를 나타낸 시험성적서이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 각 구성을 보다 상세히 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 권리범위가 다음 내용에 의해 제한되지 아니한다.
본 발명에 따른 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물은 실리콘계 수지 및 무기물 필러를 포함하고, 상기 무기물 필러는 전체 중량 대비 1 내지 20 중량%로 포함된다.
자동차 전장 부품이란 자동차에 포함되는 모든 전기/전자 부품을 지칭하는 것으로서, 전기/전자 부품을 포함하는 장치 내에 전류가 흘러 동작할 때, 전자파가 방출된다.
전자파는 전자기파로도 불리우며, 전기장과 자기장으로 구성된 파동을 의미한다. 전장 부품에 전류가 흐를 때 자기장과 전기장이 형성되고, 이 것이 에너지 형태로 외부로 방출되게 된다.
이렇게 발생된 전자파는 다른 전자기기나 인체에 영향을 미칠 수 있으므로, 수많은 전장 부품을 활용하는 현대 사회에서는 전자파의 위험성을 차단하기 위한 다양한 기술이 개발되고 있다.
전자파가 방출되어 다른 전자기기를 방해하는 상태를 전자파 방해라고 하는데, 전자기기, 전장 부품에서 방출되는 전자파가 일정 수준을 넘으면, 다른 전자기기에 흐르는 전류를 방해하거나, 전류의 흐름을 변화시킴으로써 다른 전자기기에 오작동이 발생될 수 있다.
전자파에 의한 전자기기의 오작동은 의료기기나 자동차와 같이 인명사고로 이어질 수 있는 전자기기에서 큰 피해를 발생시킬 수 있으므로, 전자파의 방출이나, 장치 내의 다양한 전장 부품 간의 간섭을 방지할 수 있는 다양한 기술이 개발되고 있다.
또한, 강한 세기의 전자파는 인체에 유해한 영향을 줄 수 있어 전자파 인체보호기준이 마련되어 있는 일정이고, 약한 세기의 전자파는 인체에 영향이 없다고 알려져 있으나, 오랜 시간 노출되는 경우에는, 인체에 유행한 영향을 미칠 수 있다고 보고된 바도 있어, 이에 대한 주의 및 차단이 필요한 실정이다.
세계보건기구(WHO) 산하 국제 암연구소(IARC)에서 휴대전화 전자파의 암발생 등급을 2B(암 유발 가능 그룹, 통상 사람에 대한 발암성에 대한 근거가 제한적이고, 동물실험에서도 발암근거가 충분치 않음)로 분류하여 납, 가솔린 엔진 가스와 동등한 수준의 유해성을 갖는 것으로 보고 있다.
이에 따라, 본 발명은 수많은 전장 부품을 내장하고 있는 자동차 내에서 전장 부품 상호 간의 전자파 방출로 인한 간섭으로 발생될 수 있는 자동차의 오작동을 방지하고, 자동차 내에 탑승하는 사용자에게 전자파의 유해한 영향이 미치는 것을 방지하기 위해 자동차의 전장 부품의 표면을 코팅함으로써 전자파의 방출을 효과적으로 방지하는 기술에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 실리콘계 수지는 자동차 전장 부품의 표면에 친화력을 갖는 것이면 특별히 제한되지 않고 다양한 종류를 사용하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 폴리디메틸실록산(Polydimethyl siloxane, PDMS) 수지를 사용할 수 있다. 상기 소재를 포함함으로써 우수한 굽힘 강도 및 인장 강도를 나타내는 전자파 차폐 소재를 제조할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 무기물 필러는 해당 기술 분야에서 무기물 필러로 사용되는 것이면 특별히 제한되지 않고 다양하게 사용이 가능한데, 예를 들면, 탄소계 필러, 금속산화물 필러 등의 무기물로 이루어진 필러들을 사용할 수 있다.
바람직하게는, 탄소계 필러일 수 있고, 예를 들면, 팽창 그라파이트(Expanded graphite) 및 탄소 나노 튜브(Carbon nano tube)의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 탄소계 필러는 전도성을 가져, 자동차 전장 부품에서 방출되는 전자파를 흡수하여 코팅층 내로 흡수하거나, 외부로 방출되는 대신 자동차 전장 부품의 표면 코팅층으로 전도되어 제거될 수 있도록 하는 기능을 할 수 있다.
상기 팽창 그라파이트는 그라파이트 옥사이드라고도 하며, 산, 알칼리 및 염 등의 기차 화학물질을 천연 인상 흑연에 넣어 화학물질에 의해 흑연을 팽창시킨 것을 지칭한다.
본 발명에서는 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물에 팽창 그라파이트를 포함함으로써, 전자파의 방출을 방지하고, 나아가, 팽창 그라파이트의 난연 특성에 기인하여 전장 부품의 작동 시 발생되는 열에 의한 부품의 열화를 방지할 수 있는 효과를 가진다.
탄소계 소재인 팽창 그라파이트는 열전도도가 높고 기계적 물성이 우수하며 가벼워서 고기능성 복합재료를 요하는 분야에서 응용이 기대 되는 신소재로 주목받고 있다. 상기 팽창 그라파이트를 적용한 복합재료의 열전도도는 팽창 그라파이트가 박리된 정도, 분산상태, 종횡비에 따라 달라진다고 보고되고 있다.
상기 팽창 그라파이트를 사용하게 되면, 주재료인 실리콘 수지 내에서 분산이 안정적으로 이루어지기 때문에, 스프레이 코팅 방식을 적용할 수 있어 코팅과정을 용이하게 수행할 수 있어 유리하다.
종래의 스퍼터링 방식으로는 반도체가 아닌 모듈이나 기타 전장부품 등을 차폐 처리하는데 한계가 있었으나, 스프레이 코팅 방식에 따르면 노즐의 분사 각도 조절을 통해 수직면 코팅도 처리가 가능해져 다양한 부품에 적용이 가능하다.
특히, 종래의 스퍼터링 방식과 비교하여, 스프레이 코팅 방식에 따르면, 장비투자비는 1/4 정도로 감축이 되고, 생산속도는 40 % 정도 향상될 수 있어, 감가상각비와 생산성 향상 측면에서 유리하다.
한편, 상기 탄소 나노 튜브는 탄소로 이루어진 흑연의 한 층을 형성하고 육각형 벌집 모양의 평면구조인 그래핀을 나노 크기의 관 형태로 말아서 만들어진 튜브구조를 가지는 탄소 재료로서, 섬유 형태를 가진다.
본 발명에서는 팽창 그라파이트와 함께 탄소 나노 튜브를 함께 포함하는 혼합물 형태의 무기물 필러를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 탄소 나노 튜브는 섬유 형태로 구성되어 유연한 특성을 가지며, 전도성이 우수한 특성을 가진다.
상기 무기물 필러는, 조성물의 전제 중량을 기준으로, 1 내지 20 중량%로 포함될 수 있다. 바람직하게는, 5 내지 10 중량%로 포함될 수 있다.
이는 본 발명의 목적을 달성하기 위한 수치로서, 상기 수치보다 낮은 함량으로 포함하는 경우에는, 전자파 차폐 효과가 미비할 수 있고, 상기 함량보다 과량으로 첨가되는 경우에는 점도가 커서 코팅제로 도포하기에 부적합하거나, 전장 부품의 표면에 대한 코팅력과 접착력이 떨어지는 문제가 있으며, 조성물의 제조 단가가 증가하여 생산성이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 팽창 그라파이트는 평균 입도가 20 내지 100 ㎛(마이크로미터)인 것을 사용할 수 있다. 보다 바람직하게는, 40 내지 60 ㎛(마이크로미터)인 것을 사용할 수 있다.
상기 범위보다 큰 입도를 가지는 경우에는, 균제도(균일분포)가 저하되는 문제가 있고, 상기 범위보다 낮은 입도를 가지는 경우에는, 입자의 응집이 발생될 수 있는 문제가 있다.
상기 무기물 필러는 상기 팽창 그라파이트와 상기 탄소 나노 튜브는 1: 1 내지 3의 중량비율로 포함할 수 있다.
상기 비율보다 탄소 나노 튜브의 비율이 증가하는 경우에는, 입자들의 균제도(균일분포)가 저하되는 문제가 있을 수 있고, 상기 비율보다 탄소 나노 튜브의 비율이 감소하는 경우에는, 전도도 성능이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
본 발명에 따른 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물은, 필요에 따라 접착성을 향상시키거나, 전장 부품의 표면에서 발생되는 열에 의한 수지의 노화, 시간의 경과에 따른 수지의 노화를 방지하기 위해 노화방지제를 첨가하거나, 전장 부품의 표면에서의 접착력을 향상시키기 위해 추가 접착 성분을 더 포함할 수 있다.
또한, 코팅제 내의 기포를 제거하기 위한 소포제, 조성물 내의 무기물 필러의 분산성을 향상시키기 위한 분산제, 전장 부품에서 발생되는 열에 의한 발화를 방지하기 위한 난연제나 불연제를 추가로 첨가할 수 있다.
상기와 같은 추가 성분은 본 발명의 목적을 해하지 않는 범위 내에서 다양하게 첨가가 가능하며, 이의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 0.01 내지 10 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.
상기 함량보다 소량으로 첨가되는 경우에는, 해당 성분을 첨가하더라도 그 기능을 발휘하지 못하여 무용한 문제점이 있고, 상기 함량보다 과량으로 첨가하는 경우에는, 코팅제 조성물로서 점도가 너무 높거나, 스프레이 분사 등에 의한 코팅이 어려운 물성을 가지는 문제가 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 자동차 전장 부품용 전차파 차폐 코팅제 조성물은 실란 커플링제를 더 포함할 수 있다.
실란 커플링제는 무기 재료와 유기 재료의 부착력을 향상시키는 물질로 알려져 있는 물질로, 본 발명과 같이 코팅제 조성물 내에 실리콘계 수지와 무기물 필러를 포함하는 경우에, 혼화성을 보다 향상시키면서도, 전장 부품의 표면에 접착력과 코팅력을 보다 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
본 발명에 따른 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물은 점도가 1 내지 500 cps(centipoise)일 수 있고, 이를 이용하여 전장 부품의 표면에 형성된 코팅막의 전자파 차폐율은 전자파 차폐율 20 dB 이상(ASTM D4935 기준)일 수 있다.
본 발명에 따른 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물은 부품의 종류와 상관없이 다양한 부품에 적용이 가능하고, 코팅제가 도포되는 표면이 플라스틱이거나 금속, 반도체와 같이 비금속성 소재이더라도 적용이 가능한 장점을 가진다.
한편, 본 발명에 다른 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물의 제조방법은 (a) 실리콘계 수지, 무기물 필러 및 경화제를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계 및 (b) 상기 혼합물 내의 거품을 제거하는 단계 및 (c) 상기 혼합물을 도포하고 경화시키는 단계를 포함한다.
상기 실리콘계 수지와 무기물 필러를 믹서에 넣고 경화제를 넣어 혼합한 후, 이 혼합물 내에 형성된 거품을 제거하는 단계를 거친다.
구체적으로, 상기 (a) 단계는 1500 내지 2500 rpm의 속도로 0.5 내지 5 분간 혼합하는 것일 수 있다. 보다 바람직하게는, 1800 내지 2200 rpm의 속도로 1 내지 3 분간 혼합하는 것일 수 있다.
이 때, 혼합과정을 1회만 수행하지 않고, 2회 이상으로 수행할 수 있고, 보다 바람직하게는, 2 내지 4회 반복 수행할 수 있다. 반복 수행하는 경우, 혼합물이 보다 균일하게 혼합될 수 있다.
상기 혼합과정에서 상기 속도보다 빠르게 혼합하는 경우, 혼합물이 불균일하게 혼합되어 균제도 불량이 발생될 수 있는 문제가 있을 수 있고, 상기 속도보다 느리게 혼합하는 경우, 혼합물 내에 기포가 과다하게 포함될 수 있는 문제가 있다.
여기서, 상기 경화제는 유기 과산화물계(Organic Peroxide), 이소시아네이트계(isocyanate), 아조계(azo), 아민계(Amine), 이미다졸계(imidazole) 등을 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 상기 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물을 경화시킬 수 있는 다양한 물질들을 사용할 수 있다.
상기 거품을 제거하는 단계는, 승온, 소포제 첨가, 휴지 등의 다양한 방법으로 수행될 수 있는데, 거품을 제거함으로써 코팅제 조성물을 이용하여 형성된 코팅막의 내구성 저하와 노화를 방지하기 위함이다.
거품이 포함된 상태로 코팅막이 형성되면, 점도가 높지 않은 코팅제 조성물이 굳으면서 두께가 얇은 막을 형성하게 되는데, 거품이나 기포는 코팅막의 강도를 약하게 하는 결함으로 작용하게 되어, 코팅막의 내구성이 떨어지는 문제가 발생될 수 있다.
바람직하게는, 상기 (b) 단계는 1800 내지 2700 rpm의 속도로 0.5 내지 5 분간 교반하는 것일 수 있다. 보다 바람직하게는, 2000 내지 2500 rpm의 속도로 1 내지 3분간 교반하는 것일 수 있다.
상기 속도보다 빠른 속도로 교반하는 경우에는, 조성물 내에 구성성분의 불균일 배합이 발생될 수 있는 문제가 있을 수 있고, 상기 속보보다 느린 속도로 교반하는 경우에는, 기포가 충분히 제거되지 않는 문제가 있을 수 있다.
상기 (c) 단계는 혼합물을 도포한 후 50 내지 70℃의 온도를 유지하며 1 내지 5일 동안 경화시키는 것일 수 있다.
보다 바람직하게는, 55 내지 65℃의 온도를 유지하며 2 내지 4일 동안 경화시키는 것일 수 있다.
상기 온도보다 높은 온도에서 수행하는 경우, 점도가 높아지거나, 크랙 발생 등의 물성이 변화되는 문제가 있고, 상기 온도보다 낮은 온도에서 수행하는 경우에는, 충분히 경화되지 않는 문제가 있을 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물은 실란 커플링제를 더 포함할 수 있으며, 바람직하게는, 무기물 필러 표면에 코팅된 형태로 첨가되는 것일 수 있다. 다만, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐, 코팅된 형태로 첨가하지 않더라도, 실란 커플링제의 기능을 만족할 수 있는 범위 내에서 본 발명의 범주에 속한다고 볼 것이다.
이에 따라, 상기 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물의 제조방법에 있어서, 상기 무기물 필러를 상기 실란 커플링제로 코팅하는 전처리 과정을 더 수행할 수 있다.
구체적으로, 상기 (a) 단계의 무기물 필러는 (a-1) 에탄올과 실란 커플링제 및 아세트산을 3 내지 7분 간 상온에서 혼합하는 단계, (a-2) 상기 (a-1) 단계의 혼합물과 무기물 필러를 혼합한 후 25 내지 35 분 간 상온에서 혼합하는 단계 및 (a-3) 상기 (a-2) 단계의 무기물 필러를 5 내지 15 분 간 원심분리한 후 70 내지 90℃의 온도를 유지하며 5 내지 10 시간 동안 건조시키는 단계를 통한 전처리 과정을 수행함으로써, 실란 커플링제로 코팅된 무기물 필러로 구성될 수 있다.
상기 (a-1) 단계에서 아세트 산은 혼합물 전체 부피를 기준으로 1 내지 5 부피%로 첨가될 수 있고, 보다 바람직하게는, 1.5 내지 2.5 부피%로 첨가될 수 있다.
상기 함량보다 과량으로 첨가되는 경우에는, 기계적 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 상기 함량보다 소량으로 첨가되는 경우에는, 결합력(부착력)이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
또한, 상기 (a-1) 단계에서 혼합하는 시간은 2 내지 6분 간 수행될 수 있다. 상기 시간보다 오래 혼합하는 경우에는, 혼합 용액의 점성이 증가하는 문제가 있고, 상기 시간보다 짧게 혼합하는 경우에는, 충분히 혼합이 일어나지 않는 문제가 있을 수 있다.
상기 (a-2) 단계에서 상기 실란 커플링제 혼합물과 무기물 필러는 바람직하게는, 27 내지 33 분 간 혼합할 수 있다.
상기 시간보다 오래 혼합하는 경우에는, 기계적 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 상기 시간보다 짧게 혼합하는 경우에는, 무기물 필러의 표면에 혼합물이 충분히 적셔지지 않아 균일한 코팅층을 형성하기 어려운 문제가 있다.
최종적으로 (a-3) 단계에서는 혼합물을 원심분리기를 통해 7 내지 12 분간 교반하여 코팅된 무기물 필러를 분리하고, 75 내지 85℃의 온도 조건에서 7 내지 9 시간 동안 건조시킴으로써 코팅된 필러를 완성한다.
이러한 전처리 과정을 거친 무기물 필러는, 상술한 일련의 과정을 거쳐, 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물로 제조된다.
상기 과정에 따라 제조된 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물은 자동차의 전장 부품 표면에 도포한 후 경화시킴으로써 코팅막을 형성하고 이에 따라 전자파 차폐 효과를 얻을 수 있다.
이하에서는, 실시예에 기초하여 발명을 보다 상세히 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 권리범위는 이에 제한되지 않고 다양한 변형이 가능하다.
실험예 1 - 충진재 종류와 함량에 따른 기계적 물성 테스트
PDMS에 경화제, 무기물 필러를 첨가하고, 2000 rpm의 속도로 1분 동안 혼합한 후, 이를 3회 반복하여 혼합물을 제조하였다. 이 후, 2200 rpm의 속도로 1분간 추가로 교반하여 기포를 제거하는 과정(Defoam)을 수행하였다.
제조된 혼합물을 기계적 물성 테스트를 위한 시편을 형성하기 위해 시편용 몰드에 넣고 캐스팅하여 60℃의 온도에서 3일간 경화시켜 시편을 제작하였다.
무기물 필러의 조성은 표 1에 나타냈으며, 각 시편에 대한 인장시험 테스트 결과는 표 2 및 도 2 내지 6에 나타냈다.
Sample 구분 실리콘(S) 충진재(Filler)
PDMS
(g)		 Hardener
(g)		 Graphite
(g)		 Expanded
graphite
140μm
(g) 		Expanded
graphite
50μm
(g) 		Expanded
graphite
8μm
(g) 		EG(50um)+CNT
(g)
S-Base 15.0 1.5 - - - - -
S-G-1wt% 14.9 1.4 0.17 - - - -
S-G-3wt% 14.6 1.4 0.50 - - - -
S-G-5wt% 14.3 1.4 0.85 - - - -
S-G-10wt% 13.6 1.3 1.62 - - - -
S-G-20wt% 12.1 1.2 3.28 - - - -
S-EG140-1wt% 14.9 1.4 - 0.17 - - -
S-EG140-3wt% 14.7 1.4 - 0.49 - - -
S-EG140-5wt% 14.3 1.4 - 0.83 - - -
S-EG140-10wt% 13.5 1.3 - 1.59 - - -
S-EG140-20wt% 12.0 1.2 - 3.27 - - -
S-EG50-1wt% 14.9 1.4 - - 0.16 - -
S-EG50-3wt% 14.6 1.4 - - 0.48 - -
S-EG50-5wt% 14.2 1.4 - - 0.85 - -
S-EG50-10wt% 13.6 1.3 - - 1.59 - -
S-EG50-20wt% 12.0 1.2 - - 3.20 - -
S-EG8-1wt% 14.8 1.4 - - - 0.16 -
S-EG8-3wt% 14.5 1.4 - - - 0.51 -
S-EG8-5wt% 14.2 1.4 - - - 0.83 -
S-EG8-10wt% 13.5 1.3 - - - 1.62 -
S-EG8-20wt% 12.1 1.2 - - - 3.21 -
S-EG/C-1wt% 14.8 1.4 - - - - 0.17
S-EG/C-3wt% 14.6 1.4 - - - - 0.50
S-EG/C-5wt% 14.3 1.4 - - - - 0.84
S-EG/C-10wt% 13.5 1.3 - - - - 1.63
S-EG/C-20wt% 12.0 1.2 - - - - 3.21
Exp. Silicone Polymer/Filler Composite Tensile experiment
PDMS
(g)		 Hardener
(g)		 filler
(g) 		Modulus
(Mpa)		 Stress
(Mpa)		 Strain
(%)
S-Base 15.0 1.5 - 0.15 0.43 255.00
S-G-1wt% 14.9 1.4 0.17 0.11 0.41 231.00
S-G-3wt% 14.6 1.4 0.50 0.19 0.46 350.00
S-G-5wt% 14.3 1.4 0.85 0.10 0.35 180.00
S-G-10wt% 13.6 1.3 1.62 0.14 0.32 219.00
S-G-20wt% 12.1 1.2 3.28 0.24 0.28 185.00
S-EG140-1wt% 14.9 1.4 0.17 0.11 0.40 174.10
S-EG140-3wt% 14.7 1.4 0.49 0.13 0.33 171.00
S-EG140-5wt% 14.3 1.4 0.83 0.13 0.32 171.80
S-EG140-10wt% 13.5 1.3 1.59 0.27 0.21 127.90
S-EG140-20wt% 12.0 1.2 3.27 0.41 0.14 98.50
S-EG50-1wt% 14.9 1.4 0.16 0.11 0.38 173.00
S-EG50-3wt% 14.6 1.4 0.48 0.11 0.38 185.00
S-EG50-5wt% 14.2 1.4 0.85 0.12 0.35 201.00
S-EG50-10wt% 13.6 1.3 1.59 0.17 0.31 197.00
S-EG50-20wt% 12.0 1.2 3.20 0.39 0.24 141.00
S-EG8-1wt% 14.8 1.4 0.16 0.11 0.35 169.00
S-EG8-3wt% 14.5 1.4 0.51 0.12 0.37 186.00
S-EG8-5wt% 14.2 1.4 0.83 0.14 0.32 167.00
S-EG8-10wt% 13.5 1.3 1.62 0.19 0.32 165.00
S-EG8-20wt% 12.1 1.2 3.21 0.31 0.37 131.00
S-Base 15.0 1.5 - 0.10 0.44 262.00
S-EG/C-1wt% 14.8 1.4 0.17 0.11 0.36 177.00
S-EG/C-3wt% 14.6 1.4 0.50 0.20 0.42 242.00
S-EG/C-5wt% 14.3 1.4 0.84 0.27 0.27 113.00
S-EG/C-10wt% 13.5 1.3 1.63 0.61 0.36 114.00
S-EG/C-20wt% 12.0 1.2 3.21 0.90 0.25 91.20
(G: Graphite, EG140: 140 ㎛ 입경의 팽창 그라파이트, EG/C: 50 ㎛ 입경의 팽창 그라파이트+탄소 나노 튜브 1:1 중량비율 혼합물)
실험예 2 - 실란 커플링제 첨가에 따른 접착력 테스트
상기 결과 중 팽창 그라파이트와 탄소 나노 튜브를 필러로 포함하는 시편에 대해, 실란 커플링제를 추가하여 접착 시편을 제조하고, 180° peel test 및 probe tack test를 이용하여 방열 실리콘 접착제의 접착 물성을 조사하였다.
180° peel test는 길이 200 mm, 두께 25 mm의 접착제 시편을 SUS에 붙이고 2 kg의 고무롤러를 2번 왕복하여 접착시키고, 20분 간 대기한 후, 300 mm/min의 test speed로 측정하였다.
Probe tack test는 ASTM D2979에 따라 측정하였다, Tack strength를 총 5회 이상 측정하여 최댓값과 최솟값을 제외한 나머지의 평균값을 구하였다.
각 측정값의 결과는 표 3과 도 8에 도시하였다.
Sample 혼합충진재
입도크기(μm)		 180° Peel Strength
(gf/25mm)		 Probe Tack Strength
(gf)
EG/CNT-1 8 45.8 201.5
EG/CNT-2 50 34.8 165.4
EG/CNT-3 140 14.3 87.4
상기 표 2를 참고하면, 충진재(Filler)를 EG(Expanded Graphite: 팽창그라파이트)만 사용한 것 보다 EG/CNT 혼합 충진재의 열전달특성은 우수하게 나타남을 확인할 수 있다.
특히 EG/CNT 20wt%시편 측정 modulus가 가장 높아서 치수안정화 측면(변형성 낮아짐)에 효과적으로 적용 가능할 것으로 예상된다.
반면, stress(응력) 및 strain(변형률) 값은 낮아지므로 기본적인 기계적 물성확보(응력/변형)를 위해 20wt%를 최적비율로 추정하였다(Stress 및 strain값이 지나치게 낮아지면 진동 등 외부의 힘에 파손되기 쉬워지는 문제가 발생될 수 있음).
전동차 전장 부품 적용을 위해서는 전자파 차폐 측면에서 볼 때 충진재의 함량이 높으면 좋으나 20wt% 수준에서 기계적물성(modulus, stress)의 저하없이 전자파 차폐 효과를 극대화할 수 있을 것으로 분석되었다.
상기 표 3에 따르면, 무기물 필러로서 평균 입도가 8 ㎛인 팽창 그라파이트와 탄소 나노 튜브를 함께 사용하는 경우, 가장 우수한 접착력 결과를 나타냈고, 평균 입도가 50 ㎛인 팽창 그라파이트와 탄소 나노 튜브를 함께 사용하는 경우에도 거의 비슷한 수준의 접착력을 가짐을 확인할 수 있다.
이에 따라, 접착력이 우수하면서도, 기계적 물성이 우수한 평균 입도가 50 ㎛인 팽창 그라파이트와 탄소 나노 튜브를 무기물 필러로 포함하는 코팅제 조성물이 가장 자동차 전장 부품에 코팅하여 사용하기 적합함을 확인할 수 있다.
실험예 3 - 전자파 차폐 효과 확인 실험
상기 실험예 2에서 사용된 평균 입도가 50 ㎛인 팽창 그라파이트와 탄소 나노 튜브를 무기물 필러로 포함하는 코팅제 조성물을 이용하여 전자파 차폐 효과 평가 실험을 진행하였다.
ASTM D4935에 따른 전자파 차폐율 평가방법으로 수행하였으며, 한국고분자시험연구소에 의뢰하여 진행하였다.
도 10은 본 발명에 따른 코팅제 조성물의 전자파 차폐 효과를 나타낸 시험성적서이다.
도 10을 참고하면, 20.2 dB 이상의 전자파 차폐율을 갖는 것으로 확인되었는 바, 상술한 기계적 물성 및 접착력이 우수하면서도 전자파 차폐 효과가 우수하여, 자동차 전장 부품에 사용하기 적합함을 확인할 수 있다.

Claims (11)

  1. 실리콘계 수지 및 무기물 필러를 포함하는 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물로서,
    상기 무기물 필러는 팽창 그라파이트(Expanded graphite) 및 탄소 나노 튜브(Carbon nano tube)를 포함하고,
    상기 팽창 그라파이트는 평균 입도가 40 내지 60 μm이며,
    상기 팽창 그라파이트와 상기 탄소 나노 튜브는 1:1 내지 3의 중량비율로 포함되고,
    상기 조성물의 점도는 1 내지 500 cps(centipoise)인,
    스프레이 코팅 방식으로 자동차 전장 부품을 코팅하는 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘계 수지는 폴리디메틸실록산(Polydimethyl siloxane, PDMS) 수지인 것을 특징으로 하는 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무기물 필러는 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 중량%으로 포함되는 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물은 실란 커플링제를 더 포함하는 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물.
  7. 제1항에 따른 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물의 제조방법으로서,
    (a) 실리콘계 수지, 평균 입도가 40 내지 60 μm인 팽창 그라파이트와 탄소 나노 튜브가 1:1 내지 3의 중량비율로 혼합된 무기물 필러 및 경화제를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및
    (b) 상기 혼합물 내의 거품을 제거하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 조성물의 점도는 1 내지 500 cps(centipoise)이고;
    상기 조성물은 스프레이 코팅 방식으로 자동차 전장 부품을 코팅하는 것을 특징으로 하는 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 1500 내지 2500 rpm의 속도로 0.5 내지 5 분간 혼합하는 것인 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 1800 내지 2700 rpm의 속도로 0.5 내지 5 분간 교반하는 것인 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 혼합물을 도포한 후 50 내지 70℃의 온도를 유지하며 1 내지 5일 동안 경화시키는 것인 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물의 제조방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 (a) 단계의 무기물 필러는,
    (a-1) 에탄올과 실란 커플링제 및 아세트산을 3 내지 7분 간 상온에서 혼합하는 단계;
    (a-2) 상기 (a-1) 단계의 혼합물과 무기물 필러를 혼합한 후 25 내지 35 분 간 상온에서 혼합하는 단계; 및
    (a-3) 상기 (a-2) 단계의 무기물 필러를 5 내지 15 분 간 원심분리한 후 70 내지 90℃의 온도를 유지하며 5 내지 10 시간 동안 건조시키는 단계;
    를 통한 전처리 과정을 수행한 것인 자동차 전장 부품용 전자파 차폐 코팅제 조성물의 제조방법.
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