KR102135515B1 - method for manufacturing carbon fiber nonwoven fabric to which metal-plated carbon fiber is added - Google Patents
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본 발명의 실시예에 따른 금속도금 탄소섬유가 첨가된 탄소섬유 부직포 제조방법에 있어서, (a) 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유를 준비하는 섬유준비단계; (b) 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유의 사이징(sizing)을 제거하는 디사이징단계; (c) 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유와 바인더로 사용되는 고분자 섬유를 증류수에 투입하는 고분자 섬유 투입단계; (d) 상기 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유와 고분자 섬유가 투입된 혼합용액을 교반시키는 교반단계; (e) 상기 교반된 혼합용액에 증점제를 투입하는 증점제 투입단계; (f) 상기 증점제를 투입한 혼합용액이 분산되는 분산단계; (g) 상기 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유가 분산된 혼합용액을 여과시켜 고강도 탄소섬유를 필터링하는 필터링단계; (h) 필터링된 고강도 탄소섬유를 건조시키는 건조단계 및 (i) 건조된 고강도 탄소섬유를 핫프레스로 가열 가압하여 고분자 섬유를 녹이는 가열가압단계를 포함하는 금속도금 탄소섬유가 첨가된 탄소섬유 부직포 제조방법을 제공할 수 있다.In the method for producing a carbon fiber nonwoven fabric in which metal plated carbon fiber is added according to an embodiment of the present invention, (a) a fiber preparation step of preparing carbon fiber and metal plated carbon fiber; (b) desizing step of removing sizing of carbon fiber and metal plated carbon fiber; (c) carbon fiber and metal-plated carbon fiber and a polymer fiber input step of introducing polymer fibers used as a binder into distilled water; (d) a stirring step of stirring the mixed solution in which the carbon fiber and metal plated carbon fiber and polymer fiber are added; (e) a thickener input step of adding a thickener to the stirred mixed solution; (f) a dispersion step in which the mixed solution in which the thickener is added is dispersed; (g) a filtering step of filtering high-strength carbon fibers by filtering the mixed solution in which the carbon fibers and metal-plated carbon fibers are dispersed; (h) a drying step of drying the filtered high-strength carbon fiber and (i) a carbon fiber non-woven fabric added with a metal-plated carbon fiber including a heating and pressing step of heating and pressing the dried high-strength carbon fiber with a hot press to melt the polymer fiber. You can provide a method.
Description
본 발명은 금속도금 탄소섬유가 첨가된 탄소섬유 부직포제조방법 및 이를 이용해 제조되는 탄소면상발열체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저항이 낮은 금속도금 탄소섬유와 탄소섬유를 이용하여, 저항 제어가 쉽고, 성능이 우수한 금속도금 탄소섬유가 첨가된 탄소섬유 부직포제조방법 및 이를 이용해 제조되는 탄소면상발열체에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon fiber non-woven fabric manufacturing method in which metal plated carbon fiber is added and a carbon planar heating element manufactured using the same, more specifically, using metal plated carbon fiber and carbon fiber having low resistance, resistance control is easy, The present invention relates to a method for manufacturing a carbon fiber nonwoven fabric in which a metal plated carbon fiber having excellent performance is added, and a carbon planar heating element manufactured using the same.
최근 효율이 좋은 발열체에 관한 시장에 요구가 증가하고 있으며, 기존의 금속선을 이용한 발열체를 대신하는 탄소섬유를 이용한 발열체에 대한 개발이 활발하게 진행 중에 있다. 일반적으로 탄소섬유는 자체저항을 가지고 있기 때문에 금속선을 대신하여 발열체로 사용하기 좋으며, 금속이 가지는 산화 및 내구성에 대한 이슈가 계속되면서 각광받고 있는 추세이다. Recently, there is an increasing demand in the market for efficient heating elements, and development of heating elements using carbon fibers in place of existing heating elements using metal wires is actively underway. In general, since carbon fiber has its own resistance, it is good to use it as a heating element instead of a metal wire, and it is in the spotlight as the issues of oxidation and durability of the metal continue.
탄소섬유를 이용한 발열체는 길이가 긴 탄소섬유로 발열하는 방식과 부직포를 활용한 면상발열체를 가용하는 방식으로 나눌 수 있으며, 용도에 따라 각각의 방법을 다르게 사용하고 있다. 탄소섬유 부직포를 이용한 면상방열체는 전기가 통하면서 저항이 생기며 발열하는 방사열을 활용하며, 원하는 면적에 대하여 빠르게 온도를 올리고, 빠르게 식히는 장점이 있으며, 100℃이하의 저온에서는 기존의 금속과 비교하여 산화되지 않는 다는 장점이 있으며, 내구성이 뛰어나다. The heating element using carbon fiber can be divided into a method of heating with a long carbon fiber and a method of using a planar heating element using a non-woven fabric, and each method is used differently depending on the application. The planar radiator using carbon fiber non-woven fabric has the advantage of generating radiation while generating electricity and using radiant heat to generate heat. It has the advantage of rapidly raising the temperature for a desired area and cooling quickly. Compared to existing metals at low temperatures below 100℃, It has the advantage of not being oxidized and has excellent durability.
특히, 발열하면서 원적외선이 방출되는 장점으로 주거용 난방소재부터, 작물생육에 도움을 주는 농업용 및 다양한 산업의 발열기능소재로서도 사용이 증가하고 있다. In particular, since the far-infrared rays are emitted while heating, the use of heating materials from residential heating materials to agricultural crops and various industrial industries that help crop growth is increasing.
기존의 면상발열체는 탄소소재 및 전도성 소재를 페이스트 형태로 제작하고 이를 고분자 필름에 도포하여 발열필름 형태로 제작하는 면상발열체가 있지만, 도포하는 필름과 페이스트와의 계면 박리 및 이에 따른 온도의 균일성 저하와 낮은 내구성으로 인해 사용이 제한적이다. Existing planar heating elements have a planar heating element that is made of a carbon material and a conductive material in a paste form and applied to a polymer film in the form of a heating film, however, the interface peeling between the applied film and the paste and the temperature uniformity decreases accordingly And its low durability limits its use.
또한, 탄소섬유와 금속선을 이용하여 섬유직물에 직조한 면상발열체도 있지만 단선 시 발열체로서의 기능이 멈추는 문제점이 있다. In addition, although there are also planar heating elements woven in fiber fabrics using carbon fibers and metal wires, there is a problem in that the function as a heating element is stopped when disconnected.
탄소섬유 부직포를 이용한 면상발열체의 경우 저항조절을 통해 원하는 발열온도를 제어하는 것이 핵심기술이며, 부직포의 균일성에 따른 저항제어가 어려운 실정이다.In the case of a planar heating element using a carbon fiber nonwoven fabric, controlling a desired heating temperature through resistance control is a key technology, and it is difficult to control resistance according to the uniformity of the nonwoven fabric.
상기와 같은 문제를 해결하고자, 본 발명은 기존 탄소섬유 부직포를 활용한 면상발열체의 저항제어를 용이하게 하고자 전도성이 높은 금속도금 탄소섬유를 탄소섬유 부직포 제작과정에서 일정함량을 첨가하여, 저항조절이 용이한 탄소섬유 부직포를 제작하는 것에 있으며, 탄소섬유 부직포의 낮은 면 저항으로, 발열효율 증대시키고 이를 활용한 탄소면상발열체를 제작하는데 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention adds a certain amount of high-conductivity metal-plated carbon fiber in the manufacturing process of carbon fiber non-woven fabric to facilitate resistance control of a planar heating element using an existing carbon fiber non-woven fabric, thereby controlling resistance. It is intended to produce an easy carbon fiber nonwoven fabric, and has a purpose to increase the heating efficiency and to produce a carbon planar heating element utilizing the low surface resistance of the carbon fiber nonwoven fabric.
본 발명의 실시예에 따른 금속도금 탄소섬유가 첨가된 탄소섬유 부직포 제조방법에 있어서, (a) 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유를 준비하는 섬유준비단계; (b) 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유의 사이징(sizing)을 제거하는 디사이징단계; (c) 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유와 바인더로 사용되는 고분자 섬유를 증류수에 투입하는 고분자 섬유 투입단계; (d) 상기 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유와 고분자 섬유가 투입된 혼합용액을 교반시키는 교반단계; (e) 상기 교반된 혼합용액에 증점제를 투입하는 증점제 투입단계; (f) 상기 증점제를 투입한 혼합용액이 분산되는 분산단계; (g) 상기 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유가 분산된 혼합용액을 여과시켜 고강도 탄소섬유를 필터링하는 필터링단계; (h) 필터링된 고강도 탄소섬유를 건조시키는 건조단계 및 (i) 건조된 고강도 탄소섬유를 핫프레스로 가열 가압하여 고분자 섬유를 녹이는 가열가압단계를 포함할 수 있다.In the method for producing a carbon fiber nonwoven fabric in which metal plated carbon fiber is added according to an embodiment of the present invention, (a) a fiber preparation step of preparing carbon fiber and metal plated carbon fiber; (b) desizing step of removing sizing of carbon fiber and metal plated carbon fiber; (c) carbon fiber and metal-plated carbon fiber and a polymer fiber input step of introducing polymer fibers used as a binder into distilled water; (d) a stirring step of stirring the mixed solution in which the carbon fiber and metal plated carbon fiber and polymer fiber are added; (e) a thickener input step of adding a thickener to the stirred mixed solution; (f) a dispersion step in which the mixed solution in which the thickener is added is dispersed; (g) a filtering step of filtering high-strength carbon fibers by filtering the mixed solution in which the carbon fibers and metal-plated carbon fibers are dispersed; (h) a drying step of drying the filtered high-strength carbon fiber and (i) a heating-pressing step of melting the polymer fiber by heating and pressing the dried high-strength carbon fiber with a hot press.
또한, 상기 탄소섬유는 PAN계 탄소섬유 또는 pitch계 탄소섬유를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the carbon fiber is characterized in that it comprises a PAN-based carbon fiber or pitch-based carbon fiber.
또한, 상기 (a) 단계는, 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유를 1mm 내지 20mm의 길이로 준비하는 것을 특징으로 한다.In addition, the step (a) is characterized in that the carbon fiber and metal-plated carbon fiber is prepared to a length of 1mm to 20mm.
또한, 상기 (b) 단계는, 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유를 아세톤에 2 내지 3시간동안 유지시켜 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유의 사이징을 제거하거나 300 내지 500℃온도에서 20 내지 40분간 공기분위기에서 열처리하여 사이징을 제거하는 것을 특징으로 한다.In addition, in step (b), carbon fiber and metal plated carbon fibers are maintained in acetone for 2 to 3 hours to remove sizing of carbon fibers and metal plated carbon fibers or air atmosphere at 300 to 500°C for 20 to 40 minutes. It is characterized by removing the sizing by heat treatment.
또한, 상기 고분자 섬유는, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐알콜(PVA)섬유 중 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the polymer fiber is characterized in that it is one of polypropylene (PP), polyethylene (PE), polyvinyl alcohol (PVA) fibers.
또한, 상기 (d) 단계는, 상기 혼합용액을 호모게나이저(homogenizer)를 이용하여 3,000 내지 10,000 rpm의 회전속도로 교반하는 것을 특징으로 한다.In addition, the step (d) is characterized in that the mixed solution is stirred at a rotational speed of 3,000 to 10,000 rpm using a homogenizer.
또한, 상기 (e) 단계는, 상기 혼합용액에 투입하는 증점제는 쟁탄검(xtanthan gum), 카보머(carbomer), 폴리아크릴아마이드(PAM)중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in step (e), the thickener added to the mixed solution is characterized in that it contains at least one of xanthan gum, xanthan gum, carbomer, and polyacrylamide (PAM).
또한, 상기 (g) 단계는, 필터링 시에 사용하는 필터는 100 내지 500메쉬(mesh)의 크기를 가지며, 고분자 또는 금속 소재로 제작되는 것을 특징으로 한다.In addition, the (g) step, the filter used for filtering has a size of 100 to 500 mesh (mesh), it is characterized in that it is made of a polymer or metal material.
또한, 상기 (h) 단계는, 80~100℃의 온도의 오븐에서 22 내지 26시간동안 건조하는 것을 특징으로 한다.In addition, the step (h), characterized in that for drying for 22 to 26 hours in an oven at a temperature of 80 ~ 100 ℃.
또한, 상기 (i) 단계는, 핫프레스를 이용하여 1 내지 2 bar의 압력으로 150 내지 180℃의 온도에서 30 내지 60분동안 성형하는 것을 특징으로 한다.In addition, the step (i) is characterized in that molding for 30 to 60 minutes at a temperature of 150 to 180°C at a pressure of 1 to 2 bar using a hot press.
상기에서 제조된 탄소섬유 부직포에 한쌍의 구리전극을 일정간격으로 부착하고, 탄소섬유 부직포 양면에 절연을 위한 고분자 필름 또는 시트를 부착하여 제조되는 탄소면상발열체를 제공할 수 있다.It is possible to provide a carbon planar heating element prepared by attaching a pair of copper electrodes at regular intervals to the carbon fiber nonwoven fabric prepared above and attaching a polymer film or sheet for insulation to both surfaces of the carbon fiber nonwoven fabric.
본 발명의 실시예에 따르면, 금속도금 탄소섬유와 탄소섬유를 적용하여 제조되는 탄소섬유 부직포는 전기저항 제어 및 높은 인장강도를 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a carbon fiber non-woven fabric manufactured by applying metal-plated carbon fiber and carbon fiber may have electrical resistance control and high tensile strength.
또한, 전기저항 제어를 통한 다양한 전도성 및 발열특성을 가지는 탄소섬유 부직포를 제작할 수 있다.In addition, it is possible to manufacture a carbon fiber nonwoven fabric having various conductivity and heat generation characteristics through electrical resistance control.
또한, 상기 탄소섬유 부직포를 활용하여 탄소 면상발열체를 제작 할 수 있다. 이에 발열체가 필요한 다양한 분야에 적용하여 기존의 면상발열체를 대체하여 유용하게 사용될 수 있는 응용효과를 기대할 수 있다.In addition, a carbon planar heating element can be produced by utilizing the carbon fiber nonwoven fabric. Accordingly, it can be applied to various fields that require a heating element to replace an existing planar heating element, and can expect an application effect that can be usefully used.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금속도금 탄소섬유가 첨가된 탄소섬유 부직포 제조방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 일반 탄소섬유 부직포와 본 발명의 실시예에 따른 금속도금 탄소섬유 부직포의 SEM사진이다.1 is a flowchart schematically showing a method of manufacturing a carbon fiber nonwoven fabric to which metal-plated carbon fiber is added according to an embodiment of the present invention.
2(a) and 2(b) are SEM photographs of a general carbon fiber nonwoven fabric and a metal plated carbon fiber nonwoven fabric according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다 양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The present invention can be variously modified and may have various forms, and specific embodiments will be described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to specific disclosure forms, and it should be understood that all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention are included.
본 출원에서 사용 한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수 의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 등을 조합한 것이 존재함을 지정하려 는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성요소 등을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to indicate that a combination of features, numbers, steps, elements, etc., described in the specification exists, one or more other features or numbers, It should be understood that the presence or addition possibilities of those combining steps, components, and the like are not excluded in advance.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적 인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자 에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains. Terms, such as those defined in a commonly used dictionary, should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application. Does not.
여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Here, repeated descriptions, well-known functions that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, and detailed description of the configuration will be omitted. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.
금속도금 탄소섬유가 첨가된 탄소섬유 부직포제조방법은 저항이 낮은 금속도금 탄소섬유와 탄소섬유를 이용하여, 저항 제어가 쉽고, 성능이 우수한 금속도금 탄소섬유가 첨가된 탄소섬유 부직포제조방법 및 이를 이용해 탄소면상발열체를 제조할 수 있다.Carbon fiber non-woven fabric manufacturing method with metal-plated carbon fiber uses low-resistance metal-plated carbon fiber and carbon fiber, easy control of resistance, and high-performance metal-plated carbon fiber-added carbon fiber non-woven fabric manufacturing method and use thereof A carbon planar heating element can be produced.
즉, 금속도금 탄소섬유가 첨가된 탄소섬유 부직포제조방법 및 이를 이용해 제조되는 탄소면상발열체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저항이 낮은 금속도금 탄소섬유와 탄소섬유를 이용하여, 저항 제어가 쉽고, 성능이 우수한 금속도금 탄소섬유가 첨가된 탄소섬유 부직포제조방법 및 이를 이용해 제조되는 탄소면상발열체로, 제조방법을 주된 내용으로 설명한다.That is, the present invention relates to a carbon fiber non-woven fabric manufacturing method in which metal plated carbon fiber is added and a carbon planar heating element manufactured using the same. More specifically, the metal plated carbon fiber and carbon fiber having low resistance are used to easily control resistance and perform. This excellent metal-plated carbon fiber-added carbon fiber nonwoven fabric manufacturing method and a carbon planar heating element manufactured using the same will be described as a main method.
이하, 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 도 1 내지 도 2를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 2 for describing an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금속도금 탄소섬유가 첨가된 탄소섬유 부직포 제조방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이며, 도 2의 (a) 및 (b)는 일반 탄소섬유 부직포와 본 발명의 실시예에 따른 금속도금 탄소섬유 부직포의 SEM사진이다.1 is a flowchart schematically showing a method of manufacturing a carbon fiber nonwoven fabric in which metal plated carbon fibers are added according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2(a) and 2(b) are general carbon fiber nonwoven fabrics and an embodiment of the present invention. SEM photograph of the metal-plated carbon fiber nonwoven fabric according to the.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 금속도금 탄소섬유가 첨가된 탄소섬유 부직포 제조방법은 섬유준비단계(S10), 디사이징단계(S20), 섬유 투입단계(S30), 교반단계(S40), 증점제 투입단계(S50), 분산단계(S60), 필터링단계(S70), 건조단계(S80) 및 가열가압단계(S90)를 포함할 수 있다.1 and 2, the method of manufacturing a carbon fiber non-woven fabric to which metal-plated carbon fiber is added according to an embodiment of the present invention is a fiber preparation step (S10), a desizing step (S20), a fiber input step (S30), It may include a stirring step (S40), a thickener input step (S50), a dispersion step (S60), a filtering step (S70), a drying step (S80) and a heating and pressing step (S90).
먼저, 섬유준비단계(S10)는 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유를 준비하는 단계로써, 탄소섬유는 PAN계 탄소섬유 또는 pitch계 탄소섬유를 사용하며, 이에 한정되지 않고 다양한 탄소섬유가 적용될 수 있다. First, the fiber preparation step (S10) is a step of preparing a carbon fiber and a metal-plated carbon fiber, and the carbon fiber uses a PAN-based carbon fiber or a pitch-based carbon fiber, and various carbon fibers can be applied.
이때, 금속도금 탄소섬유는 전도성 필러로 사용하는 것으로 탄소섬유와 함께 사용 시 전도성을 높이기 위한 구성이다.At this time, the metal-plated carbon fiber is used as a conductive filler, and is used to increase conductivity when used with the carbon fiber.
금속도금 탄소섬유의 금속은 구리(Cu) 및 니켈 (Ni) 또는 금 (Au) 그리고 은(Ag) 등과 같은 전도성이 높은 금속을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 도금이 용이하고 가격이 저렴한 구리나, 니켈을 사용하는 것이 좋으며, 도금되는 탄소섬유는 PAN계 탄소섬유 또는 pitch계 탄소섬유일 수 있고, 이에 한정되지 않고 다양한 탄소섬유가 적용될 수 있다.The metal of the metal-plated carbon fiber may be a highly conductive metal such as copper (Cu) and nickel (Ni) or gold (Au) and silver (Ag), preferably copper that is easily plated and inexpensive, It is preferable to use nickel, and the plated carbon fiber may be a PAN-based carbon fiber or a pitch-based carbon fiber, and various carbon fibers may be applied.
금속도금 탄소섬유의 금속 도금방식은 무전해 도금, 전해 도금, 플라즈마 증착 중 하나로 진행될 수 있다.Metal plating The metal plating method of carbon fiber can be performed by one of electroless plating, electrolytic plating, and plasma deposition.
또한, 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유를 1mm 내지 20mm의 길이로 준비할 수 있다.In addition, carbon fibers and metal-plated carbon fibers can be prepared to a length of 1mm to 20mm.
탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유를 1mm 미만 길이로 준비하면 금속 층이 떨어져 나가는 문제점과 섬유의 길이가 너무 짧아져 부직포를 제작하는 과정에서 강도의 저하 및 접점의 증가에 따른 저항증가가 야기될 수 있고, 20mm를 초과하면 금속도금 탄소섬유 및 탄소섬유의 분산이 용이하지 않아 부직포 제조과정에서의 뭉침 현상으로 부직포에 구멍이 발생할 수 있다.When carbon fiber and metal-plated carbon fiber are prepared with a length of less than 1 mm, the problem of the metal layer falling off and the length of the fiber becomes too short, which may lead to a decrease in strength and an increase in resistance due to an increase in contact in the process of manufacturing a nonwoven fabric. , If it exceeds 20mm, the dispersion of metal-plated carbon fiber and carbon fiber is not easy, and a hole may be formed in the non-woven fabric due to agglomeration in the non-woven fabric manufacturing process.
따라서, 1mm 내지 20mm 길이로 준비하는 것이 바람직할 수 있다.Therefore, it may be desirable to prepare a length of 1 mm to 20 mm.
다음으로, 디사이징단계(S20)는 섬유와 섬유가 원활하게 분산되도록 하는 것으로 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유를 아세톤에 2 내지 3시간동안 유지시켜 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유의 사이징 (sizing)을 제거하거나 300 내지 500℃온도에서 20 내지 40분간 공기분위기에서 열처리하여 사이징을 제거할 수 있다.Next, in the desizing step (S20), the fibers and the fibers are smoothly dispersed, and the carbon fibers and the metal-plated carbon fibers are maintained in acetone for 2 to 3 hours to sizing the carbon fibers and the metal-plated carbon fibers. Sizing may be removed by heat treatment in an air atmosphere at 20 to 40 minutes at 300 to 500°C.
아세톤에 2 내지 3시간동안 유지시켜 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유의 사이징을 제거할 때 2시간 미만으로 진행할 경우 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유의 사이징이 충분히 제거되지 않으며, 3시간을 초과하여 진행할경우, 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유의 사이징이 충분히 제거된 뒤에도 아세톤에 담겨있게 되므로, 탄소섬유 산화에 영향을 끼쳐 강도의 저하를 야기시킬 수 있다.When the sizing of the carbon fiber and the metal-plated carbon fiber is maintained for 2 to 3 hours in acetone, the sizing of the carbon fiber and the metal-plated carbon fiber is not sufficiently removed. , Even after the sizing of the carbon fiber and the metal-plated carbon fiber is sufficiently removed, it is contained in acetone, which may affect the oxidation of the carbon fiber and cause a decrease in strength.
따라서, 아세톤을 이용해 사이징을 제거 할 때에는 2 내지 3시간동안 유지시켜 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유의 사이징을 제거하는 것이 바람직하다.Therefore, when removing the sizing using acetone, it is desirable to remove the sizing of the carbon fiber and the metal-plated carbon fiber by holding for 2 to 3 hours.
또 다른 사이징제거 방식으로는 300 내지 500℃온도에서 20 내지 40분간 공기분위기에서 열처리하여 사이징을 제거하는 것으로, 300℃미만으로 진행할 경우 사이징이 충분히 제거 되지 않는 문제가 있고, 500℃를 초과하여 진행할 경우에는 사이징이 제거된 뒤에도 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유의 표면이 열에 의해 손상되어 탄소섬유의 강도 저하를 야기할 수 있다.Another sizing removal method is to remove the sizing by heat treatment in an air atmosphere at a temperature of 300 to 500° C. for 20 to 40 minutes. If the sizing is less than 300° C., there is a problem in that the sizing is not sufficiently removed. In the case, even after the sizing is removed, the surface of the carbon fiber and the metal-plated carbon fiber may be damaged by heat, resulting in a decrease in the strength of the carbon fiber.
따라서, 열처리를 이용해 사이징을 제거 할 때에는 400℃온도에서 30분간 공기분위기에서 열처리하여 사이징을 제거하는 것이 바람직하다.Therefore, when removing the sizing using heat treatment, it is preferable to remove the sizing by heat treatment in an air atmosphere at a temperature of 400° C. for 30 minutes.
상기의 공기분위기란, 열처리로 안에 어떠한 가스도 넣지 않는 현재 공기 중 상태 분위기를 의미할 수 있다.The above air atmosphere may mean a current atmosphere in the air in which no gas is put in the heat treatment furnace.
다음으로, 섬유 투입단계(S30)단계는, 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유와 바인더로 사용되는 고분자 섬유를 증류수에 투입하는 고분자 섬유 투입단계로써, 고분자 섬유는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐알콜(PVA)과 같은 열가소성 고분자 섬유 중 하나일 수 있다.Next, the fiber input step (S30) is a polymer fiber input step in which carbon fibers and metal-plated carbon fibers and polymer fibers used as binders are introduced into distilled water, and the polymer fibers are polypropylene (PP), polyethylene (PE). , It may be one of thermoplastic polymer fibers such as polyvinyl alcohol (PVA).
존재하는 가소성 고분자섬유 모두를 사용 가능하지만 제작이 완성된 탄소섬유 부직포의 강도를 고려하면 강도가 좋은 고분자 섬유를 사용하는 게 좋고, 가격적인 측면에서는 저렴한 고분자를 선택하는 게 좋기 때문에 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐알콜(PVA)과 같은 열가소성 고분자 섬유 중 하나를 선택적으로 사용하는 것이 바람직하다.All existing plastic polymer fibers can be used, but considering the strength of the finished carbon fiber non-woven fabric, it is better to use high-strength polymer fibers, and in terms of price, it is better to choose cheap polymers, so polypropylene (PP) , It is preferable to selectively use one of the thermoplastic polymer fibers such as polyethylene (PE), polyvinyl alcohol (PVA).
교반단계(S40)는 상기 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유와 바인더 섬유가 투입된 혼합용액을 교반시키는 단계로써, 상기 혼합용액을 호모게나이저(homogenizer)를 이용하여 3,000 내지 10,000 rpm의 회전속도로 교반할 수 있다.The stirring step (S40) is a step of stirring the mixed solution in which the carbon fiber and the metal-plated carbon fiber and the binder fiber are added, and the mixed solution is stirred at a rotational speed of 3,000 to 10,000 rpm using a homogenizer. Can.
호모게나이저는 시료를 마쇄하기 위하여 사용하는 분쇄기의 일종으로 균질기라고도 한다.A homogenizer is a type of grinder used to pulverize a sample and is also called a homogenizer.
3000rpm미만의 회전속도로 교반하면 발생되는 전단력(shear force)이 적어 분산이 원활하지 않으며, 10000rpm을 초과하는 회전속도로 교반하면 탄소섬유가 너무 강한 전단력(shear force)으로 인하여 길이가 짧아지는 문제가 있다.When stirring at a rotational speed of less than 3000 rpm, dispersion is not smooth due to less shear force generated. When stirring at a rotational speed exceeding 10000 rpm, the length of the carbon fiber is shortened due to too strong shear force. have.
따라서, 3,000 내지 10,000 rpm의 회전속도로 교반하는 것이 분산을 용이하게 하는 바람직한 회전속도 범위이다.Therefore, stirring at a rotational speed of 3,000 to 10,000 rpm is a preferred rotational speed range that facilitates dispersion.
다음으로, 증점제 투입단계(S50) 및 분산단계(S60)는 상기 교반된 혼합용액에 증점제를 투입하는 증점제 투입단계로 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유를 분산하기 위해 필요하며, 증점제는 쟁탄검(xtanthan gum), 카보머(carbomer), 폴리아크릴아마이드(PAM)중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Next, the thickener input step (S50) and the dispersion step (S60) is a thickener input step for adding a thickener to the stirred mixed solution, and is necessary for dispersing carbon fibers and metal plated carbon fibers, and the thickener is xanthan gum gum), carbomer (carbomer), polyacrylamide (PAM).
증점제는 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유를 분산하는 분산액의 점도를 증가시켜 섬유와 섬유가 뭉치는 것을 완화 시켜주는 원리를 이용한 것이다.The thickener is based on the principle of increasing the viscosity of the dispersion liquid to disperse the carbon fiber and the metal-plated carbon fiber to alleviate the fiber and fiber agglomeration.
이때, 증점제 양이 증가할수록 점도가 높아지며 분산이 용이한 반면, 너무 많은 증점제가 들어갈 경우 탄소섬유부직포 제작 시 전도도의 감소로 이어질 수 있으므로, 증점제는 혼합용액 대비 0.5 내지 5 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다. At this time, as the amount of the thickener increases, the viscosity increases and dispersion is easy, whereas if too much thickener enters, the carbon fiber nonwoven fabric may lead to a decrease in conductivity, so it is preferable to add 0.5 to 5 parts by weight compared to the mixed solution. .
다음으로, 필터링단계(S70)는 상기 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유가 분산된 혼합용액을 여과시켜 고강도 탄소섬유를 필터링하는 단계로써, 고강도 탄소섬유 및 고분자 섬유를 혼합용액으로부터 여과하기 위해 진행되는 단계이다. Next, the filtering step (S70) is a step of filtering the high-strength carbon fiber by filtering the mixed solution in which the carbon fiber and metal-plated carbon fiber is dispersed, the step of proceeding to filter the high-strength carbon fiber and polymer fiber from the mixed solution to be.
100 내지 500메쉬(mesh)의 크기를 갖는 고분자 또는 금속 소재로 제조된 필터를 사용할 수 있다.A filter made of a polymer or metal material having a size of 100 to 500 mesh can be used.
이때, 100메쉬미만이면 메쉬의 크기가 커서 고강도 탄소섬유 및 고분자 섬유가 물과 함께 홀을 통과하는 문제가 생길 수 있으며, 500메쉬를 초과하면 메쉬의 크기가 촘촘하여 원활한 배수가 이루어 지지 않아 부직포가 제작 되지 않을 수 있는 문제가 있으므로, 100 내지 500메쉬(mesh)의 크기로 제작되는 것이 바람직하다.At this time, if it is less than 100 mesh, the size of the mesh is large, which may cause high-strength carbon fiber and polymer fiber to pass through the hole with water. If it exceeds 500 mesh, the mesh size is dense and smooth drainage is not possible. Since there may be a problem that may not be produced, it is preferable to be produced in a size of 100 to 500 mesh (mesh).
또한, 필터의 경우 부직포 제작 시 수압에 흐트러지지 않아야 하며, 특히 고정 시에 강한 압력으로 눌렀을 때 영구적으로 변형이 되지 않을 정도의 강도를 가져야 하기 때문에 고분자 또는 금속 소재로 제작되는 필터를 사용하여 여과하는 것이 바람직하다.In addition, the filter should not be disturbed by water pressure when making a non-woven fabric, and in particular, it must have a strength that is not permanently deformed when pressed under strong pressure during fixing. It is preferred.
만일, 필터 메쉬의 홀이 작아 배수가 원활 하지 않은 경우와 같이, 분산이 잘 되지 않는 조건에서 자연배수 시 분산액이 다시 뭉치는 현상을 방지하기 위해 강제로 진공펌프를 이용하여 배수를 시켜 여과 시킬 수 있다.If the hole in the filter mesh is small and the drainage is not smooth, it can be filtered by forcibly draining it using a vacuum pump to prevent the dispersion from re-aggregating during natural drainage under poorly distributed conditions. have.
다음으로, 건조단계(S80)는 필터링된 고강도 탄소섬유 부직포의 수분을 증발하기 위한 단계로써, 80~100℃의 온도의 오븐에서 22 내지 26시간동안 건조하는 것을 특징으로 한다.Next, the drying step (S80) is a step for evaporating the moisture of the filtered high-strength carbon fiber nonwoven fabric, and is characterized by drying for 22 to 26 hours in an oven at a temperature of 80 to 100°C.
이때, 80℃미만의 온도에서 진행할 경우 수분이 충분히 증발하지 않을 수 있고, 100℃를 초과하는 온도에서 진행할 경우 타버려 부직포의 기능을 잃을 수 있는 문제가 있다.At this time, when proceeding at a temperature of less than 80 °C, moisture may not evaporate sufficiently, and when proceeding at a temperature exceeding 100 °C, there is a problem that it may burn and lose the function of the nonwoven fabric.
또한, 22시간 미만의 시간동안 진행할 경우 온도를 급격하게 올려 건조해야 되므로, 겉은 건조되고, 속은 건조되지 않을 수 있고, 26시간을 초과하여 진행할 경우 오래 걸리며 부분적으로 건조되어 균일하게 건조되지 않을 수 있는 문제가 있다. In addition, since the temperature must be rapidly raised and dried when proceeding for less than 22 hours, the outside may be dry, the inside may not dry, and if it proceeds for more than 26 hours, it may take a long time and partially dry to not uniformly dry. There is a problem.
따라서, 80~100℃의 온도의 오븐에서 22 내지 26시간동안 건조하는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable to dry for 22 to 26 hours in an oven at a temperature of 80 to 100°C.
다음으로, 가열가압단계(S90)는 핫프레스를 이용하여 1 내지 2 bar의 압력으로 150 내지 180℃의 온도에서 30 내지 60분동안 성형하는 단계이다.Next, the heating and pressing step (S90) is a step of molding for 30 to 60 minutes at a temperature of 150 to 180°C at a pressure of 1 to 2 bar using a hot press.
즉, 수분이 완전 건조된 탄소섬유 부직포 내의 바인더인 고분자 섬유를 녹여 탄소섬유 부직포의 강도를 증가시키기 위한 것이다.That is, the purpose is to increase the strength of the carbon fiber nonwoven fabric by dissolving the polymer fibers, which are binders in the carbon fiber nonwoven fabric, in which moisture is completely dried.
1bar미만의 압력으로 150℃미만의 온도에서 30분 미만으로 진행할 경우 탄소섬유 부직포 내의 바인더인 고분자 섬유를 완전하게 녹이지 못하고, 2bar압력을 초과하며, 180℃를 초과하는 온도에서 60분을 초과하여 진행할 경우 탄소섬유 부직포의 표면이 열에 의해 손상될 수 있다.When the pressure is less than 1 bar and the temperature is less than 30 minutes at a temperature of less than 150° C., the polymer fibers, which are binders in the carbon fiber nonwoven fabric, cannot be completely dissolved, exceed 2 bar pressure, and exceed 60 minutes at a temperature exceeding 180° C. When proceeding, the surface of the carbon fiber nonwoven fabric may be damaged by heat.
따라서, 핫프레스를 이용하여 1 내지 2 bar의 압력으로 150 내지 180℃의 온도에서 30 내지 60분동안 성형하는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable to mold for 30 to 60 minutes at a temperature of 150 to 180°C with a pressure of 1 to 2 bar using a hot press.
다음으로, 상기에서 설명한 본 발명의 금속도금 탄소섬유가 첨가된 탄소섬유 부직포 제조방법으로 제조된 탄소섬유 부직포에 한쌍의 구리전극을 일정간격으로 부착하고, 탄소섬유 부직포 양면에 절연을 위한 고분자 필름 또는 시트를 부착하여 제조되는 탄소면상발열체를 제작할 수 있다.Next, a pair of copper electrodes are attached at regular intervals to the carbon fiber nonwoven fabric manufactured by the method for manufacturing a carbon fiber nonwoven fabric to which the metal plated carbon fiber of the present invention described above is added, and a polymer film for insulation on both surfaces of the carbon fiber nonwoven fabric, or A carbon planar heating element manufactured by attaching a sheet can be manufactured.
절연을 위한 고분자 필름 또는 시트는 Thermal poly urethane (TPU), EVA, PP, PE 중 하나를 사용할 수 있으며, 용도에 맞게 사용할 수 있다.Polymer film or sheet for insulation can be one of Thermal poly urethane (TPU), EVA, PP, PE, and can be used according to the purpose.
도 2의 (a) 및 (b)는 일반 탄소섬유 부직포와 본 발명의 실시예에 따른 금속도금 탄소섬유 부직포의 SEM사진이다.2(a) and 2(b) are SEM photographs of a general carbon fiber nonwoven fabric and a metal plated carbon fiber nonwoven fabric according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따르면, 금속도금 탄소섬유와 탄소섬유를 적용하여 제조되는 탄소섬유 부직포는 전기저항 제어 및 높은 인장강도를 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a carbon fiber non-woven fabric manufactured by applying metal-plated carbon fiber and carbon fiber may have electrical resistance control and high tensile strength.
또한, 전기저항 제어를 통한 다양한 전도성 및 발열특성을 가지는 탄소섬유 부직포를 제작할 수 있다.In addition, it is possible to manufacture a carbon fiber nonwoven fabric having various conductivity and heat generation characteristics through electrical resistance control.
또한, 상기 탄소섬유 부직포를 활용하여 탄소 면상발열체를 제작 할 수 있다. 이에 발열체가 필요한 다양한 분야에 적용하여 기존의 면상발열체를 대체하여 유용하게 사용될 수 있는 응용효과를 기대할 수 있다.In addition, a carbon planar heating element can be produced by utilizing the carbon fiber nonwoven fabric. Accordingly, it can be applied to various fields that require a heating element to replace an existing planar heating element, and can expect an application effect that can be usefully used.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by examples.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are merely illustrative of the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following examples.
또한, 이하에서 설명하는 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경하여 구현할 수 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.In addition, the embodiments of the present invention described below can be implemented by various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention, and such implementations are described in the technical field to which the present invention pertains from the description of the above-described embodiments. If you are an expert, you can easily implement it.
[실시예][Example]
<실시예 1><Example 1>
5mm의 길이로 탄소섬유(PAN계), 금속도금(구리) 탄소섬유를 준비하여 아세톤에 2시간 반 동안 유지시켜 사이징을 제거하고, 증류수에 고분자 섬유(폴리프로필렌(PP))를 투입하고, 호모게나이저를 이용해 5000rpm으로 교반한 후, 혼합용액에 증점제(쟁탄검)를 투입하고, 분산시켜 300메쉬의 필터로 필터링하고, 90℃의 온도의 오븐에서 24시간동안 건조시킨 후, 핫프레스를 이용하여 1.5bar의 압력으로 165℃의 온도에서 45분동안 성형하여 탄소섬유 부직포를 제조하였다. Prepare carbon fiber (PAN-based), metal-plated (copper) carbon fiber with a length of 5 mm, hold it in acetone for 2 and a half hours to remove sizing, and add polymer fiber (polypropylene (PP)) to distilled water, homo After stirring at 5000 rpm using a ganizer, a thickener (Xanthan gum) was added to the mixed solution, dispersed and filtered with a 300 mesh filter, dried in an oven at a temperature of 90° C. for 24 hours, and then hot press was used. By molding at a pressure of 1.5 bar at a temperature of 165 ℃ for 45 minutes to prepare a carbon fiber nonwoven fabric.
이때, PAN계 탄소섬유는 일본 Toray사의 T700(12 K)를 사용하였다.At this time, PAN-based carbon fiber was used T700 (12 K) of Toray, Japan.
<실시예 2><Example 2>
5mm의 길이로 탄소섬유(pitch계), 금속도금(니켈) 탄소섬유를 준비하여 400℃온도에서 30분간 공기분위기에서 열처리하여 사이징을 제거하고, 증류수에 고분자 섬유(폴리에틸렌(PE))를 투입하고, 호모게나이저를 이용해 5000rpm으로 교반한 후, 혼합용액에 증점제(카보머)를 투입하고, 분산시켜 300메쉬의 필터로 필터링하고, 90℃의 온도의 오븐에서 24시간동안 건조시킨 후, 핫프레스를 이용하여 1.5bar의 압력으로 165℃의 온도에서 45분동안 성형하여 탄소섬유 부직포를 제조하였다.Prepare carbon fiber (pitch-based), metal-plated (nickel) carbon fiber with a length of 5 mm, heat-treat in an air atmosphere at 400°C for 30 minutes to remove sizing, and add polymer fiber (polyethylene (PE)) to distilled water. After stirring at 5000 rpm using a homogenizer, a thickener (carbomer) was added to the mixed solution, dispersed and filtered with a 300 mesh filter, dried in an oven at a temperature of 90° C. for 24 hours, and then hot press. It was molded for 45 minutes at a temperature of 165 ℃ with a pressure of 1.5bar to prepare a carbon fiber nonwoven fabric.
이때, Pitch계 탄소섬유는 일본 미쯔비시 화학의 K63712 12k를 사용하였다.At this time, as the pitch-based carbon fiber, K63712 12k manufactured by Mitsubishi Chemical Japan was used.
<실시예 3><Example 3>
실시예 1과 동일하게 제작되는 탄소섬유 부직포에 한쌍의 구리전극을 일정간격으로 부착하고, 탄소섬유 부직포 양면에 절연을 위한 고분자 필름을 부착하여 면상발열체를 제작하였음.A pair of copper electrodes were attached at regular intervals to the carbon fiber nonwoven fabric manufactured in the same manner as in Example 1, and a polymer film for insulation was attached to both surfaces of the carbon fiber nonwoven fabric to produce a planar heating element.
<실시예 4><Example 4>
실시에 2와 동일하게 제작되는 탄소섬유 부직포에 한쌍의 구리전극을 일정간격으로 부착하고, 탄소섬유 부직포 양면에 절연을 위한 고분자 필름을 부착하여 면상발열체를 제작하였음.A planar heating element was produced by attaching a pair of copper electrodes at regular intervals to the carbon fiber nonwoven fabric manufactured in the same manner as in Example 2, and attaching a polymer film for insulation on both sides of the carbon fiber nonwoven fabric.
<비교예 1><Comparative Example 1>
일반상용 탄소섬유(PAN계) 부직포를 사용하였다.A carbon fiber (PAN-based) non-woven fabric for general use was used.
<실험예 1> 부직포의 기계적 강도 측정<Experiment 1> Measurement of the mechanical strength of the nonwoven fabric
실시예 1 및 2, 비교예 1에서 제조된 부직포의 기계적 강도 측정을 위해 독일회사 Textechno의 FAVIGRAPH를 통해 단일섬유의 인장강도 및 인장탄성률을 측정하였다. In order to measure the mechanical strength of the nonwoven fabrics prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, tensile strength and tensile modulus of a single fiber were measured through FAVIGRAPH of the German company Textechno.
측정된 기계적 강도(인장강도, 인장탄성률)를 하기 [표 1]에 나타내었다.The measured mechanical strength (tensile strength, tensile modulus) is shown in Table 1 below.
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 인장강도는 실시예 1 및 2가 비교예 1보다 높은 것을 확인할 수 있었다.As can be seen from Table 1, the tensile strength was confirmed that Examples 1 and 2 were higher than Comparative Example 1.
인장탄성률은 실시예 1 및 2가 비교예 1보다 낮은 것을 확인할 수 있었다.The tensile modulus was confirmed that Examples 1 and 2 were lower than Comparative Example 1.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 금속도금 탄소섬유가 첨가된 탄소섬유 부직포 제조방법은 기계적 강도를 증가시켜 고강도 탄소섬유 부직포를 제조할 수 있다고 판단된다.Therefore, it is determined that the method for manufacturing a carbon fiber nonwoven fabric to which metal plated carbon fiber is added according to an embodiment of the present invention can increase the mechanical strength to produce a high strength carbon fiber nonwoven fabric.
<실험예 2> 부직포의 전기전도도(비저항 측정)<Experimental Example 2> Electrical conductivity of the nonwoven fabric (measurement of specific resistance)
탄소섬유 0.5 g, PVA 0.5 g, PAM 0.05 wt.% 수용액 5 ml는 고정으로 하고, 하기 표 2와 같이 실시예 3 및 실시예 4의 금속도금 탄소섬유 함량을 증가시켜 실험을 하며, 이에 따른 비저항 값의 변화를 관찰하였다.Carbon fiber 0.5 g, PVA 0.5 g, PAM 0.05 wt.% 5 ml of aqueous solution is fixed, and experiments are performed by increasing the metal-plated carbon fiber contents of Examples 3 and 4 as shown in Table 2 below. Changes in values were observed.
비저항 값 결과는 [표 2]에 나타내었다.The specific resistance values are shown in [Table 2].
상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 비저항 값은 실시예 3 및 4에서 금속도금 탄소섬유 함량이 0g일 때보다 낮아 전기전도율이 높아지는 것을 확인할 수 있었다.따라서, 본 발명의 실시예에 따른 금속도금 탄소섬유가 첨가된 탄소섬유 부직포 제조방법은 전기전도율를 증가시켜 면상발열체에 적용할 시, 저항제어가 쉬운 고강도 탄소섬유 부직포를 제조할 수 있다고 판단된다.As can be seen from Table 2, the specific resistance values were lower in the metal plating carbon fiber contents of Examples 3 and 4 than in the case of 0 g, thereby confirming that the electrical conductivity was high. It is judged that the carbon fiber-added carbon fiber non-woven fabric manufacturing method can produce a high-strength carbon fiber non-woven fabric with easy resistance control when applied to a planar heating element by increasing the electrical conductivity.
이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.The embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but those skilled in the art to which the present invention pertains may be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. You will understand. Therefore, the above-described embodiment is illustrative in all respects and is not limiting.
Claims (11)
(b) 탄소섬유의 사이징(sizing)을 제거하는 디사이징단계;
(c) 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유와 바인더로 사용되는 고분자 섬유를 증류수에 투입하는 고분자 섬유 투입단계;
(d) 상기 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유와 고분자 섬유가 투입된 혼합용액을 교반시키는 교반단계;
(e) 상기 교반된 혼합용액에 증점제를 투입하는 증점제 투입단계;
(f) 상기 증점제를 투입한 혼합용액이 분산되는 분산단계;
(g) 상기 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유가 분산된 혼합용액을 여과시켜 고강도 탄소섬유로 필터링하는 필터링단계;
(h) 필터링된 고강도 탄소섬유를 건조시키는 건조단계 및
(i) 건조된 고강도 탄소섬유를 핫프레스로 가열 가압하여 고분자 섬유를 녹이는 가열가압단계를 포함하고,
상기 (b) 단계는,
탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유를 아세톤에 2 내지 3시간동안 유지시켜 탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유의 사이징을 제거하거나 300 내지 500℃온도에서 20 내지 40분간 공기분위기에서 열처리하여 사이징을 제거하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 부직포 제조방법.
(a) fiber preparation step of preparing carbon fiber and metal plated carbon fiber;
(b) a desizing step of removing sizing of the carbon fiber;
(c) carbon fiber and metal-plated carbon fiber and a polymer fiber input step of introducing polymer fibers used as a binder into distilled water;
(d) a stirring step of stirring the mixed solution in which the carbon fiber and metal plated carbon fiber and polymer fiber are added;
(e) a thickener input step of adding a thickener to the stirred mixed solution;
(f) a dispersion step in which the mixed solution in which the thickener is added is dispersed;
(g) a filtering step of filtering the mixed solution in which the carbon fiber and metal-plated carbon fiber are dispersed to filter the high-strength carbon fiber;
(h) a drying step of drying the filtered high-strength carbon fiber and
(i) heating and pressurizing the dried high-strength carbon fiber with a hot press to include a heating and pressing step to melt the polymer fiber,
Step (b) is,
Carbon fiber and metal-plated Carbon fiber is maintained in acetone for 2-3 hours to remove sizing of carbon fiber and metal-plated carbon fiber, or heat-treated in an air atmosphere at a temperature of 300 to 500°C for 20 to 40 minutes to remove sizing. Carbon fiber non-woven fabric manufacturing method.
상기 탄소섬유는 PAN계 탄소섬유 또는 pitch계 탄소섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 부직포 제조방법.
According to claim 1,
The carbon fiber carbon fiber non-woven fabric manufacturing method characterized in that it comprises a PAN-based carbon fiber or pitch-based carbon fiber.
상기 (a) 단계는,
탄소섬유 및 금속도금 탄소섬유를 1mm 내지 20mm의 길이로 준비하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 부직포 제조방법.
According to claim 1,
Step (a) is,
Carbon fiber and metal-plated carbon fiber non-woven fabric manufacturing method, characterized in that to prepare a length of 1mm to 20mm.
상기 고분자 섬유는,
폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐알콜(PVA)섬유 중 하나인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 부직포 제조방법.
According to claim 1,
The polymer fiber,
Carbon fiber nonwoven fabric manufacturing method characterized in that it is one of polypropylene (PP), polyethylene (PE), polyvinyl alcohol (PVA) fibers.
상기 (d) 단계는,
상기 혼합용액을 호모게나이저(homogenizer)를 이용하여 3,000 내지 10,000 rpm의 회전속도로 교반하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 부직포 제조방법.
According to claim 1,
Step (d) is,
Carbon fiber non-woven fabric manufacturing method characterized in that the mixed solution is stirred at a rotational speed of 3,000 to 10,000 rpm using a homogenizer.
상기 (e) 단계는,
상기 혼합용액에 투입하는 증점제는 쟁탄검(xtanthan gum), 카보머(carbomer), 폴리아크릴아마이드(PAM)중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 부직포 제조방법.
According to claim 1,
Step (e) is,
A method of manufacturing a carbon fiber non-woven fabric comprising at least one of xanthan gum, carbomer, and polyacrylamide (PAM).
상기 (g) 단계는,
필터링 시에 사용하는 필터는 100 내지 500메쉬(mesh)의 크기를 가지며, 고분자 또는 금속 소재로 제작되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 부직포 제조방법.
According to claim 1,
Step (g) is,
The filter used for filtering has a size of 100 to 500 mesh, and is a method of manufacturing a carbon fiber nonwoven fabric, characterized in that it is made of a polymer or metal material.
상기 (h) 단계는,
80~100℃의 온도의 오븐에서 22 내지 26시간동안 건조하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 부직포 제조방법.
According to claim 1,
Step (h) is,
Carbon fiber non-woven fabric production method characterized in that for drying for 22 to 26 hours in an oven at a temperature of 80 ~ 100 ℃.
상기 (i) 단계는,
핫프레스를 이용하여 1 내지 2 bar의 압력으로 150 내지 180℃의 온도에서 30 내지 60분동안 성형하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 부직포 제조방법.
According to claim 1,
Step (i) is,
Carbon fiber non-woven fabric manufacturing method characterized by molding at a temperature of 150 to 180 ℃ for 30 to 60 minutes at a pressure of 1 to 2 bar using a hot press.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| X091 | Application refused [patent] | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |