KR102359778B1 - 방열성 및 전자파 차폐성을 갖는 플라스틱 사출성형체 - Google Patents

Abstract

플라스틱 사출성형체가 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 플라스틱 사출성형체는 매트릭스 및 상기 매트릭스 상에 분산되고 그라파이트의 표면에 나노금속 입자가 결합된 그라파이트-나노금속 복합체를 포함하는 그라파이트 기재; 금속재질로 이루어지고 상기 그라파이트 기재에 매립되는 보강지지체; 및 다른 부품과의 체결을 위하여 상기 그라파이트 기재에 형성되는 적어도 하나의 체결공;을 포함하고, 상기 그라파이트 기재 및 보강지지체는 인서트몰딩을 통하여 일체로 형성되며, 상기 체결공은 상기 보강지지체의 직상부에 위치하면서 상기 그라파이트 기재에 매립된 보강지지체를 관통하도록 형성된다.

Description

방열성 및 전자파 차폐성을 갖는 플라스틱 사출성형체{Plastic injection molding body with a heat dissipation property and an electromagnetic wave shielding property}

본 발명은 방열성 및 전자파 차폐성을 갖는 플라스틱 사출성형체에 관한 것이다.

나노복합재료는 단일 소재나 이종 소재를 단순히 조합한 재료가 가지는 물성상의 한계를 극복하고 다기능, 고성능의 시너지 효과를 도출하기 위해서 서로 다른 이종소재를 물리적 또는 화학적 방법으로 나노 수준에서 혼성화한 소재이다.

이러한 고분자 나노복합재료는 자동차 산업분야, 전자산업분야, 에너지 산업분야 등 고기능성 복합재료를 요하는 분야에서 응용이 기대되는 신소재로서 주목받고 있다. 현재, 탄소나노튜브(carbon nanotube), 탄소섬유(carbon fiber), 그래핀 등의 탄소계 충전제를 고분자 수지에 충전시켜 고기능성 고분자 나노복합 재료를 개발하고자 하는 연구가 활발히 진행 중이며, 이중 현재 가장 주목받고 있는 충전제가 판상흑연이다

판상흑연 등의 탄소나노구조체는 종래의 다른 나노 첨가제(Na-MMT, LDH, CNT, CNF, EG 등)와 비교하여 넓은 표면적을 가지며 기계적 강도, 열적 그리고 전기적 특성이 매우 우수하고, 유연성과 투명성을 가진다는 장점을 가진다. 따라서 현재 판상흑연을 고분자 수지에 충전시켜 전도성 및 기계적 강도가 우수한 고성능의 기능성 고분자 복합재료를 개발하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다

하지만 판상흑연 등의 탄소나노구조체는 서로 간의 반데르발스힘(vander Walls force)과 그 자체가 매우 안정된 화학적 구조를 가지기 때문에 고분자 수지 및 유기용매 안에서 균일한 분산이 어려워 균일한 특성을 나타내는 고분자 복합재료를 제조하기가 어렵다. 이에 따라, 탄소나노구조체는 그 자체가 우수한 물성을 가짐에도 불구하고 실제 적용을 위한 연구가 매우 제한적이었다.

이러한 문제점을 해결하고자 유기용매 안에서 탄소나노구조체가 균일한 분산상을 형성하도록 표면을 개질하는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다

탄소나노구조체를 균일하게 분산시키고 고분자와의 상호친화력을 높이기 위해서는 탄소나노구조체 표면 위에 별도의 전처리 공정이 필수적인데, 기존 복합체 제조 방법에서는 고분자 내에서의 분산성을 향상시키기 위해 습식산 처리방법을 이용하여 탄소나노구조체에 관능기를 도입하였으나, 이러한 습식 산처리 방법은 처리된 탄소나노구조체의 수율이 낮고, 친환경적이지 못한 단점이 있었다.

또한, 플라즈마 증착을 이용하여 진공 아래에서 가스에 노출시킨 후 표면에 관능기를 도입하는 방법이 있으나, 이 방법은 탄소나노구조체의 저장방법에 어려움이 있다. 이는 이미 화학적으로 에칭(etching)이 된 상태이기 때문에 처리된 탄소나노구조체의 에이징(aging)을 가속시켜 탄소나노구조체의 자체 물성을 저하 시킬 수 있기 때문이다

한편, 일반적으로 차량에 사용되는 전자제어유닛(Electronic Control Unit: 이하 'ECU'라 한다.)은 각종 센서, 예를 들어 산소센서, 공기흐름센서, 수온센서, 크랭크각 센서, 모터 포지션 센서, 대기압 센서 등으로부터의 신호를 전달받아 차량 각부의 구동을 전자적으로 제어한다. 그러나 상기 전자제어유닛은 구동시 내부에 다수 장착된 회로소자, 예컨대 전기장 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor)로부터 고열 및 전자파가 발생됨에 따라서 상기 회로소자로부터 발생된 열을 방열시키고 전자파를 차폐할 수 있는 재료에 대한 개발이 시급한 실정이다.

이를 해결하기 위하여 최근에는 알루미늄, 구리 및 그 합금소재를 고온의 상태로 가열, 용융시킨 후, 일정한 형상을 갖는 금형을 이용하여 압출 성형하여 제조된 방열 및 전자파 차폐용 성형재료를 많이 사용되고 있으나, 상기 알루미늄, 구리 또는 그 합금소재의 경우 열확산 지수가 낮아서 공기 등의 외부로의 방열성능이 현저히 떨어져 목적하는 수준의 방열성능을 발현시키기 어려운 문제점이 있다.

또한, 알루미늄, 구리 및 그 합금소재의 경우 전자파 차폐 효과를 나타내기 어려우므로 기기 내에 별도의 전자파 차폐 부재를 포함시켜야 하므로 기기의 소형화 또는 박형화가 어려운 단점이 있다.

KR 10-0744271 B1

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 그라파이트-나노금속 복합체를 포함하는 그라파이트 기재를 이용하여 사출성형체를 제작함으로써 가볍고 생산단가가 낮으며 방열성이 우수하고 전자파 차폐 효과를 갖는 방열성 및 전자파 차폐성을 갖는 플라스틱 사출성형체를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 그라파이트-나노금속 복합체를 포함하는 그라파이트 기재의 내부에 보강지지체를 매립하여 인서트몰딩을 통해 사출성형체를 제작함으로써 취성에 의한 파손문제를 개선할 수 있는 방열성 및 전자파 차폐성을 갖는 플라스틱 사출성형체를 제공하는 데 다른 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 매트릭스 및 상기 매트릭스 상에 분산되고 그라파이트의 표면에 나노금속 입자가 결합된 그라파이트-나노금속 복합체를 포함하는 그라파이트 기재; 금속재질로 이루어지고 상기 그라파이트 기재에 매립되는 보강지지체; 및 다른 부품과의 체결을 위하여 상기 그라파이트 기재에 형성되는 적어도 하나의 체결공;을 포함하고, 상기 그라파이트 기재 및 보강지지체는 인서트몰딩을 통하여 일체로 형성되며, 상기 체결공은 상기 보강지지체의 직상부에 위치하면서 상기 그라파이트 기재에 매립된 보강지지체를 관통하도록 형성되는 방열성 및 전자파 차폐성을 갖는 플라스틱 사출성형체를 제공한다.

또한, 상기 보강지지체는 마그네슘 또는 알루미늄 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 보강지지체는 원형 또는 다각형상의 테두리부재와 상기 테두리부재에 양단이 연결되는 연결부재를 포함할 수 있다.

또한, 상기 연결부재는 격자 형상, 허니컴 형상, 직선형, 곡선형 및 이들이 상호 조합된 형상 중 어느 하나의 형상을 가질 수 있다.

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또한, 상기 나노금속 입자는 결정화된 나노입자일 수 있다.

또한, 상기 그라파이트-나노금속 복합체는 나노금속 입자 상에 코팅된 폴리도파민층을 더 포함할 수 있으며, 상기 폴리도파민층의 두께는 5~1000nm일 수 있다.

또한, 상기 그라파이트-나노금속 복합체는 상기 그라파이트 기재 내에 50~80 중량%로 포함될 수 있다.

또한, 상기 하우징은 외부면에 형성되는 보호코팅층을 포함하고, 상기 보호코팅층은 고분자 수지를 포함하는 보호코팅층 형성 조성물로 이루어져 상기 그라파이트 기재를 보호함과 아울러 내환경성 및 절연성을 가질 수 있다.

이때, 상기 고분자 수지는 에폭시계, 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계, 폴리스티렌계, 폴리염화비닐계, 나일론계, 실리콘계, 페놀계, 폴리에스테르계, 폴리이미드계, 폴리우레탄계로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상의 수지를 포함할 수 있다.

또한, 상기 보호코팅층 형성 조성물은 외부로의 열확산을 향상시키기 위하여 에폭시 수지 및 카본계 필러를 포함할 수 있다. 이때, 상기 카본계 필러는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 그라핀, 그라핀 옥사이드, 그라핀 나노 플레이트, 그라파이트, 카본블랙 및 탄소-금속 복합체로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 그라파이트-나노금속 복합체를 포함하는 그라파이트 기재를 이용하여 사출성형체를 제작함으로써 가볍고 생산단가가 낮으며 방열성이 우수하고 전자파 차폐 효과를 얻을 수 있다.

또한, 그라파이트-나노금속 복합체를 포함하는 그라파이트 기재의 내부에 보강지지체를 매립하여 인서트몰딩을 통해 사출성형체를 제작함으로써 취성에 의한 파손문제를 개선하고 다른 부품과의 체결성을 높일 수 있다.

더욱이, 본 발명은 그라파이트 기재의 외부면에 보호코팅층이 형성됨으로써 내구성, 내환경성 및 방열성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 방열성 및 전자파 차폐성을 갖는 플라스틱 사출성형체를 나타낸 도면,
도 2는 도 1에 다른 부품이 체결된 상태를 나타낸 부분절개도,
도 3은 도 2에서 A-A방향 단면도, 그리고,
도 4는 본 발명에 따른 방열성 및 전자파 차폐성을 갖는 플라스틱 사출성형체에 적용되는 보강지지체의 다양한 형상을 나타낸 예시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.

본 발명에 따른 방열성 및 전자파 차폐성을 갖는 플라스틱 사출성형체(100)(이하, '플라스틱 사출성형체'라함.)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 그라파이트 기재(110) 및 보강지지체(120)를 포함한다.

이때, 상기 그라파이트 기재(110)는 도 3에 도시된 바와 같이 우수한 방열성 및 전자파 차폐성능을 동시에 발현할 수 있도록 매트릭스(111) 및 상기 매트릭스(111) 상에 분산되고 그라파이트의 표면에 나노금속 입자가 결합된 그라파이트-나노금속 복합체(112)를 포함하는 기재형성 조성물을 사출성형함으로써 형성된다.

바람직하게는, 상기 플라스틱 사출성형체(100)는 상기 보강지지체(120)가 그라파이트 기재(110)의 내부에 매립된 상태로 일체로 형성될 수 있도록 인서트 몰딩을 통해 사출 성형된다.

즉, 본 발명에 따른 플라스틱 사출성형체(100)는 그라파이트 기재(110) 자체에 방열성이 좋은 그라파이트가 포함됨으로써 열원에서 발생되는 열을 방출하기 위한 별도의 방열구조가 불필요하므로 심플한 디자인으로 구현이 가능하게 된다.

이를 위해, 상기 그라파이트 기재(110)를 형성하기 위한 매트릭스(111)는 고분자 수지일 수 있다. 상기 고분자 수지는 열경화성 수지 및 열가소성 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 열경화성 수지는 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 멜라민계 수지 및 폴리이미드계 수지로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있고, 상기 열가소성 수지는 폴리카보네이트계 수지, 폴리스티렌계 수지, 폴리술폰계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리에테르계 수지, 폴리아크릴레이트계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지, 셀롤로오스계 수지, 폴리올레핀계 수지 및 폴리프로필렌계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

한편, 상기 매트릭스(111)와 함께 그라파이트 기재(110)를 형성하는 상기 그라파이트-나노금속 복합체(112)가 그라파이트의 표면에 나노금속 입자가 결합된 복합체인 경우 구체적인 결합방법, 그라파이트와 나노금속입자의 함량, 나노금속입자의 종류에 관계 없이 선택되어 사용될 수 있다.

다만, 바람직하게는 상기 나노금속 입자는 전자파 차폐 효과를 나타낼 수 있도록 도전성 금속일 수 있다. 일례로, 상기 나노금속 입자는 Ni, Si, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Sn, In, Pt, Au, 및 Mg으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.

한편, 상기 그라파이트 기재(110)에 포함되는 그라파이트-나노금속 복합체(112)는 다양한 방법으로 제조될 수 있다.

일례로서, 그라파이트 및 나노금속 입자를 혼합하여 그라파이트-나노금속 입자 혼합물을 제조한다. 이때, 나노 금속입자와 판상흑연의 혼합비율은 사용되는 목적에 따라 임의로 설정할 수 있지만, 본 발명에서 나노금속 입자는 판상흑연 표면에서 고밀도로 존재하므로, 바람직하게는 전체 중량 대비 20~50 wt%로 함유되도록 혼합할 수 있다.

그런 다음, 상기 그라파이트-나노금속 입자 혼합물에 플라즈마를 가하여 상기 나노금속 입자를 기화시킨다. 이후, 기화된 상기 나노금속 입자에 ?칭(quenching) 가스를 주입하여 기화된 상기 나노금속 입자를 응축 또는 급냉시킨다. 이에 따라, 기화된 상기 나노금속 입자의 성장이 억제되고, 상기 그라파이트 표면 상에 상기 나노금속 입자가 결정화되어 그라파이트-나노금속 입자 복합체(112)가 형성된다.

상기 그라파이트-나노금속 입자 복합체에서 상기 나노금속 입자는 상기 그라파이트에 대하여 20 ~ 50 wt%포함될 수 있고, 평균 입자 입경이 10 ~ 200nm인 결정 형태로 그라파이트 표면에 결합될 수 있다. 또한, 상기 그라파이트-나노금속 입자 복합체의 단면에 대하여 30 ~ 70면적%의 표면적 범위를 가질 수 있다.

한편, 상기 그라파이트-나노금속 입자 복합체(112)는 상기 나노금속 입자상에 폴리도파민층을 포함할 수 있다. 이러한 폴리도파민층은 상기 그라파이트-나노금속 입자 복합체(112)를 도파민 수용액에 디핑(dipping)하여 형성될 수 있다. 이때, 상기 도파민 수용액으로 염기성 도파민 수용액을 사용하게 되면 산화 조건하에서 도파민이 자발적으로 반응함으로써 상기 그라파이트-나노금속 입자 복합체(112)의 나노금속 입자 상에 고분자화되어 폴리도파민층이 형성된다. 따라서, 별도의 소성 과정이 필요하지 않으며, 산화제의 첨가를 특별히 제한하는 것은 아니나, 산화제의 첨가 없이 공기 중의 산소 기체를 산화제로 이용할 수 있다.

여기서, 상기 폴리도파민층의 두께는 디핑 시간에 의해 결정된다. 이에 따라, pH 8 ~ 14 염기성의 트리스 완충용액에 도파민 농도가 0.1 ~ 5 mg/mL 되도록 도파민을 용해시켜 제조한 도파민 수용액을 이용하는 경우, 5 ~ 100nm 두께로 폴리도파민층을 형성하기 위해서는 약 0.5 ~ 24시간 동안 나노금속-판상흑연을 디핑하는 것이 바람직하다.

한편, 그라파이트를 단순히 도파민 수용액에 디핑한다 하더라도 상기 그라파이트의 표면에 도파민 코팅층이 형성되지 않으나, 그라파이트 표면에 나노금속 입자가 결합된 경우에는 상기 나노금속 입자에 의해 도파민 코팅층이 형성된다.

이에 따라, 본 발명에서 그라파이트 기재(110)를 구성하는 상기 그라파이트-나노금속 입자 복합체(112)는 그라파이트의 표면에 나노금속 입자가 결합된 상태이므로 상기 나노금속 입자에 의해 폴리도파민층이 형성된다.

이러한 폴리도파민층은 상술한 매트릭스 형성성분 및 그라파이트-나노금속 복합체 간의 계면 특성을 향상시킴으로써 소량의 매트릭스 형성성분을 포함하더라도 시트 형태의 그라파이트 기재(110)의 형성이 가능하게 된다.

이에 따라, 상기 그라파이트 기재(110) 내에 상기 그라파이트-나노금속 복합체(112)의 함량을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 그라파이트-나노금속 복합체(112)에 폴리도파민층이 코팅될 경우 유기용매 내에서 분산성이 향상됨으로써 상기 기재형성조성물이 유기용매를 포함할 경우 상기 기재 형성조성물 내에 상기 그라파이트-나노금속 복합체가 균일하게 분산될 수 있게 된다.

한편, 상기 기재형성 조성물은 그 밖에도 레벨링제, pH 조절제, 이온포착제, 점도조정제, 요변성(搖變性) 부여제, 산화방지제, 열안정제, 광안정제, 자외선흡수제, 착색제, 탈수제, 난연제, 대전방지제, 방미제(防黴劑), 방부제, 등의 각종 첨가제의 1종 또는 2종 이상이 첨가될 수도 있다. 상기 기재된 각종 첨가제는 당업계에 공지된 것을 사용할 수 있어 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.

또한, 상기 폴리도파민층의 형성성분은 용제를 더 포함할 수 있다. 선택되는 접착성분에 따라 이에 맞는 용제를 선택할 수 있어 본 발명에서는 이를 특별히 한정하는 것은 아니며, 상기 용매로는 각 성분의 적절한 용해를 가능케 하는 임의의 용매를 사용할 수 있고, 예를 들어, 물 등의 수계 용매, 알코올계 용매, 케톤계 용매, 아민계 용매, 에스테르계 용매, 아미드계 용매, 할로겐화 탄화수소계 용매, 에테르계 용매 및 퓨란계 용매로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.

상기 기재형성 조성물은 인서트 몰딩을 통하여 상기 보강지지체(120)와 일체로 형성되는 과정에서 그라파이트 기재(110)로 제조될 수 있다.

더불어, 상기 그라파이트-나노금속 복합체(112)를 구성하는 나노금속 입자상에 폴리도파민층이 형성될 경우 상기 그라파이트 기재(110) 내에는 상기 그라파이트-나노금속 복합체(112)가 50 ~ 80 중량%로 포함될 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 플라스틱 사출성형체(100)는 그라파이트-나노금속 복합체(112)가 50 ~ 80 중량%로 포함된 그라파이트 기재(110)가 재료로 사용됨으로써 우수한 방열성을 구현할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 플라스틱 사출성형체(100)는 상기 그라파이트 기재(110)의 강도를 보강할 수 있도록 금속재질로 이루어지는 보강지지체(120)를 포함한다. 이러한 보강지지체(120)는 인서트몰딩을 통하여 상기 그라파이트 기재(110)의 내부에 매립됨으로써 상기 그라파이트 기재(110)와 일체로 형성된다.

즉, 본 발명에 따른 그라파이트 기재(110)는 고분자 수지 및 그라파이트-나노금속 복합체(112)로 이루어지기 때문에 재료의 특성상 취성이 강하여 외부 충격에 취약할 수 있다.

이를 해결하기 위하여 본 발명에서는 상기 그라파이트 기재(110) 내에 강성을 갖는 금속재질의 보강지지체(120)가 매립된다.

이를 통해, 상기 보강지지체(120)를 통하여 외부 충격에 대한 내성을 증진시키고 강도를 보강함으로써 쉽게 파손이 일어나는 것을 방지할 수 있게 된다.

이와 같은 보강지지체(120)는 외부 충격에 대한 강도를 보강함과 더불어 전자파 차폐 효과를 높일 수 있도록 Al, Ni, Si, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Sn, In, Pt, Au, 및 Mg으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 금속재질로 이루어질 수 있다.

바람직하게는, 재료비용을 고려할 때 Al 또는 Ma 재질로 이루어질 수 있다. 그러나, 이에 한정하는 것은 아니며 공지의 다양한 금속재질로 이루어질 수 있음을 밝혀둔다.

한편, 상기 보강지지체(120)는 서로 간격을 두고 이격배치되는 복수 개의 와이어, bar 타입, 소정의 넓이를 갖는 판상 등의 형태일 수 있으며, 이들이 서로 평행하도록 배열될 수도 있고 교차하도록 배열될 수도 있다.

더불어, 상기 보강지지체(120)는 원형 또는 다각형상의 테두리부재(121)와 상기 테두리부재(121)에 영단이 연결되는 연결부재(122)를 포함하도록 구성될 수도 있다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 보강지지체(120)는 대략 사각형상의 테두리부재(121)의 내측에 복수 개의 연결부재(122)가 격자구조 또는 허니컴 구조로 배열될 수도 있고(도 4의 (a) 및 도 4의 (c) 참조), 상기 테두리부재(121)의 내측에 복수 개의 연결부재(122)가 서로 평행하게 이격배치될 수도 있으며(도 4의 (b) 참조), 한 변이 곡면으로 형성된 대략 마름모 형상의 연결부재(122)가 상호 연결된 형태로 이루어질 수도 있다(도 4의 (d) 참조).

그러나, 상기 보강지지체(120)의 형상을 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 연결부재(122)가 격자 형상, 허니컴 형상, 직선형, 곡선형, 원형, 다각형 및 이들이 상호 조합된 형상 중 어느 하나의 다양한 형상으로 이루어질 수 있으며, 테두리부재(121) 없이 상기 연결부재(122)로만 구성될 수도 있음을 밝혀둔다.

한편, 본 발명에 따른 플라스틱 사출성형체(100)는 다른 부품과의 체결성을 높이기 위하여 적어도 하나의 체결공(140)이 다양한 위치에 구비될 수 있다.

이와 같은 체결공(140)은 후가공을 통하여 상기 그라파이트 기재(110)의 일면으로부터 일정깊이 함몰형성되거나 관통형성될 수 있다.

이를 통해, 본 발명에 따른 플라스틱 사출성형체(100)는 소정의 형상으로 구현된 후 다른 부품과의 견고한 체결이 필요하거나 소정의 케이스를 구성하기 위하여 다른 플라스틱 사출성형체(100)와의 조립이 필요한 경우 나사부재 또는 핀부재와 같은 공지의 체결부재(20)를 상기 체결공(140)에 삽입함으로써 상기 다른 부품이나 다른 플라스틱 사출성형체(100)와 견고하게 체결될 수 있다.

이때, 상기 체결공(140)은 상기 그라파이트 기재(110)의 손상을 최소화함과 동시에 체결부재(20)를 통한 체결시 상기 체결부위에 집중되는 하중으로부터 상기 그라파이트 기재(110)가 파손되는 것을 방지할 수 있도록 상기 보강지지체(120)의 직상부에 위치하도록 형성된다.

즉, 상기 체결공(140)은 상기 그라파이트 기재(110)의 일면으로부터 상기 그라파이트 기재(110)에 매립된 보강지지체(120)를 관통하도록 형성됨으로써 체결시 발생되는 하중이 상기 보강지지체(120)에 의해 지지될 수 있도록 한다.

이에 따라, 상기 체결부재(20)를 통하여 다른 부품과 결합된 상태에서 상기 결합된 상태를 유지하기 위하여 상기 체결부재(20) 측으로 하중이 발생하더라도 상기 하중이 체결부재(20)를 통하여 상기 보강지지체(120) 측으로 전달됨으로써 체결력을 높이고 그라파이트 기재(110) 자체가 하중에 의해 파손되는 것을 방지하게 된다.

더불어, 상기 체결공(140)을 형성하기 위하여 상기 그라파이트 기재(110) 자체에 가공되는 면적을 최소화함으로써 가공시 그라파이트 기재(110) 자체가 파손될 수 있는 위험을 줄일 수 있게 된다.

이를 통해, 본 발명에 따른 플라스틱 사출성형체(100)는 체결부재를 통한 다른 부품과의 조립시 집중되는 하중에 의해 체결부위가 파손될 우려가 높은 종래의 사출물의 한계를 극복할 수 있게 되므로 다양한 형상으로의 조립이 가능하게 된다.

여기서, 상기 체결공(140)은 상기 플라스틱 사출성형체(100)의 다양한 위치 및 적절한 개수로 형성될 수 있으며, 상기 보강지지체(120)의 직상부에 위치하되 상기 체결부재의 단부가 상기 보강지지체(120)와 상호 연결되는 형태면 어떠한 형태라도 무방함을 밝혀둔다.

한편, 본 발명에 따른 플라스틱 사출성형체(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 외부면에 고분자 수지를 포함하는 보호코팅층 형성 조성물로 이루어지는 보호코팅층(130)을 포함할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 플라스틱 사출성형체(100)는 상기 보호코팅층(130)이 상기 그라파이트 기재(110)의 표면에 소정의 두께로 도포됨으로써 상기 그라파이트 기재(110)를 외부환경으로부터 보호함과 더불어 상기 보호코팅층 형성 조성물에 포함된 성분을 통하여 절연성, 전자파 차폐성 및 내진성 등과 같은 부가적인 성능을 구현할 수 있게 된다.

이때, 상기 보호코팅층(130)의 두께는 0.1 ~ 1000 ㎛일 수 있다. 이는, 상기 보호코팅층의 두께가 0.1㎛ 미만일 경우 상기 그라파이트 기재(110) 내에 포함된 그라파이트-나노금속 복합체(112)가 이탈될 확률이 높아지고, 상기 보호코팅층(130)의 두께가 1000㎛을 초과할 경우 박형화가 어려운 단점이 있기 때문이다.

상기 보호코팅층 형성조성물은 당업계에 공지된 코팅층 형성성분이 모두 사용될 수 있다.

일례로, 상기 보호코팅층 형성조성물은 고분자 수지를 포함할 수 있고, 상기 고분자 수지는 열경화성 수지 및 열가소성 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 열경화성 수지는 에폭시계 수지, 실리콘 수지, 우레탄계 수지, 멜라민계 수지, 페놀 수지 및 폴리이미드계 수지로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있고, 상기 열가소성 수지는 폴리카보네이트계 수지, 폴리스티렌계 수지, 폴리술폰계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리에테르계 수지, 폴리아크릴레이트계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지, 셀롤로오스계 수지, 폴리올레핀계 수지 및 폴리프로필렌계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

즉, 상기 보호코팅층 형성조성물은 사용 목적에 따라 다양한 고분자 수지가 포함될 수 있다. 일례로, 상기 보호코팅층(130)을 통해 절연성을 구현하고자 하는 경우에는 실리콘 수지, 에폭시 수지 및 폴리에스테르 수지 등이 포함될 수 있고, 내진성을 향상시키고자 하는 경우에는 페놀 수지 또는 에폭시 수지 등이 포함될 수 있으며, 방열성을 높이고자 하는 경우에는 에폭시 수지에 카본계 필러가 포함될 수 있다.

다만, 상기 보호코팅층(130)에 방열성을 부가하기 위하여 카본계 필러가 포함되는 경우 상기 그라파이트 기재(110)와 카본계필러 및 보호코팅층 형성성분 간에 매우 우수한 접착성능 발현 및 카본계 필러와의 상용성 개선에 따른 방열성능 향상을 동시에 달성할 수 있도록 상기 보호코팅층 형성성분은 에폭시 수지를 포함할 수 있고, 에폭시 수지를 경화시키기 위한 경화제가 보호코팅층 형성성분에 포함될 수 있다. 상기 에폭시 수지는 당업계에 공지된 에폭시 수지를 사용할 수 있어 구체적인 종류에 있어 특별히 한정하지 않으며, 목적에 따라 달리 선택하여 사용할 수 있다.

여기서, 상기 에폭시 수지는 글리시딜에테르형 에폭시 수지, 글리시딜아민형 에폭시수지, 글리시딜에스테르형 에폭시 수지, 선형 지방족형(linear Aliphatic) 에폭시 수지, 지환족형(cyclo Aliphatic) 에폭시 수지, 복소환 함유 에폭시 수지, 치환형 에폭시 수지, 나프탈렌계 에폭시수지 및 이들의 유도체로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

또한, 상기 에폭시 수지와 함께 보호코팅층 형성성분에 포함되는 경화제는 선택되는 에폭시 수지의 구체적인 종류에 따라 그 종류를 달리 할 수 있으며, 구체적인 종류는 당업계에 공지된 경화제를 사용할 수 있고, 바람직하게는 다가 히드록시화합물, 지방족 아민류, 방향족 아민류, 산무수계 및 잠재성 경화제 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 경화제는 에폭시 수지용 경화제 중에서도 상온에서 액상인 가열 경화형 경화제나, 다관능이고 당량적으로 첨가량이 소량일수 있는 디시안디아미드 등의 잠재성 경화제가 사용될 수 있다.

한편, 상기 보호코팅층 형성성분은 상술한 에폭시 수지 및 경화제 이외에 경화촉진제를 더 포함할 수 있다. 상기 경화촉진제는 경화 속도나 경화물의 물성 등을 조정하기 위한 역할을 하며, 선택되는 경화제의 종류에 맞추어 공지된 경화촉진재를 선택하여 사용할 수 있고, 이에 대한 비제한적인 예로써, 아민류, 이미다졸류, 유기 포스핀류, 루이스산 경화촉진재 일 수 있다. 경화촉진재의 사용 일예는 아민계 경화제를 사용할 경우 예를 들면 이미다졸계 경화 촉진제 등의 경화 촉진제를 병용할 수 있고, 이때 아민계 경화제의 첨가량을 에폭시기에 대하여 이론적으로 필요한 당량 이하로 하는 것이 바람직하나, 본 발명이 이러한 사용례에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 보호코팅층 형성성분은 그 밖에도 레벨링제, pH 조절제, 이온포착제, 점도조정제, 요변성(搖變性) 부여제, 산화방지제, 열안정제, 광안정제, 자외선흡수제, 착색제, 탈수제, 난연제, 대전방지제, 방미제(防黴劑), 방부제 등과 같은 각종 첨가제가 1종 이상이 첨가될 수도 있다. 상기 기재된 각종 첨가제는 당업계에 공지된 것을 사용할 수 있어 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.

더불어, 상기 보호코팅층 형성성분은 용제를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 용제는 선택되는 접착성분에 따라 이에 맞는 용제를 선택할 수 있으며, 상기 용매로는 각 성분의 적절한 용해를 가능케 하는 임의의 용매를 사용할 수 있고, 예를 들어, 물 등의 수계 용매, 알코올계 용매, 케톤계 용매, 아민계 용매, 에스테르계 용매, 아미드계 용매, 할로겐화 탄화수소계 용매, 에테르계 용매 및 퓨란계 용매로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.

한편, 상기 보호코팅층(130)에 방열성을 부가시켜 상기 그라파이트 기재(110)로부터 방열된 열을 상기 보호코팅층(130)을 통해 원활하게 방출하기 위하여 보호코팅층 형성성분에 카본계 필러가 포함되는 경우 상기 카본계 필러는 그 재질에 있어 카본을 포함하는 경우에는 제한 없이 사용할 수 있고, 당업계에 공지된 카본계 물질을 사용할 수 있다.

여기서, 상기 카본계 필러의 경우 그라파이트 기재와 동일하게 카본을 포함하므로 상기 그라파이트 기재 및 상기 보호코팅층의 계면특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 카본계 필러의 형상, 크기는 제한이 없으며, 구조에 있어서도 다공질이거나 비다공질일 수 있고, 목적에 따라 달리 선택할 수 있다. 다만, 바람직하게는 우수한 방열성능을 발현하기 위해 상기 카본계 필러는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 그라핀, 그라핀 옥사이드, 그라핀 나노 플레이트, 그라파이트, 카본블랙 및 탄소-금속 복합체로 이루어진 군에서 1종 이상을 포함할 수 있고, 보다 더 바람직하게는 카본블랙을 카본계 필러의 주재로 포함할 수 있다.

또한, 상기 보호코팅층(130)은 보호코팅층 형성 조성물에 물성증진성분이 포함될 수 있다.

상기 물성증진성분은 보호코팅층 형성 조성물이 상기 그라파이트 기재(110)에 코팅되는 경우 더욱 향상된 방열성과 뛰어난 접착성을 발현시켜 내구성을 향상시키기 위한 것이다.

이러한 물성증진성분은 상술한 보호코팅층 형성성분 중 에폭시 수지, 카본계 필러 중 카본블랙과 함께 사용될 경우 목적한 물성의 상승작용을 일으켜 현저한 내구성과 방열성을 발현함에 따라 종래의 그라파이트 기재 표면을 개질 또는 코팅시키는 어떠한 방법도 달성하지 못한 물성개선을 가능케 하고, 형상이 매우 단순하여 표면적이 작은 그라파이트 기재나 그 재질에 있어서 금속이 아닌 비금속이나 플라스틱과 같은 유기화합물에 의한 성형품에서도 향상된 방열성과 접착성을 발현시킬 수 있다.

일례로써, 상기 물성증진성분은 실란계 화합물을 포함할 수 있다. 상기 실란계 화합물은 당업계에서 실란커플링제로 관용되는 화합물의 경우 제한없이 사용할 수 있으며, 이에 대한 비제한적 예로써, 아미노 실란 커플링제, 에폭시 실란 커플링제, 우레이도 실란 커플링제, 이소시아네이트 실란 커플링제, 비닐 실란 커플링제, 아크릴 실란 커플링제, 케티민 실란 커플링제 등을 들 수 있고, 이들 실란 커플링제를 단독으로 또는 2종 이상을 병용할 수도 있다. 또한 상기 실란계 화합물은 티탄 커플링제, 알루미늄 커플링제 등을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 물성증진성분은 실란계화합물에 분산제를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 분산제는 당업계에서 공지된 것을 제한 없이 사용할 수 있다. 다만, 상기 분산제는 폴리에스테르계 분산제, 폴리페닐렌에테르계 분산제, 폴리올레핀계 분산제, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 분산제, 폴리아릴레이트계 분산제, 폴리아미드계 분산제, 폴리아미드이미드계 분산제, 폴리아릴설폰계 분산제, 폴리에테르이미드계 분산제, 폴리에테르설폰계 분산제, 폴리페닐렌 설피드계 분산제, 폴리이미드계 분산제; 폴리에테르케톤계분산제, 폴리벤족사졸계 분산제, 폴리옥사디아졸계 분산제, 폴리벤조티아졸계 분산제, 폴리벤즈이미다졸계 분산제, 폴리피리딘계 분산제, 폴리트리아졸계 분산제, 폴리피롤리딘계 분산제, 폴리디벤조퓨란계 분산제, 폴리설폰계 분산제, 폴리우레아계 분산제, 폴리우레탄계 분산제, 또는 폴리포스파젠계 분산제 등이 사용될 수 있으며, 이들 중 어느 하나가 단독으로 사용되거나 이들 중에 선택된 2종 이상의 혼합물 또는 공중합체가 사용될 수도 있다.

또한, 상기 물성증진성분은 분산안정제를 더 포함할 수 있으며, 상기 분산안정제는 당업계에 공지된 것을 사용할 수 있어 본 발명에서 그 구체적 종류를 한정하지 않으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 습윤제 또는 젖음성 향상제 등을 사용할 수 있다.

즉, 본 발명에서 상기 보호코팅층(130)은 상기 그라파이트 기재(110)의 표면에 상기 보호코팅층 형성 조성물을 피코팅면에 부가될 수 있는 방법이라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 블레이드(blade) 코팅, 플로우(flow) 코팅, 캐스팅(casting), 프린팅 방법, 트랜스퍼(transfer) 방법, 브러싱, 딥핑(dipping) 또는 스프레잉(spraying) 등의 방법으로 상술한 보호코팅층 형성 조성물을 상기 그라파이트 기재의 표면에 코팅할 수 있다. 이때, 상기 보호코팅층 형성 조성물의 점도는 1 ~ 100,000 cps일 수 있다.

한편, 도면과 설명에는 본 발명에 따른 플라스틱 사출성형체(100)가 판상의 부재로 형성되는 것으로 도시하고 설명하였지만 이에 한정하는 것은 아니며, 필요한 용도에 맞게 다양한 형상을 갖도록 구비될 수 있다.

더불어, 본 발명에 따른 플라스틱 사출성형체(100)는 방열성, 전자파 차폐 중 하나 이상의 성능이 필요한 다양한 부품 또는 케이스 등에 적용될 수 있다.

일례로, 상기 플라스틱 사출성형체(100)는 흑연의 전기전도성을 활용하여 대전방지특성부여 용도(antistatic,1 kΩ/sq)로 반도체 칩 트레이, 웨이퍼용기, 정전기분사영역(static dissipative, 0.1∼1 kΩ/sq) 등으로 이용할 수 있고, 슈퍼캐패시터 등의 에너지 저장 매체분야에도 응용할 수 있으며, 디지털 기기의 소형화 및 슬림화가 급속하게 진행되면서 전자 부품으로부터 발생되는 열 방출을 해결하기 위한 방열소재에 적용될 수 있으며, 경량화된 방열소재의 개발이 크게 요구되는 조명분야에도 적용될 수 있다.

더불어, 흑연을 분산시킬 경우 매우 적은 양을 분산시켜도 우수한 가스차단 특성을 나타내기 때문에 식품포장재 또는 산화반응이 일어나는 것을 막기 위한 전자제품 필름 포장재 등 가스차단성을 요하는 분야의 필름 포장재로 활용할 수도 있으며, 흑연의 전기적, 기계적, 열적 특성을 이용해 제작한 마이크로 액추에이터는 저전력에서도 큰 변위, 빠른 응답속도를 가지며 온도의 증가에 따라 변위도 상승하는 우수한 특성을 나타내고, 제조가 용이하므로 근육이나, 또는 여러 가지 생체모방 응용소자로서의 활용이 가능하다.

특히, 본 발명에 따른 플라스틱 사출성형체는 아연, 알루미늄, 주석, 구리, 마그네슘 등의 합금을 이용하여 다이캐스팅으로 제작되는 자동차부품, 전기기기, 광학기기, 차량, 방직기, 건축, 계측기의 부품 등과 같은 다양한 부품을 대체하는 용도로 사용될 수 있으며, 전자산업분야, 에너지 분야, 자동차/우주항공 산업분야 등의 영역에서 다양하게 이용될 수 있을 것이다.

삭제

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

삭제

100 : 방열성 및 전자파 차폐성을 갖는 플라스틱 사출성형체
110 : 그라파이트 기재
111 : 매트릭스
112 : 그라파이트-나노금속 복합체
120 : 보강지지체
121 : 테두리부재
122 : 연결부재
130 : 보호코팅층

Claims (12)

1. 매트릭스 및 상기 매트릭스 상에 분산되고 그라파이트의 표면에 나노금속 입자가 결합된 그라파이트-나노금속 복합체를 포함하는 그라파이트 기재;
   금속재질로 이루어지고 상기 그라파이트 기재에 매립되는 보강지지체; 및
   다른 부품과의 체결을 위하여 상기 그라파이트 기재에 형성되는 적어도 하나의 체결공;을 포함하고,
   상기 그라파이트 기재 및 보강지지체는 인서트몰딩을 통하여 일체로 형성되며,
   상기 체결공은 상기 보강지지체의 직상부에 위치하면서 상기 그라파이트 기재에 매립된 보강지지체를 관통하도록 형성되는 방열성 및 전자파 차폐성을 갖는 플라스틱 사출성형체.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 보강지지체는 마그네슘 또는 알루미늄 중 어느 하나를 포함하는 방열성 및 전자파 차폐성을 갖는 플라스틱 사출성형체.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 보강지지체는 원형 또는 다각형상의 테두리부재와 상기 테두리부재에 양단이 연결되는 연결부재를 포함하고,
   상기 연결부재는 격자 형상, 허니컴 형상, 직선형, 곡선형 및 이들이 상호 조합된 형상 중 어느 하나의 형상을 갖도록 형성되는 방열성 및 전자파 차폐성을 갖는 플라스틱 사출성형체.
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 나노금속 입자는 결정화된 나노입자인 방열성 및 전자파 차폐성을 갖는 플라스틱 사출성형체.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 그라파이트-나노금속 복합체는 나노금속 입자상에 코팅된 폴리도파민층을 더 포함하고,
   상기 그라파이트-나노금속 복합체는 상기 그라파이트 기재 내에 50~80 중량%로 포함되는 방열성 및 전자파 차폐성을 갖는 플라스틱 사출성형체.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 그라파이트 기재는 외부면에 형성되는 보호코팅층을 포함하고,
   상기 보호코팅층은 고분자 수지를 포함하는 보호코팅층 형성 조성물로 이루어지는 방열성 및 전자파 차폐성을 갖는 플라스틱 사출성형체.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 보호코팅층 형성 조성물은 외부로의 열확산을 향상시키기 위하여 에폭시 수지 및 카본계 필러를 포함하는 방열성 및 전자파 차폐성을 갖는 플라스틱 사출성형체.
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