KR102607005B1 - 흑연탄소섬유를 이용한 케이블 차폐방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구리, 강, 알루미늄 대신에, 가벼운 흑연탄소섬유를 차폐재로 사용함으로써, 차폐케이블의 무게를 줄일 수 있다. 또한, 흑연탄소섬유의 우수한 전도성으로 인해, 60dB 이상의 우수한 차폐 효과를 가진 차폐케이블을 만들 수 있다. 따라서 산업용 차폐케이블은 물론 자동차용 차폐케이블로도 사용이 가능하다. 또한, 흑연탄소섬유의 얇은 두께로 인해, 유연성이 떨어지지 않는 차폐케이블을 만들 수 있다.
Description
본 발명은 흑연탄소섬유를 이용한 케이블 차폐방법에 관한 것이다.
차폐란, 차폐케이블의 신호선을 알루미늄(구리)으로 감싸, 외부에서 유입되는 노이즈와 내부 발생 노이즈를 억제하여, 데이터를 빠르고 안정적으로 내보내기 위한 방법이다.
차폐는, 주로 편조 차폐(Braided Shield), 스파이럴 차폐(Spiral Shield), 알루미늄 랩(테이프) 차폐(Aluminum Shield) 3가지 방식으로 이루어진다.
편조 차폐(Braided Shield)는 구리나 강선을 그물망 형태로 촘촘하게 엮어 차폐하는 방식이다.
스파이럴 차폐(Spiral Shield)는 편조 차폐와 비슷하지만, 격자가 아닌 한쪽 방향으로 다수의 얇은 구리를 가로 감아 차폐하는 방식이다.
알루미늄 랩(테이프) 차폐(Aluminum Shield)는 신호선 주위에 알루미늄 테이프를 감아 차폐하는 방식이다.
이러한 금속재를 사용하는 차폐는, 차폐효과는 우수하나, 차폐케이블의 무게를 증가시키고, 차폐케이블의 유연성을 떨어뜨리는 요인으로 작용한다.
본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 해결할 수 있는 흑연탄소섬유를 이용한 케이블 차폐방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 흑연탄소섬유를 이용한 케이블 차폐방법은,
탄소섬유와 탄소전구체 폴리머 용액을 준비하는 제1단계;
상기 탄소섬유를 상기 탄소전구체 폴리머 용액이 담겨진 함침조 안으로 넣어서, 상기 탄소섬유의 외주면에 상기 탄소전구체 폴리머 용액을 묻힌 다음, 상기 함침조 밖으로 빼내는 제2단계;
상기 탄소섬유에 묻은 상기 탄소전구체 폴리머 용액을 건조하여 증발시키고, 탄소전구체 폴리머만을 상기 탄소섬유의 외주면에 남기는 제3단계;
상기 탄소전구체 폴리머로 코팅된 상기 탄소섬유를 가열하여, 상기 탄소전구체 폴리머를 탄화하고 흑연화시켜 흑연탄소섬유를 만드는 제4단계; 및
상기 흑연탄소섬유를 차폐케이블의 신호선에 편조하여 만든 차폐재로 차폐하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적은,
탄소섬유와 탄소전구체 폴리머 용액을 준비하는 제1단계;
상기 탄소섬유의 외주면에 상기 탄소전구체 폴리머 용액을 스프레이로 분사하여, 상기 탄소섬유의 외주면에 상기 탄소전구체 폴리머 용액을 부착시키는 제2단계;
상기 탄소섬유에 묻은 상기 탄소전구체 폴리머 용액을 건조하여 증발시키고, 탄소전구체 폴리머만을 상기 탄소섬유의 외주면에 남기는 제3단계;
상기 탄소전구체 폴리머로 코팅된 상기 탄소섬유를 가열하여, 상기 탄소전구체 폴리머를 탄화하고 흑연화시켜 흑연탄소섬유를 만드는 제4단계; 및
상기 흑연탄소섬유를 차폐케이블의 신호선에 편조하여 만든 차폐재로 차폐하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 흑연탄소섬유를 이용한 케이블 차폐방법에 의해 달성된다.
본 발명은 구리, 강, 알루미늄 대신에, 가벼운 흑연탄소섬유를 차폐재로 사용함으로써, 차폐케이블의 무게를 줄일 수 있다. 또한, 흑연탄소섬유의 우수한 전도성으로 인해, 60dB 이상의 우수한 차폐 효과를 가진 차폐케이블을 만들 수 있다. 따라서 산업용 차폐케이블은 물론 자동차용 차폐케이블로도 사용이 가능하다. 또한, 흑연탄소섬유의 얇은 두께로 인해, 유연성이 떨어지지 않는 차폐케이블을 만들 수 있다.
본 발명은 탄소섬유에 탄소전구체 폴리머를 부착시키고, 탄소전구체 폴리머를 탄화 및 흑연화시켜, 탄소섬유에 흑연층이 형성된 흑연탄소섬유를 만든다. 탄소전구체 폴리머의 흑연화 과정에서 탄소섬유도 흑연화가 진행되어, 전기전도성이 더욱 증가한다.
본 발명은 스프레이가 탄소섬유의 주변을 360°로 돌아가면서 탄소전구체 폴리머 용액을 분사한다. 이로 인해, 탄소섬유의 외주면 전체에 탄소전구체 폴리머 용액이 골고루 균일한 두께로 부착될 수 있어, 흑연탄소섬유 어느 쪽에서도 전자파 차폐성능이 균일하게 나올 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 흑연탄소섬유를 이용한 케이블 차폐방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 도 1에 도시된 흑연탄소섬유를 제조하기 위한 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 흑연탄소섬유의 종 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 흑연탄소섬유로 차폐케이블의 신호선에 편조하여 만든 차폐재로 차폐한 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 흑연탄소섬유를 이용한 케이블 차폐방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 도 5에 도시된 흑연탄소섬유를 제조하기 위한 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 흑연탄소섬유를 제조하기 위한 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 흑연탄소섬유의 종 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 흑연탄소섬유로 차폐케이블의 신호선에 편조하여 만든 차폐재로 차폐한 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 흑연탄소섬유를 이용한 케이블 차폐방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 도 5에 도시된 흑연탄소섬유를 제조하기 위한 장치를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 흑연탄소섬유를 이용한 케이블 차폐방법을 자세히 설명한다. 도 2를 기본적으로 참조한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 흑연탄소섬유를 이용한 케이블 차폐방법은,
탄소섬유와 탄소전구체 폴리머 용액을 준비하는 제1단계(S11);
상기 탄소섬유를 상기 탄소전구체 폴리머 용액이 담겨진 함침조 안으로 넣어서, 상기 탄소섬유의 외주면에 상기 탄소전구체 폴리머 용액을 묻힌 다음, 상기 함침조 밖으로 빼내는 제2단계(S12);
상기 탄소섬유에 묻은 상기 탄소전구체 폴리머 용액을 건조하여 증발시키고, 탄소전구체 폴리머만을 상기 탄소섬유의 외주면에 남기는 제3단계(S13);
상기 탄소전구체 폴리머로 코팅된 상기 탄소섬유를 가열하여, 상기 탄소전구체 폴리머를 탄화하고 흑연화시켜 흑연탄소섬유를 만드는 제4단계(S14); 및
상기 흑연탄소섬유를 차폐케이블의 신호선에 편조하여 만든 차폐재로 차폐하는 제5단계(S15)로 구성된다.
이하, 제1단계(S11)를 설명한다.
탄소섬유(CF)와 탄소전구체 폴리머 용액(B)을 준비한다.
탄소섬유(CF)
탄소섬유(CF)는 흑연탄소섬유(GF)의 중심이 되는 코어섬유(core fiber)이다.
탄소섬유(CF) 자체도 전자파 차폐 기능을 가지기 위해, 금속코팅 탄소섬유가 사용될 수 있다. 금속코팅 탄소섬유는 탄소섬유(CF)에 코팅된 금속(구리, 은, 금 등)의 종류를 바꿔, 전자파 차폐 성능을 쉽게 조절할 수 있다.
탄소전구체 폴리머 용액(B)
탄소전구체 폴리머 용액(B)은 탄소섬유(CF)의 외주면에 코팅된다.
탄소전구체 폴리머 용액(B)은 용매에 탄소전구체 폴리머가 혼합되어 형성된다.
용매로는 물, 메틸에틸케톤 등이 사용될 수 있다.
탄소전구체 폴리머로는 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리옥사디아졸, 폴리벤즈옥사졸, 폴리벤조비스옥사졸, 폴리티아졸, 폴리벤조티아졸, 폴리벤조비스티아졸, 폴리(p-페닐렌 비닐렌), 폴리벤즈이미다졸, 폴리벤조비스이미다졸 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
이하, 제2단계(S12)를 설명한다.
탄소섬유(CF)를 탄소전구체 폴리머 용액(B)이 담겨진 함침조(10) 안으로 넣어서, 탄소섬유(CF)의 외주면에 상기 탄소전구체 폴리머 용액(B)을 묻힌 다음, 함침조 밖으로 빼낸다.
함침조(10)
함침조(10)는 상면이 개방되고 내부 공간이 형성된 상자 형태이다.
함침조(10)의 상부 좌우면에는 탄소섬유(CF)가 진입하는 진입구(11)와 탄소섬유(CF)가 진출하는 진출구(12)가 각각 구비된다.
함침조(10)의 상면에는 개방된 상면을 개폐하는 커버(13)가 설치된다.
함침조(10)의 내부에는 가이드롤러(14)가 구비된다. 가이드롤러(14)는 탄소섬유(CF)를 탄소전구체 폴리머 용액(B) 속으로 또는 탄소전구체 폴리머 용액(B) 밖으로 안내한다.
함침조(10)의 내부에는 압축롤러(15)가 구비된다. 압축롤러(15)는 탄소전구체 폴리머 용액(B)이 묻은 탄소섬유(CF)를 압착한다. 이로 인해, 탄소섬유(CF)가 함침조(10)를 통과하는 동안, 탄소섬유(CF)의 외주면 뿐만 아니라, 탄소섬유(CF)를 구성하는 필라멘트 사이사이에 탄소전구체 폴리머 용액(B)이 침투시킬 수 있다. 이로 인해, 용매 증발 후 탄소섬유(CF)와 탄소전구체 폴리머의 부착력이 증가한다.
이하, 제3단계(S13)를 설명한다.
함침조(10) 밖으로 나온 탄소섬유(CF)는 건조기(20)를 통과한다. 건조기(20)는 탄소섬유(CF)에 묻은 탄소전구체 폴리머 용액(B)을 건조하여 용매를 증발시킨다.
건조는 무산소 분위기에서 이루어지며, 100~120℃ 온도조건에서 이루어진다. 용매가 증발하고 탄소전구체 폴리머가 탄소섬유(CF)의 외주면에 부착된다. 탄소전구체 폴리머가 부착된 탄소섬유(CF)는 회수롤러(R)에 감긴다.
건조기(20)
건조기(20)는 몸체(21)와, 몸체(21) 내부에 내장된 열선, 면상발열체 등 공지된 기술로 다양하게 구성될 수 있어 자세한 설명을 생략한다.
몸체(21)의 좌우측면 각각에는 탄소전구체 폴리머 용액(B)이 묻은 탄소섬유(CF)가 들어가는 입구(21a)와, 외주면에 탄소전구체 폴리머만 남은 탄소섬유(CF)가 나오는 출구(21b)가 구비된다.
제2단계(S12)와 제3단계(S13)는 함침조(10)와 건조기(20)를 여러 세트 두어 반복적으로 실시될 수 있다. 제2단계(S12)와 제3단계(S13)를 반복적으로 실시하면, 탄소섬유(CF)의 외주면에 코팅되는 탄소전구체 폴리머의 두께를 조절할 수 있다.
이하, 제4단계(S14)를 설명한다.
탄소전구체 폴리머가 부착된 탄소섬유(CF)를 가열하여, 탄소전구체 폴리머를 탄화하고 흑연화시킨다.
탄화 및 흑연화
회수롤러(R)에서 탄소전구체 폴리머가 부착된 탄소섬유(CF)를 풀어서, 탄화 및 흑연기(미도시) 안에 넣는다. 무산소 분위기 1000℃~ 1200℃ 온도조건에서 탄소전구체 폴리머를 탄화한다. 다시, 1200℃ 이상으로 온도를 올려서, 탄화된 탄소전구체 폴리머를 흑연화한다. 탄소전구체 폴리머로부터 흑연층(G)이 만들어진다. 도 3에 도시된 바와 같이 탄소섬유(CF)의 외주면에 흑연층(G)이 형성된 흑연탄소섬유(GF)가 만들어진다.
흑연화 과정에서 탄소섬유(CF)도 흑연화가 진행되어 전기전도성이 더욱 증가한다.
탄화 및 흑연기(미도시)로부터 흑연탄소섬유(GF)를 꺼내서 제5단계(S15)를 진행한다.
이하, 제5단계(S15)를 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 차폐케이블은, 도체(1), 절연체(2), 차폐재(3), 쉬스(sheath, 4)로 구성된다. 설명의 편의상, 도체(1)와 그 도체(1)를 절연하는 절연체(2)를 합쳐서“신호선”이라 칭한다.
회수롤러(R)에 감긴 흑연탄소섬유(GF)를 풀어서 흑연탄소섬유(GF)를 차폐케이블의 신호선에 편조하여 만든 차폐재(3)로 신호선을 차폐한다.
흑연탄소섬유(GF)의 우수한 전도성으로 인해, 60dB 이상의 우수한 차폐 효과를 가진 차폐케이블을 만들 수 있다.
일반적으로 산업용 차폐케이블에서 요구되는 전자파 차폐성능은 20~40dB이고, 자동차용 차폐케이블에서 요구되는 전자파 차폐성능은 50dB 이므로, 흑연탄소섬유(GF)로 만든 차폐재(3)는 산업용 차폐케이블은 물론 자동차용 차폐케이블의 차폐재(3)로도 사용이 가능하다.
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 흑연탄소섬유를 이용한 케이블 차폐방법을 자세히 설명한다. 도 6을 기본적으로 참조한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 흑연탄소섬유를 이용한 케이블 차폐방법은,
탄소섬유와 탄소전구체 폴리머 용액을 준비하는 제1단계(S21);
상기 탄소섬유의 외주면에 상기 탄소전구체 폴리머 용액을 스프레이로 분사하여, 상기 탄소섬유의 외주면에 상기 탄소전구체 폴리머 용액을 부착시키는 제2단계(S22);
상기 탄소섬유에 묻은 상기 탄소전구체 폴리머 용액을 건조하여 증발시키고, 탄소전구체 폴리머만을 상기 탄소섬유의 외주면에 남기는 제3단계(S23);
상기 탄소전구체 폴리머로 코팅된 상기 탄소섬유를 가열하여, 상기 탄소전구체 폴리머를 탄화하고 흑연화시켜 흑연탄소섬유를 만드는 제4단계(S24); 및
상기 흑연탄소섬유를 차폐케이블의 신호선에 편조하여 만든 차폐재로 차폐하는 제5단계(S25)로 구성된다.
제2실시예의 제1단계(S21), 제3단계(S23), 제4단계(S24), 제5단계(S25)각각은, 제1실시예의 제1단계(S11), 제3단계(S13), 제4단계(S14), 제5단계(S15)와 동일하므로, 동일한 단계에 대한 설명은 생략하고, 차이 나는 제2단계(S22)에 대해서만 설명한다.
이하, 제2단계(S22)를 설명한다.
탄소섬유(CF)의 외주면에 탄소전구체 폴리머 용액(B)을 스프레이(32)로 분사하여, 탄소섬유(CF)의 외주면에 상기 탄소전구체 폴리머 용액(B)을 부착시킨다.
분사기(30)
분사기(30)는 몸체(31), 스프레이(32), 회수기(33)로 구성된다.
몸체(31)의 좌우측면 각각에는 탄소섬유(CF)가 들어가는 입구(31a)와, 탄소전구체 폴리머 용액(B)이 묻은 탄소섬유(CF)가 나오는 출구(31b)가 구비된다.
스프레이(32)와 회수기(33)는 몸체(31)의 내부에 설치되며, 탄소섬유(CF)를 사이에 두고 일정 간격 떨어져 마주보게 배치된다.
스프레이(32)는 설정된 분사 압력으로 설정된 양의 탄소전구체 폴리머 용액(B)을 설정된 시간 동안 분사한다. 이로 인해, 탄소섬유(CF)에 부착될 탄소전구체 폴리머 용액(B)의 양을 쉽게 조절할 수 있다. 또한, 분사기(30)에서 탄소전구체 폴리머 용액(B)을 분사하는 압력을 높여, 탄소섬유(CF)를 구성하는 필라멘트 사이사이 깊숙이 탄소전구체 폴리머 용액(B)을 침투시킬 수 있다. 이로 인해, 용매 증발 후 탄소섬유(CF)와 탄소전구체 폴리머의 부착력을 높일 수 있다. 스프레이(32)는 토출펌프, 노즐 등 공지된 기술로 다양하게 구성될 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
회수기(33)는 스프레이(32)의 맞은편에 위치하여, 탄소섬유(CF)의 외주면에 부착되고 남은 탄소전구체 폴리머 용액(B)을 빨아들여 회수한다. 이로 인해, 탄소전구체 폴리머 용액(B)을 회수하여 재활용할 수 있다. 회수기(33)는 흡입펌프, 노즐 등 공지된 기술로 다양하게 구성될 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
한편, 몸체(31)가 360° 돌아가면, 스프레이(32)와 회수기(33)가 탄소섬유(CF) 주위를 360° 돌아가면서 탄소전구체 폴리머 용액(B)을 분사하고 회수할 수 있다. 이로 인해, 탄소섬유(CF)의 외주면 전체에 탄소전구체 폴리머 용액(B)이 골고루 균일한 두께로 부착될 수 있어, 흑연탄소섬유(GF) 어느 쪽에서도 전자파 차폐성능이 균일하게 나올 수 있다. 몸체(31)를 360°회전시키는 구성은, 모터, 볼베어링 등 공지된 기술로 다양하게 구성될 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
1: 도체 2: 절연체
3: 차폐재 4: 쉬스
10: 함침조 13: 커버
14: 가이드롤러 15: 압축롤러
20: 건조기 21: 몸체
30: 분사기 31: 몸체
32: 스프레이 33: 회수기
B: 탄소전구체 폴리머 용액 CF: 탄소섬유
GF: 흑연탄소섬유 G: 흑연층
3: 차폐재 4: 쉬스
10: 함침조 13: 커버
14: 가이드롤러 15: 압축롤러
20: 건조기 21: 몸체
30: 분사기 31: 몸체
32: 스프레이 33: 회수기
B: 탄소전구체 폴리머 용액 CF: 탄소섬유
GF: 흑연탄소섬유 G: 흑연층
Claims (5)
- 탄소섬유와 탄소전구체 폴리머 용액을 준비하는 제1단계;
상기 탄소섬유를 상기 탄소전구체 폴리머 용액이 담겨진 함침조 안으로 넣어서, 상기 탄소섬유의 외주면에 상기 탄소전구체 폴리머 용액을 묻힌 다음, 상기 함침조 밖으로 빼내는 제2단계;
상기 탄소섬유에 묻은 상기 탄소전구체 폴리머 용액을 건조하여 증발시키고, 탄소전구체 폴리머만을 상기 탄소섬유의 외주면에 남기는 제3단계;
상기 탄소전구체 폴리머로 코팅된 상기 탄소섬유를 가열하여, 상기 탄소전구체 폴리머를 탄화하고 흑연화시켜 흑연탄소섬유를 만드는 제4단계; 및
상기 흑연탄소섬유를 차폐케이블의 신호선에 편조하여 만든 차폐재로 차폐하는 제5단계를 포함하며,
상기 제4단계에서,
무산소 분위기 1000℃~ 1200℃ 온도조건에서 상기 탄소전구체 폴리머를 탄화하고, 다시 1200℃ 이상으로 온도를 올려서 탄화된 탄소전구체 폴리머를 흑연화하여, 상기 탄소섬유의 외주면에 흑연층을 만들고,
흑연화 과정에서 상기 탄소섬유도 흑연화되는 것을 특징으로 하는 흑연탄소섬유를 이용한 케이블 차폐방법. - 탄소섬유와 탄소전구체 폴리머 용액을 준비하는 제1단계;
상기 탄소섬유의 외주면에 상기 탄소전구체 폴리머 용액을 스프레이로 분사하여, 상기 탄소섬유의 외주면에 상기 탄소전구체 폴리머 용액을 부착시키는 제2단계;
상기 탄소섬유에 묻은 상기 탄소전구체 폴리머 용액을 건조하여 증발시키고, 탄소전구체 폴리머만을 상기 탄소섬유의 외주면에 남기는 제3단계;
상기 탄소전구체 폴리머로 코팅된 상기 탄소섬유를 가열하여, 상기 탄소전구체 폴리머를 탄화하고 흑연화시켜 흑연탄소섬유를 만드는 제4단계; 및
상기 흑연탄소섬유를 차폐케이블의 신호선에 편조하여 만든 차폐재로 차폐하는 제5단계를 포함하며,
상기 제4단계에서,
무산소 분위기 1000℃~ 1200℃ 온도조건에서 상기 탄소전구체 폴리머를 탄화하고, 다시 1200℃ 이상으로 온도를 올려서 탄화된 탄소전구체 폴리머를 흑연화하여, 상기 탄소섬유의 외주면에 흑연층을 만들고,
흑연화 과정에서 상기 탄소섬유 흑연화시키는 것을 특징으로 하는 흑연탄소섬유를 이용한 케이블 차폐방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄소전구체 폴리머 용액에 혼합된 탄소전구체 폴리머는,
폴리이미드, 폴리아미드, 폴리옥사디아졸, 폴리벤즈옥사졸, 폴리벤조비스옥사졸, 폴리티아졸, 폴리벤조티아졸, 폴리벤조비스티아졸, 폴리(p-페닐렌 비닐렌), 폴리벤즈이미다졸, 폴리벤조비스이미다졸 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 흑연탄소섬유를 이용한 케이블 차폐방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1단계에서,
상기 탄소섬유는 금속코팅 탄소섬유인 것을 특징으로 하는 흑연탄소섬유를 이용한 케이블 차폐방법. - 삭제
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| KR1020210177241A KR102607005B1 (ko) | 2021-12-13 | 2021-12-13 | 흑연탄소섬유를 이용한 케이블 차폐방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210177241A KR102607005B1 (ko) | 2021-12-13 | 2021-12-13 | 흑연탄소섬유를 이용한 케이블 차폐방법 |
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| KR20230088961A KR20230088961A (ko) | 2023-06-20 |
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