KR101324322B1 - 도전성 실리콘 배합물의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄성을 가지면서 전자파를 차폐할 수 있는 도전성 실리콘 배합물을 제조하는 것으로서 탄소나노튜브 및 실리콘 폴리머를 반죽기에 투입하여 배합하고, 요구되는 도전성에 따라 미세금속 복합재인 은 코팅 구리, 은 코팅 알루미늄 또는 니켈 코팅 흑연이나, 카본 실리콘을 반죽기에 넣어 배합하며, 배합한 배합물에 촉매제를 배합하고, 촉매제를 배합한 배합물에 경화제를 배합한 후 제품을 성형하는 것으로서 고무와 같은 탄성을 가지면서 전자파 차폐 기능을 수행할 수 있는 도전성 실리콘 배합물의 제조방법에 관한 것이다.

Description

도전성 실리콘 배합물의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING ELECTRICALLY CONDUCTIVE SILICONE COMBINATIONS}

본 발명은 탄소나노튜브(Carbon Nanotube; CNT)와 미세금속 복합재, 카본 실리콘 및 실리콘 폴리머를 적절하게 배합하여 고무와 같은 탄성을 가지면서 전자파를 효과적으로 차폐할 수 있는 도전성 실리콘 배합물의 제조방법에 관한 것이다.

전자파는 광범위한 주파수 영역을 갖는 전자기 에너지로서 원래의 명칭은 전자기파(ElectroMagnetric Wave)라고 불리운다.

이러한 전자파는 공간상에서 전기장이 시간적으로 변화될 경우에 전기장의 주위에 자기장이 발생되고, 또한 자기장이 시간적으로 변화될 경우에 자기장의 주위에 전기장이 발생하는 것으로서 전기력선과 (전계)자력선이 (자계)파의 진행방향과 직각을 이루고 공간을 빛의 속도로 전파하는 파동이다.

즉, 빛, X선, 방송 또는 무선통신용 전파는 모두 전자파이다.

그리고 상기 전자파는 파장의 크기에 따라 감마선, 엑스선, 자외선, 가시광선, 적외선 및 전파 등으로 나눌 수 있으며 일반적으로 수맥파라고 불리는 지자계파도 전자파의 일종이라 볼 수 있다.

전자파는 연속적으로 공간 중에 방사되며 매질이 없어도 장거리까지 전파되는 특성을 가지고 있고, 전자파의 전파 속도는 빛의 속도로서 매질의 유무 및 밀도에 상관없이 일정하게 전파된다. 다만 전자파의 진행방향에 방해물이 있을 경우에 투과, 반사, 굴절, 회절 또는 흡수되어 다른 에너지로 전환된다.

예를 들면, 전자파가 인체를 만나게 되면 일부는 투과 또는 반사하게 되고 일부는 체내로 흡수되어 열에너지 등으로 변환된다.

전자파가 사람 또는 장비에 불필요한 방해를 끼치는 경우에 이를 차단하여 한 공간에서 다른 공간으로 전자기적 감응(susceptibility)을 저하시키는 것을 전자파 차폐(EMI/EMC shield)라고 한다.

텔레비전 방송신호 및 라디오 방송신호의 수신, 통신기기의 송수신과정, 각종 기기의 원격 작동 등은 모두 전자파 에너지가 매개체로 작용하고 있기 때문에 우리는 일상 생활에서 전자파 에너지와 아주 밀접한 관련을 갖는다.

그런데, 텔레비전 방송을 위해 방송국이나 중계소에서 방사된 텔레비전 전자파는 텔레비전 방송신호를 수신하고 있는 텔레비전 수상기 등과 같은 장비에게는 유효한 전자파로 간주할 수 있지만, 이러한 텔레비전 전자파에 의해 다른 전자파 신호가 영향을 받게 된다면 이 텔레비전 전자파는 상대적으로 방해 전자파일 수 있다.

따라서, 일상생활에서는 유효 전자파와 방해 전자파라는 개념이 동시에 존재한다고 볼 수 있다.

상기 방해 전자파는 전달경로에 따라서 전도성과 방사성으로 구분되는데 방사성 방해현상을 감소시키는 기술에는 차폐(shield) 기술이 가장 효과적이다.

상기에서 전자파를 차폐하는 기술은 이미 개시되어 있다. 즉, 전자파를 차단하는 재료는 일반적으로 미세금속 복합재와 실리콘 폴리머를 결합한 전도성 실리콘 형태로 만들어지고 있다. 그러나 상기한 재료는 고무와 같은 물리적인 탄성 특성을 갖지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고무와 같이 물리적인 탄성 특성을 갖고, 전자파를 효과적으로 차폐시킬 수 있는 도전성 실리콘 배합물의 제조방법을 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 상기에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않고, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 도전성 실리콘 배합물의 제조방법은 탄소나노튜브 및 실리콘 폴리머를 반죽기에 투입하여 배합하는 단계와, 상기 반죽기에서 배합한 배합물에 촉매제를 배합하는 단계와, 상기 촉매제를 배합한 배합물에 경화제를 배합하는 단계와, 상기 경화제를 배합한 배합물로 요구되는 제품을 성형하는 단계를 포함한다.

상기 탄소나노튜브 및 상기 실리콘 폴리머의 배합비율은 탄소나노튜브 3.5 중량％ 및 실리콘 폴리머 96.5 중량％이다.

상기 탄소나노튜브 및 실리콘 폴리머를 반죽기에 투입하여 배합하는 단계는 요구되는 전도성에 따라 미세금속 복합재 또는 카본 실리콘를 함께 배합한다.

상기 미세분말 복합제는 은 코팅 구리(Silver Coated Copper), 은 코팅 알루미늄(Silver Coated Aluminum) 또는 니켈 코팅 흑연(Nickel Coated Graphite)이다.

상기 은 코팅 구리를 배합할 경우에 배합비율은 탄소나노튜브 3.0 중량％, 실리콘 폴리머 16 중량％ 및 은 코팅 구리 81 중량％이다.

상기 은 코팅 알루미늄을 배합할 경우에 배합비율은 탄소나노튜브 3.0 중량％, 실리콘 폴리머 19 중량％ 및 은 코팅 알루미늄 78 중량％이다.

상기 은 코팅 구리를 배합할 경우에 배합비율은 탄소나노튜브 3.0 중량％, 실리콘 폴리머 27 중량％ 및 은 코팅 구리 70 중량％이다.

상기 카본 실리콘을 배합할 경우에 배합비율은 탄소나노튜브 4.0 중량％, 실리콘 폴리머 28 중량％ 및 카본 실리콘 68 중량％이다.

상기 촉매제는 백금이다.

상기 경화제는 탄산화물이다.

상기 경화제를 배합한 배합물로 요구되는 제품을 성형하는 단계는 금형을 사용하여 배합물이 요구되는 형태로 형성되게 하는 단계와, 열경화 기기에서 450 ∼ 760℃의 온도로 가류시켜 열경화하는 단계와, 스팀 가류기에서 130∼200℃의 온도로 통과시키면서 롤링(Rolling) 작업을 수행하여 필요로 하는 제품을 성형하는 단계를 포함한다.

또한 상기 경화제를 배합한 배합물로 요구되는 제품을 성형하는 단계는 프레스 기기에서 130∼270℃의 온도로 열경화시키는 단계와, 오븐기에서 약 200℃의 온도로 가류시켜 제품을 성형하는 단계를 포함한다.

본 발명의 도전성 실리콘 배합물의 제조방법에 따르면, 탄소나노튜브(Carbon Nanotube; CNT)와 미세금속 복합재, 카본 실리콘 및 실리콘 폴리머를 적절하게 배합함으로써 고무와 같은 탄성을 가지면서 전자파를 효과적으로 차폐할 수 있는 도전성 실리콘을 제공할 수 있는 효과가 있다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 한정하지 않는 실시 예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하며, 일부 도면에서 동일한 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여한다.
도 1은 본 발명의 제조방법의 과정을 보인 흐름도, 및
도 2는 저항과 차폐 효과의 관계를 보인 그래프이다.

이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다.

따라서, 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 전도성이 있는 탄소나노튜브 및 탄성력이 있는 실리콘 폴리머를 반죽기(Kneader)(도면에 도시되지 않았음)에 넣어 골고루 배합하는 배합단계를 수행한다.

상기 실리콘 폴리머는 예를 들면, 겔상태의 HTV(High Temperature Vulcanizing)를 사용하거나 또는 액상 상태의 LSR(Liquid Silicon Rubber)을 사용할 수 있다.

그리고 상기 배합단계에서 요구되는 전도성에 따라, 10㎛ ∼ 35㎛의 입자 크기를 가지는 은 코팅 구리(Silver Coated Copper), 은 코팅 알루미늄(Silver Coated Aluminum) 또는 니켈 코팅 흑연(Nickel Coated Graphite) 등의 미세금속 복합재를 반죽기에 넣어 함께 배합하거나 또는 카본 실리콘(Carbon Silicone)을 반죽기에 넣어 함께 배합할 수 있다.

여기서, 탄소나노튜브, 실리콘 폴리머, 미세금속 복합재 및 카본 실리콘의 배합비율은 다음과 같다.

탄소나노튜브 및 실리콘 폴리머 만을 배합할 경우에 탄소나노튜브 3.5∼4.5 중량％와, 실리콘 폴리머 96.5∼97.5 중량％를 반죽기에 넣어 배합한다.

탄소나노튜브, 실리콘 폴리머 및 은 코팅 구리를 배합할 경우에 탄소나노튜브 3.0∼3.5 중량％와, 실리콘 폴리머 14.5∼16 중량％와, 은 코팅 구리 81∼82 중량％를 반죽기에 넣어 배합한다.

탄소나노튜브, 실리콘 폴리머 및 은 코팅 알루미늄을 배합할 경우에 탄소나노튜브 3.0∼3.5 중량％와, 실리콘 폴리머 22∼18.5 중량％와, 은 코팅 구리 75∼78 중량％를 반죽기에 넣어 배합한다.

탄소나노튜브, 실리콘 폴리머 및 니켈 코팅 흑연을 배합할 경우에 탄소나노튜브 3.0∼3.5 중량％와, 실리콘 폴리머 27∼21.5 중량％와, 은 코팅 구리 70∼75 중량％를 반죽기에 넣어 배합한다.

탄소나노튜브, 실리콘 폴리머 및 카본 실리콘을 배합할 경우에 탄소나노튜브 3.5∼4.0 중량％와, 실리콘 폴리머 28∼34.5 중량％와, 카본 실리콘 62∼68 중량％를 반죽기에 넣어 배합한다.

여기서, 상기 배합물들의 배합량이 많을 경우에 이들 배합물들 각각을 조금씩 반죽기에 넣어 골고루 배합되도록 하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 탄소나노튜브 및 실리콘 폴리머를 배합한다고 가정할 경우에 탄소나노튜브 및 실리콘 폴리머들 각각을 약 1/4씩 반죽기에 넣어 약 15분 정도 배합하고, 그 다음에 다시 탄소나노튜브 및 실리콘 폴리머들 각각을 약 1/4씩 반죽기에 넣어 약 15분 정도 배합하는 방식으로 전체적으로 4번에 걸쳐서 탄소나노튜브 및 카본 실리콘들 각각을 반죽기에 넣어 배합하며, 최종적인 배합물을 약 30 ∼ 40 분 정도 배합하여 배합물들이 골고루 배합되게 한다.

여기서, 상기 배합 회수 및 배합시간은 예를 들어 설명한 것으로서 필요에 따라 임의로 조절하여 배합할 수 있다.

상기와 같이 배합된 배합물에 반죽기에 촉매제로 백금을 넣어 배합하는 촉매제 배합단계를 수행하고, 마지막으로 반죽기에 경화제로 탄수화물을 넣어 배합하는 경화제 배합단계를 수행한다.

이와 같이 하여 배합한 배합물들은 찰흙과 같은 상태로 존재하게 된다.

그리고 상기 찰흙과 같은 상태로 존재하는 배합물을 이용하여 요구되는 제품을 성형하는 제품성형단계를 수행한다.

상기 제품성형단계에서는 금형을 사용하여 배합물이 요구되는 형태로 형성되게 하고, 열경화 기기에서 450 ∼ 760℃의 온도로 가류시켜 열경화한 후 스팀 가류기에서 130∼200℃의 온도로 통과시키면서 롤링(Rolling) 작업을 수행하여 필요로 하는 제품을 성형할 수 있다.

또한 상기 제품성형단계에서는 프레스 기기에서 130∼270℃의 온도로 열경화시키고, 안정된 제품이 되도록 오븐기에서 약 200℃의 온도로 가류시켜 제품을 성형할 수 있다.

여기서, 온도 및 성형시간은 원료의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 완제품의 저항은 0.005 ∼ 1.0Ω까지 허용되고, 여기서는 0.005Ω이하로 한다.

상기에서 저항과 차폐 효율(shielding Effectiveness)와의 관계는 도 2에 도시된 바와 같이 차폐 효율은 저항값이 높을수록 낮고 저항값이 낮을수록 높은 것을 알 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 도전성 실리콘 배합물은 고무와 같은 탄성을 가지게 되고, 전자파 차폐 기능을 수행할 수 있는 것으로서 가격적인 측면이 유리한 전자파 차폐재를 제공할 수 있다.

이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.

그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (12)

1. 탄소나노튜브 및 실리콘 폴리머를 반죽기에 투입하여 배합하는 단계;
   상기 반죽기에서 배합한 배합물에 촉매제를 배합하는 단계;
   상기 촉매제를 배합한 배합물에 경화제를 배합하는 단계;
   상기 경화제를 배합한 배합물로 요구되는 제품을 성형하는 단계;를 포함하고,
   상기 탄소나노튜브 및 실리콘 폴리머를 반죽기에 투입하여 배합하는 단계는;
   요구되는 전도성에 따라 미세금속 복합재 또는 카본 실리콘을 함께 배합하는, 도전성 실리콘 배합물의 제조방법.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소나노튜브 및 상기 실리콘 폴리머의 배합비율은;
   탄소나노튜브 3.5 중량％ 및 실리콘 폴리머 96.5 중량％인, 도전성 실리콘 배합물의 제조방법.
   
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 미세금속 복합재는;
   은 코팅 구리(Silver Coated Copper), 은 코팅 알루미늄(Silver Coated Aluminum) 또는 니켈 코팅 흑연(Nickel Coated Graphite)인, 도전성 실리콘 배합물의 제조방법.
   
5. 제 4 항에 있어서, 상기 은 코팅 구리를 배합할 경우에 배합비율은;
   탄소나노튜브 3.0 중량％, 실리콘 폴리머 16 중량％ 및 은 코팅 구리 81 중량％인, 도전성 실리콘 배합물의 제조방법.
   
6. 제 4 항에 있어서, 상기 은 코팅 알루미늄을 배합할 경우에 배합비율은;
   탄소나노튜브 3.0 중량％, 실리콘 폴리머 19 중량％ 및 은 코팅 알루미늄 78 중량％인, 도전성 실리콘 배합물의 제조방법.
   
7. 제 4 항에 있어서, 상기 은 코팅 구리를 배합할 경우에 배합비율은;
   탄소나노튜브 3.0 중량％, 실리콘 폴리머 27 중량％ 및 은 코팅 구리 70 중량％인, 도전성 실리콘 배합물의 제조방법.
   
8. 제 1 항에 있어서, 상기 카본 실리콘을 배합할 경우에 배합비율은;
   탄소나노튜브 4.0 중량％, 실리콘 폴리머 28 중량％ 및 카본 실리콘 68 중량％인, 도전성 실리콘 배합물의 제조방법.
   
9. 제 1 항에 있어서, 상기 촉매제는;
   백금인, 도전성 실리콘 배합물의 제조방법.
   
10. 제 1 항에 있어서, 상기 경화제는;
    탄산화물인, 도전성 실리콘 배합물의 제조방법.
    
11. 제 1 항에 있어서, 상기 경화제를 배합한 배합물로 요구되는 제품을 성형하는 단계는;
    금형을 사용하여 배합물이 요구되는 형태로 형성되게 하는 단계;
    열경화 기기에서 450 ∼ 760℃의 온도로 가류시켜 열경화하는 단계; 및
    스팀 가류기에서 130∼200℃의 온도로 통과시키면서 롤링(Rolling) 작업을 수행하여 필요로 하는 제품을 성형하는 단계;를 포함하는 도전성 실리콘 배합물의 제조방법.
    
12. 제 1 항에 있어서, 상기 경화제를 배합한 배합물로 요구되는 제품을 성형하는 단계는;
    프레스 기기에서 130∼270℃의 온도로 열경화시키는 단계; 및
    오븐기에서 200℃의 온도로 가류시켜 제품을 성형하는 단계;를 포함하는 도전성 실리콘 배합물의 제조방법.

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