KR101814496B1 - Carbon nano tube sizing carbon fiber pellet and manufacturing method thereof - Google Patents

Carbon nano tube sizing carbon fiber pellet and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR101814496B1
KR101814496B1 KR1020160095154A KR20160095154A KR101814496B1 KR 101814496 B1 KR101814496 B1 KR 101814496B1 KR 1020160095154 A KR1020160095154 A KR 1020160095154A KR 20160095154 A KR20160095154 A KR 20160095154A KR 101814496 B1 KR101814496 B1 KR 101814496B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cnt
carbon
kgf
cnts
pellets
Prior art date
Application number
KR1020160095154A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
서정국
김근배
김기천
Original Assignee
(주)씨엔티솔루션
김근배
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)씨엔티솔루션, 김근배 filed Critical (주)씨엔티솔루션
Priority to KR1020160095154A priority Critical patent/KR101814496B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101814496B1 publication Critical patent/KR101814496B1/en

Links

Images

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
    • D06M11/73—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with carbon or compounds thereof
    • D06M11/74—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with carbon or compounds thereof with carbon or graphite; with carbides; with graphitic acids or their salts
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2101/00—Inorganic fibres
    • D10B2101/10—Inorganic fibres based on non-oxides other than metals
    • D10B2101/12—Carbon; Pitch
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2401/00—Physical properties
    • D10B2401/06—Load-responsive characteristics
    • D10B2401/061—Load-responsive characteristics elastic
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2401/00—Physical properties
    • D10B2401/06—Load-responsive characteristics
    • D10B2401/063—Load-responsive characteristics high strength
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2505/00—Industrial
    • D10B2505/02—Reinforcing materials; Prepregs

Abstract

The present invention relates to a carbon fiber pellet in which carbon nanotubes are sized, and a method for manufacturing the same. According to an embodiment of the present invention, the carbon fiber pellet in which the carbon nanotubes are sized comprises: 0.5-7.5 parts by weight of the carbon nanotubes (CNT) based on 100 parts by weight of carbon fibers (CF); and 1-10 parts by weight of a binder based on 100 parts by weight of the CF. The carbon fiber pellet in which the carbon nanotubes are sized, and the method for manufacturing the same of the present invention have the effect of improving tensile strength, flexural strength, a flexural modulus, and impact strength.

Description

탄소나노튜브가 사이징 된 탄소섬유 펠렛 및 이의 제조방법{Carbon nano tube sizing carbon fiber pellet and manufacturing method thereof}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a carbon fiber pellet having a carbon nanotube-

본 발명은 탄소나노튜브(CNT, Carbon nano tube)를 탄소섬유(CF, carbon fiber)와 일체화시킴으로서 경량 및 기능성 소재로서 각광을 받고 있는 CF의 장점을 유지하고, CNT의 장점을 부가하여 각 소재의 효능을 극대화시키고, 각 소재의 단점을 보완하는 신소재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention integrates a carbon nanotube (CNT) with carbon fiber (CF) to maintain the advantages of CF as a lightweight and functional material, Thereby maximizing the efficacy and complementing the disadvantages of each material, and a manufacturing method thereof.

본 발명은 CNT가 사이징(sizing)된 CF 펠렛(pellet) 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 상기 CNT가 CF 100중량부 기준으로 0.5~7.5중량부 포함되며, 바인더(binder)는 CF 100중량부 기준으로 1~10중량부 포함되는 것을 특징으로 하는, CNT가 사이징된 CF 펠렛 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to CF pellets in which CNTs are sized and a method of manufacturing the CF pellets. Specifically, the CNTs are contained in an amount of 0.5 to 7.5 parts by weight based on 100 parts by weight of CF, To about 10 parts by weight based on the weight of the CF pellets, and to a method for producing the CF pellets.

본 발명에 따른 CNT가 사이징된 CF 펠렛 및 이의 제조방법은 상기 CNT가 건식 분산된 상태인 것을 기술적 특징으로 하고 있다.The CF pellets in which the CNTs are sized according to the present invention and the manufacturing method thereof are characterized in that the CNTs are dry-dispersed.

본 발명에 따른 CNT가 사이징된 CF 펠렛 및 이의 제조방법은 상기 CNT의 직경이 15~30nm이며, 직경 1 기준으로 종횡비(Aspect ratio)가 1:500~1:1,000배인 것을 기술적 특징으로 하고 있다.The CF pellet according to the present invention is characterized in that the CNT has a diameter of 15 to 30 nm and an aspect ratio of 1: 500 to 1: 1,000 times the diameter of the CF pellet according to the present invention.

본 발명에 따른 CNT가 사이징된 CF 펠렛 및 이의 제조방법은 CNT와 바인더(binder)가 혼합되는 단계(S10); CNT-바인더 혼합물이 CF에 사이징되는 단계(S20); CNT-바인더 혼합물 사이징 CF가 단일화 되는 단계(S30); 단일화된 CNT-바인더 혼합물 사이징 CF가 건조되는 단계(S40); 건조된 CNT-바인더 혼합물 사이징 CF가 펠렛으로 만들어지는 단계(S50)를 포함하는 제조 방법으로 생산되는 것을 기술적 특징으로 하고 있다.The CNT-sized CF pellet according to the present invention and its manufacturing method include a step (S10) of mixing a CNT and a binder; (S20) the CNT-binder mixture is sized to CF; Step S30 in which the CNT-binder mixture sizing CF is unified; Step (S40) in which the unified CNT-binder mixture sizing CF is dried; And a step (S50) in which the dried CNT-binder mixture sizing CF is pelletized.

본 발명에 따른 CNT가 사이징된 CF 펠렛 및 이의 제조방법은 상기 CNT-바인더 혼합물 사이징 CF가 단일화 되는 단계(S30)에서 단일화 되는 방법은 함침 후 결집시키는 방식인 것을 기술적 특징으로 하고 있다. The CF pellet in which the CNTs are sized according to the present invention and the method for manufacturing the CF pellets according to the present invention are characterized in that the CNT-binder mixture sizing CF is singulated in a single step (S30).

본 발명에 따른 CNT가 사이징된 CF 펠렛 및 이의 제조방법은 상기 단일화된 CNT-바인더 혼합물 사이징 CF가 건조되는 단계(S40)에서 건조되는 방법은 적외선건조이며, 건조되는 온도범위는 150~200℃, 시간범위는 2~5분인 것을 기술적 특징으로 하고 있다. The CF pellet in which the CNTs are sized according to the present invention and the method of manufacturing the CF pellets according to the present invention are characterized in that the method of drying in the step S40 of drying the single CNT-binder mixture sizing CF is infrared drying, And the time range is 2 to 5 minutes.

본 발명에 따른 제조방법을 이용하여 생산된 CF 펠렛은 CNT와 CF 자체의 구조를 그대로 유지하여 안정적으로 CNT와 CF가 혼합되어 있으면서도 표면적이 넓어져 고분자 물질과 혼합하기 용이한 효과가 있으며, 전기전도도, 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성률 및 충격강도 등의 물성이 향상된 효과가 있다.The CF pellets produced using the manufacturing method according to the present invention maintain the structure of CNT and CF itself and stably mix CNT and CF while having a surface area wider so that they can be easily mixed with a polymer material, , Tensile strength, flexural strength, flexural modulus, and impact strength.

본 발명에 따른 제조방법으로 생산된 CNT가 사이징된 CF 펠렛은 촙핑(chopping)을 하지 않은 상태에서 프리프레그(prepreg)용 CF로서 사용하여 섬유형태로 활용할 수도 있고 펠렛 상태에서는 전기전도성 및 기계적 물성 강화 플라스틱 소재로 사용할 수 있으며, 선상 및 면상 발열체 소재로도 사용할 수 있다.The CN pellet-sized CF pellets produced by the process according to the present invention may be used as a CF for prepreg without chopping, and may be used in the form of fibers. In the case of pellets, the electrical conductivity and mechanical properties It can be used as a plastic material, and it can also be used as a linear or plane heating element material.

본 발명에 따른 제조방법으로 생산된 CNT가 사이징된 CF 펠렛은 기존 복합소재 제조공정에서 가장 어려운 과제인, 고분자 대비 20~30배의 겉보기 밀도가 크고 소량에도 전기적·기계적·열적 물성치가 민감한 CNT와 수만 가닥의 섬유로 묶여 촙핑된 CF를 각각 컴파운딩해야 하는 공정을 한 번에 해결하여 소재회사들의 엔지니어링 플라스틱의 성능과 생산성 업그레이드 및 CNT와 CF와의 적용을 다양화하는데 손쉽게 접근할 수 있는 효과가 있다.The CF pellets produced by the method of the present invention have a large apparent bulk density of 20 to 30 times as high as that of the polymer, which is the most difficult problem in the conventional composite material manufacturing process, and CNTs having small electrical, mechanical and thermal properties It is easy to approach the engineering plastics of the material companies by upgrading the performance of the engineering plastics and the application of the CNTs and CFs by solving the process of compounding each of the CFs bundled with tens of thousands of fibers bundled together. .

CNT는 다이아몬드, 플러렌과 같이 탄소로 구성된 탄소 동소체의 일종으로, 하나의 탄소가 다른 탄소원자와 육각형 모양을 이루며 결합되어 있는 흑연면(Graphite sheet)이 원통형으로 감긴 튜브 형태를 이루는 물질이다. 흑연면이 말리는 각도와 형태에 따라 Armchair형과 Zigzag형, Chiral형으로 구분될 수 있으며, 흑연면의 벽 수에 따라 단일벽(SWCNT: Single wall carbon nano tube), 이중벽(DWCNT: Double wall carbon nano tube) 및 다중벽(MWCNT: Multiple wall carbon nano tube)으로 구분할 수 있다. CNT는 직경에 따라 에너지 갭이 달라지고, 가로 세로 길이의 종횡비(aspect ratio)가 크며, 준일차원적 구조를 보유하고 있어 특이한 양자효과를 나타낸다.CNT is a kind of carbon isotope composed of carbon, such as diamond and fullerene, and is a tube-like material in which a graphite sheet in which one carbon is hexagonally connected to another carbon atom is wound in a cylindrical shape. Depending on the angle and shape of the graphite surface, it can be classified as an armchair type, a Zigzag type or a chiral type. Depending on the number of graphite surfaces, a single wall (SWCNT), a double wall carbon nano tube and multiple wall carbon nanotube (MWCNT). The CNTs have different energy gaps according to their diameters, large aspect ratios, and have a quasi one-dimensional structure, thus exhibiting a unique quantum effect.

도 1은 CNT의 구조를 나타낸 것이다. Figure 1 shows the structure of a CNT.

CNT는 구리의 1,000배에 달하는 정도의 전기전도성, 다이아몬드와 동등한 정도의 열전도도, 강철의 100배에 달하는 정도의 강도를 보유하고 있는 등 물성이 뛰어나 다양한 물질의 첨가제로 응용되고 있으며, 정전기 방지, 전자파 차폐, 레이더파 흡수, 차음, 방음, 방열, 발열 등의 기능성이 필요한 제품의 소재로 사용된다. 야구방망이, 골프채 등의 스포츠용품 분야, 가스센서, 광학센서 및 무선센서 등 전기 전자 분야, 유해 가스를 제거하는 필터 등의 바이오 환경 분야 산업에 쓰이고 있는 소재이다.CNT is used as an additive for various materials because it has excellent electrical properties such as electric conductivity of about 1,000 times of copper, thermal conductivity equivalent to that of diamond, and strength of about 100 times that of steel. It is used as a material for products that require functionality such as electromagnetic wave shielding, radar wave absorption, sound insulation, soundproofing, heat radiation, and heat generation. It is a material used in the field of bio-environment such as baseball bat, sporting goods field such as golf club, electric and electronic field such as gas sensor, optical sensor and wireless sensor, and filter for removing harmful gas.

CF는 100% 탄소 원자로 구성된 무기섬유로, 미세한 흑연 결정 구조를 가진 섬유상의 탄소물질을 칭한다. CF는 밀도가 낮아 중량이 강철의 1/4 수준이며, 인장 강도는 강철의 5배 이상이다. 내열성이 높아 3,000℃의 초고온에도 견딜 수 있으며, 내마모성이 높아 1mm3당 800kg의 무게를 지탱할 수 있다. 또한 전기전도도가 높으며, 탄성률이 크고, 가늘고 길어 섬유 형태로 가공이 가능하다. 위와 같은 뛰어난 물성 때문에 CF는 항공기 2차 구조재, 낚싯대, 골프샤프트, 압력용기, 산업기계, 선박, 자동차부품, 풍력발전기 등 매우 다양한 용도로 폭넓게 활용되고 있다. CF is an inorganic fiber composed of 100% carbon atoms and refers to a fibrous carbon material having a fine graphite crystal structure. CF is one-fourth the weight of steel due to its low density and its tensile strength is more than five times that of steel. And to withstand high heat resistance of 3,000 ℃ high temperature, high wear resistance can support the weight of 1mm 3 per 800kg. Also, it has high electrical conductivity, large elastic modulus, and long and thin, it can be processed into fiber form. Due to the excellent properties mentioned above, CF is widely used in a variety of applications such as aircraft secondary structural materials, fishing rods, golf shafts, pressure vessels, industrial machinery, ships, automobile parts and wind turbines.

그런데 CF를 고분자 물질과 혼합하여 사용할시, CF의 전도성이 발휘되려면 CF가 전체 구성비 약 2% 이상 고분자 물질에 사이징되어야 하는데, CF가 제품 내에 다량 함유될수록 그 제품의 표면이 거칠어져 상품가치가 하락한다는 단점이 있다. 반면, CNT는 전체 구성비 약 0.1% 이상 고분자 물질에 사이징되어도 전도성이 발휘될 수 있다. However, when CF is mixed with a polymer material, CF must be sized to about 2% or more of the polymer material in order to exhibit the conductivity of the CF. When the CF is contained in the product in a large amount, the surface of the product becomes coarse, . On the other hand, CNTs can exhibit conductivity even when they are sized to a polymeric material of about 0.1% or more in total composition ratio.

또한 CNT는 nm 단위의 물질로 그 길이를 원하는 만큼 설정할 수 없다는 단점이 있으나, CF는 ㎛ 단위의 물질이므로, CNT와 비교했을 때 길이의 설정이 상대적으로 수월하다는 장점이 있다. In addition, CNT has a disadvantage in that it can not be set to a desired length because it is a material in nm. However, since CF is a material in a unit of μm, it has an advantage that the length can be set relatively easily as compared with CNT.

이와 같이 CNT와 CF는 각각의 단점을 보완할 수 있는 소재들이다. 따라서 상기 소재들을 혼합하거나, 상기 소재들을 각각 고분자 물질과 혼합하여 시너지 효과를 냄으로서 물성을 더욱 향상시키려는 시도가 꾸준히 있어왔다. As such, CNTs and CFs are materials that can complement each other's disadvantages. Therefore, attempts have been made to further improve the physical properties by mixing the materials or mixing the materials with the polymer materials to obtain synergistic effects.

그러나 CNT는 튜브형 구조로 겉보기 밀도가 크며, CF는 수천~수만 가닥의 섬유가 중첩된 선형 구조로, 양자를 각각 고분자 물질과 혼합하거나 양자를 혼합하는 것이 용이하지 않은 실정이다.However, CNT has a tubular structure with a high bulk density, and CF has a linear structure in which thousands to tens of thousands of fibers are superimposed. It is not easy to mix CNTs with polymer materials or to mix CNTs with polymer materials.

따라서 높은 수준의 복합소재 목적을 달성하기 위해서는 많은 양의 필러를 혼합해야 하므로 이를 다루는 기술은 아주 중요하다.Techniques for dealing with this need to be very important because a large amount of filler must be mixed to achieve a high level of composite purpose.

본 발명의 배경기술이 되는 선행기술로 대한민국 등록특허공보 제10-1362026호(2014. 2. 12. 이하 ‘선행기술 1’)가 개시되어 있다.Korean Patent Registration No. 10-1362026 (Apr. 12, 2014, "Prior Art 1") is disclosed as a prior art to be a background technique of the present invention.

선행기술 1은 ‘탄소나노튜브-탄소섬유 하이브리드 필러의 제조방법’에 관한 것으로, 탄소섬유 표면에 탄소나노튜브를 합성하기 위한 촉매를 전기화학적 방법으로 코팅하고, 이를 다시 후처리한 뒤, 탄소나노튜브를 직접 탄소섬유 표면에 물리/화학적으로 합성하는 방법으로 제조하는 방법에 관하여 기재되어 있다.Prior Art 1 relates to a method for producing a carbon nanotube-carbon fiber hybrid filler. The catalyst for synthesizing carbon nanotubes on the surface of a carbon fiber is electrochemically coated, and after the carbon nanotube is post-treated, And a method of physically / chemically synthesizing a tube directly on the surface of a carbon fiber.

하지만 선행기술 1의 탄소나노튜브-탄소섬유 하이브리드 필러의 제조방법은 탄소섬유를 3M 이상의 질산(HNO3), 염산(HCl) 또는 황산(H2SO4) 용액에서 30분 이상 전처리되는 과정을 거치는데, 상기 과정에서 전처리되는 용액들은 모두 강산이다. 이러한 강산을 사용할 경우 산업적으로 환경 문제를 일으킬 우려가 높다.However, in the method of manufacturing the carbon nanotube-carbon fiber hybrid filler of Prior Art 1, the carbon fiber is subjected to the pretreatment for 30 minutes or more in a nitric acid (HNO 3 ), hydrochloric acid (HCl) or sulfuric acid (H 2 SO 4 ) The solutions to be pretreated in the above process are all strong acids. The use of these strong acids is highly likely to cause environmental problems in industry.

이에 본 출원인은, CNT와 CF 자체의 구조를 그대로 유지하여 안정적으로 CNT와 CF가 혼합되면서도 물성이 향상되며, 표면적이 넓어져 고분자 물질과 혼합하기 용이한 효과가 있는 CNT가 사이징된 CF 펠렛 및 이의 제조방법을 제공하기 위하여 본 발명을 안출하게 되었다.The applicant of the present invention has found that the CF pellets in which the CNTs and the CFs themselves are stably retained and the physical properties are improved while mixing the CNTs and CFs and the CNTs having the effect of mixing with the polymeric substances are increased, The present invention has been made to provide a manufacturing method.

대한민국 등록특허공보 제10-1362026호(2014. 2. 12.)Korean Registered Patent No. 10-1362026 (Feb.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 인식하여, CNT와 CF 자체의 구조를 그대로 유지하여 안정적으로 CNT와 CF가 혼합되어 있으면서도 표면적이 넓어져 고분자 물질과 혼합하기 용이한 효과가 있으며, 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성률 및 충격강도 등의 물성이 향상된 효과가 있는 CNT가 사이징된 CF 펠렛 및 이의 제조방법을 제공하기 위하여 본 발명을 안출하게 되었다. The present invention recognizes the problems of the prior art and has the effect of stably maintaining the structure of the CNT and the CF itself so that the CNT and the CF are mixed stably and the surface area is widened to easily mix with the polymer material and the tensile strength, , Flexural modulus and impact strength, and a process for producing the CF pellets.

본 발명은 CNT를 분산 공정을 거치게 하여 반데르발스 힘(van der Waals Force)를 제어함으로써 전기적, 열적, 기계적 물성을 향상시키고 점도를 최대한 낮춘 상태에서 바인더 역할을 하는 물질에 고르게 혼합시켜 CNT가 함유된 바인더를 만들고, 그 다음에 CF를 그 바인더에 함침시켜 사이징하고 촙핑하여 일체형 펠렛을 만드는 것이다. The present invention relates to a process for preparing CNTs by dispersing CNTs to control van der Waals force to improve electrical, thermal and mechanical properties and to minimize the viscosity of CNTs. , Then impregnating the CF with the binder, sizing it, and hopping to make the integral pellet.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 CNT가 CF 100중량부 기준으로 0.5~7.5중량부 포함되며, 바인더는 CF 100중량부 기준으로 1~10중량부 포함되는 것을 기술적 특징으로 하는, CNT가 사이징된 CF 펠렛 및 이의 제조방법을 제공함으로서 기술적 과제를 해결하고자 한다.In order to attain the above object, the present invention provides a CNT, wherein the CNT is contained in an amount of 0.5 to 7.5 parts by weight based on 100 parts by weight of CF and the binder is contained in an amount of 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of CF. And a process for producing the same.

본 발명은 상기 CNT가 건식 분산된 상태인 것을 기술적 특징으로 하는, CNT가 사이징된 CF 펠렛 및 이의 제조방법을 제공함으로서 기술적 과제를 해결하고자 한다.The present invention provides a CNT-sized CF pellet and a method for producing the CNT-sized CF pellet, wherein the CNT is in a dry-dispersed state.

본 발명은 상기 CNT의 직경이 15~30nm이며, 직경 1 기준으로 종횡비(Aspect ratio)가 1:500~1:1,000배인 것을 기술적 특징으로 하는, CNT가 사이징된 CF 펠렛 및 이의 제조방법을 제공함으로서 기술적 과제를 해결하고자 한다.According to the present invention, there is provided a CNT-sized CF pellet having a diameter of 15 to 30 nm and an aspect ratio of 1: 500 to 1: 1,000. We want to solve the technical problem.

본 발명은 CNT와 바인더(binder)가 혼합되는 단계(S10); CNT-바인더 혼합물이 CF에 사이징되는 단계(S20); CNT-바인더 혼합물 사이징 CF가 단일화 되는 단계(S30); 단일화된 CNT-바인더 혼합물 사이징 CF가 건조되는 단계(S40); 건조된 CNT-바인더 혼합물 사이징 CF가 펠렛으로 만들어지는 단계(S50)를 포함하는 제조 방법으로 생산되는 것을 기술적 특징으로 하는, CNT가 사이징된 CF 펠렛 및 이의 제조방법을 제공함으로서 기술적 과제를 해결하고자 한다.The present invention relates to a method of manufacturing a CNT, comprising: (S10) mixing a CNT and a binder; (S20) the CNT-binder mixture is sized to CF; Step S30 in which the CNT-binder mixture sizing CF is unified; Step (S40) in which the unified CNT-binder mixture sizing CF is dried; And a step (S50) in which the dried CNT-binder mixture sizing CF is made into a pellet (S50). The present invention provides a CNT-sized CF pellet and a manufacturing method thereof, .

본 발명은 상기 CNT-바인더 혼합물 사이징 CF가 단일화되는 단계(S30)에서 단일화 되는 방법은 함침 후 결집되는 방식인 것을 기술적 특징으로 하는, CNT가 사이징된 CF 펠렛 및 이의 제조방법을 제공함으로서 기술적 과제를 해결하고자 한다. According to the present invention, there is provided a CNT-sized CF pellet and a method for producing the CNT-binder mixture sizing CF, which are characterized in that the CNT-binder mixture sizing CF is unified in a step S30 .

본 발명은 상기 단일화된 CNT-바인더 혼합물 사이징 CF가 건조되는 단계(S40)에서 건조되는 방법은 적외선 건조이며, 건조되는 온도범위는 150~200℃, 시간범위는 2~5분인 것을 기술적 특징으로 하는, CNT가 사이징된 CF 펠렛 및 이의 제조방법을 제공함으로서 기술적 과제를 해결하고자 한다. The present invention is characterized in that the method of drying the single CNT-binder mixture sizing CF in step S40 is infrared drying, the temperature range is from 150 to 200 DEG C, and the time range is from 2 to 5 minutes. , CNT-sized CF pellets, and a method for producing the same.

본 발명에 따른 제조방법으로 생산된 CNT가 사이징된 CF 펠렛은 CNT와 CF 자체의 구조를 그대로 유지하여 안정적으로 CNT와 CF가 혼합되어 있으면서도 표면적이 넓어져 고분자 물질과 혼합하기 용이한 효과가 있으며, 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성률 및 충격강도 등의 물성이 향상된 효과가 있다.The CNT-sized CF pellets produced by the method of the present invention maintains the structure of CNT and CF itself and stably mixes CNT and CF while facilitating mixing with the polymer material because the surface area is widened. Tensile strength, flexural strength, flexural modulus and impact strength.

본 발명에 따른 제조방법으로 생산된 CNT가 사이징된 CF 펠렛은 촙핑을 하지 않은 상태에서 프리프레그(prepreg)용 CF로서 사용할 수도 있고 펠렛 상태에서는 전기전도성 및 기계적 물성 강화 플라스틱 소재로 사용할 수 있다.The CN pellet-sized CF pellets produced by the production method according to the present invention can be used as prepreg CF without pumping and as a plastic material with electrical conductivity and mechanical properties in a pellet state.

본 발명에 따른 제조방법으로 생산된 CNT가 사이징된 CF 펠렛은 기존 복합소재 제조공정에서 가장 어려운 숙제인, 고분자 대비 20~30배의 겉보기 밀도가 크고 소량에도 물성치가 민감한 CNT와 수만 가닥의 섬유로 묶여 촙핑된 CF을 각각 컴파운딩해야 하는 어려운 숙제를 한 번에 해결해주어 엔지니어링 플라스틱의 업그레이드 및 CF와의 적용을 다양화하는 효과가 있다.The CF pellets produced by the manufacturing method according to the present invention have a large apparent density of 20 to 30 times larger than that of the polymer, which is the most difficult homework in the process of manufacturing a composite material, and CNTs having tensile properties It has the effect of diversifying the application of CF and upgrading the engineering plastic by solving the difficult homework that each bundled and packed CF should be compounded one at a time.

도 1은 CNT의 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 분산 전의 CNT 분자 구조, 불완전 분산된 CNT 분자 구조 및 분산 후의 CNT 분자 구조를 간략화하여 나타낸 것이다.
도 3은 생산 직후의 분산되지 않은 CNT 분자 구조, 분산 직후 CNT 분자 구조 및 분산 후 1년이 경과된 CNT 분자 구조를 SEM(Scanning electron microscope)을 이용하여 50,000배율로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 CNT가 사이징된 CF 펠렛을 시제품화한 형태이다.
도 5는 본 발명에 따른 CNT가 사이징된 CF 펠렛에 포함된 CNT를 시제품화한 형태이다.
도 6은 본 발명에 따른 CNT가 사이징된 CF 펠렛에 포함된 CF를 시제품화한 형태이다.
도 7은 본 발명에 따른 CNT가 사이징된 CF 펠렛을 제조하는 방법을 순서도(S10~S30)로 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 CNT가 사이징된 CF 펠렛을 제조하는 방법을 순서도(S40~S50)로 나타낸 것이다.
도 9는 CNT가 사이징된 CF 펠렛과 CF-바인더 혼합물의 인장강도를 비교한 도표이며, 도표의 가로 수치는 CNT 첨가율을 나타낸 것이고, 도표의 세로 수치는 인장 강도의 정도를 나타낸 것이다.
도 10은 CNT가 사이징된 CF 펠렛과 CF-바인더 혼합물의 굴곡강도를 비교한 도표이며, 도표의 가로 수치는 CNT가 사이징된 CF 펠렛의 CNT 첨가율을 나타낸 것이고, 도표의 세로 수치는 굴곡강도의 정도를 나타낸 것이다.
도 11은 CNT가 사이징된 CF 펠렛과 CF-바인더 혼합물의 굴곡탄성률을 비교한 도표이며, 도표의 가로 수치는 CNT가 사이징된 CF 펠렛의 CNT 첨가율을 나타낸 것이고, 도표의 세로 수치는 굴곡탄성률의 정도를 나타낸 것이다.
도 12는 CNT의 함량별 물성 항목을 비교한 표로서, 표 상단에 기재된 #1 라인은 CNT가 전혀 첨가되지 않은 자동차 부품 시료의 각 물성 항목 수치를 나타낸다. 또한 #2~#5 라인은 CNT가 0.3% 첨가된 자동차 부품 시료의 각 물성 항목 수치를 나타내며, #6 라인은 CNT가 0.5% 첨가된 자동차 부품 시료의 각 물성 항목 수치를 나타낸다.
도 13은 분산 전후 CNT의 전기전도성을 비교한 그래프를 나타낸 것이다.
도 14는 분산 전후 액상 CNT를 복합소재로 사용했을 시의 작업성을 비교한 그래프를 나타낸 것이다.
도 15는 분산 전후 CNT의 함량에 따른 기계적 강도를 비교한 그래프를 나타낸 것이다. Figure 1 shows the structure of a CNT.
Fig. 2 shows a simplified CNT molecular structure before dispersion, an incompletely dispersed CNT molecular structure, and a CNT molecular structure after dispersion.
FIG. 3 is a graph showing the molecular structure of non-dispersed CNT immediately after production, the structure of CNT immediately after dispersion, and the structure of CNT after 1 year of dispersion at 50,000 magnification using a scanning electron microscope (SEM).
FIG. 4 shows a CF pellet in which the CNTs are sized according to the present invention.
FIG. 5 is a view showing a prototype of the CNT contained in the CNT-sized CF pellet according to the present invention.
FIG. 6 is a view showing a prototype of the CF contained in the CF pellet in which the CNTs according to the present invention are sized.
FIG. 7 is a flowchart (S10 to S30) of a method for manufacturing a CNT-sized CF pellet according to the present invention.
8 is a flowchart (S40 to S50) of a method for producing a CF pellet in which a CNT is sized according to the present invention.
Fig. 9 is a graph comparing the tensile strengths of a CNT-sized CF pellet and a CF-binder mixture. The transverse values in the table indicate the CNT addition rates, and the vertical values in the table indicate the degree of tensile strength.
10 is a graph comparing the flexural strengths of the CF pellets and the CF-binder blend in which the CNTs are sized, and the transverse values in the table are the CNT addition ratios of the CNT-sized CF pellets, .
11 is a graph comparing the flexural modulus of the CNT-sized CF pellets with that of the CF-binder mixture. The transverse values in the table indicate the CNT addition rates of the CF pellets in which the CNTs are sized, and the vertical values in the table indicate the degree of flexural modulus .
FIG. 12 is a table comparing properties of CNTs by contents. The line # 1 shown at the top of the table shows the respective physical property values of the automotive parts samples to which CNTs were not added at all. The # 2 to # 5 lines show the physical property values of the automotive parts sample with 0.3% CNT. The # 6 line shows the physical property values of the automotive parts sample with 0.5% CNT.
13 is a graph comparing electric conductivities of CNTs before and after dispersion.
14 is a graph comparing the workability when liquid CNT before and after dispersion is used as a composite material.
15 is a graph comparing mechanical strengths according to the content of CNT before and after dispersion.

이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명은 여기에서 개시되는 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수 있다. 여기에서 개시되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 이하의 실시예들에 의하여 본 발명이 제한되어서는 안 되며, 본 발명의 기술적 사상 및 기술적 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 또는 대체물이 포함되는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. The present invention is not limited to the embodiments disclosed herein, but may be embodied in other forms. The embodiments disclosed herein are provided so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, it should be understood that the present invention is not limited by the following embodiments, and all conversions, equivalents, or alternatives included in the technical idea and technical scope of the present invention are included.

본 발명은 다양한 변환이 가해질 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명한다. 도면들에서 요소의 크기 또는 요소들 사이의 상대적인 크기는 본 발명에 대한 명확한 이해를 위해서 다소 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 도면들에 도시된 요소의 형상이 제조 공정상의 변이 등에 의해서 다소 변경될 수 있다. 따라서 본 명세서에서 개시된 실시예들은 특별한 언급이 없는 한 도면에 도시된 형상으로 한정되어서는 안 되며, 어느 정도의 변형을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated and described in the drawings. The sizes of the elements or the relative sizes between the elements in the figures may be exaggerated somewhat for a clear understanding of the invention. Further, the shape of the elements shown in the drawings may be somewhat modified by variations in the manufacturing process or the like. Accordingly, the embodiments disclosed herein should not be construed as limited to the shapes shown in the drawings unless specifically stated, and should be understood to include some modifications.

한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. On the contrary, the various embodiments of the present invention can be combined with any other embodiments as long as there is no clear counterpoint. Any feature that is specifically or advantageously indicated as being advantageous may be combined with any other feature or feature that is indicated as being preferred or advantageous.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

<실시예 1. CNT-CF 혼합물의 제조>&Lt; Example 1: Preparation of CNT-CF mixture >

1) CNT와 바인더가 혼합되는 단계1) Step of mixing CNT and binder

CNT를 통상적인 방식으로 바인더에 혼합한다. The CNTs are mixed into the binder in a conventional manner.

CNT는 사이징하고자 하는 CF 100중량부 기준으로 0.5~7.5중량부 포함되며, 바인더는 CF 100 중량부 기준으로 1~10중량부 포함될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The CNT is contained in an amount of 0.5 to 7.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the CF to be sized, and the binder may be included in an amount of 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the CF.

이 때, CNT는 분산된 상태인 것을 사용할 수 있다.At this time, CNTs in a dispersed state can be used.

CNT를 최초 생산했을 시, CNT 분자들은 표면의 반데르발스 힘에 의해서 응집을 형성한다. 앞서 언급한 바와 같이 CNT는 육각형 모양을 이루며 결합되어 있는 흑연면이 원통형으로 감긴 튜브 형태로, 그물망과 유사한 3차원적 네트워크 구조로 형성되어 있다. 그러나 CNT 분자에서 응집이 형성되면 이러한 3차원적 네트워크 구조에 단절이 생기며, 3차원적 네트워크에서 얻을 수 있는 이점인 뛰어난 전도성 및 기계적 강도가 저해되며, 불균일한 전기적 특성이 발생될 수 있다. When CNT is first produced, CNT molecules form agglomerates by van der Waals force on the surface. As mentioned above, the CNT is formed into a hexagon-like tube shape in which a graphite surface is wound into a cylindrical shape and has a three-dimensional network structure similar to a network. However, when CNT molecules are agglomerated, such a three-dimensional network structure is cut off, and excellent conductivity and mechanical strength, which are advantages of the three-dimensional network, are impaired and non-uniform electrical characteristics can be generated.

따라서 CNT를 제조한 후에는 분산 공정을 거치는 것이 필요하다. 분산은 CNT 분자를 물리적으로 재배열하는 과정으로 CNT 사용에 필수적인 전처리 가공 공정이다. Therefore, it is necessary to pass the dispersion process after CNT is manufactured. Dispersion is a process of physically rearranging CNT molecules and is a pre-processing step necessary for CNT use.

도 13은 분산 전후 CNT의 전기전도성을 비교한 그래프를 나타낸 것이다. 13 is a graph comparing electric conductivities of CNTs before and after dispersion.

도 13을 살펴보면, 분산 전 CNT A의 표면 저항률(Surface resistivity)은 1.0E+06Ω/□였으며, 분산 후 CNT A의 표면 저항률은 1.0E+02Ω/□였다.Referring to FIG. 13, the surface resistivity of CNT A before dispersion was 1.0E + 06? / ?, and the surface resistivity of CNT A after dispersion was 1.0E + 02? / ?.

또한 분산 전 CNT B의 표면 저항률은 1.0E+07Ω/□였으며, 분산 후 CNT B의 표면 저항률은 1.0E+03Ω/□였다. 분산 전 CNT C의 표면 저항률은 1.0E+04Ω/□였으며 분산 후 CNT C의 표면 저항률은 1.0E+00Ω/□였다. 분산 후 CNT C의 표면 저항률이 분산 전 CNT C의 표면 저항률보다 낮은 것을 발견할 수 있다.The surface resistivity of CNT B before dispersion was 1.0E + 07? /?, And the surface resistivity of CNT B after dispersion was 1.0E + 03? / ?. The surface resistivity of CNT C before dispersion was 1.0E + 04 Ω / □, and the surface resistivity of CNT C after dispersion was 1.0E + 00 Ω / □. It can be found that the surface resistivity of CNT C after dispersion is lower than that of CNT C before dispersion.

즉 CNT를 분산시키면 저항이 낮아져 전기전도성이 높아진다는 결론을 도출할 수 있다.In other words, it can be concluded that dispersion of CNT results in lower electrical resistance and higher electrical conductivity.

CNT 분산시 동일 함량으로 전기전도성이 100~10,000배가 향상될 수 있는 효과가 있으며, 특정 수치의 요구 전도성을 소량의 CNT로도 구현할 수 있으므로 단가가 낮아져 원가 경쟁력을 보유할 수 있다.In the case of CNT dispersion, the electric conductivity can be improved by 100 ~ 10,000 times with the same amount, and since the required conductivity of specific numerical value can be realized with a small amount of CNT, the cost can be lowered and cost competitiveness can be maintained.

CNT 분산으로 균일한 품질이 보장된다. 기존의 카본블랙 또는 그래파이트(Graphite) 등에 비하여 극히 소량이 사용되므로, 청정 요구 제품에 적합하다. CNT dispersion ensures uniform quality. Since it is used in an extremely small amount compared to conventional carbon black or graphite, it is suitable for a product requiring cleanliness.

도 14는 분산 전후 액상 CNT를 복합소재로 사용했을 시의 작업성을 비교한 그래프를 나타낸 것이다.14 is a graph comparing the workability when liquid CNT before and after dispersion is used as a composite material.

도 14를 살펴보면, 분산 전 CNT A의 점도(Centi-poise)는 약 700,000CP였으며, 분산 전 CNT A의 제품 내 백분비는 약 1.5pph였다. 또한 분산 후 CNT A의 점도는 약 800,000CP였으며, 분산 후 CNT A의 제품 내 백분비는 2.5pph였다. Referring to FIG. 14, the centi-poise of CNT A before dispersion was about 700,000 CP, and the product percentage of CNT A before dispersion was about 1.5 pph. In addition, the viscosity of CNT A after dispersion was about 800,000 CP, and the percentage of CNT A in product after dispersion was 2.5 pph.

분산 전 CNT B의 점도는 약 500,000CP였으며, 분산 전 CNT B의 제품 내 백분비는 약 4.5pph였다. 분산 후 CNT B의 점도는 약 600,000CP였으며, 분산 후 CNT B의 제품 내 백분비는 약 5.5pph였다.The viscosity of CNT B before dispersion was about 500,000 CP, and the product of CNT B before dispersion was about 4.5 pph. After dispersion, the viscosity of CNT B was about 600,000 CP, and the percentage of CNT B in the product after dispersion was about 5.5 pph.

분산 전 CNT C의 점도는 약 350,000CP였으며, 분산 전 CNT C의 제품 내 백분비는 약 8pph였다. 분산 후 CNT C의 점도는 약 350,000CP였으며, 분산 후 CNT C의 제품 내 백분비는 약 13pph였다. The viscosity of CNT C before dispersion was about 350,000 CP, and the percentage of CNT C before dispersion was about 8 pph. After dispersion, the viscosity of CNT C was about 350,000 CP, and the percentage of CNT C in the product after dispersion was about 13 pph.

전반적으로 분산 후 CNT C의 점도가 강화되었으며, 제품 내 백분비 역시 향상된 것을 발견할 수 있다.  Overall, the viscosity of CNT C was enhanced after dispersion, and the percentages in the product were also improved.

위와 같이 CNT를 분산하면 액상 CNT 복합소재 생산시 점도, 제품 내 백분비 등 작업성이 높아지는 것을 발견할 수 있다. When CNT is dispersed as described above, it can be seen that the workability such as viscosity and percentage in product is increased when producing liquid CNT composite material.

이러한 CNT의 특성은 고농축 마스터배치(NASEP) 또는 고농축 액상 페이스트, EMI(Electro Magnetic Interference) 흡수용 시트, 페이스트 및 전극용 소재 등의 생산에 적용이 가능하다. The characteristics of such CNTs can be applied to the production of highly concentrated master batches (NASEP), high concentration liquid paste, EMI (Electro Magnetic Interference) absorbing sheet, paste and electrode materials.

도 15는 분산 전후 CNT의 함량에 따른 기계적 강도를 비교한 그래프를 나타낸 것이다. 15 is a graph comparing mechanical strengths according to the content of CNT before and after dispersion.

도 15를 살펴보면, CNT의 첨가율을 1, 3, 5%로 점점 상승시킴에도 불구하고 분산 전 CNT A의 기계적 강도는 초기 3.0kgf·cm/cm에서 3.8kgf·cm/cm, 3.6kgf·cm/cm, 3.0kgf·cm/cm로 점점 하강하는 것을 발견할 수 있다.15, the mechanical strength of CNT A before dispersion increased from 3.8 kgf · cm / cm to 3.6 kgf · cm / cm at the initial 3.0 kgf · cm / cm even though the addition ratio of CNT gradually increased to 1, 3, and 5% cm and 3.0 kgf · cm / cm, respectively.

그러나 분산 후 CNT A의 기계적 강도는 초기 3.0kgf·cm/cm에서 4.4kgf·cm/cm, 4.5kgf·cm/cm, 5.1kgf·cm/cm로 상승되어 가며, 기계적 강도의 수치 역시 현저히 높아진 것을 발견할 수 있다. However, the mechanical strength of CNT A after dispersion increased from 4.4kgf · cm / cm to 5.1kgf · cm / cm at the initial 3.0kgf · cm / cm and the mechanical strength was also significantly increased Can be found.

또한 분산 전 CNT B의 기계적 강도는 초기 3.0kgf·cm/cm에서 4.2kgf·cm/cm, 3.8kgf·cm/cm, 3.5kgf·cm/cm로 점점 하강하는 것을 발견할 수 있다.It is also found that the mechanical strength of CNT B before dispersion gradually decreases from 4.2 kgf · cm / cm, 3.8 kgf · cm / cm and 3.5 kgf · cm / cm at the initial 3.0 kgf · cm / cm.

그러나 분산 후 CNT B의 기계적 강도는 초기 3.0kgf·cm/cm에서 4.4kgf·cm/cm, 4.1kgf·cm/cm, 3.9kgf·cm/cm로 기계적 강도의 수치가 현저히 높아진 것을 발견할 수 있다. However, the mechanical strength of CNT B after dispersion was found to be significantly higher at 4.4kgf · cm / cm, 4.1kgf · cm / cm and 3.9kgf · cm / cm at the initial 3.0kgf · cm / cm .

분산 후 CNT의 기계적 강도가 현저히 증가하며, 강도 증가율이 더 크게 향상되는 것을 발견할 수 있다.It can be seen that the mechanical strength of the CNT after the dispersion remarkably increases and the strength increase rate is further improved.

도 2는 분산 전의 CNT 분자 구조, 불완전 분산된 CNT 분자 구조 및 분산 후의 CNT 분자 구조를 간략화하여 나타낸 것이다. Fig. 2 shows a simplified CNT molecular structure before dispersion, an incompletely dispersed CNT molecular structure, and a CNT molecular structure after dispersion.

도 3은 생산 직후의 분산되지 않은 CNT 분자 구조, 분산 직후 CNT 분자 구조 및 1년 된 CNT 분자 구조를 SEM(Scanning electron microscope)을 이용하여 50,000배율로 나타낸 것이다. FIG. 3 is a graph showing the molecular structure of non-dispersed CNT immediately after production, CNT molecular structure immediately after dispersion, and CNT molecular structure at 1 year using a scanning electron microscope (SEM) at a magnification of 50,000.

분산 방식은 초음파 분산, 볼 밀링(Ball milling) 분산, 용매 또는 분산제를 이용한 분산 등 다양하게 선택될 수 있다. The dispersion method may be variously selected from ultrasonic dispersion, ball milling dispersion, dispersion using a solvent or a dispersing agent.

CNT를 분산할시 바람직하게는 건식 분산을 수행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 건식 분산은 분체만 단독적으로 있는 상태에서 분산장치에서 분산을 수행하고 분산액을 코팅하는 방식으로, 분체를 액상에 넣어서 압력 또는 진동이나 전기적 충격을 가해서 분산을 수행하고 다시 건조시키는 습식 분산의 반대 개념이다. When CNT is dispersed, dry dispersion can be preferably performed, but the present invention is not limited thereto. The dry dispersion is the opposite concept of wet dispersion in which the powder is dispersed in the dispersing device in the state of being solely dispersed and the dispersion is coated, the powder is put into the liquid phase, and the dispersion is performed by applying pressure, vibration or electric shock, .

CNT 직경은 15~30nm이며, 직경 1 기준으로 종횡비(Aspect ratio)가 1:500~1:1,000인 것을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.  The CNT may have a diameter of 15 to 30 nm and an aspect ratio of 1: 500 to 1: 1,000, but the present invention is not limited thereto.

바인더는 PA(Polyamide, 폴리아마이드), 에폭시 및 우레탄 등에서 다양하게 사용될 수 있다. The binder may be variously used in PA (polyamide), epoxy, and urethane.

2) CNT-바인더 혼합물을 CF에 사이징시키는 단계2) sizing the CNT-binder mixture to CF

CNT-바인더 혼합물을 CF에 사이징시킨다. 사이징시키는 방식은 CF를 CNT-바인더 혼합물에 수 분 내지 수 시간 담그는 방식 등 다양한 방식을 사용할 수 있다. The CNT-binder mixture is sized in CF. The sizing method can be carried out by various methods such as immersing CF in a CNT-binder mixture for several minutes to several hours.

이 때 CF는 직경 5~10㎛로 보빈(bobbin)에 1,000~50,000가닥(1~50K)으로 감긴 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 1,000~24,000가닥(1~24K), 더욱 바람직하게는 12,000~24,000가닥(12~24K)으로 감긴 것을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. In this case, the CF may be wound with 1,000 to 50,000 fibers (1 to 50 K) in a bobbin of 5 to 10 μm in diameter, preferably 1,000 to 24,000 fibers (1 to 24 K) It may be wound with 24,000 strands (12 to 24K), but is not limited thereto.

3) CNT-바인더 혼합물 사이징 CF를 단일화시키는 단계3) sizing the CNT-binder mixture CF

CNT-바인더 혼합물 사이징 CF를 단일가닥으로 단일화시킨다. 단일화시키는 방식은 함침 또는 용융 후 압출, 압연, 인발, 압착 등 다양한 가공 방법을 사용할 수 있으며, 복합적으로 2개 이상의 방법을 사용할 수도 있다.CNT-Binder Mixing Sizing CF is singulated into a single strand. Various methods such as extrusion, rolling, drawing, and pressing after impregnation or melting can be used as the unifying method, and more than two methods may be used in combination.

바람직하게는 함침 후 결집하는 방법을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.Preferably, a method of aggregation after impregnation can be used, but is not limited thereto.

4) 단일화된 CNT-바인더 혼합물 사이징 CF를 건조시키는 단계 4) Sizing the unified CNT-binder mixture Step drying the CF

단일화된 CNT-바인더 혼합물 사이징 CF를 건조시킨다. Dry the single CNT-binder mixture sizing CF.

CNT는 탄소의 공유결합에 의해 안정한 결합을 하고 있으며, 극성을 가지지 않기 때문에 물과 같은 극성 용액과는 거의 반응하지 않는다. 따라서 매우 강한 소수성을 가지므로 CNT는 소수성이 필요한 제품에 다른 고분자 소재와 복합되어 사용된다. 하지만 드물게 물이 CNT 내부로 유입되는 경우 매우 빠른 속도로 유입이 진행된다. 따라서 CNT를 건조할시 CNT 내의 수분을 완전히 건조할 수 있어야 한다. CNT has a stable bond by the covalent bond of carbon, and since it has no polarity, it hardly reacts with a polar solution such as water. Therefore, CNTs have very strong hydrophobicity, so CNTs are used in combination with other polymer materials in products requiring hydrophobicity. However, inflow of water into the CNT rarely proceeds very quickly. Therefore, when drying the CNT, it is necessary to completely dry the water in the CNT.

건조 방법은 적외선건조, 진공건조, 열풍건조, 고주파건조, 마이크로 웨이브건조 및 동결건조 등 다양한 방식으로 수행될 수 있으며, 바람직하게는 적외선건조 방식으로 온도범위 150~200℃ 및 시간범위 2~5분에서 건조가 수행될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The drying method may be carried out by various methods such as infrared drying, vacuum drying, hot air drying, high frequency drying, microwave drying and freeze drying. Preferably, the drying is carried out by using an infrared drying method in a temperature range of 150 to 200 ° C and a time range of 2 to 5 minutes Drying may be performed, but is not limited thereto.

적외선건조는 적외선의 복사 에너지를 건조의 열원으로 이용하는 건조법을 말한다. 적외선의 열원으로는 보통 전기 또는 가스가 이용되는데, 전기를 이용할 경우에는 적외선 전구나 금속 또는 비금속의 저항 발열체가 사용되고, 가스를 이용할 경우에는 가스의 불꽃으로 내화물, 금속판 또는 금속관을 강열한 후 그 복사를 이용한다.Infrared drying refers to a drying method using infrared radiation as a heat source for drying. The heat source of the infrared rays is usually electricity or gas. When electricity is used, an infrared ray bulb, a metal or non-metal resistance heating element is used. When gas is used, the refractory, metal plate, .

적외선건조는 적외선의 복사 에너지를 이용하므로 재료 자체의 온도나 건조 속도를 임의로 조절할 수 있어 건조 속도를 빠르게 할 수 있으며, 복사된 면을 선택적, 집중적으로 가열할 수 있다는 장점이 있다.Infrared drying uses the radiant energy of the infrared rays, so that the temperature and the drying speed of the material itself can be arbitrarily adjusted, thereby making it possible to speed up the drying and to selectively and intensively heat the copied surface.

따라서 적외선건조 방식을 사용하여 CNT-바인더 혼합물 사이징 CF의 건조를 수행하면 CNT-바인더 혼합물 사이징 CF 내의 수분이 효과적으로 증발되는 효과가 있다. Thus, drying of the CNT-binder mixture sizing CF using an infrared drying method has the effect of effectively evaporating moisture in the CNT-binder mixture sizing CF.

대표적인 건조방법인 열풍건조는 고온의 바람을 이용하여 제품을 건조시키는 방법이나, 적외선 건조 방법을 사용하여 건조하였을시보다 건조 후의 함수율이 높다.Hot-air drying, which is a typical drying method, is a method of drying a product using high-temperature wind, but it has a higher water content after drying than when drying using an infrared drying method.

5) 건조된 CNT-바인더 혼합물 사이징 CF가 펠렛으로 만들어지는 단계5) sizing of the dried CNT-binder mixture step in which the CF is pelletized

건조된 CNT-바인더 혼합물 사이징 CF를 촙핑하여 펠렛을 제조한다.Mix the dried CNT-binder mixture CF to produce pellets.

CNT-바인더 혼합물 사이징 CF를 펠렛으로 만들기 전, 건조된 CNT-바인더 혼합물 사이징 CF를 권선한 상태에서 펠렛으로 만들 수 있다.CNT-Binder Mixing Sizing Before pelleting the CF, the dried CNT-binder mixture sizing CF can be pelletized with the coil wound.

또한 펠렛 제조시 일단 50~100cm 등 큰 단위로 절단한 후 재절단하여 펠렛으로 만들거나, 바로 펠렛으로 만드는 등 여러 가지 방법을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The pellet may be cut into large units such as 50 to 100 cm, and then cut into pellets or directly pelletized. However, the present invention is not limited thereto.

또한 CF 펠렛의 길이는 다양하게 설정될 수 있으며, 바람직하게는 1~20mm으로 설정될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.   Further, the length of the CF pellets can be set to various values, preferably 1 to 20 mm, but is not limited thereto.

도 4는 본 발명에 따른 CNT가 사이징된 CF 펠렛을 시제품화한 형태이다.FIG. 4 shows a CF pellet in which the CNTs are sized according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 CF 펠렛에 포함된 CNT를 시제품화한 형태이다.FIG. 5 is a view showing a prototype of the CNT contained in the CF pellet according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 CF 펠렛에 포함된 CF를 시제품화한 형태이다.Figure 6 is a prototype of CF contained in a CF pellet according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 CNT가 사이징된 CF 펠렛을 제조하는 방법을 순서도로 나타낸 것이다.FIG. 7 is a flowchart showing a method of manufacturing a CNT-sized CF pellet according to the present invention.

<실험예 1. CNT 첨가 전후의 인장강도 비교> <Experimental Example 1> Comparison of tensile strength before and after addition of CNT>

1) 실험 방법 및 결과1) Experimental methods and results

CF-바인더 혼합물에 CNT를 첨가하기 전후의 인장강도를 비교하는 실험을 수행하였다.Experiments were performed to compare the tensile strength before and after the addition of CNT to the CF-binder mixture.

인장강도란 항장력이라고도 한다. 시험편에 하중을 가할시 시험편은 하중에 비례하여 늘어나는데, 이 때 늘어나는 값에서 최대하중 M을 시험편의 원래 단면적으로 나눈 값을 인장강도라 지칭한다.Tensile strength is also called tensile strength. When a load is applied to a specimen, the specimen is stretched in proportion to the load. The value obtained by dividing the maximum load M by the original cross-sectional area of the specimen at the stretched value is called a tensile strength.

실험군으로는 실시예 1에 기재된 제조방법으로 제조된 CF 펠렛이 사용되었으며, 비교군으로는 CF-바인더 혼합물이 사용되었다. 또한 양 군의 바인더로는 PA6이 사용되었다.CF pellets prepared by the preparation method described in Example 1 were used as an experimental group, and a CF-binder mixture was used as a comparative group. Also, PA6 was used as a binder in both groups.

실험군인 CNT가 사이징된 CF 펠렛의 CNT 용량은 각각 0.3%, 0.5%, 0.8%, 1.0% 및 1.5%로 조절하여 비교하였다.The experimental group, CNT, of the sized CF pellet The CNT capacities were adjusted to 0.3%, 0.5%, 0.8%, 1.0% and 1.5%, respectively.

도 8은 CNT가 사이징된 CF 펠렛과 CF-바인더 혼합물의 인장강도를 비교한 도표이며, 도표의 가로 수치는 CNT 첨가율을 나타낸 것이고, 도표의 세로 수치는 인장 강도의 정도를 나타낸 것이다.FIG. 8 is a graph comparing the tensile strengths of the CNT-sized CF pellet and the CF-binder mixture. The transverse values in the table indicate the CNT addition rates, and the vertical values in the table indicate the degree of tensile strength.

또한 도표의 점선은 실험군인 CNT가 사이징된 CF 펠렛을 나타낸 것이며, 도표의 실선은 CF-바인더 혼합물을 나타낸 것이다. Also, the dotted line in the diagram shows the CF pellet in which the experimental CNTs are sized, and the solid line in the diagram shows the CF-binder mixture.

도 8을 토대로 살펴보면, CF-바인더 혼합물에 CNT를 첨가하기 전에는 양 군 모두 인장강도가 694.62kgf/cm2로 동일한 것을 알 수 있다. 8, it can be seen that before adding CNT to the CF-binder mixture, both groups had the same tensile strength of 694.62 kgf / cm 2 .

그러나 CNT가 0.3% 첨가된 CF 펠렛의 인장강도는 789.48kgf/cm2로, CF-바인더 혼합물의 인장강도인 718.08kgf/cm2보다 더 높은 수치를 보였다. However, the tensile strength of CF pellets with 0.3% CNT was 789.48 kgf / cm 2 , which was higher than the tensile strength of CF-binder mixture of 718.08 kgf / cm 2 .

또한 CNT가 0.5% 첨가된 CF 펠렛의 인장강도는 779.28kgf/cm2로, CF-바인더 혼합물의 인장강도인 759.9kgf/cm2보다 더 높은 수치를 보였다.In addition, the tensile strength of CF pellets with 0.5% CNT was 779.28 kgf / cm 2 , which was higher than the tensile strength of CF-binder mixture of 759.9 kgf / cm 2 .

또한 CNT가 0.8% 첨가된 CF 펠렛의 인장강도는 CNT가 0.3% 및 0.5% 첨가된 CF 펠렛보다 인장강도가 약간 낮아졌으나, 677.28kgf/cm2로 CF-바인더 혼합물의 인장강도인 676.26kgf/cm2보다 더 높은 수치를 보였다.In addition, the tensile strength of CF pellets with 0.8% CNT was slightly lower than that of CF pellets with 0.3% and 0.5% CNT but 677.28 kgf / cm 2 at 676.26 kgf / cm 2 2 , respectively.

또한 CNT가 1.0% 첨가된 CF 펠렛의 인장강도는 다시 높아져 781.32kgf/cm2로, CF-바인더 혼합물의 인장강도인 752.76kgf/cm2보다 더 높은 수치를 보였다.In addition, the tensile strength of CF pellets with 1.0% CNT increased again to 781.32 kgf / cm 2 , which was higher than the tensile strength of CF-binder mixture of 752.76 kgf / cm 2 .

또한 CNT가 1.5% 첨가된 CF 펠렛의 인장강도는 714kgf/cm2로, CF-바인더 혼합물의 인장강도인 658.92kgf/cm2보다 더 높은 수치를 보였다.In addition, the tensile strength of CF pellets with 1.5% CNT was 714 kgf / cm 2 , which was higher than the tensile strength of CF-binder mixture of 658.92 kgf / cm 2 .

실험예 1의 실험 결과를 토대로, 전반적으로 CNT가 첨가된 CF 펠렛의 인장강도가 CF-바인더 혼합물의 인장강도보다 더 높다는 결론을 도출할 수 있다. Based on the experimental results of Experimental Example 1, it can be concluded that the tensile strength of the CF pellets to which the CNT is added in general is higher than the tensile strength of the CF-binder mixture.

<실험예 2. CNT 첨가 전후의 굴곡강도 비교><Experimental Example 2> Comparison of flexural strength before and after CNT addition>

1) 실험 방법 및 결과1) Experimental methods and results

CF-바인더 혼합물에 CNT를 첨가하기 전후의 굴곡강도를 비교하는 실험을 수행하였다.Experiments were performed to compare the flexural strengths before and after the addition of CNT to the CF-binder mixture.

굴곡강도란 주로 섬유, 실 또는 직물 등에서 측정하는 특성으로, 일정한 속도도 섬유, 실 또는 직물을 굴곡시켰을시 굴곡에 대한 저항력을 지칭한다. 재료의 한 곳을 기계적으로 접어 굴곡시키는 것을 반복하여 몇 회만에 절단되는지 측정하여 비교한다.Flexural strength is a property measured mainly in fibers, yarns or fabrics and refers to the resistance to bending when a fiber, yarn or fabric is bent at a constant speed. Repeat the bending of one piece of material mechanically to determine how many times it is cut and compare.

실험예 1과 동일하게, 실험군으로는 실시예 1에 기재된 제조방법으로 제조된 CNT가 사이징된 CF 펠렛이 사용되었으며, 비교군으로는 CF-바인더 혼합물이 사용되었다. 양 군의 바인더로는 PA6이 사용되었다.In the same manner as in Experimental Example 1, CF pellets in which the CNTs prepared by the manufacturing method described in Example 1 were used were used as test groups, and a CF-binder mixture was used as a comparative group. PA6 was used as a binder in both groups.

실험군인 CF 펠렛의 CNT 용량은 각각 0.3%, 0.5%, 0.8%, 1.0% 및 1.5%로 조절하여 비교하였다.The experimental group, CF pellet The CNT capacities were adjusted to 0.3%, 0.5%, 0.8%, 1.0% and 1.5%, respectively.

도 9는 CNT가 사이징된 CF 펠렛과 CF-바인더 혼합물의 굴곡강도를 비교한 도표이며, 도표의 가로 수치는 CNT가 사이징된 CF 펠렛의 CNT 첨가율을 나타낸 것이고, 도표의 세로 수치는 굴곡강도의 정도를 나타낸 것이다.Fig. 9 is a graph comparing the flexural strengths of the CF pellets and the CF-binder blend in which the CNTs are sized, and the transverse values in the table are the CNT addition ratios of the CNT-sized CF pellets. .

또한 도표의 점선은 실험군인 CNT가 사이징된 CF 펠렛을 나타낸 것이며, 도표의 실선은 CF-바인더 혼합물을 나타낸 것이다. Also, the dotted line in the diagram shows the CF pellet in which the experimental CNTs are sized, and the solid line in the diagram shows the CF-binder mixture.

도 9를 토대로 살펴보면, CF-바인더 혼합물에 CNT를 첨가하기 전에는 양 군 모두 굴곡강도가 958.8kgf/cm2로 동일한 것을 발견할 수 있다. Based on FIG. 9, it can be seen that the flexural strengths of both groups are equal to 958.8 kgf / cm 2 before adding CNT to the CF-binder mixture.

그러나 CNT가 0.3% 첨가된 CF 펠렛의 굴곡강도는 1,060.8kgf/cm2로, CF-바인더 혼합물의 굴곡강도인 588.54kgf/cm2보다 훨씬 더 높은 수치를 보였다. However, the flexural strength of the CNT CF pellets is 0.3% showed a much higher value than in 1,060.8kgf / cm 2, the flexural strength of 588.54kgf / cm 2 CF- the binder mixture.

또한 CNT가 0.5% 첨가된 CF 펠렛의 굴곡강도는 1,030.2kgf/cm2로, CF-바인더 혼합물의 굴곡강도인 842.52kgf/cm2보다 더 높은 수치를 보였다.In addition, the flexural strength of CF pellets with 0.5% CNT was 1,030.2 kgf / cm 2 , which was higher than the flexural strength of CF-binder mixture of 842.52 kgf / cm 2 .

또한 CNT가 0.8% 첨가된 CF 펠렛의 굴곡강도는 999.6kgf/cm2로 CF-바인더 혼합물의 굴곡강도인 897.6kgf/cm2보다 더 높은 수치를 보였다.In addition, the flexural strength of CF pellets with 0.8% CNT was 999.6 kgf / cm 2 , which was higher than the flexural strength of CF-binder mixture of 897.6 kgf / cm 2 .

또한 CNT가 1.0% 첨가된 CF 펠렛의 굴곡강도는 다시 높아져 864.96kgf/cm2로, CF-바인더 혼합물의 굴곡강도인 851.7kgf/cm2보다 더 높은 수치를 보였다.In addition, the flexural strength of the CF pellets with 1.0% CNT increased again to 864.96 kgf / cm 2 , which was higher than the flexural strength of CF-binder mixture of 851.7 kgf / cm 2 .

또한 CNT가 1.5% 첨가된 CF 펠렛의 굴곡강도는 960.84kgf/cm2로, CF-바인더 혼합물의 굴곡강도인 717.06kgf/cm2보다 더 높은 수치를 보였다.In addition, the flexural strength of CF pellets with 1.5% CNT was 960.84 kgf / cm 2 , which was higher than the flexural strength of CF-binder mixture of 717.06 kgf / cm 2 .

실험예 2의 실험 결과를 토대로, 전반적으로 CNT가 첨가된 CF 펠렛의 굴곡강도가 CF-바인더 혼합물의 굴곡강도보다 더 높다는 결론을 도출할 수 있다.Based on the experimental results of Experimental Example 2, it can be concluded that the flexural strength of the CF pellets to which the CNT is added is higher than the flexural strength of the CF-binder mixture.

<실험예 3. CNT 첨가 전후의 굴곡탄성률 비교> <Experimental Example 3> Comparison of flexural modulus before and after CNT addition>

1) 실험 방법 및 결과1) Experimental methods and results

CF-바인더 혼합물에 CNT를 첨가하기 전후의 굴곡탄성률을 비교하는 실험을 수행하였다.Experiments were performed to compare the flexural modulus before and after the addition of CNT to the CF-binder mixture.

굴곡탄성률은 외부로부터 특정 힘을 받아 굴곡된 물체가 특정 힘이 사라졌을시 다시 본 모양으로 돌아가려 하는 정도를 나타낸 비율을 지칭한다.The flexural modulus refers to the rate at which a bent object undergoes a specific force from the outside to return to its original shape when a specific force disappears.

실험예 1 및 2와 동일하게, 실험군으로는 실시예 1에 기재된 제조방법으로 제조된 CF 펠렛이 사용되었으며, 비교군으로는 CF-바인더 혼합물이 사용되었다. 또한 양 군의 바인더로는 PA6이 사용되었다.As in Experimental Examples 1 and 2, CF pellets prepared by the manufacturing method described in Example 1 were used as an experiment group, and a CF-binder mixture was used as a comparative group. Also, PA6 was used as a binder in both groups.

실험군인 CF 펠렛의 CNT 용량은 각각 0.3%, 0.5%, 0.8%, 1.0% 및 1.5%로 조절하여 비교하였다.The experimental group, CF pellet The CNT capacities were adjusted to 0.3%, 0.5%, 0.8%, 1.0% and 1.5%, respectively.

도 10은 CF 펠렛과 CF-바인더 혼합물의 굴곡탄성률을 비교한 도표이며, 도표의 가로 수치는 CF 펠렛의 CNT 첨가율을 나타낸 것이고, 도표의 세로 수치는 굴곡탄성률의 정도를 나타낸 것이다.10 is a graph comparing the flexural modulus of the CF pellets with the CF-binder mixture. The transverse values of the graphs show the CNT addition rates of the CF pellets, and the vertical numerical values of the graphs show the flexural modulus.

또한 도표의 점선은 실험군인 CF 펠렛을 나타낸 것이며, 도표의 실선은 CF-바인더 혼합물을 나타낸 것이다. The dashed line in the diagram shows the CF pellet in the experimental group, and the solid line in the diagram shows the CF-binder mixture.

도 10을 토대로 살펴보면, CF-바인더 혼합물에 CNT를 첨가하기 전에는 양 군 모두 굴곡탄성률이 22,542kgf/cm2로 동일한 것을 발견할 수 있다. 10, it can be seen that the flexural modulus of both groups is equal to 22,542 kgf / cm 2 before adding CNT to the CF-binder mixture.

그러나 CNT가 0.3% 첨가된 CF 펠렛의 굴곡탄성률은 26,622kgf/cm2로, CF-바인더 혼합물의 굴곡탄성률인 11,220kgf/cm2보다 매우 높은 수치를 보였다. However, the flexural modulus of the CNT was added 0.3% CF pellets showed a very high value in 26,622kgf / cm 2, the flexural modulus than the 11,220kgf / cm 2 CF- the binder mixture.

또한 CNT가 0.5% 첨가된 CF 펠렛의 굴곡탄성률은 22,746kgf/cm2로, CF-바인더 혼합물의 굴곡탄성률인 18,666kgf/cm2보다 더 높은 수치를 보였다.In addition, the flexural modulus of CF pellets with 0.5% CNT was 22,746 kgf / cm 2 , which was higher than the flexural modulus of CF-binder mixture of 18,666 kgf / cm 2 .

또한 CNT가 0.8% 첨가된 CF 펠렛의 굴곡탄성률은 23,154kgf/cm2로 CF-바인더 혼합물의 굴곡탄성률인 22,338kgf/cm2보다 더 높은 수치를 보였다.In addition, the flexural modulus of the CF pellets with 0.8% CNT was 23,154 kgf / cm 2 , which was higher than the flexural modulus of the CF-binder mixture of 22,338 kgf / cm 2 .

또한 CNT가 1.0% 첨가된 CF 펠렛의 굴곡탄성률은 17,748kgf/cm2로, CF-바인더 혼합물의 굴곡탄성률인 19,584kgf/cm2보다 일시적으로 낮은 수치를 보였다.In addition, the flexural modulus of the CF pellet the CNT is added to 1.0% showed a temporarily lower a 17,748kgf / cm 2, the flexural modulus than the 19,584kgf / cm 2 CF- the binder mixture.

또한 CNT가 1.5% 첨가된 CNT-바인더 혼합물 사이징 CF의 굴곡탄성률이 22,848kgf/cm2로, CF-바인더 혼합물의 굴곡탄성률인 15,912kgf/cm2보다 더 높은 수치를 보였다.In addition, the flexural modulus of the CNT-binder mixture sizing CF with 1.5% CNT was 22,848 kgf / cm 2 , which was higher than the flexural modulus of the CF-binder mixture 15,912 kgf / cm 2 .

실험예 3의 실험 결과를 토대로, 전반적으로 CNT가 첨가된 CNT-바인더 혼합물 사이징 CF의 굴곡탄성률이 CF-바인더 혼합물의 굴곡탄성률보다 더 높다는 결론을 도출할 수 있다.Based on the experimental results of Experimental Example 3, it can be concluded that the flexural modulus of the CNT-binder mixture sizing CF to which the CNT is added is higher than the flexural modulus of the CF-binder mixture.

<실험예 4. CNT-CF 함량별 물성비교><Experimental Example 4> Comparison of physical properties by CNT-CF content>

1) 실험 방법 및 결과1) Experimental methods and results

CF, CNT, PA 및 기타 성분을 혼합하고, CNT와 기타 성분의 함량을 조절하여 제조한 자동차 부품의 물성을 비교하는 실험을 수행하였다.Experiments were conducted to compare the physical properties of automobile parts manufactured by mixing CF, CNT, PA, and other components and controlling the content of CNT and other components.

실험군으로는 CNT가 0.3% 첨가된 자동차 부품 시료 4군, CNT가 0.5% 첨가된 자동차 부품 시료 1군을 설정하였으며, 비교군으로는 CNT의 첨가 효과를 비교하기 위하여 CNT를 전혀 첨가되지 않은 자동차 부품 시료를 1군 설정하여, 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성률 및 충격강도를 각각 실험하였다. As experimental groups, 4 groups of auto parts with 0.3% CNT and 1 group of auto parts with 0.5% CNT were set. To compare the effect of CNT addition, Tensile strength, flexural strength, flexural modulus, and impact strength were measured by setting the samples in the first group.

충격강도는 물체에 충격하중을 적용할 때 물체가 파괴에 저항하는 능력을 지칭한다.Impact strength refers to the ability of an object to resist fracture when an impact load is applied to the object.

도 11은 CNT의 함량별 물성 항목을 비교한 표로서, 표 상단에 기재된 #1 라인은 CNT가 전혀 첨가되지 않은 자동차 부품 시료의 각 물성 항목 수치를 나타낸다. 또한 #2~#5 라인은 CNT가 0.3% 첨가된 자동차 부품 시료의 각 물성 항목 수치를 나타내며, #6 라인은 CNT가 0.5% 첨가된 자동차 부품 시료의 각 물성 항목 수치를 나타낸다.11 is a table comparing properties of CNTs by contents. The line # 1 shown at the top of the table shows the respective physical property values of the automotive parts samples to which CNTs were not added at all. The # 2 to # 5 lines show the physical property values of the automotive parts sample with 0.3% CNT. The # 6 line shows the physical property values of the automotive parts sample with 0.5% CNT.

도 11을 토대로 하여 살펴보면, CNT가 첨가되지 않은 자동차 부품 시료의 인장강도는 1,448kgf/cm2였으나, CNT가 0.3% 첨가된 자동차 부품 시료4군의 인장강도는 각각 1,652kgf/cm2, 1,652kgf/cm2, 1,581kgf/cm2, 1,710kgf/cm2로 CNT를 첨가하지 않았을 때보다 현저히 높아졌음을 알 수 있다. 또한 CNT가 0.5% 첨가된 자동차 부품 시료의 인장강도는 1,631kgf/cm2로, CNT가 0.3% 첨가된 자동차 부품 시료의 인장강도보다는 낮았으나 CNT가 첨가되지 않은 자동차 부품 시료의 인장강도보다는 높은 것을 발견할 수 있다. 11, the tensile strength of the automobile parts sample to which CNT was not added was 1,448 kgf / cm 2, but the tensile strengths of the automobile parts sample group 4 to which CNT was added 0.3% were 1,652 kgf / cm 2 and 1,652 kgf / cm 2, it can be seen 1,581kgf / cm 2, markedly higher than jyeoteum did not add CNT to 1,710kgf / cm 2. In addition, the tensile strength of the automobile parts sample with 0.5% CNT was 1,631 kgf / cm 2, which was lower than the tensile strength of the automobile parts sample with 0.3% CNT but higher than the tensile strength of the automobile parts sample without CNT Can be found.

또한 CNT가 첨가되지 않은 자동차 부품 시료의 굴곡강도는 2,223kgf/cm2였으나, CNT가 0.3% 첨가된 자동차 부품 시료의 굴곡강도는 각각 2,305kgf/cm2, 2,600kgf/cm2, 2,498kgf/cm2 및 2,320kgf/cm2로 CNT가 첨가되지 않았을 때보다 현저히 높아졌음을 알 수 있다. 또한 CNT가 0.5% 첨가된 자동차 부품 시료의 굴곡강도는 2,376kgf/cm2로, CNT가 0.3% 첨가된 자동차 부품 시료의 굴곡강도보다는 낮았으나 CNT가 첨가되지 않은 자동차 부품 시료의 굴곡강도보다는 높은 것을 발견할 수 있다. In addition, the flexural strength of automotive parts without CNT is 2,223 kgf / cm2, But the flexural strength of automobile parts samples with 0.3% CNT added were 2,305 kgf / cm2, 2,600 kgf / cm2, 2,498 kgf / cm2 And 2,320 kgf / cm2Which is significantly higher than when CNT was not added. In addition, the flexural strength of the automotive parts sample with 0.5% CNT was 2,376 kgf / cm2, Which is lower than the flexural strength of the automotive parts sample with 0.3% CNT added, but higher than the flexural strength of the automotive parts sample without CNT added.

또한 CNT가 첨가되지 않은 자동차 부품 시료의 굴곡탄성률은 92,213kgf/cm2였으나, CNT가 0.3% 첨가된 자동차 부품 시료의 굴곡탄성률은 각각 103,328kgf/cm2, 123,131kgf/cm2, 131,676kgf/cm2 및 121,831kgf/cm2로 CNT가 첨가되지 않았을 때보다 현저히 높아졌음을 알 수 있다. 또한 CNT가 0.5% 첨가된 자동차 부품 시료의 굴곡탄성률은 96,588kgf/cm2로, CNT가 0.3% 첨가된 자동차 부품 시료의 굴곡탄성률보다는 낮았으나 CNT가 첨가되지 않은 자동차 부품 시료의 굴곡탄성률보다는 높은 것을 발견할 수 있다. In addition, the flexural modulus of the automobile parts samples to which CNT was not added was 92,213 kgf / cm 2, but the flexural modulus of the automobile parts samples to which the CNTs were added was 103,328 kgf / cm 2 , 123,131 kgf / cm 2 , 131,676 kgf / cm 2 2 And 121,831 kgf / cm &lt; 2 &gt;, respectively, as compared with when CNT was not added. In addition, the flexural modulus of the automobile parts sample with 0.5% CNT was 96,588 kgf / cm 2, which was lower than the flexural modulus of the automobile parts sample with 0.3% CNT but higher than the flexural modulus of the automobile parts sample without CNT Can be found.

또한 CNT가 첨가되지 않은 자동차 부품 시료의 충격강도는 220J/m이었으나, CNT가 0.3% 첨가된 자동차 부품 시료의 충격강도는 각각 259.8J/m, 228.3J/m, 233.6J/m 및 241.8J/m로 CNT가 첨가되지 않았을 때보다 현저히 높아졌음을 알 수 있다. 또한 CNT가 0.5% 첨가된 자동차 부품 시료의 충격강도는 244J/m로, CNT가 0.3% 첨가된 자동차 부품 시료의 굴곡강도보다는 낮았으나 CNT가 첨가되지 않은 자동차 부품 시료의 굴곡강도보다는 높은 것을 발견할 수 있다.In addition, the impact strength of automobile parts samples without CNTs was 220 J / m, but the impact strengths of automobile parts samples with 0.3% CNT were 259.8 J / m, 228.3 J / m, 233.6 J / m, and 241.8 J / m, which is significantly higher than when CNT was not added. In addition, the impact strength of the automobile parts sample with 0.5% CNT added is 244 J / m, which is lower than the flexural strength of the automobile parts sample with 0.3% CNT but higher than the flexural strength of the automobile parts sample without CNT .

실험예 4의 실험 결과를 토대로, 전반적으로 CNT가 첨가된 자동차 부품의 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성률 및 충격강도가 CNT가 첨가되지 않은 자동차 부품의 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성률 및 충격강도보다 더 높다는 결론을 도출할 수 있다.Based on the experimental results of Experimental Example 4, the tensile strength, flexural strength, flexural modulus and impact strength of the automobile parts to which CNTs were added in general were higher than those of CNT-free automobile parts with respect to tensile strength, flexural strength, flexural modulus and impact strength It can be concluded that it is higher.

또한 상기 실험예들에서 CNT의 구성비는 CF 20% 대비 0.3~0.5%가 가장 적합함을 유추할 수 있으며, CF와 CNT의 구성비는 20 : 0.3~0.5%, 즉 100 : 1.5~7.5% 정도의 구성비 함량이 가장 적합하다는 결론을 도출할 수 있다.In the above experimental examples, it can be deduced that the composition ratio of CNT is most favorable from 0.3 to 0.5% of CF 20%, and the composition ratio of CF 3 and CNT is 20: 0.3-0.5%, that is, about 100: 1.5~7.5% It can be concluded that the composition ratio content is most appropriate.

S10: 탄소나노튜브(CNT)와 바인더가 혼합되는 단계(S10)
S20: 탄소나노튜브(CNT)-바인더 혼합물이 탄소섬유(CF)에 사이징되는 단계(S20)
S30: 탄소나노튜브(CNT)-바인더 혼합물 사이징 탄소섬유(CF)가 단일화되는 단계(S30)
S40: 단일화된 탄소나노튜브(CNT)-바인더 혼합물 사이징 탄소섬유(CF)가 건조되는 단계(S40)
S50: 건조된 탄소나노튜브(CNT)-바인더 혼합물 사이징 탄소섬유(CF)가 펠렛으로 만들어지는 단계(S50)S10: mixing the carbon nanotube (CNT) and the binder (S10)
S20: Step S20 in which the carbon nanotube (CNT) -binder mixture is sized to carbon fiber (CF)
S30: Sizing of carbon nanotube (CNT) -binder mixture In step S30, in which the carbon fibers CF are unified,
S40: Single Carbon Nanotube (CNT) -Binder Mixing Sizing The step of carbon fiber (CF) drying (S40)
S50: Sizing the dried carbon nanotube (CNT) -binder mixture Step (S50) in which the carbon fibers (CF) are made into pellets,

Claims (8)

탄소나노튜브(CNT)는 탄소섬유(CF) 100중량부 기준으로 0.5 내지 7.5중량부 포함되며,
바인더는 탄소섬유(CF) 100중량부 기준으로 1 내지 10중량부 포함되며,
상기 탄소나노튜브(CNT)는 건식 분산된 것을 사용하며, 탄소나노튜브(CNT)의 직경은 15 내지 30nm이며, 직경 1 기준으로 종횡비(Aspect ratio)가 1:500 내지 1:1,000배인 것을 사용하여,
탄소나노튜브(CNT)가 사이징된 탄소섬유(CF) 펠렛과 PA(Polyamide)를 혼합하여 인장강도가 1,488 내지 1,710 kgf/cm2, 굴곡강도가 2,223 내지 2,600 kgf/cm2, 굴곡탄성률이 92,213 내지 131,676kgf/cm2 또는 충격강도가 220 내지 259.8J/m인 것을 특징으로 하는, 탄소나노튜브(CNT)가 사이징된 탄소섬유(CF) 펠렛.The carbon nanotube (CNT) is contained in an amount of 0.5 to 7.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbon fiber (CF)
The binder is contained in an amount of 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbon fibers (CF)
The carbon nanotubes (CNTs) are dry-dispersed, and the carbon nanotubes (CNTs) have a diameter of 15 to 30 nm and an aspect ratio of 1: 500 to 1: 1,000. ,
(CF) pellets in which carbon nanotubes (CNTs) have been sized and PA (Polyamide), and have tensile strengths of 1,488 to 1,710 kgf / cm 2 , flexural strengths of 2,223 to 2,600 kgf / cm 2 , flexural moduli of 92,213 (CF) pellets in which carbon nanotubes (CNTs) are sized, characterized in that the carbon nanotube (CNT) size is 131,676 kgf / cm 2 or the impact strength is 220 to 259.8 J / m. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 건식 분산된 탄소나노튜브(CNT)가 CF 100중량부 기준으로 0.5 내지 7.5중량부 포함되며, 탄소나노튜브(CNT)의 직경은 15 내지 30nm이며, 직경 1 기준으로 종횡비(Aspect ratio)가 1:500 내지 1:1,000배인 것을 사용하며, 바인더는 탄소섬유(CF) 100중량부 기준으로 1 내지 10중량부 포함되어 탄소나노튜브(CNT)와 바인더가 혼합되는 단계(S10);
탄소섬유(CF)는 직경 5 내지 10㎛로 보빈에 1,000 내지 50,000가닥으로 감긴 것을 사용하여 탄소나노튜브(CNT)-바인더 혼합물이 탄소섬유(CF)에 사이징되는 단계(S20);
단일화 방법은 함침 후 결집하는 방식을 사용하여, 탄소나노튜브(CNT)-바인더 혼합물 사이징 탄소섬유(CF)가 단일화되는 단계(S30);
건조 방법은 적외선건조 방식으로 온도범위 150 내지 200℃ 및 시간범위 2 내지 5분 건조가 수행되어 단일화된 탄소나노튜브(CNT)-바인더 혼합물 사이징 탄소섬유(CF)가 건조되는 단계(S40);
건조된 탄소나노튜브(CNT)-바인더 혼합물 사이징 탄소섬유(CF)가 펠렛으로 만들어지는 단계(S50);를 포함하며,
탄소나노튜브(CNT)가 사이징된 탄소섬유(CF) 펠렛은 PA(Polyamide)를 혼합하여 인장강도가 1,488 내지 1,710 kgf/cm2, 굴곡강도가 2,223 내지 2,600 kgf/cm2, 굴곡탄성률이 92,213 내지 131,676kgf/cm2 또는 충격강도가 220 내지 259.8J/m인 것을 특징으로 하는, 탄소나노튜브(CNT)가 사이징된 탄소섬유(CF) 펠렛의 제조 방법.(CNT) is contained in an amount of 0.5 to 7.5 parts by weight based on 100 parts by weight of CF, the diameter of carbon nanotubes (CNT) is 15 to 30 nm, the aspect ratio is 1: 500 to 1: 1,000, and the binder is contained in an amount of 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbon fiber (CF), thereby mixing the carbon nanotube (CNT) and the binder (S10);
(S20) of sizing a carbon nanotube (CNT) -binder mixture to carbon fibers (CF) using a carbon fiber (CF) wound into bobbins of 1,000 to 50,000 fibers in a diameter of 5 to 10 μm;
The singulation method includes a step (S30) in which the carbon nanotube (CNT) -binder mixture sizing carbon fiber (CF) is unified using a post-impregnation method;
The drying method may include drying (S40) a single carbon nanotube (CNT) -binder mixture sizing carbon fiber (CF) by drying in an infrared drying method at a temperature range of 150 to 200 ° C and a time range of 2 to 5 minutes;
(S50) wherein the dried carbon nanotube (CNT) -binder mixture sizing carbon fiber (CF) is pelletized,
The carbon fiber (CF) pellets in which the carbon nanotubes (CNTs) are sized are blended with PA (Polyamide) to have a tensile strength of 1,488 to 1,710 kgf / cm 2 , a flexural strength of 2,223 to 2,600 kgf / cm 2 , (CF) pellets in which carbon nanotubes (CNTs) are sized, characterized in that the carbon nanotube (CNT) size is 131,676 kgf / cm 2 or the impact strength is 220 to 259.8 J / m. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020160095154A 2016-07-27 2016-07-27 Carbon nano tube sizing carbon fiber pellet and manufacturing method thereof KR101814496B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160095154A KR101814496B1 (en) 2016-07-27 2016-07-27 Carbon nano tube sizing carbon fiber pellet and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160095154A KR101814496B1 (en) 2016-07-27 2016-07-27 Carbon nano tube sizing carbon fiber pellet and manufacturing method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101814496B1 true KR101814496B1 (en) 2018-01-04

Family

ID=60997892

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160095154A KR101814496B1 (en) 2016-07-27 2016-07-27 Carbon nano tube sizing carbon fiber pellet and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101814496B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3452363B2 (en) * 1994-08-05 2003-09-29 アクゾ ノーベル ナムローゼ フェンノートシャップ Method for producing carbon fiber pellets, high-density streamline pellets obtained therefrom, and method for producing reinforced thermoplastic resin using the pellets
JP2009535530A (en) * 2006-05-02 2009-10-01 ロール インコーポレイテッド Modification of reinforcing fiber tows used in composites using nano-reinforcing materials

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3452363B2 (en) * 1994-08-05 2003-09-29 アクゾ ノーベル ナムローゼ フェンノートシャップ Method for producing carbon fiber pellets, high-density streamline pellets obtained therefrom, and method for producing reinforced thermoplastic resin using the pellets
JP2009535530A (en) * 2006-05-02 2009-10-01 ロール インコーポレイテッド Modification of reinforcing fiber tows used in composites using nano-reinforcing materials

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Alimohammadi et al. Functional cellulose fibers via polycarboxylic acid/carbon nanotube composite coating
Singh et al. Effect of length of carbon nanotubes on electromagnetic interference shielding and mechanical properties of their reinforced epoxy composites
Xu et al. High-strength carbon nanotube film from improving alignment and densification
Du et al. Coagulation method for preparing single‐walled carbon nanotube/poly (methyl methacrylate) composites and their modulus, electrical conductivity, and thermal stability
Gantayat et al. Carbon nanomaterial–reinforced epoxy composites: a review
JP4786711B2 (en) Method for producing conductive long fiber composite material
Jogi et al. Dispersion and performance properties of carbon nanotubes (CNTs) based polymer composites: a review
Kim et al. Polyaniline/carbon nanotube sheet nanocomposites: fabrication and characterization
Habeeb et al. Production of polyacrylonitrile/boehmite nanofibrous composite tubular structures by opposite‐charge electrospinning with enhanced properties from a low‐concentration polymer solution
Shokrieh et al. Improvement of mechanical and electrical properties of epoxy resin with carbon nanofibers
Nasouri et al. Single‐wall carbon nanotubes dispersion behavior and its effects on the morphological and mechanical properties of the electrospun nanofibers
Salimbeygi et al. Microwave absorption properties of polyaniline/poly (vinyl alcohol)/multi-walled carbon nanotube composites in thin film and nanofiber layer structures
Karippal et al. Effect of amine functionalization of CNF on electrical, thermal, and mechanical properties of epoxy/CNF composites
You et al. Enhanced crystallinity, mechanical and dielectric properties of biphenyl polyarylene ether nitriles by unidirectional hot-stretching
He et al. Impact of the spatial distribution of high content of carbon nanotubes on the electrical conductivity of glass fiber fabrics/epoxy composites fabricated by RTM technique
Nasouri et al. Synthesis and characterization of highly dispersed multi‐walled carbon nanotubes/polyvinylpyrrolidone composite nanofibers for EMI shielding application
Duong et al. Advanced fabrication and properties of aligned carbon nanotube composites: experiments and modeling
Heidarshenas et al. Shape memory conductive electrospun PVA/MWCNT nanocomposite aerogels
Wei et al. Facile fabrication of PVA composite fibers with high fraction of multiwalled carbon nanotubes by gel spinning
Qian et al. Effect of aspect ratio of multi-wall carbon nanotubes on the dispersion in ethylene-α-octene block copolymer and the properties of the Nanocomposites
Yang et al. Studies on electromagnetic interference shielding characteristics of metal nanoparticle-and carbon nanostructure-filled polymer composites in the Ku-band frequency
Ervina et al. Mechanical, electrical and thermal properties of multi-walled carbon nanotubes/epoxy composites: effect of post-processing techniques and filler loading
Mechrez et al. Structure and properties of multi-walled carbon nanotube porous sheets with enhanced elongation
Rana et al. Processing and performance of carbon/epoxy multi-scale composites containing carbon nanofibres and single walled carbon nanotubes
Prusty et al. Dispersion of multiwalled carbon nanotubes in polyacrylonitrile‐co‐starch copolymer matrix for enhancement of electrical, thermal, and gas barrier properties

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant