KR20160067335A - 전자파 차폐 및 방열 복합재 조성물 - Google Patents

전자파 차폐 및 방열 복합재 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내열성 고분자, 전기전도성 카본계 제1 충전제 및 열전도성 제2 충전제를 포함하는 복합재 조성물로서, 내부층과 표면층을 갖는 성형품으로 성형시 내부층의 전기전도성이 표면층의 전기전도성보다 큰 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 방열 복합재 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 조성물은 우수한 성형성, 전기 전도성 및 열전도성을 보유하므로 자동차 전장부품이나 전기전자부품의 하우징과 같이 전자파 차폐능 및 방열성이 동시에 요구되는 용도에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

전자파 차폐 및 방열 복합재 조성물 {Composite Composition for Electromagnetic Wave Shielding and Heat Dissipation}
본 발명은 전자파 차폐/방열 복합재 조성물에 관한 것으로, 구체적으로 자동차 전장부품이나 전기전자 부품의 하우징용으로 유용한 전자파 차폐/방열 복합재 조성물에 관한 것이다.
최근 들어, 그린 에너지인 전기를 이용하여 주행하는 전기 자동차의 기술 개발이 급속하게 발전하고 있다. 대부분의 전기 자동차는 회전력을 발생하는 모터와, 상기 모터에 전원을 공급하는 배터리, 상기 모터의 회전수를 제어하는 인버터, 상기 배터리에 전기를 충전하기 위한 배터리 차저 및 차량용 저전압 직류변환장치(LDC:Low voltage DC/DC Converter)를 포함한다.
상기와 같은 전장 부품들은 작동 과정에서 많은 열이 발생할 뿐 아니라, 다른 전장 부품의 동작에 영향을 주는 전자파 또는 노이즈를 많이 발생시키는 문제가 있다. 이러한 문제를 해소하기 위하여 공냉식 또는 수냉식 방열 구조 및 EMI 전자파 등을 차폐하여 EMC(Electro Magnetic Compatibility)를 만족하는 차폐 기능이 부여된 전장 부품 박스에 상기 전장 부품들을 수용하는 구조를 채택하고 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 전장 박스 제품의 경우, 전장품을 차폐하는 하우징이 철이나 알루미늄을 포함하는 금속 재료로 성형됨에 따라 전장부품 박스의 중량이 증가하고, 부식방지 등의 후 가공이 필요하기 때문에 제조 원가 경쟁력이 떨어지는 단점이 있다. 나아가, 전장부품 박스의 중량이 증가하면, 차량의 자체 중량 또는 증가하게 되어 전기 에너지 소모량이 증가하는 문제가 발생하게 된다.
이를 해결하기 위하여 플라스틱 하우징을 사용하는 경우에는 낮은 비중으로 경량이라는 장점은 있으나 내부에서 발생하는 고온의 열을 외부로 방출하기 위하여 별도의 히트 싱크가 필요하다는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 중량을 감소시킬 수 있으면서 우수한 냉각 효율 및 전자파 차단 기능을 보유하는 전자파 차폐 및 방열 복합재 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 또한 상기 조성물을 사용하여 전자파 차폐 및 방열 복합재를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 상기 조성물을 채용하여 얻어진 자동차 전장부품 또는 전기전자 부품의 하우징을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,
내열성 고분자, 전기전도성 카본계 제1 충전제 및 열전도성 제2 충전제를 포함하는 복합재 조성물로서, 내부층과 표면층을 갖는 성형품으로 성형시 내부층의 전기전도성이 표면층의 전기전도성보다 큰 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 방열 복합재 조성물을 제공한다.
본 발명은 또한 상기 조성물을 가공하여 전자파 차폐 및 방열 복합재를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 조성물을 성형하여 얻어진 전자파 차폐 및 방열 복합재 성형물을 제공한다.
본 발명에 따른 복합재 조성물은 고분자 수지 기반에 전기/열전도성 충전제를 포함하고 있기 때문에 우수한 사출성형성을 가질 뿐 아니라 두께 변화에도 전자파 차폐 성능이 유지된다. 예를 들어, 자동차 전장부품 및 전기전자 부품의 하우징과 같이 1 내지 5 mm 두께를 갖는 제품도 사출성형으로 가공이 가능하며, 전자파 차폐 및 방열 성능을 갖는다. 특히 하우징과 히트싱크가 일체화된 형태로서 방열 성능을 향상시킬 수 있다. 또한 내부층보다 표면층의 전기저항이 높아 전장부품 내부 절연거리 단축이 가능하므로 전체 부품의 부피를 줄일 수 있다. 본 발명에 따른 복합재 조성물은 자동차 전장부품, 전지전자 부품용 하우징 및 배터리팩 하우징 등 전자차 차폐 및 방열 성능이 필요한 모든 부품에 이용될 수 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 복합재 조성물은 내열성 고분자, 전기전도성 카본계 제1 충전제 및 열전도성 제2 충전제를 포함하는 복합재 조성물로서, 내부층과 표면층을 갖는 성형품으로 성형시 내부층의 전기전도성이 표면층의 전기전도성보다 큰 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 방열 복합재 조성물이다.
여기에서, 내부층과 표면층 이라는 용어는 성형물이 층 구조임을 한정하는 것이 아니며, 단지 성형물이 외부에 노출된 표면과 노출되지 않은 내부를 구분하기 위해 사용한다.
본 발명과 같이, 내부층보다 표면층의 전기저항이 높으면 전장부품 내부 절연거리 단축이 가능하므로 전체 부품의 부피를 줄일 수 있다는 장점이 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 내부층(Ri)의 전기저항(ohm/sq) 대비 상기 표면층(Rs)의 전기저항(ohm/sq)의 비(Rs/Ri)가 1 내지 100, 보다 바람직하게는 1 내지 80 일 수 있다.
또한 일 구현예에 따르면, 상기 표면층(TDs)의 열확산속도(mm2/s)와 내부층(TDi)의 열확산속도(mm2/s)의 비(TDs/TDi)가 2 내지 10 일 수 있으며, 보다 바람직하게는 2 내지 8 일 수 있다.
또한, 상기 표면층(TCs)의 열전도도(W/mK)와 내부층(TCi)의 열전도도(W/mK)의 비(TCs/TCi)가 2 내지 10, 보다 바람직하게는 2 내지 8 일 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 복합재 조성물은 전기전도성 제1 충전제와 열전도성 제2 충전제를 함께 사용하여 성형물의 표면층의 열확산속도 및 열전도도가 커지도록 하되, 표면층의 전기전도도는 작아지도록 설계함으로써 우수한 방열 효과 및 전자파 차폐 효과를 기대할 수 있다.
이하에서 각 구성 성분을 보다 구체적으로 설명한다.
내열성 고분자
상기 내열성 고분자는 폴리아미드 및 폴리페닐렌 설파이드에서 선택되는 하나 이상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 관련 업계에서 내열성 고분자로 사용되는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다.
내열성 고분자는 성형성을 고려할 때 25℃에서 농도 1 g/dl의 조건으로 측정한 측정한 상대 점도가 1.5 내지 5, 보다 바람직하게는 2 내지 4.5 인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상대 점도가 1.5 보다 작으면 저점도이기 때문에, 용융 혼련 후의 가공이 곤란해져 바람직한 물성을 얻기 어려워질 수 있다. 또 5 보다 크면 고점도 때문에 성형 가공 때의 유동성이 나쁘고, 충분한 사출 압력이 가해지지 않기 때문에 성형품을 만들기 어려워질 수 있다.
상기 폴리아미드 수지로서는, 나일론 수지, 나일론 공중합체 수지 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 나일론 수지로는 통상적으로 알려진 ε-카프로락탐, ω-도데카락탐 등의 락탐을 개환 중합하여 얻어진 폴리아미드-6(나일론 6); 아미노카프론산, 11-아미노운데칸산, 12-아미노도데칸산 등의 아미노산에서 얻을 수 있는 나일론 중합물; 에틸렌디아민, 테트라메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 운데카메틸렌디아민, 도데카메틸렌디아민, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌디아민, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디아민, 5-메틸노나헥사메틸렌디아민, 메타크실렌디아민, 파라크실렌디아민, 1,3-비스아미노메틸시클로헥산, 1,4-비스아미노메틸시클로헥산, 1-아미노-3-아미노메틸-3,5,5-트리메틸시클로헥산, 비스(4-아미노시클로헥산)메탄, 비스(4-메틸-4-아미노시클로헥실)메탄, 2,2-비스(4-아미노시클로헥실)프로판, 비스(아미노프로필)피페라진, 아미노에틸피페리딘 등의 지방족, 지환족 또는 방향족 디아민과 아디프산, 세바킨산(sebacic acid), 아젤라산(azelaic acid), 테레프탈산, 2-클로로테레프탈산, 2-메틸테레프탈산 등의 지방족, 지환족 또는 방향족 디카르복시산 등의 중합으로부터 얻을 수 있는 나일론 중합체; 이들의 공중합체 또는 혼합물을 사용할 수 있다. 나일론 공중합체로는 폴리카프로락탐(나일론 6)과 폴리헥사메틸렌세바카미드(나일론 6,10)의 공중합체, 폴리카프로락탐(나일론 6)과 폴리헥사메틸렌아디프아미드(나일론 66)의 공중합체, 폴리카프로락탐(나일론 6)과 폴리라우릴락탐(나일론 12)의 공중합체 등이 있다.
상기 복합재 조성물에는 상기 언급된 내열성 수지 외에도 다양한 수지가 사용되거나 필요에 따라 함께 첨가될 수 있다. 예를 들어 폴리카보네이트 수지, 폴리프로필렌 수지, 아라미드수지, 방향족 폴리에스테르 수지, 폴리올레핀 수지, 폴리에스테르카보네이트 수지, 폴리페닐렌 옥사이드 수지, 폴리설폰 수지, 폴리에테르설폰 수지, 폴리아릴렌 수지, 시클로올레핀계 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리비닐아세탈 수지, 폴리케톤 수지, 폴리에테르케톤 수지, 폴리에테르에테르케톤 수지, 폴리아릴케톤 수지, 폴리에테르니트릴 수지, 액정 수지, 폴리벤즈이미다졸 수지, 폴리파라반산 수지, 방향족 알케닐 화합물, 메타크릴산에스테르, 아크릴산에스테르, 및 시안화비닐 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 비닐 단량체를, 중합 혹은 공중합시켜서 얻어지는 비닐계 중합체 혹은 공중합체 수지, 디엔-방향족 알케닐 화합물 공중합체 수지, 시안화비닐-디엔-방향족 알케닐 화합물 공중합체 수지, 방향족 알케닐 화합물-디엔-시안화비닐-N-페닐말레이미드 공중합체 수지, 시안화비닐-(에틸렌-디엔-프로필렌(EPDM))-방향족 알케닐 화합물 공중합체 수지, 폴리올레핀, 염화비닐 수지, 염소화 염화비닐 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상을 사용할 수 있다. 이들 수지의 구체적인 종류는 당업계에 잘 알려져 있으며, 본 발명의 조성물에 사용될 수 있는 예는 당업자들에 의해 적절히 선택될 수 있다.
상기 폴리올레핀 수지로서는, 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리부틸렌, 및 폴리(4-메틸-1-펜텐), 및 이들의 조합물이 될 수 있으나 이들에 한정되는 것은 아니다. 일구현예에서, 상기 폴리올레핀으로서는 폴리프로필렌 동종 중합체(예를 들어, 혼성배열(atactic) 폴리프로필렌, 동일배열(isotactic) 폴리프로필렌, 및 규칙배열(syndiotactic) 폴리프로필렌), 폴리프로필렌 공중합체(예를 들어, 폴리프로필렌 랜덤 공중합체), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 적절한 폴리프로필렌 공중합체는, 이에 한정되지는 않지만, 에틸렌, 부트-1-엔(즉, 1-부텐), 및 헥스-1-엔(즉, 1-헥센)으로 이루어진 군으로부터 선택된 공단량체의 존재하에서 프로필렌의 중합으로부터 제조된 랜덤 공중합체를 포함한다. 이러한 폴리프로필렌 랜덤 공중합체에서, 공단량체는 임의의 적정한 양으로 존재할 수 있지만, 전형적으로 약 10wt% 이하, 예를 들어, 약 1 내지 약 7wt%, 또는 약 1 내지 약 4.5wt%의 양으로 존재할 수 있다.
상기 폴리에스테르 수지로서는, 디카르복실산 성분 골격과 디올 성분 골격의 중축합체인 호모 폴리에스테르나 공중합 폴리에스테르를 말한다. 여기서 호모 폴리에스테르로서는, 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트, 폴리-1,4-시클로헥산디메틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌디페닐레이트 등이 대표적인 것이다. 특히 폴리에틸렌테레프탈레이트는 저렴하므로 매우 다방면에 걸치는 용도로 사용할 수 있어 바람직하다. 또한, 상기 공중합 폴리에스테르란 다음에 예시하는 디카르복실산 골격을 갖는 성분과 디올 골격을 갖는 성분으로부터 선택되는 적어도 3개 이상의 성분으로 이루어지는 중축합체로 정의된다. 디카르복실산 골격을 갖는 성분으로서는 테레프탈산, 이소프탈산, 프탈산, 1,4-나프탈렌디카르복실산, 1,5-나프탈렌디카르복실산, 2,6-나프탈렌디카르복실산, 4,4'-디페닐디카르복실산, 4,4'-디페닐술폰디카르복실산, 아디핀산, 세바신산, 다이머산, 시클로헥산디카르복실산과 그들의 에스테르 유도체 등을 들 수 있다. 글리콜 골격을 갖는 성분으로서는 에틸렌글리콜, 1,2-프로판디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜타디올, 디에틸렌글리콜, 폴리알킬렌글리콜, 2,2-비스(4'-β-히드록시에톡시페닐)프로판, 이소소르베이트, 1,4-시클로헥산디메탄올, 스피로글리콜 등을 들 수 있다.
상기 폴리카보네이트 수지는 디페놀류와 포스겐, 할로겐 포르메이트, 탄산 에스테르 또는 이들의 조합과 반응시켜 제조될 수 있다. 상기 디페놀류의 구체적인 예로는, 히드로퀴논, 레조시놀, 4,4'-디히드록시디페닐, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판('비스페놀-A'라고도 함), 2,4-비스(4-히드록시페닐)-2-메틸부탄, 비스(4-히드록시페닐)메탄, 1,1-비스(4-히드록시페닐)사이클로헥산, 2,2-비스(3-클로로-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3,5-디클로로-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3,5-디브로모-4-히드록시페닐)프로판, 비스(4-히드록시페닐)술폭사이드, 비스(4-히드록시페닐)케톤, 비스(4-히드록시페닐)에테르 등을 들 수 있다. 　이들 중에서 좋게는 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3,5-디클로로-4-히드록시페닐)프로판 또는 1,1-비스(4-히드록시페닐)사이클로헥산을 사용할 수 있으며, 더 좋게는 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판을 사용할 수 있다.
상기 폴리카보네이트 수지는 2종 이상의 디페놀류로부터 제조된 공중합체의 혼합물일 수도 있다. 　또한 상기 폴리카보네이트 수지는 선형 폴리카보네이트 수지, 분지형(branched) 폴리카보네이트 수지, 폴리에스테르카보네이트 공중합체 수지 등을 사용할 수 있다.
상기 선형 폴리카보네이트 수지로는 비스페놀-A계 폴리카보네이트 수지 등을 들 수 있다. 　상기 분지형 폴리카보네이트 수지로는 트리멜리틱 무수물, 트리멜리틱산 등과 같은 다관능성 방향족 화합물을 디페놀류 및 카보네이트와 반응시켜 제조한 것을 들 수 있다. 　상기 다관능성 방향족 화합물은 분지형 폴리카보네이트 수지 총량에 대하여 0.05 내지 2 몰%로 포함될 수 있다. 　상기 폴리에스테르카보네이트 공중합체 수지로는 이관능성 카르복실산을 디페놀류 및 카보네이트와 반응시켜 제조한 것을 들 수 있다. 　이때 상기 카보네이트로는 디페닐카보네이트 등과 같은 디아릴카보네이트, 에틸렌 카보네이트 등을 사용할 수 있다.
상기 시클로올레핀계 폴리머로서는, 노르보르넨계 중합체, 단고리의 고리형 올레핀계 중합체, 고리형 공액 디엔계 중합체, 비닐 지환식 탄화수소 중합체, 및 이들의 수소화물을 들 수 있다. 그 구체예로서는, 아펠 (미츠이 화학사 제조의 에틸렌-시클로올레핀 공중합체), 아톤 (JSR 사 제조의 노르보르넨계 중합체), 제오노아 (닛폰 제온사 제조의 노르보르넨계 중합체) 등을 들 수 있다.
상기 폴리페닐렌 옥사이드 수지는 폴리페닐렌 에테르로도 칭해지며, 반복단위로서 페닐렌기에 ?-가 결합된 구조를 갖는다. 상기 페닐렌기는 다양한 치환기, 예를 들어 메틸기, 에틸기, 할로겐기, 히드록시기 등을 가질 수 있다.
제1 충전제
상기 전기전도성 카본계 제1 충전제는 PAN-CF(polyacrylonitrile based carbon fiber), Pitch-CF(pitch based carbon fiber), 카본나노튜브, 또는 Ni-CF(Ni 코팅된 carbon fiber) 중 하나 이상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 관련 업계에서 전도성 카본계 충전제로 사용되는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다. 전기전도성 카본계 제1 충전제는 내열성 고분자 100 중량부 대비 10 내지 70중량부, 보다 바람직하게는 10 내지 60중량부 사용될 수 있다.
각 충전제의 사용량이 너무 적으면 첨가 효과가 없고 너무 과량이면 첨가 효과는 좋으나 충전제의 뭉침 현상이 발생하여 물성에 악영향을 미칠 우려가 있다.
제2 충전제
상기 열전도성 제2 충전제는 플랫 금속 플레이크이며, 선택적으로 천연 흑연, 합성 흑연, 팽창 흑연, 또는 카본블랙 중 하나 이상과 함께 사용될 수 있다.
여기에서, 플랫 금속 플레이크는 마이크로 크기를 갖는 금속 리본 형태를 의미하며, 금속 종류는 구리, 니켈, 크롬 또는 이들 합금 중에서 선택되는 하나 이상 일 수 있다. 금속 플레이크의 입도는 3 내지 100 미크론인 것이 바람직하다.
플랫 금속 플레이크의 함량은 내열성 고분자 100 중량부 대비 1 내지 20 중량부, 바람직하게는 5 내지 10 중량부 일 수 있다.
본 발명에 따르면 플랫 금속 플레이크를 전기전도성 카본계 제1충전제와 함께 사용함으로써 표면층과 내부층의 열전도성과 전기전도성이 달라지도록 조절할 수 있다.
상기 합성(인조) 흑연, 팽창 흑연 및 카본블랙은 관련 업계에서 열전도성/전기전도성 충전제로 사용되는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다.
예를 들어, 팽창 흑연은, 인편 상 흑연에 황산 등에 의한 약품 처리를 통해 층간 화합물로부터 가열 팽창시킨 것이다. 예를 들면, 천연 비늘모양 흑연을 농황산-농초산의 혼합 산 등에서 처리 한 후에 세정 탈수를 실시해, 800℃~1200℃으로 팽창시키는 것으로 원료 흑연의 체적의 10~200배로 팽창한 팽창 흑연을 얻을 수 있다. 흑연으로서는, 천연의 비늘모양 흑연이나, 인조 흑연 등을 사용할 수 있다. 흑연을 산 처리하는 계로서는, 발연 질산, 농황산-과망가니즈산칼륨, 농황산, 과황산암모늄 등을 사용할 수 있다.
플랫 금속 플레이크를 포함하는 열전도성 제2 충전제의 함량은 내열성 고분자 100 중량부를 기준으로 1 내지 40중량부, 보다 바람직하게는 5 내지 30중량부 일 수 있다. 각 충전제의 사용량이 너무 적으면 첨가 효과가 없고 너무 과량이면 첨가 효과는 좋으나 충전제의 뭉침 현상이 발생하여 물성에 악영향을 미칠 우려가 있다.
기타 첨가제
상기 복합재 조성물은 난연제, 난연보조제, 활제, 가소제, 열안정제, 적하방지제, 산화방지제, 상용화제, 광안정제, 안료, 염료, 무기물 첨가제 및 드립 방지제로 이루어지는 군으로부터 하나 이상 선택되는 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 그 함량은 상기 열가소성 수지 100 중량부에 대하여 10중량부 이하의 함량으로 사용될 수 있다. 이들 첨가제의 구체적인 종류는 당업계에 잘 알려져 있으며, 본 발명의 조성물에 사용될 수 있는 예는 당업자들에 의해 적절히 선택될 수 있다.
제조 및 가공 방법
일 구현예에 따르면, 상기 복합재 조성물의 제조방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 원료의 혼합물을 단축 또는 2축의 압출기, 밴버리 믹서, 니더, 믹싱 롤 등 통상 공지의 용융 혼합기에 공급하여 대략 100 내지 500℃, 또는 200 내지 400℃의 온도에서 혼련하는 방법 등을 예로서 들 수 있다.
또한 원료의 혼합 순서도 특별히 제한은 없고, 상술한 내열성 고분자 수지, 상술한 제1 및 제2 충전제 및 필요에 따라 첨가제 등을 사전에 블렌드한 후, 상기 열가소성 수지의 융점 이상에 있어서, 단축 또는 2축, 또는 그 이상의 다축 압출기로 균일하게 용융 혼련하는 방법, 용액 중에서 혼합한 후에 용매를 제거하는 방법 등이 사용된다. 그 중에서도 생산성의 관점에서, 단축 또는 2축 이상의 다축 압출기로 균일하게 용융 혼련하는 방법이 바람직하고, 특히 2축 이상의 다축 압출기를 사용하여 내열성 고분자 수지의 융점 이상에서 균일하게 용융 혼련하는 방법이 바람직하게 사용된다.
혼련 방법으로서는, 내열성 고분자 수지, 제1 충전제 및 제2 충전제 등의 성분을 일괄적으로 혼련하는 방법, 내열성 고분자 수지에 제1 충전제 및 제2 충전제 등을 고농도로 포함하는 수지 조성물(마스터 펠릿)을 작성하고, 이어서, 규정 농도가 되도록 상기 내열성 고분자 수지, 제1충전제 또는 제2 충전제를 첨가하여 용융 혼련하는 방법(마스터 펠릿법) 등을 예시할 수 있으며, 어떠한 혼련 방법을 사용해도 된다.
이와 다른 방법으로서 내열성 고분자 수지 및 그 외에 필요한 첨가제를 압출기 측으로부터 투입하고, 제1충전제 및/또는 제2충전제를 사이드 피더(side feeder)를 사용하여 압출기에 공급함으로써 복합재 조성물을 제조하는 방법이 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 혼련법을 통해 펠렛 등의 형태를 갖는 복합재 조성물을 제조할 수 있다.
상기 수지 조성물을 이용한 전장부품 하우징, 전지전자부품 하우징 또는 배터리 하우징 등은, 통상 공지의 사출 성형, 압출 성형, 블로우 성형, 프레스 성형, 방사 등의 임의의 방법으로 성형할 수 있다. 압출공정, 사출공정, 또는 압출 및 사출 공정일 수 있으며, 이러한 성형법은 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 조성물을 사용하여 제조된 성형물은 열전도도(in-plane)가 1 내지 20 W/mK 일 수 있다. 바람직하게는 1 내지 15 W/mK, 보다 바람직하게는 2 내지 12 W/mK 일 수 있다. 인-플레인(in-plane) 열전도도라 함은 시편의 면방향(XY 방향으로 열이 퍼져 나가는 정도를 의미한다.
또한 상기 성형물은 전자파 차폐 효율이 10 내지 70 dB (@1GHz, 두께 2mm)일 수 있으며, 보다 바람직하게는 20 내지 60 dB 일 수 있다.
상기 방법을 통해 얻어진 복합재는 성형이 용이할 뿐 아니라 우수한 전자파 차폐 성능 및 방열 특성을 보유하므로 전자파 차폐 및 방열특성이 요구되는 다양한 용도, 특히 자동차 전장부품이나 전기전자부품 등의 하우징 성형에 유용하다.
이하에서는 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 상세히 설명하나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 예시에 불과한 것임을 당업자들은 이해할 것이다.
실시예 1
표 1에 나타낸 바와 같은 함량으로 내열성 고분자와 제1 충전제 및 제2 충전제를 이축압출기(L/D=42, Φ=40mm) 에 첨가하고 온도 프로파일을 280℃까지 올리면서 용융 압출하여 0.2mm X 0.3mm X 0.4mm의 크기를 갖는 펠렛을 제조하였다.
제조된 펠렛을 사출기에서 사출온도 280℃의 플랫 프로파일의 조건으로 사출하여 두께 3.2mm, 길이 12.7mm 및 도그-본(dog-bone) 형태의 시편을 제조하였다.
내열성 고분자
(중량부)		 제1 충전제
(중량부)		 제2 충전제
(중량부)
실시예 1 PA66 (100) PAN-CF(40) FMF(5)
실시예 2 PA66 (100) PAN-CF(55) FMF(5)+ SG(20)
실시예 3 PA66 (100) PAN-CF(55) FMF(5)+ EG(20)
실시예 4 PA66 (100) Pitch-CF(40) FMF(5)
실시예 5 PA66 (100) Pitch-CF (55) FMF(5)+ SG(20)
실시예 6 PA66 (100) Pitch-CF (55) FMF(5)+ EG(20)
실시예 7 PA6 (100) Ni-CF(20) FMF(6.5)
실시예 8 PA6 (100) PAN-CF(45) FMF(3)+ CB(5)
실시예 9 PA6 (100) PAN-CF(45) FMF(8)
표 1 에서 사용한 약어는 다음을 의미한다
PA66: 폴리아미드 66 (로디아, 24A, 상대점도 2.4)
PA6: 폴리아미드 6 (KP Chemtech, EN200, 2.3)
PAN-CF: (졸텍, Panex 35)
Pitch CF: (미쯔비시 플라스틱, DIALEAD K6371T)
Ni-CF: (토호, Tenax)
SG: 합성 흑연(팀칼, KS-75)
EG: 팽창 흑연(니뽄그래파이트, CB-100)
FMF: 플랫 메탈 플레이크(동방화성, SUSTECⅡ)
CB: 카본블랙(KETJENBLACK, EC300J)
<실험예>
전자파 차폐 성능
ASTM D4925에 의거하여 5개 시료(두께 2mm)에 대하여 1GHz에서의 차폐효율을 측정한 후 평균값을 사용하였다.
열확산도 및 열전도도
레이져 플래쉬법(ASTM E1461)에 의거하여 5개 시료에 대해 측정한 후 평균값을 사용하였다. 인플레인(In-plane)은 두께 0.4 mm 시편을 이용하여 25도 상온에서 각각 5회 측정 후 평균값을 구하였으며, 쓰루-플레인(Through-plane)은 3.0 mm 시편을 이용하여 25℃ 상온에서 5회 측정 후 평균값을 구하였다. 이들 시편은 측정 전 그래파이트 코팅을 실시하였다.
전기저항
표면저항은 5개 시료에 대해 4-포인트 프로브 측정법을 이용하여 측정한 후 평균값을 사용하였다. 내부저항은 일정 길이를 가지는 5개 시료 말단을 2개의 프로브를 이용하여 저항값 측정 후 길이로 나누어 단위길이당 저항값을 사용하였다.
충격강도
ASTM D256에 의거하여 10 개 시료에 대해 측정한 후 평균값을 사용하였다.
인장강도
ASTM D638에 의거하여 10개 시료에 대해 측정한 후 평균값을 사용하였다.
굴곡강도
ASTM D790에 의거하여 10개 시료에 대해 측정한 후 평균값을 사용하였다.
구분 열확산도
(mm2/s)		 열전도도
(W/mK)		 전자파차폐율 표면
저항		 내부
저항		 충격
강도		 인장
강도		 굴곡
강도		 굴곡모듈러스
In-plane Through-plane In-plane Trough-plane dB ohm/sq ohm/cm (J/m) MPa MPa MPa
실시예 1 1.15 0.31 2.5 0.7 35 102 2.5 63 238 354 17570
실시예 2 1.78 0.77 3.6 1.5 45 101 1.9 61 143 287 18470
실시예 3 2.18 0.79 4.5 1.7 45 101 1.4 60 142 244 17700
실시예 4 1.64 0.29 3.3 0.6 20 102 10 24 126 167 8910
실시예 5 4.42 1.41 9.0 3.0 20 101 4.3 37 129 167 13510
실시예 6 5.84 0.91 12 1.9 20 101 2.2 41 129 175 14175
실시예 7 1.03 0.20 2.1 0.4 58 102 4.1 66 96 135 7920
실시예 8 1.25 0.26 - - 45 100 0.9 111 185 287 15820
실시예 9 1.22 0.22 - - 40 102 2.3 111 175 269 16640
이상의 결과로부터, 본 발명에 따른 실시예 조성물은 내부층(Ri)의 전기저항(ohm/sq) 대비 상기 표면층(Rs)의 전기저항(ohm/sq)의 비(Rs/Ri)가 1 내지 100 의 범위에 속하는 것을 알 수 있다.
또한 표면층(TDs)의 열확산속도(mm2/s)와 내부층(TDi)의 열확산속도(mm2/s)의 비(TDs/TDi)와 표면층(TCs)의 열전도도(W/mK)와 내부층(TCi)의 열전도도(W/mK)의 비(TCs/TCi)가 모두 2 내지 8의 범위임을 알 수 있다.
즉, 본원발명의 실시예에 해당하는 복합재 조성물은 비교예 조성물에 비해 높은 전자파 차폐 효율과 열전도도를 나타낼 뿐 아니라 높은 전기저항을 나타내므로 절연거리 단축으로 전장부품 부피 감소에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (14)

  1. 내열성 고분자, 전기전도성 카본계 제1 충전제 및 열전도성 제2 충전제를 포함하는 복합재 조성물로서, 내부층과 표면층을 갖는 성형품으로 성형시 내부층의 전기전도성이 표면층의 전기전도성보다 큰 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 방열 복합재 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부층(Ri)의 전기저항(ohm/sq) 대비 상기 표면층(Rs)의 전기저항(ohm/sq)의 비(Rs/Ri)가 1 내지 100 인 것인, 전자파 차폐 및 방열 복합재 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 표면층(TDs)의 열확산속도(mm2/s)와 내부층(TDi)의 열확산속도(mm2/s)의 비(TDs/TDi)가 2 내지 10인, 전자파 차폐 및 방열 복합재 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 표면층(TCs)의 열전도도(W/mK)와 내부층(TCi)의 열전도도(W/mK)의 비(TCs/TCi)가 2 내지 10인, 전자파 차폐 및 방열 복합재 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 내열성 고분자는 폴리아미드 및 폴리페닐렌 설파이드에서 선택되는 하나 이상인 것인, 전자파 차폐 및 방열 복합재 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    전기전도성 카본계 제1 충전제는 PAN-CF(polyacrylonitrile based carbon fiber), Pitch-CF(pitch based carbon fiber), 카본나노튜브, 또는 Ni-CF(Ni 코팅된 carbon fiber) 중 하나 이상인 것인, 전자파 차폐 및 방열 복합재 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열전도성 제2 충전제는 플랫 금속 플레이크이며, 선택적으로 천연 흑연, 합성 흑연, 팽창 흑연, 또는 카본블랙 중 하나 이상을 더 포함하는 것인, 전자파 차폐 및 방열 복합재 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    내열성 고분자 100 중량부를 기준으로 전기전도성 카본계 제1 충전제 10 내지 70중량부 및 열전도성 제2 충전제 1 내지 40중량부를 포함하는 것인, 전자파 차폐 및 방열 복합재 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    열전도도(in-plane)가 1 내지 20 W/mK인 것인, 전자파 차폐 및 방열 복합재 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    전자파 차폐 효율이 10 내지 70 dB (@1GHz, 두께 2mm)인, 전자파 차폐 및 방열 복합재 조성물.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 조성물을 가공하여 전자파 차폐 및 방열 복합재를 제조하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가공 공정이 압출공정, 사출공정, 또는 압출 및 사출 공정인 것인 방법.
  13. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 복합재 조성물을 성형하여 얻어진 전자파 차폐 및 방열 복합재 성형물.
  14. 제13항에 있어서,
    자동차의 전장부품 또는 전기전자부품의 하우징인 성형물.
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