WO2015053493A1 - 단열 방열 시트, 이를 이용한 휴대 단말 및 디스플레이 - Google Patents

단열 방열 시트, 이를 이용한 휴대 단말 및 디스플레이 Download PDF

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WO2015053493A1
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heat insulating
nanofiber web
spreader
sheet according
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PCT/KR2014/008758
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Inventor
황승재
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주식회사 아모그린텍
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20436—Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing
    • H05K7/20445—Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing the coupling element being an additional piece, e.g. thermal standoff
    • H05K7/20472—Sheet interfaces
    • H05K7/20481—Sheet interfaces characterised by the material composition exhibiting specific thermal properties
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/16—Constructional details or arrangements
    • G06F1/20—Cooling means

Definitions

  • the present invention relates to a heat insulating heat dissipation sheet, and more particularly, it is possible to perform heat dissipation, heat dissipation, heat dissipation sequentially by hybridizing a multi-functional structure that can block heat, and excellent heat blocking performance, ultra-thin and
  • the present invention relates to a heat-insulating heat dissipation sheet capable of ultra-slim, a portable terminal and a display using the same.
  • the portable terminal in order to maximize the portability and convenience of the user, the portable terminal is required to be miniaturized and lightweight, and components integrated in smaller and smaller spaces are mounted for high performance. Accordingly, the components used in the portable terminal have a high heat generation temperature due to high performance, and this increased heat temperature affects adjacent components, causing a problem of degrading the performance of the portable terminal.
  • Korean Patent Publication No. 10-1134880 discloses a portable terminal having a thermal insulation film composed of a thermal insulation film disposed on the front of the LCD, so that the heat generated from the portable terminal is transferred to the user's face through the LCD. There is an advantage that can be prevented.
  • a heat insulating film has a problem in that its configuration is not specific and its heat insulating performance is not known, and thus the heat problem generated in a recent high performance portable terminal cannot be solved.
  • the present inventors continue to study the insulation technology that can be slimmed and excellent insulation performance to derive the structural characteristics of the thermal insulation sheet that can sequentially perform heat dissipation, thermal delay, insulation
  • the present invention completed the more economical, usable and competitive invention.
  • the present invention has been made in view of the problems of the prior art, the purpose of the heat dissipation, heat insulation, dissipation of the heat transmitted from the heat-producing components sequentially, heat insulation heat dissipation sheet that can improve the heat shielding efficiency, portable using the same It is to provide a terminal and a display.
  • Another object of the present invention is to provide a heat insulating heat dissipation sheet, a portable terminal and a display using the same, which can maximize the heat insulating efficiency by hybridizing a multi-functional structure that can block heat.
  • Still another object of the present invention is to provide an ultra-thin and ultra-thin insulating heat dissipation sheet by applying a structure that can be made thin.
  • Another object of the present invention is to include a nanofiber web arranged in a three-dimensional network structure in the thermal insulation sheet, the thermal insulation heat-resistant sheet which can improve the thermal insulation performance by nano-sized micropores of the nanofiber web with a large heat shielding ability, It is to provide a mobile terminal and a display using the same.
  • the heat insulating heat insulating sheet of an embodiment of the present invention the first heat spreader for dispersing the transferred heat; A heat insulating part laminated on the first heat spreader and insulating the heat by blocking heat conducted to the first heat spreader; And a second heat spreader stacked on the heat insulating part and dissipating heat transferred from the heat insulating part.
  • Insulating heat dissipation sheet for dispersing the transferred heat;
  • a porous substrate stacked on the first heat dissipation layer and provided with a plurality of pores for blocking convection of trapped air to block heat conducted in the first heat dissipation layer;
  • a second heat dissipation layer laminated on the porous substrate and dissipating heat transferred from the porous substrate.
  • the present invention is implemented in a three-layer structure that performs the heat dissipation function in the first heat spreader, heat insulation in the heat insulating part, and heat dissipation in the second heat spreader, heat dissipation and heat insulation generated in the heat generating component to generate heat
  • the heat dissipation, heat insulation, heat dissipation can be performed sequentially, and excellent heat shielding performance can be mounted on high-performance electronic products, and at the same time, the thickness of the three-layer structure can be made thin and ultra slim. There is an effect that can be applied to electronic products including portable terminals.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an insulating heat dissipation sheet according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a conceptual view for explaining the heat flow of the heat insulating heat insulating sheet according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining an example method of laminating the heat insulating heat dissipation sheet of FIG. 1;
  • FIGS. 4A and 4B are conceptual cross-sectional views illustrating a laminated structure of a nanofiber web and a nonwoven fabric applied as a heat insulating part of a heat insulating heat insulating sheet according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a schematic cross-sectional view showing an electrospinning to form a nanofiber web applied to the heat insulating heat insulating sheet according to an embodiment of the present invention.
  • Insulating heat dissipation sheet of the present invention to be described later can be applied to a portable terminal, a refrigerator and a building, but the present invention is not limited thereto and may be equally applied to a heat insulating material used in other industrial fields.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a heat insulating heat dissipation sheet according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a conceptual view for explaining the heat flow of the heat insulating heat dissipation sheet according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 It is schematic sectional drawing for demonstrating the example method of laminating
  • Thermal insulation sheet includes a first heat spreader (Heat spreader) (110), the heat insulating portion 120, and the second heat spreader (130).
  • the first and second heat spreaders (110, 130) are referred to as a heat dissipation layer, and the nanofiber web described below has a plurality of pores that block the conduction of heat in the first heat dissipation layer by suppressing convection of trapped air. It may be referred to as a provided porous substrate.
  • the heat insulating heat dissipation sheet comprises a first heat spreader 110 for dispersing the transferred heat; A heat insulating part (120) stacked on the first heat spreader (110) to block and insulate heat conducted to the first heat spreader (110); And a second heat spreader 130 stacked on the heat insulating part 120 to disperse heat transferred from the heat insulating part 120.
  • the first and second heat spreaders 110 and 130 perform a function of dissipating the transferred heat.
  • the material of the first and second heat spreaders 110 and 130 is preferably applied as a metal material, and particularly, may be applied as a low-cost Cu material or an Al material.
  • nickel plating may be performed on the first and second heat spreaders 110 and 130 of the copper material.
  • the thicknesses t1 and t3 of the first and second heat spreaders 110 and 130 are preferably 15 ⁇ m to 30 ⁇ m.
  • the heat insulator 120 blocks and insulates the conducted heat.
  • the heat insulating part 120 blocks the conducted heat after being dispersed in the first heat spreader 110.
  • the heat insulating part 120 is applied to a porous substrate having a plurality of pores, it is preferable to apply as a porous substrate, in particular, nanofiber web having a fine pore structure integrated by nanofibers.
  • the thickness t2 of the heat insulation part 120 is 10 micrometers-30 micrometers.
  • the thickness t2 of the heat insulating part 120 may be thinner than the thicknesses t1 and t3 of the first and second heat spreaders 110 and 130.
  • the heat insulating heat dissipation sheet according to the exemplary embodiment of the present invention has a structure in which the heat insulating part 120 is interposed in a space between the first and second heat spreaders 110 and 130.
  • first and second heat spreaders 110 and 130 may be the same metal material or different metal materials, and may have the same thickness or different thicknesses.
  • the heat insulating heat dissipation sheet according to the embodiment of the present invention when the first heat spreader 110 is in contact with the heat generating part, the heat dissipating part from the heat generating part to the first heat spreader 110.
  • the first heat spreader 110 distributes the transferred heat to perform a heat dissipation function.
  • the first heat spreader 110 distributes the heat transferred from the heat generating component to the entire first heat spreader 110, and when the heat is filled in the first heat spreader 110, the first heat spreader 110 transmits the heat to the heat insulating part 120. .
  • heat is transferred to the heat insulating part 120 region close to the heat generating component.
  • the heat dissipation unit 120 blocks the heat dispersed in the first heat spreader 110 by micropores to perform a heat insulation function, and is saturated in the micropores of the heat insulation unit 120 to the second heat spreader 130.
  • the second heat spreader 130 disperses the transferred heat to perform a heat dissipation function.
  • the heat insulating heat dissipation sheet according to the embodiment of the present invention sequentially performs heat dissipation function in the first heat spreader 110, heat insulation function in the heat insulation part 120, and heat dissipation function in the second heat spreader 130.
  • the heat insulation part 120 and the second heat spreader 130 are sequentially stacked on the first heat spreader 110.
  • one surface of the heat insulating part 120 is bonded to the first heat spreader 110 by the first adhesive 151
  • the second heat spreader 130 is formed by the second adhesive 152 on the other surface of the heat insulating part 120.
  • the first and second adhesives 151 and 152 are preferably hot melt adhesives, and more preferably acrylic adhesives.
  • the nanofiber web When the nanofiber web is applied as the heat insulating part 120, after the hot melt adhesive is radiated onto one surface of each of the first and second heat spreaders 110 and 130, or both surfaces of the nanofiber web, the first and second heat spreaders ( It is possible to make a laminated structure by laminating the nanofiber web between the 110, 130 through a laminating process.
  • the heat insulation heat dissipation sheet according to the embodiment of the present invention has a structure in which a heat insulation part is interposed between a pair of heat spreaders, and sequentially distributes, blocks, and dissipates heat transferred from the heat generating parts, thereby improving heat blocking efficiency. You can.
  • FIGS. 4A and 4B are conceptual cross-sectional views illustrating a laminated structure of a nanofiber web and a nonwoven fabric applied as a heat insulating part of a heat insulating heat insulating sheet according to an embodiment of the present invention.
  • the heat insulating heat dissipation sheet according to an embodiment of the present invention is capable of sequentially performing heat dissipation, heat insulation, heat dissipation, and thus can be applied to a high-performance portable terminal with excellent thermal cut-off performance. Since the thickness of the three-layer structure can be made thin, there is an advantage that can be adopted in ultra-thin and ultra-slim portable terminals.
  • the nanofiber web used as the heat insulating part in the heat insulating heat dissipation sheet according to the embodiment of the present invention is arranged in a three-dimensional network structure is irregularly stacked electrospun nanofibers.
  • the nanofibers form irregularly distributed micropores in the nanofiber web, and the micropore increases the heat shielding ability of the nanofiber web, thereby providing excellent thermal insulation performance.
  • the nanofiber web is a spinning solution by mixing a polymer material and a solvent having a low thermal conductivity and a low thermal conductivity in a predetermined ratio to form a spinning solution, and the spinning solution is electrospun to form a nanofiber, and the nanofibers are accumulated It is formed in the form of a nanofiber web having pores.
  • Nanofiber diameter can be 100nm ⁇ 10 ⁇ m
  • nanofiber web consisting of nanofiber has a large number of micropores
  • air is not convection in the micropores
  • trapped (trapped) in the air itself has excellent thermal insulation It can be a characteristic.
  • Fine pores formed in the nanofiber web is preferably set to 4nm to 1um or less, it can be implemented by adjusting the diameter of the nanofiber.
  • the radiation method applied to the present invention is a general electrospinning, air electrospinning (AES: Air-Electrospinning), electrospray (electrospray), electrobrown spinning, centrifugal electrospinning Flash-electrospinning can be used.
  • AES Air-Electrospinning
  • electrospray electrospray
  • electrobrown spinning electrobrown spinning
  • centrifugal electrospinning Flash-electrospinning Flash-electrospinning Flash-electrospinning Flash-electrospinning Flash-electrospinning can be used.
  • the nanofiber web of the heat-insulating heat-dissipating sheet by electrospinning the low thermal conductivity and at the same time the polymer alone or a polymer mixed with a low thermal conductivity and a predetermined amount of the polymer having excellent heat resistance by electrospinning
  • the obtained nanofiber web can be applied.
  • the polymer that can be used in the present invention is preferably dissolved in an organic solvent and capable of spinning and at the same time low in thermal conductivity, and more preferably in excellent heat resistance.
  • Polymers capable of spinning and low thermal conductivity are, for example, polyurethane (PU), polystyrene, polyvinylchloride, cellulose acetate, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile (PAN), polymethylmethacrylate. , Polyvinylacetate, polyvinyl alcohol, polyimide and the like.
  • the polymer having excellent heat resistance may be dissolved in an organic solvent for electrospinning and has a melting point of 180 ° C. or higher, for example, polyacrylonitrile (PAN), polyamide, polyimide, polyamideimide, poly ( Meta-phenylene isophthalamide), polysulfone, polyetherketone, polyethylene terephthalate, polytrimethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, and aromatic polyesters such as polytetrafluoroethylene, polydiphenoxyphosphazene, poly Polyphosphazenes such as ⁇ bis [2- (2-methoxyethoxy) phosphazene] ⁇ , polyurethane copolymers including polyurethanes and polyetherurethanes, cellulose acetates, cellulose acetate butyrates, cellulose acetate propionates Etc. can be used.
  • PAN polyacrylonitrile
  • polyamide polyimide
  • polyamideimide poly ( Meta-phenylene isophthalamide
  • the thermal conductivity of the polymer is preferably set to less than 0.1W / mK.
  • Polyurethane (PU) of the above polymer has a thermal conductivity of 0.016 to 0.040 W / mK
  • polystyrene and polyvinyl chloride are known to have a thermal conductivity of 0.033 to 0.040 W / mK
  • the nanofiber web obtained by spinning them also has a low thermal conductivity.
  • the nanofiber web may be manufactured to have various thicknesses by laminating them in multiple layers. That is, the heat insulation sheet of the nanofiber web applied to the present invention may have a high heat insulation performance while being manufactured in an ultra-thin film structure.
  • Solvents are dimethyl (dimethyl acetamide), DMF (N, N-dimethylformamide), NMP (N-methyl-2-pyrrolidinone), DMSO (dimethyl sulfoxide), THF (tetra-hydrofuran), DMAc (di-methylacetamide), EC ( At least one selected from the group consisting of ethylene carbonate, DEC (diethyl carbonate), DMC (dimethyl carbonate), EMC (ethyl methyl carbonate), PC (propylene carbonate), water, acetic acid, and acetone Can be.
  • the thickness is determined by the amount of spinning solution. Therefore, there is an advantage that it is easy to make the thickness of the nanofiber web to the desired thickness.
  • the nanofibers are formed in the form of the nanofiber web in which the nanofibers are accumulated, the nanofibers may be formed in a form having a plurality of pores without a separate process, and the pore size may be adjusted according to the spinning amount of the spinning solution. Therefore, it is possible to make a large number of pores fine and excellent heat shielding performance and thus can improve the thermal insulation performance.
  • the inorganic particles which are heat insulating fillers for blocking heat transfer may be contained in the spinning solution for forming the nanofiber web.
  • the nanofiber web of the nanofiber web may contain inorganic particles.
  • the inorganic particles may be located inside the spun nanofibers or may be partially exposed to the nanofiber surface to block heat transfer.
  • the inorganic particles may improve the strength of the nanofiber web with a heat insulating filler.
  • the inorganic particles are SiO 2 , SiON, Si 3 N 4 , HfO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , Ta 2 O 5 , MgO, Y 2 O 3 , BaTiO 3 , ZrSiO 4 , HfO
  • One or more particles selected from the group consisting of 2 or one or more particles selected from the group consisting of glass fibers, graphite, rock wool, clay are preferred, but are not necessarily limited to these, alone or two. More than one species may be mixed and included in the spinning solution.
  • a fumed silica may be included in the spinning solution for forming the nanofiber web.
  • the heat insulating part 120 of the heat insulating heat dissipating sheet may have a laminated structure (FIG. 4A) of the nanofiber web 121 and the nonwoven fabric 122, or a nanofiber web. It can be applied to the laminated structure (FIG. 4B) of the 121 / nonwoven fabric 122 / the nanofiber web 123. At this time, the thickness t4 of the nanofiber web 121 is preferably thinner than the thickness t5 of the nonwoven fabric 122.
  • the heat insulating part 120 when the heat insulating part 120 is applied in a laminated structure of the nanofiber web 121 and the nonwoven fabric 122, since the nonwoven fabric 122 is cheaper than the nanofiber web 121 and has a high strength, It is possible to reduce the manufacturing cost of the heat insulating heat dissipation sheet and at the same time improve the strength.
  • the non-woven fabric 122 since the non-woven fabric 122 also has a plurality of pores, it has a function to block the heat serves as a heat insulating part.
  • the nanofiber web 121 and the nonwoven fabric 122 may be fused by thermal compression, the melting point of the nanofiber web 121 is designed to be lower than the melting point of the nonwoven fabric 122, by the heat applied during thermal compression It is preferable that the nanofiber web 121 is melted and fused to the nonwoven fabric 122.
  • the nonwoven fabric 122 is a polyester series having a melting point higher than 155 ° C, The nonwoven fabric 122 made of one of a nylon series and a cellulose series is applied.
  • the area of the nanofiber web 121 in contact with the nonwoven fabric 122 is melted and fused with the nonwoven fabric 122.
  • the pore size of the nonwoven fabric 122 is much larger than the pore size of the nanoweb, part of the molten nanofiber web 121 penetrates into the pores of the nonwoven fabric 122. That is, based on the interface between the nonwoven fabric 122 and the nanofiber web 121 before thermal compression, the nanofiber web 121 melted in the direction of the nanofiber web 121 and the nonwoven fabric 122 at the interface after the thermal compression. ) Is diffused and distributed.
  • the nanofiber web 121 is melted in the pores of the nonwoven fabric 122, and the nanoparticles are infiltrated into the pores of the nonwoven fabric 122.
  • the fibrous web 121 serves to lock to improve adhesion between the nanofiber web 121 and the nonwoven fabric 122.
  • a polymer material in which PVdF and PAN are mixed at 5: 5 may be used as the polymer material forming the nanoweb.
  • the electrospun nanofibers are formed in a structure having a core made of PAN, and an outer circumferential surface of the core and an outer skin portion made of PVdF, and the nanofibers of such a structure are stacked to form a nanofiber web 121.
  • the nanofiber web 121 and the nonwoven fabric 122 in which the nanofibers having the core and the outer skin structure are laminated are thermally compressed, the PVdF of the outer skin melts and soaks into the nonwoven fabric 122 to be fused.
  • Figure 5 is a schematic cross-sectional view showing an electrospinning to form a nanofiber web applied to the heat insulating heat insulating sheet according to an embodiment of the present invention.
  • the electrospinning mixing is performed by mixing a stirrer 2 using a mixing motor 2a using pneumatic pressure as a driving source to prevent phase separation until a polymer is mixed with a low thermal conductivity and a solvent to form spinning.
  • nanofibers 5 accumulate on a grounded collector 6 in the form of a conveyor which is discharged at a constant speed and moves at a constant speed to form a porous nanofiber web 7.
  • porous nanofibers are formed by an air electrospinning method in which air 4a is sprayed at each spinning nozzle 4 using a multi-hole spinning pack.
  • the web 7 is produced.
  • the air when the electrospinning is carried out by air electrospinning, the air is sprayed from the outer circumference of the spinning nozzle to play a dominant role in blocking and integrating the air, which is composed of a polymer having high volatile polymer.
  • This high nanofiber web can be produced, minimizing the radiation problems that can occur as the fibers fly around.
  • a mixed spinning solution by adding to a two-component solvent.
  • the obtained porous nanofiber web 7 is then calendered at a temperature below the melting point of the polymer in the calender device 9 to obtain a thin nanofiber web 10 used as a core material.
  • the porous nanofiber web 7 obtained as described above remains on the surface of the nanofiber web 7 while passing through a pre-air dry zone by the preheater 8. It is also possible to go through a calendaring process after adjusting the amount of solvent and water.
  • Pre-Air Dry Zone by Preheater (8) is applied to the web by using a fan of 20 ⁇ 40 °C air and the solvent remaining on the surface of the nanofiber web (7)
  • a fan of 20 ⁇ 40 °C air By controlling the amount of water to control the bulk of the nanofiber web 7 (bulky) to increase the strength of the membrane and at the same time it is possible to control the porosity (Porosity).
  • the spinning solution is first dissolved by dissolving a polymer material having a low thermal conductivity alone, a mixture of a polymer having a low thermal conductivity and a heat resistant polymer material in a solvent. Prepare. In this case, in order to reinforce heat resistance, a predetermined amount of inorganic particles may be added to the spinning solution.
  • a polymer material having low thermal conductivity and excellent heat resistance for example, polyurethane (PU)
  • PU polyurethane
  • the spinning solution is directly spun onto the collector 6 using an electrospinning device or spun onto a porous base material 11 such as a nonwoven fabric to form a porous nanofiber web 10 or a porous nanofiber web 10 having a single layer structure. And a nanofiber web sheet having a multilayer structure composed of a porous substrate 11.
  • the porous nanofiber web 10 can be applied as a heat insulating material for a portable terminal, and can be applied as a heat insulating material for a building or a refrigerator. After fabricating a large-area nanofiber web sheet, the altar has a predetermined shape. It is also possible to use.
  • the obtained nanofiber web sheet is cut to a desired width in the case of a wide width, and then folded into a plate shape several times or wound in a plate shape by a winding machine to have a desired thickness, After cutting the sheet for cores, it laminates
  • the nanofiber web when forming a nanofiber web, porous nanofibers by spinning a spinning solution on a transfer sheet made of one of a nonwoven fabric and a polyolefin-based film made of paper, a polymer material which is not dissolved by a solvent contained in a spinning solution.
  • the nanofiber web sheet After the web is formed, the nanofiber web sheet can be produced by laminating with the nonwoven fabric while separating the nanofiber web from the transfer sheet, and the obtained sheet can be laminated in multiple stages.
  • the present invention is implemented in a three-layer structure to perform the heat dissipation, heat dissipation and heat dissipation functions, to provide a sheet that can effectively block the heat transfer to the adjacent parts of the heat generating parts by heat dissipating and insulating heat generated from the heat generating parts. .

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Abstract

본 발명은 단열 방열 시트, 이를 이용한 휴대 단말 및 디스플레이에 관한 것으로, 전달된 열을 분산시키는 제1히트스프레더; 상기 제1히트스프레더에 적층되고, 상기 제1히트스프레더에 전도된 열을 차단하여 단열시키는 단열부; 및 상기 단열부에 적층되고, 상기 단열부에서 전달된 열을 분산시키는 제2히트스프레더;를 포함한다.

Description

단열 방열 시트, 이를 이용한 휴대 단말 및 디스플레이
본 발명은 단열 방열 시트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 열을 차단할 수 있는 다 기능의 구조를 하이브리드하여 열분산, 단열, 열분산을 순차적으로 수행할 수 있어 열 차단 성능이 우수하고, 초박형 및 초슬림화가 가능한 단열 방열 시트, 이를 이용한 휴대 단말 및 디스플레이에 관한 것이다.
최근, 휴대용 단말기를 비롯한 전자제품이 지속적으로 발전하고 있으며, 전자제품은 사용자의 요구에 따라 고성능화 및 다기능화가 촉진되고 있다.
특히, 휴대용 단말기는 사용자의 휴대성 및 편리성을 극대화하기 위하여, 소형화 및 경량화가 필수적이고, 고성능을 위하여 점점 작은 공간에 집적화된 부품들이 실장되고 있다. 이에 따라 휴대용 단말기에 사용되는 부품들은 고성능화로 발열 온도가 높아지고, 이 높아진 발열 온도는 인접된 부품들에 영향을 인가하여 휴대용 단말기의 성능을 저하시키는 문제점을 야기시킨다.
이러한 발열에 의해 문제를 해결하기 위해서 다양한 단열 소재들이 휴대용 단말기에 적용되었으나, 현재까지도 두께가 얇고 단열 성능이 우수한 최적의 단열 소재가 개발되지 않아 단열에 대한 다양한 연구 및 기술 개발이 이루어지고 있다.
한국 등록특허공보 제10-1134880호에는 엘씨디의 전면에 배치되는 단열필름을 포함하여 구성된 단열필름을 구비한 휴대용 단말기가 개시되어 있어, 휴대용 단말기로부터 발생되는 열이 엘씨디를 통해 사용자의 안면부로 전달됨을 방지할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 이러한 단열필름은 그 구성이 구체적이지 않고, 단열성능을 알 수 없어, 최근의 고성능화된 휴대용 단말기에서 발생되는 열 문제를 해결할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명자들은 슬림화가 가능하고 단열 성능을 우수하게 할 수 있는 단열 기술에 대한 연구를 지속적으로 진행하여 열분산, 열지연, 단열을 순차적으로 수행할 수 있는 단열 시트의 구조적인 특징을 도출하여 발명함으로써, 보다 경제적이고, 활용 가능하고 경쟁력있는 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 발열 부품에서 전달된 열을 분산, 단열, 분산을 순차적으로 수행하여, 열 차단 효율을 향상시킬 수 있는 단열 방열 시트, 이를 이용한 휴대 단말 및 디스플레이를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 열을 차단할 수 있는 다 기능의 구조를 하이브리드하여 단열 효율을 극대화시킬 수 있는 단열 방열 시트, 이를 이용한 휴대 단말 및 디스플레이를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 경박화가 가능한 구조를 적용하여 초박형 및 초슬림화된 단열 방열 시트를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 3차원 네트워크 구조로 배열된 나노 섬유 웹을 단열 시트에 포함시켜, 열 차단 능력이 큰 나노 섬유 웹의 나노 크기의 미세 기공으로 단열 성능을 향상시킬 수 있는 단열 방열 시트, 이를 이용한 휴대 단말 및 디스플레이를 제공하는 데 있다.
상술된 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예의 단열 방열 시트는, 전달된 열을 분산시키는 제1히트스프레더; 상기 제1히트스프레더에 적층되고, 상기 제1히트스프레더에 전도된 열을 차단하여 단열시키는 단열부; 및 상기 단열부에 적층되고, 상기 단열부에서 전달된 열을 분산시키는 제2히트스프레더;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예의 단열 방열 시트는, 전달된 열을 분산시키는 제1방열층; 상기 제1방열층에 적층되고, 트랩된 공기의 대류를 억제하여 상기 제1방열층에서 전도된 열을 차단하는 다수의 기공이 구비된 다공성 기재; 및 상기 다공성 기재에 적층되고, 상기 다공성 기재에서 전달된 열을 분산시키는 제2방열층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 제1히트스프레더에서 방열, 단열부에서 단열, 및 제2히트스프레더에서 방열 기능을 수행하는 3층 구조로 구현되어, 발열 부품에서 발생하는 열을 방열 및 단열하여 발열 부품 인접된 부품으로 열이 전달되는 것을 효율적으로 차단할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에서는 전기 방사된 나노 섬유가 3차원 네트워크 구조로 배열된 나노 섬유 웹의 단열 시트를 채택하여, 열 차단 능력이 큰 나노 섬유 웹의 나노 크기의 미세 기공으로 단열 성능을 향상시킬 수 있는 기술을 제공할 수 있다.
본 발명에서는 열분산, 단열, 열분산을 순차적으로 수행할 수 있어 열 차단 성능이 우수하여 고성능의 전자 제품에 장착할 수 있고, 이와 동시에, 3층 구조의 두께를 얇게 할 수 있어 초박형 및 초슬림화된 휴대용 단말기를 포함한 전자 제품에도 적용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 단열 방열 시트의 개략적인 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 단열 방열 시트의 열 흐름을 설명하기 위한 개념적인 도면이고,
도 3은 도 1의 단열 방열 시트를 적층하는 일례의 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 단열 방열 시트의 단열부로 적용되는 나노 섬유 웹과 부직포의 적층 구조를 설명하기 위한 개념적인 단면도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 단열 방열 시트에 적용된 나노 섬유 웹을 형성하는 전기방사장치를 나타내는 개략 단면도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
후술하는 본 발명의 단열 방열 시트는 휴대단말기, 냉장고 및 건축물에 적용할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정하지 않고 다른 산업 분야에 사용되는 단열재에도 이와 동일하게 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 단열 방열 시트의 개략적인 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 단열 방열 시트의 열 흐름을 설명하기 위한 개념적인 도면이고, 도 3은 도 1의 단열 방열 시트를 적층하는 일례의 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 단열 방열 시트는 제1히트스프레더(Heat spreader)(110), 단열부(120), 및 제2히트스프레더(130)를 포함한다.
여기서, 제1 및 제2히트스프레더(110,130)는 방열층으로 지칭하고, 후술된 나노 섬유 웹은, 트랩된 공기의 대류를 억제하여 상기 제1방열층에서 전도된 열을 차단하는 다수의 기공이 구비된 다공성 기재로 지칭할 수 있다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 단열 방열 시트는 전달된 열을 분산시키는 제1히트스프레더(110); 상기 제1히트스프레더(110)에 적층되고, 상기 제1히트스프레더(110)에 전도된 열을 차단하여 단열시키는 단열부(120); 및 상기 단열부(120)에 적층되고, 상기 단열부(120)에서 전달된 열을 분산시키는 제2히트스프레더(130)를 포함한다.
도 1을 참조하면, 제1 및 제2 히트스프레더(110,130)는 전달된 열을 분산시키는 기능을 수행한다. 제1 및 제2 히트스프레더(110,130)의 재료는 금속 재료로 적용하는 것이 바람직하며, 특히, 가격이 저렴한 Cu 재료 또는 Al 재료로 적용하는 것이 좋다. 산화와 부식 문제를 해결하기 위해 구리 재료의 제1 및 제2 히트스프레더(110,130)에는 니켈 도금을 수행할 수 있다. 그리고, 제1 및 제2 히트스프레더(110,130)의 두께(t1,t3)는 15㎛ - 30㎛인 것이 바람직하다.
단열부(120)는 전도된 열을 차단하여 단열시킨다. 단열부(120)는 제1히트스프레더(110)에서 분산된 후, 전도된 열을 차단한다. 이러한 단열부(120)는 다수의 기공을 갖는 다공성 기재를 적용하며, 다공성 기재로 특히, 나노 섬유에 의해 집적되어 미세 기공 구조를 갖는 나노 섬유 웹으로 적용하는 것이 바람직하다. 또한, 단열부(120)의 두께(t2)는 10㎛ - 30㎛인 것이 바람직하다.
여기서, 단열부(120)의 두께(t2)는 제1 및 제2 히트스프레더(110,130)의 두께(t1,t3)보다 얇게하는 것이 좋다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 단열 방열 시트는 제1 및 제2 히트스프레더(110,130) 사이 공간에 단열부(120)가 개재되어 있는 구조를 갖는다.
또한, 상기 제1 및 제2히트스프레더(110,130)는 동일한 금속재료이거나 또는 다른 금속재료일 수 있고, 동일 두께이거나 또는 서로 다른 두께로 형성될 수 있다.
이와 같은, 본 발명의 일실시예에 따른 단열 방열 시트는 도 2에 도시된 바와 같이, 제1히트스프레더(110)는 발열 부품에 접촉되어 있는 경우, 발열 부품에서 제1히트스프레더(110)으로 전달된 열을 제1히트스프레더(110)는 분산시켜 방열 기능을 수행한다. 여기서, 제1히트스프레더(110)는 발열 부품에서 전달된 열을 제1히트스프레더(110) 전체로 분산시키고, 제1히트스프레더(110)에서 열이 충만되면, 단열부(120)로 전달한다. 여기서, 제1히트스프레더(110)에서 열이 충만되지 않더라도, 발열 부품으로부터 가까운 거리에 있는 단열부(120) 영역에는 열이 전달된다.
그리고, 제1히트스프레더(110)에서 분산된 열을 단열부(120)는 미세 기공으로 차단하여 단열 기능을 수행하고, 단열부(120)의 미세 기공에서 포화되어 제2히트스프레더(130)로 열이 전달될 때, 제2히트스프레더(130)는 전달된 열을 분산시켜 방열 기능을 수행한다.
그러므로, 본 발명의 일실시예에 따른 단열 방열 시트는 제1히트스프레더(110)에서 방열 기능, 단열부(120)에서 단열 기능, 및 제2히트스프레더(130)에서 방열 기능을 순차적으로 수행하는 3층 구조로 구현됨으로써, 발열 부품에서 발생하는 열을 방열, 단열, 및 방열하여 발열 부품 인접된 부품으로 열이 전달되는 것을 효율적으로 차단할 수 있는 장점이 있는 것이다.
도 3을 참고하면, 제1히트스프레더(110)에 단열부(120)와 제2히트스프레더(130)가 순차적으로 적층되어 있는 구조로 구현하는 것이 바람직하다. 이때, 제1히트스프레더(110)에 단열부(120)의 일면을 제1접착제(151)로 접착하고, 단열부(120)의 타면에 제2접착제(152)로 제2히트스프레더(130)를 접착하여 적층 구조를 구현할 수 있다. 제1 및 제2접착제(151,152)는 핫 멜트 접착제가 바람직하고, 특히, 아크릴계 접착제를 사용하는 것이 더 바람직하다.
단열부(120)로 나노 섬유 웹을 적용한 경우, 제1 및 제2 히트스프레더(110,130) 각각의 일면, 또는 나노 섬유 웹의 양면에 핫 멜트 접착제를 방사한 후, 제1 및 제2 히트스프레더(110,130) 사이에 나노 섬유 웹을 개재시켜 라미네이팅 공정으로 합지하여 적층 구조를 만들 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 단열 방열 시트는 한쌍의 히트스프레더 사이에 단열부를 개재시킨 구조로, 발열 부품에서 전달된 열을 분산, 차단, 분산을 순차적으로 수행하여, 열 차단 효율을 향상시킬 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 단열 방열 시트의 단열부로 적용되는 나노 섬유 웹과 부직포의 적층 구조를 설명하기 위한 개념적인 단면도이다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 단열 방열 시트는 열분산, 단열, 열분산을 순차적으로 수행할 수 있어 열차단 성능이 우수하여 고성능의 휴대용 단말기에 적용이 가능하고, 이와 동시에, 3층 구조의 두께를 얇게 할 수 있어 초박형 및 초슬림화된 휴대용 단말기에도 채택할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 단열 방열 시트에서 단열부로 사용되는 나노 섬유 웹은 전기 방사된 나노 섬유가 불규칙하게 적층되어 3차원 네트워크 구조로 배열되어 있다. 그 나노 섬유에 의해 나노 섬유 웹에는 불규칙하게 분포된 미세 기공이 형성되고, 미세 기공에 의해 나노 섬유 웹의 열 차단 능력이 커지게 되어 우수한 단열 성능을 갖게된다.
한편, 나노 섬유 웹은 전기 방사가 가능하고 열전도율이 낮은 고분자 물질과 용매를 일정 비율로 혼합하여 방사용액을 만들고, 이 방사용액을 전기 방사하여 나노 섬유를 형성하고, 이 나노 섬유가 축적되어 다수의 기공을 갖는 나노 섬유 웹(nano web) 형태로 형성된다.
나노 섬유의 직경이 작을수록 나노 섬유의 비표면적이 증대되고 다수의 미세 기공을 구비하는 나노 섬유 웹의 열 차단 능력이 커지게 되어 단열 성능이 향상된다.
나노 섬유 직경은 100㎚ ~ 10㎛일 수 있으며, 나노 섬유로 이루어진 나노 섬유 웹은 다수의 미세 기공을 구비함에 따라 미세 기공에서 공기가 대류하지 못하고 트랩(가두어 둠)되어 있으므로 공기 자체가 갖는 우수한 단열 특성을 낼 수 있는 것이다.
상기 나노 섬유 웹에 형성되는 미세 기공은 4nm 내지 1um 이하로 설정되는 것이 바람직하며, 나노 섬유의 직경을 조절하여 구현될 수 있다.
여기에서, 본 발명에 적용되는 방사 방법은 일반적인 전기방사(electrospinning), 에어 전기방사(AES: Air-Electrospinning), 전기분사(electrospray), 전기분사방사(electrobrown spinning), 원심전기방사(centrifugal electrospinning), 플래쉬 전기방사(flash-electrospinning) 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명에서는 단열 방열 시트의 나노 섬유 웹의 내열성 향상을 도모하기 위한 목적으로 열전도율이 낮음과 동시에 내열성이 우수한 고분자 단독 또는 열전도율이 낮은 고분자와 내열성이 우수한 고분자를 소정량 혼합한 혼합 고분자를 전기 방사하여 얻어진 나노 섬유 웹을 적용할 수 있다.
이때, 본 발명에서 사용 가능한 고분자는 유기용매에 용해되어 방사가 가능함과 동시에 열전도율이 낮은 것이 바람직하며, 또한 내열성이 우수한 것이 더욱 바람직하다.
방사가 가능하고 열전도율이 낮은 폴리머는 예를 들어, 폴리우레탄(PU), 폴리스티렌, 폴리비닐클로라이드, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리이미드 등을 들 수 있다.
또한, 내열성이 우수한 폴리머는 전기방사를 위해 유기용매에 용해될 수 있고 융점이 180℃ 이상인 수지로서, 예를 들어, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리아마이드이미드, 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미이드), 폴리설폰, 폴리에테르케톤, 폴리에틸렌텔레프탈레이트, 폴리트리메틸렌텔레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트 등과 같은 방향족 폴리에스터, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디페녹시포스파젠, 폴리{비스[2-(2-메톡시에톡시)포스파젠]} 같은 폴리포스파젠류, 폴리우레탄 및 폴리에테르우레탄을 포함하는 폴리우레탄공중합체, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 등을 사용할 수 있다.
상기 고분자의 열전도율은 0.1W/mK 미만으로 설정되는 것이 바람직하다.
상기한 고분자 중 폴리우레탄(PU)은 열전도율이 0.016~0.040W/mK이고, 폴리스티렌와 폴리비닐클로라이드는 열전도율이 0.033~0.040W/mK로 알려져 있어, 이를 방사하여 얻어지는 나노 섬유 웹 또한, 열전도율이 낮게 된다.
또한 나노 섬유 웹을 다층으로 적층하여 다양한 두께를 갖도록 제작될 수 있다. 즉, 본 발명에 적용된 나노 섬유 웹의 단열 시트는 초박막 구조로 제작되면서도 높은 단열 성능을 가질 수 있다.
용매는 DMA(dimethyl acetamide), DMF(N,N-dimethylformamide), NMP(N-methyl-2-pyrrolidinone), DMSO(dimethyl sulfoxide), THF(tetra-hydrofuran), DMAc(di-methylacetamide), EC(ethylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), DMC(dimethyl carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), PC(propylene carbonate), 물, 초산(acetic acid), 및 아세톤으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
나노 섬유 웹은 전기방사 방법으로 제조되므로 방사용액의 방사량에 따라 두께가 결정된다. 따라서, 나노 섬유 웹의 두께를 원하는 두께로 만들기가 쉬운 장점이 있다.
이와 같이, 방사 방법에 의해 나노 섬유가 축적된 나노 섬유 웹 형태로 형성되므로 별도의 공정없이 복수의 기공을 갖는 형태로 만들 수 있고, 방사용액의 방사량에 따라 기공의 크기를 조절하는 것도 가능하다. 따라서, 기공을 미세하게 다수로 만들 수 있어 열 차단 성능이 뛰어나고 이에 따라 단열 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서는 나노 섬유 웹을 형성하기 위한 방사용액에 열전달을 차단하기 위한 단열성 필러인 무기물 입자가 함유될 수 있다. 이 경우, 나노 섬유 웹의 나노 웹에는 무기물 입자가 포함되어 있을 수 있다. 무기물 입자는 방사된 나노 섬유의 내부에 위치되어 있거나, 나노 섬유 표면에 일부가 노출되어 열전달을 차단하게 된다. 또한, 무기물 입자는 단열성 필러로 나노 섬유 웹의 강도를 향상시킬 수 있다.
바람직하게는, 무기물 입자는 SiO2, SiON, Si3N4, HfO2, ZrO2, Al2O3, TiO2, Ta2O5, MgO, Y2O3, BaTiO3, ZrSiO4, HfO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 입자, 또는 유리 섬유, 흑연, 암면, 클레이(clay)로 이루어진 군으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 입자가 바람직하나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니고, 이들을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 방사 용액에 포함될 수 있다.
또한, 나노 섬유 웹을 형성하기 위한 방사용액에 흄드 실리카(Fumed Silica)가 포함될 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 단열 방열 시트의 단열부(120)는 나노 섬유 웹(121)과 부직포(122)의 적층 구조(도 4a), 또는 나노 섬유 웹(121)/부직포(122)/나노 섬유 웹(123)의 적층 구조(도 4b)로 적용할 수 있다. 이때, 나노 섬유 웹(121)의 두께(t4)는 부직포(122)의 두께(t5)보다 얇은 것이 바람직하다.
이와 같이, 단열부(120)를 나노 섬유 웹(121)과 부직포(122)의 적층 구조로 적용하게 되면, 부직포(122)가 나노 섬유 웹(121)보다 가격이 저렴하고, 강도가 높기 때문에, 단열 방열 시트의 제조 경비를 감소시킴과 동시에 강도를 향상시킬 수 있다. 이와 더불어, 부직포(122)도 다수의 기공이 존재함으로, 열을 차단할 수 있는 기능을 구비하여 단열부의 역할을 수행한다.
여기서, 나노 섬유 웹(121)과 부직포(122)는 열 압착으로 인하여 융착될 수 있으며, 나노 섬유 웹(121)의 융점을 부직포(122)의 융점보다 낮게 설계하여, 열 압착시 인가되는 열에 의해 나노 섬유 웹(121)이 녹아서 부직포(122)에 융착되도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 나노 섬유 웹(121)을 형성하기 위한 고분자물질이 PVdF로 적용한 경우, PVdF의 융점(melting point)은 155℃이므로, 부직포(122)는 155℃보다 높은 융점을 갖는 폴리에스터 계열, 나일론 계열 및 셀루로오스 계열 중 하나로 이루어진 부직포(122)를 적용한다.
그러므로, 열 압착시, 부직포(122)에 접한 나노 섬유 웹(121) 영역이 녹아서 부직포(122)와 융착된다. 여기서, 부직포(122)의 기공 크기는 나노 웹의 기공 크기보다 월등히 크므로, 녹은 나노 섬유 웹(121)의 일부는 부직포(122)의 기공 내부에 침투하게 된다. 즉, 열 압착되기 전의 부직포(122)와 나노 섬유 웹(121)의 경계면을 기준으로, 열 압착한 후에 그 경계면에서 나노 섬유 웹(121) 방향 및 부직포(122) 방향으로 녹은 나노 섬유 웹(121)이 확산되어 분포하게 된다. 이러한 기술적인 특징을 바탕으로, 나노 섬유 웹(121)의 녹은 량의 정도를 조절하게 되면 부직포(122)의 기공에 나노 섬유 웹(121)이 녹아들어가게 되고, 부직포(122) 기공에 스며들어간 나노 섬유 웹(121)이 락킹(Locking)하는 역할을 수행하여 나노 섬유 웹(121)과 부직포(122)의 접착력을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서는, 나노 웹을 형성하는 고분자물질로, PVdF와 PAN을 5;5로 혼합한 고분자물질을 적용할 수 있다. 이때, 전기방사된 나노 섬유는 PAN으로 이루어진 코어, 및 그 코어 외주면을 감싸고 PVdF로 이루어진 외피부를 갖는 구조로 형성되고, 이러한 구조의 나노 섬유가 적층되어 나노 섬유 웹(121)을 형성하게 된다. 코어 및 외피부 구조를 갖는 나노 섬유가 적층된 나노 섬유 웹(121)과 부직포(122)가 열 압착하게 되면, 외피부의 PVdF가 녹아서 부직포(122)에 스며들어 융착된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 단열 방열 시트에 적용된 나노 섬유 웹을 형성하는 전기방사장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 5를 참고하면, 전기방사장치는 열전도율이 낮은 고분자 물질과 용매가 혼합되어 방사가 이루어질 때까지 상분리를 방지하도록 공압을 이용한 믹싱 모터(2a)를 구동원으로 사용하는 교반기(2)를 내장한 믹싱 탱크(Mixing Tank)(1)와, 고전압 발생기가 연결된 다수의 방사노즐(4)을 포함한다. 믹싱 탱크(1)로부터 도시되지 않은 정량 펌프와 이송관(3)을 통하여 연결된 다수의 방사노즐(4)로 토출되는 고분자 용액은 고전압 발생기에 의하여 하전된 방사노즐(4)을 통과하면서 나노 섬유(5)로 방출되고, 일정 속도로 이동하는 컨베이어 형태의 접지된 콜렉터(6) 위에 나노 섬유(5)가 축적되어 다공성 나노 섬유 웹(7)을 형성한다.
일반적으로 대량생산을 위해 멀티-홀(multi-hole) 방사팩(예를 들어, 245mm/61홀)을 적용하면 멀티홀간의 상호 간섭이 발생하여 섬유가 날려 다니면서 차단이 이루어지지 않게 된다. 그 결과, 멀티-홀(multi-hole) 방사팩을 사용하여 얻어지는 분리막은 너무 벌키(bulky)해짐에 따라 분리막 형성이 어려워지며, 방사의 트러블(trouble) 원인으로 작용한다.
이를 고려하여 본 발명에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 멀티-홀(multi-hole) 방사팩을 사용하여 각 방사노즐(4)마다 에어(4a)의 분사가 이루어지는 에어 전기방사 방법으로 다공성 나노 섬유 웹(7)을 제작한다.
즉, 본 발명에서는 에어 전기방사에 의해 전기방사가 이루어질 때 방사노즐의 외주로부터 에어(Air) 분사가 이루어져서 휘발성이 빠른 고분자로 이루어진 섬유를 에어가 차단하고 집적시키는 데 지배적인 역할을 해 줌으로써 보다 강성이 높은 나노 섬유 웹을 생산할 수 있으며, 섬유(fiber)가 날아다니면서 발생할 수 있는 방사 트러블(trouble)을 최소화 할 수 있게 된다.
본 발명에서는 열전도율이 낮은 고분자 물질과 내열성 고분자 물질을 혼합하여 방사하는 경우 2성분계 용매에 첨가하여 혼합방사용액을 제조하는 것이 바람직하다.
상기 얻어진 다공성 나노 섬유 웹(7)은 그 후 캘린더 장치(9)에서 고분자의 융점 이하의 온도에서 캘린더링하면 코어재로 사용되는 박막의 나노 섬유 웹(10)이 얻어진다.
본 발명에서는 필요에 따라 상기와 같이 얻어진 다공성 나노 섬유 웹(7)을 프리히터(8)에 의한 선 건조구간(Pre-air Dry Zone)을 통과하면서 나노 섬유 웹(7)의 표면에 잔존해 있는 용매와 수분의 양을 조절하는 공정을 거친 후 캘린더링 공정을 거치는 것도 가능하다.
프리히터(8)에 의한 선 건조구간(Pre-Air Dry Zone)은 20~40℃의 에어를 팬(fan)을 이용하여 웹에 인가하여 나노 섬유 웹(7)의 표면에 잔존해 있는 용매와 수분의 양을 조절함에 의해 나노 섬유 웹(7)이 벌키(bulky)해지는 것을 조절하여 분리막의 강도를 증가시켜주는 역할과 동시에 다공성(Porosity)을 조절할 수 있게 된다.
이 경우, 용매의 휘발이 지나치게 된 상태에서 캘린더링이 이루어지면 다공성은 증가하나 나노 섬유 웹의 강도가 약해지고, 반대로 용매의 휘발이 적게 되면 나노 섬유 웹이 녹는 현상이 발생하게 된다.
상기한 도 5의 전기방사장치를 사용하여 다공성 나노 섬유 웹(10)을 형성하는 방법은 먼저 열전도율이 낮은 고분자 물질 단독, 열전도율이 낮은 고분자 물질과 내열성 고분자 물질의 혼합물을 용매에 용해시켜서 방사용액을 준비한다. 이 경우 필요에 따라 내열성을 보강하기 위해 소정량의 무기물 입자를 방사용액에 첨가할 수 있다. 또한, 바람직하게는 열전도율이 낮으면서 내열성이 우수한 고분자 물질, 예를 들어 폴리우레탄(PU)을 사용하여 나노 섬유 웹을 형성하는 경우 단열 특성과 내열 특성을 동시에 갖게 된다.
그 후, 방사용액을 전기방사장치를 사용하여 콜렉터(6)에 직접 방사하거나 또는 부직포와 같은 다공성 기재(11)에 방사하여 단층 구조의 다공성 나노 섬유 웹(10) 또는 다공성 나노 섬유 웹(10)과 다공성 기재(11)로 이루어진 다층 구조의 나노 섬유 웹 시트를 제작한다.
본 발명에서는 다공성 나노 섬유 웹(10)을 휴대용 단말기의 단열재로 적용할 수 있고, 건축용 또는 냉장고용 단열재로 적용할 수 있는바, 대면적의 나노 섬유 웹 시트를 제작한 후, 소정의 형상으로 제단하여 사용하는 것도 가능하다.
건축용 또는 냉장고용 단열재인 경우, 얻어진 나노 섬유 웹 시트가 광폭인 경우 원하는 폭으로 제단한 후, 이를 원하는 두께를 갖도록 판형상으로 다수회 절첩하거나 권선기에 의해 판형상으로 권선하거나, 원하는 형상으로 다수의 코어용 시트를 절단한 후 이를 다수층 적층한다. 또한, 다수층으로 적층한 후, 이를 원하는 형상으로 절단할 수 있다. 필요에 따라 적층된 다수의 나노 섬유 웹 시트를 열간 또는 냉간 압착하여 적층 밀도를 높일 수 있다.
한편, 본 발명에서는 나노 섬유 웹을 형성할 때 종이, 방사용액에 포함된 용매에 의해 용해가 이루어지지 않는 고분자 재료로 이루어진 부직포, 폴리올레핀계 필름 중 하나로 이루어지는 트랜스퍼 시트 위에 방사용액을 방사하여 다공성 나노 섬유 웹을 형성한 후, 나노 섬유 웹을 트랜스퍼 시트와 분리하면서 부직포와 합지하는 방식으로 나노 섬유 웹 시트를 제작하고, 얻어진 시트를 다단 적층할 수 있다. 상기한 트랜스퍼 시트를 사용하여 나노 섬유 웹을 생산함에 따라 양산공정에서 생산성 향상을 도모할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
본 발명은 방열, 단열 및 방열 기능을 수행하는 3층 구조로 구현되어, 발열 부품에서 발생하는 열을 방열 및 단열하여 발열 부품 인접된 부품으로 열이 전달되는 것을 효율적으로 차단할 수 있는 시트를 제공한다.

Claims (14)

  1. 전달된 열을 분산시키는 제1히트스프레더;
    상기 제1히트스프레더에 적층되고, 상기 제1히트스프레더에 전도된 열을 차단하여 단열시키는 단열부; 및
    상기 단열부에 적층되고, 상기 단열부에서 전달된 열을 분산시키는 제2히트스프레더;를 포함하는 단열 방열 시트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단열부는 나노 섬유에 의해 집적되어 형성된 미세 기공 구조를 갖는 나노 섬유 웹인 단열 방열 시트.
  3. 제2항에 있어서, 상기 나노 섬유에 무기물 입자를 더 포함하는 단열 방열 시트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 단열부는 나노 섬유 웹 및 부직포의 적층 구조, 또는 나노 섬유 웹, 부직포 및 나노 섬유 웹이 순차적으로 적층된 구조인 단열 방열 시트.
  5. 제4항에 있어서, 상기 나노 섬유 웹의 두께는 상기 부직포의 두께보다 얇은 단열 방열 시트.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 히트스프레더의 재료는 금속 재료인 단열 방열 시트.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2히트스프레더는 동일한 금속재료이거나 또는 다른 금속재료인 단열 방열 시트.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2히트스프레더는 동일 두께이거나 또는 서로 다른 두께로 형성된 단열 방열 시트.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1히트스프레더에 상기 단열부의 일면을 접착시키는 제1접착제; 및
    상기 단열부의 타면에 상기 제2히트스프레더를 접착시키는 제2접착제를 더 포함하는 단열 방열 시트.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2접착제는 핫 멜트 접착제인 단열 방열 시트.
  11. 제2항에 있어서, 상기 나노 섬유 웹의 나노 섬유 직경은 100㎚ ~ 10㎛인 단열 방열 시트.
  12. 전달된 열을 분산시키는 제1방열층;
    상기 제1방열층에 적층되고, 트랩된 공기의 대류를 억제하여 상기 제1방열층에서 전도된 열을 차단하는 다수의 기공이 구비된 다공성 기재; 및
    상기 다공성 기재에 적층되고, 상기 다공성 기재에서 전달된 열을 분산시키는 제2방열층;을 포함하는 단열 방열 시트.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한항에 기재된 단열 방열 시트가 채용된 휴대 단말.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한항에 기재된 단열 방열 시트가 채용된 디스플레이.
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