KR20050067185A - 도전성 완충재료 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

휴대폰과 같은 정보장치 하우징으로부터 누설되는 전자파를 효과적으로 차단하고 충격에 의해 비교적 깨지기 쉬운 전자 부품을 보호하기 위한 완충기능을 구비한 도전성 완충재료 및 제조 과정이 단순하고 쉬운 그의 제조방법을 제공한다. 보다 상세하게는, 도전성 완충재료는 도전성 세선으로 이루어진 섬유집합체(A)와 도전성 충전제(C)를 함유하는 탄성수지(B)를 포함하는 것으로 구성되어 있고, 섬유집합체(A)의 말단부의 적어도 일부는 완충재료의 외부 표면에 노출되어 있고, 그 나머지 부분은 완충재료 내부에 묻혀있는 것을 특징으로 하며, 탄성수지(B)는 도전성 충전제(C)를 균일하게 혼입하면서 그 내부에 다수의 공동을 가지고 있고, 이들의 제조방법이 제공된다.

Description

도전성 완충재료 및 그의 제조방법{A Conductive Cushion Material And A Method For Manufacturing The Same}

본 발명은 전자파 차단 효과가 높고 유연성이 우수한 도전성 완충재료 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전도성 세선(fine line)으로 이루어진 섬유 집합체와 공동(cavity)를 가짐과 아울러 도전성 충전재가 분산된 탄성수지를 함유하는 도전성 완충재료 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

최근, 전자 기술이 진보함에 따라 전기, 전자, 전파 등을 이용한 많은 전자 기구가 보급되고, 이에 따라 전자 기구의 급격한 고주파화, 디지털화, 고집적화가 진행되고 있다. 이들 중에는, 인간이나 다른 기기 등에 유해한 영향을 주는 전자파를 방사하는 것도 있어서, 최근에는 이들이 특별히 문제시되어 그 방지대책이 매우 중요한 문제가 되고 있다.

전자파 장애에 대한 대책에는 여러 가지가 있지만, 방지 대책으로서 가장 두드러지는 것이 전자파 차단 성능을 갖는 전자파 차단 재료로서 사용하는 도전성 재료이다. 전자파 차단재라 함은 전자 기기나 건물 등을 덮는 방법 등으로 외부로부터의 전자파를 내부에 진입하지 못하도록 하거나 내부로부터의 전자파를 차단하는 재료를 말한다.

일반적으로 전자파 차단 성능 또는 도전성능을 플라스틱이나 고무 등의 고분자 재료(polymer)에 부여하는 기술로는 이하의 4가지 방법이 대표적이며 여러가지 방법이 제안되고 있다.

(1) 전도성 재료를 플라스틱, 고무, 발포체 등의 폴리머 내부에 혼합, 분산시키는 기술(예를 들어, 특개평7-249890호 공보(특허청구범위 등)참조).

(2) 금속 등의 도체 또는 도전성 재료를 폴리머 매트릭스 내에 매설(embed)하는 기술(예를 들어, 특개평10-237184호 공보(특허청구범위 등), 특개평11-68376호 공보(특허청구범위 등), 특개2001-85888호 공보(특허청구범위 등)참조).

(3) 금속 등의 화학도금이나 증착에 의해 폴리머 표면이나 내부에 전도 루트(route)를 형성하는 기술(예를 들어, 특개2002-164684호 공보(특허청구범위 등)참조).

(4) 도전성이 높은 재료를 폴리머 표면에 점착 또는 적층하는 기술(예를 들어, 특개평6-85488호 공보(특허청구범위 등)참조).

그러나, 상기 종래 제안된 기술에는 여러 가지의 문제점이 있다.

예를 들면, 상기 (1)의 도전성 재료를 폴리머 내부에 혼합, 분산시키는 기술은, 도전성 재료로서, 예를 들어 카본블랙을 사용하는 경우에는 고농도의 충전이 필요한데, 양호한 도전성을 나타낼 정도의 고농도의 충전율에서는 상기 재료의 기계적 물성이 저하된다. 한편, 충전율을 낮추는 데에는 은과 같은 고가의 원료가 필요하다. 또한, 함침법에 의한 제조방법은 공정이 복잡하다는 난점이 있다.

또한, 상기 (2)의 도전성 재료를 폴리머 매트릭스 내에 매설하는 기술은, 메시(mesh), 금속박, 익스펜디드 메탈(expanded metal) 등을 매설할 때 그들의 두께에 제약을 받고, 이방성이 생기는, 즉 등방성이 없어지는 경우가 있고, 또한 도전성 삼차원 메시(mesh) 상태를 매설하는 경우에는 폴리머 안의 메시 상태의 밀도에 의해 도전성이 변동한다. 게다가, 높은 도전성을 얻기 위해서는 고밀도 충전(매설)이 필요한데, 그 결과로 완충성을 잃어버리게 되는 난점이 있다.

또한, 상기 (3)의 금속 등을 화학 도금 또는 증착하는 기술은, 하우징의 등접촉면부의 도금층은 충격 흡수와 같은 완충작용을 할 때, 마모에 의해 탈락하기 쉽기 때문에 장기간에 걸쳐 안정한 성능을 발휘하기 어렵다는 난점이 있다.

또한, 상기 (4)의 도전성이 높은 재료를 폴리머 표면에 점착(또는 적층)하는 기술은, 금속 세선 메쉬(mesh) 등을 바를 때, 도전층에는 탄력성이 없기 때문에 계 전체의 완충성이 나빠진다. 또한, 하우징의 등접촉부의 밀착성이 나빠져서 전자파가 누설되기 쉽다는 난점이 있다.

이와 같이, 제안된 종래의 전자파 차단성의 도전성 재료는 여러 가지 문제점이 있기 때문에, 그러한 문제점을 해소한 전자파 차단성이 우수한 도전성 완충 재료가 매우 필요한 상황이다.

본 발명의 목적은, 상기 종래의 도전성 재료 등이 갖고있는 문제점을 해소하고 휴대전화 등의 정보기기의 하우징으로부터 누설되는 전자파를 유효하게 차단함과 동시에 충격에 비교적 취약한 전자 부품을 보호할 수 있는 완충기능을 구비한 도전성 완충재료 및 제조 공정이 간편하여 용이하게 제조할 수 있는 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위하여 열심히 연구를 거듭한 결과, 도전성 카본블랙을 함유한 폴리우레탄을 용제에 용해한 용액을 도전성의 금속 세선 시트(sheet)에 함침시키고 스팀 가습된 열기 중에서 성형하여 도전성 완충재료를 제작하였고, 그의 도전성 완충재료는 전자파 차단 효과가 높을 뿐만 아니라 그 내부에 공동(기포)을 다수 가지고 있어서 유연성 및 완충작용이 우수함을 발견하였다. 본 발명은 이러한 발견에 기초하여 완성되기에 이르렀다.

도 1은 본 발명의 도전성 완충재료를 나타내는 단면 모식도이다.

<부호의 설명>

1. 도전성 충전재 (미립자)를 분산한 탄성수지

2. 공동

3. 섬유집합체 (도전성 세선)

[실시예 및 비교예]

이하에서는, 본 발명에 대한 실시예 및 비교예를 열거하고 이에 대하여 상세히 설명하는 바, 본 발명은 이들 실시예에 특별히 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1 내지 17, 비교예 1 내지 3)

실시예 1 내지 17, 비교예 1 내지 3의 도전성 완충재료의 제조방법과 성능 평가 방법을 이하에 나타낸다. 단, 섬유집합체(A)로서 황동 세선을, 탄성수지(B)로서 폴리우레탄을, 도전성 충전재(C)로서 카본블랙을 사용하고 있다.

1. 도전성 완충재료의 조제

(1) 폴리우레탄 용액의 조제

일청방적(株)제 에테르계 폴리우레탄 펠릿(상품명 : 모빌론 P-24TS) 350 (g)에 대해 N,N-디메틸 포름아미드(DMF) 1983 (g)을 재킷(jacket) 달린 니더(kneader)에 넣고 50℃ 하에서 2 시간 동안 용해하였다. 폴리머 용액 중의 폴리머 농도는 약 15 (중량%)이다. 그런 다음, DMF 2667 (g)을 가하고 50℃ 하에서 2 시간 동안 용해시켜서 7 (중량%)의 폴리머 용액을 얻었다. 이하, 폴리머 용액 중의 폴리머 농도를 변경하는 경우에는 상기 방법을 이용하여 약 15 (중량%)의 폴리머 용액을 조제한 후, 최종의 폴리머 용액 농도하에서 그 총량이 5000 (g)이 되도록 희석하여 폴리머 용액을 얻었다.

(2) 도전성 카본블랙 분산액의 조제

도전성 카본블랙[전기화학공업(株)제. 상품명 : 덴카블랙 HS-100] 50 (g)에 DMF 664.3 (g)을 가한 후, 균질기에서 15 (분) 동안 분산처리 하여 농도 7 (중량%)의 카본블랙 용액을 조제하였다. 카본블랙 용액의 농도는 복합체 조제에 사용하는 폴리머 용액 농도에 맞추어 사용하였다.

(3) 도전성 카본블랙 함유 폴리우레탄 용액의 조제

500 (ml) 분리 플라스크에 7 (중량%) 폴리머 용액 140 (g)에 카본블랙 용액 60 (g)을 첨가하고 실온에서 15 (분) 동안 교반하였다. 교반 종료 후, 약 60 (분) 동안 그대로 두어 카본블랙 함유 폴리머 용액에 들어있는 기포를 자연적으로 제거하였다.

(4) 도전성 완충재료의 제조

황동선 집합체(이하, 황동 시트라고 한다.)는 필요에 따라 염화 메틸렌으로 탈지 또는 세정하여 완충재료의 조제에 사용하였다. 황동 시트는 시트를 구성하는 황동선의 직경(이하, 선경이라고 한다.)이 약 50 (㎛)이고, 1 평당 미터 당의 황동 시트 중량(이하, 단위량이라고 칭한다.)이 약 400 (g/m²)인 제품을 사용하였다. 황동 시트는 약 50 (mm) 각으로 절취하여 폴리프로필렌으로 만들어진 트레이(tray)(크기 300 mm X 210 mm) 안에 두었다. 이어서, 트레이 안에 카본블랙 함유 폴리머 용액 100 (g)을 계량하여 투입하고 세선 시트를 핀셋으로 흔들면서 시트로부터 생긴 기포를 제거하였다.

그런 다음, 약 60(℃)의 온수 3(1)을 채운 스테인리스 트레이(크기 600 mm X 300 mm X 120 mm )에 황동 시트 및 카본블랙 함유 폴리머 용액을 넣은 폴리프로필렌 트레이를 띄우고, 전체를 90(℃), 상대습도 50 (RH%)의 상태에서 약 60 (분) 가습, 가열하여 탈용매, 고형화하였다. 고형화한 도전성 완충재료는 물속에서 약 12 (시간) 이상 침지한 후, 자연 건조시켰다. 이러한 방법으로 도전성 완충재료를 조제하였다.

2. 평가방법

(1) 외관과 공동의 유무

도전성 완충재료의 외관은 육안으로 평가하여 판정하였다. 그 평가기준은 다음과 같다. 또한, 도전성 완충재료 속의 공동의 유무도 육안으로 판단하였다.

◎ : 황동 세선은 노출되어 있고, 카본블랙을 함유한 폴리우레탄부가 대체로 평단면인 것.

○ : 황동 세선은 노출되어 있고, 카본블랙을 함유한 폴리우레탄부에 약간의 요부가 있는 것을 제외하고는 대체로 평단면인 것.

△ : 황동 세선은 노출되어 있고, 카본블랙을 함유한 폴리우레탄부에 요부가 어느 정도 두드러지는 것을 제외하고는 대체로 평단면인 것.

X : 황동 세선에 카본블랙을 함유한 폴리우레탄부가 없는(미도포부) 부분이 있는 것.

(2) 경도

JIS K7215의 「플라스틱의 듀로미터 경도 시험방법」에 의해 도전성 완충재료의 경도를 측정하였다.

대략적인 합격 기준으로서, 저경도이고 hot 프레스 없는 완충재료의 타입 A 듀로미터 경도는 20 내지 30 정도이다.

◎ : A 형 경도로 30 이하인 것.

○ : A 형 경도로 30 초과 40 이하인 것.

△ : A 형 경도로 40 초과 50 이하인 것.

X : A 형 경도로 50 초과인 것.

(3) 도전성(전기 저항치)

도전성 완충재료의 개방면(조제할 때 용기에 접하지 않는 면 : 이하 표면이라고 한다) 및 용기 접촉면(용기에 접촉해 있는 면 : 이하 이면이라 한다)을 각각 디지털 멀티미터[(株)커스텀제 CDM-11HD형]로 전기 저항을 측정하였다. 측정에 사용한 완충재료는 50 (mm) 각으로 절단한 샘플로서, 외주로부터 10 (mm) 내측부의 주위 10 (mm) 마다 표시해 놓은 것을 사용하였다. 테스트 리드를 임의의 표시 근방에 놓고, 다른 방향의 테스트 리드는 마주하는 면(이 경우의 측정 간격은 30 mm이다)에 놓은 다음 저항치를 읽었다. 이어서, 순차적으로 표시부 근방과 그 마주하는 면에서 행한 하나의 샘플에 따른 합계 8 점의 측정을 실시하여 평균치로 평가하였다. 또한, 샘플은 표면과 이면의 양면을 측정하여 각각 별개로 기록하였다.

대략적인 합격 기준은 표면 전기 저항이 낮은 것으로서 양면 모두의 전기 저항치는 50 (Ω/3 cm) 이하이다. 가장 우수하게 낮은 수치는 1 내지 3 (Ω/3 cm)이다.

◎ : 전기 저항치가 10 (Ω/3 cm) 이하인 것.

○ : 전기 저항치가 10 (Ω/3 cm)을 초과하고 50 (Ω/3 cm) 이하인 것.

△ : 전기 저항치가 50 (Ω/3 cm)을 초과하고 1000 (Ω/3 cm) 이하인 것.

X : 전기 저항치가 1000 (Ω/3 cm) 초과인 것.

(4) 전자파 차단 성능

우선, 전자 차단 측정 시험기를 안에 아무것도 없는 상태로 설치하고, 기준 레벨(EO)을 측정하였다. 이어서, 150 (mm) 각으로 절취한 차단재를 전자 차단 측정 시험기에 설치하고 수신 레벨(E1)을 측정하였다(KEC 법).

차단 효과(S)는 다음의 식에 의해 산출하였다.

차단 효과(S) = (EO) - (E1) : 단위(db)

측정은 주파수 0.15 내지 1000 (MHz) 사이에서 행하였다. 전자 차단 측정기는 ANRITSU社의 MA8602형을, 또 스펙트럼 분석기는 ADVANTEST社의 TR4173형을 사용하여 측정하였다.

대략적인 합격 기준으로서의 전자파 차단 성능은 100 내지 1000 (MHz) 사이에서 대략적으로 45 (db)의 성능을 갖는 것으로 한다.

◎ : 차단 효과가 45 (db) 이상인 것.

○ : 차단 효과가 15 (db) 이상 45 (db) 미만인 것.

△ : 차단 효과가 5 (db) 이상 15 (db) 미만인 것.

X : 차단 효과가 5 (db) 미만인 것.

실시예 1은 상기와 같으나, 실시예 13에서는 원재료의 종류, 배합량은 표 3에 따르고, 조제방법에 관하여는 실시예 1과 같은 방법으로 조제하였으며, hot 프레스에 의한 가공을 실시하였다.

상기 hot 프레스에 의한 가공방법은 도전성 완충재료를 다리미에 의해 hot 프레스를 실시하였다. 다리미의 가열면 설정 온도는 210℃이고, 50(mm) 각의 도전성 완충재료에 대해 수평으로 약 30 초간 눌렀다.

또한, 비교예 1은 진공가열에 의한 도전성 완충재료를 조제한 것으로서, 원재료의 종류, 배합량은 표 3에 나타난 바와 같다. 폴리머 용액의 조제, 카본블랙 용액의 조제, 카본블랙 함유 폴리머 용액의 조제를 포함한 조제방법은 실시예 1과 같은 방법으로 조제하였다. 그리고, 그 다음의 도전성 완충재료의 조제는 다음의 방법으로 실시하였다.

황동 시트는 필요에 따라 염화메틸로 탈지 또는 세정을 하여 완충재료의 조제에 사용하였다. 황동 시트는 시트를 구성하는 황동선의 직경이 약 50 (㎛)로서, 1 평방미터 당의 황동 시트의 중량이 100 (g/m²)인 것을 사용하였다. 황동 시트는 약 50 (mm) 각으로 절취하여 폴리프로필렌제 트레이(크기 300 mm X 210 mm X 37 mm) 속에 두었다. 이어서, 트레이 속에 카본블랙 함유 용액 100 (g)을 계량하여 투여하고, 황동 시트를 핀셋으로 흔들면서 시트로부터 생긴 기포를 제거하였다. 그런 다음, 상기 조제물을 넣은 폴리프로필렌제 트레이를 진공 건조기 속에 넣고 50(℃) 76 (cmHg)의 진공 하에서 18 시간 동안 방치하여 용제인 DMF를 휘발시켰다.

그 외의 실시예, 비교예에서 원재료의 종류, 배합량은 표 1 내지 3에 따르며, 제조방법에 대해서는 실시예 1과 같은 방법으로 조제하였다. 얻어진 도전성 재료의 구성과 물성평가 결과를 표 1 내지 3에 나타내었다.

상기 표 1 내지 3의 결과로부터 밝혀진 바와 같이, 실시예 1 내지 17에 따른 도전성 완충재료는 경도, 도전성, 전자파 차단 성능이 우수하고 외관도 양호하다.

한편, 스팀 가습 대신에 진공가열 하여 성형하고 조제한 비교예 1의 도전성 완충재료는 공동이 없었고, 그 결과 경도가 높아 유연성(완충성)이 부족하였다. 또한, 황동 세선 시트 만의 비교예 2는 황동 세선이 흩어져 버려서 사용할 수가 없었다. 또한, 원액 도포량이 큰 비교예 3에서는 황동 세선이 모두 완충제 속에 매설되어, 전기 저항치가 합격기준에 미치지 못하였다. 그 이유는 명확하지 않으나, 다음과 같이 유추될 수 있다. 양호한 도전성의 황동 섬유가 완전히 묻혀있는 것은, 도전성 완충재료 표면의 도전성 충전제(카본블랙)를 함유한 탄성수지 층이 두꺼워 지는 것을 의미하고, 바꾸어 말하면, 전기 저항 측정시의 전도 루트 중에서 비교적 전기 저항이 높은 경로가 길어지는 것이라고 추정된다. 결과적으로, 도전성 충전제를 함유한 탄성수지 층의 전기저항(즉, 카본블랙의 함유량의 지배)과 최고로 근접한 금속 세선의 루트 길이(즉, 금속 세선에의 카본클랙을 함유한 탄성수지의 피복 두께)에 지배된다고 생각된다. 즉, 도전성 충전제를 함유한 탄성수지 층의 전기 저항이 낮고 금속 세선에의 피복 두께가 얇아지면 도전성 완충재료로서의 전기 저항치가 낮아지는 바람직한 경향을 가진다. 비교예 3에서는 이들의 요건이 만족되지 않았기 때문에 합격 기준을 만족하지 못하였다고 생각된다.

구체적으로, 본 발명의 제 1 발명에 의하면, 도전성 세선(fine line)으로 이루어진 섬유집합체(A)와 도전성 충전재(C)를 함유하는 탄성수지(B)로 구성된 도전성 완충재료로서, 섬유집합체(A)의 말단부의 적어도 일부는 완충재료의 외부 표면에 노출되어 있으나, 그 외 부분은 완충재료 속에 묻혀있고, 탄성수지(B)는 도전성 충전재(C)를 균일하게 혼입함과 아울러 그 내부에 다수의 공동을 갖는 것을 특징으로 하는 도전성 완충재료가 제공된다.

본 발명의 제 2 발명에 의하면, 제 1 발명에 있어서, 상기 탄성수지(B)는 폴리우레탄인 것을 특징으로 하는 도전성 완충재료가 제공된다.

본 발명의 제 3 발명에 의하면, 제 1 또는 제 2 발명에 있어서, 상기 섬유집합체(A)는 단위 면적 당 중량이 1 내지 0.005 (kg/m²)의 범위인 것을 특징으로 하는 도전성 완충재료가 제공된다.

본 발명의 제 4 발명에 의하면, 제 3 발명에 있어서, 상기 섬유집합체(A)는 금속 세선으로 이루어진 것을 특징으로 하는 도전성 완충재료가 제공된다.

본 발명의 제 5 발명에 의하면, 제 1 내지 제 4 발명 중의 어느 한 발명에 있어서, 상기 도전성 충전재(C)는 카본블랙인 것을 특징으로 하는 도전성 완충재료가 제공된다.

본 발명의 제 6 발명에 의하면, 제 5 발명에 있어서, 상기 카본블랙의 배합량은 상기 탄성수지(B)와 당해 카본블랙의 총량에 대하여 20 내지 40 중량%인 것을 특징으로 하는 도전성 완충재료가 제공된다.

한편, 본 발명의 제 7 발명에 의하면, 탄성수지(B)를 용제에서 용해하고 그 안에 도전성 충전재(C)를 혼입시킨 탄성수지 용액을 얻는 제 1 공정, 그 탄성수지 용액을 도전성 세선으로 이루어진 섬유집합체(A)에 함침시키는 제 2 공정 및 고온·고습 하에서 탄성수지 용액 중의 용제를 제거함과 아울러 탄성수지(B)에 공동을 형성하는 제 3의 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제 1 내지 6 발명 중의 어느 하나의 발명에 따른 도전성 완충재료의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 제 8 발명에 의하면, 제 7 발명에 있어서, 상기 제 3 공정 후에 물 또는 열수 중에 침지하여 용제를 제거하는 제 4 공정을 부가하는 것을 특징으로 하는 도전성 완충재료의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 제 9 발명에 의하면, 제 7 또는 8 발명에 있어서, 두께 조정과 표면의 평활성을 향상시키기 위하여 도전성 완충재료를 프레스 또는 hot 프레스에 의해 성형하는 제 5 공정을 부가하는 것을 특징으로 하는 도전성 완충재료의 제조방법이 제공된다.

본 발명은 상기한 바와 같이, 도전성 세선으로 이루어진 섬유집합체(A)와 도전성 충전재(C)를 함유하는 탄성수지(B)로 구성된 도전성 완충재료로서, 섬유집합체(A)의 말단부의 적어도 일부는 완충재료의 외부 표면에 노출되어 있으나, 그 외 부분은 완충재료 속에 묻혀있고, 탄성수지(B)는 도전성 충전재(C)를 균일하게 혼입함과 아울러 그 내부에 다수의 공동을 갖는 것을 특징으로 하는 도전성 완충재료 등에 관한 것으로서, 그의 바람직한 태양으로 다음의 것이 포함된다.

(1) 제 1 발명에 있어서, 도전성은 전기 저항치가 50 (Ω/3 cm) 이하이고, 전자파 차단 성능은 100 내지 1000 MHz 범위에서 45 (db) 이상이고 유연성은 타입 A 듀로미터(Durometer) 경도로 30 이하인 것을 특징으로 하는 도전성 완충재료.

(2) 제 3 발명에 있어서, 금속 세선은 황동 세선인 것을 특징으로 하는 도전성 완충재료.

(3) 제 7 발명에 있어서, 제 3 공정의 고온·고습하 라는 것은, 스팀 가습된 열기 분위기인 것을 특징으로 하는 도전성 완충재료의 제조방법.

이하, 본 발명에 대하여 항목별로 상세하게 설명한다.

본 발명의 도전성 완충재료는 도전성 세선으로 이루어진 섬유집합체(A)와 도전성 충전재(C)를 함유하는 탄성수지(B)로 구성된 도전성 완충재료로서, 섬유집합체(A)의 말단부의 적어도 일부는 완충재료의 외부 표면에 노출되어 있으나, 그 외 부분은 완충재료 속에 묻혀있고, 탄성수지(B)는 도전성 충전재(C)를 균일하게 혼입함과 아울러 그 내부에 다수의 공동을 갖는 것을 특징으로 한다.

1. 섬유집합체(A)

본 발명의 도전성 완충재료에 있어서, 섬유집합체(A)는 도전성 세선으로 이루어져 있다. 상기 도전성 세선은 표면이 도체로 피복, 도장된 섬유, 금속 세선, 탄소 섬유(carbon fiber) 등 전기를 통하는 것이라면 적절하게 이용할 수 있다.

이들 중에서 금속 세선은 저항이 작기 때문에 양호한 도전성을 얻을 수 있으므로 보다 바람직하다. 이러한 금속 세선의 예로는 황동, 동, 알루미늄, 스테인레스 스틸(stainless steel) 등이 있다.

도전성 세선의 직경은 100 ㎛ 이하인 것이 도전성 완충재료의 완충성 및 전기 저항치의 관점에서 바람직하다.

섬유집합체의의 단위 면적 당 중량은 1 내지 0.005 (kg/m²)의 범위인 것이 바람직하다. 섬유집합체의 중량이 0.005 (kg/m²) 미만이면 도전성 효과나 전자파 차단 효과가 발휘되지 못하고, 반면에 1 (kg/m²)를 초과하면 탄성수지 용액을 함침하기 어려워져서 조작성이 나빠지기 때문에 바람직하지 않다.

섬유집합체의 두께는 소망하는 도전성 완충재료의 두께에 의하여 달라질 수 있으나, 정해진 수치로서 정치(靜置)시에 0.2 내지 5 mm의 범위인 것이 바람직하다.

2. 탄성수지(B)

본 발명의 탄성수지(B)는 탄성을 가지는 수지라면 적절히 사용할 수 있으며, 예를 들면 폴리우레탄 수지, 폴리우레탄 우레아 수지, 실리콘 수지, 미가황(unvulcanized) 고무 재료 등이 있다.

이들 중 폴리우레탄은 기계적 물성이 우수하고 가격이 저렴하며 그 구성원료의 배합비를 변경하여 소망하는 물성, 특히 경도를 용이하게 변경할 수 있는 등의 잇점이 있어서 바람직하다. 또한, 폴리우레탄은 용제 선택의 범위가 넓기 때문에 이러한 점에 있어서도 바람직하다. 왜냐하면 폴리우레탄을 용해할 수 있는 용제군 중에 물도 용해하기 쉬운 용제가 많기 때문이다.

탄성수지로서 미가황 고무 재료를 사용하는 경우에는, 가황제 및 가황보조제 등을 첨가한 후 고온·고습하에서 용제를 제거하면서 가황반응을 하는 것도 바람직하다.

3. 도전성 충전재(C)

본 발명의 도전성 완충재료에 있어서, 도전성 충전재(C)는 상기 탄성수지(B)의 도전성을 향상시키기 위하여 첨가된다. 이러한 충전재로는 금속입자나 탄소 입자 등을 사용하는 것이 적합하지만, 도전성이나 가격 면에서 카본블랙, 그 중에서도 아세틸렌 가스(gas)를 원료로 한 아세틸렌 블랙이 바람직하다.

4. 도전성 완충재료 및 그의 제조방법

본 발명의 전자파 차단 성능이 우수할 뿐만 아니라 완충기능을 구비한 도전성 완충재료는 하기의 제조방법에 의해 얻을 수 있다. 이러한 도전성 완충재료의 제조방법은 다음의 3(I 내지 III), 4(I 내지 IV), 또는 5(I 내지 V)의 공정을 포함하는 것을 특징으로 하며, 이 중 가장 주요한 특징은 탄성수지를 용제에서 용해하고 이 용액에 도전성 충전재를 혼합하여 탄성수지 용액을 제조한 다음, 이것을 섬유집합체에 함침 시킨 후 고온·고습하에서 용제를 제거하여 탄성수지를 경화함과 아울러 공동을 제작하는 것이다.

(I) 탄성수지(B)를 용제에서 용해하고 그 안에 도전성 충전재(C)를 혼입시킨 탄성수지 용액을 얻는 제 1 공정.

(II) 제 1 공정으로부터 얻은 탄성수지 용액을 도전성 세선으로 이루어진 섬유집합체(A)에 함침시키는 제 2 공정.

(III) 제 2 공정으로부터 얻은 탄성수지 용액 함침 섬유집합체(A)를 고온·고습 하에서 탄성수지 용액 중의 용제를 제거하여 탄성수지를 경화함과 아울러 탄성수지(B)에 공동을 형성하는 제 3 공정.

(IV) 제 3 공정으로부터 얻은 도전성 완충재료를 물 또는 열수 중에 침지시켜 용제를 제거하는 제 4 공정.

(V) 제 3 또는 4 공정으로부터 얻은 도전성 완충재료를 두께 조정과 표면의 평활성을 향상시키기 위하여 프레스 또는 hot 프레스에 의해 성형하는 제 5 공정.

본 발명의 도전성 완충재료는 섬유집합체(A)가 완충재료 속에, 즉 당해 완충재료를 구성하는 도전성 충전재(C)를 함유한 탄성수지(B) 속에 묻혀있고, 매설된 금속 세선 등의 섬유집합체는 그 말단부의 적어도 일부가 완충재료, 즉 탄성수지(B)의 외부 표면에 노출되어 있는 것이 바람직하다(도 1 참조).

또한, 본 발명의 도전성 완충재료는 완충성을 갖기 위하여 탄성수지가 공동을 다수 포함하고 있다. 그 탄성수지 속에 포함된 공동 가운데, 육안으로 관측 가능한 공동의 형상이나 크기는, 거의 구상이거나 타엔 구상으로서 공동의 단경이 대략 0.3 내지 1 mm 정도이다.

이러한 공동은 발포제를 넣는 등의 방법으로 형성할 수 있으나, 보다 나은 완충성을 부여하기 위하여 상기의 제조방법, 즉 탄성수지를 용제에서 용해하고 그 안에 도전성 충전재를 균일하게 혼입시켜 탄성수지 용액을 제작하고, 이를 섬유집합체에 함침시킨 다음, 고온·고습하, 즉 예를 들면 스팀 가습된 열기 중에서 용제를 제거하는 것에 의해 탄성수지를 경화함과 아울러 공동을 형성하는 방법이 바람직하다. 또한, 고온·고습하에서 어느 정도 탄성수지를 경화시킨 후에 물 또는 열수 중에 함침시켜 용제를 제거하는 것이 바람직하다.

본 발명의 도전성 완충재료의 제조방법에 사용되는 용제는 탄성수지를 용해함과 아울러 물에 용해되는 것이라면 특별한 제한 없이 적절히 이용할 수 있다.

예를 들어, 탄성수지로서 우레탄을 사용하는 경우에는, 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAC), N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 등을 사용하는 것이 적합하다. 또한, 탄성수지로서 실리콘 수지를 사용하는 경우에는 테트라히드로푸란(THF) 등을, 미가황 고무를 사용하는 경우는 아세톤이나 메틸에틸케톤(MEK) 등을 예로 들 수 있다.

또한, 본 발명의 도전성 완충재료의 제조방법에 관한 제 1 공정으로부터 얻어진 도전성 충전재(C)를 혼입시킨 탄성수지 용액은, 예를 들어 도전성 충전재로서 카본블랙을 사용하고 탄성수지로서 폴리우레탄을 사용하는 경우에, 상기 카본블랙과 폴리우레탄을 용해한 용액 농도는 도전성의 섬유집합체의 태양에도 의존하지만, 적당히 함침하기 쉬운 원액 농도로 조제하는 것이 바람직하다. 상기 원액 농도가 너무 낮으면 응고 후에 섬유집합체의 노출이 심해지고 카본블랙을 함유한 폴리우레탄 층이 극단적으로 얇게 형성되어 바람직하지 않다. 반면에, 그 원액 농도가 너무 높으면 도전성의 섬유집합체에 함침하기가 어렵게 되고 도전성 섬유집합체의 말단부의 도포층이 벗겨지기 때문에 바람직하지 않다. 바람직한 원액(카본블랙과 플리우레탄을 용해한 용액) 농도의 범위는 7 내지 12 중량%이다.

도전성 충전재로서의 카본블랙의 배합량은 소망하는 도전성 완충재료의 도전성능에 맞게 배합하는 것이 바람직하며 특별히 정해져 있지는 않다. 그러나, 카본블랙의 배합농도가 너무 낮으면 도전성능이 저하되기 때문에 바람직하지 않다. 반면에, 너무 높으면 카본블랙의 분산이 곤란해지고 원액 점도를 급격하게 상승시키기 때문에 기대한 성능을 얻기 어려울 뿐만 아니라, 조작성과 도전성 완충재료의 외관품위를 손상시킬 염려가 있다. 바람직하게는 상기 탄성수지(B)와 당해 카본블랙의 총량에 대하여 20 내지 40 중량%, 보다 바람직하게는 25 내지 40 중량%를 배합하면 적당한 성능 및 품위를 갖춘 완충재료를 얻을 수 있다.

구체적인 도전성 완충재료의 제조방법의 일례(개요)를 설명한다. 본 제조방법에서는 섬유집합체(A)로서 황동 세선을, 탄성수지(B)로서 폴리우레탄을, 도전성 충전재(C)로서 카본블랙을 사용하고 있다. 다만, 본 발명의 도전성 완충재료의 제조방법이 이것에 한정되는 것은 아니다.

(1) 폴리우레탄 용액의 조제(제 1 공정의 전반부 I)

니더(kneader)를 사용하여 에테르계 폴리우레탄 팰릿(pellet)의 DMF(디메틸 포름아미드) 용액 (농도 15 중량%)을 조제한다. 용해가 종료한 후, DMF를 추가하여 10 중량%의 폴리머 용액을 조제한다.

(2) 도전성 카본블랙 분산액의 조제(제 1 공정의 전반부 II)

도전성 카본블랙의 10 (중량%) DMF 용액을 조제한다. 그 분산처리에는 균질기를 사용한다.

(3) 도전성 카본블랙 함유 폴리우레탄 용액의 조제(제 1 공정)

상기 폴리우레탄 용액과 도전성 카본블랙 분산액을 계량, 혼합하여 도전성 카본블랙 함유 폴리우레탄 용액을 조제한다. 그 혼합비는 예를 들면, 폴리우레탄 용액 70 중량부에 대해 도전성 카본블랙 분산액 30 중량부이다. 혼합 교반 후에는 자연 탈포 되도록 1 시간 방치하고 다음의 공정을 진행한다.

(4) 도전성 완충재료의 제작(제 2, 3 및 4 공정)

필요에 따라 황동 세선 시트를 염화메틸로 탈지, 세정하였다. 건조 후, 황동 세선 시트를 용기(vat)에 옮기고, 상기 도전성 카본블랙 함유 폴리우레탄 용액을 투입한 다음, 세선 시트 내에 당해 폴리머 용액을 함침시킨다(제 2 공정).

이어서, 본 용기를 스팀 가습된 열기 중(90℃ X 50 RH%)에 격납한다. 탈용매와 고형화가 진행되면 용기를 꺼내고 물을 가하여 탈용매를 촉진시킨다. 물속에서 약 12 시간 정도 침지한 후 내용물에 공기를 쏘이고 건조 시켜서 도전성 완충재료를 얻는다(제 3 및 4의 공정).

이렇게 하여 제조된 도전성 완충재료의 단면 모식도가 도 1에 나타나있다. 도전성 세선으로 이루어진 섬유집합체는 도전성 미립자(예를 들면, 카본블랙) 분산 폴리우레탄 매트릭스에 묻혀있고, 상기 섬유집합체의 적어도 일부는 외부 표면에 노출되도록 하고, 더불어 고온·고습하, 즉 스팀 가습된 열기 중에서 성형하는 것에 의해 기포, 즉 공동이 형성된다. 기포(공동)의 존재는 폴리우레탄의 탄력성과 상승효과적으로 완충성에 기여한다.

본 발명의 도전성 완충재료는 그 경도가 타입 A 듀로미터 경도로 20 내지 30 정도이다. 또한, 그 전도성능은 전기 저항치가 50 (Ω/3 cm) 이하이고, 전자파 차단 성능은 100 내지 1000 MHz 범위에서 대략 45 (db) 의 성능을 가진다.

본 발명의 도전성 완충재료는 도전성 섬유집합체가 완충재료 속에, 즉 완충재료를 구성하는 탄성수지 속에 묻히는 것에 의해 섬유집합체의 기계적 특성을 함께 가질 수 있어서, FRP(U) [섬유 강화형 수지(우레탄)]와 같이 향상된 기계물성을 가진다. 한편, 섬유집합체를 이용하지 않고 탄성수지에 도전성 첨가물을 섞는 경우에는, 충분한 도전성을 나타내기 위하여 혼합 비율을 높일 필요가 있는데, 이럴 경우 탄성수지의 성능이 손상된다.

또한, 본 발명의 도전성 완충재료는 탄성수지 내의 도전성 섬유집합체가 삼차원적으로 배치되어 있는 구조로 인해, 표면, 두께 방향, 종횡폭 방향에 대해 안정한 도전성을 갖는, 즉 등방성이다. 한편, 예를 들어 금속박 등의 이차원적 도전재료를 매설하는 경우에는, 최종 형성물의 두께와 금속박의 두께나 적층수에 따라 다르지만, 두께 방향에 대한 충분한 도전성을 확보할 수 없다. 또한, 당해 방법으로는 탄성성능을 잃을 뿐만 아니라 제조가 곤란하다는 문제가 있다.

상기의 성능을 갖고 있기 때문에, 본 발명의 도전성 완충재료는 휴대전화 등의 정보기기 하우징으로부터 누설되는 전자파를 유효하게 차단함과 아울러 충격에 비교적 취약한 전자부품을 보호할 수 있는 완충기능을 구비하며, 예를 들어 휴대전화 액정 보호 완충제로서 적합하게 사용할 수 있다.

본 발명의 도전성 완충재료는 도전성 섬유 집합체가 완충재료 속(즉, 탄성수지 속)에 삼차원 적으로 배치되고(단, 섬유집합체의 말단부의 적어도 일부는 완충재료의 외부 표면에 노출), 매설되는 것에 의해 섬유집합체의 기계특성을 함께 가질 수 있게 되어 기계 물성이 우수할 뿐만 아니라 도전성 및 전자파 차단 성능이 우수하다. 또한, 표면, 두께 방향, 종횡폭 방향에서 안정한 도전성(즉, 도전성능이 등방성)을 가진다. 게다가, 충격이나 마찰 등의 외력에 의해 도전성을 잃을 염려가 적다.

또한, 본 발명에 따른 도전성 부여 방법은, 공업적으로 매우 광범위하게 사용되는 재료(섬유집합체와 카본블랙)를 조합함으로써 사용목적을 충족할 만한 도전성을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 도전성 완충재료의 제조방법은, 시판중인 코팅기 등을 이용하여 운반체 상에서 도전성 섬유집합체 위에서부터 도전성 충전제를 함유한 탄성수지 용액을 도포한 다음, 이어서 운반체 상의 도전성 완충재료 전구체를 고온 고습 상태와 물세척 공정을 통과시킴 하도록 함으로써, 도전성 완충재료를 연속적으로 저렴하게 생산할 수 있으며 생산 방법이 용이하고 경제적이다.

Claims (9)

1. 도전성 세선으로 이루어진 섬유집합체(A)와 도전성 충전재(C)를 함유하는 탄성수지(B)로 구성된 도전성 완충재료로서, 섬유집합체(A)의 말단부의 적어도 일부는 완충재료의 외부 표면에 노출되어 있으나, 그 외 부분은 완충재료 속에 묻혀있고, 탄성수지(B)는 도전성 충전재(C)를 균일하게 혼입함과 아울러 그 내부에 다수의 공동을 갖는 것을 특징으로 하는 도전성 완충재료.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성수지(B)는 폴리우레탄인 것을 특징으로 하는 도전성 완충재료.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 섬유집합체(A)는 단위 면적 당 중량이 1 내지 0.005 (kg/m²)의 범위인 것을 특징으로 하는 도전성 완충재료.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 섬유집합체(A)는 금속 세선으로 이루어진 것을 특징으로 하는 도전성 완충재료.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 도전성 충전재(C)는 카본블랙인 것을 특징으로 하는 도전성 완충재료.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 카본블랙의 배합량은 상기 탄성수지(B)와 당해 카본블랙의 총량에 대하여 20 내지 40 중량%인 것을 특징으로 하는 도전성 완충재료.
7. 탄성수지(B)를 용제로 용해하고 그 안에 도전성 충전재(C)를 혼입시켜 탄성수지 용액을 얻는 제 1 공정, 그 탄성수지 용액을 도전성 세선으로 이루어진 섬유집합체(A)에 함침시키는 제 2 공정 및 고온·고습 하에서 탄성수지 용액 중의 용제를 제거함과 아울러 탄성수지(B)에 공동을 형성하는 제 3의 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 청구항 1 내지 6 기재의 도전성 완충재료의 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 도전성 완충재료의 제조방법은 상기 제 3 공정 후에 물 또는 열수 중에 침지하여 용제를 제거하는 제 4 공정을 부가하는 것을 특징으로 하는 도전성 완충재료의 제조방법.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 도전성 완충재료의 제조방법은 두께 조정과 표면의 평활성을 향상시키기 위하여 도전성 완충재료를 프레스 또는 hot 프레스에 의해 성형하는 제 5 공정을 부가하는 것을 특징으로 하는 도전성 완충재료의 제조방법.