KR20010036472A

KR20010036472A - 고투자율의 금속섬유를 사용하여 형성되는 전자파 차폐재 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20010036472A
Application number: KR1019990043498A
Authority: KR
Inventors: 유명기; 고흥석; 장준연; 문인기
Original assignee: 박호군; 한국과학기술연구원
Priority date: 1999-10-08
Filing date: 1999-10-08
Publication date: 2001-05-07
Also published as: KR100334434B1

Abstract

본 발명은 고투자율의 금속섬유를 사용하여 형성되는 전자파 차폐재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 고투자율의 금속섬유를 다른 매트릭스 물질에 분산시켜 복합재료나 고투자율의 금속섬유가 분산된 중간층이 한층 이상 삽입되어 얇은 막이 겹쳐있는 라미네이트 구조의 다층 복합재료를 제공하며, 또한 고투자율의 금속섬유가 분산된 중간층이 한층 이상 삽입되어 얇은 막이 겹쳐있는 라미네이트구조의 전자파 차폐재 및 고투자율의 특성을 갖는 합금을 급냉응고법을 이용하여 금속섬유로 제조하고, 상기 금속섬유를 진동하고 있는 시브를 통과시켜 시트의 표면에 균일하게 분산함으로써 상기 시트 위에 금속섬유층을 형성하고, 상기의 금속섬유층의 다른 면에 대하여 또 다른 시트를 맞닿게 하고, 금속섬유의 양면에 맞닿은 두 시트를 압축하여 두 시트 사이를 밀착시키는 것으로 이루어지는 고투자율의 금속섬유층이 삽입된 라미네이트구조의 전자파 차폐재 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 의하면 경제적인 방법으로 지구자계 또는 PC 모니터, 통신기기, 오디오, 비디오 등 전자 시스템에서 발생하는 전자기파의 환경으로부터 인체를 보호하고 전자기기의 성능을 보존하는 것이 가능하다.

Description

고투자율의 금속섬유를 사용하여 형성되는 전자파 차폐재 및 그 제조방법{ELECTROMAGNETIC SHIELDING MATERIALS USING HIGH-PERMEABILITY METAL FIBERS AND METHOD THEREOF}

본 발명은 고투자율의 금속섬유(metal fiber)를 사용하여 형성되는 전자파 차폐재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 철근 구조물로 건축된 건물내의 공간을 지구자계 또는 공간 주변의 전자기기 등에서 방사되는 전자기파의 환경으로부터 보호하기 위한 복합재료에 관련된다.

전자기파 차폐재의 차폐효율(shielding efficiency, SE)은 다음과 같이 계산되어 dB(데시벨)로 표현된다.

SE = 20Log₁₀(H_input/H_output)

여기서, H_input은 환경(주변)의 자기장 세기(Oersted)이고, H_output은 차폐재로 둘러싸인 공간내의 자기장 세기를 나타낸다. 예를 들어 차폐재에 의해서 H_output 값이 H_input값의 10% 로 감쇄(attenuation) 된다면 SE 값은 20dB로 계산된다. 이 값은 차폐율(shielding,%) 90%에 해당한다. 상기의 SE 관계식에서 (H_input/H_output)을 g 로 나타내면, 차폐율(%)은 (1-1/g) × 100 으로 부터 계산되는데, SE 값이 40dB 이면 차폐율은 99% 를, SE 값이 60dB이면 차폐율은 99.9% 임을 의미한다.

자기장(magnetic field) 차폐재의 경우 자기장 세기(Oersted)의 감쇄비 (H_input/H_output)는 차폐재의 크기와 형상이 동일할 때 투자율(permeability)에 비례하는 것으로 알려져 있다. 즉, 투자율이 높을수록 우수한 차폐성능을 갖는다. 또한 차폐재의 투자율이 동일할 때 자기장 세기(Oersted)의 감쇄비 (H_input/H_output)는 차폐재의 두께에 비례한다. 따라서 차폐성능은 차폐재의 성질이 고투자율일수록 그 두께가 두꺼울수록 우수하다. 그러나 이러한 고투자율의 재료는 매우 고가이어서 범용적으로 사용되지 않고, 자기공명촬영진단기(MRI)등 의료기기, 전자현미경(electron microscope)의 vertical column, 항법장치의 레이다 튜브 등 고정밀도의 제어를 요구하는 제품군에 대하여 주로 두께 0.5mm 이하의 박판형(sheet)으로 제조하여 차폐재로 활용되고 있다.

그런데 최근 전자기기의 고밀도화, 고전력화, 고주파화, 고해상도화 추세와 함께 환경적으로 전자기파의 발생요인이 증가하고 있으며, 또한 전자기파가 인체에 해로운 영향을 미칠 수 있다고 인식되면서 전자기파 차폐재에 대한 필요성이 높아지고 있다. 특히 현대인의 대부분은 철근 구조물로 건축된 공간과 다양한 전자기기 환경에서 주로 생활하고 있으며 그러한 철근구조물(steel beam)은 지구자계(earth magnetic field) 또는 전자기기에서 발생되는 전자기파를 집속 시킬 수 있어 현대인들은 인체에 보다 해로운 전자기파 환경에 노출되어있다.

본 발명은 생활 공간을 전자기파의 환경으로부터 보호하고 전자기기에서 방출되는 전자기파를 차폐할 수 있는 건축용 및 전자기기용 내장재 또는 외장재를 제공함을 목적으로 하며, 특히 기존의 벽지 또는 테이프에 대하여 보다 저비용으로 전자기파를 차폐할 수 있는 기능을 부여하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명의 일실시예로서 고투자율의 금속섬유층이 삽입된 벽지를 나타낸 단면도이다.

도 2 는 도 1의 금속섬유층이 2층 이상으로 삽입되어 있는 벽지를 보인 단면도이다.

도 3 은 본 발명에서 제공하는 고투자율의 금속 섬유가 분산된 중간층을 갖는 벽지를 중심으로 외부 환경의 자기장이 차폐되는 모습을 개략적으로 보인 것이다.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

1:벽지의 겉면 2:벽지의 안쪽면

3:금속섬유층 4:접착제층

5:외부 자기장의 세기 6:금속섬유층이 삽입된 벽지

7:내부 공간의 자기장의 세기

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 고투자율의 금속섬유를 사용하여 형성되는 전자파 차폐재를 제공한다. 이 전자파 차폐재는 고투자율의 금속섬유를 다른 매트릭스 물질에 분산시켜 복합재료를 형성할 수도 있고, 고투자율의 금속섬유가 분산된 중간층이 한층 이상 삽입되어 얇은 막이 겹쳐있는 라미네이트 구조(laminated structure)의 다층 복합재료를 형성할 수도 있다.

상기 금속섬유는 Fe-Ni, Fe-Si, Co-Fe-Si-B 등의 고투자율 합금계를 사용한다. 또한 상기 금속섬유는 급냉응고법으로 제조하여 직경이 30㎛ 이하가 되도록 하며, 길이는 수 mm 내지 수십 mm가 되도록 한다.

또한 본 발명은 고투자율의 특성을 갖는 합금을 급냉응고법을 이용하여 금속섬유로 제조하고, 상기 금속섬유를 진동하고 있는 시브(sieve)를 통과시켜 시트(sheet)의 표면에 균일하게 분산함으로써 상기 시트 위에 금속섬유층을 형성하고, 상기의 금속섬유층의 다른 면에 대하여 또 다른 시트를 맞닿게 하고, 금속섬유의 양면에 맞닿은 두 시트를 압축하여 두 시트 사이를 밀착시키는 것으로 이루어지는 고투자율의 금속섬유을 사용하여 형성되는 전자파 차폐재 제조 방법을 제공한다.

고투자율의 금속섬유를 벽지(wall paper) 또는 테이프 등의 건축 내장재 및 건축 외장재 또는 전자기기의 외장재에 중간층으로 분산 삽입하게 되면 장식적인 기능과 더불어 전자기파를 차폐할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 따라서 철근(steel beam) 구조물로 건축된 건물 내의 공간(enclosed room)을 지구자계 또는 건물 주변의 전자기기에서 방사되는 전자기파(radiated emission)의 영향으로 부터 건물에서 생활하는 사람들을 보호할 수 있고, 공간 내에 설치한 전자기기에서 발생하는 전자기파의 영향을 감소시킬 수 있다.

구체적인 예로 PVC등 고분자 시트(sheet)와 PE, 비닐 등의 고분자 필름에 대하여 동종 또는 이종 시트 사이에 고투자율의 금속섬유를 분산시키고 이것을 접착제를 이용하여 상호 접착시키거나 또는 가열 압착시켜 라미네이트구조의 전자파 차폐용 재료를 형성할 수 있다. 또한 고투자율의 금속섬유가 중간층을 구성하는 라미네이트구조로 구성된 시트의 한면에 접착제(adhesive)를 도포시켜 접착형 테이프를 제조할 수도 있으며, 상기 접착형 테이프를 타일 또는 베니어(veneer)판 등에 부착시켜 건축용 마감재로 사용할 수도 있다.

본 발명에 의한 전자파 차폐재의 제조방법의 일실시예로서, 건축 내장재인 벽지를 제조하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

고투자율의 특성을 갖는 Fe-Ni, Fe-Si, Co-Fe-Si-B 등의 합금을 급냉응고법으로 제조한 직경 30㎛ 이하, 길이 수 mm 내지 수십 mm 수준의 금속섬유를 시브(sieve)에 공급하고, 접착제가 도포(dispensed or pasted)된 벽지의 표면을 위로 향하게 하고 그 상부에서 상기의 시브를 60Hz로 진동시켜 상기의 금속섬유가 상기 벽지의 표면에 균일 분산되게 하고, 상기의 금속섬유가 균일 분산된 상기의 표면에 대하여 또 다른 박(sheet)형 재질 예를 들면, 방직(textile)용 섬유로 강화된 페이퍼를 맞닿게 하고, 상기의 맞닿은 벽지 및 페이퍼를 압축 롤러 속으로 통과시켜 그 사이를 밀착하여 접착시키는 것으로 이루어진다.

급냉응고법으로 제조된 금속섬유에 대하여 투자율 또는 연성을 향상시킬 목적으로 700∼1300℃ 구간에서 수소 또는 진공 분위기에서 어닐링 열처리를 행할 수도 있다.

상기 방법에 의하여 금속섬유가 중간층으로 균일 분산된 라미네이트구조의 벽지(laminated wall paper)는 건축 내장재로 사용되어 전자파 차폐 기능을 갖게 한다.

한편 상기의 금속섬유를 중간층으로 여러 겹 배치하여 차폐효율을 향상시킬 수도 있다.

본 발명의 이해를 돕기 위해 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 의해 고투자율의 금속섬유가 분산된 중간층이 삽입된 벽지 또는 테이프의 구조를 개략적으로 보인 것이다. 공간에 노출되어 장식적 기능을 하는 겉면(1) 즉, 장식 또는 무늬 디자인이 제공된 면과 접착제(4)로 벽에 접착되는 안쪽면(2)의 중간에 고투자율의 금속섬유들이 서로 얽혀있는 그물구조로 삽입되어 중간층(3)을 형성하고 있다.

도 2 는 도 1 에 나타난 금속 섬유가 분산된 중간층(3)이 2 층 이상 삽입된 벽지 또는 테이프의 구조를 보인 것이다.

도 3 은 본 발명에서 제공하는 고투자율의 금속 섬유가 분산된 중간층을 갖는 벽지(6)를 중심으로 외부 환경의 자기장이 차폐되는 모습을 개략적으로 보인 것이다. 외부 자기장의 세기(H_input)(5)는 본 발명에서 제공되는 벽지(6)에 의해 자기장이 차폐되어 내부 공간의 자기장의 세기(H_output)(7)가 감쇄된 모습을 나타내고 있다.

본 발명에서 제공하는 Fe-Ni, Fe-Si, Co-Fe-Si-B 등 고투자율의 금속섬유는 급속응고법으로 제조하기 때문에 제조비용이 저렴하고, 금속섬유의 직경이 30㎛ 이하이고 길이가 수 mm 내지 수십 mm 수준이면서 분산성이 우수하기 때문에 벽지의 중간층에서 금속섬유간의 교차에 의한 얇은 망구조의 라미네이트층을 형성하기 용이한 장점을 갖는다.

이하, 본 발명을 실시예를 통해 구체적으로 설명한다.

실시예 1

본 발명의 도 1에서와 같이 두께 0.2mm를 갖는 종이 sheet 위에 접착제를 도포시키고 그 위에 급냉응고법으로 제조된 직경 20∼30㎛, 길이 10∼30mm의 Fe-78%Ni 또는 Fe-6.5%Si 금속섬유를 100mesh의 시브를 통해 진동을 주어 분산시켰다. 상기의 금속섬유가 분산된 종이 시트(sheet)의 표면을 다른 시트재로서 0.15mm 두께의 종이 또는 직물용 섬유가 그물망의 모양으로 강화된 종이와 맞닿게 하고 이를 120℃로 가열된 롤러 사이를 통과시켜 상호 밀착되어 접착되게 하였다.

실시예 2

급냉응고법으로 제조된 직경 20∼30㎛, 길이 10∼30mm의 Fe-78%Ni 금속섬유에 대하여 급냉응고 중에 잔류하는 응력과 불순물을 제거하여 투자율과 연성을 향상시킬 목적으로 1300℃에서 3시간 수소 또는 진공 분위기에서 열처리를 하고, 이를 100mesh의 시브를 통해 실시예 1에서와 같이 내장용 벽지와 접착제가 도포된 벽에 부착될 종이 사이에 분산시켰다. 이를 120℃로 가열된 롤러 사이를 통과시켜 상기의 두 시트가 상호 밀착되어 접착되게 하였다. 이렇게 제조된 차폐재에 대해 10 KHz 이하의 자기장에 대한 차폐효율을 알아본 결과 20dB 수준이었다.

실시예 3

급냉응고법으로 제조된 직경 20∼30㎛, 길이 10∼30mm의 Fe-6.5%Si 조성의 금속섬유에 대하여 투자율과 연성을 증가시킬 목적으로 1200℃에서 진공 또는 수소 분위기에서 2시간 어닐링 열처리를 하여 급냉응고 중에 잔존하는 잔류응력과 불순물을 제거하였다. 상기의 열처리된 금속섬유를 100 mesh의 시브속에 공급하고 이를 60Hz로 진동시키면서 실시예 1에서와 같은 방법으로 접착제가 도포된 내장재 벽지 또는 섬유 직물과 벽에 부착될 종이 사이에 분산시켰다. 이를 120℃로 가열된 원통형 롤러 사이를 통과시켜 상호 밀착되어 접착되게 하였다. 이렇게 제조된 차폐재에 대해 10 KHz 이하의 자기장에 대한 차폐효율을 알아본 결과 15dB 수준이었다.

실시예 4

실시예 2와 3에서 사용된 금속섬유를 100 mesh의 시브속에 공급하고 이를 60Hz로 진동시키면서 접착제가 도포된 PP 또는 PE 고분자 필름 위에 분산시켰다. 이를 다시 이면에 접착제가 도포된 PP 또는 PE 고분자 필름과 맞닿게 하여 이를 원통형 롤러 사이에서 압착시켜 접착되게 하였다.

본 발명에 의하면 고투자율의 금속섬유가 분산된 중간층이 한층 이상 삽입된 라미네이트구조의 전자파 차폐재를 제공하여 지구자계 또는 PC 모니터, 통신기기, 오디오, 비디오 등 전자 시스템에서 발생하는 전자기파의 환경으로부터 인체를 보호하고 전자기기의 성능을 보존하는 것이 가능하다. 또한 상기 전자파 차폐재는 제조 방법이 간단하고 경제적일 뿐만 아니라 건축자재, 전자기기 외장재 등 다양한 분야에 적용할 수 있어 그 효용성이 매우 크다고 할 수 있다.

Claims

고투자율의 금속섬유를 사용하여 형성되는 전자파 차폐재.
제 1 항에 있어서, 상기 금속섬유의 직경은 30㎛ 이하인 고투자율의 금속섬유를 사용하여 형성되는 전자파 차폐재.
제 1 항에 있어서, 상기 금속섬유의 길이는 수 mm 내지 수십 mm인 고투자율의 금속섬유를 사용하여 형성되는 전자파 차폐재.
제 1 항에 있어서, 상기 금속섬유는 Fe-Ni, Fe-Si, Co-Fe-Si-B 등의 합금인 고투자율의 금속섬유를 사용하여 형성되는 전자파 차폐재.
제 1 항의 고투자율의 금속섬유를 라미네이트 구조의 중간층으로 삽입시킨 고투자율의 금속섬유를 사용하여 형성되는 전자파 차폐재.
고투자율의 특성을 갖는 합금을 급냉응고법을 이용하여 금속섬유로 제조하고;

상기 금속섬유를 진동하고 있는 시브(sieve)를 통과시켜 시트(sheet)의 표면에 균일하게 분산함으로써 상기 시트 위에 금속섬유층을 형성하고;

상기의 금속섬유층의 다른 면에 대하여 또 다른 시트를 맞닿게 하고, 금속섬유의 양면에 맞닿은 두 시트를 압축하여 두 시트 사이를 밀착시키는 것으로 이루어지는 고투자율의 금속섬유를 사용하여 형성되는 전자파 차폐재 제조 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 급냉응고법으로 제조된 금속섬유에 대하여 700 ~ 1300℃ 온도범위에서 수소 또는 진공 분위기하에 어닐링 열처리하는 단계를 추가적으로 포함하는 고투자율의 금속섬유를 사용하여 형성되는 전자파 차폐재 제조 방법.