KR100715361B1 - 탄소섬유사 제조장치 - Google Patents

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KR100715361B1
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carbon fiber
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김미자
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Abstract

본 발명은 폴리에스터사와 같은 일반섬유사를 탄소 콜로이드 용액에 딥핑하여 일반섬유사의 표면에 탄소 용액을 코팅함에 있어서, 상기 탄소섬유사의 코팅층에 점착력을 부여하고 저항의 균일성을 한 층 더 강화하기 위하여, 상기 딥핑 전에는 다수개의 원사를 꼬아 가면서 합사하고, 합사된 원사에는 일정한 장력을 부여하며, 딥핑 후에는 회전하는 노즐의 내부를 통과시켜 탄소섬유사를 제조하는 장치에 관한 것이다. 이를 위하여, 본 발명의 탄소섬유사 제조장치는, 원사에 장력을 부여하는 장력 조절장치와, 상기 원사 주위에 탄소 콜로이드 용액을 코팅하여 코팅사를 제작하는 탄소 용액 코팅장치와, 상기 탄소 용액에 회전력에 의한 압력차를 이용하여 코팅 두께를 균일화하는 노즐 유닛과, 코팅된 탄소 용액을 건조하는 탄소 용액 건조장치와, 상기 코팅사의 저항을 측정 관리하는 저항 측정장치 및 상기 코팅사를 보빈에 감는 코팅사 권치장치를 포함하여 구성된다. 이와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 탄소섬유사의 발열효율을 높이며, 전기소비량을 최소화할 수 있게 된다.
탄소섬유사, 합사, 탄소 콜로이드 용액, 노즐, 기어

Description

탄소섬유사 제조장치{A manufacturing apparatus for carbon fiber}
도 1은 종래 기술에 의한 1차 코팅된 광물질섬유의 제조장치를 나타내는 상세도.
도 2는 종래 기술에 의한 2차 코팅된 광물질섬유의 제조장치를 나타내는 상세도.
도 3은 본 발명에 의한 탄소섬유사 제조장치의 구성을 나타내는 전체 구성도.
도 4는 본 발명에 의한 합사 장치의 구성을 나타내는 사시도.
도 5는 본 발명에 의한 장력 조절장치의 구성을 나타내는 사시도.
도 6은 본 발명에 의한 탄소 용액 코팅장치의 구성을 나타내는 단면도.
도 7은 본 발명에 의한 탄소 용액 코팅장치의 구성을 나타내는 사시도.
도 8은 본 발명에 의한 탄소 용액의 분산 촉진 장치의 구성을 나타내는 단면도.
도 9는 본 발명에 의한 노즐 유닛의 구성을 나타내는 분해사시도.
도 10은 본 발명에 의한 노즐관의 구성을 나타내는 단면도.
도 11은 본 발명에 의한 노즐의 구성을 나타내는 단면도.
도 12는 본 발명에 의한 노즐관과 노즐의 결합구성을 나타내는 단면도.
도 13은 본 발명에 의한 노즐 유닛이 회전하는 구성을 나타내는 사시도.
도 14는 본 발명에 의한 노즐의 길이 및 내경에 따른 저항값의 변화를 나타내는 표.
도 15는 본 발명에 의한 노즐의 길이에 따른 저항값의 변화를 나타내는 그래프.
도 16은 본 발명에 의한 노즐의 길이에 따른 유연성 및 접착성의 변화를 나타내는 그래프.
도 17은 본 발명에 의한 탄소 용액 건조장치의 구성을 나타내는 사시도.
도 18은 본 발명에 의한 탄소 용액 건조장치의 구성을 나타내는 단면도.
도 19는 본 발명에 의한 코팅사 권치장치의 구성을 나타내는 사시도.
도 20은 본 발명에 의한 코팅사와 보빈의 일대일 구성을 나타내는 사시도.
**도면의 주요구성에 대한 부호의 설명**
102, 104: 원사 106, 108: 보빈
110: 합사 120: 클립대
130: 합사 안내구 142, 144: 롤러
146, 148: 회전축 150: 회전판
200: 장력 조절장치 210: 탄소 콜로이드 용액
220: 딥핑탱크 222: 통공
226: 코팅사 230: 탑플레이트
240, 242: 방향전환 롤러 250: 임펠러
260: 순환관 262: 유압 모터
270: 에어 노즐 300: 탄소 용액 코팅장치
400: 노즐 유닛 410: 노즐관
412: 노즐관의 하부 414: 노즐관의 상부
430: 노즐 432: 노즐의 대구경부
434: 노즐의 소구경부 450: 기어
470: 구동 모터 490: 아이들 기어
500: 탄소 용액 건조장치 510: 건조실
520: 열원 공급장치 530, 540: 방향전환 롤러
550: 온도 센서 600: 저항 측정장치
610: 보빈 700: 코팅사 권치장치
본 발명은 탄소섬유사 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리에스터사 기타 인공섬유나 천염섬유의 표면에 탄소 콜로이드 용액을 코팅하여 통전시 발열하는 탄소섬유사를 제조함에 있어 상기 탄소섬유사의 코팅층의 점착력, 흡수력 그리고 저항의 균일성을 향상시키기 위하여, 다수개의 원사를 합사하고, 합사된 원사를 꽈배기 처럼 꼬아 형성하고, 일정한 장력을 부여하며, 탄소 용액에 침지된 코팅사를 재차 회전하는 노즐에 통과시키는 탄소섬유사 제조장치를 제공하는 것이다.
일반적으로 면상발열체는 전기 통전에 의해 방사열을 발생시키는 얇은 시트 내지 보드 형태의 발열체로서, 온도조절이 용이하고 공기를 오염시키지 않아 위생적이며 소음이 없기 때문에, 온열 매트나 온열 패드, 침대 매트리스, 보온 이불 또는 담요, 아파트나 일반주택 등의 주거용 난방장치에 이르기까지 폭넓게 사용되고 있다.
또한, 사무실이나 상점 등 상업용 건물의 난방장치, 작업장이나 막사 등 산업용 시설의 난방장치 그리고 비닐하우스와 농산물 건조시스템과 같은 농업용 설비, 도로나 주차장의 눈을 녹이거나 결빙을 방지할 수 있는 각종 동결방지장치를 비롯하여 레저용, 방한용, 가전제품, 거울이나 유리의 김서림 방지장치, 건강보조용, 축산용 등에도 널리 이용되고 있다.
상기 면상발열체의 발열원으로는 니크롬 발열선이나 알루미늄 등의 금속 박판을 에칭한 발열선 등이 사용되고 있으며, 상기 발열선은 전기가 한 선을 통해 흐르기 때문에 어느 한 부분이라도 끊어지면 전체 발열선에 전기가 통하지 않게 되어 발열체로서의 기능을 상실하는 문제점이 있을 뿐만 아니라 발열선 부위만 발열되는 부분 발열방식이므로 온도 분포가 불균일하게 형성되는 문제점이 있었다.
이러한 금속 발열선을 이용하는 종래의 면상발열체에서의 상기 문제점을 해결하기 위해, 니크롬 등의 금속발열선 대신에 탄소섬유사를 발열선으로 사용하는 면상발열체가 제안되었다.
상기 탄소섬유사는 원적외선 방사율이 매우 우수하기 때문에 탄소섬유사 발열직물을 이용한 면상발열체에서는 복사에 의한 가열이 가능하여 에너지 효율을 향 상시킬 수 있으며 부가적으로 원적외선의 여러 가지 유용한 효과를 이용할 수 있는 장점이 있다.
상기한 탄소섬유사의 제조방법 즉 일반 섬유에 탄소액을 코팅하는 방법에는 일반 섬유를 탄소 용액에 침전시키는 방법, 탄소 용액을 일반 섬유에 스프레이 하는 방법 혹은 탄소 용액을 붓이나 도구를 이용하여 발라주는 방법이 있으나, 여기서는 일반 섬유를 탄소 용액에 딥핑하는 방법에 관하여 살펴보기로 한다. 대한민국 등록특허공보 제10-2002-0067026에는 딥핑방식에 의한 탄소섬유사 제조방법이 다음과 같이 공개되어 있다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 유리섬유 제조장치의 드로우플레이트인 노즐(11)에서 방사되는 유리섬유를 하부에 형성된 액상으로 된 탄소 콜로이드 용액이 저장된 드럼통(12)에 밀착되게 통과시키면, 상기 드럼통(12)에 저장된 탄소콜로이드 용액이 상기 유리섬유 표면에 2㎛의 두께로 코팅된다. 그 후에, 건조기(13)로 이송시켜 100℃ 이하에서 1차 건조시킨 다음, 롤러(14)에 의하여 가열기(15)로 이송시켜 300 ~ 400℃에서 열처리하면, 1차 코팅된 광물성 섬유가 제조된다.
다시, 도 2에 도시된 바와 같이 위에서 제조된 광물성 섬유를 예비로 설치한 또 다른 액상의 탄소 콜로이드 용액이 저장된 딥핑탱크(16)에 통과시켜, 상기 딥핑탱크(16) 내에 저장된 탄소콜로이드 용액을 상기 바잘트 섬유 표면에 2㎛의 두께로 코팅시킨 후에, 롤러(14)에 의해 가열기(15)로 이송시켜 300 ~ 400℃에서 열처리하면, 2차 코팅된 광물성 섬유가 완성된다.
그러나 상기한 바와 같은 종래 기술의 탄소섬유사 제조장치에서는 다음과 같 은 문제점이 있다.
섬유를 탄소 콜로이드 용액이 저장된 드럼통(12)에 밀착하여 통과하거나, 탄소 콜로이드 용액이 저장된 딥핑탱크(16)에 침지시켜 통과하여도, 탄소콜로이드 용액이 유리섬유 표면에 일정한 두께로 코팅되지 않고, 불균일하게 코팅되어 탄소섬유사의 유연성과 균일성이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 이와 같이 탄소 콜로이드 용액이 불균일한 두께로 코팅되면 발열층의 형성이 일정하지 않고 저항의 변화폭이 너무 넓어 발열효과가 저하되며, 전기 소모량이 많아지는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 탄소 용액이 원사에 대하여 점착력이 낮은 점을 극복하기 위하여, 원사를 다수개로 합사하여 탄소 용액의 침투력을 높이는 탄소섬유사 제조장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 탄소 콜로이드 용액이 전체적으로 안정되게 코팅되도록 원사에 일정한 장력을 부여하는 탄소섬유사 제조장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 코팅층의 두께가 균일하게 코팅되고 두께의 변화폭이 최소화되는 탄소섬유사 제조장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또는 다른 목적은 열전도성이 우수하고 전기저항이 일정한 탄소섬유사 제조장치를 제공하는 것이다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 일반섬유사 표면에 탄소 용액이 코팅된 탄소섬유사를 제조하는 장치에 있어서, 다수의 원사를 꼬아서 합사를 형성하고, 상기 합사에 장력을 부여하는 합사 및 장력 조절장치와, 상기 합사를 탄소 콜로이드 용액에 딥핑하여 코팅사를 제작하는 탄소 용액 코팅장치 및 코팅된 상기 탄소 용액을 건조하는 탄소 용액 건조장치를 포함하여 구성된다.
상기 장력 조절장치는, 외측에 롤러가 구비된 두 개의 회전축이 회전판 상에서 회전가능하게 설치되어 상기 합사가 상기 두 개의 롤러의 외주연을 경유하면서 장력을 부여하도록 구성된다.
상기 탄소 용액 코팅장치는, 상기 탄소 용액이 수용되는 소정의 공간을 구비하는 딥핑탱크와, 상기 딥핑탱크의 상부에 설치되고, 상기 합사가 통과하여 상기 딥핑탱크 내부로 인입되는 다수의 통공이 형성된 탑플레이트와, 상기 딥핑탱크로 인입된 합사의 진행방향을 변경하는 다수의 방향전환 롤러를 포함하여 구성된다.
상기 탄소 용액 건조장치는, 상기 탄소 용액 코팅장치의 상부에 상하로 길게 형성되고, 외부와 단열재에 의하여 차단되는 건조실과, 상기 건조실에 열원을 제공하는 열원공급장치와, 구동모터에 의하여 구동되어 상기 건조실에서 건조된 상기 코팅사의 진행 방향을 변경하면서 이동시키는 방향전환 롤러와, 상기 건조실 내부의 온도를 감지하는 온도센서를 포함하여 구성된다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명은 일반섬유사 표면에 탄소 용액이 코팅된 탄소섬유사를 제조하는 장치에 있어서, 원사에 장력을 부여하는 장력 조절장치와, 상기 원사 주위에 탄소 콜로이드 용액을 코팅하여 코팅사를 제작하는 탄소 용액 코팅장치와, 상기 탄소 용액에 회전력에 의한 압력차를 이용하여 코팅 두께를 균일화하는 노즐 유닛 및 코팅된 탄소 용액을 건조하는 탄소 용액 건조장치; 를 포함하여 구성된다.
상기 코팅사의 저항을 측정 관리하는 저항 측정장치를 더 포함한다.
상기 코팅사를 보빈에 감는 코팅사 권치장치를 더 포함한다.
상기 원사는 합성섬유 혹은 인조섬유로서 다수의 원사가 합사된 것이다.
상기 다수의 원사는 보빈에 감긴 상태로 제공되고, 일정한 높이에서 방사될 수 있도록 클립대에 설치되며, 상기 다수의 원사가 합사 되면서 꼬이도록 상기 보빈의 회전축이 편심되어 설치된다.
상기 장력 조절장치는, 외측에 롤러가 구비된 두 개의 회전축이 회전판 상에서 회전가능하게 설치되어 상기 합사가 상기 두 개의 롤러의 외주연을 경유하면서 장력을 부여하도록 구성된다.
상기 탄소 용액 코팅장치는, 상기 탄소 용액이 수용된 딥핑탱크와, 상기 딥핑탱크로 입사되는 원사의 진행을 안내하기 위해 다수의 통공이 형성된 탑플레이트와, 상기 원사의 진행방향을 변경하는 다수의 방향전환 롤러를 포함하여 구성된다.
상기 탄소 용액은, 도전성의 탄소와, 다수의 비철금속과, 도전성 용액이 포함된 접착성 수지가 혼합된 용액이고, 상기 탄소, 비철금속 및 도전성의 접착성 수 지의 배합비율은 3 : 2 : 5로 조성되나, 요구되는 코팅사의 저항값에 따라 그 배합비율은 변화될 수 있다.
상기 탄소의 입경은, 3㎛ 내지 200㎛ 정도이며, 상기 비철금속은, 금, 은, 동, 니켈 중 적어도 어느 하나이며, 상기 도전성의 접착성 수지는, 실리콘 폴리머나 폴리우레탄의 합성수지에 질산은이나 질산나트륨의 도전성 재료가 혼합되어 사용된다.
상기 딥핑탱크는, 상기 탄소 용액이 수용되는 소정의 공간을 구비하며, 상기 딥핑탱크의 상부에는 상기 원사가 통과하여 상기 딥핑탱크 내부로 인입될 수 있도록 다수의 통공이 형성된 탑플레이트가 설치된다.
상기 탑플레이트 저부에는 상기 딥핑탱크 내부로 인입된 원사의 진행 방향을 변경하여 원사가 상기 딥핑탱크에 수용되어 있는 탄소 용액에 침지되도록 하는 방향전환 롤러가 더 구비된다.
상기 딥핑탱크 내부에는 상기 코팅액의 저항값을 일정하게 유지하기 위하여, 상기 탄소 용액을 균일하게 배열하고 분산시키는 다수의 임펠러가 더 설치된다.
상기 탄소 용액의 건조를 막고 분산을 촉진하기 위하여, 상기 딥핑탱크의 외부 양측을 연결하는 순환관이 설치되고, 상기 탄소 용액이 상기 순환관을 통해 순환할 수 있도록 상기 순환관의 일측에 유압모터가 더 구비된다.
상기 딥핑탱크 내부에는 상기 탄소 용액의 건조를 막고 분산을 촉진하기 위한 에어 노즐이 더 구비된다.
상기 노즐 유닛은, 일측이 상기 탄소 용액 코팅장치의 탄소 용액에 침지되 고, 상기 탄소 용액이 원사에 잘 흡수되도록 하기 위하여 상기 탄소 콜로이드 용액에 회전력을 통해 압력을 형성하며, 상하 압력차에 의하여 탄소 용액을 상방으로 견인하여 흡입하는 노즐관과, 상기 노즐관과 결합되어 노즐관에서 1차적으로 상기 탄소 용액의 균일성과 접착성이 부여되면 2차적으로 탄소 용액의 균일성과 접착성을 더욱 강화하여 원하는 저항값을 결정하는 노즐과, 상기 노즐관의 외측에 고정되어 상기 노즐의 회전속도를 조절하는 기어 및 상기 기어를 구동하는 구동모터를 포함하여 구성된다.
상기 노즐관과 노즐은 다수개이며, 상기 다수의 노즐관과 노즐이 동일한 속도를 유지할 수 있도록 상기 다수의 기어는 하나의 구동모터에 의하여 구동된다.
상기 노즐관의 길이(L)와 내경(d)은 상기 탄소 용액과 접하는 하부에서 80 내지 100㎜와 2.0 내지 3.0㎜로 각각 제작되고, 상부에는 상기 노즐과 결합할 수 있도록 길이(L)와 내경(D")을 15 내지 25㎜와 3.0 내지 5.0㎜로 각각 제작하며, 상기 노즐관의 외경(D)은 8 내지 15㎜로 제작함으로써 1차적으로 탄소 용액의 균일성과 접착성이 부여되나, 상기 노즐관의 길이는 탄소액의 깊이에 따라 조절된다.
상기 노즐은 내부 직경이 대구경인 부분과 소구경인 부분으로 구분된다.
상기 대구경부에서 상기 노즐관을 통해 1차적으로 접착성과 균일성이 부여된 탄소 용액의 두께를 더욱 균일화하기 위하여 그 내경(d')을 1.0㎜ 내지는 1.5㎜로 제작한다.
상기 소구경부는 원하는 저항값을 결정하기 위하여 상기 탄소 용액의 두께를 최종결정하고, 상기 두께를 더욱 균일화하기 위하여 그 내경(d")을 0.4㎜ 내지는 1.0㎜로 제작하며, 그 길이(L")는 5㎜ 내지 30㎜로 제작한다.
상기 소구경부의 길이(L")를 5.0㎜로 일정하게 하고, 그 내경(d")은 0.6mm에서 0.75mm로 증가시키면, 상기 탄소 용액의 도포량은 150㎛에서 190㎛로 증가되고, 저항값은 130㏀/m에서 75㏀/m로 감소하며, 상기 저항값의 변화량이 감소한다.
상기 탄소 용액 건조장치는, 외부와 단열재에 의하여 차단되는 건조실과, 상기 건조실에 열원을 제공하는 열원공급장치와, 상기 건조실에서 건조된 상기 코팅사의 진행 방향을 변경하는 방향전환 롤러와, 상기 건조실 내부의 온도를 감지하는 온도센서를 포함하여 구성된다.
상기 방향전환 롤러는, 상기 건조실에서 건조된 상기 코팅사의 진행 방향을 상방에서 하방으로 변환하는 제3방향 전환 롤러와, 상기 건조실에서 재차 건조된 상기 코팅사의 진행 방향을 하방에서 후방으로 변환하는 제4방향 전환 롤러로 구성된다.
상기 제3방향 전환 롤러 및 제4방향 전환 롤러 중 어느 하나에는 상기 코팅사의 이동속도를 원활하게 이동하기 위하여 상기 롤러를 구동하는 구동모터가 더 설치되며, 상기 코팅사의 이동속도는 코팅액의 건조조건에 따라 조절된다.
상기 건조실은 상하 혹은 좌우로 길게 형성된 장방형의 구조로서, 그 크기는 생산되는 코팅사의 수량에 따라 달리 제작된다.
상기 열원공급장치는, 건조한 열기를 방출하는 열풍기 혹은 고온의 적외선을 방출하는 열선판 중 어느 하나이다.
상기 건조실의 내부 온도는 100℃ 내지 170℃ 범위 내에서 조절된다.
상기 저항 측정장치는, 상기 건조실로부터 0.5m 지점에서 0.5m 간격으로 설치한다.
상기 코팅사 권치장치는, 상기 보빈에 권취되는 코팅사가 일정한 장력과 저항값을 유지하도록 상기 보빈은 상기 각각의 코팅사에 1대1로 대응되도록 설치된다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 탄소섬유사 제조장치에 의하면 탄소섬유의 탄소 코팅층이 균일화되고, 저항값의 변화량이 최소화되는 이점이 있다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 탄소섬유사 제조장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 탄소섬유사 제조장치는, 원사(102, 104)에 꼬임력을 부여하면서 다수의 원사(102, 104)를 합사하고, 합사(110)에 장력을 부여하는 장력 조절장치(200)와, 상기 합사(110) 주위에 탄소 콜로이드 용액(210)을 코팅하여 코팅사(226)를 제작하는 탄소 용액 코팅장치(300)와, 상기 탄소 용액(210)에 회전력에 의한 압력차를 이용하여 코팅 두께를 균일화하는 노즐 유닛(400)과, 코팅된 탄소 용액(210)을 건조하는 탄소 용액 건조장치(500)와, 코팅사(226)의 저항을 측정하는 저항 측정장치(600)와, 코팅사(226)를 보빈(610)에 권취하는 코팅사 권치장치(700)를 포함하여 구성된다.
상기 원사(102, 104)는 폴리에스터사와 같은 합성섬유 혹은 천연섬유가 사용되며, 본 실시예에서는 500D원사를 사용한다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 원사(102, 104)는 보빈(106, 108)에 감긴 상태로 제공되고, 일정한 높이에서 방사 될 수 있도록 클립대(120)에 설치되는데, 원사(102, 104)는 방사되어 상기 탄소 용액 코팅장치(300)로 공급되는 과정에서 인장력과 내구성의 향상을 위하여 일정하게 꼬아진다.
본 발명의 실시예에서는 섬유의 표면에 탄소 용액(210)을 코팅함에 있어 탄소 용액(210)이 원사(102, 104) 혹은 합사(110) 전체에 걸쳐 균일하게 도포되고, 탄소 용액(210)의 침투력을 높이기 위하여 인장력과 강성을 주어야 하며, 이를 위하여 꽈배기 처럼 꼬아가면서 합사를 진행하는 것이다.
이와 같이 두 가닥의 원사(102, 104)가 합사되면서 꼬일 수 있도록 통상적인 연사기(撚絲機)를 사용할 수 있으나, 본 실시예에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 클립대(120)와 장력 조절장치(200) 사이에 원사(102, 104)를 풀어서 연결하고, 클립대(120)의 소정 높이에 양측으로 보빈(106, 108)에 권치된 원사(102, 104)를 각각 설치하며, 상기 보빈(4106, 108)의 중심 회전축이 장력 조절장치(200)의 합사 안내구(130)에 대하여 일정하게 편심되도록 설치함으로써, 두 가닥의 원사(102, 104)가 한 가닥의 합사(110)로 합쳐지면서 자동으로 꼬여지는 특징을 갖고 있다.
본 발명의 실시예에서는 두 가닥의 원사(102, 104)를 합사하는 것을 내용으로 하고 있지만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 두 가닥이 꼬이면서 꼬임 사이에 탄소 용액(210)이 원활하게 흡수되고, 견고하게 흡수되어 코팅층이 임의로 탈거되지 않도록 하기 위한 것이기 때문에 세 가닥이나 그 이상의 가닥이 합사되어도 무방하다.
또한, 원사(102, 104) 혹은 합사(110) 표면에 코팅이 원활하게 이루어지려면 원사(102, 104) 혹은 합사(110)에 일정 정도 팽팽하게 장력이 있어야 하기 때문에, 합사(110)에 장력을 부여하기 위한 장력 조절장치(200)가 구비되는 것이며, 상기 장력 조절장치(200)는 도 5에 도시된 바와 같이, 외측에 롤러(142, 144)가 구비된 두 개의 회전축(146, 148)이 회전판(150) 상에서 회전가능하게 설치되어 합사(110)가 상기 두 개의 롤러(142, 144)의 외주연을 경유하면서 장력을 부여하도록 되어 있다. 상기 회전판(150)이 시계방향으로 회전하면 장력이 증가하며, 내부에 회전판(150)이 임의로 반시계방향으로 역회전을 하지 않도록 스토퍼(도시되지 않음)가 구비되어 있으며, 장력이 지나치게 증가하면 합사(110)가 장력을 이기지 못하고 끊어질 염려와 저항값이 현저하게 증가될 우려가 있어, 장력을 적절하게 조절할 필요가 있다.
도 6에 도시된 바와 같이 상기 탄소 용액 코팅장치(300)는, 탄소 콜로이드 용액(210)이 수용된 딥핑탱크(220)와, 딥핑탱크(220)로 입사되는 합사(110)의 진행을 안내하기 위해 다수의 통공(222)이 형성된 탑플레이트(230)와, 합사(110)의 진행방향을 변경하는 다수의 방향전환 롤러(240, 242)로 구성된다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 상기 딥핑탱크(220)는, 장방형으로서 탄소 콜로이드 용액(210)이 수용될 수 있도록 소정의 공간이 구비되면 충분하며, 상기 딥핑탱크(220)에 수용되는 탄소 용액(210)은 도전성의 탄소(C), 다수의 비철금속 그리고 도전성의 접착성 수지가 혼합되어 사용된다. 상기 탄소(C)는 열전도 효율을 위하여 입자의 지름이 3㎛ 내지 200㎛ 정도가 바람직하고, 상기 비철금속은 금(Ag), 은(Au), 동(Cu), 니켈(Ni) 등의 입자로 구성되며, 상기 도전성의 접착성 수 지에는 실리콘 폴리머나 폴리우레탄 또는 질산은이나 질산나트륨이 함유된 합성수지를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 폴리머와 같은 접착성 수지가 비전도성을 띠기 때문에 이를 보완하기 위하여 질산은이나 질산나트륨 등의 도전성 수지를 혼합하여 주는 것이다.
상기 열전도성과 접착성을 모두 구비하기 위하여, 상기 탄소, 비철 금속 그리고 도전성의 접착성 수지의 혼합비율은 3: 2: 5로 혼합되는 것이 바람직하나, 요구되는 코팅사의 저항값에 따라 그 혼합비율은 다소 변화될 수 있다. 그 밖에 실로이드, 톨루엔, MEK, PC2000 등이나 제품의 특별한 특성을 고려한 첨가물(신축성, 나노, 향)을 더 첨가할 수 있다.
상기 탑플레이트(230)는 도 6에 도시된 바와 같이, 판상의 부재로서 상기 딥핑탱크(220) 상에 고정되며, 일측에 형성된 다수의 통공(222)을 통하여 합사(110)가 딥핑탱크(220) 내부로 인입된다.
상기 탑플레이트(230) 저부 양측에 설치된 제1방향 전환 롤러(240)와 제2방향 전환 롤러(242)에 의하여 상기 통공(222)을 통해 입사된 합사(110)가 직각으로 방향을 전환하게 된다.
한편, 상기 탄소 콜로이드 용액(210)이 수용되어 있는 딥핑탱크(220)에는 코팅사(226)의 저항값을 일정하게 유지하기 위하여 도 8에 도시된 바와 같이, 콜로이드 상태의 탄소 용액(210)을 분산시키기 위한 여러 장치가 더 설치될 수 있다.
예컨대, 상기 탄소 콜로이드 용액(210)을 균일하게 배열하기 위하여 탄소 용액을 분산시키는 임펠러(250)가 상기 딥핑탱크(220) 내부에 다수 설치될 수 있다.
또한, 상기 탄소 용액(210)의 건조를 막고 분산을 촉진하기 위하여, 상기 딥핑탱크(220)의 외부 양측을 연결하는 순환관(260)이 설치되고, 상기 탄소 용액(210)이 상기 순환관(260)을 통해 순환할 수 있도록 상기 순환관(260)의 일측에 유압모터(262)가 더 구비될 수 있다.
또한, 탄소 용액(210)의 순환을 돕기 위하여 에어를 분출하는 에어 노즐(270)과 도면에는 도시되어 있지 않지만 에어를 공급하는 콤푸레샤가 더 설치될 수 있다.
상기 노즐 유닛(400)은, 도 6에 도시된 바와 같이 일측이 상기 딥핑탱크(220)의 탄소 용액(210)에 침지되고, 탄소 용액(210)이 원사(102, 104) 혹은 합사(110)에 잘 흡수되도록 하기 위하여 상기 탄소 콜로이드 용액(210)에 회전력을 부여하여 압력을 형성하며, 탄소 용액(210)의 압력차에 의하여 탄소 콜로이드 용액(210)을 상방으로 견인하여 흡입하는 노즐관(410), 상기 노즐관(410)과 결합되어 노즐관(410)에서 1차적으로 탄소 콜로이드 용액(210)의 균일성과 접착성을 부여한 후에 2차적으로 탄소 콜로이드 용액(210)의 균일성과 접착성을 더욱 강화하여 원하는 저항값을 결정하는 노즐(430)과, 상기 노즐관(410)의 외측에 고정되어 상기 노즐(430)의 회전속도를 조절하며 상기 다수의 노즐관(410) 및 노즐(430)의 회전속도를 동일하게 유지하기 위하여 상호 기어 결합되어 있는 기어(450)와, 상기 기어(450)를 구동하는 구동모터(470)를 포함한다. 상기 구동모터(470)와 상기 다수의 기어(450) 중 적어도 어느 하나의 사이에는 아이들 기어(490)가 더 구비될 수 있다.
상기 구동모터(470)는 한 개이며, 상기 다수의 기어(450)는 한 개의 구동모터(470)에 의하여 구동되기 때문에 상기 기어(450)에 의하여 회전하는 노즐관(410) 및 노즐(430)의 회전속도는 동일하게 형성될 수밖에 없다. 따라서 다수의 노즐(430)을 통해 형성되는 탄소 콜로이드 용액(210)의 도포량과 저항값에는 차이가 없게 된다.
만약, 다수개의 구동모터(470)에 의하여 다수개의 노즐(430)이 각각 구동된다면, 각 구동모터(470)에는 다소 차이가 있을수 밖에 없으므로, 노즐(430)의 회전속도가 달라질 수 있는 문제점이 있기 때문에 본 실시예에서는 한 개의 구동모터(470)에 다수의 노즐(430)을 동시에 연계하여 구동한다.
상기 노즐관(410)은 도 10 및 도 13에 도시된 바와 같이 상기 구동모터(470)가 구동되면 상기 아이들 기어(490)와 각각의 기어(450)가 회전하면서 함께 회전하게 되는데, 상기 노즐관(410)의 일측은 항상 딥핑탱크(220)의 탄소 콜로이드 용액(210)에 담겨있기 때문에, 상기 노즐관(410)이 회전하게 되면 내부에 압력이 형성되고 탄소 용액(210)이 원활하게 합사(110)에 잘 흡수되어 전체적으로 균일하게 도포될 수 있도록 노즐관(410)의 내부에는 소정 길이(L)와 내경(d)을 갖는 홈이 상하로 길게 형성된다. 따라서, 노즐관(410)은 코팅사(226)의 원활한 도포를 위하여 딥핑탱크(220)로부터 상기 노즐(430)까지 탄소 용액(210)을 공급하는 기능을 수행한다.
본 실시예에 의하면, 상기 노즐관(410)의 내경(d)은 상기 탄소 콜로이드 용액(210)과 접하는 하부(412)에서 3.0㎜로 제작되고, 그 하부(412)의 길이(L)는 100 ㎜로 제작하는 것이 바람직하고, 상기 노즐(430)과 결합되는 상부(414)에서 상기 노즐관(410)의 직경(D")은 5.0㎜로 제작되고, 길이(L)는 20㎜로 구성되는 것이 1차적으로 탄소 콜로이드 용액(210)의 균일성과 접착성을 부여하는데 적합하다. 한편, 상기 노즐관(410)의 외경(D)은 10㎜로 제작되고, 그 재질은 일반 금속이나 합금을 사용한다.
상기 노즐(430)은 요구되는 저항값에 의하여 그 길이(L")와 내경(d")의 크기가 변화한다. 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 노즐(430)은 내부 직경이 대구경인 부분(432)과 소구경인 부분(434)으로 구분된다. 상기 노즐(430)은 합금강, 텅스텐, 세라믹 등 내구성이 우수한 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 대구경부(432)는 노즐관(430)을 통해 1차적으로 접착성, 균일성 등이 부여된 탄소 콜로이드 용액(210)의 두께를 더욱 균일화하기 위하여, 그 내경(d')을 1.0㎜ 내지 1.5㎜로 제작하는 것이 바람직하다. 그 길이(L')는 상기 노즐관(410)의 상부(414) 길이와 같으며, 그 외경(D")은 상기 노즐관(430)의 상부(414) 내경(D")의 크기와 같다.
상기 소구경부(434)는 원하는 저항값을 결정하기 위하여 탄소 콜로이드 용액(210)의 두께를 최종 결정하고, 상기 두께를 더욱 균일화하기 위하여 그 내경(d")을 0.4㎜ 내지 1.0㎜로 제작하며, 그 길이(L")는 5㎜ 내지 30㎜로 제작하는 것이 바람직하다.
도 14에 도시된 표에 의하면, 상기 소구경부(434)의 길이(예컨대, L"은 5.0㎜)를 일정하게 하고, 그 내경(예컨대, d"은 0.6mm 내지 0.75mm)의 크기를 점차 증 가시켰을 때 탄소 콜로이드 용액(210)의 두께 즉 도포량(150㎛ 내지 190㎛)이 전체적으로 증가되면서 도포량의 불균일성(10㎛ 안팎)에는 변화가 없다. 하지만 저항값(130㏀/m 내지 75㏀/m)은 전체적으로 감소하면서 저항값의 변화량은 줄어드는 것을 알 수 있다.
또한, 소구경부(434)의 길이(L")를 증가시켰을 때 탄소 콜로이드 용액(210)의 도포량은 감소하면서 도포량의 변화 즉 코팅 표면의 불균일성은 저하되고, 저항값은 전체적으로 증가하면서 저항값의 변화량은 현격하게 줄어드는 것을 볼 수 있다.
대체로 소구경부(434)의 직경(d")이 증가할수록 탄소 콜로이드 용액(210)의 코팅 두께의 균일성에는 변화가 없으나 저항값의 변화폭은 감소되며, 소구경부(434)의 길이(L")가 증가할수록 탄소 콜로이드 용액(210)의 코팅 두께의 균일성은 증가되고, 도 15에 도시된 그래프와 같이 그 저항값의 변화폭은 감소되고 있으며, 도 16에 도시된 그래프와 같이 유연성 및 접착성의 변화폭이 감소하고 있음을 알 수 있다.
도 17 및 도 18에 도시된 바와 같이 상기 탄소 용액 건조장치(500)는, 외부와 단열재에 의하여 차단되는 건조실(510)과, 상기 건조실(510)에 열원을 제공하는 열원공급장치(520) 그리고 상기 건조실(510)에서 건조된 상기 코팅사(226)의 진행 방향을 상방에서 하방으로 변환하는 제3방향 전환 롤러(530)와, 상기 건조실(510)에서 재차 건조된 상기 코팅사(226)의 진행 방향을 하방에서 후방으로 변환하는 제4방향 전환 롤러(540) 및 건조실(510) 내부의 온도를 감지하는 온도센서(550)를 포 함한다.
상기 건조실(510)은 상기 코팅사(226)가 이동과정에서 건조될 수 있도록 내부에 일정한 이동공간을 구비한 장방형의 구조를 하고 있으며, 따라서 상하로 길게 형성되는 것이 바람직하고, 그 높이는 4m 내지 6m, 가로 세로의 길이는 각각 0.5m와 0.3m로 제작하는 것이 더욱 바람직하나, 생산되는 코팅사의 수량에 따라 여러 크기로 제작될 수 있다.
상기 열원공급장치(520)는 건조한 열기를 방출하는 열풍기나 고온의 적외선을 방출하는 열선판 등이 사용될 수 있으며, 상기 온도센서(550)는 상기 열원공급장치(520)에 의해 가해지는 건조실(510)의 내부 온도를 일정하게 유지하기 위한 것이며, 건조실(510)의 공기를 순환시키거나 통풍시키기 위하기 천정에는 환풍기(도시되지 않음)가 더 설치될 수 있다.
상기 제3방향 전환 롤러(530)는 양 측벽 상부에 설치되고, 상기 제4방향 전환 롤러(540)는 양 측벽 하부에 설치되며, 상기 제3방향 전환 롤러(530)와 제4방향 전환 롤러(540) 중 어느 하나에는 코팅사(226)의 원활한 이동을 위하여 상기 롤러(530, 540)를 구동하는 구동모터(도시되지 않음)가 더 설치될 수 있으며, 상기 코팅사(226)의 이동속도는 3m/min이 바람직하나, 탄소액의 건조조건에 따라 이동속도는 조절가능하다.
상기 건조실(510) 내부의 건조 온도는 대체로 100℃ 내지 170℃ 범위 내에서 조절되며, 특히 상기 제3방향 전환 롤러(530)가 설치되는 상부에는 150℃ 정도로, 상기 제4방향 전환 롤러(540)가 설치되는 하부에는 100℃ 정도가 적당하다.
상기 저항 측정장치(600)는 상기 탄소 용액 건조장치(500)에서 건조된 코팅사(226)의 저항을 측정하는 장치로서 저항 관리의 기능을 수행하며, 이를 위하여 상기 저항 측정장치(600)는 상기 건조실(510)로부터 대략 0.5m 지점에서 0.5m 간격으로 설치하여 저항을 테스트하는 것이 바람직하다.
상기 코팅사 권치장치(700)는 도 19에 도시된 바와 같이 상기 탄소 용액 건조장치(500)에서 건조되고, 상기 저항 측정장치(600)에서 저항 관리된 코팅사(226)를 일정한 길이로 분리하고 운반하기 위하여 보빈(610)에 감아 보관하는 장치로서 적어도 상기 노즐(430)의 숫자만큼 구비되어야 한다.
이와 같이, 도 20에 도시된 바와 같이 건조된 각각의 코팅사(226)를 각각의 보빈(610)이 1대1로 일정한 장력을 유지하면서 감아주어야만, 저항값의 변화를 줄일 수 있으며, 일정한 장력의 범위를 넘어서게 되면 저항값의 변화를 가져올 수 있다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 탄소섬유사 제조장치의 작용을 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 상기 클립대(120)를 상하로 수직하게 고정하고, 상기 클립대(120)에 한 쌍의 원사(102, 104)를 설치하며, 상기 원사(102, 104)는 보빈(106, 108)에 각각 권치되어 있기 때문에 원사(102, 104)를 잡아당기면 자연스럽게 회전하면서 원사(102, 104)가 한 올씩 풀리게 된다.
이때, 단일의 원사(102, 104) 표면에 탄소 콜로이드 용액(210)을 코팅하게 되면 탄소 용액(210)의 침투력이 낮아 코팅이 원활하게 수행되지 않을 뿐만 아니 라, 코팅된 탄소 용액(210)이 쉽게 벗겨질 염려가 있으며, 원사(102, 104)에는 장력이 거의 존재하지 않기 때문에 원사(102, 104)를 가공하여 코팅사(226)를 제작하는데 어려움이 있기 때문에, 본 발명에서는 다수개의 원사(102, 104)를 합하여 합사(110)를 형성하되, 합사(110)하는 과정에서 단일 원사(102, 104)가 상하 좌우로 꼬이도록 비틀면서 견인할 필요가 있다. 이를 위하여 원사(102, 104)가 권치된 보빈(106, 108)을 일정한 각도로 편심되게 설치함으로써 두 개의 원사(102, 104)가 하나의 합사(110)로 모이는 과정에서 자연스럽게 꼬이도록 유도한다.
상기 합사안내구(130)를 통과한 원사(102, 104)는 회전축(146, 148)에 의하여 회전하는 두 개의 롤러(142, 144)를 통과하게 되고, 합사(110)에 필요한 장력 정도에 따라 회전판(150)을 시계방향으로 회전함으로써 장력의 강약을 조절한다.
상기 장력 조절장치(200)가 소정의 높이에 설치되어 있기 때문에 장력이 부여된 합사(110)는 상기 탄소 용액 코팅장치(300)의 상부를 향하게 되는데, 상기 딥핑탱크(220)의 상부에는 탑플레이트(230)가 설치되고, 상기 탑플레이트(230) 상에는 다수의 통공(222)이 형성되어 있어, 합사(110)는 상기 통공(222)을 통하여 딥핑탱크(220)로 인입된다.
상기 합사(110)는 딥핑탱크(220) 내의 탄소 용액(210)에 딥핑될 수 있도록 일측에 설치된 제1방향 전환 롤러(240)에 의하여 하부로 향하던 합사(110)는 딥핑탱크(220)의 후방으로 방향을 전환하고, 다시 타측에 설치된 제2방향전환밸브(242)에 의하여 상방으로 방향을 전환하게 된다.
한편, 상기 탄소 콜로이드 용액(210)이 수용되어 있는 딥핑탱크(220)에는 코 팅사(226)의 저항값을 일정하게 유지하기 위하여 콜로이드 상태의 탄소 용액(210)을 분산시키기 위한 여러 공정이 더 부가되는데, 상기 딥핑탱크(220) 내부에 설치되어 구동되는 임펠러(250)를 회전시키거나, 상기 딥핑탱크(220)의 외부 양측에 연결된 순환관(260)을 통해 탄소 용액을 순환시키거나 혹은 에어 노즐(270)에 에어를 공급함으로써, 탄소 용액(210)의 확산 속도를 더욱 증가시켜, 분산을 용이하게 한다.
상방으로 전환된 합사(110)는 탄소 용액(210)에 도포된 상태로 노즐 유닛(400)을 통과하게 된다. 상기 노즐 유닛(400)의 노즐관(410)은 그 하부가 탄소 용액(210)에 침지되어 있기 때문에 노즐관(410) 내부로 이동하는 합사(110)의 표면에는 탄소 용액(210)이 뭍어 노즐관(410) 내부에 탄소 용액(210)이 일부 충진되어 있다.
전원을 인가하여 상기 구동모터(470)를 동작시키면, 아이들 기어(490)를 매개로 구동모터(470)와 치합된 일방 기어(450)가 회전을 하게 되며, 아이들 기어(490)와 직접 결합된 일방 기어(450)가 회전하면 일방 기어(450)와 치합되어 있는 타방 기어(450)들도 동시에 회전하게 된다.
상기 노즐관(410)의 외주연에 결합된 기어(450)가 회전하면, 노즐관(410)이 회전하면서 노즐관(410)의 내부를 통과하는 합사(110)에 도포된 탄소 용액(210)의 두께가 균일하게 코팅되고, 노즐관(410)의 회전속도와 내경의 크기 그리고 노즐관(410)의 길이에 따라 코팅되는 두께가 달라진다.
상기 건조실(510)의 열풍기에서 건조한 공기가 방출되고, 상기 열선판에서 적외선이 방사되면서, 외부와 단열재에 의하여 차단된 건조실(510)의 내부 온도는 고온이 된다. 상기 탄소 코팅공정에서 코팅된 코팅사(226)는 그 표면에 도포된 탄소 용액(210)이 아직 건조되기 전에 있기 때문에 아직 그 두께가 유동적인 것이고, 노즐(430)을 통해 최종 결정된 도포량에 변화가 올 수 있어 이를 조기에 건조시켜야 한다.
따라서, 코팅사(226)가 건조실(510) 내부를 이동하면서 건조될 수 있는 충분한 이동 공간이 확보되어야 하며, 최소한의 공간으로 최대한의 이동 공간을 확보하기 위하여 건조실(510) 내부에 다수의 방향전환 롤러(530, 540)를 설치한다. 그리고 코팅사(226)가 이동하면서 단계적으로 건조될 수 있도록 건조실의 내부 온도를 각 단계별로 차등을 둔다.
따라서, 노즐(430)을 통과한 코팅사(226)는 상방으로 진행되면서 건조실(510)을 통과하며, 순차적으로 하부에서 상부까지 100℃에서 170℃ 범위의 고온 상태를 지나게 된다. 그리고 건조실(510) 상부인 150℃ 지점에서는 일차 건조된 상기 코팅사(226)의 방향을 전환하는 제3방향 전환 롤러(530)가 설치되어 코팅사(226)는 상방에서 하방으로 진행방향을 바꾸게 되며, 건조실(510) 하부인 100℃ 지점에서는 재차 건조된 상기 코팅사(226)의 방향을 전환하는 제4방향 전환 롤러(540)가 설치되어 하방에서 후방으로 진행방향을 바꾸게 된다.
그리고 건조실(510)의 상 하부에 설치된 제3 및 제4방향 전환 롤러(530, 540) 중 어느 하나에는 구동모터(도시되지 않음)가 연결되어 있기 때문에, 상기 구동모터를 가동하여 코팅사(226)의 이동을 원활하게 하면서 이동 속도를 조절하여 건조 속도를 결정한다.
상기 코팅 건조공정에서 건조된 코팅사(226)는 저항 측정장치(600)를 통하여 탄소 용액(210)의 도포량 및 저항값을 0.5m 간격으로 측정 관리하며, 상기 저항 측정공정에서 저항이 측정 관리된 코팅사(226)는 일정한 분량으로 나뉘어 보빈(610)에 감겨 면상발열체의 제조공정으로 운반된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 일반섬유사를 탄소 콜로이드 용액에 딥핑하여 그 표면에 코팅층을 형성하는 통상적인 탄소섬유사 제조장치에, 상기 코팅 공정에 앞서 다수개의 원사가 합사되는 합사장치와 합사된 원사에 장력이 부여되는 장력 조절장치를 부가하며, 또한 상기 코팅 공정 후에 상기 코팅사가 상기 탄소 용액에 침지된 상태에서 회전하는 노즐의 내부를 통과하는 노즐 유닛공정을 부가하여 코팅층의 두께를 균일화하고 탄소 저항값의 변화를 최소화하는 구성을 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 딥핑탱크 내에 탄소 콜로이드 용액의 건조를 방지하고 분산성이 증진되는 효과가 기대된다.
둘째, 일반섬유사의 표면에 탄소 콜로이드 용액이 균일하게 도포되고, 침투력이 증진되어 표면 접착력이 향상되는 효과가 기대된다.
셋째, 열전도성이 우수하고 전기저항이 일정하게 유지되는 효과가 기대된다.
넷째, 최소한의 공간으로 탄소 용액의 건조를 원활하게 수행하는 효과가 기대된다.

Claims (33)

  1. 일반섬유사 표면에 탄소 용액이 코팅된 탄소섬유사를 제조하는 장치에 있어서,
    다수의 원사를 꼬아서 합사를 형성하고, 상기 합사에 장력을 부여하는 합사 및 장력 조절장치;
    상기 합사를 탄소 콜로이드 용액에 딥핑하여 코팅사를 제작하는 탄소 용액 코팅장치 및
    코팅된 상기 탄소 용액을 건조하는 탄소 용액 건조장치를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 장력 조절장치는,
    외측에 롤러가 구비된 두 개의 회전축이 회전판 상에서 회전가능하게 설치되어 상기 합사가 상기 두 개의 롤러의 외주연을 경유하면서 장력을 부여하도록 구성된 것을 특징으로 하는 탄소섬유사의 제조장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소 용액 코팅장치는,
    상기 탄소 용액이 수용되는 소정의 공간을 구비하는 딥핑탱크와,
    상기 딥핑탱크의 상부에 설치되고, 상기 합사가 통과하여 상기 딥핑탱크 내부로 인입되는 다수의 통공이 형성된 탑플레이트와,
    상기 딥핑탱크로 인입된 합사의 진행방향을 변경하는 다수의 방향전환 롤러를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소 용액 건조장치는,
    상기 탄소 용액 코팅장치의 상부에 상하로 길게 형성되고, 외부와 단열재에 의하여 차단되는 건조실과,
    상기 건조실에 열원을 제공하는 열원공급장치와,
    구동모터에 의하여 구동되어 상기 건조실에서 건조된 상기 코팅사의 진행 방향을 변경하면서 이동시키는 방향전환 롤러와,
    상기 건조실 내부의 온도를 감지하는 온도센서를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  5. 일반섬유사 표면에 탄소 용액이 코팅된 탄소섬유사를 제조하는 장치에 있어서,
    원사에 장력을 부여하는 장력 조절장치;
    상기 원사 주위에 탄소 콜로이드 용액을 코팅하여 코팅사를 제작하는 탄소 용액 코팅장치;
    상기 탄소 용액에 회전력에 의한 압력차를 이용하여 코팅 두께를 균일화하는 노즐 유닛 및
    코팅된 탄소 용액을 건조하는 탄소 용액 건조장치; 를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 코팅사의 저항을 측정 관리하는 저항 측정장치; 를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 코팅사를 보빈에 감는 코팅사 권치장치; 를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 원사는 합성섬유 혹은 인조섬유로서 다수의 원사가 합사된 것임을 특징으로 하는 탄소섬유사의 제조장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 다수의 원사는 보빈에 감긴 상태로 제공되고, 일정한 높이에서 방사될 수 있도록 클립대에 설치되며, 상기 다수의 원사가 합사 되면서 꼬이도록 상기 보 빈의 회전축이 편심되어 설치됨을 특징으로 하는 탄소섬유사의 제조장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 장력 조절장치는, 외측에 롤러가 구비된 두 개의 회전축이 회전판 상에서 회전가능하게 설치되어 상기 합사가 상기 두 개의 롤러의 외주연을 경유하면서 장력을 부여하도록 구성됨을 특징으로 하는 탄소섬유사의 제조장치.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 탄소 용액 코팅장치는,
    상기 탄소 용액이 수용된 딥핑탱크와,
    상기 딥핑탱크로 입사되는 원사의 진행을 안내하기 위해 다수의 통공이 형성된 탑플레이트와,
    상기 원사의 진행방향을 변경하는 다수의 방향전환 롤러를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 탄소 용액은, 도전성의 탄소;
    다수의 비철금속;
    도전성 용액이 포함된 접착성 수지; 가 혼합된 용액이고, 상기 탄소, 비철금속 및 도전성의 접착성 수지의 배합비율은 3 : 2 : 5로 조성되나, 요구되는 코팅사 의 저항값에 따라 그 배합비율은 변화될 수 있음을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 탄소의 입경은, 3㎛ 내지 200㎛ 정도이며, 상기 비철금속은, 금, 은, 동, 니켈 중 적어도 어느 하나이며, 상기 도전성의 접착성 수지는, 실리콘 폴리머나 폴리우레탄의 합성수지에 질산은이나 질산나트륨의 도전성 재료가 혼합되어 사용됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 딥핑탱크는, 상기 탄소 용액이 수용되는 소정의 공간을 구비하며, 상기 딥핑탱크의 상부에는 상기 원사가 통과하여 상기 딥핑탱크 내부로 인입될 수 있도록 다수의 통공이 형성된 탑플레이트가 설치됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 탑플레이트 저부에는 상기 딥핑탱크 내부로 인입된 원사의 진행 방향을 변경하여 원사가 상기 딥핑탱크에 수용되어 있는 탄소 용액에 침지되도록 하는 방향전환 롤러가 더 구비됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 딥핑탱크 내부에는 상기 코팅액의 저항값을 일정하게 유지하기 위하여, 상기 탄소 용액을 균일하게 배열하고 분산시키는 다수의 임펠러가 더 설치됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 탄소 용액의 건조를 막고 분산을 촉진하기 위하여, 상기 딥핑탱크의 외부 양측을 연결하는 순환관이 설치되고, 상기 탄소 용액이 상기 순환관을 통해 순환할 수 있도록 상기 순환관의 일측에 유압모터가 더 구비됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 딥핑탱크 내부에는 상기 탄소 용액의 건조를 막고 분산을 촉진하기 위한 에어 노즐이 더 구비됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  19. 제 5 항에 있어서,
    상기 노즐 유닛은,
    일측이 상기 탄소 용액 코팅장치의 탄소 용액에 침지되고, 상기 탄소 용액이 원사에 잘 흡수되도록 하기 위하여 상기 탄소 콜로이드 용액에 회전력을 통해 압력을 형성하며, 상하 압력차에 의하여 탄소 용액을 상방으로 견인하여 흡입하는 노즐 관;
    상기 노즐관과 결합되어 노즐관에서 1차적으로 상기 탄소 용액의 균일성과 접착성이 부여되면 2차적으로 탄소 용액의 균일성과 접착성을 더욱 강화하여 원하는 저항값을 결정하는 노즐;
    상기 노즐관의 외측에 고정되어 상기 노즐의 회전속도를 조절하는 기어 및
    상기 기어를 구동하는 구동모터; 를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 노즐관과 노즐은 다수개이며, 상기 다수의 노즐관과 노즐이 동일한 속도를 유지할 수 있도록 상기 다수의 기어는 하나의 구동모터에 의하여 구동됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 노즐관의 길이(L)와 내경(d)은 상기 탄소 용액과 접하는 하부에서 80 내지 100㎜와 2.0 내지 3.0㎜로 각각 제작되고, 상부에는 상기 노즐과 결합할 수 있도록 길이(L)와 내경(D")을 15 내지 25㎜와 3.0 내지 5.0㎜로 각각 제작하며, 상기 노즐관의 외경(D)은 8 내지 15㎜로 제작함으로써 1차적으로 탄소 용액의 균일성과 접착성이 부여되나, 상기 노즐관의 길이는 탄소액의 깊이에 따라 조절됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 노즐은 내부 직경이 대구경인 부분과 소구경인 부분으로 구분됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 대구경부에서 상기 노즐관을 통해 1차적으로 접착성과 균일성이 부여된 탄소 용액의 두께를 더욱 균일화하기 위하여 그 내경(d')을 1.0㎜ 내지는 1.5㎜로 제작하는 것이 바람직함을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 소구경부는 원하는 저항값을 결정하기 위하여 상기 탄소 용액의 두께를 최종결정하고, 상기 두께를 더욱 균일화하기 위하여 그 내경(d")을 0.4㎜ 내지는 1.0㎜로 제작하며, 그 길이(L")는 5㎜ 내지 30㎜로 제작하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 소구경부의 길이(L")를 5.0㎜로 일정하게 하고, 그 내경(d")은 0.6mm에서 0.75mm로 증가시키면, 상기 탄소 용액의 도포량은 150㎛에서 190㎛로 증가되고, 저항값은 130㏀/m에서 75㏀/m로 감소하며, 상기 저항값의 변화량이 감소함을 특징으 로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  26. 제 5 항에 있어서,
    상기 탄소 용액 건조장치는,
    외부와 단열재에 의하여 차단되는 건조실과,
    상기 건조실에 열원을 제공하는 열원공급장치와,
    상기 건조실에서 건조된 상기 코팅사의 진행 방향을 변경하는 방향전환 롤러와,
    상기 건조실 내부의 온도를 감지하는 온도센서를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 방향전환 롤러는, 상기 건조실에서 건조된 상기 코팅사의 진행 방향을 상방에서 하방으로 변환하는 제3방향 전환 롤러와, 상기 건조실에서 재차 건조된 상기 코팅사의 진행 방향을 하방에서 후방으로 변환하는 제4방향 전환 롤러로 구성됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 제3방향 전환 롤러 및 제4방향 전환 롤러 중 어느 하나에는 상기 코팅사의 이동속도를 원활하게 이동하기 위하여 상기 롤러를 구동하는 구동모터가 더 설치되며, 상기 코팅사의 이동속도는 코팅액의 건조조건에 따라 조절됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  29. 제 26 항에 있어서,
    상기 건조실은 상하 혹은 좌우로 길게 형성된 장방형의 구조로서, 그 크기는 생산되는 코팅사의 수량에 따라 달리 제작됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  30. 제 26 항에 있어서,
    상기 열원공급장치는, 건조한 열기를 방출하는 열풍기 혹은 고온의 적외선을 방출하는 열선판 중 어느 하나임을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  31. 제 26 항에 있어서,
    상기 건조실의 내부 온도는 100℃ 내지 170℃ 범위 내에서 조절됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  32. 제 6 항에 있어서,
    상기 저항 측정장치는, 상기 건조실로부터 0.5m 지점에서 0.5m 간격으로 설치함을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
  33. 제 7 항에 있어서,
    상기 코팅사 권치장치는, 상기 보빈에 권취되는 코팅사가 일정한 장력과 저항값을 유지하도록 상기 보빈은 상기 각각의 코팅사에 1대1로 대응되도록 설치됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조장치.
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