KR100934386B1 - 탄소복합성형체 패널의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소복합성형체 패널의 제조방법에 관한 것으로, 100∼200 메쉬로 곱게 분쇄된 식물성탄화물질 80∼90 중량%와, 직경은 0.15㎛ 이고 길이는 3mm 인 탄소섬유 0.5∼1.5 중량%를 혼합기에 넣고 상온에서 혼합한 후 혼합기에 열을 가하여 식물성탄화물질의 온도가 140∼160℃가 되도록 가열한 다음 이어서 혼합기에 천연결합수지 9.5∼18.5 중량%를 넣고 혼합하여 식물성탄화물질 및 탄소섬유 전체에 천연결합수지 피막이 형성되게 하는 혼합공정;

상기 혼합공정에서 천연결합수지 피막이 형성된 식물성탄화물질 및 탄소섬유의 온도가 90∼100℃로 낮아진 상태에서 소량의 응고제를 혼합기에 넣고 혼합하여 상기한 응고제가 천연결합수지 피막이 형성된 식물성탄화물질 및 탄소섬유에 고르게 혼합되도록 한 후 자연 냉각시키는 냉각공정;

상기 냉각공정에서 덩어리 상태로 냉각된 혼합응고물을 분쇄기에서 잘게 분쇄한 다음 2mm 의 그물눈으로 형성된 그물망채를 이용하여 채질하여 직경 2mm 이하의 크기로 분쇄된 입자를 선별해내는 분쇄 및 선별공정;

상기 분쇄 및 선별공정에서 잘게 분쇄된 분쇄물을 180∼200℃의 온도로 가열된 압착금형에 넣고 8∼10Mpa 압력으로 열압착하여 식물성탄화물질 및 탄소섬유에 피막으로 부착되어 있던 천연결합수지가 점차 녹으면서 체적은 줄어들고 밀도는 높아지도록 열압착시간을 3∼5분 동안 유지시킨 후 압착금형에서 압착 성형된 탄소복합성형체 패널을 탈형하는 성형공정;

상기 성형공정에서 탈형된 탄소복합성형체 패널에 포함되어 있는 천연결합수지를 탄화시키기 위해 진공소성로에서 상온에서부터 600∼800℃의 고온이 될 때까지 30∼40시간 동안 계단식으로 가열한 다음 2∼5시간 동안 보온을 유지한 후 자연 냉각시키는 열처리공정;으로 구성된 것을 특징으로 하는 발명이다.

탄소복합성형체 패널, 식물성탄화물질, 탄소섬유, 천연결합수지, 응고제

Description

탄소복합성형체 패널의 제조방법{Carbon panel manufacturing process}

본 발명은 구들장이나 침대바닥재 또는 건물내장재 등으로 사용되는 탄소복합성형체 패널의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 식물성탄화물질을 주재로 하여 강도 및 경도가 우수하고 열전도성이 우수하며 상온에서 인체에 가장 유익한 원적외선 및 음이온을 방사하는 특성을 나타내는 탄소복합성형체 패널의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 목탄(숯)은 표면에 미세한 공극이 무수히 형성되어 있어 습기제거작용, 탈취작용, 먼지 등의 흡착작용, 산화방지작용 등의 기능을 가지고 있으며, 또한 원적외선 및 음이온을 발생시키는 기능과 전자파를 차폐하는 기능도 가지고 있는 것으로 알려져 있다.

그러나 목탄은 상기와 같은 여러 가지의 우수한 기능을 가지고 있는 반면에, 강도가 약하고 내마모성이 결여되어 있으며, 또한 숯가루가 묻어나는 현상이 나타나는 단점이 있어 바닥재, 내장재 등의 건축용 패널을 제조할 때 주재로 사용되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 목탄으로 이루어진 식물성탄화물질을 주원료로 하여 강도와 경도가 우수하고 내마모성이며 숯가루가 묻어나지 않고 상온에서 인체에 유익한 원적외선을 방사하며 열전도성이 우수하여 구들장이나 침대바닥재 및 타일이나 대리석 등과 같은 건물의 내장재로 사용할 수 있는 탄소 복합 성형체 패널을 제조할 수 있도록 하는 제조방법을 제공하는데 목적을 두고 발명한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

100∼200 메쉬로 곱게 분쇄된 식물성탄화물질 80∼90 중량%와, 직경은 0.15㎛ 이고 길이는 3mm 인 탄소섬유 0.5∼1.5 중량%를 혼합기에 넣고 상온에서 혼합한 후 혼합기에 열을 가하여 식물성탄화물질의 온도가 140∼160℃가 되도록 가열한 다음 이어서 혼합기에 천연결합수지 9.5∼18.5 중량%를 넣고 혼합하여 식물성탄화물질 및 탄소섬유 전체에 천연결합수지 피막이 형성되게 하는 혼합공정;

상기 혼합공정에서 천연결합수지 피막이 형성된 식물성탄화물질 및 탄소섬유의 온도가 90∼100℃로 낮아진 상태에서 소량의 응고제를 혼합기에 넣고 혼합하여 상기한 응고제가 천연결합수지 피막이 형성된 식물성탄화물질 및 탄소섬유에 고르게 혼합되도록 한 후 자연 냉각시키는 냉각공정;

상기 냉각공정에서 덩어리 상태로 냉각된 혼합응고물을 분쇄기에서 잘게 분쇄한 다음 2mm 의 그물눈으로 형성된 그물망채를 이용하여 채질하여 직경 2mm 이하의 크기로 분쇄된 입자를 선별해내는 분쇄 및 선별공정;

상기 분쇄 및 선별공정에서 잘게 분쇄된 분쇄물을 180∼200℃의 온도로 가열된 압착금형에 넣고 8∼10Mpa 압력으로 열압착하여 식물성탄화물질 및 탄소섬유에 피막으로 부착되어 있던 천연결합수지가 점차 녹으면서 체적은 줄어들고 밀도는 높아지도록 열압착시간을 3∼5분 동안 유지시킨 후 압착금형에서 압착 성형된 탄소복합성형체 패널을 탈형하는 성형공정;

상기 성형공정에서 탈형된 탄소복합성형체 패널에 포함되어 있는 천연결합수지를 탄화시키기 위해 진공소성로에서 상온에서부터 600∼800℃의 고온이 될 때까지 30∼40시간 동안 계단식으로 가열한 다음 2∼5시간 동안 보온을 유지한 후 자연 냉각시키는 열처리공정;

으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 혼합공정에서 식물성탄화물질에 혼합되는 탄소섬유는 글리세린이 포함된 상태로 혼합되는 것임을 특징으로 한다.

또한, 상기 열처리공정을 거친 탄소복합성형체는 표리면 전체를 깨끗이 청소된 상태에서 음이온 코팅층을 형성시키는 음이온 코팅공정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 식물성탄화물질을 주원료로 하여 제조된 탄소복합성형체는 강도와 경도가 우수하고 숯가루가 묻어나지 않으며, 원적외선을 인체에 가장 유익한 파장(4∼12㎛)으로 방사하게 되므로 구들장이나 침대 바닥재 및 건물의 내장재로 사용할 경우 인체의 건강증진에 많은 도움을 주는 효과가 있으며, 특히 불면증, 허리통증, 관절염, 좌골신경통, 혈액순환장애, 고혈압 등의 각종 질병 치료에 좋은 효과를 나타내며, 또한 살균효과와 냄새제거효과 및 공기정화효과를 나타낸다.

본 발명에 의한 탄소복합성형체 패널의 제조방법의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.

본 발명으로 제조된 탄소복합성형체 패널은 식물성탄화물질을 주원료로 하며, 여기에 탄소섬유를 소량 첨가하고 송진과 같은 천연결합수지로 혼합하여 제조되는 것으로, 이하 본 발명을 제조공정별로 설명하기로 한다.

< 혼합공정 >

100∼200 메쉬로 곱게 분쇄된 목탄으로 이루어진 식물성탄화물질 80∼90 중량%와, 직경은 0.15㎛ 이고 길이는 3mm 인 탄소섬유 0.5∼1.5 중량%를 혼합기에 넣고 상온에서 혼합하는데, 이때 상기한 소량의 탄소섬유를 식물성탄화물질에 잘 혼합되도록 하기 위해 탄소섬유에 글리세린(Glycerin)을 첨가한 상태에서 혼합하므로써 상기한 글리세린이 묻은 탄소섬유가 식물성탄화물질에 잘 섞이도록 하는 것이며, 상기한 식물성탄화물질에 탄소섬유가 고르게 혼합되었을 때에는 혼합기에 열을 가하여 식물성탄화물질 및 탄소섬유가 140∼160℃의 온도가 되도록 가열하고, 이어서 혼합기에 송진 등과 같은 천연결합수지 9.5∼18.5 중량%를 넣고 혼합하게 되면 상기한 천연결합수지가 녹으면서 식물성탄화물질 및 탄소섬유에 고르게 혼합되면서 곱게 분쇄된 식물성탄화물질 및 탄소섬유를 감싸 피막을 형성하게 된다.
한편, 상기에서 식물성탄화물질에 잘 혼합되도록 탄소섬유에 첨가되었던 글리세린은 상기 탄소섬유 및 식물성탄화물질을 140∼160℃의 고온으로 가열할 때 탄화되어 없어진다.

< 냉각공정 >

상기 혼합공정에서 식물성탄화물질 및 탄소섬유에 천연결합수지 피막이 형성되도록 혼합기를 가열하던 열을 차단하여 상기 혼합기에 들어있는 혼합물의 온도가 90∼100℃가 되도록 온도를 떨어뜨린 상태에서 소정 량의 응고제(Urotropine)를 투입하고 혼합하여 상기한 응고제가 천연결합수지 피막이 형성된 식물성탄화물질 및 탄소섬유에 고르게 분포되어 식물성탄화물질 및 탄소섬유를 응고시키게 되며, 이와 같이 응고된 혼합응고물을 혼합기에서 꺼내어 자연 냉각시킨다.

상기한 응고제는 식물성탄화물질 및 탄소섬유의 응고시간 단축하는 작용을 한 후 후술하는 열처리공정에서의 고온으로 가열될 때 승화하여 없어지는 것이므로 그 투입량에 대해서는 특별히 정하지 않더라도 무방하다.

< 분쇄 및 선별공정 >

상기 냉각공정에서 자연 냉각된 혼합응고물을 분쇄기를 이용하여 분쇄한 다음, 2mm 의 그물눈(그물코)이 형성되어 있는 그물망체를 이용하여 채질하여 직경 2mm 이하의 크기로 잘게 분쇄된 입자만을 선별한다.

상기와 같이 잘게 분쇄된 분쇄물에는 천연결합수지 피막이 부착되어 있다.

< 성형공정 >

상기 분쇄 및 선별공정에서 잘게 분쇄되어 선별된 분쇄물을 180∼200℃의 고온으로 가열된 압착금형에 넣고 8∼10Mpa의 압력으로 열압착하여 상기한 분쇄물 즉, 잘게 분쇄된 식물성탄화물질 및 탄소섬유에 피막으로 부착되어 있는 천연결합수지가 점차 녹게 되어(용융되어) 식물성탄화물질 및 탄소섬유의 전체적인 체적이 줄어들게 하는 반면에 밀도는 높아지는 상태가 되며, 이때의 열압착시간은 3∼5분 동안 유지된다.

또한 상기한 압착금형을 180∼200℃의 고온으로 가열하여 3∼5분 열압착되는 시간동안 식물성탄화물질 및 탄소섬유에 부착되어 있던 천연결합수지는 망상구조로 변환되어 식물성탄화물질 및 탄소섬유의 결합력이 향상된 탄소복합성형체 패널로 압착 성형되는 것이며, 이어서 압착금형에서 압착 성형된 탄소복합성형체 패널을 탈형하여 냉각시킨다.

한편, 압착금형에 투입된 식물성탄화물질 및 탄소섬유에는 전 공정인 냉각공정에서 투입된 소량의 응고제가 고르게 분포되어 있으므로 상기한 응고제의 응고작용으로 압착금형에서 압착 성형된 탄소복합성형체 패널이 빠르게 응고되므로 탈형시간을 단축시킬 수 있으며, 또한 탄소복합성형체 패널의 변형이 방지되는 것이다.

< 열처리공정 >

상기 성형공정의 압착금형에서 압착 성형된 탄소복합성형체 패널에는 식물성탄화물질 및 탄소섬유를 감싸고 있는 천연결합수지가 유기물 상태로 존재하고 있으 므로 이를 무기물로 탄화시키기 위해 상기 성형공정에서 압착 성형된 탄소복합성형체 패널를 진공소성로에 투입하여 상온에서부터 서서히 가열하여 600∼800℃까지 계단식으로 승온시키면서 30∼40시간 동안 가열하며, 이후 가열작동이 완료되는 시점에서는 최고 가열온도로 2∼5시간 동안 보온하여 탄소복합성형체 패널을 안정시킨 후 자연 냉각시킨다.

상기의 천연결합수지는 대략 400℃ 이상에서 탄화되어 탄소복합성형체에는 유기물은 존재하지 않게 되며, 천연결합수지가 변환된 탄소는 탄소복합성형체 패널의 결합강도을 향상시키는 작용을 하게 된다.

한편, 전 공정인 냉각공정에서 투입된 소량의 응고제는 통상 270℃의 고온에서 승화하므로 상기 열처리공정에서 탄소복합성형체 패널을 열처리하는 도중에 승화하여 없어진다.

< 음이온 코팅공정 >

상기 열처리공정을 거친 탄소복합성형체 패널은 성형공정에서 표리면이 매끄럽게 압착 성형된 상태지만 숯가루가 묻어날 우려가 있으므로 이를 방지하고, 나아가 원적외선과 함께 음이온도 방사할 수 있도록 하기 위해 음이온 코팅층을 형성시킨다.

상기 음이온 코팅층은 탄소복합성형체 패널의 표리면이 깨끗이 청소된 상태에서 이루어진다.

이상과 같은 공정으로 제조되는 본 발명의 탄소복합성형체 패널은 음이온 코팅층에 의해 숯가루가 묻어나지 않게 되어 안전하게 사용할 수 있으며, 상기 탄소복합성형체 패널은 식물성탄화물질, 탄소섬유로 제작되었으므로 낮은 온도에서도 인체에 유익한 파장(4∼12㎛)의 원적외선을 방사하게 되고, 또한 음이온 코팅층에서는 음이온이 방사되므로 상기 탄소복합성형체 패널이 사용된 실내에 거주하는 사람은 인체에 유익한 원적외선 및 음이온이 방사되는 분위기에서 생활하게 되므로 건강증진에 많은 도움을 받게 되며, 나아가 실내 공기를 위생적으로 정화하는 등의 효과를 나타낸다.

Claims (3)

100∼200 메쉬로 곱게 분쇄된 식물성탄화물질 80∼90 중량%와, 직경은 0.15㎛이고 길이는 3mm인 탄소섬유 0.5∼1.5 중량%를 혼합기에 넣고 상온에서 혼합한 후 혼합기에 열을 가하여 식물성탄화물질의 온도가 140∼160℃가 되도록 가열한 다음 혼합기에 천연결합수지 9.5∼18.5 중량%를 넣고 혼합하여 식물성탄화물질 및 탄소섬유 전체에 천연결합수지 피막이 형성되게 하는 혼합공정;

상기 혼합공정에서 천연결합수지 피막이 형성된 식물성탄화물질 및 탄소섬유의 온도가 90∼100℃로 낮아진 상태에서 응고제를 혼합기에 넣고 혼합하여 상기한 응고제가 천연결합수지 피막이 형성된 식물성탄화물질 및 탄소섬유에 고르게 혼합되도록 한 후 자연 냉각시키는 냉각공정;

상기 냉각공정에서 덩어리 상태로 냉각된 혼합응고물을 분쇄기에서 잘게 분쇄한 다음 2mm의 그물눈으로 형성된 그물망채를 이용하여 채질하여 직경 2mm 이하의 크기로 분쇄된 입자를 선별해내는 분쇄 및 선별공정;

상기 분쇄 및 선별공정에서 잘게 분쇄된 분쇄물을 180∼200℃의 온도로 가열된 압착금형에 넣고 8∼10Mpa 압력으로 열압착하여 식물성탄화물질 및 탄소섬유에 피막으로 부착되어 있던 천연결합수지가 점차 녹으면서 체적은 줄어들고 밀도는 높아지도록 열압착시간을 3∼5분 동안 유지시킨 후 압착금형에서 압착 성형된 탄소복합성형체 패널을 탈형하는 성형공정;

상기 성형공정에서 탈형된 탄소복합성형체 패널에 포함되어 있는 천연결합수지를 탄화시키기 위해 진공소성로에서 상온에서부터 600∼800℃의 고온이 될 때까지 30∼40시간 동안 계단식으로 가열한 다음 2∼5시간 동안 보온을 유지한 후 자연 냉각시키는 열처리공정;

으로 구성된 것을 특징으로 하는 탄소복합성형체 패널의 제조방법.

제 1 항에 있어서,

상기 혼합공정에서 탄소섬유에는 식물성탄화물질과 잘 혼합되도록 하기 위하여 글리세린이 포함된 상태에서 상기 식물성탄화물질에 혼합되는 것임을 특징으로 하는 탄소복합성형체 패널의 제조방법.

제 1 항에 있어서,

상기 열처리공정을 거친 탄소복합성형체는 표리면에 음이온 코팅층을 형성시키는 음이온 코팅공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소복합성형체 패널의 제조방법.