KR20150109144A - 전자파 차폐제 쉬트 및 이의 제조방법 - Google Patents

전자파 차폐제 쉬트 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자파 차폐제 쉬트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 전기전도도가 우수하여 전자파 차폐성능이 우수하며, 가격이 저렴하고 대량 생산이 가능하며, 보강재 역할로서 물리적 물성을 향상시킬 수 있고, 경량인 전자파 차폐제 쉬트 및 이의 제조방법을 제공한다.

Description

전자파 차폐제 쉬트 및 이의 제조방법{Electromagnetic wave shielding sheet and method for producing the same}
본 발명은 전자파 차폐제 쉬트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기전도도가 우수하여 전자파 차폐성능이 우수하며, 가격이 저렴하고 대량 생산이 가능하며, 보강재 역할로서 물리적 물성을 향상시킬 수 있고, 경량인 전자파 차폐제 쉬트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근의 자동차 및 항공산업 등에 고전도성 초경량화 소재의 수요가 급증하고 있는 추세이나, 국내에서는 관련 소재를 100% 외국으로부터 수입에 의존하고 있으므로, 전도성 전자파 차폐 복합소재의 국산화 개발이 필요하다.
특히, 자동차에 사용되는 전자제어부품은 25 내지 100개 정도인데, 전자제어부품 외장재(하우징)의 평균 중량은 500 g/개이고, 차량 1대당 외장재 중량은 최대 100 kg에 이르기 때문에, 경량화가 시급한 실정이다.
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 월등이 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.
본 발명의 목적은 전기전도도가 우수하여 전자파 차폐성능이 우수하며, 가격이 저렴하고 대량 생산이 가능하며, 보강재 역할로서 물리적 물성을 향상시킬 수 있고, 경량인 전자파 차폐제 쉬트 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 금속이 코팅된 유리섬유 및 금속이 도금된 카본섬유 중에서 선택되는 1종 이상의 전도성 섬유를 이용하여 부직포 또는 직물을 만드는 단계; 및 부직포 또는 직물을 열가소성 수지 및 열경화성 수지 중에서 선택되는 1종 이상의 수지로 함침하여 쉬트 또는 테이프 형태로 만드는 단계를 포함하는 전자파 차폐제 쉬트의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따른 전자파 차폐제 쉬트의 제조방법은 금속이 코팅된 유리섬유 및 금속이 도금된 카본섬유 중에서 선택되는 1종 이상의 전도성 섬유와, 열가소성 수지 및 열경화성 수지 중에서 선택되는 1종 이상의 수지를 혼합하여 쉬트 몰딩 컴파운드(SMC) 또는 벌크 몰딩 컴파운드(BMC) 조성물을 만드는 단계; 및 쉬트 몰딩 컴파운드(SMC) 또는 벌크 몰딩 컴파운드(BMC) 조성물을 이용하여 일정 형상으로 성형하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 전자파 차폐제 쉬트의 제조방법은 금속이 코팅된 유리섬유 및 금속이 도금된 카본섬유 중에서 선택되는 1종 이상의 전도성 섬유와, 열가소성 수지 및 열경화성 수지 중에서 선택되는 1종 이상의 수지를 혼합하여 칩 또는 펠렛 형태로 컴파운딩하는 단계; 및 컴파운딩한 칩 또는 펠렛을 이용하여 일정 형상으로 성형하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에서 유리섬유에 코팅되는 금속은 알루미늄(Al), 아연(Zn), 납(Pb) 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에서 카본섬유에 도금되는 금속은 니켈-인(Ni-P), 니켈(Ni), 아연(Zn), 납(Pb) 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에서 금속이 코팅된 유리섬유 40 내지 60 중량% 및 금속이 도금된 카본섬유 40 내지 60 중량%를 혼합할 수 있다.
본 발명에서 금속이 코팅된 유리섬유는 용융 금속을 이용한 용융 코팅으로 제조한 것으로, 용기에 담긴 용융 금속 속에 유리섬유를 통과시켜 코팅하고, 용기로는 질화 붕소(BN) 또는 그래파이트(graphite)로 이루어진 것을 사용할 수 있다.
본 발명에서 금속이 도금된 카본섬유는 전해 또는 무전해 도금으로 제조하며, 도금액 중 금속 농도는 5.5 내지 6.5 g/L, 도금액 pH는 4.3 내지 5.0, 도금액 온도는 85 내지 92℃, 전착속도는 16 내지 23 ㎛/hr일 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 방법에 따라 제조되는 전자파 차폐제 쉬트를 제공한다.
본 발명에 따른 전자파 차폐제 쉬트는 경량이고 전기전도도가 우수하여 전자파 차폐성능이 우수하며, 직물에 비해 가격이 저렴하고 대량 생산이 가능하며, 보강재 역할로서 물리적 물성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 용융코팅 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전자파 차폐제 쉬트의 단면도이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은 전자파 차폐제 쉬트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전자파 차폐제 쉬트의 제조방법은 다음과 같이 크게 3가지로 구분할 수 있다.
첫째, 본 발명의 일 실시형태에 따른 전자파 차폐제 쉬트의 제조방법은 금속이 코팅된 유리섬유 및 금속이 도금된 카본섬유 중에서 선택되는 1종 이상의 전도성 섬유를 이용하여 부직포 또는 직물을 만드는 단계; 및 부직포 또는 직물을 열가소성 수지 및 열경화성 수지 중에서 선택되는 1종 이상의 수지로 함침하여 쉬트 또는 테이프 형태로 만드는 단계를 포함할 수 있다.
둘째, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 전자파 차폐제 쉬트의 제조방법은 금속이 코팅된 유리섬유 및 금속이 도금된 카본섬유 중에서 선택되는 1종 이상의 전도성 섬유와, 열가소성 수지 및 열경화성 수지 중에서 선택되는 1종 이상의 수지를 혼합하여 쉬트 몰딩 컴파운드(SMC) 또는 벌크 몰딩 컴파운드(BMC) 조성물을 만드는 단계; 및 쉬트 몰딩 컴파운드(SMC) 또는 벌크 몰딩 컴파운드(BMC) 조성물을 이용하여 일정 형상으로 성형하는 단계를 포함할 수 있다.
셋째, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 전자파 차폐제 쉬트의 제조방법은 금속이 코팅된 유리섬유 및 금속이 도금된 카본섬유 중에서 선택되는 1종 이상의 전도성 섬유와, 열가소성 수지 및 열경화성 수지 중에서 선택되는 1종 이상의 수지를 혼합하여 칩 또는 펠렛 형태로 컴파운딩하는 단계; 및 컴파운딩한 칩 또는 펠렛을 이용하여 일정 형상으로 성형하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 3가지 방법은 공통적으로 금속이 코팅된 유리섬유를 제조하는 공정 및 금속이 도금된 카본섬유를 제조하는 공정을 포함한다. 먼저, 금속이 코팅된 유리섬유를 제조하는 공정에 대해 이하에서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 용융코팅 공정도로서, 본 발명에서는 용융 금속을 이용한 용융 코팅, 즉 용기에 담긴 용융 금속 속에 유리섬유를 통과시켜 코팅하는 것이 바람직하며, 이와 같이 용융 코팅 방법을 사용함으로써 금속 코팅 유리섬유의 생산성을 획기적으로 증대시킬 수 있다.
모노 필라멘트(섬유 1가닥)를 용융 금속에 부분적으로 접촉시켜 코팅하는 방법은 생산성이 극히 낮다. 따라서, 산업용으로 EMC 차폐 섬유나 부직포 또는 직물로 만들 때에는 모노 필라멘트를 가지고 부직포 또는 직물을 제조할 수가 없다. 이에 따라, 본 발명에서는 생산성을 높이기 위해, 유리섬유를 실(yarn) 형태로 용융 금속 속에 넣고 통과시켜 코팅하는 방법을 채택하였다.
도 1을 참고하면, 보빈(bobbin)(1)으로부터 유리섬유(2)가 풀려나서 하나 또는 복수의 이송 롤(3, 4)에 의해 안내되어 용기(6)로 이동한다. 이때 유리섬유(2)는 실(yarn) 형태인 것이 바람직하다. 유리섬유는 시중에서 구할 수 있는 것이면 코팅 가능하다. 시중에서 구할 수 있는 산자용 유리섬유로는, 예를 들어 PCB(Printed Circuit Board) 기판용 유리섬유를 사용할 수 있다. 세섬유 얀(섬유 직경 5 마이크론 이하)이면 더욱 바람직하다.
이때, 유리섬유(2)의 인장강도는 적어도 25 g, 바람직하게는 50 g 이상이 되어야 코팅이 가능하다. 유리섬유(2)의 직경으로는 20 ㎛ 이상, 바람직하게는 50 ㎛ 이상이다. 그 이유는 연속 공정으로서 유리섬유가 당겨지므로 자연스레 장력을 받게 되고, 이런 장력에 끊어짐이 없어야 용융금속을 통과하여 대량으로 연속적으로 감길 수 있기 때문이며, 따라서 상기한 인장강도가 요구된다. 기계의 정밀도가 높거나 인장력(tension)이 균일하게 될 수 있다면, 인장강도가 25 g까지도 가능하고, 즉 20 내지 50 ㎛의 섬유 직경까지도 가능하다. 유리섬유의 섬유직경이 20 ㎛ 미만일 경우 장력이 부족하여 장시간 운영이 어렵다.
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(2)를 안내하면서 이동 및 코팅을 용이하게 하는 역할을 한다. 특히, 복수의 코팅 롤(5, 8)을 이용함으로써, 금속이 유리섬유에 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) 적은 물질이 가장 좋은데, 이러한 물질로 BN이나 그래파이트인 세라믹이 최상이다. 질화붕소(BN: boron nitride)는 내열 온도가 2,000℃ 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 코팅용 금속으로는 알루미늄(Al), 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(9)(MGF: Metallized Glass Fiber)가 형성되고, 하나 또는 복수의 이송 롤(10, 11)에 의해 안내되어 권취 롤(12)에 감긴다.
제조된 금속 코팅 유리섬유의 전기저항은 전자파 차폐 용도로 적합하려면 10-4 Ω 이하인 것이 바람직하다.
금속 코팅층의 두께는 유리섬유의 직경을 기준으로, 0.1 내지 100%, 바람직하게는 1 내지 50%일 수 있다.
이와 같이 유리섬유 실을 코팅하여 부직포, 티슈, 직물 등으로 제조함으로써, 더욱 쉽게 EMC 차폐 소재를 만들 수 있다. 본 발명에 따른 용융 코팅 방법은 기존의 진공 증착이나 스퍼터링보다 훨씬 염가이며 대량 생산이 가능하다. 유리섬유 이외의 다른 섬유(화학섬유)의 경우에도 금속 용융 온도보다 용융점이 높은 섬유는 코팅이 가능하다고 할 수 있다.
본 발명에 따른 제조된 금속 코팅 유리섬유는 전자기적 간섭을 차단하는 전자기파 차폐재로 활용할 수 있을 뿐만 아니라, 전기전도성 기능섬유로 응용할 수도 있다. 이러한 특성을 이용하여 레이더 교란용 채프(chaff) 또는 전력망 무력화를 위한 정전 폭탄(blackout bomb) 등에도 적용될 수 있다.
금속이 도금된 카본섬유는 전해 도금 또는 무전해 도금으로 제조할 수 있으며, 바람직하게는 무전해 도금으로 제조할 수 있다.
카본섬유는 유기섬유를 비활성 기체 속에서 가열, 탄화하여 만든 섬유이다. 원료로는 셀룰로스, 아크릴 섬유, 비닐론, 피치(pitch) 등이 쓰이는데, 원료에 따라 또는 처리 온도에 따라 분자배열과 결정의 변화가 생긴다. 일반적으로 탄소의 육각 고리가 연이어 층상격자를 형성한 구조이며 금속광택이 있고 검은색이나 회색을 띤다. 강도는 10 내지 20 g/d, 비중은 1.5 내지 2.1이다. 내열성, 내충격성이 뛰어나며 화학약품에 강하고 해충에 대한 저항성이 크다. 가열과정에서 산소, 수소, 질소 등의 분자가 빠져나가 중량이 감소되므로 금속(알루미늄)보다 가볍고 반면에 금속(철)에 비해 탄성과 강도가 뛰어나다. 예를 들어, 폴리아크릴로니트릴(PAN: polyacrylonitrile) 섬유를 내염화 처리를 한 후에, 1000 내지 1500℃에서 탄화하면 탄소 섬유가 얻어질 수 있다. 이것을 다시 2500 내지 3000℃의 고온으로 열처리하면 흑연화하여 고탄성 섬유가 되는데, 이것이 CFRP용의 섬유이다. 특징은 내식성이 크고, 열팽창이 작다. 전기 전도성이 좋고, 또 내열성이 뛰어나다.
카본섬유에 도금되는 금속은 니켈-인(Ni-P), 니켈(Ni), 아연(Zn), 납(Pb) 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 니켈-인(Ni-P) 합금을 사용할 수 있다.
무전해 니켈-인 합금 도금액은 연속적인 작업에서도 시간당 15 내지 20 ㎛의 안정적인 석출 속도를 유지하고 지속적인 광택성을 유지시켜며 연성과 밀착성이 좋다. 또한, 랙(rack) 도금 및 배럴(barrel) 도금도 가능하고 도금액의 관리가 간편하다. 특히, 중금속 등의 유해물질이 함유되어 있지 않아 유해물질 사용제한 지침(RoHS)에 대응할 수 있는 무전해 니켈 도금액이다.
무전해 니켈-인 합금 도금액의 도금층 특성을 살펴보면, 합금 비율은 니켈 92 내지 94 중량% 및 인 6 내지 8 중량%일 수 있다. 도금액의 비중은 7.9±0.5 g/㎤, 녹는점은 890±30℃, 전기저항은 60 내지 90 MΩ/㎝일 수 있다. 경도는 도금 후 450±50(Hv0.1), 열처리 후 900±50(Hv0.1)일 수 있다.
무전해 니켈-인 합금 도금액의 작업 조건을 살펴보면, 도금액 중 금속 농도는 5.5 내지 6.5 g/L, 도금액 pH는 4.3 내지 5.0, 도금액 온도는 85 내지 92℃, 전착속도는 16 내지 23 ㎛/hr일 수 있다.
무전해 니켈-인 합금 도금액의 장비 조건을 살펴보면, 도금조는 스테인리스 스틸(SUS316, 304)를 사용할 수 있고, 폴리프로필렌(PP), 유리 라이닝을 형성할 수 있다. 히터로는 테프론 히터, 스팀 히터, 스테인리스 스틸 히터 등을 사용할 수 있다. 여과는 1±0.5 ㎛ 카트리지 필터로 상시 여과할 수 있다. 작업 종료 시 예비조에 옮겨 완전히 여과하고, 본 도금조는 부동태 처리할 수 있다. 교반은 기계적 교반, 에어 교반 등을 할 수 있다.
무전해 니켈-인 합금 도금액의 건욕 방법을 살펴보면, 100 L 기준으로 순수를 50 L 정도 채우고 교반하면서 도금액 10 내지 20 L를 첨가한 후, 순수로 나머지를 채우고 교반한다. 도금액의 pH를 확인하고 차이가 있을 경우 조정한다. 온도를 올려 작업을 실시한다. 최적 부하량은 0.6 내지 1.5 d㎥/L일 수 있다.
도금액 관리는 니켈 농도를 기준(6±0.5 g/L)으로 하여 도금액을 관리할 수 있다. 주기적으로 액 분석을 통하여 부족분을 보충하고, 도금액 밸런스가 변하지 않도록 해야 한다. 도금액은 불순물에 둔감하지만, Fe, Zn, Cr, Pd, Cd, Sn, Pb 및 유기 불순물에는 전착물에 상당히 지장을 받을 수 있다.
도금액 분석 및 보충방법을 살펴보면, 니켈 농도 분석은 예를 들어 도금액 5 mL를 300 mL 코니칼 비이커에 홀 피펫으로 취한 후, 순수 100 mL, NH4OH 5 mL, MX 지시약 약 0.2 g을 차례로 가한 다음, 0.05 M EDTA 표준용액으로 적정한 후(종점: 담황색→보라색), 하기 식으로 계산할 수 있다.
Ni (g/L) = 0.05 M EDTA 적정 mL × 0.59
Ni 1 g이 소모되었을 경우 도금액 10 내지 30 mL를 첨가할 수 있으며, 이때 순수로 희석하여 첨가할 수 있다. 최적의 도금 속도와 표면 상태를 유지시키려면 보충 횟수를 자주 해야 하며, 1회 보충시 Ni 양이 1 g/L 이상으로 보충하면 도금층의 석출 상태 및 전착 불량 등이 발생할 수 있다. 도금액 분석은 정기적으로해야 하며, 니켈 농도가 90% 이하가 되지 않도록 해야 한다.
상기와 같이 제조된 금속이 코팅된 유리섬유 및 금속이 도금된 카본섬유 중에서 선택되는 1종 이상의 전도성 섬유를 이용하여 부직포 또는 직물을 만든다. 부직포는 통상의 부직포 제조방법을 이용하여 제조할 수 있다. 직물은 통상의 직물 제조방법을 이용하여 제조할 수 있다.
부직포는 섬유를 직포공정을 거치지 않고, 평행 또는 부정방향으로 배열하고 합성수지 접착제로 결합하여 펠트 모양으로 만든 것으로, 원료 섬유로는 솜, 비스코스레이온, 나일론 등이 사용될 수 있다. 가공법에는 침지식과 건식이 있다. 침지식은 초지식이라고도 하며, 섬유를 합성수지 접착제 통에 넣어 적셨다가 건조 및 열처리한 것으로, 종이와 비슷하다. 건식은 섬유를 얇은 솜 모양으로 만든 것에 합성수지를 내뿜고 열을 가하여 건조시킨 것이다. 섬유가 얽혀 있어서 종횡의 방향성이 없으며, 자른 가장자리가 풀리는 일도 없기 때문에 여러 가지 용도에 쓰인다.
부직포는 넓은 뜻으로는 기계 조작에 의하거나 열접착 혹은 화학 약품을 사용하여 섬유를 접착시키거나 엉키게 하여 만든 직물을 가리킨다. 직물로 하는 과정에서 실의 단계를 거치지 않는 것으로 펠트, 수지접착의 부직포, 니들 펀치, 스펀본드, 스펀 레이스, 엠보스 필름, 습식 부직포 등이 있다. 좁은 뜻으로는 랜덤에 겹친 웨브로 하고, 섬유끼리의 접점을 수지로 접착해서 심지 등에 사용하는 것을 가리킨다.
직물은 날실(경사)과 씨실(위사)이 직각으로 교차하면서 짜여 만들어지는 천이다. 교차점이 많은 조직이 튼튼한 옷감을 만들며 짜여지는 방법에 따라 평직, 능직, 수자직이 있다. 평직은 날실과 씨실이 짜여지는 방법 중 가장 간단하고 촘촘하며 날실과 씨실이 한 올씩 교차한다. 교차점이 많기 때문에 강도가 강하고 실의 미끄러짐이 가장 작은 직물을 생산한다. 대표적인 직물로는 프레스코 오간디, 태프타, 머슬린 등이 있다. 능직은 날실과 씨실을 각각 두 올 이상씩 건너뛰어 사선이 나타나게 하는 직물이다. 약간 부드럽고, 쉽게 구겨지지 않는다. 조직과 밀도에 따라 매끄럽고 치밀하며 내구성이 강하다. 종류로는 데님, 드릴, 개버딘, 트윌, 트리코틴, 서지 등이 있다. 수자직은 날실이 네 올 또는 그 이상의 씨실 위에 일정 간격으로 배치되며 매끄럽고 균일하며 광택이 있다. 종류로는 새틴, 다마스크, 애틀라스 등이 있다.
본 발명에서 부직포 또는 직물은 금속이 코팅된 유리섬유 단독으로 이루어질 수 있고, 금속이 도금된 카본섬유 단독으로 이루어질 수 있으며, 또한 금속이 코팅된 유리섬유 및 금속이 도금된 카본섬유를 함께 사용하여 만들 수 있다.
금속이 코팅된 유리섬유 및 금속이 도금된 카본섬유를 혼용할 경우, 예를 들어 금속이 코팅된 유리섬유 10 내지 90 중량% 및 금속이 도금된 카본섬유 10 내지 90 중량%를 혼합할 수 있고, 바람직하게는 금속이 코팅된 유리섬유 20 내지 80 중량% 및 금속이 도금된 카본섬유 20 내지 80 중량%를 혼합할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 금속이 코팅된 유리섬유 30 내지 70 중량% 및 금속이 도금된 카본섬유 30 내지 70 중량%를 혼합할 수 있고, 가장 바람직하게는 금속이 코팅된 유리섬유 40 내지 60 중량% 및 금속이 도금된 카본섬유 40 내지 60 중량%를 혼합할 수 있다.
상기와 같이 제조된 부직포 또는 직물을 열가소성 수지 및 열경화성 수지 중에서 선택되는 1종 이상의 수지로 함침한다.
사용 가능한 수지로는 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 나일론 수지, 페놀수지, 요소수지, 멜라민수지, 실리콘 수지, 우레탄 수지, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
에폭시 수지는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 바이페닐형 에폭시 수지, 테트라메틸바이페닐형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지, 고무 변성 에폭시 수지, 티오바이페닐 에폭시 수지, 바이페닐설폰형 에폭시 수지, 비스페놀 A형 페녹시 수지, 비스페놀 F형 페녹시 수지, 플로렌형 페녹시 수지 등 상용하는 에폭시 수지 중 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용 가능하다.
불포화 폴리에스테르 수지는 무색 투명한 열경화성 수지로, 이소프탈산, 무수 말레산, 푸마르산과 같은 다염기산 및 프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜과 같은 다가 알코올을 반응시켜 제조하며, 뛰어난 내열성과 내식성을 갖는다.
또한, 상술한 수지 이외에 필요에 따라 경화제, 경화촉진제, 충진제(필러), 용제, 분산제, 커플링제, 레벨링제 및/또는 소포제 등을 추가로 사용할 수 있다. 상기 추가 성분들의 첨가량은 각각 독립적으로 수지 100 중량부에 대하여 0.01 내지 30 중량부일 수 있다.
경화제로는 에폭시 수지의 경우 아민류, 노볼락계 수지, 산무수물, 폴리아마이드, 우레아 수지, 멜라민 수지, 페놀 레졸 유도체 등을 사용할 수 있고, 불포화 폴리에스테르의 경우 유기 과산화물과 3급 아민 등을 사용할 수 있으며, 페놀 수지의 경우 헥사메틸렌테트라민 등을 사용할 수 있다.
경화 촉진제로는 메틸 이미다졸, 페닐 이미다졸, 2-에틸-4-메틸 이미다졸 등의 이미다졸 화합물; 트리페닐 포스핀, 에틸트리페닐 포스핀 요오드아드, 에틸트리페닐 포스핀 브로마이드 등의 유기-인 착화물 등과 같은 염기성 촉매; 삼불화붕소 착화물, 인산 화합물 등의 산성 촉매 등을 사용할 수 있다.
충진제로는 금속 산화물, 금속 수화물, 금속 탄산염 등을 사용할 수 있다. 분산제로는 예를 들어 BYK사의 DISPERBYK-110 시리즈, DISPERBYK-160 시리즈, DISPERBYK-170, 171, EFKA사의 EFKA-4009, 4015, 4020, 4300, 4330, 4400, 4401, 4500, 4550 등을 사용할 수 있다. 커플링제로는 예를 들어 Z-6040(다우코닝사 제조)과 같은 실란 커플링제 등을 사용할 수 있고, 레벨링제로는 예를 들어 Polyflow No. 90D-50(한성공업 판매) 등을 사용할 수 있으며, 소포제로는 아크릴계 등을 사용할 수 있다. 용제로는 물, 알코올, 케톤, 에스테르, 에테르 등을 사용할 수 있다.
수지 또는 수지 조성물의 함침량은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 부직포 또는 직물 100 중량부에 대하여 10 내지 500 중량부일 수 있다.
상기와 같이 부직포 또는 직물을 수지로 함침한 후, 쉬트 또는 테이프 형태로 만든다. 테이프의 경우 함침 수지로서 아크릴, 에폭시 등의 접착성 수지를 사용할 수 있다.
또한, 전자파 차폐제 쉬트는 프리프레그로 제조될 수 있다. 프리프레그(prepreg)는 섬유 강화 복합재료용의 중간 기재로서, 강화섬유에 매트릭스 수지를 예비 함침한 성형 재료를 의미할 수 있다. 프리프레그를 적층하여 가열 및 가압하여 수지를 경화시키는 것으로 성형품이 형성된다. 강화섬유의 형태에 따라 일방향 프리프레그와 크로스 프리프레그로 구별될 수 있다. 에폭시 수지 등의 열경화성 수지계가 주로 이용되지만, 폴리에테르케톤 등의 열가소성 수지도 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전자파 차폐제 쉬트의 단면도로서, 이 실시형태에 따른 전자파 차폐제 쉬트는 위로부터 상부 수지층(21), 부직포(22), 하부 수지층(23)을 포함하여 이루어질 수 있다. 상부 수지층(21) 및 하부 수지층(23)은 수지 함침에 따라 형성된 층일 수 있다.
본 발명의 제2실시형태에 따른 전자파 차폐제 쉬트의 제조방법은 부직포 또는 직물을 제조하지 않고, 전도성 섬유와 수지를 혼합하여 쉬트 몰딩 컴파운드(SMC: Sheet Molding Compound) 또는 벌크 몰딩 컴파운드(BMC: Bulk Molding Compound) 조성물을 만들고, 이를 이용하여 일정 형상으로 성형하는 것을 특징으로 한다.
성형은 압출 성형, 사출 성형 등 통상적인 성형방법을 이용할 수 있고, 성형 시에 금형, 다이 등의 장비나 장치를 이용할 수 있다. 형상은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 판상의 쉬트, 패널, 입체적인 구조물 등 다양하게 제작할 수 있다.
본 발명의 제3실시형태에 따른 전자파 차폐제 쉬트의 제조방법도 부직포 또는 직물을 제조하지 않고, 전도성 섬유와 수지를 혼합하여 칩 또는 펠렛(pellet) 형태로 컴파운딩(compounding)한 후, 이를 이용하여 일정 형상으로 성형할 수 있다. 이처럼 마스터 배치(master batch)로 사용 가능하다.
상술한 방법에 따라 제조되는 전자파 차폐제 쉬트는 경량이고 전기전도도가 우수하여 전자파 차폐성능이 우수하며, 직물에 비해 가격이 저렴하고 대량 생산이 가능하며, 보강재 역할로서 물리적 물성을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 한국세라믹기술원 등에 분석을 의뢰한 결과, 본 발명에 따른 전자파 차폐제 쉬트의 전자파 차폐효율은 85 내지 100 dB, 전기전도도는 103 내지 105 (Ω·㎝)-1, 열전도성은 0.01 내지 0.6 W/m·K, 열변형온도는 150 내지 500℃, 통과저항은 0.01 내지 30 mΩ, 인장강도는 2.5 내지 5 GPa이었다.
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: 보빈
2: 유리섬유
3, 4, 10, 11: 이송 롤
5, 8: 코팅 롤
6. 용기
7: 용융 금속
9: 금속 코팅 유리섬유
12: 권취 롤
21: 상부 수지층
22: 부직포
23: 하부 수지층

Claims (9)

  1. 금속이 코팅된 유리섬유 및 금속이 도금된 카본섬유 중에서 선택되는 1종 이상의 전도성 섬유를 이용하여 부직포 또는 직물을 만드는 단계; 및
    부직포 또는 직물을 열가소성 수지 및 열경화성 수지 중에서 선택되는 1종 이상의 수지로 함침하여 쉬트 또는 테이프 형태로 만드는 단계를 포함하는 전자파 차폐제 쉬트의 제조방법.
  2. 금속이 코팅된 유리섬유 및 금속이 도금된 카본섬유 중에서 선택되는 1종 이상의 전도성 섬유와, 열가소성 수지 및 열경화성 수지 중에서 선택되는 1종 이상의 수지를 혼합하여 쉬트 몰딩 컴파운드(SMC) 또는 벌크 몰딩 컴파운드(BMC) 조성물을 만드는 단계; 및
    쉬트 몰딩 컴파운드(SMC) 또는 벌크 몰딩 컴파운드(BMC) 조성물을 이용하여 일정 형상으로 성형하는 단계를 포함하는 전자파 차폐제 쉬트의 제조방법.
  3. 금속이 코팅된 유리섬유 및 금속이 도금된 카본섬유 중에서 선택되는 1종 이상의 전도성 섬유와, 열가소성 수지 및 열경화성 수지 중에서 선택되는 1종 이상의 수지를 혼합하여 칩 또는 펠렛 형태로 컴파운딩하는 단계; 및
    컴파운딩한 칩 또는 펠렛을 이용하여 일정 형상으로 성형하는 단계를 포함하는 전자파 차폐제 쉬트의 제조방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    유리섬유에 코팅되는 금속은 알루미늄(Al), 아연(Zn), 납(Pb) 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전자파 차폐제 쉬트의 제조방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    카본섬유에 도금되는 금속은 니켈-인(Ni-P), 니켈(Ni), 아연(Zn), 납(Pb) 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전자파 차폐제 쉬트의 제조방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    금속이 코팅된 유리섬유 40 내지 60 중량% 및 금속이 도금된 카본섬유 40 내지 60 중량%를 혼합하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐제 쉬트의 제조방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    금속이 코팅된 유리섬유는 용융 금속을 이용한 용융 코팅으로 제조한 것으로, 용기에 담긴 용융 금속 속에 유리섬유를 통과시켜 코팅하고, 용기로는 질화 붕소(BN) 또는 그래파이트(graphite)로 이루어진 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐제 쉬트의 제조방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    금속이 도금된 카본섬유는 전해 또는 무전해 도금으로 제조하며, 도금액 중 금속 농도는 5.5 내지 6.5 g/L, 도금액 pH는 4.3 내지 5.0, 도금액 온도는 85 내지 92℃, 전착속도는 16 내지 23 ㎛/hr인 것을 특징으로 하는 전자파 차폐제 쉬트의 제조방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따라 제조되는 전자파 차폐제 쉬트.
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