KR102687894B1 - 복합소재 기반의 전자파 차폐재 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
전술한 바와 같은 과제를 실현하기 위한 본 발명의 다양한 실시예에 따른 복합소재 기반의 전자파 차폐재 제조 방법이 개시된다. 상기 방법은, 고분자 재료 및 강화재를 혼합하는 단계, 상기 고분자 재료에 상기 강화재를 분산시켜 복합소재를 생성하는 단계 및 상기 복합소재를 기반으로 전자파 차폐재를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 전자파 차폐에 관련한 복합소재에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 전기적 물성뿐 아니라, 기계적 물성, 성형성 및 가공성이 우수한 전자파 차폐 성능을 조성물과 이를 이용하여 제조한 차폐재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
오늘날 산업발달에 따라 첨단기기가 대량 보급되고 있으며, 이러한 첨단기기(예컨대, 자동차, 의료기기, 스마트폰 등)의 사용은 사람들의 삶을 보다 편리하고, 윤택하고 만들어주고 있다.
다만, 그 이면에는 사람들의 인체 건강에 치명적인 영향을 주는 유해요인 즉 전자파를 발생시킨다는 문제점이 있다. 최근 전자기기 기술의 발달로, 전자 제품의 소형화, 고집적화로 인해 전자 제품의 보급이 급속히 늘어나고 있으며, 지속적으로 전자, 정보화 환경이 발전함에 따라 고주파 대역의 사용량이 증가하고 있고, 고밀도 디바이스에 의한 전자파 출력이 증가하고 있다.
전자파는 인체 내 호르몬 분비체계 또는 면역세포 등에 악영향을 미칠 수 있다. 예컨대, 사용자가 전자파에 장시간 노출되는 경우, 체온 및 생체리듬의 변화로 인해 두통, 수면장애, 기억력 상실 등의 부작용을 야기시킬 수 있으며, 백혈병, 외종양, 유방암, 치매, 남성불임 등의 원인으로도 작용할 수 있다.
이러한 전자파는, 인체 건강에 안좋은 영향을 미칠 뿐만 아니라, 다른 전자기기 또는 시스템에 성능 저하, 오동작 또는 고장 등에 영향을 주는 전자파 장해를 발생시키고 있으며, 이러한 전자파 장해 문제는 산업적, 군사적, 환경적 측면에서 큰 이슈가 되고 있다.
특히, 최근 친환경 트렌드에 발맞추어 전기자동차의 점유율이 크게 증가하고 있으며, 또한, 자율주행 기술의 상용화를 위해 광대역 주파수의 네트워크 기술이 차량에 적용되고 있다. 일례로, 증가한 인포테인먼트 시스템과 레이더 시스템 및 후석 승객 알림 등 기존 보다 많은 전기 부품과 높은 주파수의 전파 기술이 자동차에 적용되고 있으며, 전기자동차의 모터 및 배터리 등 전자파 발생원이 차량 내에 증가하고 있다. 이에 따라, 자동차 탑승자가 기존보다 더 많은 전자파 환경에 노출되고 있는 실정이며, 전자파 장해로 인해 주변 기기의 오작동 또는 고장을 발생시켜 탑승자의 안전을 위협할 수 있다.
한편, 전기전도성이 높아짐에 따라 전자파 차폐 효과가 증가하기 때문에, 주로 금속 소재를 활용하여 전자파 차폐 소재를 제조한다. 금속 소재의 경우, 주위 환경에 의해 가해지는 열 에너지를 빠른 속도로 확산시켜주기에 열에 민감한 전자 부품을 국부적으로 고온환경에서 보호할 수 있으며, 또한, 높은 기계적 강성을 구현할 수 있다.
그러나 금속 소재 특성으로 인한 전자파 차폐의 경우, 반사작용에 의해 기기내부에서 발생되는 전자파의 효과적인 차폐를 구현하는 데는 부족함이 있다. 또한, 복잡하고 다양한 디자인을 갖는 제품을 대량 생산함에 있어서, 연속 생산성 및 후 공정에 드는 비용이 높으며, 고밀도로 인해 경량화 소재를 구현하는 데 한계가 있다.
또한, 최근 차폐 관련 소재(코어쉘, 탄소섬유 등)를 이용하여 차폐재가 개발되고 있으나, 이러한 차폐재는 코팅 형태 또는 필름 형태로 제조됨에 따라 사용성(또는 쓰임새)에 한계가 있으며, 우수한 특성에 비해 상용화하기에는 소재 가격으로 인한 경제성에 한계가 있다.
따라서, 당 업계에는, 전자파차폐성, 기계적물성, 가공성, 성형성, 경제성 등이 우수한 차폐재의 제조 방법에 대한 연구 개발 수요가 존재할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전기적 물성뿐 아니라, 기계적 물성, 성형성 및 가공성이 우수한 전자파 차폐 성능을 조성물과 이를 이용하여 제조한 차폐재 및 그 제조 방법을 제공하기 위함이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다양한 실시예에 따른 복합소재 기반의 전자파 차폐재 제조 방법이 개시된다. 상기 방법은, 고분자 재료 및 강화재를 혼합하는 단계, 상기 고분자 재료에 상기 강화재를 분산시켜 복합소재를 생성하는 단계 및 상기 복합소재를 기반으로 전자파 차폐재를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 상기 고분자 재료는, 폴리머에 관한 것으로, 폴리에틸렌 테레프타레이트(PET, Polyethylene Terephthalate), 폴리아미드(PA, Polyamide) 및 폴리프로필렌(PP, Polypropylene) 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 강화재는, 철계 또는 비철계에 대응하는 금속계 재료에 관한 것으로, 철, 니켈, 코발트, 합금강, 알루미늄 및 구리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 상기 강화재는, 비금속계 재료에 관한 것으로, 카본계 탄소섬유 및 무기질계 황산바륨 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 상기 강화재는, 구, 타원, 원통, 판형, 다공성, 구형 및 코어쉘 중 적어도 하나에 대응하는 형상을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 상기 강화재는, 상기 고분자 재료에 내에 특정 배열을 형성하도록 분산되는 것을 특징으로 하며, 상기 특정 배열은, 불규칙 배열, 층상 배열 및 지그재그 배열을 포함할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 상기 고분자 재료에 상기 강화재를 분산시켜 복합소재를 생성하는 단계는, 일 공간을 형성하는 하우징 내 스크류를 활용한 회전을 통해 상기 고분자 재료에 상기 강화재가 상기 불규칙 배열을 갖도록 분산시켜 상기 복합소재를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 상기 고분자 재료에 강화재를 분산시켜 복합소재를 생성하는 단계는, 상기 강화재가 철계 금속인 경우, 그물망 구조를 가진 전기선로를 활용하여 상기 고분자 재료에 상기 강화재가 상기 층상 배열 또는 상기 지그재그 배열을 갖도록 분산시켜 상기 복합소재를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 상기 고분자 재료에 강화재를 분산시켜 복합소재를 생성하는 단계는, 상기 강화재가 비철계 금속 또는 비금속계인 경우, 라인 패턴을 가진 몰드를 활용하여 상기 고분자 재료에 상기 강화재가 상기 층상 배열 또는 상기 지그재그 배열을 형성하도록 상기 복합소재를 생성하는 것을 특징으로 하며, 상기 라인 패턴은, 상기 강화재에 포함된 결정 각각이 위치되도록 일 방향으로 형성된 복수 개의 홈을 포함할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 상기 전자파 차폐재의 표면에는, 전자파가 접촉되는 경우, 상기 전자파를 일 방향으로 이동시키기 위한 배열 패턴이 형성된 것을 특징으로 하며, 상기 배열 패턴은, 표피층, 상기 표피층의 상부 방향에 미리 설정된 각도를 통해 돌출되어 구비되는 돌출층 및 상기 돌출층에 구비되는 투과홀을 포함할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 상기 돌출층은, 상기 표피층의 일면과 일정 각도를 형성하도록 돌출되는 제1돌출부 및 상기 제1돌출부에 연결되어 구비되되, 상기 표피층과 가까워지는 방향으로 연장되어 상기 제1돌출부와 소정 각도를 형성하는 제2돌출부를 포함할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 상기 복합소재를 기반으로 전자파 차폐재를 제조하는 단계는, 가열하여 용융시킨 복합소재를 노즐을 통해 특정 형상의 금형 내에 투입하고, 냉각시켜 특정 형상에 대응하는 차폐재를 제조하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 전기적 물성뿐 아니라, 기계적 물성, 성형성 및 가공성이 우수한 전자파 차폐재를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 비금속계 재료를 통해 차폐재를 구현하여, 금속소재의 포함을 대체함으로써, 경량성, 성형성 및 가공성을 향상된 차폐재를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 코팅형, 필름형 등 얇은 막의 형태를 가진 차폐제 보다 향상된 기계적 물성을 확보하여 다양한 형상의 차폐재를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명은 차폐재 제조 시, 별도의 후처리 공정이 요구되지 않아 공정 상의 편의성을 제공할 수 있다.
추가적으로, 본 발명은, 친환경(재생) 소재를 활용하여 차폐재를 구성할 수 있으므로, 비용을 절감하는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
다양한 양상들이 이제 도면들을 참조로 기재되며, 여기서 유사한 참조 번호들은 총괄적으로 유사한 구성요소들을 지칭하는데 이용된다. 이하의 실시예에서, 설명 목적을 위해, 다수의 특정 세부사항들이 하나 이상의 양상들의 총체적 이해를 제공하기 위해 제시된다. 그러나, 그러한 양상(들)이 이러한 구체적인 세부사항들 없이 실시될 수 있음은 명백할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 복합소재 기반의 전자파 차폐재를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 복합소재 기반의 전자파 차폐재의 제조 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 전자파 차폐 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예와 관련된 복합소재 기반의 전자파 차폐재의 제조 방법을 예시적으로 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예와 관련된 강화재의 다양한 형상을 예시적으로 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예와 관련된 복합소재 내에서 강화재의 다양한 배열을 예시적으로 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예와 관련된 복합소재를 통해 전자파 차폐재를 제조하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예와 관련된 복합소재를 통해 전자파 차폐재를 제조하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예와 관련된 복합소재를 통해 전자파 차폐재를 제조하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예와 관련된 차폐재의 표면 형상에 따른 차폐 효과의 변화를 설명하기 위한 예시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예와 관련된 차폐재의 다양한 표면 패턴을 예시적으로 나타낸 예시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예와 관련된 표면 패턴의 구체적인 형상을 예시적으로 나타낸 예시도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 복합소재 기반의 전자파 차폐재를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 복합소재 기반의 전자파 차폐재의 제조 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 전자파 차폐 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예와 관련된 복합소재 기반의 전자파 차폐재의 제조 방법을 예시적으로 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예와 관련된 강화재의 다양한 형상을 예시적으로 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예와 관련된 복합소재 내에서 강화재의 다양한 배열을 예시적으로 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예와 관련된 복합소재를 통해 전자파 차폐재를 제조하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예와 관련된 복합소재를 통해 전자파 차폐재를 제조하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예와 관련된 복합소재를 통해 전자파 차폐재를 제조하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예와 관련된 차폐재의 표면 형상에 따른 차폐 효과의 변화를 설명하기 위한 예시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예와 관련된 차폐재의 다양한 표면 패턴을 예시적으로 나타낸 예시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예와 관련된 표면 패턴의 구체적인 형상을 예시적으로 나타낸 예시도이다.
다양한 실시예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나 이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 감지될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다. 구체적으로, 본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "양상", "예시" 등은 기술되는 임의의 양상 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되지 않을 수도 있다.
이하, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않는다.
비록 제 1, 제 2 등이 다양한 소자나 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자나 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자나 구성요소를 다른 소자나 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제 1 소자나 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제 2 소자나 구성요소 일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
더불어, 용어 "또는"은 배타적 "또는"이 아니라 내포적 "또는"을 의미하는 것으로 의도된다. 즉, 달리 특정되지 않거나 문맥상 명확하지 않은 경우에, "X는 A 또는 B를 이용한다"는 자연적인 내포적 치환 중 하나를 의미하는 것으로 의도된다. 즉, X가 A를 이용하거나; X가 B를 이용하거나; 또는 X가 A 및 B 모두를 이용하는 경우, "X는 A 또는 B를 이용한다"가 이들 경우들 어느 것으로도 적용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 "및/또는"이라는 용어는 열거된 관련 아이템들 중 하나 이상의 아이템의 가능한 모든 조합을 지칭하고 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나 이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 달리 특정되지 않거나 단수 형태를 지시하는 것으로 문맥상 명확하지 않은 경우에, 본 명세서와 청구범위에서 단수는 일반적으로 "하나 또는 그 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 “직접 연결되어” 있다거나 “직접 접속되어”있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하의 설명에서 사용되는 구성 요소에 대한 접미사 “모듈” 및 “부”는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
구성 요소(elements) 또는 층이 다른 구성 요소 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 구성 요소 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 구성 요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 구성 요소가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 구성 요소 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소 또는 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다.
예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성 요소를 뒤집을 경우, 다른 구성 요소의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성 요소는 다른 구성 요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성 요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명하는데 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예들은 본 발명이 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 개시의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 복합소재 기반의 전자파 차폐재를 예시적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 복합소재 기반의 전자파 차폐재의 제조 과정을 설명하기 위한 예시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 전자파 차폐 과정을 설명하기 위한 예시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예와 관련된 복합소재 기반의 전자파 차폐재의 제조 방법을 예시적으로 나타낸 순서도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예와 관련된 강화재의 다양한 형상을 예시적으로 나타낸 예시도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예와 관련된 복합소재 내에서 강화재의 다양한 배열을 예시적으로 나타낸 예시도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예와 관련된 복합소재를 통해 전자파 차폐재를 제조하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예와 관련된 복합소재를 통해 전자파 차폐재를 제조하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다. 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예와 관련된 복합소재를 통해 전자파 차폐재를 제조하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예와 관련된 차폐재의 표면 형상에 따른 차폐 효과의 변화를 설명하기 위한 예시도이다. 도 11은 본 발명의 일 실시예와 관련된 차폐재의 다양한 표면 패턴을 예시적으로 나타낸 예시도이다. 도 12는 본 발명의 일 실시예와 관련된 표면 패턴의 구체적인 형상을 예시적으로 나타낸 예시도이다.
본 발명의 복합소재 기반의 전자파 차폐재(1000)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 고분자 재료(100) 및 강화재(200)를 포함할 수 있다. 전술한 컴포넌트들은 예시적인 것으로, 본 발명의 복합소재 기반의 전자파 차폐재는 전술한 컴포넌트들로 제한되지 않는다. 즉, 본 발명의 실시예들에 대한 구현 양태에 따라 추가적인 컴포넌터들이 포함되거나 또는 전술한 컴포넌트들 중 적어도 일부가 생략될 수 있다.
일 실시예에서, 복합소재 기반의 전자파 차폐재(1000)는 고분자 재료(100) 및 강화재(200)를 통해 구성된 복합소재(1000a)에 기반하여 제조될 수 있다.
실시예에서, 고분자 재료(100)는 폴리머에 관한 것으로, 폴리에틸렌 테레프타레이트(PET, Polyethylene Terephthalate), 폴리아미드(PA, Polyamide) 및 폴리프로필렌(PP, Polypropylene) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 고분자 재료(100)로 친환경적(재생 가능한) 열가소성 재료인 PET나, 범용적으로 사용되는 PA, PP 등 플라스틱 재료가 활용될 수 있다. 고분자 재료(100)는 액체 상태로 구비되어, 다양한 성질 또는 형상을 가진 강화재를 분산시키는 기지(matrix)로 활용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 강화재(200)는 고분자 재료(100)에 분산되어 차폐 성능이 형성되도록 하기 위한 소재로, 금속, 비금속, 세라믹 등 다양한 소재를 포함하여 구성될 수 있다.
실시예에서, 강화재(200)는 철계 또는 비철계에 대응하는 금속계 재료에 관한 것으로, 철, 니켈, 코발트, 합금강, 알루미늄 및 구리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 실시예에서, 강화재(200)는 비금속계 재료에 관한 것으로, 카본계 탄소섬유 및 무기질계 황산바륨 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 고분자 재료(100) 및 강화재(200)를 혼합하여 복합소재(1000a)를 구성할 수 있다. 구체적인 실시예에서, 고분자 재료(100)를 기지로 하여 강화재(200)를 분산시킴에 따라 본 발명의 복합소재(1000a)가 구성될 수 있으며, 복합소재(1000a)를 활용하여 전자파 차폐재(1000)를 제조할 수 있다.
다양한 실시예에서, 복합소재(1000a)를 활용한 사출성형 공정을 통해 다양한 형상에 대응하는 전자파 차폐재(1000)의 제조가 가능할 수 있다. 도 2에서는 일정 두께를 가진 판형의 전자파 차폐재(1000)를 도시하고 있으나, 이는 일 예시에 불과할 뿐, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 즉, 공정의 양상에 따라 전자파 차폐재(1000)가 보다 다양한 형상을 통해 구현될 수 있음이 당 업계의 통상의 기술자에게 자명할 것이다.
다양한 실시예에서, PET에 관련한 고분자 재료에 금속 계열의 강화재가 분산되는 경우, PET복합소재가 생성될 수 있다. 또한, PA에 관련한 고분자 재료에 카본계 탄소섬유 또는 무기질계 황산바륨이 분산됨에 따라 PA복합소재가 생성될 수 있다. 전술한 PET와 PA 복합소재 및 각 복합소재의 포함된 고분자 재료와 강화재에 대한 구체적인 설명은 예시일 뿐, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 본 발명의 복합소재(1000a)에 포함되는 강화재(200)는, 비 금속계 재료를 통해 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 다양한 실시예에서, PET, PA 및 PP 중 적어도 하나에 관련한 고분자 재료(100)에 카본계 탄소섬유 및 무기질계 황산바륨 중 적어도 하나에 관련한 강화재(200)가 분산되어 본 발명의 복합소재(1000a)가 구성될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 본 발명은, PET에 황산바륨을 분산시켜 복합소재(1000a)를 구성할 수 있다. 즉, 복합소재(1000a)에 포함되는 고분자 재료(100)는 PET이며, 강화재(200)는 비 금속계 재료인 황산 바륨인 것을 특징으로 할 수 있다. PET의 경우, 열 가소성 수지로, 재활용 과정을 통해 획득된 플라스틱을 세척 및 파쇄하는 과정을 거쳐 획득될 수 있다.
일반적으로, 금속계 재료가 전기전도성이 높기 때문에, 금속계 재료를 포함하여 차폐재를 구성할 수 있다.
보다 자세히 설명하면, 전자파 차폐 메커니즘으로는, 일정 방향으로 진행하는 전자파가 차폐재를 통과할 때, 재료의 표면에서 전파가 통과하는 매질간의 임피던스 차이에 의해 발생하는 전자파 반사(electromagnetic reflection)를 활용하는 방안이 있다. 이러한 전자파 반사는 금속계 재료에서 가장 많이 발생할 수 있다.
또한, 전자파 흡수 재료 내에서 도전 손실, 유전손실, 자성손실 등 전자파가 흡수되어 열에너지로 변환되었다고 소실되는 전자파 흡수(electromagnetic absorbing)를 활용하는 방안이 있다. 이러한 전자파 흡수는 탄소계 재료 및 자성계 재료에서 발생할 수 있다.
또한, 차폐재를 구성하는 재료가 불균일하거나, 차폐재의 두께가 두꺼운 경우, 재료 내에서 전자파 산란 등에 의해 재료를 투과하지 못하고 재료를 따라 전혀 다른 방향으로 전달되어 발생하는 전자파 다중반사 (electromagnetic multi-reflection) 또는 전자파 내부반사 (electromagnetic Internal reflection)를 활용하는 방안이 있다.
즉, 전자파 차폐는 도 3에 도시된 바와 같이, 반사(Reflection), 흡수(Absorption), 다중반사(Multi reflection)의 메커니즘에 의해 감쇄가 일어날 수 있다. 이에 따라, 차폐 성능을 향상시키기 위해서는, 우수한 유전율 (permittivity), 투자율(permeability) 및 높은 전도도(conductivity)를 갖는 재료를 선정하는 것이 일반적이며, 금속계의 재료가 이에 가장 부합하여 활발하게 활용되고 있다.
다만, 차폐 성능을 향상시키기 위해 복합소재에 금속계 재료가 포함되는 양을 증가시키는 경우, 복합소재의 가공 또는 성형이 어려울 수 있다. 즉, 차폐 성능의 향상을 위해 금속계 재료의 함량을 증가시키는 경우, 해당 복합소재를 특정 형상으로 가공 및 성형하기가 어려워 쓰임새에 한계가 있다. 예컨대, 금속계 재료가 포함된 복합소재의 경우, 가공 및 성형이 어려움에 따라 코팅, 필름, 테잎 등 얇은 막의 형태로만 활용되고 있다.
또한, 금속계 재료가 많이 포함된 복합소재의 경우, 중량이 높아 경량화가 어려워 활용성이 떨어지며, 소재 자체에 대한 비용이 높아 경제적인 측면에서도 유용하지 못하다.
이에 따라, 본 발명은, 무기질계 재료를 강화재로 활용하여 복합소재를 구성하고, 해당 복합소재를 기반으로 전자파 차폐재를 제조할 수 있다.
본 발명의 전자파 차폐재는, 비금속 재료인 황산 바륨을 포함하여 구성되는 복합소재를 기반으로 생성됨에 따라, 구현의 용이성, 성형성 및 가공성이 우수하며, 경량화가 가능할 수 있다. 이는, 자동차뿐 아니라, 의료기기, 스마트폰, 항공, 건축 등 다양한 전자기기 활용 분야에서 적용 가능하므로, 활용성이 높다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 전자파 차폐재의 경우, 재활용 가능한 열가소성 수지를 기반으로 제조됨에 따라, 금속계 소재를 활용하는 것보다 가격적인 측면에서 유리할 수 있어, 경제성 향상을 도모할 수 있다.
다양한 실시예에서, 본 발명의 전자파 차폐재(1000)는 고분자 재료(100) 및 강화재(200)를 통해 구성된 복합소재(1000a)를 기반으로 사출성형 공정이 수행됨에 따라 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 사출성형 공정은, 가열하여 용융시킨 복합소재를 특정 형상의 금형 내에 투입하고, 이를 냉각시켜 특정 형상에 대응하는 차폐재를 제조하는 공정을 의미할 수 있다. 사출성형 공정의 경우, 다양한 열가소성 재료에 대한 사출성형이 가능하며, 매우 빠르고 저렴한 비용을 통해 공정을 수행할 수 있다는 장점을 가진다. 또한, 사출성형 공정의 경우, 후처리 공정이 필요하지 않은 완제품을 생산한다는 큰 장점을 가진다. 본 발명의 전자파 차폐재는, 연속 생산성이 좋고, 공정이 간단하여 대량 생산을 통해 제조될 수 있어, 제조 공정상의 편의성이 극대화된다는 효과를 가진다.
본 발명의 전자파 차폐재 및 이를 제조하는 방법에 대해서는 이하의 도 4 및 도 12을 참조하여 구체적으로 후술하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예와 관련된 복합소재 기반의 전자파 차폐재의 제조 방법을 예시적으로 나타낸 순서도이다. 도 4에 도시된 단계들은 필요에 의해 순서가 변경될 수 있으며, 적어도 하나 이상의 단계가 생략 또는 추가될 수 있다. 즉, 전술한 단계는 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 권리 범위는 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복합소재 기반의 전자파 차폐재 제조 방법은, 고분자 재료 및 강화재를 혼합하는 단계(S100)를 포함할 수 있다.
실시예에서, 고분자 재료(100)는 폴리머에 관한 것으로, 폴리에틸렌 테레프타레이트, 폴리아미드 및 폴리프로필렌 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 고분자 재료(100)로 친환경적(재생 가능한) 열가소성 재료인 PET나, 범용적으로 사용되는 PA, PP 등 플라스틱 재료가 활용될 수 있다. 고분자 재료(100)는 액체 상태로 구비되어, 다양한 성질 및 형상의 강화재를 분산시키는 기지(matrix)로 활용될 수 있다. 이러한 고분자 재료(100)를 활용하는 경우, 디자인성 및 가공성이 우수하며, 경량화를 구현할 수 있다는 장점이 있다.
다양한 실시예에서, 고분자 재료(100)의 상대 점도는 3 내지 4일 수 있다. 고분자 재료(100)의 수지가 3 미만인 경우, 생성되는 복합소재의 기계적 강도 및 내열성이 저하될 수 있고, 반대로 상대 점도가 4를 초과하는 경우 차폐재 성형시 유동성이 부족하여 사출성형 가공성이 저하될 수 있다.
다양한 실시예에서, 고분자 재료(100)의 수평균분자량(Mn)은 7,000 내지 20,000일 수 있다, 더욱 구체적으로, 8,000 내지 17,000일 수 있다. 고분자 재료(100)의 수평균분자량이 정해진 수준 보다 낮으면 기계적 물성을 확보하기 어렵고, 반대로 상기 수준보다 지나치게 높으면 유동성, 내후성 및 압출가공성이 저하될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 강화재(200)는 고분자 재료(100)에 분산되어 차폐 성능이 형성되도록 하기 위한 소재로, 금속, 비금속, 세라믹 등 다양한 소재를 포함할 수 있다.
실시예에서, 강화재(200)는 철계 또는 비철계에 대응하는 금속계 재료에 관한 것으로, matrix에 해당하는 PET, PA 등 고분자 재료(100) 보다 비중이 큰 소재를 통해 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 예컨대, 강화재(200)는, 철, 니켈, 코발트, 합금강, 알루미늄 및 구리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 강화재(200)가 금속계인 경우, 전자파 차폐 특성 면에서 좋으며, 예를 들어, 철, 니켈, 구리, 합금강, 알루미늄, 금, 은 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 다양한 실시예에서, 강화재(200)가 금속계 재료 중 선택되는 경우, 경량화와 성형성 및 가공성을 위해 일정 임계치 이하로 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다. 실시예에 따르면, 강화재(200)가 금속계 재료인 경우, 전체 복합소재(1000a) 100 중량부 대비 30 중량부 이하로 구비되는 것이 바람직하다. 예컨대, 전체 복합소재(1000a) 100 중량부 대비 금속계 재료의 강화재(200)가 30 중량부를 초과하여 구비되는 경우, 일정 이상의 점도가 확보되지 않아 유동성 부족으로 인해 사출성형이 어려울 수 있다.
일 실시예에서, 강화재(200)는 고분자 재료(100) 보다 큰 비중을 가진 소재를 통해 구비되므로, 강화재(200)를 고분자 재료(100) 내에 적절하게 분산시키기 위한 믹싱 공정이 요구될 수 있다.
실시예에 따르면, 철계에 관련한 강화재(200)는 금속 물체의 재활용 과정을 통해 획득될 수 있다. 예컨대, 강화재는 폐기된 철 산화물로부터 획득될 수 있다. 즉, 폐기된 산화물을 통한 재활용을 통해 본 발명의 강화재(200)가 획득될 수 있으므로, 차폐재의 제조 비용이 최소화될 수 있다.
또한, 실시예에서, 강화재(200)는 비금속계 재료에 관한 것으로, 카본계 탄소섬유 및 무기질계 황산바륨 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 비금속계의 강화재(200)를 통해 복합소재(1000a)가 구성되는 경우, 성형성 및 가공성이 우수하며, 제조 단가가 낮아져 경제적으로 유리할 수 있다. 특히, 비금속계 재료인 황산바륨은, 금속계 재료 보다 중량이 가벼워 경량화가 가능하다는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 강화재(200)는 다양한 형상을 통해 구현되는 것을 특징으로 할 수 있다. 강화재(200)는 구, 타원, 원통, 판형, 다공성, 구형 및 코어쉘 중 적어도 하나에 대응하는 형상을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 강화재(200)는 구 형상, 타원 형상, 원통(cylinder) 형상, 판(flake) 형상 및 다공성 구 형상 등을 구비될 수 있다. 실시예에서, 도 5에 도시되진 않았으나, 강화재는 쉘 내에 코어를 가진 코어쉘 형상이나, 다양한 코팅화 또는 캡슐화 형상을 통해 구현될 수도 있다.
일 실시예에서, 본 발명은, 고분자 재료(100)인 폴리에틸렌 테레프타레이트, 폴리아미드 및 폴리프로필렌 중 적어도 하나에 강화재(200)를 혼합하여 복합소재(1000a)를 구성할 수 있다. 실시예에 따르면, PET, PA, PP 중 적어도 하나에 관련한 고분자 재료에 금속계의 강화재(200)가 분산됨에 따라 복합소재(1000a)가 구성될 수 있다. 실시예에서, 금속계의 강화재(200)는 폐기된 금속 산화물로부터 획득될 수 있다. 예컨대, 강화재는 폐기된 철 산화물로부터 획득되는 철일 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 금속계 강화재(200)는 폐기된 금속 산화물을 통해 재활용을 통해 획득되는 것으로, 재료의 구비 비용이 절감될 수 있다.
금속계 강화재(200)를 기반으로 복합소재(1000a)가 구성되는 경우, 중량 및 원재료 가격의 절감을 위하여 일정값 이하의 강화재(200)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 실시예에 따르면, 강화재(200)가 금속계 재료인 경우, 전체 복합소재(1000a) 100 중량부 대비 30 중량부를 초과하지 않도록 구비되는 것이 바람직하다. 더욱 구체적으로, 전체 복합소재(1000a) 100 중량부 대비 PET 70 중량부 및 철 30 중량부를 통해 복합소재(1000a)가 구비되는 것이 가장 바람직하다.
PET는 엔틸렌글리콜과 테레프탈산의 중축합에 의해 얻어지는 고분자이며, 플라스틱에 속할 수 있다. 이러한 PET는 화학 약품에 대한 높은 저항성, 낮은 무게, 우수한 내마모성, 우수한 유전 특성 및 낮은 흡수율을 특징으로 할 수 있으며, 이러한 특징으로 인해, 각종 포장재, 필름, 파이프, 장난감, 기계 소자 등의 제조원료로 사용될 수 있다. 이러한 PET는 다른 재료와의 조합을 통해 합성물에 새로운 특성을 부여할 수 있다.
또한 실시예에서, PET, PA, PP 중 적어도 하나에 관련한 고분자 재료(100)에 카본계 또는 무기질계의 강화재(200)가 분산됨에 따라 복합소재(1000a)가 구성될 수 있다. 더욱 바람직하게는, PET에 황산바륨이 분산됨에 따라 본 발명의 복합소재(1000a)가 구성될 수 있다. 즉, 본 발명은, PET를 고분자 재료(100)로 활용하고, 황산바륨을 강화재(200)로 활용하여 본 발명의 복합소재(1000a)를 구성할 수 있다.
전술한 바와 같이, 고분자 재료(100)에 강화재(200)가 분산됨에 따라 복합소재(1000a)가 구성될 수 있으며, 해당 복합소재(1000a)를 기반으로 전자파 차폐재(1000)가 제조될 수 있다. 이 경우, 고분자 재료(100) 및 강화재(200)는 친환경 소재를 통해 구현될 수 있어, 재활용이 가능할 수 있다. 즉, 본 발명의 전자파 차폐재는, 열을 가해서 재가공이 가능한 열가소성 수지를 통해 구성될 수 있으며, 강화재(200) 또한, 폐기된 금속 산화물로부터 재활용이 가능하다. 이는 낮은 생산 단가를 통한 제작 비용의 절감을 통해 생산성을 향상시킬 수 있으며, 환경보전과 자원 절약에 기여한다는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복합소재(1000a)를 구성하는 고분자 재료(100) 및 강화재(200) 각각의 구성 비율은 8:2 내지 6:4인 것을 특징으로 할 수 있다. 구체적으로, 전체 복합소재(1000a) 100 중량부에 대하여, 고분자 재료(100) 60 내지 80 중량부 및 강화재(200) 20 내지 40 중량부를 통해 구비될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 전체 복합소재(1000a) 100 중량부에 대하여, 고분자 재료(100) 70 중량부 및 강화재(200) 30 중량부를 통해 구비될 수 있다. 즉, 복합소재(1000a)에 고분자 재료(100)와 강화재(200)의 비율이 7:3인 경우, 해당 복합소재(1000a)를 통해 제조된 차폐재(1000)의 차폐 성능이 가장 최대가될 수 있다. 고분자 재료(100)와 강화재(200)의 비율이 7:3일 때의 차폐 성능이 가장 최대가되는 것은 하기의 실험 내용을 통해 확인할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 이들로 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
70 중량부의 폴리에틸렌 테레프타레이트와 30 중량부의 판(flake)형의 철을 페이스트 믹서를 통해 약 1분간 혼합하고, 이를 2축 스크류 압출기의 호퍼에 투입하였다. 압출기는 92mm(진산피알엠)를 이용하였으며, RPM은 200으로하고, 용융온도는 300℃로 설정하였다. 압출 과정을 거친 조성물을 노즐을 통해 금형으로 배출하고, 금형에서 냉각회로를 통한 냉각을 수행하여 2mm 두께의 차폐재를 제조하였다.
[실시예 2]
폴리에틸렌 테레프타레이트를 60 중량부로 하고, 철을 40 중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 차폐재를 제조하였다.
[실시예 3]
폴리에틸렌 테레프타레이트를 50 중량부로 하고, 철을 50 중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 차폐재를 제조하였다.
[실시예 4]
폴리에틸렌 테레프타레이트를 80 중량부로 하고, 철을 20 중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 차폐재를 제조하였다.
전도성: 실시예로부터 제조된 차폐재의 표면 저항을 측정하였다.
전자파차폐성: 실시예로부터 제조된 코팅 조성물에 대하여 ASTM D4935-99에 의거하여 전자파차폐성을 측정하였다.
인장강도: 실시예로부터 제조된 코팅 조성물에 대하여 ASTM D638에 의거하여 인장강도를 측정하였다.
굴곡강도: 실시예로부터 제조된 코팅 조성물에 대하여 ASTM D790에 의거하여 굴곡강도를 측정하였다.
굴곡탄성율: 실시예로부터 제조된 코팅 조성물에 대하여 ASTM D790에 의거하여 굴곡탄성율을 측정하였다.
| 구분 | 표면저항 (ohm/mm2) |
전자파차폐성(dB at 5GHz) | 인장강도 (Mpa) |
굴곡강도 (Mpa) |
굴곡탄성율 (Mpa) |
| 실시예 1 | 2.1 | 88 | 95 | 95 | 3160 |
| 실시예 2 | 3.4 | 81 | 73 | 91 | 2650 |
| 실시예 3 | 6.8 | 51 | 65 | 89 | 2270 |
| 실시예 4 | 3.6 | 82 | 75 | 94 | 2830 |
상기의 표 1의 결과를 통해 확인할 수 있듯이, 전체 복합소재에서 폴리에틸렌 테레프타레이트과 철의 각각이 포함되는 비율이 7:3인 경우(즉, 실시예 1의 경우), 차폐성능이 가장 우수하며, 균형잡힌 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성 등 우수한 기계적 특정을 나타내는 것을 확인할 수 있으며, 철(즉, 금속계 강화재)의 비중이 커지거나, 작아질수록 전자파 차폐 성능이 열악하고, 기계적 특성 또한 실시예 1 대비 열악함을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복합소재 기반의 전자파 차폐재 제조 방법은, 고분자 재료에 강화재를 분산시켜 복합소재를 생성하는 단계(S200)를 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 고분자 재료(100)와 강화재(200)를 혼합하여 혼합물을 생성하고, 혼합물에 대한 믹싱 공정을 통해 본 발명의 복합소재(1000a)가 구성될 수 있다. 여기서 믹싱 공정은 고분자 재료(100) 내에 강화재(200)가 분산되도록 하기 위한 것으로, 일 공간 내에서 스크류를 활용한 회전을 통해 양 구성물을 믹싱하는 공정을 의미할 수 있다. 실시예에서 믹싱 공정은, 페이스트 믹서(paste mixer)를 통해 수행될 수 있다. 즉, 믹싱 공정을 통해 고분자 재료(100)에 강화재(200)가 분산됨에 따라 본 발명의 복합소재(1000a)가 구비될 수 있다.
일 실시예에서, 강화재(200)는 고분자 재료(100) 내에서 특정 배열을 형성하도록 분산되는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서 특정 배열은 불규칙 배열, 층상 배열, 지그재그 배열을 포함할 수 있다. 구체적으로, 액체 상태의 고분자 재료(100) 내에 강화재(200)가 투입될 수 있으며, 투입된 강화재(200)가 고분자 재료(100) 내에서 특정 배열을 갖도록 구비될 수 있다.
고분자 재료(100) 내에서 강화재(200)가 형성하는 특정 배열은, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같은, 불규칙 배열, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같은, 층상 배열 및 도 6의 (c)에 도시된 바와 같은 지그재그 배열을 포함할 수 있다.
실시예에서, 불규칙 배열은, 강화재(200)가 고분자 재료(100) 내에서 규칙없이 흩어져있는 것을 의미하는 것일 수 있다. 예컨대, 고분자 재료(100) 내에 강화재(200)가 투입된 상태에서 스크류를 통한 회전을 통해 두 재료가 혼합될 수 있으며, 이에 따라 고분자 재료(100) 내에 강화재(200)가 불규칙하게 위치될 수 있다. 구체적인 예를 들어, PET에 황산 바륨 particle을 투입하고, 회전을 통해 혼합하는 경우, 도 6의 (a)와 같이 PET 내에 황산 바륨이 불규칙하게 퍼지게 된다. 즉, 양 재료를 혼합시키는 간단한 과정을 통해 본 발명의 복합소재가 구성될 수 있다. 이러한 불규칙 배열은, 금속계 또는 비금속계의 강화재를 활용하여 형성될 수 있으며, 이 경우, 강화재의 형상 또한 다양할 수 있다.
또한 실시예에서, 층상 배열은, 고분자 재료(100)(예컨대, PET) 내에 강화재(200)가 층층히 쌓여 구성된 것을 의미하는 것으로, 구 형상의 금속계 강화재(200)를 기반으로 형성되는 것일 수 있다. 예컨대, 구 형상의 particle들로 구성되는 철이 강화재로 구비될 수 있으며, 고분자 재료(100) 내에 각 particle들이 층을 형성하도록 분산될 수 있다. 실시예에서, 본 발명은 특정 구조(예컨대, 격자 구조 또는 그물망 구조)를 가진 전기선로를 활용하여, 고분자 재료(100) 내에서 particle들이 복수 개의 층을 형성하도록 분산시킬 수 있다. 여기서 전기선로는 강한 자기력에 의해 금속계 입자들이 특정 위치로 모일 수 있도록하여 층상 배열을 형성하도록 할 수 있다.
또한, 실시예에서, 지그재그 배열은, 층상 배열과 유사한 배열로, 인접한 층 간 서로 상이한 배열을 갖는 형태로 복수 개의 층을 형성하는 배열을 의미할 수 있다. 예를 들어, 지그재그 배열은, 각 층의 배열이 서로 엇갈리게 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 제1층의 상부 방향에 형성된 제2층의 경우, 제1층을 형성하는 입자들 사이 사이에 제2층을 형성하는 입자들이 각각이 위치될 수 있다. 또한, 제2층의 상부 방향에 형성된 제3층의 경우, 제2층을 형성하는 입자들 사이사이에 제3층을 형성하는 입자들이 각각이 위치될 수 있다. 이 경우, 제1층과 제3층 및 제2층과 제4층은 동일한 입자 배열을 가질 수 있다. 다시 말해, 인접하는 층과 서로 어긋나는 입자 배치를 통해 각 층이 서로 지그재그 형식으로 맞닿아 복수 개의 층을 형성할 수 있다. 이러한 지그재그 배열의 경우, 층상 배열의 경우보다 입자 간의 간격이 더 가까울 수 있으며, 이러한 입자 간의 간격 최소화를 통해 전자파 차폐 성능이 더욱 향상될 수 있다.
전술한 바와 같이, 강화재(200)가 층상 배열 및 지그재그 배열을 통해 구비되는 경우, 해당 배열을 통한 흡수 및 다중반사에 의해 전자파의 감쇄가 더욱 활발해지므로, 차폐 성능이 더욱 향상된다는 장점이 있다.
일 실시예에 따르면, 고분자 재료(100)에 강화재(200)를 분산시켜 복합소재(1000a)를 생성하는 단계는, 일 공간을 형성하는 하우징 내 스크류를 활용한 회전을 통해 고분자 재료(100)에 강화재(200)가 불규칙 배열을 갖도록 분산시켜 복합소재(1000a)를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다. 도 7은 사출성형 공정 과정을 예시적으로 나타낸 도면일 수 있다. 사출 성형은 플라스틱의 성형 가공법으로 열 가소성 수지에 대한 성형을 수행하는 것일 수 있다.
본 발명은 열가소성 수지인 PET를 고분자 재료로 활용하기 때문에, 사출성형 공정의 활용이 가능하다. 사출성형의 경우, 매우 작은 크기부터 큰 것에 이르기까지 다양한 크기의 성형이 가능하며, 반복해서 사출하여 대량생산할 수 있으므로, 작업 능률이 높다.
구체적인 예를 들어, 사출 성형 시, 고분자 재료(예컨대, PET)와 강화재(예컨대, 황산 바륨)의 혼합물을 호퍼에 투입시킬 수 있다. 유압 모터를 통해 스크류가 일 방향으로 회전하게 되며, 호퍼를 통해 투입된 혼합물을 회전시키게 되고 이에 따라, 강화재(200)가 고분자 재료(100) 내 분산되어 복합소재(1000a)가 구비된다. 이 경우, 스크류의 하단에는 히터가 구비되어 복합소재(1000a)에 열을 가하여 용융시킬 수 있다. 용융된 복합소재(1000a)는 노즐을 통해 특정 형상을 가진 금형으로 배출되고, 금형이 냉각회로(낵각수)에 의해 냉각되면서 특정 형상을 가진 전자파 차폐재가 생성될 수 있다.
이러한 사출성형 공정의 경우, 다양한 열가소성 재료에 대한 사출성형이 가능하며, 매우 빠르고 저렴한 비용을 통해 공정을 수행할 수 있다는 장점을 가진다. 또한, 사출성형 공정의 경우, 후처리 공정이 필요하지 않은 완제품을 생산한다는 큰 장점을 가진다. 본 발명의 전자파 차폐재는, 연속 생산성이 좋고, 공정이 간단하여 대량 생산을 통해 제조될 수 있어, 제조 공정상의 편의성이 극대화된다는 효과를 가진다.
다양한 실시예에서, 고분자 재료(100)에 강화재(200)를 분산시켜 복합소재(1000a)를 생성하는 단계는, 강화재가 철계 금속인 경우, 그물망 구조를 가진 전기선로를 활용하여 고분자 재료(100)에 층상 배열 또는 지그재그 배열을 갖도록 분산시켜 복합소재(1000a)를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서, 전기선로는 강한 자기력을 통해 금속계 입자들이 특정 위치로 모이도록 하여 층상 배열의 형성을 유도하기 위한 것일 수 있다.
구체적으로, 도 8을 참조하면, 노즐을 통해 배출되는 몰드 사이사이에 그물망 구조의 전기선로가 위치될 수 있다. 실시예에서, 형성하고자 하는 층의 수에 대응하여 복수 개의 그물망 구조를 가진 전기선로가 구비될 수 있다. 이러한 그물망의 전기선로를 자기력을 통해 용융된 복합소재 내에 분산된 금속계 입자들의 이동을 유도하여 결과적으로 층상 배열 또는 지그재그 배열을 갖도록 할 수 있다.
다양한 실시예에서, 고분자 재료(100)에 강화재(200)를 분산시켜 복합소재(1000a)를 생성하는 단계는, 강화재가 비철계 금속 또는 비금속계인 경우, 라인 패턴을 가진 몰드를 활용하여 고분자 재료(100)에 강화재(200)가 층상 배열 또는 지그재그 배열을 형성하도록 복합소재(1000a)를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서, 라인 패턴은 강화재에 포함된 결정 각각이 위치되도록 일 방향으로 형성된 복수 개의 홈을 포함할 수 있다. 실시예에서, 강화재(200)가 층상 배열을 통해 고분자 재료(100) 내에 분산되도록 차폐재가 생성되는 경우, 동일 비율로 제조된 불규칙 배열 보다 차폐 효과가 우수할 수 있다. 예컨대, 층상 배열 및 지그재그 배열의 경우, 강화재(200)의 입자 간의 간격이 균일함에 따라 향상된 차폐 성능을 보일 수 있다. 특히, 지그재그 배열의 경우, 층상 배열 보다 입자 간의 간격이 더 가까울 수 있으며, 이러한 입자 간의 간격 최소화를 통해 전자파 차폐 성능이 더욱 향상될 수 있다.
구체적으로, 도 9를 참조하면, 몰드(금형)사이에 일 방향으로 형성된 복수 개의 홈이 형성된 라인 패턴이 구비될 수 있다. 용융된 복합소재가 노즐을 통해 배출되는 경우, 라인 패턴에 형성된 복수 개의 홈 각각에 입자들 각각이 삽입됨에 따라, 복합소재 내 강화재가 일 방향으로 정렬되어 구비될 수 있다. 즉, 라인 패턴을 활용하여 강화재를 일 방향으로 정렬시킬 수 있으며, 일 방향 정렬이 복수 회 수행됨에 따라, 층상 배열 또는 지그재그 배열이 형성될 수 있다. 라인 패턴을 활용하는 경우, 비금속계 재료(예컨대, 카본계 또는 무기질계)의 강화재를 균일한 배열을 갖도록 구비할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복합소배 기반의 전자파 차폐재 제조 방법은, 복합소재(1000a)를 기반으로 전자파 차폐재(1000)를 제조하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.
실시예에서, 가열하여 용융시킨 복합소재(1000a)를 노즐을 통해 특정 형상의 금형 내에 투입하고, 냉각시켜 특정 형상에 대응하는 차폐재가 제조될 수 있다.
일 실시예에서, 전자파 차폐재에 대한 표면 패턴 공정을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다. 표면 패턴 공정은, 차폐재의 표면에 일정 패턴을 형성하여 차폐의 효과를 극대화시키기 위한 것일 수 있다. 예컨대, 비금속계의 재료를 통해 차폐재를 제조하거나, 또는 금속계의 재료를 통해 차폐재를 구성하더라고 일정 기준량 이하가 포함되도록 차폐재를 제조하는 경우, 전기전도성이 다소 약함에 따라 차폐 성능이 충분히 확보되지 못할 우려가 있다.
이에 따라, 본 발명은 전자차 차폐재에 대한 표면 패턴 공정을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다. 표면 패턴 공정은, 별도의 후처리 공정을 통해 형성되거나, 또는 몰드(금형) 자체에 패턴이 형성됨에 따라 용융된 복합소재의 냉각 과정에서 차폐재(1000)의 표면에 형성될 수 있다.
예컨대, 표면의 거칠기나 패턴에 따라 차폐 성능의 차이가 있을 수 있다. 구체적으로, 도 10을 참조하면 표면이 특정 패턴이 구비되지 않은 경우, 전자파에 대한 반사가 발생하지만, 표면에 일정 패턴이 형성되어 있는 경우, 해당 일정 패턴과 거칠기를 통해 전자파를 원하는 방향으로 반사하여 주변 기기에 전자파 영향을 최소화시킬 수 있다. 실시예에서, 표면의 거칠기에 따라, 전자파가 산란되어 일부 소멸될 수 있다. 산란이란, 전자파가 진행하다가 만난 물체 표면에서 구조특성에 따라 사방으로 전자파가 흩어지는 현상을 말한다. 이는 언뜻 반사와 매우 유사해보이나, 반사는 전자파가 입사각과 반사각으로 거의 모든 에너지가 한 번에 움직이는 것을 의미하지만, 산란은 에너지가 분산되는 난반사를 의미한다. 이러한 산란은 금속과 유전체 등 모든 재질표면에서 발생할 수 있으며, 평평하거나 완만한 굴곡에서 가장 적게 발생하며, 뾰족한 모서리에서 가장 강렬하게 발생한다.
본 발명은 차폐재(1000)의 표면이 완만한 굴곡이 아닌, 일정한 패턴을 가지도록 표면 처리할 수 있다. 도 11은 본 발명의 차폐재(1000)의 표면에 형성되는 다양한 표면 패턴을 예시적으로 도시한다. 도 11과 같이, 차폐재(1000)의 표면에는 다양한 패턴이 형성될 수 있으며, 이러한 패턴으로 인해 표면 거칠기가 증가하여 산란을 통한 차폐 성능 향상을 유도하며, 또한, 해당 표면 패턴을 활용하여 전자파가 일 방향으로 이동시켜 소멸되도록 할 수 있다.
다양항 실시예에서, 전자파 차폐재의 표면에는, 전자파가 접촉되는 경우, 전자파를 일 방향으로 이동시키기 위한 배열 패턴이 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에서, 배열 패턴은, 도 12의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 표피층(1110), 표피층(1110)의 상부 방향에 미리 설정된 각도를 통해 돌출되어 구비되는 돌출층(1120) 및 돌출층(1120)에 구비되는 투과홀(1130)을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 돌출층(1120)은, 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이, 표피층(1110)의 일면과 일정 각도를 형성하도록 돌출되는 제1돌출부(1121) 및 제1돌출부(1121)에 연결되어 구비되되, 표피층(1110)과 가까워지는 방향으로 연장되어 제1돌출부(1121)와 소정 각도를 형성하는 제2돌출부(1122)를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같은 배열 패턴을 통해 전자파가 일 방향으로 이동되어 소멸될 수 있다. 구체적으로, 제1돌출부(1121) 및 제2돌출부(1122)가 이루는 특정 각도를 통해 전자파의 산란이 극대화되며, 산란된 전자파는 투과홀(1130)을 통과하여 표피층(1110)과 돌출층(1120) 사이에 형성된 공간으로 이동될 수 있다. 표피층(1110)과 돌출층(1120)의 사이 공간으로 이동된 전자파의 대부분은 해당 공간내에서 반사 및 산란되다가 소멸되게 된다. 즉, 돌출층(1120)은 전자파의 산란을 극대화하고, 산란된 전자파가 내측으로 이동하도록하고, 내측에서의 반사 및 산란 과정에서 소멸되도록 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 표면에 형성된 배열 패턴을 통해 일부 전자파가 원하는 방향으로 이동되어 소멸될 수 있으며, 해당 표면을 통과한 다른 일부의 전자파는 강화재에 대응하는 입자들의 배열 패턴 및 형상에 의해 내부 반사에 의한 소멸됨에 따라 차폐 효율을 극대화시킬 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
제시된 프로세스들에 있는 단계들의 특정한 순서 또는 계층 구조는 예시적인 접근들의 일례임을 이해하도록 한다. 설계 우선순위들에 기반하여, 본 발명의 범위 내에서 프로세스들에 있는 단계들의 특정한 순서 또는 계층 구조가 재배열될 수 있다는 것을 이해하도록 한다. 첨부된 방법 청구항들은 샘플 순서로 다양한 단계들의 엘리먼트들을 제공하지만 제시된 특정한 순서 또는 계층 구조에 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
100: 고분자 재료
200: 강화재
1000a: 복합소재
1000: 차폐재
1110: 표피층
1120: 돌출층
1121: 제1돌츨부
1122: 제2돌출부
1130: 투과홀
200: 강화재
1000a: 복합소재
1000: 차폐재
1110: 표피층
1120: 돌출층
1121: 제1돌츨부
1122: 제2돌출부
1130: 투과홀
Claims (11)
- 고분자 재료 및 강화재를 혼합하는 단계;
상기 고분자 재료에 상기 강화재를 분산시켜 복합소재를 생성하는 단계; 및
상기 복합소재를 기반으로 전자파 차폐재를 제조하는 단계; 를 포함하며,
상기 강화재는,
상기 고분자 재료에 내에 특정 배열을 형성하도록 분산되는 것을 특징으로 하며,
상기 특정 배열은, 층상 배열 및 지그재그 배열을 포함하고,
상기 고분자 재료에 강화재를 분산시켜 복합소재를 생성하는 단계는,
상기 강화재가 철계 금속인 경우, 그물망 구조를 가진 전기선로를 활용하여 상기 고분자 재료에 상기 강화재가 상기 층상 배열 또는 상기 지그재그 배열을 갖도록 분산시켜 상기 복합소재를 생성하는 것을 특징으로 하는,
복합소재 기반의 전자파 차폐재 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 고분자 재료는,
폴리머에 관한 것으로, 폴리에틸렌 테레프타레이트(PET, Polyethylene Terephthalate), 폴리아미드(PA, Polyamide) 및 폴리프로필렌(PP, Polypropylene) 중 적어도 하나를 포함하며,
상기 강화재는,
철계 또는 비철계에 대응하는 금속계 재료에 관한 것으로, 철, 니켈, 코발트, 합금강, 알루미늄 및 구리 중 적어도 하나를 포함하는,
복합소재 기반의 전자파 차폐재 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 강화재는,
비금속계 재료에 관한 것으로, 카본계 탄소섬유 및 무기질계 황산바륨 중 적어도 하나를 포함하는,
복합소재 기반의 전자파 차폐재 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 강화재는,
구, 타원, 원통, 판형, 다공성, 구형 및 코어쉘 중 적어도 하나에 대응하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는,
복합소재 기반의 전자파 차폐재 제조 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 특정 배열은, 불규칙 배열을 더 포함하며,
상기 고분자 재료에 상기 강화재를 분산시켜 복합소재를 생성하는 단계는,
일 공간을 형성하는 하우징 내 스크류를 활용한 회전을 통해 상기 고분자 재료에 상기 강화재가 상기 불규칙 배열을 갖도록 분산시켜 상기 복합소재를 생성하는 것을 특징으로 하는,
복합소재 기반의 전자파 차폐재 제조 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 고분자 재료에 강화재를 분산시켜 복합소재를 생성하는 단계는,
상기 강화재가 비철계 금속 또는 비금속계인 경우, 라인 패턴을 가진 몰드를 활용하여 상기 고분자 재료에 상기 강화재가 상기 층상 배열 또는 상기 지그재그 배열을 형성하도록 상기 복합소재를 생성하는 것을 특징으로 하며,
상기 라인 패턴은,
상기 강화재에 포함된 결정 각각이 위치되도록 일 방향으로 형성된 복수 개의 홈을 포함하는,
복합소재 기반의 전자파 차폐재 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 전자파 차폐재의 표면에는,
전자파가 접촉되는 경우, 상기 전자파를 일 방향으로 이동시키기 위한 배열 패턴이 형성된 것을 특징으로 하며,
상기 배열 패턴은,
표피층, 상기 표피층의 상부 방향에 미리 설정된 각도를 통해 돌출되어 구비되는 돌출층 및 상기 돌출층에 구비되는 투과홀을 포함하는,
복합소재 기반의 전자파 차폐재 제조 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 돌출층은,
상기 표피층의 일면과 일정 각도를 형성하도록 돌출되는 제1돌출부; 및
상기 제1돌출부에 연결되어 구비되되, 상기 표피층과 가까워지는 방향으로 연장되어 상기 제1돌출부와 소정 각도를 형성하는 제2돌출부;
를 포함하는,
복합소재 기반의 전자파 차폐재 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 복합소재를 기반으로 전자파 차폐재를 제조하는 단계는,
가열하여 용융시킨 복합소재를 노즐을 통해 특정 형상의 금형 내에 투입하고, 냉각시켜 특정 형상에 대응하는 차폐재를 제조하는 것을 특징으로 하는,
복합소재 기반의 전자파 차폐재 제조 방법.
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| KR1020230028424A KR102687894B1 (ko) | 2023-03-03 | 2023-03-03 | 복합소재 기반의 전자파 차폐재 및 그 제조 방법 |
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2023
- 2023-03-03 KR KR1020230028424A patent/KR102687894B1/ko active IP Right Grant
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