KR20130132422A - Emi 차폐성을 갖는 강화 조성물을 제공하는 방법 및 장치 - Google Patents

Emi 차폐성을 갖는 강화 조성물을 제공하는 방법 및 장치 Download PDF

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KR20130132422A
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에드워드 제이. 웬젤
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Abstract

전자파 장애 차폐성을 갖는 물품을 형성하는 방법으로, 제1 용융 차지를 제공하는 제1 배합 압출기에 제1 중합체를 삽입하고, 복수의 전도성 섬유를 상기 제1 용융 차지에 도입하고 상기 제1 용융 차지와 복수의 전도성 섬유를 포함하는 제2 용융 차지를 제공하는 제2 배합 압출기에 제1 용융 차지를 삽입하고, 압축 몰드의 하나 이상의 다이에 상기 제2 용융 차지를 배치하며, 물품을 형성하기 위하여 제2 용융 차지에 대하여 압축 몰드를 폐쇄하는 것을 포함한다.

Description

EMI 차폐성을 갖는 강화 조성물을 제공하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PROVIDING REINFORCED COMPOSITE MATERIALS WITH EMI SHIELDING}
본 출원은 2010년 10월 6일 출원된 미국 가출원 제61/390,410호를 우선권으로 하여 출원된 것으로, 상기 출원의 내용은 여기에 참고로서 포함된다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 주로 특정 성질을 갖는 복합재를 만드는 방법 및 복합재에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 예시적인 실시예들은 주로 섬유-강화 열가소성 중합체 구조의 구성 요소의 제조에 관한 것이며, 더욱 구체적으로 열가소성 중합체의 구성 요소들의 인-라인 배합, 배치 및 압축 성형을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적인 전자파 장애(EMI; electromagnetic interference) 차폐성 인클로져(enclosure)들은 금속 또는 고충전된 중합체 조성물로 구성된다. 일클로져의 내용물뿐만 아니라 빗나간 전자기장들로부터 인클로져를 둘러싸는 구성 모두를 차폐시키기 위하여 전도성 매체가 필요하다. 일반적인 금속 인클로져들은 강철과 알루미늄을 포함한다. 중합체 조성물들로 일반적으로 스테인리스 스틸 섬유, 탄소 섬유 및/또는 니켈 코팅된 탄소 섬유를 포함하여 사출 성형된 열가소성 수지가 있다.
금속 인클로져는 시트-금속 또는 주조된 알루미늄을 구부리고 용접하며 그리고 어떤 공극성을 봉하기 위해 바인더로 함침하여 만들어진다. 시트 금속으로 형성된 인클로져는 일반적으로 윤곽 및 특성의 측면에서 한정된다.
따라서, EMI 차폐성을 갖는 조성물뿐만 아니라 이러한 조성물을 제공하는 장치를 제공하는 것이 바람직하다. 또한, EMI 차폐성을 갖는 조성물로부터 만들어진 구성 요소를 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 압출 압축 몰딩 공정으로 구성 요소들을 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 중합체 복합물로 전기적 인클로져를 제공하는 방법은 대안적인 몰딩 기술과 전도성 나노-사이즈 충전재 기술을 사용한다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 전자파 장애 차폐성을 갖는 물품을 형성하기 위한 방법은, 제1 용융 차지(melted charge)를 제공하는 제2 배합 압출기에 제1 중합체를 삽입하는 단계, 복수의 전도성 섬유를 제1 용융 차지에 도입하여 상기 제1 용융 차지와 복수의 전도성 섬유들을 포함하는 제2 용융 차지를 제공하는 제2 배합 압출기에 제1 용융 차지를 삽입하는 단계, 제2 용융 차지를 압축 몰드의 하나 이상의 다이 또는 다음에 압축 몰드의 다이로 전달하는 컨베이어에 배치하는 단계 및 물품을 형성하기 위하여 제2 용융 차지에 대하여 압축 몰드를 폐쇄하는 단계를 포함한다.
다른 예시적인 실시예에서, 압출 압축 몰딩 조립체가 제공되며, 상기 조립체는 제1 중합체 배합 압출기, 상기 제1 중합체 배합 압출기로부터 용융된 차지를 수용하도록 구성된 제2 중합체 배합 압출기를 포함하고, 상기 조립체는 복수의 섬유들을 제2 중합체 배합 압출기에 제공하며, 상기 조립체와 제2 중합체 배합 압출기는 전도성을 갖는 섬유 강화 용융 차지를 제공한다.
당업자들은 본 발명의 상술한 특징 및 장점, 이와 다른 특징 및 장점들을 다음의 상세한 설명, 도면들 및 첨부된 청구항들을 통해 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 압출 압축 몰딩(ECM)을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 EMI 차폐성을 갖는 물품을 형성하는 비한정적인 하나의 방법을 나타낸다.
이제 본 발명의 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 오로지 예시적인 방법으로 설명될 것이다.
EMI 차폐성을 갖는 섬유 강화 성형 구조의 구성 요소를 제공하는 인 라인 배합 및 압출 압축 몰딩 장치가 제공된다. 상기 장치로 제1 중합체 용융물을 형성하고, 섬유 강화 중합체 혼합물을 형성하기 위하여 상기 제1 중합체 용융물과 하나 이상의 강화 섬유를 배합하는 제2 압출기에 제1 중합체 용융물을 공급하는 것과, 압축 몰드에 섬유 강화 중합체 혼합물을 배치하는 것과, 상기 압축 몰드에서 강화 구조 구성 요소를 성형하는 것을 할 수 있다.
미국 출원 제6,648,402호, 제 6,558,146호, 제6,508,967호 및 제6,497,775호를 참조하며, 각각의 내용은 여기에 참고로서 포함된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 압출 압축 몰딩(ECM; extrusion compression molding) 셀(10)의 예시적인 실시예를 나타낸다. ECM은 개방형(open mold) 공정이고, 그 특징으로 다양한 중합체 물질들을 혼합하고 그리고/또는 같은 도구 또는 몰드 공동에 삽입하는 특정 처리 기술들의 사용을 가능하게 한다. ECM 셀(10)은 로봇 또는 다른 등가의 장치(16)에 의해 수직 압축 프레스(15)에 위치하게 되는 압축 몰드(14)에 최종적으로 제공되는 용융 차지(melt charge)(12)를 생산한다. 압축 몰드는 암형 절반부(18) 및 수형 절반부(20)를 구비할 수 있고, 각각은 접촉면(22)을 포함한다. 암형 및 수형 절반부들은 서로 짝을 이루기 위하여 상보적인 형상을 갖는다. 또한, 압축 몰드는 기 설정된 형상 및 형태로 중합체를 성형하기 위하여 일반적으로 사용되는 종래의 몰드일 수 있다.
일 실시예에서, 배합 압출기(24, 26)들은, 용융 차지들이 접촉면에 직접 배치될 수 있거나 선택적으로 로봇이 고정된 몰드에 대하여 용융 테이크업(take-up) 컨베이어로부터 용융 차지를 이송시키도록 움직일 수 있도록 3-축 테이블(미도시)에 이동 가능하게 배치된다.
ECM 조립체(10)는 제1 섬유/중합체 배합 압출기(26)에 용융 차지를 공급하는 제1 중합체 배합 압출기(24)를 더 포함한다. 각각의 압출기는 몸체부, 입구 단부 및 다이를 갖는 출구 단부를 구비한 이축 압출기이다. 스크류들은 상기 압출기의 출구 단부 쪽으로 중합체 용융물을 혼합하고 이동시키도록 회전한다.
제1 배합 압출기(24)의 중합체 용융물은 중합체 용융물이 공급되는 호퍼(30)의 사용을 포함하는 많은 기술에 의하여 제1 압출기로 도입되는 중합체 물질(28)로부터 형성된다. 종종, 중합체 물질은 플라스틱 펠릿(pellet)의 형태를 가질 수 있다. 또한, 선택적인 첨가제(32)들이 호퍼(30)에 부가될 수 있다. 일 실시예에서 첨가제들은 커플링제, 열 안정제, 착색제, 분쇄재생 재료 및 기계적 물성을 강화하기 위한 다른 충전재들을 포함한다. 선택적으로, 첨가제들은 중합체 물질의 펠릿(28)에 포함될 수 있거나 선택적으로 중합체 물질은 어떠한 첨가제도 없이 적용될 수 있고 첨가제들은 제2 압출 배치 배합 장치에 포함될 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 첨가제들 또는 첨가제들 중 적어도 일부는 중합체 물질로 만들어진 물품이 전체적으로 EMI 차폐 성능을 가질 수 있도록 도전성일 수 있거나 전도성 특징을 가질 수 있다. 이러한 전도성 첨가제들의 비한정적인 실시예는 유리, 탄소, 스테인리스 스틸, 전도성 나노 사이즈 충전재 기술, 나노 와이어, 이들의 등가물 및 이들의 조합으로 구성된 군 중에서 선택된 것일 수 있다. 또한, 상술한 첨가제들이 섬유 구조로 적용될 수 있다.
제2 배합 압출기(26)는 또한 입구 단부 및 출구 단부를 구비한다. 출구 단부는 섬유 강화 용융 차지를 형성/성형하기 위한 배치 다이 헤드(30)를 더 포함한다.
제2 배합 압출기는 또한 섬유 공급 장치(33)를 포함한다. 섬유 공급 장치는 제2 배합 압출기에 연속적으로 섬유를 도입하기 위한 수단을 제공하고 섬유 공급 릴(reel) 또는 각각 그에 대하여 기 설정된 탄성을 갖고 권취된 하나 이상의 섬유를 포함하는 복수의 섬유 공급 릴들(34)을 포함한다. 하나 이상의 섬유는 유리, 탄소, 스테인리스 스틸 등일 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 섬유들 또는 섬유들 중 적어도 일부는 중합체 물질로 형성된 물품이 전체적으로 EMI 차폐 성능을 갖고 형성될 수 있도록 도전성이거나 전도성 특성을 갖는다. 이러한 전도성 섬유들의 비한정적인 실시예는 유리, 탄소, 스테인리스 스틸, 전도성 나노 사이즈 충전재 기술, 나노 와이어, 이들의 등가물 및 이들의 조합으로 구성된 상술한 군 중에서 선택된 것일 수 있다.
제2 배합 압출기에 섬유를 공급하는 선택적으로 수단으로, 이에 제한되는 것은 아니나, 압출기 공급스로트(feedthroat)에 불연속적이 (절단된) 섬유를 공급하기 위한 감량식 공급기와 압출기 배럴 내에서 쉽게 절단될 수 없는 연속적인 섬유를 공급 및 절단하기 위한 인라인 섬유 절단 장치를 포함한다. 선택적으로, 섬유는 압출기 배럴의 스크류 내에서 절단되도록 구성된다.
섬유들은 기 설정된 강화 적용과 형성된 물품의 EMI 차폐 성능을 제공하기 위하여 제2 배합 압출기에 도입될 수 있다.
제2 배합 압출기는 절단 부재와 액추에이터를 구비한 절단 조립체를 더 포함한다. 상기 조립체에서 액추에이터의 구동은 로봇 또는 등가의 장치(16)가 용융 차지를 들어올리고 압축 몰드의 절반부들 중 하나에 상기 용융 차지를 배치하도록 컨베이어 벨트(미도시)에서 용융물들을 차지(12)들로 절단하기 위한 절단 부재의 움직임을 원인으로 이루어진다. 이 후에, 압축 몰드는 EMI 차폐 특성을 갖고 복합 물질들로 만들어진 물품(40)을 형성한다. 물품(40)은 몰딩 공정으로 형성되기 때문에, EMI 차폐 특성을 가지면서도 거의 대부분의 구조를 가질 수 있다. 물품(40)의 비한정적인 구조로 계기판 또는 차량 내부 부품이 있다.
각각의 압출기는 압축 몰드(14)의 다이 상에 배치되는 용융 차지들을 최종적으로 포함하는 중합체 복합 용융물들을 전단 및 가압함과 함께 합성하는 가열 요소를 포함할 수 있다. 상기 가열 요소(미도시)들은 압출기의 스크류 회전에 의해서 도입되는 전단열과 함께 중합체 용융물을 형성한다. 또한, 결과적으로 배합된 강화 섬유 및/또는 전도성 섬유들의 비율은 섬유 공급 장치에 의해 제공되는 섬유의 수를 제어함으로써 바뀔 수 있다. 따라서, 강화 섬유 및/또는 전도성 섬유들의 비율은 중합체 융용물과 배합되는 강화 섬유의 양을 증가시키거나 감소시킴으로써 바뀔 수 있다. 강화 섬유들/충전재들이 최적화된 기계적 물성과 낮은 가격을 갖는 중합체 조성물을 제공하면서 다양한 비율로 배합 압출기들 모두에 부가될 수 있다.
인라인 물질 배합과 압축 압출 몰딩(ECM w/ILC(Extrusion Compression Moding with In-Line material Compounding) 또는 LFT-D-ILC 압축) 처리 기술의 사용은 가격대비 우수한 성능을 갖게 하면서 필요한 EMI 차폐성, 기계적 물성 및 난연성을 갖는 일반적인 배합 조성물의 생산을 가능하게 한다.
이와 같이, EMI 차폐 성능을 갖고 형성된 물품들을 제공하는 방법 및 장치가 제시된다. 여기서, 결과적인 용융 차지들이 도전성 물질을 포함하고 이로부터 형성된 물품들이 EMI 차폐 특성을 갖고 제공되도록 도전성 첨가제들이 제1 압출기 또는 제2 압출기 또는 선택적으로 제1 및 제2 압출기 모두 또는 이들의 조합에 제공된다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 전자파 장애 차폐성을 갖는 물품을 형성하는 비한정적인 방법의 하나 이상을 도시한다. 제1 단계(50)에서 제1 중합체는 제1 용융 차지를 제공하는 제1 배합 압출기에 삽입된다. 제2 단계(52)에서, 제1 용융 차지는 제2 배합 압출기에서 압출되고, 단계(54)에서 상기 제2 배합 압출기는 복수의 도전성 섬유들을 제1 용융 차지에 도입하고, 단계(56)에서 상기 제2 배합 압출기는 제1 용융 차지와 복수의 전도성 섬유를 포함하는 제2 용융 차지를 제공한다. 그 뒤, 단계(58)에서, 제2 용융 차지는 압축 몰드의 하나 이상의 다이에 배치된다. 단계(60)에서,도전성 물품들이 용융 차지에 도입된 후에, 압축 몰드는 EMI 차폐 성능을 갖는 물품을 형성하기 위하여 제2 용융 차지에 대하여 압축 몰드를 폐쇄한다. 선택적인 실시예에서, 상술한 바와 같이, 단계(50)에서 부가된 도전성 첨가제들이 또는 단계(50)에서 부가된 첨가제들 중 적어도 일부가 도전성이거나 전도성 특성을 가지므로, 중합체 물질로 형성된 물품은 전체적으로 EMI 차폐 성능을 갖고 형성될 수 있다. 단계(54)에서 이러한 도전성 첨가제들이 복수의 도전성 섬유들 대신하거나 이에 부가하여 첨가될 수 있다.
본 발명은 예시적인 실시예들을 참조하여 설명되는 반면, 당업자들에게는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변화가 이루어질 수 있으며 등가물로 대체될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명의 중요한 범위를 벗어나지 않고 특정 상황 또는 특정 재료에 적용하기 위하여 다양한 변화가 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 실행하는 데에 고려되었던 최선의 실시예로서 개시된 특정 실시예에 한정되지 않으나, 본 발명은 첨부된 청구항들의 범위 내에 떨어지는 모든 실시예들을 포함할 것이다.

Claims (19)

  1. 전자파 장애 차폐성을 갖는 물품을 형성하기 위한 방법으로서,
    제1 용융 차지를 제공하는 제1 배합 압출기에 제1 중합체를 삽입하고;
    상기 제1 용융 차지에 복수의 전도성 섬유를 도입하고 상기 제1 용융 차지와 상기 복수의 전도성 섬유를 포함하는 제2 용융 차지를 제공하는 제2 배합 압출기에서 상기 제1 용융 차지를 압출하며;
    압축 몰드의 하나 이상의 다이에 상기 제2 용융 차지를 배치하고; 그리고
    물품을 형성하기 위하여 상기 제2 용융 차지에 대하여 상기 압축 몰드를 폐쇄하는 것을 포함하는 물품 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    복수의 첨가제들이 또한 상기 제1 배합 압출기에 삽입되는 것을 특징으로 하는 물품 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 첨가제들과 상기 제1 중합체는 상기 제1 배합 압출기의 호퍼에 삽입되는 것을 특징으로 하는 물품 제조 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 첨가제들 또는 상기 복수의 첨가제들의 일부는 전체적인 전자파 장애 차폐성을 갖는 물품을 제공하도록 전도성 특성을 갖는 것을 특징으로 물품 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    전도성 특성을 갖는 상기 복수의 첨가제들은 유리, 탄소, 스테인리스 스틸 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 물품 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    내부 구성 요소는 차량의 계기판인 것을 특징으로 하는 물품 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    내부 구성 요소는 차량의 계기판인 것을 특징으로 하는 물품 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 전도성 섬유는 유리, 탄소, 스테인리스 스틸 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 물품 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    복수의 첨가제들이 또한 상기 제1 배합 압출기에 삽입되고,
    상기 복수의 첨가제 또는 상기 복수의 첨가제들의 일부는 전체적인 전자파 장애 차폐성을 갖는 물품을 제공하도록 전도성 특성을 갖고, 전도성 특성을 갖는 상기 복수의 첨가제들은 유리, 탄소, 스테인리스 스틸 및 이들의 조합으로 구성된 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 물품 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 물품은 차량의 계기판인 것을 특징으로 하는 물품 제조 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 전도성 섬유들은 전체적인 전자파 장애 차폐성을 갖는 물품을 제공하고, 유리, 탄소, 스테인리스 스틸 및 이들의 조합으로 구성된 군 중에서 선택되며, 상기 복수의 전도성 섬유들은 또한 상기 물품의 구조적 보강을 제공하는 것을 특징으로 하는 물품 제조 방법.
  12. 제1 중합체 배합 압출기;
    상기 제1 중합체 배합 압출기로부터 용융 차지를 수용하도록 구성된 제2 중합체 배합 압출기; 및
    상기 제2 중합체 배합 압출기에 복수의 섬유들을 제공하는 섬유 공급 장치를 포함하고,
    상기 제1 중합체 배합 압출기와 제2 중합체 배합 압출기는 전도성 특성을 갖는 섬유 보강 용융 차지를 제공하는 것을 특징으로 하는 압출 압축 몰딩 셀.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 섬유 보강 용융 차지를 수용하도록 구성된 압축 몰드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압출 압축 몰딩 셀.
  14. 제 12 항에 있어서,
    복수의 첨가제들은 또한 상기 제1 중합체 배합 압출기에 삽입되는 것을 특징으로 하는 압출 압축 몰딩 셀.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 첨가제들 또는 상기 복수의 첨가제들의 일부는 전체적인 전자파 장애 차폐성을 갖는 물품을 제공하도록 전도성 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 압출 압축 몰딩 셀.
  16. 제 15 항에 있어서,
    전도성을 특성을 갖는 상기 복수의 첨가제들은 유리, 탄소, 스테인리스 스틸 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 압출 압축 몰딩 셀.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 섬유들 또는 상기 복수의 섬유들의 일부는 유리, 탄소, 스테인리스 스틸 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택된 전도성 섬유이고, 상기 전도성 섬유는 전체적인 전자파 장애 차폐성을 갖는 물품을 제공하는 것을 특징으로 하는 압출 압축 몰딩 셀.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 섬유 보강 용융 차지를 수용하도록 구성된 압축 몰드를 더 포함하고, 상기 압축 몰드는 차량의 내부 구성 요소로서 사용되는 물품을 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 압출 압축 몰딩 셀.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 내부 구성 요소는 차량의 계기판인 것을 특징으로 하는 압출 압축 몰딩 셀.
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