KR20170119545A - 차폐층을 갖는 신축성 동축 케이블 - Google Patents

Abstract

개시된 신축성 동축 케이블은, 폴리우레탄을 포함하는 지지섬유, 상기 지지섬유를 둘러싸는 코일 형상을 갖는 전도성 부재, 상기 지지섬유와 상기 전도성 부재를 둘러싸며, 폴리우레탄을 포함하는 유전체 절연층, 상기 유전체 절연층을 둘러싸며, 카본나노코일과 폴리디메틸실록산 수지의 복합체를 포함하는 전도성 차폐층 및 상기 전도성 차폐층을 둘러싸는 외부 보호층을 포함한다.

Description

차폐층을 갖는 신축성 동축 케이블{STRETCHABLE COAXIAL CABLE HAVING A SHIELD LAYER}

본 발명은 동축 케이블에 관한 것으로, 보다 상세하게는 통신 신호 전달용 등으로 사용될 수 있는 차폐층을 갖는 동축 케이블에 관한 것이다.

최근 통신 기술이 발달함에 따라, 통신용 동축 케이블을 통하여 데이터를 전송할 때, 전송 용량을 증가시키기 위하여 고주파를 사용하게 되었고 이에 따라 전자기 간섭(EMI)가 증가하는 문제가 발행하였으며, 이에 따라 차폐층을 갖는 동축 케이블이 등장하였다.

종래의 동축 케이블의 EMI 차폐층으로서, 구리, 주석 도금 구리, 알루미늄 합금 또는 주석 도금 알루미늄 합금과 같은 금속을 이용하는 기술이 알려져 있다. 그러나, 이러한 금속을 포함하는 동축 케이블은, 강성이 증가하여, 유연성이 감소할 뿐만 아니라, 내부 절연층 및 외부 보호층이 마모 등에 의해 기계적으로 손상되기 쉽다. 이로 인하여, 금속 EMI 차폐층을 포함하는 동축 케이블은 설치 및 사용에 있어서 공간적 제약성이 증가하고, 내구성이 저하되는 문제점이 있다.

다른 방법으로, 내부 절연층 등에 카본 파우더를 도입하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 이러한 경우, 케이블이 인장력을 받을 때 피로 파괴가 일어날 가능성이 크며, 절연층의 압출성이 저하되어 제조상에 어려움이 있다.

본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 도전성 차폐층을 포함하면서 높은 신축성을 가질 수 있는 신축성 동축 케이블을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 실시예에 따른, 신축성 동축 케이블은, 폴리우레탄을 포함하는 지지섬유, 상기 지지섬유를 둘러싸는 코일 형상을 갖는 전도성 부재, 상기 지지섬유와 상기 전도성 부재를 둘러싸며, 폴리우레탄을 포함하는 유전체 절연층, 상기 유전체 절연층을 둘러싸며, 카본나노코일과 폴리디메틸실록산 수지의 복합체를 포함하는 전도성 차폐층 및 상기 전도성 차폐층을 둘러싸는 외부 보호층을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 전도성 부재는, 탄소나노튜브 방적사를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 지지섬유는 상기 전도성 부재를 둘러싸는 코일 형상을 갖는다.

일 실시예에 따르면, 상기 전도성 차폐층 내에서, 상기 카본나노코일의 함량은 10 내지 30 중량%이다.

일 실시예에 따르면, 상기 외부 보호층은 폴리우레탄을 포함한다.

본 발명에 따르면, 지지섬유, 전도성 부재, 유전체 절연층, 전도성 차폐층 및 외부 보호층을, 신축성이 크고 서로 상용성이 높은 조합으로 구성함으로써, 동축 케이블이 높은 차폐 성능을 가짐과 동시에 신축성을 크게 증가시킬 수 있으며, 굽힘 등 사용에 의한 박리와 같은 손상을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 동축 케이블을 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 신축성 동축 케이블에서 하이브리드 내부 전도성 부재를 도시한 측면도이다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 동축 케이블을 도시한 분해 사시도이다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 신축성 동축 케이블에서 하이브리드 내부 전도성 부재를 도시한 측면도이다.

도 1을 참조하면, 신축성 동축 케이블은, 하이브리드 내부 전도성 부재, 상기 하이브리드 내부 전도성 부재를 둘러싸는 유전체 절연층(30), 상기 유전체 절연층(30)을 둘러싸는 전도성 차폐층(40) 및 상기 전도성 차폐층(40)을 둘러싸는 외부 보호층(50)을 포함한다.

일 실시예에서, 상기 하이브리드 내부 전도성 부재는, 지지섬유(10) 및 상기 지지섬유(10)에 감겨 코일 형상을 형성하는 전도성 섬유(20)를 포함할 수 있다.

상기 지지섬유(10)는, 상기 전도성 섬유(20)의 코일 형상을 지지한다. 예를 들어, 상기 지지섬유(10)는 고분자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 지지섬유(10)는 폴리아미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리우레탄 등을 포함할 수 있으며, 내구성 및 유연성을 고려하였을 때, 폴리우레탄 필라멘트인 것이 바람직하다.

상기 전도성 섬유(20)는, 전도성 물질, 예를 들어, 탄소 구조체를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 탄소나노튜브로 이루어진 방적사(yarn)일 수 있다.

탄소나노튜브는 벽수에 따라서, 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브로 구분할 수 있으며, 비대칭성 및 chirality에 따라서, 지그재그형, 암체어(armchair)형, 키랄(chiral)형 구조로 나눌 수 있다.

탄소나노튜브를 섬유화하는 방법으로는 크게 습식 방법 및 건식 방법 2가지로 구분할 수 있다.

습식 방법으로는, 탄소나노튜브와 분산제를 함유하는 분산 용액을 고분자 용액 내로 주입하여 분산용액에 있던 분산제는 고분자 용액으로 빠져나가게 하고, 그 자리를 고분자가 대체하여 바인더 역할을 하게 함으로써 탄소나노튜브를 섬유화하는 응고방사법(coagulation spinning)이 사용될 수 있다.

다른 습식 방법으로는, 탄소나노튜브가 용액 내에서 액정을 형성하도록 하여 액정 용액을 형성한 후 이를 섬유화하는 액정방사법이 사용될 수 있다.

건식 방법으로는, 실리콘 웨이퍼 위에 수직으로 성장된 탄소나노튜브를 꼬임을 주면서 풀어내어 섬유를 얻는 브러쉬 방사법이 사용될 수 있다.

다른 건식 방법으로는, 고온의 가열로 상단 주입구에 액상의 탄소 공급원과 촉매를 이송 가스와 함께 주입하여, 가열로 내에서 탄소나노튜브를 합성하고, 이송 가스와 함께 가열로의 하단으로 내려온 탄소나노튜브 집합체를 가열로 내부 또는 외부에서 권취하여 섬유를 얻는 직접 방사법이 사용될 수 있다.

상기 탄소나노튜브 방적사는, 탄소나노튜브의 성질에 의해 높은 전도성을 가짐으로써, 데이터 및 신호를 전달하는 역할을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 코일 형상을 가짐으로써, 동축 케이블에 신축성을 부여할 수 있다.

또한, 상기 탄소나노튜브 방적사를 형성하는 과정에서, 금, 은 등과 같은 전도성이 높은 금속을 도핑함으로써, 상기 탄소나노튜브 방적사의 전도성을 증가시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 1에 도시된 것과 같이, 상기 지지섬유(10)는 직선으로 연장되는 형상을 가지고, 상기 전도성 섬유(20)가 상기 지지섬유(10)를 둘러싸는 코일 형상을 형성할 수 있으나, 도 2에 도시된 것과 같이, 지지섬유(110)와 전도성 섬유(120)가 서로 둘러싸는 코일 형상을 형성할 수도 있다.

상기 하이브리드 내부 전도성 부재는, 지지섬유(10) 상에 전도성 코일을 형성함으로써, 전도성 부재의 전도성을 유지함과 동시에, 신축성 및 내구성을 향상시킬 수 있다.

상기 유전체 절연층(30)은, 절연성 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리비닐클로라이드 수지, 폴리우레탄 수지 등을 포함할 수 있으며, 상기 지지섬유(10)와의 상용성 및 신축성을 고려하여 폴리우레탄 수지가 사용될 수 있다. 상기 지지섬유(10)와 상기 유전체 절연층(30)이 폴리우레탄 수지를 포함하는 경우, 동축 케이블의 신축성이 전체적으로 증가될 수 있을 뿐만 아니라, 동축 케이블의 굽힘 및 신축이 반복됨에 따라 나타나는 박리 현상을 방지할 수 있다.

상기 유전체 절연층(30)은, 절연성 수지 조성물을, 상기 하이브리드 내부 전도성 부재의 외부에 코팅하여 얻어질 수 있다.

상기 전도성 차폐층(40)은, 상기 내부 전도성 부재를 통해 전류, 전기적 신호가 전달될 때 발생할 수 있는 전자기 간섭 등을 방지하는 역할을 한다. 상기 유전체 절연층(30)은, 상기 내부 전도성 부재와 절연될 수 있도록, 상기 유전체 절연층(30)을 둘러싸도록 배치된다.

상기 전도성 차폐층(40)은, 전도성을 가진 나노 입자와 수지의 복합체일 수 있다. 즉, 상기 전도성 차폐층(40)은 수지 매트릭스 내에 전도성 나노 입자가 분산된 구조를 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 전도성 차폐층(40)은, 전도성 나노 입자로서, 금속 입자, 탄소 입자 등을 포함할 수 있으며, 매트릭스로서 폴리디메틸실록산(PDMS) 수지, 폴리우레탄 수지, 스티렌-부타디엔 공중합체 등을 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 전도성 차폐층(40)은 탄소나노코일과 폴리디메틸실록산의 복합체일 수 있다.

탄소나노코일은, 외직경이 1000nm 이하이며, 코일 형상을 갖는 탄소 구조체이다. 탄소나노코일은 탄소나노튜브와 유사한 특성을 가지나, 코일 형상에 의해 탄소나노튜브에 비해 더 높은 차폐효과를 가질 수 있다. 또한, 길이의 2배까지 늘어날 수 있는 신축성 및 복원 탄성을 가지고 있기 때문에, 수지 내에 분산되어 복합체를 형성하였을 때, 복합체의 신축성을 크게 증가시킬 수 있다.

바람직하게, 상기 탄소나노코일은, 열처리, 산처리, 오존과 같은 산화제 처리 등을 통하여, 표면에 카르복시기(-COOH)가 도입된 것이 사용될 수 있다. 상기 카르복시기가 도입된 탄소나노코일은 수지 매트릭스와의 결합력 및 분산성이 증가될 수 있다.

상기 폴리디메틸실록산 수지는, 탄소 입자에 대한 분산성이 좋을 뿐만 아니라, 유연성 및 신축성이 우수하여, 동축 케이블의 신축성을 증가시킬 수 있다.

상기 폴리디메틸실록산 수지는 아래와 같은 화학식 1로 나타내질 수 있다.

화학식 1에서, 상기 R1, R2는 각각 메틸기, 페닐기, 수소원자, 하이드록시기, 플로로알킬기, 폴리옥시알킬기, 장쇄알킬기 및 아미노알킬기로 이루어진 군중에서 선택되는 하나이며, m과 n은 실록산의 중합도 (degree of polymerization)를 나타낸다. 예를 들어, 상기 폴리디메틸실록산 수지의 분자량은, 1,000 내지 50,000일 수 있다.

상기 전도성 차폐층(40) 내에서, 상기 탄소나노코일의 함량은 10 중량% 내지 30 중량%일 수 있다. 상기 탄소나노코일의 함량이 10 중량% 미만인 경우, 차폐 성능이 저하되어 차폐층으로서의 기능이 어려울 수 있으며, 30 중량%를 초과하는 경우, 차폐층의 신축성이 저하될 수 있다.

상기 전도성 차폐층(40)은, 상기 탄소나노코일 외에도, 금, 은, 팔라듐, 백금, 니켈 구리의 단일 금속 입자, 또는 이들의 합금 입자 또는 이들의 코어-쉘 입자와 같은 금속 나노 입자를 포함할 수 있다. 상기 금속 나노 입자는 침상형 또는 덴드라이트(dendrite)형인 것이 바람직하다. 상기 금속 나노 입자는, 상기 전도성 차폐층(40)의 전도성 및 차폐성능을 더욱 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 나노 입자의 함량은, 상기 전도성 차폐층(40) 내에서, 10 중량% 내지 20 중량%일 수 있다.

상기 전도성 차폐층(40)은, 시트 형태로 형성된 후, 상기 유전체 절연층(30) 위에 피복될 수 있다.

상기 외부 보호층(50)은, 상기 전도성 차폐층(40)을 둘러싼다. 상기 외부 보호층(40)은, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리올레핀 등의 고분자 수지를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 동축 케이블의 신축성을 증가시키기 위하여, 폴리우레탄을 포함하는 것이 바람직하다,

본 발명에 따른, 동축 케이블은, 지지섬유, 전도성 부재, 유전체 절연층, 전도성 차폐층 및 외부 보호층을, 신축성이 크고 서로 상용성이 높은 조합으로 구성함으로써, 높은 차폐 성능을 가짐과 동시에 신축성을 크게 증가시킬 수 있으며, 굽힘 등 사용에 의한 박리와 같은 손상을 방지할 수 있다.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 각종 전자 기기의 신호 전달, 데이터 전달용으로 사용될 수 있다.

10: 지지섬유 20: 전도성 부재
30: 유전체 절연층 40: 전도성 차폐층
50: 외부 보호층

Claims (5)

1. 폴리우레탄을 포함하는 지지섬유;
   상기 지지섬유를 둘러싸는 코일 형상을 갖는 전도성 부재;
   상기 지지섬유와 상기 전도성 부재를 둘러싸며, 폴리우레탄을 포함하는 유전체 절연층;
   상기 유전체 절연층을 둘러싸며, 카본나노코일과 폴리디메틸실록산 수지의 복합체를 포함하는 전도성 차폐층; 및
   상기 전도성 차폐층을 둘러싸는 외부 보호층을 포함하는 신축성 동축 케이블.
2. 제1항에 있어서, 상기 전도성 부재는, 탄소나노튜브 방적사인 것을 특징으로 하는 신축성 동축 케이블.
3. 제1항에 있어서, 상기지지 섬유는 상기 전도성 부재를 둘러싸는 코일 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 신축성 동축 케이블.
4. 제1항에 있어서, 상기 전도성 차폐층 내에서, 상기 카본나노코일의 함량은 10 내지 30 중량%인 것을 특징으로 하는 신축성 동축 케이블.
5. 제1항에 있어서, 상기 외부 보호층은 폴리우레탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 신축성 동축 케이블.

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