KR101277043B1 - 탄소섬유다발의 분리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄소섬유다발의 분리 방법에 관한 것이다. 본 발명의 탄소섬유다발의 분리 방법은 탄소섬유 다발을 소정 길이로 재단하는 단계 ; 재단된 탄소섬유 다발을 편평하게 가공하는 단계; 상기 가공된 탄소섬유 다발을 단위 섬유 분리기를 이용하여 단위 탄소섬유 다발로 분할하는 단계;를 포함한다. 본 발명의 탄소섬유다발의 분리 방법 및 이에 의해 제조된 탄소섬유망에 의하면, 탄소섬유다발에서 뭉쳐져있는 다수개의 탄소섬유 가닥을 분리할 수 있다. 또한 분리된 탄소섬유 가닥을 이용하여 고강도, 경량의 탄소섬유망을 제조할 수 있다. 또한 탄소섬유망은 전도성이 뛰어나므로 전류를 공급하여 모기장 또는 방충망등으로 활용하여 해충의 침입을 방지할 수 있다.

Description

탄소섬유다발의 분리 방법{SEPERATING METHOD OF CARBON FIBER BUNDLE}
본 발명은 탄소섬유다발의 분리 방법 및 이에 의해 제조된 탄소섬유망에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소섬유다발에서 탄소섬유 가닥을 분리하기 위한 탄소섬유다발의 분리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 탄소 섬유는 적어도 92% 이상의 탄소로 이루어진 섬유를 칭하는 것으로서, 항공, 레저, 자동차, 조선, 특수산업에 고강도/ 고탄성의 경량화 소재로 활용되고 있다. 탄소 섬유는 적어도 90% 이상의 탄소로 이루어진 섬유를 칭하는 것으로서, 제조방법 및 출원원료에 따라 폴리아크릴로니트릴계(PAN:polyacrylonitrile), 핏치계(Pitch), 레이온계(Rayon) 탄소섬유로 구별되어진다. 특히 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유는 높은 인장강도 및 전단 강도를 지닌 고기능성 충전재로서 우주 및 항공분야에 소비되어 왔으며, 핏치계의 경우 값싼 범용성 탄소섬유로서 많은 기능성을 내포하고 있다. 탄소섬유의 대표적인 특성은 가볍고 강하며 높은 탄성율을 갖는다. 탄소섬유는 강철에 비해 1/5로 가볍고, 10배 정도 강도 세다.
탄소섬유의 제조방법은 전구체로서 레이온, 핏치 또는 폴리아크릴로니트릴을 중합 방사하여 섬유를 제조하고, 이 전구체 섬유를 열처리하여 얻는 것이 일반적이다. 여기서 열처리 과정을 간략하게 설명하면 다음과 같다. 전구체 섬유는 공기 분위기에서 200 ~ 300 ℃의 온도로 산화시키는 안정화단계를 거치게 된다. 산화 안정화는 전구체 섬유가 탄화과정에서 융착되거나 분해되지 않도록 분자 간에 가교결합을 시켜주는데 목적이 있다. 안정화 단계를 거친 전구체 섬유는 불활성 분위기에서 1,000~1,500℃ 열처리해주는 탄화 단계 및 2,500~3,000℃에서 열처리해주는 흑연화 단계를 거쳐 탄소섬유를 제조하게 된다.
이렇게 제조된 탄소섬유는 고강도/ 고탄성의 경량화 소재로 열전도성도 뛰어나므로 다양한 분야에서 활용되고 있다.
본 발명의 목적은 탄소섬유 다발로부터 다수 개의 단위 섬유탄소를 분할하고, 분할된 탄소섬유를 이용하여 탄소섬유망을 제조하기 위한 탄소섬유다발의 분리 방법을 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 탄소섬유다발의 분리 방법 및 이에 의해 제조된 탄소섬유망에 관한 것이다. 본 발명의 탄소섬유다발의 분리 방법은 탄소섬유 다발을 소정 길이로 재단하는 단계 ; 재단된 탄소섬유 다발을 편평하게 가공하는 단계; 상기 가공된 탄소섬유 다발을 단위 섬유 분리기를 이용하여 단위 탄소섬유 다발로 분할하는 단계;를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 탄소섬유 다발을 가공하는 단계는 재단된 탄소섬유 다발을 평활용 롤러를 이용하여 1차 평활 가공 처리하는 단계; 및 1차 가공된 단위 탄소섬유 다발을 고평활 장치를 이용하여 2차 평활 가공 처리하는 단계;를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 1차 평활 가공처리 단계에서 상기 평활용 롤러는 상부 롤러와 하부 롤러로 구성되고, 상기 상부 롤러와 상기 하부 롤러 사이로 재단된 탄소섬유 다발이 이동되면서 가공처리된다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2차 평활 가공처리 단계에서 상기 고평활 장치는 상부 평활장치와 하부 평활장치로 구성되고, 상기 상부 평활장치와 상기 하부 평활장치 사이로 1차 가공된 탄소섬유 다발이 이동되면서 가공처리된다.
일 실시예에 있어서, 상기 상부 평활장치와 상기 하부 평활장치 사이의 간격이 점점 좁아지도록 설치되어 1차 가공된 탄소섬유 다발에 비해 2차 가공된 탄소섬유 다발이 더 편평하게 형성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 분할 단계에서 상기 단위 섬유 분리기는 병렬로 배열된 다수 개의 분리침으로 구성되고, 상기 분리침에 의해 상기 탄소섬유 다발의 탄소섬유 가닥들이 분리된다.
삭제
본 발명의 탄소섬유다발의 분리 방법 및 이에 의해 제조된 탄소섬유망에 의하면, 탄소섬유다발에서 뭉쳐져있는 다수개의 탄소섬유 가닥을 분리할 수 있다. 또한 분리된 탄소섬유 가닥을 이용하여 고강도, 경량의 탄소섬유망을 제조할 수 있다. 또한 탄소섬유망은 전도성이 뛰어나므로 전류를 공급하여 모기장 또는 방충망등으로 활용하여 해충의 침입을 방지할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소섬유다발의 분리 방법에 의해 탄소섬유 가닥을 분리하는 과정을 도시한 도면이다.
도 3은 단위 섬유 분리기를 이용하여 탄소섬유 가닥을 분리한 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 분리된 탄소섬유 가닥을 이용하여 직조된 탄소섬유망을 도시한 도면이다.
도 5는 액자형 프레임에 구비된 탄소섬유망을 도시한 도면이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소섬유다발의 분리 방법에 의해 탄소섬유 가닥을 분리하는 과정을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 탄소섬유다발 분리 방법은 다수 개의 탄소섬유가닥(112)으로 구성된 탄소섬유 다발(110)을 1, 2차 평활 가공 처리하여 탄소섬유 다발에서 탄소섬유 가닥을 분리한다.
탄소섬유다발(110)을 분리하는 과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 다수 개의 탄소섬유 가닥(112)이 권선된 탄소섬유롤(100)에서 탄소섬유 다발(110)을 일정 길이로 재단한다. 재단된 탄소섬유 다발(130)에는 다수 개의 재단된 탄소섬유 가닥(132)이 뭉쳐진 형태로 포함된다(S100).
재단된 탄소섬유 가닥(132)은 평활용 롤러(200)를 이용하여 1차 평활 가공 처리를 한다. 평활용 롤러(200)는 상부 롤러(210)와, 상부 롤러(210)와 소정의 간격으로 이격되어 설치되는 하부 롤러(220)로 구성된다. 재단된 탄소섬유 다발(130)은 제1 이송수단(310)을 통해 평활용 롤러(200)로 이송된다. 이때 평활용 롤러(200)의 상부 롤러(210)와 하부 롤러(220)의 회전에 의해 재단된 탄소섬유 다발(130)이 상부 롤러(210)와 하부 롤러(220) 사이를 통과하면서 1차적으로 편평하게 가공된다. 1차로 가공된 1차 가공 탄소섬유 다발(140)은 제2 이송수단(320)으로 제공된다. 본 발명에서 사용된 제1, 2 이송수단(310, 420)은 각각 제1, 2 이송롤러(312, 322)와 벨트(314, 324)로 구성되어 재단된 탄소섬유 다발(130)과 1차 가공 탄소섬유 다발(140)을 이송한다. 1차 가공 탄소섬유다발(140)은 양단에 고정테이프(160)를 부착하여 고정한다(S200).
1차 평활 처리된 1차 가공 탄소섬유다발(140)은 고평활 장치(350)를 통해 2차적으로 평활 가공 처리된다. 고평활 장치(350)는 1차로 가공된 1차 가공 탄소섬유다발(140)의 탄소 섬유 가닥을 2차적으로 편평하게 가공한다. 고평활 장치(350)는 상부 평활장치(352)와 하부 평활장치(354)로 구성된다. 상부 평활장치(352)와 하부 평활장치(354)는 소정 간격 이격되어 설치된다. 즉, 상부 평활장치(352)와 하부 평활장치(354) 사이 간격으로 1차 가공 탄소섬유다발(140)이 통과하면서 2차 가공 탄소섬유다발(150)로 2차적으로 편평하게 가공된다. 상부 평활장치(352)와 하부 평활장치(354) 사이의 간격은 1차 가공 탄소섬유다발(140)이 입력되는 부분이 2차 가공 탄소섬유다발(150)로 출력되는 부분보다 더 넓게 형성된다. 그러므로, 2차 가공 탄소섬유다발(150)은 고평활 장치(350)의 좁은 간격을 통과하면서 1차 가공 탄소섬유다발(140)보다 더욱 편평하게 가공된다. 2차 가공 탄소섬유다발(140)은 다수 개의 탄소섬유 가닥이 병렬로 배열된 형태를 갖는다. 2차 가공 탄소섬유 다발(140)은 제3 이송롤러(332)와 벨트(324)로 구성된 제3 이송수단(330)을 이용하여 이송된다.
이때 상부 평활장치(352)는 상하 이동가능한 메커니즘으로 구성되어 필요에 따라 상부 평활장치(352)와 하부 평활장치(354) 사이의 간격을 조절할 수 있다(S300).
편평하게 가공된 2차 가공 탄소섬유다발(150)은 단위 섬유 분리기(400)를 통해 다수의 단위 탄소섬유다발(152)로 분할된다. 단위 섬유 분리기(400)는 소정의 간격으로 병렬 설치된 다수 개의 분리침(410)으로 구성된다. 단위 섬유 분리기(400)는 편평하게 가공된 2차 가공 탄소섬유다발(150)의 상부 또는 하부에 설치된다. 이때 단위 섬유 분리기(400)의 분리침(410)은 2차 가공 탄소섬유다발(150)과 수직을 이룬다. 단위 섬유 분리기(400)의 분리침(410)은 승강하면서 2차 가공 탄소섬유다발(150)에 삽입된다. 이때 분리침(410)은 2차 가공 탄소섬유다발(150)의 단위 탄소섬유 다발(152) 사이로 삽입고 단위 탄소섬유다발(152)의 길이방향을 따라 이동하면서 다수의 단위 탄소섬유다발(152)로 분할한다.
다수로 분할된 단위 탄소섬유다발(152)은 하나의 탄소섬유가닥을 포함하거나 다수 개의 탄소섬유가닥을 포함할 수 있다. 또한 분할된 단위 탄소섬유다발(152)에는 균일한 갯수의 탄소섬유가닥이 포함될 수도 있고, 불균일하게 탄소섬유가닥이 포함될 수도 있다. 단위 탄소섬유다발(152)에 포함되는 탄소섬유가닥의 갯수는 다수 개의 분리침(410) 사이 간격을 좁거나 넓게 하여 조절할 수 있다(S400).
도 3은 단위 섬유 분리기를 이용하여 탄소섬유 가닥을 분리한 상태를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서의 단위 섬유 분리기(400)는 제1, 2 단위 섬유 분리기(430, 440)로 구성된다. 제1, 2 단위 섬유 분리기(430, 440)는 각각 다수 개의 제1, 2 분리침(432, 442)이 병렬로 구비된다. 이때, 제1, 2 분리침(432, 442)을 편평한 2차 가공 탄소섬유다발(150)에 삽입하고, 삽입된 제1 분리침(432)과 제2 분리침(442)이 탄소섬유다발(150)의 길이방향을 따라 양방향으로 이동하면서 2차 가공 탄소섬유다발(150)을 단위 탄소섬유다발(152)로 분할한다. 예를 들어, 제1, 2 분리침(432, 442)을 2차 가공 탄소섬유다발(150)의 중심 영역에 삽입하고, 제1 분리침(432)과 제2 분리침(442)을 2차 가공 탄소섬유다발(150)의 양끝 방향으로 이동시킴으로써 단위 탄소섬유다발(152)을 분할할 수 있다.
도 4는 분리된 탄소섬유 가닥을 이용하여 직조된 탄소섬유망을 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기에 설명한 방식으로 단위 탄소섬유다발(152)을 분할하여 탄소섬유망(500)을 제작할 수 있다. 즉, 두 개의 분할된 탄소섬유다발을 수직으로 교차하여 고정함으로써 탄소섬유망(500)을 제작한다. 이때, 테두리에 소정의 간격으로 고정돌기(610)가 설치된 액자형상의 고정틀(600)을 이용할 수 있다. 고정틀(600)의 고정돌기(610)에 하나의 분할된 탄소섬유다발의 양단을 고정하고, 이와 수직을 이루도록 다른 분할된 탄소섬유다발의 양단을 고정돌기(610)에 고정하여 탄소섬유망(500)을 제작한다.
도 5는 액자형 프레임에 구비된 탄소섬유망을 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 액자형 프레임(700)에 촘촘한 간격의 격자를 갖는 탄소섬유망(500)을 장착하여 방충망으로써 활용할 수도 있다. 탄소섬유망(500)은 고강도, 고탄성으로 무게도 가볍기 때문에 방충망으로도 매우 유용하다. 액자형 프레임(700)은 창틀 또는 출입문으로 기능할 수 있다. 또한 탄소섬유망(500)에 전력을 인가하여 모기나 해충들의 접근을 미연에 방지할 수 있다. 즉, 전력이 인가된 탄소섬유망(500)에 전류가 흐르게 되어 모기나 해충들이 탄소섬유망(500)에 접촉하면 바로 죽게 된다.
이상에서 설명된 본 발명의 탄소섬유다발의 분리 방법 및 이에 의해 제조된 탄소섬유망의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100: 탄소섬유롤 110: 탄소섬유 다발
112: 탄소섬유 가닥 130: 재단된 탄소섬유 다발
132: 재단된 탄소섬유 가닥 140: 1차 가공 탄소섬유 다발
150: 2차 가공 탄소섬유 다발 152: 단위 탄소섬유 다발
160: 고정테이프 200: 평활용 롤러
210, 220: 상, 하부 롤러 310: 제1 이송수단
312: 제1 이송롤러 314, 324, 334: 벨트
320: 제2 이송수단 322: 제2 이송롤러
330: 제3 이송수단 332: 제2 이송롤러
350: 고평활 장치 352: 상부 평활장치
354: 하부 평활장치 400: 단위 섬유 분리기
410: 분리침 430, 440: 제1, 2 단위 섬유 분리기
432, 442: 제1, 2 분리침 500: 탄소섬유망
600: 고정틀 610: 고정돌기
700: 액자형 프레임

Claims (7)

  1. 탄소섬유 다발을 소정 길이로 재단하는 단계 ;
    재단된 탄소섬유 다발을 편평하게 가공하는 단계;
    상기 가공된 탄소섬유 다발을 단위 섬유 분리기를 이용하여 단위 탄소섬유 다발로 분할하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유다발의 분리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄소섬유 다발을 가공하는 단계는
    재단된 탄소섬유 다발을 평활용 롤러를 이용하여 1차 평활 가공 처리하는 단계; 및
    1차 가공된 단위 탄소섬유 다발을 고평활 장치를 이용하여 2차 평활 가공 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유다발의 분리 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 1차 평활 가공처리 단계에서
    상기 평활용 롤러는 상부 롤러와 하부 롤러로 구성되고, 상기 상부 롤러와 상기 하부 롤러 사이로 재단된 탄소섬유 다발이 이동되면서 가공처리되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유다발의 분리 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2차 평활 가공처리 단계에서
    상기 고평활 장치는 상부 평활장치와 하부 평활장치로 구성되고, 상기 상부 평활장치와 상기 하부 평활장치 사이로 1차 가공된 탄소섬유 다발이 이동되면서 가공처리되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유다발의 분리 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상부 평활장치와 상기 하부 평활장치 사이의 간격이 점점 좁아지도록 설치되어 1차 가공된 탄소섬유 다발에 비해 2차 가공된 탄소섬유 다발이 더 편평하게 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유다발의 분리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 분할 단계에서
    상기 단위 섬유 분리기는 병렬로 배열된 다수 개의 분리침으로 구성되고, 상기 분리침에 의해 상기 탄소섬유 다발의 탄소섬유 가닥들이 분리되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유다발의 분리 방법.
  7. 삭제
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