KR101149358B1

KR101149358B1 - 전도성 복합체의 합성 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101149358B1
Application number: KR1020080114353A
Authority: KR
Inventors: 황호수; 조중근
Original assignee: 금호석유화학 주식회사
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2008-11-18
Publication date: 2012-05-30
Also published as: CN101740158B; JP2010120289A; US20100123274A1; US7862765B2; TWI397467B; TW201020095A; KR20100055567A; CN101740158A; JP4857432B2

Abstract

전기 전도성을 향상 시킬 수 있는 전도성 복합체의 합성 장치 및 방법이 제공된다. 전도성 복합체의 합성 장치의 일 양태는 본 발명의 전도성 복합체의 합성 장치의 일 양태(Aspect)는 상기 탄소나노튜브 및 고분자를 혼합되어 생성된 펠릿을 이용하여 사출 성형을 수행하는 사출 성형기, 및 상기 사출 성형 중에 용융된 펠릿에 전기장을 인가하여 사출 성형 제품인 복합체에 포함된 탄소나노튜브를 재배열시키는 전기장 형성부를 포함한다.

탄소 나노튜브, 전기 전도도, 표면 저항값

Description

전도성 복합체의 합성 장치 및 방법{An Apparatus for Compositing conducting composites and method thereof.}

본 발명은 전도성 복합체의 합성 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소 나노튜브 및 기타 물질을 합성하여 전기 전도성을 향상 시킬 수 있는 전도성 복합체의 합성 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 탄소 나노튜브(Carbon nano-tube)는 탄소원자 하나가 주위의 다른 탄소원자 3개와 결합을 하여 육각형 벌집무늬를 형성하면서 구성되는 바, 그 전기적, 열적, 기계적 특성이 종래의 소자에 비하여 우수하여 전계방출소자, 전기화학 및 에너지 저장, 초미세 메카트로닉스 시스템, 유기 및 무기 복합소재 등 다양한 산업분야에 응용되고 있다.

상기 탄소 나노튜브를 합성하는 방법으로는 레이저를 이용하여 금속과 흑연 가루를 일정 비율로 섞어 만든 시편을 기화시켜 합성하는 레이저 어블레이션(ablation)법, 직경이 다른 두 개의 탄소봉에 전압을 가하여 아크방전을 일으켜 합성하는 아크방전법(Arc discharge), 기체 상태의 원료가스를 반응로 안으로 주입하여 열이나 플라즈마에 의하여 탄소 나노튜브를 성장시키는 화학기상증착 법(Chemical vapor deposition; CVD), 액상 또는 기상의 탄화수소를 전이금속과 함께 가열된 반응관 안으로 공급하여 탄화수소를 분해시켜 기상상태에서 탄소 나노튜브를 생성하는 열분해법(Pyrolysis of hydrocarbon) 등이 있다.

상기와 같이 제조되는 탄소나노튜브는 도전성 물질로서, 고분자와의 복합화를 통해 전도성 복합체의 응용(정전기 분산, 전자파 차폐등)에 응용될 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 탄소나노튜브와 고분자를 혼합하여 사출 성형시에 생성되는 복합체에 포함된 탄소나노튜브의 방향성을 제어하여 성형된 복합체의 표면 저항을 낮추고 전기 전도도를 향상시킬 수 있는 복합체 합성 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

이와 함께, 사출 성형 시에 가해지는 전기장의 세기, 전기장의 방향등을 조절하여 탄소나노튜브의 정렬 방향을 조절함으로써, 복합체의 형상에 따른 전기 전도성을 제어할 수 있는 복합체 합성 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 전도성 복합체의 합성 장치의 일 양태(Aspect)는 상기 탄소나노튜브 및 고분자를 혼합되어 생성된 펠릿을 이용하여 사출 성형을 수행하는 사출 성형기; 및 상기 사출 성형 중에 용융된 펠릿에 전기장을 인가하여 사출 성형 제품인 복합체에 포함된 탄소나노튜브를 재배열시키는 전기장 형성부를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 전기장 형성 수단은 배출구에 설치되어 수직 방향의 전기장을 형성하는 전극판과, 상기 전극판에 전류를 인가하여 탄소나노튜브의 방향성을 제어하는 제어부로 구성함을 특징으로 한다.

또한, 상기 전극판을 성형되는 복합체의 형상에 대응하여 복수개를 배치하여 구성함을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 전기장 형성 수단은 배출구에 설치되어 전기장을 형성함과 아울러 복합체의 형상에 따라 다수개가 각각 설치되어 있는 다수의 전극판과, 상기 다수개의 전극판에 각각 상이한 전류를 인가하여 복합체의 형상 부분별로 각각 상이한 전기전도도를 형성하도록 구성된 제어부로 구성함을 특징으로 한다.

상술한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 전도성 복합체의 합성 방법의 일 양태(Aspect)는 탄소나노튜브와 고분자를 압출 성형하여 생성된 펠릿을 사출 성형기로 투입하여 사출 성형하는 단계; 및 상기 사출 성형단계에서 상기 사출 성형기를 통하여 성형되고 있는 사출 성형 제품인 복합체에 전기장을 인가하여 상기 탄소나노튜브를 재배열시키는 단계를 포함한다.

상술한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 전도성 복합체의 합성 방법의 다른 양태(Aspect)는 탄소나노튜브와 고분자를 압출기에서 압출 성형하여 펠릿으로 성형하는 단계; 상기 펠릿을 사출 성형기로 투입하여 사출 성형하는 단계; 및 상기 사출 성형시에 상기 사출 성형기의 배출구에서 성형되는 복합체의 형상에 대응하도록 방향과 세기가 조절된 전기장을 인가하여 상기 복합체의 탄소나노튜브를 상기 복합체의 각 부분별로 표면 저항값 및 전기 전도도를 다르게 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 탄소나노튜브와 고분자로 이루어지는 복합체가 사출 성형기에서 배출될 때 복합체에 소정 방향의 전기장을 인가하여 탄소나노튜브를 등방성으로 재배열되게 하여 전기 전도도를 높일 수 있다.

또한, 복합체에 소정 방향의 전기장을 인가하여 탄소나노튜브를 배열시켜 서로 접촉하게 함으로써 표면 저항을 감소시킬 수 있다.

이와 함께, 가해지는 전기장의 방향 및/또는 세기 등을 조절하여 복합체의 탄소나노튜브가 정렬되는 방향 등을 조절함으로써, 복합체의 형상에 적합한 전도성을 갖도록 할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으 로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

예를 들어, 탄소나노튜브는 도전성 물질로서, 고분자와의 복합화를 통해 전도성 복합체의 응용(정전기 분산, 전자파 차폐등)에 많이 사용될 수 있다. 탄소나노튜브와 고분자 물질을 합성하기 위해서는 탄소나노튜브와 폴리카보네이트를 균일하게 혼합하여 사출 성형에 의하여 제조될 수 있다.

도 5는 일반적인 전도성 복합체의 합성 시 사용되는 압출기 및 사출기를 이용한 합성 장치를 도시한 개략도이며, 도 6는 도5에서 탄소나노튜브와 고분자의 사출 시 일방향 정렬된 탄소나노튜브의 배열을 도시한 개략도이다. 도 7은 도 6에서 탄소나노튜브와 고분자의 복합체에서 사출 성형에 의해 일방향 정렬된 탄소나노튜브의 배열을 촬영한 이미지를 보여주는 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 압출과 사출 공정을 거치게 되는 바, 압출기(50)에 폴리카보네이트와 탄소나노튜브를 일정 비율로 투입함과 아울러 압출기에서 탄소나노튜브(CNT) 및 폴리카보네이트(PC)를 균일 혼합시키면서 압출을 한다.

압출기(50)에서 탄소나노튜브(CNT)와 폴리카보네이트(PC)가 압출되면 소정 형상의 펠릿(Pellet)으로 생성될 수 있다. 생성된 펠릿은 소정 형상의 입자 형태를 이루게 되고, 이를 다시 사출기(51)에 투입하게 되면 소정 형태의 제품으로 성형될 수 있다.

예를 들어, 사출 성형된 상기 폴리카보네이트(PC)와 탄소나노튜브(CNT)의 복합체는 전기전도도가 우수한 도전성 복합체로서, 상기와 같이 정전기 분산, 전자파 차폐등에 용도로 많이 사용될 수 있다. 상기 도전성 복합체에 포함되어 있는 탄소나노튜브(CNT)는 압출 성형 후 형성된 펠릿에서는 무질서하게 배열되어 있게 되지만, 사출 성형 시 사출 압력등에 의해 탄소 나노 튜브(CNT)가 일정 방향으로 정렬될 수 있다.

예를 들어, 도6 및 도7에서와 같이, 펠릿에 포함되어 있는 탄소나노튜브(CNT)가 사출 압력등과 같은 외부환경요인에 의해 일방향으로 정렬되면서 사출될 수 있다. 하지만, 탄소나노튜브와 고분자의 복합체를 사출 성형한 후 사출 성형된 복합체에서 탄소나노튜브가 일방향으로 정렬되고 이로 인해 탄소나노튜브간의 접촉이 끊어지면서 표면 저항이 증가될 수 있다. 이와 함께, 탄소나노튜브와 폴리카보네이트의 복합체에서 전기 전도도가 낮아지게 되어 도전성 복합체로서의 효율이 낮아질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 복합체의 합성 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 복합체의 합성 장치는 사출 성형기(100) 및 전기장 형성부(200)를 포함할 수 있다.

사출 성형기(100)는 탄소나노튜브(CNT)와 고분자를 압출하여 성형된 펠릿을 받아들여, 펠릿을 히터(130) 및 스크류(110)에 의하여 가열시켜 용융시킨다. 사출 성형기(100)는 스크류(110)를 회전시켜 펠릿을 스크류 배출구(140) 방향으로 피딩(Feeding)시킨다. 사출 성형기(100)는 용융된 펠릿을 피스톤(120)에 의한 높은 압력으로 배출구(140)를 통하여 분사하며, 분사된 용융 펠릿은 소정의 형상을 가지는 금형(150) 내로 주입된다(Inject). 따라서, 주입된 용융 펠릿은 금형(150) 내에 형성되어 있는 제품 형상의 캐비티(180)에 따라 소정 형상 및 크기로 응고되어 탄소나노튜브 및 고분자로 이루어지는 복합체를 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 용융 펠릿은 탄소나노튜브 및 고분자로 이루어지는 펠릿을 사출 성형기(100)의 스크류(110)에 주입하여 용융시켜 액체 상태의 펠릿 또는 금형(150)에 주입되어 고화되기 전의 상태를 의미하기로 한다.

전기장 형성부(200)는 용융 펠릿에 소정 형상의 복합체로 성형되는 과정에 전기장을 인가하는 역할을 한다. 전기장 형성부(200)는 용융 상태에서 응고 상태로 진행되는 펠릿에 전기장을 가하여 용융 펠릿에 포함되어 있는 탄소나노튜브의 방향성을 재배열시킬 수 있다. 예를 들어, 고분자가 폴리카보네이트(PC)인 경우에 탄소나노튜브 및 폴리카보네이트로 이루어지는 펠릿을 용융 시켜, 사출 성형을 하면서 용융 펠릿에 전기장을 인가함으로써 사출 성형시에 유동 및 압력에 의하여 방향성을 가지는 탄소나노튜브의 방향성(orientation)을 재배열시킬 수 있다. 일반적으로, 탄소나노튜브(CNT)가 무질서하게 배열되어 있으면 서로 접촉(Contact)되어 있기 때문에 전기 전도도가 높아짐과 아울러 표면저항이 낮은 상태를 유지하게 되고, 탄소나노튜브(CNT)가 일방향으로 배열되어 있으면 서로 접촉되지 않게 되어 전기전도도는 낮아짐과 아울러 표면저항이 높아지게 된다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 형성부(200)에 의하여 사출 성 형 시에 용융 펠릿에 전기장을 인가함으로써 탄소나노튜브의 방향성을 재배열시켜, 탄소나노튜브의 일방향으로의 방향성을 줄이고 상대적으로 등방성의 방향성을 가지도록 유도하여 전기 전도성을 높일 수 있다.

전기장 형성부(200)는 하나 이상의 전극판(210), 전극판(210)에 전류 또는 전압을 인가하여 탄소나노튜브의 방향성을 제어하는 제어부(220) 및 상기 전극판(210)에 전원을 인가하는 전원 공급부(230)를 포함할 수 있다.

전극판(210)은 용융 펠릿에 전기장을 제공하는 매개체 역할을 하는 한다. 전극판(210)은 사출 성형기(100)의 용융 펠릿을 금형(150) 내부로 분사시키는 배출구(140), 금형(150)의 게이트(185), 제품 형상을 갖는 캐비티(180) 상에 근접하게 장착될 수 있다. 여기서, 배출구(140)는 사출 성형기(100)의 스크류(110)에 의하여 용융 펠릿을 분사시키는 출구를 말하며, 게이트(185)는 금형(150)의 입구 역할을 하여 용융 펠릿이 유입되는 통로를 말하며, 캐비티(180)는 성형되는 제품의 형상에 따라 제작되며 용융 펠릿이 채워져 응고되는 부분을 말한다.

전극판(210)의 주위의 금속 물질과 절연을 위하여 절연체에 의하여 봉인될 수 있다. 예를 들어, 전극판(210)이 배출구(140) 또는 게이트(185) 상에 위치하는 경우에는 좁은 통로를 통해 빠르게 이동하는 용융 펠릿에 전기장을 인가한다. 전극판(210)이 금형(150) 내의 캐비티(180) 상에 위치하는 경우에, 상대적으로 큰 부피를 차지하는 캐비티(180)를 채우는 용융 펫릿에 넓은 범위로 전기장을 인가할 수 있다.

전극판(210)은 용융 펠릿에 가해지는 전기장의 방향 및 세기에 의하여 하나 이상으로 장착될 수 있다. 예를 들어, 전극판(210)이 배출구(140) 또는 게이트(185) 상에 위치하는 경우에는 상대적으로 강한 전기장을 인가시키며, 전극판(210)이 금형(150) 내의 캐비티(180) 상에 위치하는 경우에는 상대적으로 약한 전기장을 인가시킬 수 있다. 전극판(210)은 전기 전도도가 우수한 금속성 재질, 예를 들어 구리, 은 등의 재질로 제작될 수 있다.

제어부(220)는 전극판(210)에 인가되는 전기장의 세기를 조정한다. 예를 들어, 전극판(210)이 배출구(140) 또는 게이트(185) 상에 위치하는 경우에는 상대적으로 강한 전기장을 인가시키도록 전원공급부의 출력을 높일 수 있다. 제어부(220)는 전기장을 인가하여 용융 펠릿에 포함된 탄소나노튜브의 정렬 상태를 등방성 상태가 될 정도의 전류량(예를 들면, 사출시 가해지는 힘만큼에 해당되는 전류량)을 연산하여 인가시킬 수 있다. 예를 들어, 제어부(220)는 사출 성형시 용융 펠릿에 인가되는 사출 압력에 의해 탄소나노튜브가 일방향의 방향성을 가질 때에 용융 펠릿에 인가되는 압력 또는 힘을 전류량으로 계산하고, 계산된 전류량을 다시 용융 펠릿에 인가함으로써 탄소나노튜브의 방향성을 재배열시킬 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 복합체의 합성 장치에서 전극판을 복수개로 하여 전기장을 인가하는 전기장 형성부의 블럭도이다.

도 2를 참조하면, 금형(150) 내의 캐비티(180) 상에 용융 펠릿이 채워져 소정의 성형 제품이 성형될 수 있다. 사출 성형에 의한 제품은 복잡한 형상으로 제작될 수 있기에, 성형되는 제품의 부분 별로 성형 시에 가해지는 압력 및 유동에 의하여 탄소나노튜브의 방향성이 각각 달라질 수 있다.

따라서, 사출 성형에 의해 성형되는 복합체(190)의 형상에 따라 금형(150) 내에서의 복합체(190)의 형상에 따라 전극판(210)을 배치하여, 전기장의 세기, 방향 등을 조절할 수 있다. 따라서, 성형되는 복합체(190)의 형상에 따라 전기 전도도를 제어할 수 있고, 복합체(190)의 각 부분별로 서로 다른 전기장을 인가하여 각 부분에 알맞게 탄소나노튜브의 방향성을 재배열시킬 수 있다.

예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이 사출 성형되는 복합체(190)의 형상에 맞도록 복수개의 전극판(210)을 배열하고, 제어부(220)에서 각 전극판(210)에 인가되는 전류량을 조절하여 복합체(190)의 형상에 맞는 표면 저항값 및 전기 전도도를 제어할 수 있다.

보다 구체적으로는, 예를 들어 복합체(190)의 형상에서 윗면의 가운데 부분의 전기 전도도가 가장 높게 하고, 다른 부분들은 일정 비율로 전기 전도도를 감소시켜야 하면, 윗면의 가운데 부분에 위치된 전극판 및 나머지 전극판들의 전류량을 원하는 표면 저항값에 따라 각각 제어할 수 있다. 여기서, 표면 저항(Ohn/sq)은 전기 전도도(Electrical Conductivity: siemens/m)의 역수로 계산되는 것으로서, 표면 저항값이 낮아진다는 것은 전기 전도도가 높다는 것을 의미할 수 있다.

탄소나노튜브는 등방성 정렬 상태가 되면 탄소나노튜브들이 서로 접촉하게 되어, 탄소나노튜브의 상호 접촉에 의하여 표면 저항값이 감소될 수 있다. 따라서, 탄소나노튜브를 포함하는 복합체(190)의 전기 전도도는 높아질 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면 사출 성형 시에 용융 펠릿에 전기장을 인가하여 탄소나노튜브를 재배열시킴으로써 탄소나노튜브의 등방성의 성질이 증가되어 표면 저 항이 낮아지고, 전기 전도도가 향상된 복합체(190)를 얻을 수 있다. 전기전도도가 향상되면 탄소나노튜브와 고분자로 이루어지는 복합체에서 도전율이 향상되는 것이고 따라서 보다 효율이 우수한 도전성 복합체를 제조할 수 있게 되는 것이다.

한편, 탄소나노튜브에 전기장을 가하여 탄소나노튜브의 방향성을 재배열시키는 것에 대하여는 전계방출디스플레이(Field emission display: FED)나 액정디스플레이 백라이트(LCD-Back light unit)의 제조 시에 사용되는 스크린 프린팅 방법에서 사용되고 있다. 따라서, 탄소나노튜브에 전기장을 가하여 탄소나노튜브의 방향성을 재배열시키는 원리는 상세히 설명하지 아니한다.

도 3a은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 복합체 합성 장치에 의해 성형된 탄소나노튜브의 배열 상태를 개략적으로 보여주며, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 복합체 합성 장치에 의해 성형된 탄소나노튜브를 촬영한 이미지를 보여주는 도면이다.

도 3a을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 복합체 합성 장치에 의해 성형된 탄소나노튜브(310)들은 무질서하게 배치될 수 있다. 일반적인 사출 성형에 의하여 도 6의 탄소나노튜브(310)들은 일방향으로 배열되지만, 도 3a의 탄소나노튜브(310)들의 방향은 사출 성형 시에 전기장을 인가하여, 용융 펠릿에 포함되어 있는 탄소나노튜브(310)의 방향성을 재배열하여 무질서하게 할 수 있다.

도 3b를 참조하면, 실제적으로 탄소나노튜브에 전기장을 인가함으로써 탄소나노튜브가 무질서하게 배열됨을 알 수 있다. 실처럼 가늘게 보이는 탄소나노튜브가 서로 접촉된 상태를 유지하면서 무질서하게 배열됨을 확인할 수 있다.

도 4는 본 발명의 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 복합체 합성 방법을 보여주는 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 먼저 탄소나노튜브 및 고분자를 혼합하여 압출기를 통하여 펠릿을 생성한다(S410). 예를 들어, 고분자 재료로서 폴리카보네이터를 사용하는 경우 도5에 도시된 바와 같은 압출기(50)에 탄소나노튜브(CNT)와 폴리카보네이트(PC)를 투입한다. 탄소나노튜브 및 폴리카보네이트가 투입되면, 압출기(50)의 출구를 통하여 탄소나노튜브 및 폴리카보네이트의 혼합체가 공기중으로 압출되어 나오면서 냉각되고, 이를 소정의 크기로 잘라 펠릿을 형성할 수 있다.

생성된 펠릿을 사출 성형기에 투입하여 사출 성형을 수행한다(S420). 예를 들어, 탄소나노튜브와 고분자인 폴리카보네이트의 혼합물로 형성된 펠릿을 사출 성형기(100)로 투입하게 되면, 사출 성형기(100)는 일정 압력 및 온도로 가압, 가열하면서 스크류(110)를 통하여 용융 펠릿을 이동시켜, 금형 내로 주입하여 제품을 성형할 수 있다. 여기서, 용융 펠릿에 의해 성형되고 있는 제품을 탄소나노튜브 및 고분자의 복합체라 칭할 수 있다.

사출 성형 시에 이동 중이거나 응고되고 있는 용융 펠릿에 전기장을 인가하여 탄소나노튜브를 재배열시킨다(S430). 전기장의 인가는 전기장 형성부(200)에 의하여 용융 펠릿이 이동하는 경로 상의 배출구(140), 게이트(185) 또는 캐비티(180)에 인접하게 전극판(210)을 배치하여 구현할 수 있다.

전극판(210)을 통하여 전기장을 인가하여, 상기 용융 펠릿이 이동하는 경로 상에서 전기장에 의하여 용융 펠릿에 포함되어 있는 탄소나노튜브를 재배열시켜 도 3a에서와 같이 탄소나뉴튜브를 등방성의 방향성을 갖도록 유도할 수 있다.

이와 함께, 제어부(220)는 각각의 전극판(210)에 인가되는 전류량을 각각 제어하여 각 전극판(210)에서 형성되는 전기장의 크기, 방향등을 조절하도록 함으로써, 비교적 복잡한 형상으로 제조되는 성형품인 복합체(190)의 각 부분별로 표면 저항값 및 전기 전도도를 제어할 수 있다.

또한, 전극판(210)의 형상을 성형하는 복합체(190)의 형상에 대응되게 제작하여, 사출 성형되고 있는 복합체(190) 상에 전기장을 인가함으로써 복합체(190)의 전기 전도도 및 표면 저항값을 제어할 수도 있다.

상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면 탄소나노튜브 및 고분자로 이루어지는 용융 펠릿에 사출 성형을 하는 과정에서 전기장을 인가함으로써 탄소나노튜브의 방향성을 조절할 수 있다. 이로써, 성형되는 복합체의 전기 전도도를 향상시킬 수 있다. 이와 함께, 복합체의 각 부분별 전기 전도도 및 표면 저항 값을 조정하여, 도전성 복합체로 제품을 제작할 때 전자파 차폐, 정전기 분산등의 효과를 적절하게 조절할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 복합체의 합성 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 5는 일반적인 전도성 복합체의 합성 시 사용되는 압출기 및 사출성형기를 이용한 합성 장치를 도시한 개략도이다.

도 6는 도5에서 탄소나노튜브와 고분자의 사출 시 일방향 정렬된 고분자의 배열을 도시한 개략도이다.

도 7은 도 6에서 탄소나노튜브와 고분자의 복합체에서 사출 성형에 의해 일방향 정렬된 탄소나노튜브의 배열을 촬영한 이미지를 보여주는 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 설명*

50: 압출기 100: 사출 성형기

110: 스크류 120: 피스톤

130: 히터 140: 배출구

180: 캐비티 185: 게이트

200: 전기장 형성부 210: 전극판

220: 제어부 230: 전원 공급부

310: 탄소나노튜브

Claims

ⅰ) 탄소나노튜브 및 고분자가 혼합되어 생성된 펠릿을 이용하여 사출 성형을 수행하는 사출 성형기;

ⅱ) 상기 사출 성형 중에 용융된 펠릿에 전기장을 인가하여 사출 성형되는 전도성 복합체에 포함된 탄소나노튜브를 무질서하게 배열시키거나 재배열시키는 전극판; 및

ⅲ) 상기 전극판에 전류량을 조절하여 상기 탄소나노튜브를 재배열시키는 제어부;

로 이루어진 전도성 복합체의 합성 장치에 있어서,

상기 전극판은 용융 펠릿의 이동 경로 상인 사출 성형기의 배출구, 금형의 게이트 또는 금형의 캐비티에서 선택된 한 부분 이상에 근접하게 하나 이상의 복수개로 장착되고,

상기 제어부는 하나 이상의 복수개의 전극판에 동일하거나 서로 상이한 전류를 인가하여 전도성 복합체의 형상 부위 별로 서로 동일 또는 상이한 전기 전도도를 형성할 수 있도록 제어시킴

을 특징으로 하는 전도성 복합체의 합성 장치.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 복수개의 전극판은 상기 전도성 복합체의 형상에 대응되게 장착되고 부분별로 상이한 전류를 인가할 수 있도록 각각이 상호 절연됨을 특징으로 하는 전도성 복합체의 합성 장치.
ⅰ) 탄소나노튜브와 고분자를 압출 성형하여 생성된 펠릿을 사출 성형기로 투입하여 사출 성형하는 단계; 및

ⅱ) 상기 사출 성형단계에서 상기 사출 성형기를 통하여 성형되고 있는 사출 성형되는 전도성 복합체에 전기장을 인가하여 상기 탄소나노튜브를 재배열시키는 단계;로 이루어진 전도성 복합체의 합성 방법에 있어서,

상기 탄소나노튜브를 재배열시키는 단계는

이동 중인 용융 펠릿에 수직 방향의 전기장을 인가하여 전도성 복합체의 탄소나노튜브를 재배열시켜 등방성을 부여하는 단계; 또는

상기 복합체의 형상에 대응되게 배치되는 복수개의 전극판에 의하여 전도성 복합체의 형상에 따라 서로 다른 전기장을 인가함으로써 복합체의 전기 전도도를 제어하는 단계;

에서 선택된 1종 이상의 단계를 포함함을 특징으로 하는 전도성 복합체의 합성 방법.
삭제
제 8항에 있어서, 상기 등방성을 부여하는 단계는 상기 용융 펠릿을 금형의 내부로 분사시키는 상기 사출 성형기의 배출구 또는 상기 금형의 게이트 상에 장착되는 전극판에 전류를 인가하여 전기장을 형성하는 단계를 포함하는 전도성 복합체의 합성 방법.
삭제
삭제