KR102518221B1 - 전자파 차폐용 복합수지 조성물 및 이를 포함하는 고전압 차폐 전선 - Google Patents
전자파 차폐용 복합수지 조성물 및 이를 포함하는 고전압 차폐 전선 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 경량화된 고전압 차폐 전선을 제공한다. 구체적으로, 고전압 케이블의 차폐층을 금속 편조선이 아닌 차폐용 고분자 수지를 대신 사용함으로써 차폐효과는 우수하면서 동시에 20% 이상 경량화된 고전압 차폐 전선을 제공한다.
Description
본 발명은 경량화된 고전압 차폐 전선을 제공한다. 구체적으로, 고전압 케이블의 차폐층을 금속 편조선이 아닌 차폐용 고분자 수지를 대신 사용함으로써 차폐효과는 우수하면서 동시에 30% 이상 경량화된 고전압 차폐 전선을 제공한다.
자동차 산업은 안전규제 강화와 편의 사양 증가로 인해 차량 중량이 지속적으로 증가하고 있으며, 차량 중량 증가는 온실가스 배출 증가로 이어지고 있다. 환경 규제 속도가 가속화됨에 따라 주요 완성차는 매년 경량화 요구가 증가하고 있으며, 그 중 경량화를 위해 자동차에 다양한 소재가 적용되고 추진되고 있다. 이에 반해, 자동차 산업에서 소재 선택의 폭은 매우 좁으며, 소재 선정 시 가격 경쟁력, 경량화, 성형성 등이 충분히 고려되어야 한다.
기존 자동차 케이블은 다양한 소재로 구성되어 있으며, 케이블 전선 무게의 증가에 따라 경량화뿐만 아니라 유연성 및 내열성, 전자파 차폐, 절연 등 다양한 기능이 요구되므로, 새로운 소재 적용을 위해 소재개발 및 공정기술개발이 반드시 필요하다.
특히, 최근에는 자동차의 전장화로 인한 전장부품의 채용 증가 및 친환경차의 발달로 자동차 사용 전압이 높아지고 있어 전선에서 발생되는 전자파 간섭을 방지하기 위하여 고전압 케이블의 사용이 증가하고 있다. 이러한 고전압 케이블은 전자파노이즈를 차폐하기 위해서 금속 편조선이 사용되고 있어서 전선의 무게를 더욱 증가시키고 있다. 이에 고전압 케이블의 경량화가 더욱 요구되고 있다.
본 발명의 출원인은 상기 과제를 해결하기 위하여, 종래의 고전압 차폐 전선의 차폐층이 중량이 무거운 금속 편조선 대신에 가벼우면서 동시에 차폐성능이 우수한 전자파 차폐용 복합수지 조성물로 구성된 고전압 차폐 전선을 제공하고자 한다.
본 발명은 도전성 물질로 이루어진 코어; 상기 코어를 둘러싸는 절연층;
상기 절연층을 둘러싸며, 전자파 차폐용 복합수지 조성물을 이용한 전자파 차폐층 ; 및 상기 전자파 차폐층을 둘러싸는 절연성 물질로 이루어진 피복층을 포함하며, 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물은 열가소성 수지, 금속 코팅 탄소섬유, 카본블랙 및 탄소나노섬유를 포함하는 것인 고전압 차폐 전선을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 열가소성 수지는 열가소성 수지는 상기 열가소성 수지는 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리우레탄, 에틸렌바이닐아세테이트, 에틸렌프로필렌러버, 실리콘러버, 폴리에테르 에스테르 엘라스토머, 폴리에테르 엘라스토머, 폴리스티렌 블록 코폴리머 및 폴리아미드 엘라스토머 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 차폐용 복합수지 조성물은 열가소성 수지 100 중량부에 대하여, 금속 코팅 탄소섬유 5 내지 50 중량부, 카본블랙 0.1 내지 5 중량부 및 탄소나노튜브 0.1 내지 5 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 금속 코팅 탄소섬유에 코팅되는 금속은 팔라듐, 니켈, 구리, 은, 알루미늄 및 마그네슘에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 것 일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물에 첨가제를 0.1 내지 5 중량부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 첨가제는 산화방지제, 윤활제, 상용화제, 착색제, 이형제, 난연제 및 가소제에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 것 일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 차폐용 복합수지 조성물은 주파수 대역 1GHz에서 ASTM ES7으로 측정하였을 때, 전자파 차폐 효율이 30 dB 이상인 것을 특징으로 하는 것 일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 전자파차폐층과 상기 피복층 사이에 횡권 도체를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 전자파차폐층과 상기 피복층 사이에 금속 테이프를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 고전압 차폐 전선은 3MHz 전선 기준으로 IEC 62153-4-6으로 측정하였을 때, 전자파 차폐 효율이 25 dB 이상인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라,
a) 열가소성 수지, 산화방지제, 윤활제 및 카본블랙을 혼련하여 매트릭스 수지를 제조하는 단계;
b)상기 매트릭스 수지에 금속 코팅 탄소섬유를 투입하고 혼련하여 수지 복합체를 제조하는 단계; 및
c)상기 수지 복합체에 탄소나노튜브를 투입하고 혼련하여 전자파 차폐용 복합수지 조성물을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명은 고전압 차폐 전선의 차폐층이 중량이 무거운 금속 편조선 대신에 가벼우면서 동시에 차폐성능이 우수한 전자파 차폐용 복합수지 조성물로 구성된 고전압 차폐 전선을 제공한다.
상기 고전압 차폐 전선은 차폐층에 전자파 차폐용 복합수지 조성물을 사용함으로써, 고분자 특유의 압출공정이 가능함으로 인해, 종래의 직조공정이 추가로 필요한 금속 편조 방식에 비해 17배 이상의 높은 생산속도를 가질 수 있는 장점이 있다.
상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물은 열가소성 수지, 금속 코팅 탄소섬유, 탄소나노튜브 및 카본블랙을 포함함으로써, 차폐 성능이 우수하면서 동시에 종래의 금속 편조선 보다 중량이 20 내지 30% 정도 가벼운 장점이 있다.
또한, 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물에 추가적으로 횡권 도체 및 금속 테이프를 포함할 수 있으며, 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물, 횡권 도체 및 금속 테이프을 동시에 압출공정으로 성형이 가능함으로 생산속도가 우수하며, 추가 공정 없이 전자파 차폐 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래에 금속 편조로 구성된 차폐층 대신에 전자파 차폐용 복합수지 조성물로 구성된 차폐층을 가지는 고전압 전선의 구조를 나타낸 모식도이다.
이하 첨부된 도면을 포함한 구체예 또는 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 구체예 또는 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 본 발명의 조성물은 특별히 한정하지 않은 이상은 중량비를 의미한다.
기존의 고전압 케이블은 전자파 노이즈를 차폐하기 위해서 주석이 도금 구리선을 직조한 구리 편조선을 사용하였다. 상기 금속 편조선은 생산속도가 2-3m/min로 매우 느려 생산성이 좋지 않으며, 금속 편조선 자체가 비중이 높은 금속으로 제조되기 때문에 기존의 일반 케이블에 비해 중량이 높아 자동차 중량 증가에 큰 부분을 차지한다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해, 도전성 물질로 이루어진 코어; 상기 코어를 둘러싸는 절연층; 상기 절연층을 둘러싸며, 전자파 차폐용 복합수지 조성물을 이용한 전자파 차폐층; 및 상기 전자파 차폐층을 둘러싸는 절연성 물질로 이루어진 피복층을 포함하며, 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물은 열가소성 수지, 금속 코팅 탄소섬유, 카본블랙 및 탄소나노섬유를 포함하는 것인 고전압 차폐 전선을 제공할 수 있다.
상기 고전압 차폐 전선은 코어, 절연층 전자파 차폐층 및 피복층 순으로 구성될 수 있다.
상기 전자파 차폐층은 종래의 금속 편조선 대신에 비중이 낮으며, 기계적 강도, 유연성 및 전도성이 우수한 전자파 차폐용 복합수지 조성물을 사용함으로써 두께가 얇고 가벼운 자동차용 전자파 차폐 케이블을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 고전압 차폐 전선의 코어는 도전성 물질로 구성될 수 있으며, 상기 도전성 물질은 구리, 주석 도금이 된 구리, 니켈 도금이 된 구리, 은 도금이 된 구리, 구리와 주석의 합금, 구리와 마그네슘 합금, 알루미늄, 구리가 코팅된 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리가 코팅된 알루미늄과 마그네슘 합금, 구리가 코팅된 철을 포함할 수 있다. 또한, 상기 코어는 단선 또는 여러 가닥의 선이 꼬아진 연선일 수 있다.
상기 코어는 계산 단면적이 1 내지 10 ㎜ 일수 있으며, 바람직하게는 3 내지 8 ㎜일 수도 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 절연층은 상기 코어를 둘러싸며, 상기 절연층을 구성하는 소재는 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride), 가교 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride, crosslinked), 폴리에틸렌(Polyethylene), 가교 폴리에틸렌(Polyethylene, crosslinked), 폴리아미드 (Polyamide), 폴리테트라플루오로에틸렌 (Polytetrafluoroethylene), 불화계 에틸렌 프로필렌(Fluorinated ethylene propylene), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌 (Ethylen tetrafluoroethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 가교 폴리프로필렌(Polypropylene, crosslinked), 폴리비닐리덴플루오르 (Polyvinyliden fluorid), 퍼플루오로알콕시 코폴리머(Perfluoroalkoxy copolymer), 열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic polyurethane), 열가소성 폴리에테르 폴리우레탄 (Thermoplastic polyether polyurethane), 열가소성 폴리에테르 에스테르 엘라스토머 (Thermoplasticpolyether ester elastomer), 열가소성 폴리에테르 엘라스토머 (Thermoplastic polyether elastomer), 열가소성 폴리스티렌 블록 코폴리머 (Thermoplastic polystyrene block copolymer), 열가소성 폴리아미드 엘라스토머 (Thermoplastic polyamide elastomer), 실리콘 러버(Silicone rubber) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 가교 폴리에틸렌을 사용할 수 있다.
특히, 상기 가교 폴리에틸렌은 유연성이 있으며 가볍고 내식성이 뛰어나며, 특히 전기 부식을 받지 않아 절연체로 사용하기에 적합하다. 상기 차폐층은 전자파 차폐용 복합수지 조성물로 구성되어 있어 가벼우면서 동시에 우수한 차폐 효과를 가질 수 있다.
상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물은 열가소성 수지, 금속 코팅 탄소섬유, 카본블랙 및 탄소나노튜브가 균일하게 혼련되어 압출성형된 것 일 수 있다.
상기 열가소성 수지는 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리우레탄(polyurethane), 에틸렌바이닐아세테이트(Ethylene vinyl acetate), 에틸렌프로필렌러버(Ethylene Propylene rubber), 실리콘러버(Silicone rubber), 폴리에테르 에스테르 엘라스토머 (polyether ester elastomer), 폴리에테르 엘라스토머 (polyether elastomer), 폴리스티렌 블록 코폴리머 (polystyrene block copolymer) 및 폴리아미드 엘라스토머 (polyamide elastomer) 등에서 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 수지를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 폴리우레탄 일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 폴리우레탄 일 수 있다.
특히, 폴리우레탄이 포함된 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물의 경우, 내열성이 우수하며, 높은 신축성 및 내화학성이 강한 장점이 있으며, 마찰 및 굴곡강도가 높아, 유연성이 필요한 전선 등에 사용하기에 용이하다.
또한, 상기 폴리우레탄을 포함하여 상기 차폐용 복합수지 조성물을 제조할 경우, 상기 금속 코팅된 나노섬유, 카본블랙 및 탄소나노튜브와 같이 혼합됨으로써, 높은 유연성 및 우수한 전자파차폐 효율을 발휘할 수 있어 전선의 차폐층에 사용하기에 매우 적합하다.
또한, 상기 폴리우레탄 수지는 비중이 낮아 전선의 경량화에 대한 목적에 부합하다.
또한, 본 발명의 일 양태에 따른, 상기 열가소성 수지는 중량평균분자량이 1,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol 인 것일 수 있으며, 바람직하게는 5,000 g/mol 내지 900,000 g/mol 일 수 있으며, 10,000 g/mol 내지 700,000 g/mol 일수도 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 분자량의 열가소성 수지를 사용함으로써, 흐름성과 기계적 성질이 더욱 우수하며, 상기 전선의 유연성 및 내구성이 증가하여 오랫동안 사용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 금속 코팅 탄소섬유는 탄소섬유에 금속을 무전해 도금방식으로 표면을 코팅한 것으로, 기존의 탄소섬유보다 우수한 전도성 및 내구성을 가질 수 있어, 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물의 전자파차폐효율을 더욱 높일 수 있다.
또한, 상기 카본블랙 및 탄소나노튜브를 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물에 더 포함함으로써, 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물에 더욱 높은 전도성을 부가할 수 있으며, 특히, 카본블랙을 더 포함함으로써, 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물의 제조 시 공정안정성을 확보할 수 있다.
상기 카본블랙은 퍼니스 블랙, 아세틸렌 블랙, 써말 블랙, 채널 블랙 등으로 에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소 나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소 나노튜브, 다발형 탄소 나노튜브 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 탄소나노튜브의 직경은 1 ㎚ 내지 50 ㎚ 일 수 있고, 길이는 10 ㎚ 내지 20 ㎛ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 범위 내의 직경 및 길이를 가진 탄소나노튜브를 사용할 경우 수지 복합재의 전기전도성 및 가공성이 우수하다.
상기 탄소나노튜브는 종횡비가 100 내지 1,000 인 것을 사용할 수 있으며, 상기 범위의 탄소나노튜브를 포함하였을 때, 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물의 전기전도성 및 전자파 차폐기능이 더욱 향상될 수 있다.
상기 첨가제는 산화방지제, 윤활제, 상용화제 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 더 포함할 수 있으나, 이는 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물의 차폐 효율에 영향을 주지 않는 범위 안이라면 그 어느 것을 사용하여도 무방하다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물은 열가소성 수지 100 중량부에 대하여, 금속 코팅 탄소섬유 5 내지 50 중량부, 카본블랙 0.1 내지 5 중량부, 탄소나노튜브 0.1 내지 5 중량부 및 첨가제 0.1 내지 3 중량부를 포함할 수 있다.
상기 조성비로 혼합된 전자파 차폐용 복합수지 조성물의 경우에는 더욱 우수한 전자파차폐 효율을 가질 수 있다. 특히, 상기 금속 코팅 탄소섬유의 함량이 열가소성 수지 100 중량부에 대하여, 5 내지 50 중량부일 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 40 중량부일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 20 내지 30 중량부일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 금속 코팅 탄소섬유가 상기 범주의 중량부를 포함할 때, 더욱 효과적으로 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물의 차폐효과가 증가할 수 있다.
상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물에 포함된 각각의 성분에 대하여 자세하게 설명한다.
상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물에 포함된 상기 금속 코팅 탄소섬유는 탄소섬유에 금속을 코팅한 것으로써, 기존의 탄소섬유보다 높은 전도성 및 내구성을 가지고 있어, 더욱 우수한 전자파 차폐 효율을 발휘할 수 있다.
상기 금속 코팅 방법은 무전해법 또는 전해법 코팅방식으로 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 탄소섬유의 직경은 4 ㎛ 내지 10 ㎛ 일 수 있으며, 구체적으로는 5 ㎛ 내지 8 ㎛ 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 상기 탄소섬유의 길이는 1 ㎜ 내지 10 ㎜, 구체적으로는 3 ㎜ 내지 8 ㎜ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 탄소섬유의 직경 및 길이가 각각 상기 범위 내인 경우 망목 구조 형성이 용이하며 동시에 우수한 가공성을 얻을 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 금속 코팅 탄소섬유에 코팅되는 금속은 구리, 은, 금, 팔라듐, 니켈, 알루미늄 및 마그네슘에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 조합일 수 있으며, 바람직하게는 니켈, 알루미늄, 팔라듐인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
니켈, 알루미늄, 팔라듐으로 탄소섬유를 무전해 코팅함으로써 더욱 우수한 전도성 및 내구성을 가질 수 있으며, 특히, 니켈의 경우에는 가격이 상대적으로 저렴하면서 내부식성이 좋아 오랫동안 사용할 수 있는 장점이 있다.
더욱이 무전해 코팅할 때, 두 가지 금속을 단층 혹은 복층으로 코팅하여 더욱 우수한 전도성 및 내구성을 가질 수 있다. 일예로, 니켈 금속과 구리 금속을 조합하여, 복층으로 탄소섬유를 코팅함으로 내부식성 및 전도성이 동시에 우수해지는 장점이 있을 수 있으나, 코팅 횟수 및 방법 등에 대해서는 제한되지 않는다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물에 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 통상적으로 고분자를 가공할 때 사용하는 것이라면 그 어느 것도 무방하다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 첨가제는 산화방지제, 윤활제, 상용화제, 착색제, 이형제, 난연제 및 가소제에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 것 일 수 있다.
상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물이 고온에서 혼련될 때, 산화로 인한 변질을 막기 위하여 산화방지제가 선택될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 산화방지제는 폐놀계 화합물 및 티오에테르계 화합물에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 페놀계 화합물은 2,2'-티오디에틸렌-비스-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트, 4,4'-티오-비스-(2-t-부틸-5-메틸페놀), 1,2-디하이드로-2,2,4-트리메틸퀴놀린, 디에틸((3,5-비스-(1,1-디메틸에틸)-4-하이드록시페닐)메틸)포스포네이트, 1,3,4-트리스(4-tert-부틸-3-하이드록시-2,6-디메틸벤젠)-1,3,5-트리아진-2,4,6-(1H,3H,5H)-트리온, 테트라키스[메틸렌-3-(3,5-디-tert-부틸-4-하이드록시페틸)프로피오네이트]메탄, 옥타데킬-3-(3,5-디-tert-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트, 트리스(2,4-디tert-부틸페닐)포스파이트 및 N,N'-비스-(3-(3',5'-디-t-부틸-4'-하이드록시페닐)프로피오닐)히드라진 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 티오에테르계 화합물은 디라우릴티오디프로피오네이트, 디트리데실티오디프로피오네이트, 디미리스틸티오디프로피오네이트, 디옥타데실디설파이드, 비스[2-메틸-4-(3-n-도데실티오프로피오닐옥시)-5-tert-부틸페닐]설파이드, 펜타에리스리톨-테트라키스-(3-라우릴티오프로피오네이트), 1,4-사이클로헥산디메탄올, 3,3'-티오비스프로판산 디메틸에스테르 폴리머 및 디스테아릴티오디프로피오네이트 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 산화방지제를 사용함으로써, 열가소성 수지 가공 시에 발생되는 라디칼에 의해 상기 열가소성 수지의 변질을 방지할 수 있으며, 상기 페놀계 화합물 및 티오에테르계 화합물을 혼합하여 사용하면 산화방지 효과가 더욱 증대될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물에 활제를 더 포함함으로써, 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물을 가공 시, 점성 거동을 향상시켜주며, 가공 후 상기 차폐용 복합수지 조성물의 표면평활도가 우수해지는 장점이 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 활제는 몬탄 왁스, 지방산 에스터, 트리글리세라이드, 글리세린 에스터, 폴리에틸렌 왁스, 프로필렌왁스, 파라핀 왁스, 금속비누계 윤활제 및 아마이드계 윤활제에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 전자파차페 효과에 영향을 주지 않는 범위 내라면 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 고전압 차폐 전선은 차폐층에 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물을 사용함으로써, 금속 편조선을 차폐층으로 사용한 종래의 전선보다 20 내지 30 % 더 가벼우면서 차폐효과는 더욱 우수한 현저한 장점이 존재한다.
또한, 상기 금속 편조선은 직조 공정으로 제조되어 생산속도가 매우 낮은 반면에 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물은 압출공정으로 생산함으로써, 상기 고전압 차폐 전선을 가공 시 생산속도가 매우 우수한 장점이 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물은 주파수 대역 1GHz에서 ASTM ES7으로 측정하였을 때, 전자파 차폐 효율이 30 dB 이상인 것을 특징인 것일 수 있으며, 바람직하게는 40 내지 90 dB일수 있으며, 더욱 바람직하게는 50 dB 내지 90dB 일 수 있다.
이는 상기 열가소성 수지, 금속 코팅 탄소섬유, 카본블랙, 탄소나노튜브가 전부 조합되지 않을 경우 나타날 수 없는 현저한 효과이며, 상기 조합으로 제조된 차폐용 복합수지 조성물을 전선의 차폐층에 사용함으로써, 전선의 차폐효과를 더욱 높일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 전자파차폐층과 상기 피복층 사이에 횡권 도체를 더 포함으로써 전자파차폐 효과를 높일 수 있다.
횡권 도체는 구리 또는 주석으로 도금한 구리 등의 도체를 심선위에 동선을 동일 방향으로 감아는 방식으로 구성되며, 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물로 구성된 차폐층을 상기 횡권 도체를 더 포함함으로써, 더욱 우수한 차폐효과를 가질 수 있다.
상기 횡권 도체는 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물와 혼합해서 사용할 수 있으며, 특히 상기 조성물과 동시에 압출성형이 가능한 장점이 있어 가공성이 우수하다.
본 발명의 일 양태에 따른, 전자파차폐층과 상기 피복층 사이에 금속 테이프를 더 포함으로써 전자파차폐 효과를 높일 수 있다.
상기 금속 테이프는 구리 금속 테이프, 알루미늄 금속 테이프 등의 전도성 물질이며, 심선 위에 상기 금속 테이프를 감는 방식으로 구성된다. 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물로 구성된 차폐층을 상기 금속 테이프를 더 포함함으로써, 더욱 우수한 차폐효과를 가질 수 있다.
상기 횡권 도체는 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물와 혼합해서 사용할 수 있으며, 특히 상기 조성물과 동시에 압출성형이 가능한 장점이 있어 가공성이 우수하다.
또한, 상기 전자파 차폐층에 포함된 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물을 상기 횡권 도체 및 금속 테이프를 동시에 더 포함함으로써, 전자파차폐 효과를 더욱 높일 수 있다.
더욱이, 횡권도체 및 금속 테이프는 상기 전자파 차폐용 복합수지의 압출공정과 동시에 성형이 가능하여 별도의 추가 공정이 없이 제조가 가능한 장점이 있다.
이에 반해, 종래의 편조선은 생산속도가 낮은 직조 공정이 추가로 필요하여 생산성이 낮으며, 특히 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물, 횡권 도체 및 금속 테이프가 포함된 전자파 차폐층보다 상기 편조선으로 구성된 전자파 차폐층이 무겁고 두꺼운 단점이 있다.
또한, 상기 전자파 차폐층에 횡권 도체 및 금속 테이프만 사용하여 차폐할 경우, 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물와 혼합하여 사용했을 때 보다, 동일 차폐효과 대비 무게가 20 내지 30 % 더 증가할 수 있으며, 전선의 지름 또한 10 내지 20 % 증가할 수 있다.
상기 피복은 상기 차폐층을 둘러싸는 층으로써, 전선의 외부층을 구성함으로, 외부 환경으로부터 케이블심을 보호하기기 위한 것으로써, 열적 성질, 기계적 물성 및 내화학성이 우수한 고분자 소재이면 어느 것을 사용하여도 무방하다. 일예로, 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리우레탄(Polyurethane), 실리콘 고무 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 고전압 차폐 전선은 3MHz 전선 기준으로 IEC 62153-4-6으로 측정하였을 때, 전자파 차폐 효율이 25 dB 이상인 것을 특징으로 하는 것 일 수 있으며, 바람직하게는 30 dB 내지 90 dB 일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 45 dB 내지 80 dB 일 수 있다.
이는 상기 전자파 차폐 효율은 상기 전자파 차폐층에 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물을 포함함으로써 발휘되는 현저한 효과이며, 상기 전자파 차폐층에 횡권 도체 및 금속 테이프를 더 포함함으로써 더욱 차폐효과를 높일 수 있다.
상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물을 제조함에 있어서, 열가소성 수지, 산화방지제, 윤활제 및 카본블랙을 투입하여 혼련하는 단계, 상기 단계 이후에 금속 코팅 탄소섬유를 투입하여 혼련하는 단계 및 상기 단계 이후에 탄소나노튜브를 투입하여 혼련하는 단계로 총 3단계를 나누어 투입하여 제조할 수 있다. 상기 3 단계로 나누어 전자파 차폐용 복합수지 조성물을 제조함으로써, 상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물간의 혼련성이 크게 증가하고, 더욱 균일한 조성물을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, a) 열가소성 수지, 산화방지제, 윤활제 및 카본블랙을 혼련하여 매트릭스 수지를 제조하는 단계; b)상기 매트릭스 수지에 금속 코팅 탄소섬유를 투입하고 혼련하여 수지 복합체를 제조하는 단계; 및 c)상기 수지 복합체에 탄소나노튜브를 투입하고 혼련하여 전자파 차폐용 복합수지 조성물을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
a) 단계에서는 이축 압출기에 열가소성 수지, 산화방지제, 윤활제 및 카본블랙을 동시에 투입하고, 온도 100 내지 300 ℃에서 혼련하여 매트릭스 수지를 제조 할 수 있다.
상기 b) 단계에서 상기 매트릭스 수지에 금속 코팅 탄소섬유를 사이드 피더를 통해 이축 압출기 2차 투입구로 투입하여 수지 복합체를 제조할 수 있다. 상기 금속 코팅 탄소섬유의 경우 탄소섬유에 금속이 무전해 도금으로 코팅된 것으로써, 오랫동안 고온에서 혼합할수록 상기 금속 코팅이 박리될 수 있으며, 이에 따라 전자파 차폐효과가 저하될 수 있다. 또한, 상기 금속 코팅 탄소섬유가 탄소블랙, 산화방지제 및 윤활제 등과 같은 조성물과 응집될 수 있어, 상기 매트릭스 내에 균일하게 혼합하기 어려운 점 또한 존재한다.
이에 상기 a) 단계에서 균일하게 혼합된 매트릭스 수지에 2차로 금속 코팅 탄소섬유를 투입하고 온도 100 내지 300 ℃에서 혼련함으로써, 상기 금속 코팅 탄소섬유의 파괴 및 손상을 방지하면서 동시에 각 조성물 간에 균일하게 혼합될 수 있는 장점이 있다 .
상기 c) 단계에서 상기 수지 복합체에 탄소나노튜브를 사이드 피더를 통해 이축 압출기 3차 투입구로 투입하고 온도 100 내지 300 ℃에서 혼련함으로써 전자파 차폐용 복합수지 조성물을 제조할 수 있다.
상기 c) 단계에서 탄소나노튜브를 사이드 피더를 통해 상기 수지 복합체와 혼합함으로써, 상기 탄소나노튜브는 카본 블랙과 같은 탄소 화합물간의 응집을 방지할 수 있으며, 이에 따라 탄소나노튜브가 전자파 차폐용 복합수지 조성물 내에 균일하게 혼합될 수 있다.
상기 혼련 온도는 100 내지 300 ℃일수 있으며, 바람직하게는 150 내지 250 ℃ 일수 있으며, 더욱 바람직하게는 180 내지 230℃일수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이하 실시예 및 비교예를 바탕으로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 비교예에 의해 제한되는 것은 아니다.
물성 평가
1) 시편 전자파 차폐시험
평면 시편의 차폐율 측정은 ASTM ES7의 절차에 근거하여 수행하였으며, 측정 가능 주파수 대역은 3GHz이며, 평가 주파수 대역은 1GHz에서 시행하였다.
2) 케이블 전자파 차폐시험
케이블의 차폐율 측정은 IEC 62153-4-6 (Line Injection Method)의 절차에 근거하여 수행하였으며, 측정 가능 주파수 대역은 1GHz이며, 평가 주파수 대역은 3MHz에서 시행하였다.
3) 전선 압출 성형성
전선 압출 성형 후 전선 외관 및 성형성을 평가하였다. 상기 압출 성형성은 E(excellent), G(Good) 및 P(Poor) 순으로 등급을 구분하여 기재하였다. 상기 압출 성형성 값이 G단계 이상부터 전선 외관 및 성형성을 만족한다.
[실시예 1]
190℃로 가열된 이축 압출기(L/D=40, 
=27mm)의 1차 원료 투입구에 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대하여 송원사의 SONGNOX1010 제품인 산화방지제 0.3 중량부, Lion Chemtech사의 LC-102N(polyethylene wax)의 제품인 윤활제 0.2 중량부 및 Unipetrol사의 Chezacarb AC-80(Nitrogen Surface Area : min 800)인 카본블랙 3 중량부 투입하여 매트릭스 수지를 제조하였다.
상기 우레탄 수지 100 중량부에 대하여 불스원신소재사의 Epoxy로 sizing 된 길이 6mm인 니켈 코팅 카본섬유 12 중량부를 사이드 피더를 통해 이축 압출기 2차 투입구로 투입하여 수지 복합체를 제조하였다.
상기 우레탄 수지 100 중량부에 대하여 JEIO사의 JENO TUBE 8A(Diameter : 6~9nm) 제품인 탄소나노튜브(MWCNT(Multi-Walled Carbon Nano Tube) 1 중량부를 사이드 피더를 통해 이축 압출기 3차 투입구로 투입하면서 열용융 혼련 공정을 통하여 전자파 차폐용 복합수지 조성물을 제조하였다.
상기 제조된 전자파 차폐용 복합수지 조성물을 가지고 시편 전자파 차폐 효율을 측정하여 표 1에 기재하였다.
상기 제조된 전자파 차폐용 복합수지 조성물을 차폐층으로 구성한 도선을 제조한 후에, 전선 전자파 차폐 효율을 측정하여 표 1에 기재하였다.
[실시예 2]
상기 실시예 1에서 상기 니켈 코팅 카본섬유의 중량부가 19 중량부인 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
[실시예 3]
상기 실시예 1에서 상기 니켈 코팅 카본섬유의 중량부가 26 중량부인 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
[실시예 4]
상기 실시예 1에서 상기 니켈 코팅 카본섬유의 중량부가 33 중량부인 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
[실시예 5]
상기 실시예 1에서 상기 차폐층에 0.100TA 횡권 도체(KSC3101 규격에 준하는 도체선)를 24가닥 더 포함한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
[실시예 6]
상기 실시예 1에서 상기 차폐층에 알루미늄 테이프(롯데알미늄, A1235)를 더 포함한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
[실시예 7]
상기 실시예 1에서 상기 차폐층에 알루미늄 테이프(롯데알미늄, A1235) 및 0.100 TA 횡권 도체(KSC3101 규격에 준하는 도체선) 10가닥을 더 포함한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
[실시예 8]
190℃로 가열된 이축 압출기(L/D=40, 
=27mm)의 1차 원료 투입구에 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대하여 송원사의 SONGNOX1010 제품인 산화방지제 0.3 중량부, Lion Chemtech사의 LC-102N(polyethylene wax)의 제품인 윤활제 0.2 중량부, 불스원신소재사의 Epoxy로 sizing 된 길이 6mm인 니켈 코팅 카본섬유 12 중량부 및 Unipetrol사의 Chezacarb AC-80(Nitrogen Surface Area : min 800)인 카본블랙 3 중량부 투입하여 매트릭스 수지를 제조하였다.
상기 우레탄 수지 100 중량부에 대하여 JEIO사의 JENO TUBE 8A(Diameter : 6~9nm) 제품인 탄소나노튜브(MWCNT(Multi-Walled Carbon Nano Tube) 1 중량부를 사이드 피더를 통해 이축 압출기 2차 투입구로 투입하면서 열용융 혼련 공정을 통하여 전자파 차폐용 복합수지 조성물을 제조하였다.
상기 제조된 전자파 차폐용 복합수지 조성물을 가지고 시편 전자파 차폐 효율을 측정하여 표 1에 기재하였다.
상기 제조된 전자파 차폐용 복합수지 조성물을 차폐층으로 구성한 도선을 제조한 후에, 전선 전자파 차폐 효율을 측정하여 표 1에 기재하였다.
[비교예 1]
상기 실시예 1에서 상기 니켈 코팅 카본섬유 포함하지 않는 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
[비교예 2]
상기 실시예 1에서 상기 니켈 코팅 카본섬유 대신에 니켈 나노 파우더(Ni 99.9wt%, 70nm, US Research Nanomaterials사) 12 중량부를 포함한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
[비교예 3]
상기 실시예 1에서 상기 카본블랙을 포함하지 않는 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
[비교예 4]
상기 실시예 1에서 상기 탄소나노튜브를 포함하지 않는 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
[비교예 5]
상기 실시예 1에서 상기 차폐층에 차폐 컴파운드 조성물 대신에 알루미늄 테이프(롯데알미늄, A1235) 및 0.100 TA 횡권 도체(KSC3101 규격에 준하는 도체선) 36가닥을 포함한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
| 시편 전자파차폐 평가(dB) | 전선 전자파차폐 평가(dB) | 압출 성형성 | |
| 실시예 1 | 31.5 | 28.7 | E |
| 실시예 2 | 34.9 | 28.9 | G |
| 실시예 3 | 53.8 | 47.8 | G |
| 실시예 4 | 57.4 | 49.2 | P |
| 실시예 5 | 31.5 | 52.2 | G |
| 실시예 6 | 31.5 | 50.8 | G |
| 실시예 7 | 31.5 | 54.6 | G |
| 실시예 8 | 27.5 | 25.4 | G |
| 비교예 1 | 12.0 | 8.1 | E |
| 비교예 2 | 27.5 | 25.4 | G |
| 비교예 3 | 24.3 | 21.3 | G |
| 비교예 4 | 26.5 | 23.5 | G |
| 비교예 5 | 0 | 24.5 | G |
상기 표 1에 기재된 바와 같이, 상기 차폐용 복합수지 조성물을 사용한 실시예 1 내지 실시예 7은 시편 전자파차폐 평가에서 30 dB 이상의 높은 전자파차폐 효과를 가지는 것을 확인할 수 있다.
또한, 상기 전선 전자파차폐 평가에서 실시예 5 내지 실시예 7은 상기 차폐용 복합수지 조성물에 횡권 도체 및 알루미늄 테이프를 혼합하였을 때 더욱 높은 전자파차폐 효율이 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
더욱 놀라운 점은 상기 차폐용 복합수지 조성물과 알루미늄 테이프 및 0.100 TA 횡권 도체 10가닥으로 차폐층을 구성한 실시예 7의 전선이 알루미늄 테이프 및 0.100 TA 횡권 도체 36가닥으로만 차폐층을 구성한 비교예 5의 전선보다 무게가 20%나 가벼우면서도 동시에 차폐 효율이 50% 이상 증가하는 효과를 확인할 수 있었다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
Claims (11)
- 도전성 물질로 이루어진 코어;
상기 코어를 둘러싸는 절연층;
상기 절연층을 둘러싸며, 전자파 차폐용 복합수지 조성물을 이용한 전자파 차폐층 ; 및
상기 전자파 차폐층을 둘러싸는 절연성 물질로 이루어진 피복층을 포함하며,
상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물은 폴리우레탄, 금속 코팅 탄소섬유, 카본블랙 및 탄소나노섬유를 포함하는 것인, 고전압 차폐 전선이며,
상기 차폐용 복합수지 조성물은 주파수 대역 1GHz에서 ASTM ES7으로 측정하였을 때, 전자파 차폐 효율이 30 dB 이상이며,
상기 고전압 차폐 전선은 3MHz 전선 기준으로 IEC 62153-4-6으로 측정하였을 때, 전자파 차폐 효율이 28.7 dB 이상인 것을 특징으로 하는 고전압 차폐 전선. - 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 차폐용 복합수지 조성물은 열가소성 수지 100 중량부에 대하여, 금속 코팅 탄소섬유 5 내지 50 중량부, 카본블랙 0.1 내지 5 중량부 및 탄소나노튜브 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 고전압 차폐 전선. - 제 1항에 있어서,
상기 금속 코팅 탄소섬유에 코팅되는 금속은 팔라듐, 니켈, 구리, 은, 알루미늄 및 마그네슘에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 고전압 차폐 전선. - 제 1항에 있어서,
상기 전자파 차폐용 복합수지 조성물에 열가소성 수지 100 중량부에 대하여 첨가제를 0.1 내지 5 중량부를 더 포함하는 것인 고전압 차폐 전선. - 제 5항에 있어서,
상기 첨가제는 산화방지제, 윤활제, 상용화제, 착색제, 이형제, 난연제 및 가소제에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 것인 고전압 차폐 전선. - 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 전자파차폐층과 상기 피복층 사이에 횡권 도체를 더 포함하는 고전압 차폐 전선. - 제 1항에 있어서,
상기 전자파차폐층과 상기 피복층 사이에 금속 테이프를 더 포함하는 고전압 차폐 전선. - 삭제
- a) 폴리우레탄 수지, 산화방지제, 윤활제 및 카본블랙을 혼련하여 매트릭스 수지를 제조하는 단계;
b)상기 매트릭스 수지에 금속 코팅 탄소섬유를 투입하고 혼련하여 수지 복합체를 제조하는 단계; 및
c)상기 수지 복합체에 탄소나노튜브를 투입하고 혼련하여 전자파 차폐용 복합수지 조성물을 제조하는 단계;를 포함하는 전자파 차폐용 복합수지 조성물을 포함하는 고전압 차폐 전선을 제공하며,
상기 차폐용 복합수지 조성물은 주파수 대역 1GHz에서 ASTM ES7으로 측정하였을 때, 전자파 차폐 효율이 30 dB 이상이며,
상기 고전압 차폐 전선은 3MHz 전선 기준으로 IEC 62153-4-6으로 측정하였을 때, 전자파 차폐 효율이 28.7 dB 이상인 것을 특징으로 하는 고전압 차폐 전선의 제조방법.
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|---|---|---|---|
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