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KR102173036B1 - 복합체 및 복합체의 제조 방법 - Google Patents

복합체 및 복합체의 제조 방법 Download PDF

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KR102173036B1
KR102173036B1 KR1020190006427A KR20190006427A KR102173036B1 KR 102173036 B1 KR102173036 B1 KR 102173036B1 KR 1020190006427 A KR1020190006427 A KR 1020190006427A KR 20190006427 A KR20190006427 A KR 20190006427A KR 102173036 B1 KR102173036 B1 KR 102173036B1
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한국기계연구원
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Abstract

복합체는 제1 프리프레그(prepreg), 상기 제1 프리프레그에 직접 접합된 제2 프리프레그, 및 상기 제1 프리프레그와 상기 제2 프리프레그 사이에 분산되어 위치하는 복수의 제1 열전도성 입자들을 포함한다.

Description

복합체 및 복합체의 제조 방법{COMPOSITE AND METHOD FOR MANUFACTURING COMPOSITE}
본 기재는 복합체 및 복합체의 제조 방법에 관한 것이다.
복합체는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP) 및 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP) 등을 포함한다.
종래의 복합체는 탄소 섬유 또는 유리 섬유 등의 섬유 강화재에 수지가 함침된 프리프레그(prepreg)들을 접합하여 제조하였다.
일반적으로, 프리프레그들이 접합된 복합체는, 탄소 섬유 강화 플라스틱 고유의 특성으로 인해, 판면 방향인 수평 방향으로 높은 열전도성을 가지나, 두께 방향인 수직 방향으로 매우 낮은 열전도성을 가진다.
최근, 복합체의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성 향상을 위해, 열전도성 입자들을 포함하는 프리프레그들이 접합된 복합체가 개발되었다.
그런데, 열전도성 입자들을 포함하는 프리프레그는, 프리프레그 제조 시 열전도성 입자들을 수지와 믹싱(mixing)하기 위한 다단계의 건조 및 경화 공정을 거치게 됨으로써, 제조 시간 및 제조 비용이 증가되는 문제점이 있다.
또한, 열전도성 입자들을 포함하는 프리프레그는, 수지 내부에 열전도성 입자들이 불균일하게 분산(dispersion)됨으로써, 기계적 강도가 감소되는 문제점이 있다.
일 실시예는, 서로 접합된 프리프레그들을 포함하더라도, 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성이 향상되는 동시에 제조 시간 및 제조 비용이 절감된 복합체 및 복합체의 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 서로 접합된 프리프레그들을 포함하더라도, 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성이 향상되는 동시에 기계적 강도의 감소가 최소화된 복합체 및 복합체의 제조 방법을 제공하고자 한다.
일 측면은 제1 프리프레그(prepreg), 상기 제1 프리프레그에 직접 접합된 제2 프리프레그, 및 상기 제1 프리프레그와 상기 제2 프리프레그 사이에 분산되어 위치하는 복수의 제1 열전도성 입자들을 포함하는 복합체를 제공한다.
상기 제1 열전도성 입자들은 상기 제1 프리프레그 및 상기 제2 프리프레그 대비 높은 열전도도를 가질 수 있다.
상기 제1 열전도성 입자들은 유기 입자를 포함할 수 있다.
상기 유기 입자의 입경은 0.01㎛ 내지 50㎛일 수 있다.
상기 유기 입자는 흑연(Graphite), 그래핀(Graphene), 및 탄소 나노 튜브(Carbon nanotube) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 열전도성 입자들은 무기 입자를 포함할 수 있다.
상기 무기 입자의 입경은 0.1㎛ 내지 500㎛일 수 있다.
상기 무기 입자는 구리(Copper), 은(Silver), 알루미늄(Aluminum), 마그네슘(Magnesium), 및 철(Iron) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 열전도성 입자들은 유기 입자 및 무기 입자를 포함할 수 있다.
상기 무기 입자는 상기 유기 입자 대비 클 수 있다.
상기 제1 열전도성 입자들은 상기 제2 프리프레그의 배면에 위치하며, 상기 복합체는 상기 제2 프리프레그의 전면에 분산되어 위치하는 복수의 제2 열전도성 입자들을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 열전도성 입자들은 유기 입자 및 무기 입자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 복합체는 상기 제2 프리프레그의 전면에 직접 접합된 제3 프리프레그를 더 포함하며, 상기 제2 열전도성 입자들은 상기 제2 프리프레그와 상기 제3 프리프레그 사이에 위치할 수 있다.
상기 복합체는 상기 제3 프리프레그의 전면에 분산되어 위치하는 복수의 제3 열전도성 입자들을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 프리프레그 및 상기 제2 프리프레그는 탄소 섬유 및 유리 섬유 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 일 측면은 제1 프리프레그의 전면에 복수의 제1 열전도성 입자들을 분산시켜 코팅하는 단계, 및 상기 제1 열전도성 입자들을 사이에 두고 상기 제1 프리프레그의 전면에 제2 프리프레그를 직접 접합하는 단계를 포함하는 복합체의 제조 방법을 제공한다.
상기 제1 열전도성 입자들을 분산시켜 코팅하는 단계는, 상기 제1 프리프레그의 전면에 상기 제1 열전도성 입자들이 분산된 분산 용액을 도포하는 단계, 및 상기 제1 프리프레그의 전면에 도포된 분산 용액의 용매를 증발시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 프리프레그의 전면에 제2 프리프레그를 직접 접합하는 단계는 고온 및 고압의 핫 프레스를 이용해 수행할 수 있다.
상기 복합체의 제조 방법은 상기 제2 프리프레그의 전면에 복수의 제2 열전도성 입자들을 분산시켜 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 복합체의 제조 방법은 제3 프리프레그의 전면에 복수의 제3 열전도성 입자들을 분산시켜 코팅하는 단계를 더 포함하며, 상기 제1 프리프레그의 전면에 제2 프리프레그를 직접 접합하는 단계는 제2 프리프레그의 전면에 상기 제3 프리프레그를 직접 접합하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 서로 접합된 프리프레그들을 포함하더라도, 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성이 향상되는 동시에 제조 시간 및 제조 비용이 절감된 복합체 및 복합체의 제조 방법이 제공된다.
또한, 서로 접합된 프리프레그들을 포함하더라도, 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성이 향상되는 동시에 기계적 강도의 감소가 최소화된 복합체 및 복합체의 제조 방법이 제공된다.
도 1은 제1 실시예에 따른 복합체를 나타낸 단면도이다.
도 2는 제2 실시예에 따른 복합체를 나타낸 단면도이다.
도 3은 제3 실시예에 따른 복합체를 나타낸 단면도이다.
도 4는 제4 실시예에 따른 복합체를 나타낸 단면도이다.
도 5는 제5 실시예에 따른 복합체를 나타낸 단면도이다.
도 6은 제6 실시예에 따른 복합체를 나타낸 단면도이다.
도 7은 제7 실시예에 따른 복합체의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8은 제7 실시예에 따른 복합체의 제조 방법을 나타낸 도면이다.
도 9는 제1 실험예를 나타낸 도면이다.
도 10 및 도 11은 제1 실험예의 결과를 나타낸 그래프들이다.
도 12 및 도 13은 제2 실험예의 결과를 나타낸 그래프들이다.
도 14 및 도 15는 제3 실험예의 결과를 나타낸 그래프들이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도 1을 참조하여 제1 실시예에 따른 복합체를 설명한다. 제1 실시예에 따른 복합체는 높은 기계적 강도와 높은 열전도성, 낮은 열팽창성, 경량성과 같은 특성이 요구되는 기어박스(Gearbox)를 구성하는 일 부분일 수 있으나, 이에 한정되지는 않고 다양한 구조물을 구성하는 일 부분일 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 복합체를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 복합체(1000)는 제1 프리프레그(100), 제2 프리프레그(200), 복수의 제1 열전도성 입자(300)들을 포함한다.
제1 프리프레그(100)는 탄소 섬유 및 탄소 섬유에 함침된 열경화성 수지를 포함하는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)일 수 있다.
한편, 다른 실시예에서 제1 프리프레그(100)는 유리 섬유 및 유리 섬유에 함침된 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 포함하는 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
일례로, 제1 프리프레그(100)는 탄소 섬유 및 유리 섬유 중 적어도 하나를 포함하는 프리프레그(prepreg)일 수 있다.
제1 프리프레그(100)는 1㎛ 내지 1000㎛의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
제2 프리프레그(200)는 제1 프리프레그(100) 상에 위치한다. 제2 프리프레그(200)의 배면은 제1 프리프레그(100)의 전면과 직접 접합된다. 제2 프리프레그(200)는 고온 및 고압의 핫 프레스(hot press)를 이용해 제1 프리프레그(100)에 직접 접합될 수 있다.
제2 프리프레그(200)는 탄소 섬유 및 탄소 섬유에 함침된 열경화성 수지를 포함하는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)일 수 있다.
한편, 다른 실시예에서 제2 프리프레그(200)는 유리 섬유 및 유리 섬유에 함침된 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 포함하는 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
일례로, 제2 프리프레그(200)는 탄소 섬유 및 유리 섬유 중 적어도 하나를 포함하는 프리프레그(prepreg)일 수 있다.
제2 프리프레그(200)는 1㎛ 내지 1000㎛의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
복수의 제1 열전도성 입자(300)들은 제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이에 분산되어 위치한다. 제1 열전도성 입자(300)들은 제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이의 계면에 수평 방향으로 분산되어 위치한다. 제1 열전도성 입자(300)들은 제1 프리프레그(100)의 전면과 제2 프리프레그(200)의 배면 사이에 위치하여 제1 프리프레그(100) 및 제2 프리프레그(200) 각각에 삽입된다.
제1 열전도성 입자(300)들은, 제1 열전도성 입자(300)들을 포함하는 용액을 제1 프리프레그(100)의 전면 또는 제2 프리프레그(200)의 배면에 도포(spray)하고, 용액의 용매를 증발시켜 제1 프리프레그(100)의 전면 또는 제2 프리프레그(200)의 배면에 분산되어 코팅될 수 있다. 그리고 제1 프리프레그(100)의 전면 또는 제2 프리프레그(200)의 배면에 제1 열전도성 입자(300)들이 코팅된 상태로, 제1 프리프레그(100)의 전면과 제2 프리프레그(200)의 배면을 고온 및 고압의 핫 프레스를 이용해 직접 접합하여 제1 열전도성 입자(300)들이 직접 접합된 제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이에 분산되어 위치될 수 있다.
제1 열전도성 입자(300)들은 제1 프리프레그(100) 및 제2 프리프레그(200) 대비 높은 열전도도를 가진다. 여기서, 제1 열전도성 입자(300)들은 제1 프리프레그(100) 및 제2 프리프레그(200)에 포함된 수지 또는 섬유 강화재 대비 높은 열전도도를 가질 수 있다.
제1 열전도성 입자(300)들은 흑연(Graphite), 그래핀(Graphene), 및 탄소 나노 튜브(Carbon nanotube) 중 적어도 하나를 포함하는 유기 입자를 포함한다.
제1 열전도성 입자(300)들에 포함된 유기 입자의 입경(particle size)은 0.01㎛ 내지 50㎛일 수 있다.
한편, 제1 열전도성 입자(300)들의 단면은 원형, 타원형, 판형, 폐루프형, 다각형, 비정형, 정형 등의 다양한 형태를 가질 수 있다.
제1 열전도성 입자(300)들은 제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이에서 제1 프리프레그(100) 및 제2 프리프레그(200) 각각에 삽입되어 제1 프리프레그(100)의 탄소 섬유 및 제2 프리프레그(200)의 탄소 섬유 각각과 접촉한다. 제1 열전도성 입자(300)들은 제1 프리프레그(100)의 탄소 섬유와 제2 프리프레그(200)의 탄소 섬유 사이를 연결함으로써, 복합체(1000)의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성을 향상시킨다.
한편, 다른 실시예에서, 제1 열전도성 입자(300)들은 제1 프리프레그(100)의 유리 섬유 및 탄소 섬유 중 적어도 하나를 포함하는 섬유 강화재와 제2 프리프레그(200)의 유리 섬유 및 탄소 섬유 중 적어도 하나를 포함하는 섬유 강화재 사이를 연결함으로써, 복합체(1000)의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이, 제1 실시예에 따른 복합체(1000)는 직접 접합된 제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이에 제1 열전도성 입자(300)들이 분산되어 위치함으로써, 제1 열전도성 입자(300)들이 제1 프리프레그(100)의 탄소 섬유와 제2 프리프레그(200)의 탄소 섬유 사이를 연결하기 때문에, 복합체(1000)의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성이 향상된다.
또한, 제1 실시예에 따른 복합체(1000)는, 제1 열전도성 입자(300)들이 제1 프리프레그(100)의 내부 또는 제2 프리프레그(200)의 내부에 포함되지 않고 제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이에 위치하여 복합체(1000)의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성을 향상함으로써, 프리프레그 제조 시 열전도성 입자들을 수지와 믹싱(mixing)할 필요가 없기 때문에, 제조 시간 및 제조 비용이 절감된다.
즉, 서로 접합된 프리프레그들을 포함하더라도, 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성이 향상되는 동시에 제조 시간 및 제조 비용이 절감된 복합체(1000)가 제공된다.
또한, 제1 실시예에 따른 복합체(1000)는, 제1 열전도성 입자(300)들이 제1 프리프레그(100)의 내부 또는 제2 프리프레그(200)의 내부에 포함되지 않고 제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이에 위치하여 복합체(1000)의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성을 향상함으로써, 제1 프리프레그(100)의 수지 및 제2 프리프레그(200)의 수지 내부에 열전도성 입자들이 불균일하게 분산(dispersion)되지 않기 때문에, 기계적 강도의 감소가 최소화된다.
즉, 서로 접합된 프리프레그들을 포함하더라도, 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성이 향상되는 동시에 기계적 강도의 감소가 최소화된 복합체(1000)가 제공된다.
이하, 도 2를 참조하여 제2 실시예에 따른 복합체를 설명한다.
이하에서는 상술한 제1 실시예에 따른 복합체와 다른 부분에 대해서 설명한다.
도 2는 제2 실시예에 따른 복합체를 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 제2 실시예에 따른 복합체(1002)는 제1 프리프레그(100), 제2 프리프레그(200), 복수의 제1 열전도성 입자(300)들을 포함한다.
복수의 제1 열전도성 입자(300)들은 제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이에 분산되어 위치한다. 제1 열전도성 입자(300)들은 제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이의 계면에 수평 방향으로 분산되어 위치한다. 제1 열전도성 입자(300)들은 제1 프리프레그(100)의 전면과 제2 프리프레그(200)의 배면 사이에 위치하여 제1 프리프레그(100) 및 제2 프리프레그(200) 각각에 삽입된다.
제1 열전도성 입자(300)들은 구리(Copper), 은(Silver), 알루미늄(Aluminum), 마그네슘(Magnesium), 및 철(Iron) 중 적어도 하나를 포함하는 무기 입자를 포함한다.
제1 열전도성 입자(300)들에 포함된 무기 입자의 입경은 0.1㎛ 내지 500㎛일 수 있다.
제1 열전도성 입자(300)들은 제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이에서 제1 프리프레그(100) 및 제2 프리프레그(200) 각각에 삽입되어 제1 프리프레그(100)의 탄소 섬유 및 제2 프리프레그(200)의 탄소 섬유 각각과 접촉한다. 제1 열전도성 입자(300)들은 제1 프리프레그(100)의 탄소 섬유와 제2 프리프레그(200)의 탄소 섬유 사이를 연결함으로써, 복합체(1002)의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성을 향상시킨다.
이상과 같이, 제2 실시예에 따른 복합체(1002)는 직접 접합된 제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이에 제1 열전도성 입자(300)들이 분산되어 위치함으로써, 제1 열전도성 입자(300)들이 제1 프리프레그(100)의 탄소 섬유와 제2 프리프레그(200)의 탄소 섬유 사이를 연결하기 때문에, 복합체(1002)의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성이 향상된다.
또한, 제2 실시예에 따른 복합체(1002)는, 제1 열전도성 입자(300)들이 제1 프리프레그(100)의 내부 또는 제2 프리프레그(200)의 내부에 포함되지 않고 제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이에 위치하여 복합체(1002)의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성을 향상함으로써, 프리프레그 제조 시 열전도성 입자들을 수지와 믹싱(mixing)할 필요가 없기 때문에, 제조 시간 및 제조 비용이 절감된다.
즉, 서로 접합된 프리프레그들을 포함하더라도, 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성이 향상되는 동시에 제조 시간 및 제조 비용이 절감된 복합체(1002)가 제공된다.
또한, 제2 실시예에 따른 복합체(1002)는, 제1 열전도성 입자(300)들이 제1 프리프레그(100)의 내부 또는 제2 프리프레그(200)의 내부에 포함되지 않고 제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이에 위치하여 복합체(1002)의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성을 향상함으로써, 제1 프리프레그(100)의 수지 및 제2 프리프레그(200)의 수지 내부에 열전도성 입자들이 불균일하게 분산(dispersion)되지 않기 때문에, 기계적 강도의 감소가 최소화된다.
즉, 서로 접합된 프리프레그들을 포함하더라도, 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성이 향상되는 동시에 기계적 강도의 감소가 최소화된 복합체(1002)가 제공된다.
이하, 도 3을 참조하여 제3 실시예에 따른 복합체를 설명한다.
이하에서는 상술한 제1 실시예에 따른 복합체와 다른 부분에 대해서 설명한다.
도 3은 제3 실시예에 따른 복합체를 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, 제3 실시예에 따른 복합체(1003)는 제1 프리프레그(100), 제2 프리프레그(200), 복수의 제1 열전도성 입자(300)들을 포함한다.
복수의 제1 열전도성 입자(300)들은 제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이에 분산되어 위치한다. 제1 열전도성 입자(300)들은 제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이의 계면에 수평 방향으로 분산되어 위치한다. 제1 열전도성 입자(300)들은 제1 프리프레그(100)의 전면과 제2 프리프레그(200)의 배면 사이에 위치하여 제1 프리프레그(100) 및 제2 프리프레그(200) 각각에 삽입된다.
제1 열전도성 입자(300)들은 무기 입자(320) 및 유기 입자(310)를 포함한다.
무기 입자(320)는 구리(Copper), 은(Silver), 알루미늄(Aluminum), 마그네슘(Magnesium), 및 철(Iron) 중 적어도 하나를 포함하며, 무기 입자(320)의 입경은 0.1㎛ 내지 500㎛일 수 있다.
유기 입자(310)는 흑연(Graphite), 그래핀(Graphene), 및 탄소 나노 튜브(Carbon nanotube) 중 적어도 하나를 포함하며, 유기 입자(310)의 입경은 0.01㎛ 내지 50㎛일 수 있다.
무기 입자(320)는 유기 입자(310) 대비 클 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
무기 입자(320) 및 유기 입자(310)는 제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이의 계면에서 수평 방향으로 분산되어 위치한다.
제1 열전도성 입자(300)들에 포함된 무기 입자(320) 및 유기 입자(310)는 제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이에서 제1 프리프레그(100) 및 제2 프리프레그(200) 각각에 삽입되어 제1 프리프레그(100)의 탄소 섬유 및 제2 프리프레그(200)의 탄소 섬유 각각과 접촉한다. 제1 열전도성 입자(300)들에 포함된 무기 입자(320) 및 유기 입자(310)는 제1 프리프레그(100)의 탄소 섬유와 제2 프리프레그(200)의 탄소 섬유 사이를 연결함으로써, 복합체(1003)의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성을 향상시킨다.
이상과 같이, 제3 실시예에 따른 복합체(1003)는 직접 접합된 제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이에 제1 열전도성 입자(300)들의 무기 입자(320) 및 유기 입자(310)가 분산되어 위치함으로써, 제1 열전도성 입자(300)들이 제1 프리프레그(100)의 탄소 섬유와 제2 프리프레그(200)의 탄소 섬유 사이를 연결하기 때문에, 복합체(1003)의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성이 향상된다.
또한, 제3 실시예에 따른 복합체(1003)는, 제1 열전도성 입자(300)들이 제1 프리프레그(100)의 내부 또는 제2 프리프레그(200)의 내부에 포함되지 않고 제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이에 위치하여 복합체(1003)의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성을 향상함으로써, 프리프레그 제조 시 열전도성 입자들을 수지와 믹싱(mixing)할 필요가 없기 때문에, 제조 시간 및 제조 비용이 절감된다.
즉, 서로 접합된 프리프레그들을 포함하더라도, 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성이 향상되는 동시에 제조 시간 및 제조 비용이 절감된 복합체(1003)가 제공된다.
또한, 제3 실시예에 따른 복합체(1003)는, 제1 열전도성 입자(300)들이 제1 프리프레그(100)의 내부 또는 제2 프리프레그(200)의 내부에 포함되지 않고 제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이에 위치하여 복합체(1003)의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성을 향상함으로써, 제1 프리프레그(100)의 수지 및 제2 프리프레그(200)의 수지 내부에 열전도성 입자들이 불균일하게 분산(dispersion)되지 않기 때문에, 기계적 강도의 감소가 최소화된다.
즉, 서로 접합된 프리프레그들을 포함하더라도, 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성이 향상되는 동시에 기계적 강도의 감소가 최소화된 복합체(1003)가 제공된다.
이하, 도 4를 참조하여 제4 실시예에 따른 복합체를 설명한다.
이하에서는 상술한 제1 실시예에 따른 복합체와 다른 부분에 대해서 설명한다.
도 4는 제4 실시예에 따른 복합체를 나타낸 단면도이다.
도 4를 참조하면, 제4 실시예에 따른 복합체(1004)는 제1 프리프레그(100), 제2 프리프레그(200), 복수의 제1 열전도성 입자(300)들, 복수의 제2 열전도성 입자(400)들을 포함한다.
복수의 제2 열전도성 입자(400)들은 제2 프리프레그(200)의 전면에 수평 방향으로 분산되어 위치한다.
제2 열전도성 입자(400)들은 제2 프리프레그(200)의 전면에 일부 삽입된다.
제2 열전도성 입자(400)들은, 제2 열전도성 입자(400)들을 포함하는 용액을 제2 프리프레그(200)의 전면에 도포(spray)하고, 용액의 용매를 증발시켜 제2 프리프레그(200)의 전면에 분산되어 코팅될 수 있다. 그리고 제2 프리프레그(200)의 전면에 제2 열전도성 입자(400)들이 코팅된 상태로, 제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200)를 고온 및 고압의 핫 프레스를 이용해 직접 접합하여 제2 열전도성 입자(400)들이 제1 프리프레그(100)와 직접 접합된 제2 프리프레그(200)의 전면에 분산되어 위치될 수 있다.
제2 열전도성 입자(400)들은 제1 프리프레그(100) 및 제2 프리프레그(200) 대비 높은 열전도도를 가진다. 여기서, 제2 열전도성 입자(400)들은 제1 프리프레그(100) 및 제2 프리프레그(200)에 포함된 수지 또는 섬유 강화재 대비 높은 열전도도를 가질 수 있다.
제2 열전도성 입자(400)들은 유기 입자 및 무기 입자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
유기 입자는 흑연(Graphite), 그래핀(Graphene), 및 탄소 나노 튜브(Carbon nanotube) 중 적어도 하나를 포함하며, 무기 입자는 구리(Copper), 은(Silver), 알루미늄(Aluminum), 마그네슘(Magnesium), 및 철(Iron) 중 적어도 하나를 포함한다.
제2 열전도성 입자(400)들의 입경은 0.01㎛ 내지 50㎛ 또는 0.1㎛ 내지 500㎛일 수 있다.
제1 열전도성 입자(300)들은 제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이에서 제1 프리프레그(100) 및 제2 프리프레그(200) 각각에 삽입되어 제1 프리프레그(100)의 탄소 섬유 및 제2 프리프레그(200)의 탄소 섬유 각각과 접촉한다.
또한, 제2 열전도성 입자(400)들은 제2 프리프레그(200)의 전면에 삽입되어 제2 프리프레그(200)의 탄소 섬유와 접촉한다.
제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이의 제1 열전도성 입자(300)들이 제1 프리프레그(100)의 탄소 섬유와 제2 프리프레그(200)의 탄소 섬유 사이를 연결하고, 제2 프리프레그(200)의 전면에 위치하는 제2 열전도성 입자(400)들이 제2 프리프레그(200)의 탄소 섬유와 접촉함으로써, 복합체(1004)의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성을 향상시킨다.
이상과 같이, 제4 실시예에 따른 복합체(1004)는 직접 접합된 제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이에 제1 열전도성 입자(300)들이 분산되어 위치하고 제2 프리프레그(200)의 전면에 제2 열전도성 입자(400)들이 분산되어 위치함으로써, 제1 열전도성 입자(300)들이 제1 프리프레그(100)의 탄소 섬유와 제2 프리프레그(200)의 탄소 섬유 사이를 연결하고 제2 열전도성 입자(400)들이 제2 프리프레그(200)의 탄소 섬유와 접촉하기 때문에, 복합체(1004)의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성이 향상된다.
또한, 제4 실시예에 따른 복합체(1004)는, 제1 열전도성 입자(300)들이 제1 프리프레그(100)의 내부 또는 제2 프리프레그(200)의 내부에 포함되지 않고, 제2 열전도성 입자(400)들이 제2 프리프레그(200)의 내부에 포함되지 않고 복합체(1004)의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성을 향상함으로써, 프리프레그 제조 시 열전도성 입자들을 수지와 믹싱(mixing)할 필요가 없기 때문에, 제조 시간 및 제조 비용이 절감된다.
즉, 서로 접합된 프리프레그들을 포함하더라도, 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성이 향상되는 동시에 제조 시간 및 제조 비용이 절감된 복합체(1004)가 제공된다.
또한, 제4 실시예에 따른 복합체(1004)는, 제1 열전도성 입자(300)들이 제1 프리프레그(100)의 내부 또는 제2 프리프레그(200)의 내부에 포함되지 않고, 제2 열전도성 입자(400)들이 제2 프리프레그(200)의 내부에 포함되지 않고 복합체(1004)의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성을 향상함으로써, 제1 프리프레그(100)의 수지 및 제2 프리프레그(200)의 수지 내부에 열전도성 입자들이 불균일하게 분산(dispersion)되지 않기 때문에, 기계적 강도의 감소가 최소화된다.
즉, 서로 접합된 프리프레그들을 포함하더라도, 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성이 향상되는 동시에 기계적 강도의 감소가 최소화된 복합체(1004)가 제공된다.
이하, 도 5를 참조하여 제5 실시예에 따른 복합체를 설명한다.
이하에서는 상술한 제1 실시예에 따른 복합체와 다른 부분에 대해서 설명한다.
도 5는 제5 실시예에 따른 복합체를 나타낸 단면도이다.
도 5를 참조하면, 제5 실시예에 따른 복합체(1005)는 제1 프리프레그(100), 제2 프리프레그(200), 복수의 제1 열전도성 입자(300)들, 복수의 제2 열전도성 입자(400)들, 제3 프리프레그(500)를 포함한다.
제3 프리프레그(500)는 제2 프리프레그(200) 상에 위치한다. 제3 프리프레그(500)의 배면은 제2 프리프레그(200)의 전면과 직접 접합된다. 제3 프리프레그(500)는 고온 및 고압의 핫 프레스(hot press)를 이용해 제2 프리프레그(200)에 직접 접합될 수 있다.
제3 프리프레그(500)는 탄소 섬유 및 탄소 섬유에 함침된 열경화성 수지를 포함하는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)일 수 있다.
한편, 다른 실시예에서 제3 프리프레그(500)는 유리 섬유 및 유리 섬유에 함침된 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 포함하는 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
일례로, 제3 프리프레그(500)는 탄소 섬유 및 유리 섬유 중 적어도 하나를 포함하는 프리프레그(prepreg)일 수 있다.
제3 프리프레그(500)는 1㎛ 내지 1000㎛의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
복수의 제2 열전도성 입자(400)들은 제2 프리프레그(200)와 제3 프리프레그(500) 사이에 분산되어 위치한다. 제2 열전도성 입자(400)들은 제2 프리프레그(200)와 제3 프리프레그(500) 사이의 계면에 수평 방향으로 분산되어 위치한다. 제2 열전도성 입자(400)들은 제2 프리프레그(200)의 전면과 제3 프리프레그(500)의 배면 사이에 위치하여 제2 프리프레그(200) 및 제3 프리프레그(500) 각각에 삽입된다.
제2 열전도성 입자(400)들은, 제2 열전도성 입자(400)들을 포함하는 용액을 제2 프리프레그(200)의 전면 또는 제3 프리프레그(500)의 배면에 도포(spray)하고, 용액의 용매를 증발시켜 제2 프리프레그(200)의 전면 또는 제3 프리프레그(500)의 배면에 분산되어 코팅될 수 있다. 그리고 제2 프리프레그(200)의 전면 또는 제3 프리프레그(500)의 배면에 제2 열전도성 입자(400)들이 코팅된 상태로, 제2 프리프레그(200)의 전면과 제3 프리프레그(500)의 배면을 고온 및 고압의 핫 프레스를 이용해 직접 접합하여 제2 열전도성 입자(400)들이 직접 접합된 제2 프리프레그(200)와 제3 프리프레그(500) 사이에 분산되어 위치될 수 있다.
제2 열전도성 입자(400)들은 제2 프리프레그(200) 및 제3 프리프레그(500) 대비 높은 열전도도를 가진다. 여기서, 제2 열전도성 입자(400)들은 제2 프리프레그(200) 및 제3 프리프레그(500)에 포함된 수지 또는 섬유 강화재 대비 높은 열전도도를 가질 수 있다.
제2 열전도성 입자(400)들은 유기 입자 및 무기 입자 중 적어도 하나를 포함한다.
유기 입자는 흑연(Graphite), 그래핀(Graphene), 및 탄소 나노 튜브(Carbon nanotube) 중 적어도 하나를 포함하며, 무기 입자는 구리(Copper), 은(Silver), 알루미늄(Aluminum), 마그네슘(Magnesium), 및 철(Iron) 중 적어도 하나를 포함한다.
제2 열전도성 입자(400)들의 입경은 0.01㎛ 내지 50㎛ 또는 0.1㎛ 내지 500㎛일 수 있다.
제2 열전도성 입자(400)들은 제2 프리프레그(200)와 제3 프리프레그(500) 사이에서 제2 프리프레그(200) 및 제3 프리프레그(500) 각각에 삽입되어 제2 프리프레그(200)의 탄소 섬유 및 제3 프리프레그(500)의 탄소 섬유 각각과 접촉하며, 제1 열전도성 입자(300)들은 제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이에서 제1 프리프레그(100) 및 제2 프리프레그(200) 각각에 삽입되어 제1 프리프레그(100)의 탄소 섬유 및 제2 프리프레그(200)의 탄소 섬유 각각과 접촉한다.
제1 열전도성 입자(300)들이 제1 프리프레그(100)의 탄소 섬유와 제2 프리프레그(200)의 탄소 섬유 사이를 연결하고, 제2 열전도성 입자(400)들이 제2 프리프레그(200)의 탄소 섬유와 제3 프리프레그(500)의 탄소 섬유 사이를 연결함으로써, 복합체(1005)의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성을 향상시킨다.
이상과 같이, 제5 실시예에 따른 복합체(1005)는 직접 접합된 제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이에 제1 열전도성 입자(300)들이 분산되어 위치하고 직접 접합된 제2 프리프레그(200)와 제3 프리프레그(500) 사이에 제2 열전도성 입자(400)들이 분산되어 위치함으로써, 제1 열전도성 입자(300)들이 제1 프리프레그(100)의 탄소 섬유와 제2 프리프레그(200)의 탄소 섬유 사이를 연결하는 동시에 제2 열전도성 입자(400)들이 제2 프리프레그(200)의 탄소 섬유와 제3 프리프레그(500)의 탄소 섬유 사이를 연결하기 때문에, 복합체(1005)의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성이 향상된다.
또한, 제5 실시예에 따른 복합체(1005)는, 제1 열전도성 입자(300)들이 제1 프리프레그(100)의 내부 또는 제2 프리프레그(200)의 내부에 포함되지 않고 제2 열전도성 입자(400)들이 제2 프리프레그(200)의 내부 또는 제3 프리프레그(500)의 내부에 포함되지 않고 복합체(1005)의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성을 향상함으로써, 프리프레그 제조 시 열전도성 입자들을 수지와 믹싱(mixing)할 필요가 없기 때문에, 제조 시간 및 제조 비용이 절감된다.
즉, 서로 접합된 프리프레그들을 포함하더라도, 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성이 향상되는 동시에 제조 시간 및 제조 비용이 절감된 복합체(1005)가 제공된다.
또한, 제5 실시예에 따른 복합체(1005)는, 제1 열전도성 입자(300)들이 제1 프리프레그(100)의 내부 또는 제2 프리프레그(200)의 내부에 포함되지 않고 제2 열전도성 입자(400)들이 제2 프리프레그(200)의 내부 또는 제3 프리프레그(500)의 내부에 포함되지 않고 복합체(1005)의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성을 향상함으로써, 제1 프리프레그(100)의 수지 내부, 제2 프리프레그(200)의 수지 내부, 및 제3 프리프레그(500)의 수지 내부에 열전도성 입자들이 불균일하게 분산(dispersion)되지 않기 때문에, 기계적 강도의 감소가 최소화된다.
즉, 서로 접합된 프리프레그들을 포함하더라도, 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성이 향상되는 동시에 기계적 강도의 감소가 최소화된 복합체(1005)가 제공된다.
이하, 도 6을 참조하여 제6 실시예에 따른 복합체를 설명한다.
이하에서는 상술한 제5 실시예에 따른 복합체와 다른 부분에 대해서 설명한다.
도 6은 제6 실시예에 따른 복합체를 나타낸 단면도이다.
도 6을 참조하면, 제6 실시예에 따른 복합체(1006)는 제1 프리프레그(100), 제2 프리프레그(200), 복수의 제1 열전도성 입자(300)들, 복수의 제2 열전도성 입자(400)들, 제3 프리프레그(500), 복수의 제3 열전도성 입자(600)들 포함한다.
복수의 제3 열전도성 입자(600)들은 제3 프리프레그(500)의 전면에 수평 방향으로 분산되어 위치한다.
제3 열전도성 입자(600)들은 제3 프리프레그(500)의 전면에 일부 삽입된다.
제3 열전도성 입자(600)들은, 제3 열전도성 입자(600)들을 포함하는 용액을 제3 프리프레그(500)의 전면에 도포(spray)하고, 용액의 용매를 증발시켜 제3 프리프레그(500)의 전면에 분산되어 코팅될 수 있다. 그리고 제3 프리프레그(500)의 전면에 제3 열전도성 입자(600)들이 코팅된 상태로, 제2 프리프레그(200)와 제3 프리프레그(500)를 고온 및 고압의 핫 프레스를 이용해 직접 접합하여 제3 열전도성 입자(600)들이 제2 프리프레그(200)와 직접 접합된 제3 프리프레그(500)의 전면에 분산되어 위치될 수 있다.
제3 열전도성 입자(600)들은 제2 프리프레그(200) 및 제3 프리프레그(500) 대비 높은 열전도도를 가진다. 여기서, 제3 열전도성 입자(600)들은 제2 프리프레그(200) 및 제3 프리프레그(500)에 포함된 수지 또는 섬유 강화재 대비 높은 열전도도를 가질 수 있다.
제3 열전도성 입자(600)들은 유기 입자 및 무기 입자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
유기 입자는 흑연(Graphite), 그래핀(Graphene), 및 탄소 나노 튜브(Carbon nanotube) 중 적어도 하나를 포함하며, 무기 입자는 구리(Copper), 은(Silver), 알루미늄(Aluminum), 마그네슘(Magnesium), 및 철(Iron) 중 적어도 하나를 포함한다.
제3 열전도성 입자(600)들의 입경은 0.01㎛ 내지 50㎛ 또는 0.1㎛ 내지 500㎛일 수 있다.
제1 열전도성 입자(300)들은 제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이에서 제1 프리프레그(100) 및 제2 프리프레그(200) 각각에 삽입되어 제1 프리프레그(100)의 탄소 섬유 및 제2 프리프레그(200)의 탄소 섬유 각각과 접촉한다.
또한, 제2 열전도성 입자(400)들은 제2 프리프레그(200)와 제3 프리프레그(500) 사이에서 제2 프리프레그(200) 및 제3 프리프레그(500) 각각에 삽입되어 제2 프리프레그(200)의 탄소 섬유 및 제3 프리프레그(500)의 탄소 섬유 각각과 접촉한다.
또한, 제3 열전도성 입자(600)들은 제3 프리프레그(500)의 전면에 삽입되어 제3 프리프레그(500)의 탄소 섬유와 접촉한다.
제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이의 제1 열전도성 입자(300)들이 제1 프리프레그(100)의 탄소 섬유와 제2 프리프레그(200)의 탄소 섬유 사이를 연결하고, 제2 프리프레그(200)와 제3 프리프레그(500) 사이의 제2 열전도성 입자(400)들이 제2 프리프레그(200)의 탄소 섬유와 제3 프리프레그(500)의 탄소 섬유 사이를 연결하고, 제3 프리프레그(500)의 전면에 위치하는 제3 열전도성 입자(600)들이 제3 프리프레그(500)의 탄소 섬유와 접촉함으로써, 복합체(1006)의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성을 향상시킨다.
이상과 같이, 제6 실시예에 따른 복합체(1006)는 직접 접합된 제1 프리프레그(100)와 제2 프리프레그(200) 사이에 제1 열전도성 입자(300)들이 분산되어 위치하고 제2 프리프레그(200)와 제3 프리프레그(500) 사이에 제2 열전도성 입자(400)들이 분산되어 위치하고 제3 프리프레그(500)의 전면에 제3 열전도성 입자(600)들이 분산되어 위치함으로써, 제1 열전도성 입자(300)들이 제1 프리프레그(100)의 탄소 섬유와 제2 프리프레그(200)의 탄소 섬유 사이를 연결하고 제2 열전도성 입자(400)들이 제2 프리프레그(200)의 탄소 섬유와 제3 프리프레그(500)의 탄소 섬유 사이를 연결하고 제3 열전도성 입자(600)들이 제3 프리프레그(500)의 탄소 섬유와 접촉하기 때문에, 복합체(1006)의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성이 향상된다.
또한, 제6 실시예에 따른 복합체(1006)는, 제1 열전도성 입자(300)들이 제1 프리프레그(100)의 내부 또는 제2 프리프레그(200)의 내부에 포함되지 않고, 제2 열전도성 입자(400)들이 제2 프리프레그(200)의 내부 또는 제3 프리프레그(500)의 내부에 포함되지 않고, 제3 열전도성 입자(600)들이 제3 프리프레그(500)의 내부에 포함되지 않고 복합체(1006)의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성을 향상함으로써, 프리프레그 제조 시 열전도성 입자들을 수지와 믹싱(mixing)할 필요가 없기 때문에, 제조 시간 및 제조 비용이 절감된다.
즉, 서로 접합된 프리프레그들을 포함하더라도, 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성이 향상되는 동시에 제조 시간 및 제조 비용이 절감된 복합체(1006)가 제공된다.
또한, 제6 실시예에 따른 복합체(1006)는, 제1 열전도성 입자(300)들이 제1 프리프레그(100)의 내부 또는 제2 프리프레그(200)의 내부에 포함되지 않고, 제2 열전도성 입자(400)들이 제2 프리프레그(200)의 내부 또는 제3 프리프레그(500)의 내부에 포함되지 않고, 제3 열전도성 입자(600)들이 제3 프리프레그(500)의 내부에 포함되지 않고 복합체(1006)의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성을 향상함으로써, 제1 프리프레그(100)의 수지 내부, 제2 프리프레그(200)의 수지 내부, 및 제3 프리프레그(500)의 수지 내부에 열전도성 입자들이 불균일하게 분산(dispersion)되지 않기 때문에, 기계적 강도의 감소가 최소화된다.
즉, 서로 접합된 프리프레그들을 포함하더라도, 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성이 향상되는 동시에 기계적 강도의 감소가 최소화된 복합체(1006)가 제공된다.
한편, 또 다른 실시예에서, 복합체는 4개 이상의 프리프레그들 및 프리프레그들 각각의 계면에 위치하는 열전도성 입자들을 포함할 수 있다.
이하, 도 7 및 도 8을 참조하여 제7 실시예에 따른 복합체의 제조 방법을 설명한다. 제7 실시예에 따른 복합체의 제조 방법을 이용해 상술한 제1 실시예 내지 제6 실시예에 따른 복합체를 제조할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
도 7은 제7 실시예에 따른 복합체의 제조 방법을 나타낸 순서도이다. 도 8은 제7 실시예에 따른 복합체의 제조 방법을 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8의 (A)와 (B)를 참조하면, 제1 프리프레그(100) 전면에 제1 열전도성 입자(300)들을 코팅한다(S100).
구체적으로, 제1 프리프레그(100)의 전면에 복수의 제1 열전도성 입자(300)들을 분산시켜 코팅한다.
도 8의 (A)와 같이, 제1 프리프레그(100)의 전면에 제1 열전도성 입자들이 분산된 분산 용액(DS)을 도포한다. 분산 용액(DS)의 도포는 스프레이로 수행될 수 있다.
도 8의 (B)와 같이, 제1 프리프레그(100)의 전면에 도포된 분산 용액의 용매(SO)를 증발시켜 제1 프리프레그(100)의 전면에 복수의 제1 열전도성 입자(300)들을 분산시켜 코팅한다. 용매(SO)는 에탄올을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
다음, 도 8의 (C)를 참조하면, 제2 프리프레그(200) 전면에 제2 열전도성 입자(400)들을 코팅한다(S200).
구체적으로, 제2 프리프레그(200)의 전면에 제2 열전도성 입자들이 분산된 분산 용액을 도포하고, 제2 프리프레그(200)의 전면에 도포된 분산 용액의 용매를 증발시켜 제2 프리프레그(200)의 전면에 복수의 제2 열전도성 입자(400)들을 분산시켜 코팅한다.
다음, 제3 프리프레그(500) 전면에 제3 열전도성 입자(600)들을 코팅한다(S300).
구체적으로, 제3 프리프레그(500)의 전면에 제3 열전도성 입자들이 분산된 분산 용액을 도포하고, 제3 프리프레그(500)의 전면에 도포된 분산 용액의 용매를 증발시켜 제3 프리프레그(500)의 전면에 복수의 제3 열전도성 입자(600)들을 분산시켜 코팅한다.
다음, 또 다른 프리프레그(PP)들 각각의 전면에 또 다른 열전도성 입자들이 분산된 분산 용액을 각각 도포하고, 또 다른 프리프레그(PP)들 각각의 전면에 도포된 분산 용액의 용매를 증발시켜 또 다른 프리프레그(PP)들 각각의 전면에 또 다른 열전도성 입자들을 분산시켜 코팅한다.
다음, 제1 프리프레그(100), 제2 프리프레그(200), 및 제3 프리프레그(500)를 접합한다(S400).
구체적으로, 고온 및 고압의 핫 프레스를 이용해 제1 열전도성 입자(300)들을 사이에 두고 제1 프리프레그(100)의 전면에 제2 프리프레그(200)를 직접 접합하는 동시에 제2 열전도성 입자(400)들을 사이에 두고 제2 프리프레그(200)의 전면에 제3 열전도성 입자(600)들이 분산 코팅된 제3 프리프레그(500)를 직접 접합한다.
도 8의 (C)와 같이, 제1 열전도성 입자(300)들이 분산 코팅된 제1 프리프레그(100) 상에 제2 열전도성 입자(400)들이 분산 코팅된 제2 프리프레그(200), 제3 열전도성 입자(600)들이 분산 코팅된 제3 프리프레그(500), 또 다른 열전도성 입자들이 분산 코팅된 또 다른 프리프레그(PP)들을 순차적으로 적층하고, 고온 및 고압의 핫 프레스(HP)를 이용해 제1 프리프레그(100), 제2 프리프레그(200), 제3 프리프레그(500), 또 다른 프리프레그(PP)들을 직접 접합하여 복합체를 형성한다.
이상과 같이, 제7 실시예에 따른 복합체의 제조 방법은 직접 접합된 제1 프리프레그(100), 제2 프리프레그(200), 제3 프리프레그(500), 또 다른 프리프레그(PP)들 사이에 제1 열전도성 입자(300)들, 제2 열전도성 입자(400)들, 제3 열전도성 입자(600)들, 또 다른 열전도성 입자들이 분산되어 위치함으로써, 열전도도가 높은 프리프레그들의 탄소 섬유들 사이에 열전도도가 높은 유기 입자 및 무기 입자 중 적어도 하나를 포함하는 열전도성 입자가 위치하여 복합체의 두께 방향인 수직 방향으로 짧은 열전도 경로를 제공하기 때문에, 프리프레그들이 접합된 복합체의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성이 향상된다.
또한, 제7 실시예에 따른 복합체의 제조 방법은 열전도성 입자들이 프리프레그들 각각의 내부에 포함되지 않고 복합체의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성을 향상함으로써, 프리프레그 제조 시 열전도성 입자들을 수지와 믹싱(mixing)할 필요가 없기 때문에, 제조 시간 및 제조 비용이 절감된다.
즉, 서로 접합된 프리프레그들을 포함하더라도, 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성이 향상되는 동시에 제조 시간 및 제조 비용이 절감된 복합체의 제조 방법이 제공된다.
또한, 제7 실시예에 따른 복합체의 제조 방법은 열전도성 입자들이 프리프레그들 각각의 내부에 포함되지 않고 복합체의 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성을 향상함으로써, 프리프레그들 각각의 내부에 열전도성 입자들이 불균일하게 분산(dispersion)되지 않기 때문에, 기계적 강도의 감소가 최소화된다.
즉, 서로 접합된 프리프레그들을 포함하더라도, 두께 방향인 수직 방향으로의 열전도성이 향상되는 동시에 기계적 강도의 감소가 최소화된 복합체의 제조 방법이 제공된다.
이하, 도 9 내지 도 15를 참조하여 상술한 제1 실시예 내지 제6 실시예에 따른 복합체의 효과 및 상술한 제7 실시예에 따른 복합체의 제조 방법의 효과를 확인한 실험예들을 설명한다.
우선, 도 9 내지 도 11을 참조하여, 제1 실험예를 설명한다.
도 9는 제1 실험예를 나타낸 도면이다.
제1 실험예로서, 첫 번째 단계로, 열전도성 입자가 분산된 분산 용액을 제조 및 도포한다.
분산 용액은 분산 용매와 열전도성 유기 입자의 혼합으로 구성되어 있으며, 바람직하게는 에탄올 용매와 그래핀(Graphene) 유기 입자를 사용하여 상온에서 약 10초간 초음파 처리(ultrasonication)을 진행하여 그래핀 유기 입자가 완전히 분산되도록 한다.
상기 혼합 방법에서 그래핀 유기 입자의 농도는 0.01wt% 내지 10wt%로 하며, 바람직하게는 0.1wt% 내지 5wt%로 한다. 제조한 분산 용액은 스프레이를 통해 프리프레그 표면에 고르게 도포한다.
두 번째 단계로, 도포된 분산 용액의 용매를 건조시킨다. 용매로 사용된 에탄올은 끓는점이 78.4℃로 낮은 물질이기 때문에, 진공 오븐을 통해 진공 조건에서 상온으로 약 1시간 또는 핫-플레이트를 통해 대기압 조건 하에서 약 1시간 동안 용매를 증발 시킨다.
세 번째 단계로, 용매 건조 과정이 끝난 프리프레그들을 고온 및 고압에서 일정 두께로 적층한다. 한쪽 면에 그래핀 유기 입자들이 분산 코팅된 프리프레그들을 핫-프레스 위에 순차적으로 4장 적층하여 약 200℃에서 약 35 kgf/cm2의 압력으로 1mm 두께의 제1 실험예에 따른 복합체를 성형한다.
이와 유사하게, 대비예로서 그래핀 유기 입자들이 분산 코팅되지 않은 프리프레그들을 핫-프레스 위에 순차적으로 4장 적층하여 약 200℃에서 약 35 kgf/cm2의 압력으로 1mm 두께의 대비예에 따른 복합체를 성형한다.
도 9를 참조하면, 제1 실험예에 따른 복합체(10) 및 대비예에 따른 복합체의 열전도 특성을 측정하였다.
먼저, 히터(HE)에 의해 150℃로 가열되어 있는 핫-플레이트(PL) 위에 측면 방향이 단열제(IS)로 둘러싸인 복합체(10)를 안착시킨다. 핫-플레이트(PL)와 마주한 복합체(10)의 반대 면에 접촉식 온도계를 부착하여 온도 변화를 측정한다. 이때, 단열제(IS)는 수평 방향으로의 열 손실을 방지하기 위해 사용된다.
이와 유사하게, 대비예에 따른 복합체의 온도 변화를 측정한다.
도 10 및 도 11은 제1 실험예의 결과를 나타낸 그래프들이다.
도 10을 참조하면, 제1 실험예에 따른 복합체(Graphene coating CFRP)와 대비예에 따른 복합체(Pure CFRP)의 온도 변화를 측정한 결과, 제1 실험예에 따른 복합체의 경우 온도 변화가 보다 빠르게 진행된다.
따라서 같은 열을 주었을 경우, 시간 대비 온도 변화가 크기 때문에 열역학적으로 제1 실험예에 따른 복합체의 열전도 효율이 대비예에 따른 복합체 대비 높음이 확인된다.
그리고, 대비예에 따른 복합체의 경우 측정되는 온도가 최종적으로 약 138.9℃로 일정한 값이 측정된다. 반면에 제1 실험예에 따른 복합체의 경우 약 144.1℃로 일정한 값이 측정된다.
Fourier의 열전도식은 q(열량)/A(단면적)=-k(열전도도)*△T(온도차이)/L(시편 두께)로서, 열량 및 단면적이 동일하다는 가정 하에서 k=L(시편 두께)/△T(온도차이)의 식에 따라, k값은 L(시편 두께)에 비례하고 △T(온도차이)에 반비례함을 알 수 있다.
여기서, △T는 T1(150℃)-T2(측정 온도)이다.
따라서, 복합체의 두께 또한 동일하게 만들었을 경우, 측정된 최종 온도가 높을수록 k값이 증가함을 알 수 있다.
도 11을 참조하면, 이를 보다 정량적으로 비교하기 위해, 열전도도 k의 경향을 비교하는 식을 세워 비교하면, 순수 프리프레그 복합체인 대비예에 따른 복합체(Pure)의 경우 약 0.122mm/K 라는 값을 갖는 반면, 그래핀 입자가 코팅된 복합체인 제1 실험예에 따른 복합체(Graphene coating)의 경우 약 0.2mm/K 라는 값을 가진다.
즉, 제1 실험예에 따른 복합체(Graphene coating)는 대비예에 따른 복합체(Pure) 대비 열전도 경향이 약 64% 정도 향상된다.
다음, 도 12 및 도 13을 참조하여, 제2 실험예를 설명한다.
제2 실험예로서, 첫 번째 단계로, 열전도성 입자가 분산된 분산 용액을 제조 및 도포한다.
분산 용액은 분산 용매와 열전도성 무기 입자의 혼합으로 구성되어 있으며, 바람직하게는 에탄올 용매와 구리(Copper) 무기 입자를 사용하여 상온에서 약 10초간 초음파 처리(ultrasonication)을 진행하여 구리 무기 입자가 완전히 분산되도록 한다.
상기 혼합 방법에서 구리 무기 입자의 농도는 0.01wt% 내지 10wt%로 하며, 바람직하게는 0.1wt% 내지 5wt%로 한다. 제조한 분산 용액은 스프레이를 통해 프리프레그 표면에 고르게 도포한다.
두 번째 단계로, 도포된 분산 용액의 용매를 건조시킨다. 용매로 사용된 에탄올은 끓는점이 78.4℃로 낮은 물질이기 때문에, 진공 오븐을 통해 진공 조건에서 상온으로 약 1시간 또는 핫-플레이트를 통해 대기압 조건 하에서 약 1시간 동안 용매를 증발 시킨다.
세 번째 단계로, 용매 건조 과정이 끝난 프리프레그들을 고온 및 고압에서 일정 두께로 적층한다. 한쪽 면에 그래핀 유기 입자들이 분산 코팅된 프리프레그들을 핫-프레스 위에 순차적으로 4장 적층하여 약 200℃에서 약 35 kgf/cm2의 압력으로 1mm 두께의 제2 실험예에 따른 복합체를 성형한다.
이와 유사하게, 대비예로서 그래핀 유기 입자들이 분산 코팅되지 않은 프리프레그들을 핫-프레스 위에 순차적으로 4장 적층하여 약 200℃에서 약 35 kgf/cm2의 압력으로 1mm 두께의 대비예에 따른 복합체를 성형한다.
제2 실험예에 따른 복합체 및 대비예에 따른 복합체의 열전도 특성을 측정하였다.
먼저, 히터에 의해 150℃로 가열되어 있는 핫-플레이트 위에 측면 방향이 단열제로 둘러싸인 복합체를 안착시킨다. 핫-플레이트와 마주한 복합체의 반대 면에 접촉식 온도계를 부착하여 온도 변화를 측정한다. 이때, 단열제는 수평 방향으로의 열 손실을 방지하기 위해 사용된다.
이와 유사하게, 대비예에 따른 복합체의 온도 변화를 측정한다.
도 12 및 도 13은 제2 실험예의 결과를 나타낸 그래프들이다.
도 12를 참조하면, 제2 실험예에 따른 복합체(Copper particle coating CFRP)와 대비예에 따른 복합체(Pure CFRP)의 온도 변화를 측정한 결과, 제2 실험예에 따른 복합체의 경우 온도 변화가 보다 빠르게 진행된다.
따라서 같은 열을 주었을 경우, 시간 대비 온도 변화가 크기 때문에 열역학적으로 제2 실험예에 따른 복합체의 열전도 효율이 대비예에 따른 복합체 대비 높음이 확인된다.
그리고, 대비예에 따른 복합체의 경우 측정되는 온도가 최종적으로 약 138.9℃로 일정한 값이 측정된다. 반면에 제2 실험예에 따른 복합체의 경우 약 144.0℃로 일정한 값이 측정된다.
Fourier의 열전도식은 q(열량)/A(단면적)=-k(열전도도)*△T(온도차이)/L(시편 두께)로서, 열량 및 단면적이 동일하다는 가정 하에서 k=L(시편 두께)/△T(온도차이)의 식에 따라, k값은 L(시편 두께)에 비례하고 △T(온도차이)에 반비례함을 알 수 있다.
여기서, △T는 T1(150℃)-T2(측정 온도)이다.
따라서, 복합체의 두께 또한 동일하게 만들었을 경우, 측정된 최종 온도가 높을수록 k값이 증가함을 알 수 있다.
도 13을 참조하면, 이를 보다 정량적으로 비교하기 위해, 열전도도 k의 경향을 비교하는 식을 세워 비교하면, 순수 프리프레그 복합체인 대비예에 따른 복합체(Pure)의 경우 약 0.122mm/K 라는 값을 갖는 반면, 구리 무기 입자가 코팅된 복합체인 제2 실험예에 따른 복합체(Copper particle coating)의 경우 약 0.195mm/K 라는 값을 가진다.
즉, 제2 실험예에 따른 복합체(Copper particle coating)는 대비예에 따른 복합체(Pure) 대비 열전도 경향이 약 60% 정도 향상된다.
다음, 도 14 및 도 15를 참조하여, 제3 실험예를 설명한다.
제3 실험예로서, 첫 번째 단계로, 열전도성 입자가 분산된 분산 용액을 제조 및 도포한다.
분산 용액은 분산 용매와 열전도성 유기 입자 및 열전도성 무기 입자의 혼합으로 구성되어 있으며, 바람직하게는 에탄올 용매에 그래핀(Graphene) 유기 입자와 구리(Copper) 무기 입자를 질량비 0.6wt%:2wt%로 동시에 혼합하여 상온에서 약 10초간 초음파 처리(ultrasonication)을 진행하여 그래핀 유기 입자와 구리 무기 입자가 완전히 분산되도록 한다.
상기 혼합 방법에서 그래핀 유기 입자 및 구리 무기 입자 각각의 농도는 0.01wt% 내지 10wt%로 하며, 바람직하게는 0.1wt% 내지 5wt%로 한다. 제조한 분산 용액은 스프레이를 통해 프리프레그 표면에 고르게 도포한다.
두 번째 단계로, 도포된 분산 용액의 용매를 건조시킨다. 용매로 사용된 에탄올은 끓는점이 78.4℃로 낮은 물질이기 때문에, 진공 오븐을 통해 진공 조건에서 상온으로 약 1시간 또는 핫-플레이트를 통해 대기압 조건 하에서 약 1시간 동안 용매를 증발 시킨다.
세 번째 단계로, 용매 건조 과정이 끝난 프리프레그들을 고온 및 고압에서 일정 두께로 적층한다. 한쪽 면에 그래핀 유기 입자들이 분산 코팅된 프리프레그들을 핫-프레스 위에 순차적으로 4장 적층하여 약 200℃에서 약 35 kgf/cm2의 압력으로 1mm 두께의 제3 실험예에 따른 복합체를 성형한다.
이와 유사하게, 대비예로서 그래핀 유기 입자들이 분산 코팅되지 않은 프리프레그들을 핫-프레스 위에 순차적으로 4장 적층하여 약 200℃에서 약 35 kgf/cm2의 압력으로 1mm 두께의 대비예에 따른 복합체를 성형한다.
제3 실험예에 따른 복합체 및 대비예에 따른 복합체의 열전도 특성을 측정하였다.
먼저, 히터에 의해 150℃로 가열되어 있는 핫-플레이트 위에 측면 방향이 단열제로 둘러싸인 복합체를 안착시킨다. 핫-플레이트와 마주한 복합체의 반대 면에 접촉식 온도계를 부착하여 온도 변화를 측정한다. 이때, 단열제는 수평 방향으로의 열 손실을 방지하기 위해 사용된다.
이와 유사하게, 대비예에 따른 복합체의 온도 변화를 측정한다.
도 14 및 도 15은 제3 실험예의 결과를 나타낸 그래프들이다.
도 14를 참조하면, 제3 실험예에 따른 복합체(Graphene/Copper hybrid coating CFRP)와 대비예에 따른 복합체(Pure CFRP)의 온도 변화를 측정한 결과, 제3 실험예에 따른 복합체의 경우 온도 변화가 보다 빠르게 진행된다.
따라서 같은 열을 주었을 경우, 시간 대비 온도 변화가 크기 때문에 열역학적으로 제3 실험예에 따른 복합체의 열전도 효율이 대비예에 따른 복합체 대비 높음이 확인된다.
그리고, 대비예에 따른 복합체의 경우 측정되는 온도가 최종적으로 약 138.9℃로 일정한 값이 측정된다. 반면에 제3 실험예에 따른 복합체의 경우 약 148.5℃로 일정한 값이 측정된다.
Fourier의 열전도식은 q(열량)/A(단면적)=-k(열전도도)*△T(온도차이)/L(시편 두께)로서, 열량 및 단면적이 동일하다는 가정 하에서 k=L(시편 두께)/△T(온도차이)의 식에 따라, k값은 L(시편 두께)에 비례하고 △T(온도차이)에 반비례함을 알 수 있다.
여기서, △T는 T1(150℃)-T2(측정 온도)이다.
따라서, 복합체의 두께 또한 동일하게 만들었을 경우, 측정된 최종 온도가 높을수록 k값이 증가함을 알 수 있다.
도 15을 참조하면, 이를 보다 정량적으로 비교하기 위해, 열전도도 k의 경향을 비교하는 식을 세워 비교하면, 순수 프리프레그 복합체인 대비예에 따른 복합체(Pure)의 경우 약 0.122mm/K 라는 값을 갖는 반면, 그래핀 유기 입자와 구리 무기 입자가 코팅된 복합체인 제3 실험예에 따른 복합체(Graphene/Copper coating)의 경우 약 0.753mm/K 라는 값을 가진다.
즉, 제3 실험예에 따른 복합체(Graphene/Copper coating)는 대비예에 따른 복합체(Pure) 대비 열전도 경향이 약 517% 정도 향상된다.
이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
제1 프리프레그(100), 제2 프리프레그(200), 제1 열전도성 입자(300), 제2 열전도성 입자(400)

Claims (20)

  1. 제1 프리프레그(prepreg);
    상기 제1 프리프레그에 직접 접합된 제2 프리프레그; 및
    상기 제1 프리프레그와 상기 제2 프리프레그 사이의 계면에서 수평 방향으로 서로 이격되어 분산된 복수의 제1 열전도성 입자들
    을 포함하는 복합체.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 열전도성 입자들은 상기 제1 프리프레그 및 상기 제2 프리프레그 대비 높은 열전도도를 가지는 복합체.
  3. 제1항에서,
    상기 제1 열전도성 입자들은 유기 입자를 포함하는 복합체.
  4. 제3항에서,
    상기 유기 입자의 입경은 0.01㎛ 내지 50㎛인 복합체.
  5. 제3항에서,
    상기 유기 입자는 흑연(Graphite), 그래핀(Graphene), 및 탄소 나노 튜브(Carbon nanotube) 중 적어도 하나를 포함하는 복합체.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 열전도성 입자들은 무기 입자를 포함하는 복합체.
  7. 제6항에서,
    상기 무기 입자의 입경은 0.1㎛ 내지 500㎛인 복합체.
  8. 제6항에서,
    상기 무기 입자는 구리(Copper), 은(Silver), 알루미늄(Aluminum), 마그네슘(Magnesium), 및 철(Iron) 중 적어도 하나를 포함하는 복합체.
  9. 제1항에서,
    상기 제1 열전도성 입자들은 유기 입자 및 무기 입자를 포함하는 복합체.
  10. 제9항에서,
    상기 무기 입자는 상기 유기 입자 대비 큰 복합체.
  11. 제1항에서,
    상기 제1 열전도성 입자들은 상기 제2 프리프레그의 배면에 위치하며,
    상기 제2 프리프레그의 전면에 분산되어 위치하는 복수의 제2 열전도성 입자들을 더 포함하는 복합체.
  12. 제11항에서,
    상기 제2 열전도성 입자들은 유기 입자 및 무기 입자 중 적어도 하나를 포함하는 복합체.
  13. 제11항에서,
    상기 제2 프리프레그의 전면에 직접 접합된 제3 프리프레그를 더 포함하며,
    상기 제2 열전도성 입자들은 상기 제2 프리프레그와 상기 제3 프리프레그 사이에 위치하는 복합체.
  14. 제13항에서,
    상기 제3 프리프레그의 전면에 분산되어 위치하는 복수의 제3 열전도성 입자들을 더 포함하는 복합체.
  15. 제1항에서,
    상기 제1 프리프레그 및 상기 제2 프리프레그는 탄소 섬유 및 유리 섬유 중 적어도 하나를 포함하는 복합체.
  16. 제1 프리프레그의 전면에 복수의 제1 열전도성 입자들을 분산시켜 코팅하는 단계; 및
    상기 제1 열전도성 입자들을 사이에 두고 상기 제1 프리프레그의 전면에 제2 프리프레그를 직접 접합하는 단계
    를 포함하며,
    상기 복수의 제1 열전도성 입자들은 상기 제1 프리프레그와 상기 제2 프리프레그 사이의 계면에서 수평 방향으로 서로 이격되어 분산된 복합체의 제조 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 제1 열전도성 입자들을 분산시켜 코팅하는 단계는,
    상기 제1 프리프레그의 전면에 상기 제1 열전도성 입자들이 분산된 분산 용액을 도포하는 단계; 및
    상기 제1 프리프레그의 전면에 도포된 분산 용액의 용매를 증발시키는 단계
    를 포함하는 복합체의 제조 방법.
  18. 제16항에서,
    상기 제1 프리프레그의 전면에 제2 프리프레그를 직접 접합하는 단계는 고온 및 고압의 핫 프레스를 이용해 수행하는 복합체의 제조 방법.
  19. 제16항에서,
    상기 제2 프리프레그의 전면에 복수의 제2 열전도성 입자들을 분산시켜 코팅하는 단계를 더 포함하는 복합체의 제조 방법.
  20. 제19항에서,
    제3 프리프레그의 전면에 복수의 제3 열전도성 입자들을 분산시켜 코팅하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제1 프리프레그의 전면에 제2 프리프레그를 직접 접합하는 단계는 제2 프리프레그의 전면에 상기 제3 프리프레그를 직접 접합하는 단계를 포함하는 복합체의 제조 방법.
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