KR20150019221A - 금속 코팅 유리섬유 얀의 제조방법 - Google Patents

금속 코팅 유리섬유 얀의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속 코팅 유리섬유 얀의 제조방법에 관한 것으로, 유리섬유 얀을 준비하는 준비단계; 및 준비된 유리섬유 얀을 금속으로 코팅하는 코팅단계를 포함하는, 금속 코팅 유리섬유 얀의 제조방법을 제공한다.

Description

금속 코팅 유리섬유 얀의 제조방법{Method for producing metal coated glass fiber yarn}
본 발명은 금속 코팅 유리섬유 얀(yarn)의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용융 코팅을 이용하여 생산성을 증대시킬 수 있는 금속 코팅 유리섬유 얀의 제조방법에 관한 것이다.
유리섬유 또는 현무암 섬유 등을 포함하는 산업용 무기섬유는 금속, 목재 등을 대체하는 산업용 소재의 기본 보강재로 사용되고 있으며, 특히 열가소성 및 열경화성 수지와 혼합하여 유리섬유 강화 플라스틱을 만드는 주요 원료로 사용되고 있다. 예를 들어, 사출물이나 압출물을 성형할 때 유리섬유 등을 적당량 첨가하여 사출이나 압출 성형하면, 사출물이나 압출물의 치수 안정성이 뛰어나고 강도가 수지만 사용했던 것보다 월등히 향상된다.
그러나, 무기섬유는 전기적으로 절연성이기 때문에 대전방지성 또는 전자파 차폐성을 요구하는 곳에는 사용할 수가 없어 그 응용 부분이 많이 제한되었다. 예를 들어, 비행기나 자동차 부품을 금속으로 제작할 경우, 전자파 차폐에는 효과적이나, 무게가 무거워져 여러 가지 문제점이 있게 된다. 반면에, 유리섬유(부도체)를 활용하여 부품을 만들 경우, 경량화 측면에서는 유리하나, 전자파 차폐가 이루어지지 않아 기기의 오동작을 유발하게 된다.
이와 관련하여 대전방지성 또는 전자파 간섭(EMI: Electromagnetic interference) 차폐성 소재를 제조하기 위해, 수지 자체에 전도성을 부여하는 방법, 수지에 금속 조각이나 금속 와이어를 첨가하는 방법 등이 사용되었다. 또한, 대한민국 특허 공개 제2010-11171호에서와 같이 진공 챔버 내에서 금속원자를 원사에 증착시켜 전자파 차폐 섬유를 제조하는 방법 등이 개시되어 있다.
한편, 섬유의 표면을 금속으로 코팅하는 방법으로는 화학증착법(CVD), 진공증착법(Vacuum Deposition), 스퍼터링(sputtering) 혹은 함침법 등이 있다. 화학증착법, 진공증착법 또는 스퍼터링에 의한 코팅은 섬유 필라멘트의 하나 하나를 코팅하는 것이 가능하나, 코팅속도가 느리고 고가의 장비가 요구될 뿐 아니라, 양산에 어려움이 있어 비경제적이다. 그리고 함침법은 필라멘트 각각을 균일하게 코팅하는 것이 곤란하다.
본 발명의 목적은 전자파 차폐 소재 등으로서 유용하게 사용될 수 있는 금속 코팅 유리섬유 얀의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 제조비용을 절감할 수 있고 생산성을 증대시킬 수 있는 금속 코팅 유리섬유 얀의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 유리섬유 얀(yarn)을 준비하는 준비단계; 및 준비된 유리섬유 얀을 금속으로 코팅하는 코팅단계를 포함하는, 금속 코팅 유리섬유 얀의 제조방법을 제공한다.
본 발명에서 코팅용 금속으로는 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 납(Pb) 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 합금을 사용할 수 있다.
본 발명에서 코팅은 용융 금속을 이용한 용융 코팅인 것이 바람직하며, 구체적으로 용기에 담긴 용융 금속 속에 유리섬유 얀을 통과시켜 코팅하는 것이 바람직하다. 이때 용기로는 질화 붕소(BN) 또는 그래파이트(graphite)로 이루어진 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 유리섬유 얀에 알루미늄 등의 금속을 용융 코팅하는 방법을 사용함으로써 금속 코팅 유리섬유 얀의 생산성을 획기적으로 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 용융코팅 공정도이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은 금속 코팅 유리섬유 얀의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시형태에 따른 금속 코팅 유리섬유 얀의 제조방법은 유리섬유 얀을 준비하는 준비단계; 및 준비된 유리섬유 얀을 금속으로 코팅하는 코팅단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
먼저, 유리섬유 얀을 준비한다. 본 발명에서 얀(yarn)은 실, 즉 방사실을 수십 가닥 합사한 상태를 말할 수 있다. 유리섬유 얀은 시중에서 판매되는 유리섬유 얀을 구입하여 준비할 수 있다.
다음, 준비된 유리섬유 얀을 금속으로 코팅한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 용융코팅 공정도로서, 본 발명에서는 용융 금속을 이용한 용융 코팅, 즉 용기에 담긴 용융 금속 속에 유리섬유 얀을 통과시켜 코팅하는 것이 바람직하며, 이와 같이 용융 코팅 방법을 사용함으로써 금속 코팅 유리섬유 얀의 생산성을 획기적으로 증대시킬 수 있다.
유리섬유를 모노 필라멘트(섬유 1가닥) 단위로 용융 금속에 부분적으로 접촉시켜 코팅하는 방법은 생산성이 극히 낮다. 따라서, 산업용으로 EMC 차폐 소재로 만들 때에는 모노 필라멘트를 가지고 제조할 수가 없다. 이에 따라, 본 발명에서는 생산성을 높이기 위해, 유리섬유 얀 형태로 용융 금속 속에 넣고 통과시켜 코팅하는 방법을 채택하였다. 유리섬유 얀 형태로 코팅함으로써 공정이 단순해지고 대량 생산이 가능하다.
도 1을 참고하면, 언와인더 롤(unwinder roll)(1)로부터 유리섬유 얀(2)이 풀려나서 하나 또는 복수의 이송 롤(3, 4)에 의해 안내되어 용기(6)로 이동한다. 유리섬유 얀(2)의 이송 또는 코팅 속도는 0.1 내지 50 m/min인 것이 바람직하다.
이때, 유리섬유 얀(2)을 이루는 유리섬유의 인장 강도는 적어도 25 g, 바람직하게는 50 g 이상인 것이 좋다. 여기에 이용하는 유리섬유 얀은 시중에서 구할 수 있는 것이면 코팅 가능하다. 시중에서 구할 수 있는 산자용 유리섬유 얀으로는, 예를 들어 PCB(Printed Circuit Board) 기판용 유리섬유 얀을 사용할 수 있다. 세섬유 얀(섬유 직경 5 마이크론 이하)이면 더욱 바람직하다.
용기(6)에는 용융 금속(7)이 담지되어 있고, 또한 하나 또는 복수의 코팅 롤(5, 8)이 구비되어 있다.
코팅 롤(5, 8)은 유리섬유 얀(2)을 안내하면서 이동 및 코팅을 용이하게 하는 역할을 한다. 특히, 복수의 코팅 롤(5, 8)을 이용함으로써, 금속이 유리섬유 얀(2)에 균일하게 코팅될 수 있다.
용기(6)는 질화 붕소(BN) 또는 그래파이트(graphite)로 이루어진 것을 사용하는 것이 바람직하다. 용기(6)의 재질로는 용융금속과 젖음성(wettability)이 적은 물질이 가장 좋은데, 이러한 물질로 BN이나 그래파이트인 세라믹이 최상이다. 질화붕소(BN: boron nitride)는 내열 온도가 2000℃ 이상이고, 화학 안정성이 크며, 전기 절연성, 열전도성, 기계 가공성, 윤활 특성 등이 우수하다. 젖음성이 큰 물질(SUS나 철판)은 용융금속과 빨리 반응하여 슬러지나 스케일이 쌓여 장기간 이용이 불가능하다.
용기(6)는 자체의 열원을 구비하여 금속을 직접 용융시킬 수 있고, 이와 달리 외부의 전기로 등에서 금속을 용융시킨 후 용기(6)에 주입할 수도 있다.
본 발명에서 유리섬유 얀 코팅용 금속으로는 700℃ 이하에서 용융되는 금속이라면 모두 사용 가능하고, 예를 들어 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 납(Pb) 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 합금을 사용할 수 있으며, 특히 융점이 낮고 가벼워 경량화가 가능한 알루미늄을 사용하는 것이 바람직하다. 용융 Al 금속뿐만 아니라 여러 종류의 용융 금속을 이용해서 전도도를 올릴 수 있으며, 가능한 저온에서 융점을 가진 금속이 코팅하기에 유리하고, 생산 시 안전성을 고려해서도 유리한 점이 많을 것이다.
용융 금속의 산화를 방지하기 위해, 용기(6)를 포함하는 용융코팅 장비는 불활성 가스인 아르곤이나 질소 가스로 충진된 챔버 내에서 이루어질 수 있다.
용기(6)에 담지된 용융 금속(7)을 통과하면, 금속으로 코팅된 유리섬유 얀(9)이 형성되고, 하나 또는 복수의 이송 롤(10, 11)에 의해 안내되어 권취 롤(12)에 감긴다.
제조된 금속 코팅 유리섬유 얀의 전기저항은 전자파 차폐 용도로 적합하려면 10-4 Ω 이하인 것이 바람직하다.
금속 코팅층의 두께는 유리섬유 얀의 두께를 기준으로, 0.1 내지 100%, 바람직하게는 1 내지 50%일 수 있다.
이와 같이 유리섬유 얀 형태로 금속을 코팅함으로써, 더욱 쉽게 EMC 차폐 소재를 만들 수 있다. 본 발명에 따른 용융 코팅 방법은 기존의 진공 증착이나 스퍼터링보다 훨씬 염가이고 대량 생산이 가능하다. 유리섬유 이외의 다른 섬유(화학섬유)의 경우에도 금속 용융 온도보다 용융점이 높은 섬유는 코팅이 가능하다고 할 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 금속 코팅 유리섬유 얀은 BMC(Bulk Molding Compound)나 SMC(Sheet Molding Compound)로 사용 가능하며, 전자기적 간섭을 차단하는 전자기파 차폐 소재로 활용할 수 있을 뿐만 아니라, 전기전도성 기능 소재로 응용할 수도 있다. 이러한 특성을 이용하여 레이더 교란용 채프(chaff) 또는 전력망 무력화를 위한 정전 폭탄(blackout bomb) 등에도 적용될 수 있다.
[실시예]
PCB 기판용 유리섬유 얀을 시중에서 구입한 후, 도 1과 같은 코팅장비를 이용하여 유리섬유 얀을 Al로 코팅하였다. 이때, 용융 Al을 담는 용기로는 BN을 사용하였다.
[시험예 1]
실시예에서 제조한 Al 코팅 유리섬유 얀의 전기저항을 4-탐침법(four point probe measurement)으로 측정한 결과, 5×10-3 Ω 정도를 나타내었다.
또한, 주사 전자 현미경(SEM: scanning electron microscope) 관찰 결과, 유리섬유 얀 표면에 Al이 균일하고 매끄럽게 코팅되어 있었다.
[시험예 2]
실시예에서 제조한 Al 코팅 유리섬유 얀을 6 mm 크기로 절단하여 Chopped fiber로 만든 후, 아크릴 수지와 혼합하여 BMC화해서 차폐 시편을 만든 다음, 전자파 차폐율을 측정한 결과 60 dB이었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모두 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 언와인더 롤
2: 유리섬유 얀
3, 4, 10, 11: 이송 롤
5, 8: 코팅 롤
6. 용기
7: 용융 금속
9: 금속 코팅 유리섬유 얀
12: 권취 롤

Claims (5)

  1. 유리섬유 얀(yarn)을 준비하는 준비단계; 및
    준비된 유리섬유 얀을 금속으로 코팅하는 코팅단계를 포함하는,
    금속 코팅 유리섬유 얀의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    금속은 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 납(Pb) 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 금속 코팅 유리섬유 얀의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    코팅은 용융 금속을 이용한 용융 코팅인 것을 특징으로 하는 금속 코팅 유리섬유 얀의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    용기에 담긴 용융 금속 속에 유리섬유 얀을 통과시켜 코팅하는 것을 특징으로 하는 금속 코팅 유리섬유 얀의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    용기는 질화 붕소(BN) 또는 그래파이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 금속 코팅 유리섬유 얀의 제조방법.
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