KR101939338B1 - 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법에 있어서, 경화 단계가 가열 처리 장치에서 수행되며, 코팅 및 경화 단계가 연속 공정으로 이루어진, 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법에 있어서, 상기 경화 단계, 탄화 단계 및 흑연화 단계가 가열 처리 장치에서 연속적으로 수행되며, 상기 코팅 단계, 경화 단계, 탄화 단계 및 흑연화 단계가 연속 공정으로 이루어진, 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법을 제공한다.
상기 본 발명에 따른 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법은 경화, 탄화 및/또는 흑연화 공정을 하나의 가열 처리 장치에서 연속적으로 수행함으로써, 생산성이 향상될 뿐만 아니라, 표면 요철이 억제되어 평탄성이 우수한 그라파이트 시트를 얻을 수 있으며, 상기 그라파이트 시트를 롤 형태로 제조함으로써, 보관성 및 운반성이 우수하고, 타발시 손실을 줄일 수 있어 경제적이다. 또한, 기재 성분으로 면직물 또는 레이온과 같은 섬유를 사용함으로써, 수평 및 수직 방향의 열전도율이 우수한 동시에, 저렴한 제조 비용으로 생산이 가능하여 경제적으로도 이로울 뿐만 아니라, 유연성도 우수한 그라파이트 시트를 제조할 수 있다.

Description

롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법{METHOD FOR PREPARING ROLL TYPE GRAPHITE SHEET}
본 발명은 기재 성분으로서 섬유를 사용하는 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 경화 단계, 탄화 단계 및/또는 흑연화 단계가 연속 공정으로 이루어져 있으며, 하나의 가열 처리 장치에서 연속적으로 수행되는 제조방법을 제공한다.
최근 전자소자는 경박단소 및 다기능화되면서 고집적화되고 있어 열밀도의 증가로 열의 방출 문제에 대한 대책이 요구되고 있다. 또한, 열의 방출이 디바이스의 신뢰성 및 수명과 밀접한 관련이 있어 중요하다. 이에 따라 다양한 방열 소재들이 개발되고 있으며, 방열패드, 방열시트, 방열도료 등의 형태로 시판되어 기존의 방열팬, 방열핀, 히트 파이프 등의 방열기구를 보조하거나 대체하고 있다.
이 중 방열시트는 그라파이트 시트, 고분자-세라믹 복합시트, 다층코팅 금속박막시트 등의 형태로 제작되고 있는데, 그라파이트 시트의 경우 경량이고 슬림하면서도 열전도도가 구리 이상으로 매우 높아, 전자 회로를 구성하는 기판과 기판 사이, 플라즈마 텔레비전 등을 구성하는 PDP 등에 유용하게 사용되고 있다.
그러나, 그라파이트 시트는 일반적으로 고분자 필름을 열분해하여 제조된 것으로서, 이는 단결정에 가까워 파열 강도 및 인장 강도 등이 낮으며, 열 확산원리에 의해 열전달이 수평 방향으로 이루어져 수평 방향으로의 열전도성은 우수하지만, 수직 방향(두께 방향)의 열전도율이 낮기 때문에 방열 효과가 충분히 얻어지지 않는 문제점이 있었다. 뿐만 아니라, 열처리 과정에서 수축 및 팽창을 일으키는데, 수축시에 원료 필름 층 간에 틈새나 공간이 발생하고 팽창시에 이러한 틈새나 공간을 통해 표면에 요철이 발생함으로써, 표면 조도가 불량해지고 그라파이트 시트 물성이 저하되는 문제가 있었다.
이에, 본 발명자들은 경화 공정, 탄화 공정 및/또는 흑연화 공정을 하나의 가열 처리 장치에서 연속적으로 수행함으로써, 생산성이 향상될 뿐만 아니라, 표면 요철이 억제되어 평탄성이 우수한 그라파이트 시트를 얻을 수 있으며, 상기 그라파이트 시트를 롤 형태로 제작함으로써, 보관성 및 운반성이 우수하고, 타발시 손실을 줄일 수 있어 경제적임을 발견하였다. 또한, 기재 성분으로 면직물 또는 레이온과 같은 섬유를 사용함으로써, 수평 및 수직 방향의 열전도율이 우수한 동시에, 저렴한 제조 비용으로 생산이 가능하여 경제적으로도 이로울 뿐만 아니라, 유연성도 우수하다는 점을 발견하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 생산성이 향상될 뿐만 아니라, 보관성 및 운반성이 우수하며, 표면 요철이 억제되어 평탄성이 우수하고, 수평 및 수직 방향의 열전도율이 우수한 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법 및 이로부터 제조된 그라파이트 시트를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (1) 섬유 기재의 단면 또는 양면을 고분자 수지로 코팅하여 시트를 제조하는 코팅 단계; (2) 상기 섬유 기재 상에 코팅된 고분자 수지를 경화시켜 경화 시트를 제조하는 경화 단계; (3) 상기 경화 시트를 탄화시켜 탄화 시트를 제조하는 탄화 단계; 및 (4) 흑연화시키는 흑연화 단계를 포함하고, 상기 경화 단계가 가열 처리 장치에서 수행되며, 상기 코팅 및 경화 단계가 연속 공정으로 이루어진, 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 (1) 섬유 기재의 단면 또는 양면을 고분자 수지로 코팅하여 시트를 제조하는 코팅 단계; (2) 상기 섬유 기재 상에 코팅된 고분자 수지를 경화시켜 경화 시트를 제조하는 경화 단계; (3) 상기 경화 시트를 탄화시켜 탄화 시트를 제조하는 탄화 단계; 및 (4) 흑연화시키는 흑연화 단계를 포함하고, 상기 경화 단계, 탄화 단계 및 흑연화 단계가 가열 처리 장치에서 연속적으로 수행되며, 상기 코팅 단계, 경화 단계, 탄화 단계 및 흑연화 단계가 연속 공정으로 이루어진, 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법은 경화 공정, 탄화 공정 및/또는 흑연화 공정을 하나의 가열 처리 장치에서 연속적으로 수행함으로써, 생산성이 향상될 뿐만 아니라, 표면 요철이 억제되어 평탄성이 우수한 그라파이트 시트를 얻을 수 있으며, 상기 그라파이트 시트를 롤 형태로 제조함으로써, 보관성 및 운반성이 우수하고, 타발시 손실을 줄일 수 있어 경제적이다. 또한, 기재 성분으로 면직물 또는 레이온과 같은 섬유를 사용함으로써, 수평 및 수직 방향의 열전도율이 우수한 동시에, 저렴한 제조 비용으로 생산이 가능하여 경제적으로도 이로울 뿐만 아니라, 유연성도 우수한 그라파이트 시트를 제조할 수 있다.
도 1 및 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 있어서, 경화 시트를 권취한 후, 권취 방향과 반대 방향으로 권취 코어를 회전시키는 모습을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4 및 5는 본 발명의 일 실시형태에 있어서, 권취된 필름을 도가니에 장입하여 탄화 및 흑연화시키는 모습을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 있어서, 마스킹 필름 또는 간지와 함께 권취된 경화 시트 및 그라파이트 분말이 분사되면서 권취된 경화 시트의 모습을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 있어서, 권취된 경화 시트가 장입된 도가니의 외부에 유도가열 코일이 배치된 모습을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 있어서, 도가니를 유도가열 하는 경우, 중앙 기둥의 유무에 따른 도가니 내의 온도 분포를 나타낸 것이다.
본 발명은 (1) 섬유 기재의 단면 또는 양면을 고분자 수지로 코팅하여 시트를 제조하는 코팅 단계; (2) 상기 섬유 기재 상에 코팅된 고분자 수지를 경화시켜 경화 시트를 제조하는 경화 단계; (3) 상기 경화 시트를 탄화시켜 탄화 시트를 제조하는 탄화 단계; 및 (4) 흑연화시키는 흑연화 단계를 포함하고, 상기 경화 단계가 가열 처리 장치에서 수행되며, 상기 코팅 및 경화 단계가 연속 공정으로 이루어진, 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 (1) 섬유 기재의 단면 또는 양면을 고분자 수지로 코팅하여 시트를 제조하는 코팅 단계; (2) 상기 섬유 기재 상에 코팅된 고분자 수지를 경화시켜 경화 시트를 제조하는 경화 단계; (3) 상기 경화 시트를 탄화시켜 탄화 시트를 제조하는 탄화 단계; 및 (4) 흑연화시키는 흑연화 단계를 포함하고, 상기 경화 단계, 탄화 단계 및 흑연화 단계가 가열 처리 장치에서 연속적으로 수행되며, 상기 코팅 단계, 경화 단계, 탄화 단계 및 흑연화 단계가 연속 공정으로 이루어진, 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법을 제공한다.
섬유 기재
본 발명에 따른 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법에 있어서, 상기 섬유 기재는 천연 섬유, 인조 섬유 또는 종이를 포함할 수 있다.
상기 섬유 기재는 천연 섬유로 이루어질 수 있으며, 상기 섬유 기재를 구성하는 천연 섬유는 크게 셀룰로오스 섬유, 단백질 섬유 및 광물성 섬유로 나눌 수 있다. 상기 셀룰로오스 섬유는 (i) 면 또는 케이폭 등과 같은 종자섬유, (ii) 아마, 저마, 대마, 또는 황마 등과 같은 줄기섬유, (iii) 야자섬유와 같은 과실섬유, 및 (iv) 마닐라마, 아바카 또는 사이잘마와 같은 잎섬유를 포함한다. 또한, 상기 단백질 섬유는 (i) 양모 섬유, (ii) 견 섬유 및 (iii) 헤어 섬유를 포함한다. 본 발명에 따른 그라파이트 시트를 구성하는 기재가 천연 섬유로 이루어진 경우, 상기 천연 섬유는 면, 마, 모 및 견으로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상의 천연 섬유인 것이 바람직하다.
또한, 상기 섬유 기재는 인조 섬유로 이루어질 수 있으며, 상기 섬유 기재를 구성하는 인조 섬유는 크게 유기질 섬유 및 무기질 섬유로 나눌 수 있다. 상기 유기질 섬유는 (i) 레이온, 텐셀(라이오셀) 또는 모달과 같은 셀룰로오스계 섬유 및 단백질계 섬유를 포함하는 재생 섬유, (ii) 아세테이트 또는 트리아세테이트와 같은 셀룰로오스계 섬유를 포함하는 반합성 섬유, 및 (iii) 폴리아미드계 섬유, 폴리에스테르계 섬유, 폴리우레탄계 섬유, 폴리에틸렌계 섬유, 폴리염화비닐계 섬유, 폴리플루오르에틸렌계 섬유, 폴리비닐알코올계 섬유, 아크릴계 섬유 또는 폴리프로필렌계 섬유와 같은 합성 섬유를 포함한다. 본 발명에 따른 그라파이트 시트를 구성하는 섬유 기재가 인조 섬유로 이루어진 경우, 상기 인조 섬유는 나일론, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 폴리플루오르에틸렌, 폴리비닐알코올, 아크릴 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 합성 섬유인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 따른 그라파이트 시트를 구성하는 기재가 인조 섬유로 이루어진 경우, 상기 인조 섬유는 레이온, 아세테이트 및 트리아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 셀룰로오스계 섬유인 것이 바람직하다.
또한, 상기 섬유 기재는 종이일 수 있다.
고분자 수지
본 발명에 따른 그라파이트 시트에 있어서, 상기 고분자는 특별히 한정은 되지 않지만, 폴리아믹산, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리염화비닐, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리플루오르에틸렌, 폴리비닐알코올, 아크릴, 폴리옥사디아졸, 폴리벤조옥사졸, 폴리아크릴로니트릴 등을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 폴리아믹산, 폴리이미드, 폴리아미드 또는 폴리염화비닐일 수 있다.
또한, 상기 고분자 수지는 탄소화된 고분자를 포함할 수 있다. 상기 탄소화된 고분자는 상기 고분자 수지를 질소, 아르곤과 같은 불활성 기체의 분위기상에서 열처리를 하여 제조된 것으로서, 탄소를 90 중량% 이상 포함하는 것이다.
코팅 단계
본 발명에 따른 그라파이트 시트의 제조방법에 있어서, 상기 코팅 단계는 다양한 통상적인 코팅 공정이 적용될 수 있으며, 예를 들어 롤 코팅 공정, 압연 공정, 바(Bar) 코팅 공정, 딥 코팅(침지 코팅) 공정, 스프레이 코팅 공정, 캐스트 코팅 공정, 압출 코팅 공정 등을 이용할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 있어서, 높은 점도의 액상 폴리아믹산을 사용하는 경우, 섬유 기재에 효과적으로 코팅하기 위해, 압연 공정을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 고분자 수지의 점도에 따라 적절한 코팅 공정을 사용할 수 있다.
또한, 상기 코팅 단계에서, 상기 섬유 기재와 코팅된 고분자 수지의 두께비가 1:9 내지 9:1이 되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 코팅 단계 후, 코팅 두께의 균일성을 향상시키기 위해 시트를 압연하는 압연 단계를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 코팅 단계에서 섬유 기재에 장력이 가해지는 경우, 섬유 기재에 가해지는 견인 장력(N/m)은 1 내지 10 N/m 일 수 있다.
가열 처리 장치
본 발명에 따른 그라파이트 시트의 제조방법에 있어서, 상기 경화 단계, 탄화 단계 및/또는 흑연화 단계는 하나의 가열 처리 장치(40)에서 연속적으로 수행될 수 있다. 상기 시트(12)를 경화, 탄화 및/또는 흑연화시키기 위한 가열 처리 장치(40)는 복수의 가열부(41, 41`, 41``)로 구성될 수 있다. 상기 시트에 대하여 균일하게 가열하기 위해서, 하나의 가열부 내의 온도 분포는 균일하게 유지하는 것이 바람직하며, 가열 처리 장치(40) 내의 급격한 온도 변화를 피하기 위해, 하나의 가열부가 완만한 온도 구배(勾配)를 갖도록 하는 것도 가능하다. 또한, 히터 또는 단열재 등을 배치하여 가열 처리 장치 내의 온도 분포를 제어할 수 있다.
상기 가열부(41, 41`, 41``)는 복수로 구성될 수 있으며, 예를 들어, 2개 이상 내지 100개 이하로 구성될 수 있다. 또한, 상기 각 가열부의 길이는, 연속적으로 통과되는 시트(12)를 충분한 열을 가할 수 있도록, 5㎝ 이상, 10㎝ 이상, 20㎝ 이상 또는 50cm 이상일 수 있다.
또한, 상기 시트(12)를 완만히 가열시키기 위해, 복수의 가열부 중 앞에 위치한 가열부의 온도보다 뒤에 위치한 가열부의 온도가 높은 것이 바람직하다. 또한, 하나의 가열부 내에 완만한 온도 구배를 부여하는 경우, 가열부 입구의 온도보다 가열부 출구의 온도가 높은 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 2의 가열부 41의 온도보다도 가열부 41`의 온도가 높으며, 가열부 41`의 온도보다 가열부 41``의 온도가 높은 것이 바람직하다.
또한, 상기 가열 처리 장치(40)는 필요에 따라 냉각부가 존재할 수 있으며, 상기 냉각부는 최종 가열부의 말단 또는 필요에 따라 각 가열부의 사이에 위치할 수 있다. 냉각부이란, 가열부에서 가열된 시트를 냉각하기 위한 공간이며, 주름 발생을 억제하는 효과를 얻을 수 있다. 냉각부의 온도는, 직전의 가열부의 온도보다 낮은 온도이며, 550℃ 이하, 500℃ 이하, 450℃ 이하, 300℃ 이하, 바람직하게는 100℃ 이하이다. 또한, 상기 냉각부의 길이는, 연속적으로 통과되는 시트를 충분히 냉각할 수 있도록, 50cm 이상, 1m 이상, 2m 이상 또는 5m 이상일 수 있다.
<경화 단계가 하나의 가열 처리 장치에서 연속적으로 수행되는 경우>
경화 단계
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 경화 단계가 가열 처리 장치에서 연속적으로 수행되는 경우, 온도 범위가 80 내지 400℃인 가열 처리 장치에서 이루어질 수 있으며, 상기 온도는 전체 온도 범위에 걸쳐 가열 처리 장치 내에서 완만한 온도 구배를 가질 수 있다.
상기 경화 단계에서 시트에 가해지는 견인 장력은, 열에 의한 주름 발생을 억제하고, 과잉 장력에 의한 파손을 방지하도록, 1 내지 10 N/m인 것이 바람직하다.
권취 단계
본 발명에 따른 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법에 있어서, 상기 경화 단계 후, 경화 시트를 롤 형태로 권취하는 권취 단계를 포함할 수 있으며, 필요에 따라 권취 단계 전에 압연 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 권취 단계에 사용되는 권취 장치(50)는 상기 가열 처리 장치의 출구에 설치되며, 경화 시트를 권취할 수 있는 것이라면, 특별히 한정되지 않고 사용할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 있어서, 경화 단계 후, 경화 시트의 견인 장력 T(N/m)는 1 내지 10 N/m로 조정하는 것이 바람직하다. 상기 견인 장력이 상기 범위로 조정되는 경우, 경화 시트가 늘어지거나 주름이 발생하는 현상을 억제할 수 있으며, 경화 시트의 융착 및 과잉 장력에 의한 파손을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 견인 장력의 변화율은 ±5% 미만, 바람직하게는 ±3% 미만으로 제어하는 것이 바람직하다.
상기 권취 단계는 경화 시트가 서로 융착되거나, 들러붙는 블로킹(Blocking) 현상을 방지하기 위해, 도 3과 같이, 권취 후에 권취 방향과 반대 방향으로 권취 코어(51)를 회전시켜 경화 시트 사이의 공간을 확보할 수 있다. 또한, 경화 시트를 권취하는 경우, 폴리올레핀 또는 폴리에스테르계 등의 마스킹 필름(Masking Film) 또는 간지 등을 겹쳐 함께 권취할 수 있으며, 상기 마스킹 필름 또는 간지의 두께는 25 내지 3000 ㎛인 것이 바람직하다. 뿐만 아니라, 권취되는 경화 시트의 일면에 그라파이트 분말을 분사하여 융착 및 블로킹 현상을 방지할 수 있다.
탄화 단계
본 발명에 따른 그라파이트 시트의 제조방법에 있어서, 권취된 경화 시트는 열처리 공정을 통해 탄화 및/또는 흑연화 단계를 거쳐 그라파이트 시트로 형성된다. 상기 탄화 단계에서의 열처리 공정은, 권취된 경화 시트를 도가니에 장입한 뒤에 수행할 수 있다. 상기 도가니는 롤 형태의 권취된 경화 시트가 열처리 중에 수축하면서 경화 시트 층간에 틈새나 공간이 생기는 현상을 방지하고, 상기 틈새나 공간을 통해 팽창하여 표면에 요철이 발생하는 현상을 방지하도록 가압 수단이 장착될 수 있다.
상기 도가니에 장입되는 권취된 경화 시트는 권취 코어(51)가 제거된 채, 도가니 내에 장입된다. 또한, 상기 권취된 경화 시트는 권취 코어(51)가 제거된 자리에 권취된 경화 시트의 내부 직경을 기준으로 약 70%, 약 80% 또는 약 90%의 직경을 갖는 중앙 기둥(52)을 삽입하여, 도가니 내에 장입될 수 있다. 다시 말해, 상기 도가니의 중앙에 권취된 경화 시트의 내부 직경을 기준으로 70 내지 90%의 직경을 갖는 중앙 기둥(52)이 위치한다. 권취된 경화 시트의 내부 직경을 기준으로 약 70% 내지 90%의 직경을 갖는 중앙 기둥(52)이 삽입된 경우, 탄화 및 흑연화 단계의 열처리 과정에서 도가니 내의 온도 분포를 고르게 하여, 도가니 내부의 온도 차이를 작게 만들 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 열처리 과정에서 권취된 시트의 수축 현상이 발생하는데, 상기 수축 현상에 의해 권취된 시트의 내부 지름이 작아짐으로써 발생하는 균열을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 중앙 기둥(52)은 권취된 시트의 수축에 의해 발생하는 균열을 방지하기 위해, 권취된 시트의 내부 직경을 기준으로 약 70 내지 90%의 직경을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 상기 탄화 단계는 질소나 아르곤 등의 불활성 가스 중에서 이루어지는 것이 바람직하며, 400 내지 2500℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다. 본 발명의 일 실시양태에서, 상기 탄화 단계는 약 0.5 내지 20℃/분의 속도로 승온한 후, 800℃ 내지 1800℃의 온도 영역, 자세하게는 1000℃ 내지 1400℃의 온도 영역에서 약 30분 내지 20시간 동안, 자세하게는 약 1 내지 4시간 동안 유지시켜 경화 시트를 탄화시킬 수 있다.
흑연화 단계
상기 흑연화 단계는 질소나 아르곤 등의 불활성 가스 중에서 이루어지는 것이 바람직하며, 약 2500℃ 이상의 온도 또는 약 3200℃ 이하의 온도 범위에서 수행될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태로서, 상기 흑연화 단계는 약 2500℃ 내지 3000℃의 온도에서 수행될 수 있으며, 구체적으로 약 2600℃ 내지 2900℃, 보다 구체적으로는 약 2600℃ 내지 2700℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 열처리 온도가 올라갈수록 흑연화도는 향상되는 반면 공정 비용은 크게 상승하므로, 적절한 온도 범위에서 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 흑연화 단계에서의 열처리는 약 30분 내지 20시간, 자세하게는 약 30분 내지 4시간 동안 수행될 수 있으며, 압력 조건은 700 내지 760 torr 범위일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 탄화 및/또는 흑연화 단계는 저항 가열, 아크 가열 또는 유도 가열로 수행될 수 있으며, 이에 따라 상기 탄화 및/또는 흑연화 단계는 저항 가열 소성로, 아크 가열 소성로 또는 유도가열 소성로에서 진행될 수 있다.
상기 유도가열(induction heating)이란 시간적으로 변하는 자기장에 의해 폐회로에 전류를 흐르게 하는 전자기유도 원리를 이용한 것으로서, 도전체와 같은 가열 대상물 주위에 코일을 배치하여 교류 전류가 흐르도록 하면, 가열 대상물에 와전류 손실과 히스테리시스 손실 등에 의하여 열이 발생되어 가열되는 현상이다. 본 발명의 일 실시형태로서, 상기 유도가열은 권취된 경화 시트가 장입된 도가니의 외부에 유도가열 코일(62)을 배치하고, 상기 유도가열 코일에 전류를 흘려 상기 경화 시트를 유도 가열시키는 것일 수 있다.
<경화, 탄화 및 흑연화 단계가 하나의 가열 처리 장치에서 연속적으로 수행되는 경우>
경화, 탄화 및 흑연화 단계
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 경화 단계, 탄화 단계 및 흑연화 단계가 가열 처리 장치에서 연속적으로 수행될 수 있으며, 이 경우 온도 범위가 80 내지 3200℃인 가열 처리 장치에서 이루어질 수 있다. 또한, 상기 가열 처리 장치 내의 온도는 전체 온도 범위에 걸쳐 완만한 온도 구배를 가질 수 있다.
상기 경화, 탄화 및 흑연화 단계에서 시트에 가해지는 견인 장력은, 열에 의한 주름 발생을 억제하고, 과잉 장력에 의한 파손을 방지하도록, 1 내지 10 N/m인 것이 바람직하다.
권취 단계
본 발명에 따른 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법에 있어서, 상기 경화, 탄화 및 흑연화 단계 후, 시트(13')를 롤 형태로 권취하는 권취 단계를 포함할 수 있으며, 필요에 따라 권취 단계 전에 압연 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 권취 단계에 사용되는 권취 장치(50)는 상기 가열 처리 장치의 출구에 설치되며, 경화 시트를 권취할 수 있는 것이라면, 특별히 한정되지 않고 사용할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 있어서, 경화, 탄화 및 흑연화 단계 후, 시트(13)의 견인 장력 T는 1 내지 10 N/m로 조정하는 것이 바람직하다. 상기 견인 장력이 상기 범위로 조정되는 경우, 탄화 시트가 늘어지거나 주름이 발생하는 현상을 억제할 수 있으며, 탄화 시트의 융착 및 과잉 장력에 의한 파손을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 견인 장력의 변화율은 ±5% 미만, 바람직하게는 ±3% 미만으로 제어하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
(1) 기재의 준비 단계
섬유 기재로 면직물 평직 100수(150X100)(원산지: 중국)를 준비하였다.
(2) 코팅 단계
25℃에서 롤 코팅 공정을 이용하여 액상의 폴리아믹산을 상기 섬유 기재의 일면에 코팅하여 시트를 제조하였다.
(3) 경화 단계
상기 제조된 시트를 80℃ 내지 250℃의 온도 구배를 갖는 가열처리 장치에서 열풍 경화법을 이용하여 30분 동안 건조 및 경화하여 경화 시트를 제조하였다.
(4) 권취 단계
상기 제조된 경화 시트를 10 바퀴 감은 후 1 바퀴 되풀기를 반복하여 권취하였다.
(5) 탄화 및 흑연화 단계
상기 귄취된 시트를 흑연 도가니에 장입하여, 1200℃의 온도로 2시간 동안 탄화시켰으며, 이후, 2800℃의 온도로 1시간 동안 흑연화시켜, 두께 40㎛의 그라파이트 시트를 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1의 면직물 100수를 대신하여, 140수의 카본 섬유를 사용한 것 이외에는, 상기 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 두께 40㎛의 그라파이트 시트를 제조하였다.
실험예 1: 열확산율 시험
상기 실시예에서 제조된 그라파이트 시트를 레이저 플래시법(Laser flash method, NEIZCH사 LFA447)을 이용하여 열확산율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 정리하였다.
구분 실시예 1 실시예 2
열확산율(㎟/s) 530 520
상기 표에서 나타나는 바와 같이, 본 발명에 따른 그라파이트 시트는 약 520 내지 530 mm2/s의 열확산율을 나타내고 있는바, 종래의 그라파이트 시트와 동일하거나 우수한 수준의 열확산율을 나타낸다. 뿐만 아니라, 본 발명에 따른 그라파이트 시트는 기재 성분으로서 상대적으로 저렴한 면직물 섬유를 사용하므로, 종래의 그라파이트 시트에 비해 상당히 저렴한 제조 비용으로 생산이 가능하여 제조 단가를 크게 낮출 수 있어 경제적이다.
11: 섬유 기재 12, 13, 13': 시트
20: 코팅 장치 30: 압연 장치
40: 가열 처리 장치 41, 41', 41'': 가열부
50: 권취 장치 51: 권취 코어
60: 도가니 61: 도가니 뚜껑
62: 유도가열 코일

Claims (20)

  1. (1) 섬유 기재의 단면 또는 양면을 고분자 수지로 코팅하여 시트를 제조하는 코팅 단계; (2) 상기 섬유 기재 상에 코팅된 고분자 수지를 경화시켜 경화 시트를 제조하는 경화 단계; (3) 상기 경화 시트를 탄화시켜 탄화 시트를 제조하는 탄화 단계; 및 (4) 흑연화시키는 흑연화 단계를 포함하고,
    상기 섬유 기재가 면, 마, 모 및 견으로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상의 천연 섬유이고,
    상기 경화 단계가 가열 처리 장치에서 수행되며, 상기 코팅 및 경화 단계가 연속 공정으로 이루어진, 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 고분자 수지가 폴리아믹산을 포함하는, 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유 기재와 코팅된 고분자 수지의 두께비가 1:9 내지 9:1인, 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅 단계 후, 시트를 압연하는 압연 단계를 추가로 포함하는, 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅 단계 및 경화 단계에서 가해지는 견인 장력이 1 내지 10 N/m인, 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 경화 단계가 80 내지 400℃의 온도 범위의 가열 처리 장치에서 이루어지는, 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 경화 단계 후, 경화 시트를 권취하는 권취 단계를 추가로 포함하는, 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 권취 단계에서 경화 시트에 부여되는 견인 장력이 1 내지 10 N/m 이하인, 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 견인 장력의 변화율이 ±5% 미만인, 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 권취 단계에서, 경화 시트를 마스킹 필름(Masking Film) 또는 간지와 함께 권취하는, 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 권취 단계에서, 경화 시트의 일면에 그라파이트 분말을 분사하면서 권취하는, 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄화 단계가 400 내지 2500℃의 온도 범위에서 이루어지는, 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 흑연화 단계가 2500 내지 3200℃의 온도 범위에서 이루어지는, 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 경화 시트의 탄화가 도가니에서 수행되며, 상기 도가니의 중앙에 권취된 경화 시트의 내부 직경을 기준으로 70 내지 90%의 직경을 갖는 중앙 기둥이 위치하는, 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법.
  17. (1) 섬유 기재의 단면 또는 양면을 고분자 수지로 코팅하여 시트를 제조하는 코팅 단계; (2) 상기 섬유 기재 상에 코팅된 고분자 수지를 경화시켜 경화 시트를 제조하는 경화 단계; (3) 상기 경화 시트를 탄화시키는 탄화 단계; 및 (4) 흑연화시키는 흑연화 단계를 포함하고,
    상기 섬유 기재가 면, 마, 모 및 견으로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상의 천연 섬유이고,
    상기 경화 단계, 탄화 단계 및 흑연화 단계가 가열 처리 장치에서 연속적으로 수행되며, 상기 코팅 단계, 경화 단계, 탄화 단계 및 흑연화 단계가 연속 공정으로 이루어진, 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 경화 단계, 탄화 단계 및 흑연화 단계가 80 내지 3200℃의 온도 범위의 가열 처리 장치에서 이루어지는, 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 코팅 단계, 경화 단계, 탄화 단계 및 흑연화 단계에서 가해지는 견인 장력이 1 내지 10 N/m인, 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 견인 장력의 변화율이 ±5% 미만인, 롤 형태의 그라파이트 시트의 제조방법.
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