KR20000027315A - Method for producing light and strong carbon complex material of electronic shielding - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전자 차폐성 경량 고강도 탄소 복합재료의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수지와 혼합된 고분자 합금물질을 개발하여 탄소섬유 보강 복합재료를 제조하고 이를 열처리 및 후처리하여 전자 차폐성이 우수한 경량의 고강도 탄소 복합재료를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an electron shielding lightweight high strength carbon composite material, and more particularly, to develop a carbon alloy reinforced composite material by developing a polymer alloy material mixed with a resin, and to heat-treat and post-treat the same. It relates to a method for producing a high strength carbon composite material.
일반적으로, 전자파의 차폐란, 외부의 전자기파가 시스템내로 유입되는 것을 차단시키거나, 시스템 내부의 전자기파가 시스템의 외부로 유출되는 것을 차단하거나 이를 흡수하는 것을 의미한다. 다시 말해서, 전자 방해파의 발생장소와 전자 방해파에 의해서 장애를 일으키는 장소를 전자기적으로 구별하는 것을 말한다. 이를 위해서, 타시스템과 상호간 발생하는 시스템간 방해(inter-system interference)를 방지하는 것이다.In general, shielding of electromagnetic waves means blocking external electromagnetic waves from entering the system, or blocking or absorbing electromagnetic waves from outside the system. In other words, it means to electromagnetically distinguish between the place where the electromagnetic wave is generated and the place where the obstacle is caused by the electromagnetic wave. To this end, it is to prevent inter-system interference that occurs with other systems.
전자 방해파에 대한 대책의 하나로는 전자 차폐재료를 사용하는 것을 들 수 있다. 전자 차폐재료는 전자 방해파를 통과시키지 못하게 하는 것이 주된 목적이다. 전자 방해파는 금속판을 잘 통과하지 못하기 때문에, 대표적인 전자파 차폐재료로 금속재료가 많이 사용되고 있다.One countermeasure against electromagnetic interference is the use of an electromagnetic shielding material. The main purpose of the electromagnetic shielding material is to prevent electromagnetic interference from passing therethrough. Since electromagnetic interference waves do not pass through the metal plate well, metal materials are used as a representative electromagnetic shielding material.
그런데, 금속재료는 매우 뛰어난 전자파 차폐효과를 보이지만, 중량의 무거움, 경제성 등의 문제점이 있다. 따라서, 이를 대체하기 위한 전자파 차폐재료로서 전자기기 제품에 전자파를 차폐하는 성능을 갖는 판금이나 알루미늄 다이캐스팅 등이 사용되어왔다. 근래에 와서는 성형의 용이함, 자유로운 디자인, 경량성 등의 장점을 갖는 플라스틱 재료가 전자파 차폐재료로서 전자기기의 본체에 많이 사용되고 있다. 그런데, 플라스틱 재료는 일반적으로 도전성이 작고 전자파를 차단하는 성능이 거의 없으므로, 전자기기의 본체에 플라스틱 재료를 사용하는 경우에는 전자파에 대한 별도의 차폐처리가 요구된다.By the way, the metal material has a very good electromagnetic shielding effect, but there are problems such as weight, economic efficiency. Therefore, sheet metal, aluminum die casting, or the like, which has a capability of shielding electromagnetic waves from electronic device products, has been used as an electromagnetic shielding material to replace it. In recent years, plastic materials having advantages such as ease of molding, free design, and lightweight have been widely used in the main body of electronic devices as electromagnetic shielding materials. By the way, since the plastic material is generally low in conductivity and hardly shielding electromagnetic waves, a separate shielding treatment for electromagnetic waves is required when the plastic material is used for the main body of the electronic device.
최근에는, 항공기 및 스포츠 용품 등에 사용되는 탄소섬유를 이용한 플라스틱 강화 탄소 복합재료, 유리섬유를 강화재로 사용하고 매트릭스 수지로 불포화 폴리에스테르를 사용한 섬유강화 플라스틱, 수지성형품의 80% 이상을 점유하고 있는 열가소성 수지의 개량품인 섬유 강화 열가소성 수지 등을 전자파 차폐재료로 채용한 바 있다.Recently, plastic reinforced carbon composite material using carbon fiber used in aircraft and sporting goods, fiber reinforced plastic using glass fiber as reinforcement material and unsaturated polyester as matrix resin, and thermoplastics occupying more than 80% of resin molded products. Fibre-reinforced thermoplastic resins, which are improved resins, have been employed as electromagnetic shielding materials.
그런데, 플라스틱 강화 탄소 복합재료는 제조 단가가 높고 양산이 곤란한 결점이 있고, 섬유강화 플라스틱은 탄성율이 낮고 비중이 크기 때문에 얇고 가벼운 소재에 사용하기에는 어려운 점이 있다. 또한, 섬유 강화 열가소성 수지는 사출성형 공정중에 수지의 점성에 의하여 섬유가 절단되어 보강에 필요한 섬유길이를 유지하기 힘들기 때문에 섬유에 의한 보강 효과가 적고 탄성율을 증대 시키는데 문제점이 있다.However, the plastic-reinforced carbon composite material has a disadvantage of high manufacturing cost and difficulty in mass production, and fiber-reinforced plastics have a low elastic modulus and a high specific gravity, which makes it difficult to use in thin and light materials. In addition, the fiber-reinforced thermoplastic resin is difficult to maintain the fiber length required for reinforcement because the fiber is cut by the viscosity of the resin during the injection molding process, there is a problem in reducing the reinforcement effect by the fiber and increase the elastic modulus.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 수지와 혼합된 고분자 합금물질을 개발하여 탄소섬유 보강 복합재료를 제조하고 이를 열처리 및 후처리하여 전자 차폐성이 우수한 경량의 고강도 탄소 복합재료를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, an object of the present invention, by developing a polymer alloy material mixed with a resin to produce a carbon fiber reinforced composite material and heat treatment and post-treatment to the electron shielding properties The present invention provides a method for producing an excellent lightweight high strength carbon composite material.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 실험공정의 흐름도,1 is a flow chart of an experimental process according to a preferred embodiment of the present invention;
도 2는 탄소 복합재료에 BaTiO3가 첨가된 전자파 차폐재료의 전자파 흡수특성을 나타낸 그래프,2 is a graph showing the electromagnetic wave absorption characteristics of the electromagnetic shielding material with BaTiO 3 added to the carbon composite material,
도 3은 탄소 복합재료에 BaTiO3및 니켈(Ni) 코팅된 탄소섬유 메트가 첨가된 재료의 전자파 흡수특성을 나타낸 그래프,3 is a graph showing the electromagnetic wave absorption characteristics of BaTiO 3 and nickel (Ni) coated carbon fiber mat added to the carbon composite material,
도 4는 탄소 복합재료의 전자파 차폐특성을 나타낸 그래프, 그리고4 is a graph showing the electromagnetic shielding characteristics of the carbon composite material, and
도 5는 탄소 복합재료에 니켈(Ni) 코팅된 탄소섬유 메트가 삽입된 재료의 전자파 차폐특성을 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing electromagnetic shielding characteristics of a material in which a nickel (Ni) coated carbon fiber mat is inserted into a carbon composite material.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은,In order to achieve the above object, the present invention,
출발재료로서 탄소섬유 메트를 준비하는 단계(S1);Preparing a carbon fiber mat as a starting material (S1);
준비된 탄소섬유 메트를 일정한 크기로 절단하는 단계(S2);Cutting the prepared carbon fiber mat into a predetermined size (S2);
절단된 탄소섬유 메트를 함침시킬 수지를 전처리하는 단계(S3);Pretreating the resin to impregnate the cut carbon fiber mat (S3);
전처리가 끝난 수지 내에 상기 절단된 탄소섬유 메트를 함침시키는 단계(S4);Impregnating the cut carbon fiber mat in a pretreated resin (S4);
함침된 탄소섬유 메트를 건조시켜서 프리프레그(prepreg)를 만드는 단계(S5);Drying the impregnated carbon fiber mat to make a prepreg (S5);
상기 프리프레그를 몰드 내에 적층시키는 단계(S6);Stacking the prepreg into a mold (S6);
적층된 프리프레그를 고온 가압하는 단계(S7); 및Hot pressing the stacked prepregs (S7); And
고온 가압된 프리프레그를 냉각시키는 단계(S8)를 포함하는 전자 차폐성 경량 고강도 탄소 복합재료의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing an electromagnetic shielding lightweight high strength carbon composite material comprising the step (S8) of cooling the high temperature pressurized prepreg.
이하, 첨부된 도면들을 참조로하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전자 차폐성 경량 고강도 탄소 복합재료의 제조방법을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of manufacturing an electron shielding lightweight high strength carbon composite material according to a preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings in more detail.
본 발명은, 탄소섬유를 일정길이로 절단하여 이루어진 단섬유 또는 섬유 메트를 고분자 수지로 함침한 후 건조시켜서 탄소 섬유 복합재료 프리 프레그를 만든 후 가열 가압함으로써, 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 물성치를 갖는 전자 차폐성이 우수한 경량 고강도 탄소 복합재료를 개발하려는 것이다.The present invention, impregnated with a short-fiber or fiber mat formed by cutting the carbon fiber to a predetermined length, and then dried to form a carbon fiber composite material prepreg by heating and pressurizing, thereby having a physical property as shown in Table 1 The company intends to develop lightweight, high strength carbon composites with excellent electron shielding properties.
표 1.Table 1.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 실험공정의 흐름도이다.1 is a flowchart of an experimental process according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1을 참조하여 본 발명의 실험공정을 설명하면, 먼저 전자 차폐성 경량 고강도 탄소 복합재료를 만들기 위한 출발재료로서 영국의 테크니컬 화이버 프러덕트(Technical Fiber Products)사가 PAN 섬유를 이용하여 제조한 메트(Optimat 203 series)를 사용한다. 또한, 금속이 코팅된 섬유의 차폐 특성을 확인하기 위하여 상기 회사에서 제조된 니켈(Ni)이 코팅된 섬유 페이퍼를 메트 내부에 한 장 삽입시킨후 탄소 복합재료를 제조하여 전자파 차폐 특성 분석을 수행한다.Referring to Figure 1, the experimental process of the present invention, first, as a starting material for making electron shielding lightweight high-strength carbon composite material, manufactured by British Technical Fiber Products (Optimat) 203 series). In addition, in order to check the shielding properties of the metal-coated fibers, a sheet of nickel (Ni) coated fiber paper manufactured by the company is inserted into the mat, and then a carbon composite material is manufactured to perform electromagnetic shielding characteristics analysis. .
하기 표 2와 3에는 본 발명의 실험에 사용되는 탄소섬유 메트 및 니켈(Ni)이 코팅된 섬유 페이퍼(Optimat 204 series)의 물성을 나타내었다.Tables 2 and 3 show the physical properties of carbon fiber mat and nickel (Ni) coated fiber paper (Optimat 204 series) used in the experiment of the present invention.
표 2. 탄소섬유 메트(Optimat 203 series)의 특성Table 2. Properties of Carbon Fiber Mat (Optimat 203 series)
표 3. 니켈(Ni)이 코팅된 섬유 페이퍼(Optimat 204 series)의 특성Table 3. Properties of Nickel Coated Fiber Paper (Optimat 204 series)
전술한 바와 같은 탄소섬유 메트를 준비한후에는 일정한 크기로 절단하여 페놀수지 내에 함침시킨다. 이때, 본 발명에서는 미국 죠지아 퍼시픽(Geogia pacific)사에 의해서 생산되고 있는 GP-582D58 수지 및 코오롱 유화에 의해서 생산되고 있는 레졸형 페놀수지(KRD-HM2)의 2종류 페놀 수지를 사용한다.After preparing the carbon fiber mat as described above, it is cut to a certain size and impregnated in the phenol resin. At this time, in the present invention, two types of phenol resins of GP-582D58 resin produced by Georgia Pacific Co., Ltd. and Resol type phenol resin (KRD-HM2) produced by Kolon Emulsification are used.
한편, 시판중에 있는 수지는 점도가 높고 탄소섬유 메트를 수지에 직접 함침시키기에는 부적합하기 때문에, 사용 용도에 따라서 전처리 공정이 필요하다. 즉, 가온가압 성형을 하기 위해서는, 충진재, 경화 촉매제 등을 혼합한 화합물을 섬유에 함침시켜야 한다. 수지의 전처리는 최종 탄소섬유 복합재료 중에 수지의 함량이 60∼80%, 바람직하게는 75% 내외가 되도록 수지의 농도를 조정한 후, 충전재, 경화 촉매제, 내부 이형제를 수지 속에 첨가하여 수지를 전처리 한다. 수지의 농도를 조절하기 위해서 아세톤을 용제로 사용하여 수지를 묽게 만들어 사용한다. 이때, 아세톤의 양은 수지 무게에 대하여 100∼500%가 되도록 한다.Commercially available resins, on the other hand, have high viscosity and are unsuitable for impregnating the carbon fiber mat directly into the resin, and thus require a pretreatment step depending on the intended use. That is, in order to perform a warm press molding, the fiber which mixed the filler, the hardening catalyst, etc. must be impregnated to a fiber. Pretreatment of the resin is performed by adjusting the concentration of the resin so that the content of the resin in the final carbon fiber composite material is about 60 to 80%, preferably about 75%, and then adding the filler, a curing catalyst, and an internal mold release agent into the resin to pretreat the resin. do. In order to control the concentration of the resin, acetone is used as a solvent and the resin is diluted. At this time, the amount of acetone is to be 100 to 500% by weight of the resin.
죠지아 퍼시픽(Geogia pacific)에서 생산되는 수지는 하기 표 4와 같은 조건으로 전처리를 하였고, 코오롱 유화에서 생산되는 수지는 복합재료용으로 생산되는 수지이기 때문에 메탄올, 에탄올 또는 아세톤에 용해시켜서 농도를 제어한 후 내부 이형제 및 착색제만 첨가하여 수지를 전처리 하였다. 이때, 아세톤, 내부 이형제 및 착색제의 양은 죠지아 퍼시픽(Geogia pacific) 수지에서와 동일하게 하였다.The resin produced in Georgia Pacific (Geogia pacific) was pretreated under the conditions shown in Table 4 below, and the resin produced in Kolon emulsified resin was produced for composites, so that the concentration was controlled by dissolving in methanol, ethanol or acetone. After that, only the internal mold release agent and the colorant were added to pretreat the resin. At this time, the amount of acetone, internal mold releasing agent and colorant was the same as in Georgia pacific resin.
표 4. 수지의 전처리 조건Table 4. Pretreatment Conditions of Resin
하기 표 5에는 코오롱 유화에서 생산된 수지에 첨가된 내부 이형제 및 착색제의 특성을 나타내었다.Table 5 below shows the characteristics of the internal mold release agent and the colorant added to the resin produced in Kolon Emulsion.
표 5. 내부 이형제의 특성Table 5. Properties of Internal Release Agents
탄소섬유 메트를 전처리가 끝난 페놀 수지에 함침시킨후에는, 함침시킨 시료를 70℃에서 30분간 건조시킨다. 그 결과, 프리프레그(prepreg)가 만들어진다. 다음에는, 최종 시편의 두께를 우선 계산하여 적층할 시료의 양을 계산한다. 그런 후에는, 소정의 몰드 내에 프리프레그를 적층시키고 고온 가압(hot pressing)한다. 이때, 본 발명에서 사용하는 몰드는 sus 304 재질을 이용하여 15cm×5cm×10cm(가로,세로,높이) 크기로 제작된 몰드를 사용하며, 프레스기로는 미국 카버(Carver)사에서 제작 시판중인 모델명 M2089의 프레스기를 사용한다. 고온 가압이 끝난후에는 시편을 냉각시킴으로서, 원하는 탄소 복합재료를 얻는다.After the carbon fiber mat is impregnated with the pretreated phenol resin, the impregnated sample is dried at 70 ° C. for 30 minutes. As a result, prepreg is produced. Next, the thickness of the final specimen is first calculated to calculate the amount of sample to be laminated. Thereafter, the prepregs are laminated in a predetermined mold and hot pressed. At this time, the mold used in the present invention uses a mold manufactured in a size of 15cm × 5cm × 10cm (width, length, height) using a sus 304 material, and is a commercially available model manufactured by Carver in the USA as a press machine. Use the press of the M2089. After the high temperature pressurization is finished, the specimen is cooled to obtain the desired carbon composite material.
실시 예Example
본 발명에서는 전자 차폐성 경량 고강도 탄소 복합재료를 제조하기 위한 출발물질로서 코오롱 유화에서 시판중인 페놀 수지(KRD-HM2)를 이용하고 화이브리트(Fibrite)사에 의해서 시판중에 있는 PAN계 탄소섬유 메트를 필러로 사용한다.In the present invention, a phenolic resin (KRD-HM2) commercially available from Kolon Emulsification is used as a starting material for producing an electron shielding lightweight high strength carbon composite material, and a PAN-based carbon fiber mat sold by Fibrite Co., Ltd. is used. Used as.
페놀 수지(KRD-HM2) 내에 PAN계 탄소섬유 메트를 함침시키기 전에, 페놀 수지를 전처리한다. 이때, 최종 탄소섬유 복합재료 중에 페놀 수지의 함량이 75% 내외가 되도록 수지의 농도를 조정한 후, 페놀 수지의 함량을 100으로 하였을 때, 3∼15%의 내부 이형제(RA 407), 5∼15%의 착색제(HSC-5694), 100∼300%(=페놀 수지 함량의 1∼3배)의 용매(아세톤, 에탄올 또는 메탄올)를 페놀 수지 속에 첨가하여 페놀 수지를 전처리 하였다.Before impregnating the PAN-based carbon fiber mat in the phenol resin (KRD-HM2), the phenol resin is pretreated. At this time, after adjusting the concentration of the resin so that the content of the phenol resin in the final carbon fiber composite material is about 75%, when the content of the phenol resin is 100, 3 to 15% of the internal mold release agent (RA 407), 5 ~ The phenol resin was pretreated by adding 15% colorant (HSC-5694) and 100-300% of solvent (acetone, ethanol or methanol) into the phenol resin.
전처리가 끝난후에는, 용매에 착색제를 녹인다. 이때, 교반이 충분히 이루어지지 않으면 착색제가 그대로 남아있게 되어 가압을 하고나면 칩이 있는 부분만 검게 착색이 되고, 그 결과 얼룩이 진것처럼 보인다. 따라서, 교반 속도를 최대로 하여 완전히 용해될 때까지 교반한다. 착색제가 완전히 용해되면 페놀 수지와 내부 이형제를 가하고 다시 교반한다. 이렇게 만든 시료에 PAN 섬유 메트를 함침시킨다. 이때, 균일한 함침을 위해서, 교반중인 비이커에서 그대로 함침시키기 보다는 접시에 시료를 부은후 수지를 함침시킨다. 다음에는, 함침시킨 시료를 70℃에서 30∼50분간 건조시켜 프리프레그를 제조한다.After the pretreatment, the colorant is dissolved in the solvent. At this time, if the stirring is not sufficiently done, the colorant is left as it is, and after pressurizing, only the part where the chip is black is colored, and as a result, the stain appears to be dark. Therefore, the stirring speed is maximized and it is stirred until complete dissolution. When the colorant is completely dissolved, add the phenol resin and the internal release agent and stir again. The sample thus made is impregnated with a PAN fiber mat. At this time, for uniform impregnation, the resin is impregnated after the sample is poured into the dish, rather than being impregnated in the beaker under stirring. Next, the impregnated sample is dried at 70 ° C. for 30 to 50 minutes to prepare a prepreg.
그런후에는, 제조된 프리프레그를 고온 가압하여 경량의 전자파 차폐성 탄소 복합재료를 제조한다. 이를 위해서, 먼저 최종 시편의 두께를 우선 계산하여 적층할 시료의 양을 계산한다. 예를 들면, 1mm 두께의 시편을 얻을 경우에는 3∼4장을 적층시킨다. 이렇게 몰드속에 프리프레그를 적층시킨후, 상온에서 10℃/분으로 승온시켜 50∼100℃에서 5∼10분간 건조시키고, 다시 120∼130℃까지 승온시켜서 천천히 압력을 가하여 130∼140℃까지 승온시켜서 1차 프레싱을 하고, 이어서 압 빼기 공정을 실시한 후 일정한 온도까지 승온시켜서 150∼300kg/cm2의 압력에서 2차 프레싱을 하였다. 이때, 시료전체에 균일한 압력이 가해지도록 하여야 한다. 프레싱이 끝난후에 시편을 냉각시킴으로서, 원하는 탄소 복합재료를 얻었다.Thereafter, the prepared prepreg is pressurized at high temperature to produce a lightweight electromagnetic shielding carbon composite material. To do this, first calculate the amount of sample to be laminated by first calculating the thickness of the final specimen. For example, when obtaining a 1 mm thick specimen, three to four sheets are laminated. After laminating the prepreg in the mold in this manner, the temperature was raised to 10 ° C./min at room temperature, dried at 50 to 100 ° C. for 5 to 10 minutes, the temperature was further increased to 120 to 130 ° C., and the pressure was slowly increased to 130 to 140 ° C. After the primary pressing, the pressure extraction step was performed, and then, the temperature was raised to a constant temperature, and the secondary pressing was performed at a pressure of 150 to 300 kg / cm 2 . At this time, uniform pressure should be applied to the whole sample. After the pressing was finished, the specimen was cooled to obtain the desired carbon composite material.
결과 및 고찰Results and Discussion
< 기계적 전기적 물성 분석 ><Mechanical and electrical property analysis>
① 기계적 특성 분석① Mechanical Characteristic Analysis
본 발명에 따라서 제조된 탄소복합재료를 한국시험 분석 전문기관인 한국시험 연구원에 의뢰하여 분석하였다. 시험은 KSM 3006-93 방법에 의거하여 수행하였으며, 시험편의 지점간 거리는 40mm, 시험편은 1호형, 시험속도는 1.7∼5mm/min에서 측정하였다. 제조된 시험편은 각각 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성율을 측정하여 기계적 특성을 분석하였다. 하기 표 6은 미국 죠지아 퍼시픽(Geogia pacific)사에 의해서 시판중인 수지를 이용하여 제조한 경량탄소 복합재료의 최종 열처리 온도 변화에 따른 기계적 물성치를 나타내고 있다.The carbon composite material prepared according to the present invention was analyzed by requesting the Korea Testing Institute, a specialized test organization. The test was carried out according to the KSM 3006-93 method, and the distance between points of the test piece was measured at 40 mm, the test piece No. 1, and the test speed was 1.7 to 5 mm / min. The prepared specimens were analyzed for mechanical properties by measuring tensile strength, flexural strength and flexural modulus, respectively. Table 6 below shows the mechanical properties of the lightweight carbon composites prepared by using resins commercially available from Georgia Pacific, Inc., according to the final heat treatment temperature change.
하기 표 6에 나타낸 바와 같이, 인장강도에 있어서는 최종 열처리 온도가 180℃인 경우에 1870Kgf/cm2으로 가장 우수한 값을 보여주고 있으며, 굴곡 강도 및 탄성율은 160℃에서 최종 열처리한 것이 각각 24.5Kgf/mm2, 2030Kgf/mm2의 가장 우수한 물성 값을 보여 주었다. 이러한 값들은 현재 일본에서 개발되어 상용 PC에 사용되고 있는 KPC-202 난연 등급보다 우수한 물성값을 보여주고 있다. 이는 수지의 전처리 조건이 제품의 물성을 향상시키는 적합한 배합 및 건조 조건에 기인된 것에서 온 결과로 판단된다.As shown in Table 6, the tensile strength shows the best value of 1870Kgf / cm 2 when the final heat treatment temperature is 180 ℃, the flexural strength and the modulus of elasticity of the final heat treatment at 160 ℃ 24.5Kgf / The best properties of mm 2 and 2030Kgf / mm 2 were shown. These values show better physical properties than the KPC-202 flame retardant grades developed in Japan and used in commercial PCs. This is believed to be the result of pretreatment conditions of the resin due to suitable blending and drying conditions that improve product properties.
표 6.Table 6.
표7.Table 7.
상기 표 7은 코오롱 유화에 의해서 시판중인 수지를 이용하여 프리프레그를 제조하고 150℃에서 최종 열처리하였을 경우 최종 경화온도에서 유지시간에 따른 물성 값을 나타내고 있다.Table 7 shows the physical property values according to the holding time at the final curing temperature when the prepreg was prepared using a commercially available resin by Kolon emulsification and the final heat treatment at 150 ℃.
② 전기저항 특성 분석② Analysis of electrical resistance
본 발명에 의해서 제작된 전자파 차폐 탄소 복합재료의 전기적 특성은 체적 고유저항(Ω.cm)을 측정하여 비교하였다. 시험에 사용한 장비는 휴렛 패커드(Hewlett Packard)사의 433A를 사용하여 4probe 방법으로 측정하였다. 시험편은 상기 표 6의 시험편 7, 8, 12번을 폭 3mm, 길이 24mm의 크기로 절단하여 측정하였으며, 각 시편은 2, 3개씩 제조 측정하여 시험편의 신뢰성을 검정하였다. 하기 표 8에는 측정에 사용한 시험편의 전기저항 및 밀도를 정리하여 나타내었다.Electrical characteristics of the electromagnetic shielding carbon composite material produced by the present invention were compared by measuring the volume resistivity (Ω.cm). The equipment used for the test was measured by the 4probe method using Hewlett Packard's 433A. The test pieces were measured by cutting the test pieces 7, 8, and 12 of Table 6 to a size of 3 mm in width and 24 mm in length, and the test pieces were manufactured by measuring 2 or 3 pieces to test the reliability of the test pieces. Table 8 summarizes the electrical resistance and density of the test piece used for the measurement.
표 8.Table 8.
표 8에서 나타낸 바와 같이, 시험편 12번을 제외하고는 고유 저항은 1.3∼4.2×10-2Ω.cm 범위에 있고, 밀도 값도 1.21∼1.37g/cm3의 범위에 있어서 충분한 경량화가 달성되었다. 또한, 상기 표 6 내지 표 8의 결과로부터, 본 발명을 통하여 달성하고자한 상기 표 1의 목표치가 충분히 달성되었음을 알 수 있었다.As shown in Table 8, except for specimen 12, the specific resistance was in the range of 1.3 to 4.2 x 10 -2 Ω.cm, and sufficient weight reduction was achieved in the density value range of 1.21 to 1.37 g / cm 3 . . In addition, it can be seen from the results of Tables 6 to 8 that the target value of Table 1 to be achieved through the present invention was sufficiently achieved.
< 전자파 특성 분석 ><Electromagnetic Characteristic Analysis>
본 발명에 따라서 제조된 전자파 차폐성 탄소 복합재료의 전자파 차폐 시험을 위하여 하기 표 9에 나타낸 바와 같은 시험편을 제작하였다.For the electromagnetic shielding test of the electromagnetic shielding carbon composite material prepared according to the present invention was prepared a test specimen as shown in Table 9.
표 9.Table 9.
위와같이 제조된 시험편들을 이용하여 전자파 차폐 특성을 분석하였으며, 그 결과가 첨부도면 도 2 내지 도 5에 나타나 있다.The electromagnetic shielding characteristics were analyzed using the test specimens prepared as described above, and the results are shown in the accompanying drawings of FIGS. 2 to 5.
도 2는 탄소 복합재료에 BaTiO3가 첨가된 전자파 차폐재료의 전자파 흡수특성을 나타낸 그래프이고, 도 3은 탄소 복합재료에 BaTiO3및 니켈(Ni) 코팅된 탄소섬유 메트가 첨가된 재료의 전자파 흡수특성을 나타낸 그래프이다. 또한, 도 4는 탄소 복합재료의 전자파 차폐특성을 나타낸 그래프이고, 도 5는 탄소 복합재료에 니켈(Ni) 코팅된 탄소섬유 메트가 삽입된 재료의 전자파 차폐특성을 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing the electromagnetic wave absorption characteristics of the electromagnetic shielding material added BaTiO 3 to the carbon composite material, Figure 3 is the electromagnetic wave absorption of the material added BaTiO 3 and nickel (Ni) coated carbon fiber mat to the carbon composite material A graph showing the characteristics. In addition, Figure 4 is a graph showing the electromagnetic shielding characteristics of the carbon composite material, Figure 5 is a graph showing the electromagnetic shielding characteristics of a material in which a carbon fiber mat coated with nickel (Ni) in the carbon composite material.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 0∼400MHz의 주파수 대역의 전자파 차폐특성은 40dB이상의 모든 시편에서 고성능의 차폐능을 나타내고 있다. 상기 4개의 시험편에 대한 차폐 효과를 분석한 결과, 전자파 차폐 증진제를 도입한 1번 시편이 가장 우수하였으며, 본 시편에 니켈(Ni) 코팅된 탄소섬유 메트를 포함시킨 2번 시편은 오히려 전자파 차폐성능이 급격히 떨어졌다. 3번 시편은 일반적으로 제조된 시편으로서, 전자파 차폐성능이 BaTiO2가 첨가된 시편 보다는 떨어지지만 비교적 양호한 차폐능을 나타내었다. 본 시편에 니켈(Ni) 코팅된 탄소섬유 메트를 포함시킨 4번 시편은 니켈(Ni) 코팅된 탄소섬유 메트를 포함시키지 않은 3번 시편에 비해서 차폐능이 약간 떨어진다. 결론적으로, 니켈(Ni) 코팅된 탄소섬유 메트를 포함시킨 시편은 모두 전자파 차폐능이 첨가하지 않았을 경우보다 떨어지는 경향을 나타내었다. 따라서, 최적의 전자파 차폐재료로서는 BaTiO2를 첨가하여 복합재료를 제조하는 것임을 알 수 있었다.2 to 5, the electromagnetic shielding characteristics of the frequency band of 0 to 400MHz shows a high-performance shielding ability in all specimens of 40dB or more. As a result of analyzing the shielding effect of the four test specimens, the first specimen with the electromagnetic wave shield enhancer was the best, and the second specimen containing the nickel (Ni) coated carbon fiber mat was rather the electromagnetic shielding performance. Fell sharply. Specimen No. 3 is a generally manufactured specimen, but exhibits relatively good shielding ability although the electromagnetic shielding performance is lower than that of the BaTiO 2 added specimen. Specimen No. 4 containing nickel (Ni) coated carbon fiber mat was slightly inferior in shielding ability to specimen No. 3 without nickel (Ni) coated carbon fiber mat. In conclusion, all specimens containing nickel (Ni) coated carbon fiber mat showed a tendency to be inferior to those without the addition of electromagnetic shielding ability. Therefore, it was found that BaTiO 2 was added to produce a composite material as an optimum electromagnetic shielding material.
결론conclusion
본 발명의 바람직한 실시 예에 따라서 전자 차폐성 경량 고강도 탄소 복합재료를 제조한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.As a result of manufacturing the electron shielding lightweight high strength carbon composite material according to the preferred embodiment of the present invention, the following conclusions were obtained.
첫째, 미국의 죠지아 퍼시픽(Geogia pacific) 사에서 시판중인 수지와 국내 코오롱 유화에서 시판중인 레졸형 수지를 이용하여 시험편을 만들고 물성 분석을 수행한 결과, 미국 및 일본에서 생산되는 기존의 경량 고강도 탄소 복합재료와 유사하거나 이보다 뛰어난 물성을 나타내는 탄소섬유 복합재 프리프레그를 제조할 수 있었으며, 이때 수지의 함량은 60∼70% 이었다.First, test specimens and physical properties were analyzed using resins commercially available from Georgia Pacific, USA and resol type resins commercially available from Kolon Emulsion. A carbon fiber composite prepreg having similar or superior physical properties to the material could be prepared, wherein the resin content was 60 to 70%.
둘째, 고온 가압(hot pressing)은 100℃의 온도에서 충분한 건조시간을 거친후 120∼130℃에서 압력을 가하고 일차 압빼기를 한후 최종적으로 200Kgf/cm2의 압력으로 가압한 것이 우수한 물성을 나타내었다.Second, the hot pressing showed good physical properties by applying pressure at 120 ~ 130 ℃ after sufficient drying time at 100 ℃ and pressurizing at 200Kgf / cm 2 finally. .
셋째, 기계적 특성은 사용된 고온 가압 조건에 따라서 다소 상이한 물성값을 보여 주었으나, 현재 상용화 제품인 화이브리트(Fibrite)사 및 고베 스틸(Kobe steel) 제품에 견줄만 하였다. 죠지아 퍼시픽(Geogia pacific) 수지를 이용하였을 경우에는 최종 열처리 온도가 180℃일 때 1870Kgf/cm2으로 가장 우수한 인장강도 값을 보여주고 있으며, 굴곡강도 및 탄성율은 160℃에서 최종 열처리한 것이 각각 24.5Kgf/mm2, 2030Kgf/mm2의 가장 우수한 물성 값을 보여주었다.Third, the mechanical properties showed somewhat different properties depending on the high temperature and pressurization conditions used, but were comparable to those of commercially available products such as Fibrite and Kobe steel. In case of using Georgia pacific resin, it showed the best tensile strength value of 1870Kgf / cm 2 when the final heat treatment temperature was 180 ℃, and the flexural strength and elastic modulus were 24.5Kgf respectively at 160 ℃. / mm 2 , 2030 Kgf / mm 2 showed the best properties.
넷째, 전기적 특성은 체적 저항 값으로 비교 분석하였으며 코오롱 유화에 의해서 시판중인 수지를 메트릭스로 사용하였을 경우에 체적 고유 저항치는 1.3∼4.2×10-2Ω.cm 범위에 있어서 본 발명에서 목표로하는 목표치를 충분히 달성하고 있으며, 이때의 밀도값도 1.21∼1.37g/cm3의 범위에 있어서 충분한 경량화가 달성되었다.Fourth, the electrical characteristics were compared and analyzed by the volume resistivity value, and when the commercially available resin was used as a matrix by Kolon emulsification, the volume resistivity value was in the range of 1.3 to 4.2 x 10 < -2 > Is sufficiently achieved, and sufficient weight reduction is achieved in the density value at this time in the range of 1.21 to 1.37 g / cm 3 .
다섯째, 전자파 차폐 특성은 전자파 흡수율을 비교한 결과, 니켈(Ni) 코팅된 탄소섬유 메트를 포함시킨 시편은 모두 전자파 차폐능이 첨가하지 않았을 경우보다 떨어지는 경향을 나타내었고, 최적의 전자파 차폐재료로는 BaTiO2를 첨가하여 복합재를 제조하는 것임을 알 수 있었다. 이 시편들의 전자파 차폐 효율은 현재 상용화 제품으로 사용되고 있는 제품에 비하여 저주파 영역인 10MHz 이하의 범위에서 약 80% 범위이고, 니켈(Ni)계 도료 및 전도성 고분자에 비해서는 각각 약 170% 및 250%로 우수함을 확인할 수 있었다.Fifth, as a result of comparing the electromagnetic wave absorptivity, all specimens containing nickel (Ni) coated carbon fiber mat showed a tendency to be inferior to the case where no electromagnetic shielding ability was added, and the optimum electromagnetic shielding material was BaTiO. It was found that the composite was prepared by adding 2 . The electromagnetic shielding efficiency of these specimens is in the range of about 80% in the low frequency range below 10MHz compared to the products currently used as commercial products, and about 170% and 250% in comparison with nickel (Ni) based paints and conductive polymers, respectively. It was confirmed that excellent.
이상에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 전자 차폐성 경량 고강도 탄소 복합재료의 제조방법에서는, 탄소섬유를 일정길이로 절단하여 이루어진 단섬유 또는 섬유 메트를 고분자 수지로 함침한 후 건조시켜서 탄소 섬유 복합재료 프리 프레그를 만든 후 가열 가압하에서 복합 탄소섬유 복합재료 성형물을 만드는 것이다. 본 발명에 따른 탄소 복합재료는 노트북의 케이스에 사용할 경우에 현재 ABS 등의 합성 수지로 제조한 케이스에 비하여 경량화의 한계성을 극복할 수 있어서 기존의 ABS 제품에 비하여 50% 이상의 경량화가 가능하다. 또한, 전자파 차폐를 위한 EMI 코팅 공정이 불요하여 공정의 단순화를 달성할 수 있으며, 노트북 케이스, 사무용 기기를 비롯하여 경량화가 요구되는 구조재료 및 고밀도성 정밀 부품용 재료로 응용이 가능하다. 게다가, 본 발명에 따른 전자 차폐성 경량 고강도 탄소 복합재료의 제조방법을 수행하는데 요구되는 섬유 절단기, 수지 함침기, 프레스기 등을 자동화 및 대형화할 수 있기 때문에, 탄소 복합재료의 대량 생산이 가능하다.As mentioned above, in the method for producing an electromagnetic shielding lightweight high strength carbon composite material according to the present invention, a carbon fiber composite material is impregnated with a polymer resin and dried by impregnating short fibers or fiber mats formed by cutting carbon fibers to a predetermined length. After making the prepreg, a composite carbon fiber composite molding is made under heat and pressure. When the carbon composite material according to the present invention is used in a case of a notebook, it is possible to overcome the limitation of the weight reduction compared to a case made of synthetic resin such as ABS, and thus it is possible to reduce the weight by 50% or more compared to the existing ABS product. In addition, since the EMI coating process for electromagnetic shielding is not required, the process can be simplified, and it can be applied to structural materials and high-density precision parts that require lightweight, including notebook cases and office equipment. In addition, since the fiber cutting machine, resin impregnation machine, press machine, etc. required for carrying out the method of manufacturing the electron shielding light weight high strength carbon composite material according to the present invention can be automated and enlarged, mass production of the carbon composite material is possible.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand that you can.
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