KR20040101278A - 난연성의 전기 전도성 ｅｍｉ 차폐 재료 및 이 재료를제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

차폐 특성의 유지를 개선시킨 난연성 EMI 차폐 재료가 개시되어 있다. 이 차폐 재료에는 내부 틈새의 표면에 난연제가 분산되어 있다. 또한, 그러한 난연성 차폐 재료를 제조하는 방법이 개시되어 있다.

Description

난연성의 전기 전도성 ＥＭＩ 차폐 재료 및 이 재료를 제조하는 방법{FLAME RETARDANT, ELECTRICALLY CONDUCTIVE EMI SHIELDING MATERIALS AND METHODS OF MAKING THE SAME}

전자 장치의 작동 시에 공통된 문제점은 장비의 전자 회로 내에서 전자기 복사를 생성한다는 것이다. 그러한 복사는 "전자기 간섭", 즉 "EMI"를 초래하여, 어는 정도 인접한 다른 전자 장치의 작동을 방해하게 된다.

EMI의 영향을 개선하기 위한 통상의 해법으로서, EMI 에너지를 흡수 및/또는 반사시킬 수 있는 차폐 재료가 개발되었다. 이러한 차폐 재료는 EMI를 그것의 근원 내에 집중시켜, 다른 장치를 EMI의 근원과 격리시키는 데에 사용되고 있다. 실제로, 미국에서 EMI 차폐 재료는 EMI 차폐 재료로서 판매하기 위해 상용 미국 연방 통신 위원회(FCC)의 EMC 규정에 부합해야 한다.

게다가. 전자 장치에 사용될 모든 차폐 재료에 대한 목표는 FCC의 요구 조건에 부합해야 할뿐만 아니라, 난연성에 대해 미국 보험업자 협회(UnderwritersLaboratories)의 표준을 충족시켜야 한다. 이러한 맥락에서, EMI 차폐 재료는 EMI 차폐 요건을 충족시키기 위해 필요한 차폐 특성을 손상시키지 않으면서, 난연성을 가져야 하는 데, 다시 말해 UL 표준의 NO.94의 "장치 및 가전 제품의 부품용 플라스틱 재료의 난연성 시험(Test for Flammability of Plastic Materials for Parts in Devices and Appliance)"(1991)에서 V-0 등급을 얻어야 한다.

난연성을 나타내는 EMI 차폐 재료(또는 가스킷)를 제공하기 위한 몇 가지 시도가 있어 왔다. 통상, EMI 가스킷에는 후에 경화되는 고점성의 난연제를 사용하는 별개의 난연성 층의 마련되어 있다. 예를 들면, 전도성 직물-포옴 EMI 가스킷(fabric-on-foam EMI gasket)에 관한 것인 미국 특허 제4,857,668호에는 전도성 직물의 내측에 배치되는 별개의 난연성 우레탄 층이 개시되어 있다. 마찬가지로, 역시 전도성 직물-포옴 EMI 가스킷에 관한 것인 미국 특허 제6,248,393호에는 고점성의 난연성 조성물이 직물에 한정된 범위로 침투하여 전도성 직물의 내측에 별개 난연성 층을 형성하는 것이 개시되어 있다. 직물에 대한 한정된 범위의 침투는 가스킷의 외부를 실질적으로 코팅이 없는 상태로 유지하여 전도성을 유지할 수 있게 한다. 그러나, 직물의 코팅된 부분은 난연성 코팅으로 인해 전도성을 잃게 된다. 따라서, 그러한 가스킷 재료는 표면 저항률을 나타내는 반면, 그 재료에서 나타나는 임의의 z축 전도율 또는 벌크 저항률이 난연성 재료로 인해 상당히 손상될 것이다.

따라서, 당업계에서는 난연성이면서 전자기 차폐 용례에 적합한 z축 전도율 또는 벌크 저항률을 나타내는 EMI 차폐 재료가 요구되고 있다. 따라서, 본 발명은z축 전도율 또는 벌크 저항률을 나타내는 난연성의 EMI 차폐 재료 및 이 재료를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 난연성(難燃性)의 전기 전도성 EMI 차폐 재료에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 차폐 성질의 유지를 향상시킨 난연성의 전기 전도성 EMI 차폐 재료에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 난연제가 분산되어 있는 차폐 재료(1.75㎜ 포옴)에 대해 주파수의 함수로 원격장(far field) 차폐 효율(SE)을 나타내는 그래프이다[: 미코팅 기준 샘플,: 폴리머 코팅,: 난연제(FR) 코팅,: 폴리머 및 난연제 코팅].

도 2는 본 발명에 따라 난연제가 분산되어 있는 차폐 재료(1.75 ㎜ 포옴)에 대해 재료 압축 함수로 벌크 저항을 나타내는 원격장 힘 저항 그래프이다[: 미코팅 기준 샘플,: 폴리머 코팅,: 난연제(FR) 코팅,: 폴리머 및 난연제 코팅].

도 3은 본 발명에 따라 난연제가 분산되어 있는 차폐 재료(1.5㎜ 직물-포옴)에 대해 주파수의 함수로 원격장 차폐 효율(SE)을 나타내는 그래프이다[: 미코팅 기준 샘플,: 폴리머 코팅,: 난연제(FR) 코팅,: 폴리머 및 난연제 코팅].

도 4는 본 발명에 따라 난연제가 분산되어 있는 차폐 재료(1.5 ㎜ 직물-포옴)에 대해 재료 압축 함수로 벌크 저항을 나타내는 원격장 힘 저항 그래프이다[: 미코팅 기준 샘플,: 폴리머 코팅,: 난연제(FR) 코팅,: 폴리머 및 난연제 코팅].

본 발명은, 내부 틈새가 있는 다공성 재료를 포함하며, 상기 틈새의 내부 표면에는 전기 전도성이 있고 또 유효량의 난연제가 함유되어 있는 난연성의 전기 전도성 EMI 차폐 재료가 제공된다. 틈새의 표면은 바람직하게는 내부 표면 상에 배치된 적어도 하나의 전도성 층, 보다 바람직하게는 금속 피복층(metallized layer)으로 인해 전기 전도성을 갖는다. 금속 피복층을 위한 금속은 구리, 니켈, 은, 팔라듐, 백금, 니켈 도금 은, 알루미늄, 주석 및 이들의 합금을 포함한다. 하나의 실시예에서, 난연제는 차폐 재료의 틈새 전체에 걸쳐 분산된 입자 형태이다. 이 실시예에서, 입자는 바람직하게는 틈새에 의해 형성되는 전체 내부 표면적의 약 30% 이하를, 보다 바람직하게는 약 20% 이하를, 가장 바람직하게는 약 10% 이하를 차지한다. 다른 실시예에서, 난연제는 틈새의 내부 표면 상의 코팅 형태이다. 이 실시예에서, 코팅은 바람직하게는 약 12 미크론 또는 그 보다 작은 두께를, 보다 바람직하게는 약 5 미크론 또는 그 보다 작은 두께를, 가장 바람직하게는 약 2 미크론 또는 그 보다 작은 두께를 갖는다. 전술한 실시예들 중 어느 것에서도, 차폐 재료에는 폐색된 틈새가 실질적으로 없는 것이 바람직하다. 바람직한 다공성 재료는 전체에 걸쳐 적어도 하나의 금속 피복층을 갖는 개방 셀 포옴(open-cell foam)이며, 선택적으로 다공성 포(布)를 포함할 수 있다. 개방 셀 포옴의 예로는 폴리우레탄 포옴이 있다.

본 발명의 차폐 재료는 벌크 저항과 난연성을 가져 유리하다. 차폐 재료는 바람직하게는 약 20 Ωㆍ㎝ 또는 그 보다 작은 벌크 저항률을, 보다 바람직하게는 약 1 Ωㆍ㎝ 또는 그 보다 작은 벌크 저항률을, 가장 바람직하게는 약 0.5 Ωㆍ㎝ 또는 그 보다 작은 벌크 저항률을 갖는다. 난연제의 유효량은 다음의 UL94 등급 중 어느 하나, 적어도 HF-1, 적어도 HB, 적어도 V2, 적어도 V1, 또는 V0 등급을 갖는 차폐 재료를 제공하는 것이 바람직하다. 사용되는 난연제의 예로는, 인산 암모늄 염과 같은 인(phosphorous)계 난연제가 있다. 다른 실시예에서, 난연제에는 할로겐이 없다. 상기 난연제는 수용성 또는 물분산성(water-dispersible) 폴리머와 같은 폴리머계 캐리어를 선택적으로 포함할 수 있다. 마지막으로, 본 발명의 차폐 재료는 적어도 약 65 데시벨의 평균 차폐 효율을 나타낸다.

본 발명은 또한 전술한 차폐 재료를 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은, 내부 표면이 전도성을 갖고 있는 내부 틈새를 갖는 다공성 재료를 난연제로 함침시켜, 상기 틈새의 내부 표면에 유효량의 난연제를 제공하는 것을 포함한다. 난연제는 수성 조성물 형태가 바람직하며, 수용성 또는 물분산성 폴리머와 같은 폴리머계 캐리어를 선택적으로 포함할 수 있다. 수성 조성물을 위한 용매로는 바람직하게는 물 및 물과 혼화하기 쉬운(water-miscible) 유기 용매이며, 선택적으로는 물과 혼화되지 않는(non-water-miscible) 유기 용매가 없는 것일 수 있다. 상기 방법은 바람직하게는 함침된 차폐 재료를 경화(curing)시키는 것을 포함한다. 유리하게는, 유효량의 난연제를 제공하는 방법은 벌크 저항률에서의 10배 이하의 증가, 보다 바람직하게는 벌크 저항률에서의 1배 이하의 증가를 가져온다. 다른 바람직한실시예는 전술한 바와 같다.

따라서, 본 발명은 유리하게도 이전에는 얻을 수 없었던 난연성 및 전기적 특성을 나타내는 차폐 재료를 제공한다. 본 발명의 전술한 이점 및 기타 이점은 이하에 기재된 상세한 설명을 통해 보다 명백해 질 것이다.

본 발명에 따르면, 차폐 능력을 상당히 감소시키지 않고도 난연성을 나타내는 난연성의 전기 전도성 EMI 차폐 재료가 제공된다. 유리하게는, 난연제를 종래의 방식으로 적용함으로써 발생되는 것으로 확인된 전기적 특성의 상당한 열화 없이 전도성 차폐 재료에 난연성이 부여될 수 있다는 것이 확인되었다.

본 발명의 난연성 차폐 재료는 내부 틈새를 갖는 다공성 재료를 포함하며, 내부 틈새의 내부 표면에는 전기 전도성이 있고 또 유효량의 난연제가 함유되어 있다. 전기 전도성 표면을 갖는 내부 틈새(또는 공극)가 있는 다공성 재료는 당업계에 공지되어 있으며 EMI 차폐 용례를 위해 통상 사용되고 있다. 틈새(또는 공극)의 내부 표면은 상기 재료 전체에 걸쳐 나타나는 틈새 또는 공극의 서로 연결된 망상조직(network)을 통해 "내부 표면적"을 형성한다. 하나의 바람직한 실시예에서, 다공성 재료는 열가소성 엘라스토머로 형성된 포옴(예를 들면, 폴리우레탄 포옴)과 같은 개방 셀의 폴리머계 포옴이다. 폴리머계 포옴이 특정 차폐 용례에 유리한 변형 가능한 성질로 인해 바람직하다. 보다 바람직한 실시예에서, 상기 포옴은 인치당 약 5 내지 120개의 공극, 보다 바람직하게는 인치당 약 50 내지 70개의 공극을 갖는다.

차폐 용례에서, 다공성 재료의 내부 표면은 그 재료의 내부 표면적 전체에 걸쳐 적어도 하나의 층의 전도성 물질을 적층함으로써 전기 전도성이 부여된다. 통상, 차폐 용례에서 전기 전도성은 약 300Ω/square 또는 그 보다 작은 표면 전도율을 의미한다. 전도성 물질은 전도성 충전재, 금속층, 또는 전도성 비금속층의형태일 수 있다. EMI 차폐 용례에 사용되는 전도성 충전재의 예로는, 탄소 흑연, 금속 플레이크, 금속 분말, 금속 와이어, 금속 도금 입자, 또는 이들의 조합을 포함하지만, 이들에 한정되지는 않는다. 다공성 재료는 그 재료 전체에 걸쳐 충전재가 분산되도록 충전재로 함침된다. 금속 피복층은 통상 당업계에 공지된 도금 또는 스퍼터링에 의해 도포된다. 다공성 재료에 전기 전도성을 부여하기 위해 흔히 사용되는 금속으로는 구리, 니켈, 은, 팔라듐, 백금, 니켈 도금 은, 알루미늄, 주석 또는 이들의 합금이 있으며 이에 한정되지는 않는다. 다공성 재료의 내부 표면적에 전도성을 부여하기 위한 비금속성 물질의 예로는, d-폴리아세틸렌, d-폴리(페닐렌 비닐렌), d-폴리 아닐린 및 이들의 조합이 있으며 이에 한정되지는 않는다.

본 발명의 다공성 차폐 재료는 또한 차폐 재료에 내마모성을 제공하기 위해 포(布) 또는 외측 직물층을 포함할 수도 있다. 상기 포는 직조 직물, 부직 직물 또는 편직 직물의 형태일 수 있다. 어느 경우에도, 포는 다공성 재료이다.

다공성 차폐 재료는 고도의 차폐 효율을 나타내는 것이 바람직하다. 이와 관련하여, 차폐 장치의 차폐 효율은 그 재료를 통해 전송되는 신호 감쇠의 정도이다. 본 발명에 있어서, 다공성 차폐 재료는 전송 임피던스 테스트에 의해 1 ㎒ 내지 1㎓로 측정되는 적어도 65 데시벨(㏈)의 평균 차폐 효율을 나타내는 것이 바람직하다. 평균 차폐 효율은 적어도 약 80㏈인 것이 보다 바람직하며, 적어도 약 90㏈인 것이 가장 바람직하다.

특히 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따라 사용되는 차폐 재료는 금속 피복 포옴(즉, 그 포옴의 내부 표면적에 적어도 하나의 금속층이 적층되어 있는 포옴 재료)이다. 금속 피복 포옴의 예로는 다양한 공급처로부터 상업적으로 활용할 수 있는 것이 있다. 하나의 상업적 공급자로는 미국 오하이오주 Chardon 소재의 Eltech System, Corp.이 있다. 또 다른 상업적 공급자로는 미국 미주리주 St. Louis 소재의 Laird Technologies Inc.가 있다.

본 발명에 있어서, 다공성 재료의 내부 표면에는 유효량의 난연제가 제공된다. 별도의 언급이 없는 한, 난연제는 서로 연결된 틈새(또는 공극)의 표면에 배치됨으로써, 다공성 재료 전체에 걸쳐 분산된다. 본 발명의 이러한 맥락에 있어서, "유효량"은 적어도 수평 연소 등급(horizontal flame rating)을 갖는 동시에, EMI 차폐를 위해 충분한 z축 전도율 또는 벌크 저항률을 보유하는 차폐 재료를 제공하는 난연제의 양이다. 난연성은 미국 보험업자 협회 표준의 NO.94의 "장치 및 가전 제품의 부품용 플라스틱 재료의 난연성 시험(Test for Flammability of Plastic Materials for Parts in Devices and Appliance)"(1991)을 사용하여 결정된다. 보다 바람직한 실시예에서, 유효량은 차폐 재료에 적어도 HF-1 또는 HB의 UL94 연소 등급을 제공하는 양이다. 보다 바람직하게는, 적어도 V1, V2, 또는 V0의 UL94 수직 연소 등급(vertical flame rating)을 갖게 하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 차폐 재료는 바람직하게는, 약 20 오옴ㆍ센티미터(Ωㆍ㎝) 또는 그 미만, 보다 바람직하게는 약 1 Ωㆍ㎝ 또는 그 미만, 가장 바람직하게는 약 0.05 Ωㆍ㎝ 또는 그 미만의 벌크 저항률(비압축 상태)을 나타낸다. 벌크 저항률을 조사하는 한가지 방법으로는 ASTM D991 표준을 사용하는 것이 있다. 당업자들에게는 자명한 바와 같이, 다공성 재료 전체에 걸쳐 분산되는 난연제의 실제 양은 다양한요인으로 인해 달라질 수 있다. 일반적으로, 다공성 재료 전체에 걸쳐 분산되는 난연제의 양은 1제곱 야드당 약 10온스(ounces per square yard, opsy) 또는 그 미만, 보다 바람직하게는 약 3 ospy 또는 그 미만, 가장 바람직하게는 1 ospy 또는 그 미만이다. 그러나, 이들 파라미터는 본 발명의 교시에 따라 당업자들에 의해 쉽게 확정할 수 있다.

본 발명의 난연성 재료는 각종 형태의 재료의 내부 표면에 배치되는 난연제를 갖는다. 하나의 실시예에서, 난연제는 비교적 얇은 코팅으로 상기 재료에 분산된다. 다른 실시예에서, 난연제는 내부 표면에 부착된 입자로서 상기 재료 전체에 걸쳐 분산된다. 이론에 의해 한정하고자 하는 것은 아니지만, 난연제의 분산 성질로 인해 폐색된 틈새(또는 공극)가 실질적으로 없는 본 발명의 난연성 차폐 재료의 특성은 차폐 재료의 전기적 특성의 극적인 유지를 용이하게 하는 것으로 여겨진다. 따라서, 차폐 재료의 전기 전도성 표면들 간의 전기적 접촉이 특히 변형 중에 발생하게 해준다. 이는, 난연제 코팅이 틈새 또는 공극의 봉쇄 또는 폐색이 발생할 정도의 두께를 가져 전기적 접촉을 감소시키는 종래의 난연성 EMI 차폐 재료와는 다른 점이다. 폐색된 틈새(또는 공극)가 "실질적으로 없다"라는 표현은 난연제가 제공된 다공성 재료의 틈새(또는 공극)의 대부분보다 적게 폐색 또는 봉쇄됨을 의미한다. 보다 바람직한 실시예에서, 틈새(또는 공극)의 약 25% 이하가 폐색되며, 가장 바람직하게는 약 10% 이하가 폐색된다.

한 가지 특정 실시예에서, 난연제는 내부 표면에 배치되는 입자 형태이다. 보다 바람직한 실시예에서, 입자는 난연제가 제공되는 차폐 재료의 전체 내부 표면적의 약 30% 또는 그 미만을, 바람직하게는 약 20% 또는 그 미만을, 보다 바람직하게는 약 10% 미만을 점유한다. 다른 실시예에서, 난연제는 약 12 미크론 또는 그 미만의 두께를, 보다 바람직하게는 약 5 미크론 또는 그 미만의 두께를, 가장 바람직하게는 약 2 미크론 또는 그 미만의 두께를 갖는 얇은 코팅 형태이다.

사용되는 난연제에는, 할로겐계 및 비할로겐계 난연제와 같은 임의의 난연제가 포함된다. 하나의 실시예에서, 인산염계 난연제가 사용된다. 사용되는 인산염계 난연제의 예로는, 인산 암모늄, 알킬 인산염, 아인산염 화합물 또는 이들의 조합이 있다. 사용되는 난연제의 대표적인 예로는, 디카브로모디페닐옥사이드(decabromodiphenyloxide), 디카브로모디페닐에테르, 안티몬 트리옥사이드, 헥사브로모사이클로도데카넨(hexabromocyclododecanen), 에틸렌비스-(테트라브로모프탈이미드)[ethylenebis(tetrabromophthalimide)], 비스(헥사클로로사이클로펜타디에노)사이클로옥탄, 클로리네이티드 파라핀, 알루미늄 트리하이드레이트, 마그네슘 하이드로옥사이드, 붕산 아연, 아연 옥시데트리-(1,3-디클로로이소프로필) 포스페이트, 포스포닉산, 올리고메릭 포스포네이트, 암모늄 폴리포스페이트(APP), 암모늄 디하이드로젠 포스페이트(ADP), 트리페닐 포스페이트(TPP), 디암모늄(diammonium) 및 모노암모늄 포스페이트 염, 또는 이들의 혼합물을 포함하며, 이들에 한정되지는 않는다. 다른 실시예에서, 무할로겐 난연성 재료를 제공하도록 난연제에는 할로겐이 실질적으로 없다. 상업적으로 이용 가능한 특정 난연제로는 미국 사우스캐롤라이나주 Spartanburg 소재의 Apex Chemical Company 및 미국 뉴욕주 Dobbs Ferry 소재의 Akzo Nobel에서 시판하는 것이 있다.

다른 실시예에서, 폴리머계 코팅이 틈새(또는 공극)의 내부 표면과 난연제 사이에 배치된다. 유리하게도, 차폐 재료에는 가연성을 상당히 증가시키지 않는 폴리머계 코팅이 제공될 수 있다는 것이 확인되었다. 차폐 재료에 제공되는 양은 그 차폐 재료의 차폐 효과를 거의 감소시키지 않는 반면, 동시에 가연성을 증가시키지 않는 임의의 양이다. 사용되는 폴리머계 물질의 예로는, 폴리(에틸렌), 폴리(포스파젠), 폴리(아크릴로니트릴), 폴리(스티렌), 폴리(부타디엔), 가소성(plasticized) 폴리(비닐 클로라이드), 폴리클로로프렌(네오프렌), 폴리카보네이트, 폴리(비닐 아세테이트), 알킬셀롤로우스, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 포스페이트 및 폴리포스포네이트 에스테르, 엑폭시 수지, 스티렌과 말레익 안하이드라이드의 코폴리머, 멜아민-포름알데히드 수지, 및 우레탄과 같은 호모폴리머, 코폴리머 및 이들의 혼합물을 포함한다. 바람직하게는, 코팅용 폴리머계 물질은 수용성 또는 물분산성 폴리머이다. 하나의 특정 실시예에서, 다공성 재료의 내부 표면적에는 1제곱 야드당 약 1온스(opsy) 미만의 건조 중량, 보다 바람직하게는 약 0.6 opsy 미만의 건조 중량을 갖는 우레탄 폴리머 코팅이 마련된다. 당업자에게는 자명한 바와 같이, 폴리머계 코팅의 실제 양은 차폐 재료의 차폐 효율 및 난연성에 악영향을 미치지 않는 한 달라질 수 있다.

본 발명의 난연성 차폐 재료는 전술한 차폐 재료를, 틈새의 내부 표면에 유효량의 난연제가 배치되기에 충분한 조건하에서 난연제로 함침시킴으로써 제조된다. 다공성 재료는 공지의 기법을 사용하여 함침된다. 예를 들면, 다공성 재료는 난연제를 함유하고 있는 액상 조성물에 침지될 수 있다. 다공성 재료를 난연제로함침시키는 다른 방법으로는 스프레이, 에어 나이프 코팅(air knife coating), 상부 및 바닥 직접 코팅, 슬롯 다이(압출) 코팅, 나이프 오버 롤(갭) 코팅, 미터링 로드 코팅(metering rod coating), 이중 역전 롤 코팅이 있다.

하나의 바람직한 실시예에서, 다공성 재료는 그 재료를 충분한 점도의 액상 난연제 조성물 내에, 조성물이 그 재료 전체에 걸쳐 확산하기에 충분한 시간 동안 침지시킴으로써 함침된다. 과잉의 난연제는 폐색의 발생을 최소화하기 위해 (예를 들면, 함침된 재료를 니핑(nipping)함으로써) 제거되며, 그 후에 함침된 재료를 당업계에 공지된 임의의 기법으로 경화시킨다. 보다 바람직하게는, 폴리머계 포옴을 함침시키는 데에 수성 조성물을 사용하여, 포옴 재료에서의 잠재적인 스웰링(swelling)을 최소화한다. 본 발명의 이러한 맥락에서, "수성"이라는 표현은, 액상 조성물을 위한 용매의 대부분이 물 또는 물과 혼화되기 쉬운 유기 용매의 조합임을 의미한다. 보다 바람직하게는, 용매에는 물과 혼화되지 않는 유기 용매가 없다. 하나의 실시예에서, 경화는 상기 재료를 (예를 들면, 주위 온도에서 또는 오븐을 사용하여) 건조시킴으로써 이루어진다. 그러나, 당업자들에게는 자명한 바와 같이, 경화 수단의 선택은 조성물에 함유된 성분에 의존한다.

포옴 재료를 함침시키는 데에 사용되는 액상 난연제 조성물은 전술한 Apex Chemical Company 및 Akzo Nobel과 같은 여러 공급자로부터 쉽게 입수할 수 있다. 액상 조성물의 점도는 다공성 재료를 통해 쉽게 확산할 수 있기에(즉, 스며들 수 있기에) 충분히 낮아야 한다. 액상 난연제 조성물은 바람직하게는 초당 약 1000 센티포아즈(centapose per second, cps) 또는 그 미만의 점도, 보다 바람직하게는약 500 cps 또는 그 미만의 점도, 가장 바람직하게는 약 100 cps 또는 그 미만의 점도를 가져야 한다. 따라서, 상업적으로 입수할 수 있는 난연제의 점도는 코팅 중량을 변경하는 것 외에도 다공성 재료 전체에 걸친 확산을 증진시키도록 조절될 수 있다. 선택적으로, 액상 조성물은 또한 난연제 조성물의 확산을 증진시키기 위해 습윤제(wetting agent)를 포함할 수도 있다. 사용되는 습윤제로는 계면 활성제[예를 들면, 음이온성, 양이온성, 비이온성, 및 쯔비터 이온성(zwitterionic)]가 있으며, 이에 한정되지는 않는다. 습윤제는 약 10 중량% 또는 그 미만의 양으로, 보다 바람직하게는 약 4 중량% 또는 그 미만의 양으로, 가장 바람직하게는 약 2 중량% 또는 그 미만의 양으로 조성물 내에 포함된다.

다른 실시예에서, 액상 난연제 조성물은 또한 다공성 차폐 재료의 틈새(또는 공극)의 내부 표면상에 얇은 난연제 코팅의 형성이 용이해지도록 폴리머계 캐리어를 포함할 수 있다. 사용되는 폴리머계 캐리어로는 전술한 폴리머계 재료가 포함되며, 수용성 또는 물분산성 폴리머가 바람직하다. 하나의 특정 실시예에서, 수성 우레탄 조성물이 사용된다. 난연제 대 폴리머계 캐리어의 비는 건조 중량을 기초로 약 1:1 내지 약 5:1의 범위, 보다 바람직하게는 건조 중량을 기초로 약 2:1 내지 약 3:1의 범위여야 한다.

전술한 바와 같이, 차폐 재료에는 그 차폐 재료의 가연성을 증가시키지 않는 폴리머계 코팅이 선택적으로 마련될 수 있다. 이 실시예에서, 차폐 재료는 먼저 폴리머계 코팅 조성물로 함침된다. 과잉의 폴리머계 코팅 재료는 함침된 차폐 재료로부터 제거하여 폐색되는 틈새를 최소화시키고, 선택적으로는 난연제를 도포하기 전에 경화(즉, 건조)시킨다.

본 발명에 있어서, 다공성 차폐 재료를 난연제로 함침시키는 단계는 난연제가 차폐 재료 전체에 걸쳐 분산되게 한다. 본 발명의 방법의 한 가지 중요한 이점은 차폐 재료의 특정 부분에만 난연제가 제공되는 종래의 방법과 비교할 때 동일하거나 보다 많은 양의 난연제가 차폐 재료 내에 분산될 수 있다는 점이다. 종래의 방법에 의해 생성되는 난연제의 특정 층은 그 차폐 재료의 z축 전도율 또는 벌크 저항률을 상당히 감소시킨다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 차폐 재료에 난연제를 제공하는 방법은 그 차폐 재료에 대한 벌크 저항률의 약 10배 이하의 증가, 바람직하는 약 1배 이하의 증가, 가장 바람직하게는 약 0.1배 이하의 증가를 가져온다. 마찬가지로, 차폐 재료에 일단 난연제가 제공되게 되면 그 차폐 재료의 평균 차폐 효율은 바람직하게는 30% 이하, 보다 바람직하게는 20% 이하, 가장 바람직하게는 10% 이하로 감소한다.

이하의 비한정적인 예에 의해 본 발명에 따라 제조된 난연성 포옴의 특특한 특성을 설명한다.

예

예 1

상업적으로 입수 가능한 전체적으로 금속 피복된 직물-포옴 차폐 재료를 Apex Chemical Company로부터 입수 가능한 희석하지 않은 Apex 911 난연제(25 cps의 점도)로 코팅하였다. 두 가지의 상이한 두께(1.0㎜ 및 3.2㎜)의 직물-포옴 차폐 재료를 Laird Technologies 제품인 CF0040-4 및 CF0125-4의 라인 런(line run)으로부터 각각 취하였다. 전도성 포옴의 5″× 11″시트를 난연제가 담긴 5″× 12″팬에 담갔다. 이어서, 포옴 시트를 이중 고무 닙 롤러를 사용하여 10psi로 니핑(nipping)하였다. 패딩(padding)한 후에, 코팅된 포옴 시트를 오븐 내에서 약 25분 동안 110℃에서 건조시켰다. 코팅된 포옴 시트는 폐색된 공극이 없는 것이 눈으로 관찰되었다. Apex 911의 코팅 중량은 3.2㎜ 재료에 대해 4.32 opsy, 1.0㎜ 재료에 대해 1.76 opsy인 것으로 측정되었다. 시편을 5″× 1/2″의 바아 샘플로 잘라내어 UL94 수직 연소(V) 시험[UL94 Vertical Burn(V) test]를 행하였다. 이 연소 시험의 결과가 표 1에 기록되어 있다.

UL 94-V 연소 시험 결과
1.0㎜ FR 전도성 포옴		3.2㎜ 전도성 포옴
샘플		T1	T2	T3	합격/불합격		샘플	T1	T2	T3	합격/불합격
1		0	0	0	합격		1	0	0	0	합격
2		0	0	0	합격		2	1	0	0	합격
3		0	0	0	합격		3	0	0	0	합격
4		0	0	0	합격		4	7	0	0	합격
5		3	0	0	합격		5	0	0	0	합격
총 연소후(Total Afterflame)		3		총 연소후	8
시험 결과		V-0		시험 결과	V-0

난연성 직물-포옴의 두 샘플은 모두 V0 등급으로 UL94 수직 연소 시험을 통과하였다. 또, 이들 재료에 대해 미국 보험업자 협회에 의해 V0 등급이 별도로 승인되었다. 또한, 인하우스 V0 연소 등급(in-house V0 burn rating)이 전술한 방식으로 적용된 다른 난연제인 Apex 2080 및 Fyrol FR-2(Akzo Nobel)에 대해 얻어졌다.

예 2

미국 오하이오주 Chardon 소재한 Eltech Systems Corp.로부터 구입 가능한 1.75㎜ 두께의 전도성 포옴의 샘플을 입수하여 본 발명에 따라 처리하였다. 이 전도성 포옴은 니켈이 30그램/제곱 미터로 도금되어 있고 제품 코드 번호 2620으로 판매되고 있는 탄소 코팅 폴리우레탄 포옴이었다. 제1 그룹의 포옴 샘플(n=5)은 처리하지 않았으며 기준 샘플로서 사용하였다. 제2 그룹의 전도성 포옴의 5″× 7″시트(n=5)를 Apex Chemical Co.의 희석하지 않은 Flame Proof 911 코팅물과 역시 Apex Chemical Company로부터 입수 가능한 Pentrapex 1924(습윤제) 1중량%가 담긴 5″× 12″팬에 담갔다. 이어서, 포옴 시트를 이중 고무 닙 롤러를 사용하여 10psi로 니핑하였다. 패딩(padding)한 후에, 코팅된 포옴 시트를 약 25분 동안 110℃에서 건조시켰다. 제3 그룹의 포옴 샘플(n=5)은 먼저 수성 우레탄 코팅물(Solul Chemical Co.의 Solucote 1024-4C)을 사용하여 코팅하였다. 전도성 포옴의 5″× 7″시트를 희석한 수성 우레탄 코팅물[800g의 D.I. water 내의 200g의 우레탄(Solucote)]의 용액이 담긴 5″× 12″의 플라스틱 팬에 담갔다. 포옴 시트를 우레탄 코팅물에 담근 후에, 이중 고무 닙 롤러를 사용하여 10psi로 패딩하였다. 패딩 후에, 코팅된 포옴 시트는 오븐 내에서 약 20분 동안 140℃에서 건조시켰다. 샘플을 건조시킨 후에, 전술한 과정에 따라 희석하지 않은 Flame Proof 911 내에 샘플을 담근 후 오븐을 사용하여 100℃의 온도에서 건조시켰다. 제4 그룹의 포옴 샘플(n=5)은 우레탄만으로 코팅하였다. 코팅된 샘플은 폐색된 공극이 없는 것이눈으로 관찰되었다. 3가지 그룹(미코팅 그룹, 911 코팅 그룹, 그리고 우레탄과 911이 코팅된 그룹)의 시편을 5″길이 × 1/2″폭의 바아 샘플로 잘라 내어, UL94 수직(V) 연소 시험을 행하였다. 연소 시험의 결과가 표 2에 기록되어 있다.

시편은 또한 코팅 중량, 표면 저항률(4점), 차폐 효율(SE), 그리고 힘 저항 특성에 대해 분석하였다. 코팅 중량과 표면 저항률은 표 3에 기록되어 있다. 차폐 효율 및 힘 저항 특성(압축에 따른 벌크 저항)이 도 1 및 도 2에 각각 도표로 도시되어 있다.

기준 샘플Eltech 30g Ni(미코팅)	Eltech 30g Ni(911 코팅)	Eletch 30g Ni(우레탄 및 911)
샘플	T1	T2	T3	P/F	샘플	T1	T2	T3	P/F	샘플	T1	T2	T3	P/F
1	4-BTC			F	1	0	0	0	P	1	1	0	0	P
2	4-BTC			F	2	0	0	0	P	2	0	0	1	P
3				NT*	3	0	0	0	P	3	0	0	0	P
4				NT*	4	1	0	0	P	4	0	0	0	P
5				NT*	5	0	0	0	P	5	0	0	0	P
총 연소후(Total Afterflame)	0			총 연소후	1			총 연소후	1
시험 결과	불합격	시험 결과	합격	시험 결과	합격

* NT- 재료의 조기 손상으로 인해 테스트하지 않음

코팅 중량(opsy)
미도금opsy	도금opsy	금속중량	우레탄(U)opsy	U중량	911opsy	911중량	U/911opsy	911중량
NA	2.93	NA	3.157	0.227	5.024	2.094	4.728	1.571
표면 저항률
미코팅4점	U4점	9114점	U/9114점
0.1036 ohm/sq.	0.3519 ohm/sq.	0.1973 ohm/sq.	0.4483 ohm/sq.

표 3의 데이터와 도 1 및 도 2는 난연제가 분산되어 있는 포옴 차폐 재료는 기준 샘플로부터 실질적으로 변화되지 않은 특성을 나타내고 있음을 보여주고 있다. 예를 들면, 코팅된 재료의 표면 저항률은 많아야 약 4.3배(0.4483 ohm/sq. ÷ 0.1036 ohm/sq. = 4.3)의 증가를 보여주고 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 차폐 재료의 차폐 효율은 겨우 23% 감소하였다. 마찬가지로, 도 2에는 기준 샘플과 난연성 샘플의 힘 저항 패턴이 유사한 것으로 도시되어 있다.

예 3

예 1에서와 같이 전체적으로 전도성을 갖는 차폐 재료의 1.5㎜ 두께의 샘플을 희석하지 않은 Apex 911(우레탄이 있는 경우와 우레탄이 없는 경우)로, 그리고 우레탄만으로 함침시켰다. 상기 차폐 재료는 Laird Technologies사의 직물-포옴 제품 CF0060-4의 라인 런(line-runs)으로부터 입수하였다. 상기 차폐 재료의 샘플은 911 난연제가 0.2중량%의 Pentrapex 1924를 포함하고 있다는 점을 제외하면 전술한 과정에 따라 함침되었다. 코팅된 샘플은 폐색된 공극이 없는 것이 시각적으로 관찰되었다. 또한, 샘플 3(우레탄 코팅 + 911 코팅)의 시편을 전자 현미경으로 조사하여, 난연제의 분산 성질을 평가하였다. 공극의 내부 표면에서는 내부 표면적의 10% 미만을 차지하는 부착 입자를 갖고 있는 것이 관찰되었다. 그 입자는 또한 Apex 911에서 발견되는 인산 암모늄 염과 관련이 있는 인 물질을 함유하고 있는 것이 측정되었다. 코팅된 재료와 미코팅 기준 샘플의 표면 저항률, 코팅 중량, 그리고 UL94 V0의 난연성이 표 4에 기록되어 있다. 상기 차폐 재료의 차폐 효율이샘플의 힘 저항 특성과 함께 도 3 및 도 4에 각각 도시되어 있다.

	미코팅	우레탄만 코팅	우레탄 + 911	911만 코팅
4점 저항률	0.014 ohm/sq.	0.028 ohm/sq.	0.038 ohm/sq.	0.022 ohm/sq.
opsy	7.35	7.63-7.35 =0.28	10.68-7.63 =3.05	2.75
UL94 V0 연소 시험	불합격	불합격	합격	합격

표 4의 데이터와 도 3 및 도 4는 난연제가 제공된 직물-포옴 차폐 재료가 실질적으로 변화되지 않은 차폐 능력을 나타내고 있음을 보여주고 있다. 코팅된 재료의 표면 저항률은 많아야 3배(0.038 ohm/sq. ÷ 0.014 ohm/sq. = 2.71) 미만의 증가를 보여주고 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 기준 샘플은 95㏈의 평균 차폐 효율을 나타내는 반면, 난연제만 코팅된 경우와 난연제 외에도 우레탄이 예비 코팅된 경우의 샘플에서는 91㏈ 및 90㏈을 각각 나타냈으며, 이는 차폐 효율이 10%보다도 적게 감소된 것이다 마찬가지로, 도 4에는 기준 샘플과 난연성 샘플의 힘 저항 패턴이 실질적으로 유사하다는 것이 확인된다.

Claims (49)

1. 난연성의 전기 전도성 EMI 차폐 재료로서, 내부 틈새를 갖는 다공성 재료를 포함하며, 상기 내부 틈새의 내부 표면에는 전기 전도성이 있고, 또 상기 틈새는 유효량의 난연제를 수용하고 있는 것인 차폐 재료.
2. 제1항에 있어서, 상기 틈새는 상기 내부 표면상에 배치된 적어도 하나의 전도성 층에 의해 전기 전도성을 갖는 것인 차폐 재료.
3. 제2항에 있어서, 상기 전도성 층은 금속 피복층인 것인 차폐 재료.
4. 제3항에 있어서, 상기 금속 피복층용 금속은 구리, 니켈, 은, 팔라듐, 백금, 니켈 도금 은, 알루미늄, 주석 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 차폐 재료.
5. 제1항에 있어서, 상기 난연제는 상기 차폐 재료의 상기 틈새 전체에 걸쳐 분산된 입자 형태인 것인 차폐 재료.
6. 제5항에 있어서, 상기 입자는 상기 틈새에 의해 형성되는 전체 내부 표면적의 약 30% 이하를 차지하는 것인 차폐 재료.
7. 제6항에 있어서, 상기 내부 표면적의 약 20% 이하를 차지하는 것인 차폐 재료.
8. 제7항에 있어서, 상기 내부 표면적의 약 10% 이하를 차지하는 것인 차폐 재료.
9. 제1항에 있어서, 상기 난연제는 상기 틈새의 내부 표면상의 코팅 형태인 것인 차폐 재료.
10. 제9항에 있어서, 상기 코팅은 약 12 미크론 또는 그 미만의 두께를 갖는 것인 차폐 재료.
11. 제10항에 있어서, 상기 코팅의 두께는 약 5 미크론 또는 그 미만인 것인 차폐 재료.
12. 제11항에 있어서, 상기 코팅의 두께는 약 2 미크론 또는 그 미만인 것인 차폐 재료.
13. 제1항에 있어서, 상기 차폐 재료는 약 20 Ωㆍ㎝ 또는 그 미만의 벌크 저항률을 갖는 것인 차폐 재료.
14. 제13항에 있어서, 상기 차폐 재료의 벌크 저항률은 약 1 Ωㆍ㎝ 또는 그 미만인 것인 차폐 재료.
15. 제14항에 있어서, 상기 차폐 재료의 벌크 저항률은 약 0.5 Ωㆍ㎝ 또는 그 미만인 것인 차폐 재료.
16. 제1항에 있어서, 상기 다공성 재료는 전체에 걸쳐 적어도 하나의 금속 피복층을 갖는 개방 셀 포옴(open-cell foam)인 것인 차폐 재료.
17. 제16항에 있어서, 상기 포옴은 다공성 포(布)를 더 포함하는 것인 차폐 재료.
18. 제17항에 있어서, 상기 포옴은 폴리우레탄 포옴인 것인 차폐 재료.
19. 제1항에 있어서, 상기 유효량의 난연제는 적어도 HF-1의 UL94 연소 등급을 상기 차폐 재료에 제공하는 것인 차폐 재료.
20. 제19항에 있어서, 상기 차폐 재료는 적어도 HB의 UL94 연소 등급을 나타내는것인 차폐 재료.
21. 제20항에 있어서, 상기 차폐 재료는 적어도 V2의 UL94 연소 등급을 나타내는 것인 차폐 재료.
22. 제21항에 있어서, 상기 차폐 재료는 적어도 V1의 UL94 연소 등급을 나타내는 것인 차폐 재료.
23. 제22항에 있어서, 상기 차폐 재료는 적어도 V0의 UL94 연소 등급을 나타내는 것인 차폐 재료.
24. 제1항에 있어서, 상기 난연제는 인(phosphorous)계 난연제인 것인 차폐 재료.
25. 제24항에 있어서, 상기 난연제는 인산 암모늄 염인 것인 차폐 재료.
26. 제24항에 있어서, 상기 난연제는 할로겐이 없는 것인 차폐 재료.
27. 제1항에 있어서, 상기 난연제는 폴리머계 캐리어를 더 포함하는 것인 차폐 재료.
28. 제27항에 있어서, 상기 폴리머계 캐리어는 수용성 또는 물분산성 폴리머인 것인 차폐 재료.
29. 제1항에 있어서, 상기 차폐 재료는 적어도 약 65 데시벨의 평균 차폐 효율을 갖는 것인 차폐 재료.
30. 제1항에 있어서, 상기 차폐 재료에는 폐색된 틈새가 실질적으로 없는 것인 차폐 재료.
31. 난연성의 전기 전도성 EMI 차폐 재료를 제조하는 방법으로서,

    내부 표면이 전기 전도성을 갖고 있는 내부 틈새를 갖는 다공성 재료를 난연제로 함침시켜, 상기 내부 틈새의 내부 표면에 유효량의 난연제를 제공하는 것인 방법.
32. 제31항에 있어서, 상기 틈새는 상기 내부 표면상에 배치된 적어도 하나의 전도성 층에 의해 전기 전도성을 갖는 것인 방법.
33. 제32항에 있어서, 상기 전도성 층은 금속 피복층인 것인 방법.
34. 제33항에 있어서, 상기 금속 피복층용 금속은 구리, 니켈, 은, 팔라듐, 백금, 니켈 도금 은, 알루미늄, 주석 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
35. 제31항에 있어서, 상기 난연제는 수성 조성물 형태인 것인 방법.
36. 제35항에 있어서, 상기 수성 조성물은 폴리머계 캐리어를 더 포함하는 것인 방법.
37. 제36항에 있어서, 상기 폴리머계 캐리어는 수용성 또는 물분산성 폴리머인 것인 방법.
38. 제35항에 있어서, 상기 수성 조성물용 용매는 물 및 물과 혼화되기 쉬운(water-miscible) 유기 용매인 것인 방법.
39. 제38항에 있어서, 상기 용매에는 물과 혼화되지 않는(non-water-miscible) 유기 용매가 없는 것인 방법.
40. 제31항에 있어서, 상기 함침된 차폐 재료를 경화시키는 것을 더 포함하는 것인 방법.
41. 제31항에 있어서, 상기 난연제는 인계 난연제인 것인 방법.
42. 제41항에 있어서, 상기 난연제는 인산 암모늄 염인 것인 방법.
43. 제31항에 있어서, 상기 유효량은 벌크 저항률을 약 10배 이하로 증가시키는 것인 방법.
44. 제43항에 있어서, 상기 유효량은 벌크 저항률을 약 1배 이하로 증가시키는 것인 방법.
45. 제31항에 있어서, 상기 유효량은 적어도 HF-1의 UL 94 연소 등급을 제공하는 것인 방법.
46. 제45항에 있어서, 상기 유효량은 적어도 HB의 UL 94 연소 등급을 제공하는 것인 방법.
47. 제46항에 있어서, 상기 유효량은 적어도 V2의 UL 94 연소 등급을 제공하는 것인 방법.
48. 제47항에 있어서, 상기 유효량은 적어도 V1의 UL 94 연소 등급을 제공하는 것인 방법.
49. 제48항에 있어서, 상기 유효량은 적어도 V0의 UL 94 연소 등급을 제공하는 것인 방법.