1. 서론

나일론 기반 소재에 반도체 코팅을 입힌 반도체 나일론 테이프는 케이블 분야에서 폭넓게 활용되고 있습니다. 주로 케이블, 특히 고전압 및 초고압 전력 케이블의 차폐 및 결속에 사용됩니다. 전계 강도를 효과적으로 약화시켜 케이블 작동의 안정성과 안전성을 향상시킵니다. 현대 전력 시스템, 통신 시스템 및 기타 분야에서 고성능 케이블에 대한 수요가 지속적으로 증가함에 따라, 반도체 나일론 테이프에 대한 신기술 연구 개발이 더욱 중요해지고 있습니다.

2. 신소재 및 응용 분야

2.1 나노복합재료

- 반도체 나일론 테이프 기술의 주목할 만한 동향 중 하나는 나노복합 소재의 활용입니다. 예를 들어, 탄소 나노튜브(CNT)를 나일론 매트릭스에 도입함으로써 새로운 가능성이 열렸습니다. 탄소 나노튜브는 매우 높은 전기 전도성과 기계적 강도를 가지고 있습니다. 나일론 수지에 균일하게 분산되면 테이프 내에 전도성 네트워크를 형성할 수 있습니다. 이는 테이프의 반도체 특성을 크게 향상시킬 뿐만 아니라 기계적 성능도 향상시킵니다.

- 연구에 따르면 나일론 매트릭스에 소량(일반적으로 1~5중량%)의 다중벽 탄소 나노튜브를 첨가하면 반도체 나일론 테이프의 표면 저항을 수십 배까지 줄일 수 있습니다. 또한, 테이프의 인장 강도와 굽힘 탄성률은 기존 반도체 나일론 테이프에 비해 20~50% 향상될 수 있습니다. 이는 탄소 나노튜브가 전도성 필러와 강화제 역할을 모두 수행하여 나일론 소재 내 분자간 힘을 강화하기 때문입니다.

- 또 다른 예로 그래핀 기반 나노복합체의 활용이 있습니다. 뛰어난 전기적, 열적, 기계적 특성을 가진 2차원 탄소 소재인 그래핀을 나일론과 결합하여 고성능 반전도성 나일론 테이프를 만들 수 있습니다. 그래핀 나노시트는 용액 혼합 또는 현장 중합 방법을 통해 나일론 매트릭스 내에 균일하게 분포될 수 있습니다. 이렇게 생성된 복합 테이프는 향상된 전기 전도성, 방열성, 그리고 화학적 안정성을 보입니다. 케이블 운영 환경에서 흔히 발생하는 높은 습도 및 온도 변화와 같은 혹독한 환경 조건을 더 잘 견딜 수 있습니다.

2.2 고성능 난연재

- 케이블 시스템의 화재 안전에 대한 요구가 증가함에 따라, 새로운 고성능 난연성 소재가 반도체 나일론 테이프에 도입되었습니다. 예를 들어, 인-질소 기반 난연 첨가제가 개발되어 나일론 매트릭스에 통합되었습니다. 이러한 첨가제는 기체상 및 응축상 난연 메커니즘의 조합을 통해 작용합니다.

- 기체 상태에서 테이프가 고온에 노출되면 인-질소 기반 첨가제가 분해되어 암모니아 및 인산 유도체와 같은 불연성 가스를 방출합니다. 이러한 가스는 테이프 주변의 산소 및 가연성 열분해 생성물의 농도를 희석하여 연소 과정을 억제합니다. 응축 상태에서는 분해 생성물이 테이프 표면에 탄화층을 형성합니다. 이 탄화층은 물리적 장벽 역할을 하여 열과 산소의 추가 전달을 방지하고 하부 나일론 소재의 연소를 방지합니다.

- 또한, 일부 팽창성 난연 시스템도 반도체 나일론 테이프에 적용되었습니다. 이러한 시스템은 탄소원(예: 전분 또는 폴리올), 산원(예: 폴리인산암모늄), 발포제(예: 멜라민)로 구성됩니다. 가열되면 산원이 분해되어 인산을 방출하고, 이는 탄소원의 탈수 및 탄화를 촉진합니다. 발포제는 동시에 분해되어 가스를 생성하여 탄화된 층이 팽창하고 다공성의 발포 숯 층을 형성합니다. 이 팽창성 숯 층은 우수한 단열성과 난연성을 가지고 있어 반도체 나일론 테이프의 내화성을 효과적으로 향상시킵니다.

3. 고급 제조 공정

3.1 정밀코팅기술

- 정밀 코팅은 고품질 반도체 나일론 테이프 생산의 핵심 공정입니다. 슬롯 다이 코팅 방식은 고정밀 코팅 성능으로 인해 널리 채택되어 왔습니다. 이 공정에서는 전도성 필러(카본 블랙, CNT, 그래핀 등), 바인더 및 기타 첨가제를 포함할 수 있는 반도체 코팅 용액을 정밀하게 계량하여 슬롯 다이에 주입합니다.

- 슬롯 다이에는 정밀 가공된 슬릿이 있으며, 이 슬릿을 통해 코팅 용액이 이동하는 나일론 기판 위로 압출됩니다. 슬릿 폭, 코팅 속도, 용액 점도 등의 매개변수를 정확하게 제어함으로써 반도체층의 두께를 매우 좁은 허용 오차 범위(일반적으로 ± 0.005~0.01mm) 내에서 제어할 수 있습니다. 이를 통해 테이프 표면 전체에 걸쳐 균일한 전도성과 일관된 성능이 보장됩니다.

- 예를 들어, 고전압 전력 케이블용 반도체 나일론 테이프 생산 시, 슬롯 다이 코팅 공법은 반도체층의 두께를 균일하게 유지하여 케이블 내 안정적인 전계 분포를 유지하는 데 매우 중요합니다. 또한, 이 공법은 두께 편차, 줄무늬, 기포와 같은 코팅 결함을 줄여 반도체 나일론 테이프의 전반적인 품질과 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.

3.2 연속 생산 및 통합 기술

- 연속 생산 및 통합 기술은 반도체 나일론 테이프 제조 공정에 혁명을 일으켰습니다. 최신 생산 라인은 원자재 투입부터 완제품 최종 권취까지 연속적으로 가동되도록 설계되었습니다.

- 예를 들어, 완전 자동화된 연속 생산 라인은 나일론 기반 소재의 풀림부터 시작하여 연속 코팅, 건조, 경화, 슬리팅 작업으로 이어질 수 있습니다. 전체 공정은 온도와 같은 주요 매개변수를 실시간으로 모니터링하고 조정할 수 있는 첨단 자동화 시스템에 의해 제어됩니다.