KR101337959B1 - 전자파차폐용 복합재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자파차폐용 복합재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자부품에서 발생하는 전자파를 효과적으로 차폐하기 위한 전자파차폐용 복합재에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 전자파 차폐를 위한 전자파차폐층; 상기 전자파차폐층 하부에 적층되고, 전자파 흡수시 발생한 열을 방출하기 위한 열전도층;을 포함하는 다층구조로 구성되며, 상기 전자파차폐층은 열가소성 플라스틱 수지에 자성소재와 탄소계 전도성 재료를 첨가한 재료로 된 것을 특징으로 하는 전자파차폐용 복합재를 제공한다.

Description

전자파차폐용 복합재 {Composite for shielding electromagnetic wave}

본 발명은 전자파차폐용 복합재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자부품에서 발생하는 전자파를 효과적으로 차폐하기 위한 전자파차폐용 복합재에 관한 것이다.

최근 자동차에 전자장치가 확대 설치되고 모바일 디스플레이가 급속히 보급됨에 따라 많은 전자부품들의 경량화 및 다양한 디자인에 대한 수요가 증가되고 있으며, 이에 부응하기 위해 플라스틱 부품으로의 변화가 지속적으로 요구되고 있다.

플라스틱은 가볍고 다양한 형태로의 디자인이 용이한 이점을 가지나, 금속이 가진 전도성을 띄지 못하기 때문에 전자파 차폐를 위한 전자부품의 케이스 소재로 사용이 불가능하다.

또한 대부분의 플라스틱은 본질적으로 전기 절연체이므로, 전자파는 플라스틱에 어떠한 손실도 주지 않고 쉽게 통과하게 된다. 이러한 특성은 플라스틱이 컴퓨터, 휴대용 전화 등의 전자장치의 케이스로 사용될 때 큰 문제를 야기할 수 있다. 　

이러한 플라스틱 소재의 문제점을 해결하기 위해, 전도성이 우수한 필러를 플라스틱에 첨가하여 복합재를 제조하는 방법으로 연구가 진행되고 있다.

종래기술에 따른 플라스틱 복합재의 전자파차폐 방법으로는 실리콘 고무, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 에폭시 수지 등의 플라스틱에 전기전도성이 우수한 금속분말, 또는 탄소섬유 등을 부피비 30% 이상 분산시키는 방법이 사용된바 있다. 이때 금속분말로는 은분 또는 은으로 코팅된 구리 등이 전기전도 특성이 우수한 것으로 알려져 있으며, 이러한 은분을 부피비 30% 정도의 함량으로 플라스틱에 분산시켰을 경우 0.01Ω/cm 이하의 체적저항을 얻을 수 있고 약 50dB정도의 차폐효과를 얻을 수 있다.

최근에 더욱 엄격해지고 있는 전자파 차폐 장해 규격을 만족하기 위해 더욱 낮은 체적저항과 높은 차폐효과가 요구되고 있으며, 이를 위해서는 더욱 많은 금속분말을 플라스틱에 분산시켜야 한다.

그러나 다량의 금속분말을 플라스틱에 분산시키는 경우, 전기전도도의 향상으로 전자파차폐 효과를 높일 수 있으나 충격강도를 비롯한 기계적 물성의 저하를 초래하여 차폐재로서의 응용에 많은 제한이 따르게 된다. 결국, 가격이 저렴하고 무게가 가벼우면서도 고강도여야 하고, 또한 제조 및 가공이 용이하며 어떠한 사용환경하에서도 견딜 수 있는 전자파차폐 재료를 개발하는 것은 새로운 전자장치의 개발만큼이나 중요하게 되었다.

전자파는 전기파와 자기파가 서로 수직으로 함께 공존해 있는 파장으로 전기장의 차폐를 위해서는 고유전율 재료를 가진 전도성이 우수한 물질이 필요하고 자기장의 차폐를 위해서는 고투자율의 금속이 유용하다.

따라서, 전자파 차폐를 위해서는 한가지 재료만으로 어려우며 두 가지 이상이 하이브리드화 된 소재가 요구되고, 이들 소재가 가진 특성이 잘 발현될 수 있도록 구조화하는 방법이 동시에 필요하다.

금속에서 전자파는 대부분 반사에 의해서 차폐된다. 즉 공기를 통해 전달된 전자파는 금속표면에 닿으면 도체 내에 전자유도에 의해 와전류가 생기고 이것이 전자파를 반사하게 되며, 이렇게 반사된 전자파는 또 다른 부품에 영향을 주게 되므로 2차적인 전자파 피해가 발생할 수 있다.

한편, 전도성 필러를 포함하는 플라스틱에서 전자파가 차폐되는 원리는 전자파가 공기를 통해 전달되어 오다가 다른 매질 표면과 만나면서 일부 반사되고 나머지는 투과하는데, 이때 플라스틱 매질 내부에서 전도성 나노물질을 만나면 다중 반사가 일어나거나 흡수가 일어나서 약하게 변하거나 전자파가 소멸되어 일부만이 통과되는 메커니즘으로 설명된다. 즉 플라스틱 복합재에서 내부 필러에 의해 많은 부분의 전자파가 다중 반사되거나 흡수되어 소멸되는 것이다. 이렇게 흡수된 전자파는 전자를 진동시켜 전자의 흐름을 만들게 되는데, 이때 전류가 발생하게 된다. 보통 전자의 움직임은 열에너지로 발산되어 지속적인 전기장의 흡수가 가능하도록 하는데, 열에너지로 발산되지 못하거나 제거속도가 느린 경우 시간이 지나면서 차폐효과가 떨어질 수 있다. 따라서 열에너지를 제거해주는 것이 차폐성능을 높이는 결과를 낳게 된다. 즉 전자파를 차폐할 수 있는 소재와 열전도성 물질을 사용하여 복합재를 만들어 전자파의 흡수에 의한 열을 쉽게 제거하도록 함으로써 전자파차폐 성능을 높일 수 있다.

일반적으로 전자부품 케이스는 대부분 전자기판에 있는 전자부품에 의해 발생되는 전자파나 열이 케이스 내부로 퍼져나가게 되는데, 이때 금속케이스에 닿은 전자파는 다시 전자부품 쪽으로 반사된다. 따라서 전자파를 차폐하기 위해서는 기판을 덮고 있는 케이스의 표면에 전자파를 흡수하는 물질을 구비하여 2차적인 반사가 일어나지 않도록 하고 전자파의 흡수로 인해 발생되는 열을 외부로 전달하도록 하는 것이 중요하다. 또한 전자부품의 연속 작동으로 발생되는 열도 케이스의 표면에서 흡수되도록 하여 바깥으로 방출되게 설계하는 것이 바람직하다. 특히 운전중에 많은 열이 발생되는 인버터 등은 아랫부분에 히트싱크를 부착하여 방열을 유도하고 있는데, 현재 그리스나 접착제를 사용하여 기판과 히트싱크 사이의 접촉부분의 열전도성을 높이는 방법을 채택하고 있다. 그러나, 이러한 기술은 전자파차폐에 대한 부분을 고려하지 않고 있어 실제 전자부품에서 아래 방향으로 나오는 전자파는 히트싱크에서 다시 반사되는 문제가 생기는데, 여기에도 전자파를 흡수하는 소재와 열전도소재가 동시에 적용되는 것이 필요하다.

그러나, 현재 전자파차폐 관련 기술로는 전도성이 높은 소재를 단독으로 사용하는 경우가 대부분이다.

한편 차폐성능과 방열성능을 동시에 가지는 소재에 대한 내용을 언급하고 있는 미국특허 2006/0099403에서는 차폐소재로 알루미늄, 철, 은, 마그네틱 등을 채택하고 열전도성 소재로는 금속이나 세라믹 분말을 채택하여 단일층 내에서 혼합하여 복합재를 제조하는 방법을 제시하고 있다. 그러나 그에 따른 구형입자의 전자파 소재가 플라스틱 내부에 고르게 분산되지 않아 전자파의 패스 경로를 통과하게 되는 전자파가 차폐소재를 거치지 않고 플라스틱을 투과할 우려가 있다.

본 발명은 상기와 같은 점들을 개선하기 위해 고안한 것으로서, 전자파를 흡수하는 물질을 포함하는 전자파차폐소재로 된 층과 열전도 성능이 뛰어난 물질을 포함하는 열전도소재로 된 층을 적층 결합하여 된 다층구조로 구성되어 전자파차폐성능과 방열성능을 동시에 가지게 되며 이에 전자부품에서 발생한 전자파를 흡수하는 동시에 흡수된 전자파에 의해 생성된 열이 외부로 방열되게 한 전자파차폐용 복합재를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전자파 차폐를 위한 전자파차폐층; 상기 전자파차폐층 하부에 적층되고, 전자파 흡수시 발생한 열을 방출하기 위한 열전도층;을 포함하는 다층구조로 구성되며, 상기 전자파차폐층은 열가소성 플라스틱 수지에 자성소재와 탄소계 전도성 재료(예컨대, 탄소나노튜브)를 첨가한 재료로 된 것을 특징으로 하는 전자파차폐용 복합재를 제공한다.

바람직하게, 상기 열전도층은 열가소성 플라스틱 수지에 그래핀 나노플레이트를 첨가한 재료로 된 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게, 상기 전자파차폐층은 열가소성 플라스틱 수지 100 중량부에 대하여 자성소재 5~40 중량부와 탄소계 전도성 재료 0.1~20.0 중량부를 첨가한 재료로 된 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게, 상기 열전도층은 열가소성 플라스틱 수지 100 중량부에 대하여 그래핀 나노플레이트 0.1~20.0 중량부를 첨가한 재료로 이루어진다.

아울러, 상기 전자파차폐층은 10~300㎛의 두께를 가지는 필름 형태로 구성되며, 상기 열전도층은 0.5~5.0mm의 두께로 구성된다.

이에 본 발명에 따른 전자파차폐용 복합재는 전자파 흡수 및 차폐 성능이 뛰어난 자성소재와 전도성 나노소재(탄소나노튜브)를 포함하는 상부층과 열전도성이 뛰어난 그래핀 나노플레이트를 포함하는 하부층으로 된 다층구조에 의하여, 전자부품에서 발생한 전자파를 흡수/차폐하는 동시에 전자파 흡수시 발생된 열을 하부층에 의해 방열시켜 발생한 열을 축적하지 않고 제거하여 지속적인 차폐효과를 유지하며, 이로써 상부층이 연속적인 전자파의 흡수 성능을 유지할 수 있게 하여 전자파 차폐 성능을 향상할 수 있다.

이에 본 발명의 전자파차폐용 복합재는 자동차의 전자부품, 휴대폰, 디스플레이 기기와 같이 전자파차폐 및 방열 성능이 필요한 응용 분야에 다양하게 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전자파차폐용 복합재의 단면구조를 나타낸 구성도
도 2는 본 발명에 따른 전자파차폐용 복합재와 종래기술에 따른 전자파차폐용 소재의 전자파차폐성능을 측정한 결과를 나타낸 그래프

본 발명에서는 전자파 차폐 효율을 높이기 위해, 단일층 내에 소재들이 혼합되어 있는 단층구조의 복합재가 아닌, 전자파 차폐를 위한 층과 상기 층에서 전자파 흡수시 발생한 열을 외부로 방출하기 위한 층으로 이루어진 다층구조의 복합재에 대해 설명하도록 한다.

전자파흡수 소재와 열전도 소재를 동시에 사용하여 복합재를 제조함에 있어 단층구조의 복합재보다 다층구조로 된 복합재로 구성함이 더 바람직하다.

이에, 본 발명에 따른 전자파차폐용 복합재는 전자파 차폐를 위한 소재가 함유되어 있는 층과 상기 층에서 전자파 흡수시 흡수된 전자파가 열로 변환되어 발생한 열을 외부로 전달하여 방출하기 위한 열전도 소재가 함유되어 있는 층으로 된 다층구조로 구성됨에 특징이 있다.

전자파 흡수의 경우 소재 두께방향의 네트워크를 형성하는 것도 중요하나 표면에서 소재 간에 조밀한 네트워크를 형성하는 것이 차폐효과가 더 뛰어난데, 다양한 파장을 가지는 전자파는 전도성 물질이 조밀하게 연결되어 있으면 걸러져서 통과하지 못하나, 전도성 물질이라도 조밀하지 않고 성글게 연결되어 있으면 전자파 중 단파장의 일부가 걸러지지 않고 전도성 물질을 통과하게 된다.

그리고, 일반적으로 사용되는 금속소재는 격자구조를 이루고 있어서 조밀한 전자구름을 형성하여 들어오는 전자파를 차폐할 수 있으나, 매트릭스 구조를 가지는 플라스틱소재의 경우 전자파를 차단하지 못하고 통과시키게 되는데 첨가되어 있는 차폐용 필러가 조밀한 네트워크를 구성할수록 전자파의 차폐율이 높아지므로 상대적으로 차폐용 필러 간 간격이 넓고 일정치 이상의 두께를 갖는 복합재보다 차폐용 필러 간 밀도가 높은 얇은 필름 형태의 복합재로 제조되어 사용되는 것이 바람직하다.

이에 본 발명에서는 전자파의 차폐를 위한 층이 필름의 형태로 제조되어 첨가된 차폐소재가 고농도로 압축된 형상을 갖도록 하고, 또한 전자부품에서 방출되는 전자파를 흡수하기 위해 전자파차폐소재인 자성소재의 높은 표면분포밀도가 요구되므로 이를 위해 내부 대비 표면 측에 자성소재의 함량비를 높이도록 한다.

따라서, 본 발명에 따른 전자파차폐용 복합재의 전자파차폐층은 전자파 흡수 및 차폐 성능이 우수한 자성소재를 탄소나노튜브(탄소계 전도성 재료)를 첨가한 재료와 혼합하여 필름 형태로 제조된다.

여기서, 자성소재는 전자파를 받으면 자체 극성과 전자파의 극성으로 인해 분자의 회전, 및 병진 운동량이 많아지면서 에너지를 흡수하는 특징이 있다.

이에 본 발명에 따른 전자파차폐용 복합재의 열전도층은 전자파의 차폐로 인해 생성된 열을 흡수하기 위한 층으로, 열전도 특성이 우수한 그래핀 나노플레이트를 첨가한 재료를 사용하여 제조된다. 상기 그래핀 나노플레이트는 그래핀(graphene)이 두께방향으로 4~7겹으로 겹쳐진 형태로서 나노 두께의 판상 구조를 가지며, 이에 모든 파장의 전자파를 흡수할 수 있고, 아울러 200~300W/mK의 열전도값을 가지는 우수한 열전달 물질이다.

이하, 본 발명의 전자파차폐용 복합재에 대해 더욱 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전자파차폐용 복합재(10)는 전자파 흡수 성능이 우수한 자성소재를 포함하는 일종의 전도성 필름인 전자파차폐층(11)과 열전도성이 우수한 그래핀 나노플레이트를 포함하는 열전도층(12)을 포함하여 구성되며, 전자파차폐층(11)과 열전도층(12)을 각각 단독으로 제조한 다음 이들을 적층한 다층구조로 구성된다.

이러한 본 발명의 전자파차폐용 복합재(10)는 전자부품에서 발생된 전자파가 전자파차폐층(11)을 통과하면서 흡수되고 흡수된 전자파에 의해 생성된 열이 열전도층(12)을 통해 쉽게 방열됨으로써 전자파 흡수시 전자파차폐층(11)에서 발생된 열이 축적되지 않고 제거되어 지속적인 차폐효과를 유지할 수 있게 함과 동시에 전자부품의 장시간 사용 중 발생할 수 있는 열을 제거함으로써 전자파와 열로 인한 전자부품의 성능 저하를 방지할 수 있다.

먼저, 상기 전자파차폐층(11)은 전자부품에서 발생하는 전자파를 차폐하기 위한 복합재의 상부층으로 구성되며, 매트릭스 수지인 열가소성 플라스틱 수지에 자성소재와 탄소나노튜브(전도성 나노소재)를 첨가하여 분산시킨 재료로 이루어진다.

상기 자성소재로는 투자율이 우수한 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 등의 금속계 혹은 금속을 포함한 화합물로서 금속계 화합물이 분말 형태로 사용되며, 하나의 금속계 재료 혹은 금소계 화합물이 단독으로 사용되거나 또는 둘 이상의 금속계 재료 및/또는 금속계 화합물이 혼합되어 사용될 수 있다.

일반적으로 금속 중 철(Fe)이 가장 높은 투자율을 가지므로 자성소재의 주소재로 철(Fe)이 사용될 수 있다.

예컨대, 전자파차폐층은 상기의 금소계 화합물 중 하나인 Fe(CO)를 첨가한 열가소성 플라스틱 수지를 사용하여 필름 형태로 마련될 수 있다.

여기서, 상기 자성소재는 열가소성 플라스틱 수지 100 중량부에 대하여 5~40 중량부로 첨가되어 사용된다.

자성소재가 5 중량부 미만으로 첨가되면 매트릭스 수지에 자성소재가 충분히 분산되지 못하고, 자성소재가 40 중량부를 초과하여 첨가되면 전자파차폐층의 물성을 저하시키게 되어 바람직하지 못하다.

그리고, 상기 탄소나노튜브는 열가소성 플라스틱 수지 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 20.0 중량부로 첨가된다.

탄소나노튜브가 0.1 중량부 미만으로 첨가되면 탄소나노튜브의 첨가에 따른 전자파차폐층의 차폐특성 향상을 기대하기 어려우며, 탄소나노튜브가 20 중량부를 초과하여 첨가되면 첨가된 탄소나노튜브의 양이 과다하여 전자파차폐층을 필름 형태로 성형하기 어렵게 된다.

앞서 언급한 바와 같이, 상기 전자파차폐층(11)은 자성소재가 고농도로 압축되어 높은 표면분포밀도를 가지도록 하기 위하여 필름 형태로 마련되며, 구체적으로 10~300㎛의 두께를 가지는 필름 형태로 성형된다.

전자파차폐층이 10㎛ 미만의 두께를 가지는 경우 열전도층과의 압축 성형시 변형이 일어나 추후 전자파차폐층으로서 고른 형태를 유지하기 어렵고, 전자파차폐층이 300㎛를 초과하는 두께를 가지는 경우 열전도층 부착시 안정성과 두께방향에 대한 차폐효율 측면에서 바람직하지 못하다.

상기 전자파차폐층(11)의 매트릭스 수지로는 열가소성 플라스틱 수지가 사용되며, 구체적으로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스틸렌, 폴리알킬렌테레프탈레이트, 폴리아미드 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리이미드 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상으로 된 혼합물을 사용할 수 있다.

바람직하게, 상기 열가소성 플라스틱 수지로는 결정성 열가소성 수지가 사용될 수 있다. 결정성 열가소성 수지는 그의 결정화 시 플라스틱의 결정영역을 차지하여 차폐용 필러 즉, 자성소재 및/또는 탄소나노튜브가 그 바깥쪽(혹은 표면쪽)으로 밀려나게 하는 특성이 있어 전도성 경로(pass)를 비결정성 수지보다 잘 형성하는 장점이 있다.

이러한 전자파차폐층(11)은 T-Die 공법을 이용하여 성형되며, 예를 들어 폴리프로필렌 무연신(casting polypropylene) 필름으로 제조될 수 있다.

바람직하게, 상기 전자파차폐층(11)은 그 표면을 사선의 줄무늬 혹은 격자 무늬 등으로 패턴화하여 제조될 수 있으며, 패턴화를 통해 열전도특성이 있는 열전도층과의 압축 성형시 보다 안정성 있게 부착될 수 있다.

한편, 상기 열전도층(12)은 전자부품에서 발생하는 전자파를 차폐하기 위한 복합재의 하부층으로 구성되며, 전자파차폐층(11)의 전자파 흡수시 발생하는 열을 외부로 방출하기 위하여, 매트릭스 수지인 열가소성 플라스틱 수지에 열전도 성능이 우수한 그래핀 나노플레이트를 첨가하여 분산시킨 재료로 이루어진다.

상기 열전도층(12)의 열가소성 플라스틱 수지로는 앞서 언급한 전자파차폐층(11)의 열가소성 플라스틱 수지와 동일한 수지를 선택하여 사용한다.

상기 그래핀 나노플레이트는 그래핀이 두께방향으로 4~7층으로 적층된 판상의 구조를 가지는 물질로서 열전도 성능이 우수함은 물론 모든 파장의 전자파를 흡수할 수 있는 성능을 가지며, 두께가 10~100㎚, 길이가 5~50㎛인 것이 사용된다.

그래핀 나노플레이트의 두께가 10㎚ 미만이면 그래핀 나노플레이트 분말에서 그러한 두께로 분리하기 위한 공정비용이 많이 들게 되고, 두께가 100㎚를 초과하면 열전도 특성의 증가없이 단순히 첨가되는 무게비를 증가시키게 되어 바람직하지 못하다.

이러한 그래핀 나노플레이트는 매트릭스 수지인 열가소성 플라스틱 수지 100 중량부에 대하여 0.1~20.0 중량부로 첨가된다.

그래핀 나노플레이트가 0.1 중량부 미만으로 첨가되면 열가소성 플라스틱 수지 내에 분산된 그래핀 나노플레이트 간에 충분한 네트워크가 형성되기 어렵고, 20 중량부를 초과하여 첨가되면 열전도층의 사출 성형이 곤란하여 바람직하지 못하다.

상기 그래핀 나노플레이트와 열가소성 플라스틱 수지는 180~300℃의 온도에서 용융혼합된다. 용융혼합 온도가 180℃ 미만이면 매트릭스 수지가 충분히 용융되지 않아 필러(그래핀 나노플레이트)가 매트릭스 수지 내에 균일하게 섞이지 않을 수 있고, 용융혼합 온도가 300℃를 초과하면 매트릭스 수지의 플라스틱 사슬절단이 가속화되어 열전도층의 기계적 물성이 저하되므로 바람직하지 못하다.

이에 따라 제조되는 열전도층(12)은 0.5~5.0mm의 두께를 가지도록 성형된다. 열전도층이 0.5mm 미만의 두께를 가지게 되면 전자부품의 케이스로서 내구성을 유지하기 어렵고, 5.0mm 를 초과하는 두께를 가지게 되면 전자파차폐층과의 결합시 형성된 전체 두께(전자파차폐용 복합재의 전체 두께)가 너무 두꺼워져 플라스틱 재료의 적용에 의한 경량화 효과가 감소되어 바람직하지 못하다.

아울러, 본 발명에 따른 전자파차폐용 복합재는 산화방지제, 착색제, 이형제, 윤활제, 광 안정제와 같은 다양한 첨가제를 추가로 함유할 수 있으며, 이들 첨가제의 사용량은 원하는 최종 용도 및 특성을 포함한 다양한 요인에 따라 적절히 조정되어 적용될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 전자파차폐용 복합재(10)는 전자부품에서 발생한 전자파를 효과적으로 차폐하기 위한 다층구조의 플라스틱 복합재로서, 전자파 흡수 성능이 우수한 전자파차폐층(11)과 전자파차폐층의 전자파 흡수시 발생하는 열을 외부로 방출하기 위한 열전도층(12)으로 적층 구성되고, 예컨대 전자부품 케이스의 전자파 차폐성능을 향상하기 위하여 사용될 수 있으며, 이 경우 전자파차폐층(11)이 전자부품을 감싸고 있는 케이스의 내층을 형성하게 되고 열전도층(12)이 상기 케이스의 외층을 형성하게 된다.

이러한 본 발명의 전자파차폐용 복합재(10)는 전자부품에서 방출되는 전자파를 전자파차폐층(11)에서 1차로 흡수하고, 전자파 흡수시 발생한 열을 열전도층(12)에서 2차로 방열시킴으로 전자파차폐 효율을 향상시킬 수 있으며, 전자파차폐 성능과 열전도 성능을 모두 가지고 있어 전자부품에 적용할 경우 전자파차폐와 방열 효과를 동시에 나타낼 수 있으므로 자동차 전장부품의 케이스, 핸드폰, 디스플레이 등에 다양하게 적용될 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 하나, 하기의 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시예 : 이층구조의 전자파차폐용 복합재 제조

전자파차폐를 위한 전자파차폐 필름 제조

Fe(CO) 분말과 탄소나노튜브 분말을 건조시킨 후 5:1의 무게비로 혼합하여 폴리프로필렌에 첨가한 다음 용융하여 연신하지 않고 T-Die 공법으로 두께 100㎛의 전도성 필름(즉, 전자파차폐 필름)을 제조하였다.

이때, 전도성 필름이 전체적으로 18 중량% 의 필러를 함유하도록 제조하였으며, 제조한 필름을 크기 120*120mm로 잘라서 전자파차폐 필름을 마련하였다.

방열을 위한 열전도 필름 제조

폴리프로필렌 100 중량부에 그래핀 나노플레이트(평균두께 40nm, 평균길이 20㎛) 10 중량부를 첨가한 후, 하케 압출기(Haake Extruder) 및 믹서를 이용하여 용융온도 230℃에서 100rpm으로 균일하게 혼합한 다음, 이렇게 얻어진 팰렛 타입의 컴파운딩 소재를 사출하여 두께 1.5mm 크기 100x100mm의 열전도 필름을 제조하였다.

전자파차폐용 복합재 제조

앞서 제조한 전자파차폐 필름 아래에 열전도 필름을 적층하고 압축 성형하여 이층구조의 전자파차폐용 복합재를 제조하였다.

비교예 : 단층구조의 전자파차폐용 복합재 제조

상기 실시예에서 얻어진 전자파차폐 필름에 포함된 Fe(CO)와 탄소나노튜브의 혼합분말과 동량을 폴리프로필렌에 첨가하는 동시에 폴리프로필렌 100 중량부에 대하여 그래핀 나노플레이트(평균두께 40nm, 평균길이 20㎛) 10 중량부를 첨가하고, 하케 압출기 및 믹서를 이용하여 용융온도 230℃에서 100rpm으로 균일하게 혼합한 다음, 얻어진 팰렛 타입의 컴파운딩 소재를 사출하여 두께 1.6mm의 복합재로 제조하였다.

상기 실시예 및 비교예에서 제조한 복합재를 전자파차폐 측정기(E 8362B Aglient)를 이용하여 전자파 차폐성능을 측정한 결과, 도 2에 보이는 바와 같이, 실시예에서 제조한 복합재의 경우 비교예에서 제조한 복합재에 비해 전자파차폐 성능이 높게 나타남을 확인할 수 있었다.

이를 통해 동일한 양의 차폐용 필러를 사용하더라도 단층구조의 복합재로 제조하는 경우보다 다층구조 복합재로 제조하는 경우 더 높은 차폐성능을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

구체적으로는, 전자파 흡수소재를 포함하는 전자파차폐 필름에서 전자파의 충분한 차폐를 진행시키는 동시에 열전도소재를 포함하는 열전도 필름으로 열이 전달되어 전자파 흡수시 발생한 열이 축적되지 않고 외부로 방출됨으로써 지속적인 전자파차폐가 촉진되어 실시예의 복합재가 더 높은 전자파차폐 성능을 나타낼 수 있었다.

이와 같이 본 발명에 따른 전자파차폐용 복합재는 전도 메커니즘이 다른 전자파차폐층과 열전도층을 각각 성형한 후 적층 결합하여 구성함으로써 전자파의 흡수성능을 높여서 차폐 효과를 향상시키고 전자파가 흡수되면서 발생한 열을 효과적으로 방열토록 하여 각 층에서 차폐 및 방열의 최대효과를 얻게 된다.

10 : 전자파차폐용 복합재
11 : 전자파차폐층
12 : 열전도층

Claims (13)

1. 전자파 차폐를 위한 전자파차폐층(11);
   상기 전자파차폐층(11) 하부에 적층되고, 전자파 흡수시 발생한 열을 방출하기 위한 열전도층(12);
   을 포함하는 다층구조로 구성되며,
   상기 전자파차폐층은 열가소성 플라스틱 수지에 자성소재와 탄소계 전도성 재료를 첨가한 재료로 이루어지고,
   상기 열전도층은 열가소성 플라스틱 수지에 그래핀 나노플레이트를 첨가한 재료로 이루어지며,
   상기 열전도층의 열가소성 플라스틱 수지로는 전자파차폐층의 열가소성 플라스틱 수지와 동일한 수지를 사용하는 것을 특징으로 하는 전자파차폐용 복합재.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 전자파차폐층은 열가소성 플라스틱 수지 100 중량부에 대하여 자성소재 5~40 중량부와 탄소계 전도성 재료 0.1~20.0 중량부를 첨가한 재료로 된 것을 특징으로 하는 전자파차폐용 복합재.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 열전도층은 열가소성 플라스틱 수지 100 중량부에 대하여 그래핀 나노플레이트 0.1~20.0 중량부를 첨가한 재료로 된 것을 특징으로 하는 전자파차폐용 복합재.
   
5. 청구항 1 또는 3에 있어서,
   상기 전자파차폐층은 10~300㎛의 두께를 가지는 필름 형태로 된 것을 특징으로 하는 전자파차폐용 복합재.
   
6. 청구항 1 또는 3에 있어서,
   상기 전자파차폐층의 열가소성 플라스틱 수지로는 결정성 열가소성 수지가 사용되는 것을 특징으로 하는 전자파차폐용 복합재.
   
7. 청구항 1 또는 3에 있어서,
   상기 전자파차폐층의 열가소성 플라스틱 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스틸렌, 폴리알킬렌테레프탈레이트, 폴리아미드 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리이미드 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상으로 된 혼합물인 것을 특징으로 하는 전자파차폐용 복합재.
   
8. 청구항 1 또는 3에 있어서,
   상기 자성소재는 투자율이 우수한 금속계 재료 혹은 금소계 화합물 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합되어 된 혼합물인 것을 특징으로 하는 전자파차폐용 복합재.
   
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 그래핀 나노플레이트는 두께가 10~100㎚인 것을 특징으로 하는 전자파차폐용 복합재.
   
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도층의 열가소성 플라스틱 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스틸렌, 폴리알킬렌테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리이미드 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합되어 된 혼합물인 것을 특징으로 하는 전자파차폐용 복합재.
    
11. 삭제
12. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도층은 0.5~5.0mm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 전자파차폐용 복합재.
    
13. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자파차폐층은 열전도층과의 부착시 안정성을 확보하기 위하여, 그 표면에 사선의 줄무늬 혹은 격자 무늬의 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 전자파차폐용 복합재.
    

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