WO2022234992A1 - 복합소재 셀프랩 차폐 튜브 - Google Patents

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WO2022234992A1
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carbon fiber
overlapping portion
wire
bundles
wrap
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조창은
박운규
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LS Cable and Systems Ltd
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    • H—ELECTRICITY
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    • H05K9/009—Electromagnetic shielding materials, e.g. EMI, RFI shielding comprising electro-conductive fibres, e.g. metal fibres, carbon fibres, metallised textile fibres, electro-conductive mesh, woven, non-woven mat, fleece, cross-linked
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    • H05K9/0073—Shielding materials
    • H05K9/0098—Shielding materials for shielding electrical cables

Definitions

  • the present invention relates to a composite self-wrap shielding tube, and more particularly, to a composite self-wrap shield that improves workability of cable connection or cable shielding work, and can minimize weight and cost while securing good electromagnetic wave shielding performance It's about tubes.
  • tubular shielding material In the case of the conventional tubular shielding material, it was made of only one of the conductive fibers or the conductive metal material. In the case of tubular shielding fabrics using conductive fibers, due to lack of shielding properties, additionally overlaid with metal foil rather than a single-layer structure, or to compensate for this, increase conductivity through plating or other surface treatment methods on the fibers themselves, or use only conductive metal materials to make tubular A shielding material was prepared.
  • the conductivity of the fiber which influences the shielding properties
  • the conductivity of the fiber is relatively insufficient compared to the metal material, and additional measures are taken on the fiber to compensate for the insufficient shielding performance.
  • the tube There is a risk that the overall flame retardancy is lowered, or in the manufacturing process of the tube or in handling after manufacturing, separation and peeling of plating and coating materials, and non-uniformity of shielding properties by section due to this may occur.
  • this part When a multi-layer structure is applied to compensate for this, since the characteristics of the metal foil layer are stronger than those of the tube, this part also has a problem in that handling as a tube increases.
  • the base material for processing into a tube shape is a wire-type metal alloy, so the fabric made of fiber is stiff and the tube is stiff. Inconvenience exists in handling the form.
  • the technical problem of the present invention was conceived in this regard, and the object of the present invention is to improve the workability of cable connection or cable shielding work, and to secure good electromagnetic wave shielding performance while minimizing weight and cost.
  • the object of the present invention is to improve the workability of cable connection or cable shielding work, and to secure good electromagnetic wave shielding performance while minimizing weight and cost.
  • a composite self-wrap shielding tube is a plurality of carbon fiber bundles arranged extending in a first direction, extending in the first direction parallel to the carbon fiber bundle, A plurality of wire bundles consisting of a metal wire and a plurality of weft yarns extending in a second direction perpendicular to the first direction are alternately arranged, and braiding the carbon fiber bundle, the wire bundle and the weft yarn It is formed by winding the braided member constituted in a cylindrical shape.
  • the ratio of the number of carbon fiber bundles and the number of wire bundles disposed may be 1:n (where n is a natural number less than or equal to 8).
  • the total area of the wire bundle may be 1 to 8 times the total area of the carbon fiber bundle.
  • the carbon fiber bundle may be composed of 3k strands, 6k strands, or 12k strands of carbon fiber yarns.
  • the carbon fiber yarns constituting the carbon fiber bundle may be coated with polyamide.
  • the metal wire constituting the wire bundle may be made of CCA (Copper Clad Aluminum) material.
  • the metal wire constituting the wire bundle is aluminum ((Al), silicon (Si), iron (Fe), copper (Cu), manganese (Mn), magnesium (Mg), chromium (Cr) and zinc (Zn) may be formed of a mixed material.
  • the composite self-wrap shielding tube may have a shielding ratio (dB) of 40 dB or more under a signal condition of 100 MHz.
  • the ratio of the number of carbon fiber bundles and the wire bundles is 1: n (here, n is a natural number less than or equal to 32), and the carbon fiber bundle is a 3k-stranded carbon fiber yarn.
  • n is a natural number less than or equal to 32
  • the carbon fiber bundle is a 3k-stranded carbon fiber yarn.
  • the total area of the wire bundle may be 1 to 32 times the total area of the carbon fiber bundle.
  • the ratio of the number of the carbon fiber bundles and the wire bundles is 1: n (where n is a natural number less than or equal to 16), and the carbon fiber bundle is a 6k-stranded carbon fiber yarn.
  • n is a natural number less than or equal to 16
  • the carbon fiber bundle is a 6k-stranded carbon fiber yarn.
  • the total area of the wire bundle may be 1 to 16 times the total area of the carbon fiber bundle.
  • the ratio of the number of the carbon fiber bundles and the wire bundles is 1: n (here, n is a natural number less than or equal to 8), and the carbon fiber bundle is a 12k-stranded carbon fiber yarn.
  • n is a natural number less than or equal to 8
  • the carbon fiber bundle is a 12k-stranded carbon fiber yarn.
  • the total area of the wire bundle may be 1 to 8 times the total area of the carbon fiber bundle.
  • an overlapping portion when the braided member is wound in a cylindrical shape, an overlapping portion may be formed in which the ends of the braided member overlap in a circumferential direction of the cylindrically wound braided member.
  • the overlapping portion may include a first overlapping portion formed at a first end and a second overlapping portion formed at a second end opposite to the first end.
  • an area of the first overlapping portion and the second overlapping portion may be 1/8 to 1/3 of an area of the braided member in the second direction, respectively.
  • the total area of the wire bundle may be 1/3 to 4/5 of the total area of the carbon fiber bundle.
  • the braided member includes a non-overlapping portion disposed between the first overlapping portion and the second overlapping portion, the number of which the carbon fiber bundle and the wire bundle of the non-overlapping portion are disposed
  • the ratio of is 1:n (where n is a natural number less than or equal to 8), and when the carbon fiber bundle and the wire bundle of the non-overlapping part are repeatedly arranged m times at a ratio of 1:n, the first overlapping part and a ratio of the number of the carbon fiber bundles and the wire bundles disposed in the second overlapping portion is (n+2):n, and the first overlapping portion and the second overlapping portion are the carbon fiber bundles and the wire bundles. It may be arranged repeatedly m/2 times in a ratio of (n+2):n.
  • the braided member includes a non-overlapping portion disposed between the first overlapping portion and the second overlapping portion, the number of which the carbon fiber bundle and the wire bundle of the non-overlapping portion are disposed
  • the ratio of is 1:n (here, n is a natural number less than or equal to 8), and the ratio of the number of the carbon fiber bundles and the wire bundles in the first overlapping part is 1:n (here, n is a natural number less than or equal to 8) ), and the ratio of the number of the carbon fiber bundles and the wire bundles disposed in the second overlapping portion may be n:1 (where n is a natural number less than or equal to 8).
  • the composite material self-wrap shielding tube according to the present invention alternately arranges two different inclined materials at a predetermined ratio to improve workability of cable connection or cable shielding work, while ensuring good electromagnetic wave shielding performance Weight and cost can be minimized.
  • 1 is a conceptual diagram for explaining electromagnetic wave shielding characteristics in a shielding material.
  • FIG. 2 is a perspective view of a composite self-wrap shielding tube according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view illustrating a braided member constituting a composite self-wrap shielding tube according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view illustrating a braided member constituting a composite self-wrap shielding tube according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view illustrating a braided member constituting a composite self-wrap shielding tube according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing the electromagnetic wave shielding test results of the composite material self-wrap shielding tube according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph showing the electromagnetic wave shielding test results of the composite material self-wrap shielding tube according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a composite self-wrap shielding tube according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view illustrating a braided member constituting a self-wrap shielding tube according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a plan view illustrating a braided member constituting a self-wrap shielding tube according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a plan view illustrating a braided member constituting a self-wrap shielding tube according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a conceptual diagram for explaining electromagnetic wave shielding characteristics in a shielding material.
  • the principle that the shielding material (S) shields electromagnetic waves is as shown in FIG. 1 , as shown in FIG. (S) It is to minimize the size of electromagnetic waves transmitted through the shielding material (S) and propagated to the outside by reflecting (SER) from the surface or performing multiple reflection (SEMR) inside the shielding material.
  • SER reflecting
  • SEMR multiple reflection
  • the measure at which the electromagnetic wave transmitted into the shielding material (S) rapidly disappears is related to the length of the electromagnetic wave propagating inside the shielding material (S), and a concept related to the propagation length of the electromagnetic wave inside the shielding material (S)
  • the in-skin depth ( ⁇ , Skin depth) refers to the propagation length of the electromagnetic wave until the intensity of the electromagnetic wave introduced into the specific shielding material S is attenuated by 1/e, and is known as Equation 1 below.
  • the high electromagnetic wave shielding performance of the specific shielding material S means that the skin depth ⁇ described in Equation 1 above is small. Therefore, it can be seen that the shielding material must be composed of a shielding material (S) having a small skin depth ( ⁇ ) in order to increase the electromagnetic wave shielding performance of the shielding material. You know you have to use the material. That is, in the case of a shielding tube, it can be seen that the electrical conductivity of the material influences the shielding performance of the product.
  • the secondary layer is supplemented by wrapping the metal foil, it is not good in terms of the tube's stability or lightness, and it is not finished neatly even when the finishing treatment is performed during installation. This is because the metal foil layer does not adhere to the inner wire tightly enough, and this may cause the tube to open. because it wins
  • the self-curing and self-wrap tube's restoring force (the force to be rolled back when the rolled part of the tube is opened and left alone) is too strong, or unlike general fiber tubes, there are many extreme cases, so it does not open well during installation. Working difficulties can arise when trying to wrap wires.
  • weft yarn is also woven with metal
  • fiber in most cases, there is no choice but to use fiber as the weft yarn because the metal protrudes in the thermoforming process for self-wrap tube and causes a problem in appearance. Therefore, at this time, it is difficult to uniformly manufacture the appearance of the entire tube because the weft yarn is relatively stiff compared to the warp yarn.
  • the composite self-wrap shielding tube according to an embodiment of the present invention improves workability of cable connection or cable shielding work by arranging two different inclined materials, and minimizes weight and cost while securing good electromagnetic wave shielding performance can do.
  • FIG. 2 is a perspective view of a composite self-wrap shielding tube according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a plan view illustrating a braided member constituting a composite self-wrap shielding tube according to an embodiment of the present invention.
  • the composite material self-wrap shielding tube 100 has a plurality of inclinations 10 and the first direction ( It may be composed of a braided member 100 ′ including a plurality of weft yarns 20 , which are arranged to extend in a second direction D2 , which is a direction perpendicular to D1 ).
  • the plurality of warps 10 may include a carbon fiber bundle 11 and a wire bundle 12 .
  • the carbon fiber bundle 11 and the wire bundle 12 may be alternately disposed at a predetermined ratio.
  • 'bundle' refers to a bundle or bundle of fibers composed of a plurality of fine fiber yarns, and in the case of carbon fiber, several thousand fine carbon fiber yarns constitute one bundle.
  • a ratio of the number of the carbon fiber bundles 11 and the wire bundles 12 disposed may be 1:n (where n is a natural number less than or equal to 8).
  • the total area of the wire bundle may be 1 to 8 times the total area of the carbon fiber bundle.
  • the carbon fiber bundle 11 may be composed of 3k strands, 6k strands, or 12k strands of carbon fiber yarns.
  • the carbon fiber yarn may be a PAN-based carbon fiber yarn having an elongation of 1% or more.
  • Each of the carbon fiber yarns is coated with polyamide during the manufacturing process, thereby preventing adhesion or tangling between the carbon fiber yarns.
  • the polyamide coating layer forms a film with good adhesion and good warpage on the carbon fiber surface.
  • the carbon fiber bundle 11 is composed of a metal-plated carbon fiber yarn, and the metal plating material of the carbon fiber yarn may be formed of copper, gold, silver, aluminum, nickel, or an alloy material thereof.
  • the wire bundle 12 may be disposed in the same first direction D1 as the carbon fiber bundle 11 .
  • the wire bundle 12 may be provided to improve electromagnetic wave shielding performance, which is not sufficient only with carbon fiber, and to omit a separate welding process during shrinkage.
  • a wire made of a copper clad aluminum (CCA) material may be used as the metal wire constituting the wire bundle 12 .
  • the wire made of CCA (Copper Clad Aluminum) material is manufactured by wrapping the outside of the aluminum wire with a copper layer and welding it to form a copper clad layer, which is then made into a wire having an outer diameter of the desired size through a process such as drawing.
  • the aluminum core and the copper clad layer are provided on the outside of the core, so it has the advantages of copper and aluminum.
  • the manufacturing method of the CCA wire is not limited to the above method, and various processes such as plating may be considered, but it is advantageous to apply a welding and wire drawing process to uniformly form a copper clad layer.
  • the aluminum wire is formed of a material in which silicon (Si), iron (Fe), copper (Cu), manganese (Mn), magnesium (Mg), chromium (Cr) and zinc (Zn) are mixed with aluminum (Al).
  • the copper clad layer may be formed of oxygen-free copper having a purity of 99.9% or more.
  • the properties of copper or aluminum can be strengthened depending on the ratio of copper and aluminum, for example, the volume ratio, but depending on the diameter of the wire, the electrical conductivity required for a single wire, or the weldability of the copper cladding layer, the CCA material
  • the copper volume fraction of the wire can be determined.
  • the metal wire constituting the wire bundle 12 is made of copper, gold, silver, aluminum, nickel, or an alloy material of copper, gold, silver, aluminum or nickel, or copper, gold, silver, aluminum. Alternatively, it may be a nickel-plated metal material.
  • the carbon fiber bundle 11 and the wire bundle 12 may be alternately disposed at a predetermined ratio.
  • the carbon fiber bundle 11 and the wire bundle 12 may be arranged in a ratio of 1:1.
  • one carbon fiber bundle 11 is disposed, and then one wire bundle 12 is disposed, and the arrangement of such a ratio may be repeatedly made.
  • the weft yarn 20 may be formed of a shrinking fiber yarn 21 disposed in a second direction D2 that is perpendicular to the first direction D1.
  • the shrinkable fiber yarn 21 may be formed of a polyolefin-based fiber yarn.
  • Polyolefin is a kind of synthetic resin, and refers to an organic material made by addition polymerization reaction of olefins such as ethylene and propylene (hydrocarbons containing one double bond per molecule).
  • Polyolefin fibers 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.)
  • various polypropylene PP, polypropylene
  • rubber / elastomer EPR (ethylene-propylene rubber), EPDM (ethylene-propylene-diene monomer), POE (polyolefin elastomer, ethylene/octene-1)), etc.
  • EPR ethylene-propylene rubber
  • EPDM ethylene-propylene-diene monomer
  • POE polyolefin elastomer, ethylene/octene-1)
  • Polyolefin fiber yarns are generally elastic, insoluble in most organic solvents, resistant to acids and bases, have electrical insulation properties, and are commonly used as materials for heat shrinkable tubing.
  • the shrink fiber yarn 21 made of a polyolefin material made of such a polyolefin material is constituted by the weft yarn 20 and arranged in the second direction D2 of the braiding member 100 ′.
  • the braided member 100 ′ and the composite self-wrap shielding tube 100 according to the present invention have a carbon fiber bundle 11 composed of carbon fiber yarn and a wire bundle 12 composed of a metal wire in the first direction D1 . ) and the second direction (D2), self-wrap (self-curling), that is, by braiding the weft yarn 20 composed of a plurality of shrinkable fiber yarns 21 made of a resin material having heat-shrinkable shrinkage when heat is applied, thereby reducing light weight and shielding. While maximizing performance, it can provide convenience as a finishing material.
  • FIG. 4 is a plan view illustrating a braided member constituting a composite self-wrap shielding tube according to an embodiment of the present invention.
  • the composite material self-wrap shielding tube 100 includes a plurality of inclinations 10 and the first direction ( It may be composed of a braided member 100 ′ including a plurality of weft yarns 20 , which are arranged to extend in a second direction D2 , which is a direction perpendicular to D1 ).
  • one carbon fiber bundle 11 and five wire bundles 12 may be alternately disposed in the carbon fiber bundle 11 and the wire bundle 12 . That is, during weaving, the 1st warp is a carbon fiber bundle (11), the 2nd warp is a wire bundle (12), the 3rd warp is a wire bundle (12), the 4th warp is a wire bundle (12), and the 5th warp is a wire
  • the bundle 12, the 6th warp is composed of a wire bundle 12, and the arrangement of this ratio can be made repeatedly.
  • FIG. 5 is a plan view illustrating a braided member constituting a composite self-wrap shielding tube according to an embodiment of the present invention.
  • the composite material self-wrap shield tube 100 includes a plurality of inclinations 10 and the first direction ( It may be composed of a braided member 100 ′ including a plurality of weft yarns 20 , which are arranged to extend in a second direction D2 , which is a direction perpendicular to D1 ).
  • one carbon fiber bundle 11 and eight wire bundles 12 may be alternately disposed in the carbon fiber bundle 11 and the wire bundle 12 . That is, during weaving, the 1st warp is a carbon fiber bundle (11), the 2nd warp is a wire bundle (12), the 3rd warp is a wire bundle (12), the 4th warp is a wire bundle (12), and the 5th warp is a wire
  • the bundle 12, the 6th warp wire bundle 12, the 7th warp wire bundle 12, the 8th warp wire bundle 12, the 9th warp wire bundle 12, are composed of these ratios may be iteratively arranged.
  • a ratio of the number of carbon fiber bundles 11 and wire bundles 12 disposed in the composite self-wrap shielding tube according to an embodiment of the present invention may be 1:n (here, n is a natural number of 8 or less). .
  • the present invention is not limited thereto, and the ratio may vary depending on the number of strands of the carbon fiber yarn of the carbon fiber bundle.
  • the ratio of the carbon fiber bundle to the number of the wire bundles is 1:n (where n is a natural number less than or equal to 32), and the carbon fiber bundle is When composed of 6k carbon fiber yarns, the ratio of the number of carbon fiber bundles to which the wire bundles are arranged is 1:n (where n is a natural number less than or equal to 16), and the carbon fiber bundle is composed of 12k carbon fiber yarns.
  • the ratio of the number of carbon fiber bundles and the number of wire bundles disposed may be 1:n (where n is a natural number less than or equal to 8).
  • the total area of the wire bundle may be 1 to 32 times, 1 to 16 times, and 1 to 8 times, respectively, the total area of the carbon fiber bundle.
  • FIG. 6 is a graph showing the electromagnetic wave shielding test results of the composite material self-wrap shielding tube according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 an electromagnetic wave shielding test test result of a composite self-wrap shielding tube composed of a braided member configured by alternating one carbon fiber bundle 11 and five wire bundles 12 is shown.
  • the shielding ratio (SE) additionally considering the safety factor at 40 dB, which is the required shielding ratio of the general vehicle electric length under the 1 to 10 MHz signal condition, is a stable shielding ratio of 50 dB or more It can be confirmed that .
  • the composite material self-wrap shielding tube 100 according to the present invention has a value of 50 dB or more even when the shielding ratio (dB) considers the safety factor under the signal conditions of 1 MHz to 10 MHz, and furthermore, the high-frequency signal condition of 100 It can be confirmed that even at MHz (100,000 KHz), it satisfies 40dB or more, which is the required shielding rate for general vehicle electric fields.
  • FIG. 7 is a graph showing the electromagnetic wave shielding test results of the composite material self-wrap shielding tube according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 an electromagnetic wave shielding test test result of a composite self-wrap shielding tube composed of a braided member configured by alternating one carbon fiber bundle 11 and eight wire bundles 12 is shown.
  • the shielding ratio (SE) additionally considering the safety factor at 40 dB, which is the required shielding ratio of the general vehicle electric length under the 1 to 10 MHz signal condition, is a stable shielding ratio of 50 dB or more It can be confirmed that .
  • the composite material self-wrap shielding tube 100 according to the present invention has a value of 50 dB or more even when the shielding ratio (dB) considers the safety factor under the signal conditions of 1 MHz to 10 MHz, and furthermore, the high-frequency signal condition of 100 It can be confirmed that even at MHz (100,000 KHz), it satisfies 40dB or more, which is the required shielding rate for general vehicle electric fields.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a composite self-wrap shielding tube according to an embodiment of the present invention.
  • 9 is a plan view illustrating a braided member constituting a self-wrap shielding tube according to an embodiment of the present invention.
  • the braided member constituting the self-wrap shielding tube according to an embodiment of the present invention includes a first overlapping portion OA1, a second overlapping portion OA2, and a non-overlapping portion NA. may include
  • an overlapping portion in which the ends of the braided member overlap in a circumferential direction of the wound braided member may be formed.
  • the overlapping portion may include a first overlapping portion OA1 formed at a first end portion and a second overlapping portion OA2 formed at a second end portion opposite to the first end portion.
  • a non-overlapping portion NA may be disposed between the first overlapping portion OA1 and the second overlapping portion OA2 .
  • An area of the first overlapping portion OA1 and the second overlapping portion OA2 may be 1/8 to 1/3 of an area of the braided member in the second direction, respectively. 8 , an area of the first overlapping portion OA1 and the second overlapping portion OA2 may each be 1/3 of an area in the second direction.
  • FIG. 10 is a plan view illustrating a braided member constituting a self-wrap shielding tube according to an embodiment of the present invention.
  • the braided member constituting the self-wrap shielding tube may include an overlapping portion and a non-overlapping portion.
  • the ratio of the number of the carbon fiber bundles and the wire bundles may be different in the overlapping portion and the non-overlapping portion.
  • a ratio of the number of the carbon fiber bundles and the wire bundles in the non-overlapping part is 1:n (where n is a natural number less than or equal to 8), and the carbon fiber bundles and the wire bundles in the non-overlapping part are 1:n
  • the part and the second overlapping part may be arranged so that the carbon fiber bundle and the wire bundle are repeated m/2 times in a ratio of (n+2):n.
  • the ratio of the number of the carbon fiber bundles 11 and the wire bundles 12 in the non-overlapping portion NA is 1:5, and twice at a ratio of 1:5.
  • the ratio of the number of carbon fiber bundles 11 and the wire bundle 12 arranged in the first overlapping portion OA1 and the second overlapping portion OA2 is 7:5, and the first The overlapping portion OA1 and the second overlapping portion OA2 may be disposed by repeating the carbon fiber bundle 11 and the wire bundle 12 once at a ratio of 7:5.
  • the total area of the wire bundle in the first overlapping portion and the second overlapping portion may be 1/3 to 4/5 of the total area of the carbon fiber bundle.
  • the number of wire bundles 12 disposed in the overlapping portions OA1 and OA2 may be equal to the number of wire bundles 12 disposed in the non-overlapping portions NA. Therefore, good electromagnetic wave shielding performance can be secured and weight can be minimized.
  • FIG. 11 is a plan view illustrating a braided member constituting a self-wrap shielding tube according to an embodiment of the present invention.
  • the braided member constituting the self-wrap shielding tube may include an overlapping portion and a non-overlapping portion.
  • the ratio of the number of the carbon fiber bundles and the wire bundles may be different in the overlapping portion and the non-overlapping portion.
  • the ratio of the number of the carbon fiber bundles 11 and the wire bundles 12 in the non-overlapping portion NA is 1:n (where n is a natural number less than or equal to 8), and the first overlapping portion ( A ratio of the number of the carbon fiber bundles 11 of OA1 and the number of the wire bundles 12 arranged is 1:n (where n is a natural number less than or equal to 8), and the carbon of the second overlapping portion OA2 is A ratio of the number of fiber bundles 11 and the number of wire bundles 12 disposed may be n:1 (here, n is a natural number less than or equal to 8).
  • the ratio of the number of the carbon fiber bundles 11 and the wire bundles 12 in the non-overlapping portion NA is 1:5, and twice at a ratio of 1:5.
  • the ratio of the number of the carbon fiber bundle 11 and the wire bundle 12 disposed in the first overlapping portion OA1 is 1:5, and repeated twice at a ratio of 1:5
  • the ratio of the number of the carbon fiber bundles 11 and the wire bundles 12 in the second overlapping portion OA2 is 5:1, and is repeated twice at a ratio of 5:1.
  • the ratio of the number of the carbon fiber bundles 11 and the wire bundle 12 in the first overlapping portion OA1 and the non-overlapping portion NA is the same, and the second overlapping portion OA2
  • the ratio of the number of the carbon fiber bundles 11 and the wire bundles 12 of which is arranged may be formed to have a high ratio of carbon fibers.
  • the carbon fiber bundle 11 disposed on the second overlapping portion OA2 may be replaced with a non-conductive material.
  • a multi-filament material formed of aramid or polyester may be used instead of the carbon fiber bundle 11 .
  • the present invention is not limited thereto, and the second overlapping portion OA2 is not limited thereto. may be formed with a smaller area than the first overlapping portion OA1.
  • a ratio of the number of the carbon fiber bundles 11 and the wire bundles 12 disposed in the first overlapping portion OA1 is 1:5, and the ratio is repeated twice at a ratio of 1:5.
  • the ratio of the number of the carbon fiber bundles 11 and the wire bundles 12 disposed in the second overlapping portion OA2 is once disposed at a ratio of 5:1, and at a ratio of 4:1 or less. Can be deployed once.
  • the first overlapping portion OA1 and the non-overlapping portion NA may have an appropriate number of wire bundles disposed therein to secure good electromagnetic wave shielding performance, and the second overlapping portion OA2 may overlap As a part disposed outside the city, the number of carbon fiber bundles is greater than the number of wire bundles, so that the workability of cable shielding work can be improved and the weight can be reduced. Also, in another embodiment, a non-conductive material may be used instead of a carbon fiber bundle to reduce manufacturing cost.

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Abstract

복합소재 셀프랩 차폐 튜브는 길이 방향으로 연장되어 배치되는 복수 개의 탄소 섬유 번들, 상기 탄소 섬유 번들과 번갈아 배치되며, 금속 와이어로 구성되는 복수 개의 와이어 번들 및 상기 탄소 섬유 번들 및 상기 와이어 번들과 수직한 방향으로 연장되어 배치되는 복수 개의 위사를 포함하고, 상기 탄소 섬유 번들, 상기 와이어 번들 및 상기 위사를 편조하여 구성되는 편조부재를 원통형으로 감아 형성된다.

Description

복합소재 셀프랩 차폐 튜브
본 발명은 복합소재 셀프랩 차폐 튜브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 케이블 접속 또는 케이블 차폐 작업의 작업성을 향상시키며, 양호한 전자파 차폐성능을 확보하면서도 무게와 비용을 최소화할 수 있는 복합소재 셀프랩 차폐 튜브에 관한 것이다.
종래의 튜브형 차폐 재직물의 경우 전도성 섬유 또는 전도성 금속 소재 둘 중 하나만으로 구성되어 제작되었다. 전도성 섬유를 이용한 튜브형 차폐 재직물의 경우 차폐 특성이 부족하여 단층 구조가 아닌 금속 박을 추가로 덧씌우거나 이를 보완하기 위해 섬유 자체에 도금 또는 기타 표면처리 방법을 통해 전도성을 높이거나, 전도성 금속 소재만으로 튜브형 차폐 재직물을 제작하였다.
상술한 바와 같이, 전도성 섬유의 경우 차폐 특성을 좌우하는 섬유의 전도성이 금속재질에 비해 상대적으로 부족하고, 부족한 차폐 성능 보완을 위해 섬유에 추가적인 조치들을 진행하는데, 이 경우, 이러한 조치들로 인해 튜브 전체의 난연성이 저하되거나 튜브의 제작 공정상 또는 제작 이후 취급에 있어 도금 및 도포 물질의 분리, 박리, 그리고 이로 인한 차폐 특성의 구간별 불균일 등이 발생하는 우려가 있다.
이를 보완하기 위해 다층 구조를 적용할 경우 튜브의 특성보다 금속박 층의 특성이 강해지기 때문에 이 부분 역시 튜브로서의 취급상 불편함이 증가하는 문제점이 있다.
반대로 금속 소재만으로 제작된 튜브형 제작물의 경우 금속 박이 포함된 다층 구조의 튜브와 마찬가지로 직물이 아닌 튜브형태로 가공하는데 있어 베이스가 되는 소재가 와이어 형태의 금속 합금이기 때문에 섬유로 제작된 직물에 뻣뻣하고 튜브 형태로 취급함에 있어 불편함이 존재한다.
또한, 섬유재질의 튜브에 비해 상대적으로 무게가 증가하기 때문에 경량화 제품이 필요한 여러 분야에 적용하기 어려운 문제점이 있다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 본 발명의 목적은 케이블 접속 또는 케이블 차폐 작업의 작업성을 향상시키며, 양호한 전자파 차폐성능을 확보하면서도 무게와 비용을 최소화할 수 있는 복합소재 셀프랩 차폐 튜브를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 복합소재 셀프랩 차폐 튜브는 제1 방향으로 연장되어 배치되는 복수 개의 탄소 섬유 번들, 상기 탄소 섬유 번들과 평행한 상기 제1 방향으로 연장되어 번갈아 배치되며, 금속 와이어로 구성되는 복수 개의 와이어 번들 및 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장되어 배치되는 복수 개의 위사를 포함하고, 상기 탄소 섬유 번들, 상기 와이어 번들 및 상기 위사를 편조하여 구성되는 편조부재를 원통형으로 감아 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 배치되는 개수의 비는 1:n(여기서, n은 8이하의 자연수)일 수 있다. 또는, 상기 와이어 번들의 총 면적은 상기 탄소 섬유 번들의 총 면적의 1배 내지 8배일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탄소 섬유 번들은 3k 가닥, 6k 가닥 또는 12k 가닥의 탄소 섬유사로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탄소 섬유 번들을 구성하는 탄소 섬유사는 폴리 아미드 코팅될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 와이어 번들을 구성하는 금속 와이어는 CCA(Copper Clad Aluminum) 재질일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 와이어 번들을 구성하는 금속 와이어는 알루미늄((Al)에 규소(Si), 철(Fe), 구리(Cu), 망간(Mn), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr) 및 아연(Zn)이 혼합된 재질로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복합소재 셀프랩 차폐 튜브는 100 MHz의 신호 조건에서 차폐율(dB)이 40dB 이상의 값을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 배치되는 개수의 비는 1:n(여기서, n은 32이하의 자연수)이고, 상기 탄소 섬유 번들은 3k 가닥의 탄소 섬유사로 구성될 수 있다. 또는, 상기 와이어 번들의 총 면적은 상기 탄소 섬유 번들의 총 면적의 1배 내지 32배일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 배치되는 개수의 비는 1:n(여기서, n은 16이하의 자연수)이고, 상기 탄소 섬유 번들은 6k 가닥의 탄소 섬유사로 구성될 수 있다. 또는, 상기 와이어 번들의 총 면적은 상기 탄소 섬유 번들의 총 면적의 1배 내지 16배일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 배치되는 개수의 비는 1:n(여기서, n은 8이하의 자연수)이고, 상기 탄소 섬유 번들은 12k 가닥의 탄소 섬유사로 구성될 수 있다. 또는, 상기 와이어 번들의 총 면적은 상기 탄소 섬유 번들의 총 면적의 1배 내지 8배일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 편조부재가 원통형으로 감겼을 때, 원통형으로 감긴 편조부재의 원주 방향으로 상기 편조부재의 단부가 중첩되는 중첩부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 중첩부는 제1 단부에 형성되는 제1 중첩부 및 상기 제1 단부의 반대편인 제2 단부에 형성되는 제2 중첩부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 중첩부 및 상기 제2 중첩부의 면적은 각각 상기 편조부재의 상기 제2 방향의 면적의 1/8 내지 1/3일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 중첩부 및 상기 제2 중첩부에서, 상기 와이어 번들의 총 면적은 상기 탄소 섬유 번들의 총 면적의 1/3 내지 4/5일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 편조부재는 상기 제1 중첩부 및 상기 제2 중첩부 사이에 배치되는 비 중첩부를 포함하고, 상기 비 중첩부의 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 배치되는 개수의 비는 1:n(여기서, n은 8이하의 자연수)이고, 상기 비 중첩부의 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 1:n의 비율로 m회 반복되어 배치되는 경우, 상기 제1 중첩부 및 상기 제2 중첩부의 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 배치되는 개수의 비는 (n+2):n이며, 상기 제1 중첩부 및 상기 제2 중첩부는 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 (n+2):n의 비율로 m/2회 반복되어 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 편조부재는 상기 제1 중첩부 및 상기 제2 중첩부 사이에 배치되는 비 중첩부를 포함하고, 상기 비 중첩부의 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 배치되는 개수의 비는 1:n(여기서, n은 8이하의 자연수)이고, 상기 제1 중첩부의 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 배치되는 개수의 비는 1:n(여기서, n은 8이하의 자연수)이고, 상기 제2 중첩부의 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 배치되는 개수의 비는 n:1(여기서, n은 8이하의 자연수)일 수 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 복합소재 셀프랩 차폐 튜브는 서로 다른 두 경사 소재를 소정의 비율로 번갈아 배치하여, 케이블 접속 또는 케이블 차폐 작업의 작업성을 향상시키며, 양호한 전자파 차폐성능을 확보하면서도 무게와 비용을 최소화할 수 있다.
도 1은 차폐 물질에서의 전자파 차폐 특성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합소재 셀프랩 차폐 튜브의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합소재 셀프랩 차폐 튜브를 구성하는 편조부재를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합소재 셀프랩 차폐 튜브를 구성하는 편조부재를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합소재 셀프랩 차폐 튜브를 구성하는 편조부재를 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합소재 셀프랩 차폐 튜브의 전자파 차폐시험 테스트 결과를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합소재 셀프랩 차폐 튜브의 전자파 차폐시험 테스트 결과를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합소재 셀프랩 차폐 튜브를 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀프랩 차폐 튜브를 구성하는 편조부재를 나타내는 평면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀프랩 차폐 튜브를 구성하는 편조부재를 나타내는 평면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀프랩 차폐 튜브를 구성하는 편조부재를 나타내는 평면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 차폐 물질에서의 전자파 차폐 특성을 설명하기 위한 개념도이다.
일반적으로 차폐 물질(S)이 전자파를 차폐하는 원리는 도 1에 도시된 바와 같이 차폐 물질(S)이 방사된 전자파의 일부를 차폐 물질(S) 내부로 흡수(SEA)하거나, 일부는 차폐 물질(S) 표면에서 반사(SER)시키거나, 나머지는 차폐물질 내부에서 다중반사(SEMR)시켜, 차폐 물질(S)을 투과하여 외측으로 전파되는 전자파의 크기를 최소화하는 것이다.
또한, 차폐 물질(S) 내부로 전달된 전자파가 빠르게 소멸되는 척도는 전자파가 차폐 물질(S) 내부에서 진행하는 길이와 관련이 있으며, 전자파의 차폐 물질(S) 내부에서의 진행 길이와 관련된 개념인 스킨 뎁스(δ, Skin depth)는 특정 차폐 물질(S) 내부로 유입된 전자파의 세기가 1/e로 감쇄될 때까지의 전자파의 진행길이를 의미하는 것으로 아래의 수학식 1로 알려져 있다.
수학식 1
Figure PCTKR2022005854-appb-img-000001
(여기서,
Figure PCTKR2022005854-appb-img-000002
는 자유공간에서의 투자율(permeability),
Figure PCTKR2022005854-appb-img-000003
는 전자파 주파수,
Figure PCTKR2022005854-appb-img-000004
는 차폐물질(S)의 전기전도도를 나타냄.)
특정 차폐 물질(S)의 전자파 차폐성능이 높다는 의미는 결국 위 수학식 1에 기재된 스킨 뎁스(δ)의 크기가 작음을 의미하는 것이다. 따라서, 차폐재의 전자파 차폐성능을 높이기 위해서는 차폐재를 스킨 뎁스(δ)가 작은 차폐 물질(S)로 구성해야함을 알 수 있으며, 상기 수학식 1을 통해 스킨 뎁스(δ)를 줄이기 위해 전기전도도가 높은 물질을 사용해야 함을 알 수 있다. 즉, 차폐 튜브의 경우 소재의 전기 전도도가 제품의 차폐 성능을 좌우하는 것을 알 수 있다.
전기 전도도를 높이기 위해 종래에는 여러가지 기술이 적용되었다. 그러나, 이러한 경우들에는 각각 한계가 있는데, 섬유의 전기전도도를 높이기 위해 코팅을 하는 경우 도전성이 높은 금속 계열의 코팅을 진행하게 되고 이 때는 코팅을 위한 수지류가 추후 튜브의 난연 성능 저하를 일으키게 된다.
수지 코팅이 아닌 도금을 이용할 경우에도 도금된 금속류가 제품을 제작하기 위한 공정들 또는 추후 제품화된 이후에도 취급 시 박리되어 떨어질 수 있기 때문에 포설, 사용, 취급에 있어 어려움이 있고 또한, 성능적인 면에서도 튜브 전체적으로 일괄적인 차폐 성능을 확보하기에 어려움이 있다.
또한, 세컨드 레이어로 금속박을 감싸는 형태로 보완하는 경우에도 튜브의 복원성이나 경량성 측면에서 좋지 않고 포설 시 마감처리 등을 할 경우에도 깔끔하게 마무리되지 않게 된다. 이는 금속박 층이 충분히 타이트하게 내부 전선에 밀착하지 못하기 때문에 이로 인해 튜브가 벌어지거나 하는 경우가 발생하므로 튜브 자체의 복원력만으로는 마감이 어렵고 포설 후 추가적으로 테이핑 작업 또는 그에 상응하는 마무리 작업이 필요한 경우가 대부분이기 때문이다.
반대로 금속 소재만으로 구성된 차폐 튜브의 경우에도 차폐튜브로 제작 시 이와는 다른 문제점이 생긴다. 일반적으로 튜브 형태로 제작되는 소재는 대부분 섬유이기 때문에 차폐를 위해 경사를 금속으로 사용할 경우 섬유에 비해 튜브 자체가 중량화 되는 경향이 발생한다.
또한 제품화했을 경우 자기말림, 셀프랩 튜브로서의 복원력(튜브의 말림부위를 열었다가 놔두었을 시 다시 말려들려는 힘)이 너무 강하거나 일반 섬유 튜브와 달리 극단적인 경우가 많으므로 포설 시 잘 벌어지지 않거나 전선을 감싸려고 할 때 작업상의 어려움이 발생할 수 있다.
또한, 위사 또한 금속으로 제직하는 경우 셀프랩 튜브화 하기 위한 열성형 공정에서 금속이 삐져나와 외관상 문제가 발생하기 때문에 위사로는 섬유를 쓸 수밖에 없는 경우가 대부분이다. 따라서, 이때 상대적으로 경사에 비해 위사의 강성이 없다시피한 수준이기 때문에 튜브 전체의 외관을 일정하게 제작하는데 어려움이 있다.
그리고 제품의 사이즈가 커지면 경사 및 위사의 구성에 따라 이러한 열성형 과정에서 경사 자체의 합사 배열이 흐트러져서 제직 시 일정한 간격과 형태로 제작했다 하더라도 제품단계에서 튜브가 국부적으로 다른 방향의 힘을 받아 완제품이 구불구불하거나 일정하게 고르지 못한 경우가 발생하며 이를 공정상의 방법으로 컨트롤 하는데 난이도가 상당히 높음을 알 수 있다.
그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 복합소재 셀프랩 차폐 튜브는 서로 다른 두 경사 소재를 배치하여, 케이블 접속 또는 케이블 차폐 작업의 작업성을 향상시키며, 양호한 전자파 차폐성능을 확보하면서도 무게와 비용을 최소화할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합소재 셀프랩 차폐 튜브의 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합소재 셀프랩 차폐 튜브를 구성하는 편조부재를 나타내는 평면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합소재 셀프랩 차폐 튜브(100)는 제1 방향(D1)으로 연장되어 배치되는 복수 개의 경사(10) 및 상기 제1 방향(D1)과 수직한 방향인 제2 방향(D2)으로 연장되어 배치되는 복수 개의 위사(20)를 포함하여 구성되는 편조부재(100')로 구성될 수 있다.
상기 복수 개의 경사(10)는 탄소 섬유 번들(11) 및 와이어 번들(12)을 포함할 수 있다. 상기 탄소 섬유 번들(11) 및 상기 와이어 번들(12)은 소정의 비율로 번갈아 배치될 수 있다.
여기서 '번들'이란 다수의 미세 섬유사로 구성되는 섬유 묶음 또는 다발을 의미하는 것으로 탄소 섬유의 경우 몇 천 개의 미세 탄소 섬유사가 하나의 번들을 구성하게 된다.
상기 탄소 섬유 번들(11)과 상기 와이어 번들(12)이 배치되는 개수의 비는 1:n(여기서, n은 8이하의 자연수)일 수 있다. 또는, 상기 와이어 번들의 총 면적은 상기 탄소 섬유 번들의 총 면적의 1배 내지 8배일 수 있다. 상기 탄소 섬유 번들(11)과 상기 와이어 번들(12)이 배치되는 형태에 대해서는 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.
상기 탄소 섬유 번들(11)은 3k 가닥, 6k 가닥 또는 12k 가닥의 탄소 섬유사로 구성될 수 있다. 상기 탄소 섬유사는 신율이 1% 이상인 PAN 계열 탄소 섬유사일 수 있다.
상기 각각의 탄소 섬유사는 제조 과정에서 폴리아미드(Polyamide) 코팅이 수행되어, 탄소 섬유사 간의 들러붙음 또는 엉킴 등을 방지하는 효과가 있다. 폴리아미드 코팅층은 탄소 섬유 표면에 접착성이 좋으며 또 휨성이 양호한 피막을 형성하게 된다.
다른 실시예로서, 상기 탄소 섬유 번들(11)은 금속 도금된 탄소 섬유사로 구성되며, 상기 탄소 섬유사의 금속 도금 재질은 구리, 금, 은, 알루미늄 또는 니켈이나 그 합금 재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 탄소 섬유 번들(11)과 동일한 제1 방향(D1)으로 와이어 번들(12)이 배치될 수 있다. 상기 와이어 번들(12)은 탄소 섬유로만 충분하지 않은 전자파 차폐 성능 향상과 수축 시 별도의 용접 등의 공정을 생략하기 위하여 구비될 수 있다.
상기 와이어 번들(12)을 구성하는 금속 와이어는 CCA(Copper Clad Aluminum) 재질의 와이어가 사용될 수 있다.
CCA(Copper Clad Aluminum) 재질의 와이어는 알루미늄 와이어 외측을 구리층으로 감싸고 용접하여 구리 클래드 층을 형성하고 이를 신선(drawing) 등의 공정을 통해 원하는 크기의 외경을 갖는 와이어로 제조한 것으로서, 내부에 알루미늄 코어와 코어 외측에 구리 클래드층이 구비되어, 구리와 알루미늄의 장점을 두루 갖춘 특징이 있다. CCA 와이어의 제조 방법은 상기 방법으로 한정되는 것은 아니며, 도금 등의 다양한 공정을 고려할 수 있으나, 용접 및 신선 공정을 적용하는 것이 구리 클래드층을 균일하게 형성하는데 유리하다.
상기 알루미늄 와이어는 알루미늄((Al)에 규소(Si), 철(Fe), 구리(Cu), 망간(Mn), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr) 및 아연(Zn)이 혼합된 재질로 형성될 수 있으며, 상기 구리 클래드 층은 순도 99.9% 이상의 무산소동으로 형성될 수 있다.
CCA 재질의 와이어는 구리와 알루미늄의 비율, 예를 들면 부피 비율에 따라 구리 또는 알루미늄의 특성이 강화될 수 있으나, 와이어의 직경, 단일 와이어에 요구되는 전기전도도 또는 구리 클래드층의 용접성 등에 따라 CCA 재질의 와이어의 구리 부피 비율이 결정될 수 있다.
다른 실시예로서, 상기 와이어 번들(12)을 구성하는 금속 와이어는 구리, 금, 은, 알루미늄, 니켈 재질이거나, 구리, 금, 은, 알루미늄 또는 니켈의 합금 재질이거나, 구리, 금, 은, 알루미늄 또는 니켈 도금된 금속 재질일 수 있다.
상기 탄소 섬유 번들(11) 및 상기 와이어 번들(12)은 소정의 비율로 번갈아 배치될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 탄소 섬유 번들(11) 및 상기 와이어 번들(12)이 1:1의 비율로 배치될 수 있다. 예들 들어, 상기 탄소 섬유 번들(11)이 하나 배치되고, 이어서 상기 와이어 번들(12)이 하나 배치되며, 이와 같은 비율의 배치가 반복적으로 이루어질 수 있다.
상기 위사(20)는 상기 제1 방향(D1)과 수직방향인 제2 방향(D2)으로 배치되는 수축 섬유사(21)로 형성될 수 있다. 상기 수축 섬유사(21)는 폴리올레핀(Polyolefine) 계열의 섬유사로 형성될 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 섬유사는 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 재질의 수축 섬유사(21)를 위사(20)로 구성하여 편조 부재(100')의 제2 방향(D2)으로 배치한다.
본 발명에 따른 편조 부재(100') 및 복합소재 셀프랩 차폐 튜브(100)는 제1 방향(D1)으로는 탄소 섬유사로 구성되는 탄소 섬유 번들(11) 및 금속 와이어로 구성되는 와이어 번들(12)과 제2 방향(D2)으로 셀프랩(자기말림) 즉, 열이 가해지면 열수축되는 수축성을 갖는 복수 개의 수지 재질의 수축 섬유사(21)로 구성되는 위사(20)를 편조하여 경량 및 차폐성능을 극대화 하면서, 마감재로서의 편리성을 부여할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합소재 셀프랩 차폐 튜브를 구성하는 편조부재를 나타내는 평면도이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합소재 셀프랩 차폐 튜브(100)는 제1 방향(D1)으로 연장되어 배치되는 복수 개의 경사(10) 및 상기 제1 방향(D1)과 수직한 방향인 제2 방향(D2)으로 연장되어 배치되는 복수 개의 위사(20)를 포함하여 구성되는 편조부재(100')로 구성될 수 있다.
본 실시예에서는 상기 탄소 섬유 번들(11)과 상기 와이어 번들(12)은 탄소 섬유 번들(11) 한 개와 와이어 번들(12) 5 개가 번갈아 배치될 수 있다. 즉, 직조 시 1번 경사가 탄소 섬유 번들(11), 2번 경사가 와이어 번들(12), 3번 경사가 와이어 번들(12), 4번 경사가 와이어 번들(12), 5번 경사가 와이어 번들(12), 6번 경사가 와이어 번들(12)로 구성되며, 이러한 비율의 배열이 반복적으로 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합소재 셀프랩 차폐 튜브를 구성하는 편조부재를 나타내는 평면도이다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합소재 셀프랩 차폐 튜브(100)는 제1 방향(D1)으로 연장되어 배치되는 복수 개의 경사(10) 및 상기 제1 방향(D1)과 수직한 방향인 제2 방향(D2)으로 연장되어 배치되는 복수 개의 위사(20)를 포함하여 구성되는 편조부재(100')로 구성될 수 있다.
본 실시예에서는 상기 탄소 섬유 번들(11)과 상기 와이어 번들(12)은 탄소 섬유 번들(11) 한 개와 와이어 번들(12) 8 개가 번갈아 배치될 수 있다. 즉, 직조 시 1번 경사가 탄소 섬유 번들(11), 2번 경사가 와이어 번들(12), 3번 경사가 와이어 번들(12), 4번 경사가 와이어 번들(12), 5번 경사가 와이어 번들(12), 6번 경사가 와이어 번들(12), 7번 경사가 와이어 번들(12), 8번 경사가 와이어 번들(12), 9번 경사가 와이어 번들(12)로 구성되며, 이러한 비율의 배열이 반복적으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복합소재 셀프랩 차폐 튜브의 탄소 섬유 번들(11)과 와이어 번들(12)이 배치되는 개수의 비는 1:n(여기서, n은 8이하의 자연수)일 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 탄소 섬유번들의 탄소섬유사의 가닥 수에 따라 그 비율이 달라질 수 있다.
예를 들어, 탄소 섬유 번들이 3k 가닥의 탄소 섬유사로 구성되는 경우 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 배치되는 개수의 비는 1:n(여기서, n은 32이하의 자연수)이고, 탄소 섬유 번들이 6k 가닥의 탄소 섬유사로 구성되는 경우 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 배치되는 개수의 비는 1:n(여기서, n은 16이하의 자연수)이고, 탄소 섬유 번들이 12k 가닥의 탄소 섬유사로 구성되는 경우 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 배치되는 개수의 비는 1:n(여기서, n은 8이하의 자연수)일 수 있다. 또는, 상기 와이어 번들의 총 면적은 상기 탄소 섬유 번들의 총 면적의 각각 1배내지 32배, 1배 내지 16배 및 1배 내지 8배 일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합소재 셀프랩 차폐 튜브의 전자파 차폐시험 테스트 결과를 도시한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 탄소 섬유 번들(11) 한 개와 와이어 번들(12) 5 개가 번갈아 배치되어 구성되는 편조부재로 구성되는 복합소재 셀프랩 차폐 튜브의 전자파 차폐시험 테스트 결과가 도시된다.
본 발명에 따른 복합소재 셀프랩 차폐튜브(100)의 경우, 1~10 MHz신호 조건에서 일반적인 차량 전장의 요구되는 차폐율인 40dB에서 추가적으로 안전율이 고려된 차폐율(SE)가 50dB 이상 안정적인 차폐율을 확보할 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 복합소재 셀프랩 차폐튜브(100)는 1 MHz에서 10 MHz의 신호 조건에서 차폐율(dB)이 안전율을 고려하는 경우에도 50dB 이상의 값을 가지며, 더 나아가 고주파 신호 조건인 100 MHz(100,000 KHz) 에서도 일반적인 차량 전장의 요구되는 차폐율인 40dB 이상을 만족함을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합소재 셀프랩 차폐 튜브의 전자파 차폐시험 테스트 결과를 도시한 그래프이다.
도 7을 참조하면, 탄소 섬유 번들(11) 한 개와 와이어 번들(12) 8 개가 번갈아 배치되어 구성되는 편조부재로 구성되는 복합소재 셀프랩 차폐 튜브의 전자파 차폐시험 테스트 결과가 도시된다.
본 발명에 따른 복합소재 셀프랩 차폐튜브(100)의 경우, 1~10 MHz신호 조건에서 일반적인 차량 전장의 요구되는 차폐율인 40dB에서 추가적으로 안전율이 고려된 차폐율(SE)가 50dB 이상 안정적인 차폐율을 확보할 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 복합소재 셀프랩 차폐튜브(100)는 1 MHz에서 10 MHz의 신호 조건에서 차폐율(dB)이 안전율을 고려하는 경우에도 50dB 이상의 값을 가지며, 더 나아가 고주파 신호 조건인 100 MHz(100,000 KHz) 에서도 일반적인 차량 전장의 요구되는 차폐율인 40dB 이상을 만족함을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합소재 셀프랩 차폐 튜브를 나타내는 단면도이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀프랩 차폐 튜브를 구성하는 편조부재를 나타내는 평면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀프랩 차폐 튜브를 구성하는 편조부재는 제1 중첩부(OA1), 제2 중첩부(OA2) 및 비 중첩부(NA)를 포함할 수 있다.
셀프랩 차폐 튜브를 구성하는 편조부재가 원통형으로 감겼을 때, 감긴 편조부재의 원주 방향으로 상기 편조부재의 단부가 중첩되는 중첩부가 형성될 수 있다. 상기 중첩부는 제1 단부에 형성되는 제1 중첩부(OA1) 및 상기 제1 단부의 반대편인 제2 단부에 형성되는 제2 중첩부(OA2)를 포함할 수 있다. 상기 제1 중첩부(OA1) 및 상기 제2 중첩부(OA2) 사이에는 비 중첩부(NA)가 배치될 수 있다.
상기 제1 중첩부(OA1) 및 상기 제2 중첩부(OA2)의 면적은 각각 상기 편조부재의 상기 제2 방향의 면적의 1/8 내지 1/3일 수 있다. 도 8의 경우, 상기 제1 중첩부(OA1) 및 상기 제2 중첩부(OA2)의 면적은 각각 상기 제2 방향의 면적의 1/3일 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀프랩 차폐 튜브를 구성하는 편조부재를 나타내는 평면도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 다른 셀프랩 차폐 튜브를 구성하는 편조부재는 중첩부와 비 중첩부를 포함할 수 있다. 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 배치되는 개수의 비는 중첩부와 비 중첩부에서 다르게 형성될 수 있다.
상기 비 중첩부의 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 배치되는 개수의 비는 1:n(여기서, n은 8이하의 자연수)이고, 상기 비 중첩부의 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 1:n의 비율로 m회 반복되어 배치되는 경우, 상기 제1 중첩부 및 상기 제2 중첩부의 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 배치되는 개수의 비는 (n+2):n이며, 상기 제1 중첩부 및 상기 제2 중첩부는 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 (n+2):n의 비율로 m/2회 반복되어 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 10과 같이 상기 비 중첩부(NA)의 상기 탄소 섬유 번들(11)과 상기 와이어 번들(12)이 배치되는 개수의 비는 1:5이고, 1:5의 비율로 2회 반복되어 배치되는 경우, 제1 중첩부(OA1) 및 제2 중첩부(OA2)의 탄소 섬유 번들(11)과 상기 와이어 번들(12)이 배치되는 개수의 비는 7:5이며, 상기 제1 중첩부(OA1) 및 상기 제2 중첩부(OA2)는 상기 탄소 섬유 번들(11)과 상기 와이어 번들(12)이 7:5의 비율로 1회 반복되어 배치될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1 중첩부 및 상기 제2 중첩부에서 상기 와이어 번들의 총 면적은 상기 탄소 섬유 번들의 총 면적의 1/3 내지 4/5일 수 있다.
본 실시예에서, 중첩부(OA1, OA2)에 배치되는 와이어 번들(12)의 개수와 비 중첩부(NA)에 배치되는 와이어 번들(12)의 개수는 동일하게 형성될 수 있다. 따라서, 양호한 전자파 차폐성능을 확보하고 무게를 최소화할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀프랩 차폐 튜브를 구성하는 편조부재를 나타내는 평면도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 다른 셀프랩 차폐 튜브를 구성하는 편조부재는 중첩부와 비 중첩부를 포함할 수 있다. 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 배치되는 개수의 비는 중첩부와 비 중첩부에서 다르게 형성될 수 있다.
상기 비 중첩부(NA)의 상기 탄소 섬유 번들(11)과 상기 와이어 번들(12)이 배치되는 개수의 비는 1:n(여기서, n은 8이하의 자연수)이고, 상기 제1 중첩부(OA1)의 상기 탄소 섬유 번들(11)과 상기 와이어 번들(12)이 배치되는 개수의 비는 1:n(여기서, n은 8이하의 자연수)이고, 상기 제2 중첩부(OA2)의 상기 탄소 섬유 번들(11)과 상기 와이어 번들(12)이 배치되는 개수의 비는 n:1(여기서, n은 8이하의 자연수)일 수 있다.
예를 들어, 도 11과 같이 상기 비 중첩부(NA)의 상기 탄소 섬유 번들(11)과 상기 와이어 번들(12)이 배치되는 개수의 비는 1:5이고, 1:5의 비율로 2회 반복되어 배치되는 경우, 상기 제1 중첩부(OA1)의 상기 탄소 섬유 번들(11)과 상기 와이어 번들(12)이 배치되는 개수의 비는 1:5이고, 1:5의 비율로 2회 반복되어 배치되고, 상기 제2 중첩부(OA2)의 상기 탄소 섬유 번들(11)과 상기 와이어 번들(12)이 배치되는 개수의 비는 5:1이고, 5:1의 비율로 2회 반복되어 배치될 수 있다.
본 실시예에서, 제1 중첩부(OA1)와 비 중첩부(NA)의 상기 탄소 섬유 번들(11)과 상기 와이어 번들(12)이 배치되는 개수의 비는 동일하고 제2 중첩부(OA2)의 상기 탄소 섬유 번들(11)과 상기 와이어 번들(12)이 배치되는 개수의 비는 탄소섬유의 비율이 높게 형성될 수 있다.
또한, 다른 실시예로서, 상기 제2 중첩부(OA2)에 배치되는 탄소 섬유 번들(11)은 비전도성 소재로 대체될 수 있다. 예를 들어, 아라미드 또는 폴리에스테르 등으로 형성되는 멀티 필라멘트 소재가 상기 탄소 섬유 번들(11) 대신에 이용될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 상기 제1 중첩부(OA1)와 상기 제2 중첩부(OA2)가 동일한 면적으로 형성되는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제2 중첩부(OA2)는 상기 제1 중첩부(OA1)보다 적은 면적으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 중첩부(OA1)에 상기 탄소 섬유 번들(11)과 상기 와이어 번들(12)이 배치되는 개수의 비는 1:5이고, 1:5의 비율로 2회 반복되어 배치되고, 상기 제2 중첩부(OA2)의 상기 탄소 섬유 번들(11)과 상기 와이어 번들(12)이 배치되는 개수의 비는 5:1의 비율로 1회 배치되고, 4:1 이하의 비율로 1회 배치될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1 중첩부(OA1)와 상기 비 중첩부(NA)는 적정 수의 와이어 번들이 배치되어 양호한 전자파 차폐성능을 확보할 수 있으며, 상기 제2 중첩부(OA2)는 중첩 시 외부에 배치되는 부분으로서 탄소 섬유 번들의 수를 와이어 번들의 수보다 많게 배치하여 케이블 차폐 작업의 작업성을 향상 시키고 무게를 줄일 수 있다. 또한, 다른 실시예로서 탄소 섬유 번들 대신 비전도성 소재를 사용하여 제조 비용을 감소시킬 수도 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의 기술자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (18)

  1. 제1 방향으로 연장되어 배치되는 복수 개의 탄소 섬유 번들;
    상기 탄소 섬유 번들과 평행한 상기 제1 방향으로 연장되어 번갈아 배치되며, 금속 와이어로 구성되는 복수 개의 와이어 번들; 및
    상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장되어 배치되는 복수 개의 위사를 포함하고,
    상기 탄소 섬유 번들, 상기 와이어 번들 및 상기 위사를 편조하여 구성되는 편조부재를 원통형으로 감아 형성되는 복합소재 셀프랩 차폐 튜브.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 배치되는 개수의 비는 1:n(여기서, n은 8이하의 자연수)인 것을 특징으로 하는 복합소재 셀프랩 차폐 튜브.
  3. 제1항에 있어서, 상기 와이어 번들의 총 면적은 상기 탄소 섬유 번들의 총 면적의 1배 내지 8배인 것을 특징으로 하는 복합소재 셀프랩 차폐 튜브.
  4. 제1항에 있어서, 상기 탄소 섬유 번들은 3k 가닥, 6k 가닥 또는 12k 가닥의 탄소 섬유사로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합소재 셀프랩 차폐 튜브.
  5. 제4항에 있어서, 상기 탄소 섬유 번들을 구성하는 탄소 섬유사는 폴리 아미드 코팅되는 것을 특징으로 하는 복합소재 셀프랩 차폐 튜브.
  6. 제1항에 있어서, 상기 와이어 번들을 구성하는 금속 와이어는 CCA(Copper Clad Aluminum) 재질인 것을 특징으로 하는 복합소재 셀프랩 차폐 튜브.
  7. 제6항에 있어서, 상기 와이어 번들을 구성하는 금속 와이어는 알루미늄((Al)에 규소(Si), 철(Fe), 구리(Cu), 망간(Mn), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr) 및 아연(Zn)이 혼합된 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합소재 셀프랩 차폐 튜브.
  8. 제1항에 있어서, 상기 복합소재 셀프랩 차폐 튜브는 100 MHz의 신호 조건에서 차폐율(dB)이 40dB 이상의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 복합소재 셀프랩 차폐 튜브.
  9. 제1항에 있어서, 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 배치되는 개수의 비는 1:n(여기서, n은 32이하의 자연수)이고,
    상기 탄소 섬유 번들은 3k 가닥의 탄소 섬유사로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합소재 셀프랩 차폐 튜브.
  10. 제1항에 있어서, 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 배치되는 개수의 비는 1:n(여기서, n은 16이하의 자연수)이고,
    상기 탄소 섬유 번들은 6k 가닥의 탄소 섬유사로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합소재 셀프랩 차폐 튜브.
  11. 제1항에 있어서, 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 배치되는 개수의 비는 1:n(여기서, n은 8이하의 자연수)이고,
    상기 탄소 섬유 번들은 12k 가닥의 탄소 섬유사로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합소재 셀프랩 차폐 튜브.
  12. 제1항에 있어서, 상기 편조부재가 원통형으로 감겼을 때, 원통형으로 감긴 편조부재의 원주 방향으로 상기 편조부재의 단부가 중첩되는 중첩부가 형성되는 것을 특징으로 하는 복합소재 셀프랩 차폐 튜브.
  13. 제12항에 있어서, 상기 중첩부는,
    제1 단부에 형성되는 제1 중첩부; 및
    상기 제1 단부의 반대편인 제2 단부에 형성되는 제2 중첩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재 셀프랩 차폐 튜브.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 중첩부 및 상기 제2 중첩부의 면적은 각각 상기 편조부재의 상기 제2 방향의 면적의 1/8 내지 1/3인 것을 특징으로 하는 복합소재 셀프랩 차폐 튜브.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제1 중첩부 및 상기 제2 중첩부에서 상기 와이어 번들의 총 면적은 상기 탄소 섬유 번들의 총 면적의 1/3 내지 4/5인 것을 특징으로 하는 복합소재 셀프랩 차폐 튜브.
  16. 제13항에 있어서, 상기 편조부재는 상기 제1 중첩부 및 상기 제2 중첩부 사이에 배치되는 비 중첩부를 포함하고,
    상기 비 중첩부의 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 배치되는 개수의 비는 1:n(여기서, n은 8이하의 자연수)이고,
    상기 비 중첩부의 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 1:n의 비율로 m회 반복되어 배치되는 경우,
    상기 제1 중첩부 및 상기 제2 중첩부의 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 배치되는 개수의 비는 (n+2):n이며, 상기 제1 중첩부 및 상기 제2 중첩부는 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 (n+2):n의 비율로 m/2회 반복되어 배치되는 것을 특징으로 하는 복합소재 셀프랩 차폐 튜브.
  17. 제13항에 있어서, 상기 편조부재는 상기 제1 중첩부 및 상기 제2 중첩부 사이에 배치되는 비 중첩부를 포함하고,
    상기 비 중첩부의 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 배치되는 개수의 비는 1:n(여기서, n은 8이하의 자연수)이고,
    상기 제1 중첩부의 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 배치되는 개수의 비는 1:n(여기서, n은 8이하의 자연수)이고,
    상기 제2 중첩부의 상기 탄소 섬유 번들과 상기 와이어 번들이 배치되는 개수의 비는 n:1(여기서, n은 8이하의 자연수)인 것을 특징으로 하는 복합소재 셀프랩 차폐 튜브.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 복합소재 셀프랩 차폐 튜브에 의해 감싸여진 케이블.
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