KR101024169B1 - Chopped nanofiber, method of and apparatus for controlling the length of nanofiber and material using the chopped nanofiber - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나노파이버와 볼을 회전체에 혼합하여 회전시키는 과정에서 발생하는 기계적 충격에너지를 이용하여 나노파이버의 길이를 원하는 수준으로 제어하는 길이가 제어된 나노파이버, 그 제어방법 및 장치, 길이가 제어된 나노파이버를 이용한 복합소재에 관한 것이다.The present invention is a nanofiber controlled the length of the nanofiber to control the length of the nanofiber to a desired level by using the mechanical impact energy generated in the process of rotating the nanofiber and the ball in the rotating body, the control method and device, the length It relates to a composite material using a controlled nanofiber.

본 발명에 따른 나노파이버의 길이제어 방법은 냉각장치와 가스제어장치가 장착된 밀링장치에 나노파이버, 볼, 파쇄조물질을 장입하는 단계; 상기 각각의 첨가물을 저속으로 혼합하는 단계; 상기 혼합된 장입물들을 고속으로 회전시키면서 볼과 볼, 볼과 벽면에서의 충격에너지를 이용하여 나노파이버의 길이를 절단하는 단계; 및 체를 이용하여 길이가 제어된 나노파이버를 분리, 회수하는 단계를 포함한다. Method for controlling the length of a nanofiber according to the present invention comprises the steps of charging a nanofiber, ball, crushing tank material in a milling device equipped with a cooling device and a gas control device; Mixing each of the additives at low speed; Cutting the length of the nanofiber using impact energy at the ball and the ball, the ball and the wall while rotating the mixed contents at high speed; And separating and recovering the length-controlled nanofibers using a sieve.

본 발명의 나노파이버의 길이제어 방법에 따르면, 짧은 시간에 나노파이버의 길이가 절단되도록 함으로써 오랜 밀링시간으로 인한 나노파이버 전면에서의 결함 발생을 방지할 수 있게 된다.According to the length control method of the nanofiber of the present invention, by cutting the length of the nanofiber in a short time it is possible to prevent the occurrence of defects on the front surface of the nanofiber due to a long milling time.

나노파이버(Nanofibers), 탄소나노튜브(Carbon Nanotubes), 탄소나노파이버(Carbon Nanofibers), 합성(Synthesis), 길이제어된 나노파이버 (Chopped Nanofiber), 파쇄조물질(Crushing support material) Nanofibers, Carbon Nanotubes, Carbon Nanofibers, Synthesis, Chopped Nanofiber, Crushing Support Material

Description

길이가 제어된 나노파이버, 그 제어방법 및 장치, 길이가 제어된 나노파이버를 이용한 복합소재{Chopped nanofiber, method of and apparatus for controlling the length of nanofiber and material using the chopped nanofiber}Controlled length nanofibers, control method and device, composite material using controlled length nanofibers {Chopped nanofiber, method of and apparatus for controlling the length of nanofiber and material using the chopped nanofiber}

본 발명은 길이가 제어된 나노파이버, 그 제어방법 및 장치, 길이가 제어된 나노파이버를 이용한 복합소재에 관한 것으로서, 특히 나노파이버와 볼을 회전체에 혼합하여 회전시키는 과정에서 발생하는 기계적 충격에너지를 이용하여 나노파이버의 길이를 원하는 수준으로 제어하는 길이가 제어된 나노파이버, 그 제어방법 및 장치, 길이가 제어된 나노파이버를 이용한 복합소재에 관한 것이다.The present invention relates to a length-controlled nanofiber, a method and apparatus for controlling the same, and a composite material using a length-controlled nanofiber, in particular, mechanical impact energy generated in the process of mixing and rotating a nanofiber and a ball in a rotating body. It relates to a length-controlled nanofiber to control the length of the nanofibers to a desired level, the control method and device, a composite material using the length-controlled nanofiber.

나노파이버는 한 개의 탄소 원자가 인접한 탄소원자와 결합하여 육각형의 벌집구조를 가지고 있는 흑연재질의 탄소소재로서 탄소나노튜브의 경우 그 직경이 보통 수 내지 수십 나노미터 크기이며 길이는 수십 마이크로미터에 이르는 등 직경과 길이의 비가 10~10000이 될 정도로 그 차이가 매우 크고 내부가 비어 있는 길이가 긴 원통형의 탄소재료이다. 탄소나노파이버의 경우 탄소나노튜브에 비해 직경이 10배 이상으로 크며, 내부가 꽉 차있는 섬유상의 탄소소재이다. 이들 나노파이버는 길이가 길다는 점과 나노파이버 합성단계에서 엉킨 구조로 합성된다는 점 때문에 액체 상 및 고체상에서의 나노파이버 분산이 어렵기 때문에 나노파이버의 특성을 유지하면서 길이를 짧게 하려는 시도가 진행되고 있다. Nanofiber is a graphite carbon material in which a single carbon atom is bonded to an adjacent carbon atom and has a hexagonal honeycomb structure. In the case of carbon nanotubes, the diameter is usually several to several tens of nanometers in length and tens of micrometers in length. It is a long cylindrical carbon material with a very large difference in diameter and length ratio of 10 to 10,000. Carbon nanofibers are 10 times larger in diameter than carbon nanotubes and are fibrous carbon materials with a full interior. Because of their long length and their entangled structure in the nanofiber synthesis step, it is difficult to disperse nanofibers in the liquid and solid phases, so attempts are made to keep them short while maintaining the properties of the nanofibers. have.

이러한 나노파이버의 길이 제어와 관련한 선행기술로서는 "습식 밀링을 이용한 탄소나노구조체의 처리 방법 (대한민국 특허 출원 제10-2003-0039657호, 2003. 06. 19)", "전도성고분자를 이용한 전도성 잉크젯 잉크 제조 (대한민국 특허출원 제10-2004-009153호, 2004. 02. 11)", "전해작용을 이용한 탄소나노튜브의 길이제어장치 (대한민국 특허 등록 제10-0563251호, 2006. 03. 15)" 등이 있다.Prior art related to the control of the length of such nanofibers, "Method for treating carbon nanostructure using wet milling (Korean Patent Application No. 10-2003-0039657, 2003. 06. 19)", "Conductive inkjet ink using conductive polymer Manufacture (Korean Patent Application No. 10-2004-009153, 2004. 02. 11) "," Length control device of carbon nanotube using electrolytic action (Korean Patent Registration No. 10-0563251, 2006. 03. 15) " Etc.

습식 밀링을 이용한 탄소나노구조체의 처리 방법 (대한민국 특허출원 제10-2003-0039657호, 2003. 06. 19)은 탄소나노구조체를 밀링 용기 내에 볼(Ball) 및 산성 용액, 산화제 및/또는 표면처리제와 함께 넣고 일정 시간 동안 습식 밀링함으로써 정제, 표면처리 및/또는 길이제어를 수행한다. 그러나 이 방법은 탄소나노튜브의 정제 및 표면처리가 주목적으로서 탄소나노튜브의 표면에서의 산처리 및 볼에 의한 충격에너지가 동시에 작용함으로 인하여 탄소나노튜브가 길이 방향으로의 절단은 물론 폭 방향으로의 균열/파쇄가 일어나는 등 불균일한 입도의 탄소나노튜브가 얻어진다. 또한 원하지 않는 관능기의 부착, 습식처리로 인한 공정비용의 증가, 산에 의하여 촉매가 제거되기 때문에 촉매의 특성 제어를 통한 기능성 CNT 제조에는 한계가 있는 등의 문제점이 있다. 특히 습식밀링에서는 탄소나노튜브의 표면전체가 산과 반응하게 되며 여기에 기계적 충격에너지가 가해지게 되므로 전체적으로 표면결함이 많음과 동시에 특정의 길이로 절단하는데 있어서 어려움이 있다. The method for treating carbon nanostructures using wet milling (Korean Patent Application No. 10-2003-0039657, 2003. 06. 19) is a method of treating carbon nanostructures in a milling vessel with balls and acid solutions, oxidizing agents and / or surface treatment agents. Purification, surface treatment and / or length control are carried out by putting together and wet milling for a period of time. However, this method is mainly used for the purification and surface treatment of carbon nanotubes. The acid treatment and the impact energy of the ball act on the surface of the carbon nanotubes simultaneously, so that the carbon nanotubes are not only cut in the longitudinal direction but also in the width direction. Carbon nanotubes of non-uniform particle size are obtained, such as cracking / crushing. In addition, there is a problem in that functional CNT production through limiting the properties of the catalyst is limited because the catalyst is removed by the acid, the process cost is increased due to the attachment of unwanted functional groups, wet treatment. In particular, in wet milling, the entire surface of the carbon nanotubes reacts with an acid, and mechanical impact energy is applied thereto, so that there are many surface defects and difficulty in cutting to a specific length.

전해작용을 이용한 탄소나노튜브의 길이제어 장치 (대한민국 특허출원 제 10-0563251호, 2006. 03. 15)는 전해작용을 이용한 탄소나노튜브의 길이 제어 방법으로서, 탄소나노튜브를 전해용액과 반응시켜 원하는 길이로 절단하며, 이때 탄소나노튜브의 입력속도와 전류의 통전시간을 제어하여 원하는 길이의 탄소나노튜브를 제조하는 장치에 관한 것이다. 그러나 이 방법에서는 프로브에 탄소나노튜브를 접착하고 이를 길이방향으로 움직이는 과정에서 표면장력에 의하여 고정되어 있는 전해질 용액과 접촉시키면서 프로브에 전원을 공급하여 전해질과 접촉된 부위를 선택적으로 녹이는 방식으로서 공정이 복잡하고 제조원가가 비싸며 대량생산이 곤란하다는 문제점이 있다. A device for controlling the length of carbon nanotubes using electrolysis (Korean Patent Application No. 10-0563251, 2006. 03. 15) is a method for controlling the length of carbon nanotubes using electrolytic reaction. The present invention relates to an apparatus for manufacturing carbon nanotubes having a desired length by cutting to a desired length, and controlling the energization time of the input speed and current of the carbon nanotubes. In this method, however, the carbon nanotubes are attached to the probe and moved in the longitudinal direction to contact the electrolyte solution, which is fixed by surface tension, while supplying power to the probe to selectively dissolve the site in contact with the electrolyte. There is a problem that it is complicated, expensive to manufacture and difficult to mass produce.

엔피라드(N. Pierard, Chemical Physics Letter, 335, 2001, 1-8, Production of short CNT with open tips by ball milling) 등은 건식 볼밀링 방법을 이용하여 탄소나노튜브의 길이를 절단하는 방법을 보고하였는데, 구체적으로는 탄소나노튜브를 볼과 함께 유성볼 밀링 장치에 장입한 후 120시간 건식 볼밀하여 평균길이가 0.9 ㎛ 인 탄소나노튜브를 제조하였다. 그러나 이 방법에서는 냉각장치 및 가스제어장치를 장착할 수 없기 때문에 밀링장치 내부에서 발생하는 발열 및 이로 인한 탄소나노튜브의 품질 저하와 함께 생산성의 저하가 수반되는 등의 단점이 있다. 상세하게는 이 방법에서는 볼에 의한 에너지의 집중이 곤란하여 120시간 까지 밀링함에 따라 볼과 볼, 볼과 벽면의 충돌에 의하여 발생하는 높은 열(에너지)로 인하여 탄소나노튜브가 불균일하게 절단됨과 동시에 산화성 분위기로 인한 산화 현상이 발생하며, 특히 장시간의 밀링에 의한 과도한 접촉으로 인하여 탄소나노튜브의 전면에 결함이 발생하여 탄소나노튜브 고유의 특성이 약화되는 문제점이 있어 균질한 고품질의 탄소나노튜브를 얻기에는 한계가 있다. N. Pierard (Chemical Physics Letter, 335, 2001, 1-8, Production of short CNT with open tips by ball milling) reported how to cut the length of carbon nanotubes using dry ball milling. Specifically, the carbon nanotubes were charged to the planetary ball milling apparatus together with the balls, followed by dry ball milling for 120 hours to prepare carbon nanotubes having an average length of 0.9 μm. However, in this method, since the cooling device and the gas control device cannot be installed, there are disadvantages such as heat generation generated inside the milling device and the accompanying deterioration in productivity along with deterioration of the quality of the carbon nanotubes. Specifically, in this method, the concentration of energy by the ball is difficult, and as the milling up to 120 hours, the carbon nanotubes are unevenly cut due to the high heat (energy) generated by the collision between the ball and the ball and the wall. Oxidation phenomenon occurs due to an oxidizing atmosphere, and in particular, defects are generated on the front surface of the carbon nanotubes due to excessive contact by long time milling, and thus inherent characteristics of the carbon nanotubes are weakened. There is a limit to getting.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 종래의 습식밀링 및 건식밀링방법에서 가장 문제가 되었던 나노파이버의 불균일한 길이, 산화, 발열, 공정의 복잡성, 오랜 밀링시간 등의 문제를 해소할 수 있는 길이가 제어된 나노파이버, 그 제어방법 및 장치, 길이가 제어된 나노파이버를 이용한 복합소재를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, the object of the present invention is the non-uniform length of the nanofibers, which were the most problematic in the conventional wet milling and dry milling method, the complexity of the oxidation, heat generation, process To provide a composite material using a length-controlled nanofiber, a control method and apparatus thereof, and a length-controlled nanofiber to solve problems such as a long milling time.

또한 본 발명의 다른 목적은 건식 밀링 방식을 토대로 하여 여기에 밀링장치 내부에서의 발열을 해소할 수 있는 냉각장치와 밀링장치 내부의 가스분위기 및 압력을 제어할 수 있는 가스제어장치를 장착함과 동시에 파쇄조물질을 사용함에 따른 충격에너지의 집중으로 인하여 기존 대비 1/100 이하의 짧은 시간에 탄소나노튜브의 길이를 효과적으로 절단함과 동시에 고품질의 균질한 탄소나노튜브를 얻을 수 있는 길이가 제어된 나노파이버, 그 제어방법 및 장치, 길이가 제어된 나노파이버를 이용한 복합소재를 제공하는 것이다. In addition, another object of the present invention is based on a dry milling system equipped with a cooling device capable of releasing heat inside the milling apparatus and a gas control apparatus for controlling the gas atmosphere and pressure inside the milling apparatus. Due to the concentration of impact energy due to the use of a crushing tank material, the length of the nano-controlled nanometer can effectively cut the length of the carbon nanotubes in a short time of less than 1/100 of the time, and at the same time, obtain high quality homogeneous carbon nanotubes. It is to provide a composite material using a fiber, a method and device for controlling the same, and a nanofiber whose length is controlled.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 나노파이버의 길이제어 방법은 냉각장치와 가스제어장치가 장착된 밀링장치에 나노파이버, 볼, 파쇄조물질을 장입하는 단계; 상기 각각의 첨가물을 저속으로 혼합하는 단계; 상기 혼합된 장입물들을 고속으로 회전시키면서 볼과 볼, 볼과 벽면에서의 충격에너지를 이용하여 나노파이버의 길이를 절단하는 단계; 체를 이용하여 상기 길이가 제어된 나노파이버를 분리, 회수하는 단계를 포함하며, 상기 파쇄조물질은 입자상의 지르코니아(ZrO2), 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2)와 같은 세라믹 소재와 텅스텐(W), 티타늄(Ti)을 함유한 초경합금과 같은 금속소재 중의 하나 또는 2이상인 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the length control method of the nanofiber according to the present invention comprises the steps of charging the nanofiber, ball, crushing tank material in the milling device equipped with the cooling device and the gas control device; Mixing each of the additives at low speed; Cutting the length of the nanofiber using impact energy at the ball and the ball, the ball and the wall while rotating the mixed contents at high speed; And separating and recovering the length-controlled nanofiber using a sieve, wherein the crushing tank material is a ceramic material such as zirconia (ZrO 2), alumina (Al 2 O 3), silica (SiO 2) and tungsten (W). ), One or two or more of metal materials such as cemented carbide containing titanium (Ti).

또한 본 발명에 따른 나노파이버의 길이제어방법에 있어서, 상기 나노파이버는 탄소나노튜브 및 탄소나노파이버를 포함한 직경이 200nm 이하의 튜브 또는 파이버인 것을 특징으로 한다.In addition, in the nanofiber length control method according to the present invention, the nanofibers are characterized in that the tube or fiber having a diameter of 200nm or less including carbon nanotubes and carbon nanofibers.

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또한 본 발명에 따른 나노파이버의 길이제어방법에 있어서, 저속 혼합 단계는 불활성가스 분위기하에서 150 rpm 이하의 저속으로 1시간 이하로 회전시켜 혼합한다.In addition, in the method for controlling the length of a nanofiber according to the present invention, the low-speed mixing step is mixed by rotating at a low speed of 150 rpm or less at 1 hour or less in an inert gas atmosphere.

또한 본 발명에 따른 나노파이버의 길이제어방법에 있어서, 상기 고속 밀링단계는 롤 밀링(Roll Milling), 볼 밀링(Ball Milling), 어트리션밀링(Attrition milling), 유성볼밀링(Planetary milling), 제트밀링(Zet Milling), 스크루 혼합(Screw Mixing) 밀링법 중 선택되는 어느 하나의 기계적 밀링법인 것을 특징으로 한다.In addition, in the nanofiber length control method according to the present invention, the high speed milling step may be roll milling, ball milling, attrition milling, planetary milling, It is characterized in that any one of the mechanical milling method selected from Jet Milling, Screw Mixing milling method.

또한 본 발명에 따른 나노파이버의 길이제어방법에 있어서, 상기 고속 밀링단계는 밀링장치를 200 rpm 내지 500 rpm의 고속으로 1시간 이하로 회전시켜 나노 파이버의 길이를 제어한다.In the method of controlling the length of a nanofiber according to the present invention, the high speed milling step controls the length of the nanofiber by rotating the milling apparatus at a high speed of 200 rpm to 500 rpm for 1 hour or less.

또한 본 발명에 따른 나노파이버의 길이 제어방법에 있어서,상기 고속 밀링단계는 밀링장치를 400 rpm의 속도로 10분간 회전시켜 나노파이버의 길이를 1~3 ㎛로 제어한다.In the method for controlling the length of a nanofiber according to the present invention, the high speed milling step controls the length of the nanofiber to 1 to 3 μm by rotating the milling apparatus at a speed of 400 rpm for 10 minutes.

한편, 본 발명에 따른 길이가 제어된 나노파이버는 냉각장치와 가스제어장치가 장착된 밀링장치에 나노파이버, 볼, 파쇄조물질을 장입하는 단계; 상기 각각의 첨가물을 저속으로 혼합하는 단계; 상기 혼합된 장입물들을 고속으로 회전시키면서 볼과 볼, 볼과 벽면에서의 충격에너지를 이용하여 나노파이버의 길이를 절단하는 단계; 및 체를 이용하여 상기 길이가 제어된 나노파이버를 분리, 회수하는 단계를 거쳐 제조된다. On the other hand, the length-controlled nanofiber according to the present invention comprises the steps of charging the nanofiber, ball, crushing tank material in the milling device equipped with the cooling device and the gas control device; Mixing each of the additives at low speed; Cutting the length of the nanofiber using impact energy at the ball and the ball, the ball and the wall while rotating the mixed contents at high speed; And separating and recovering the length-controlled nanofibers using a sieve.

한편, 본 발명에 따른 길이가 제어된 나노파이버를 이용한 복합소재는, 냉각장치와 가스제어장치가 장착된 밀링장치에 나노파이버, 볼, 파쇄조물질을 장입하는 단계; 상기 각각의 첨가물을 저속으로 혼합하는 단계; 상기 혼합된 장입물들을 고속으로 회전시키면서 볼과 볼, 볼과 벽면에서의 충격에너지를 이용하여 나노파이버의 길이를 절단하는 단계; 및 체를 이용하여 상기 길이가 제어된 나노파이버를 분리, 회수하는 단계를 거쳐 제조된 길이가 제어된 나노파이버를 액상 및 고체상에 초음파(Ultrasonic), 롤 밀링(Roll Milling), 볼 밀링(Ball Milling), 제트밀링(Zet Milling), 스크루 혼합(Screw Mixing) 중의 어느 하나의 분산법에 의해 분산시켜 제조된다.On the other hand, the composite material using the nanofiber controlled length according to the present invention, the step of charging the nanofiber, ball, crushing tank material in the milling device equipped with the cooling device and the gas control device; Mixing each of the additives at low speed; Cutting the length of the nanofiber using impact energy at the ball and the ball, the ball and the wall while rotating the mixed contents at high speed; And separating and recovering the length-controlled nanofibers by using a sieve. Ultrasonic, roll milling, and ball milling of the length-controlled nanofibers in liquid and solid phases ), Jet milling, and screw mixing, which are prepared by dispersing by any one of dispersing methods.

한편, 본 발명에 따른 나노파이버의 길이제어장치는, 밀링장치의 지지부; 상 기 지지부의 하측에서 밀링장치의 벽체 외측을 둘러싸는 이중벽구조로 형성되며 냉매입출구부가 구비되는 하부 냉각장치; 상기 지지부의 상부에서 회전축의 외축을 둘러싸는 이중벽구조로 형성되며 냉매입출구부가 구비되는 상부 냉각장치; 가스입출구밸브 및 유량제어장치가 구비되며 상기 하부 냉각장치의 상면에 설치되는 가스제어장치를 포함한다.On the other hand, the length control device of the nanofiber according to the present invention, the support of the milling device; A lower cooling device formed in a double wall structure surrounding the outer wall of the milling apparatus at a lower side of the support and having a refrigerant inlet and outlet; An upper cooling device formed in a double wall structure surrounding an outer shaft of a rotating shaft at an upper portion of the support part, and having a refrigerant inlet and outlet; The gas inlet and outlet valve and the flow rate control device is provided and includes a gas control device installed on the upper surface of the lower cooling device.

이상과 같은 구성의 본 발명의 나노파이버의 길이제어 방법에 따르면, 나노파이버, 볼 이외에 파쇄조물질을 첨가하여 볼과 벽면에서 나노파이버가 부착되는 것을 방치하고, 나노파이버에 가해지는 충격에너지를 나노파이버의 한 점에 집중시킴으로써 짧은 시간에 나노파이버의 길이가 절단되도록 함으로써 오랜 밀링시간으로 인한 나노파이버 전면에서의 결함 발생을 방지할 수 있게 된다.According to the length control method of the nanofiber of the present invention having the above configuration, by adding a crushing tank material in addition to the nanofiber, the ball to leave the nanofiber attached to the ball and the wall, and the impact energy applied to the nanofiber By concentrating on one point of the fiber, the length of the nanofiber can be cut in a short time, thereby preventing the occurrence of defects on the front of the nanofiber due to the long milling time.

또한 본 발명에 따른 나노파이버의 길이제어 방법에 따르면, 파쇄조물질을 이용하여 나노파이버에 가해지는 충격에너지를 집중시킴으로써 짧은 시간에 균일한 길이로 제어된 나노파이버를 제조할 수 있으며, 단순한 공정, 고생산성, 저렴한 제조원가, 재현성의 확보가 용이하고 대량생산이 가능하다.In addition, according to the method for controlling the length of the nanofiber according to the present invention, by controlling the impact energy applied to the nanofiber using the crushing tank material, it is possible to manufacture a controlled nanofiber of uniform length in a short time, a simple process, It is easy to secure high productivity, low manufacturing cost and reproducibility, and mass production is possible.

또한 본 발명의 나노파이버의 길이제어 장치에 따르면, 밀링과정에서 볼과 볼, 볼과 벽면사이에서 발생하는 열을 해소하기 위한 연속식 냉각장치와 나노파이버의 파쇄과정에서의 산화를 방지하기 위한 가스분위기 및 압력을 제어하기 위한 가스제어장치 등을 장착하여 밀링챔버 내부에서 발생하는 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있음과 동시에 나노파이버 및 촉매의 산화를 방지할 수 있어 균일하면서도 고품질의 나노파이버를 제조할 수 있다. In addition, according to the length control device of the nanofiber of the present invention, a continuous cooling device for releasing the heat generated between the ball and the ball, the ball and the wall surface in the milling process and the gas for preventing oxidation in the crushing process of the nanofiber Equipped with a gas control device to control the atmosphere and pressure, it is possible to effectively cool the heat generated inside the milling chamber and to prevent oxidation of nanofibers and catalysts, thus producing uniform and high-quality nanofibers. have.

또한 본 발명에 따른 길이가 제어된 나노파이버를 사용하게 되면 기존의 나노파이버 대비 액체상 및 고체상 물질 내에서 분산성을 향상시킬 수 있어서 우수한 전기적 및 기계적 특성을 가지는 복합소재를 제조할 수 있기 때문에 산업적 적용 분야를 크게 확대할 수 있다.In addition, the use of the controlled nanofiber length according to the present invention can improve the dispersibility in the liquid and solid materials compared to the conventional nanofiber, so that the composite material having excellent electrical and mechanical properties can be manufactured in industrial applications The field can be greatly expanded.

또한 본 발명에 따른 길이가 제어된 나노파이버를 이용하여 복합소재를 제조하게 되면, 전기전도도의 향상 이외에 열전도도 및 기계적 특성이 동시에 향상되는 효과를 기대할 수 있다.In addition, when manufacturing a composite material using a nano-controlled length of the present invention, the effect of improving the thermal conductivity and mechanical properties in addition to the improvement of electrical conductivity can be expected.

이하에서 본 발명에 따른 길이가 제어된 나노파이버, 그 제어방법 및 장치, 길이가 제어된 나노파이버를 이용한 복합소재의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of a length-controlled nanofiber, a control method and apparatus thereof, a composite material using a length-controlled nanofiber according to the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명에 따른 나노파이버의 길이제어 방법의 공정을 설명하는 흐름도, 도 2는 본 발명에 따른 나노파이버의 길이제어 장치의 개념도이다.1 is a flowchart illustrating a process of a method for controlling a length of a nanofiber according to the present invention, and FIG. 2 is a conceptual diagram of an apparatus for controlling a length of a nanofiber according to the present invention.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 나노파이버의 길이제어방법은 냉각장치와 가스제어장치가 장착된 밀링장치에 나노파이버와 볼, 파쇄조물질을 장입하는 단계, 각각의 첨가물을 저속으로 혼합하는 단계, 혼합된 장입물들을 고속으로 회전시키면서 볼과 볼, 볼과 벽면에서의 충격에너지를 이용하여 나노파이버의 길이를 절단하는 단계, 체(Sieve)를 이용하여 길이가 제어된 나노파이버와 볼 을 분리 및 나노파이버를 회수하는 단계, 길이가 제어된 나노파이버를 다양한 종류의 고상 및 액상 물질에 혼합한 후 다양한 분산방법으로 분산시켜 전기적/기계적 특성을 구현하는 단계로 구성된다. 1 and 2, the nanofiber length control method according to the present invention comprises the steps of charging the nanofibers, balls, crushing tank material in a milling device equipped with a cooling device and a gas control device, each additive Mixing at low speed, cutting the length of the nanofiber using impact energy at the ball and the ball, the ball and the wall while rotating the mixed contents at high speed, and controlling the length using the sieve Separation of fibers and balls and recovery of the nanofibers, and mixing the length-controlled nanofibers into various kinds of solid and liquid materials and then dispersed by various dispersion methods to implement electrical and mechanical properties.

장입단계(111)에서 채택되는 나노파이버는 탄소나노튜브 및 탄소나노파이버를 포함한 직경이 200nm 이하의 튜브 또는 파이버가 대상이 될 수 있다. The nanofibers employed in the charging step 111 may be a tube or fiber having a diameter of 200 nm or less, including carbon nanotubes and carbon nanofibers.

또한 밀링공정에서 기계적 충격에너지를 부여하기 위한 볼은 스테인레스, 지르코니아와 같은 금속 및 세라믹 소재이다. In addition, the balls for imparting mechanical impact energy in the milling process are metal and ceramic materials such as stainless and zirconia.

파쇄조물질은 볼과 볼, 볼과 벽면에서의 나노파이버 부착을 방지함과 동시에 충격에너지를 집중시켜 짧은 시간에 균일한 나노파이버를 제조할 수 있게 하는 것으로서, 입자상의 지르코니아(ZrO2), 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2)와 같은 세라믹 소재와 텅스텐(W), 티타늄(Ti) 등을 함유한 초경합금과 같은 금속소재 중의 하나 2이상이 대상이 될 수 있다.The crushing tank material prevents the nanofiber adhesion from the ball and the ball, the ball and the wall, and at the same time concentrates the impact energy to produce a uniform nanofiber in a short time, and it is a particulate zirconia (ZrO2), Al2O3), a ceramic material such as silica (SiO2) and one or more of metal materials such as cemented carbide containing tungsten (W), titanium (Ti) and the like may be targeted.

장입이 완료되면 냉각장치와 산화방지장치가 부착된 밀링장치 내에서 질소가스를 충진한 불활성가스분위기하에서 150 rpm 이하의 저속으로 1시간 이하로 회전시켜 충분히 혼합하는 단계(113)를 거친다. When the charging is completed, the mixture is rotated at a low speed of 150 rpm or less at 1 hour or less under a nitrogen gas-filled inert gas atmosphere in a milling apparatus equipped with a cooling device and an antioxidant, and then sufficiently mixed (113).

고속 밀링단계(115)에서 채택되는 기계적인 밀링법은 롤 밀링(Roll Milling), 볼 밀링(Ball Milling), 어트리션밀링(Attrition milling), 유성볼밀링(Planetary milling), 제트밀링(Zet Milling), 스크루 혼합(Screw Mixing) 등과 같은 다양한 에너지를 이용한 밀링법 중 선택된 하나 이상을 포함하는 기계적 밀링법이다. 본 발명에서 나노파이버의 길이를 제어하기 위하여 기계적 충격에너지를 가하는 밀링시간은 나노파이버의 종류에 따라 다를 수 있다. 예컨대 순수한 탄소나노튜브 보다는 탄소나노파이버의 경우는 시간을 증가시키는 것이 바람직하다. The mechanical milling method adopted in the high speed milling step 115 is roll milling, ball milling, attrition milling, planetary milling, jet milling. ), A mechanical milling method including at least one selected from milling methods using various energies such as screw mixing. In the present invention, the milling time of applying mechanical impact energy to control the length of the nanofibers may vary depending on the type of nanofibers. For example, it is preferable to increase the time in the case of carbon nanofibers rather than pure carbon nanotubes.

고속 밀링단계(115)에서 상기 혼합체를 불활성분위기에서 냉각장치가 장착된 밀링장치를 200 rpm 이상의 고속으로 1시간 이하로 회전시켰을 때 발생하는 볼-볼, 볼-벽면과의 기계적 충격에너지를 이용하여 나노파이버의 길이를 제어하면서 균질화하게 되며, 바람직하게는 나노파이버의 길이를 5㎛이하로 제어한다.In the high-speed milling step 115, by using the mechanical impact energy of the ball-ball, ball-wall surface generated when the mixture is rotated to a milling device equipped with a cooling device in an inert atmosphere at a high speed of 200 rpm or more at less than 1 hour While controlling the length of the nanofiber is homogenized, preferably the length of the nanofiber is controlled to 5㎛ or less.

길이가 제어된 나노파이버는 진동스크린과 같이 물리적인 에너지를 가하여 입도별로 구분된 체(Sieve), 바람직하게는 직경 3 mm의 체(Sieve)를 이용하여 분리 및 회수하는 단계(117)를 거친다. The length-controlled nanofiber is subjected to separation and recovery using a sieve separated by particle size, preferably a sieve having a diameter of 3 mm, by applying physical energy such as a vibrating screen (117).

회수된 길이가 제어된 나노파이버는 초음파(Ultrasonic) 및 롤 밀링(Roll Milling), 볼 밀링(Ball Milling), 제트밀링(Zet Milling), 스크루 혼합(Screw Mixing) 등과 같은 분산법 중의 어느 하나에 의해 액상 및 고체상에 분산됨으로써, 전도성 소재를 제조하는 바, 길이가 제어된 나노파이버를 액체상 수지에 혼합 및 분산 후 초음파 및 3 롤 밀링(roll milling) 등과 같은 분산 방법을 사용하여 액상의 복합소재를 제조하거나, 길이가 제어된 나노파이버를 고체상의 금속, 고분자, 및 세라믹에 혼합, 분산시킨 후 다양한 성형공정으로 고상의 복합소재를 제조한다. 본 발명에 따른 길이가 제어된 나노파이버를 이용하여 전도성 소재를 제조하게 되면 나노파이버의 분산성이 향상됨에 따라 전기전도도의 향상 이외에 열전도도 및 기계적 특성이 향상된다.The recovered length-controlled nanofibers can be obtained by any one of dispersion methods such as ultrasonic and roll milling, ball milling, jet milling, screw mixing, and the like. By dispersing in the liquid and solid phase, a conductive material is produced. After mixing and dispersing the length-controlled nanofibers in the liquid resin, a liquid composite material is prepared using a dispersion method such as ultrasonic wave and 3 roll milling. Alternatively, the length-controlled nanofibers are mixed and dispersed in a solid metal, a polymer, and a ceramic, and then a solid composite material is manufactured by various molding processes. When the conductive material is manufactured using the controlled nanofiber length according to the present invention, as the dispersibility of the nanofiber is improved, thermal conductivity and mechanical properties are improved in addition to the electrical conductivity.

도 2는 본 발명에 따른 나노파이버의 길이제어 장치의 개념도로서 도시된 바 와 같이 본 발명에 따른 나노파이버의 길이제어 장치는 어트리션밀 지지부(121), 하부 냉각장치(123), 상부 냉각장치(124), 가스제어장치(125)를 포함하며, 스테인레스볼(127), 파쇄조물질(129), 나노파이버(131)가 장입된다.2 is a conceptual diagram of the length control device of the nanofiber according to the present invention, the length control device of the nanofiber according to the present invention is the attrition mill support 121, the lower cooling device 123, the upper cooling device 124, a gas control device 125, and a stainless ball 127, a crushing tank material 129, and a nanofiber 131 are loaded.

하부 냉각장치(123)는 밀링장치의 챔버 벽을 둘러싸는 이중 구조로 하여 연속적으로 냉각수가 흐를 수 있도록 하며, 상부 냉각장치(124)에 의해 회전축의 상단부에도 냉각수가 흐르도록 하여 밀링장치의 벽면과 회전축을 동시에 냉각시킨다. 이때 사용하는 냉매로는 기체, 액체상의 물질이 대상이 될 수 있다. The lower cooling device 123 has a double structure surrounding the chamber wall of the milling device to allow the cooling water to flow continuously, and the cooling water also flows to the upper end of the rotating shaft by the upper cooling device 124 and the wall surface of the milling device. Cool the rotating shaft simultaneously. At this time, the refrigerant used may be a gas or a liquid substance.

가스제어장치(125)는 어트리션밀 지지부(121)의 상부에 위치하며 주입구와 배출구에 밸브 및 유량제어장치 등을 장착하여 밀링장치 내부에 적절한 압력으로 불활성 및 환원, 산화와 같이 특정의 가스분위기가 유지될 수 있도록 한다. The gas control device 125 is located above the attrition mill supporter 121 and is equipped with a valve and a flow control device in the inlet and the outlet, so that the gas atmosphere is inert, reduced, and oxidized at an appropriate pressure in the milling device. To be maintained.

이때 사용하는 회전체의 종류로는 볼밀링 (Ball Milling), 제트밀링(Zet Milling), 어트리션밀링(Attrition Milling), 유성밀링(Planetary Milling)과 같이 볼의 회전력을 이용하는 밀링방법은 모두 대상이 될 수 있다. At this time, the types of rotating bodies used are ball milling, jet milling, attrition milling and planetary milling. This can be

이하에서 본 발명에 따른 길이가 제어된 나노파이버, 그 제어방법 및 장치, 길이가 제어된 나노파이버를 이용한 복합소재의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a composite material using a length-controlled nanofiber, a control method and apparatus thereof, and a length-controlled nanofiber according to the present invention will be described.

<실시예><Examples>

본 발명에 따른 나노파이버의 길이제어 방법을 통해 탄소나노튜브의 길이를 제어할 때 파쇄조물질 및 볼의 첨가 효과, 냉각장치 및 가스공급장치의 영향, 기계적인 에너지를 결정하는 밀링시간 및 회전수에 따른 탄소나노튜브의 성상 및 길이 변화를 표 1을 통하여 제시한다. Effect of addition of crushing tank material and balls, influence of cooling device and gas supply device, milling time and rotation speed to control the length of carbon nanotubes through the length control method of nanofiber according to the present invention Changes in the properties and length of carbon nanotubes are shown in Table 1.

표 1의 탄소나노튜브 성상에서 마크‘O’는 탄소나노튜브의 표면이 균일하지 못하고 불규칙하게 절단되었음을 의미한다. In the carbon nanotube properties of Table 1, the mark 'O' means that the surface of the carbon nanotubes is not uniform and is irregularly cut.

Figure 112010073831412-pat00007
Figure 112010073831412-pat00007

* 파쇄조물질 : O 첨가, X 미사용* Shredding material: O added, X not used

* 냉각장치 : O 냉각장치 가동, X 미가동* Chiller: O Chiller operation, X not running

* 분위기 : O 질소가스, X 대기* Atmosphere: O nitrogen gas, X atmosphere

* 탄소나노튜브 성상 : O 균일한 순도 및 표면, △ 중간, X 순도 및 표면 불량* Carbon nanotube properties: O uniform purity and surface, △ middle, X purity and surface defect

본 발명에 따른 탄소나노튜브 길이제어 방법은 우선 냉각장치와 가스제어장치가 장착된 어트리션밀(Attrition mill)에 스테인레스볼 15kg, 파쇄조물질인 실리카(Silica) 100g, 탄소나노튜브 100g을 순서대로 장입하고 질소분위기에서 5분간 150rpm으로 혼합시킨다. 충분히 혼합된 장입물을 400rpm으로 10~60분 동안 회전시켜 탄소나노튜브의 길이를 목적으로 하는 수준으로 제어한 후 직경 3mm 크기의 체를 이용하여 최종적으로 길이가 제어된 탄소나노튜브와 파쇄조물질을 분리 회수하게 된다.In the carbon nanotube length control method according to the present invention, first, a stainless steel ball 15kg, a crushing material of silica (Silica) 100g, and carbon nanotubes 100g in order to the Attrition Mill equipped with a cooling device and a gas control device Charge and mix at 150 rpm for 5 minutes in a nitrogen atmosphere. After fully charged contents are rotated at 400rpm for 10 ~ 60 minutes to control the length of carbon nanotubes to the desired level, carbon nanotubes and shredding materials of which length is finally controlled using a sieve having a diameter of 3mm Will be separated and recovered.

본 실시예에 있어서 파쇄조물질의 효과에 대해서는 첨가전과 비교하여 첨가하였을 때의 입도분포가 1~5 ㎛에서 1~3 ㎛로 좁아지고 탄소나노튜브의 표면이 찢어지거나 결함발생이 없이 파쇄 전과 유사한 성상을 나타내었다. 파쇄조물질은 탄소나노튜브가 볼과 벽면에 부착되는 것을 억제하여 탄소나노튜브에 가해지는 충격에너지를 한 지점으로 집중시켜 짧은 시간에 길이제어가 완료되도록 하는 역할을 한다.In the present embodiment, the effect of the crushing tank material was narrowed from 1 to 5 μm to 1 to 3 μm compared to before the addition, and the surface of the carbon nanotubes was similar to that before the crushing without tearing or defects. It was manifested. The crushing tank material prevents the carbon nanotubes from adhering to the ball and the wall and concentrates the impact energy applied to the carbon nanotubes to a point to complete the length control in a short time.

본 실시예에 따른 냉각장치의 효과에 있어서는 냉각장치의 가동 전에는 밀링과정에서 발생한 열로 인하여 탄소나노튜브 및 촉매가 산화되어 탄소나노튜브의 순도가 낮아짐과 동시에 표면이 불규칙하게 찢어지는 현상이 나타났으나 냉각장치의 가동 시에는 이러한 현상이 일어나지 않아 품질의 저하 없이 탄소나노튜브의 길이를 제어할 수 있음을 알 수 있었다. In the effect of the cooling apparatus according to the present embodiment, the carbon nanotubes and the catalyst were oxidized due to the heat generated during the milling process before the cooling apparatus was operated, and the purity of the carbon nanotubes was lowered and the surface was irregularly torn. It was found that this phenomenon does not occur when the cooling device is operated so that the length of the carbon nanotubes can be controlled without deterioration of quality.

본 실시예에 있어서 밀링챔버 내부의 공기를 질소로 치환시킨 후 밀링하는 동안 질소분위기로 계속 유지하였을 때에는 밀링과정에서 발생하는 열로 인한 탄소나노튜브의 산화 현상을 방지할 수 있었다. 그러나 냉각장치를 가동하지 않았을 때에는 탄소나노튜브를 회수하는 과정에서 대기에 노출되면서 일부 산화되는 현상이 나타난 것으로부터 냉각장치와 가스분위기 제어장치를 동시에 적용하여야 효율적으로 탄소나노튜브의 길이를 제어할 수 있음을 확인할 수 있었다. In this embodiment, when the air in the milling chamber was replaced with nitrogen and kept in the nitrogen atmosphere during milling, it was possible to prevent oxidation of carbon nanotubes due to heat generated during the milling process. However, when the cooling device is not operated, the carbon nanotubes are partially oxidized while being exposed to the atmosphere during the recovery of the carbon nanotubes. Therefore, the cooling device and the gas atmosphere control device must be applied at the same time to effectively control the length of the carbon nanotubes. It could be confirmed.

본 실시예에 있어서 회전수를 400rpm으로 고정한 상태에서 밀링시간을 10분, 30분, 60분으로 각각 변화시켜 탄소나노튜브에 가해지는 에너지의 영향에 따른 탄소나노튜브의 길이 변화를 조사한 결과, 밀링시간이 30분 이상에서는 탄소나노튜브의 길이가 500 nm 이하로 과도하게 파쇄됨과 동시에 탄소나노튜브의 표면에 심각한 결함이 발생되어 탄소나노튜브가 가지는 고유의 성상과 특성을 잃어버리게 되었다. 30분 이상의 밀링시간에서 얻어진 탄소나노튜브의 입도와 특성은 기존의 전도성 카본블랙과 유사한 수준이었다. 그러나 밀링시간이 10분일 경에는 1~3 ㎛의 길이를 갖는 표면이 깨끗한 탄소나노튜브를 얻을 수 있었다. In this embodiment, the milling time was changed to 10 minutes, 30 minutes, and 60 minutes while the rotation speed was fixed at 400 rpm, and the change in the length of the carbon nanotubes according to the influence of the energy applied to the carbon nanotubes was examined. If the time is longer than 30 minutes, the carbon nanotubes are excessively crushed to 500 nm or less, and serious defects are generated on the surfaces of the carbon nanotubes, thereby losing the inherent properties and characteristics of the carbon nanotubes. The particle size and characteristics of the carbon nanotubes obtained at the milling time of 30 minutes or more were similar to those of the conventional conductive carbon black. However, when the milling time is 10 minutes it was possible to obtain a clean carbon nanotube having a length of 1 ~ 3 ㎛.

에너지를 가하는 또 다른 방법인 회전수의 영향에 있어서, 밀링시간을 10분으로 고정한 상태에서 회전수를 200~500 rpm 범위로 변화시켰을 때 500rpm 에서는 과도한 에너지로 인하여 탄소나노튜브가 500 nm 이하로 과도하게 파쇄되었으며 200 rpm 에서는 거의 파쇄가 일어나지 않았다. 300 rpm 에서는 파쇄가 진행되기는 하였으나 에너지의 부족으로 인하여 목적으로 하는 수준까지는 제어되지 못한 반면 400 rpm에서는 1~3 ㎛ 길이를 갖는 탄소나노튜브를 얻을 수 있었다. In the effect of rotation speed, which is another method of applying energy, when the rotation speed was changed to the range of 200 to 500 rpm with the milling time fixed at 10 minutes, the carbon nanotubes were excessively below 500 nm due to excessive energy at 500 rpm. It was crushed very hardly and hardly crushed at 200 rpm. Although the crushing proceeded at 300 rpm, it could not be controlled to the desired level due to the lack of energy, while at 400 rpm, carbon nanotubes having a length of 1 to 3 ㎛ could be obtained.

탄소나노튜브의 길이를 제어함에 있어서 본 발명에 따른 나노파이버의 길이제어 방법을 적용하였을 때 길이가 1~3 ㎛인 고품질의 탄소나노튜브를 얻을 수 있었으며, 기타의 길이에 대해서는 해당 조건의 변화로 제어가 가능하다는 것이 표 1에서 확인되었다.In controlling the length of the carbon nanotubes, when the length control method of the nanofiber according to the present invention was applied, high-quality carbon nanotubes having a length of 1 to 3 µm were obtained, and for other lengths, according to the change of the corresponding conditions. It is confirmed in Table 1 that control is possible.

도 3은 표 1의 밀링시간의 변화에 따른 탄소나노튜브의 길이변화를 투과식전자현미경(TEM)을 이용하여 촬영한 사진으로서, 도시된 바와 같이 밀링시간이 30분 이상에서는 과도한 에너지로 인하여 목적으로 하는 크기 이하로 파쇄되었음을 알 수 있으며, 10분에서는 길이가 1~3㎛ 의 길이로 절단되었음을 알 수 있다. 즉 냉각효과, 가스분위기 효과, 파쇄조물질의 첨가, 시간 및 회전수 제어에 의한 적절한 에너지 투입량의 조절 등으로 인하여 길이가 제어된 고품질의 탄소나노튜브를 얻을 수 있었다. 3 is a photograph taken using a transmission electron microscope (TEM) of the change in the length of the carbon nanotubes according to the milling time of Table 1, as shown in the milling time 30 minutes or more due to excessive energy It can be seen that the crushed to less than the size to be, in 10 minutes the length was cut to a length of 1 ~ 3㎛. That is, high-quality carbon nanotubes with a controlled length were obtained due to the cooling effect, the gas atmosphere effect, the addition of the crushing tank material, and the adjustment of the appropriate energy input amount by controlling the time and the rotation speed.

도 4는 길이가 단계별로 제어된 탄소나노튜브의 결정성 및 결함여부를 확인하기 위하여 라만 스펙트럼(Raman Spectrum) 분석을 실시한 결과이다. 30분 이상 밀링하여 과도하게 파쇄된 탄소나노튜브에서는 D 피크 값이 높아진 것으로부터 밀링과정에서 결함이 많이 발생하였음을 알 수 있으며, 1~3 ㎛의 길이를 나타낸 10분 밀링의 경우에는 파쇄전의 탄소나노튜브의 경우와 비교하여 D 피크 값이 높아지기는 하였으나 전체적으로 값의 변화가 거의 없다는 점으로부터 파쇄로 인한 결함 발생이 미약하였음을 알 수 있다.Figure 4 is a result of the Raman spectrum analysis (Raman Spectrum) to determine the crystallinity and defects of the length-controlled carbon nanotube step by step. In the case of excessively crushed carbon nanotubes milled for 30 minutes or more, the D peak value was increased, indicating that many defects occurred during the milling process. In the case of 10-minute milling having a length of 1 to 3 μm, the carbon before crushing Compared to the case of the nanotubes, the D peak value was increased, but the overall change in the value showed little defects due to crushing.

도 5(a)는 종래의 나노파이버를 액체상 및 고체상 물질 내에 분산시켜 복합소재를 만들었을 때의 나노파이버의 분산상태를 나타낸 개념도, 도 5(b)는 본 발명에 따른 길이가 제어된 나노파이버를 액체상 및 고체상 물질 내에 분산시켜 복합소재를 제조하였을 때의 나노파이버 분산상태를 나타낸 개념도로서, 도시된 바와 같이 일반 탄소나노튜브의 경우에는 분산이 어렵기 때문에 적절하게 분산시키지 않으면 도 5(a)에서와 같이 엉킨 상태로 존재하게 되고 이럴 경우 전도성의 향상도 어렵지만 강도가 취약해지는 단점이 있어서 탄소나노튜브의 첨가효과를 상실하게 된다. 그러나 길이가 제어된 탄소나노튜브는 쉽게 분산시킬 수 있어서 목적으로 하는 전기전도도 및 기계적 특성을 구현할 수 있다. Figure 5 (a) is a conceptual diagram showing the dispersion state of the nanofiber when the conventional nanofibers are dispersed in liquid and solid materials to make a composite material, Figure 5 (b) is a nanofiber with a controlled length in accordance with the present invention Is a conceptual diagram showing the dispersion state of nanofibers when a composite material is prepared by dispersing in a liquid phase and a solid phase material. As shown in FIG. As it is in the tangled state as in this case, it is difficult to improve the conductivity, but the strength is weak, the carbon nanotube addition effect is lost. However, the controlled carbon nanotubes can be easily dispersed to achieve the desired electrical conductivity and mechanical properties.

도 1은 본 발명에 따른 나노파이버의 길이 제어방법의 흐름도.1 is a flow chart of a method for controlling the length of a nanofiber according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 나노파이버의 길이를 제어하는 장치의 개략 단면도. 2 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for controlling the length of a nanofiber according to the present invention.

도 3은 본 발명의 나노파이버 밀링시간에 따른 나노파이버의 길이 변화를 나타낸 사진.Figure 3 is a photograph showing the change in the length of the nanofiber according to the nanofiber milling time of the present invention.

도 4는 본 발명의 길이가 제어된 나노파이버의 Raman 분석결과 그래프도.Figure 4 is a graph of the Raman analysis of the length-controlled nanofiber of the present invention.

도 5 (a)는 종래의 나노파이버를 이용하여 복합소재를 만들었을 때의 나노파이버의 분산상태를 나타낸 개념도, 도 5(b)는 본 발명에 따른 길이가 제어된 나노파이버를 이용하여 복합소재를 제조하였을 때의 나노파이버 분산상태를 나타낸 개념도.Figure 5 (a) is a conceptual diagram showing the dispersion state of the nanofiber when the composite material is made using a conventional nanofiber, Figure 5 (b) is a composite material using a length-controlled nanofiber according to the present invention Conceptual diagram showing the state of nanofiber dispersion when prepared.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS

121 : 어트리션밀링장치 123 : 냉각장치121: Attrition milling device 123: Cooling device

125 : 가스제어장치 127 : 스텐레스 볼125: gas control device 127: stainless steel ball

129 : 파쇄조물질 131 : 나노파이버129: crushing tank material 131: nanofiber

Claims (10)

냉각장치와 가스제어장치가 장착된 밀링장치에 나노파이버, 볼, 파쇄조물질을 장입하는 단계(111);Inserting nanofibers, balls, and crushing tank materials into a milling apparatus equipped with a cooling device and a gas control device (111); 상기 각각의 첨가물을 저속으로 혼합하는 단계(113)Mixing each of the additives at low speed (113) 상기 혼합된 장입물들을 고속으로 회전시키면서 볼과 볼, 볼과 벽면에서의 충격에너지를 이용하여 나노파이버의 길이를 절단하는 단계(115); 및Cutting the length of the nanofiber by using impact energy at the ball and the ball, the ball and the wall while rotating the mixed contents at high speed (115); And 체를 이용하여 상기 길이가 제어된 나노파이버를 분리, 회수하는 단계를 포함하며, Separating and recovering the length-controlled nanofibers using a sieve, 상기 파쇄조물질은 입자상의 지르코니아(ZrO2), 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2)와 같은 세라믹 소재와 텅스텐(W), 티타늄(Ti)을 함유한 초경합금과 같은 금속소재 중의 하나 또는 2 이상인 것을 특징으로 하는 나노파이버의 길이제어방법.The crushing tank material is one or two or more of a ceramic material such as zirconia (ZrO 2), alumina (Al 2 O 3), silica (SiO 2), and a metal material such as tungsten (W) and a cemented carbide containing titanium (Ti). Length control method of nanofibers. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 나노파이버는 탄소나노튜브 및 탄소나노파이버를 포함한 직경이 200nm 이하의 튜브 또는 파이버인 것을 특징으로 하는 나노파이버의 길이제어방법.The nanofiber is a nanofiber length control method, characterized in that the tube or fiber of less than 200nm in diameter including carbon nanotubes and carbon nanofibers. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 저속 혼합 단계(113)는 불활성가스 분위기하에서 150 rpm 이하의 저속으로 1시간 이하로 회전시켜 혼합하는 단계인 것을 특징으로 하는 나노파이버의 길이제어방법.Slow mixing step 113 is a method for controlling the length of the nanofiber, characterized in that the step of mixing by rotating at a low speed of 150 rpm or less in 1 hour or less in an inert gas atmosphere. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 고속 밀링단계(115)는 롤 밀링(Roll Milling), 볼 밀링(Ball Milling), 어트리션밀링(Attrition milling), 유성볼밀링(Planetary milling), 제트밀링(Zet Milling), 스크루 혼합(Screw Mixing) 밀링법 중 선택되는 어느 하나의 기계적 밀링법인 것을 특징으로 하는 나노파이버의 길이제어방법.The high speed milling step 115 is roll milling, ball milling, attrition milling, planetary milling, jet milling, screw mixing. Mixing) The length control method of the nanofiber, characterized in that any one of the mechanical milling method selected from the milling method. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,The method according to claim 1 or 5, 상기 고속 밀링단계(115)는 밀링장치를 200 rpm 내지 500 rpm의 고속으로 1시간 이하로 회전시켜 나노파이버의 길이를 제어하는 것을 특징으로 하는 나노파이버의 길이제어방법.The high speed milling step 115 is to control the length of the nanofiber, characterized in that for controlling the length of the nanofiber by rotating the milling device at a high speed of 200 rpm to 500 rpm for less than one hour. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,The method according to claim 1 or 5, 상기 고속 밀링단계(115)는 밀링장치를 400 rpm의 속도로 10분간 회전시켜 나노파이버의 길이를 1~3 ㎛로 제어하는 것을 특징으로 하는 나노파이버의 길이제어방법.The high speed milling step 115 is to rotate the milling device at a speed of 400 rpm for 10 minutes to control the length of the nanofiber to 1 ~ 3 ㎛ nanofiber length control method. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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