WO2020111518A1 - 탄소 섬유 편조부재 및 탄소 섬유 열수축 튜브 - Google Patents

탄소 섬유 편조부재 및 탄소 섬유 열수축 튜브 Download PDF

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김진우
박운규
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LS Cable and Systems Ltd
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    • H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
    • H01B5/12—Braided wires or the like

Definitions

  • the present invention relates to a carbon fiber braided member and a carbon fiber heat shrink tube. More specifically, in the present invention, a carbon fiber bundle composed of carbon fiber yarns is disposed in a first direction or a longitudinal direction, and a shrinking member capable of heat shrinking is disposed in a second direction or a circumferential direction, thereby reducing weight to provide good shielding performance. Carbon fiber braided member and carbon fiber heat shrinkable tube.
  • Carbon fiber has only a quarter of its mass compared to iron, but its strength and elasticity are 10 times and 7 times, respectively, and thus, it has been tried in various fields.
  • a general heat shrink tube is a connection finishing material, and is used as a finishing material that shrinks when heat is applied, such as in a wire connection area.
  • the heat-shrinkable tube made of a flexible resin material is difficult to secure sufficient rigidity and is easily torn.
  • a shielding layer of a metal braided material is often provided for EMI shielding of a communication cable.
  • the metal braided shielding member in order to connect the metal braided shielding layer, similarly, the metal braided shielding member is wrapped around the connection portions of both communication cables, and then the metal braided shielding member and the shielding layers of both communication cables are welded respectively.
  • the shielding layers of both communication cables are electrically connected to minimize electromagnetic leakage through the connection portions of both communication cables.
  • a carbon fiber bundle composed of carbon fiber yarns is disposed in a first direction or a longitudinal direction, and a shrinkable member capable of heat shrinking is disposed in a second direction or a circumferential direction, thereby providing a lightweight carbon fiber braid that can provide good shielding performance.
  • An object to be solved is to provide a member and a carbon fiber heat-shrinkable tube.
  • the present invention is a plurality of carbon fiber bundles disposed in the longitudinal direction; And, a plurality of shrinking members arranged in a circumferential direction, wherein the shrinking members are spaced apart from each other along the longitudinal direction, and the braided member formed by braiding the carbon fiber bundle and the shrinking member is wound in a cylindrical shape. It is possible to provide a formed carbon fiber heat shrink tube.
  • the shrinking member may be made of a polyolefin-based resin material wire.
  • the shrinking member may be provided with an average of 17 to 41 per unit length (inch) in the longitudinal direction of the carbon fiber heat shrink tube.
  • the shrinking member may have a diameter of 0.25 millimeters (mm) to 0.3 millimeters (mm).
  • a plurality of the shrinking members are disposed adjacent to each other to form one shrinking portion, and the plurality of shrinking portions may be spaced apart along the longitudinal direction of the carbon fiber heat shrink tube.
  • the plurality of shrink members constituting the shrink portion may be arranged side by side in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the carbon fiber heat shrink tube.
  • two of the shrinking members may constitute one shrinking portion.
  • the outer diameter (d) of the cable inserted into the carbon fiber heat shrink tube and the maximum contracted outer diameter (D') of the carbon fiber heat shrink tube may satisfy Equation 1 below.
  • the carbon fiber heat shrink tube may have a maximum shrinkage of 40% to 60% of the outer diameter.
  • the carbon fiber bundle is composed of 3k strand, 6k strand or 12k strand carbon fiber yarn, and the carbon fiber yarn may be polyamide coated.
  • the carbon fiber yarn constituting the carbon fiber bundle may be a PAN-based carbon fiber yarn having an elongation of 1% or more.
  • At least one carbon fiber bundle among the plurality of carbon fiber bundles may be metal plated.
  • some carbon fiber yarns constituting at least one carbon fiber bundle among the plurality of carbon fiber bundles may be metal plated.
  • the metal plating material of the carbon fiber may be copper, gold, silver, aluminum or nickel or an alloy material thereof.
  • the plating density of the metal plating of the carbon fiber bundle may be 2.7 g/cm3 or less.
  • the present invention is a plurality of carbon fiber bundles disposed in a first direction; And a plurality of shrink members disposed in a second direction perpendicular to the first direction; and a carbon fiber braid member configured by braiding the carbon fiber bundle and the shrink member.
  • the shrinking member is composed of a wire made of polyolefin, and the shrinking member is arranged adjacently to form one shrinking part, and the plurality of shrinking parts are spaced apart in the first direction to be arranged in the second direction. Can be.
  • a plurality of shrinking members constituting the shrinking portion may be arranged in a single layer.
  • the shrinking member is a polyolefin-based resin material wire, the diameter is 0.25 millimeter (mm) to 0.3 millimeter (mm), and two may constitute one shrinking portion.
  • the shrinking member may be provided with an average of 17 to 41 per unit length (inch) in the first direction.
  • the carbon fiber bundle is composed of 3k strand, 6k strand or 12k strand carbon fiber yarn, and the carbon fiber yarn may be polyamide coated.
  • the carbon fiber yarns constituting the carbon fiber bundle may be PAN-based carbon fiber yarns having an elongation of 1% or more.
  • some carbon fiber yarns of the carbon fibers constituting at least one carbon fiber bundle among the plurality of carbon fiber bundles or at least one carbon fiber bundle among the plurality of carbon fiber bundles may be metal plated.
  • a carbon fiber bundle composed of carbon fiber yarns in a first direction or a longitudinal direction is disposed, and a shrinkable member capable of heat shrinking in a second direction or a circumferential direction is disposed, and a lightweight braided member providing good shielding performance and It is possible to provide a heat-shrinkable tube using this.
  • the braided member according to the present invention and the heat-shrinkable tube using the same can be utilized as a non-metallic connection material or a finishing material by providing both the advantages of the metal braided member and the shrinking tube.
  • the carbon fiber yarns constituting the carbon fiber bundle constituting the carbon fiber braided member and the carbon fiber heat-shrinkable tube according to the present invention can be metal coated to further improve the shielding performance of the heat-shrinkable tube.
  • the carbon fiber braided member and the carbon fiber heat-shrinkable tube according to the present invention when used as a cable connection finishing material, a process such as welding is not required, thereby improving workability and reducing weight and reducing costs. .
  • FIG. 1 shows a braided member for constructing a carbon fiber heat shrink tube according to the present invention.
  • Figure 2 shows a perspective view of a carbon fiber heat-shrinkable tube manufactured in the form of a tube braided member shown in Figure 1;
  • Figure 3 shows a state in which a portion of the carbon fiber heat-shrinkable tube according to the invention is heat-shrinked to the maximum.
  • 4 to 12 show a graph of the result of the shielding rate according to the ratio of the outer diameter of the contracted tube compared to the cable.
  • FIG. 13 shows a cross-sectional view of a carbon fiber braided member or carbon fiber heat shrink tube according to the present invention.
  • FIG 23 shows another embodiment of a carbon fiber heat shrink tube according to the present invention.
  • FIG. 1 shows a braided member for constituting a carbon fiber heat-shrinkable tube according to the present invention
  • FIG. 2 shows a perspective view of a carbon fiber heat-shrinkable tube made of the braided member shown in FIG. 1 in the form of a tube.
  • FIG. 1 shows a braided member 100' consisting of a plurality of carbon fiber bundles 10 and a plurality of shrinking portions 20, and
  • FIG. 2 is a perspective view of a heat shrink tube composed of the braided member 100'. It shows.
  • the carbon fiber braided member 100' and the carbon fiber heat shrink tube 100 include a plurality of carbon fiber bundles 10 arranged in a first direction or a longitudinal direction of the heat shrink tube, and a product perpendicular to the first direction. It may be configured to include a plurality of shrinking members 21 or shrinking portions 20 disposed in the circumferential direction of the two-way or heat-shrinkable tube.
  • 'bundle' refers to a bundle or bundle of fibers composed of a number of fine fiber yarns, and in the case of carbon fibers, thousands of fine carbon fiber yarns make up a bundle.
  • the carbon fiber bundle 10 may be a bundle composed of 1k or more strands of 3k strand, 6k strand, or 12k strand of carbon fiber yarn 11.
  • the carbon fiber yarn is preferably a PAN-based carbon fiber yarn having an elongation of 1% or more.
  • each carbon fiber yarn is polyamide (Polyamide) coating is performed in the manufacturing process, it is effective to prevent sticking or entanglement between the carbon fiber yarns.
  • the polyamide coating layer forms a film having good adhesion to the carbon fiber surface and good warpage.
  • the heat-shrinkable tube has a feature that wraps the finished object with a property of contracting in a radial direction when heat is applied.
  • the longitudinal shrinkage of the heat-shrinkable tube may not be desirable because it does not sufficiently cover the finish object.
  • the carbon fiber braided member 100' and the carbon fiber heat-shrinkable tube 100 according to the present invention are manufactured in a braided structure and have a carbon fiber as a basic configuration.
  • the carbon fiber itself is a material having light weight, rigidity and elasticity, and has electromagnetic wave shielding performance, but has no heat shrinking property, so the carbon fiber heat shrink tube 100 of the present invention is not composed of only carbon fiber and is a shrinking member in a direction requiring shrinkage. (21) Or by applying the shrinking portion 20, while utilizing the light weight and shielding performance of the advantages of the carbon fiber can be given a physical heat shrinking characteristics.
  • the carbon fiber braided member 100 ′ according to the present invention shown in FIG. 1 includes a carbon fiber bundle 10 in one direction (first direction) and a shrinking member 21 or shrinking portion (in the vertical direction (second direction)) 20) can be organized in a braided fashion to form a braided structure.
  • a polyolefine-based resin wire may be used as an example of the shrinking member 21.
  • Polyolefin is a kind of synthetic resin, and refers to an organic material produced by addition polymerization reaction of olefins such as ethylene and propylene (hydrocarbons containing one double bond per molecule).
  • Polyolefin fiber materials include polyethylene (HDPE (High Density Polyethylene), LDPE (Low Density Polyethylene), LLDPE (Linear Low Density Polyethylene), EVA (ethylene-vinylacetate copolymer), UHMWPE (ultra-high molecular weight PE), etc.
  • EPR ethylene-propylene rubber
  • EPDM ethylene-propylene-diene monomer
  • POE polyolefin elastomer, ethylene/octene-1)
  • Polyolefin wire is generally elastic, insoluble in most organic solvents, resistant to acids and bases, electrically insulating, and used as a material for general heat shrink tubes.
  • the shrinking member 21 in the form of a polyolefin wire made of such a polyolefin material can be arranged in one unit as well as a second perpendicular to the first direction in units of shrinking units 20 in which a plurality of shrinking members 21 are gathered. Can be placed in any direction.
  • the shrinking portion 20 may be disposed adjacent to the plurality of shrinking members 21 so as to be parallel in the first direction along the second direction.
  • the shrinking member 21 is preferably disposed in a single layer.
  • the shrinking member 21 constituting the shrinking portion 20 is shown in two, each of the shrinking portion is a predetermined distance in the first direction or in the longitudinal direction of the heat shrink tube It is arranged to be spaced apart, but the number can be increased or decreased (one or three or more).
  • the braided structure may be configured by spacing one shrinking member 21 at a predetermined interval.
  • the diameter of the shrinking member may be 0.25 mm (mm) to 0.3 mm (mm).
  • the carbon fiber bundle 10 is formed of strands of 1k or more, and the thickness of the braid member 100' may range from 0.3 millimeters (mm) to 5 millimeters (mm).
  • the carbon fiber bundle 10 may be applied with 3k strand, 6k strand or 12k carbon fiber yarn 11.
  • the braided member 100 ′ constructed as shown in FIG. 1 may be sewn or bonded to the length and diameter of the heat shrink tube to form the carbon fiber heat shrink tube 100 as shown in FIG. 2.
  • the method of constructing the heat-shrinkable tube 100 with the braided member 100' includes bonding the both ends of the two braided members 100' in the longitudinal direction, in addition to the method of rolling or sewing one braided member in the form of a tube. Alternatively, a method of sewing is also applicable.
  • the carbon fiber bundle 10 is disposed in the longitudinal direction of the heat shrinkable tube composed of sewing or bonding, and the shrinkage portion 20 composed of the polyolefin wire is arranged in the circumferential direction of the heat shrinkable tube.
  • FIG. 3 shows a state in which a portion of the carbon fiber braided member 100 ′ and the carbon fiber heat shrink tube 100 is heat-shrinked to the maximum.
  • the carbon fiber bundle 10 made of carbon fiber yarn 11 is applied in the longitudinal direction of the heat shrinkable tube and the shrinking portion 20 made of polyolefin-based shrinking member 21 is arranged in the circumferential direction, a hot air fan or the like is disposed.
  • a hot air fan or the like is disposed.
  • the left area A1 shows the state before heat shrinking and the right area A2 shows the state after heat shrinking to the maximum.
  • the carbon fiber bundle 10 disposed in the first direction which is the longitudinal direction of the carbon fiber heat-shrinkable tube 100 of the present invention, does not shrink, and in the second direction, which is the circumferential direction of the carbon fiber heat-shrinkable tube 100.
  • the shrinking member 21 constituting the arranged shrinking portion 20 may be contracted to be in close contact with an area to be closed, such as a cable connection portion.
  • the shrinking member 21 is a polyolefin-based resin material wire, the diameter is 0.25 millimeter (mm) to 0.3 millimeter (mm), and two are shown as constituting one shrinking part, but the number can be increased or decreased.
  • the carbon fiber heat shrink tube 100 when the shrink member disposed in the circumferential direction of the carbon fiber heat shrink tube 100 is made of a polyolefin material, the carbon fiber heat shrink tube may generally have a maximum outer diameter of 40% to 60%, and preferably Can shrink up to about 50%.
  • Tables 1 to 6 below are heat shrinkable tubes of the present invention, having a diameter of 5 millimeters (mm), 10 millimeters ( mm), shows the test result of measuring the shielding effect (@100 MHz shielding rate dB) according to the contracted tube outer diameter ratio compared to the cable by attaching a heat shrinkable tube having various outer diameters (D) before cables to a 30 mm (mm) cable. do.
  • Table 1 Table 2, Figures 4 to 6 is 5 mm (mm) outer diameter of the cable by installing a heat-shrinkable tube of various outer diameters compared to the outer diameter of the cable (d) tube outer diameter (D') of the maximum contracted state It is the result of measuring the shielding rate according to the ratio, and the both cable connection parts are finished and heat-shrinked with the carbon fiber heat-shrinkable tube 100 of each test example, the shielding layers of both cables are connected with the carbon fiber heat-shrinkable tube 100, and the cable When the 100 Mhz test current was passed through, it was tested by measuring the shielding rate at the cable connection site.
  • the ratio of the maximum contracted tube outer diameter (D') to the cable outer diameter (d) is 54%, assuming that the tube surrounding the cable is in the maximum contracted state, the outer diameter is about 54% of the outer diameter of the cable. It means having a size.
  • the maximum contracted tube outer diameter (D') means the outer diameter of the tube when the heat-shrinkable tube is heated, and is no longer contracted and maintains the outer diameter.
  • the ratio of the maximum contracted tube outer diameter to the outer diameter of the cable was measured to be good at about 40 dB from 54% to 98%, with the ratio of 98% and 54% as the boundary.
  • the maximum contracted tube outer diameter ratio compared to a cable of 5 mm (mm) outer diameter is 54% to 98%
  • the shielding rate is about 40 dB
  • the carbon fiber heat shrink tube of the present invention is electromagnetic wave. It can be used as a finishing material for shielding.
  • FIGS. 7 to 9 are the results of measuring the shielding ratio according to the maximum contracted tube outer diameter ratio compared to the outer diameter of the cable by mounting a heat shrinkable tube of various outer diameters to a cable of 10 mm (mm) outer diameter. According to, it was confirmed that the ratio of the maximum contracted tube outer diameter compared to the 10 mm (mm) cable is 98% and 54%, and the ratio is measured to be about 40 dB at 54% to 98%.
  • the maximum contracted tube outer diameter ratio compared to a cable with an outer diameter of 10 mm (mm) should also be secured to a condition of 54% to 98%. It can be confirmed that it is preferable.
  • FIGS. 10 to 12 are the results of measuring the shielding ratio according to the contracted tube outer diameter ratio compared to the cable by attaching a heat shrinkable tube of various outer diameter to a cable of 30 mm (mm) outer diameter. , It was confirmed that the ratio of the maximum contracted tube outer diameter compared to the 30 mm (mm) cable was 98% and 54%, and the ratio was measured to be about 40 dB at 54% to 98%.
  • the maximum contracted tube outer diameter ratio of 54 mm to 98% compared to a cable of 30 mm (mm) outer diameter should be secured, so that the carbon fiber heat shrinkable tube of the present invention is preferable as a finishing material for electromagnetic wave shielding. Can be confirmed.
  • the shielding rate is critical based on the maximum contracted tube outer diameter ratio of 54% and 98% compared to the cable outer diameter. It can be confirmed that it changes.
  • the heat-shrinkable tube 100 acts as a finishing material surrounding a connection portion such as a cable or a pipe, and in order to secure a good shielding rate, the outer diameter (d) of an object, such as a cable on which the heat-shrinkable tube is mounted, and the maximum contracted heat shrink
  • the relationship between the outer diameter (D') of the tube can be designed to satisfy [Equation 1] below.
  • the outer diameter (D') of the maximum shrinked heat shrink tube is less than 54% of the cable outer diameter (d) through the above relationship, the outer diameter (D) of the heat shrink tube before shrinkage is selected to be too small compared to the outer diameter (d) of the cable. As it was not easy to install on the cable, it was confirmed that it was insufficient to enjoy sufficient electromagnetic shielding effect, and when the outer diameter (D') of the maximum contracted heat shrink tube exceeded 98% of the outer diameter (d) of the cable The outer diameter (D) of the heat shrinkable tube before shrinkage is too large compared to the outer diameter (D) of the heat shrinkable tube, so it was confirmed that the electromagnetic wave shielding performance deteriorates due to insufficient contact with the cable.
  • FIG. 13 shows a cross-sectional view of a carbon fiber braided member 100' or carbon fiber heat shrink tube 100 according to the present invention.
  • Each shrinking portion 20 is arranged by configuring the carbon fiber bundle 10 and the braided structure in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the carbon fiber heat shrink tube or the first direction of the braided member.
  • a wire made of polyolefin may be applied, and the diameter (x) of each wire is 0.25 mm (mm) to 0.3 mm (mm). Can be configured.
  • each of the shrinking portions is arranged with two shrinking members 21 side by side, and each shrinking portion is spaced apart in the first direction of the braided member or in the longitudinal direction of the carbon fiber heat shrink tube 100. Can be.
  • each shrinking portion composed of a shrinking member having a width of x may be about 0.5 mm (mm) to 0.6 mm (mm), and the spacing y between adjacent shrinking portions is the width of each shrinking portion (2x). It can be made larger.
  • the carbon fiber bundle is composed of thousands of carbon fiber yarns, and when the carbon fiber bundle constitutes a heat-shrinkable tube and shrinks and adheres to a mounting target, carbon fiber yarns spread in the circumferential direction of the heat-shrinkable tube to perform an electromagnetic wave shielding function, etc. Can be.
  • the shrinking member is configured to perform a circumferential shrinking function, it is sufficient to apply a sufficient amount for shrinking.
  • FIGS. 14 to 16 are results of measuring the shielding ratio according to the number of shrinking members by attaching a heat shrink tube having a different number of shrinking members to a 5 mm outer diameter cable.
  • Carbon fiber heat-shrinkable tube 100 of the test example closes and heat-shrinks both cable connection parts, connects the shielding layers of both cables to the carbon fiber heat-shrinkable tube 100, and connects the cable when conducting 100 Mhz test current through the cable It was tested by measuring the shielding rate at the site.
  • the number of shrinkable members is good when the average is 17 or more and 41 or less per unit length (inch).
  • the shielding rate is good at about 40 dB in the condition that the average of 17 or more and 41 or less shrinkage members per unit length (inch) in a cable with an outer diameter of 5 mm (mm) is good, and the number of shrinkage parts When less than 17 or greater than 41, the shielding rate is critically reduced, and thus it can be confirmed that the shielding member is inappropriate.
  • Table 9, Table 10, and FIGS. 17 to 19 show the results of measuring the shielding ratio according to the number of shrinking members by attaching a heat shrink tube having a different number of shrinking portions to a cable having an outer diameter of 10 mm (mm). Even in the case of a cable having an outer diameter of 10 mm (mm), it was confirmed that the average number of shrinkage members per unit length (inches) was 17 or more and 41 or less, and the measurement was satisfactorily about 40 dB.
  • the shielding rate is good at about 40 dB, and 17 If it is less than or greater than 41, the shielding rate is critically reduced, and it can be confirmed that the shielding member is inappropriate.
  • Table 11, Table 12, and FIGS. 20 to 22 are results of measuring a shielding ratio according to the number of shrink members by mounting a heat shrink tube having a different number of shrink members on a cable having a diameter of 30 mm (mm). Even in the case of a cable having an outer diameter of 30 mm (mm), it was confirmed that the average number of shrinkage members per unit length (inches) was 17 or more and less than or equal to 41, which is a good measurement of about 40 dB.
  • the carbon fiber bundle composed of the carbon fiber bundle is disposed in the longitudinal direction of the heat-shrinkable tube. It can be seen that even when 100 MHz frequency test current, which is a high frequency region, is applied, a good shielding rate of 40 dB or more can be obtained.
  • a shielding means in the form of a metal braided member is applied with a heat-shrinkable tube to which an optimal number of shrinkage units consisting of carbon fiber bundles and shrinkable polyolefin shrinkage members are applied,
  • welding work can be omitted to improve workability, cable weight reduction can be achieved, and the carbon fiber heat-shrinkable tube has sufficient rigidity and elasticity to stably protect the cable connection area.
  • FIG 23 shows another embodiment of the carbon fiber braided member 100' and the carbon fiber heat shrink tube 100 according to the present invention.
  • a heat shrinking tube capable of shrinking and securing a stiffness and elasticity and having a significantly reduced weight compared to a conventional braided member or braided layer of a metal material can be constructed.
  • Carbon fiber is not a conductor, but has a certain degree of conductivity, so it is possible to use the carbon fiber braided member 100' shown in FIG. 1 or the carbon fiber heat shrink tube 100 shown in FIG. 2 as an electromagnetic shielding member. It is like one.
  • the carbon fiber braided member 100' shown in FIG. 1 or the carbon fiber heat-shrinkable tube 100 shown in FIG. 2 can secure sufficient performance as a shielding layer such as a communication cable in a low frequency region, but shielding performance in a high frequency region Since the carbon fiber braided member 100' and the carbon fiber heat shrink tube 100 according to the present invention may be insufficient, the carbon fiber heat shrink tube 100 is formed by metal plating the carbon fibers constituting the carbon fiber bundle 10. Shielding performance can be improved.
  • each carbon fiber yarn 11' constituting the carbon fiber bundle 10 arranged in the first direction which is the longitudinal direction of the carbon fiber heat shrinkable tube 100, is metal plated to impart metallicity can do.
  • the carbon fiber heat-shrinkable tube 100 of the present invention as a cable shielding layer or the like, even in the case of metal-plating carbon fiber, only some carbon fiber yarns constituting one carbon fiber bundle 10 are metal coated.
  • the remaining carbon fiber yarns may be constructed of carbon fiber bundles 10 by applying general carbon fiber yarns.
  • the carbon fiber bundle 10 is applied with 6k carbon fiber yarn, only 3k carbon fiber may be applied with metal coating.
  • a part of the carbon fibers in the bundle may be replaced with a metal filament made of a metal such as copper, and the carbon fiber yarn and the metal filaments may be mixed to form a bundle.
  • a metal plated carbon fiber bundle 10 and an uncoated carbon fiber bundle 10 among a plurality of carbon fiber bundles 10 that are spaced apart from each other constituting one carbon fiber heat shrinkable tube 100 may be used together.
  • the metal plated carbon fiber bundle 10 and the uncoated carbon fiber bundle 10 may be alternately disposed or may be disposed in a ratio of 1:2 or 1:3.
  • a metal filament bundle composed of only metal filaments made of metal such as copper may be applied.
  • one metal plated carbon fiber bundle 10 also does not have to be all carbon fiber yarns metal plated, but only some carbon fiber yarns constituting one carbon fiber bundle 10 may be metal coated. As described above.
  • the metal plating material of the carbon fiber yarn may be copper, gold, silver, aluminum or nickel, or an alloy material thereof, and the plating density is appropriately about 2.7 g/cm3 or less.

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Abstract

본 발명은 제1 방향 또는 길이방향으로 탄소 섬유사로 구성된 탄소 섬유 번들이 배치되고, 제2 방향 또는 원주방향으로 열수축이 가능한 수축부재가 배치되어, 양호한 차폐성능을 제공할 수 있는 경량화된 탄소 섬유 편조부재 및 탄소 섬유 열수축 튜브에 관한 것이다.

Description

탄소 섬유 편조부재 및 탄소 섬유 열수축 튜브
본 발명은 탄소 섬유 편조부재 및 탄소 섬유 열수축 튜브에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 제1 방향 또는 길이방향으로 탄소 섬유사로 구성된 탄소 섬유 번들이 배치되고, 제2 방향 또는 원주방향으로 열수축이 가능한 수축부재가 배치되어, 양호한 차폐성능을 제공할 수 있는 경량화된 탄소 섬유 편조부재 및 탄소 섬유 열수축 튜브에 관한 것이다.
탄소 섬유는 철에 비해 질량은 1/4에 불과하나 강도 및 탄성이 각각 10배 및 7배에 이르는 특성으로 인하여 다양한 분야에서 활용이 시도되고 있다.
그리고 일반적인 열수축 튜브는 접속 마감재로서 열을 가하면 수축하는 마감재로 전선 접속부위 등에서 많이 활용된다. 그러나 유연한 수지재질의 열수축 튜브는 충분한 강성을 확보하기 어렵고 쉽게 찢어지는 문제가 있다.
또한, 통신케이블의 EMI 차폐 등을 위하여 금속 편조 재질의 차폐층을 구비하는 경우가 많다.
이러한 통신케이블을 상호 접속하는 경우 금속 편조 재질의 차폐층을 연결하기 위해서는 마찬가지로 금속 재질 편조 차폐부재로 양 통신케이블의 접속부위를 감싼 후 금속 재질 편조 차폐부재와 양 통신케이블의 차폐층을 각각 용접하는 방법으로 양 통신케이블의 차폐층을 전기적으로 연결하여 양 통신케이블의 접속부위를 통한 전자파 누설을 최소화할 수 있다.
그러나, 금속 재질 편조 차폐부재와 양 통신케이블의 차폐층을 각각 용접하는 방법은 작업성이 좋지 않고 케이블 경량화에 장애가 될 수 있다.
본 발명은 제1 방향 또는 길이방향으로 탄소 섬유사로 구성된 탄소 섬유 번들이 배치되고, 제2 방향 또는 원주방향으로 열수축이 가능한 수축부재가 배치되어, 양호한 차폐성능을 제공할 수 있는 경량화된 탄소 섬유 편조부재 및 탄소 섬유 열수축 튜브를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 길이 방향으로 배치되는 복수 개의 탄소 섬유 번들; 및, 원주 방향으로 배치되는 복수 개의 수축부재;를 포함하며, 상기 수축부재는 상기 길이 방향을 따라 서로 이격되어 배치되고, 상기 탄소 섬유 번들 및 상기 수축부재를 편조하여 구성되는 편조부재를 원통형으로 감아 형성되는 탄소 섬유 열수축 튜브를 제공할 수 있다.
또한, 상기 수축부재는 폴리올레핀 계열의 수지 재질 와이어로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 수축부재는 탄소 섬유 열수축 튜브의 길이방향으로 단위 길이(inch)당 평균 17개 내지 41개가 구비될 수 있다.
여기서, 상기 수축부재는 직경이 0.25 밀리미터(mm) 내지 0.3 밀리미터(mm)일 수 있다.
이 경우, 상기 수축부재는 복수 개가 인접하게 배치되어 하나의 수축부를 구성하고, 복수 개의 상기 수축부가 탄소 섬유 열수축 튜브의 길이방향을 따라 이격되어 배치될 수 있다.
그리고, 상기 수축부를 구성하는 복수 개의 수축부재는 탄소 섬유 열수축 튜브의 길이방향과 수직한 방향으로 나란히 배치될 수 있다.
또한, 상기 수축부재는 2개가 하나의 수축부를 구성할 수 있다.
여기서, 상기 탄소 섬유 열수축 튜브 내에 삽입되는 케이블의 외경(d)과 상기 탄소 섬유 열수축 튜브의 최대 수축된 외경(D')은 아래의 [수학식 1]을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2019013991-appb-I000001
이 경우, 상기 탄소 섬유 열수축 튜브는 외경이 40 % 내지 60 %로 최대 수축 가능할 수 있다.
그리고, 상기 탄소 섬유 번들은 3k 가닥, 6k 가닥 또는 12k 가닥의 탄소 섬유사로 구성되며, 상기 탄소 섬유사는 폴리 아미드 코팅될 수 있다.
또한, 상기 탄소 섬유 번들을 구성하는 탄소 섬유사는 신율이 1 % 이상인 PAN 계열 탄소 섬유사일 수 있다.
그리고, 복수 개의 상기 탄소 섬유 번들 중 적어도 하나의 탄소 섬유 번들은 금속 도금될 수 있다.
여기서, 복수 개의 상기 탄소 섬유 번들 중 적어도 하나의 탄소 섬유 번들을 구성하는 탄소 섬유 중 일부의 탄소 섬유사는 금속 도금될 수 있다.
이 경우, 상기 탄소 섬유의 금속 도금 재질은 구리, 금, 은, 알루미늄 또는 니켈이나 그 합금 재질일 수 있다.
그리고, 상기 탄소 섬유 번들의 금속 도금의 도금 밀도는 2.7 g/cm3 이하일 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 제1 방향으로 배치되는 복수 개의 탄소 섬유 번들; 및, 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 배치되는 복수 개의 수축부재;를 포함하며, 상기 탄소 섬유 번들 및 상기 수축부재를 편조하여 구성되는 탄소 섬유 편조부재를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 수축부재는 폴리올레핀 재질의 와이어로 구성되고, 상기 수축부재는 복수 개가 인접하게 배치되어 하나의 수축부를 구성하고, 복수 개의 상기 수축부가 상기 제1 방향을 따라 이격되어 제2 방향으로 배치될 수 있다.
이 경우, 상기 수축부를 구성하는 복수 개의 수축부재는 단층으로 배치될 수 있다.
그리고, 상기 수축부재는 폴리올레핀 계열의 수지 재질 와이어이며, 직경이 0.25 밀리미터(mm) 내지 0.3 밀리미터(mm)이고, 2개가 하나의 수축부를 구성할 수 있다.
또한, 상기 수축부재는 상기 제1 방향으로 단위 길이(inch)당 평균 17개 내지 41개가 구비될 수 있다.
여기서, 상기 탄소 섬유 번들은 3k 가닥, 6k 가닥 또는 12k 가닥의 탄소 섬유사로 구성되며, 상기 탄소 섬유사는 폴리 아미드 코팅될 수 있다.
이 경우, 상기 탄소 섬유 번들을 구성하는 탄소 섬유사는 신율이 1 % 이상인 PAN 계열 탄소 섬유사일 수 있다.
그리고, 복수 개의 상기 탄소 섬유 번들 중 적어도 하나의 탄소 섬유 번들 또는 복수 개의 상기 탄소 섬유 번들 중 적어도 하나의 탄소 섬유 번들을 구성하는 탄소 섬유 중 일부의 탄소 섬유사는 금속 도금될 수 있다.
본 발명에 의하면, 제1 방향 또는 길이방향으로 탄소 섬유사로 구성된 탄소 섬유 번들이 배치되고, 제2 방향 또는 원주방향으로 열수축이 가능한 수축부재가 배치되어, 양호한 차폐성능을 제공하는 경량화된 편조부재 및 이를 이용한 열수축 튜브를 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 편조부재 및 이를 이용한 열수축 튜브는 금속 편조부재와 수축 튜브의 장점을 모두 구비하여 비금속 재질의 접속재 또는 마감재로 활용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 탄소 섬유 편조부재 및 탄소 섬유 열수축 튜브의 제2 방향 또는 원주방향으로 배치된 수축부재의 간격 또는 밀도를 조절하여 차폐성능을 확보하면서도 수축부재의 사용량을 최소화할 수 있다.
더 나아가, 본 발명에 따른 탄소 섬유 편조부재 및 탄소 섬유 열수축 튜브를 구성하는 탄소섬유 번들을 구성하는 탄소 섬유사를 금속코팅하여 열수축 튜브의 차폐성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 탄소 섬유 편조부재 및 탄소 섬유 열수축 튜브에 의하면, 케이블 접속 마감재로 사용되는 경우, 별도의 용접 등의 공정이 불필요하므로 작업성을 향상시키며, 경량화 및 비용 절감 효과도 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 탄소 섬유 열수축 튜브를 구성하기 위한 편조부재를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 편조부재를 튜브 형태로 제조한 탄소 섬유 열수축 튜브의 사시도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 탄소 섬유 열수축 튜브의 일부 영역을 최대로 열수축한 상태를 도시한다.
도 4 내지 도 12는 케이블 대비 수축된 튜브 외경 비율에 따른 차폐율 결과 그래프를 도시한다.
도 13은 본 발명에 따른 탄소 섬유 편조부재 또는 탄소 섬유 열수축 튜브의 단면도를 도시한다.
도 14 내지 도 22는 본 발명에 따른 탄소 섬유 열수축 튜브를 구성하는 1인치당 배치된 수축부재의 개수에 따른 전자파 차폐율을 시험 결과를 도시한다.
도 23은 본 발명에 따른 탄소 섬유 열수축 튜브의 다른 실시예를 도시한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 탄소 섬유 열수축 튜브를 구성하기 위한 편조부재를 도시하며, 도 2는 도 1에 도시된 편조부재를 튜브 형태로 제조한 탄소 섬유 열수축 튜브의 사시도를 도시한다.
구체적으로 도 1은 복수 개의 탄소 섬유 번들(10)과 복수 개의 수축부(20)로 구성되는 편조부재(100')를 도시하며, 도 2는 상기 편조부재(100')로 구성된 열수축 튜브의 사시도를 도시한다.
본 발명에 따른 탄소 섬유 편조부재(100') 및 탄소 섬유 열수축 튜브(100)는 제1 방향 또는 열수축 튜브의 길이방향으로 배치되는 복수 개의 탄소 섬유 번들(10) 및 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향 또는 열수축 튜브의 원주방향으로 배치되는 복수 개의 수축부재(21) 또는 수축부(20)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서 '번들'이란 다수의 미세 섬유사로 구성되는 섬유 묶음 또는 다발을 의미하는 것으로 탄소 섬유의 경우 몇천 개의 미세 탄소 섬유사가 하나의 번들을 구성하게 된다.
일반적으로 탄소 섬유 번들(10)은 탄소 섬유사(11)를 3k 가닥, 6k 가닥 또는 12k 가닥 등 1k 가닥 이상으로 구성된 번들일 수 있다.
그리고, 상기 탄소 섬유사는 신율이 1 % 이상인 PAN 계열 탄소 섬유사인 것이 바람직하다.
그리고, 각각의 탄소 섬유사는 제조 과정에서 폴리아미드(Polyamide) 코팅이 수행되어, 탄소 섬유사 간의 들러 붙음 또는 엉킴 등을 방지하는 효과가 있다. 폴리아미드 코팅층은 탄소 섬유 표면에 접착성이 좋으며 또 휨성이 양호한 피막을 형성하게 된다.
열수축 튜브는 열이 가해지면 반지름 방향으로 수축하는 성질로 마감 대상을 감싸는 특징을 갖는다. 그러나, 열수축 튜브의 길이방향으로 수축이 심한 경우, 마감 대상을 충분히 감싸지 못하므로 열수축 튜브의 길이방향 수축은 바람직하지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 탄소 섬유 편조부재(100') 및 탄소 섬유 열수축 튜브(100)는 편조 구조로 제조되며, 탄소 섬유를 기본 구성으로 한다. 탄소 섬유 자체는 무게가 가볍고 강성과 탄성을 가지는 소재이며 전자파 차폐 성능이 있으나 열수축 특성이 크지 않으므로, 본 발명의 탄소 섬유 열수축 튜브(100)는 탄소 섬유로만 구성되지 않고 수축이 필요한 방향으로는 수축부재(21) 또는 수축부(20)를 적용하여 탄소 섬유의 장점인 경량 및 차폐성능을 활용하면서도 물리적인 열수축 특징을 부여할 수 있다.
도 1에 도시된 본 발명에 따른 탄소 섬유 편조부재(100')는 일방향(제1 방향)으로 탄소 섬유 번들(10) 및 그 수직방향(제2 방향)으로 수축부재(21) 또는 수축부(20)를 편조방식으로 조직하여 편조구조를 형성할 수 있다.
상기 수축부재(21)의 예로서 폴리올레핀(Polyolefine) 계열 수지 재질의 와이어가 사용될 수 있다.
폴리올레핀이란 합성수지의 종류로써, 에틸렌과 프로필렌 같은 올레핀(분자 1개당 1개의 이중결합을 포함하고 있는 탄화 수소)을 첨가중합반응시켜 만드는 유기물질을 의미한다.
폴리올레핀의 섬유사의 재질로는 폴리에틸렌(HDPE(High Density Polyethylene), LDPE (Low Density Polyethylene), LLDPE (Linear Low Density Polyethylene), EVA (ethylene-vinylacetate copolymer), UHMWPE (ultra-high molecular weight PE) 등이 적용될 수 있고, 이외에도 각종 폴리프로필렌(PP, polypropylene), 러버/엘라스토머(EPR (ethylene-propylene rubber), EPDM (ethylene-propylene-diene monomer), POE (polyolefin elastomer, ethylene/octene-1)) 등이 적용 가능성이 있다.
폴리올레핀 와이어는 일반적으로 탄성이 있고 대부분의 유기 용매에 녹지 않으며 산과 염기에 내성이 있으며 전기 절연성이 있으며, 일반적인 열수축튜브의 재료로 활용된다.
이와 같은 폴리올레핀 재질로 구성된 폴리올레핀 와이어 형태의 수축부재(21)는 한 개 단위로 배치될 수 있을 뿐만 아니라 복수 개의 수축부재(21)가 모인 수축부(20) 단위로 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 배치할 수 있다.
상기 수축부(20)는 복수 개의 수축부재(21)를 제1 방향으로 나란하게 되도록 인접하여 제2 방향을 따라 배치할 수 있다.
또한, 경량화 또는 비용 절감을 위하여, 상기 수축부재(21)는 단층으로 배치하는 것이 바람직하다.
도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서, 상기 수축부(20)를 구성하는 수축부재(21)는 각각 2개로 도시되고, 각각의 수축부가 제1 방향 또는 열수축 튜브의 길이방향으로 미리 결정된 간격으로 이격되도록 배치되어 구성되나, 그 개수는 증감(1개 또는 3개 이상)이 가능하다. 하나의 수축부(20)를 1개의 수축부재로 구성하는 경우, 하나의 수축부재(21)를 미리 결정된 간격으로 이격시켜 편조 구조를 구성할 수 있다. 상기 수축부재의 직경은 0.25 밀리미터(mm) 내지 0.3 밀리미터(mm)로 구성될 수 있다.
상기 탄소 섬유 번들(10)은 1k 이상의 가닥으로 형성되며, 편조부재(100')의 두께는 0.3 밀리미터(mm) 내지 5 밀리미터(mm) 범위일 수 있다. 바람직하게는, 상기 탄소 섬유 번들(10)은 3k 가닥, 6k 가닥 또는 12k 탄소 섬유사(11)가 적용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 구성된 편조부재(100')를 열수축 튜브의 길이와 직경에 맞게 봉제 또는 접합하여 도 2에 도시된 바와 같은 탄소 섬유 열수축 튜브(100)를 구성할 수 있다.
상기 편조부재(100')로 상기 열수축 튜브(100)를 구성하는 방법은 한 장의 편조부재를 튜브 형태로 말아서 봉제 또는 접합하는 방법 이외에도 2장의 편조부재(100')의 양단을 길이방향으로 각각 접합 또는 봉제하는 방법도 적용이 가능하다.
이와 같은 방법으로, 봉제 또는 접합으로 구성되는 열수축 튜브의 길이방향으로는 탄소 섬유 번들(10)이 배치되고 열수축 튜브의 원주방향으로는 폴리올레핀 재질의 와이어로 구성된 수축부(20)가 배치되도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 탄소 섬유 편조부재(100') 및 탄소 섬유 열수축 튜브(100)의 일부 영역을 최대로 열수축한 상태를 도시한다.
열수축 튜브의 길이방향으로는 탄소 섬유사(11)로 구성된 탄소 섬유 번들(10)이 적용되고 원주방향으로는 폴리올레핀 계열의 수축부재(21)로 구성된 수축부(20)가 배치되므로, 열풍기 등을 이용하여 열을 가하는 경우 열수축 튜브의 길이방향으로는 수축량이 최소화되되 반지름 방향으로는 수축부재(21)의 수축에 의하여 반경이 축소되어 일반적인 열수축 튜브의 역할을 수행할 수 있다.
도 3에 도시된 실시예에서, 좌측 영역(A1)은 열수축 전의 상태를 도시하고 우측 영역(A2)은 최대로 열수축된 후의 상태를 도시한다.
즉, 여기서, 본 발명의 탄소 섬유 열수축 튜브(100)의 길이방향인 제1 방향으로 배치된 탄소 섬유 번들(10)은 수축되지 않고, 탄소 섬유 열수축 튜브(100)의 원주방향인 제2 방향으로 배치된 수축부(20)를 구성하는 수축부재(21)은 수축되어 케이블 접속부 등의 마감 대상영역에 밀착될 수 있다.
상기 수축부재(21)는 폴리올레핀 계열의 수지 재질 와이어이며, 직경이 0.25 밀리미터(mm) 내지 0.3 밀리미터(mm)이고, 2개가 하나의 수축부를 구성하는 것으로 도시되나 그 개수는 증감 가능하다.
그리고, 상기 탄소 섬유 열수축 튜브(100)의 원주 방향으로 배치된 수축부재를 폴리올레핀 재질로 구성하는 경우, 상기 탄소 섬유 열수축 튜브는 일반적으로 외경이 40 % 내지 60 %로 최대 수축될 수 있으며, 바람직하게는 약 50 %로 최대 수축될 수 있다.
도 4 내지 도 12는 케이블 외경 대비 최대 수축된 튜브 외경 비율에 따른 차폐율 결과 그래프를 도시하며, 아래의 표 1 내지 표 6은 본 발명의 열수축 튜브로 직경이 5 밀리미터(mm), 10 밀리미터(mm), 30 밀리미터(mm)인 케이블에 다양한 수축전 외경(D)을 갖는 열수축 튜브를 장착하여 케이블 대비 수축된 튜브 외경 비율에 따른 차폐 효과(@100MHz 차폐율 dB)를 측정한 시험결과를 도시한다.
구체적으로, 표 1, 표 2, 도 4 내지 도 6은 5 밀리미터(mm) 외경의 케이블에 다양한 외경의 열수축 튜브를 장착하여 케이블 외경(d) 대비 최대로 수축된 상태의 튜브 외경(D') 비율에 따른 차폐율을 측정한 결과이며, 각 시험예의 탄소 섬유 열수축 튜브(100)로 양 케이블 접속부위를 마감 및 열수축시켜, 양케이블의 차폐층을 탄소 섬유 열수축 튜브(100)로 연결하고, 케이블을 통해 100 Mhz 시험 전류를 통전하는 경우 케이블 접속부위에서의 차폐율을 측정하는 방법으로 시험되었다.
예를 들어, 케이블 외경(d) 대비 최대 수축된 튜브 외경(D') 비율이 54 %란 의미는 케이블을 감싸고 있는 튜브는 최대로 수축된 상태임을 전제로 그 외경이 케이블 외경의 54 % 정도의 크기를 갖는 것을 의미한다. 여기서, 최대로 수축된 튜브 외경(D')이란 열수축 튜브에 열을 가했을 때 더 이상 수축되지 않고 외경을 유지하는 상태가 되었을 경우의 튜브 외경을 의미한다.
시험결과에 따르면, 케이블 외경 대비 최대 수축된 튜브 외경 비율이 98 % 및 54 %를 경계로 비율이 54 % 내지 98 %에서 약 40dB 정도로 양호하게 측정됨을 확인할 수 있었다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 5 밀리미터(mm) 외경의 케이블 대비 최대 수축된 튜브 외경 비율이 54 % 내지 98 % 조건에서는 차폐율이 약 40dB로 양호하여 본 발명의 탄소 섬유 열수축 튜브를 전자파 차폐를 위한 마감재로 사용될 수 있다고 볼 수 있다.
그러나, 54 % 내지 98 % 이외의 영역에서는 차폐율이 크게 감소하여 양호한 차폐효과를 기대하기 어려움을 확인할 수 있다.
Figure PCTKR2019013991-appb-T000001
Figure PCTKR2019013991-appb-T000002
표 3, 표 4, 도 7 내지 도 9는 10 밀리미터(mm) 외경의 케이블에 다양한 외경의 열수축 튜브를 장착하여 케이블 외경 대비 최대 수축된 튜브 외경 비율에 따른 차폐율을 측정한 결과이며, 시험결과에 따르면, 10 밀리미터(mm) 케이블 대비 최대 수축된 튜브 외경 비율이 98 % 및 54 %를 경계로 비율이 54 % 내지 98 %에서 약 40dB 정도로 양호하게 측정됨을 확인할 수 있었다.
시험결과, 도 9에 도시된 바와 같이, 10 밀리미터(mm) 외경의 케이블 대비 최대 수축된 튜브 외경 비율 역시 54 % 내지 98 % 조건은 확보되어야 본 발명의 탄소 섬유 열수축 튜브를 전자파 차폐를 위한 마감재로 바람직함을 확인할 수 있다.
Figure PCTKR2019013991-appb-T000003
Figure PCTKR2019013991-appb-T000004
표 5, 표 6, 도 10 내지 도 12는 30 밀리미터(mm) 외경의 케이블에 다양한 외경의 열수축 튜브를 장착하여 케이블 대비 수축된 튜브 외경 비율에 따른 차폐율을 측정한 결과이며, 시험결과에 따르면, 30 밀리미터(mm) 케이블 대비 최대 수축된 튜브 외경 비율이 98 % 및 54 %를 경계로 비율이 54 % 내지 98 %에서 약 40dB 정도로 양호하게 측정됨을 확인할 수 있었다.
마찬가지로, 도 12에 도시된 바와 같이, 30 밀리미터(mm) 외경의 케이블 대비 최대 수축된 튜브 외경 비율이 54 % 내지 98 % 조건은 확보되어야 본 발명의 탄소 섬유 열수축 튜브를 전자파 차폐를 위한 마감재로 바람직함을 확인할 수 있다.
Figure PCTKR2019013991-appb-T000005
Figure PCTKR2019013991-appb-T000006
결과적으로, 케이블의 외경이 5 밀리미터(mm), 10 밀리미터(mm) 및 30 밀리미터(mm)로 증가되어도 케이블 외경 대비 최대 수축된 튜브 외경 비율이 54 % 및 98 %를 기준으로 차폐율이 임계적으로 변화됨을 확인할 수 있다.
위 시험 결과를 고려하는 경우 케이블의 외경(d) 대비 최대 수축된 튜브 외경(D')은 아래와 같이 정리될 수 있다.
상기 열수축 튜브(100)의 경우, 케이블 또는 배관 등의 접속부위를 감싸는 마감재 역할을 수행하고, 양호한 차폐율을 확보하기 위하여 열수축 튜브가 장착되는 케이블 등의 대상물의 외경(d)과 최대 수축된 열수축 튜브의 외경(D')의 관계는 아래의 [수학식 1]을 만족하도록 설계할 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2019013991-appb-I000002
위 관계를 통해 최대 수축된 열수축 튜브의 외경(D')이 케이블 외경(d)의 54 % 미만인 경우는 케이블의 외경(d)에 비해 수축전 열수축 튜브의 외경(D)이 너무 작은 크기로 선택되어 케이블에 장착이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 충분한 전자파 차폐 효과를 누리기에 부족한 크기임을 확인하였고, 최대 수축된 열수축 튜브의 외경(D')이 케이블 외경(d)의 98 %를 초과하는 경우는 케이블의 외경(d)에 비해 수축전 열수축 튜브의 외경(D)이 너무 커서 열수축 튜브가 케이블과 충분히 밀착되지 못하여 전자파 차폐 성능이 저하됨을 확인하였다.
도 13은 본 발명에 따른 탄소 섬유 편조부재(100') 또는 탄소 섬유 열수축 튜브(100)의 단면도를 도시한다.
각각의 수축부(20)는 편조부재의 제1 방향 또는 탄소 섬유 열수축 튜브의 길이방향과 수직한 방향으로 탄소 섬유 번들(10)과 편조 구조를 구성하여 배치된다.
전술한 바와 같이, 상기 수축부(20)를 구성하는 수축부재(21)는 폴리올레핀 재질의 와이어가 적용될 수 있고, 각각의 와이어의 직경(x)은 0.25 밀리미터(mm) 내지 0.3 밀리미터(mm)로 구성될 수 있다.
그리고 도 13에 도시된 바와 같이, 각각의 수축부는 2개의 수축부재(21)가 나란히 배치되고, 각각의 수축부는 편조부재의 제1 방향 또는 탄소 섬유 열수축 튜브(100)의 길이방향으로 이격되어 배치될 수 있다.
여기서, 폭이 x인 수축부재로 구성된 각각의 수축부의 폭(2x)는 약 0.5 밀리미터(mm) 내지 0.6 밀리미터(mm)일 수 있고, 인접한 수축부 간의 간격 y는 각각의 수축부의 폭(2x)보다 크게 구성될 수 있다.
즉, 상기 탄소 섬유 번들은 수천 가닥의 탄소 섬유사로 구성되고, 탄소 섬유 번들이 열수축 튜브를 구성하고 장착대상에 수축되어 밀착되면 열수축 튜브의 원주방향으로 탄소 섬유사들이 퍼져 전자파 차폐 기능 등을 수행할 수 있다.
그러나, 상기 수축부재는 원주방향 수축 기능을 수행하는 구성이므로 수축에 충분한 수량만큼 적용하면 된다.
도 14 내지 도 22는 본 발명에 따른 탄소 섬유 열수축 튜브를 구성하는 1인치당 배치된 수축부재의 개수에 따른 전자파 차폐율 시험 결과를 도시하며, 아래의 표 7 내지 표 12는 본 발명의 열수축 튜브로 외경이 5 밀리미터(mm), 10 밀리미터(mm), 30 밀리미터(mm)인 케이블에 수축부의 개수가 다른 열수축 튜브를 장착하여 단위 길이(inch)당 수축부재의 개수에 따른 차폐 효과(@100MHz 차폐율 dB)를 측정한 시험결과를 도시한다.
구체적으로, 표 7, 표 8, 도 14 내지 도 16은 5 밀리미터(mm) 외경의 케이블에 수축부재의 개수가 다른 열수축 튜브를 장착하여 수축부재의 개수에 따른 차폐율을 측정한 결과이며, 각 시험예의 탄소 섬유 열수축 튜브(100)로 양 케이블 접속부위를 마감 및 열수축시켜, 양케이블의 차폐층을 탄소 섬유 열수축 튜브(100)로 연결하고, 케이블을 통해 100 Mhz 시험 전류를 통전하는 경우 케이블 접속부위에서의 차폐율을 측정하는 방법으로 시험되었다.
시험결과에 따르면, 수축부재의 개수가 단위 길이(inch)당 평균 17개 이상 41개 이하인 경우 약 40dB 정도로 양호하게 측정됨을 확인할 수 있었다.
즉, 도 16에 도시된 바와 같이, 5 밀리미터(mm) 외경의 케이블에 수축부재가 단위 길이(inch)당 평균 17개 이상 41개 이하인 조건에서는 차폐율이 약 40dB로 양호하며, 수축부의 개수가 17개보다 적거나 41개보다 큰 경우 차폐율이 임계적으로 감소되어 차폐부재로 부적절함을 확인할 수 있다.
Figure PCTKR2019013991-appb-T000007
Figure PCTKR2019013991-appb-T000008
마찬가지로, 표 9, 표 10, 도 17 내지 도 19는 10 밀리미터(mm) 외경의 케이블에 수축부의 개수가 다른 열수축 튜브를 장착하여 수축부재의 개수에 따른 차폐율을 측정한 결과이다. 10 밀리미터(mm) 외경의 케이블의 경우에도, 단위길이(inch)당 수축부재의 평균 개수가 17개 이상 41개 이하인 경우 약 40dB 정도로 양호하게 측정됨을 확인할 수 있었다.
즉, 도 19에 도시된 바와 같이, 5 밀리미터(mm) 외경의 케이블에 단위길이(inch)당 수축부재의 평균 개수가 17개 이상 41개 이하인 조건에서는 차폐율이 약 40dB로 양호하며, 17개보다 적거나 41개보다 큰 경우 차폐율이 임계적으로 감소되어 차폐부재로 부적절함을 확인할 수 있다.
Figure PCTKR2019013991-appb-T000009
Figure PCTKR2019013991-appb-T000010
마찬가지로, 표 11, 표 12, 도 20 내지 도 22는 30 밀리미터(mm) 외경의 케이블에 수축부재의 개수가 다른 열수축 튜브를 장착하여 수축부재의 개수에 따른 차폐율을 측정한 결과이다. 30 밀리미터(mm) 외경의 케이블의 경우에도, 단위길이(inch)당 수축부재의 평균 개수가 17개 이상 41개 이하인 경우 약 40dB 정도로 양호하게 측정된다는 사실을 확인할 수 있었다.
Figure PCTKR2019013991-appb-T000011
Figure PCTKR2019013991-appb-T000012
결과적으로, 케이블의 외경이 5 밀리미터(mm), 10 밀리미터(mm) 및 30 밀리미터(mm)로 증가되어도 단위길이(inch)당 수축부재의 개수 또는 밀도는 인치당 17개 및 41개를 기준으로 차폐율이 임계적으로 변화됨을 확인할 수 있다.
이와 같은 결과는 단위 길이(inch)당 수축부재의 평균 개수가 17개 미만인 경우에는 탄소 섬유 번들과 수축부재 사이의 빈 공간이 많이 발생하고, 단위 길이당 수축부재의 평균 개수가 41개 초과의 경우에는 탄소 섬유 번들을 구성하는 탄소 섬유사들이 수축부재 등에 의한 간섭 등으로 인해 충분히 원주방향으로 분산되지 못하여 전자파 차폐 효과가 저하되기 때문일 것으로 추측된다.
따라서, 열수축 튜브의 원주방향 수축을 위한 열수축 튜브의 개수는 수축부재의 직경 또는 수축부의 폭 등을 고려하여 적절하게 결정되는 경우, 탄소 섬유 번들로 구성되는 탄소 섬유 번들을 열수축 튜브의 길이방향으로 배치하는 경우에도 고주파 영역인 100 Mhz 주파수 시험전류가 인가되어도 40dB 이상의 양호한 차폐율을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다
따라서, 이와 같은 시험결과를 통해, 100 Mhz 정도의 고주파 영역에서는 금속 편조부재 형태의 차폐수단을 탄소 섬유 번들 및 수축성 폴리올레핀 재질의 수축부재로 구성되는 최적의 개수의 수축부가 적용된 열수축 튜브를 적용하여, 금속 편조부재를 대체하여 용접 작업을 생략하여 작업성을 향상시킬 수 있으며, 케이블 경량화를 도모할 수 있고, 탄소 섬유 열수축 튜브가 충분한 강성과 탄성을 가지므로 케이블 접속부위를 안정적으로 보호할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 23은 본 발명에 따른 탄소 섬유 편조부재(100') 및 탄소 섬유 열수축 튜브(100)의 다른 실시예를 도시한다.
탄소 섬유 번들 및 수축부를 기반으로 열수축 투브를 구성하는 경우, 종래 사용되던 금속 재질의 편조부재 또는 편조층에 비해 무게가 크게 줄고 강성과 탄성을 확보하며 수축이 가능한 열수축 튜브를 구성할 수 있다.
탄소 섬유는 도체는 아니지만 어느 정도의 전도성을 가지므로, 도 1에 도시된 탄소 섬유 편조부재(100') 또는 도 2에 도시된 탄소 섬유 열수축 튜브(100)를 전자파 차폐부재로 사용할 수 있음은 전술한 바와 같다.
도 1에 도시된 탄소 섬유 편조부재(100') 또는 도 2에 도시된 탄소 섬유 열수축 튜브(100)는 저주파 영역에서는 통신 케이블 등의 차폐층으로 충분한 성능을 확보할 수 있으나 고주파 영역에서는 차폐 성능이 부족할 수 있으므로, 본 발명에 따른 탄소 섬유 편조부재(100') 및 탄소 섬유 열수축 튜브(100)는 탄소 섬유 번들(10)을 구성하는 탄소 섬유를 금속 도금하는 방법으로 탄소 섬유 열수축 튜브(100)의 차폐성능을 향상시킬 수 있다.
도 23에 도시된 바와 같이, 탄소 섬유 열수축 튜브(100)의 길이방향인 제1 방향으로 배치된 탄소 섬유 번들(10)을 구성하는 각각의 탄소 섬유사(11')들이 금속 도금되어 금속성을 부여할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 탄소 섬유 열수축 튜브(100)를 케이블 차폐층 등으로 활용하기 위하여, 탄소 섬유를 금속 도금하는 경우에도 하나의 탄소 섬유 번들(10)을 구성하는 일부의 탄소 섬유사만 금속코팅하고 나머지 탄소 섬유사는 일반 탄소 섬유사를 적용하여 탄소 섬유 번들(10)을 구성할 수도 있다.
예를 들면, 탄소 섬유 번들(10)이 6k 탄소 섬유사가 적용되는 경우라면 3k 탄소 섬유만 금속코팅을 적용할 수도 있다. 또한, 상기 번들에서 탄소 섬유의 일부를 구리 등의 금속으로 이루어진 금속 세사로 대체하여 탄소 섬유사 및 금속 세사를 혼합하여 번들을 구성할 수도 있다.
또한, 하나의 탄소 섬유 열수축 튜브(100)를 구성하는 나란히 이격되어 배치되는 복수 개의 탄소 섬유 번들(10) 중 금속 도금된 탄소 섬유 번들(10)과 코팅되지 않은 탄소 섬유 번들(10)을 함께 사용할 수 있다. 예를 들어, 금속 도금된 탄소 섬유 번들(10)과 코팅되지 않은 탄소 섬유 번들(10)을 번갈아 배치하거나 1 : 2 또는 1 : 3 비율로 배치할 수 있다. 또한, 금속 도금된 탄소 섬유 번들(10) 대신에 구리 등의 금속으로 이루어진 금속 세사만으로 구성된 금속 세사 번들을 적용할 수도 있다.
그리고, 이 경우에도 하나의 금속 도금된 탄소 섬유 번들(10) 역시 모든 탄소 섬유사가 금속 도금되어야만 하는 것이 아니라 하나의 탄소 섬유 번들(10)을 구성하는 일부의 탄소 섬유사만 금속코팅될 수도 있음은 전술한 바와 같다.
상기 탄소 섬유사의 금속 도금 재질은 구리, 금, 은, 알루미늄 또는 니켈이나 그 합금 재질일 수 있으며, 도금 밀도는 2.7 g/cm3 이하 정도가 적당하다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 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.

Claims (23)

  1. 길이 방향으로 배치되는 복수 개의 탄소 섬유 번들; 및,
    원주 방향으로 배치되는 복수 개의 수축부재;를 포함하며,
    상기 수축부재는 상기 길이 방향을 따라 서로 이격되어 배치되고,
    상기 탄소 섬유 번들 및 상기 수축부재를 편조하여 구성되는 편조부재를 원통형으로 감아 형성되는 탄소 섬유 열수축 튜브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수축부재는 폴리올레핀 계열의 수지 재질 와이어로 구성되는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수축부재는 탄소 섬유 열수축 튜브의 길이방향으로 단위 길이(inch)당 평균 17개 내지 41개가 구비되는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수축부재는 직경이 0.25 밀리미터(mm) 내지 0.3 밀리미터(mm)인 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 수축부재는 복수 개가 인접하게 배치되어 하나의 수축부를 구성하고, 복수 개의 상기 수축부가 탄소 섬유 열수축 튜브의 길이방향을 따라 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수축부를 구성하는 복수 개의 수축부재는 탄소 섬유 열수축 튜브의 길이방향과 수직한 방향으로 나란히 배치되는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 수축부재는 2개가 하나의 수축부를 구성하는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 탄소 섬유 열수축 튜브 내에 삽입되는 케이블의 외경(d)과 상기 탄소 섬유 열수축 튜브의 최대 수축된 외경(D')은 아래의 [수학식 1]을 만족하는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브.
    [수학식 1]
    Figure PCTKR2019013991-appb-I000003
  9. 제8항에 있어서,
    상기 탄소 섬유 열수축 튜브는 외경이 40 % 내지 60 %로 최대 수축 가능한 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 탄소 섬유 번들은 3k 가닥, 6k 가닥 또는 12k 가닥의 탄소 섬유사로 구성되며, 상기 탄소 섬유사는 폴리 아미드 코팅되는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 탄소 섬유 번들을 구성하는 탄소 섬유사는 신율이 1 % 이상인 PAN 계열 탄소 섬유사인 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브.
  12. 제10항에 있어서,
    복수 개의 상기 탄소 섬유 번들 중 적어도 하나의 탄소 섬유 번들은 금속 도금되는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브.
  13. 제10항에 있어서,
    복수 개의 상기 탄소 섬유 번들 중 적어도 하나의 탄소 섬유 번들을 구성하는 탄소 섬유 중 일부의 탄소 섬유사는 금속 도금되는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 탄소 섬유의 금속 도금 재질은 구리, 금, 은, 알루미늄 또는 니켈이나 그 합금 재질인 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 탄소 섬유 번들의 금속 도금의 도금 밀도는 2.7 g/cm3 이하인 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브.
  16. 제1 방향으로 배치되는 복수 개의 탄소 섬유 번들; 및,
    상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 배치되는 복수 개의 수축부재;를 포함하며,
    상기 탄소 섬유 번들 및 상기 수축부재를 편조하여 구성되는 탄소 섬유 편조부재.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 수축부재는 폴리올레핀 재질의 와이어로 구성되고, 상기 수축부재는 복수 개가 인접하게 배치되어 하나의 수축부를 구성하고, 복수 개의 상기 수축부가 상기 제1 방향을 따라 이격되어 제2 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 편조부재.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 수축부를 구성하는 복수 개의 수축부재는 단층으로 배치되는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 편조부재.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 수축부재는 폴리올레핀 계열의 수지 재질 와이어이며, 직경이 0.25 밀리미터(mm) 내지 0.3 밀리미터(mm)이고, 2개가 하나의 수축부를 구성하는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 편조부재.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 수축부재는 상기 제1 방향으로 단위 길이(inch)당 평균 17개 내지 41개가 구비되는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 편조부재.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 탄소 섬유 번들은 3k 가닥, 6k 가닥 또는 12k 가닥의 탄소 섬유사로 구성되며, 상기 탄소 섬유사는 폴리 아미드 코팅되는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 편조부재.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 탄소 섬유 번들을 구성하는 탄소 섬유사는 신율이 1 % 이상인 PAN 계열 탄소 섬유사인 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 편조부재.
  23. 제16항에 있어서,
    복수 개의 상기 탄소 섬유 번들 중 적어도 하나의 탄소 섬유 번들 또는 복수 개의 상기 탄소 섬유 번들 중 적어도 하나의 탄소 섬유 번들을 구성하는 탄소 섬유 중 일부의 탄소 섬유사는 금속 도금되는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 편조부재.
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