KR100567832B1 - 팽창흑연 성형품 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 팽창흑연 성형품 제조방법은 가루형의 팽창흑연을 얇게 펼친 후 압축하여 흑연박막을 만들고, 상기 흑연박막을 잘게 쪼개어 흑연 플레이크를 만든 후, 금형에 상기 흑연 플레이크를 넣음과 아울러 금속시트를 삽입한 다음, 압축하여 팽창흑연 성형품을 제조되기 때문에 기계적 성질이 우수하고, 도전성 분말이 섞인 고분자 바인더가 접착제로 이용됨으로써 탄성 및 방수성 뿐만 아니라 도전성도 갖게 된다.

팽창흑연, 흑연박막, 흑연 플레이크, 압축, 고분자 바인더

Description

팽창흑연 성형품 제조방법{Manufacturing Method of Expanded Graphite Products}

도 1은 종래 기술에 따른 팽창흑연 성형품의 제조방법에 따른 순서도,

도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 팽창흑연 성형품의 제조방법에 따른 도면이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

2 : 프레스 4 : 금형

E : 팽창흑연 M : 금속시트

P : 흑연 플레이크 S : 흑연박막

본 발명은 팽창흑연 성형품 제조방법에 관한 것으로서, 특히 보강용 금속시트가 개재되고, 도전성 분말이 섞인 고분자 바인더가 도포된 팽창흑연 성형품 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 흑연은 탄소원자의 6원자 고리가 평면적으로 무한히 연결된 평면형 거대분자가 층을 이루어 포개어진 광물로서, 그 성질은 전기의 양도체이고, 또한 폴리센의 층상구조로 인해 유연하고 활성(滑性)이 있으며, 쪼개지기는 쉽지만 거대 분자여서 반응성이 낮은 특징이 있다.

그러나, 흑연은 폴리센 구조의 탄소 평면 사이가 반데르발스 힘으로 연결되어 있을 뿐이어서 탄소원자 사이의 간격인 14.2㎚에 비하여 35.5㎚로 넓기 때문에 층 사이의 틈새에 다른 원자를 삽입하여 층간화합물을 만들 수 있다. 즉, 흑연 결정의 망상평면을 유지한 채로 평면 사이의 틈새에 많은 원자나 분자 또는 이온을 삽입하여 층간화합물을 만드는 것이다. 즉, 흑연의 층 사이에 황산과 같은 산을 도포한 층간화합물 또는 잔류화합물을 1000℃에 가까운 온도로 급 가열하면, 산이 기화되어 가스가 발생되고 그 가스의 팽창압에 의해 흑연 층간이 수십 내지 수백 배로 팽창하는데, 이를 팽창흑연이라 한다.

상기한 팽창흑연은 열전도율 및 탄성력이 좋고 자기 윤활성을 갖고 있기 때문에 시트 형태로 성형된 후, 절삭 등의 기계적인 추가 가공을 거쳐 개스킷, 실링, 단열재, 쿠션재 등으로 널리 사용되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 팽창흑연 성형품의 제조방법이 도시된 순서도이다.

종래 기술에 따른 팽창흑연 성형품의 제조방법은 먼저, 팽창흑연의 밀도가 보통 1/50~1/200이므로 팽창흑연을 성형하고자 하는 팽창흑연 시트의 두께와 팽창흑연의 밀도를 고려하여 팽창흑연을 일정 높이로 적층한 후(S11,S12참조), 고압의 프레스를 이용하여 압축한 다음(S13참조), 롤러를 이용하여 압연한다(S14참조). 그러면, 고밀도의 시트 형태로 성형된다.

즉, 일 실시 예로써 팽창흑연의 밀도가 1/200이고, 5mm 두께의 팽창흑연 시트를 성형하기 위해서는 팽창흑연을 5mm의 200배 이상에 달하는 만큼 적층한 다음, 대용량 프레스를 이용하여 압축한 후 압연한다.

그러나, 종래 기술에 따른 팽창흑연 성형품 제조방법은 성형하고자 하는 팽창흑연 시트의 두께가 두꺼워질수록 그만큼 팽창흑연을 높이 쌓기 때문에 프레스의 용량이 커져 설비시설이 방대하고, 프레스, 압연공정으로 제조되므로 성형품의 조직이 치밀하지 못해 압축강도나 경도 등의 기계적 성질이 낮을 뿐만 아니라 팽창흑연을 시트형으로만 성형할 수 있고, 압연 공정시 길이방향의 연속적인 가공으로 인해 방향성이 생기는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 설비시설을 소형화함과 아울러, 다양한 형상의 성형품을 만들 수 있을 뿐만 아니라 성형품의 품질을 향상시킬 수 있는 팽창흑연 성형품의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 팽창흑연 성형품의 제조방법은 팽창흑연을 압착하여 흑연박막을 형성하는 제1공정과; 상기 흑연박막을 분쇄하여 흑연 플레이크를 만드는 제2공정과; 금형에 상기 흑연 플레이크을 넣고 아울러 상기 흑연 플레이크의 적층방향으로 적어도 하나 이상의 금속시트를 삽입한 후, 압축 성형하여 팽창흑연 성형품을 만드는 제3공정으로 이루어진다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 팽창흑연 성형품의 제조방법은 먼저, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 가루형의 팽창흑연(E)을 얇게 펼친 후, 압축 가공하여 고밀도의 흑연박막(S)을 형성하는 제1과정이 실시된다.

즉, 팽창흑연(E)을 한 번의 압축과정으로 성형품의 두께를 갖도록 높이 적층하여 압축하지 않고, 가루형의 팽창흑연(E)을 가능한 얇게 펼친 상태에서(도2a참조) 프레스(2)나 롤러로 압축하여 매우 얇은 두께의 흑연박막(S)으로 성형한다(도2b참조).

따라서, 상기 팽창흑연의 밀도가 1/50~1/200정도로 매우 낮은데, 상기 팽창흑연(E)이 얇게 펼쳐진 상태에서 압축되기 때문에 팽창흑연(E)이 충분히 압축될 수 있어 흑연박막(S)의 밀도가 높을 뿐만 아니라, 상기 프레스(2)나 롤러의 용량이 작아 그 설비시설이 상대적으로 소형으로 구비된다.

다음, 제2과정은 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 제1과정에서 만들어진 흑 연박막(S)을 잘게 분쇄하여 흑연 플레이크(P)를 만든다. 이때, 상기 흑연박막(S)을 절단기를 이용하여 스트라이프나 사각형의 일정한 형상을 갖는 흑연 플레이크(P)로 만들거나, 분쇄기를 이용하여 부정형 상의 흑연 플레이크(P)로 만들 수도 있다.

다음, 제3과정은 도 2d 및 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 제2과정에서 만들어진 상기 흑연 플레이크(P)를 링형 등의 일정 형상을 갖는 금형(4)에 넣고, 아울러 상기 흑연 플레이크(P)의 적층방향으로 얇은 금속시트(M)를 적어도 하나 이상 삽입한 후(도 2d참조), 프레스를 이용하여 압축 성형하여 소정 형상의 팽창흑연 성형품(10)을 만든다(도 2e참조).

이 때, 상기 흑연 플레이크(P)는 상기 흑연박막(S)을 만드는 과정을 통해 일차적으로 압축되었기 때문에 비교적 밀도가 높은 편이라 프레스의 용량이 클 필요가 없다.

상기 금속시트(M)는 팽창흑연 성형품(10)의 기계적 강도가 향상될 수 있도록 스테인레스, 강철, 구리 또는 비철금속 등으로 성형된다. 이와 같은 금속시트(M)는 상기 흑연 플레이크(P)의 적층방향으로 일정 높이마다 상기 흑연 플레이크(P)와 교대로 적층될 수도 있고, 상기 흑연 플레이크(P)가 적층되는 중간에 하나가 개재될 수도 있으며, 상기 흑연 플레이크(P)의 적층방향으로 양끝에 각각 배치될 수도 있다.

아울러, 상기 금속시트(M)는 상기 흑연 플레이크(P)와 박리되지 않도록 바인더에 의해 상기 흑연 플레이크(P)와 견고하게 결합되지만, 상기 흑연 플레이크(P) 와의 접촉면적이 넓어짐으로써 상기 흑연 플레이크(P)와의 접촉력이 좀 더 커지도록 적어도 하나 이상의 요철(Mi)이 형성되거나 홀(Mh)이 형성될 수 있다.

한편, 상기 바인더는 상기 제1과정에서 흑연박막(S)을 만들기 전에 팽창흑연(E)에 도포되어(도 2a참조), 얇게 펼쳐진 팽창흑연(E)이 압축될 때 팽창흑연(E) 사이에 녹아 흑연박막(S)이 접착력을 갖도록 한다. 그래서, 상기 제3공정에서 금형(4)에 흑연 플레이크(P)가 채워질 때, 금형(4) 속에서 촘촘하게 서로 엉켜있는 흑연 플레이크(P) 뿐만 아니라 흑연 플레이크(P)와 상기 금속시트(M)가 바인더에 의해 서로 더욱 견고하게 결합될 수 있게 한다.

또는, 상기 바인더는 상기 제3공정에서 금형(4)에 채워진 흑연 플레이크(P)에 도포되어, 금형(4)의 흑연 플레이크(P)가 압축될 때 흑연 플레이크(P) 사이 및 흑연 플레이크(P)와 금속시트(M) 사이에 녹아 흑연 플레이크(P)뿐만 아니라 흑연 플레이크(P)와 금속시트(M)가 서로 강하게 고착될 수 있게 한다.

특히, 상기 바인더는 팽창흑연 성형품(10)이 우수한 탄성 및 방수성을 갖도록 고분자 바인더가 이용된다. 아울러, 전자파 차폐용 실링 등의 경우 도전성이 요구되므로, 팽창흑연 성형품(10)이 도전성을 갖도록 고분자 바인더에 나노크기의 도전성 금속분말이 섞여 이동된다. 물론, 상기와 같은 바인더의 도포과정은 상기 제1공정과 제3공정 중 선택적으로 포함될 수도 있고, 상기 제1공정과 제3공정에 모두 포함될 수 있다.

물론, 상기 바이더는 팽창흑연 성형품에 요구되는 특징에 따라 인산염계나 탄소계, 세라믹계일 수도 있다.

마지막으로, 상기 제3공정을 통해 성형된 팽창흑연 성형품은 절삭이나 롤링, 연삭 등의 기계적인 추가 가공을 통해 더욱 정밀하게 가공된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 팽창흑연 성형품 제조방법은 가루형의 팽창흑연을 얇게 펼친 후 압축하여 흑연박막을 만들고, 상기 흑연박막을 잘게 쪼개어 흑연 플레이크를 만든 후, 금형에 상기 흑연 플레이크를 넣음과 아울러 금속시트를 삽입한 다음, 압축하여 팽창흑연 성형품을 제조하기 때문에 팽창흑연이 다단계에 걸쳐 압축됨으로써 팽창흑연 성형품의 조직이 치밀하고 균일하여 기계적 성질이 우수할 뿐만 아니라 그 설치시설이 상대적으로 소형이고, 팽창흑연 성형품이 프레스 성형되기 때문에 방향성이 없을 뿐만 아니라 금형에 따라 다양한 형상을 취할 수 있다.

또한, 상기 팽창흑연 성형품에 금속시트가 개재됨으로써 기계적 강도가 더욱 향상될 수 있다.

또한, 상기 팽창흑연 성형품에 이용되는 바인더로서 고분자 바인더가 이용됨으로써 팽창흑연 성형품이 우수한 탄성 및 방수성을 갖을 수 있고, 더욱이 고분자 바인더에 나노크기의 도전성 금속분말이 섞여 사용됨으로써 팽창흑연 성형품이 도전성이 요구되는 성형품으로 넓게 이용될 수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

1. 팽창흑연을 압착하여 흑연박막을 형성하는 제1공정과; 상기 흑연박막을 분쇄하여 흑연 플레이크를 만드는 제2공정과; 금형에 상기 흑연 플레이크를 넣고 아울러 상기 흑연 플레이크의 적층방향으로 적어도 하나 이상의 금속시트를 삽입한 후, 압축 성형하여 팽창흑연 성형품을 만드는 제3공정으로 이루어진 팽창흑연 성형품의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 금속시트에는 적어도 하나 이상의 요철 또는 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 팽창흑연 성형품의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1공정와 제3공정 중 적어도 어느 한 공정에는 도전성 분말이 섞인 고분자 바인더의 도포과정이 포함된 것을 특징으로 하는 팽창흑연 성형품의 제조방법.
4. 삭제

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