KR100600919B1 - 유리상 탄소 파이프의 제조방법, 및 이러한 방법에 의해제조된 유리상 탄소 파이프 - Google Patents

유리상 탄소 파이프의 제조방법, 및 이러한 방법에 의해제조된 유리상 탄소 파이프 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따라 유리상 탄소 파이프의 제조방법이 제공된다. 본 발명의 방법은 종방향으로 분할된 형상의 파이프 부분들을 각각 갖고 나사부(threaded portion) 또는 감합부(嵌合部; fitting portion)를 각각 구비한 복수의 파이프 형상의 열경화성 수지 성형체를 원심성형에 의해 제조하는 단계; 복수의 파이프 형상의 열경화성 수지 성형체를 나사부 또는 감합부에서 나합(螺合) 또는 감합시켜 일체화시키는 단계; 및 접합된 파이프를 탄화소성시켜 유리상 탄소 파이프를 제조하는 단계를 포함한다. 이러한 방법은 접합부에서 탁월한 기계적 강도 및 기밀성을 갖는 곧거나 굽은 파이프(straight or bent pipe)를 제조할 수 있으며, 나사부 또는 감합부를 제공하기 위한 기계가공이 불필요하므로 저단가의 파이프 생산을 가능하게 한다.

Description

유리상 탄소 파이프의 제조방법, 및 이러한 방법에 의해 제조된 유리상 탄소 파이프{METHOD FOR PRODUCING GLASS-LIKE CARBON PIPE, AND GLASS-LIKE CARBON PIPE PRODUCED BY SUCH METHOD}
도 1은 본 발명의 실시예 1에 사용되는 것으로 원심성형에 사용된 금형을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 실시예 1에 따르는 유리상 탄소 파이프의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 사용되는 것으로 원심성형에 사용된 금형을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 실시예 2에 따르는 유리상 탄소 파이프의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 3에 사용되는 것으로 원심성형에 사용된 금형을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 실시예 3에 따르는 유리상 탄소 파이프의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
유리상 탄소 파이프의 용도는 화학증착(CVD) 장치의 가스 주입 노즐 및 반응가스 분배 파이프용으로 고려되고 있다. 본 발명은 유리상 탄소 파이프의 제조방법, 및 이러한 방법에 의해 제조된 유리상 탄소 파이프에 관한 것이다.
유리상 탄소는 전형적으로 페놀 수지 또는 푸란 수지와 같은 열경화성 수지를 고온에서 탄화소성(carbonizing)시킴으로써 제조되는 탄소재료이다. 유리상 탄소는 불활성 분위기에서 2,000℃ 이상의 내열성을 나타내며, 또한 불화수소 및 불소에 대한 탁월한 내식성을 갖는다. 따라서, 유리상 탄소 파이프의 용도는 실리콘 웨이퍼와 같은 기판에 박막을 침착시키는 CVD 장치에 반응가스를 공급하기 위한 가스 주입 노즐 및 배관 파이프용으로 고려되고 있다.
길이가 비교적 긴 곧은 형상 또는 "L"자형과 같은 굽은 형상의 유리상 탄소 파이프가 요구되는 경우 몇몇 제조방법이 고려될 수 있다. 이 중 하나는 분할된 파이프 부분들로 각각 형상화된 유리상 탄소 파이프 부분들을, 접착제를 사용하여 접합시키는 것이다. 그러나, 유리상 탄소재료의 화학적 불활성으로 인하여 상기 방법으로는 접합부에서 만족스러운 기계적 강도 및 기밀성(gas sealability)을 나타내는 제품이 제조될 수 없었다.
다른 방법은 상기 형상의 유리상 탄소 파이프를 위한 수지 전구체를 탄화소성시키는 것이다. 그러나, 이러한 방법은 열경화성 수지의 불량한 성형성으로 인해 완결시키기 어렵다.
이러한 상황에서 일본특허공개공보 제2001-151574호는 먼저 곧은 형상 또는 굽은 형상의 유리상 탄소 파이프를 위한 수지 전구체의 부분들을 제조하고, 상기 부분들을 접착시킨 다음, 탄화소성시키는 방법을 제안하고 있다.
이러한 종래기술의 방법에서는, 예를 들어 주형 성형함으로써 열경화성 수지로부터 판상의 경화체를 제조한 다음, NC 기계를 사용한 기계가공에 의해 판상의 열경화성 수지 경화체에 유동 경로에 상응하는 오목부 및 마무리가공된 제품의 감합부(嵌合部)를 형성함으로써, 파이프의 종축에 평행한 방향으로 절단된 파이프 2분할체에 상응하는 한 쌍의 열경화성 수지 경화체를 제조한다. 이어서, 파이프 2분할체 형태의 열경화성 수지 경화체를, 접착제용 열경화성 수지를 사용하고 상기 접착제를 감합부에 코팅함으로써 접착시킨다. 이어서, 이와 같이 접착된 열경화성 수지 경화체를 탄화소성시켜 유리상 탄소 파이프를 제조한다.
그러나, 종래기술의 유리상 탄소 파이프의 제조방법은 NC 기계 등을 사용하여 취성의 판상 열경화성 수지 경화체를 필요한 형상으로 기계가공하는 단계를 포함하므로 기계가공을 위한 연장된 작업시간 및 이에 따른 생산 단가의 증가라는 결점을 가지며, 또한 취성 제품의 기계가공은 불량한 작업성과 관련된다.
또한, 열경화성 수지 경화체는 종종 기계가공이 가능한 정도로 경화되는 경우 열경화성 수지의 감소된 반응성으로 인해 접착력이 저하된다. 이러한 저하된 접착능력은 접합부에서의 만족스러운 기계적 강도 및 기밀성을 갖는 제품의 생산을 곤란하게 하는 결점을 야기하였다.
발명의 요약
본 발명은 전술한 상황에서 완성된 것으로, 본 발명의 목적은 접합부에서 탁월한 기계적 강도 및 기밀성을 갖는 곧거나 굽은 파이프를 제조할 수 있는 유리상 탄소 파이프의 제조방법을 제공하는 것이며, 이러한 방법은 나사부 또는 감합부를 제공하기 위한 기계가공이 불필요하므로 저단가로 파이프를 제조할 수 있다. 본 발명의 또다른 목적은 전술한 방법에 의해 제조되는 유리상 탄소 파이프를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 후술하는 본 발명에 의해 달성된다.
본 발명은 나사부를 각각 갖는 복수의 파이프 형상의 열경화성 수지 성형체를 원심성형에 의해 제조하는 단계; 복수의 파이프 형상의 열경화성 수지 성형체를 나사부에서 나합시켜 일체화시키는 단계; 일체화된 열경화성 수지 성형체를 열처리하여 성형체를 완전히 경화시키는 단계; 및 완전히 경화된 성형체를 탄화소성시켜 유리상 탄소 파이프를 제조하는 단계를 포함하는 유리상 탄소 파이프의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 감합부를 각각 갖는 복수의 파이프 형상의 열경화성 수지 성형체를 원심성형에 의해 제조하는 단계; 복수의 파이프 형상의 열경화성 수지 성형체를 서로 감합시켜 일체화시키는 단계; 일체화된 열경화성 수지 성형체를 열처리하여 완전히 경화시키는 단계; 및 완전히 경화된 성형체를 탄화소성시켜 유리상 탄소 파이프를 제조하는 단계를 포함하는 유리상 탄소 파이프의 제조방법에 관한 것이다.
전술한 다양한 양태의 본 발명에 있어서, 열경화성 수지 성형체의 열처리에 의한 완전 경화 단계, 즉 이른바 "경화"라 불리는 단계는 탄화소성 단계의 초기 단계로서 실시될 수 있다. 즉, 열경화성 수지 성형체의 완전 경화는 온도를 실온으로부터 탄화소성 온도로 점진적으로 상승시키는 초기 단계에서 달성될 수 있다.
전술한 유리상 탄소 파이프의 제조방법에 있어서, 나사부 또는 감합부에서 나합 또는 감합시켜 복수의 열경화성 수지 성형체를 일체화시킬 때 접착제로서 액체 열경화성 수지가 사용될 수 있다.
전술한 유리상 탄소 파이프의 제조방법에 있어서, 나합 또는 감합에 의한 복수의 열경화성 수지 성형체의 접합은 수지가 반경화(半硬化)되었을 때 바람직하게 실시된다. 그러나, 상기 접합은 수지가 반경화되었을 때 뿐만 아니라 완전 경화후에도 실시될 수 있다.
본 발명의 유리상 탄소 파이프의 제조방법은 접합부에서 탁월한 기계적 강도 및 기밀성을 나타내는 곧은 형상 또는 "L"자형과 같은 굽은 형상의 유리상 탄소 파이프를 제조할 수 있는 동시에, 나사부를 제공하기 위한 기계가공이 불필요하므로 상기 파이프를 저단가로 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 유리상 탄소 파이프의 제조방법은 접합부에서 탁월한 기계적 강도 및 기밀성을 나타내는 곧은 형상 또는 "L"자형과 같은 굽은 형상의 파이프를 제조할 수 있는 동시에, 감합부를 제공하기 위한 기계가공이 불필요하므로 상기 파이프를 저단가로 제조할 수 있다.
전술한 유리상 탄소 파이프의 제조방법에 의해 제조된 곧은 형상 및 "L"자형과 기타 굽은 형상의 유리상 탄소 파이프도 또한 본 발명의 범주내에 속한다.
본 발명에 따르는 유리상 탄소 파이프의 제조방법에 있어서는, 종방향으로 분할된 형상의 파이프 부분들을 각각 갖고 나사부를 각각 구비한 열경화성 수지 성형체를 원심성형에 의해 먼저 제조한다. 원심성형은 용융된 또는 액체상의 열경화성 수지를 원통형 금형의 내부에 붓고, 수지를 함유한 금형을 그 수지가 원심력에 의해 생성되도록 회전시키는 방법이다. 이어서, 금형을 가열시켜 수지를 경화시킨다. 이러한 원심성형을 이용함으로써, 종방향으로 분할된 형상의 파이프 부분들을 각각 갖고 나사부를 각각 구비한 열경화성 수지 성형체들은 파이프의 본체부를 성형하기 위한 금형 부분 및 나사부를 성형하기 위한 금형 부분을 사용하여 기계가공없이 제조될 수 있다. 예를 들어, 한 말단에 숫 나사부(male threaded portion)를 구비하고 다른 말단에 암 나사부(female threaded portion)를 구비한 곧은 파이프 본체부를 각각 포함하는 두 개의 열경화성 수지 성형체가 제조된다.
이어서, 하나의 열경화성 수지 성형체의 숫 나사부를 다른 열경화성 수지 성형체의 암 나사부에 나합시키고, 이렇게 하여 접합된 열경화성 수지 성형체들을 충분한 경화를 위한 성형체의 성형온도보다 높은 온도로 가열시킨다. 이 경우에 있어서, 액체 열경화성 수지가 접착제로서 사용될 수 있으며 열경화성 수지를 나사부 위에 코팅시키고 경화시켜 열경화성 수지 성형체들을 견고하게 접합시킬 수 있다.
전술한 바와 같이 나합에 의해 접합시킨 열경화성 수지 성형체들을 탄화소성시킴으로써 일정 길이의 곧은 유리상 탄소 파이프가 용이하게 수득될 수 있다. 또한, 유사한 방법으로 "L"자형의 파이프 및 다른 굽은 파이프가 수득될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르는 유리상 탄소 파이프의 제조방법에 있어서는, 종방향으로 분할된 형상의 파이프 부분들을 각각 갖고 감합부를 각각 구비한 열경화성 성형체를 원심성형에 의해 먼저 제조한다. 원심성형을 이용함으로써, 종방향으로 분할된 형상의 파이프 부분들을 각각 갖고 감합부를 각각 구비한 열경화성 수지 성형체들은 파이프의 본체부를 성형하기 위한 금형 부분 및 감합부를 성형하기 위한 금형 부분을 사용하여 기계가공없이 제조될 수 있다. 예를 들어 한 말단에 테이퍼(taper)된 숫 감합부를 구비하고 다른 말단에 테이퍼된 암 감합부를 구비한 곧은 파이프 본체부를 각각 포함하는 두 개의 열경화성 수지 성형체가 제조된다.
이어서, 하나의 열경화성 수지 성형체의 테이퍼된 숫 감합부를 다른 열경화성 수지 성형체의 테이퍼된 암 감합부에 감합시키고, 이렇게 하여 접합된 열경화성 수지 성형체들을 충분한 경화를 위한 성형체의 성형온도보다 높은 온도로 가열시킨다. 이 경우에 있어서, 액체 열경화성 수지가 접착제로서 사용될 수 있으며, 이 열경화성 수지를 감합부 위에 코팅시키고 경화시켜 열경화성 수지 성형체들을 견고하게 접합시킬 수 있다.
전술한 바와 같이 감합에 의해 접합시킨 열경화성 수지 성형체들을 탄화소성시켜 일정 길이의 곧은 유리상 탄소 파이프가 용이하게 수득될 수 있다. 또한, 유사한 방법으로 "L"자형의 파이프 및 기타 굽은 파이프가 수득될 수 있다.
전술한 바와 같이 접착제용으로 사용되는 액체 열경화성 수지는, 사용되는 접착제도 또한 전체 성형체와 동일한 유리상 탄소로 전환될 것이므로, 파이프의 성형에 사용되는 열경화성 수지와 동일한 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서, 탄화소성시의 수축률도 또한 성형된 파이프의 값과 동일해질 것이며, 크기 차이에 의해 유발된 응력은 탄화소성후의 접합부에 적용되지 않을 것이다. 그러나, 접착제는 탄화소성시의 수축률이 크게 다르지 않을 것이므로 성형체와 상이한 유형의 열경화성 수지를 포함할 수 있으며 생성되는 탄소의 품질은 상이하지 않을 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 제조방법에 있어서는, 열경화성 수지 성형체의 크기 정밀도의 저하가 방지되고, 또한 원심성형후의 냉각 또는 탈형시에 열경화성 수지 성형체에서의 균열 발생이 방지되는 것이 중요하다.
우선, 열경화성 수지와 관련하여, 사용되는 열경화성 수지는 원심성형의 용이성의 견지에서 액체인 것이 바람직하고, 특히 경화시의 수축률이 작은 것이 바람직하다. 바람직한 수지의 예로는 페놀 수지, 푸란 수지 및 이미드 수지를 포함한다. 실린더를 성형하는 경우 경화시의 수축률은 수학식 [(금형의 내경)-(성형체의 외경)/(금형의 내경)](%)로 정의되며, 이 수축률은 바람직하게는 1.5중량% 이하이다. 이러한 범위의 수축률을 구현하기 위해서는 5중량% 이하, 바람직하게는 3중량% 이하의 수분함량을 갖는 페놀 수지와 같은 액체 열경화성 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 수분함량은 칼 피셔(Karl Fischer)의 방법으로 측정한 값이다. 이러한 액체 열경화성 수지의 사용은 경화시 수축률의 저하를 가능하게 하며, 또한 원심성형 및 후속적인 냉각 과정에서 크기 정밀도의 손실 및 균열 발생을 방지한다.
이어서, 원심성형에서 코어를 제거할 적기를 기술한다. 열경화성 수지 성형체는 인성이 불량하고, 성형에 코어(core) 또는 코어들이 사용되는 경우에는 대부분 열경화성 수지 성형체 내에 균열이 유발되는 경향이 있다. 본 발명의 제조방법에 있어서는, 코어들이 예를 들어 나사부에 대한 금형 부분으로서 사용된다. 이러한 상황에서 본 발명자들은 원심성형 도중의 금형 냉각시에, 열경화성 수지 성형체들은, 그의 온도가 유리전이온도(Tg)에 도달하기 전에 금형으로부터 탈형되는 경우, 유리전이온도에서의 파단없이 비교적 큰 변형에 견딜 수 있으므로, 열경화성 수지 성형체에 균열을 유발하지 않고 제거될 수 있음을 발견하였다. 열경화성 수지 성형체의 냉각 수축이 코어 제거후 일어난다면 상기 수축 과정에서 열경화성 수지 성형체에 응력이 적용되지 않으며, 이로써 열경화성 수지 성형체에 균열이 발생하는 것이 방지된다.
즉, 열경화성 수지 성형체의 온도가 원심성형후의 냉각시에 유리전이온도에 도달하기 전에 금형으로부터 성형체들을 탈형시킴으로써 혹은 적어도 성형체로부터 코어를 분리시킴으로써, 변형 및 균열이 없는 열경화성 수지 성형체가 제조될 수 있다. 성형후 열경화성 수지 성형체의 유리전이온도(Tg)는 원심성형의 조건을 적절히 선택함으로써 실온 미만 또는 근처로 조정될 수 있으며, 이 경우 열경화성 수지 성형체는 실온으로의 금형의 냉각후 금형 부분들 및 코어의 분해에 의한 균열의 유발없이 금형으로부터 제거될 수 있다.
이어서, 본 발명의 실시예가 도면을 참조로 하여 기술된다.
실시예 1
실시예 1에서는, 나사부를 각각 갖는 열경화성 수지 성형체들을 원심성형에 의해 제조하였다. 이들 열경화성 수지 성형체는 종방향으로 분할된 파이프의 2분할체에 상응하는 형상을 가졌다. 이어서, 성형체들을 나사부에서 나합시켜 파이프의 종방향으로 연결시킴으로써 일체화시키고, 이렇게 하여 접합된 파이프를 탄화소성시켜 곧은 유리상 탄소 파이프를 제조하였다.
도 1은 원심성형을 위해 실시예 1에 사용된 금형을 개략적으로 나타낸 단면도이며, 도 2는 실시예 1의 유리상 탄소 파이프의 제조방법을 설명하는 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 원심성형을 위한 금형(10)은 파이프의 본체부를 성형하기 위한 금형 부분(10a), 파이프의 본체부의 한 말단에 테이퍼된 숫 나사부(11b)(도 2 참조)를 성형하기 위한 금형 부분(10c)을 포함한다. 테이퍼된 암 나사부(11b)는 테이퍼된 숫 나사부(11a) 위에 나합될 수 있다.
상기 본체부를 성형하기 위한 금형 부분(10a)은 원통 형상을 가지며, 숄더(shoulder)들이 나사부를 성형하기 위한 금형 부분(10b 및 10c)을 수용하도록 그의 내측 양 말단에 구비된다. 본체부를 성형하기 위한 금형 부분(10a)의 한 말단에 고정되는 숫 나사부를 성형하기 위한 금형 부분(10b)은 본체부를 성형하기 위한 금형 부분(10a)의 종방향 중심쪽으로 확장된 테이퍼된 나사 형성 영역을 갖는다. 본체부를 성형하기 위한 금형 부분(10a)의 다른 말단에 고정되는 암 나사부를 성형하기 위한 금형 부분(10c)은 본체부를 성형하기 위한 금형 부분(10a)의 종방향 중심쪽으로 확장된 테이퍼된 나사 형성 영역을 갖는다. 본체부를 성형하기 위한 금형 부분(10a)은 열경화성 수지 성형체의 제거 용이성을 위해 두 개의 2분할체로 분리될 수 있다. 원심성형에서, 출발물질로 사용되는 열경화성 수지를 금형(10)의 내부에 붓고, 금형(10)을 회전시키면서 열경화성 수지의 경화반응이 촉진되는 온도보다 높은 온도로 금형을 가열시킨다. 열경화성 수지의 가열은 금형(10)을 둘러싼 전기 가열기에 의해 실행된다.
먼저, 상업적으로 구입가능한 페놀 수지인 PL4804(제조원: Gunei Chemical Industry Co., Ltd.)를 100℃에서 1시간 동안 열처리하여 수분함량을 조정하였다. 5중량% 이하의 수분함량을 갖는 수지를 유리상 탄소를 위한 출발물질로서 사용하였다.
이어서, 이러한 출발물질을 금형(10)의 내부에 붓고, 금형(10)의 온도를 75℃로 유지시키면서 금형(10)을 10시간 동안 소정의 속도로 회전시킴으로써 원심성형을 실시하였다. 금형(10)이 70℃로 냉각되었을 때(즉, 열경화성 수지 성형체가 70℃로 냉각되었을 때), 나사부를 위한 금형 부분(10b 및 10c)을 제거하고 성형체들을 실온으로 냉각시켰다. 이러한 원심성형 공정을 2회 반복하여 도 2에 도시된 바와 같은 두 개의 열경화성 수지 성형체(11)를 제조하였는데, 이는 각각 한 말단에 테이퍼된 숫 나사부(11a)를 구비하고 다른 말단에 테이퍼된 암 나사부(11b)를 구비한 곧은 파이프 본체부를 포함한다. 상기 특정된 조건하에서 수득된 수지의 유리전이온도(Tg)는 시차주사열량계(DSC)에 의해 58℃가 되는 것으로 측정되었다. 금형(10)을, 나합부를 위한 금형 부분(10b 및 10c)을 제거하지 않고 실온으로 냉각시킨 경우에는, 테이퍼된 나사부(11a 및 11b)에서 균열이 발생되었다. 이 때문에 양호한 성능의 열경화성 수지 성형체가 제조될 수 없었다.
이어서, 접착제를, 하나의 열경화성 수지 성형체(11) 상의 테이퍼된 암 나사부(11b) 및 상기 암 나사부(11b)로부터 연장된 환상 경계면에 도포하였다. 또한, 접착제를, 다른 열경화성 수지 성형체(11) 상의 테이퍼된 숫 나사부(11a) 및 상기 숫 나사부(11a)로부터 연장된 환상 경계면에 도포하였다. 사용된 접착제는 유리상 탄소를 위한 출발물질로서 사용된 것과 동일한 액체 페놀 수지이었다. 다른 열경화성 수지 성형체(11)의 테이퍼된 숫 나사부(11a)를 하나의 열경화성 수지 성형체(11)의 테이퍼된 암 나사부(11b)에 나합시켜 접착시키고, 그 성형체들을 80℃에서 24시간 동안 유지시킴으로써 두 개의 열경화성 수지 성형체(11)를 일체화시켰다. 일체화된 성형체를 완전 경화를 위해 공기중에서 48시간 동안 250℃로 추가로 가열하였다.
이어서, 한 개의 단위로 접합된 두 개의 열경화성 수지 성형체(11)를 탄화소성을 위해 질소 분위기에서 1000℃에서 열처리함으로써 두께 1mm, 외경 10mm 및 길이 900mm의 유리상 탄소 파이프를 제조하였다. 이러한 곧은 유리상 탄소 파이프는 접합부에서 탁월한 기계적 강도 및 기밀성을 나타내었다.
실시예 2
실시예 2에서는, 측부 파이프를 수용하기 위한 나사부를 갖는 곧은 파이프의 형태의 열경화성 수지 성형체를 원심성형에 의해 제조하였다. 이러한 열경화성 수지 성형체는, 한 말단에 나사부를 가지며 다른 폐쇄된 말단 근처에는 측부 파이프를 수용하기 위한 나사부를 갖도록 형성하였다. 이어서, 곧은 파이프 형태의 상기 성형체를 한 말단에 나사부를 갖는 곧은 파이프의 형태의 또다른 성형체와 나합시켜 접합시킴으로써 "L"자형의 유리상 탄소 파이프를 제조하였다. 이렇게 하여 접합된 파이프를 탄화소성시켜 "L"자형의 유리상 탄소 파이프를 제조하였다.
도 3은 원심성형을 위해 실시예 2에 사용된 금형을 개략적으로 나타낸 단면도이며, 도 4는 실시예 2의 유리상 탄소 파이프의 제조방법을 설명하는 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 금형(20)은 파이프의 본체부를 성형하기 위한 금형 부분(20a), 파이프의 본체부의 한 말단에 테이퍼된 숫 나사부(21a)(도 4 참조)를 성형하기 위한 금형 부분(20b), 파이프 본체부의 다른 말단 근처에 측부 파이프를 수용하기 위한 테이퍼된 암 나사부(21b)(도 4 참조)를 성형하기 위한 금형 부분(20c), 및 파이프 본체부의 다른 말단을 폐쇄시키기 위한 금형 부분(20d)을 포함한다.
원심성형에 있어서, 판상의 열경화성 수지로부터 형성된 수지판(23)을 도 3에 도시된 금형(20)에 위치시켰다. 이러한 수지판(23)은 절삭과 같은 작업을 허용하는 정도로 경화시킨 판이며 이러한 수지판은 "L"자형의 유리상 탄소 파이프의 일부가 될 것이다.
실시예 1에 사용된 것과 동일한 출발물질 및 성형조건을 사용하여 원심성형을 실행하여 도 4에 도시된 바와 같은 열경화성 수지 성형체(21)를 제조하였는데, 이는 한 말단에 테이퍼된 숫 나사부(21a)를 갖고 다른 폐쇄된 말단 근처에 측부 파이프를 수용하기 위한 테이퍼된 암 나사부(21b)를 갖는 직선으로 연장된 파이프 본체부를 포함한다. 한편, 또한 금형(도시되지 않음)을 사용하여 실시예 1에서 사용된 것과 동일한 출발물질 및 성형조건을 사용하여 원심성형을 실행하여 측부 파이프로서 사용하기 위한 열경화성 수지 성형체(22)를 제조하였다. 이러한 열경화성 수지 성형체(22)는, 측부 파이프를 수용하기 위한 테이퍼된 암 나사부(21b)에서 나합될 수 있는 테이퍼된 숫 나사부(22a)를 한 말단에 갖도록 형성된 직선으로 연장된 파이프 본체부를 가졌다.
측부 파이프를 수용하기 위한 테이퍼된 암 나사부(21b)에 테이퍼된 숫 나사부(22a)를 나합시켜 접착시키고, 성형체들을 80℃에서 24시간 동안 유지시킴으로써 열경화성 수지 성형체(21) 및 측부 파이프 열경화성 수지 성형체(22)를 접합시켰다. 접합된 제품을 완전 경화를 위해 공기중에서 250℃로 48시간 동안 추가로 가열하였다. 사용된 접착제는 실시예 1에 사용된 것과 동일한 액상 페놀 수지이었다.
이어서, 한 개의 단위로 접합된 두 개의 열경화성 수지 성형체(21 및 22)를 탄화소성을 위해 1000℃에서 질소 분위기에서 열처리함으로써 "L"자형의 유리상 탄소 파이프를 제조하였다. 이러한 "L"자형의 유리상 탄소 파이프는 접합부에서 탁월한 기계적 강도 및 기밀성을 나타내었다.
실시예 3
실시예 3에서는, 감합부를 각각 갖는 열경화성 수지 성형체들을 원심성형에 의해 제조하였다. 이들 열경화성 수지 성형체는 종방향으로 분할된 파이프의 2분할체에 상응하는 형상을 가졌다. 이어서, 성형체들을 감합에 의해 접합시켜 파이프의 종방향에서 상기 성형체들을 연결시키고, 이렇게 하여 접합된 파이프를 탄화소성시켜 곧은 유리 탄소 파이프를 제조하였다.
도 5는 원심성형을 위해 실시예 3에 사용된 금형을 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 6은 실시예 3의 유리상 탄소 파이프의 제조방법을 설명하는 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 원심성형을 위한 금형(30)은 파이프의 본체부를 성형하기 위한 금형 부분(30a), 파이프의 본체부의 한 말단에 테이퍼된 숫 감합부(31a)(도 6 참조)를 성형하기 위한 금형 부분(30b), 및 파이프 본체부의 다른 말단에 테이퍼된 암 감합부(31b)(도 6 참조)를 성형하기 위한 금형 부분(30c)을 포함한다. 테이퍼된 암 감합부(31b)는 테이퍼된 숫 감합부(31a) 위에 감합될 수 있다. 본체부를 성형하기 위한 금형 부분(30a)은 원통 형상을 가지며, 그의 내측 양 말단에는 숄더가 구비되어 감합부를 성형하기 위한 금형 부분(30b 및 30c)을 수용한다. 본체부를 성형하기 위한 금형 부분(30a)의 한 말단에 고정되는 숫 감합부를 성형하기 위한 금형 부분(30b)은 본체부를 성형하기 위한 금형 부분(30a)의 종방향 중심쪽으로 연장된 테이퍼된 감합 형성 영역을 갖는다. 본체부를 성형하기 위한 금형 부분(30a)의 다른 말단에 고정되는 암 감합부를 성형하기 위한 금형 부분(30c)은 본체부를 성형하기 위한 금형 부분(30a)의 종방향 중심쪽으로 확장된 테이퍼된 감합 형성 영역을 갖는다.
실시예 1에 사용된 것과 동일한 출발물질 및 성형조건을 사용하여 원심성형을 실행하여 도 6에 도시된 바와 같은 두 개의 열경화성 수지 성형체(31)를 제조하였는데, 이는 한 말단에 테이퍼된 숫 감합부(31a)를 갖고 다른 말단에 테이퍼된 암 감합부(31b)를 갖는 직선으로 연장된 파이프 본체부를 포함한다.
테이퍼된 암 감합부(31b)에 테이퍼된 숫 감합부(31a)를 감합시켜 잡착시키고, 성형체들을 80℃에서 24시간 동안 유지시킴으로써 두 개의 열경화성 수지 성형체(31)를 접합시켰다. 접합된 성형체를 완전 경화를 위해 공기중에서 48시간 동안 250℃로 추가로 가열시켰다. 사용된 접착제는 실시예 1에 사용된 것과 동일한 액체 페놀 수지이었다. 접착제를, 하나의 열경화성 수지 성형체(31) 상의 테이퍼된 암 감합부(31b) 및 상기 암 감합부(31b)로부터 연장된 환상 경계면에 도포하였다. 또한, 접착제를 다른 열경화성 수지 성형체(31) 상의 테이퍼된 숫 감합부(31a) 및 상기 숫 감합부(31a)로부터 연장된 환상 경계면에 도포하였다.
이어서, 한 개의 단위로 접합된 두 개의 열경화성 수지 성형체(31)를 탄화소성을 위해 1000℃에서 질소 분위기에서 열처리함으로써 두께 1mm, 외경 10mm 및 길이 900mm의 유리상 탄소 파이프를 제조하였다. 이러한 곧은 유리상 탄소 파이프는 접합부에서 탁월한 기계적 강도 및 기밀성을 나타내었다.
접합부에서 탁월한 기계적 강도 및 기밀성을 나타내는 "L"자형의 유리상 탄소 파이프는 도 4의 열경화성 수지 성형체(21)에서 테이퍼된 숫 나사부(21a) 대신에 테이퍼된 숫 감합부를, 그리고 테이퍼된 암 나사부(21b) 대신에 테이퍼된 암 감합부를 형성하고, 측부 파이프 열경화성 수지 성형체에서 테이퍼된 숫 나사부(22a) 대신에 테이퍼된 숫 감합부를 형성함으로써 제조될 수 있음에 주목해야 한다.
비교 실시예 1
실시예 1과 동일한 출발물질을 사용하여 나사부가 없는 단순한 원통형 열경화성 수지 성형체를 제조하였다. 상기 열경화성 수지 성형체에 기계가공에 의해 테이퍼된 숫 나사부 및 테이퍼된 암 나사부를 형성하는 시도를 하였다. 그러나, 열경화성 수지 성형체는 취성이고 기계가공이 힘들며 파열되었다.
비교 실시예 2
실시예 1에 사용된 것과 동일한 출발물질을 사용하여 나사부가 없는 두 개의 단순한 원통형 열경화성 수지 성형체를 제조하였다. 상기 두 개의 열경화성 수지 성형체를, 성형체의 경계면에 액체 페놀을 도포하고 실시예 1에 사용된 것과 동일한 조건하에 경화 및 탄화소성시켜 서로 접합시켰다. 생성된 유리상 탄소 파이프는 탄화소성 도중 변형되었으며 접합부 강도는 불충분하였다.
비교 실시예 3
실시예 1에 사용된 것과 동일한 조건하에 원심성형 및 탄화소성을 실행하여 한 말단에 테이퍼된 숫 나사부가 형성되고 다른 말단에 테이퍼된 암 나사부가 형성된 파이프 본체부를 각각 갖는 절반 길이의 두 개의 유리상 탄소 파이프를 제조하였다. 상기 두 개의 유리상 탄소 파이프를 접착제로 액체 페놀 수지를 사용하여 나합시킴으로써 접합시키고, 접합된 파이프를 실시예 1의 것과 동일한 조건하에서 탄화소성시켰다. 생성된 곧은 유리상 탄소 파이프는 유리상 탄소의 화학적 불활성으로 인하여 접합부에서 불충분한 기밀성을 나타내었으며 이러한 유리상 탄소 파이프의 사용은 실용적이지 못했다.
본 발명에 따라, 접합부에서 탁월한 기계적 강도 및 기밀성을 갖는 곧거나 굽은 파이프가 저단가로 제조될 수 있다.

Claims (8)

  1. 나사부(threaded portion)를 각각 갖는 복수의 파이프 형상의 열경화성 수지 성형체를 원심성형에 의해 제조하는 단계;
    복수의 파이프 형상의 열경화성 수지 성형체를 나사부에서 나합(螺合)시켜 일체화시키는 단계;
    일체화된 열경화성 수지 성형체를 열처리하여 완전히 경화시키는 단계; 및
    완전히 경화된 성형체를 탄화소성시켜 유리상 탄소 파이프를 제조하는 단계
    를 포함하는, 유리상 탄소 파이프의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 열경화성 수지 성형체를 나합부에서 나합시켜 일체화시킬 때 접착제로서 액체 열경화성 수지를 사용하는, 유리상 탄소 파이프의 제조방법.
  3. 감합부(嵌合部; fitting portion)를 각각 갖는 복수의 파이프 형상의 열경화성 수지 성형체를 원심성형에 의해 제조하는 단계;
    복수의 파이프 형상의 열경화성 수지 성형체를 서로 감합시켜 일체화시키는 단계;
    일체화된 열경화성 수지 성형체를 열처리하여 완전히 경화시키는 단계; 및
    완전히 경화된 성형체를 탄화소성시켜 유리상 탄소 파이프를 제조하는 단계
    를 포함하는, 유리상 탄소 파이프의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 열경화성 수지 성형체를 서로 감합시켜 일체화시킬 때 접착제로서 액체 열경화성 수지를 사용하는, 유리상 탄소 파이프의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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