WO2017051963A1 - Carbon fiber electrode using carbon fiber and manufacturing method therefor - Google Patents

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electrode
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노재승
강동수
이상민
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금오공과대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a carbon fiber electrode using a carbon fiber and a method for manufacturing the same, and more particularly, to increase the recovery rate of the carbon fiber to more than 80%, to produce an isotropic molded body without applying an expensive isotropic molding process technology
  • the present invention relates to a method of manufacturing a carbon fiber electrode using carbon fiber, which can be excellent in durability and prevents swelling and prevents cracks from occurring at the surface.
  • the carbon fiber may include carbon fiber waste.
  • Figure 3 is an enlarged image of an isotropic carbon fiber molded article according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention is a step 1 to prepare a carbon fiber powder by powdering the carbon fiber, two steps to produce a carbon fiber molded body by uniaxial pressure molding the carbon fiber powder, three steps of delayed heat treatment of the carbon fiber molded body in a nitrogen atmosphere And carbonizing the heat-treated carbon fiber molded body in an impregnation solution having a viscosity of 25 cP (25 ° C.) or less, and five steps of recarbonizing the impregnated carbon fiber molded body.
  • a method for producing a fiber electrode was provided to seek to solve the above problems.
  • Example 18 Example 19
  • Example 20 Example 21
  • Example 22 Powdering stage Carbon fiber and binder (weight ratio) 1: 0.2 1: 0.2 1: 0.2 1: 0.2 1: 0.2 1: 0.2 1: 0.2 1: 0.2 Curing temperature (°C) 150 150 150 150 150 150 150 150 150 Powder Particle Size ( ⁇ m) 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 Molding step Molding pressure (MPa) 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 Molding method Uniaxial pressure Uniaxial pressure Uniaxial pressure Uniaxial pressure

Abstract

The present invention relates to a carbon fiber electrode using a carbon fiber and a manufacturing method therefor and, more particularly, to a method for manufacturing a carbon fiber electrode using a carbon fiber, which has the effects of being capable of increasing the recovery rate of carbon fibers to 80% or greater, manufacturing an isotropic molded body without applying an expensive isotropic molding process technology, providing excellent durability, and preventing the expansion of the carbon fiber electrode and at the same time preventing cracks from occurring on the surface thereof.

Description

탄소섬유를 이용한 탄소섬유전극 및 이의 제조방법Carbon fiber electrode using carbon fiber and manufacturing method thereof
본 발명은 탄소섬유를 이용한 탄소섬유전극 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄소섬유의 회수율을 80% 이상으로 상승시킬 수 있고, 고가의 등방 성형 공정기술을 적용하지 않고도 등방성 성형체를 제조할 수 있으며, 내구성이 우수하고, 팽창을 방지하는 동시에 표면에 크랙 발생을 방지하는 효과가 있는 탄소섬유를 이용한 탄소섬유전극을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon fiber electrode using a carbon fiber and a method for manufacturing the same, and more particularly, to increase the recovery rate of the carbon fiber to more than 80%, to produce an isotropic molded body without applying an expensive isotropic molding process technology The present invention relates to a method of manufacturing a carbon fiber electrode using carbon fiber, which can be excellent in durability and prevents swelling and prevents cracks from occurring at the surface.
CFRP는 카본섬유를 강화재로 하는 고강도ㆍ고탄성의 경량 구조재로 주목받고 있는 첨단 복합 재료이다. 탄소 섬유(CF)를 강화재로 하는 플라스틱계 복합재를 일반적으로 CFRP라 하며, CFRP는 경량 구조용 재료로서 뛰어난 특성을 갖고 있고, 비강도(比强度)는 철강의 6배, GFRP의 2배, 비탄성률은 철강의 3배, GFRP의 4배로 되어 있다. 또 정적 강도뿐 만 아니라 뛰어난 피로특성을 갖고 있으며, 내마찰ㆍ마모성이 뛰어나다. 한편, 기능적으로 열팽창 계수가 작기 때문에 치수 안정성이 뛰어나고, 전기 전도성, 내식성, 진동 감쇠성, X선 투과성 등이 뛰어난 성능을 갖고 있다. 탄소섬유 강화재의 형태는 유리섬유와 마찬가지로 장섬유와 단섬유를 비롯하여 직포, 시트 등이며, 매트릭스로는 에폭시, 불포화 폴리에스테르 같은 열경화성, 플라스틱 외에 열가소성도 사용된다. CFRP는 경량 구조용 재료로 일본에서는 스포츠, 레저관계, 미국에서는 항공 우주관계에 사용되고 있다. 그러나 앞으로는 자동차 관계, 일반 구조재로써의 수요 신장도 기대되고 있다.CFRP is an advanced composite material that is attracting attention as a high-strength, high-elastic, lightweight structural material made of carbon fiber as a reinforcing material. Plastic-based composites made of carbon fiber (CF) are commonly referred to as CFRP. CFRP is a lightweight structural material with excellent properties. Specific strength is 6 times that of steel, 2 times that of GFRP, and inelasticity. It is three times that of silver steel and four times that of GFRP. In addition, it has not only static strength but also excellent fatigue characteristics and excellent friction and abrasion resistance. On the other hand, since the coefficient of thermal expansion is functionally small, it is excellent in dimensional stability, and has excellent performance in electrical conductivity, corrosion resistance, vibration damping property, X-ray permeability, and the like. Carbon fiber reinforcing materials, like glass fibers, long fibers and short fibers as well as woven fabrics, sheets, and the like, as a matrix, thermosetting such as epoxy, unsaturated polyester, thermoplastics in addition to plastics are also used. CFRP is a lightweight structural material that is used in sports, leisure and aerospace in Japan. However, in the future, demand for automobile-related and general structural materials is expected to increase.
그러나 최근 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)의 사용이 급증함에 따라 폐기물의 발생 또한 급증하고 있는 추세이며, 탄소섬유 방사 및 CFRP 제작 시 발생되는 탄소 폐기물 또한 막대한 양이 발생되고 있다.However, as the use of carbon fiber reinforced plastics (CFRP) has recently increased, the generation of waste has also increased rapidly, and carbon waste generated during carbon fiber spinning and CFRP production has also been generated.
이러한 탄소섬유 폐기물은 섬유의 길이와 형태가 일정하지 않고, 무가치하기 때문에 대부분이 해양투기, 토양매립, 소각 등의 방식으로 폐기되거나, 건축자재의 충진재로 일부 사용되고 있다.These carbon fiber wastes are not uniform in length and shape, and are of no value, so most of them are discarded by ocean dumping, soil reclamation, incineration, etc., or are partially used as a filling material for building materials.
따라서, 이를 처리하는 처리방법에 대한 대책마련이 필요하며 나아가 막대한 양의 탄소섬유 폐기물을 재활용 할 수 있는 방법이 다양하게 연구되어 왔다.Therefore, it is necessary to prepare a countermeasure for the treatment method for treating this, and further, various methods for recycling a large amount of carbon fiber waste have been studied.
방전가공(Electric Discharge Machining)은 스파크 가공이라고도 하며, 전기의 양극과 음극이 접촉할 때 발생되는 스파크의 열을 이용하여 가공하고자 하는 재료를 녹이거나 기화시켜 가공하는 방식으로 정밀 금형 제작에 필수적인 가공법이다. 방전가공(EDM)은 액상 유전체 속에서 전극과 가공물 사이에 반복되는 전기적 방전의 부식효과에 의해 재료가 가공된다. 방전가공방법은 크게 두 가지로 구분되며 음극으로 와이어(wire)를 사용하는 와이어 방전가공법과 다이 또는 몰드를 사용하는 다이 방전가공으로 분류된다.Electric Discharge Machining, also known as spark processing, is an essential processing method for the manufacture of precision molds by melting or vaporizing the material to be processed using the heat of sparks generated when the anode and the cathode are in contact with electricity. . EDM is processed by the corrosive effects of repeated electrical discharges between electrodes and workpieces in a liquid dielectric. There are two types of electric discharge machining methods, which are classified into a wire electric discharge machining method using a wire as a cathode and a die electric discharge machining using a die or a mold.
방전가공용 전극소재는 일반적으로 황동, 흑연이 주로 사용되며 이 밖에도 은-텅스텐, 구리-텅스텐, 동-텅스텐, 철, 구리, 아연, 인청동 및 알루미늄 등이 사용된다. 특히 흑연 전극은 빠른 가공성과 전극의 저소모 및 복제기능이 우수하여 복잡한 형상의 방전작업에 널리 이용되고 있으나 제조공정이 복잡하고 초기투자비용으로 인하여, 이를 탄소섬유 전극으로 대체하는 연구가 요구되고 있다.Electrode materials for electric discharge machining are generally brass and graphite, and in addition, silver-tungsten, copper-tungsten, copper-tungsten, iron, copper, zinc, phosphor bronze and aluminum are used. Particularly, graphite electrode has been widely used in discharging work of complex shape because of its rapid processability and low consumption and replication function of electrode. However, due to the complicated manufacturing process and initial investment cost, research is required to replace it with carbon fiber electrode. .
한편, 대한민국공개특허 10-2009-0009191 호는 활성 탄소 섬유로 이루어진 섬유 재료 및 이의 제조 방법을 개시하고 있다. 상기 공개특허는 활성 탄소 섬유 조각으로 이루어져 전기화학적 장치, 촉매 기판 등의 다양한 장치에 사용될 수 있으며 표면적이 넓은 효과를 갖지만, 탄소섬유의 회수율을 80% 이상으로 상승시킬 수 있고, 고가의 등방 성형 공정기술을 적용하지 않고도 등방성 성형체를 제조할 수 있으며, 내구성이 우수하며, 팽창을 방지하고 표면에 크랙이 발생하는 것을 방지하는 효과를 동시에 갖기 어려운 문제가 있었다.On the other hand, Korean Patent Laid-Open No. 10-2009-0009191 discloses a fiber material made of activated carbon fibers and a method of manufacturing the same. The disclosed patent can be used in a variety of devices, such as electrochemical devices, catalyst substrates made of activated carbon fiber pieces, and has a wide surface area effect, but can increase the recovery rate of carbon fibers to 80% or more, and an expensive isotropic molding process It is possible to produce an isotropic molded body without applying the technology, it is excellent in durability, it is difficult to have the effect of preventing expansion and preventing the occurrence of cracks on the surface at the same time.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 해결하려는 과제는 탄소섬유의 회수율을 80% 이상으로 상승시킬 수 있고, 고가의 등방 성형 공정기술을 적용하지 않고도 등방성 성형체를 제조할 수 있으며, 내구성이 우수하고, 팽창을 방지하는 동시에 표면에 크랙 발생을 방지하는 효과가 있는 탄소섬유를 이용한 탄소섬유전극을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, the problem to be solved of the present invention is to increase the recovery rate of the carbon fiber to 80% or more, to produce an isotropic molded body without applying an expensive isotropic molding process technology The present invention provides a method of manufacturing a carbon fiber electrode using carbon fiber, which can be excellent in durability and prevents swelling and at the same time prevents occurrence of cracks on the surface.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 탄소섬유를 분말화하여 탄소섬유 분말을 제조하는 1단계, 상기 탄소섬유 분말을 일축가압성형하여 탄소섬유 성형체를 제조하는 2단계, 상기 탄소섬유 성형체를 질소분위기 하에서 지연 열처리하는 3단계, 상기 열처리한 탄소섬유 성형체를 점도 25 cP(25℃) 이하의 함침 용액에 함침하는 4단계 및 상기 함침한 탄소섬유 성형체를 재탄화 처리 하는 5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 탄소섬유 전극의 제조방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention is a step 1 to prepare a carbon fiber powder by powdering the carbon fiber, two steps to produce a carbon fiber molded body by uniaxial pressure molding the carbon fiber powder, nitrogen atmosphere in the carbon fiber molded body Three steps of delayed heat treatment under, characterized in that it comprises a four step of impregnating the heat-treated carbon fiber molded body in the impregnation solution of viscosity 25 cP (25 ℃) or less and the five steps of recarbonizing the impregnated carbon fiber molded body It provides a method for producing a carbon fiber electrode using a carbon fiber.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 탄소섬유는 탄소섬유 폐기물을 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the carbon fiber may include carbon fiber waste.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 1단계는 탄소섬유에 바인더를 도포한 후 경화하여 탄소섬유-바인더 복합체를 제조하는 (1-1)단계 및 상기 탄소섬유-바인더 복합체를 기계적 밀링하여 탄소섬유 분말을 제조하는 (1-2)단계를 포함할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the step 1 is to apply a binder to the carbon fiber and then cured to prepare a carbon fiber-binder composite (1-1) and by mechanically milling the carbon fiber-binder composite It may include the step (1-2) to prepare a carbon fiber powder.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 1단계는 탄소섬유를 기계적 밀링하여 탄소섬유 분말을 제조하는 (1-1)단계, 탄소섬유 분말에 바인더를 도포한 후 경화하여 과립화된 탄소섬유-바인더 복합체 분말을 제조하는 (1-2)단계 및 상기 과립화된 탄소섬유-바인더 복합체 분말을 기계적 밀링하여 탄소섬유 분말을 제조하는 (1-3)단계를 포함할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the step 1 is a mechanical milling of the carbon fiber to produce a carbon fiber powder (1-1) step, after applying a binder to the carbon fiber powder and hardened by granulated carbon (1-2) preparing the fiber-binder composite powder and (1-3) preparing the carbon fiber powder by mechanically milling the granulated carbon fiber-binder composite powder.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 탄소섬유 및 바인더는 1 : 0.15 ~ 0.35의 중량비로 혼합되며, 상기 바인더는 페놀수지, 타르, 콜 타르 피치 및 석유피치 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the carbon fiber and the binder is mixed in a weight ratio of 1: 0.15 to 0.35, the binder may be any one or more selected from phenol resin, tar, coal tar pitch and petroleum pitch. have.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 탄소섬유 분말 및 바인더는 1 : 0.15 ~ 0.35의 중량비로 혼합되며, 상기 바인더는 페놀수지, 타르, 콜 타르 피치 및 석유피치 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the carbon fiber powder and the binder are mixed in a weight ratio of 1: 0.15 to 0.35, the binder is any one or more selected from phenol resin, tar, coal tar pitch and petroleum pitch. Can be.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 경화는 100 ~ 200℃에서 5 ~ 8 시간 동안 수행할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the curing may be performed for 5 to 8 hours at 100 ~ 200 ℃.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 기계적 밀링은 볼밀링(ball milling)이며, 상기 볼밀링은 볼 및 탄소섬유의 중량비를 52 ~ 58 : 1 로 혼합한 후, 볼을 투입하여 100 ~ 300 rpm의 속도로 20 ~ 30 시간 동안 수행하고, 상기 볼은 평균직경이 7 ~ 30 mm인 스틸 볼을 사용할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the mechanical milling is ball milling (ball milling), the ball milling after mixing the weight ratio of the ball and carbon fiber 52 ~ 58: 1, and then put the ball 100 It is carried out for 20 to 30 hours at a speed of ~ 300 rpm, the ball may be a steel ball having an average diameter of 7 to 30 mm.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 탄소섬유 분말은 평균입도가 212 ㎛ 이하일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the carbon fiber powder may have an average particle size of 212 ㎛ or less.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 하기 식 1 에 따라 계산되는 상기 1단계의 탄소섬유 분말의 회수율은 80 % 이상일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the recovery rate of the carbon fiber powder of the first step calculated according to Equation 1 may be 80% or more.
[식 1][Equation 1]
탄소섬유회수율(%)=Carbon fiber recovery rate (%) =
(방전가공전극용탄소섬유의중량/최초도입되는탄소섬유의중량)×100.(Weight of Carbon Fiber for Electrode Processed Electrode / Weight of First Introduced Carbon Fiber) × 100.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 탄소섬유 성형체는 등방성 탄소섬유 성형체이며, 상기 등방성 탄소섬유 성형체는 상호 수직하는 x축, y축 및 z축 방향으로 미세조직의 입도가 각각 212 ㎛ 이하일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the carbon fiber molded body is an isotropic carbon fiber molded body, the isotropic carbon fiber molded body is the particle size of the microstructure in the x-axis, y-axis and z-axis direction perpendicular to each other 212 ㎛ It may be:
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 2단계의 일축가압성형은 30 ~ 400 MPa에서 수행할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the uniaxial pressure molding of the two steps can be carried out at 30 ~ 400 MPa.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 3단계의 지연 열처리는 분당 1.5 ~ 2.5℃의 속도로 600 ~ 1000℃까지 승온 시킨 후, 600 ~ 1000℃에서 0.5 ~ 1.5 시간 동안 수행할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the three-step delay heat treatment may be performed at 600 to 1000 ° C. at a rate of 1.5 to 2.5 ° C. per minute and then at 600 to 1000 ° C. for 0.5 to 1.5 hours. .
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 4단계는 0.7MPa ~ 1.5MPa 의 압력으로 10 ~ 60 분 동안 수행할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the fourth step may be performed for 10 to 60 minutes at a pressure of 0.7MPa ~ 1.5MPa.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 4단계는 감압 함침 및 가압 함침 중에서 선택된 어느 하나의 방법으로 수행할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the fourth step may be performed by any one method selected from the pressure reduction impregnation and pressure impregnation.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 함침 용액은 중합수지 및 용매를 1 : 0.8 ~ 1 : 2.5 의 중량비로 포함하며, 상기 중합수지는 페놀수지 및 피치 중에서 선택된 1종 이상이고, 상기 용매는 에탄올 및 톨루엔 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the impregnation solution comprises a polymerization resin and a solvent in a weight ratio of 1: 0.8 to 1: 2.5, wherein the polymerization resin is at least one selected from phenol resin and pitch, The solvent may be at least one selected from ethanol and toluene.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 4단계는 1 ~ 3회 반복하여 수행할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the four steps may be performed by repeating 1 to 3 times.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 5단계의 재탄화 처리는 질소 분위기에서 분당 1.5 ~ 2.5℃의 속도로 600 ~ 1000℃까지 승온시킨 후, 0.5 ~ 1.5 시간 동안 속도로 600 ~ 1000℃ 하에 수행할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the five-stage recarbonation treatment is heated to 600 to 1000 ℃ at a rate of 1.5 to 2.5 ℃ per minute in a nitrogen atmosphere, 600 to 1000 at a rate for 0.5 to 1.5 hours It may be carried out under ℃.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 상기 제조방법으로 제조되며, 경도가 90HsA 이상이고, 밀도가 1.24 ~ 1.50 g/cm3 인 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 탄소섬유전극을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a carbon fiber electrode using a carbon fiber, characterized in that the manufacturing method, the hardness is 90HsA or more, the density is 1.24 ~ 1.50 g / cm3.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 탄소섬유전극은 비저항이 1.60×10-4 ~ 1.59×10-2 ohmㆍcm 일 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the carbon fiber electrode may have a specific resistance of 1.60 × 10 −4 to 1.59 × 10 −2 ohm · cm.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 상기 탄소섬유전극을 포함하는 방전가공용 전극을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides an electrode for electric discharge machining comprising the carbon fiber electrode.
이하, 본 발명에서 사용한 용어에 대해 설명한다.Hereinafter, the term used by this invention is demonstrated.
본 발명에서 사용한 용어인 "일축가압성형"은 단단한 성형틀(몰드) 내에서 단일축 방향으로 단단한 펀치, 플런저 또는 피스톤을 이용, 가압하여 분말을 압축하는 성형방법을 의미한다.The term "uniaxial pressure molding" used in the present invention means a molding method for compressing the powder by pressing using a hard punch, plunger or a piston in a single axis direction in a rigid mold (mold).
본 발명은 탄소섬유의 회수율을 80% 이상으로 상승시킬 수 있고, 고가의 등방 성형 공정기술을 적용하지 않고도 등방성 성형체를 제조할 수 있으며, 내구성이 우수하고, 팽창을 방지하는 동시에 표면에 크랙 발생을 방지하는 효과가 있다.The present invention can increase the recovery rate of carbon fiber to 80% or more, can produce isotropic molded body without applying expensive isotropic molding process technology, excellent durability, prevent expansion and at the same time prevent the occurrence of cracks on the surface It is effective to prevent.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 과립화된 탄소섬유 분말의 이미지이다.1 is an image of a granulated carbon fiber powder according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 상호 수직하는 x축, y축 및 z축 방향 중 일방향으로 일축가압성형하는 방향을 나타내는 모식도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing the direction of uniaxial pressure molding in one direction of the mutually perpendicular x-axis, y-axis and z-axis direction according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 등방성 탄소섬유 성형체의 확대이미지이다.Figure 3 is an enlarged image of an isotropic carbon fiber molded article according to an embodiment of the present invention.
도 4은 성형공정을 확립하지 않은 성형체의 성형 후 사진이다.4 is a photograph after molding of a molded article that does not establish a molding process.
도 5은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 성형체의 성형 후 사진이다.Figure 5 is a photograph after the molding of the molded article according to an embodiment of the present invention.
도 6는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 성형체의 함침 공정 사진이다.Figure 6 is a photograph of the impregnation process of the molded article according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 방전가공을 수행하는 사진이다.7 is a photograph for performing the discharge machining according to an embodiment of the present invention.
도 8는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 방전가공 결과를 나타내는 사진이다.Figure 8 is a photograph showing the discharge processing results according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
상술한 바와 같이 종래의 탄소 섬유로 이루어진 섬유 재료는 활성 탄소 섬유 조각으로 이루어져 전기화학적 장치, 촉매 기판 등의 다양한 장치에 사용될 수 있으며 표면적이 넓은 효과를 갖지만, 탄소섬유의 회수율을 80% 이상으로 상승시킬 수 있고, 고가의 등방 성형 공정기술을 적용하지 않고도 등방성 성형체를 제조할 수 있으며, 내구성이 우수하며, 팽창을 방지하고 표면에 크랙이 발생하는 것을 방지하는 효과를 동시에 갖기 어려운 문제가 있었다.As described above, the fiber material made of conventional carbon fiber is composed of activated carbon fiber fragments and can be used in various devices such as electrochemical devices and catalyst substrates, and has a wide surface area effect, but increases the recovery rate of carbon fiber to 80% or more. It is possible to produce an isotropic molded body without applying an expensive isotropic molding process technology, it is excellent in durability, it is difficult to simultaneously have the effect of preventing expansion and preventing the occurrence of cracks on the surface.
이에 본 발명은 탄소섬유를 분말화하여 탄소섬유 분말을 제조하는 1단계, 상기 탄소섬유 분말을 일축가압성형하여 탄소섬유 성형체를 제조하는 2단계, 상기 탄소섬유 성형체를 질소분위기 하에서 지연 열처리하는 3단계, 상기 열처리한 탄소섬유 성형체를 점도 25 cP(25℃) 이하의 함침 용액에 함침하는 4단계 및 상기 함침한 탄소섬유 성형체를 재탄화 처리 하는 5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 탄소섬유 전극의 제조방법을 제공하여 상술한 문제의 해결을 모색하였다. 이를 통해, 종래의 발명과는 달리 탄소섬유의 회수율을 80% 이상으로 상승시킬 수 있고, 고가의 등방 성형 공정기술을 적용하지 않고도 등방성 성형체를 제조할 수 있으며, 내구성이 우수하며, 팽창을 방지하고 표면에 크랙이 발생하는 것을 방지하는 효과를 동시에 달성할 수 있다.Accordingly, the present invention is a step 1 to prepare a carbon fiber powder by powdering the carbon fiber, two steps to produce a carbon fiber molded body by uniaxial pressure molding the carbon fiber powder, three steps of delayed heat treatment of the carbon fiber molded body in a nitrogen atmosphere And carbonizing the heat-treated carbon fiber molded body in an impregnation solution having a viscosity of 25 cP (25 ° C.) or less, and five steps of recarbonizing the impregnated carbon fiber molded body. A method for producing a fiber electrode was provided to seek to solve the above problems. Through this, unlike conventional invention, it is possible to increase the recovery rate of carbon fiber to 80% or more, and to produce isotropic molded body without applying expensive isotropic molding process technology, excellent durability, prevent expansion The effect of preventing cracks from occurring on the surface can be simultaneously achieved.
먼저, 탄소섬유를 분말화하여 탄소섬유 분말을 제조하는 1단계를 설명한다. First, the first step of preparing the carbon fiber powder by powdering the carbon fiber will be described.
이때, 상기 탄소섬유는 탄소를 마이크로 또는 나노 스케일의 미세한 선재로 성형한 것일 수 있다. 상기 탄소섬유는 소정의 유연성을 갖도록 소정의 폴리머를 포함할 수 있다. 또한, 상기 탄소섬유로 탄소섬유 폐기물을 사용할 수 있다. 탄소섬유 폐기물을 사용할 경우 버려지는 탄소섬유를 재활용할 수 있고, 친환경적으로 방전가공 전극용 탄소섬유 분말소재를 제조할 수 있는 효과가 있다.In this case, the carbon fiber may be formed of carbon in a fine wire of a micro or nano scale. The carbon fiber may include a predetermined polymer to have a predetermined flexibility. In addition, carbon fiber waste may be used as the carbon fiber. When the carbon fiber waste is used, the discarded carbon fiber can be recycled, and the carbon fiber powder material for electric discharge machining electrodes can be manufactured in an environmentally friendly manner.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 1단계는 탄소섬유에 바인더를 도포한 후 경화하여 탄소섬유-바인더 복합체를 제조하는 (1-1)단계 및 상기 탄소섬유-바인더 복합체를 기계적 밀링하여 탄소섬유 분말을 제조하는 (1-2)단계를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the step 1 is to apply a binder to the carbon fiber and then hardened to produce a carbon fiber-binder composite (1-1) and the carbon fiber-binder composite mechanically milled carbon It may include the step (1-2) to prepare a fiber powder.
상기 (1-1)단계는 탄소섬유에 바인더를 도포한 후 건조하여 탄소섬유-바인더 복합체를 제조하는 단계로서, 종래의 탄소섬유를 기계적 분쇄하는 단계없이 바로 탄소섬유에 바인더를 도포함으로써, 탄소섬유가 바인더를 흡수하여 후속단계에서 기계적 분쇄를 수행하기 어려운 점을 극복할 수 있고, 분쇄된 탄소 섬유 분말과 바인더를 균질하게 혼합하기 위한 블렌딩 공정을 수행하지 않아도 되어 공정상 경제성이 향상될 수 있다.Step (1-1) is a step of preparing a carbon fiber-binder composite by applying a binder to the carbon fiber and drying it, by applying a binder directly to the carbon fiber without mechanical grinding the conventional carbon fiber, carbon fiber It is possible to overcome the difficulty of performing mechanical grinding in the subsequent step by absorbing the binder, and do not have to perform a blending process for homogeneously mixing the pulverized carbon fiber powder and the binder can be improved in process economics.
한편, 상기 탄소섬유 및 바인더는 1 : 0.1 ~ 0.5의 중량비로 혼합될 수 있으며, 바람직하게는 1 : 0.15 ~ 0.35의 중량비로 혼합될 수 있다. 상기 탄소섬유 및 바인더가 1 : 0.15 미만으로 포함되는 경우 탄소섬유와 결합하지 않는 문제점이 있고, 1 : 0.35를 초과하여 혼합되는 경우 방전가공 전극 제조 시 특성을 감소시키는 문제점이 있다.On the other hand, the carbon fiber and the binder may be mixed in a weight ratio of 1: 0.1 to 0.5, preferably 1: 0.15 to 0.35 may be mixed in a weight ratio. When the carbon fiber and the binder is included in less than 1: 0.15, there is a problem that does not combine with the carbon fiber, and when mixed in excess of 1: 0.35, there is a problem in reducing the characteristics when manufacturing the discharge machining electrode.
상기 바인더는 상기 탄소섬유와 밀착하여 탄소섬유끼리의 접착강도를 높여 전기적 성질 변화를 억제할 수 있게 하는 것이라면 어떤 것이든 사용가능하며, 바람직하게는 페놀수지, 타르, 콜 타르 피치 및 석유피치 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 페놀수지를 사용할 수 있다.The binder can be used as long as it is in close contact with the carbon fiber to increase the adhesive strength of the carbon fibers to suppress the change in electrical properties, preferably selected from phenolic resin, tar, coal tar pitch and petroleum pitch. It may be any one or more, and more preferably phenol resin can be used.
상기 (1-1)단계의 상기 경화는 150 ~ 250℃에서 5 ~ 8 시간 동안 수행할 수 있으며, 바람직하게는 100 ~ 200℃에서 5 ~ 8 시간 동안 수행할 수 있다. 만일 100℃ 미만으로 수행되는 경우 바인더가 경화되지 않는 문제점이 있고, 200℃를 초과하여 수행되는 경우 바인더 성분 중 휘발성분이 휘발하는 문제점이 있다. 상기 경화를 통해 바인더가 탄소섬유에 밀착하여 탄소섬유-바인더 복합체를 제조할 수 있다.The curing of the step (1-1) may be performed for 5 to 8 hours at 150 ~ 250 ℃, preferably for 5 to 8 hours at 100 ~ 200 ℃. If it is carried out below 100 ℃ there is a problem that the binder is not cured, if carried out above 200 ℃ there is a problem that the volatile component of the binder component is volatilized. Through the curing, the binder may be in close contact with the carbon fiber to prepare a carbon fiber-binder composite.
한편, 상기 (1-2)단계는 상기 탄소섬유-바인더 복합체를 기계적 밀링하여 탄소섬유 분말을 제조하는 단계로서, 상기 기계적 밀링은 볼밀링(ball milling)일 수 있으며, 상기 볼밀링 공정을 통해 탄소섬유 분말을 제조할 경우 공정 시간이 짧아질 수 있고 대량 생산이 가능한 효과가 있다.On the other hand, step (1-2) is a step of mechanically milling the carbon fiber-binder composite to produce a carbon fiber powder, the mechanical milling may be ball milling (ball milling), the carbon through the ball milling process When the fiber powder is produced, the process time can be shortened and mass production is possible.
상기 볼밀링은 50 ~ 350 rpm의 속도로 15 ~ 35 시간 동안 수행할 수 있으며, 바람직하게는 100 ~ 300 rpm의 속도로 20 ~ 30 시간 동안 수행할 수 있다. 만일 상기 볼밀링 속도가 100rpm 미만일 경우 수득되는 탄소 분말 소재의 형태 또는 입경이 불균일할 수 있고, 볼밀링 속도가 300rpm을 초과할 경우 볼밀링 속도 증가에 따른 탄소 분말 소재의 수득률 증가율이 낮아지므로 공정상 효율적이지 못하고, 밀링으로 인한 분진 발생율이 높아질 수 있다. 또한, 상기 볼밀링 시간이 20시간 미만일 경우 수득되는 탄소섬유 분말의 형태 또는 입경이 불균일할 수 있고, 볼밀링 시간이 30시간을 초과할 경우 볼밀링 시간 증가에 따른 탄소섬유 분말의 수득률 증가율이 낮아지므로 공정상 효율적이지 못하고, 밀링으로 인한 분진 발생율이 높아질 수 있다.The ball milling may be performed for 15 to 35 hours at a speed of 50 to 350 rpm, preferably for 20 to 30 hours at a speed of 100 to 300 rpm. If the ball milling speed is less than 100rpm the shape or particle size of the carbon powder material obtained may be non-uniform, and if the ball milling speed is more than 300rpm, the yield increase rate of the carbon powder material according to the increase in the ball milling speed is lowered in the process It is not efficient and the dust generation rate due to milling can be high. In addition, when the ball milling time is less than 20 hours, the shape or particle size of the carbon fiber powder obtained may be uneven, and when the ball milling time is more than 30 hours, the yield increase rate of the carbon fiber powder according to the increase in the ball milling time is low. As a result, the process is not efficient and dust generation due to milling may be high.
한편, 상기 볼밀링은 볼 및 탄소섬유의 중량비가 50 ~ 60 : 1 일수 있으며, 바람직하게는 중량비가 52 ~ 58 : 1 일 수 있다. 만일 상기 볼 및 탄소섬유의 중량비가 52 : 1 미만일 경우 수득되는 탄소섬유 분말의 형태 또는 입경이 불균일할 수 있고, 상기 볼 및 탄소섬유의 중량비가 58 : 1 을 초과할 경우 밀링으로 인한 분진 발생율이 높아진다.On the other hand, the ball milling may be a weight ratio of the ball and the carbon fiber 50 to 60: 1, preferably a weight ratio of 52 to 58: 1 may be. If the weight ratio of the ball and carbon fiber is less than 52: 1, the form or particle diameter of the carbon fiber powder obtained may be non-uniform, and if the weight ratio of the ball and carbon fiber exceeds 58: 1, dust generation rate due to milling may be Increases.
상기 볼밀링 공정 시 사용되는 볼은 스틸을 포함할 수 있다. 상기 스틸은 강도 특성이 높기 때문에, 밀링 시간을 단축시킬 수 있고 볼 손상을 방지할 수 있다. 상기 볼의 평균직경은 5 ~ 35 mm 일 수 있으며, 바람직하게는 7 ~ 30 mm 일 수 있다. 만일 상기 볼의 평균직경이 7 mm 미만이면 수득되는 탄소 분말 소재의 형태 또는 입경이 불균일할 수 있고, 30 mm를 초과할 경우 밀링 용기 내에 배치될 수 있는 볼의 개수가 제한적이므로 공정 효율이 낮아질 수 있다.The ball used in the ball milling process may include steel. Since the steel has high strength properties, the milling time can be shortened and ball damage can be prevented. The average diameter of the ball may be 5 ~ 35 mm, preferably 7 ~ 30 mm. If the average diameter of the ball is less than 7 mm may be a non-uniform shape or particle size of the carbon powder material obtained, and if it exceeds 30 mm the number of balls that can be placed in the milling vessel is limited, the process efficiency can be lowered have.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 1단계는 탄소섬유를 기계적 밀링하여 탄소섬유 분말을 제조하는 (1-1)단계, 탄소섬유 분말에 바인더를 도포한 후 경화하여 과립화된 탄소섬유 분말을 제조하는 (1-2)단계 및 상기 과립화된 탄소섬유-바인더 복합체 분말을 기계적 밀링하여 탄소섬유 분말을 제조하는 (1-3)단계를 포함할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the step 1 is a mechanical milling of the carbon fiber to produce a carbon fiber powder (1-1) step, after applying the binder to the carbon fiber powder and hardened by granulation carbon fiber It may include the step of preparing a powder (1-2) and the step of mechanically milling the granulated carbon fiber-binder composite powder to produce a carbon fiber powder (1-3).
상기 (1-1)단계는 탄소섬유를 기계적 밀링하여 탄소섬유 분말을 제조하는 단계로서, 상기 기계적 밀링은 볼밀링(ball milling)일 수 있으며, 상기 볼밀링 공정을 통해 탄소섬유 분말을 제조할 경우 공정 시간이 짧아질 수 있고 대량 생산이 가능한 효과가 있다.Step (1-1) is a step of mechanically milling carbon fibers to produce carbon fiber powder, wherein the mechanical milling may be ball milling, and when manufacturing the carbon fiber powder through the ball milling process. Process time can be shortened and mass production is possible.
상기 볼밀링은 50 ~ 350 rpm의 속도로 15 ~ 35 시간 동안 수행할 수 있으며, 바람직하게는 100 ~ 300 rpm의 속도로 20 ~ 30 시간 동안 수행할 수 있다. 만일 상기 볼밀링 속도가 100rpm 미만일 경우 수득되는 탄소섬유 분말의 형태 또는 입경이 불균일할 수 있고, 볼밀링 속도가 300rpm을 초과할 경우 볼밀링 속도 증가에 따른 탄소섬유 분말의 수득률 증가율이 낮아지므로 공정상 효율적이지 못하고, 밀링으로 인한 분진 발생율이 높아질 수 있다. 또한, 상기 볼밀링 시간이 20시간 미만일 경우 수득되는 탄소섬유 분말의 형태 또는 입경이 불균일할 수 있고, 볼밀링 시간이 30시간을 초과할 경우 볼밀링 시간 증가에 따른 탄소섬유 분말의 수득률 증가율이 낮아지므로 공정상 효율적이지 못하고, 밀링으로 인한 분진 발생율이 높아질 수 있다.The ball milling may be performed for 15 to 35 hours at a speed of 50 to 350 rpm, preferably for 20 to 30 hours at a speed of 100 to 300 rpm. If the ball milling speed is less than 100rpm the shape or particle size of the carbon fiber powder obtained may be non-uniform, and if the ball milling speed exceeds 300rpm, the yield increase rate of the carbon fiber powder according to the increase in the ball milling speed is lowered in the process It is not efficient and the dust generation rate due to milling can be high. In addition, when the ball milling time is less than 20 hours, the shape or particle size of the carbon fiber powder obtained may be uneven, and when the ball milling time is more than 30 hours, the yield increase rate of the carbon fiber powder according to the increase in the ball milling time is low. As a result, the process is not efficient and dust generation due to milling may be high.
한편, 상기 볼밀링은 볼 및 탄소섬유의 중량비가 50 ~ 60 : 1 일수 있으며, 바람직하게는 중량비가 52 ~ 58 : 1 일 수 있다. 만일 상기 볼 및 탄소섬유의 중량비가 52 : 1 미만일 경우 수득되는 탄소섬유 분말의 형태 또는 입경이 불균일할 수 있고, 상기 볼 및 탄소섬유의 중량비가 58 : 1 을 초과할 경우 밀링으로 인한 분진 발생율이 높아진다.On the other hand, the ball milling may be a weight ratio of the ball and the carbon fiber 50 to 60: 1, preferably a weight ratio of 52 to 58: 1 may be. If the weight ratio of the ball and carbon fiber is less than 52: 1, the form or particle diameter of the carbon fiber powder obtained may be non-uniform, and if the weight ratio of the ball and carbon fiber exceeds 58: 1, dust generation rate due to milling may be Increases.
상기 볼밀링 공정 시 사용되는 볼은 스틸을 포함할 수 있다. 상기 스틸은 강도 특성이 높기 때문에, 밀링 시간을 단축시킬 수 있고 볼 손상을 방지할 수 있다. 상기 볼의 평균직경은 5 ~ 35 mm 일 수 있으며, 바람직하게는 7 ~ 30 mm 일 수 있다. 만일 상기 볼의 평균직경이 7 mm 미만이면 수득되는 탄소 분말 소재의 형태 또는 입경이 불균일할 수 있고, 30 mm를 초과할 경우 밀링 용기 내에 배치될 수 있는 볼의 개수가 제한적이므로 공정 효율이 낮아질 수 있다.The ball used in the ball milling process may include steel. Since the steel has high strength properties, the milling time can be shortened and ball damage can be prevented. The average diameter of the ball may be 5 ~ 35 mm, preferably 7 ~ 30 mm. If the average diameter of the ball is less than 7 mm may be a non-uniform shape or particle size of the carbon powder material obtained, and if it exceeds 30 mm the number of balls that can be placed in the milling vessel is limited, the process efficiency can be lowered have.
상기 (1-2)단계는 탄소섬유 분말에 바인더를 도포한 후 경화하여 과립화된 탄소섬유-바인더 복합체 분말을 제조하는 단계이다. 도 1 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 과립화된 탄소섬유 분말의 이미지이다.Step (1-2) is a step of preparing a granulated carbon fiber-binder composite powder by applying a binder to the carbon fiber powder and curing it. 1 is an image of a granulated carbon fiber powder according to an embodiment of the present invention.
상기 탄소섬유 분말 및 바인더는 1 : 0.1 ~ 0.5의 중량비로 혼합될 수 있으며, 바람직하게는 1 : 0.15 ~ 0.35의 중량비로 혼합될 수 있다. 상기 탄소섬유 분말 및 바인더가 1 : 0.15 미만으로 포함되는 경우 탄소섬유 분말과 바인더가 결합하지 않는 문제점이 있고, 1 : 0.35를 초과하여 혼합되는 경우 방전가공 전극 제조 시 특성을 감소시키는 문제점이 있다.The carbon fiber powder and the binder may be mixed in a weight ratio of 1: 0.1 to 0.5, preferably in a weight ratio of 1: 0.15 to 0.35. When the carbon fiber powder and the binder is included in less than 1: 0.15, there is a problem that the carbon fiber powder and the binder is not bonded, there is a problem in reducing the characteristics when manufacturing the discharge machining electrode when mixed with more than 1: 0.35.
상기 바인더는 상기 탄소섬유 분말과 밀착하여 탄소섬유 분말끼리의 접착강도를 높여 전기적 성질 변화를 억제할 수 있게 하는 것이라면 어떤 것이든 사용가능하며, 바람직하게는 페놀수지, 타르, 콜 타르 피치 및 석유피치 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 페놀수지를 사용할 수 있다.The binder can be used as long as the binder can be in close contact with the carbon fiber powder to increase the adhesive strength of the carbon fiber powders to suppress electrical property changes. Preferably, the binder is phenol resin, tar, coal tar pitch and petroleum pitch. It may be any one or more selected from, more preferably phenol resin can be used.
상기 (1-2)단계의 상기 경화는 150 ~ 250℃에서 5 ~ 8 시간 동안 수행할 수 있으며, 바람직하게는 100 ~ 200℃에서 5 ~ 8 시간 동안 수행할 수 있다. 만일 100℃ 미만으로 수행되는 경우 바인더가 경화되지 않는 문제점이 있고, 200℃를 초과하여 수행되는 경우 바인더 성분 중 휘발성분이 휘발하는 문제점이 있다. 상기 경화를 통해 바인더가 탄소섬유 분말에 밀착하여 과립화된 탄소섬유-바인더 복합체 분말을 제조할 수 있다.The curing of the step (1-2) may be performed for 5 to 8 hours at 150 ~ 250 ℃, preferably for 5 to 8 hours at 100 ~ 200 ℃. If it is carried out below 100 ℃ there is a problem that the binder is not cured, if carried out above 200 ℃ there is a problem that the volatile component of the binder component is volatilized. Through the curing, the binder may be in close contact with the carbon fiber powder to produce a granulated carbon fiber-binder composite powder.
상기 (1-3)단계는 상기 과립화된 탄소섬유-바인더 복합체 분말을 기계적 밀링하여 탄소섬유 분말을 제조하는 단계이다. 상기 (1-3)단계의 기계적밀링은 (1-1)단계의 기계적 밀링과 동일한 조건으로 진행하므로, 이에대한 설명은 생략한다.Step (1-3) is a step of mechanically milling the granulated carbon fiber-binder composite powder to produce carbon fiber powder. Since the mechanical milling of step (1-3) proceeds under the same conditions as the mechanical milling of step (1-1), the description thereof will be omitted.
한편, 상기 탄소섬유 분말은 평균 입도가 212 ㎛ 이하의 탄소섬유 분말을 80 ~ 90 부피%, 평균 입도가 212 ㎛ 초과한 탄소섬유 분말을 10 ~ 20 부피% 포함할 수 있으며, 바람직하게는 평균 입도가 212 ㎛ 이하의 탄소섬유 분말을 75 ~ 95 부피%, 평균 입도가 212 ㎛ 초과한 탄소섬유 분말을 5 ~ 25 부피% 포함할 수 있으며, 가장 바람직하게는 상기 탄소섬유 분말은 평균입도가 212 ㎛ 이하일 수 있다.Meanwhile, the carbon fiber powder may include 80 to 90% by volume of the carbon fiber powder having an average particle size of 212 μm or less, and 10 to 20% by volume of the carbon fiber powder having an average particle size of more than 212 μm. It may include 75 to 95% by volume of the carbon fiber powder of 212 ㎛ or less, 5 to 25% by volume of the carbon fiber powder having an average particle size of more than 212 ㎛, most preferably the carbon fiber powder has an average particle size of 212 ㎛ It may be:
본 발명에 있어서, 하기 본 발명에 있어서, 하기 식1에 따라 계산되는 상기 방전가공 전극용 탄소섬유 분말의 회수율은 70 % 이상일 수 있으며, 바람직하게는 80 % 이상일 수 있다. 종래의 방법에 따르면 분쇄된 탄소섬유와 바인더를 균질하게 혼합하는 단계를 포함함으로써, 초기 도입되는 탄소섬유의 중량에 대비한 탄소섬유의 회수율이 30 % 미만으로 낮은 문제점이 있었다. 그러나, 본 발명에 따르면 탄소섬유에 바인더를 직접 도포함으로써 분쇄된 탄소섬유와 바인더를 균질하게 혼합하는 단계없이 방전가공 전극용 탄소섬유 분말을 제조할 수 있고, 이로 인하여 탄소섬유가 바인더를 흡수하여 후속단계에서 기계적 분쇄를 수행하기 어려운 점을 극복할 수 있으며 탄소섬유 회수율도 종래와는 달리 80% 이상으로 상승하는 효과를 가질 수 있다.In the present invention, in the present invention, the recovery rate of the carbon fiber powder for electric discharge machining electrode calculated according to the following Equation 1 may be 70% or more, preferably 80% or more. According to the conventional method, by including the step of homogeneously mixing the pulverized carbon fiber and the binder, there is a problem that the recovery rate of the carbon fiber relative to the weight of the carbon fiber introduced initially is less than 30%. However, according to the present invention, by directly applying a binder to the carbon fiber, it is possible to produce a carbon fiber powder for electric discharge machining electrode without the step of homogeneously mixing the pulverized carbon fiber and the binder, whereby the carbon fiber absorbs the binder and subsequently It is possible to overcome the difficulty of performing mechanical grinding in the step and the carbon fiber recovery rate can also have the effect of rising to 80% or more unlike the conventional.
[식 1][Equation 1]
탄소섬유회수율(%)=Carbon fiber recovery rate (%) =
(방전가공전극용탄소섬유의중량/최초도입되는탄소섬유의중량)×100.(Weight of Carbon Fiber for Electrode Processed Electrode / Weight of First Introduced Carbon Fiber) × 100.
다음, 상기 탄소섬유 분말을 일축가압성형하여 탄소섬유 성형체를 제조하는 2단계를 설명한다.Next, the second step of producing a carbon fiber molded body by uniaxial pressure molding the carbon fiber powder.
상기 2단계는 통상적인 탄소섬유 성형방법이라면 제한 없이 사용할 수 있으나, 섬유의 길이와 형태가 일정하지 않고, 이방화 비율이 큰 탄소섬유 폐기물 분말의 안정적인 성형을 위해서는 일축가압성형을 해야 한다. 도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 상호 수직하는 x축, y축 및 z축 방향 중 일방향으로 일축가압성형하는 방향을 나타내는 모식도이다.The second step can be used without limitation if the conventional carbon fiber molding method, but the length and shape of the fiber is not constant, in order to stably form the carbon fiber waste powder having a large anisotropy ratio should be uniaxial pressure molding. 2 is a schematic diagram showing a direction of uniaxial pressure molding in one of the mutually perpendicular x-axis, y-axis and z-axis direction according to an embodiment of the present invention.
상기 2단계의 일축가압성형은 30 ~ 400 MPa에서 수행할 수 있으며, 바람직하게는 30 ~ 400 MPa에서 수행할 수 있다. 만일 30 Mpa 미만에서 수행할 경우 성형이 되지 않는 문제가 발생할 수 있고, 400 Mpa를 초과하여 수행할 경우 표면에 크랙이 발생하고, 성형물이 파손되는 문제가 발생할 수 있다.The uniaxial pressure molding of the second step may be performed at 30 to 400 MPa, preferably at 30 to 400 MPa. If it is less than 30 Mpa may cause a problem that the molding is not possible, if it exceeds 400 Mpa may cause a crack on the surface, the problem that the molding is broken.
구체적으로 도 4는 상기 150 Mpa 미만 및 200 Mpa를 초과하여 일축가압성형한 성형물의 사진이다. 도 4에서 확인할 수 있듯이 상기 30 Mpa 미만 및 400 Mpa를 초과하여 일축가압성형 한 성형물은 표면에 크랙이 발생하고 파손된 것을 알 수 있다. 도 5는 30 ~ 400 Mpa에서 일축가압성형 한 성형물의 사진으로, 도 5에서 확인할 수 있듯이 30 ~ 400 Mpa에서 일축가압성형 한 성형물은 표면에 크랙이 발생하지 않고, 파손되지 않은 것을 확인할 수 있다.Specifically, Figure 4 is a photograph of the molded product uniaxial pressure molded less than 150 Mpa and more than 200 Mpa. As can be seen in Figure 4 it can be seen that the molded article uniaxially pressurized to less than 30 Mpa and more than 400 Mpa cracks and broken on the surface. 5 is a photograph of a uniaxial pressure molded molding at 30 ~ 400 Mpa, as can be seen in Figure 5 it can be seen that the molded uniaxial pressure molding at 30 ~ 400 Mpa does not cause cracks on the surface, it is not broken.
한편, 상기 2단계의 탄소섬유 성형체는 등방성 탄소섬유 성형체일 수 있다. 도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 등방성 탄소섬유 성형체의 확대이미지이다. 상기 등방성 탄소섬유 성형체는 상호 수직하는 x축, y축 및 z축 방향으로 미세조직의 입도가 각각 225 ㎛ 이하일 수 있으며, 바람직하게는 각각 212 ㎛ 이하일 수 있다.On the other hand, the two-stage carbon fiber molded body may be an isotropic carbon fiber molded body. Figure 3 is an enlarged image of an isotropic carbon fiber molded article according to an embodiment of the present invention. The isotropic carbon fiber molded body may have a particle size of the microstructure in the x-axis, y-axis, and z-axis directions perpendicular to each other, respectively, preferably 225 μm or less, and preferably 212 μm or less.
다음, 상기 탄소섬유 성형체를 질소분위기 하에서 지연 열처리하는 3단계를 설명한다.Next, the three steps of delayed heat treatment of the carbon fiber molded body under a nitrogen atmosphere will be described.
상기 3단계의 지연 열처리는 분당 1 ~ 3℃의 속도로 500 ~ 1000℃까지 승온 시킨 후, 500 ~ 1000℃에서 0.3 ~ 2 시간 동안 수행할 수 있으며, 바람직하게는 분당 1.5 ~ 2.5℃의 속도로 600 ~ 1000℃까지 승온 시킨 후, 600 ~ 1000℃에서 0.5 ~ 1.5 시간 동안 수행할 수 있다. 만일 상기 승온하는 속도가 1.5℃ 미만이면 공정상 비용이 증가하는 문제가 발생할 수 있고, 2.5℃를 초과하게 되면 열처리 시 탄소섬유 성형체가 팽창하여 파손되거나 탄소섬유 성형체에 크랙이 발생할 수 있고, 만일 파손되지 않거나 크랙이 발생하지 않더라도 함침 및 재탄화 공정에서 파손 및 크랙이 발생할 수 있으며, 최종 탄소섬유전극의 내구성이 좋지 않은 문제가 발생할 수 있다. 또한, 만일 상기 지연 열처리 온도가 600℃ 미만이면 탄소섬유 전극의 특성이 발현되지 않는 문제가 발생할 수 있고, 1000℃를 초과하면 탄소섬유 성형체가 팽창되어 파손되고, 탄소섬유 성형체에 크랙이 발생하는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 만일 상기 지연 열처리 시간이 0.5 시간 미만일 경우, 탄소섬유 성형체에 열처리가 되지 않아 탄소섬유전극의 내구성이 좋지 않고, 1.5 시간을 초과할 경우 공정상 비용이 증가하는 문제가 발생할 수 있다.The delayed heat treatment of the third step may be performed at 500 to 1000 ° C. at a rate of 1 to 3 ° C. per minute, and then performed at 500 to 1000 ° C. for 0.3 to 2 hours, preferably at a rate of 1.5 to 2.5 ° C. per minute. After heating up to 600 ~ 1000 ℃, it can be performed at 600 ~ 1000 ℃ for 0.5 to 1.5 hours. If the rate of temperature increase is less than 1.5 ℃ may cause a problem in the process cost increases, if it exceeds 2.5 ℃ may cause the carbon fiber molded body to expand and break during heat treatment or cracks in the carbon fiber molded body, if broken If not or does not occur cracks and cracks may occur in the impregnation and re-carbonization process, the durability of the final carbon fiber electrode may occur. In addition, if the delayed heat treatment temperature is less than 600 ℃ may cause a problem that the characteristics of the carbon fiber electrode is not expressed, if it exceeds 1000 ℃ the carbon fiber molded body is expanded and broken, the problem that cracks in the carbon fiber molded body May occur. In addition, if the delayed heat treatment time is less than 0.5 hours, the heat treatment is not performed on the carbon fiber molded body, the durability of the carbon fiber electrode is not good, if more than 1.5 hours may cause a problem in the process cost increases.
다음, 상기 열처리한 탄소섬유 성형체를 점도 25 cP(25℃) 이하의 함침 용액에 함침하는 4단계를 설명한다. 도 3은 상기 함침 용액에 성형물을 함침하는 4단계를 수행하는 사진이며, 상기 4단계는 성형체의 파손을 개선하는 기능을 한다.Next, the four steps of impregnating the heat-treated carbon fiber molded article in an impregnation solution having a viscosity of 25 cP (25 ° C.) or less are described. Figure 3 is a photograph performing a four step of impregnating the molding in the impregnation solution, the fourth step is to improve the damage of the molded body.
상기 4단계는 0.7MPa ~ 1.5MPa 의 압력으로 10 ~ 60 분 동안 수행할 수 있으며, 바람직하게는 0.7MPa ~ 1.5MPa 의 압력으로 10 ~ 60 분 동안 수행할 수 있다. 만일 상기 4단계를 압력이 0.7 MPa 미만에서 수행하는 경우 함침제가 전극 내부에 침투하지 못하는 문제가 발생할 수 있고, 1.5 MPa 를 초과하여 수행하는 경우 전극에 크랙이 발생할 수 있는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 만일 상기 4단계의 함침 시간이 10 분 미만이면 함침제가 전극 내부에 침투하지 못하는 문제가 발생할 수 있고, 함침 시간이 60 분을 초과하면 공정상 비용이 증가하고 과하게 함침이 되어 내구성이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.The fourth step may be performed for 10 to 60 minutes at a pressure of 0.7MPa ~ 1.5MPa, preferably for 10 to 60 minutes at a pressure of 0.7MPa ~ 1.5MPa. If the pressure is less than 0.7 MPa, the impregnant may not penetrate into the electrode. If the pressure is more than 1.5 MPa, the electrode may be cracked. In addition, if the impregnation time of the fourth step is less than 10 minutes may cause a problem that the impregnant does not penetrate into the electrode, if the impregnation time exceeds 60 minutes, the process cost increases and excessively impregnated durability problems This can happen.
한편, 상기 4단계는 통상적으로 함침하는 압력이라면 제한없이 수행할 수 있으나, 바람직하게는 감압 함침 및 가압 함침 중에서 선택된 어느 하나의 방법으로 수행할 수 있다.On the other hand, the fourth step may be carried out without limitation, if the pressure to be impregnated, preferably, may be carried out by any one method selected from the pressure reduction impregnation and pressure impregnation.
상기 함침 용액은 중합수지 및 용매를 1 : 0.5 ~ 1 : 3 의 중량비로 포함할 수 있으며, 바람직하게는 중합수지 및 용매를 1 : 0.8 ~ 1 : 2.5 의 중량비로 포함할 수 있다. 만일 상기 중합수지 및 용매의 중량비가 1 : 0.8 미만이면 함침액의 점도 값이 커지기 때문에 성형물을 재탄화 할 시 팽창에 의해 성형물이 파손되는 문제가 발생할 수 있고, 1 : 2.5를 초과하게 되면 함침 수율이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.The impregnation solution may include a polymer resin and a solvent in a weight ratio of 1: 0.5 to 1: 3, preferably, a polymer resin and a solvent in a weight ratio of 1: 0.8 to 1: 2.5. If the weight ratio of the polymerization resin and the solvent is less than 1: 0.8, the viscosity value of the impregnating solution is increased, so that the molding may be damaged by expansion when the carbonized material is recarbonized. This lowering problem may occur.
상기 중합수지는 통상적으로 함침용액에 사용되는 수지라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 페놀수지 및 피치 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 또한, 상기 용매는 통상적으로 함침용액에 사용되는 용매라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 에탄올 및 톨루엔 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The polymerized resin can be used without limitation as long as it is a resin that is usually used in the impregnation solution, preferably at least one selected from phenol resin and pitch. In addition, the solvent may be used without limitation as long as it is a solvent usually used in an impregnation solution, preferably at least one selected from ethanol and toluene.
한편, 상기 4단계는 1 ~ 5회 반복하여 수행할 수 있으며, 바람직하게는 상기 3단계는 1 ~ 3회 반복하여 수행할 수 있다. 성형체를 함침 하는 횟수가 증가할수록 탄소섬유전극의 물성이 향상된다. 하지만, 만일 상기 4단계의 함침 횟수가 3회를 초과하게 되면 과하게 여러 번 함침이 되기 때문에, 탄소섬유전극의 내구성이 좋지 않은 문제가 발생할 수 있다.On the other hand, the four steps may be performed by repeating 1 to 5 times, preferably, the three steps may be performed by repeating 1 to 3 times. As the number of times the impregnated molded body is increased, the physical properties of the carbon fiber electrode are improved. However, if the number of impregnations in the fourth step exceeds three times, the impregnation may occur excessively several times, which may cause a problem of poor durability of the carbon fiber electrode.
다음, 상기 함침한 탄소섬유 성형체를 재탄화 처리 하는 5단계를 설명한다. Next, the five steps of recarbonization of the impregnated carbon fiber molded article will be described.
상기 5단계의 재탄화 처리는 질소 분위기에서 분당 1 ~ 3℃의 속도로 500 ~ 1000℃까지 승온 시킨 후, 500 ~ 1000℃에서 0.3 ~ 2 시간 동안 수행할 수 있으며, 바람직하게는 질소 분위기에서 분당 1.5 ~ 2.5℃의 속도로 600 ~ 1000℃까지 승온 시킨 후, 600 ~ 1000℃에서 0.5 ~ 1.5 시간 동안 수행할 수 있다. 만일 상기 승온하는 속도가 1.5℃ 미만이면 최종 탄소섬유전극의 내구성이 좋지 않은 문제가 발생할 수 있고, 2.5℃를 초과하게 되면 재탄화 시 성형체가 팽창하여 파손되거나 성형체에 크랙이 발생할 수 있고, 최종 탄소섬유전극의 내구성이 좋지 않은 문제가 발생할 수 있다. 또한, 만일 재탄화 처리 온도가 600℃ 미만이면 탄소섬유 성형체가 재탄화 처리가 되지 않아 탄소섬유전극의 내구성이 좋지않고, 1000℃를 초과하면 성형체가 팽창되어 파손되고, 탄소섬유 성형체에 크랙이 발생하는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 만일 상기 재탄화 처리 시간이 0.5 시간 미만일 경우, 탄소섬유 성형체가 재탄화 처리가 되지 않아 탄소섬유전극의 내구성이 좋지 않고, 1.5 시간을 초과할 경우 재탄화 처리 시 팽창에 의해 탄소섬유 성형체가 파손되는 문제가 발생할 수 있다.The recarbonation treatment of step 5 may be performed at 500 to 1000 ° C. at a rate of 1 to 3 ° C. per minute in a nitrogen atmosphere, and then performed at 500 to 1000 ° C. for 0.3 to 2 hours, preferably per minute in a nitrogen atmosphere. After heating up to 600-1000 ° C at a rate of 1.5-2.5 ° C, it may be performed at 600-1000 ° C for 0.5-1.5 hours. If the temperature increase rate is less than 1.5 ℃ may cause a problem of poor durability of the final carbon fiber electrode, if it exceeds 2.5 ℃ may cause the molded body to expand or break during re-carbonization or cracks in the molded product, the final carbon Problems with poor durability of the fiber electrode may occur. In addition, if the recarbonization temperature is less than 600 ° C., the carbon fiber molded body is not recarbonized and the carbon fiber electrode is not durable. If the carbon fiber molded body exceeds 1000 ° C., the molded body expands and breaks, and a crack occurs in the carbon fiber molded body. This may cause problems. In addition, if the recarbonization time is less than 0.5 hours, the carbon fiber molded body is not recarbonized, so the durability of the carbon fiber electrode is not good, and if it exceeds 1.5 hours, the carbon fiber molded body is expanded due to expansion during the recarbonation process. Breaking problems can occur.
본 발명은 상기 제조방법으로 제조되며, 경도가 90HsA 이상이고, 밀도가 1.24 ~ 1.50 g/cm3 인 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 탄소섬유전극을 제공한다. The present invention provides a carbon fiber electrode using a carbon fiber, which is manufactured by the above production method, has a hardness of 90 HsA or more and a density of 1.24 to 1.50 g / cm 3 .
상기 탄소섬유전극은 비저항이 1.50×10-4 ~ 1.65×10-2 ohmㆍcm 일 수 있으며, 바람직하게는 비저항이 1.60×10-4 ~ 1.59×10-2 ohmㆍcm 일 수 있다. 비저항은 물질 고유의 단위 면적단 단위 길이당 저항을 의미하며, 비저항은 전자의 이동에 대한 물질 특성이므로 비저항은 물질마다 고유한 값을 가진다. 전자가 물질을 통과할 때 주변과의 충돌로 인해 이동 속도가 일정한 값 범위 안에 놓이게 되는데, 이 속도를 평균한 값은 물질마다 일정하여 물질의 특성이 된다. 이 평균 속도와 반비례하면서 전자의 이동을 방해하는 것이 비저항이다. 전자의 평균 속도는 온도에 따라 달라 비저항도 온도에 따라 달라지며, 도체인 경우 온도에 비례하고 반도체인 경우 온도에 반비례한다. 일반적으로 비저항이 ρ인 물질의 물체가 단면적이 S, 길이가 L일 때 저항 R은 R = ρ L/S로 주어진다.The carbon fiber electrode may have a specific resistance of about 1.50 × 10 −4 to 1.65 × 10 −2 ohm · cm, and preferably about 1.60 × 10 −4 to 1.59 × 10 −2 ohm · cm. Resistivity refers to the resistance per unit length inherent in the material area, and since the specific resistance is a material property with respect to the movement of electrons, the specific resistance has a unique value for each material. When electrons pass through the material, the collision speed with the surroundings causes the moving speed to fall within a certain value range, and the average of these speeds is constant for each material, which is the property of the material. It is the resistivity that hinders the movement of electrons in inverse proportion to this average speed. The average velocity of electrons varies with temperature, and the resistivity also depends on temperature, which is proportional to temperature in the case of conductors and inversely to temperature in the case of semiconductors. In general, the resistance R is given by R = ρ L / S when the material of material with specific resistance ρ is S and the length is L.
만일 상기 탄소섬유전극의 비저항이 1.59×10-2 ohmㆍcm를 초과하면 방전가공이 불가능한 문제가 발생할 수 있다.If the specific resistance of the carbon fiber electrode exceeds 1.59 × 10 −2 ohm · cm, it may cause a problem that discharge processing is impossible.
본 발명은 상기 상술한 탄소섬유전극 중에서 어느 하나의 탄소섬유전극을 포함하는 방전가공용 전극을 제공한다.The present invention provides an electrode for electric discharge machining comprising any one of the carbon fiber electrodes described above.
도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 방전가공을 수행하는 사진이며, 도 8은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 방전가공 결과를 나타내는 사진이다. 도 7 및 도 8에서 확인할 수 있듯이 탄소섬유폐기물을 포함하는 방전가공용 전극으로, 방전가공을 용이하게 수행할 수 있다는 것을 알 수 있다.7 is a photograph showing discharge processing according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a photograph showing discharge processing results according to a preferred embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7 and FIG. 8, it can be seen that the electrode for discharge machining including carbon fiber waste can be easily performed.
방전가공(Electric Discharge Machining)은 스파크 가공이라고도 하며, 전기의 양극과 음극이 접촉할 때 발생되는 스파크의 열을 이용하여 가공하고자 하는 재료를 녹이거나 기화시켜 가공하는 방식으로 정밀 금형 제작에 필수적인 가공법이다. 방전가공(EDM)은 액상 유전체 속에서 전극과 가공물 사이에 반복되는 전기적 방전의 부식효과에 의해 재료가 가공된다. 방전가공방법은 크게 두 가지로 구분되며 음극으로 와이어(wire)를 사용하는 와이어 방전가공법과 다이 또는 몰드를 사용하는 다이 방전가공으로 분류된다. 방전가공용 전극소재는 일반적으로 황동, 흑연이 주로 사용되며 이 밖에도 은-텅스텐, 구리-텅스텐, 동-텅스텐, 철, 구리, 아연, 인청동 및 알루미늄 등이 사용된다. 특히 흑연 전극은 빠른 가공성과 전극의 저소모 및 복제기능이 우수하여 복잡한 형상의 방전작업에 널리 이용되고 있다. 특히 흑연 전극은 빠른 가공성과 전극의 저소모 및 복제기능이 우수하여 복잡한 형상의 방전작업에 널리 이용되고 있다상기 흑연 전극을 물성의 유의 차가 없는 수준인, 탄소섬유 폐기물을 이용하여 제조한 탄소섬유전극으로 대체함으로써 폐기되는 탄소섬유를 재활용할 수 있고, 방전가공을 함에 있어서도 전극소모가 적고 방전 안정성이 우수하며, 용도에 따른 가공성형성이 우수한 동시에 경량화 되어 무게가 가벼운 효과를 가질 수 있다.Electric Discharge Machining, also known as spark processing, is an essential processing method for the manufacture of precision molds by melting or vaporizing the material to be processed using the heat of sparks generated when the anode and the cathode are in contact with electricity. . EDM is processed by the corrosive effects of repeated electrical discharges between electrodes and workpieces in a liquid dielectric. There are two types of electric discharge machining methods, which are classified into a wire electric discharge machining method using a wire as a cathode and a die electric discharge machining using a die or a mold. Electrode materials for electric discharge machining are generally brass and graphite, and in addition, silver-tungsten, copper-tungsten, copper-tungsten, iron, copper, zinc, phosphor bronze and aluminum are used. Particularly, graphite electrodes have been widely used for discharging operations of complex shapes because of their rapid workability and excellent consumption and replication of the electrodes. Particularly, graphite electrode is widely used for discharging work of complex shape because of its rapid processability and low consumption and replication function of the electrode. Carbon fiber electrode manufactured using carbon fiber waste, which has no significant difference in physical properties, is used. By replacing with the carbon fiber can be recycled, and the discharge processing, the electrode consumption is small, the discharge stability is excellent, and the formability according to the use can be excellent at the same time and light weight can have a light effect.
이하, 본 발명을 하기 실시예들을 통해 설명한다. 이때, 하기 실시예들은 발명을 예시하기 위하여 제시된 것일 뿐, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예들에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described through the following examples. At this time, the following examples are only presented to illustrate the invention, the scope of the present invention is not limited by the following examples.
[[ 실시예Example ]]
실시예Example 1:  One: 탄소섬유전극의Carbon fiber electrode 제조 Produce
(1) 탄소섬유의 분말화단계(1) powdering step of carbon fiber
먼저 탄소섬유 폐기물을 분말화하기 위해 평균직경은 20 mm의 볼 및 탄소섬유를 55 : 1의 중량비로 하여, 200 rpm의 속도로 25 시간 동안 볼밀링 하였다. 그 후 탄소섬유 분말 및 바인더를 1 : 0.2의 중량비로 혼합하고, 150℃에서 6.5 시간 동안 경화하여 과립화된 탄소섬유-바인더 복합체 분말을 제조하였다. 상기 바인더는 페놀수지를 사용하였다. 그 후 평균직경은 20 mm의 볼 및 상기 과립화된 탄소섬유-바인더 복합체 분말을 55 : 1의 중량비로 하여, 200 rpm의 속도로 25 시간 동안 볼밀링 하여 평균 입도 180 ㎛의 탄소섬유 분말을 제조하였다. 하기 식 1에 따라 계산되는 탄소섬유 분말의 회수율은 85 % 였다.First, in order to powder the carbon fiber waste, an average diameter of 20 mm ball and carbon fiber was 55: 1, and a ball mill was carried out for 25 hours at a speed of 200 rpm. Thereafter, the carbon fiber powder and the binder were mixed at a weight ratio of 1: 0.2, and cured at 150 ° C. for 6.5 hours to prepare a granulated carbon fiber-binder composite powder. The binder used a phenol resin. Thereafter, the average diameter was 20 mm balls and the granulated carbon fiber-binder composite powder at a weight ratio of 55: 1, and ball milling for 25 hours at a speed of 200 rpm to produce a carbon fiber powder having an average particle size of 180 μm. It was. The recovery rate of the carbon fiber powder calculated by the following Equation 1 was 85%.
[식 1][Equation 1]
탄소섬유회수율(%)=Carbon fiber recovery rate (%) =
(방전가공전극용탄소섬유의중량/최초도입되는탄소섬유의중량)×100.(Weight of Carbon Fiber for Electrode Processed Electrode / Weight of First Introduced Carbon Fiber) × 100.
(2) 탄소섬유 성형체 제조단계(2) carbon fiber molded product manufacturing step
상기 탄소섬유 분말을 300 Mpa로 일축가압성형하여 등방성 탄소섬유 성형체를 제조하였다. 상기 등방성 탄소섬유 성형체의 상호 수직하는 x축, y축 및 z축 방향으로 미세조직의 입도는 각각 180㎛, 180㎛ 및 180㎛ 였다.The carbon fiber powder was uniaxially press-molded at 300 Mpa to prepare an isotropic carbon fiber molded body. The particle sizes of the microstructures in the mutually perpendicular x-axis, y-axis and z-axis directions of the isotropic carbon fiber molded body were 180 µm, 180 µm and 180 µm, respectively.
(3) 탄소섬유 성형체 열처리단계 (3) heat treatment step of carbon fiber molded body
상기 탄소섬유 성형체를 질소분위기 하에서 지연열처리 하였다. 구체적으로, 상기 탄소섬유 성형체를 질소분위기 하에서 분당 2℃의 속도로 800℃까지 승온 시킨 후, 800℃에서 1시간 동안 탄소섬유 성형체를 열처리 하였다.The carbon fiber molded body was subjected to delayed heat treatment in a nitrogen atmosphere. Specifically, the carbon fiber molded body was heated to 800 ° C. at a rate of 2 ° C. per minute under a nitrogen atmosphere, and then heat-treated the carbon fiber molded body at 800 ° C. for 1 hour.
(4) 탄소섬유 성형체 함침단계(4) impregnation step of carbon fiber molded body
상기 열처리한 탄소섬유 성형체를 점도 10 cP(25℃)의 함침용액에 1 Mpa의 압력으로 30 분 동안 함침하였다. 상기 함침 용액은 페놀수지 및 에탄올을 1 : 1.5의 중량비로 혼합하였다. 상기 함침단계를 총 2회 반복수행하였다.The heat treated carbon fiber molded body was impregnated with an impregnation solution having a viscosity of 10 cP (25 ° C.) at a pressure of 1 Mpa for 30 minutes. The impregnation solution was mixed with phenol resin and ethanol in a weight ratio of 1: 1.5. The impregnation step was repeated twice.
(5) 탄소섬유 성형체 재탄화단계(5) carbon fiber molded body recarbonation step
상기 탄소섬유 성형체를 질소분위기 하에서 재탄화 하였다. 구체적으로, 상기 함침한 탄소섬유 성형체를 질소분위기 하에서 분당 2℃의 속도로 800℃까지 승온 시킨 후, 800℃에서 1시간 동안 탄소섬유 성형체를 재탄화 하여 탄소섬유전극을 제조하였다.The carbon fiber molded body was recarbonized under nitrogen atmosphere. Specifically, the impregnated carbon fiber molded body was heated to 800 ° C. at a rate of 2 ° C. per minute under a nitrogen atmosphere, and the carbon fiber molded body was recarbonized at 800 ° C. for 1 hour to prepare a carbon fiber electrode.
상기 탄소섬유전극의 경도는 100HsA이고, 밀도는 1.36 g/cm3 이며, 비저항은 1.60×10-3 ohmㆍcm였다.The carbon fiber electrode had a hardness of 100 HsA, a density of 1.36 g / cm 3 , and a specific resistance of 1.60 × 10 −3 ohm · cm.
실시예Example 2 ~ 22 2 to 22
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 하기 표 1 ~ 3과 같이 공정조건 및 포함되는 구성의 함량비 등을 달리하여 탄소섬유전극을 제조하였다.Manufactured in the same manner as in Example 1, the carbon fiber electrode was prepared by varying the process conditions and the content ratio of the included components as shown in Tables 1 to 3.
비교예Comparative example 1 ~ 3 1 to 3
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 하기 표 4와 같이 공정조건 및 함침용액의 점도 등을 달리하여 탄소섬유전극을 제조하였다.Prepared in the same manner as in Example 1, but by varying the process conditions and the viscosity of the impregnating solution as shown in Table 4 to prepare a carbon fiber electrode.
구분division 실시예1Example 1 실시예2Example 2 실시예3Example 3 실시예4Example 4 실시예5Example 5 실시예6Example 6 실시예7Example 7 실시예8Example 8
분말화단계Powdering stage 탄소섬유 및바인더(중량비)Carbon fiber and binder (weight ratio) 1:0.21: 0.2 1:0.11: 0.1 1:0.51: 0.5 1:0.21: 0.2 1:0.21: 0.2 1:0.21: 0.2 1:0.21: 0.2 1:0.21: 0.2
경화온도(℃)Curing temperature (℃) 150150 150150 150150 7575 250250 150150 150150 150150
분말입도(㎛)Powder Particle Size (㎛) 180180 180180 180180 180180 180180 260260 180180 180180
성형체제조단계Molding step 성형압력(MPa)Molding pressure (MPa) 300300 300300 300300 300300 300300 300300 2020 450450
성형방법Molding method 일축가압Uniaxial pressure 일축가압Uniaxial pressure 일축가압Uniaxial pressure 일축가압Uniaxial pressure 일축가압Uniaxial pressure 일축가압Uniaxial pressure 일축가압Uniaxial pressure 일축가압Uniaxial pressure
열처리단계Heat treatment step 승온속도(℃/분)Temperature rise rate (℃ / min) 22 22 22 22 22 22 22 22
온도(℃)Temperature (℃) 800800 800800 800800 800800 800800 800800 800800 800800
시간(hr)Hours (hr) 1One 1One 1One 1One 1One 1One 1One 1One
함침단계Impregnation step 함침압력(MPa)Impregnation Pressure (MPa) 1One 1One 1One 1One 1One 1One 1One 1One
시간(min)Time (min) 3030 3030 3030 3030 3030 3030 3030 3030
함침용액Impregnation solution 페놀수지 및에탄올(중량비)Phenolic Resin and Ethanol (Weight Ratio) 1:1.51: 1.5 1:1.51: 1.5 1:1.51: 1.5 1:1.51: 1.5 1:1.51: 1.5 1:1.51: 1.5 1:1.51: 1.5 1:1.51: 1.5
함침용액의점도(cP(25℃)Viscosity of impregnation solution (cP (25 ℃) 1010 1010 1010 1010 1010 1010 1010 1010
재탄화단계Recarbonation stage 승온속도(℃/분)Temperature rise rate (℃ / min) 22 22 22 22 22 22 22 22
온도(℃)Temperature (℃) 800800 800800 800800 800800 800800 800800 800800 800800
시간(hr)Hours (hr) 1One 1One 1One 1One 1One 1One 1One 1One
1) 상기 표 1에서 실시예 6은 분말화 단계의 볼 밀링 속도를 90 rpm으로 하여 18 시간 동안 진행한 것이다.1) Example 6 in Table 1 was carried out for 18 hours at a ball milling speed of the powdering step at 90 rpm.
구분division 실시예9Example 9 실시예10Example 10 실시예11Example 11 실시예12Example 12 실시예13Example 13 실시예14Example 14 실시예15Example 15 실시예16Example 16
분말화단계Powdering stage 탄소섬유 및바인더(중량비)Carbon fiber and binder (weight ratio) 1:0.21: 0.2 1:0.21: 0.2 1:0.21: 0.2 1:0.21: 0.2 1:0.21: 0.2 1:0.21: 0.2 1:0.21: 0.2 1:0.21: 0.2
경화온도(℃)Curing temperature (℃) 150150 150150 150150 150150 150150 150150 150150 150150
분말입도(㎛)Powder Particle Size (㎛) 180180 180180 180180 180180 180180 180180 180180 180180
성형체제조단계Molding step 성형압력(MPa)Molding pressure (MPa) 300300 300300 300300 300300 300300 300300 300300 300300
성형방법Molding method 일축가압Uniaxial pressure 일축가압Uniaxial pressure 일축가압Uniaxial pressure 일축가압Uniaxial pressure 일축가압Uniaxial pressure 일축가압Uniaxial pressure 일축가압Uniaxial pressure 일축가압Uniaxial pressure
열처리단계Heat treatment step 승온속도(℃/분)Temperature rise rate (℃ / min) 44 22 22 22 22 22 22 22
온도(℃)Temperature (℃) 800800 12501250 800800 800800 800800 800800 800800 800800
시간(hr)Hours (hr) 1One 1One 0.250.25 1.51.5 1One 1One 1One 1One
함침단계Impregnation step 함침압력(MPa)Impregnation Pressure (MPa) 1One 1One 1One 1One 0.40.4 22 1One 1One
시간(min)Time (min) 3030 3030 3030 3030 3030 3030 55 7070
함침용액Impregnation solution 페놀수지 및에탄올 (중량비)Phenolic Resin and Ethanol (Weight Ratio) 1:1.51: 1.5 1:1.51: 1.5 1:1.51: 1.5 1:1.51: 1.5 1:1.51: 1.5 1:1.51: 1.5 1:1.51: 1.5 1:1.51: 1.5
함침용액의점도(cP(25℃)Viscosity of impregnation solution (cP (25 ℃) 1010 1010 1010 1010 1010 1010 1010 1010
재탄화단계Recarbonation stage 승온속도(℃/분)Temperature rise rate (℃ / min) 22 22 22 22 22 22 22 22
온도(℃)Temperature (℃) 800800 800800 800800 800800 800800 800800 800800 800800
시간(hr)Hours (hr) 1One 1One 1One 1One 1One 1One 1One 1One
구분division 실시예17Example 17 실시예18Example 18 실시예19Example 19 실시예20Example 20 실시예21Example 21 실시예22Example 22
분말화단계Powdering stage 탄소섬유 및바인더(중량비)Carbon fiber and binder (weight ratio) 1:0.21: 0.2 1:0.21: 0.2 1:0.21: 0.2 1:0.21: 0.2 1:0.21: 0.2 1:0.21: 0.2
경화온도(℃)Curing temperature (℃) 150150 150150 150150 150150 150150 150150
분말입도(㎛)Powder Particle Size (㎛) 180180 180180 180180 180180 180180 180180
성형체제조단계Molding step 성형압력(MPa)Molding pressure (MPa) 300300 300300 300300 300300 300300 300300
성형방법Molding method 일축가압Uniaxial pressure 일축가압Uniaxial pressure 일축가압Uniaxial pressure 일축가압Uniaxial pressure 일축가압Uniaxial pressure 일축가압Uniaxial pressure
열처리단계Heat treatment step 승온속도(℃/분)Temperature rise rate (℃ / min) 22 22 22 22 22 22
온도(℃)Temperature (℃) 800800 800800 800800 800800 800800 800800
시간(hr)Hours (hr) 1One 1One 1One 1One 1One 1One
함침단계Impregnation step 함침압력(MPa)Impregnation Pressure (MPa) 1One 1One 1One 1One 1One 1One
시간(min)Time (min) 3030 3030 3030 3030 3030 3030
함침용액Impregnation solution 페놀수지 및에탄올 (중량비)Phenolic Resin and Ethanol (Weight Ratio) 1:31: 3 1:1.51: 1.5 1:1.51: 1.5 1:1.51: 1.5 1:1.51: 1.5 1:1.51: 1.5
함침용액의점도(cP(25℃)Viscosity of impregnation solution (cP (25 ℃) 55 1010 1010 1010 1010 1010
재탄화단계Recarbonation stage 승온속도(℃/분)Temperature rise rate (℃ / min) 22 1One 44 22 22 22
온도(℃)Temperature (℃) 800800 800800 800800 500500 12501250 800800
시간(hr)Hours (hr) 1One 1One 1One 1One 1One 0.250.25
구분division 비교예1Comparative Example 1 비교예2Comparative Example 2 비교예3Comparative Example 3
분말화단계Powdering stage 탄소섬유 및 바인더(중량비)Carbon fiber and binder (weight ratio) 1:0.21: 0.2 1:0.21: 0.2 1:0.21: 0.2
경화온도(℃)Curing temperature (℃) 150150 150150 150150
분말입도(㎛)Powder Particle Size (㎛) 180180 180180 180180
성형체 제조단계Molding step 성형압력(MPa)Molding pressure (MPa) 300300 300300 300300
성형방법Molding method 압출성형Extrusion 일축가압Uniaxial pressure 일축가압Uniaxial pressure
열처리단계Heat treatment step 승온속도(℃/분)Temperature rise rate (℃ / min) 22 22 22
온도(℃)Temperature (℃) 800800 800800 800800
시간(hr)Hours (hr) 1One 1One 1One
함침단계Impregnation step 함침압력(MPa)Impregnation Pressure (MPa) 1One 1One 1One
시간(min)Time (min) 3030 3030 3030
함침용액Impregnation solution 페놀수지 및 에탄올 (중량비)Phenolic Resin and Ethanol (Weight Ratio) 1:1.51: 1.5 1:1.51: 1.5 1:0.51: 0.5
함침용액의 점도(cP(25℃)Viscosity of Impregnation Solution (cP (25 ℃) 1010 1010 4040
재탄화단계Recarbonation stage 승온속도(℃/분)Temperature rise rate (℃ / min) 22 55 22
온도(℃)Temperature (℃) 800800 800800 800800
시간(hr)Hours (hr) 1One 22 1One
1) 상기 표 4에서 비교예 1은 일축가압성형이 아닌 압출성형을 통해 성형체를 성형한 것이다.1) In Table 4, Comparative Example 1 is a molded article through extrusion rather than uniaxial pressure molding.
2) 상기 표 4에서 비교예 2는 재탄화단계를 수행하지 않은 것이다.2) Comparative Example 2 in Table 4 did not perform a recarbonation step.
실험예 1: 팽창정도 평가Experimental Example 1: Evaluation of Expansion Degree
실시예 1 ~ 22 및 비교예 1 ~ 3에 따라 제조한 탄소섬유전극의 팽창정도를 평가하기 위해, 성형체 제조단계를 마친 탄소섬유 성형체의 부피에 대하여 재탄화단계를 마친 최종 탄소섬유전극의 부피의 부피증가율을 비교하여 탄소섬유전극의 팽창정도를 평가하였다(0 %이상, 3 %미만 - ◎. 3 % 이상, 6 % 미만 - ○, 6 % 이상, 10 % 미만 - △, 10 % 이상 - ×). 이에 대하여 하기 표 5에 나타내었다.In order to evaluate the degree of expansion of the carbon fiber electrode prepared according to Examples 1 to 22 and Comparative Examples 1 to 3, the volume of the final carbon fiber electrode after the recarbonation step with respect to the volume of the carbon fiber molded body after the molded body manufacturing step The expansion rate of the carbon fiber electrode was evaluated by comparing the volume increase rate (more than 0%, less than 3%-◎. More than 3%, less than 6%-○, more than 6%, less than 10%-△, more than 10%-× ). This is shown in Table 5 below.
실험예 2: 크랙발생 방지 평가Experimental Example 2: Evaluation to Prevent Cracking
실시예 1 ~ 22 및 비교예 1 ~ 3에 따라 제조한 탄소섬유전극의 크랙발생방지를 평가하기 위해, 5년 경력 이상의 탄소전극 관련종사자들이 육안으로 크랙발생 방지정도를 평가하였다(매우좋음 - ◎, 좋음 - ○, 보통 - △, 나쁨 - ×). 이에 대하여 하기 표 5에 나타내었다.In order to evaluate the crack generation prevention of the carbon fiber electrode prepared according to Examples 1 to 22 and Comparative Examples 1 to 3, carbon electrode-related workers with more than 5 years of experience evaluated the degree of crack prevention with the naked eye (very good-◎ , Good-○, normal-△, bad-×). This is shown in Table 5 below.
실험예 3: 방전가공 평가Experimental Example 3: Evaluation of Discharge Processing
실시예 1 ~ 22 및 비교예 1 ~ 3에 따라 제조한 탄소섬유전극의 방전가공을 평가하기 위하여, 가공전류 50A, 상하 이송거리 10mm로하여 방전가공을 평가하였다(매우좋음 - ◎, 좋음 - ○, 보통 - △, 나쁨 - ×). 이에 대하여 하기 표 5에 나타내었다.In order to evaluate the electric discharge machining of the carbon fiber electrodes prepared according to Examples 1 to 22 and Comparative Examples 1 to 3, the electric discharge machining was evaluated with a processing current of 50 A and a vertical conveying distance of 10 mm (very good-◎, good-○ , Usually-△, bad-×). This is shown in Table 5 below.
구분division 팽창정도 평가Expansion degree evaluation 크랙발생 방지 평가Crack Prevention Evaluation 방전가공 평가Electric discharge machining evaluation
실시예1Example 1 ◎◎ ◎◎ ◎◎
실시예2Example 2 ○○ ○○ ◎◎
실시예3Example 3 ◎◎ ◎◎ △△
실시예4Example 4 ○○ △△ ○○
실시예5Example 5 ○○ ○○ ○○
실시예6Example 6 △△ △△ ○○
실시예7Example 7 ○○ △△ ○○
실시예8Example 8 △△ △△ ○○
실시예9Example 9 △△ △△ △△
실시예10Example 10 ◎◎ ○○ △△
실시예11Example 11 △△ △△ ○○
실시예12Example 12 ○○ ○○ ○○
실시예13Example 13 ○○ ○○ ○○
실시예14Example 14 ○○ △△ ○○
실시예15Example 15 ○○ ○○ ○○
실시예16Example 16 △△ ○○ ○○
실시예17Example 17 ◎◎ ◎◎ ○○
실시예18Example 18 △△ ○○ ○○
실시예19Example 19 △△ △△ ○○
실시예20Example 20 ◎◎ ○○ △△
실시예21Example 21 △△ △△ ○○
실시예22Example 22 ○○ ○○ ◎◎
비교예1Comparative Example 1 ×× ×× ××
비교예2Comparative Example 2 ×× ×× △△
비교예3Comparative Example 3 ×× ×× △△
상기 표 5에서 알 수 있듯이, 본 발명의 공정조건, 포함되는 구성의 함량비 공정조건 및 함침용액의 점도 등을 모두 만족하는 실시예 1이, 이중 하나라도 누락된 실시예 2 ~ 22 및 비교예 1 ~ 3에 비하여, 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.As can be seen in Table 5, Example 2 satisfying all of the process conditions of the present invention, the content ratio process conditions of the composition and the viscosity of the impregnating solution, etc. are missing any one of Examples 2 to 22 and Comparative Examples Compared to 1 to 3, the carbon fiber electrode does not expand, cracks do not occur, and discharge processing is easier.
또한, 분말화 단계에서 탄소섬유 및 바인더의 중량비가 1 : 0.2 인 실시예 1이, 중량비가 1 : 0.1 인 실시예 2 및 1 : 0.5 인 실시예 3에 비하여 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.In addition, in the powdering step, the carbon fiber electrode does not expand as compared to Example 1 having a weight ratio of 1: 0.2 of carbon fiber and binder, Example 2 having a weight ratio of 1: 0.1, and Example 3 having a weight ratio of 0.5: No cracks were generated, and discharge processing was easier.
또한, 분말화 단계에서 경화온도가 150℃인 실시예 1이, 경화온도가 75℃인 실시예 4 및 경화온도가 250℃인 실시예 5에 비하여 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.In addition, the carbon fiber electrode does not expand and cracks are produced in Example 1 having a curing temperature of 150 ° C. compared with Example 4 having a curing temperature of 75 ° C. and Example 5 having a curing temperature of 250 ° C. in the powdering step. No discharge processing was easier.
또한, 분말화 단계를 거친 탄소섬유 분말의 입도가 180 ㎛인 실시예 1이, 탄소섬유 분말의 입도가 260 ㎛인 실시예 6에 비하여 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.In addition, the carbon fiber electrode of Example 1 having a particle size of 180 μm of the carbon fiber powder subjected to the powdering step is not expanded, and no crack is generated, compared to Example 6 having a particle size of the carbon fiber powder of 260 μm. Electric discharge machining was easier.
또한, 성형체 제조단계에서 성형압력이 300 MPa 인 실시예 1이, 성형압력이 20 MPa 인 실시예 7 및 성형압력이 450 MPa 인 실시예 8에 비하여 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.In addition, the carbon fiber electrode does not expand and cracks are produced in Example 1 having a molding pressure of 300 MPa, Example 7 having a molding pressure of 20 MPa, and Example 8 having a molding pressure of 450 MPa in the molded article manufacturing step. No discharge processing was easier.
또한, 열처리 단계의 승온속도가 분당 2℃인 실시예 1이, 승온속도가 분당 4℃인 실시예 9에 비하여 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.In addition, compared to Example 9, wherein the temperature increase rate of the heat treatment step is 2 ° C per minute, the carbon fiber electrode does not expand, cracks occur, and discharge processing is easier than that of Example 9, wherein the temperature increase rate is 4 ° C per minute. .
또한, 열처리 단계의 온도가 800℃인 실시예 1이, 온도가 1250℃인 실시예 10에 비하여 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.In addition, compared to Example 10 having a temperature of 800 ° C. in the heat treatment step, the carbon fiber electrode did not expand, cracks occurred, and discharge processing was easier than that of Example 10 having a temperature of 1250 ° C.
또한, 열처리 단계의 시간이 1시간인 실시예 1이, 시간이 15 분인 실시예 11 및 시간이 1.5 시간인 실시예 12에 비하여, 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.In addition, compared to Example 11, in which the time of the heat treatment step was 1 hour, in Example 11, in which the time was 15 minutes, and Example 12, in which the time was 1.5 hours, the carbon fiber electrode did not expand, cracks did not occur, and discharge Machining was easier.
또한, 함침단계의 압력이 1 MPa 인 실시예 1이, 압력이 0.4 Mpa 인 실시예 13 및 압력이 2 Mpa 인 실시예 14에 비하여 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.In addition, the carbon fiber electrode does not expand, cracks do not occur, compared to Example 1, in which the pressure in the impregnation step is 1 MPa, Example 13, in which the pressure is 0.4 Mpa, and Example 14, in which the pressure is 2 Mpa. Machining was easier.
또한, 함침단계의 시간이 30 분인 실시예 1이, 시간이 5 분인 실시예 15 및 시간이 70 분인 실시예 16에 비하여 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.In addition, the carbon fiber electrode does not expand, cracks do not occur, and discharge processing is further performed compared to Example 1 having an impregnation step of 30 minutes, Example 15 having a time of 5 minutes, and Example 16 having a time of 70 minutes. It was easy.
또한, 함침용액의 페놀수지 및 에탄올의 중량비가 1 : 1.5 인 실시예 1이, 중량비가 1 : 3 인 실시예 17에 비하여 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.In addition, the carbon fiber electrode does not expand, cracks do not occur, and discharge processing is performed in Example 1, in which the weight ratio of phenol resin and ethanol in the impregnating solution is 1: 1.5, and in Example 17, in which the weight ratio is 1: 3. It was easier.
또한, 재탄화 단계의 승온속도가 분당 2℃ 인 실시예 1이, 승온속도가 분당 1℃ 인 실시예 18 및 승온속도가 분당 4℃ 인 실시예 19에 비하여 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.In addition, the carbon fiber electrode does not expand as compared to Example 1, wherein the temperature increase rate of the recarbonation step is 2 ° C. per minute, Example 18, wherein the temperature increase rate is 1 ° C. per minute, and Example 19, wherein the temperature increase rate is 4 ° C. per minute, No cracks were generated, and discharge processing was easier.
또한, 재탄화 단계의 온도가 800℃ 인 실시예 1이, 온도가 500℃ 인 실시예 20 및 온도가 1250℃ 인 실시예 21에 비하여 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.In addition, compared to Example 20, the temperature of the recarbonation step is 800 ℃, Example 20, the temperature is 500 ℃ and Example 21, the temperature is 1250 ℃, the carbon fiber electrode does not expand, no crack occurs, Electric discharge machining was easier.
또한, 재탄화 단계의 시간이 1 시간인 실시예 1이, 재탄화 단계의 시간이 15 분인 실시예 22에 비하여 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.In addition, the carbon fiber electrode did not expand, cracks occurred, and discharge processing was easier than in Example 1 having a recarbonation step of 1 hour, compared to Example 22 having a recarbonation step of 15 minutes. .
또한, 일축가압성형을 한 실시예 1이, 일축가압성형이 아닌 압출성형을 한 비교예 1에 비하여, 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하여 모두 우수하였다.In addition, compared to Comparative Example 1, in which the uniaxial pressure molding was performed in a non-uniaxial pressure molding example, the carbon fiber electrode was not expanded, cracks were generated, and discharge processing was easier. It was.
또한, 재탄화 단계를 진행한 실시예 1이, 재탄화 단계를 진행하지 않은 비교예 2에 비하여, 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하여 모두 우수하였다.In addition, Example 1, which has undergone the recarbonation step, is superior to Comparative Example 2, which does not undergo the recarbonation step, in which the carbon fiber electrode does not expand, cracks do not occur, and discharge processing is easier. .
또한, 함침용액의 페놀수지 및 에탄올의 중량비가 1 : 1.5로, 점도가 20 cP(25℃) 인 실시예 1이, 함침용액의 페놀수지 및 에탄올의 중량비가 1 : 0.5로, 점도가 31 cP(25℃) 인 비교예 3에 비하여 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하여 모두 우수하였다.In addition, Example 1 in which the weight ratio of phenol resin and ethanol in the impregnation solution was 1: 1.5, the viscosity was 20 cP (25 ° C.), and the weight ratio of phenol resin and ethanol in the impregnation solution was 1: 0.5, and the viscosity was 31 cP Compared with Comparative Example 3 (25 DEG C), the carbon fiber electrode did not expand, cracks did not occur, and discharge processing was easier, and both were excellent.

Claims (21)

  1. 탄소섬유를 분말화하여 탄소섬유 분말을 제조하는 1단계;Powdering carbon fibers to prepare carbon fiber powder;
    상기 탄소섬유 분말을 일축가압성형하여 탄소섬유 성형체를 제조하는 2단계;Uniaxial pressure molding the carbon fiber powder to produce a carbon fiber molded body;
    상기 탄소섬유 성형체를 질소분위기 하에서 지연 열처리하는 3단계; Delayed heat treating the carbon fiber molded body under a nitrogen atmosphere;
    상기 열처리한 탄소섬유 성형체를 점도 25 cP(25℃) 이하의 함침 용액에 함침하는 4단계; 및 Impregnating the heat-treated carbon fiber molded article into an impregnation solution having a viscosity of 25 cP (25 ° C.) or less; And
    상기 함침한 탄소섬유 성형체를 재탄화 처리 하는 5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 탄소섬유 전극의 제조방법.And recarbonizing the impregnated carbon fiber molded body. 5.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탄소섬유는 탄소섬유 폐기물을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 탄소섬유 전극의 제조방법.The method of claim 1, wherein the carbon fiber comprises carbon fiber waste.
  3. 1항에 있어서, 상기 1단계는 탄소섬유에 바인더를 도포한 후 경화하여 탄소섬유-바인더 복합체를 제조하는 (1-1)단계; 및The method of claim 1, wherein the first step comprises: (1-1) preparing a carbon fiber-binder composite by applying a binder to the carbon fiber and curing the binder; And
    상기 탄소섬유-바인더 복합체를 기계적 밀링하여 탄소섬유 분말을 제조하는 (1-2)단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 탄소섬유 전극의 제조방법.Method of manufacturing a carbon fiber electrode using a carbon fiber comprising a; (1-2) step of mechanically milling the carbon fiber-binder composite to produce a carbon fiber powder.
  4. 제1항에 있어서, 상기 1단계는 탄소섬유를 기계적 밀링하여 탄소섬유 분말을 제조하는 (1-1)단계;The method of claim 1, wherein the first step comprises the steps of (1-1) producing a carbon fiber powder by mechanically milling carbon fibers;
    탄소섬유 분말에 바인더를 도포한 후 경화하여 과립화된 탄소섬유-바인더 복합체 분말을 제조하는 (1-2)단계; 및Applying a binder to the carbon fiber powder and curing to prepare a granulated carbon fiber-binder composite powder (1-2); And
    상기 과립화된 탄소섬유-바인더 복합체 분말을 기계적 밀링하여 탄소섬유 분말을 제조하는 (1-3)단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 탄소섬유 전극의 제조방법.Method of producing a carbon fiber electrode using a carbon fiber comprising a; (1-3) step of mechanically milling the granulated carbon fiber-binder composite powder to produce a carbon fiber powder.
  5. 제3항에 있어서, 상기 탄소섬유 및 바인더는 1 : 0.15 ~ 0.35의 중량비로 혼합되며, The method of claim 3, wherein the carbon fiber and the binder are mixed in a weight ratio of 1: 0.15 to 0.35,
    상기 바인더는 페놀수지, 타르, 콜 타르 피치 및 석유피치 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 탄소섬유 전극의 제조방법.The binder is a phenol resin, tar, coal tar pitch and petroleum pitch, any one or more selected from carbon fiber electrode manufacturing method using a carbon fiber, characterized in that.
  6. 제4항에 있어서, 상기 탄소섬유 분말 및 바인더는 1 : 0.15 ~ 0.35의 중량비로 혼합되며, The method of claim 4, wherein the carbon fiber powder and the binder are mixed in a weight ratio of 1: 0.15 to 0.35,
    상기 바인더는 페놀수지, 타르, 콜 타르 피치 및 석유피치 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 탄소섬유 전극의 제조방법.The binder is a phenol resin, tar, coal tar pitch and petroleum pitch, any one or more selected from carbon fiber electrode manufacturing method using a carbon fiber, characterized in that.
  7. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 경화는 100 ~ 200℃에서 5 ~ 8 시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 탄소섬유 전극의 제조방법.5. The method of claim 3, wherein the curing is performed at 100 to 200 ° C. for 5 to 8 hours. 6.
  8. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 기계적 밀링은 볼밀링(ball milling)이며, 상기 볼밀링은 볼 및 탄소섬유의 중량비를 52 ~ 58 : 1 로 혼합한 후, 볼을 투입하여 100 ~ 300 rpm의 속도로 20 ~ 30 시간 동안 수행하고,According to claim 3 or 4, wherein the mechanical milling is ball milling (ball milling), the ball milling after mixing the weight ratio of the ball and carbon fiber 52 to 58: 1, and then put the ball 100 ~ 300 performing for 20-30 hours at a speed of rpm,
    상기 볼은 평균직경이 7 ~ 30 mm인 스틸 볼을 사용하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 탄소섬유 전극의 제조방법.The ball is a method for producing a carbon fiber electrode using a carbon fiber, characterized in that using a steel ball having an average diameter of 7 ~ 30 mm.
  9. 제1항에 있어서, 상기 탄소섬유 분말은 평균입도가 212 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 탄소섬유 전극의 제조방법.The method of claim 1, wherein the carbon fiber powder has an average particle size of 212 μm or less.
  10. 제1항에 있어서, 하기 식 1 에 따라 계산되는 상기 1단계의 탄소섬유 분말의 회수율은 80 % 이상인 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 탄소섬유 전극의 제조방법.The method of manufacturing a carbon fiber electrode using carbon fiber according to claim 1, wherein the recovery rate of the carbon fiber powder of the first step calculated by Equation 1 is 80% or more.
    [식 1][Equation 1]
    탄소섬유회수율(%)=Carbon fiber recovery rate (%) =
    (방전가공전극용탄소섬유의중량/최초도입되는탄소섬유의중량)×100.(Weight of Carbon Fiber for Electrode Processed Electrode / Weight of First Introduced Carbon Fiber) × 100.
  11. 제1항에 있어서, 상기 탄소섬유 성형체는 등방성 탄소섬유 성형체이며,According to claim 1, wherein the carbon fiber molded body is an isotropic carbon fiber molded body,
    상기 등방성 탄소섬유 성형체는 상호 수직하는 x축, y축 및 z축 방향으로 미세조직의 입도가 각각 212 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 탄소섬유 전극의 제조방법.The isotropic carbon fiber molded article is a carbon fiber electrode manufacturing method using carbon fibers, characterized in that the particle size of the microstructure in the x-axis, y-axis and z-axis direction perpendicular to each other.
  12. 제1항에 있어서, 상기 2단계의 일축가압성형은 30 ~ 400 MPa에서 수행하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 탄소섬유전극의 제조방법.The method of claim 1, wherein the uniaxial pressure molding of the second step is performed at 30 to 400 MPa.
  13. 제1항에 있어서, 상기 3단계의 지연 열처리는 분당 1.5 ~ 2.5℃의 속도로 600 ~ 1000℃까지 승온 시킨 후, 600 ~ 1000℃에서 0.5 ~ 1.5 시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 탄소섬유전극의 제조방법.The method of claim 1, wherein the delayed heat treatment of step 3 is performed after heating up to 600 to 1000 ° C. at a rate of 1.5 to 2.5 ° C. per minute, and performing the carbon fiber at 600 to 1000 ° C. for 0.5 to 1.5 hours. Method for producing a carbon fiber electrode.
  14. 제1항에 있어서, 상기 4단계는 0.7MPa ~ 1.5MPa 의 압력으로 10 ~ 60 분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 탄소섬유전극의 제조방법.The method of claim 1, wherein the fourth step is performed for 10 to 60 minutes at a pressure of 0.7 MPa to 1.5 MPa.
  15. 제1항에 있어서, 상기 4단계는 감압 함침 및 가압 함침 중에서 선택된 어느 하나의 방법으로 수행하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 탄소섬유전극의 제조방법.The method of claim 1, wherein the four steps are performed by any one method selected from among pressure reduction impregnation and pressure impregnation.
  16. 제1항에 있어서, 상기 함침 용액은 중합수지 및 용매를 1 : 0.8 ~ 1 : 2.5 의 중량비로 포함하며, 상기 중합수지는 페놀수지 및 피치 중에서 선택된 1종 이상이고, 상기 용매는 에탄올 및 톨루엔 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 탄소섬유전극의 제조방법.The method of claim 1, wherein the impregnation solution comprises a polymerization resin and a solvent in a weight ratio of 1: 0.8 to 1: 2.5, wherein the polymerization resin is at least one selected from phenol resin and pitch, and the solvent is in ethanol and toluene Method for producing a carbon fiber electrode using a carbon fiber, characterized in that at least one selected.
  17. 제1항에 있어서, 상기 4단계는 1 ~ 3회 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 탄소섬유전극의 제조방법.The method of claim 1, wherein the four steps are performed repeatedly one to three times.
  18. 제1항에 있어서, 상기 5단계의 재탄화 처리는 질소 분위기에서 분당 1.5 ~ 2.5℃의 속도로 600 ~ 1000℃까지 승온시킨 후, 0.5 ~ 1.5 시간 동안 속도로 600 ~ 1000℃ 하에 수행하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 탄소섬유전극의 제조방법.The method of claim 1, wherein the recarbonation of the five steps is carried out at 600 to 1000 ℃ at a rate of 1.5 to 2.5 ℃ per minute in a nitrogen atmosphere, then at 600 to 1000 ℃ at a rate for 0.5 to 1.5 hours Method for producing a carbon fiber electrode using a carbon fiber.
  19. 제1항의 제조방법으로 제조되며, 경도가 90HsA 이상이고, 밀도가 1.24 ~ 1.50 g/cm3 인 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 이용한 탄소섬유전극.A carbon fiber electrode using a carbon fiber, which is prepared by the method of claim 1, the hardness is 90HsA or more, the density is 1.24 ~ 1.50 g / cm 3 .
  20. 제19항에 있어서, 상기 탄소섬유전극은 비저항이 1.60×10-4 ~ 1.59×10-2 ohmㆍcm 인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 폐기물을 이용한 탄소섬유전극.20. The carbon fiber electrode using carbon fiber waste according to claim 19, wherein the carbon fiber electrode has a specific resistance of 1.60 × 10 −4 to 1.59 × 10 −2 ohm · cm.
  21. 제19항의 탄소섬유전극을 포함하는 방전가공용 전극.An electrode for electric discharge machining comprising the carbon fiber electrode of claim 19.
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