KR20180014542A - 전도성 부직포 및 그 제조방법 - Google Patents

전도성 부직포 및 그 제조방법 Download PDF

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문재정
장정필
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Abstract

본 발명의 일 실시 예는 섬유 시트 층; 및 상기 섬유 시트 층의 상면 또는 하면에 위치하고, 전도 소재를 포함하는 코팅 층을 포함하고, 상기 섬유 시트 층과 코팅 층의 질량 비는 1:10 내지 10:1이고, 상기 섬유 시트 층과 상기 코팅 층을 합한 총 두께는 0.01mm 내지 1mm이며, 상기 섬유 시트 층과 상기 코팅 층을 합한 총 중량은 20gsm 내지 300gsm인 것을 특징으로 하는 전도성 부직포 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

전도성 부직포 및 그 제조방법{CONDUCTIVE NON-WOVEN FABRIC AND ITS MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 전도성 소재가 코팅된 부직포 및 상기 부직포의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 전도성 섬유로 제조되는 부직포에 대한 것으로, 보다 자세하게는, 기계적 인장강도는 일정하게 유지하면서도 전도성 효율이 높은 부직포의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 디지털기기의 급속한 보급으로 인하여 일상생활에서의 전자파 장해의 위협은 점점 높아지는 추세이다. 전자파(Electromagnetic wave)란 전기제품이나 전자제품에 의해 발생하는 전기장과 자기장 그리고 수맥파를 포함한 전기, 자기적 파장을 의미한다. 최근의 전자전기기기는 복합화, 다양화 및 경량, 소형, 박형화로 개발되는 경향이 있고, 또한 회로적으로는 고기능, 고밀도, 고집적, 복합화가 진행되고 있다. 이러한 추세는 전자기파에 의해 기기의 잡음 및 장애가 보다 더 쉽게 일어날 수 있는 환경을 제공한다. 전자파는 발신 및 수신 장비들 사이의 전파 상호 교란으로 인한 잡음 및 내부 전자제품의 효율저하 및 수명단축, 전자장비들 사이의 교란을 발생시킬 수 있다. 실제로 통신장비의 장애 현상 발생 및 컴퓨터의 오작동 증가, 안전에 관련된 장애 발생률이 증가하고 있다.
나아가, 전자기기를 일정 시간 동안 사용할 경우, 배터리, CPU, DISPLAY와 같은 부분에서 발생하는 열을 제거하기 위한 방열소재의 역할을 할 필요가 있다. 전자파를 차단하고, 방열기능을 수행하기 위해 탄소섬유(carbon fiber), 그래핀 등을 첨가하여 전자파 차단 효율을 갖는 고분자 복합소재를 개발하고 있으나, 분산의 문제와 기계적 물성 저하 등의 이유로 그 상용화에 많은 문제점을 가지고 있다.
나아가, 특허문헌 1에서는 전자기파 차폐 기능을 갖는 방열시트에 관한 것으로서, EMI 파우더에 대한 언급이 있지만, 단순히 재료에 한정되는 개념이고, 구체적으로 방열시트에 별도의 처리를 수행한다는 등의 언급이 없다.
따라서, 본 발명에는 섬유시트에 전도성 소재를 코팅함에 따라, 전도율이 높고 기계적 인장강도가 높은 전도성 부직포 및 그의 제조 방법을 제공할 수 있다.
특허문헌 1: 대한민국 등록특허공보 제10-0830945호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전도성 부직포 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 섬유 시트 층; 및 상기 섬유 시트 층의 상면 또는 하면에 위치하고, 전도 소재를 포함하는 코팅 층을 포함하고, 상기 섬유 시트 층과 코팅 층의 질량 비는 1:10 내지 10:1이고, 상기 섬유 시트 층과 상기 코팅 층을 합한 총 두께는 0.01mm 내지 1mm이며, 상기 섬유 시트 층과 상기 코팅 층을 합한 총 중량은 20gsm 내지 150gsm인 것을 특징으로 하는 전도성 부직포를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 전도성 부직포의 열전도율은 5(W/(mK)) 내지 200(W/(mK))인 것을 특징으로 하는 전도성 부직포를 제공한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 탄소섬유를 포함하는 제1 배합물을 습식 적층(wet laid)시켜 압착시켜 탄소섬유를 10wt% 내지 50wt% 포함하는 섬유 시트 층을 형성하는 단계; 상기 섬유 시트 층의 상면 또는 하면에 코팅액을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계; 및 상기 코팅 층을 건조하는 단계를 포함하고, 상기 섬유 시트 층과 코팅 층의 질량 비는 1:10 내지 10:1이고, 상기 섬유 시트 층과 상기 코팅 층을 합한 총 두께는 0.01mm 내지 1mm이며, 상기 섬유 시트 층과 상기 코팅 층을 합한 총 중량은 20gsm 내지 150gsm인 것을 특징으로 하는 전도성 부직포 제조방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 전도 소재는 탄소, 그래핀(Graphene), 그래파이트(graphite), 카본(Carbon), 카본나노튜브(Carbon Nano Tube), 카본블랙(Carbon Black), 금속 도금된 탄소계 첨가제, 센더스트(sendust), 페라이트(Ferrite), 및 탄소화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 부직포 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 섬유 시트를 탄소계 전도성 물질로 코팅하여 일반 부직포보다 더 높은 전도도를 가지면서도 인장강도는 일정하게 유지되는 부직포를 제조할 수 있다.
전도성 부직포는 전기기기의 내부에 위치하여 사용되는 것이 일반적이기 때문에, 일정한 기계적 인장강도를 유지하면서도 향상된 전도도를 가지는 전도성 부직포는 제품의 상용화의 가치 또한 높아진다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 전도성 부직포의 제조 공정에 대한 개략도 이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 전도성 부직포에 대하여 설명한다.
본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 섬유 시트 층; 및 상기 섬유 시트 층의 상면, 및 하면에 위치하고, 전도 소재를 포함하는 코팅 층을 포함하고, 상기 섬유 시트 층과 코팅 층의 질량 비는 1:10 내지 10:1이고, 두께는 0.01mm 내지 1mm이며, 중량은 20gsm 내지 300gsm인 기계적 인장강도가 일정하게 유지되는 전도성 부직포를 제공한다.
전도성을 띄지 않는 섬유를 포함하는 시트를 사용하더라도, 전도성 물질로 코팅하는 경우에는 기계적 인장강도를 유지하면서도 일정수준 이상의 전도성을 가질 수 있다.
본 발명에 있어서, 섬유 시트 층에는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리부틸렌 섬유, 테레프탈레이트 섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리우레탄 섬유, 폴리부텐 섬유, 폴리락트산 섬유, 폴리비닐알콜 섬유, 폴리페틸렌 설파이드 섬유, 폴리아크릴로니트릴 섬유, 폴리에스테르 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 세라믹 섬유, 금속 섬유, 폴리이미드 섬유, 폴리벤즈옥사졸 섬유, 천연 섬유 또는 이들의 혼합 섬유로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종이상의 섬유를 사용할 수 있다.
특히, 폴리에스테르 섬유는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리글리콜리드(PGA), 폴리락트산(PLA), 폴리카프롤락톤 (PCL), 폴리히드록시알카노에이트(PHA), 폴리히드록시부티레이트(PHB), 폴리에틸렌 아디페이트(PEA), 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS), 폴리(3-히드록시부티레이트-코-3-히드록시발레르에이트(PHBV), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 및 벡트란(Vectran)을 포함하며 이에 한정되지 않는다.
한편, 본 발명의 방법이 적용되는 섬유 시트 층은 상술한 섬유(제1섬유라 한다)에 강화 섬유로서 제2섬유를 혼합하여 제조할 수 있다. 강화 섬유란 부직포의 강도를 증가시키기 위한 재료로서, 저융점 섬유(low melting fiber) 또는 저융점 필라멘트(low melting filament)이며, 예컨대 저융점 폴리에스테르 섬유(LMP)를 사용할 수 있다. 저융점 폴리에스테르 섬유는 일반적인 폴리에스테르의 융점인 255℃ 보다 낮은 융점을 가지며, 열 융착 목적으로 사용된다.
본 발명에 따르면, 상기 제2섬유로서 저융점 섬유는 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트(low melting PET)이다. 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 용융점이 비교적 낮으므로, 약 100℃로 가열 압착 시 용융되어 제1섬유에 혼합됨으로써 전체 부직포의 강도를 증가시킨다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 섬유 시트 층은 탄소섬유를 더 포함할 수 있다. 탄소섬유를 더 포함시키는 것은 일반 섬유보다 열전도 특성이 좋으며, 섬유를 포함하는 부직포의 기계적 인장 강도를 증대시킬 수 있어 코팅처리를 추후에 거치더라도 일정 수준의 기계적 인장 강도를 유지할 수 있다.
다만, 탄소섬유는 전도성 부직포의 전체 중량 대비 10 내지 50wt% 포함될 수 있다.
탄소섬유를 10wt%미만으로 포함하는 경우에는 부직포 전체의 기계적 인장 강도가 낮아질 수 있고, 50wt%를 초과하는 경우에는 부직포의 공극률이 커지게 되어, 부직포의 전도성이 낮아질 수 있기 때문이다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 전도성 부직포의 열전도율은 5 내지 200(W/(mK))인 것을 특징으로 하는 전도성 부직포를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 전도 소재는 탄소계 화합물로서, 탄소, 그래핀(Graphene), 그래파이트(graphite), 카본(Carbon), 카본나노튜브(Carbon Nano Tube), 카본블랙(Carbon Black), 금속 도금된 탄소계 첨가제로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
특히, 상기 그래핀(Graphene)의 두께는 5nm 내지 100nm일 수 있다.
상기 전도 소재가 포함된 코팅액의 용매로서 무극성 용매가 사용될 수 있다. 특히 상기 무극성 용매로서, 아이소프로필 알코올(C3H8O)을 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 상기 그래핀(Graphene)은 아이소프로필알코올을 용매로 하는 용액 내에서 농도가 5g/l 내지 15g/l일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 코팅 층에는 전체 중량 대비 금속을 7wt% 내지 35wt%를 포함할 수 있다.
상기 금속을 더하는 경우 전도율을 더 증가함은 물론, 상기 섬유 시트 층 및 상기 코팅액에 사용되는 탄소화합물 간 결합을 증대시켜 기계적 강도를 증대시키기 위함이다.
본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 상기 금속은 Ni, Cu, 및 Al로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 부직포를 제공한다. 다만, 금속의 종류는 상기 제시된 금속에 한정되지 않는다.
이하, 도면에 따라서 전도성 부직포 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 절단된 섬유를 포함하는 제1 배합물을 습식 적층(wet laid)시켜 섬유 시트 층을 형성하는 단계; 상기 섬유 시트 층의 상면 또는 하면에 전도 소재를 포함하는 코팅액을 코팅하여 코팅 층을 형성하는 단계; 및 상기 코팅 층을 건조하는 단계를 포함하고, 상기 섬유 시트 층과 코팅 층의 질량 비는 1:10 내지 10:1이고, 상기 섬유 시트 층과 상기 코팅 층을 합한 총 두께는 0.01mm 내지 1mm이며, 상기 섬유 시트 층과 상기 코팅 층을 합한 총 중량은 20gsm 내지 150gsm인 것을 특징으로 하는 전도성 부직포 제조방법을 제공한다.
도 1에 따르면,
절단된 섬유를 포함하는 제1 배합물을 습식 적층(wet laid)시켜 섬유 시트 층을 형성한다(S100).
습식 적층이란, 섬유를 절단한 형태로 물에 분산시켜 슬러리를 형성한 후, 수면에 띄는 층을 걷어낸 후 압착시키는 공정이다.
나아가, 상기 부직포 또는 섬유 시트 내에 섬유가 균일하게 분포될 수 있도록 습식 공정(wet laid)으로 부직포를 제조하는 것이 일반적인데, 상기 습식 공정 이전에 섬유들을 일정 길이로 절단된 촙(chop) 형태로 구성하는 것이 일반적이다.
상기 섬유 시트 층에 포함되는 각각의 섬유들은 절단된 형태(촙(chop)형태)인 것이 일반적인데, 절단된 각각의 섬유들의 길이는 1 내지 300mm이다. 이때, 직경은 0.01De 내지 1.5De 일 수 있다. De(Denier)는 섬도를 뜻하는 섬유의 굵기를 표시하는 단위로서, 1데니어는 원사1g으로 9000m의 실을 만들었을 때의 굵기를 의미한다. De를 mm단위로 변환하면, 섬경이 0.01mm 내지 1mm이고, 길이가 1mm 내지 5mm일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 제1배합물은 탄소섬유를 더 포함할 수 있다. 탄소섬유를 더 포함시키는 것은 일반 섬유보다 열전도 특성이 좋으며, 섬유를 포함하는 부직포의 기계적 인장 강도를 증대시킬 수 있어 코팅처리를 추후에 거치더라도 일정 수준의 기계적 인장 강도를 유지할 수 있다.
습식 적층(wet laid) 후, 상기 섬유시트 층의 상면 또는 하면에 전도 소재를 포함하는 코팅액을 코팅하여 코팅 층을 형성한다(S200).
상기 코팅액을 코팅하여 코팅층을 형성하는 방법은 습식 적층에 의해 제조된 부직포에 한정되지 않고, 공지된 다양한 제조방법에 의한 부직포에 적용될 수 있다. 예컨대 건식부직포, 습식 부직포 또는 스펀본드(spunbond) 부직포 등에 적용될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 전도 소재는 탄소계 화합물로서, 탄소, 그래핀(Graphene), 그래파이트(graphite), 카본(Carbon), 카본나노튜브(Carbon Nano Tube), 카본블랙(Carbon Black), 금속 도금된 탄소계 첨가제로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 코팅액에 있어서, 전체 중량 대비 금속을 7 내지 35wt%를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 금속은 니켈(Ni), 구리(Cu), 및 알루미늄(Al)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 금속을 더하는 경우 전도율을 더 증가함은 물론, 상기 섬유 시트 및 상기 코팅액에 사용되는 탄소화합물 간 결합을 증대시켜 기계적 강도를 증대시키기 위함이다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 코팅액을 코팅하는 방법은 함침법, 나이프, 그라비아, 및 스프레이를 이용하는 방법 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전도성 부직포 제조방법을 제공한다.
상기 함침법이란, 섬유 시트를 전도성 소재를 포함하는 코팅액에 완전히 담근 뒤, 일정 시간 동안 담겨 있는 상태를 유지하여 상기 섬유 시트의 표면에 전도성 물질을 완전히 밀착시키는 방법이다.
상기 그라비아란, 인쇄판의 오목하게 들어간 부분에 전도성 소재를 포함하는 코팅액을 채워 넣어, 오목하게 들어간 부분의 잉크를 압력(인압)을 걸어 섬유 시트에 물질을 밀착시켜 피막을 형성하는 방법이다.
상기 스프레이방식은 전도성 물질이 함유된 코팅액을 분사하여 균일하게 섬유 시트에 도포하는 방식이다.
상기 함침법에 의한 코팅에 있어서, 코팅액에 1회 이상 부직포를 담갔다가　다시 꺼내는 과정을 1회 이상 반복하여 실시할 수 있다. 나아가, 코팅액 내의 전도성 물질의 농도를 높여가며 상기 과정을 반복할 수 있다.
상기 섬유 시트 층에 코팅 층을 형성한 뒤에 상기 코팅 층을 건조한다(S300).
상기 건조 조건으로, 80℃ 내지 150℃ 온도조건에서 1 내지 30분 동안 건조하는 것을 특징으로 하는 전도성 나노물질이 코팅된 부직포 제조방법을 제공한다.
상기 건조하는 방법에 있어서는 송풍 건조, 열풍 건조, 및 캔 드라이어를 이용한 건조 방법 중 1 이상의 건조 방법을 이용할 수 있다. 다만, 상기 건조 방법에 한정되는 것은 아니고 다른 건조 방식을 사용할 수도 있다.
상기 송풍 건조방식은 공기를 강제로 통과시켜 건조시키는 방법이다. 상기 열풍 건조방식은 송풍 건조방식과 유사하나, 공기를 먼저 가열한 뒤에 통과시켜 건조하는 방식이다. 상기 캔 드라이어를 이용한 방식은 공기를 송풍 혹은 열풍 방식 모두 포함하며, 모터의 축에 팬(fan)이 부착되어 있어서, 송풍구를 통하여 공기가 나와 건조시키는 방법이다.
나아가, 상기 제조방법에 의하여 제조된 전도성 부직포는 기계적 인장강도 또한 증대된 전도성 부직포를 제공할 수 있다.
제조 예 1: 섬유시트에 전도소재를 코팅한 전도성 부직포
탄소섬유를 포함하는 제1 배합물을 제조하는 한 후, 습식 적층(wet laid) 시켜 섬유 시트를 형성하는 단계(S100)에 있어서,
우선, 탄소섬유(12k, 구입처: 토레이(Toray)사, 효성 사 또는 태광(TK)사)를 1mm 내지 5mm으로 절단한 후, 상기 절단된 탄소섬유들을 물에 분산시켜 슬러리를 형성하였다. 상기 슬러리를 물에 띄운 뒤, 좌우 진동을 통해 수중에서 0.01 내지 1mm의 층을 형성시켰다. 이에 상기 층을 걷어내어 건조시킨 다음, 롤러(roller)에서 압착하여 섬유 시트를 제작하였다.
한편, 섬유 시트에 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유, 및 부직포의 강도를 높이기 위하여, 저융점 섬유 중 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유를 1 내지 5mm으로 절단한 후, 배합물을 제조한 뒤, 물에 분산시킬 때 함께 첨가하여 상기 방법과 동일한 방법으로 섬유 시트를 제작하였다.
상기 섬유시트에 전도 소재를 포함하는 코팅액을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계(S200) 및 상기 코팅층을 건조하는 단계(S300)에 있어서,
보다 자세하게는, 상기 섬유 시트를 크기가 5μm 내지 100μm이고, 두께가 5nm 내지 100nm인 그래핀을 1g/l 내지 20g/l 농도로 아이소프로필 알코올에 분산시킨 용액에 5회이상 함침 시킨다. 이후 함침 공정을 거친 상기 섬유시트를 80℃ 내지 150℃ 온도조건에서 1분 내지 30분간 송풍 건조시킨다.
하기 도 1에 첨부된 제조 방법을 이용하여 실시 예 1을 이용하여 전도성 부직포를 제조하였다. 상기 실시 예에 따른 열 전도도는 표 1에 따른다.
항목 전체 평량
(gsm)		 graphene 코팅량(gsm) 전체 두께
(mm)		 비열
(J/gK)		 열확산률
(mm2/s)		 열전도도
(W/(mK))
제1실시예 43 23 0.143 1.261 13.680 38.597
제2실시예 43 23 0.172 0.996 9.374 5.742
제3실시예 64 55 0.068 0.669 29.763. 24.809
기계적 인장 강도 계산
항목 기계적 인장 강도(kgf/㎠)
제1실시예 0.51
제2실시예 0.57
제3실시예 0.43
(gsm: g/m2, De: Denier)
제1실시예: 7μm 탄소섬유 80wt%, 1.1De 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 20wt%가 배합되어 있는 습식부직포에 그래핀(graphene) 코팅만을 한 것이다.
제2실시예: 구리 도금된 탄소섬유 80wt%, 1.1De 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트 20wt%가 배합되어 있는 습식부직포에 그래핀(graphene) 코팅만을 한 것이다.
제 3실시예: 제5실시예: 0.06De 폴리에틸렌 테레프탈레이트 30wt%, 0.1De 폴리에틸렌 테레프탈레이트 30wt%, 1.1De 저융점 폴리에틸렌 테레프 탈레이트 40wt%가 배합되어 있는 섬유 시트 층에 그래핀(graphene) 코팅 후, 상온, 80bar의 온도, 압력조건 하에서 2M/min 속도 하에 열 카렌딩 처리(고밀도화)를 한 것이다.
실험 예 1: 비열, 열확산률 , 및 열전도도 측정
상기 비열을 조사하기 위하여, 시차주사열량측정법(DSC, Differnetial Scanning Calorimetry)에 의하였고 KS M ISO11357-4(Plastics-DSC-part 4: Determination of specific heat capacity)기준에 따라 조사하였다. 시험기기로는 DSC Q20(구입처: TA사)를 이용하였고, 질소기체 충진되어 있는 기류 하에서 0℃에서 5분간 유지한 뒤, 0~50℃에서 5℃/min의 승온 속도로 1시간 동안 가열하고, 50℃에서 5분 동안 유지하면서 비열을 측정하였다.
열전도도 또는 열확산률은 전기전도도와 비례되는 개념으로서, 상기 전도성 부직포의 물성은 열전도도를 조사하였다. 이는 열전도도 또는 열확산률의 경우 전기전도도보다 실제 측정값 대비 측정 오차 비율이 감소하기 때문에 더 정확한 물성을 확인할 수 있기 때문이다.
상기 열확산계수 및 열전도도를 조사하기 위하여, ASTM E1461(Standard Test Method for Thermal Diffusivity by the Flash Method) 기준에 맞추어 조사하였다. 시험기기로는 LFA 447 Nanoflash(구입처: NETZSCH사)를 사용하였다. λ(Т)=α(Т)ⅹCP(Т)ⅹρ(Т) (열확산율(α), 비열(CP), 밀도(ρ)를 측정한 후, 열전도도(λ)를 계산한다. 이 때, 시험온도는 25℃에서 진행하였다.
표1의 제1실시예를 분석해보았을 때, 전도성 나노물질인 그래핀(graphene)를 코팅만 한 경우에도 열전도도가 38.597(W/(mK))로서, 코팅이 되어 있지 않은 기존의 탄소 섬유 부직포(0 내지 20(W/(mK)))와 비교했을 때, 열전도도가 증가함을 확인할 수 있다.
다만, 표1의 제2실시예를 분석해보았을 때, 열전도도가 5.742(W/(mK))로서, 기존의 탄소 섬유 부직포보다는 전도도가 높음을 확인할 수 있지만, 제1실시예보다는 열전도도가 낮음을 확인할 수 있다.
또한, 표 2의 내용을 기초로 할 때, 제1실시예 및 제2실시예에 있어서, 습식 적층에 따라 제조된 후, 전도성 소재로 코팅되었음에도 불구하고, 일정 수준의 기계적 인장강도를 유지하고 있음을 알 수 있다.
나아가, 표 1의 제5, 6 실시예의 경우, 탄소섬유를 포함하지 않는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유로 제조된 섬유 시트 층에 전도성 소재를 코팅한 것이다. 전도성을 띄는 탄소섬유를 습식 공정에서의 배합물로 포함하지 않는 경우에도, 전도성 물질을 포함하는 코팅액으로 코팅한 경우, 기존의 탄소 섬유 부직포(0 내지 20(W/(mK)))와 비교했을 때, 열전도도가 24.809(W/(mK))로, 다소 높은 열 전도도를 가지는 것을 확인할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 섬유 시트 층; 및
    상기 섬유 시트 층의 상면 또는 하면에 위치하고, 전도 소재를 포함하는 코팅 층을 포함하고,
    상기 섬유 시트 층과 코팅 층의 질량 비는 1:10 내지 10:1이고,
    상기 섬유 시트 층과 상기 코팅 층을 합한 총 두께는 0.01mm 내지 1mm이며,
    상기 섬유 시트 층과 상기 코팅 층을 합한 총 중량은 20gsm 내지 300gsm인 것을 특징으로 하는 전도성 부직포.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 섬유 시트 층은 탄소섬유를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 부직포.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 부직포의 열전도율은 5(W/(mK)) 내지 200(W/(mK))인 것을 특징으로 하는 전도성 부직포.
  4. 제1항에 있어서,
    본 발명에 있어서, 상기 전도 소재는 탄소계 화합물로서, 탄소, 그래핀(Graphene), 그래파이트(graphite), 카본(Carbon), 카본나노튜브(Carbon Nano Tube), 카본블랙(Carbon Black), 금속 도금된 탄소계 첨가제로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 부직포.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 그래핀(Graphene)의 두께는 5nm 내지 100nm인 것을 특징으로 하는 전도성 부직포.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 코팅 층에 있어서, 금속을 더 포함하고,
    상기 금속은 상기 코팅 층의 전체 중량의 7wt% 내지 35wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 부직포.
  7. 절단된 섬유를 포함하는 제 1 배합물을 습식 적층(wet laid)시켜 섬유 시트 층을 형성하는 단계;
    상기 섬유 시트 층의 상면 또는 하면에 전도 소재를 포함하는 코팅액을 코팅하여 코팅 층을 형성하는 단계; 및
    상기 코팅 층을 건조하는 단계를 포함하고,
    상기 섬유 시트 층과 코팅 층의 질량 비는 1:10 내지 10:1이고,
    상기 섬유 시트 층과 상기 코팅 층을 합한 총 두께는 0.01mm 내지 1mm이며,
    상기 섬유 시트 층과 상기 코팅 층을 합한 총 중량은 20gsm 내지 150gsm인 것을 특징으로 하는 전도성 부직포 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제 1 배합물은 탄소섬유를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 부직포 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전도 소재는 탄소계 화합물로서, 탄소, 그래핀(Graphene), 그래파이트(graphite), 카본(Carbon), 카본나노튜브(Carbon Nano Tube), 카본블랙(Carbon Black), 금속 도금된 탄소계 첨가제로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 부직포 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 코팅 층에 있어서, 금속을 더 포함하고,
    상기 금속은 상기 코팅 층 중량의 7wt% 내지 35wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 부직포 제조방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 건조하는 단계에 있어서,
    상기 코팅액에 함침된 섬유시트를 80℃ 내지 150℃ 온도조건에서 1분 내지 30분 동안 건조하는 것을 특징으로 하는 전도성 부직포 제조방법.
  12. 제7항에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 전도성 부직포.
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KR20230131599A (ko) * 2022-03-07 2023-09-14 한국섬유개발연구원 방열기능이 향상된 고주파 전자부품용 연성 하이브리드 박막 시트

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