[논문]하이브리드 전도성 직조섬유의 전자파 차폐효과

한길영; 김기열; 윤태순

doi:10.14775/ksmpe.2015.14.2.081

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This study investigated electromagnetic interference (EMI) shielding effectiveness (SE) of hybrid conductive fabrics. The coaxial transmission line method was used to measure the EMI Shielding effectiveness of the conductive fabrics. We designed and constructed a measuring system, consisting of a ne...

This study investigated electromagnetic interference (EMI) shielding effectiveness (SE) of hybrid conductive fabrics. The coaxial transmission line method was used to measure the EMI Shielding effectiveness of the conductive fabrics. We designed and constructed a measuring system, consisting of a network analyzer and a device that serves as a sample holder and at the same time as a transmission medium of incident electromagnetic waves. The measurements of SE were carried out in a frequency range from 100 MHz to 2 GHz. The results of the EMI shielding experiments showed that the maximum electromagnetic shielding effectiveness (EMSE) values of sandwich type C/A/C (carbon fiber sheet/aluminum foil tape/carbon fiber sheet) and C/Ni/C (carbon fiber sheet/magnetic shielding foil/carbon fiber sheet) samples were 55 dB and 113 dB, respectively, at a frequency of 1.9 GHz.

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 기계, 전기, 전자제품 등의 전자파 차폐용으로 시판하고 있는 하이브리드 전도성 직조섬유를 구입하여 전자파 차폐효과(Shielding effectiveness, SE)를 측정하였다. 측정을 하기 위하여 ASTM D4935-89 규격을 참고한 시험편을 제작하였고, 플렌지형 동축 전송선 치구를 사용하여 샌드위치 타입으로 결합한 복합재료의 전자파 차폐특성을 고찰하였다.
본 연구에서는 전자파 차폐용으로 시판되고 있는 재료를 사용하여 최적 구조의 우수한 차폐효과를 얻을 수 있는 구조를 고찰하였다. EMW Absorber Sheet의 적층에 따른 전자파 차폐효과를 측정하였으며 EMW Absorber sheet를 스킨재로 하고 다양한 코어재를 변경시켜 사용한 시험편에 대한 전자파 차폐효과를 측정하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

제안 방법

따라서 본 연구에서는 기계, 전기, 전자제품 등의 전자파 차폐용으로 시판하고 있는 하이브리드 전도성 직조섬유를 구입하여 전자파 차폐효과(Shielding effectiveness, SE)를 측정하였다. 측정을 하기 위하여 ASTM D4935-89 규격을 참고한 시험편을 제작하였고, 플렌지형 동축 전송선 치구를 사용하여 샌드위치 타입으로 결합한 복합재료의 전자파 차폐특성을 고찰하였다.
탄소섬유 배향이 랜덤한 EMW Absorber sheet(Carbon fiber)에 대한 시험편의 전자파 차폐효과를 측정하였다. Fig.
EMW Absorber sheet(Carbon fiber)를 스킨재로 하고 코어재를 변화시켜 제작한 시험편의 전자파 차폐효과를 측정하였다. 전자파 차폐를 측정한 결과 Fig.
본 연구에서는 전자파 차폐용으로 시판되고 있는 재료를 사용하여 최적 구조의 우수한 차폐효과를 얻을 수 있는 구조를 고찰하였다. EMW Absorber Sheet의 적층에 따른 전자파 차폐효과를 측정하였으며 EMW Absorber sheet를 스킨재로 하고 다양한 코어재를 변경시켜 사용한 시험편에 대한 전자파 차폐효과를 측정하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

Fig. 1은 시험편 제작 시 사용된 (a) EMW Absorber Sheet(carbon fiber), (b) Mesh fabric, (c) Shield Wear, (d) Silverell Fabric 시험편의 단면을 확대한 사진이다.
이 혼합물을 교반기를 사용하여 2,000 rpm으로 30분 동안 교반하였다. 에폭시와 경화제는 각각 LR-67 과 LH-33으로 복합재료의 본딩, 코팅, 기지재 등으로 사용되는 재료를 사용하였다. 이와 같이 제작한 혼합물을 이형제를 바른 금형에 부어 섬유매트에 함침시킨 후 80℃의 고온 압축 프레스를 사용하여 시험편을 제작하였다.
시험편은 배향이 랜덤한 탄소섬유 시트인 C 시험편, 탄소섬유 시트와 탄소섬유 시트를 본딩시킨 CC 시험편, Aluminum Foil Tape를 코어재로 하고 스킨재를 탄소섬유 시트로 제작한 C/A/C 시험편, Magnetic Shielding Foil를 코어재로 하고 스킨재를 탄소섬유 시트로 제작한 C/Ni/C 시험편을 제작하였다. 그리고 Shield Wear를 코어재로 하고 스킨재를 탄소섬유 시트로 제작한 C/Co/C 시험편, Silverell Fabric를 코어재로 하고 스킨재를 탄소섬유 시트로 제작한 C/R/C 시험편, High Performance Mesh Fabric를 코어재로 하고 스킨재를 탄소섬유 시트로 제작한 C/N/C 시험편을 제작하였다.
시험편은 배향이 랜덤한 탄소섬유 시트인 C 시험편, 탄소섬유 시트와 탄소섬유 시트를 본딩시킨 CC 시험편, Aluminum Foil Tape를 코어재로 하고 스킨재를 탄소섬유 시트로 제작한 C/A/C 시험편, Magnetic Shielding Foil를 코어재로 하고 스킨재를 탄소섬유 시트로 제작한 C/Ni/C 시험편을 제작하였다. 그리고 Shield Wear를 코어재로 하고 스킨재를 탄소섬유 시트로 제작한 C/Co/C 시험편, Silverell Fabric를 코어재로 하고 스킨재를 탄소섬유 시트로 제작한 C/R/C 시험편, High Performance Mesh Fabric를 코어재로 하고 스킨재를 탄소섬유 시트로 제작한 C/N/C 시험편을 제작하였다.
시험편 제작에 사용된 재료는 (주)X-Blue 사의 제품이다. Laminated Electromagnetic Wave(EMW) Absorber Sheet (적층 전자파흡수시트)는 탄소섬유 배향이 랜덤한 순도 100%의 탄소섬유로 제작되었고 양면이 이형재로 마감되어 있어 사용하기 편리하다.

이론/모형

3은 Fig. 2와 같은 방법으로 제작된 시험편을 ASTM D4935-89 규격을 참고하여 제작하였다. 기준(Reference) 시험편과 부하 (Load) 시험편은 내부 도체의 외경 32 mm, 외부 플랜지 외경 직경이 133mm, 내경 76 mm로 제작하였으며, 사진을 도시하였다.

성능/효과

9GHz 주파수에서 C/A/C는 차폐효과가 약 55dB인 반면 Ni 80% alloy를 코어재로 사용한 C/Ni/C의 경우 113dB로 가장 높은 전자파 차폐효과를 보였다. 이러한 결과 Ni 80% alloy를 코어재로 사용한 샌드위치 시험편이 전자파 차폐효과가 가장 우수함을 알 수 있었다.
1. 전자파 차폐효과는 배향이 랜덤한 탄소섬유 시트를 단일 재료로 사용한 C 시험편 보다 탄소섬유 시트를 2겹으로 결합한 재료로 사용한 CC 시험편의 경우가 100MHz~2GHz 주파수 범위에서 전체적으로 약 25% 높게 나타남을 알 수 있었다.
2. C/A/C 시험편은 CC 시험편 보다 차폐효과가 우수하였으며, 약 400MHz 저주파수 대역에서 CC시험편 보다 약 20dB이 더 높은 우수한 전자파 차폐효과를 나타내었다.
3. EMW Absorber sheet(Carbon fiber)를 스킨재로 하고 코어재를 변화시켜 사용한 결과 C/A/C, C/C/C, C/R/C,C/N/C 시험편이 C, CC 시험편 보다 100MHz~2GHz 주파수 범위에서 차폐효과가 높게 나타났으며, 1.9GHz 주파수에서 C/A/C는 55dB, C/Ni/C는 113dB로 가장 높은 차폐효과를 보였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전자파를 차폐하기 위한 도전성 플라스틱은 무엇인가?	이러한 문제점을 해결할 수 있는 방법이 탄소섬유의 표면에 얇은 금속층을 코팅하는 방법이다[6-7]. 전자파를 차폐하기 위한 도전성 플라스틱은 부도체인 범용 플라스틱에 금속섬유, 탄소섬유 등의 도전성(Electrically Conductive) 충전제(Filler)를 혼입(Blend)하여 도전화한 복합재료(Polymer-Matrix Composites Containing Conductive)로써, 이러한 재료들을 사용하는 기술적인 방법이 연구되고 있다[8-9].
	차폐효과 관련 탄소섬유의 함유율이 높아짐에 따라 발생하는 가격 문제를 해결할 수 잇는 방법은 무엇인가?	이러한 문제점을 해결할 수 있는 방법이 탄소섬유의 표면에 얇은 금속층을 코팅하는 방법이다[6-7]. 전자파를 차폐하기 위한 도전성 플라스틱은 부도체인 범용 플라스틱에 금속섬유, 탄소섬유 등의 도전성(Electrically Conductive) 충전제(Filler)를 혼입(Blend)하여 도전화한 복합재료(Polymer-Matrix Composites Containing Conductive)로써, 이러한 재료들을 사용하는 기술적인 방법이 연구되고 있다[8-9].
	전자파는 어떤 문제를 유발하는가?	최근 첨단산업 기술의 발달로 전기 전자 제품과 자동차, 항공, 우주, 통신기기의 사용이 급증하면서 이들 기기로부터 나오는 전자파는 상호 간섭으로 다른 기기의 오작동을 초래하고 인체에 여러 가지 악영향을 미치는 등 전자파장해를 동시에 유발시키고 있다. 또한 인체에 전자파가 지속적으로 작용할 경우 면역기능 저하, 생식능력 저하, 기형아 출산, 백내장, 임산부 유산, 시력장애 등의 각종 질환을 발생시키는 등 여러 가지 악영향을 미치고 있다[1-2]. 이러한 전자파장해에 대한 대책으로 각종 엄격한 규제가 마련되어 전자파를 차폐할 수 있는 전자파 차폐용 소재개발에 대한 관심이 높아져가고 있는 실정이다.

참고문헌 (10)

Frank S. Barnes, Ben Greenebaum, "Biological and medical aspects of electromagnetic fields", Boca Raton: CRC Press, 2007.
Lee, S. J. and Lee, T. I., "A Study on the Effects of Electroencephalogram of Blocking Electromagnetic Wave materials by using the Nano Silver", J. of the KSCI, Vol. 6, No. 2, pp. 810-813, 2004.
Charles Polk, Elliot Postow, "Handbook of biological effects of electromagnetic fields", Boca Raton, FL : CRC Press, 1995.
Chen, H. C., Lee, K. C. and Lin, J. H., "Electromagnetic and electrostatic shielding properties of co-weaving-knitting.
Yuping, D., Shunhua, L. and Hongtao. G., "Investigation of electrical conductivity and electromagnetic Shielding Effectiveness of polyaniline composites". Science and Technology of Advanced Material, 1-6, 2005.
Tzeng, S. S. and Chang, F. Y., "EMI shilding effectiveness of metal-coated carbon fiber-reinforced ABS composites", Material science and engineering, A 302, pp. 258-267, 2001.

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Chou, K. S., Huang, K. C. and Shih, Z. H., "Effect of mixing process on electromagnetic interference shilding effectiveness of Nickel/Acrylonitrile-Butadiene-Styrene composites", J. of applied polymer science, Vol. 97, pp.128-135, 2005.

상세보기
Han, G. Y., Song, D. H. and Bae, J. S., "A Study on Electromagnetic Interference Shielding Effectiveness of the Aluminum film, Conductive Fabric and Nano Carbon black/Carbon Fiber Reinforce Composites", Journal of the Korea Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 7, No. 4, pp. 10-16, 2008.
Kim, J. W., "Electrical conductivity and electromagnetic interference shielding characteristics of polyaniline films with adding materials", J. kor Ins Electrical and Electronic Material Engineers, Vol. 11, pp. 1-6, 1998.
Xiangcheng Luo, Chung D. D. L. "Electromagnetic interference shielding using continuous carbon-fiber, carbon-matrix and polymer-matrix composites," Composites part B : Engineering, Vol. 30, pp. 227-231, 1999.

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