KR100638588B1 - Carbon-sintered body and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미세한 입자들의 식물유래의 탄화 분말과 열경화성 수지를 적절한 비율로 혼합후 열압으로 성형하고 그 성형물을 탄화시켜 식물유래의 무정형의 탄소재와 수지유래의 유리상 경질 탄소가 결합된 탄소성형체를 제조하는 방법 및 그 제조 방법을 통해 제조되는 탄소성형체에 관한 것이다.The present invention is to produce a carbon molded product of a plant-derived amorphous carbon material and resin-derived glassy hard carbon by mixing the plant-derived carbonized powder and thermosetting resin of fine particles in an appropriate ratio, and then molding the molded product under thermal pressure. It relates to a carbon molded product produced by the method and the production method.
상기의 방법으로 제작된 탄소성형체는 열경화성 수지 및 탄화물의 함량과 탄화 온도를 변화시킴으로써 식물유래와 수지유래의 탄소재가 지닌 특유의 성질을 조절, 개질할 수 있어 높은 강도, 구조, 경도, 밀도, 전기 특성, 흡착성, 내식성, 자기특성, 내화학성 등을 부여할 수 있고, 높은 성형성과 원적외선 방사 특성 등을 가질 수 있어 다양한 용도에 사용될 수 있다. The carbon molded product produced by the above method can control and modify the specific properties of the plant-derived and resin-derived carbon materials by varying the thermosetting resin and carbide content and the carbonization temperature, thus providing high strength, structure, hardness, density, and electricity. Properties, adsorption, corrosion resistance, magnetic properties, chemical resistance and the like can be given, and can have a high moldability and far-infrared radiation characteristics, etc. can be used in various applications.
탄소성형체, 우드세라믹Carbon molded body, wood ceramic
Description
도 1은 본 발명의 탄소성형체 제조방법의 제조공정을 개략적으로 나타내는 공정순서도.1 is a process flowchart schematically showing a manufacturing process of a method for producing a carbon molded article of the present invention.
도 2는 참숯 탄화분말의 13C CP/DD/MAS NMR 스펙트럼의 결과를 나타내는 도면.2 is a graph showing the results of 13 C CP / DD / MAS NMR spectra of charcoal carbonized powder.
도 3은 참나무의 탄화온도에 따른 X-ray변화의 결과를 나타내는 도면.3 is a view showing the results of X-ray change according to the carbonization temperature of oak.
도 4는 탄소성형체의 분말의 SEM결과를 나타내는 도면.Figure 4 is a view showing the SEM results of the powder of the carbon molding.
도 5는 탄소성형체 분말의 TEM결과를 나타내는 도면.5 is a view showing a TEM result of the carbon molded powder.
본 발명은 다공질의 탄소성형체를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더욱더 상세하게는 식물유래의 탄화분말과 열경화성수지를 혼합한 혼합물을 열압으로 성형 하고, 그 성형물을 탄화시키는 공정을 포함하여 다공질 탄소성형체를 제조하는 다공질 탄소성형체 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a porous carbon molded article, and more particularly, to a porous carbon molded article including a step of forming a mixture of plant-derived carbon powder and a thermosetting resin under hot pressure and carbonizing the molded article. It relates to a method for producing a porous carbon molded article to be produced.
식물유래의 목재나 목질재료에 열경화성수지를 함침시켜 고온에서 탄화하여 제조한 새로운 다공질 탄소재료인 우드 세라믹은 제조 조건 조절을 통하여 종래의 목탄보다 높은 강도, 구조, 경도, 밀도, 흡착성, 내식성, 내화학성, 전기 특성 등을 부여할 수 있어 다양한 공업적 이용이 기대되어 왔다.Wood ceramic, a new porous carbon material manufactured by carbonization at high temperature by impregnating thermosetting resin with plant-derived wood or wood materials, has higher strength, structure, hardness, density, adsorption, corrosion resistance, and corrosion resistance than conventional charcoal by controlling manufacturing conditions. Various industrial uses have been expected since chemical properties and electrical properties can be imparted.
종래의 우드세라믹 제조방법 중 일본 특개평 4-164806호는 목재 또는 중밀도섬유판(MDF)에 페놀수지를 함침, 경화시킨 후 탄화한 것에 의하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 우드 세라믹의 제조방법에 관한 것이나, 상기의 제조방법은 목질재료로의 수지함침이 난이하고 불균일한 주입결과를 야기해, 수지함침을 위한 방법으로 목재를 밀폐주입통에 넣고 저압 또는 진공상태 하에서 목재 내부의 공기를 빨아내 수지를 주입하거나, 감압 함침시 초음파 진동을 부여하여 수지함침율을 향상시키는 등의 제조방법이 필요하고 이는 다수의 수지함침관련 설비들과 시간을 필요로 하며, 또한 수지 함침율 향상을 위해서는 더 많은 시간이 든다. 아울러 이러한 방법들 역시 천연재료인 목질재료의 특성상 목질재료의 종류, 밀도, 방향성 등에 따라 불균일한 수지 주입이 수반되며 이는 목재유래의 탄소와 수지유래의 탄소가 부분적인 구성비의 변화를 일으켜 그 결과로써 탄화시에 우드세라믹 재료의 할렬이나 형상의 틀어짐을 발생시키는 원인이 된다. 또한 일차적으로 보드를 만든 후 보드에 열경화성 수지를 함침시켜 우드세라믹을 제조함으로써 모양이 단판으로 한정되는 등의 성형제한이 많고, 제조공정이 복잡하며 또한 탄화시 제품의 수축율이 큰 문제가 있다.Japanese Patent Laid-Open No. 4-164806 of the conventional wood ceramic manufacturing method relates to a method for producing wood ceramics, which is obtained by impregnating and hardening phenolic resin on wood or medium density fiberboard (MDF), and then carbonizing it. The above method of manufacturing impregnates the resin material into the wood material, resulting in difficult and uneven injection. As a method for resin impregnation, the resin is injected by putting wood into a sealed injection container and sucking air in the wood under low pressure or vacuum. In addition, there is a need for a manufacturing method such as improving the resin impregnation rate by imparting ultrasonic vibrations during impregnation under reduced pressure, which requires a lot of equipment and time related to resin impregnation, and also requires more time to improve the resin impregnation rate. . In addition, these methods also involve a non-uniform resin injection depending on the type, density, and orientation of the wood material due to the nature of the wood material, which is a natural material, which results in partial change of composition ratio of carbon derived from carbon and carbon derived from resin. This may cause splitting of the wood ceramic material and distortion of the shape during carbonization. In addition, by making the board first, by impregnating the thermosetting resin on the board to produce a wood ceramic, there are many molding restrictions such as the shape is limited to a single plate, the manufacturing process is complicated, and the shrinkage of the product during carbonization has a big problem.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 목재 특유의 재질편차 등을 저감시킬 수 있는 공업 재료로써의 균질성이 높은 식물성 탄화분말과 열경화성 수지를 우드세라믹 제조의 원료로 사용함으로써 기존의 우드 세라믹 제조시 난해한 수지 함짐과정을 없애고, 목질재료 특유의 종류, 밀도, 방향성 차이에 기인한 불균일한 수지분포를 획기적으로 개선하여 성형제품의 할렬이나 틀어짐을 방지하고, 자유로운 성형이 가능하며, 수지 함량 및 탄화 온도를 조절함으로써 식물유래 및 수지유래의 탄소재가 지닌 특유의 성질을 조절 및 개질함으로써 높은 강도, 구조, 경도, 밀도, 전기특성, 흡착성, 내식성, 자기특성, 내화학성, 원적외선 방사 특성을 가지는 탄소성형체의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
The present invention for solving the above problems by using a homogeneous vegetable carbon powder and thermosetting resin as a raw material for the manufacture of wood ceramics as an industrial material that can reduce the material variation, such as the unique wood, at the time of manufacturing conventional wood ceramics It eliminates difficult resin impregnation process and dramatically improves non-uniform resin distribution due to different kinds, density, and orientation of wood materials, preventing splitting or twisting of molded products, free molding, resin content and carbonization temperature By controlling and modifying the unique properties of carbonaceous materials derived from plants and resins to control the carbon properties of carbon moldings having high strength, structure, hardness, density, electrical properties, adsorption, corrosion resistance, magnetic properties, chemical resistance, and far-infrared radiation properties. The purpose is to provide a manufacturing method.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 고안은 식물유래의 탄화분말과 열경화성수지를 혼합한 혼합물을 열압으로 성형하고, 그 성형물을 탄화시키는 공정을 포함하여 다공질 탄소성형체를 제조하는 것을 특징으로 하는 다공질 탄소성형체 제조방법을 제공한다.The present invention devised to achieve the above object is a porous, characterized in that for preparing a porous carbon molded body comprising a step of forming a mixture of plant-derived carbon powder and a thermosetting resin at a hot pressure, and carbonizing the molded product It provides a method for producing a carbon molded article.
그리고 식물유래의 탄화분말과 열경화성수지에 무기 충전재를 충전하여 혼합 한 혼합물을 열압으로 성형하는 것을 특징으로 하는 다공질 탄소성형체 제조방법을 제공한다.And it provides a method for producing a porous carbon molded body characterized in that the mixture obtained by filling the inorganic powder to the plant-derived carbon powder and thermosetting resin.
또한 상기 혼합물의 열압공정의 온도는 120 내지 180℃이고, 성형 압력은 10 kgf/cm2 이상인 것을 특징으로 하는 다공질 탄소성형체 제조방법을 제공한다.In addition, the temperature of the hot pressing process of the mixture is 120 to 180 ℃, the molding pressure provides a method for producing a porous carbon molded body, characterized in that 10 kgf / cm 2 or more.
그리고 상기 혼합물의 열압 온도를 400℃이상으로 함으로써 성형공정과 탄화공정을 단일공정에 의하여 행할 수 있는 것을 특징으로 하는 다공질 탄소성형체 제조방법을 제공한다.And it provides a method for producing a porous carbon molded body characterized in that the molding process and the carbonization process can be performed by a single process by setting the hot pressure temperature of the mixture to 400 ° C or more.
한편 상기의 다공질 탄소성형체 제조방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 다공질 탄소성형체를 제공한다.On the other hand it provides a porous carbon molded body characterized in that it is produced by the above-mentioned method for producing a porous carbon molded body.
이하 본 발명의 다공질 탄소성형체 제조방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the porous carbon molded product manufacturing method of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 탄소성형체 제조방법의 제조공정을 개략적으로 나타내는 공정순서도이고, 본 발명의 다공질 탄소성형체 제조방법은 도 1과 같이 크게 탄화분말과 열경화성수지의 혼합공정, 혼합물의 성형공정, 성형물의 탄화공정으로 이루어진다.1 is a process flow chart schematically showing a manufacturing process of the method for producing a carbon molded article of the present invention, the porous carbon molded article manufacturing method of the present invention is largely as shown in Figure 1 the mixing process of the carbon powder and the thermosetting resin, the molding process of the mixture, molding Carbonization process.
[제 1 공정] 혼합공정[Step 1] Mixing Step
상기 혼합공정은 식물유래 탄화분말과 열경화성수지를 균일하게 혼합하는 공정이다. The mixing step is a step of uniformly mixing the plant-derived carbon powder and the thermosetting resin.
상기 식물유래 탄화분말은 목재, 야자열매껍질, 톱밥 등의 식물유래 원료를 탄화시켜 얻은 탄화물을 분쇄기에서 소망하는 입자크기로 분쇄한 것이고, 상기 식물유래의 탄화분말은 함수율이 5%미만이고, 최종 탄소 함유량이 90%이상이 되도록 탄화시킨 후 100 mesh이하가 되도록 분쇄한 것을 이용하는 것이 바람직하며 이는 상기 열경화성수지와 혼합시 골고루 혼합되어 균일한 제품을 생산함으로써 강도, 경도 등의 물성이 우수한 제품을 얻기 위함이다.The plant-derived carbonized powder is obtained by pulverizing carbides obtained by carbonizing plant-derived raw materials such as wood, coconut shell, sawdust and the like in a grinder to a desired particle size, and the plant-derived carbonized powder has a water content of less than 5%, and It is preferable to use carbonized to be 90% or more and pulverized to 100 mesh or less, which is mixed evenly with the thermosetting resin to produce a uniform product to obtain a product having excellent physical properties such as strength and hardness For sake.
상기 열경화성수지는 페놀수지, 멜라민수지, 에폭시수지, 우레탄수지, 푸란수지, 불포화폴리에스테르수지 등의 각종 열경화성수지를 사용할 수 있으며 또한 식물성 타르도 사용이 가능하다. The thermosetting resin may use various thermosetting resins such as phenol resin, melamine resin, epoxy resin, urethane resin, furan resin, unsaturated polyester resin, and vegetable tar may also be used.
특히 고체상태로 탄화가 진행되어 균일하고, 기계강도, 내화학 성분이 뛰어나며 유리상 탄소를 형성하는 페놀계 수지를 이용하는 것이 좋다.In particular, it is preferable to use a phenolic resin which is uniform in carbon in a solid state, has excellent mechanical strength and chemical resistance, and forms glassy carbon.
그리고 식물유래의 탄화분말과 열경화성수지의 혼합비는 특히 한정되는 것은 아니고 사용용도에 따라 적정비로 혼합하여 사용할 수 있다.In addition, the mixing ratio of the plant-derived carbon powder and the thermosetting resin is not particularly limited and may be mixed and used at an appropriate ratio depending on the intended use.
한편 다양한 특성을 부가하기 위하여 황토, 게르마늄, 맥반석, 세라믹, 제올라이트, 장석, 규석 등의 무기 충전재를 단독 또는 혼합한 형태로 상기 식물유래의 탄화분말과 열경화성수지와 같이 혼합하여 사용할 수 있으며, 무기 충전재는 탄화물질과 달리 탄화되지 않고 남아있으며 제조된 탄소성형체 중에 그 자체 또는 환원된 상태로 존재하게 된다.Meanwhile, in order to add various properties, inorganic fillers such as ocher, germanium, elvan, ceramic, zeolite, feldspar, and silica may be used alone or in a mixed form, such as carbonized powder and thermosetting resin derived from the plant, and inorganic fillers. Unlike carbonized material, is not carbonized and remains in itself or in a reduced form in the produced carbon molded product.
[제 2공정] 성형공정[Step 2] Molding Process
상기 성형공정은 식물유래의 탄화분말, 열경화성수지 또는/그리고 무기 충전재의 혼합물을 열압하여 소정의 형상으로 성형하는 공정으로써, 상기 혼합물을 금형에 주입하고 소정의 온도하에 압력을 가하여 경화시켜 성형하며, 이때 성형온도, 성형압력, 성형시간은 탄소성형체의 밀도, 기공률, 강도 등과 밀접한 관계가 있어 이들을 결정하는 것은 대단히 중요하다. 또한 탄화분말을 사용함으로 제조하고자 하는 형상에 맞게 성형틀을 변경함은 당연하다 할 것이다.The molding process is a process of molding a plant-derived carbon powder, a thermosetting resin or a mixture of inorganic fillers into a predetermined shape by thermopressing the mixture, injecting the mixture into a mold and curing by applying a pressure under a predetermined temperature. At this time, the molding temperature, the molding pressure, and the molding time are closely related to the density, porosity, and strength of the carbon molded body. In addition, it will be natural to change the mold to match the shape to be manufactured by using carbonized powder.
상기 혼합물을 성형하기 위한 금형 온도는 열경화성수지인 페놀수지가 연화되어 경화되는 120 내지 180℃로 하고, 성형압력은 최종제품의 두께, 밀도 및 기공 특성 등을 고려하여 10 kgf/cm2 이상으로 하는 것이 바람직하다.The mold temperature for molding the mixture is 120 to 180 ° C., in which the phenol resin, which is a thermosetting resin, is softened and cured, and the molding pressure is 10 kgf / cm 2 or more in consideration of the thickness, density, and pore characteristics of the final product. It is preferable.
그리고 성형시간은 성형품의 두께가 얇은 경우에는 짧게 하고, 성형품의 두께가 전체 또는 일부분이 두꺼운 경우에는 길게하여 성형하고 그 후 탈형한다.The molding time is short when the thickness of the molded article is thin, and lengthened when the thickness of the molded article is all or part thick, and then demolded.
한편 성형공정과 하기에 설명하는 탄화공정을 동시에 행함으로써 제조시간을 단축시키고, 성형공정에 의하여 성형된 성형물을 분위기로 등에 넣어 탄화시켜야 하는 번거로움을 없애기 위하여 상기 금형의 온도를 400℃이상으로 열압하여 성형과 탄화공정을 동시에 행할 수도 있으며, 최소 800℃까지 탄화함이 바람직하다. 이때 승온 속도를 완만히 유지하여야 하며, 이는 탄화시 할렬이나 비틀림을 방지하고 다량의 결정탄소상 클러스터를 형성함으로써 제품의 강도나 경도를 부여할 수 있기 때문이다.On the other hand, in order to shorten the manufacturing time by simultaneously performing the molding process and the carbonization process described below, and to eliminate the hassle of carbonizing the molded article formed by the molding process into the atmosphere and the like, the pressure of the mold temperature is 400 ° C or higher. Therefore, the molding and the carbonization process may be performed at the same time, and carbonization is preferably performed to at least 800 ° C. At this time, the temperature increase rate should be maintained gently, because it can impart strength or hardness of the product by preventing splitting or twisting during carbonization and forming a large amount of crystalline carbon phase clusters.
[제 3공정] 탄화 공정[Step 3] Carbonization Process
상기 탄화공정은 성형물을 정밀 제어가 가능한 분위기로 또는 열처리로에 투입하여 성형물에 열을 가하여 탄화반응이 일어나도록 함으로써 다공질 탄소성형체를 제조하는 공정이고, 성형물을 분위기로 또는 열처리로 등의 로에서 600 내지 2500℃까지 최종 제품의 용도에 맞추어 로내의 온도가 균일하고 정확하게 유지되도록 제어하여 탄화를 마친 후 냉각시켜 최종의 탄소성형체를 제조한다. The carbonization process is a process for producing a porous carbon molded body by inserting the molded product into an atmosphere that can be precisely controlled or into a heat treatment furnace to apply a heat to the molded product to cause a carbonization reaction. To the temperature of the furnace up to 2500 ℃ to control the temperature in the furnace to maintain a uniform and accurate to complete the carbonization after cooling to produce the final carbon molded product.
그리고 탄화시 승온온도는 200 내지 600℃까지 10℃/min이하로 함으로써 소성시 수축에 의한 할렬의 발생을 억제하고 휨강도, 브리넬 경도 등 물성이 우수한 탄화성형체를 얻는 것이 바람직하다.In addition, it is desirable to obtain a carbonized molded article having excellent physical properties such as flexural strength and brinell hardness by suppressing the occurrence of splitting due to shrinkage during firing by increasing the temperature during the carbonization to 200 to 600 ° C. or less at 10 ° C./min.
또한 페놀수지의 탄화시 180℃부터 수분이 방출되며 휘발성 기체들은 400 내지 500℃ 전후에서 활발히 방출되며 약 700 내지 800℃까지도 소량 방출된다. 따라서 400 내지 500℃ 사이에 급격한 치수 변화가 일어나므로 할렬이나 뒤틀림이 발생할 우려가 높으므로 탄화시 승온 온도는 450 내지 600℃까지 서서히 승온하는 것이 더욱더 바람직하다.In addition, when the phenol resin is carbonized, water is released from 180 ° C., and volatile gases are actively released at around 400 to 500 ° C., and small amounts of about 700 to 800 ° C. Therefore, a sudden dimensional change occurs between 400 and 500 ° C., so there is a high possibility of splitting or warping, and thus the temperature rising temperature during carbonization is more preferably gradually increased to 450 to 600 ° C.
그리고 승온속도는 5℃/min인 것이 가장 바람직하고, 승온속도가 5℃/min미만일 경우에는 할렬 및 뒤틀림의 발생이 적으며 물성이 좋으나, 5℃/min을 초과할 경우에는 할렬이나 뒤틀림 발생가능성이 커지고 물성저하 및 불량품 발생우려가 있다.And it is most preferable that the temperature increase rate is 5 ℃ / min, when the temperature rise rate is less than 5 ℃ / min is less occurrence of splitting and distortion and the physical properties are good, but if it exceeds 5 ℃ / min possibility of splitting or distortion This becomes large and there is a possibility of deterioration of physical properties and defective products.
이와 같이 본 발명의 탄소성형체는 종래와 같이 목재나 섬유판에 페놀수지를 함침시키지 아니하고, 탄화분말과 페놀수지를 혼합하여 금형에 주입하여 성형하기 때문에 고압의 함침용기, 감압용 진공펌프 등의 함침관련 설비가 필요하지 아니하며, 또한 탄화분말과 페놀수지가 균일하게 혼합되기 때문에 종래와 같이 목재 등에 페놀수지의 불균일한 주입에 의한 탄화시의 제품의 할렬 및 뒤틀림 등이 발생할 우려가 없는 등 불량률을 크게 저하시킬 수 있을 뿐만 아니라, 모양이 단판으로 한정되지 아니하고 여러 형상으로 제조할 수 있는 등 성형성이 우수한 이점이 있다.As described above, the carbon molded product of the present invention is not impregnated with phenolic resin in wood or fiberboard, but is injected into a mold by mixing carbonized powder and phenolic resin, so as to impregnate a high pressure impregnation container and a vacuum pump for reducing pressure. No equipment is required, and since the carbon powder and the phenol resin are uniformly mixed, the defect rate is greatly reduced, as there is no fear of splitting or warping of the product at the time of carbonization due to uneven injection of phenol resin into wood. Not only can it be made, but the shape is not limited to a single plate, there is an advantage in that the moldability, such as can be produced in various shapes.
이하 본 발명을 실시예를 들어 상세하게 설명하면 다음과 같고, 본 발명의 권리범위는 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능함은 자명하다 할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following Examples, and the scope of the present invention is not limited to the following examples, but should be understood by those skilled in the art within the scope of the claims. It is obvious that the deformation is possible.
[실시예 1]Example 1
참나무를 800℃이상의 온도에서 탄화하여 함수율이 5%이고, 최종 탄소함유량이 90%인 탄화물을 분쇄기를 이용하여 100 mesh이하가 되도록 분쇄하여 참숯 탄화 분말을 얻었다. 그리고 이와 같이 얻은 참숯 탄화분말의 열분해 특성을 검토하기 위하여 13C CP/DD/MAS NMR, X-ray를 측정하였고, 참숯 탄화분말의 13C CP/DD/MAS NMR 스펙트럼의 결과는 도 2에 나타냈고, 참나무의 탄화온도에 따른 X-ray변화의 결과 는 도 3에 나타냈다.The oak was carbonized at a temperature of 800 ° C. or higher, and the carbide having a water content of 5% and a final carbon content of 90% was pulverized to 100 mesh or less using a grinder to obtain a charcoal carbonized powder. In addition, 13 C CP / DD / MAS NMR and X-ray were measured to examine the thermal decomposition characteristics of the charcoal carbonized powder thus obtained, and the results of 13 C CP / DD / MAS NMR spectrum of the charcoal carbonized powder are shown in FIG. 2. The result of X-ray change according to carbonization temperature of oak is shown in FIG. 3.
참나무는 탄화 온도가 증가함에 따라 방향족화 되어가는 것을 도 2의 13C CP/DD /MAS NMR로부터 관찰할 수 있었으며, 또한 도 3의 X-ray 결과는 400℃이후 서서히 2θ=26°와 43°에서 피크의 강도가 증가하고 있다는 것을 보여주고 있다. 이는 {002} (2θ=26°)면에 기인하는 약한 회절과 {101}, {100} (2θ=43°)에 유래하는 적층판에 의한 것으로 탄화 온도가 증가함에 따라 참나무의 원자 배열이 발달하고 있다는 것을 나타낸다. 1500 내지 2500℃에서 나타난 {002} 회절의 중대한 증가는 적층 높이(Lc)의 증가와 결정 클러스터(Cluster) 배열이 이루어졌음을 의미한다. 따라서 800℃이상의 고온에서 제조한 참숯의 탄화분말을 이용하여 탄소성형체를 제조할 경우 그 강도 및 경도는 우수함을 알 수 있다.The oak was observed to be aromatized with increasing carbonization temperature from 13 C CP / DD / MAS NMR of Figure 2, the X-ray results of Figure 3 after 2 ° = 26 ° and 43 ° slowly after 400 ℃ Shows that the intensity of the peak is increasing. This is due to weak diffraction due to the {002} (2θ = 26 °) plane and laminates derived from {101}, {100} (2θ = 43 °). As the carbonization temperature increases, the atomic arrangement of the oak develops. It is present. Significant increase in {002} diffraction at 1500 to 2500 [deg.] C. means that the stack height Lc and the crystal cluster arrangement are achieved. Therefore, it can be seen that the strength and hardness are excellent when the carbon molded body is manufactured using carbonized powder of charcoal prepared at a high temperature of 800 ° C. or higher.
그리고 상기와 같이 제조된 참숯의 탄화분말에 분말 페놀 수지를 성형물 중량 기준 30%로 혼합하여 금형에 주입한 후 180℃, 40 kgf/cm2 로 성형하고 24시간 실온에서 방치 후 진공 소성로에서 5℃/min 승온속도로 탄화하여 800℃에서 4시간 유지 탄화하여 탄소성형체를 제조하였다. 이와 같이 제조된 탄소성형체는 할렬, 틀어짐 등이 발생하지 않았으며, 탄소 조성률 92.5%, 밀도 0.82 g/cm3 등 품질이 우수하였다.Then, the powdered phenol resin was mixed in the carbonized powder of charcoal prepared as described above, and injected into a mold by 30% of the weight of the molding, and then molded at 180 ° C and 40 kgf / cm 2 , and left at room temperature for 24 hours. The carbon molded product was prepared by carbonization at a temperature increase rate / min and carbonization at 800 ° C. for 4 hours. The carbon molded product thus produced did not generate splitting or twisting, and had excellent quality such as carbon composition rate of 92.5% and density of 0.82 g / cm 3 .
이렇게 제조된 탄소성형체에 결정상 탄소 클러스터 형성 여부를 확인하기 위하여 제조된 탄소성형체를 분쇄시켜 분말화하고, 그 분말에 대해 SEM, TEM을 관찰 하였다. 탄소성형체 분말의 SEM결과는 도 4에 나타냈고, TEM 결과는 도 5에 나타냈다. 도 3의 SEM결과에서 제조된 탄소성형체내에 공극이 형성된 것을 확인 할 수 있고, 도 4의 TEM결과로부터 결정 탄소상 클러스터를 관찰할 수 있었고, 이와 같은 탄화온도 및 기타 조건은 우드세라믹 제조시 참숯과 페놀 수지간의 결정상 클러스터가 형성되는 최적의 범위로 고품질의 우드세라믹 제품을 생산할 수 있는 공정임을 알 수 있다.In order to confirm the formation of crystalline carbon clusters in the carbon molded product thus prepared, the prepared carbon molded product was pulverized and pulverized, and SEM and TEM were observed for the powder. The SEM results of the carbon molded powder are shown in FIG. 4, and the TEM results are shown in FIG. 5. It can be confirmed that the voids are formed in the carbon molded body manufactured by the SEM result of FIG. 3, and the crystalline carbon phase clusters can be observed from the TEM result of FIG. 4. It can be seen that it is a process capable of producing high-quality wood ceramic products in an optimal range in which crystal phase clusters between the phenol resin and the phenol resin are formed.
[실시예 2] Example 2
실시예 1과 달리 800℃이상의 온도에서 탄화하여 최종탄소함유량이 90%이고 함수율이 3%인 참숯 탄화분말을 제조하였고, 이 참숯 탄화분말에 분말 페놀수지를 성형물 중량 기준 50%로 혼합하여 금형에 주입한 후 180℃, 40 kgf/cm2 로 성형하고 24시간 실온에서 방치 후 진공 소성로에서 5℃/min 승온온도로 탄화하여 800℃에서 4시간 유지 탄화하여 탄소성형체를 제조하였으며, 이때 할렬이나 비틀림이 발생하지 않았고, 탄소 조성률은 94.1%, 밀도는 0.85 g/cm3으로 물성 등 그 품질이 우수하였다.Unlike Example 1, carbonized at a temperature of 800 ℃ or more to prepare a charcoal carbonized powder having a final carbon content of 90% and a water content of 3%, and mixed the powdered phenol resin with 50% by weight of the molding to the mold charcoal carbonized powder After injection, it was molded at 180 ° C and 40 kgf / cm 2 and left at room temperature for 24 hours, and then carbonized at 5 ° C / min in a vacuum firing furnace and carbonized at 800 ° C. for 4 hours to prepare carbon molded products. This did not occur, the carbon composition rate was 94.1%, the density was 0.85 g / cm 3 Its excellent properties such as physical properties.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 목재 특유의 재질 편차 등을 저감시킬 수 있는 공업 재료로써의 균질성이 높은 식물유래 탄화 분말과 열경화성 수지를 탄소성형체의 제조 원료로써 사용함으로써, 기존의 탄소성형체 제조 공정시 난해한 수지 함침 과정을 없애고 목질 재료 특유의 밀도, 방향성 차이에 기인한 불균일한 수지 주입을 획기적으로 개선하여 성형 제품의 할렬이나 틀어짐을 방지하고, 자유로운 성형이 가능한 효과가 있다. 또한 탄화시 기존의 우드 세라믹 제조방법 대비 틀어짐과 수축률을 비약적으로 줄임과 동시에 수지 함량 및 탄화 온도를 조절함으로써 식물유래 및 수지 유래의 탄소재가 지닌 특유의 성질을 조절, 개질함으로써 높은 강도, 구조, 경도, 밀도, 전기 특성, 흡착성, 내식성, 자기특성, 내화학성, 원적외선 방사 특성을 가지는 탄소성형체를 제조할 수 있는 효과가 있다.
As described above, the present invention uses a high homogeneity of plant-derived carbonized powder and thermosetting resin as an industrial material capable of reducing material variations, such as wood, as a raw material for producing carbon molded products, It eliminates difficult resin impregnation process and drastically improves non-uniform resin injection due to density and directional differences peculiar to wood materials, thereby preventing splitting or twisting of molded products and free molding. In addition, carbonization significantly reduces distortion and shrinkage compared to conventional wood ceramic manufacturing methods, and adjusts the resin content and carbonization temperature to control and modify the unique properties of carbon materials derived from plants and resins. There is an effect that can produce a carbon molding having a density, electrical properties, adsorption properties, corrosion resistance, magnetic properties, chemical resistance, far infrared radiation characteristics.
또한 식물유래의 탄화분말과 열경화성수지에 무기 충전재를 충전하여 혼합하여 탄소성형체를 제조함으로써, 다양한 기능성이 부여된 탄소성형체를 제조할 수 있는 효과가 있다.In addition, by filling the carbonaceous powder and thermosetting resin of the plant-derived inorganic filler to produce a carbon molded body, there is an effect that can be produced a carbon molded body with various functionalities.
그리고 탄화분말과 열결화성수지의 혼합물을 성형시 온도를 120 내지 180℃로 하고, 성형 압력을 10 kgf/cm2 이상으로 함으로써, 성형이 원활하게 이루어질 뿐만 아니라 물성이 우수한 탄소성형체를 얻을 수 있는 효과가 있다.When the mixture of the carbonized powder and the thermosetting resin is formed at a temperature of 120 to 180 ° C. and a molding pressure of 10 kgf / cm 2 or more, the molding can be performed smoothly and an excellent carbon property can be obtained. There is.
또한 혼합물의 성형 온도를 400℃이상으로 함으로써 성형공정과 탄화공정을 단일공정에 의하여 행함으로써 성형물을 탄화공정을 거치기 위하여 소성로 등으로의 운반하여 투입하는 등의 번거로움이 제거되는 등 제조공정이 단축되는 효과가 있다.
In addition, the molding temperature of the mixture is set at 400 ° C or higher, thereby shortening the manufacturing process by eliminating the trouble of transporting and injecting the molded product into a sintering furnace to undergo the carbonization process by performing the molding process and the carbonization process in a single process. It is effective.
이와 같은 본 발명의 탄소성형체는 단열재, 포장재, 구조재, 각종 필터, 반응 촉매, 마찰 재료, 방음벽, 전자파 차폐재, 정전기 방지재 등 폭 넓은 공업적 용도로서 사용될 수 있다.Such a carbon molded product of the present invention can be used as a wide range of industrial uses, such as heat insulating material, packaging material, structural material, various filters, reaction catalysts, friction materials, soundproof walls, electromagnetic shielding materials, antistatic materials.
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