KR101342938B1 - Conductive carbon fibers comprising mineral fibers coated by pitch and the manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 피치로 코팅된 광물질 섬유를 포함하는 전도성 탄소섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열적, 전기적 특성이 우수한 피치를 절연성 광물질 섬유에 코팅하고 탄화함으로써 광물질 섬유에 전도성을 부여하여 기존 고가의 탄소섬유를 대체할 수 있는 경제성이 향상된 새로운 소재를 제공하기 위한 것으로 C/H 몰비가 0.8 내지 3.0인 것을 특징으로 하는 피치로 코팅된 광물질 섬유를 포함하는 전도성 탄소섬유와 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a conductive carbon fiber comprising a mineral fiber coated with a pitch and a method of manufacturing the same, and more particularly, to impart conductivity to the mineral fiber by coating and carbonizing a pitch having excellent thermal and electrical properties on the insulating mineral fiber. In order to provide a new material with improved economical efficiency that can replace the existing expensive carbon fiber, a conductive carbon fiber comprising a mineral fiber coated with a pitch, characterized in that the C / H molar ratio is 0.8 to 3.0 and the manufacturing method It is about.
탄소 성분을 90%이상 함유하고 있는 탄소섬유를 공업적으로 생산하게 된 것은 1959년 이후로 그 역사는 짧은 편이다. 탄소섬유는 유기섬유를 비활성 기체 속에서 가열 및 탄화하여 만들어지는 신소재 섬유로써, 금속보다 가벼우면서 금속에 비해 강도와 탄성이 뛰어나고 내열성, 전도성 또한 좋으며 부식될 우려가 없는 여러 가지 장점을 가지고 있다. 이러한 장점으로 탄소섬유는 낚시대, 골프채, 테니스 라켓, 항공기, 풍력발전기기, 자동차 부품, 토목건축용 자재 등으로 널리 사용되고 있으며, 각종 탄소섬유 강화 복합재료로 그 응용이 폭넓게 전개되고 있기 때문에 전 산업분야에서 탄소섬유의 시장 규모는 해마다 증가할 것으로 보이고 있는 추세이다.The industrial production of carbon fiber containing more than 90% of the carbon content has been short since 1959. Carbon fiber is a new material fiber made by heating and carbonizing an organic fiber in an inert gas. The carbon fiber is lighter than metal and has various strengths and elasticities, good heat resistance, conductivity, and no corrosion. With these advantages, carbon fiber is widely used in fishing rods, golf clubs, tennis rackets, aircraft, wind power generators, automobile parts, civil construction materials, etc., and its application is widely applied to various carbon fiber reinforced composite materials. The market size of carbon fiber is expected to increase year by year.
그러나 탄소섬유는 경제성 면에서 고가인 단점으로 인하여 그 상업적 적용 범위를 제한받고 있으며, 현재 이러한 단점을 보완하여 대체할만한 소재가 없는 실정이다. 또한 종래 유리 섬유와 같은 광물질 섬유는 일반적으로 대량생산 및 상업적 적용이 우수하고 가격 경제성이 좋아 각 산업분야에서 널리 다양하게 이용되어 왔지만, 이러한 광물질 섬유들은 전기전도성이 없어서 전기전도성을 필요로 하는 산업분야에는 적용하기 어려운 문제점이 있었다.However, carbon fiber has been limited in its commercial application range due to its disadvantages in terms of economical efficiency, and currently, there is no substitute material to compensate for this disadvantage. In addition, conventional mineral fiber, such as glass fiber has been widely used in various industries in the mass production and commercial applications and good cost-effectiveness, but these mineral fibers are industrial fields that require electrical conductivity because they do not have electrical conductivity There was a problem that was difficult to apply.
대한민국 등록특허 제10-0715553호(전도성 유리 섬유 및 이를 제조하는 방법)에는 유리 섬유에 전도성을 부여하는 방법으로 전도성 고분자를 유효성분으로 하는 전도층을 형성하여 유리 섬유를 사이징하는 방법이 제시되어 있으나, 고온 조건에서 섬유와 사이징 재료 사이의 계면 결합력이 저하되어 탄소섬유에 비해 성능이 현저하게 부족한 단점을 가지고 있다. 또한 대한민국 등록특허 제10-1038054호(금속 코팅 무기질 섬유 및 그 제조장치)에는 비전도성인 무기질 섬유를 금속으로 코팅하여 전기전도성을 부여하고 있으나, 이는 전기전도성의 향상을 가져오는 반면 코팅하는 금속이 제조비용의 증가를 가져와 경제성을 떨어뜨리고 밀도가 증가하는 단점을 가지고 있다.Republic of Korea Patent No. 10-0715553 (conductive glass fiber and a method of manufacturing the same) is a method of sizing the glass fiber by forming a conductive layer containing the conductive polymer as an active ingredient as a method of imparting conductivity to the glass fiber, In addition, the interfacial bonding force between the fiber and the sizing material is degraded under high temperature conditions, which has a disadvantage in that the performance is significantly shorter than that of the carbon fiber. In addition, the Republic of Korea Patent No. 10-1038054 (metal coating inorganic fiber and its manufacturing apparatus) to give the electrical conductivity by coating the non-conductive inorganic fiber with a metal, which brings the improvement of the electrical conductivity while the coating metal It has the disadvantage of increasing the manufacturing cost, reducing the economic efficiency and increasing the density.
이처럼 광물질 섬유에 전도성을 부여하는 기존의 기술들은 그 성능과 경제성 면에서 많은 문제점들을 가지고 있으며, 고가의 탄소섬유를 대체할만한 대체가능섬유가 없는 과거로부터 요청되어 온 기술적 과제를 해결하기 위하여 탄소섬유의 열적, 전기적 특성을 지니면서 가격 경쟁력이 우수한 새로운 섬유소재의 개발을 필요로 한다.The existing techniques for imparting conductivity to mineral fibers have many problems in terms of performance and economics. In order to solve the technical problems that have been requested from the past, there is no substitute for expensive carbon fibers. There is a need for the development of new fiber materials with thermal and electrical properties and excellent price competitiveness.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 광물질 섬유에 효율적으로 전도성을 부여하고 탄소섬유화하기 위하여 열적, 전기적 특성이 우수한 피치를 이용하여 피치로 코팅된 광물질 섬유를 포함하는 전도성 탄소섬유 및 그 제조방법을 제공함으로써 고가의 탄소섬유를 대체할 수 있는 열적, 전기적 특성과 경제성이 우수한 새로운 섬유소재를 제공하여 상업적 적용 범위를 제한받지 않고 다양한 산업 분야에서 널리 이용될 수 있도록 하기 위하여 본 발명을 완성하였다.The present invention has been made in order to solve the above problems, conductive carbon fiber comprising a mineral fiber coated with a pitch using a pitch excellent in thermal and electrical properties in order to give conductivity to the mineral fiber and carbon fiber efficiently The present invention is to provide a new fiber material with excellent thermal, electrical properties and economical efficiency that can replace expensive carbon fiber by providing a manufacturing method thereof so that it can be widely used in various industrial fields without being limited in the commercial application range Was completed.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 피치로 코팅된 광물질 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 탄소섬유를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a conductive carbon fiber comprising a mineral fiber coated with a pitch.
상기 피치는 C/H 몰비가 0.8 내지 3.0인 것을 특징으로 하며, 상기 광물질 섬유는 800 내지 3,000℃의 내열성을 가지는 유리 섬유, 바잘트 섬유, 현무암 섬유, 세라믹 섬유, 이들의 직물 및 이들의 부직포를 포함하는 군에서 선택되는 것을 특징으로 한다.The pitch is characterized in that the C / H molar ratio of 0.8 to 3.0, the mineral fiber is a glass fiber, basalt fiber, basalt fiber, ceramic fiber, their fabric and nonwoven fabric thereof having a heat resistance of 800 to 3,000 ℃ It is characterized in that it is selected from the group containing.
상기 전도성 탄소섬유는 전도성 카본블랙, 탄소나노튜브 및 그래핀을 포함하는 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 전도성 탄소미립자를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The conductive carbon fiber may further include any one or more conductive carbon fine particles selected from the group consisting of conductive carbon black, carbon nanotubes, and graphene.
또한, 본 발명은 (1) 방향족 탄화수소를 용매로 이용하여 피치를 용해시켜 피치코팅액을 제조하는 단계; (2) 상기 (1)단계에 의해 제조된 피치코팅액에 광물질 섬유를 통과시켜 피치코팅액을 광물질 섬유 표면에 코팅하는 단계; (3) 상기 (2)단계에 의해 피치코팅액으로 코팅된 광물질 섬유를 70 내지 120℃에서 열처리하는 단계; 및 (4) 상기 (3)단계에 의해 열처리된 피치코팅액으로 코팅된 광물질 섬유를 800 내지 3,000℃에서 탄화하여 전도성 탄화섬유를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 탄소섬유 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention (1) dissolving the pitch using an aromatic hydrocarbon as a solvent to prepare a pitch coating liquid; (2) coating the pitch coating liquid on the surface of the mineral fiber by passing the mineral fiber through the pitch coating liquid prepared in step (1); (3) heat-treating the mineral fiber coated with the pitch coating liquid by the step (2) at 70 to 120 ℃; And (4) carbonizing the mineral fiber coated with the pitch coating solution heat-treated in the step (3) at 800 to 3,000 ° C. to produce a conductive carbon fiber. do.
상기 (1)단계에서 피치는 C/H 몰비가 0.8 내지 3.0인 것을 특징으로 하며, 피치코팅액은 방향족 탄화수소 용매 100중량부에 대하여 피치 3 내지 100중량부를 용해시킨 것을 특징으로 한다.In the step (1), the pitch is characterized in that the C / H molar ratio is 0.8 to 3.0, the pitch coating liquid is characterized in that the pitch dissolved 3 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of aromatic hydrocarbon solvent.
상기 (1)단계에서 전도성 카본블랙, 탄소나노튜브 및 그래핀을 포함하는 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 전도성 탄소미립자를 더 첨가하는 것을 특징으로 한다.In the step (1) it is characterized in that it further adds any one or more conductive carbon fine particles selected from the group containing conductive carbon black, carbon nanotubes and graphene.
상기 (2)단계에서 광물질 섬유는 800 내지 3,000℃의 내열성을 가지는 유리 섬유, 바잘트 섬유, 현무암 섬유, 세라믹 섬유, 이들의 직물 및 이들의 부직포를 포함하는 군에서 선택되는 것을 특징으로 한다.The mineral fiber in step (2) is characterized in that it is selected from the group comprising glass fibers, basalt fibers, basalt fibers, ceramic fibers, their fabrics and nonwoven fabrics thereof having a heat resistance of 800 to 3,000 ℃.
상기 (2)단계에서 피치코팅액을 광물질 섬유 표면에 5 내지 100㎛의 두께로 코팅하는 것을 특징으로 한다.In the step (2), the pitch coating liquid is characterized in that the coating on the surface of the mineral fiber with a thickness of 5 to 100㎛.
상기와 같은 본 발명에 따른 피치 코팅된 탄화 광물질 섬유를 포함하는 전도성 탄소섬유는 열적, 전기적 특성이 우수할 뿐만 아니라 가격 경쟁력 또한 우수해 전극재 등의 응용 분야를 포함한 전도성을 필요로 하는 다양한 산업 분야에서 널리 이용될 수 있는 유용한 효과가 있다. 또한 본 발명은 경제성 면에서 고가인 단점으로 인해 그 상업적 적용 범위를 제한받는 탄소섬유를 대체할 수 있는 새로운 소재를 제공해 준다.The conductive carbon fiber including the pitch-coated carbonized mineral fiber according to the present invention as described above is excellent in thermal and electrical properties as well as excellent in price competitiveness and various industrial fields requiring conductivity, including applications such as electrode materials. There are useful effects that can be widely used in. In addition, the present invention provides a new material that can replace the carbon fiber which is limited in its commercial application due to the disadvantages that are expensive in economics.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 피치로 코팅된 광물질 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 탄소섬유를 제공한다.The present invention provides a conductive carbon fiber comprising a mineral fiber coated with a pitch.
이때, 피치는 C/H 몰비가 0.8 내지 3.0, 바람직하게는 1.3 내지 2.5인 것을 탄소 코팅재로 이용하는 것이 최적의 효과를 나타내며, 피치의 전구체(precursor)로 석유계, 석탄계, 메조페이스 피치 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며 이에 한정하는 것은 아니다. 피치의 C/H 몰비는 탄화하는 과정에서 피치 탄소구조를 결정할 수 있는 매우 중요한 인자 중의 하나로써, 피치의 C/H 몰비에 따라 탄화과정 후의 최종 탄소물질의 결정구조가 달라져 그로 인하여 전기적 특성과 같은 물성이 영향을 받게 된다. 따라서 본 발명은 광물질 섬유에 효과적으로 전도성을 부여하기 위하여 최적의 효과를 나타낼 수 있는 피치의 C/H 몰비를 제공하며, 이러한 피치가 코팅된 탄화 광물질 섬유를 이용한 전도성 탄소섬유는 열적, 전기적 특성은 물론 가격 경쟁력 또한 향상되는 유용한 효과를 기대할 수 있다.In this case, the pitch has an optimum effect of using a carbon coating material having a C / H molar ratio of 0.8 to 3.0, preferably 1.3 to 2.5, and a pitch precursor (petroleum), coal based, mesophase pitch or Mixtures may be used, but are not limited to such. The C / H molar ratio of pitch is one of the very important factors that can determine the pitch carbon structure during carbonization. The crystal structure of the final carbon material after carbonization varies according to the C / H molar ratio of the pitch. Physical properties are affected. Therefore, the present invention provides a C / H molar ratio of the pitch that can exhibit the optimum effect in order to effectively give a conductive to the mineral fiber, and the conductive carbon fiber using such a pitch-coated carbide mineral fiber as well as thermal, electrical properties Price competitiveness can also be expected to improve.
이때, 광물질 섬유는 800 내지 3,000℃의 내열성을 가지는 유리 섬유, 바잘트 섬유, 현무암 섬유, 세라믹 섬유, 이들의 직물 및 이들의 부직포를 포함하는 군에서 선택될 수 있으며, 피치가 코팅될 수 있는 섬유의 종류는 특별히 한정되지 않으며 광물질 섬유를 포함한 절연성 섬유를 이용하여 전도성이 부여된 탄화섬유를 제조할 수 있다. 최종적으로 피치가 코팅된 탄화 광물질 섬유의 전도성과 같은 특성에 영향을 미치는 탄화온도는 코팅되는 절연성 광물질 섬유의 종류에 따라 달라지며, 800℃이하에서 탄화하는 경우에는 충분한 전도성을 획득하기 어렵기 때문에 800 내지 3,000℃의 내열성을 가져야 탄화하는 과정에서 광물질 섬유가 손상되지 않고 충분한 전도성을 획득할 수 있다.At this time, the mineral fiber may be selected from the group comprising glass fibers, basalt fibers, basalt fibers, ceramic fibers, their fabrics and nonwoven fabrics thereof having a heat resistance of 800 to 3,000 ℃, fibers that can be coated pitch The type of is not particularly limited, it is possible to manufacture a carbon fiber imparted with conductivity using an insulating fiber including a mineral fiber. Finally, the carbonization temperature, which affects the properties such as conductivity of pitch coated carbide mineral fiber, depends on the type of insulating mineral fiber to be coated. When carbonizing below 800 ° C, it is difficult to obtain sufficient conductivity. It should be heat resistance of 3,000 ℃ to obtain sufficient conductivity without damaging the mineral fiber in the process of carbonization.
이때, 전도성을 증진시키기 위하여 전도성 카본블랙, 탄소나노튜브 및 그래핀을 포함하는 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 전도성 탄소미립자를 탄소 충전제(filler)로 포함할 수 있으며, 필요에 따라 분산제, 소포제 등의 첨가제를 더 포함할 수도 있다.In this case, in order to enhance conductivity, one or more conductive carbon fine particles selected from the group containing conductive carbon black, carbon nanotubes, and graphene may be included as a carbon filler, and a dispersing agent, an antifoaming agent, etc. may be necessary. It may further include an additive.
또한, 본 발명은 (1) 방향족 탄화수소를 용매로 이용하여 피치를 용해시켜 피치코팅액을 제조하는 단계; (2) 상기 (1)단계에 의해 제조된 피치코팅액에 광물질 섬유를 통과시켜 피치코팅액을 광물질 섬유 표면에 코팅하는 단계; (3) 상기 (2)단계에 의해 피치코팅액으로 코팅된 광물질 섬유를 70 내지 120℃에서 열처리하는 단계; 및 (4) 상기 (3)단계에 의해 열처리된 피치코팅액으로 코팅된 광물질 섬유를 800 내지 3,000℃에서 탄화하여 전도성 탄화섬유를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 탄소섬유 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention (1) dissolving the pitch using an aromatic hydrocarbon as a solvent to prepare a pitch coating liquid; (2) coating the pitch coating liquid on the surface of the mineral fiber by passing the mineral fiber through the pitch coating liquid prepared in step (1); (3) heat-treating the mineral fiber coated with the pitch coating liquid by the step (2) at 70 to 120 ℃; And (4) carbonizing the mineral fiber coated with the pitch coating solution heat-treated in the step (3) at 800 to 3,000 ° C. to produce a conductive carbon fiber. do.
이때, 상기 (1)단계에서 피치는 C/H 몰비가 0.8 내지 3.0, 바람직하게는 1.3 내지 2.5인 것을 탄소 코팅재로 이용하는 것이 최적의 효과를 나타내며, 피치의 전구체(precursor)로 석유계, 석탄계, 메조페이스 피치 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며 이에 한정하는 것은 아니다.In this case, in the step (1), the pitch is C / H molar ratio of 0.8 to 3.0, preferably 1.3 to 2.5 to use the carbon coating material exhibits the optimum effect, the precursor of the pitch (precursor), petroleum, coal-based, Mesophase pitch or mixtures thereof may be used, but is not limited thereto.
이때, 상기 (1)단계에서 피치코팅액은 방향족 탄화수소 용매 100중량부에 대하여 피치 3 내지 100중량부, 바람직하게는 3 내지 50중량부, 더욱 바람직하게는 5 내지 25중량부를 용해시키는 것이 최적의 효과를 나타낸다. 피치의 양이 100중량부를 초과하는 경우에는 탄화 후에 강도 등 물성의 저하를 보일 수 있으며, 3중량부 미만인 경우에는 전도성의 향상이 기대치에 미치지 못하는 문제점이 있기 때문이다. 또한, 피치코팅액 제조시 사용 가능한 방향족 탄화수소는 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 피콜린 및 퀴놀린을 포함하는 군에서 선택되는 단독 혹은 이들의 공용매가 있으며, 특별히 이에 한정하는 것은 아니다.At this time, the pitch coating liquid in the step (1) is the optimum effect of dissolving the pitch 3 to 100 parts by weight, preferably 3 to 50 parts by weight, more preferably 5 to 25 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the aromatic hydrocarbon solvent. Indicates. If the amount of the pitch exceeds 100 parts by weight may show a decrease in physical properties such as strength after carbonization, if less than 3 parts by weight, there is a problem that the improvement of conductivity does not meet expectations. In addition, the aromatic hydrocarbons that can be used in the preparation of the pitch coating liquid include benzene, toluene, xylene, picoline and quinoline alone or a co-solvent thereof, but is not particularly limited thereto.
이때, 상기 (1)단계에서 전도성을 증진시키기 위하여 전도성 카본블랙, 탄소나노튜브 및 그래핀을 포함하는 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 전도성 탄소미립자를 탄소 충전제(filler)로 첨가할 수 있으며, 필요에 따라 분산제, 소포제 등의 첨가제를 더 첨가할 수도 있다.In this case, in order to enhance the conductivity in the step (1), any one or more conductive carbon fine particles selected from the group containing conductive carbon black, carbon nanotubes, and graphene may be added as a carbon filler. Therefore, additives, such as a dispersing agent and an antifoamer, can also be added further.
이때, 상기 (2)단계에서 광물질 섬유는 800 내지 3,000℃의 내열성을 가지는 유리 섬유, 바잘트 섬유, 현무암 섬유, 세라믹 섬유, 이들의 직물 및 이들의 부직포를 포함하는 군에서 선택될 수 있으며, 피치가 코팅될 수 있는 섬유의 종류는 특별히 한정되지 않으며 광물질 섬유를 포함한 절연성 섬유를 이용하여 전도성이 부여된 탄화섬유를 제조할 수 있다.At this time, the mineral fiber in the step (2) may be selected from the group comprising glass fibers, bazalt fibers, basalt fibers, ceramic fibers, their fabrics and non-woven fabrics having a heat resistance of 800 to 3,000 ℃, pitch The type of the fiber which can be coated is not particularly limited, and conductive fibers can be produced using insulating fibers including mineral fibers.
이때, 상기 (2)단계에서 피치코팅액을 광물질 섬유 표면에 5 내지 100㎛의 두께로 코팅하는 것을 바람직하다. 코팅 두께가 5㎛미만일 경우 충분한 전도성을 나타내기에 어려움이 있고, 코팅 두께가 100㎛를 초과하는 경우 코팅물질이 외부 충격에 의해 쉽게 부서져 전도성의 저하를 야기할 수 있기 때문이다. 또한 경제적인 측면에서도 적은 양으로 최적의 성능을 발휘할 수 있는 5 내지 100㎛의 코팅 두께가 바람직하다.At this time, it is preferable to coat the pitch coating liquid in the thickness of 5 to 100㎛ on the mineral fiber surface in the step (2). If the coating thickness is less than 5㎛ it is difficult to exhibit sufficient conductivity, and if the coating thickness is more than 100㎛ because the coating material can be easily broken by an external impact to cause a drop in conductivity. In addition, from the economical point of view, a coating thickness of 5 to 100 μm that can exhibit optimal performance in a small amount is desirable.
이때, 상기 (3)단계 열처리 과정에서 온도가 너무 낮으면 제조 시간이 길어지고 반대로 온도가 너무 높으면 용매의 급격한 휘발로 코팅 표면이 매끄럽지 않을 수 있기 때문에 70 내지 120℃에서 열처리하는 것이 바람직하며, 상기 (4)단계 탄화 과정에서 탄화 온도가 너무 낮으면 전도성 획득에 어려움이 있기 때문에 800 내지 3,000℃에서 탄화하는 것이 바람직하다.At this time, if the temperature is too low in the heat treatment step (3), the manufacturing time is long, and if the temperature is too high, the coating surface may not be smooth due to the sudden volatilization of the solvent. If the carbonization temperature is too low in the step (4) carbonization process, it is preferable to carbonize at 800 to 3,000 ° C because of difficulty in obtaining conductivity.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are merely illustrative of the present invention and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these embodiments.
실시예 1.Example 1.
피치로 코팅된 광물질 섬유를 이용하여 전도성 탄소섬유를 제조하기 위하여 전구체(precursor)로 납사분해공정 잔사유를 바탕으로 제조된 C/H 몰비가 1.3인 피치를 사용하였다. 이 피치 5중량%를 용매인 퀴놀린 95중량%에 용해시킨 다음 5㎛로 필터링하여 피치코팅액을 제조하였다. 이렇게 제조된 피치코팅액을 침지탱크에 저장하고 유리 섬유를 침지탱크에 통과시켜 피치코팅액을 유리 섬유 표면에 100㎛의 두께로 코팅한 다음, 룰러에 의해 가열기로 이송시켜서 80 내지 100℃에서 열처리하고 전도성을 부여하기 위하여 800℃에서 15분간 탄화하여 최종적으로 피치가 코팅된 전도성 탄소섬유를 제조하였다.In order to prepare conductive carbon fibers using the pitch-coated mineral fibers, a pitch having a C / H molar ratio of 1.3, which was prepared based on naphtha cracking process residue as a precursor, was used. 5 wt% of this pitch was dissolved in 95 wt% of quinoline as a solvent, and then filtered at 5 μm to prepare a pitch coating solution. The pitch coating liquid thus prepared was stored in an immersion tank and the glass fiber was passed through the immersion tank to coat the pitch coating liquid to a thickness of 100 μm on the surface of the glass fiber. Carbonized at 800 ℃ for 15 minutes to give the final pitch-coated conductive carbon fiber was prepared.
실시예 2.Example 2.
상기 실시예 1의 방법 중 피치코팅액 제조시 피치의 농도 조건을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전도성 탄소섬유를 제조하였다. 이때 피치 10중량%를 용매인 퀴놀린 90중량%에 용해시켰다.Except for the pitch concentration of the pitch coating liquid prepared in the method of Example 1, conductive carbon fibers were prepared in the same manner as in Example 1. At this time, 10 wt% of pitch was dissolved in 90 wt% of quinoline as a solvent.
실시예 3.Example 3.
상기 실시예 1의 방법 중 탄화 조건을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전도성 탄소섬유를 제조하였다. 이때 탄화 조건은 1,000℃에서 15분간 처리하였다.Except for carbonization conditions of the method of Example 1, to prepare a conductive carbon fiber in the same manner as in Example 1. The carbonization conditions were treated for 15 minutes at 1,000 ℃.
실시예 4.Example 4.
상기 실시예 2의 방법 중 탄화 조건을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전도성 탄소섬유를 제조하였다. 이때 탄화 조건은 1,000℃에서 15분간 처리하였다.Except for carbonization conditions in the method of Example 2, to prepare a conductive carbon fiber in the same manner as in Example 1. The carbonization conditions were treated for 15 minutes at 1,000 ℃.
실시예 5.Example 5.
상기 실시예 1의 방법 중 전구체로 콜타르 피치를 이용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전도성 탄소섬유를 제조하였다.A conductive carbon fiber was prepared in the same manner as in Example 1, except that coal tar pitch was used as a precursor in the method of Example 1.
실시예 6.Example 6.
상기 실시예 2의 방법 중 전구체로 콜타르 피치를 이용하는 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법으로 전도성 탄소섬유를 제조하였다.A conductive carbon fiber was manufactured in the same manner as in Example 2, except that coal tar pitch was used as a precursor in the method of Example 2.
실시예 7.Example 7.
상기 실시예 3의 방법 중 전구체로 콜타르 피치를 이용하는 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 방법으로 전도성 탄소섬유를 제조하였다.A conductive carbon fiber was prepared in the same manner as in Example 3, except that coal tar pitch was used as a precursor in the method of Example 3.
실시예 8.Example 8.
상기 실시예 4의 방법 중 전구체로 콜타르 피치를 이용하는 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법으로 전도성 탄소섬유를 제조하였다.A conductive carbon fiber was manufactured in the same manner as in Example 4, except that coal tar pitch was used as a precursor in the method of Example 4.
비교예 1.Comparative Example 1
실시예에 사용되는 유리섬유.Glass fiber used in the examples.
실험예 1.Experimental Example 1
전기전도도의 측정은 Multi-resistivity tester(Fluke Corporation, FLUKE-289)를 사용하여 저항 값을 측정한 후 섬유의 체적을 사용하여 단위 길이당 저항 값을 계산하여 사용하였다. 하기 [표1]은 상기 실시예 1 내지 실시예 8에 의해 제조된 전도성 탄소섬유의 실험결과를 나타낸 값이다.The electrical conductivity was measured using a multi-resistivity tester (Fluke Corporation, FLUKE-289), and then the resistance value per unit length was calculated using the fiber volume. Table 1 below shows the experimental results of the conductive carbon fibers prepared according to Examples 1 to 8.
이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시태양일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.
Having described specific portions of the present invention in detail, it will be apparent to those skilled in the art that this specific description is only a preferred embodiment and that the scope of the present invention is not limited thereby. It will be obvious. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.
Claims (10)
(2) 상기 (1)단계에 의해 제조된 피치코팅액에 광물질 섬유를 통과시켜 피치코팅액을 광물질 섬유 표면에 코팅하는 단계;
(3) 상기 (2)단계에 의해 피치코팅액으로 코팅된 광물질 섬유를 70 내지 120℃에서 열처리하는 단계; 및
(4) 상기 (3)단계에 의해 열처리된 피치코팅액으로 코팅된 광물질 섬유를 800 내지 3,000℃에서 탄화하여 전도성 탄화섬유를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 탄소섬유 제조방법.
(1) dissolving the pitch using an aromatic hydrocarbon as a solvent to prepare a pitch coating solution;
(2) coating the pitch coating liquid on the surface of the mineral fiber by passing the mineral fiber through the pitch coating liquid prepared in step (1);
(3) heat-treating the mineral fiber coated with the pitch coating liquid by the step (2) at 70 to 120 ℃; And
(4) carbonizing the mineral fiber coated with the pitch coating solution heat-treated in the step (3) at 800 to 3,000 ° C. to produce a conductive carbon fiber.
상기 (1)단계에서 피치는 C/H 몰비가 0.8 내지 3.0인 것을 특징으로 하는 전도성 탄소섬유 제조방법.
6. The method of claim 5,
The pitch in step (1) is a conductive carbon fiber manufacturing method, characterized in that the C / H molar ratio is 0.8 to 3.0.
상기 (1)단계에서 피치코팅액은 방향족 탄화수소 용매 100중량부에 대하여 피치 3 내지 100중량부를 용해시킨 것을 특징으로 하는 전도성 탄소섬유 제조방법.
6. The method of claim 5,
The pitch coating solution in the step (1) is conductive carbon fiber manufacturing method, characterized in that to dissolve the pitch 3 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of aromatic hydrocarbon solvent.
상기 (1)단계에서 전도성 카본블랙, 탄소나노튜브 및 그래핀을 포함하는 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 전도성 탄소미립자를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 전도성 탄소섬유 제조방법.
6. The method of claim 5,
The conductive carbon fiber manufacturing method, characterized in that further adding one or more conductive carbon fine particles selected from the group comprising the conductive carbon black, carbon nanotubes and graphene in the step (1).
상기 (2)단계에서 광물질 섬유는 800 내지 3,000℃의 내열성을 가지는 유리 섬유, 바잘트 섬유, 현무암 섬유, 세라믹 섬유, 이들의 직물 및 이들의 부직포를 포함하는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전도성 탄소섬유 제조방법.
6. The method of claim 5,
In the step (2), the mineral fiber is conductive carbon, characterized in that selected from the group consisting of glass fibers, basalt fibers, basalt fibers, ceramic fibers, their fabrics and nonwoven fabrics thereof having a heat resistance of 800 to 3,000 ℃. Fiber manufacturing method.
상기 (2)단계에서 피치코팅액을 광물질 섬유 표면에 5 내지 100㎛의 두께로 코팅하는 것을 특징으로 하는 전도성 탄소섬유 제조방법.
6. The method of claim 5,
The conductive carbon fiber manufacturing method, characterized in that to coat the pitch coating liquid in the thickness of 5 to 100㎛ in the step (2) the mineral fiber surface.
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