KR20080106213A - 전기 전도성 물품 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 전도성 물품에 관한 것이다. 전기 전도성 물품은 사출 성형가능한 중합체로 제조된다. 전기 전도성 물질이 사출 성형가능한 중합체에 혼입되며, 탄소 기재 물질이 사출 성형가능한 중합체에 또한 혼입된다. 전기 전도성 물품은 펠릿 또는 판의 형태일 수 있으며, EMI 차폐물로서 사용될 수 있다.
전기 전도성 물질, 탄소 기재 물질, 사출 성형가능한 중합체, EMI 차폐물

Description

전기 전도성 물품 {ELECTRICALLY CONDUCTIVE ARTICLE}
<관련 출원의 상호 참조>
본 출원은 명세서가 본원에 참조로 도입되는 2006년 3월 31일에 출원된 미국 가출원 제60/788,197호의 우선권의 이익을 청구한다.
전자기 간섭 (EMI)은 전자 회로의 회로 성능에 불리한 영향을 미치는 복사 또는 전도 에너지이다. 복사 EMI는 차폐된 인클로저(enclosure) 및 차폐 물질을 사용하여 제거 또는 감소시킬 수 있다.
많은 유형의 전자 회로는 EMI를 복사하거나 이에 영향을 받을 수 있으며, 적합한 성능이 확보되도록 차폐되어야 한다. 많은 전자 인클로저에서는, 다양한 전자기 노이즈 및 시그널이 주변 환경으로 방출되지 않도록 그리고 외부 시그널이 인클로저로 유입되지 않도록, 섀시(chassis)의 개구부를 밀봉 또는 폐색하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 이러한 전자기 노이즈는 근처의 텔레비젼 및 라디오 기기에 간섭하여 소비자를 당황하게 할 수 있다.
예전에는, 이러한 유형의 전자기 노이즈 및 이와 관련된 시그널은 관련 전자기 노이즈의 파장보다 훨씬 더 작은 개구부를 갖는 인클로저를 고안함으로써 제어되었다.
최근에는, 물질에 특정 전도성 충전제를 첨가하여 전도성 플라스틱을 제조하는 것이 시도되고 있다. 보다 구체적으로, 이러한 충전제에는 전도성 분말, 박편 및 섬유가 포함된다. 효과적인 EMI 차폐를 수득하기 위해, 일반적으로 대략 25 중량％ 내지 40 중량％의 전도성 분말, 36 중량％ 내지 49 중량％의 전도성 박편 또는 25 중량％ 내지 30 중량％의 전도성 섬유가 있어야 한다.
추가의 관련 개시내용은 개시내용 전체가 본원에 참조로 도입되는 미국 특허 제4,664,971호; 제4,559,262호; 제4,816,184호; 제4,973,514호; 제5,019,450호; 제5,137,766호; 제5,213,889호; 제5,366,664호; 제5,397,608호 및 국제 특허 제WO 02/43456호에 포함되어 있다.
상기 및 다른 개발은 개선된 EMS 특성을 나타내는 물질을 제조하는 것에 이르렀으나, 물질의 차폐 특성을 개선하는 것이 지속적으로 필요하다. 또한, 물질의 가능한 색의 범위를 증가시킴으로써 외관(cosmetic appearance)을 개선할 필요성이 증가하고 있다.
본 발명의 일 양태는 보다 양호한 EMI 차폐 특성을 갖는 전기 전도성 물품을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 양태는 개선된 외관을 갖는 전기 전도성 물품을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 양태는 광범위한 가능한 색으로 제조될 수 있는 전기 전도성 물품을 제공하는 것이다.
<발명의 개요>
본 발명은 EMI 차폐물로서 사용하기에 적합한 전기 전도성 물품을 제공한다. 전기 전도성 물품은 사출 성형가능한 중합체로 제조된다. 사출 성형가능한 중합체에 전기 전도성 미립자 물질 및 탄소 기재 물질을 개별적으로 혼입하여 펠릿을 제조하고, 사출 성형기에서 상기 펠릿을 기계적으로 블렌딩하여, 전기 전도성 물품을 제조한다. 충전제의 배합은 보다 양호한 EMI 차폐 효과를 제공한다.
본 발명의 다양한 실시양태에 따라, EMI 차폐물로서 사용하기에 적합한 전기 전도성 물품이 제공된다. 전기 전도성 물품은 사출 성형가능한 중합체로 제조된다. 사출 성형가능한 중합체에 전기 전도성 미립자 물질 및 탄소 기재 물질을 개별적으로 혼입하여 사출 성형가능한 중합체 전도성 물질을 전도성으로 만든다. 전기 전도성 미립자 물질 및 탄소 기재 물질은 사출 성형가능한 중합체에서 충전제로서의 기능을 한다. 이들 두 충전제의 배합은 보다 양호한 EMI 차폐 특성을 제공한다.
본 발명의 다양한 실시양태에 따라, EMI 차폐물로서 사용하기 위한 본 발명의 물질로부터 형성되는 전기 전도성 물품은 펠릿, 판 등의 형태일 수 있다.
본 발명의 다양한 실시양태에 따라, 사출 성형가능한 중합체는 열경화성 플라스틱, 엘라스토머, 열가소성 물질 또는 다른 중합체일 수 있다. 본 발명의 범위를 제한하지 않는 예로서, 본 발명에서 사용될 수 있는 중합체의 비한정적인 목록에는 올레핀 및 폴리올레핀 단독중합체, 그라프트 중합체 및 공중합체, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐, 폴리부틸렌, PVC, 에틸렌 비닐 아세테이트 중합체, 불소 함유 중합체, 폴리아세탈, 폴리스티렌, 스티렌 공중합체, 방향족, 지방족 및 혼합 폴리에스테르, 폴리아미드 및 폴리이미드, 폴리에테르, 폴리카르보네이트, 폴리우레탄, 폴리우레아 및 폴리이소시아네이트 중부가 방법에 의해 수득가능한 다른 중합체, 아크릴산 에스테르/스티렌 공중합체, 스티렌-부타디엔 및 스티렌-부타디엔-N-비닐피리딘 공중합체, 클로로부타디엔 및 폴리부타디엔 (공)중합체, 부타디엔-아크릴로니트릴 중합체, 카르복실화 스티렌-부타디엔 공중합체, 클로로프렌 (공)중합체, 스티렌-아크릴로니트릴 중합체, 폴리아크릴레이트, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리술파이드, PPS, 폴리술폰, 폴리에탄 술폰, 셀룰로오스 에스테르, 아미노 수지, 페놀계 수지, 에폭시 수지 및 알키드 수지 (조성 등이 다양함) 등이 포함된다.
전기 전도성 미립자 물질(들)은 전기 전도성 물품의 약 0 중량％ 내지 약 50 중량％의 수준으로 혼입될 수 있다. 전기 전도성 미립자 물질은 비결정질 또는 결정질, 무공성(solid), 다공성 또는 중공성일 수 있으며, 예를 들면 분말, 볼, 소판, 바늘, 아령, 연속 섬유, 단섬유(chopped fiber) 등의 형태일 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 전기 전도성 미립자 물질은 금속 섬유이다. '금속 섬유'는 금속 전도성인 섬유, 와이어 및 막대인 것으로 정의될 수 있다. 이러한 섬유는 개별 섬유, 조방물(roving), 스트랜드, 실, 스레드, 조물(braid) 또는 로프의 형태로 존재할 수 있다. 본 발명의 범위를 제한하지 않는 예로서, 사용될 수 있는 금속의 비한정적인 목록에는 스테인리스강, 알루미늄, 금, 구리 및 이들과 다른 금속의 합금이 포함되며, 이러한 경우 개별 섬유는 또한 층층이 상이한 금속으로 구성될 수 있다. 연자성(soft-magnetic) 금속, 예컨대 철, 니켈, 코발트 및 이들의 합금을 사용하는 것이 또한 가능하다.
또한, 금속 섬유는 2종 이상의 금속으로부터 형성될 수 있으며, 예를 들면 또다른 금속의 중심의 상부에 금속의 코팅을 전해 적용함으로써 형성될 수 있다. 금속 및 비전도체의 균등(even) 배합물이 포함된다.
마찬가지로, 여러 금속 섬유, 또는 금속 섬유와 금속화된 섬유의 임의의 목적하는 배합물을 사용하는 것이 가능하다. 금속 섬유는 직경이 동일하거나 상이할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시양태에 따라, 탄소 기재 물질은 탄소 섬유이다. 탄소 기재 물질은 물품에 전기 전도성 물품의 약 0 중량％ 내지 약 30 중량％의 수준으로 혼입될 수 있다. 전기 전도성 미립자 물질은 비결정질 또는 결정질, 무공성, 다공성 또는 중공성일 수 있으며, 예를 들면 분말, 볼, 소판, 바늘, 아령, 연속 섬유, 단섬유 등의 형태일 수 있다.
전기 전도성 미립자 물질 및 탄소 기재 물질의 배합은 고주파 및 저주파 모두에서 전기 전도성 물품의 전자기 차폐 특성을 향상시키는 바람직한 상승 효과를 제공하며, 전도성이 개선된 차폐 물질을 생성시킨다. 이러한 상승 작용은 탄소의 "손실(lossy)" 특성 및 전기 전도성 미립자 물질의 자기적 특성의 조합으로 인한 것으로 이론화된다.
전기 전도성 물품에 존재하는 이들 구성성분의 양은 특정 용도에 따라 다양할 수 있다. 본 발명의 가장 바람직한 실시양태에 따라, 전기 전도성 미립자 물질은 전기 전도성 물품에 약 15 중량％ (중량％로 나타내는 모든 백분율은 전기 전도성 물품의 중량 기준임)의 수준으로 존재하며, 탄소 기재 물질은 약 15 중량％의 수준으로 존재한다.
본 발명에 따른 전기 전도성 물품은 다음 방식으로 사출 성형가능한 중합체로부터 제조될 수 있다. 사출 성형가능한 중합체에 전기 전도성 미립자 물질을 혼입하여, 제1 세트의 펠릿을 수득한다. 상기 사출 성형가능한 중합체에 탄소 기재 물질을 혼입하여, 제2 세트의 펠릿을 수득한다. 사출 성형기에서 상기 제1 세트의 펠릿과 상기 제2 세트의 펠릿을 블렌딩하여, 전기 전도성 물품을 형성한다.
본 발명의 다양한 실시양태에 따라, 제1 세트의 펠릿은 크로스헤드 압출(crosshead extrusion), 단일축 컴파운딩(single screw compounding) 및 2축 컴파운딩(twin screw compounding)을 비롯한 일련의 공정으로부터 선택되는 공정에 의해 수득된다.
본 발명의 다양한 실시양태에 따라, 제2 세트의 펠릿은 크로스헤드 압출, 단일축 컴파운딩 및 2축 컴파운딩을 비롯한 일련의 공정으로부터 선택되는 공정에 의해 수득된다.
본 발명의 전기 전도성 물품은 전자기파에 대한 차폐 효능이 예상외로 높다. 소정량의 전기 전도성 물질을 사용하여, 본 발명은 통상적인 기술에 비해 차폐 효능을 현저하게 개선한다. 전기 전도성 미립자 물질 및 탄소 기재 물질의 배합은 통상적인 기술보다 개선된 외관을 가능하게 한다. 전기 전도성 미립자 물질 및 탄소 기재 물질의 배합은 보다 광범위한 전기 전도성 물품의 가능한 색을 또한 가능하게 한다.
하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위해 제공되며, 어떠한 방식으로든 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니다. 달리 명시하지 않는 한, 모든 부 및 백분율은 중량 기준이다.
실시예 1
다음 일반 절차에 따라, 전기 전도성 물품을 제조하였다. 본 실시예의 목적을 위해, 전기 전도성 미립자 물질로서 스테인리스강 섬유를 사용하고, 탄소 기재 물질로서 탄소 섬유를 사용하였다. 사출 성형가능한 중합체에 상기 두 섬유를 개별적으로 컴파운딩하여, 펠릿을 형성하고, 사출 성형기에서 상기 펠릿을 기계적으로 블렌딩하여, 내부에 두 섬유가 분산되어 있는 성형 물품을 제조하였다. 하기 데이터는 상기 물품의 EMI 차폐에 대한 예상외의 상승 효과를 나타내었다. 사용한 스테인리스강 섬유는 길이가 5 mm이고, 직경이 8 ㎛였다. 사용한 탄소 섬유는 길이가 6 mm이고, 직경이 7 ㎛였다.
샘플 번호 스테인리스강 섬유 (중량％) 탄소 섬유 (중량％) EMI 차폐 (dB)
4435-132-22 0 30 35.8
4435-132-21 10 20 66.8
4435-132-20 15 15 67.8
4435-132-19 20 10 63.2
4435-132-23 30 0 60.6
표 I에 나타낸 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 스테인리스강과 탄소 섬유의 블렌드를 사용한 샘플의 차폐 특성은 단지 탄소만 충전된 중합체 또는 단지 스테인리스강만 충전된 중합체에 비해 개선되었다.
스테인리스강 섬유 대신에 스테인리스강 분말 또는 박편이 사용될 수 있으며, 탄소 섬유 대신에 탄소 박편 또는 분말이 사용될 수 있다.
사출 성형가능한 중합체는 성형에서 전형적으로 사용되는 임의의 중합체, 예컨대 폴리아미드, 폴리에테르, 폴리카르보네이트, 폴리올레핀, 폴리스티렌 수지 및 비닐 수지일 수 있으나, 중합체는 이들에 제한되지 않는다.
또한, 스테인리스강 섬유는 임의의 금속 섬유, 예컨대 구리 섬유 또는 금속으로 코팅된 섬유 또는 금속으로 도금되거나 침착 금속으로 코팅된 유리 섬유로 대체될 수 있다. 섬유의 길이는 대개 펠릿의 길이와 동일하고, 전형적으로 2 mm 내지 15 mm, 특히 3 mm 내지 7 mm이다.
섬유 대신에 분말이 사용되는 경우, 스테인리스강 분말은 구리, 아연 및 페라이트(ferrite)와 같은 금속 분말, 및 금속으로 도금되거나 침착 금속으로 코팅된 운모 또는 유리 비드의 분말로 대체될 수 있다.
박편이 사용되는 경우, 스테인리스강 박편은 알루미늄 박편, 구리 박편, 아연 박편 및 페라이트 박편과 같은 금속 박편으로 대체될 수 있다.
또한, 스테인리스강 섬유는 연속 섬유 및 단섬유의 배합물로 대체될 수 있다. 연속 섬유 및 단섬유는 동일한 물질 또는 상이한 물질로 구성될 수 있다. 단섬유의 길이는, 예를 들면 약 0.1 mm 내지 10 mm, 바람직하게는 약 2 mm 내지 약 6 mm일 수 있다.
상기한 분말, 박편 및 단섬유 중 2종 이상의 배합물이 또한 본 발명에서 사용될 수 있다.
전기 전도성 물품 중 전기 전도성 미립자 물질 및 탄소 기재 물질의 전체 중량은 전기 전도성 물품의 전체 중량의 5 중량％ 내지 60 중량％의 양인 것이 바람직하다.
작은 분말, 박편 또는 짧은 섬유와 함께 펠릿의 길이를 갖는 상대적으로 긴 섬유를 혼입하여 상대적으로 긴 섬유를 펠릿에 실질적으로 균일하게 분포시킴으로써 펠릿을 제조하는 경우, 상대적으로 긴 섬유의 대부분은 혼합 동안 전단력에 의해 짧게 절단되어 차폐 효능이 저하될 것이다. 물론, 펠릿이 전기 전도성 물품으로 성형될 때 본 발명의 상대적으로 긴 섬유는 어느 정도로 절단된다. 그러나, 펠릿의 제조 동안 펠릿에 긴 섬유를 강하게 그리고 오래 혼입하는 동안 긴 섬유가 절단되는 것을 회피하는 것이 유리하다.
본 발명은 다양한 변형 및 교체 형태의 여지가 있으며, 특정 실시양태를 예로서 도면으로 나타내고, 본원의 발명의 상세한 설명에 기재하였다. 그러나, 본 발명을 개시하는 특정 형태에 제한하려는 것이 아님을 이해해야 한다. 또한, 본 발명은 첨부한 청구의 범위에 의해 규정되는 본 발명의 취지 및 범위 내인 변형, 등가물 및 교체를 포함하려는 것이다.

Claims (14)

  1. 사출 성형가능한 중합체,
    상기 사출 성형가능한 중합체에 혼입된 전기 전도성 미립자 물질, 및
    상기 사출 성형가능한 중합체에 혼입된 탄소 기재 미립자 물질을 포함하는 전기 전도성 물품.
  2. 제1항에 있어서, EMI 차폐물인 전기 전도성 물품.
  3. 제1항에 있어서, 펠릿의 형태인 전기 전도성 물품.
  4. 제1항에 있어서, 판의 형태인 전기 전도성 물품.
  5. 제1항에 있어서, 전기 전도성 미립자 물질이 스테인리스강인 전기 전도성 물품.
  6. 제1항에 있어서, 탄소 기재 미립자 물질이 탄소 섬유인 전기 전도성 물품.
  7. 제1항에 있어서, 전기 전도성 미립자 물질이 분말, 박편, 연속 섬유, 단섬유(chopped fiber) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 형태인 전기 전도성 물품.
  8. 제1항에 있어서, 탄소 기재 물질이 분말, 박편, 연속 섬유, 단섬유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 형태인 전기 전도성 물품.
  9. 제1항에 있어서, 전기 전도성 미립자 물질의 중량％가 전기 전도성 물품의 0 중량％ 내지 50 중량％의 범위인 전기 전도성 물품.
  10. 제1항에 있어서, 탄소 기재 물질의 중량％가 전기 전도성 물품의 0 중량％ 내지 30 중량％의 범위인 전기 전도성 물품.
  11. 제1항에 있어서, 전기 전도성 미립자 물질이 금속 섬유, 금속 도금 섬유, 금속 분말 및 금속 도금 분말로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 전기 전도성 물품.
  12. 사출 성형가능한 중합체에 전기 전도성 미립자 물질을 혼입하여, 제1 세트의 펠릿을 수득하고,
    상기 사출 성형가능한 중합체에 탄소 기재 미립자 물질을 혼입하여, 제2 세트의 펠릿을 수득하고,
    사출 성형기에서 상기 제1 세트의 펠릿과 상기 제2 세트의 펠릿을 블렌딩하 는 것을 포함하는, 사출 성형가능한 중합체로부터 전기 전도성 물품을 제조하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 제1 세트의 펠릿을 수득하는 단계가 크로스헤드 압출(crosshead extrusion), 단일축 컴파운딩(single screw compounding) 및 2축 컴파운딩(twin screw compounding)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 공정에 의해 달성되는 방법.
  14. 제12항에 있어서, 제2 세트의 펠릿을 수득하는 단계가 크로스헤드 압출, 단일축 컴파운딩 및 2축 컴파운딩으로 이루어진 군으로부터 선택되는 공정에 의해 달성되는 방법.
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