KR20210090453A - 복합재 - Google Patents

Abstract

본 출원은 복합재, 이를 포함하는 전자파 차폐 시트 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 우수한 전자파 차폐능을 가지면서, 기계적 강도 및 유연성이 우수한 복합재를 제공한다.

Description

복합재{Composite Material}

본 출원은 복합재, 이를 포함하는 전자파 차폐 시트 및 이의 제조 방법에 대한 것이다.

높은 투자율을 가지는 재료는, 다양한 용도에 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기와 같은 재료는, EMC core, 저출력 고인덕턴스 공명회로 또는 광대역 변압기 등을 포함한 다양한 장치 내지 소재로 사용될 수 있으며, 전파 흡수체로도 사용될 수 있다.

통상적으로 높은 투자율을 가지는 재료로 사용되는 것은, 투자율이 높은 금속을 압연하거나, 금속 입자를 필러로 사용하여 제조한 고분자 복합 필름 형태의 재료이다.

그렇지만, 압연 등의 방식은 금속 소재의 투자율을 높이기 위해서 다성분(multicomponent)의 재료를 사용하거나, 필름상에서 결정화를 진행하기 때문에 공정이 복잡하며 가격이 높은 문제가 있다.

또한, 필러로서 금속 입자를 사용하는 경우에는 높은 투자율을 확보하기 위해서 금속 입자의 사용량을 증가시켜야 하는데, 이러한 경우에 필름의 유연성이 떨어진다.

본 출원은 복합재 및 이를 포함하는 전자파 차폐 시트에 관한 것으로서, 우수한 전자파 차폐능을 가지면서, 기계적 강도 및 유연성이 우수한 복합재를 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다.

본 출원은 복합재 및 이를 포함하는 전자파 차폐 시트에 대한 것이다. 상기 복합재는 필름 형태의 금속폼을 적어도 2개 이상 포함할 수 있다. 상기 복합재는 금속폼과 그 외의 성분을 포함하는 재료를 포함할 수 있다.

상기와 같은 형태의 본 출원의 복합재는 높은 투자율을 나타내며, 금속폼으로 형성되어 유연성 등 기계적 물성도 우수하다.

상기 복합재는 금속폼이 가지는 특유의 표면적 및 기공 특성과 금속폼의 소재에 의한 복합 반사(multiple reflection) 및 흡수(absorption) 등에 의해서 높은 투자율의 소재로 형성될 수 있으며, 금속폼의 적용을 통해 상기 재료에 우수한 기계적 강도 및 유연성을 확보할 수 있다.

본 명세서에서 용어 금속폼 또는 금속 골격은, 금속을 주성분으로 포함하는 다공성 구조체를 의미한다. 상기에서 금속을 주성분으로 한다는 것은, 금속폼 또는 금속 골격의 전체 중량을 기준으로 금속의 비율이 55 중량% 이상, 60 중량% 이상, 65 중량% 이상, 70 중량% 이상, 75 중량% 이상, 80 중량% 이상, 85 중량% 이상, 90 중량% 이상 또는 95 중량% 이상인 경우를 의미한다. 상기 주성분으로 포함되는 금속의 비율의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 100 중량%, 99 중량% 또는 98 중량% 정도일 수 있다.

본 명세서에서 용어 다공성은, 기공도(porosity)가 적어도 10% 이상, 20% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 75% 이상 또는 80% 이상인 경우를 의미할 수 있다. 상기 기공도의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 약 100% 미만, 약 99% 이하, 약 98% 이하, 약 95% 이하, 약 90% 이하, 약 85% 이하, 약 80% 이하 또는 약 75% 이하 정도일 수 있다. 상기 기공도는 금속폼 등의 밀도를 계산하여 공지의 방식으로 산출할 수 있다.

본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 온도가 해당 물성에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 그 물성은 상온에서 측정한 것이다. 용어 상온은 가온 또는 감온되지 않은 자연 그대로의 온도이고, 예를 들면, 약 10℃ 내지 30℃의 범위 내의 어느 한 온도, 약 23℃ 또는 약 25℃ 정도의 온도를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 특별히 달리 언급하지 않는 한, 온도의 단위는 섭씨 온도이다.

복합재에 포함되는 금속폼의 형태는 특별히 제한되지는 않으나, 일 예시에서 필름, 시트 또는 층 형상일 수 있다. 이하 본 명세서에서는 상기 필름, 시트 또는 층 형상의 금속폼은 금속폼층으로 불릴 수 있다.

도 1 및 2는 각각 예시적인 복합재의 평면도 및 단면도를 나타내는 그림이다. 본 출원의 예시적인 복합재는, 도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 2개의 필름 형태의 금속폼(1)을 포함하고, 상기 2개의 필름 형태의 금속폼(1)은 평면 상 중첩되는 영역(2)(이하, 중첩 영역이라고 지칭하는 경우가 있다.)을 적어도 하나 포함할 수 있다. 상기 평면도는 필름 형태의 금속폼의 면을 위에서 관찰한 경우를 의미할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 2개의 필름 형태의 금속폼의 면과 면 사이의 간격이 70㎛ 이하인 경우, 상기 중첩 영역의 평면 상 폭이 2.5mm 이상이고, 상기 2개의 필름 형태의 금속폼의 면과 면 사이의 간격이 70㎛ 초과인 경우, 상기 중첩 영역의 평면 상 폭이 15mm 이상일 수 있다. 상기 간격(d)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 평면 상 중첩 영역(2)에서, 2개의 금속폼(1)의 면과 면 사이의 거리(d)를 의미할 수 있고, 상기 금속폼(1)의 면과 수직인 법선 방향으로의 거리(d)를 의미할 수 있다. 또한, 상기 중첩 영역(2)의 평면 상 폭(w)은 2개의 필름 형태의 금속폼(1)의 일면을 위에서 관찰했을 때, 중첩되는 영역(2)에서 하나의 금속폼(1)의 모서리와 다른 하나의 금속폼(1)의 모서리 간의 거리(w)를 의미할 수 있다.

일 구체예에서, 상기 2개의 필름 형태의 금속폼의 면과 면 사이의 간격이 70㎛ 이하인 경우, 상기 중첩 영역의 평면 상 폭이 2.5mm 내지 50mm의 범위 내일 수 있다. 구체예에서, 상기 폭의 상한은 45mm, 40 mm, 35 mm, 30 mm, 25 mm, 23 mm 또는 15 mm일 수 있고, 하한은 3 mm, 5 mm, 8 mm, 10 mm, 또는 15 mm일 수 있다. 또한, 상기 2개의 필름 형태의 금속폼의 면과 면 사이의 간격이 70㎛ 초과인 경우, 상기 중첩 영역의 평면 상 폭이 15mm 내지 100mm의 범위 내일 수 있다. 상기 폭의 상한은 예를 들어, 90 mm, 80 mm, 70 mm, 60 mm, 50 mm, 45 mm, 43 mm, 38 mm, 33 mm, 28 mm, 23 mm일 수 있고, 하한은 예를 들어, 18 mm, 20 mm, 25 mm, 30 mm, 35 mm, 38 mm일 수 있다. 본 출원은 상기의 복합재의 구조를 가짐으로써, 우수한 전자파 차폐능을 가지면서, 기계적 강도 및 유연성이 우수하고, 전자파 누설을 방지할 수 있다.

상기 금속폼은 기공을 포함하고, 상기 기공의 크기는 장축 기준으로 평균 10 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 기공의 크기는 예를 들어, 장축 기준으로 0.1 내지 10㎛, 0.5 내지 9㎛, 1 내지 8㎛ 또는 2 내지 7㎛의 범위 내일 수 있다.

적절한 투자율 등을 확보하기 위해서 상기 금속폼의 기공 특성은 추가로 제어될 수 있다. 예를 들면, 상기 금속폼은 대략 구형, 니들(needle)형 또는 랜덤(random)형의 기공을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 금속폼은 최대 기공의 크기가 약 100 ㎛ 이하, 약 90 ㎛ 이하, 약 80 ㎛ 이하, 약 70 ㎛ 이하, 약 60 ㎛ 이하, 약 50 ㎛ 이하, 45 ㎛ 이하, 40 ㎛ 이하, 35 ㎛ 이하 또는 30 ㎛ 이하 정도일 수 있다. 상기 최대 기공 크기는 다른 예시에서 약 2 ㎛ 이상, 4 ㎛ 이상, 6 ㎛ 이상, 8 ㎛ 이상, 10 ㎛ 이상, 12 ㎛ 이상, 14 ㎛ 이상, 16 ㎛ 이상, 18 ㎛ 이상, 20 ㎛ 이상, 22 ㎛ 이상, 24 ㎛ 이상 또는 26 ㎛ 이상일 수 있다.

상기 금속폼의 전체 기공 중에서 85% 이상의 기공은 기공 크기가 10 ㎛ 이하일 수 있으며, 65% 이상의 기공의 기공 크기는 5 ㎛ 이하일 수 있다. 상기에서 10 ㎛ 이하 또는 5 ㎛ 이하의 기공 크기를 가지는 기공의 기공 크기의 하한은 특별히 제한되지 않지만, 상기 기공 크기는 일 예시에서 약 0 ㎛ 초과, 0.1 ㎛ 이상, 0.2 ㎛ 이상, 0.3 ㎛ 이상, 0.4 ㎛ 이상, 0.5 ㎛ 이상, 0.6 ㎛ 이상, 0.7 ㎛ 이상, 0.8 ㎛ 이상, 0.9 ㎛ 이상, 1 ㎛ 이상, 1.1 ㎛ 이상, 1.2 ㎛ 이상, 1.3 ㎛ 이상, 1.4 ㎛ 이상, 1.5 ㎛ 이상, 1.6 ㎛ 이상, 1.7 ㎛ 이상, 1.8 ㎛ 이상, 1.9 ㎛ 이상 또는 2 ㎛ 이상일 수 있다.

상기에서 10 ㎛ 이하의 기공 크기의 기공은, 전체 기공 중에서 100% 이하, 95% 이하 또는 90% 이하 정도일 수 있고, 5 ㎛ 이하의 기공 크기를 가지는 기공이 비율은, 전체 기공 중에서 100% 이하, 95% 이하, 90% 이하, 85% 이하, 80% 이하, 75% 이하 또는 70% 이하 정도일 수 있다.

본 출원의 복합재는, 상기 기공 크기를 갖는 금속폼을 통해 반사에 의한 효과, 다중 반사 및 흡수 효과가 증가되어, 고주파 영역까지 높은 차폐 효율을 극대화 할 수 있다.

상기 기공의 분포는, 예를 들어, 필름 형태인 복합재에서 상기 필름의 장축 방향을 기준으로 정해지는 것일 수 있다.

본 출원의 적어도 2개 이상의 필름 형태의 금속폼의 두께는 목적하는 투자율 등의 특성을 고려하여 조절될 수 있다.

상기 금속폼의 두께는, 예를 들면, 약 10㎛ 이상, 약 20㎛ 이상, 약 30㎛ 이상, 약 40㎛ 이상, 약 45 ㎛ 이상, 약 50 ㎛ 이상, 약 55 ㎛ 이상, 약 60 ㎛ 이상, 약 65 ㎛ 이상 또는 약 70 ㎛ 이상일 수 있다. 상기 필름의 두께의 상한은 목적에 따라서 제어되는 것으로 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 약 1,000 ㎛ 이하, 약 900 ㎛ 이하, 약 800 ㎛ 이하, 약 700 ㎛ 이하, 약 600 ㎛ 이하, 약 500 ㎛ 이하, 약 400 ㎛ 이하, 약 300 ㎛ 이하, 약 200 ㎛ 이하 또는 약 150 ㎛ 이하 정도일 수 있다. 또한, 상기 2개의 필름 형태의 금속폼의 중첩 영역의 총 두께가 20 ㎛ 내지 2 mm의 범위 내일 수 있다. 상기 두께의 하한은 예를 들어, 약 30㎛ 이상, 약 40㎛ 이상, 약 45 ㎛ 이상, 약 50 ㎛ 이상, 약 55 ㎛ 이상, 약 60 ㎛ 이상, 약 65 ㎛ 이상 또는 약 70 ㎛ 이상일 수 있고, 상한은 예를 들어, 약 1,800㎛ 이하, 약 1,500㎛ 이하, 약 1,300㎛ 이하, 약 1,000 ㎛ 이하, 약 900 ㎛ 이하, 약 800 ㎛ 이하, 약 700 ㎛ 이하, 약 600 ㎛ 이하 또는 약 500 ㎛ 이하일 수 있다.

본 명세서에서 두께는 해당 대상의 두께가 일정하지 않은 경우에는, 그 대상의 최소 두께, 최대 두께 또는 평균 두께일 수 있다.

위와 같은 두께 제어를 통해 목적하는 특성의 복합재의 제공이 가능할 수 있다.

본 출원에 따른 적어도 2개 이상의 필름 형태의 금속폼 중 적어도 하나는 전도성 금속 성분의 금속폼일 수 있다. 용어 전도성 금속 성분은, 전도성의 금속 또는 금속 합금을 의미할 수 있다. 본 출원에서 용어 전도성의 금속 또는 금속 합금은, 20℃에서의 전도도가 약 8 MS/m 이상, 9 MS/m 이상, 10 MS/m 이상, 11 MS/m 이상, 12 MS/m 이상, 13 MS/m 이상 또는 14.5 MS/m 이상인 금속 또는 금속 합금을 의미할 수 있다. 상기 전도도의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 약 30 MS/m 이하, 25 MS/m 이하 또는 20 MS/m 이하일 수 있다

전도성 금속 성분의 금속폼은 상기 전도성 금속 성분으로만 이루어지거나, 상기 금속 성분을 주성분으로 포함하는 금속폼을 의미할 수 있다. 따라서, 상기 금속폼은 전체 중량을 기준으로 상기 전도성 금속 성분을 55 중량% 이상, 60 중량% 이상, 65 중량% 이상, 70 중량% 이상, 75 중량% 이상, 80 중량% 이상, 85 중량% 이상, 90 중량% 이상 또는 95 중량% 이상 포함할 수 있다. 상기 전도성 금속 성분의 비율은 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 100 중량%, 99 중량% 또는 98 중량% 정도일 수 있다.

구체적인 전도성 금속 성분의 예로는 니켈, 철, 코발트, 은, 구리, 금, 알루미늄, 칼슘, 텅스텐, 아연, 리튬, 철, 백금, 주석, 납, 티탄, 망간, 마그네슘 또는 크롬 등이나, 이들 중 2종 이상의 합금 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 그렇지만, 본 출원에서는 상기 소재에 추가로 적절한 전도성을 띄는 것으로 알려진 다양한 소재가 적용될 수 있다.

상기 전도성 금속 성분의 금속폼은, 단독으로 50kHz 내지 3GHz의 범위 내에서 80 dB 이상의 차폐 효율을 나타내도록 설계될 수 있으며, 이는 전술한 기공 특성을 가지도록 상기 소재를 사용하여 금속폼을 형성함으로써 달성할 수 있다.

본 출원에 따른 적어도 2개의 이상의 필름 형태의 금속폼 중 적어도 하나는 연자성 금속 성분의 금속폼일 수 있다. 용어 연자성 금속 성분은, 연자성의 금속 또는 금속 합금이며, 이 때 연자성의 규정은 업계에서 공지된 바와 같다. 상기에서 연자성 금속 성분의 금속폼은 연자성 금속 성분으로만 이루어지거나, 상기 금속 성분을 주성분으로 포함하는 금속폼을 의미할 수 있다. 따라서, 상기 금속폼은 전체 중량을 기준으로 상기 연자성 금속 성분을 55 중량% 이상, 60 중량% 이상, 65 중량% 이상, 70 중량% 이상, 75 중량% 이상, 80 중량% 이상, 85 중량% 이상, 90 중량% 이상 또는 95 중량% 이상 포함할 수 있다. 상기 연자성 금속 성분의 비율은 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 100 중량%, 99 중량% 또는 98 중량% 정도일 수 있다.

연자성 금속 성분의 예로는 Fe/Ni 합금, Fe/Ni/Mo 합금, Fe/Al/Si 합금, Fe/Si/B 합금, Fe/Si/Nb 합금, Fe/Si/Cu 합금 또는 Fe/Si/B/Nb/Cu 합금 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기에서 Fe는 철, Ni는 니켈, Mo는 몰리브덴, Al은 알루미늄, Si는 실리콘, B는 붕소, Nb는 니오븀, Cu는 구리를 의미한다. 그렇지만, 본 출원에서는 상기 소재에 추가로 연자성을 띄는 것으로 알려진 다양한 소재가 적용될 수 있다.

금속폼을 제조하는 방법은 다양하게 공지되어 있다. 본 출원에서는 이러한 공지의 방식으로 전술한 금속폼을 제조하여 적용할 수 있다. 이 때 적어도 2개의 이상의 필름 형태의 금속폼을 일체로 형성하거나, 혹은 2개의 금속폼 각각을 별도로 제조한 후에 이를 부착시켜 복합재를 형성할 수도 있다. 이러한 경우에 부착은 수지층으로 수행할 수 있다. 상기 수지층은 예를 들어, 점착제층 또는 접착제층일 수 있다. 따라서, 앞서 기술한 중첩되는 영역은 수지층을 매개로 2개의 필름 형태의 금속폼이 부착되어 있는 구조일 수 있다.

본 출원에 따른 필름 형태의 금속폼은 여러 개가 조합되어 복합재를 형성할 수 있는데, 이 경우, 금속폼 간의 계면 부근에서 투자율이 저하되거나, 전자파 차폐 재료로 적용할 때에 차폐 성능이 저하될 우려가 있다. 본 출원은 전술한 간격 및 폭에 범위를 조절함으로써, 상기와 같은 문제를 해결할 수 있다. 또한, 본 출원은 상기 계면에 부착되는 수지층이 전도성 물질을 함유함으로써, 상기와 같은 문제점을 해결할 수도 있다.

상기 수지층은 예를 들어, 베이스 수지를 포함할 수 있다. 또한, 상기 수지층은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 상기 수지층에 포함되는 전도성 물질의 종류는 적절한 전도성을 나타내는 것으로 선택된다면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 전도성 물질로는, 20℃에서의 전도도가 약 8 MS/m 이상, 9 MS/m 이상, 10 MS/m 이상, 11 MS/m 이상, 12 MS/m 이상, 13 MS/m 이상 또는 14.5 MS/m 이상인 물질을 사용할 수 있다. 상기 전도도의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 약 30 MS/m 이하, 25 MS/m 이하 또는 20 MS/m 이하일 수 있다.

전도성 물질로는 예를 들면, 입자 형태의 물질을 사용할 수 있다. 입자 형태의 전도성 물질이 사용되는 경우에 그 입자의 평균 입경은 약 10nm 내지 500㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 평균 입경은 다른 예시에서 약 100nm 이상 또는 약 1㎛ 이상일 수 있다. 상기 평균 입경은 다른 예시에서 약 450㎛ 이하, 약 400㎛ 이하, 약 350㎛ 이하, 약 300㎛ 이하, 약 250㎛ 이하, 약 200㎛ 이하, 약 150㎛ 이하, 100㎛ 이하, 90㎛ 이하, 80㎛ 이하, 70㎛ 이하, 60㎛ 이하, 50㎛ 이하, 40㎛ 이하, 30㎛ 이하 또는 20㎛ 이하, 10㎛ 이하, 500nm 이하, 300 nm 이하 정도, 200 nm 이하 정도, 100 nm 이하 정도, 80 nm 이하 정도, 70 nm 이하 정도, 60 nm 이하 정도, 50 nm 이하 정도, 40 nm 이하 정도, 30 nm 이하 정도 또는 20 nm 이하 정도일 수 있다. 본 명세서에서 평균 입경은 D50 입도 분석에 따른 평균 입경일 수 있다.

전도성 물질로는 구체적으로는 니켈, 철, 코발트, 은, 구리, 금, 알루미늄, 칼슘, 텅스텐, 아연, 리튬, 철, 백금, 주석, 납, 티탄, 망간, 마그네슘 또는 크롬 등의 금속 혹은 상기 중 2종 이상의 합금이나, 흑연, 카본 블랙, 카본 섬유, 탄소 나노튜브 혹은 그래핀 등의 물질이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 수지층의 구체적인 형태는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 전술한 금속폼간의 조합 가능성을 고려하여 점착제층 또는 접착제층으로 상기 수지층을 형성하는 것이 적절할 수 있다.

적용될 수 있는 점착제 또는 접착제층의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 베이스 수지로서, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지 또는 우레탄 수지 등을 포함하는 공지의 접착제 또는 점착제에 상기 전도성 물질을 도입하여 상기 층을 형성할 수 있다. 이러한 점착제 또는 접착제층을 목적하는 부위에 도포하거나, 혹은 전사함으로써 상기 수지층을 형성할 수 있다.

상기 수지층에서 상기 전도성 물질의 비율은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 상기 베이스 수지 100 중량부 대비 30 내지 200 중량부의 비율로 전도성 물질을 도입할 수 있다.

본 출원의 금속폼은 고분자 성분을 추가로 포함할 수 있다. 상기 고분자 성분은 금속폼의 표면층을 형성할 수 있고, 필름 형태의 금속폼의 상부면 및/또는 하부면과 기공에 상기 표면층이 형성되어 있을 수 있다. 고분자 성분의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 복합재의 가공성이나 내충격성, 절연성 등을 고려하여 선택될 수 있다. 본 출원에서 적용될 수 있는 고분자 성분의 예로는, 공지의 아크릴 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 아미노 수지 및 페놀 수지로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 들 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 출원의 복합재 및 이를 포함하는 전자파 차폐 시트는 상기와 같은 우수한 전자파 차폐 특성을 가지는 동시에 가공성이나 내충격성 등의 다른 물성도 안정적으로 확보될 수 있으며, 이러한 효과는 본 명세서에서 설명하는 내용에 의해 달성될 수 있다.

본 출원은 또한, 상기 복합재의 제조 방법에 관한 것이다. 금속폼은 다양하게 공지되어 있고, 금속폼을 제조하는 방법 역시 다양하게 공지되어 있다. 본 출원에서는 이러한 공지의 금속폼이나 상기 공지의 방식으로 제조한 금속폼이 적용될 수 있다.

금속폼을 제조하는 방식으로는, 염 등의 기공 형성제와 금속의 복합 재료를 소결하는 방식, 고분자 폼 등의 지지체에 금속을 코팅하고, 그 상태로 소결하는 방식이나 슬러리법 등이 알려져 있다.

상기 금속폼의 제조 방법은, 금속을 가지는 금속 성분을 포함하는 그린 구조체를 소결하는 단계를 포함할 수 있다. 본 출원에서 용어 그린 구조체는, 상기 소결 등과 같이 금속폼을 형성하기 위해 수행되는 공정을 거치기 전의 구조체, 즉 금속폼이 생성되기 전의 구조체를 의미한다. 또한, 상기 그린 구조체는, 다공성 그린 구조체라고 호칭되더라도 반드시 그 자체로 다공성일 필요는 없으며, 최종적으로 다공성의 금속 구조체인 금속폼을 형성할 수 있는 것이라면, 편의상 다공성 그린 구조체라고 호칭될 수 있다.

본 출원에서 상기 그린 구조체는, 금속 성분, 분산제 및 바인더를 적어도 포함하는 슬러리를 사용하여 형성할 수 있다.

그린 구조체를 형성하는 금속 성분은 분말(powder) 형태일 수 있다. 예를 들면, 상기 금속 성분 내의 금속들은, 평균 입경이 약 0.1㎛ 내지 약 200㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 평균 입경은 다른 예시에서 약 0.5㎛ 이상, 약 1㎛ 이상, 약 2㎛ 이상, 약 3㎛ 이상, 약 4㎛ 이상, 약 5㎛ 이상, 약 6㎛ 이상, 약 7㎛ 이상 또는 약 8㎛ 이상일 수 있다. 상기 평균 입경은 다른 예시에서 약 150㎛ 이하, 100㎛ 이하, 90㎛ 이하, 80㎛ 이하, 70㎛ 이하, 60㎛ 이하, 50㎛ 이하, 40㎛ 이하, 30㎛ 이하 또는 20㎛ 이하일 수 있다. 금속 성분 내의 금속으로는 서로 평균 입경이 상이한 것을 적용할 수도 있다. 상기 평균 입경은, 목적하는 금속폼의 형태, 예를 들면, 금속폼의 두께나 기공도 등을 고려하여 적절한 범위를 선택할 수 있고, 이는 특별히 제한되지 않는다.

상기 그린 구조체는 상기 금속을 포함하는 금속 성분과 함께 분산제와 바인더를 포함하는 슬러리를 사용하여 형성할 수 있다.

상기와 같은 슬러리 내에서 금속 성분의 비율은 특별히 제한되지 않고, 목적하는 점도나 공정 효율 등을 고려하여 선택될 수 있다. 일 예시에서 슬러리 내에서의 금속 성분의 비율은 중량을 기준으로 10 내지 70 % 정도일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기에서 분산제로는, 예를 들면, 알코올이 적용될 수 있다. 알코올로는, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 펜탄올, 옥타놀, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 펜탄놀, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 2-부톡시에탄올, 글리세롤, 텍사놀(texanol) 또는 테르피네올(terpineol) 등과 같은 탄소수 1 내지 20의 1가 알코올 또는 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 헥산디올, 옥탄디올 또는 펜탄디올 등과 같은 탄소수 1 내지 20의 2가 알코올 또는 그 이상의 다가 알코올 등이 사용될 수 있으나, 그 종류가 상기에 제한되는 것은 아니다.

슬러리는 바인더를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 바인더의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 슬러리의 제조 시에 적용된 금속 성분이나 분산제 등의 종류에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 상기 바인더로는, 메틸 셀룰로오스 또는 에틸 셀룰로오스 등의 탄소수 1 내지 8의 알킬기를 가지는 알킬 셀룰로오스, 폴리프로필렌 카보네이트 또는 폴리에틸렌 카보네이트 등의 탄소수 1 내지 8의 알킬렌 단위를 가지는 폴리알킬렌 카보네이트 또는 폴리비닐알코올 또는 폴리비닐아세테이트 등의 폴리비닐알코올계 바인더 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기와 같은 슬러리 내에서 각 성분의 비율은 특별히 제한되지 않는다. 이러한 비율은 슬러리를 사용한 공정 시에 코팅성이나 성형성 등의 공정 효율을 고려하여 조절될 수 있다.

예를 들면, 슬러리 내에서 바인더는 전술한 금속 성분 100 중량부 대비 약 5 내지 500 중량부의 비율로 포함될 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 약 10 중량부 이상, 약 20 중량부 이상, 약 30 중량부 이상, 약 40 중량부 이상, 약 50 중량부 이상, 약 60 중량부 이상, 약 70 중량부 이상, 약 80 중량부 이상, 약 90 중량부 이상, 약 100 중량부 이상, 약 110 중량부 이상, 약 120 중량부 이상, 약 130 중량부 이상, 약 140 중량부 이상, 약 150 중량부 이상, 약 200 중량부 이상 또는 약 250 중량부 이상일 수 있고, 약 450 중량부 이하, 약 400 중량부 이하 또는 약 350 중량부 이하일 수 있다.

또한, 슬러리 내에서 분산제는, 상기 바인더 100 중량부 대비 약 500 내지 2,000 중량부의 비율로 포함될 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 약 200 중량부 이상, 약 300 중량부 이상, 약 400 중량부 이상, 약 500 중량부 이상, 약 550 중량부 이상, 약 600 중량부 이상 또는 약 650 중량부 이상일 수 있고, 약 1,800 중량부 이하, 약 1,600 중량부 이하, 약 1,400 중량부 이하, 약 1,200 중량부 이하 또는 약 1,000 중량부 이하일 수 있다.

본 명세서에서 단위 중량부는 특별히 달리 규정하지 않는 한, 각 성분간의 중량의 비율을 의미한다.

슬러리는 필요하다면, 용매를 추가로 포함할 수 있다. 용매로는 슬러리의 성분, 예를 들면, 상기 금속 성분이나 바인더 등의 용해성을 고려하여 적절한 용매가 사용될 수 있다. 예를 들면, 용매로는, 유전 상수가 약 10 내지 120의 범위 내에 있는 것을 사용할 수 있다. 상기 유전 상수는 다른 예시에서 약 20 이상, 약 30 이상, 약 40 이상, 약 50 이상, 약 60 이상 또는 약 70 이상이거나, 약 110 이하, 약 100 이하 또는 약 90 이하일 수 있다. 이러한 용매로는, 물이나 에탄올, 부탄올 또는 메탄올 등의 탄소수 1 내지 8의 알코올, DMSO(dimethyl sulfoxide), DMF(dimethyl formamide) 또는 NMP(N-methylpyrrolidinone) 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

용매가 적용될 경우에 상기는 상기 바인더 100 중량부 대비 약 50 내지 400 중량부의 비율로 슬러리 내에 존재할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 용매의 비율은, 다른 예시에서 약 60 중량부 이상, 약 70 중량부 이상, 약 80 중량부 이상, 약 90 중량부 이상, 약 100 중량부 이상, 약 110 중량부 이상, 약 120 중량부 이상, 약 130 중량부 이상, 약 140 중량부 이상, 약 150 중량부 이상, 약 160 중량부 이상, 약 170 중량부 이상, 약 180 중량부 이상 또는 약 190 중량부 이상이거나, 약 350 중량부 이하, 300 중량부 이하 또는 250 중량부 이하일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

슬러리는 상기 언급한 성분 외에 추가적으로 필요한 공지의 첨가제를 포함할 수도 있다. 다만, 본 출원의 공정은, 공지의 첨가제 중에서 발포제를 포함하지 않는 슬러리를 사용하여 수행하는 것일 수 있다.

본 출원의 다른 예시에서 상기 금속폼 전구체는, 금속 성분, 수성 용매, 유기 용제 및 계면활성제를 적어도 포함하는 슬러리를 사용하여 형성할 수도 있다.

상기 유형의 슬러리에서 금속 성분에 대한 구체적인 내용은 상기 기술한 바와 같다.

상기 슬러리는, 금속 성분과 함께 수성 용매와 유기 용매 및 계면활성제를 포함할 수 있다. 슬러리 내에서 상기 수성 용매, 유기 용제 및 계면활성제의 비율 및 종류를 조절하게 되면, 금속폼 전구체 내에서 미세 에멀젼이 형성되고, 이러한 에멀젼은 금속폼의 기공 특성을 결정할 수 있다. 필요한 경우에 상기 금속폼 전구체는 발포 공정을 거칠 수도 있다. 예를 들어, 상기 유기 용제 및 수성 용매간의 증기압의 차이로 인해서 보다 큰 증기압을 가지는 성분이 발포 과정에서 기화되면서 금속폼의 기공 특성을 제어할 수 있다.

상기에서 수성 용매로는, 물 또는 기타 극성 용매를 적용할 수 있으며, 대표적으로는 물이 적용될 수 있다. 이러한 수성 용매는 슬러리 내에서 금속 분말 100 중량부 대비 50 내지 200 중량부의 비율로 포함될 수 있다. 상기 수성 용매의 비율은 다른 예시에서 70 내지 100 중량부일 수도 있다.

상기에서 유기 용제로는, 특별한 제한 없이 적절한 종류가 선택될 수 있다. 이러한 유기 용제로는, 예를 들면, 탄화수소계 유기 용제를 적용할 수 있다. 상기 탄화수소계 유기 용제로는, 탄소수 4 내지 12의 유기 용제가 적용될 수 있으며, 구체적인 예로는 n-펜탄, 네오펜탄, 헥산, 이소헥산, 헵탄, 이소헵탄, 옥탄, 톨루엔, 벤젠, 펜틴, 헥신, 펜텐, 헥센, 헵텐, 옥텐, 시클로펜탄, 시클로헵탄, 시클로옥탄, 시클로펜텐, 시클로헥센, 시클로헵텐, 시클로옥텐 또는 시클로펜타논 등이 적용될 수 있다. 이러한 유기 용제는 슬러리 내에서 금속 분말 100 중량부 대비 0.1 내지 3 중량부의 비율로 포함될 수 있다.

슬러리에 적용되는 계면활성제의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 공지의 양쪽성 계면활성제, 비이온 계면활성제 및 음이온 계면활성제로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 상기 중에서 2종 이상의 혼합물을 적용할 수 있다. 위와 같은 계면활성제 중에서 목적하는 미세 에멀젼을 형성하기 위한 적정한 종류가 선택될 수 있으며, 이 과정에서 적용된 수성 용매 및 유기 용제의 종류가 고려될 수 있다.

음이온 계면활성제는, 공지된 바와 같이 계면 활성을 나타내는 부분이 음이온인 계면활성제이고, 음이온 계면활성제로는, 예를 들면, 카복실레이트(carboxylate) 화합물, 설페이트(sulfate) 화합물, 이세티오네이트(isethionate) 화합물, 설포석시네이트(sulfosuccinate) 화합물, 타우레이트(taurate) 화합물 및/또는 글루타메이트(glutamate) 화합물이 적용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

비이온 계면활성제는, 공지된 바와 같이 이온으로 분리되지 않는 계면활성제이고, 이러한 계면활성제로는 예를 들면, 알킬 폴리글루코사이드계 계면활성제, 지방산 알카놀 아마이드계 계면활성제, 또는 아민 옥사이드계와 고급 알코올에 에틸렌옥시드가 부가된 형태 및 오일에 에틸렌옥시드가 부가된 형태의 계면활성제 등이 사용될 수 있다.

양쪽성 계면활성제는, 음이온 부위와 양이온 부위를 동시에 가지는 계면활성제이며, 이러한 계면활성제로는, 베타인류, 예를 들면, 코카미도프로필 베타인이나, 라우라미도프로필 베타인, 코코베타인 또는 라우릴 베타인 등이나, 설테인계, 예를 들면, 라우릴히드록시설테인, 라우라미도프로필설테인, 코카미도프로필히드록시설테인 또는 코코설테인 등이 적용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

계면활성제로는, 상기 언급된 각 화학식의 음이온, 비이온 또는 양쪽성 계면활성제 중 어느 한 종류의 계면활성제가 단독으로 사용되거나, 2종 이상의 계면활성제가 혼합되어 사용될 수 있다.

계면활성제는, 슬러리 내에서 금속 분말 100 중량부 대비 1 내지 10 중량부의 비율로 포함될 수 있다.

슬러리는, 상기 성분 외에도 필요한 성분을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 슬러리는 바인더를 추가로 포함할 수 있다. 바인더로는, 특별한 제한 없이, 예를 들면, 상기 기술한 첫번째 유형의 슬러리에서 적용되는 바인더가 적용될 수 있다. 바인더는, 슬러리 내에서 금속 분말 100 중량부 대비 2 내지 20 중량부의 비율로 포함될 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 4 내지 10 중량부일 수도 있다.

금속폼 또는 그 전구체에 가소성을 부여하기 위해서 슬러리는 가소제를 추가로 포함할 수도 있다. 가소제로는, 전술한 슬러리 시스템 또는 금속폼에 가소성을 부여할 수 있는 적절한 종류가 선택될 수 있으며, 예를 들면, 다가 알코올, 유지, 에테르 화합물 또는 에스테르 화합물 등이 적용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

가소제는 포함되는 경우, 슬러리 내에서의 그 비율은 특별히 제한되지 않고, 목적하는 가소성을 고려하여 적정한 비율로 제어될 수 있다.

슬러리는 상기 언급한 성분 외에 추가적으로 필요한 공지의 첨가제를 포함할 수도 있다.

상기와 같은 슬러리를 사용하여 상기 그린 구조체를 형성하는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 금속폼의 제조 분야에서는 그린 구조체를 형성하기 위한 다양한 방식이 공지되어 있고, 본 출원에서는 이와 같은 방식이 모두 적용될 수 있다. 예를 들면, 상기 그린 구조체는, 적정한 틀(template)에 상기 슬러리를 유지하거나, 혹은 슬러리를 적정한 방식으로 코팅하여 상기 그린 구조체를 형성할 수 있다.

금속폼은, 다공성인 구조적 특징상 일반적으로 브리틀한 특성을 가지고, 따라서 필름 또는 시트 형태, 특히 얇은 두께의 필름 또는 시트 형태로 제작이 어렵고, 제작하게 되어도 쉽게 부스러지는 문제가 있다. 그렇지만, 본 출원의 방식에 의해서는, 얇은 두께이면서도, 내부에 균일하게 기공이 형성되고, 기계적 특성이 우수한 금속폼의 형성이 가능하다.

상기와 같은 방식으로 형성된 그린 구조체를 소결하여 금속폼을 제조할 수 있다. 이러한 경우에 상기 금속폼을 제조하기 위한 소결을 수행하는 방식은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 소결법을 적용할 수 있다. 즉, 적절한 방식으로 상기 그린 구조체에 적정한 양의 열을 인가하는 방식으로 상기 소결을 진행할 수 있다.

상기 금속폼 전구체의 형성 과정에서는 적절한 건조 및/또는 발포 공정이 수행될 수도 있다. 이 경우에 건조 및/또는 발포 공정의 조건은 특별한 제한은 없고, 목적하는 수준의 금속폼 전구체를 형성할 수 있도록 제어되면 된다.

소결 공정도 특별한 제한 없이 적절한 조건 하에서 수행될 수 있다. 예를 들면, 상기 소결은, 상기 전구체를 약 500℃ 내지 2000℃의 범위 내, 700℃ 내지 1500℃의 범위 내 또는 800℃ 내지 1200℃의 범위 내의 온도에서 유지하여 수행할 수 있고, 그 유지 시간도 임의적으로 선택될 수 있다. 상기 유지 시간은 일 예시에서 약 1분 내지 10 시간 정도의 범위 내일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 출원은 높은 투자율을 가지고, 유연성 등 기계적 물성도 우수한 복합재를 제공할 수 있다. 상기 복합재는 다양한 용도에 사용될 수 있으며, 예를 들면, 전자파 차폐 재료 등으로 사용될 수 있다.

도 1 및 2는 각각 본 출원의 복합재의 평면도 및 단면도이다.
도 3 내지 6은 실시예 및 비교예의 전자파 차폐 효율을 나타내는 그래프이다.

이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 제한되는 것은 아니다.

실시예 1

금속폼으로는 구리 금속폼으로서, 두께가 약 80 ㎛ 정도이며, 기공도가 약 65 %인 필름 형상의 구리폼을 사용하였다. 상기 필름 형상의 구리폼을 2개 준비하여, 하기 그림(단면도)과 같이 중첩 영역이 생기도록 배치시켜 복합재를 제조하였다.

금속폼의 면과 면사이의 간격(d, Spacing length)을 90㎛로 고정하고, 중첩 영역의 폭(w, Overlap length)을 10mm, 20mm 및 40mm 3가지로 조절하여 차폐효율을 측정하였다. 차폐 효율은 도 3과 같다.

실시예 2

실시예 1에 따른 필름 형상의 구리폼을 2개 준비하여, 하기 그림(단면도)과 같이 중첩 영역이 생기도록 배치시켜 복합재를 제조하였다.

금속폼의 면과 면사이의 간격(d, Spacing length)을 30㎛ 및 50㎛로 하고, 중첩 영역의 폭(w, Overlap length)을 10mm 및 20mm 2가지로 조절하여 차폐효율을 측정하였다. 차폐 효율은 도 4와 같다.

실시예 3

실시예 1에 따른 필름 형상의 구리폼을 2개 준비하여, 복합재를 제조하였다. 금속폼의 면과 면사이의 간격(d, Spacing length)을 50㎛로 고정하고, 중첩 영역의 폭(w, Overlap length)을 2mm 및 3mm 2가지로 조절하여 차폐효율을 측정하였다. 차폐 효율은 도 5와 같다.

비교예 1

금속폼 대신 구리 호일로서, 두께가 90㎛인 필름 형상의 구리 호일을 2개 준비하였다. 구리 호일의 면과 면사이의 간격(d, Spacing length)을 30㎛ 및 50㎛로 조절하고, 중첩 영역의 폭(w, Overlap length)을 3mm로 고정하여 차폐효율을 측정하였다. 차폐 효율은 도 6과 같다.

실험예 1 - 전자파 차폐 효율 측정

실시예 및 비교예에서 제조한 복합재에 대해, Keycom사의 전자파 차폐 효율 측정 장치를 이용하여 전자파 차폐 효율을 측정하였다. 제조한 복합재에 대해 차폐 효율을 100kHz~3GHz까지 측정한 결과를 도 3 내지 도 6에 나타내었다. 100kHz~3GHz에서 차폐 효율이 80dB 이상인 경우, 차폐능이 우수하다고 평가될 수 있다.

1: 금속폼
2: 중첩 영역
d: 금속폼 간격(Spacing length)
w: 금속폼 중첩 영역의 폭(Overlap length)

Claims (15)

1. 적어도 2개 이상의 필름 형태의 금속폼을 포함하고, 상기 2개의 필름 형태의 금속폼은 평면 상 중첩되는 영역을 적어도 하나 포함하고,
   상기 2개의 필름 형태의 금속폼의 면과 면 사이의 간격이 70㎛ 이하인 경우, 상기 중첩 영역의 평면 상 폭이 2.5mm 이상이고, 상기 2개의 필름 형태의 금속폼의 면과 면 사이의 간격이 70㎛ 초과인 경우, 상기 중첩 영역의 평면 상 폭이 15mm 이상인 복합재.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 2개의 필름 형태의 금속폼의 면과 면 사이의 간격이 70㎛ 이하인 경우, 상기 중첩 영역의 평면 상 폭이 2.5mm 내지 50mm의 범위 내인 복합재.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 2개의 필름 형태의 금속폼의 면과 면 사이의 간격이 70㎛ 초과인 경우, 상기 중첩 영역의 평면 상 폭이 15mm 내지 100mm의 범위 내인 복합재.
4. 제 1 항에 있어서, 금속폼은 10㎛ 내지 1000㎛의 두께 범위를 갖는 복합재.
5. 제 1 항에 있어서, 금속폼은, 기공도(porosity)가 50% 내지 95%의 범위 내인 복합재.
6. 제 1 항에 있어서, 금속폼은 평균 기공의 크기가 장축 기준으로 10㎛ 이하인 복합재.
7. 제 1 항에 있어서, 적어도 2개의 필름 형태의 금속폼 중 적어도 하나는 전도성 금속 성분을 포함하는 복합재.
8. 제 7 항에 있어서, 전도성 금속 성분은 니켈, 철, 코발트, 은, 구리, 금, 알루미늄, 칼슘, 텅스텐, 아연, 리튬, 철, 백금, 주석, 납, 티탄, 망간, 마그네슘 또는 크롬으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 복합재.
9. 제 1 항에 있어서, 적어도 2개의 이상의 필름 형태의 금속폼 중 적어도 하나는 연자성 금속 성분을 포함하는 복합재.
10. 제 9 항에 있어서, 연자성 금속 성분이 Fe/Ni 합금, Fe/Ni/Mo 합금, Fe/Al/Si 합금, Fe/Si/B 합금, Fe/Si/Nb 합금, Fe/Si/Cu 합금 또는 Fe/Si/B/Nb/Cu 합금인 복합재.
11. 제 1 항에 있어서, 중첩되는 영역은 수지층을 매개로 2개의 필름 형태의 금속폼이 부착되어 있는 복합재.
12. 제 11 항에 있어서, 수지층은 베이스 수지를 포함하는 복합재.
13. 제 11 항에 있어서, 수지층은 전도성 물질을 포함하는 복합재.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 2개의 필름 형태의 금속폼의 중첩 영역의 총 두께가 20 ㎛ 내지 2 mm의 범위 내인 복합재.
15. 제 1 항의 복합재를 포함하는 전자파 차폐 시트.

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