오늘날 통신 및 전자기기 사용이 보편화되고 전자파 유해성에 대한 인식이 높아지면서 유해 전자파 차폐의 필요성 및 그에 대한 기술 개발이 요구되고 있다. 이에 관련 연구들이 지속적으로 수행되어 왔으며, 기존 연구들을 통해 전도성 물질 혼입에 따른 폴리머의 전자차폐 성능 향상을 확인하였다. 다만 기존 연구자들은 전도성 재료의 종류나 혼입율에 따른 차폐성능 변화에 중점을 두고 실험을 수행한 반면, 전도성 재료의 형상이 차폐효과에 미치는 영향에 대해서는 그 연구 수행이 미비하였다.
이에 본 논문에서는 혼입되는 금속섬유의 크기와 단면형상에 따른 모르타르의 전자차폐 성능 변화에 대한 연구를 진행하였다. 시편은 w/c ratio 0.4, c/s ratio 0.5에 혼입 섬유의 단면형상(원형, 판상형, 정삼각형), 섬유직경(0.2, 0.3, 0.4 mm) 및 길이(12, 16, 20, 24, 28 mm)를 달리하여 배합을 실시 하였으며, ASTM D 4935 및 KS C 0304 기준에 따라 시편을 제작하였다. 모르타르의 전자파 차폐효과(Shielding Effectiveness / SE)는 UHF 파 영역대 중 해당 실험기준에 유효한 300 MHz ~ 1,500 MHz 구간을 대상으로 동축형 케이블 측정방법(The coaxial cable method)에 따라 측정하였다.
실험 결과 혼입되는 모르타르의 전자차폐 성능은 금속섬유의 Vf가 높을수록 향상되었으며 이는 기존에 수행된 연구 결과와 동일하다. 또한 전자파 주파수가 높아질수록 전자차폐 성능이 증가 하였는데 이는 전자파의 회절특성이 주파수가 낮을수록 뚜렷해지는 원리에 기인하는 것으로 사료된다. 섬유의 크기 관점에서는 모르타르의 전자파 차폐성능이 혼입되는 섬유의 길이가 길어지거나 직경이 작아질수록 OPC 대비 그 차폐성능이 더욱 향상되었다. 최대 성능이 측정된 배합은 스테인리스 강섬유 직경이 0.2 mm, 길이가 24 mm, Vf 가 0.5vol.% 인 배합으로 OPC 대비 차폐성능이 3.6배 향상되었다. 하지만 혼입되는 섬유의 길이가 길어질 경우 모르타르의 전자차폐 성능이 무조건 향상되지는 않았다. 섬유 직경이 0.2 mm, 길이가 28 mm, Vf 가 0.5 vol.% 인 배합에서는 모르타르 배합과정에서 섬유 뭉침 현상(Fiber ball effect)이 관찰되었는데 이는 섬유의 분산성 저하를 일으켜서 길이가 24 mm인 배합보다 전자차폐 성능이 낮게 측정되었다. 이런 섬유 뭉침 현상은 섬유의 직경이 작아지거나 길이가 길어질수록, 즉 전자차폐 효율이 우수한 섬유일수록 더 뚜렷하게 관찰되었다. 이를 통해 전자차폐 성능 향상을 위해 더 효율성 높은 금속섬유를 사용하려면 배합 과정에서 섬유 분산에 대한 고려가 필요한 것으로 생각된다. 추가적으로 본 논문에서는 섬유 간격계수(Fiber spacing factor) 개념을 활용하여 전자파 차폐효과를 분석하였다. 섬유 간격계수란 섬유 분포의 조밀성을 뜻하는 용어로서 섬유 간격계수가 작다는 것은 섬유 분포가 더 조밀하게 분포되어 있음을 의미한다. 실험 결과 모르타르의 전자파 차폐 성능은 섬유 간격계수가 작을수록 향상되었으며 섬유의 단면형상이 달라져도 그 경향이 일정하게 유지되었다. 이를 통해 섬유의 단면형상이 전자파 차폐성능에 미치는 영향은 섬유 간격계수보다는 제한적이므로 보다 제조비용이 낮은 단면 형상을 선택하는 것이 경제적임을 확인할 수 있다. 마지막으로 본 논문에서는 실험 인자(섬유직경, 섬유길이, 섬유 혼입율)들이 모르타르의 전자차폐 성능에 미치는 영향 수준을 확인하기 위해 회귀분석 및 민감도 분석을 실시하였으며, 분석 결과 섬유 길이가 모르타르의 평균 전자파 차폐율(%)에 상대적으로 가장 큰 영향을 미치며 섬유 혼입율의 영향력이 가장 작다는 것을 확인하였다.