KR20210109762A - 탄소섬유를 이용한 차폐제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차폐제 케이블에 관한 것으로서, 전선 또는 케이블에 사용되는 차폐제를 탄소섬유 및 레진을 사용한 것으로써 우수한 차폐 성능을 유지하면서 경량화된 차폐 케이블에 관한 것이다.
탄소섬유 70-90%에 레진 30-10% 을 코팅시켜 제조된 탄소섬유를 이용한 차폐제이다.

Description

탄소섬유를 이용한 차폐제 {shielding agent using carbon fiber}

본 발명은 차폐제 케이블에 관한 것으로서, 전선 또는 케이블에 사용되는 차폐제를 탄소섬유 및 레진을 사용한 것으로써 우수한 차폐 성능을 유지하면서 경량화된 차폐 케이블에 관한 것이다.

기차, 선박, 항공기, 및 자동차 등 운송수단이 전기적으로 자동화되는 비율이 증가함에 따라 운송수단에 사용되는 각종 신호용/제어용 케이블의 사용 빈도가 증가하고 있다. 상기 운송수단에 사용되는 신호용/제어용 케이블은 전자기파에 민감하기 때문에 일정 수준 이상의 차폐효과를 요구하는데, 차폐효과 확보를 위해 종래에는 금속의 와이어나 금속 편조 차폐층을 적용하였다.

전자기파 차폐를 위해 금속 와이어나 금속 편조층을 사용할 경우 케이블의 중량과 직경이 증가하여 상기 케이블이 사용되는 운송수단의 연비효율이 악화될 수 있다.

또한 상기 케이블은 그 유연성이 낮아 운송수단 내 배치가 곤란하여 포설 작업성이 저하되고, 포설 작업 중이나 배치 후에 케이블에 손상이 가는 경우가 발생한다. 즉, 금속을 이용하여 차폐하는 종래의 케이블의 경우 케이블의 중량이 증가하고 유연성이 떨어지는 문제점이 발생한다.

따라서 전술한 문제점들을 해결하고, 차폐효과와 유연성을 동시에 만족시킬 수 있고, 전체 중량을 낮춤으로써 케이블 포설 및 설치의 작업성을 향상시킬 수 있는 차폐 케이블 또는 전선의 필요성이 대두되고 있다.

본 발명의 목적은 차폐 성능을 유지하며, 유연성을 갖고, 케이블 포설 및 설치의 작업성이 향상되며, 경량화된 케이블이나 전선에 사용되는 차폐제를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유를 이용한 차폐 케이블은, 적어도 하나의 도체; 상기 도체를 절연하는 절연층; 및 상기 절연층 외측에 배치되는 차폐층;을 구비하며, 상기 차폐층은 도전성 물질 코팅이 적용된 적어도 한 가닥 이상으로 이루어진 탄소섬유의 다수개 합을 편조하여 이루어지고, 상기 도전성 물질 코팅의 두께는 01㎛ 내지 03㎛ 일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 도전성 물질 코팅은 니켈(Ni) 또는 구리(Cu) 도금으로 이루어질 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 도전성 물질 코팅은 구리가 상기 탄소섬유의 외측면에 도금된 구리층과, 상기 구리층상에 니켈로 도금되는 니켈층으로 이루어질 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 도전성 물질 코팅은 상기 탄소섬유의 외측면에 형성되는 제1 도금층과, 상기 제1 도금층 상에 형성되는 제2 도금층으로 이루어지며, 상기 제1 도금층은 상기 제2 도금층 보다 전기전도도가 더 큰 금속으로 이루어지고, 상기 제2 도금층은 상기 제1 도금층 보다 내부식성이 더 큰 금속으로 이루어질 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 도금층은 구리로 이루어지며, 상기 제2 도금층은 니켈로 이루어질 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 도체 및 절연층을 보호하기 위하여 구비되는 내부 쉬스층을 더 포함할 수 있다.

발명의 일 실시예에 따르면, 금속 차폐제에 비해, 무게 가볍고, 유연하고, 끊어지지 않고, 내구성도 좋은 차폐제가 가능하다.

또한 차폐 성능을 유지하면서 전선이나 케이블의 경량화를 이룰 수 있으며, 케이블의 외경을 작게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블을 개략적으로 나타내는 절개사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블의 차폐층 구조를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 4는 도전성 물질이 코팅된 탄소섬유를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

다만, 첨부 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시한 것이므로 이들 실시예에 의해서 본 발명의 보호범위가 제한되는 것은 아니다. 또한 본 발명을 실시하는데 꼭 필요한 구성이라 하더라도 종래기술에 소개되어 있거나, 통상의 기술자가 공지기술로부터 용이하게 실시할 수 있는 사항, 예를 들어 치관부분등과 같은 것에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 실질적으로 동일한 내용에 대해서는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접촉"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접촉"된 경우에도 같은 기술적 사상으로 이해되어야 할 것이다.

또한 어떤 구성 요소가 구비, 형성 또는 구성된다고 기재된 경우, 특별하게 정의를 내리지 않는 한 실질적으로 같은 의미로 해석되어야 할 것이다.

또한 본 발명에서, 포함한다의 의미는 다른 구성도 추가적으로 포함할 수 있다라는 오픈형 의미이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 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 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

상단, 하단, 상면, 하면, 또는 상부, 하부 등의 용어는 구성요소에 있어 상대적인 위치를 구별하기 위해 사용되는 것이다. 예를 들어, 편의상 도면상의 위쪽을 상부/상측, 도면상의 아래쪽을 하부/하측으로 명명하는 경우, 실제에 있어서는 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 상부는 하부로 명명될 수 있고, 하부는 상부로 명명될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블의 절개사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블의 차폐층 구조를 도시한 평면도이고, 도 4는 도전성 물질이 코팅된 탄소섬유를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블(1000)은 크게 적어도 하나의 도체(112)와, 상기 도체(112)를 절연하는 절연층(116) 및, 상기 절연층(116) 외측에 배치되는 차폐층(140)을 구비할 수 있다.

상기 도체(112)는 구리, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 동복 알루미늄 선재와 같은 도체 중 어느 하나의 재질로 이루어진 소선(20)이 연선, 집합 또는 복합되어 이루어질 수 있다.

상기 도체(112) 외측에는 상기 도체(112)를 감싸는 세퍼레이트 테이프(seperate tape, 114)가 구비될 수 있다.

상기 세퍼레이트 테이프(114)는 필수는 아니며, 특히 도체(112)가 세선(細線)으로 이루어지는 경우에는 생략되는 것이 가능하다.

상기 세퍼레이트 테이프(114)가 구비되는 경우 상기 절연층(116)은 상기 세퍼레이트 테이프(114)를 감싸도록 압출되어 형성될 수 있다. 상기 절연층(116)은 절연성 및 내충격성 특성을 갖는 물질로 이루어지며, 상기 도체(112)을 피복하여 보호하고 절연시키는 역할을 수행한다.

구체적으로, 상기 절연층(116)은 실리콘(Silicone), 가교 폴리에틸렌(Cross-linked polyethylene; XLPE), 가교폴리올레핀(Cross Linked Polyollefin; XLPO), 에틸렌프로필렌고무(ethylene-propylene rubber; EPR), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride; PVC) 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.

상기 도체(112), 세퍼레이트 테이프(114) 및 절연층(116)은 하나의 코어(110)를 이루는데, 도 1과 도 2에 도시된 케이블(1000)에서와 같이 3개의 코어(110)가 구비될 수 있으며, 케이블(1000)이 적용되는 분야나 사용환경,용도 등에 따라 그 개수는 달라질 수 있다.

상기 복수의 코어(110) 사이에는 원형을 유지하기 위하여 충진제(122)가 충진되며, 그 외측에는 상기 복수의 코어(110)와 충진제(122)의 둘레를 감싸는 바인더 테이프(124)가 구비될 수 있다. 여기서, 상기 복수의 코어(110), 충진제(122) 및 바인더 테이프(124)는 코어부(120)를 이룬다.

상기 충진제(122)는 코어부(120)의 원형 유지 및 가스침투를 방지하는 역할을 수행하며, 습기를 흡수하지 않는재질(Non-hygroscopic material)로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 바인더 테이프(124)는 PET 재질이 주로 사용되지만 이에 한정되는 것은 아니며, 코어부(120) 최외곽에서 형태를 고정하는 코어 고정용으로서의 역할을 수행한다.

상기 코어부(120) 외측에는 내부 쉬스층(130)이 구비될 수 있다. 상기 내부 쉬스층(130)은 외부 충격을 흡수함으로써 그 내부의 도체(112)을 보호하는 역할 이외에 난연 등의 목적으로 사용되지만, 필수 요소는 아니며 생략가능하다.

상기 내부 쉬스층(130)으로는 PVC, HF4-1, SHF1, Chloroprene 등 열가소성 및 열경화성 원료가 모두 사용 가능하다.

상기 내부 쉬스층(130) 외측에는 차폐층(140)이 구비될 수 있는데, 내부 쉬스층(130)이 생략되는 경우에는 코어부(120) 외측 즉, 연합 반제품이나 절연층(116) 외측을 감싸도록 차폐층(140)이 구비될 수 있다.

한편, 외부 쉬스층(150)은 상기 차폐층(140) 외측 즉, 케이블(1000)의 최외곽에 구비되어 외부 충격이나 부식작용으로부터 케이블(1000)을 보호한다. 상기 외부 쉬스층(150)은 내부 쉬스층(130)과 마찬가지로 PVC, HF4-1,SHF1, Chloroprene 등 열가소성 및 열경화성 원료가 모두 사용 가능하다. 상기 외부 쉬스층(150) 또한 필수 요소는 아니며 생략 가능하다.

본 실시예에서 상기 차폐층(140)은 케이블(1000)의 축방향을 기준으로 양쪽 방향으로 일정 각도 기울어져 매듭지어진 형태 즉, 편조 형태로 적용될 수 있다.

상기 차폐층(140)으로 사용되는 섬유는 탄소섬유일 수 있다.

상기 탄소섬유의 표면에는 도전성 물질 코팅이 적용될 수 있으며, 상기 도전성 물질 코팅은 니켈(Ni) 또는 구리(Cu) 도금으로 이루어질 수 있다.

상기 도전성 물질 코팅은 일 예로서 도 4에 도시된 바와 같이 상기 탄소섬유(141)의 외측면에 형성되는 제1 도금층(142a)과, 상기 제1 도금층(142a) 상에 형성되는 제2 도금층(142b)으로 이루어질 수 있다.

상기 제1 도금층(142a)은 상기 제2 도금층(142b) 보다 전기전도도가 더 큰 금속으로 이루어지고, 상기 제2 도금층(142b)은 상기 제1 도금층(142a) 보다 내부식성이 더 큰 금속으로 이루어질 수 있다. 일 예로서 상기 제1 도금층(142a)은 전기전도도가 높은 구리(Cu)로 이루어지며, 상기 제2 도금층(142a)은 내부식성이 큰 니켈(Ni)로 이루어질 수 있다.

상술한 바와 같이 상기 도전성 물질 코팅이 Ni-Cu 도금을 통해 이루어진 경우 최대 전기저항 10Ω 이하가 될 수 있다. 즉, 본 발명의 편조 즉 차폐층(140)에 사용되는 섬유는 최대 전기저항이 10 Ω를 만족해야 하며, 이를 위해 본 발명에서는 섬유에 무전해 도금과 UV경화코팅을 연계하여 전기저항을 감소시킨다. 무전해 도금의 경우 1차 Cu를 탄소섬유(141)의 외측면에 도금하여 제1 도금층(142a)을 형성한 후, 상기 제1 도금층(142a)을 이루는 Cu의 산화를 막기 위해 상기 제1 도금층(142a) 상에 Ni을 도금하여 제2 도금층(142b)을 형성할 수 있다. 그 후, UV경화코팅으로 섬유표면에 금속코팅을 완료한다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 차폐층(140)을 이루는 탄소섬유의 표면에 Ni-Cu 도금을 적용하면 기존의 단순 탄소섬유 차폐층을 사용할 때, 차폐효과가 감소하는 문제를 해결할 수 있다.

일반적인 규격을 따를 때, 신호용/제어용 케이블에서 40dB 이상의 차폐성능이 요구되는데, 일반적인 도금이 되지 않은 탄소섬유 차폐층은 거의 모든 주파수 영역에서 40dB 이하로서, 차폐성능이 미달된다.

반면에, 본 발명에 따른 Ni-Cu 도금에 의해 도전성 물질 코팅이 이루어진 섬유를 적용한 차폐층(140)은 거의 모든 주파수 영역에서 40dB 이상으로 기존의 금속 차폐층과 동등 내지 더 우수한 차폐효과를 발휘할 수 있다.

상기 도전성 물질 코팅의 두께는 전기전도도와 상관이 있다. 하지만 상기 도전성 물질 코팅의 두께가 두꺼워 질수록 두께에 의한 전도도 상승 효과는 미미하고, 두께보다는 공극이 없는 치밀한 도금이 전도도 향상에 도움이 된다.

상기 도전성 물질 코팅의 두께는 01㎛ 내지 03㎛ 일 수 있다. 상기 도전성 물질 코팅의 두께가 03㎛를 초과하는 경우에는 도전성 물질 코팅된 탄소섬유가 브리틀(brittle)해져서 편조 작업 시 탄소 섬유가 부서져 편조작업이 곤란해지고 생산 속도가 늦어지는 문제점이 있다. 또한 상기 도전성 물질 코팅의 두께가 01㎛보다 작은 경우에는 전기전도도가 낮아져 차폐 특성이 저하될 수 있다.

따라서 상기 도전성 물질 코팅의 두께에 따른 차폐 특성 및 작업성을 고려해 볼때 상기 도전성 물질 코팅의 두께는 01㎛ 내지 03㎛ 인 것이 바람직하다.

상기 차폐층(140) 구조는 N가닥의 섬유를 합하여 C개의 합을 일정 각도를 유지하며 서로 꼬이게 제조한다. 여기서 N가닥을 지수라 하고, C개의 합을 타수라 하며, 일정 각도를 편조각(α)이라고 한다.

지금까지 설명한 본 발명의 실시예들에 따른 차폐 케이블(1000)은 차폐층(140)[0046] 으로 도전성 물질이 코팅된 탄소섬유를 사용하는바, 신호용/제어용 케이블에 차폐층으로 탄소 섬유만을 적용하는 경우에 도전성이 낮아 발생할 수 있는 차폐성능 저하를 방지하고, 일정 수준 이상의 차폐효과를 유지할 수 있으며, 우수한 차폐효과와 함께 굽힘 반경이 일정 수치 이상 넘어가지 않도록 유연성을 확보함으로써 포설 시 작업성을 향상시킬 수 있다.

또한, 차폐성능이 떨어져 신호 간섭 현상이 발생하는 것을 방지함으로써 케이블의 신뢰성을 확보할 수 있고, 케이블의 전체 중량을 줄임으로써 케이블의 운송과 설치를 용이하게 할 수 있는 장점이 있다. 상기 케이블의 경량화로 인하여 상기 케이블이 사용되는 운송수단의 중량을 경감할 수 있는바, 상기 운송수단의 연비를 향상시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

20: 소선
110: 코어
112: 도체
114: 세퍼레이트 테이프
116: 절연층
120: 코어부
122: 충진재
124: 바인더 테이프
130: 내부 쉬스층
140: 차폐층
150: 외부 쉬스층

Claims (6)

1. 탄소섬유 70-90%에 레진 30-10% 을 코팅시켜 제조된 탄소섬유를 이용한 차폐제.
   
2. 적어도 하나의 도체;
   상기 도체를 절연하는 절연층; 및
   상기 절연층 외측에 배치되는 차폐층;을 구비하며,
   상기 차폐층은 도전성 물질 코팅이 적용된 적어도 한 가닥 이상으로 이루어진 탄소섬유의 다수개 합을 편조하여 이루어지고,
   상기 도전성 물질 코팅의 두께는 01㎛ 내지 03㎛인 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 탄소섬유를 이용한 차폐제.
   
3. 제 2항에 있어서, 상기 도전성 물질 코팅은 니켈(Ni) 또는 구리(Cu) 도금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 차폐제.
   
4. 제2항에 있어서, 상기 도전성 물질 코팅은 상기 탄소섬유의 외측면에 형성되는 제1 도금층과, 상기 제1 도금층 상에 형성되는 제 2 도금층으로 이루어지며,
   상기 제1 도금층은 상기 제2 도금층 보다 전기전도도가 더 큰 금속으로 이루어지고, 상기 제2 도금층은 상기 제1 도금층 보다 내부식성이 더 큰 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 를 이용한 차폐제.
   
5. 제4항에 있어서, 상기 제1 도금층은 구리로 이루어지며, 상기 제2 도금층은 니켈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 차폐제.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 도체 및 절연층을 보호하기 위하여 구비되는 내부 쉬스층을 더 포함하는 탄소섬유를 이용한 차폐제.

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