자기융착성 에나멜 와이어 및 리츠 와이어{SELF-BONDING ENAMEL WIRE AND LITZ WIRE}

본 발명은 폴리아미드계 자기 융착성 바니쉬 조성물로된 용착층 및 실리콘 윤활층을 갖는 자기융착성 내열변형성 에나멜와이어 및 내열변형성 리츠와이어에 관한 것이며, 보다 상세하게는 우수한 내열변형방지성, 선간접착력, 자기융착성 및 편향 요오크 컨버젼스를 갖는 에나멜와이어 및 리츠와이어에 관한 것이다.

최근 개인용컴퓨터나 컬러 텔레비젼, 고화질 텔레비젼등 고품질의 화상처리용 장치는 브라운관방식과 액정방식의 두가지 방식으로 대별되어진다.

브라운관방식의 디스플레이장치는 대규모이고 미세한 화면처리가 요구되는 개인용컴퓨터나 텔레비젼등에 사용되며, 액정방식의 디스플레이 장치는 노트북이나 휴대용 텔레비젼등에 사용된다.

이중 브라운관방식의 디스플레이장치에는 편향 요오크코일이 사용된다.

편향 요오크코일은 자기융착성을 갖는 에나멜와이어 및 리츠와이어를 사용하여 코일을 감은 후, 그 권선을 통전가열하여 선간을 상호 열융착시킴으로써 제조된다.

이때, 에나멜와이어에 자기융착성을 부여하기 위해 사용되는 자기융착층 재료로는 열가소성 공중합 폴리아미드 수지와 열경화성 에폭시수지(페녹시수지)가 일반적으로 사용된다.

공중합 폴리아미드 수지가 사용된 자기융착 에나멜와이어와 리츠와이어는 선간접착성 및 내열변형성이 우수하며, 열경화성수지(페녹시수지)는 편향 요오크 코일의 초기변형(strain)이 작기 때문에 열융착성 편향 요오크 코일의 내비틀림성이 우수하다.

한편, 근래 브라운관의 디스플레이 장치는 주사주파수를 상승시키고, 사용온도의 상승을 꾀하고 있는 실정이며 또한 브라운관 방식의 디스플레이장치에 사용되는 요오크 코일의 마그네트 와이어와 융착층에서 선간접착성 및 내열변형방지성이 우수한 공중합 폴리아미드 수지를 이용한 자기융착성 에나멜와이어 및 자기융착형 리츠와이어가 널리 사용되기 시작하였다.

자기융착성 리츠 와이어의 내열변형방지성이 우수하여야 함으로 리츠와이어 제조에 사용되는 공중합 폴리아미드 수지를 용착층에 도포한 자기융착성 에나멜와이어는 내열화특성이 높고 융착층 융점보다 높은 온도에서 열융착하는 경우 우수한 선간접착성을 발휘하여야 한다.

따라서 사양상의 온도상승에 대응하기 위하여서는 당연히 융착층의 내열변형온도가 높아져야 한다. 즉 자기융착 에나멜와이어는 융착층의 내열변형온도가 높아야하기 때문에 종래 사용되던 공중합 폴리아미드 수지보다 융점이 높은 공중합 폴리아미드 수지가 사용되어야 하는 것이다.

그러나 열융착재료면에서, 융점이 높은 공중합 폴리아미드수지가 사용된 자기융착 에나멜와이어로 제조된 리츠와이어는 저온영역에서 자기융착성이 저하되고, 편향 요오크 코일의 열융착작업성 및 열성형작업성이 저하된다.

또한 권선하고 열융착시 얻어지는 열융착 편향 요오크 코일의 초기변형이 커지는 문제가 있는 것이다.

열융착 편향 요오크 코일의 초기변형(코일의 휨)은 여러 가지 원인에 의해 발생되는데, 주요한 요인은 융착층재료의 선팽창률이 크기 때문이다. 즉, 공중합 폴리아미드 수지의 선팽창률은 열경화성 에폭시수지의 선팽창율보다 크기 때문에 종래의 공중합 폴리아미드 수지를 사용한 요오크 코일의 초기변형(코일의 휘어짐)이 큰 단점으로 지목되어 왔다.

이에 비하여, 열경화성 에폭시수지(페녹시수지)를 사용한 코일은 초기변형이 작은 장점이 있다.

이와같은 열융착 요오크 코일의 초기변형은 자계의 편향을 초래하여 적색, 녹색, 청색의 3가지 전자비임이 완전히 집결하지 못하고 컬러 디스플레이 장치의 색상 불량을 초래하여, 컬러 디스플레이 장치의 색상불량을 방지하기 위하여서는 편향 요오크 코일의 초기변형을 최소화해야 하는 것이다.

나아가, 편향 요오크 코일의 열변형 발생의 메카니즘은 열융착, 열성형시의 잔류응력이 편향 요오크 코일의 선간 접착력보다 크기 때문인 것으로 여겨진다.

즉, 편향 요오크 코일의 열변형 메카니즘은 열융착된 편향 요오크 코일이 디스플레이의 운전부하에 의해 고온상태가 되면 고온인 편향 요오크 코일의 선간접착력이 저하되고, 이에 의하여 열융착, 열성형시의 잔류응력이 작용하여 열변형이 발생한다.

이론적으로는 자기융착 에나멜와이어 및 리츠와이어 융착층의 융점온도에서 열융착되면 일단 열융착된 편형 요오크 코일은 융점이하의 온도에서는 열변형이 일어나지 않는다. 예를들어 130-140℃사이에서 열융착을 하면 요오크 코일은 이 온도에서 열변형되지 않는다.

그러나 실제로는 공중합 폴리아미드 수지의 융점보다 20-30℃ 낮은온도에서 열변형이 발생한다. 예를들어, 융점이 130-140℃인 공중합 폴리아미드수지가 융착층으로 사용되는 경우, 열융착 편형 요오크 코일의 변형개시온도는 100-120℃이다.

나아가, 종래에는 편형 요오크 코일의 컨버젼스 특성을 개선하기 위해 에나멜와이어 제조시, 자기융착층을 피막후, 고형 파라핀을 용착층상부에 도포하였으나, 이 경우 고형 파라핀이 잔존하고 오히려 편향 요오크 코일의 컨버젼스 특성에 변화를 주게된다.

이에 본 발명의 목적은 선간 접착성, 자기윤활성, 융착성 및 내열변형성이 우수한 에나멜와이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 폴리아미드수지와 페놀수지등이 혼합된 융착층을 갖는 자기융착성 에나멜와이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 우수한 편향 요오크 코일의 컨버젼스 특성을 갖는 에나멜와이어를 제공하는 것이다.

나아가 본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 에나멜와이어로된 내열변형성 리츠와이어를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 에나멜와이어를 나타내는 단면도,

도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 의한 에나멜와이어로 제조된 리츠와이어를 나타내는 단면도이며,

도 3은 본 발명에 의한 리츠와이어의 온도변화에 따른 용착력을 나타내는 그래프이다.

* 도면의 주요부위에 대한 간단한 설명

1...도체 2... 절연층

3... 자기융착층

본 발명의 일 견지에 의하면,

도체 절연피막상에 융착층을 갖는 자기융착 에나멜 와이어에 있어서,

상기 융착층은 용착층의 고형분 중량을 기준으로

총 나일론 수지의 중량평균분자량이 10,000-40,000이 되도록,

(1) 하기 화학식 1a 및/또는 1b의 융점온도가 100-150℃인 하나 또는 그 이상의 공중합 나일론 수지(I) 40-84중량%;

(2) 하기 화학식 1a 및/또는 1b의 융점온도가 155-230℃인 하나 또는 그 이상의 공중합 나일론 수지(Ⅱ) 10-60중량%;

(3) 하기 화학식 2a 및/또는 2b의 페놀수지 5-15중량%; 및

(4) 왁스 1-8중량%;

로된 용착층을 갖으며 용착층상부에 실리콘 오일이 도포됨을 특징으로 하는 편향 요오크 컨버젼스가 우수한 내열변형성 자기융착성 에나멜 와이어가 제공된다.

(단, 상기 화학식 1a 및 1b에서 x는 1 내지 13의 정수이고 R 및 R'는 서로 같거나 다른 탄소수 1내지 17의 탄화수소이며 n은 150내지 300의 정수이다.)

(단, 상기 화학식 2a 및 2b에서 R 및 R'는 서로 같거나 다른 탄소수 1 내지 30의 탄화수소이며, n은 20 내지 100의 정수이다.)

본 발명의 다른 견지에 있어서,

본 발명의 에나멜와이어로된 리츠와이어가 제공된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에서는 분자량 및 융점을 고려하여 선택한 폴리아미드계수지, 페놀수지 및 왁스의 혼합조성물을 도체 절연피막상의 융착층으로 그리고 그 위에 도포된 실리콘윤활층에 의하여 선간접착성, 피막표면의 자기윤활성, 융착력, 내열변형성 및 편향 요오크 코일의 컨버젼스가 우수한 에나멜 와이어 및 리츠와이어가 제공된다.

본 발명의 에나멜와이어는 도 1에서 도시한 바와 같이 도체(1)상부에 절연피막층(2)이 형성되며, 그 위에 융착층(3)이 피복 형성된 것으로, 본 발명에서 의도하는 에나멜와이어 및 리츠와이어의 물성은 융착층을 이루는 자기 융착성 바니쉬 조성물로 특정한 융점을 갖는 나일론 성분들 및 페놀수지를 혼합사용함으로써 그리고 융착층위에 도포된 실리콘윤활층에 의해 달성된다.

상기 융착층은 2가지의 폴리아미드성분, 페놀수지 및 왁스로 구성된다.

제 1 폴리아미드성분은 기본수지로서 상기 화학식 1a 및/또는 1b의 융점이 100-150℃인 공중합 나일론수지(Ⅰ)가 융착층 고형분의 중량을 기준으로 40-84중량%로 사용된다.

상기 공중합 나일론 수지(Ⅰ)의 융점온도가 100℃미만이면, 접착성이 저하되고 150℃를 초과하면, 에나멜와이어 제조후 용해되지 않은 나일론에 의해 접착성이 불완전하게 된다. 공중합 나일론 수지(Ⅰ)은 융착층 고형분의 총중량을 기준으로 40-84중량%, 바람직하게는 56-78중량%의 양으로 사용된다.

40중량%미만의 양으로 사용되면 피막의 물성개선에 영향을 미치지 못하여 에나멜와이어 제조후 변형되며 84중량%를 초과하는 경우에는 접착성이 떨어지고 균열이 발생하는 문제가 있다.

제 2 폴리아미드성분으로는 상기 화학식 1a 및/또는 1b의 융점이 155-230℃인 하나 또는 그 이상의 공중합체 나일론 수지(Ⅱ)가 융착층 고형분의 중량을 기준으로 10-60중량%의 양으로 사용된다.

공중합체 나일론 수지(Ⅱ)의 융점이 155℃미만이면 에나멜와이어 제조후 성형접착가공시 비틀림 현상이 발생하고 230℃를 초과하면 피막 제조시 나일론 수지가 완전히 용해되지 않아 부착력이 저하되는 문제가 있다.

공중합체 나일론 수지(Ⅱ)는 고형분의 총중량을 기준으로 10-60중량%, 바람직하게는 20-48중량%의 양으로 사용된다.

사용량이 10중량%미만이면 개선하고자 하는 물성의 개선에 영향을 주지 못하여 쉽게 변형되는 문제가 발생되며 60중량%를 초과하면 완전히 용해되지 않은 나일론 수지에 의해 접착성이 저하된다.

나아가, 상기 나일론 수지 혼합물은 화학식 1a 및/또는 1b로 나타내어지는 융점이 100-150℃인 하나 또는 그 이상의 공중합 나일론수지(Ⅰ)의 기본성분과 융점이 155-230℃인 하나 또는 그 이상의 나일론 수지(Ⅱ)의 혼합물로 이루어지는데, 이는 비틀림 현상을 고려하여 서로 다른 융점온도 범위를 갖는 나일론 수지를 적절하게 배합함으로써 나일론 수지가 용융접착될 때, 접착력 및 내변형성을 향상효과를 기대할 수 있기 때문이다.

한편 총 나일론 수지의 중량평균분자량은 10,000-40,000, 바람직하게는 13,000-35,000이다. 총 나일론 수지의 중량평균분자량이 10,000미만이며, 융착력이 떨어져 온도변화에 따른 변형이 문제시되며 40,000을 초과하는 경우에는 가공성이 떨어지며 피막제조시 도막의 균일성을 불량하게 하는 문제가 발생한다.

상기, 나일론수지와 함께 내열변형성을 증대시키기 위해 페놀수지가 용착층에 사용된다. 페놀수지로는 상기 화학식 2a 및/또는 2b의 페놀수지가 접착성 및 기타 물성을 고려하여 용착층 총고형분의 중량을 기준으로 5-15중량%의 양으로 사용된다.페놀수지의 사용량이 5중량%미만이면 용착력이 감소하여 변형이 일어나며 15중량%를 초과하면 피막표면이 딱딱해진다.

기타 첨가제로 자기 윤활성을 부여하기 위해 왁스가 사용된다.

왁스로는 아미드계, 실리콘계 및 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계 및 폴리테트라플루오로에틸렌등을 포함하는 폴리머계, 라노린(Lanolin), 비(Bee), 카나바(Canaba), 캐스터(Castor) 및 몬탄(Montan)왁스로 구성되는 그룹으로부터 하나 또는 그 이상을 선택하여 용착층 고형분의 총중량을 기준으로 1-8중량%의 양으로 사용된다.

왁스가 1중량%미만으로 사용되면 피막 제조시 물성에 영향을 미치지 못하여 슬립성을 나타내지 못하며, 8중량%를 초과하면 조성물의 도막형성에 문제가 있다.

용착층은 상기한 바와 같이 나일론 수지(Ⅰ), (Ⅱ), 페놀수지 및 왁스로 구성되며, 이들 성분은 유기용매에 용해된 후 용착 바니쉬 조성물로 절연층상에 피복적용한 후 건조시킴으로써 용착층이 형성된다.

유기용매는 σ-크레졸, m-크레졸, p-크레졸, 자일렌, 니트로벤젠, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 및 N-메틸-2-피롤리돈으로 구성되는 그룹으로부터 둘 또는 그 이상 선택하여 사용할 수 있다.

용매는 점도등을 고려하여 용착 바니쉬 조성물의 70-90중량%, 바람직하게는 80-90중량%의 양으로 사용된다. 유기용매의 사용량이 70중량%미만이면 점도가 높아 바니쉬 조성물을 와이어에 코팅하는 경우 많은 어려움을 야기하며 90중량%를 초과하면 점도가 너무 낮고 도막오름성이 저하된다.

나아가, 본 발명의 에나멜와이어는 절연층이 형성된 도체위에 상기 조성으로된 융착층 뿐만아니라 용착층 상부에 도포된 실리콘 윤활층을 갖는다. 실리콘 윤활층은 에나멜와이어 및 리츠와이어가 최종적으로 사용되는 편향 요오크 코일의 컨버젼스 특성을 개선하기 위해 융착층상부에 실리콘 오일이 포함된 윤활제를 도포 적용한다.

실리콘오일은 통상의 유기용매와 시클로헥산이 1:1 혹은 4:1 중량비로 혼합된 용제에 0.03-0.5중량%의 양으로 혼합하여 사용한다.

실리콘오일이 용제에 0.03중량%미만으로 첨가되는 경우에는 의도하는 컨버젼스 개선효과를 나타내지 못하며 0.5중량%이상으로 첨가하는 경우에는 오일의 양이 많아져서 오히려 에나멜와이어의 자기융착성이 저하될 우려가 있다.

상기 용착층 및 실리콘 윤활층은 통상 일반적인 양으로 에나멜와이어에 피복적용된다. 나아가 다수의 본 발명에 의한 내열변형성 자기융착성 에나멜와이어을 꼬아서 도 2a 내지 도 2c에 나타낸 바와같은 내열변형성 리츠와이어가 제조된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

실시예

실시예 1: 에나멜 와이어 및 리츠와이어의 제조

교반기가 부착된 3구 플라스틱 반응용기에 유기용매로서 크레졸과 자일렌을 1:1중량비로 혼합한 용매를 첨가한 후 교반하면서 이에 각 나일론 수지 혼합물을 하기 표 1에 나타낸 양으로 투입하고 85℃까지 승온하면서 완전히 용해시켰다. 그 후 75℃로 냉각하고 이에 페놀수지를 하기 표 1에 나타낸 양으로 첨가하여 용해하였다.

페놀수지가 완전히 용해된 반응물을 40℃로 냉각하고 그 온도에서 하기 표 1에 나타낸 왁스를 각각 기재된 양으로 첨가 교반하여 용착 바니쉬 조성물 시료로서 발명예 1 내지 6 및 비교예 1, 2를 제조하였다.

한편, 도체경이 0.14㎜인 동선에 폴리이미드로된 절연층을 약 0.015㎜두께로 피복한 후 그 위에 상기 발명예 1 내지 6 및 비교예 1, 2의 융착 바니쉬 조성물을 건조 융착층의 두께가 약 0.01㎜가 되도록 피복하고 소부온도 즉, 320℃ 유입온도와 350℃의 배출온도로 경화시켜 용착층을 형성하였다.

그 후, MERCK사의 크레졸과 시클로헥산의 1:1 중량비 혼합용제에 실리콘오일을 약 0.4중량%의 양으로 첨가하고 이를 발명예 1 내지 6의 용착바니쉬 조성물이 적용된 용착층상에 도포하여 에나멜와이어를 제조하였다.

상기 발명예 1 내지 6 및 비교예 1, 2의 바니쉬 조성물을 적용하여 제조한 각 에나멜와이어를 하기 물성에 대하여 평가하였으며, 또한 발명예 1 내지 6 및 비교예 1,2의 바니쉬 조성물이 용착층으로 피복된 에나멜와이어 7, 8 또는 10가닥의 소선을 꼬아 만든 리츠와이어를 제조한 후 이를 평향요오크 코일에 권선하고 열융착하여 열성형하여 편향요오크 코일을 제조하였다.

-나일론 A:아토켐(Atochem)사의 Platabond M1422, MX2441, Platmid H104등이 사용될 수 있으며, 실시예에서는 용융점이 130℃인 수지를 사용

-나일론 B: 휼스(Huls)사의 Vestamelt X2236, X1008, X7079등과 아토켐(Atochem)사의 Platmid H105, Platabond M2269등이 사용될 수 있으며 실시예에서는 융점온도 128℃인 수지를 사용

-나일론 C: 휼스(Huls)사의 Vestamelt 171, 251, 351, 451, 471등이 사용될 수 있으며, 실시예에서는 용융온도가 122℃인 수지를 사용

-나일론 D: 아토켐(Atochem)사의 Platabond M1271, B409, M1426등과 휼스(huls)상의 Vestamelt 3041, 3261, X4685, X1010등이 사용될 수 있으며, 실시예에서는 용융온도가 160℃인 수지를 사용

-나일론 E: 아토켐(Atochem)사의 Platabond M1271, B409, M1426등과 휼스(Huls)사의 Vestamelt 3041, 3261, X4685, X1010등이 사용될 수 있으며, 실시예에서는 용융온도가 180℃인 수지를 사용

-폴리머왁스계: 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계, 폴리테트라플루오로에틸렌등이 사용될 수 있으며, 실시예에서는 BYK Chemie사의 Cerafak 100 39, Minerpol 230등과Daniel Products Company사의 SLIP-AYD SL-92, SLIP-AYD를 사용될 수 있다.

-아미드계 왁스: BYK-CHEMIE사의 CERAFLOUR 930, 993, 960등과 AKZO NOBEL상의 ARMOSLIP E, CP등이 사용될 수 있다.

-실리콘계 왁스: 테코(TEGO)사의 TEG0410과 헨켈(HENKEL)사의 PERENOL S 400등이 사용될 수 있다.

그 외에 라노린(Lanolin), 비(Bee), 카나바(Canaba), 캐스터(Castor), 몬탄(Montan)왁스등이 사용될 수 있다.

실시예 2 :제조된 리츠와이어의 특성평가

1. 완성외경

(1)소선 완성외경

0.001㎜이하의 눈금을 가진 Micrometer를 사용하여 측정하였다. 완성외경은 길이 약 50㎝의 시료를 취하여 도체축에 수직인 동일 평면에 거의 같은 각도에서 지름을 3개소 측정하고 이들의 평균치로 표시하였다.

(2) 연선 완성외경

연선 완성외경은 하기 식에 따라 계산된다.

연선 완성외경 ψD = √DX 1.155 X φd

(N:꼬임 가닥수, φd: 소성 완성외경)

2. 초기 및 열열화후의 융착력(접착력)

KSC 2321에 의거하여 180℃에서 10분간 가열하고 상온으로 유지시킨 후 융착강도(초기융착력)를 측정하였으며, 또한 120℃에서 168시간동안 열화시킨 다음 상온으로 유지시켜서 열열화후의 접착력을 측정하였다.

3. 고온중 접착유지력

융착성 시험과 동일한 방법으로 (융착강도를 측정하기 전에) 시료를 120℃의 항온조안에서 상단을 고정시키고 다른쪽(하단)은 수직방향으로 30g의 하중을 가하여 선간에서의 접착유지시간을 측정하였다.

4. 융착조건별 접착력변화

KSC 2321에 의거, 100℃에서부터 20℃간격으로 200℃까지 각 융착온도별 접착력을 측정하여 도 3에 그래프로 나타내었다. 접착력은 저온에서는 작고 고온으로 갈수록 커져야 하는데 도 3의 그래프에서 알 수 있듯이, 비교예 1 및 2는 180℃부근에서 접착력이 저하되나, 발명예 1-6은 그 접착력이 계속 상승됨을 알 수 있다.

5. DY 특성시험.

(1) DY 코일의 비틀림성성형된 DY 코일을 상온에서 168hrs방치한 후, 초기 DY와 비교 측정하였다.(2) 컨버젼스 특성성형된 DY 코일을 조립한 후, CRT에 장착하여 컨버젼스를 측정하였다.상기 표 1의 DY 특성시험결과에서 알 수 있듯이, 본 발명에 의한 에나멜와이어 및 리츠와이어는 DY코일의 비틀림성 및 컨버젼스 특성이 우수할 뿐만 아니라, 열처리후에도 컨버젼스의 변화량이 매우 적음을 나타내었다.

본 발명의 자기융착성 내열변형성 에나멜와이어 및 내열변형형 리츠와이어는 융착층의 결정화에너지가 크고 열처리 이후의 신율이 크다. 또한 자기 융착성은 초기 접착력 뿐만아니라 열열화후의 접착력이 커서 고온에서 우수한 접착력을 갖는다. 따라서 편향 요오크 코일의 비틀림이 적고 컨버젼스 특성이 월등이 개선된다.

따라서, 본 발명의 융착층 및 실리콘 윤활층을 갖는 에나멜와이어 및 리츠와이어는 이를 이용하여 편향 요오크 코일을 성형하는 경우 자기윤활성 및 접착력을 증가시킬 뿐만 아니라 동시에 냉각시간을 조절하여 비틀림 현상이 최소화됨으로 생산성이개선되고 산업적 활용도 또한 증대된다.

상기 에나멜와이어 및 리츠와이어는 고화질의 컬러 텔레비젼 또는 개인용 컴퓨터 등에 사용되는 브라운관내의 편향 요오크코일에 사용되는 권선으로써 자기윤활성과 접착력이 우수하며, 이를 고온에서 열융착하여 사용한 요오크 코일은 고온에서도 변형이 거의없고 컨버젼스 특성 또한 우수한 것이다.