KR101533687B1 - 탄소섬유를 포함하는 전도성 시트 제조장치 및 이를 이용하여 제조된 전도성 시트 - Google Patents

탄소섬유를 포함하는 전도성 시트 제조장치 및 이를 이용하여 제조된 전도성 시트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소섬유를 포함하는 전도성 시트 제조장치 및 이를 이용하여 제조된 전도성 시트에 관한 것이다. 본 발명의 탄소섬유를 포함하는 전도성 시트 제조장치 및 이를 이용하여 제조된 전도성 시트는 탄소섬유다발을 평면 형태로 펴서 공급하기 위한 탄소섬유 공급부와 시트부재를 공급하는 시트 공급부와 탄소섬유 공급부에서 평면 형태로 공급된 탄소섬유층의 적어도 일면에 시트부재가 부착될 수 있도록 가압하는 가압성형장치를 포함하여 전도성 시트를 제조한다. 본 발명의 탄소섬유를 포함하는 전도성 시트 제조장치 및 이를 이용하여 제조된 전도성 시트는 탄소섬유를 평평하게 분리하여 시트형태로 금속이나 플라스틱 등을 붙여 전도성 시트를 제작함으로써 탄소섬유를 시트로 따로 만들어서 전도성 시트를 제조하는 것보다 비용이 절약된다.

Description

탄소섬유를 포함하는 전도성 시트 제조장치 및 이를 이용하여 제조된 전도성 시트{CABON-CONTAINING CONDUCTIVE SHEET MANUFACTURING DEVICE AND CONDUCTIVE SHEET}
본 발명은 탄소섬유를 포함하는 전도성 시트 제조장치 및 이를 이용한 전도성 시트에 관한 것으로 보다 상세하게는 탄소섬유다발을 평평하게 분리하여서 나온 탄소섬유층의 상,하부에 시트부재를 부착하여 전도성 시트를 간편하게 제작 할 수 있는 탄소섬유를 포함하는 전도성 시트 제조장치 및 이를 이용하여 제조된 전도성 시트에 관한 것이다.
일반적으로, 유기섬유를 불활성기체 속에서 적당한 온도로 열처리하고 탄화, 결정화시킨 섬유인 탄소섬유는 그래파이트(graphite)상의 탄소로 된 고강도ㆍ고강성 등 기계적 성질이 뛰어나며 전기 전도성이 좋고, 내열성이 뛰어나다.
탄소섬유는 많은 유기 고분자 섬유를 약 1000~3000℃로 여러 번 열처리한 후 생성 되는데 현재 탄소섬유는 아크릴(폴리아크리로니트릴, PAN) 섬유, 피치(pitch)섬유, 액정 피치섬유나 필름, 고분자 수지 등으로부터 생산되고 있다.
원료에 따라 또는 처리 온도에 따라 분자배열과 결정의 변화가 생긴다. 대부분이 구조재료용 복합재료 강화재로 사용된다. 특히 고성능 탄소섬유는 에폭시 수지 모재 복합재료로 가장 많이 사용된다. 그 밖에도 열가소성 수지, 구리 알루미늄계 합금, 마그네슘계 합금, 탄소(CC콤포지트), 시멘트 콘크리트 등을 모재로 하는 복합재료의 강화재로 사용된다. 각종 탄소섬유 강화 복합재료로 응용이 폭넓게 전개되어 탄소섬유의 규모는 날로 증가되고 있다.
가열과정에서 산소, 수소, 질소 등의 분자가 빠져나가 중량이 감소되므로 금속(알루미늄)보다 가볍고 반면에 금속(철)에 비해 탄성과 강도가 뛰어나다. 이러한 특성으로 인해 스포츠용품(낚싯대, 골프채, 테니스 라켓), 항공우주산업(내열재, 항공기 동체), 자동차, 토목건축(경량재, 내장재), 전기전자, IT, 통신(안테나), 환경산업(공기정화기, 정수기) 등 전 분야에 걸쳐 다양한 산업용 소재로 쓰인다.
최근에 특히 전기전자, IT, 통신(안테나)분야에서 탄소섬유를 이용하여 전기전도가 뛰어난 전도성 시트로 만들어 사용되고 있다. 이러한 전도성 시트를 제조 할 때 탄소섬유를 별도의 시트 형태로 만든 다음, 이것을 금속호일에 붙인다.
이 때 탄소섬유를 따로 시트 형태로 만드는데 있어 고가의 여러 장비가 필요하고 설비에 소요되는 비용과 시간이 많이 든다. 따라서 공정을 최소화하는 비용절감의 제조 장치가 필요하다.
본 발명의 목적은 탄소섬유다발을 분리하여 전도성 시트를 바로 만들 수 있어서 저가의 비용과 공정시간의 단축으로 탄소섬유를 포함하는 전도성 시트 제조장치 및 이를 이용하여 제조된 전도성 시트를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 탄소섬유를 포함하는 전도성 시트 제조장치 및 이를 이용하여 제조된 전도성 시트에 관한 것이다. 본 발명의 탄소섬유를 포함하는 전도성 시트 제조장치 및 이를 이용하여 제조된 전도성 시트는 탄소섬유다발을 평면 형태로 펴서 공급하기 위한 탄소섬유 공급부와 시트부재를 공급하는 시트 공급부와 탄소섬유 공급부에서 평면 형태로 공급된 탄소섬유층의 적어도 일면에 시트부재가 부착될 수 있도록 가압하는 가압성형장치를 포함하여 전도성 시트를 제조한다.
그리고 탄소섬유 공급부는 탄소섬유다발을 분리하여 평면으로 펴기 위한 분산기를 포함한다.
또한 시트부재는 플라스틱 또는 금속 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 포함한다.
아울러 가압성형장치는 압연롤로 형성되어 탄소섬유층과 시트부재에 압력을 가하여 전도성 시트를 제조한다.
그리고 제조장치는 탄소섬유층과 시트부재 사이로 접착제를 공급하는 접착제 공급장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 포함한다.
또한 전도성 시트 제조장치는 전도성 시트를 냉각하기 위한 냉각장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 포함한다.
아울러 전도성 시트 제조장치는 전도성 시트의 불순물을 제거하기 위한 세정장치를 포함한다.
또한 전도성 시트는 탄소섬유 공급부에 의해 탄소섬유 다발로부터 분리되어 평면 형태로 공급되는 탄소섬유층; 및
시트 공급부에 의해 공급되는 시트부재가 가압성형장치의 가압으로 인하여 상기 탄소섬유층의 적어도 일면에 부착되는 시트부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 시트부재는 플라스틱 또는 금속이며 전도성 시트는 탄소섬유층과 시트부재의 접착을 위한 접착제를 포함한다.
본 발명의 탄소섬유를 포함하는 전도성 시트 제조장치는 탄소섬유다발을 평평하게 분리하여서 나온 탄소섬유층의 상,하부에 시트부재를 부착하여 전도성 시트를 제작함으로써 탄소섬유를 시트로 만든 후 다시 전도성 시트를 제조하는 것보다 비용이 절약된다.
한편 압연롤을 이용하여 탄소섬유와 시트부재를 부착하여 간단한 구성으로 접착시키고 복수개의 압연롤의 간격의 따라 전도성 시트의 두께를 조절 할 수 있다. 그리고 접착제를 사용하여 탄소섬유와 시트부재가 더욱 견고하게 부착한다. 또한 냉각장치를 이용하여 압연되면서 발생하는 전도성 시트의 열을 식히고 건조한다,
세정장치를 이용하여 전도성 시트의 외부에 붙은 불순물을 제거함으로써 완성도 높은 제품이 생산된다,
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전도성 시트 제조장치의 전체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 전도성 시트 제조장치의 단면을 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전도성 시트 제조장치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전도성 시트 제조장치를 도시한 도면이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참고하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당 업계에서 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 구성은 동일한 참고부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전도성 시트 제조장치의 전체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전도성 시트 제조장치(100)는 탄소섬유 공급부(110), 시트 공급부, 제1가이드 장치(130), 제2가이드 장치(135) 및 가압성형장치(190)로 구성된다.
탄소섬유 공급부(110)는 탄소섬유다발(150)을 평면 형태로 펴서 공급한다. 탄소섬유 공급부(110)는 탄소섬유다발(150)이 권선된 제1롤(112)과 제1롤(112)에서 공급된 탄소섬유다발(150)을 평면형태로 펴기 위한 분산기(114)로 구성된다. 탄소섬유다발(150)은 매우 얇은 탄소섬유 가닥이 뭉쳐진 것으로, 분산기(114)를 통과하면서 얇은 평면 형태로 펴져 배출된다. 본 발명에서는 분산기(114)를 통과하여 평면 형태로 형성된 탄소섬유를 탄소섬유층(152)이라 명칭한다. 이렇게 배출된 평면 형태의 탄소섬유층(152)은 제2롤(116)에 의해 지지되며 이동된다.
시트 공급부는 탄소섬유 공급부(110)를 통해 평면 형태로 공급되는 탄소섬유층(152)에 부착하기 위한 시트부재를 공급한다. 시트 공급부는 제1시트공급부(120)와 제2시트공급부(140)로 구비된다. 제1,2시트공급부(120, 140)는 각각 탄소섬유층(152)을 사이에 두고 상부와 하부에 구비되어 탄소섬유층(152)에 제1,2시트부재(127,147)를 공급한다. 제1시트부재(127)는 제1시트롤(125)에서 배출되어 탄소섬유층(152)의 상면에 부착된다. 그리고 제2시트부재(147)는 제2시트롤(145)에서 배출되어 탄소섬유층(152)의 하면에 부착된다. 여기서, 제1시트부재(127)와 제2시트부재(147)는 탄소섬유층(152)의 상면과 하면에 모두 부착 될 수도 있고, 상면 또는 하면 중 어느 하나만 선택적으로 부착 될 수도 있다. 제1,2시트부재(127,147)는 플라스틱, 금속을 포함한 시트, 그라파이트 등과 같이 다양한 소재로 형성된다. 또한 제1시트부재(127)와 제2시트부재(147)는 동일한 소재이거나 서로 다른 소재로 형성된다.
가압성형장치(190)는 평면 형태로 펴져 공급된 탄소섬유층(152)에 제1,2시트부재(127,147)가 부착되도록 가열 및 가압을 하기 위해 가열롤(192)과 가압롤(194)로 구성된다. 가열롤(192)은 가열상단롤(191)과 가열하단롤(193)으로 구성되며 각각 내부에 열선을 구비하여 전원공급원으로부터 인가받은 전원에 의해 가열된다. 도면에 열선과 전원공급원은 따로 도시하지 않았다. 탄소섬유층(152)과 제1,2시트부재(127,147)는 가열상단롤(191)과 가열하단롤(193) 사이를 통과하며 가열된 가열롤(192)에 의해 전달된 열로 열부착된다.
가압롤(194)은 탄소섬유층(152)과 제1,2시트부재(127,147)를 가압하여 부착하기 위한 구성으로 압연롤이 형성된다. 압연롤은 가압상단롤(195)과 가압하단롤(197)로 구성되어 서로 맞물려 회전한다. 압연롤은 상단에 가압상단롤(195)과 하단에 가압하단롤(197)로 구비되어 그 사이로 제1,2시트부재(127,147)와 탄소섬유층(152)이 통과한다. 압력에 의해 제1시트부재(127)는 탄소섬유층(152)의 상면에 부착되고 제2시트부재(147)는 탄소섬유층(152)의 하면에 부착되는 것이 바람직하다. 탄소섬유층(152)은 가열롤(192)과 가압롤(194)을 통과하면서 제1,2시트부재(127,147)가 부착되어 탄소섬유를 포함하는 전도성 시트(170)가 제조된다. 이러한 가압성형장치(190)는 적어도 하나 이상 구비하여 여러 번 압력을 가해서 두께를 더 얇게 하는 등 두께를 조절 할 수 있다.
제2가이드 장치(135)는 제2상단 가이드롤(137)과 제2하단 가이드롤(139)로 구성된다. 제2상단 가이드롤(137)과 제2하단 가이드롤(139)은 서로 맞물려 회전되며 그 사이로 가압성형장치를 통하여 가열되고 압착된 전도성 시트를 제3롤로 이동되도록 잡아준다. 제2가이드 장치(135)를 통과한 전도성 시트(170)는 제3롤(118)에 감긴다. 이 모든 과정은 제1롤, 제2롤 및 제3롤 사이에 감겨있는 탄소섬유들과 전도성 시트를 회전시키면서 동시에 가공하는 롤투롤(roll-to-roll)공정방식도 가능하다.
본 발명의 따른 탄소섬유를 포함하는 전도성 시트 제조장치(100)는 탄소섬유 시트를 따로 만들지 않고 탄소섬유를 펴서 전도성 시트(170)를 생성하므로 탄소섬유 시트를 따로 만드는데 있어 설비 및 공정이 절감되어 공정시간 및 공정비용이 감소되므로 매우 효과적이다.
도 2는 전도성 시트 제조장치의 단면을 확대하여 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 탄소섬유를 포함하는 전도성 시트 제조장치(100)를 통해 제조된 전도성 시트(170)의 단면이다. 도 1의 과정을 거쳐 배출 된 전도성 시트(170)는 시트부재와 탄소섬유층(152)으로 구성된다.
시트부재는 제1시트부재(127)와 제2시트부재(147)로 구성된다. 이 때 제1,2시트부재(127,147)의 소재는 금속이나 플라스틱 등으로 구성된다.
탄소섬유층(152)은 탄소섬유다발(150)이 분산기(114)를 통과하면서 다발이 얇게 평면으로 펴져 배출되어 탄소섬유들이 평면형태를 이룬다. 이때 탄소섬유층(152)은 단층 또는 복층 구조로 구성된다.
전도성 시트(170)의 단면은 마치 샌드위치처럼 제1시트부재(127)와 제2시트부재(147)의 사이에 탄소섬유층(152)이 끼어 있는 상태이다. 또한 탄소섬유층(152)과 제1,2시트부재(127,147) 사이에 접착제가 더 추가 될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전도성 시트 제조장치를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 탄소섬유를 포함하는 전도성 시트 제조장치(100a)는 도1의 기본적인 구성을 모두 포함하고 접착제 공급장치(184), 가열장치(200), 냉각장치(300) 및 세정장치(400)를 더 포함한다.
접착제 공급장치(184)는 접착제 공급부(180)와 접착제 주입로(182)로 구성된다. 접착제 공급부(180)는 내부에 접착제가 저장된다. 접착제는 탄소섬유층(152)과 제1시트부재(127) 또는 탄소섬유층(152)과 제2시트부재(147) 사이에 도포되며 탄소섬유층(152)과 제1시트부재(127)나 탄소섬유층(152)과 제2시트부재(147)를 접착하기 위한 성분을 갖는다. 이렇게 도포된 접착제는 탄소섬유층(152)과 제1시트부재(127)나 탄소섬유층(152)과 제2시트부재(147)가 견고하게 부착 가능하도록 해준다. 접착제는 에폭시 수지에 은 입자를 배합하여 전기ㅇ전자 제품이나 회로의 배선 접합에 사용되는 전기전도성 접착제를 사용 할 수 있다. 접착제 주입로(182)는 접착제 공급부(180)에 저장된 접착제를 탄소섬유층(152)에 분사한다. 접착제 공급장치(184)는 탄소섬유층(152)에 접착제를 분사하거나 제1,2시트부재(127,147)에 접착제를 분사하는 것이 가능하다.
탄소섬유 공급부(110)를 통해 공급된 탄소섬유층(152)은 탄소섬유층(152)과 제1시트부재(127) 또는 제2시트부재(147)사이로 접착제가 공급되고, 가압성형장치(190)를 통과하면서 압착되어 탄소섬유층(152)에 제1,2시트부재(127,147)가 부착되어 전도성 시트(170)가 배출된다.
가열장치(200)는 가압성형장치(190)의 외측에 구비되어 탄소섬유층(152)과 제1,2시트부재(127,147)를 가압성형 할 때 열을 더 가하기 위한 구성이다.
가열장치(200)는 내부에 가압성형장치(190)가 포함되어 전체적으로 가열을 할 수도 있고 가압성형장치(190)를 통과한 전도성 시트(170)에 추가적으로 열을 더 가할 수도 있다. 따라서 탄소섬유층(152)은 시트부재와 더욱 견고하게 접착된다.
냉각장치(300)는 가압성형장치(190) 및 가열장치(200)를 통과한 전도성 시트(170)에서 발생되는 열을 냉각시키기 위한 구성이다. 냉각장치(300)는 가열장치(200) 및 세정장치(400)의 사이에 구성되는 것이 바람직하다. 냉각장치(300)는 가열장치(200)를 통과한 전도성 시트를 냉각시킨다.
세정장치(400)는 냉각장치(300)를 통과한 전도성 시트(170)를 세척하기 위한 구성이다. 세정장치(400)는 내부에 구비된 세정용액을 이용하여 전도성 시트(170)를 세정하거나 에어 샤워기를 이용하여 전도성 시트(170)의 표면에 에어를 분사하여 세정한다. 세정장치(400)는 전도성 시트(170) 표면의 오염 물질이나 불순물 등을 제거하는 효과를 가진다. 전도성 시트(170)는 전반적인 공정을 거쳐서 나오면 제3롤(118)에 감긴다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전도성 시트 제조장치를 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전도성 시트 제조장치(100b)는 제1 실시예와 기본구성은 동일하나 복수개의 제1롤(112a, 112b, 112c)이 구성된다. 각각의 제1롤(112)에서 공급된 탄소섬유다발(150)은 분산기(114)로 공급되고, 분산기(114)를 지나면서 평면형태로 펴져 공급된다. 복수개의 제1롤(112a, 112b, 112c)은 다수의 탄소섬유다발(150)들을 공급한다. 공급된 탄소섬유다발(150)들은 분사기를 통해 평면 형태로 펴준다. 복수의 탄소섬유다발(150)을 공급하므로 전도성 시트(170)는 신속한 공정으로 제품 생산이 된다. 제3 실시예에서는 다른 장치들은 동일하나 여러개의 탄소섬유다발(150)을 분산기(114)로 모아 평면 형태로 펴서 공급하는 것으로 다른 구성 및 동작 방법은 모두 동일하다.
이상에서 설명된 본 발명의 탄소섬유를 포함하는 전도성 시트 제조장치 및 전도성 시트의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술 분야의 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 변형 물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100, 100a, 100b: 전도성 시트 제조장치
110: 탄소섬유 공급부 112, 112a, 112b, 112c: 제1롤
114: 분산기 116: 제2롤
118: 제3롤 120: 제1시트공급부
125: 제1시트롤 127: 제1시트부재
130: 제1가이드 장치 132: 제1상단 가이드롤
134: 제1하단 가이드롤 135: 제2가이드 장치
137: 제2상단 가이드롤 139: 제2하단 가이드롤
140: 제2시트공급부 145: 제2시트롤
147: 제2시트부재 150: 탄소섬유다발
152: 탄소섬유층 170: 전도성 시트
180: 접착제 공급부 182: 접착제 주입로
184: 접착제 공급장치 190: 가압성형장치
191: 가열상단롤 192: 가열롤
193: 가열하단롤 194: 가압롤
195: 가압상단롤 197: 가압하단롤
200: 가열장치 300: 냉각장치
400: 세정장치

Claims (10)

  1. 탄소섬유다발을 평면 형태로 펴서 공급하기 위한 탄소섬유 공급부;
    시트부재를 공급하는 시트 공급부; 및
    탄소섬유 공급부에서 평면 형태로 공급된 탄소섬유층의 적어도 일면에 시트부재가 부착될 수 있도록 가압하는 가압성형장치를 포함하여 전도성 시트를 제조하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 포함하는 전도성 시트 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    탄소섬유 공급부는 탄소섬유다발을 분리하여 평면으로 펴기 위한 분산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 포함하는 전도성 시트 제조장치.
  3. 제1항에 있어서,
    시트부재는 플라스틱 또는 금속 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 포함하는 전도성 시트 제조장치.
  4. 제1항에 있어서,
    가압성형장치는 압연롤로 형성되어 탄소섬유층과 시트부재에 압력을 가하여 전도성 시트를 제조하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 포함하는 전도성 시트 제조장치.
  5. 제1항에 있어서,
    전도성 시트 제조장치는 탄소섬유층과 시트부재 사이로 접착제를 공급하는 접착제 공급장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 포함하는 전도성 시트 제조장치.
  6. 제1항에 있어서,
    전도성 시트 제조장치는 전도성 시트를 냉각하기 위한 냉각장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 포함하는 전도성 시트 제조장치.
  7. 제1항에 있어서,
    전도성 시트 제조장치는 전도성 시트의 불순물을 제거하기 위한 세정장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 포함하는 전도성 시트 제조장치.
  8. 탄소섬유 공급부에 의해 탄소섬유 다발로부터 분리되어 평면 형태로 공급되는 탄소섬유층; 및
    시트 공급부에 의해 공급되는 시트부재가 가압성형장치의 가압으로 인하여 상기 탄소섬유층의 적어도 일면에 부착되는 시트부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 포함하는 전도성 시트.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    전도성 시트는 탄소섬유층과 시트부재의 접착을 위한 접착제를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 포함하는 전도성 시트.
KR1020130157476A 2013-12-17 2013-12-17 탄소섬유를 포함하는 전도성 시트 제조장치 및 이를 이용하여 제조된 전도성 시트 KR101533687B1 (ko)

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