KR100767781B1 - 탄소섬유사 제조공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반섬유사를 탄소 콜로이드 용액에 딥핑하여 그 표면에 코팅층을 형성하는 통상적인 공정 이외에, 상기 코팅 공정에 앞서 다수개의 원사를 합사하는 공정과 합사된 원사에 장력을 부여하는 공정을 부가하며, 또한 상기 코팅 공정 후에 상기 코팅사를 상기 탄소 용액에 침지된 상태에서 회전하는 노즐의 내부를 통과시키는 공정을 부가하여 코팅층의 두께를 균일화하고 탄소 저항값의 변화를 최소화하는 탄소섬유사 제조공정에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명의 탄소섬유사 제조공정은, 원사에 장력을 부여하는 장력 조절공정과, 상기 원사 주위에 탄소 콜로이드 용액을 코팅하여 코팅사를 제작하는 탄소 용액 코팅공정과, 상기 탄소 용액에 회전력에 의한 압력차를 이용하여 코팅 두께를 균일화하는 코팅 두께 균일화 공정과, 균일하게 코팅된 탄소 용액을 건조하는 탄소 용액 건조공정과, 상기 코팅사의 저항을 측정 관리하는 저항 측정공정 및 상기 코팅사를 보빈에 감는 코팅사 권치공정을 포함하여 구성된다. 이와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 탄소섬유사의 발열효과를 높이며, 전기소비량을 최소화할 수 있게 된다.

섬유, 탄소, 저항, 노즐, 모터

Description

탄소섬유사 제조공정{A manufacturing process 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 탄소 용액 코팅장치의 구성을 나타내는 단면도.

도 4는 본 발명에 의한 탄소 용액 코팅장치의 구성을 나타내는 사시도.

도 5는 본 발명에 의한 노즐 유닛의 구성을 나타내는 분해사시도.

도 6은 본 발명에 의한 노즐관의 구성을 나타내는 단면도.

도 7은 본 발명에 의한 노즐의 구성을 나타내는 단면도.

도 8은 본 발명에 의한 노즐관과 노즐의 결합구성을 나타내는 단면도.

도 9는 본 발명에 의한 노즐 유닛이 회전하는 구성을 나타내는 사시도.

도 10은 본 발명에 의한 노즐의 길이 및 내경에 따른 저항값의 변화를 나타내는 표.

도 11은 본 발명에 의한 노즐의 길이에 따른 저항값의 변화를 나타내는 그래프.

도 12는 본 발명에 의한 노즐의 길이에 따른 유연성 및 접착성의 변화를 나 타내는 그래프.

**도면의 주요구성에 대한 부호의 설명**

110: 원사 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

본 발명은 탄소섬유사 제조노즐에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일반섬유사를 탄소 콜로이드 용액에 딥핑하여 그 표면에 코팅층을 형성하는 구성의 경우에는 상기 코팅층의 두께가 불균일하여 저항값의 변화가 큰 한계가 있기 때문에, 저항의 변화를 최소화하기 위하여 딥핑된 코팅사를 건조하기 전에 소정의 길이와 직경을 구비한 노즐을 통과시키고, 상기 노즐을 회전시킴으로써 상기 일반섬유사 표면에 코팅된 탄소 용액의 두께를 균일화하고, 일반섬유사 표면에 대한 점착력을 증가시키는 탄소섬유사 제조노즐을 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 향상시킬 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 같은 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 콜로이드 용액이 전체적으로 균일하고 일정하게 코팅되는 탄소섬유사 제조노즐을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 열전도성이 우수하고 전기저항이 일정한 탄소섬유사 제조노즐을 제공하는 것이다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 원사 주위에 탄소 콜로이드 용액을 코팅하여 코팅사를 제작하는 탄소 용액 코팅 장치에 있어서, 상기 원사가 통과할 수 있도록 소정 길이(L")와 직경(d")의 홈을 구비하는 노즐을 더 포함하고, 상기 노즐의 일측을 상기 탄소 용액에 침지시켜서 상기 탄소 용액이 원사에 잘 흡수되고, 그 두께가 일정하게 유지되도록 상기 노즐을 회전시키는 구성이다.

상기 노즐의 외주연에 기어가 결합되고, 상기 기어와 치합된 구동모터를 가동함으로써 상기 노즐을 회전시킨다.

본 발명은 탄소섬유사 제조공정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일반섬유사를 탄소 콜로이드 용액에 딥핑하여 그 표면에 코팅층을 형성하는 공정에다가, 상기 코팅사를 건조시키기 전에 소정의 길이와 직경을 구비한 노즐의 홈에 통과시키고, 상기 노즐을 회전시킴으로써, 상기 일반섬유사 표면에 코팅된 탄소 용액의 두께가 균일화되고, 일반섬유사 표면에 흡수력이 증진되어 임의로 코팅층이 벗겨지지 않는 탄소섬유사 제조공정을 제공하는 것이다.

상기 노즐의 내경(d")을 0.6㎜로 일정하게 유지하고, 길이를 5.0㎜, 10.0㎜ 그리고 30.0㎜로 점차 증가시켰을 때 탄소 콜로이드 용액의 두께는 150∼160㎛, 140∼150㎛ 그리고 140∼145㎛로 감소되며, 그 도포량의 변화폭은 10㎛에서 5㎛로 감소하며, 그로 인한 저항값은 100∼130㏀/m, 110∼120㏀/m 그리고 120∼125㏀/m로 증가되며, 그 저항값의 변화량은 30㏀/m, 10㏀/m 그리고 5㏀/m의 범위로 제한되어 최소화되는 것과 같이, 상기 노즐의 길이(L")가 증가할수록 탄소 콜로이드 용액의 코팅 두께의 균일성은 증가되고, 그 저항값의 변화폭은 감소한다.

원사의 표면에 탄소 용액이 코팅된 코팅사를 제조하는 장치에 있어서, 상기 원사 주위에 탄소 콜로이드 용액을 코팅하여 상기 코팅사를 제작하는 탄소 용액 코팅장치 및 상기 코팅사를 내부에 통과시키고, 상기 탄소 용액에 회전력을 부여하여 상기 탄소 용액의 코팅 두께를 균일화하는 노즐 유닛을 포함하여 구성된다.

상기 탄소 용액 코팅장치는, 상기 탄소 용액이 수용된 딥핑탱크와, 상기 원사의 진행방향을 변경하는 다수의 방향전환 롤러를 포함하여 구성된다.

상기 딥핑탱크의 상부에 설치되고, 상기 딥핑탱크로 입사되는 원사의 진행을 안내하기 위해 다수의 통공이 형성된 탑플레이트를 더 포함하여 구성된다.

상기 방향전환 롤러는 상기 딥핑탱크 내부로 인입된 원사의 진행 방향을 변경하여 원사가 상기 탄소 용액에 침지되도록 상기 탑플레이트 저부 양측에 설치된다.

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 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 포함한다.

상기 노즐관과 노즐은 다수개이며, 상기 다수의 노즐관과 노즐이 동일한 속도를 유지할 수 있도록 상기 다수의 기어는 하나의 구동모터에 의하여 구동된다.

상기 다수의 기어 중 적어도 어느 하나와 상기 구동 모터 사이에는 아이들 기어가 더 구비된다.

상기 노즐관의 길이(L)는 상기 탄소 용액의 깊이에 따라 조절가능하며, 상기 길이(L)는 상기 탄소 용액과 접하는 하부에서 50 내지 150㎜로 제작하고, 내경(d)은 2.0 내지 4.0㎜로 제작하며, 상부에는 상기 노즐과 결합할 수 있도록 길이(L)는 10 내지 30㎜로 제작하고, 내경(D")은 4.0 내지 6.0㎜로 각각 제작함으로써 1차적으로 탄소 용액의 균일성과 접착성이 부여된다.

상기 노즐관의 외경(D)은 9 내지 11㎜이고, 그 재질은 일반 금속이나 합금으로 제작된다.

상기 노즐은 내부 직경이 대구경인 부분과 소구경인 부분으로 구분된다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 탄소 콜로이드 용액이 전체적으로 균일하고 일정하게 코팅되는 탄소섬유사 제조공정을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 열전도성이 우수하고 전기저항이 일정한 탄소섬유사 제조공정을 제공하는 것이다.

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.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 탄소섬유사 제조노즐에 의하면 탄소섬유의 탄소 코팅층이 균일하게 되고, 저항값의 변화량이 최소화되는 이점이 있다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 탄소섬유사 제조노즐의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 탄소섬유사 제조노즐는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 다수의 원사(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)을 포함하여 구성된다.

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.

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)와, 다수의 비철금속과, 접착성 수지가 혼합된 용액을 사용한다.

상기 탑플레이트(230)는 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.

상기 노즐 유닛(400)은, 도 5에 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. 도 4에 도시된 바와 같이, 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 없으며, 따라서 다수의 노즐 (430)을 통해 형성되는 탄소 콜로이드 용액(210)의 도포량과 저항값에는 차이가 있지 않게 된다. 만약, 다수개의 구동모터(470)에 의하여 다수개의 노즐(430)이 각각 구동된다면, 각 구동모터(470)의 속도 차이에 따라 노즐(430)의 회전속도가 달라질 수 있는 문제점이 있기 때문에 본 실시예에서는 한 개의 구동모터(470)에 의하여 다수의 노즐(430)이 연계되어 구동된다.

도 6 및 도 9에 도시된 바와 같이 상기 노즐관(410)은 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 원사에 흡수되어 전체적으로 균일하게 도포될 수 있도록 소정 길이(L)와 내경(d)을 갖는 홈이 상하로 길게 형성되어 있다. 따라서, 코팅사(226)의 원활한 도포를 위하여 딥핑탱크(220)로부터 상기 노즐(430)까지 탄소 용액(210)을 공급하는 기능을 수행한다.

본 실시예에 의하면, 상기 노즐관의 길이(L)는 상기 탄소 용액의 깊이에 따라 조절가능하며, 따라서 상기 길이(L)는 상기 탄소 용액과 접하는 하부에서 50 내지 150㎜로 제작하고, 내경(d)은 2.0 내지 4.0㎜로 제작하며, 상부에는 상기 노즐과 결합할 수 있도록 길이(L)는 10 내지 30㎜로 제작하고, 내경(D")은 4.0 내지 6.0㎜로 각각 제작함으로써 1차적으로 탄소 용액의 균일성과 접착성이 부여되나, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 노즐관(410)의 내경(d)은 상기 탄소 콜로이드 용액(210)과 접하는 하부(412)에서 3.0㎜로 제작되고, 그 길이(L)는 100㎜로 제작하는 것이 더 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 가장 적합하다. 한편, 상기 노즐관(410)의 외경(D)은 9 내지 11㎜이고, 더 바람직하게는 10㎜이며, 그 재질은 일반 금속이나 합금으로 제작된다.

상기 노즐(430)은 도 10에 도시된 바와 같이 요구되는 저항값에 의하여 그 길이(L")와 내경(d")의 크기가 변화한다. 상기 노즐(430)은 내부 직경이 대구경인 부분(432)과 소구경인 부분(434)으로 구분된다. 상기 노즐(430)은 스테인레스, 텅스텐, 세라믹 등 내구성이 우수한 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 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 최종결정하고, 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 10에 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 없으며, 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 11에 도시된 바와 같이 그 저항값의 변화폭은 감소되고, 도 12에 도시된 바와 같이 유연성 및 접착성의 변화값이 감소하고 있음을 알 수 있다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 탄소섬유사 제조노즐의 작용을 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

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.

상기 코팅사(226)는 면상발열체의 경사 혹은 위사로 사용되는데, 면상발열체는 경사나 위사 중 어느 한쪽은 일반섬유사를 사용하고, 다른 한쪽은 탄소섬유사를 사용해서 직조되어 발열부(H)를 형성하며, 상기 발열부(H)의 양측에는 일반섬유사 대신에 도전사를 배열하여 탄소섬유사와 교차하는 도전부(E)를 형성하게 된다. 도전부(E)에 전원을 연결하여 전류를 통하게 하면, 저항을 갖는 탄소섬유사에서 발열이 있게 되는 것이다.

따라서, 탄소섬유사의 발열효율을 높이기 위하여 탄소섬유사의 코팅층 두께를 조절하는 다음 과정은 매우 중요하다.

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 붙어 노즐관(410) 내부에 탄소 용액(210)이 일부 충진되어 있을 수 있다.

전원을 인가하여 상기 구동모터(470)를 구동하게 되면, 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.

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.

먼저, 코팅사(226)는 회전하는 노즐관(410) 및 노즐(430)을 통과하면서 합사(110)와 탄소 용액(210)의 접착력, 탄소 용액(210)의 도포량의 정도 그리고 저항의 균일성이 결정된다.

즉, 길이(L)가 100㎜이고, 내경(d) 및 외경(D)이 각각 3.0㎜ 및 10㎜로 제작된 노즐관(410)을 통과하면서 탄소 용액(210)의 접착성 및 균일성이 1차적으로 결정되고, 길이(L')가 20㎜이고, 내경(d')이 1.0㎜ 내지 1.5㎜로 제작된 노즐(430)의 대구경부(432)를 통과하면서 탄소 용액(210)의 접착성 및 균일성이 2차적으로 결정되며, 길이(L")가 5㎜ 내지 30㎜이고, 내경(d")이 0.4㎜ 내지 1.0㎜로 제작된 노즐(430)의 소구경부(434)를 통과하면서 탄소 용액(210)의 접착성 및 균일성이 최종 결정된다.

특히, 탄소 용액(210)의 코팅 두께를 최종 결정하는 노즐(430)의 소구경부(434)의 길이(L")와 내경(d")의 크기에 따라 코팅사(226)의 도포량과 저항값이 변화되는 것을 설명한다.

노즐(430)의 소구경부(434)의 길이(L")를 5.0㎜로 일정하게 유지하고, 내경(d")의 크기를 0.6mm에서 0.75mm의 범위까지 점차 증가시켰을 때 탄소 콜로이드 용 액(210)의 두께는 150㎛에서 190㎛의 범위로 증가되며, 그로 인한 저항값은 130㏀/m에서 75㏀/m에 이르기까지 감소하면서 저항값의 변화량은 최소화된다.

또한, 소구경부(434)의 내경(d")을 0.6㎜로 일정하게 유지하고, 길이를 5.0㎜, 10.0㎜ 그리고 30.0㎜로 점차 증가시켰을 때 탄소 콜로이드 용액(210)의 두께는 150∼160㎛, 140∼150㎛ 그리고 140∼145㎛로 감소되며, 그 도포량의 변화폭은 10㎛에서 5㎛로 감소하며, 그로 인한 저항값은 100∼130㏀/m, 110∼120㏀/m 그리고 120∼125㏀/m로 증가되며, 그 저항값의 변화량은 30㏀/m, 10㏀/m 그리고 5㏀/m의 범위로 제한되어 최소화됨을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 폴리에스터사를 탄소 콜로이드 용액에 딥핑하여 그 표면에 코팅층을 형성하는 장치 외에 딥핑된 코팅사를 통과시키고 일측이 탄소 용액에 딥핑된 상태로 회전하는 노즐 장치를 더 부가함으로써 상기 원사에 대한 점착력을 높이고, 코팅층의 두께를 균일화하는 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, 일반섬유사의 표면에 탄소 콜로이드 용액이 균일하게 도포되고, 침투 력이 증진되어 표면 접착력이 향상되는 효과가 기대된다.

둘째, 열전도성이 우수하고 전기저항이 일정하게 유지되는 효과가 기대된다.

Claims (17)

1. 원사 주위에 탄소 콜로이드 용액을 코팅하여 코팅사를 제작하는 탄소 용액 코팅 장치에 있어서,

   상기 원사가 통과할 수 있도록 소정 길이(L")와 직경(d")의 홈을 구비하는 노즐을 더 포함하고,

   상기 노즐의 일측을 상기 탄소 용액에 침지시켜서 상기 탄소 용액이 원사에 잘 흡수되고, 그 두께가 일정하게 유지되도록 상기 노즐을 회전시키는 구성을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조노즐.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 노즐의 외주연에 기어가 결합되고, 상기 기어와 치합된 구동모터를 가동함으로써 상기 노즐을 회전시키는 것을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조노즐.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 노즐의 길이(L")를 5.0㎜로 일정하게 유지하고, 내경(d")의 크기를 0.6mm와 0.75mm의 범위에서 증가시킬 때, 탄소 용액의 두께는 150㎛에서 190㎛의 범위로 증가되며, 그로 인한 저항값은 130㏀/m에서 75㏀/m에 이르기까지 감소하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조노즐.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 노즐의 내경(d")을 0.6㎜로 일정하게 유지하고, 길이를 5.0㎜, 10.0㎜ 그리고 30.0㎜로 점차 증가시켰을 때 탄소 콜로이드 용액의 두께는 150∼160㎛, 140∼150㎛ 그리고 140∼145㎛로 감소되며, 그 도포량의 변화폭은 10㎛에서 5㎛로 감소하며, 그로 인한 저항값은 100∼130㏀/m, 110∼120㏀/m 그리고 120∼125㏀/m로 증가되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조노즐.
5. 탄소 용액 코팅장치를 이용하여 원사의 표면에 탄소 콜로이드 용액을 코팅하여 코팅사를 제조하는 장치에 있어서,

   상기 코팅사를 내부에 통과시키고, 상기 탄소 용액에 회전력을 부여하여 상기 탄소 용액의 코팅 두께를 균일화하는 노즐 유닛을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조노즐.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 탄소 용액 코팅장치는,

   상기 탄소 용액이 수용된 딥핑탱크와,

   상기 원사의 진행방향을 변경하는 다수의 방향전환 롤러를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조노즐.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 딥핑탱크의 상부에 설치되고, 상기 딥핑탱크로 입사되는 원사의 진행을 안내하기 위해 다수의 통공이 형성된 탑플레이트를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조노즐.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 방향전환 롤러는 상기 딥핑탱크 내부로 인입된 원사의 진행 방향을 변경하여 원사가 상기 탄소 용액에 침지되도록 상기 탑플레이트 저부 양측에 설치됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조노즐.
9. 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 제조노즐.
10. 제 9 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 제조노즐.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 다수의 기어 중 적어도 어느 하나와 상기 구동 모터 사이에는 아이들 기어가 더 구비됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조노즐.
12. 제 9 항에 있어서,

    상기 노즐관의 길이(L)는 상기 탄소 용액과 접하는 하부에서 50 내지 150㎜로 제작하고, 내경(d)은 2.0 내지 4.0㎜로 제작하며, 상부에는 상기 노즐과 결합할 수 있도록 길이(L)는 10 내지 30㎜로 제작하고, 내경(D")은 4.0 내지 6.0㎜로 각각 제작하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조노즐.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 노즐관의 외경(D)은 9 내지 11㎜이고, 그 재질은 일반 금속이나 합금으로 제작됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조노즐.
14. 제 9 항에 있어서,

    상기 노즐은 내부 직경이 대구경인 부분과 소구경인 부분으로 구분됨을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조노즐.
15. 제 14 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 것을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조노즐.
16. 제 14 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 제조노즐.
17. 제 14 항에 있어서,

    상기 소구경부의 길이(L")를 5.0㎜로 일정하게 하고, 그 내경(d")은 0.6mm에서 0.75mm로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유사 제조노즐.

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