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1. WO2020111518 - CARBON FIBER BRAID MEMBER AND HEAT SHRINKABLE CARBON FIBER TUBE

Document

명세서

발명의 명칭

기술분야

1  

배경기술

2   3   4   5   6  

발명의 상세한 설명

기술적 과제

7  

과제 해결 수단

8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25   26   27   28   29   30   31   32  

발명의 효과

33   34   35   36   37  

도면의 간단한 설명

38   39   40   41   42   43   44  

발명의 실시를 위한 최선의 형태

45   46   47   48   49   50   51   52   53   54   55   56   57   58   59   60   61   62   63   64   65   66   67   68   69   70   71   72   73   74   75   76   77   78   79   80   81   82   83   84   85   86   87   88   89   90   91   92   93   94   95   96   97   98   99   100   101   102   103   104   105   106   107   108   109   110   111   112   113   114   115   116   117   118   119   120   121   122   123   124   125   126   127   128   129   130  

청구범위

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23  

도면

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23  

명세서

발명의 명칭 : 탄소 섬유 편조부재 및 탄소 섬유 열수축 튜브

기술분야

[1]
본 발명은 탄소 섬유 편조부재 및 탄소 섬유 열수축 튜브에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 제1 방향 또는 길이방향으로 탄소 섬유사로 구성된 탄소 섬유 번들이 배치되고, 제2 방향 또는 원주방향으로 열수축이 가능한 수축부재가 배치되어, 양호한 차폐성능을 제공할 수 있는 경량화된 탄소 섬유 편조부재 및 탄소 섬유 열수축 튜브에 관한 것이다.

배경기술

[2]
탄소 섬유는 철에 비해 질량은 1/4에 불과하나 강도 및 탄성이 각각 10배 및 7배에 이르는 특성으로 인하여 다양한 분야에서 활용이 시도되고 있다.
[3]
그리고 일반적인 열수축 튜브는 접속 마감재로서 열을 가하면 수축하는 마감재로 전선 접속부위 등에서 많이 활용된다. 그러나 유연한 수지재질의 열수축 튜브는 충분한 강성을 확보하기 어렵고 쉽게 찢어지는 문제가 있다.
[4]
또한, 통신케이블의 EMI 차폐 등을 위하여 금속 편조 재질의 차폐층을 구비하는 경우가 많다.
[5]
이러한 통신케이블을 상호 접속하는 경우 금속 편조 재질의 차폐층을 연결하기 위해서는 마찬가지로 금속 재질 편조 차폐부재로 양 통신케이블의 접속부위를 감싼 후 금속 재질 편조 차폐부재와 양 통신케이블의 차폐층을 각각 용접하는 방법으로 양 통신케이블의 차폐층을 전기적으로 연결하여 양 통신케이블의 접속부위를 통한 전자파 누설을 최소화할 수 있다.
[6]
그러나, 금속 재질 편조 차폐부재와 양 통신케이블의 차폐층을 각각 용접하는 방법은 작업성이 좋지 않고 케이블 경량화에 장애가 될 수 있다.

발명의 상세한 설명

기술적 과제

[7]
본 발명은 제1 방향 또는 길이방향으로 탄소 섬유사로 구성된 탄소 섬유 번들이 배치되고, 제2 방향 또는 원주방향으로 열수축이 가능한 수축부재가 배치되어, 양호한 차폐성능을 제공할 수 있는 경량화된 탄소 섬유 편조부재 및 탄소 섬유 열수축 튜브를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

과제 해결 수단

[8]
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 길이 방향으로 배치되는 복수 개의 탄소 섬유 번들; 및, 원주 방향으로 배치되는 복수 개의 수축부재;를 포함하며, 상기 수축부재는 상기 길이 방향을 따라 서로 이격되어 배치되고, 상기 탄소 섬유 번들 및 상기 수축부재를 편조하여 구성되는 편조부재를 원통형으로 감아 형성되는 탄소 섬유 열수축 튜브를 제공할 수 있다.
[9]
또한, 상기 수축부재는 폴리올레핀 계열의 수지 재질 와이어로 구성될 수 있다.
[10]
그리고, 상기 수축부재는 탄소 섬유 열수축 튜브의 길이방향으로 단위 길이(inch)당 평균 17개 내지 41개가 구비될 수 있다.
[11]
여기서, 상기 수축부재는 직경이 0.25 밀리미터(mm) 내지 0.3 밀리미터(mm)일 수 있다.
[12]
이 경우, 상기 수축부재는 복수 개가 인접하게 배치되어 하나의 수축부를 구성하고, 복수 개의 상기 수축부가 탄소 섬유 열수축 튜브의 길이방향을 따라 이격되어 배치될 수 있다.
[13]
그리고, 상기 수축부를 구성하는 복수 개의 수축부재는 탄소 섬유 열수축 튜브의 길이방향과 수직한 방향으로 나란히 배치될 수 있다.
[14]
또한, 상기 수축부재는 2개가 하나의 수축부를 구성할 수 있다.
[15]
여기서, 상기 탄소 섬유 열수축 튜브 내에 삽입되는 케이블의 외경(d)과 상기 탄소 섬유 열수축 튜브의 최대 수축된 외경(D')은 아래의 [수학식 1]을 만족할 수 있다.
[16]
[수학식 1]
[17]
[18]
이 경우, 상기 탄소 섬유 열수축 튜브는 외경이 40 % 내지 60 %로 최대 수축 가능할 수 있다.
[19]
그리고, 상기 탄소 섬유 번들은 3k 가닥, 6k 가닥 또는 12k 가닥의 탄소 섬유사로 구성되며, 상기 탄소 섬유사는 폴리 아미드 코팅될 수 있다.
[20]
또한, 상기 탄소 섬유 번들을 구성하는 탄소 섬유사는 신율이 1 % 이상인 PAN 계열 탄소 섬유사일 수 있다.
[21]
그리고, 복수 개의 상기 탄소 섬유 번들 중 적어도 하나의 탄소 섬유 번들은 금속 도금될 수 있다.
[22]
여기서, 복수 개의 상기 탄소 섬유 번들 중 적어도 하나의 탄소 섬유 번들을 구성하는 탄소 섬유 중 일부의 탄소 섬유사는 금속 도금될 수 있다.
[23]
이 경우, 상기 탄소 섬유의 금속 도금 재질은 구리, 금, 은, 알루미늄 또는 니켈이나 그 합금 재질일 수 있다.
[24]
그리고, 상기 탄소 섬유 번들의 금속 도금의 도금 밀도는 2.7 g/cm3 이하일 수 있다.
[25]
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 제1 방향으로 배치되는 복수 개의 탄소 섬유 번들; 및, 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 배치되는 복수 개의 수축부재;를 포함하며, 상기 탄소 섬유 번들 및 상기 수축부재를 편조하여 구성되는 탄소 섬유 편조부재를 제공할 수 있다.
[26]
여기서, 상기 수축부재는 폴리올레핀 재질의 와이어로 구성되고, 상기 수축부재는 복수 개가 인접하게 배치되어 하나의 수축부를 구성하고, 복수 개의 상기 수축부가 상기 제1 방향을 따라 이격되어 제2 방향으로 배치될 수 있다.
[27]
이 경우, 상기 수축부를 구성하는 복수 개의 수축부재는 단층으로 배치될 수 있다.
[28]
그리고, 상기 수축부재는 폴리올레핀 계열의 수지 재질 와이어이며, 직경이 0.25 밀리미터(mm) 내지 0.3 밀리미터(mm)이고, 2개가 하나의 수축부를 구성할 수 있다.
[29]
또한, 상기 수축부재는 상기 제1 방향으로 단위 길이(inch)당 평균 17개 내지 41개가 구비될 수 있다.
[30]
여기서, 상기 탄소 섬유 번들은 3k 가닥, 6k 가닥 또는 12k 가닥의 탄소 섬유사로 구성되며, 상기 탄소 섬유사는 폴리 아미드 코팅될 수 있다.
[31]
이 경우, 상기 탄소 섬유 번들을 구성하는 탄소 섬유사는 신율이 1 % 이상인 PAN 계열 탄소 섬유사일 수 있다.
[32]
그리고, 복수 개의 상기 탄소 섬유 번들 중 적어도 하나의 탄소 섬유 번들 또는 복수 개의 상기 탄소 섬유 번들 중 적어도 하나의 탄소 섬유 번들을 구성하는 탄소 섬유 중 일부의 탄소 섬유사는 금속 도금될 수 있다.

발명의 효과

[33]
본 발명에 의하면, 제1 방향 또는 길이방향으로 탄소 섬유사로 구성된 탄소 섬유 번들이 배치되고, 제2 방향 또는 원주방향으로 열수축이 가능한 수축부재가 배치되어, 양호한 차폐성능을 제공하는 경량화된 편조부재 및 이를 이용한 열수축 튜브를 제공할 수 있다.
[34]
따라서, 본 발명에 따른 편조부재 및 이를 이용한 열수축 튜브는 금속 편조부재와 수축 튜브의 장점을 모두 구비하여 비금속 재질의 접속재 또는 마감재로 활용될 수 있다.
[35]
또한, 본 발명에 따른 탄소 섬유 편조부재 및 탄소 섬유 열수축 튜브의 제2 방향 또는 원주방향으로 배치된 수축부재의 간격 또는 밀도를 조절하여 차폐성능을 확보하면서도 수축부재의 사용량을 최소화할 수 있다.
[36]
더 나아가, 본 발명에 따른 탄소 섬유 편조부재 및 탄소 섬유 열수축 튜브를 구성하는 탄소섬유 번들을 구성하는 탄소 섬유사를 금속코팅하여 열수축 튜브의 차폐성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
[37]
또한, 본 발명에 따른 탄소 섬유 편조부재 및 탄소 섬유 열수축 튜브에 의하면, 케이블 접속 마감재로 사용되는 경우, 별도의 용접 등의 공정이 불필요하므로 작업성을 향상시키며, 경량화 및 비용 절감 효과도 얻을 수 있다.

도면의 간단한 설명

[38]
도 1은 본 발명에 따른 탄소 섬유 열수축 튜브를 구성하기 위한 편조부재를 도시한다.
[39]
도 2는 도 1에 도시된 편조부재를 튜브 형태로 제조한 탄소 섬유 열수축 튜브의 사시도를 도시한다.
[40]
도 3은 본 발명에 따른 탄소 섬유 열수축 튜브의 일부 영역을 최대로 열수축한 상태를 도시한다.
[41]
도 4 내지 도 12는 케이블 대비 수축된 튜브 외경 비율에 따른 차폐율 결과 그래프를 도시한다.
[42]
도 13은 본 발명에 따른 탄소 섬유 편조부재 또는 탄소 섬유 열수축 튜브의 단면도를 도시한다.
[43]
도 14 내지 도 22는 본 발명에 따른 탄소 섬유 열수축 튜브를 구성하는 1인치당 배치된 수축부재의 개수에 따른 전자파 차폐율을 시험 결과를 도시한다.
[44]
도 23은 본 발명에 따른 탄소 섬유 열수축 튜브의 다른 실시예를 도시한다.

발명의 실시를 위한 최선의 형태

[45]
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
[46]
도 1은 본 발명에 따른 탄소 섬유 열수축 튜브를 구성하기 위한 편조부재를 도시하며, 도 2는 도 1에 도시된 편조부재를 튜브 형태로 제조한 탄소 섬유 열수축 튜브의 사시도를 도시한다.
[47]
구체적으로 도 1은 복수 개의 탄소 섬유 번들(10)과 복수 개의 수축부(20)로 구성되는 편조부재(100')를 도시하며, 도 2는 상기 편조부재(100')로 구성된 열수축 튜브의 사시도를 도시한다.
[48]
본 발명에 따른 탄소 섬유 편조부재(100') 및 탄소 섬유 열수축 튜브(100)는 제1 방향 또는 열수축 튜브의 길이방향으로 배치되는 복수 개의 탄소 섬유 번들(10) 및 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향 또는 열수축 튜브의 원주방향으로 배치되는 복수 개의 수축부재(21) 또는 수축부(20)를 포함하여 구성될 수 있다.
[49]
여기서 '번들'이란 다수의 미세 섬유사로 구성되는 섬유 묶음 또는 다발을 의미하는 것으로 탄소 섬유의 경우 몇천 개의 미세 탄소 섬유사가 하나의 번들을 구성하게 된다.
[50]
일반적으로 탄소 섬유 번들(10)은 탄소 섬유사(11)를 3k 가닥, 6k 가닥 또는 12k 가닥 등 1k 가닥 이상으로 구성된 번들일 수 있다.
[51]
그리고, 상기 탄소 섬유사는 신율이 1 % 이상인 PAN 계열 탄소 섬유사인 것이 바람직하다.
[52]
그리고, 각각의 탄소 섬유사는 제조 과정에서 폴리아미드(Polyamide) 코팅이 수행되어, 탄소 섬유사 간의 들러 붙음 또는 엉킴 등을 방지하는 효과가 있다. 폴리아미드 코팅층은 탄소 섬유 표면에 접착성이 좋으며 또 휨성이 양호한 피막을 형성하게 된다.
[53]
열수축 튜브는 열이 가해지면 반지름 방향으로 수축하는 성질로 마감 대상을 감싸는 특징을 갖는다. 그러나, 열수축 튜브의 길이방향으로 수축이 심한 경우, 마감 대상을 충분히 감싸지 못하므로 열수축 튜브의 길이방향 수축은 바람직하지 않을 수 있다.
[54]
본 발명에 따른 탄소 섬유 편조부재(100') 및 탄소 섬유 열수축 튜브(100)는 편조 구조로 제조되며, 탄소 섬유를 기본 구성으로 한다. 탄소 섬유 자체는 무게가 가볍고 강성과 탄성을 가지는 소재이며 전자파 차폐 성능이 있으나 열수축 특성이 크지 않으므로, 본 발명의 탄소 섬유 열수축 튜브(100)는 탄소 섬유로만 구성되지 않고 수축이 필요한 방향으로는 수축부재(21) 또는 수축부(20)를 적용하여 탄소 섬유의 장점인 경량 및 차폐성능을 활용하면서도 물리적인 열수축 특징을 부여할 수 있다.
[55]
도 1에 도시된 본 발명에 따른 탄소 섬유 편조부재(100')는 일방향(제1 방향)으로 탄소 섬유 번들(10) 및 그 수직방향(제2 방향)으로 수축부재(21) 또는 수축부(20)를 편조방식으로 조직하여 편조구조를 형성할 수 있다.
[56]
상기 수축부재(21)의 예로서 폴리올레핀(Polyolefine) 계열 수지 재질의 와이어가 사용될 수 있다.
[57]
폴리올레핀이란 합성수지의 종류로써, 에틸렌과 프로필렌 같은 올레핀(분자 1개당 1개의 이중결합을 포함하고 있는 탄화 수소)을 첨가중합반응시켜 만드는 유기물질을 의미한다.
[58]
폴리올레핀의 섬유사의 재질로는 폴리에틸렌(HDPE(High Density Polyethylene), LDPE (Low Density Polyethylene), LLDPE (Linear Low Density Polyethylene), EVA (ethylene-vinylacetate copolymer), UHMWPE (ultra-high molecular weight PE) 등이 적용될 수 있고, 이외에도 각종 폴리프로필렌(PP, polypropylene), 러버/엘라스토머(EPR (ethylene-propylene rubber), EPDM (ethylene-propylene-diene monomer), POE (polyolefin elastomer, ethylene/octene-1)) 등이 적용 가능성이 있다.
[59]
폴리올레핀 와이어는 일반적으로 탄성이 있고 대부분의 유기 용매에 녹지 않으며 산과 염기에 내성이 있으며 전기 절연성이 있으며, 일반적인 열수축튜브의 재료로 활용된다.
[60]
이와 같은 폴리올레핀 재질로 구성된 폴리올레핀 와이어 형태의 수축부재(21)는 한 개 단위로 배치될 수 있을 뿐만 아니라 복수 개의 수축부재(21)가 모인 수축부(20) 단위로 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 배치할 수 있다.
[61]
상기 수축부(20)는 복수 개의 수축부재(21)를 제1 방향으로 나란하게 되도록 인접하여 제2 방향을 따라 배치할 수 있다.
[62]
또한, 경량화 또는 비용 절감을 위하여, 상기 수축부재(21)는 단층으로 배치하는 것이 바람직하다.
[63]
도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서, 상기 수축부(20)를 구성하는 수축부재(21)는 각각 2개로 도시되고, 각각의 수축부가 제1 방향 또는 열수축 튜브의 길이방향으로 미리 결정된 간격으로 이격되도록 배치되어 구성되나, 그 개수는 증감(1개 또는 3개 이상)이 가능하다. 하나의 수축부(20)를 1개의 수축부재로 구성하는 경우, 하나의 수축부재(21)를 미리 결정된 간격으로 이격시켜 편조 구조를 구성할 수 있다. 상기 수축부재의 직경은 0.25 밀리미터(mm) 내지 0.3 밀리미터(mm)로 구성될 수 있다.
[64]
상기 탄소 섬유 번들(10)은 1k 이상의 가닥으로 형성되며, 편조부재(100')의 두께는 0.3 밀리미터(mm) 내지 5 밀리미터(mm) 범위일 수 있다. 바람직하게는, 상기 탄소 섬유 번들(10)은 3k 가닥, 6k 가닥 또는 12k 탄소 섬유사(11)가 적용될 수 있다.
[65]
도 1에 도시된 바와 같이 구성된 편조부재(100')를 열수축 튜브의 길이와 직경에 맞게 봉제 또는 접합하여 도 2에 도시된 바와 같은 탄소 섬유 열수축 튜브(100)를 구성할 수 있다.
[66]
상기 편조부재(100')로 상기 열수축 튜브(100)를 구성하는 방법은 한 장의 편조부재를 튜브 형태로 말아서 봉제 또는 접합하는 방법 이외에도 2장의 편조부재(100')의 양단을 길이방향으로 각각 접합 또는 봉제하는 방법도 적용이 가능하다.
[67]
이와 같은 방법으로, 봉제 또는 접합으로 구성되는 열수축 튜브의 길이방향으로는 탄소 섬유 번들(10)이 배치되고 열수축 튜브의 원주방향으로는 폴리올레핀 재질의 와이어로 구성된 수축부(20)가 배치되도록 할 수 있다.
[68]
도 3은 본 발명에 따른 탄소 섬유 편조부재(100') 및 탄소 섬유 열수축 튜브(100)의 일부 영역을 최대로 열수축한 상태를 도시한다.
[69]
열수축 튜브의 길이방향으로는 탄소 섬유사(11)로 구성된 탄소 섬유 번들(10)이 적용되고 원주방향으로는 폴리올레핀 계열의 수축부재(21)로 구성된 수축부(20)가 배치되므로, 열풍기 등을 이용하여 열을 가하는 경우 열수축 튜브의 길이방향으로는 수축량이 최소화되되 반지름 방향으로는 수축부재(21)의 수축에 의하여 반경이 축소되어 일반적인 열수축 튜브의 역할을 수행할 수 있다.
[70]
도 3에 도시된 실시예에서, 좌측 영역(A1)은 열수축 전의 상태를 도시하고 우측 영역(A2)은 최대로 열수축된 후의 상태를 도시한다.
[71]
즉, 여기서, 본 발명의 탄소 섬유 열수축 튜브(100)의 길이방향인 제1 방향으로 배치된 탄소 섬유 번들(10)은 수축되지 않고, 탄소 섬유 열수축 튜브(100)의 원주방향인 제2 방향으로 배치된 수축부(20)를 구성하는 수축부재(21)은 수축되어 케이블 접속부 등의 마감 대상영역에 밀착될 수 있다.
[72]
상기 수축부재(21)는 폴리올레핀 계열의 수지 재질 와이어이며, 직경이 0.25 밀리미터(mm) 내지 0.3 밀리미터(mm)이고, 2개가 하나의 수축부를 구성하는 것으로 도시되나 그 개수는 증감 가능하다.
[73]
그리고, 상기 탄소 섬유 열수축 튜브(100)의 원주 방향으로 배치된 수축부재를 폴리올레핀 재질로 구성하는 경우, 상기 탄소 섬유 열수축 튜브는 일반적으로 외경이 40 % 내지 60 %로 최대 수축될 수 있으며, 바람직하게는 약 50 %로 최대 수축될 수 있다.
[74]
도 4 내지 도 12는 케이블 외경 대비 최대 수축된 튜브 외경 비율에 따른 차폐율 결과 그래프를 도시하며, 아래의 표 1 내지 표 6은 본 발명의 열수축 튜브로 직경이 5 밀리미터(mm), 10 밀리미터(mm), 30 밀리미터(mm)인 케이블에 다양한 수축전 외경(D)을 갖는 열수축 튜브를 장착하여 케이블 대비 수축된 튜브 외경 비율에 따른 차폐 효과(@100MHz 차폐율 dB)를 측정한 시험결과를 도시한다.
[75]
구체적으로, 표 1, 표 2, 도 4 내지 도 6은 5 밀리미터(mm) 외경의 케이블에 다양한 외경의 열수축 튜브를 장착하여 케이블 외경(d) 대비 최대로 수축된 상태의 튜브 외경(D') 비율에 따른 차폐율을 측정한 결과이며, 각 시험예의 탄소 섬유 열수축 튜브(100)로 양 케이블 접속부위를 마감 및 열수축시켜, 양케이블의 차폐층을 탄소 섬유 열수축 튜브(100)로 연결하고, 케이블을 통해 100 Mhz 시험 전류를 통전하는 경우 케이블 접속부위에서의 차폐율을 측정하는 방법으로 시험되었다.
[76]
예를 들어, 케이블 외경(d) 대비 최대 수축된 튜브 외경(D') 비율이 54 %란 의미는 케이블을 감싸고 있는 튜브는 최대로 수축된 상태임을 전제로 그 외경이 케이블 외경의 54 % 정도의 크기를 갖는 것을 의미한다. 여기서, 최대로 수축된 튜브 외경(D')이란 열수축 튜브에 열을 가했을 때 더 이상 수축되지 않고 외경을 유지하는 상태가 되었을 경우의 튜브 외경을 의미한다.
[77]
시험결과에 따르면, 케이블 외경 대비 최대 수축된 튜브 외경 비율이 98 % 및 54 %를 경계로 비율이 54 % 내지 98 %에서 약 40dB 정도로 양호하게 측정됨을 확인할 수 있었다.
[78]
즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 5 밀리미터(mm) 외경의 케이블 대비 최대 수축된 튜브 외경 비율이 54 % 내지 98 % 조건에서는 차폐율이 약 40dB로 양호하여 본 발명의 탄소 섬유 열수축 튜브를 전자파 차폐를 위한 마감재로 사용될 수 있다고 볼 수 있다.
[79]
그러나, 54 % 내지 98 % 이외의 영역에서는 차폐율이 크게 감소하여 양호한 차폐효과를 기대하기 어려움을 확인할 수 있다.
[80]
[표1]
[81]
[표2]
[82]
표 3, 표 4, 도 7 내지 도 9는 10 밀리미터(mm) 외경의 케이블에 다양한 외경의 열수축 튜브를 장착하여 케이블 외경 대비 최대 수축된 튜브 외경 비율에 따른 차폐율을 측정한 결과이며, 시험결과에 따르면, 10 밀리미터(mm) 케이블 대비 최대 수축된 튜브 외경 비율이 98 % 및 54 %를 경계로 비율이 54 % 내지 98 %에서 약 40dB 정도로 양호하게 측정됨을 확인할 수 있었다.
[83]
시험결과, 도 9에 도시된 바와 같이, 10 밀리미터(mm) 외경의 케이블 대비 최대 수축된 튜브 외경 비율 역시 54 % 내지 98 % 조건은 확보되어야 본 발명의 탄소 섬유 열수축 튜브를 전자파 차폐를 위한 마감재로 바람직함을 확인할 수 있다.
[84]
[표3]
[85]
[표4]
[86]
표 5, 표 6, 도 10 내지 도 12는 30 밀리미터(mm) 외경의 케이블에 다양한 외경의 열수축 튜브를 장착하여 케이블 대비 수축된 튜브 외경 비율에 따른 차폐율을 측정한 결과이며, 시험결과에 따르면, 30 밀리미터(mm) 케이블 대비 최대 수축된 튜브 외경 비율이 98 % 및 54 %를 경계로 비율이 54 % 내지 98 %에서 약 40dB 정도로 양호하게 측정됨을 확인할 수 있었다.
[87]
마찬가지로, 도 12에 도시된 바와 같이, 30 밀리미터(mm) 외경의 케이블 대비 최대 수축된 튜브 외경 비율이 54 % 내지 98 % 조건은 확보되어야 본 발명의 탄소 섬유 열수축 튜브를 전자파 차폐를 위한 마감재로 바람직함을 확인할 수 있다.
[88]
[표5]
[89]
[표6]
[90]
결과적으로, 케이블의 외경이 5 밀리미터(mm), 10 밀리미터(mm) 및 30 밀리미터(mm)로 증가되어도 케이블 외경 대비 최대 수축된 튜브 외경 비율이 54 % 및 98 %를 기준으로 차폐율이 임계적으로 변화됨을 확인할 수 있다.
[91]
위 시험 결과를 고려하는 경우 케이블의 외경(d) 대비 최대 수축된 튜브 외경(D')은 아래와 같이 정리될 수 있다.
[92]
상기 열수축 튜브(100)의 경우, 케이블 또는 배관 등의 접속부위를 감싸는 마감재 역할을 수행하고, 양호한 차폐율을 확보하기 위하여 열수축 튜브가 장착되는 케이블 등의 대상물의 외경(d)과 최대 수축된 열수축 튜브의 외경(D')의 관계는 아래의 [수학식 1]을 만족하도록 설계할 수 있다.
[93]
[수학식 1]
[94]
[95]
위 관계를 통해 최대 수축된 열수축 튜브의 외경(D')이 케이블 외경(d)의 54 % 미만인 경우는 케이블의 외경(d)에 비해 수축전 열수축 튜브의 외경(D)이 너무 작은 크기로 선택되어 케이블에 장착이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 충분한 전자파 차폐 효과를 누리기에 부족한 크기임을 확인하였고, 최대 수축된 열수축 튜브의 외경(D')이 케이블 외경(d)의 98 %를 초과하는 경우는 케이블의 외경(d)에 비해 수축전 열수축 튜브의 외경(D)이 너무 커서 열수축 튜브가 케이블과 충분히 밀착되지 못하여 전자파 차폐 성능이 저하됨을 확인하였다.
[96]
도 13은 본 발명에 따른 탄소 섬유 편조부재(100') 또는 탄소 섬유 열수축 튜브(100)의 단면도를 도시한다.
[97]
각각의 수축부(20)는 편조부재의 제1 방향 또는 탄소 섬유 열수축 튜브의 길이방향과 수직한 방향으로 탄소 섬유 번들(10)과 편조 구조를 구성하여 배치된다.
[98]
전술한 바와 같이, 상기 수축부(20)를 구성하는 수축부재(21)는 폴리올레핀 재질의 와이어가 적용될 수 있고, 각각의 와이어의 직경(x)은 0.25 밀리미터(mm) 내지 0.3 밀리미터(mm)로 구성될 수 있다.
[99]
그리고 도 13에 도시된 바와 같이, 각각의 수축부는 2개의 수축부재(21)가 나란히 배치되고, 각각의 수축부는 편조부재의 제1 방향 또는 탄소 섬유 열수축 튜브(100)의 길이방향으로 이격되어 배치될 수 있다.
[100]
여기서, 폭이 x인 수축부재로 구성된 각각의 수축부의 폭(2x)는 약 0.5 밀리미터(mm) 내지 0.6 밀리미터(mm)일 수 있고, 인접한 수축부 간의 간격 y는 각각의 수축부의 폭(2x)보다 크게 구성될 수 있다.
[101]
즉, 상기 탄소 섬유 번들은 수천 가닥의 탄소 섬유사로 구성되고, 탄소 섬유 번들이 열수축 튜브를 구성하고 장착대상에 수축되어 밀착되면 열수축 튜브의 원주방향으로 탄소 섬유사들이 퍼져 전자파 차폐 기능 등을 수행할 수 있다.
[102]
그러나, 상기 수축부재는 원주방향 수축 기능을 수행하는 구성이므로 수축에 충분한 수량만큼 적용하면 된다.
[103]
도 14 내지 도 22는 본 발명에 따른 탄소 섬유 열수축 튜브를 구성하는 1인치당 배치된 수축부재의 개수에 따른 전자파 차폐율 시험 결과를 도시하며, 아래의 표 7 내지 표 12는 본 발명의 열수축 튜브로 외경이 5 밀리미터(mm), 10 밀리미터(mm), 30 밀리미터(mm)인 케이블에 수축부의 개수가 다른 열수축 튜브를 장착하여 단위 길이(inch)당 수축부재의 개수에 따른 차폐 효과(@100MHz 차폐율 dB)를 측정한 시험결과를 도시한다.
[104]
구체적으로, 표 7, 표 8, 도 14 내지 도 16은 5 밀리미터(mm) 외경의 케이블에 수축부재의 개수가 다른 열수축 튜브를 장착하여 수축부재의 개수에 따른 차폐율을 측정한 결과이며, 각 시험예의 탄소 섬유 열수축 튜브(100)로 양 케이블 접속부위를 마감 및 열수축시켜, 양케이블의 차폐층을 탄소 섬유 열수축 튜브(100)로 연결하고, 케이블을 통해 100 Mhz 시험 전류를 통전하는 경우 케이블 접속부위에서의 차폐율을 측정하는 방법으로 시험되었다.
[105]
시험결과에 따르면, 수축부재의 개수가 단위 길이(inch)당 평균 17개 이상 41개 이하인 경우 약 40dB 정도로 양호하게 측정됨을 확인할 수 있었다.
[106]
즉, 도 16에 도시된 바와 같이, 5 밀리미터(mm) 외경의 케이블에 수축부재가 단위 길이(inch)당 평균 17개 이상 41개 이하인 조건에서는 차폐율이 약 40dB로 양호하며, 수축부의 개수가 17개보다 적거나 41개보다 큰 경우 차폐율이 임계적으로 감소되어 차폐부재로 부적절함을 확인할 수 있다.
[107]
[표7]
[108]
[표8]
[109]
마찬가지로, 표 9, 표 10, 도 17 내지 도 19는 10 밀리미터(mm) 외경의 케이블에 수축부의 개수가 다른 열수축 튜브를 장착하여 수축부재의 개수에 따른 차폐율을 측정한 결과이다. 10 밀리미터(mm) 외경의 케이블의 경우에도, 단위길이(inch)당 수축부재의 평균 개수가 17개 이상 41개 이하인 경우 약 40dB 정도로 양호하게 측정됨을 확인할 수 있었다.
[110]
즉, 도 19에 도시된 바와 같이, 5 밀리미터(mm) 외경의 케이블에 단위길이(inch)당 수축부재의 평균 개수가 17개 이상 41개 이하인 조건에서는 차폐율이 약 40dB로 양호하며, 17개보다 적거나 41개보다 큰 경우 차폐율이 임계적으로 감소되어 차폐부재로 부적절함을 확인할 수 있다.
[111]
[표9]
[112]
[표10]
[113]
마찬가지로, 표 11, 표 12, 도 20 내지 도 22는 30 밀리미터(mm) 외경의 케이블에 수축부재의 개수가 다른 열수축 튜브를 장착하여 수축부재의 개수에 따른 차폐율을 측정한 결과이다. 30 밀리미터(mm) 외경의 케이블의 경우에도, 단위길이(inch)당 수축부재의 평균 개수가 17개 이상 41개 이하인 경우 약 40dB 정도로 양호하게 측정된다는 사실을 확인할 수 있었다.
[114]
[표11]
[115]
[표12]
[116]
결과적으로, 케이블의 외경이 5 밀리미터(mm), 10 밀리미터(mm) 및 30 밀리미터(mm)로 증가되어도 단위길이(inch)당 수축부재의 개수 또는 밀도는 인치당 17개 및 41개를 기준으로 차폐율이 임계적으로 변화됨을 확인할 수 있다.
[117]
이와 같은 결과는 단위 길이(inch)당 수축부재의 평균 개수가 17개 미만인 경우에는 탄소 섬유 번들과 수축부재 사이의 빈 공간이 많이 발생하고, 단위 길이당 수축부재의 평균 개수가 41개 초과의 경우에는 탄소 섬유 번들을 구성하는 탄소 섬유사들이 수축부재 등에 의한 간섭 등으로 인해 충분히 원주방향으로 분산되지 못하여 전자파 차폐 효과가 저하되기 때문일 것으로 추측된다.
[118]
따라서, 열수축 튜브의 원주방향 수축을 위한 열수축 튜브의 개수는 수축부재의 직경 또는 수축부의 폭 등을 고려하여 적절하게 결정되는 경우, 탄소 섬유 번들로 구성되는 탄소 섬유 번들을 열수축 튜브의 길이방향으로 배치하는 경우에도 고주파 영역인 100 Mhz 주파수 시험전류가 인가되어도 40dB 이상의 양호한 차폐율을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다
[119]
따라서, 이와 같은 시험결과를 통해, 100 Mhz 정도의 고주파 영역에서는 금속 편조부재 형태의 차폐수단을 탄소 섬유 번들 및 수축성 폴리올레핀 재질의 수축부재로 구성되는 최적의 개수의 수축부가 적용된 열수축 튜브를 적용하여, 금속 편조부재를 대체하여 용접 작업을 생략하여 작업성을 향상시킬 수 있으며, 케이블 경량화를 도모할 수 있고, 탄소 섬유 열수축 튜브가 충분한 강성과 탄성을 가지므로 케이블 접속부위를 안정적으로 보호할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
[120]
도 23은 본 발명에 따른 탄소 섬유 편조부재(100') 및 탄소 섬유 열수축 튜브(100)의 다른 실시예를 도시한다.
[121]
탄소 섬유 번들 및 수축부를 기반으로 열수축 투브를 구성하는 경우, 종래 사용되던 금속 재질의 편조부재 또는 편조층에 비해 무게가 크게 줄고 강성과 탄성을 확보하며 수축이 가능한 열수축 튜브를 구성할 수 있다.
[122]
탄소 섬유는 도체는 아니지만 어느 정도의 전도성을 가지므로, 도 1에 도시된 탄소 섬유 편조부재(100') 또는 도 2에 도시된 탄소 섬유 열수축 튜브(100)를 전자파 차폐부재로 사용할 수 있음은 전술한 바와 같다.
[123]
도 1에 도시된 탄소 섬유 편조부재(100') 또는 도 2에 도시된 탄소 섬유 열수축 튜브(100)는 저주파 영역에서는 통신 케이블 등의 차폐층으로 충분한 성능을 확보할 수 있으나 고주파 영역에서는 차폐 성능이 부족할 수 있으므로, 본 발명에 따른 탄소 섬유 편조부재(100') 및 탄소 섬유 열수축 튜브(100)는 탄소 섬유 번들(10)을 구성하는 탄소 섬유를 금속 도금하는 방법으로 탄소 섬유 열수축 튜브(100)의 차폐성능을 향상시킬 수 있다.
[124]
도 23에 도시된 바와 같이, 탄소 섬유 열수축 튜브(100)의 길이방향인 제1 방향으로 배치된 탄소 섬유 번들(10)을 구성하는 각각의 탄소 섬유사(11')들이 금속 도금되어 금속성을 부여할 수 있다.
[125]
이와 같이, 본 발명의 탄소 섬유 열수축 튜브(100)를 케이블 차폐층 등으로 활용하기 위하여, 탄소 섬유를 금속 도금하는 경우에도 하나의 탄소 섬유 번들(10)을 구성하는 일부의 탄소 섬유사만 금속코팅하고 나머지 탄소 섬유사는 일반 탄소 섬유사를 적용하여 탄소 섬유 번들(10)을 구성할 수도 있다.
[126]
예를 들면, 탄소 섬유 번들(10)이 6k 탄소 섬유사가 적용되는 경우라면 3k 탄소 섬유만 금속코팅을 적용할 수도 있다. 또한, 상기 번들에서 탄소 섬유의 일부를 구리 등의 금속으로 이루어진 금속 세사로 대체하여 탄소 섬유사 및 금속 세사를 혼합하여 번들을 구성할 수도 있다.
[127]
또한, 하나의 탄소 섬유 열수축 튜브(100)를 구성하는 나란히 이격되어 배치되는 복수 개의 탄소 섬유 번들(10) 중 금속 도금된 탄소 섬유 번들(10)과 코팅되지 않은 탄소 섬유 번들(10)을 함께 사용할 수 있다. 예를 들어, 금속 도금된 탄소 섬유 번들(10)과 코팅되지 않은 탄소 섬유 번들(10)을 번갈아 배치하거나 1 : 2 또는 1 : 3 비율로 배치할 수 있다. 또한, 금속 도금된 탄소 섬유 번들(10) 대신에 구리 등의 금속으로 이루어진 금속 세사만으로 구성된 금속 세사 번들을 적용할 수도 있다.
[128]
그리고, 이 경우에도 하나의 금속 도금된 탄소 섬유 번들(10) 역시 모든 탄소 섬유사가 금속 도금되어야만 하는 것이 아니라 하나의 탄소 섬유 번들(10)을 구성하는 일부의 탄소 섬유사만 금속코팅될 수도 있음은 전술한 바와 같다.
[129]
상기 탄소 섬유사의 금속 도금 재질은 구리, 금, 은, 알루미늄 또는 니켈이나 그 합금 재질일 수 있으며, 도금 밀도는 2.7 g/cm3 이하 정도가 적당하다.
[130]
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

청구범위

[청구항 1]
길이 방향으로 배치되는 복수 개의 탄소 섬유 번들; 및, 원주 방향으로 배치되는 복수 개의 수축부재;를 포함하며, 상기 수축부재는 상기 길이 방향을 따라 서로 이격되어 배치되고, 상기 탄소 섬유 번들 및 상기 수축부재를 편조하여 구성되는 편조부재를 원통형으로 감아 형성되는 탄소 섬유 열수축 튜브.
[청구항 2]
제1항에 있어서, 상기 수축부재는 폴리올레핀 계열의 수지 재질 와이어로 구성되는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브.
[청구항 3]
제2항에 있어서, 상기 수축부재는 탄소 섬유 열수축 튜브의 길이방향으로 단위 길이(inch)당 평균 17개 내지 41개가 구비되는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브.
[청구항 4]
제3항에 있어서, 상기 수축부재는 직경이 0.25 밀리미터(mm) 내지 0.3 밀리미터(mm)인 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브.
[청구항 5]
제3항에 있어서, 상기 수축부재는 복수 개가 인접하게 배치되어 하나의 수축부를 구성하고, 복수 개의 상기 수축부가 탄소 섬유 열수축 튜브의 길이방향을 따라 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브.
[청구항 6]
제5항에 있어서, 상기 수축부를 구성하는 복수 개의 수축부재는 탄소 섬유 열수축 튜브의 길이방향과 수직한 방향으로 나란히 배치되는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브.
[청구항 7]
제5항에 있어서, 상기 수축부재는 2개가 하나의 수축부를 구성하는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브.
[청구항 8]
제2항에 있어서, 상기 탄소 섬유 열수축 튜브 내에 삽입되는 케이블의 외경(d)과 상기 탄소 섬유 열수축 튜브의 최대 수축된 외경(D')은 아래의 [수학식 1]을 만족하는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브. [수학식 1]
[청구항 9]
제8항에 있어서, 상기 탄소 섬유 열수축 튜브는 외경이 40 % 내지 60 %로 최대 수축 가능한 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브.
[청구항 10]
제1항에 있어서, 상기 탄소 섬유 번들은 3k 가닥, 6k 가닥 또는 12k 가닥의 탄소 섬유사로 구성되며, 상기 탄소 섬유사는 폴리 아미드 코팅되는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브.
[청구항 11]
제10항에 있어서, 상기 탄소 섬유 번들을 구성하는 탄소 섬유사는 신율이 1 % 이상인 PAN 계열 탄소 섬유사인 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브.
[청구항 12]
제10항에 있어서, 복수 개의 상기 탄소 섬유 번들 중 적어도 하나의 탄소 섬유 번들은 금속 도금되는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브.
[청구항 13]
제10항에 있어서, 복수 개의 상기 탄소 섬유 번들 중 적어도 하나의 탄소 섬유 번들을 구성하는 탄소 섬유 중 일부의 탄소 섬유사는 금속 도금되는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브.
[청구항 14]
제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 탄소 섬유의 금속 도금 재질은 구리, 금, 은, 알루미늄 또는 니켈이나 그 합금 재질인 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브.
[청구항 15]
제14항에 있어서, 상기 탄소 섬유 번들의 금속 도금의 도금 밀도는 2.7 g/cm3 이하인 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 열수축 튜브.
[청구항 16]
제1 방향으로 배치되는 복수 개의 탄소 섬유 번들; 및, 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 배치되는 복수 개의 수축부재;를 포함하며, 상기 탄소 섬유 번들 및 상기 수축부재를 편조하여 구성되는 탄소 섬유 편조부재.
[청구항 17]
제16항에 있어서, 상기 수축부재는 폴리올레핀 재질의 와이어로 구성되고, 상기 수축부재는 복수 개가 인접하게 배치되어 하나의 수축부를 구성하고, 복수 개의 상기 수축부가 상기 제1 방향을 따라 이격되어 제2 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 편조부재.
[청구항 18]
제17항에 있어서, 상기 수축부를 구성하는 복수 개의 수축부재는 단층으로 배치되는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 편조부재.
[청구항 19]
제17항에 있어서, 상기 수축부재는 폴리올레핀 계열의 수지 재질 와이어이며, 직경이 0.25 밀리미터(mm) 내지 0.3 밀리미터(mm)이고, 2개가 하나의 수축부를 구성하는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 편조부재.
[청구항 20]
제19항에 있어서, 상기 수축부재는 상기 제1 방향으로 단위 길이(inch)당 평균 17개 내지 41개가 구비되는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 편조부재.
[청구항 21]
제16항에 있어서, 상기 탄소 섬유 번들은 3k 가닥, 6k 가닥 또는 12k 가닥의 탄소 섬유사로 구성되며, 상기 탄소 섬유사는 폴리 아미드 코팅되는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 편조부재.
[청구항 22]
제21항에 있어서, 상기 탄소 섬유 번들을 구성하는 탄소 섬유사는 신율이 1 % 이상인 PAN 계열 탄소 섬유사인 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 편조부재.
[청구항 23]
제16항에 있어서, 복수 개의 상기 탄소 섬유 번들 중 적어도 하나의 탄소 섬유 번들 또는 복수 개의 상기 탄소 섬유 번들 중 적어도 하나의 탄소 섬유 번들을 구성하는 탄소 섬유 중 일부의 탄소 섬유사는 금속 도금되는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 편조부재.

도면

[도1]

[도2]

[도3]

[도4]

[도5]

[도6]

[도7]

[도8]

[도9]

[도10]

[도11]

[도12]

[도13]

[도14]

[도15]

[도16]

[도17]

[도18]

[도19]

[도20]

[도21]

[도22]

[도23]