KR20100024441A - 전도성 단섬사 및 직물 - Google Patents

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Abstract

전도성 단섬사 및 이를 갖는 정전기 소산 직물이 개시되는데, 단섬사는 전도성 재료와 바인더를 포함하며, 정전기 소산특성을 갖는다.
전도성, 단섬사, 정전기, 소산, 바인더

Description

전도성 단섬사 및 직물{Conductive monofilament and fabric}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 "전도성 단섬사 및 직물(Conductive Monofilament and Fabric)"이라는 타이틀로 2007년 6월 7일에 출원한 미합중국 임시 특허출원번호 제 60/933,548 호 및 "전도성 단섬사 및 직물(Conductive Monofilament and Fabric)"이라는 타이틀로 2007년 9월 10일에 출원한 미합중국 임시 특허출원번호 제 60/993,158 호에 대하여 우선권을 주장하며, 상기 문헌들은 여기에서 참조로서 통합된 것이다.
본 발명은 전도성 실 및 정전기 소산 직물 구성에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 원하는 물리적 특성들을 가지면서 정전기를 효과적으로 소산시키는 전도성 실 및 정전기 소산 직물 구성에 관한 것이다.
하기에서, 정전기의 소산을 위해서 예로서 사용될 수 있는 전도성 직물들은 카본 블랙이나 금속 미립자와 같은 전도성 재료가 고 장하(裝荷)된 통합 단섬사들을 갖는다. 통상적으로, 이러한 전도성 재료들은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리아미드와 같은 기초 중합체 내에 분산되거나 혹은 방향성 단섬사 위로 증착된 중합체 피복에 통합된다.
이러한 종래의 방법들에서는 그와 연관된 몇가지 제한사항이 존재한다. 첫째, 로딩된 단섬사의 전기전도도는 단지 10-4~10-7 S/cm의 범위내에 있는데, 이것은 정전기의 효과적인 소산을 위해 필요한 최소기준이다. 불행하게도, 이러한 결점은 직물 설계옵션을 제한하게 되며, 또한 직물 성능을 해치게 된다. 두번째 결점은, 완전하게 충진된 물품의 경우에 있어서 모듈러스, 점성 및 연신율과 같은 단섬사 물리적 특성들에 있어서 절충이 존재하게 된다는 것이다. 이것은 전도성 충전재의 20퍼센트 이상되는 혼합 수준에 의해서 야기되는 높은 수준의 오염에 기인한다. 물리적 특성들의 이러한 손실은 직물 설계의 옵션들을 다시 제한하게 되고 직물 성능에 부정적인 영향을 끼치게 된다.
다른 종래의 전도성 직물들은 전도성 피복들, 금속 와이어 구성들, 또는 합성 구조물 내에 금속 섬유들을 통합하는 조합 설계를 통합한다. 그러나 이러한 직물들과 연관된 결점들은 여전히 존재한다. 예를 들면, 이러한 종래의 설계들은 정전기를 소산시키지만, 금속 와이어들을 갖는 구조물들은 제조가 어렵다. 다른 결점은, 금속-기지 직물들이 쉽게 손상될 수 있고 특히 사용중에 원하지 않는 움푹들어간 곳과 접은 자국이 생길 수 있다는 것이다. 한편으로, 종래의 피복 설계들은 내구성 결핍으로 인하여 곤란을 겪어 왔으며, 피복은 개방 메쉬 구조물의 투과성을 원하지 않게 감소시킬 수 있다.
발명의 요약 그러므로, 본 발명의 주요한 목적은 예를 들어 에어-레이드(air-laid) 멜트블로운(meltblown) 스핀결합 제조에서 사용되는 엔지니어링 직물, 제지분야서 사용되는 건조기 직물 및 정전기의 소산이 필수적이거나 바람직하고 상기한 문제점들을 회피하는 다른 산업용 직물에서 사용하기 위한 실들을 제공하려는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 장비 손상, 심각한 부상 및/또는 죽음을 야기하는 방전에 대한 가능성을 갖는, 예를 들어 케이블 구성 도중에 정전기 축적을 방지하기 위해서 접지 매개체로서 시추 케이블, 고전력 송전선들과 같은 파워 케이블들의 구성에서 사용하기 위한 정전기 소산 실들을 제공하려는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 물질이 충만한 공간, 항공기 제어와 같은 항공우주 분야, 조명, 오락 , 및 자동차 분야에서 다목적 전기 와이어들을 보호 및 접지하고 전자기 차폐(EMI) 쉴드 번들을 구성하기 위해 다양한 열가소성 단섬사들로 이루어진 편조 슬리이브(braided sleeves)의 구성에 사용하기 위한 정전기 소산 실들을 제공하려는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 클린룸에서 사용하기 위한 니트직물 및/또는 직조 직물용 정전기 소산 실들을 제공하려는 것이다.
이러한 목적과 장점들 및 다른 목적과 장점들은 본 발명에 의해서 제공된다. 이와 관련하여, 본 발명은 직물 구성에서 사용되는 내구성의 고 전도성 중합체 단섬사 또는 꼬여진 단섬사에 관한 것이다. 바람직하게는, 본 발명에서는 금속 입자들 및 바인더를 포함하는 특정한 전도성 재료의 피복이나 필름을 갖는 기능성 단섬사들 또는 꼬여진 단섬사들의 사용이 개입된다. 일 실시 예에 있어서 단섬사는 피복이나 막이 주로 위치하는 하나이상의 종방향 홈들을 포함한다. 실이나 단섬사들이 마모됨에 따라, 전도성 재료는 홈들에서 유지되면서 마모로부터 보호된다. 그 결과, 직물들은 단지 금속-기지 직물들에서만 이미 유용한 정전기 소산 특성을 가지며, 종래의 산업용 직물에 비교할만한 물리적 및 열적 특성들을 갖는다. 결과적으로, 본 직물 구성은 금속 직물 설계와 연관되어 움푹들어간 곳 및 접은 자국이 형성되는 것에 대하여 저항하면서도 뛰어난 정전기 소산을 제공한다. 그러나, 정전기 소산의 질은 본 발명에서 고려하는 피복 두께, 사용된 피복 재료의 전기전도도의 수준, 구조물 내에서 피복의 영역, 단섬사 그리드 및 몇몇 다른 요소들의 간격에 의존한다.
그러므로 본 발명의 목적 및 장점들은 첨부도면들을 참조한 상세한 설명에 의해서 실현될 것이다, 첨부 도면에서:
도 1은 본 발명에 따른 단섬사의 횡단면도; 도 2는 본 발명의 일 실시 양태에 따른 직물의 평면도;
도 3a는 본 발명의 일 실시 양태에 따른 단섬사의 횡단도;
도 3b는 본 발명의 일 실시 양태에 따른 단섬사의 횡단면도; 그리고
도 4는 다이 코팅 공정의 개략도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예는 에어레이드(airlaid) 및/또는 스핀결합 공정들에서 부직포들을 제조하는데 사용되는 직물과 같은 엔지니어링 직물 들(engineered fabrics)의 정황으로 설명될 것이며, 여기에서 직물 상에 형성된 부직포 제품의 릴리스는 정전기 축적을 제거함으로써 개선된다. 그러나, 본 발명은 제지분야에서 사용되는 건조기 직물 및 예를 들어 직물 매체를 통해서 정전기의 소산이 필요한 "건조"분야에서 사용되는 다른 직물들과 같은 다른 산업용 직물들에도 또한 적용될 수 있다. 또한, 전도성 재료가 양호한 열전도체이기 때문에, 열전도도가 바람직한 다른 응용이 가능하다. 순간 전도성 혹은 정전기 소산 실들이 예를 들어 케이블 구성 동안에 정전기가 축적되는 것을 방지하기 위한 접지 매개체로서 시추 케이블, 고전력 송신선들과 같은 전력 케이블들의 구성에서 사용될 수 있고, 한편으로는 장비 손상, 심각한 부상 및/또는 죽음을 야기하는 방전에 대한 가능성을 갖는다. 다른 예는 물질이 충만한 공간, 항공기 제어와 같은 항공우주 분야, 조명, 오락, 및 자동차 분야에서 다목적 전기 와이어들을 보호 및 접지하고 전자기 차폐(EMI) 쉴드 번들을 구성하기 위해 다양한 열가소성 단섬사들로 이루어진 편조 슬리이브의 구성에 사용하기 위한 것을 들 수 있다. 순간 정전기 소산 실들에 대한 다른 용도로는 클린 룸 분야에서 사용하기 위한 니트 직물 및/또는 직조 직물을 들 수 있다. 직물 구성은 직조, 기계방향사 또는 교차기계방향사 어레이들, 니트 직물, 나선형 링크 어셈블리들, 필름 혹은 필름형 구조물들, 압출된 메쉬, 및 상기한 구성의 재료들의 나선형 권선 스트립들을 포함할 것이다. 이러한 산업용 직물들은 비교적 크고, 매우 가혹한 환경에 자주 노출됨에 주목하여야 한다. 이러한 직물들은 단섬사, 겹 단섬사(plied monofilament), 다섬사 혹은 겹 다섬사 합성사들을 포함할 것이며, 단층, 다층, 다층 직조 혹은 적층될 것이다.
도면을 다시 참조하면, 본 발명은 도 1(단면도)에 도시된 바와 같이 전도성 재료(12)를 구비하는 기능성 단섬사 또는 실(10)을 포함하는 직물들을 제공한다. 그러므로, 전도성 재료 그 자체는 부하 보유(load bearing) 단섬사들(10) 내로 형성되기에는 강성이 부족한 반면에, 바람직한 실시 예에서 본 발명은 단섬사(10)의 종방향 길이를 따라서 위치된 홈들(14)에 주로 이러한 재료들(12)을 통합한다. 바람직하게,단섬사들(10)을 통합하는 직물들은 단지 금속-기지 직물들에서만 이미 유용한 정전기 소산 특성을 가지며, 종래의 산업용 직물에 비교할만한 물리적 및 열적 특성들을 갖는다. 또한, 이러한 단섬사들(10)을 갖는 직물들은 금속 단섬사 직물과 연관된 움푹들어간 곳 및 접은 자국의 형성에 대해 저항한다.
특히, 본 발명은 바인더에서 전도성 재료(12)를 통합한다. 이때 이용되는 재료로는 미합중국 오하이오주 43015 델라웨어 132 Johnson Drive에 소재하고 있는 Engineered Conductive Materials, LLC, or Engineered Material Systems, Inc.사에 의해서 시판중인 전도성 잉크 또는 접착제가 바람직하다. 이 회사는 전도성 잉크와 접착제를 제공한다. 특별히 유용한 것은 은 입자들과 바인더를 사용하는 전도성 잉크이다. 바람직한 제품은 CI- 1020 이다. 구리, 니켈, 아연 또는 그들의 조합과 같은 다른 금속들을 갖는 전도성 잉크들이 이러한 목적에 또한 부합한다. 바인더는 에폭시, 아크릴, 염화비닐리덴, 이들의 공중합체 또는 그 목적을 위해서 적합한 다른 형식의 바인더이다.
전도성 재료(12)는 홈들(14)에 놓이며, 그것을 전부 채울 필요는 없다. 전도성 재료(12)는 홈들(14)에서 연속적으로 종방향으로 놓이는 것이 효과적이다. 도 3 은 바람직한 실시 예의 전자주사현미경(SEM) 이미지이며, 여기에서 전도성 재료(12)는 피복이나 필름으로서 단섬사(10)에 적용된다. 기술들은 예를 들어 딥 코팅(dip coating) 또는 배스 코팅(bath coating), 분무, 분사 또는 그 목적에 적합한 다른 수단을 포함한다. 예를 들면, 다이 피복 적용방법은 도 4에 도시된 바와 같이 전도성 재료(12)와 바인더의 조절된 미터링(metering)이 단섬사의 표면 상, 특히 홈 영역에 필름을 형성하게 되는 경우에 사용되는데, 이때 피복의 내부 원주는 단섬사의 외부 원주와 대략적으로 동일하게 된다. 도 4는 이러한 공정에서 사용된 전도성 피복 형성의 예를 나타내며, 여기에서 공급 크릴(18)로부터 공급되는 피복되지 않은 단섬사는 피복 다이(16)를 통과하고, 전도성 피복 챔버(22)로부터 공급되는 전도성 재료(12)의 피복 층은 단섬사 위로 동시에 적용된다. 미터링(metering)은 피복 다이(16)의 치수에 의해서 제어되고, 단섬사(10) 상의 피복은 건조 챔버 내에 위치된 고온 송풍기(26)를 사용하여 제어되는 가열 블랭킷(24)내에서 건조된다. 단섬사(10)는 출력 패키지(도면에 도시되지 않음) 위로 부수적으로 감겨진다. 필수적으로 원형 홈이 형성된 단섬사들이 바람직하나, 평평한 형상(예를 들어 직사각형), 다각형 또는 다른 비원형 형상들과 같은 다른 형상들도 적용이 가능하다. 그러나, 물론 이렇게 형상화된 단섬사들은 피복에 대하여 하나이상의 홈들을 갖는 것이 바람직하다.
홈형 단섬사들의 경우에 있어서, 전도성 재료는 홈들(14)을 균등하지 않게 피복하는 바인더를 가지며, 전도성 피복의 연속적인 채널 또는 홈(14)에 필름을 제공한다. 하나 이상의 홈들이 이용가능하나, 도 1에는 단지 설명을 위해서 3개의 홈 들이 도시되어 있다.
다이 응용 공정에 있어서 다이는 단섬사의 치수에 맞는 크기를 갖는다. 이것은 필요한 재료의 양이 적어짐으로 인하여 피복의 하중이 작아지고 비용이 절감되는 잇점을 제공한다. 마모가 일어나는 단섬사의 마모 표면 아래에 전도성 재료가 잔류하기 때문에, 홈들(14)은 전도성 재료(12)를 보호하는 추가적인 잇점을 갖는다. 다른 응용에 있어서, 피복은 외면에 존재할 수도 있다.
그 결과 단섬사는 이중 결합된 플렉스 저항, 얇은 두께, 저가 및 보호되는 전도성 피복에 의해서 금속 실들과 동등한 전기전도도를 갖게 된다.
단섬사는 원하는 최종 목적에 따라서 겹 단섬사 구조를 형성하도록 합쳐지거나 꼬일 수 있게 사용될 수 있다. 도 2는 교차기계방향으로 단섬사(10)를 갖는 본 발명에 따른 직물(20)을 나타낸다. 직물에서 이러한 단섬사들을 통합함으로써, 모든 실들을 포함할 필요는 없고, 직물을 구성하는 단섬사들의 일부만이 포함되면 된다. 이들은 기계방향 및/또는 교차기계방향으로 사용될 것이며, 응용을 위한 정전기의 소산에 필요한 소정의 직조 패턴에서 사용될 것이다.
도 3b에서 SEM 이미지에서 단면으로 도시된 실시 예는 홈이 있는 단섬사(10)에 전도성 재료(12)를 피복으로 제공한다. 바람직하게, 이것은 단섬사의 물리적 및 기능적 특성들을 유지하면서 단섬사의 전기전도도를 증가시키게 된다. 전도성 재료(12)는 적어도 홈들의 주변부 내 뿐만아니라 원주상을 따라서 단섬사의 표면에 결합된다. 이러한 홈이 있는 실 배열은 심지어 단섬사(10)가 마모되어도 전도성 재료(12)를 차폐하고 보호하면서 전도성 재료(12)를 보호하는 기능을 수행한다. 전도 성 재료(12)의 보호 위치는 시간경과에 따른 전기전도도의 손실을 방지하며, 피복이 그자체보다 작은 마모 저항성을 갖게 한다.
단섬사는 폴리에스테르 또는 폴리아미드 또는 해당 기술분야의 숙련된 당업자들에게 알려진 다른 재료들을 포함하기에 적당한 재료로 제조될 수 있음을 알 수 있다. 전도성 재료는 금속 실에 근접하거나 동등한 전기전도도를 가지며, 원하는 전기전도도(정전기 소산)를 유지하면서 반복적으로 구부러질 수 있고, 폴리에스테르, 나일론, 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리에테르에테르 케톤(PEEK) 등과 같은 중합체들에 매우 양호한 접착성을 갖는다.
그러므로, 본 발명에 의해서 그 목적 및 장점들이 실현되며, 비록 바람직한 실시 예들은 여기에서 상세하게 설명되었지만, 본 발명의 영역 및 목적들은 이것에 의해서 제한되지 않으며 첨부된 특허청구범위에 의해서 그 영역이 결정된다.

Claims (21)

  1. 다수의 중합체 단섬사들을 포함하는 정전기 소산 직물로서,
    상기 단섬사들은 금속 입자들 및 그 위에 피복 또는 필름으로서 통합되는 바인더를 포함하는 전도성 재료를 포함하며, 상기 단섬사들은 정전기 소산특성을 갖는 정전기 소산 직물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단섬사들은 하나이상의 종방향 홈들을 포함하고, 상기 종방향 홈들 내에서 상기 전도성 재료와 바인더가 연속적인 피복 또는 필름으로서 위치하는 정전기 소산 직물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 바인더는 에폭시, 아크릴, 염화비닐리덴 또는 그 공중합체인 정전기 소산 직물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 입자들은 은, 구리, 니켈, 아연 또는 이들의 조합인 정전기 소산 직물.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 단섬사들은 원형 또는 비원형인 정전기 소산 직물.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전도성 재료 및 바인더는 딥 코팅(dip coating) 또 는 배스 코팅(bath coating), 분무, 분사(jetting) 또는 다이 피복 적용 중 하나에 의해서 적용되는 정전기 소산 직물.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 직물은 직조, 기계방향사 또는 교차기계방향사 어레이, 니트된(knitted), 나선형 링크 어셈블리, 압출된 메쉬 또는 상기한 구성들의 나선형 권선 스트립들인 정전기 소산 직물.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 단섬사는 폴레에스테르, 폴리아미드, 폴리페닐렌 설파이드(PPS) 또는 폴리에테르에테르 케톤(PEEK)으로 제조된 정전기 소산 직물.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 직물은 엔지니어링 직물, 에어라이드(airlaid), 멜트블로운(meltblown) 또는 스핀결합(spunbonding) 공정들에서 부직포들을 제조하는데 사용되는 직물, 또는 제지직물인 정전기 소산 직물.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 직물은 단일 혹은 다층으로 형성되거나, 다층 직조 혹은 적층되는 정전기 소산 직물.
  11. 금속 입자들 및 정전기 소산 특성들을 갖는 바인더로 구성된 전도성 재료의 연속적인 피복이나 필름을 갖는 중합체 단섬사.
  12. 제 11 항에 있어서, 연속적인 재료와 바인더가 연속적인 피복이나 필름으로서 위치하는 하나이상의 종방향 홈들을 포함하는 중합체 단섬사.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 바인더는 에폭시, 아크릴, 비닐리덴 클로라이드 또는 그 공중합체인 중합체 단섬사.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 금속 입자들은 은, 구리, 니켈, 아연 또는 그 조합인 중합체 단섬사.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 전도성 재료와 바인더는 딥 코팅(dip coating) 또는 배스 코팅(bath coating), 분무, 분사(jetting) 또는 다이 피복 적용 중 하나에 의해서 적용되는 중합체 단섬사.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 단섬사는 원형 혹은 비원형인 중합체 단섬사.
  17. 제 11 항에 있어서, 상기 단섬사는 폴레에스테르, 폴리아미드, 폴리페닐렌 설파이드(PPS) 또는 폴리에테르에테르 케톤(PEEK)으로 제조된 중합체 단섬사.
  18. 제 11 항에 있어서, 상기 단섬사는 엔지니어링 직물, 에어레이드(airlaid), 멜트블로운(meltblown) 혹은 스핀결합(spunbonding) 공정에서 부직포들을 제조하는 데 사용되는 직물, 또는 제지용 직물을 형성하는데 사용되는, 중합체 단섬사.
  19. 제 11 항에 있어서, 상기 직물은 단일 혹은 다층, 다층 직조 또는 적층되는 중합체 단섬사.
  20. 엔지니어링 직물로서,
    다수의 중합체 단섬사들을 포함하며, 상기 단섬사들은 전도성 재료 및 그것의 바인더를 포함하며, 상기 전도성 재료는 정전기 소산특성들을 갖는 금속입자들을 함유하는 피복으로서 적용되는, 엔지니어링 직물.
  21. 제 11 항에 있어서, 상기 단섬사는 파워 케이블, 시추 케이블, 고전력 송신선, 접지 매개체, 편조 슬리이브(braided sleeves), 전자기차폐(EMI) 쉴드, 플레넘(plenums), 항공우주 분야, 자동차 분야 또는 클린룸 응용에서 사용하기 위한 편직 또는 직물에서 사용되는 중합체 단섬사.
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