KR20020080074A

KR20020080074A - 전자파 흡수기능을 갖는 사출용 복합 플라스틱 조성물

Info

Publication number: KR20020080074A
Application number: KR1020010019230A
Authority: KR
Inventors: 강철원; 정광천; 나종화; 주진호
Original assignee: 주식회사 삼영합성공업; 강철원; 정광천; 나종화; 주진호
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2001-04-11
Publication date: 2002-10-23

Abstract

본 발명은 전자파(EMI; Electro Magnetic Wave)를 흡수(absortption)하는 사출용 복합 플라스틱 조성물에 관한 것이다.

이같은 본 발명은, 전자기기의 하우징으로 사용되는 플라스틱 매트릭스 원료에 전자파 흡수 효과가 뛰어난 자성체 분말을 양, 크기, 모양 및 분포 등의 변수를 고려하여 적절하게 혼합시킨 복합체(composite) 형태의 플라스틱 조성물을 구성하므로서, 복합 플라스틱 조성물을 통해 전자기기의 하우징을 사출할 때 전자기기에서 발생되는 전자파를 효과적으로 흡수할수 있도록 함은 물론, 종래에서와 같이 하우징과 전자파의 차폐 및 흡수를 위한 이원화 공정이 일원화될수 있어 제조 공정상 생산성을 향상시킴은 물론 공정 단순화로 부터 원가절감을 달성하고, 더불어 사출물인 하우징에 다시 새로운 공정을 추가하지 않아 그 불량발생률을 저하시키는 전자파 흡수기능을 갖는 사출용 복합 플라스틱 조성물을 제공한다.

Description

전자파 흡수기능을 갖는 사출용 복합 플라스틱 조성물{Composite plastic composition for extrusion having electro magnetic wave absortption function}

본 발명은 전자파(EMI; Electro Magnetic Wave)를 흡수(absortption)하는 사출용 복합 플라스틱 조성물에 관한 것으로서, 특히 전자기기의 하우징으로 사용되는 플라스틱 매트릭스 원료에 전자파 흡수 효과가 뛰어난 자성체 분말을 혼합한 복합체 형태의 플라스틱 조성물을 통해 전자기기의 하우징을 사출할수 있도록 하는 전자파 흡수기능을 갖는 사출용 복합 플라스틱 조성물에 관한 것이다.

즉, 본 발명은 기존의 전자기기 하우징으로 사용되는폴리카보네이트(polycarbonate) 입자와 전자파 흡수특성이 있는 페라이트 분말을 균일하게 혼합하여 사출하므로서, 페라이트 입자가 폴리가보네이트 매트릭스 내에 미세하고 균일하게 분포되는 복합체 형태의 하우징을 제조할수 있도록 한 것이다.

주지된 바와같이, 각종 전기 및 전자 통신기기의 광범위한 보급으로 인하여 발생하는 전자파는 우리의 실생활에 있어 밀접한 연관을 가지고 있으며, 이에 대한 문제점들이 다양하게 제기되고 있다.

전자파 간섭 또는 장애에 관한 연구 결과들에 의하면 각종 기기에서 발생하는 전자파가 인체에 악영향을 주거나 전자파의 상호간섭에 의한 기기의 오작동을 유발하여 사고를 일으키기도 한다.

특히 최근의 연구 보고에는 인체가 전자파에 장기간 노출되었을 경우 뇌종양, 백혈병, 그리고 유방암 등을 유발하거나 발전시킬수 있는 심각한 유해성을 내재하는 것으로 알려지고 있으며, 이제는 전자파에 대한 공해문제로 인식되고 있다.

더불어, 전자파 간섭에 대한 문제로서 가장 관심이 높은 분야는 이동통신 단말기에 의한 인체 효과로서, 이는 20분 이상 장시간 휴대폰을 사용하였을 때 두통, 기억력 상실, 면역체계의 손상, 백혈구 파괴 등을 일으키고 인체세포의 온도를 국부적으로 변화시켜 생체리듬을 변화시키는 현상을 과학적으로 증명하였다.

이에, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 전기, 전자, 통신 등 여러분야에서 발생되는 전자파를 효과적으로 차폐 또는 흡수하는 재료기술 개발이 활발하게 진행되고 있다.

여기서, 상기 전자파의 차폐라 함은 전자파가 소멸되는 것이 아니라 단지 가두는 형태로서 이는 차폐공간내의 전자파 반사에 의한 악영향이 존재하며, 전자파의 흡수는 반사 자체를 없애주므로서 아주 효과적인 방법이라 하겠다.

상기 전자파의 흡수는 도전손실, 자성손실 및 유전손실 등을 이용하여 입사하는 전파에너지를 흡수시키므로서 최소한의 에너지만을 반사시키는 재료를 사용하게 되는데, 전자파 흡수체의 성능은 반사감쇠량, 비대역폭 및 정합두께 등으로 평가된다.

한편, 반사감쇄량이 크고 광대역 및 얇은 정합두께를 갖는 전자파 흡수체의 개발에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있는데, 그 대표적인 재료로는 도전손실을 이용한 탄소고무, 탄소섬유를 함유한 우레탄 재료, 자성손실을 이용한 페라이트, 고무 페라이트 재료, BaTiO₃등의 유전재료를 함유한 재료 등이 있고,

또한 이들 성질을 혼합하여 전자파 흡수 기능을 높이기 위하여 도전손실 재료와 자성손실 재료를 조합시킨 페라이트, 탄소계 다층형 재료, 도전 및 자성과 유선손실을 함께 이용하는 자성체/유전체/폴리머 복합체 등이 있다.

더불어, 상기와 같은 차폐 및 흡수재료들을 전자기기의 하우징에 적용할 때 일반적으로 차폐 및 흡수재료 자체로 하우징을 만드는 방법, 판재형태로 만들어 하우징 내부에 부착시키는 방법, 하우징 표면에 분사하여 코팅시키는 방법 등이 사용되고 있다.

그러나, 상기의 방법들은 공정의 이원화, 물성제어의 난이도, 수입품/수입기술에 대한 의존성, 특허장벽 등에 의해 그 실용성이 극히 낮은 단점을 갖고 있다.

더불어, 상기와 같은 방법들은 하우징의 사출공정과 전자파 차폐 및 흡수 공정이 서로 이원화되어 있는 관계로, 제조공정이 복잡할뿐만 아니라 제조단가도 비싸지는 단점을 갖고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 전자기기의 하우징으로 사용되는 플라스틱 매트릭스 원료에 전자파 흡수 효과가 뛰어난 자성체 분말을 양, 크기, 모양 및 분포 등의 변수를 고려하여 적절하게 혼합시킨 복합체 형태의 플라스틱 조성물을 구성하므로서, 복합 플라스틱 조성물을 통해 전자기기의 하우징을 사출할 때 전자기기에서 발생되는 전자파를 효과적으로 흡수할수 있도록 하는 전자파 흡수기능을 갖는 사출용 복합 플라스틱 조성물을 제공하려는 것이다.

더불어, 본 발명은 조성된 복합 플라스틱 조성물을 통해 전자기기의 하우징을 사출하도록 하므로서, 종래에서와 같이 하우징과 전자파의 차폐 및 흡수를 위한 이원화 공정이 일원화될수 있어 제조 공정상 생산성을 향상시킴은 물론 공정 단순화로 부터 원가절감을 달성하고, 더불어 사출물인 하우징에 다시 새로운 공정을 추가하지 않아 그 불량발생률을 저하시키도록 하였다.

도 1은 본 발명 전자파 흡수기능을 갖는 사출용 플라스틱 조성물에 첨가되는 Ni-Zn 페라이트의 X-ray 회절패턴도.

도 2는 본 발명 전자파 흡수기능을 갖는 사출용 플라스틱 조성물에 첨가되는 Mn-Zn 페라이트의 X-ray 회절패턴도.

도 3은 본 발명 전자파 흡수기능을 갖는 사출용 플라스틱 조성물에 첨가되는 Mn-Zn 페라이트의 자기이력 곡선도.

상기 목적달성을 위한 본 발명 전자파 흡수기능을 갖는 사출용 복합 플라스틱 조성물은,

85∼95 vol%의 폴리카보네이트 매트릭스(polycarbonate matrix)에 5∼15vol%의 Ni-Zn 페라이트를 균일하게 혼합하여 사출용 복합 플라스틱 조성물을 구성함을 특징으로 한다.

다른 일면에 따라, 상기 85∼95 vol%의 폴리카보네이트 매트릭스(polycarbonate matrix)에 5∼15 vol%의 Mn-Zn 페라이트를 균일하게 혼합할수도 있도록 하였다.

여기서, 상기 폴리카보네이트는 95 vol%, Ni-Zn 페라이트는 5 vol%, Mn-Zn 페라이트는 5 vol%로 혼합함이 바람직하며,

상기 폴라카보네이트가 85vol%일 경우 Ni-Zn 페라이트는 15 vol% 또는 Mn-Zn 페라이트 15 vol%를 혼합하고, 상기 폴라카보네이트가 95vol%일 경우 Ni-Zn 페라이트는 5 vol% 또는 Mn-Zn 페라이트 5 vol%를 혼합함이 가장 바람직하다.

더불어, 상기 85∼95 vol%의 폴리카보네이트 매트릭스(polycarbonate matrix)에 2.5vol%의 Ni-Zn과 2.5vol%의 Mn-Zn 혼합분말을 균일하게 혼합하여 사출용 복합 플라스틱 조성물을 구성할수도 있도록 하였다.

즉, 상기 사출용 복합 플라스틱 조성물은,

1) 95 vol%의 폴리카보네이트 + 5 vol%의 Ni-Zn 페라이트(Ni_0.15Zn_0.25Fe_1.2O_2.2)

2) 95 vol%의 폴리카보네이트 + 5 vol%의 Mn-Zn 페라이트(Mn_0.25Zn_0.15Fe_1.2O_2.2)

3) 95 vol%DML 폴리카보네이트 + 2.5 vol%의 Ni-Zn 페라이트 + 2.5vol%의 Mn-Zn 페라이트(Ni_0.075Mn_0.125Zn_0.2Fe_1.2O_2.2)

로 혼합함이 가장 바람직하다.

여기서, 상기 각 페라이트 분말의 크기는 볼밀(ball milling) 공정으로 균일하게 혼합되도록 150∼200메쉬(mesh)의 범위로 다양한 분쇄공정을 통하여 입도를 조절함이 바람직하다.

더불어 각 페라이트 분말의 형태는 가로×세로의 비율(aspect ratio)이 크게 되도록 플레이크(flake) 형태로 유도함이 바람직하다.

이때, 상기 사출용 플라스틱 조성물을 이루는 폴리카보네이트 원료와 페라이트 분말들을 HAAKE Polyab 시스템을 통해 균일하게 혼합되도록 하였다.

즉, HAAKE Polyab 시스템은 열을 가하여 녹이면서 동시에 혼합(mixing)을 할수 있는 기계로, 260℃에서 15분간 유지시키면서 폴리카보네이트 원료를 반용융상태로 만들면서 교반에 의해 혼합되는 각각의 페라이트 분말을 폴리카보네이트 기지내에 분산시키는 공정이다.

Ni-Zn 페라이트, Mn-Zn 페라이트, 그리고 Ni-Zn와 Mn-Zn가 50:50으로 합쳐진 혼합 페라이트를 각각 PC원료와 섞어서 처리하였으며, 이때 각 페라이트의 양은 5 vol%이고, 폴리카보네이트 원료는 95 vol%로서 이는 폴리카보네이트 원료의 형태가 분말이 아니어도 균일하게 혼합할수 있을뿐만 아니라 가공도 용이하도록 하기 위함이다.

한편, 상기 Ni-Zn 페라이트는 NiO(99.97%), ZnO(99.999%), ??-Fe₂O₃(99.99%) 분말을 각각 10mol%, 25mol%, 60mol% 로 혼합하여 합성한다.

이후, 상기 혼합된 분말을 고순도 메탄올과 알루미나 볼과 함께 폴리에틸렌용기에 넣어 24시간 볼밀처리한 후 균일하게 혼합된 슬러리(slurry)를 pandry를 이용하여 건조한 후 분쇄하여 200mesh(70㎛)의 체(sieve)로 걸러낸다.

이 분말을 900℃ 대기중에서 3시간 동안 하소하되 이때의 승온속도는 3℃/min, 냉각속도는 10℃/min으로 한다.

하소 후 다시 분쇄 및 걸림(sieving) 처리를 한 후 분말상태로 바로 소결하되, 소결은 1300℃ 대기중에서 4시간 하고, 승온속도는 5℃/min, 냉각속도는 7℃/min으로 한다.

더불어, 페라이트만의 특성을 알아보기 위하여 분말을 722MPa로 가압하여 디스크(disc) 형태의 컴팩트(compact)로 성형한 후 소결한다.

또한, 상기 Mn-Zn 페라이트를 제조하기 위해서는 MnO(99.9%), ZnO(99.999%), ??-Fe₂O₃(99.99%) 분말을 각각 25mol%, 15mol%, 60mol% 로 혼합하여 합성한다.

이후, 상기 혼합된 분말을 고순도 메탄올과 알루미나 볼과 함께 폴리에틸렌 용기에 넣어 24시간 볼밀처리한 후 균일하게 혼합된 슬러리(slurry)를 pandry를 이용하여 건조한 후 분쇄하여 200mesh(70㎛)의 체(sieve)로 걸러낸다.

하소 후 다시 분쇄 및 걸림(sieving) 처리를 한 후 분말상태로 바로 소결하되, 소결은 1350℃ 대기중에서 4시간 하고, 승온속도는 5℃/min, 냉각속도는 7℃/min으로 한다.

그리고, 페라이트만의 특성을 알아보기 위하여 분말을 722MPa로 가압하여 디스크(disc) 형태의 컴팩트(compact)로 성형한 후 소결한다.

이때, 상기 소결된 Ni-Zn 페라이트와 Mn-Zn 페라이트 분말의 특성에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 소결된 Ni-Zn 페라이트와 Mn-Zn 페라이트 분말을 Co source를 이용하여 X-ray 회절분석을 통하여 상(phase)을 분석하는 경우 도 1 및 도 2에서와 같이, Ni-Zn 페라이트와 Mn-Zn 페라이트 소결분말의 X-ray 회절패턴이 나타나며, 주상은 페라이트와 첨정석(spinel) 상으로 구성되고 일부의 ??-Fe₂O₃과 NiO 상이 제 2 상으로 존재함을 알수 있다.

더불어, 상기 Ni-Zn 페라이트와 Mn-Zn 페라이트 분말을 압축 후 소결한 소결체의 자성 특성은 VSM(Vibrating Sample Method)을 이용하여 히스테리스 루프(hysteresis loop)로 평가하였다.

즉, 도 3은 Mn-Zn 페라이트의 히스테리스 루프를 보여주고 있는데 이는 포화자화량이 약 80 emu/g, 잔류유도자화량이 약 35emu/g, 보자성(coercivity)이 약 350 Oe로 나타나 페라이트 자성체의 특성을 갖고 있음을 확인하였다.

한편, 상기와 같은 사출용 플라스틱 조성물을 250∼300℃의 온도에서 200kgf/cm²로 가압하면서 디스크 형태로 사출하면, 상기 사출물의 밀도는 복합체 형태가 아닌 순수한 폴리카보네이트 사출물과 거의 같은 밀도를 유지하는 것으로 측정되었다.

따라서, 상기와 같은 사출용 복합 플라스틱 조성물을 통해 전자기기의 하우징을 사출하면, 상기 사출물속에 포함된 각 페라이트 분말이 하우징의 내부에서 발생되는 전자파를 하우징의 외부로 발산되지 않도록 효과적으로 흡수할수 있다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 전자기기의 하우징으로 사용되는 플라스틱 매트릭스 원료에 전자파 흡수 효과가 뛰어난 자성체 분말을 양, 크기, 모양 및 분포 등의 변수를 고려하여 적절하게 혼합시킨 복합체 형태의 플라스틱 조성물을 구성하므로서, 복합 사출용 플라스틱 조성물을 통해 전자기기의 하우징을 사출할 때 전자기기에서 발생되는 전자파를 효과적으로 흡수할수 있도록 함은 물론, 종래에서와 같이 하우징과 전자파의 차폐 및 흡수를 위한 이원화 공정이 일원화될수 있어 제조 공정상 생산성을 향상시킴은 물론 공정 단순화로 부터 원가절감을 달성하고, 더불어 사출물인 하우징에 다시 새로운 공정을 추가하지 않아 그 불량발생률을 저하시키는 효과가 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

Claims

85∼95vol%의 폴리카보네이트 매트릭스에 5∼15vol%의 Ni-Zn 페라이트 분말을 균일하게 혼합 구성함을 특징으로 하는 전자파 흡수기능을 갖는 사출용 복합 플라스틱 조성물.
제 1 항에 있어서, 85∼95vol%의 폴리카보네이트 매트릭스에 5∼15vol%의 Mn-Zn 페라이트 분말을 혼합 구성함을 특징으로 하는 전자파 흡수기능을 갖는 사출용 복합 플라스틱 조성물.
제 1 또는 제 2 항에 있어서, 각 페라이트 분말의 크기는 150∼200메쉬의 범위로 다양한 분쇄공정을 통하여 입도를 조절함을 특징으로 하는 전자파 흡수 기능을 갖는 사출용 복합 플라스틱 조성물.