KR102010366B1 - Method for producing metal-coated carbon fiber - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 금속 도금된 탄소 섬유의 제조 방법에 관한 것으로서 특히, 탄소 섬유상에 표면 처리되는 금속과 탄소 섬유와의 결합력을 높여 전도성을 향상시킴과 동시에 본 제품을 레진(resin)과 혼합하여 복합 소재화할 때 고온 및 기계적인 혼합과정 또는 분말화 과정에서도 탄소 섬유와 도금 층이 박리되지 않도록 하는 금속 도금 탄소 섬유의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a metal plated carbon fiber, in particular, to improve the conductivity by increasing the bonding strength of the metal and the carbon fiber surface-treated on the carbon fiber and at the same time to blend the product with the resin (resin) to composite material The present invention relates to a method for producing a metal-plated carbon fiber which prevents the carbon fiber and the plating layer from peeling off even at high temperature and mechanical mixing or powdering.
전자책, 휴대폰, 평판 TV 및 디지털 카메라 같은 IT 기기들이 박형화 및 집적화가 되면서 이에 따른 전자파 간섭과 중시가 되면서 기존 플라스틱 소재에서 금속 소재가 적용되는 추세가 높아지고 있다. As IT devices such as e-books, mobile phones, flat-panel TVs, and digital cameras become thinner and more integrated, metal interference is becoming increasingly applied to existing plastic materials as electromagnetic interference and importance are increased.
특히 휴대 기기에서 사용되는 주파수 대역이 5년 내로 3 GHz 대역을 넘을 것으로 예측되며 이에 따른 새로운 전자파 차폐 소재를 개발할 필요가 있다. In particular, the frequency band used in portable devices is expected to exceed the 3 GHz band within five years, and new electromagnetic wave shielding materials need to be developed.
금속 소재의 경우 고 비중이며 재료 가공에 드는 비용과 복잡한 성형이 난해하여 다양한 디자인의 제품을 개발하기 어렵다. In the case of metal materials, it is difficult to develop products of various designs due to the high specific gravity, difficult processing cost and complicated molding.
이에 따라, 플라스틱의 경량성과 가공용이성으로 전자파차폐 기능소재 개발에 대한 요구가 폭등하고 있다. Accordingly, the demand for the development of electromagnetic shielding functional material has soared due to the light weight and ease of processing of plastics.
이를 위한 새로운 소재로 나노카본, 전도성 탄소섬유 등을 활용하여 만든 전도성 복합 소재가 각광을 받고 있다.As a new material for this purpose, a conductive composite material made of nano carbon and conductive carbon fibers is in the spotlight.
탄소섬유의 경우 전자파 차폐, 방열, 발열 소재로 사용되기 위해서는 전도성이 개선되어져야 한다. In the case of carbon fiber, the conductivity must be improved in order to be used as electromagnetic shielding, heat radiation, and heat generating material.
Chop 섬유 또는 필라멘트 사를 분쇄하여 만든 분말상의 제품으로 Chop 섬유보다 더 짧은 길이의 섬유가 필요할 때 수십에서 수백의 분말상인 분쇄 섬유가 이용되고 있다. Powdered products made by grinding Chop fibers or filament yarns are used in the form of tens to hundreds of powdered fibers when shorter fibers are required than Chop fibers.
분쇄 섬유는 분산이 잘 되고 성형성이 좋기 때문에 전도성, 정전기 방지, 내마모성, 치수, 안정성, 내하중, 단열, 낮은 열팽창 등 여러 가지 특성을 부여할 목적으로 수지, 고무, 카본 등의 첨가재로서 사용되고 있다. Since pulverized fibers are well dispersed and have good moldability, they are used as additives such as resins, rubbers, and carbons for the purpose of imparting various properties such as conductivity, antistatic, wear resistance, dimensions, stability, load resistance, heat insulation, and low thermal expansion. .
도금 탄소 섬유의 경우 일반 탄소섬유에 비해 10배 이상의 높은 전기 전도도를 가지고 탄소 섬유의 뛰어난 물성 또한 지니기 때문에 Chop 섬유로 만들어 전기전도도 및 기계적 물성 향상을 위한 첨가재로 사용이 되고 있다.Plated carbon fiber has more than 10 times higher electrical conductivity than general carbon fiber and has excellent physical properties of carbon fiber, so it is made of Chop fiber and used as an additive for improving electrical conductivity and mechanical properties.
그러나 탄소섬유 표면에 도금층이 있기 때문에 일반적인 분쇄방법으로 분쇄섬유를 생산할 시 도금층의 박리가 발생하여 도금섬유의 이점을 상실한다는 문제가 있다. However, since there is a plating layer on the surface of the carbon fiber, there is a problem in that peeling of the plating layer occurs when producing the pulverized fiber by a general grinding method, thus losing the advantages of the plated fiber.
이에 따라, 탄소 섬유상에 표면 처리되는 금속과 탄소 섬유와의 결합력을 높여 전도성을 향상시킴과 동시에 레진(resin)과 혼합하여 복합 소재화할 때 고온 및 기계적인 혼합과정에서도 탄소 섬유와 도금 층이 박리되지 않도록 하는 금속 도금 탄소 섬유의 필요성이 대두되고 있다.Accordingly, the carbon fiber and the plating layer are not peeled off even at high temperature and mechanical mixing process when the composite material is mixed with the resin to improve the conductivity by increasing the bonding strength between the metal and the carbon fiber surface-treated on the carbon fiber. There is a need for a metal-plated carbon fiber to avoid.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 탄소 섬유상에 표면 처리되는 금속과 탄소 섬유와의 결합력을 높여 전도성을 향상시킴과 동시에 본 제품을 레진(resin)과 혼합하여 복합 소재화할 때 고온 및 기계적인 혼합과정에서도 탄소 섬유와 도금 층이 박리되지 않도록 하는 금속 도금 탄소 섬유의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been invented to solve the above problems, and improves the conductivity by increasing the bonding strength of the metal and carbon fiber surface-treated on the carbon fiber and at the same time when the composite material is mixed with the resin (resin) at high temperature And to provide a method for producing a metal-plated carbon fiber to prevent the carbon fiber and the plating layer is peeled off even in the mechanical mixing process.
상기의 목적을 달성하는 본 발명에 따른 금속 도금 탄소 섬유의 제조 방법은Method for producing a metal plated carbon fiber according to the present invention to achieve the above object
탄소 섬유의 표면을 음(-)전하화하는 활성화 과정; 및An activation process of negatively charging the surface of the carbon fiber; And
음전하가 인가된 탄소 섬유의 표면에 금속을 도금하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.And plating a metal on the surface of the carbon fiber to which the negative charge is applied.
여기서, 상기 활성화 과정은 암모늄바이카보네이트 (Ammonium bicarbonate NH4OCOOH)를 비롯한 전해질 용액에 흑연을 표준전극(음극)으로 넣고 상대 전극(양극)으로 탄소섬유를 사용하고, 탄소섬유에 양전압을 인가하여 탄소섬유 표면을 음전하화하는 것을 특징으로 한다.Here, the activation process is to put the graphite in the electrolyte solution, including ammonium bicarbonate NH 4 OCOOH as a standard electrode (cathode) using a carbon fiber as a counter electrode (anode), and by applying a positive voltage to the carbon fiber It is characterized by negatively charging the surface of the carbon fiber.
여기서, 전류밀도는 30A/m2 이며 반응시간은 10초 ~ 5분이고, 전해질 용액의 pH = 5 ~ 9인 것이 바람직하다.Here, the current density is 30 A / m 2 and the reaction time is 10 seconds to 5 minutes, it is preferable that the pH of the electrolyte solution = 5 ~ 9.
여기서, 상기 활성화 과정은 진한 황산, 또는 질산, 또는 그 혼합 용액으로 탄소섬유의 표면을 처리하여 탄소섬유 표면을 산화시켜 탄소섬유 표면에 카르복실기를 생성하는 것을 특징으로 한다. 농도는 0.1~1 M이 바람직하다. Here, the activation process is characterized in that the surface of the carbon fiber with concentrated sulfuric acid, nitric acid, or a mixed solution thereof to oxidize the surface of the carbon fiber to form a carboxyl group on the surface of the carbon fiber. The concentration is preferably 0.1 to 1 M.
본 발명은 탄소 섬유의 표면에 음전하를 하전시킴으로써 탄소 섬유상에 표면 처리되는 금속과 탄소 섬유와의 결합력을 높여 전도성을 향상시킴과 동시에 금속 도금된 탄소 섬유를 레진(resin)과 혼합하여 복합 소재화할 때 고온 및 기계적인 혼합과정에서도 탄소 섬유와 도금 층이 박리되지 않도록 하는 금속 도금 탄소 섬유의 제조 방법을 제공한다.The present invention improves the conductivity by charging a negative charge on the surface of the carbon fiber to improve the bonding strength between the metal and the carbon fiber surface-treated on the carbon fiber and at the same time when the metal plated carbon fiber mixed with the resin (resin) composite material The present invention provides a method for producing a metal-plated carbon fiber to prevent the carbon fiber and the plating layer from peeling off even at high temperature and mechanical mixing.
도 1은 본 발명에 따른 금속 코팅된 탄소 섬유 제조 방법을 보이는 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 금속 도금 탄소 섬유 제조 방법의 실시예를 보이는 흐름도이다.
도 3은 탄소 섬유 표면에 인가된 음전하의 크기에 따른 금속 도금된 탄소 섬유의 표면을 보이는 사진이다.
도 4는 도금 속도에 따른 도금 두께를 조사한 결과를 보인다.1 is a flow chart showing a method for producing a metal coated carbon fiber according to the present invention.
Figure 2 is a flow chart showing an embodiment of a metal plating carbon fiber manufacturing method according to the present invention.
Figure 3 is a photograph showing the surface of the metal plated carbon fiber according to the magnitude of the negative charge applied to the carbon fiber surface.
Figure 4 shows the result of examining the plating thickness according to the plating speed.
도 1은 본 발명에 따른 금속 코팅된 탄소 섬유 제조 방법을 보이는 흐름도이다.1 is a flow chart showing a method for producing a metal coated carbon fiber according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 금속 코팅된 탄소 섬유 제조 방법은 활성화 과정(S102) 및 도금 과정(S104)을 포함한다.Referring to Figure 1, the metal-coated carbon fiber manufacturing method according to the present invention includes an activation process (S102) and plating process (S104).
활성화 과정은 탄소 섬유의 표면을 음(-)전하화 하는 과정이다. 탄소 섬유의 표면을 음(-)전하화 함으로써 탄소 섬유 상에 표면 처리되는 금속과 탄소 섬유와의 결합력을 높여 전도성을 향상시킬 수 있다. 또한, 금속 도금된 탄소 섬유를 레진(resin)과 혼합하여 복합 소재화할 때 고온 및 기계적인 혼합과정에서도 탄소 섬유와 도금 층이 박리되지 않게 된다. The activation process is negative the surface of the carbon fibers - the process of charge screen (). By negatively charging the surface of the carbon fiber, the bonding strength between the metal and the carbon fiber surface-treated on the carbon fiber may be increased to improve conductivity. In addition, when the metal-plated carbon fiber is mixed with a resin to produce a composite material, the carbon fiber and the plating layer may not be peeled off even during high temperature and mechanical mixing.
탄소 섬유의 표면에 음전하를 인가하는 방법에는 다음의 두 가지가 있다.There are two ways to apply negative charge to the surface of carbon fiber.
1. 양극 산화1. Anodic oxidation
암모늄바이카보네이트를 비롯한 전해질 용액에 흑연을 표준전극으로 넣고 상대 전극으로 탄소섬유를 사용하고, 탄소섬유에 양전압을 인가하여 탄소섬유 표면을 음(-)전하화한다. Graphite is added as a standard electrode to an electrolyte solution including ammonium bicarbonate, carbon fiber is used as a counter electrode, and a positive voltage is applied to the carbon fiber to negatively charge the carbon fiber surface.
여기서, 전류밀도는 30A/m2 이며 반응시간은 1분이고, 전해질 용액의 pH = 5 ~ 9인 것이 바람직하다.Here, the current density is 30 A / m 2 , the reaction time is 1 minute, and the pH of the electrolyte solution is preferably 5-9.
2. 산 처리 2. Acid treatment
진한 황산, 또는 질산, 또는 그 혼합 용액으로 탄소섬유의 표면을 처리하여 탄소섬유 표면을 산화시켜 탄소섬유 표면에 카르복실기를 생성한다.The surface of the carbon fiber is treated with concentrated sulfuric acid, nitric acid, or a mixed solution thereof to oxidize the surface of the carbon fiber to form carboxyl groups on the surface of the carbon fiber.
도 2는 본 발명에 따른 금속 도금 탄소 섬유 제조 방법의 실시예를 보이는 흐름도이다.Figure 2 is a flow chart showing an embodiment of a metal plating carbon fiber manufacturing method according to the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 금속 도금 탄소 섬유 제조 방법은2, the metal-plated carbon fiber manufacturing method according to an embodiment of the present invention
탈지 과정(S202), 에칭 과정(S204), 센시타이징 과정(S206), 활성화 과정(S208), 무전해 구리 도금 과정(S210), 전해 니켈 도금 과정(S212), 사이징 과정(S214), 세정 과정(S216) 그리고 건조 과정(S218)을 포함한다. Degreasing process (S202), etching process (S204), sensitizing process (S206), activation process (S208), electroless copper plating process (S210), electrolytic nickel plating process (S212), sizing process (S214), cleaning Process S216 and drying process S218 are included.
탈지 과정(S202)은 탄소 섬유를 계면활성제, 유기 용매 및 비이온 계면활성제를 포함하는 수용액에 통과시켜 탄소 섬유를 탈지 및 연화시키는 것이다.Degreasing process (S202) is to pass the carbon fiber through an aqueous solution containing a surfactant, an organic solvent and a nonionic surfactant to degrease and soften the carbon fiber.
본 발명의 보다 바람직한 구현 예에 따르면, 상기 탈지 과정(S202)의 수용액은 계면활성제로 순수(pure water) 및 NaOH를 중량비 40-49: 1-10으로 혼합한 용액 15-35 중량%, 유기 용매로 디에틸 프로판디올(diethyl propanediol) 50-80중량% 및 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르(dipropylene glycol methyl ether) 5-15 중량%, 그리고 400-600ppm의 비이온성 계면활성제를 포함하고, 보다 더 바람직하게는 계면활성제로 순수(pure water) 및 NaOH를 중량비 45-48: 2-5으로 혼합한 용액 20-30 중량%, 유기 용매로 디에틸 프로판디올(diethyl propanediol) 58-72중량% 및 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르(dipropylene glycol methyl ether) 8-12 중량%, 그리고 450-550 ppm의 비이온성 계면활성제를 포함한다.According to a more preferred embodiment of the present invention, the aqueous solution of the degreasing process (S202) is 15-35% by weight of a solution of pure water and NaOH in a weight ratio of 40-49: 1-10 as an surfactant, organic solvent 50-80% by weight of diethyl propanediol and 5-15% by weight of dipropylene glycol methyl ether, and 400-600 ppm of nonionic surfactant, more preferably 20-30% by weight of a mixture of pure water and NaOH in a weight ratio of 45-48: 2-5 as a surfactant, 58-72% by weight of diethyl propanediol as an organic solvent and dipropylene glycol methyl 8-12% by weight of dipropylene glycol methyl ether, and 450-550 ppm of nonionic surfactant.
상기 비이온성 계면활성제는 당업계에 공지된 다양한 비이온성 계면활성제를 포함하나, 바람직하게는 에폭시레이티드 리니어 알코올(ethoxylated linear alcohol), 에폭시레이티드 리니어 알킬페놀(ethoxylated linearalkyl-phenol) 또는 에폭시레이티드 리니어 티올(ethoxylated linear thiol)이고, 보다 바람직하게는 에폭시레이티드 리니어 알코올(ethoxylated linear alcohol) 이다.The nonionic surfactants include various nonionic surfactants known in the art, but are preferably ethoxylated linear alcohol, ethoxylated linear alkyl-phenol or epoxidized. Ethoxylated linear thiol, more preferably ethoxylated linear alcohol.
본 발명의 보다 다른 바람직한 구현예에 따르면, 탈지 과정(S202)은 온도 40-60℃에서 1-5분 동안 실시하고, 보다 바람직하게는 온도 45-55℃에서 1-3분 동안 실시한다.According to another preferred embodiment of the invention, the degreasing process (S202) is carried out for 1-5 minutes at a temperature 40-60 ℃, more preferably for 1-3 minutes at a temperature 45-55 ℃.
에칭 과정(S204)은 탈지 과정(S202)의 결과물인 탄소 섬유를 아황산수소나트륨(sodium bisulfite; NaHSO3), 황산(H2SO4), 과황산 암모늄(ammonium persulfate; (NH4)2S2O8) 및 순수(pure water)를 포함하는 수용액에 통과시켜 중화, 세정 및 개질(conditioning) 작용을 하는 것이다. Etching process (S204) is a carbon fiber that is the result of the degreasing process (S202) to the sodium bisulfite (NaHSO 3 ), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), ammonium persulfate (NH 4 ) 2 S 2 O 8 ) and pass through an aqueous solution containing pure water to neutralize, clean, and condition.
에칭 과정(S204)은 탄소 섬유의 전처리는 강알카리 성분을 중화시키고, 다음 과정인 센시타이징(sensitizing)과정을 위해 세정작용을 돕고 개질(conditioning)작용을 한다.In the etching process (S204), the pretreatment of the carbon fiber neutralizes the strong alkali component, and helps to clean and condition for the next process, sensitizing.
에칭 과정(S204)을 위한 수용액은 아황산수소나트륨(sodium bisulfite; NaHSO3), 황산(H2SO4), 과황산 암모늄(ammonium persulfate; (NH4)2S2O8) 및 순수(pure water)를 포함한다.The aqueous solution for the etching process (S204) includes sodium bisulfite (NaHSO 3), sulfuric acid (
보다 바람직하게는 에칭 과정(S204)의 수용액은 아황산수소나트륨(sodium bisulfite; NaHSO3) 0.1-10 중량%, 황산(H2SO4) 0.1-3 중량%, 황산암모늄(ammonium persulfate; (NH4)2S2O8) 5-25 중량% 및 순수(pure water) 62-94.8 중량%를 포함하고, 보다 더 바람직하게는 아황산수소나트륨(sodium bisulfite; NaHSO3) 0.8-2 중량%, 황산(H2SO4) 0.3-1 중량%, 과황산암모늄(ammonium persulfate; (NH4)2S2O8) 10-20 중량% 및 순수(pure water) 77-88.9 중량%를 포함한다.More preferably, the aqueous solution of the etching process (S 2 0 4 ) is 0.1-10% by weight of sodium bisulfite (NaHSO 3 ), 0.1-3% by weight of sulfuric acid (H 2 SO 4 ), ammonium persulfate; (NH 4 ) 2 S 2 O 8 ) 5-25 wt% and pure water 62-94.8 wt%, even more preferably sodium bisulfite (NaHSO 3 ) 0.8-2 wt% , 0.3-1 wt% sulfuric acid (H 2 SO 4 ), 10-20 wt% of ammonium persulfate (NH 4 ) 2 S 2 O 8 ), and 77-88.9 wt% pure water. .
본 발명의 보다 다른 바람직한 구현예에 따르면, 에칭 과정(S204)은 온도 는 20-25℃에서 1-5분 동안 실시하고, 보다 더 바람직하게는 온도 20-25℃에서 1-3분 동안 실시한다.According to another preferred embodiment of the present invention, the etching process (S204) is carried out for 1-5 minutes at a temperature of 20-25 ℃, even more preferably for 1-3 minutes at a temperature of 20-25 ℃. .
센시타이징 과정(S206)은 에칭 과정(S204)의 결과물인 탄소 섬유를 PdCl2 수용액에 통과시켜 센시타이징 (sensitizing)하는 것이다.In the sensitizing process (S206), the carbon fiber, which is the result of the etching process (S204), is passed through the PdCl 2 aqueous solution to be sensitized.
센시타이징 과정(S206)은 표면 개질된 탄소 섬유의 표면에 금속 이온이 흡착되도록 하기 위함이다.Sensitizing process (S206) is to allow metal ions to be adsorbed on the surface of the surface-modified carbon fiber.
보다 바람직하게는 PdCl2 수용액의 농도는 10-30%이고, 보다 더 바람직하게는 15-25%이다.More preferably, the concentration of the PdCl 2 aqueous solution is 10-30%, even more preferably 15-25%.
본 발명의 보다 바람직한 구현예에 따르면, 상기 센시타이징 과정(S206)은 온도 20-40℃에서 1-5분 동안 실시하고, 보다 더바람직하게는 온도 25-35℃에서 1-3분 동안 실시한다.According to a more preferred embodiment of the present invention, the sensitizing process (S206) is carried out for 1-5 minutes at a temperature of 20-40 ℃, more preferably carried out for 1-3 minutes at a temperature 25-35 ℃ do.
활성화(activating) 과정(S208)은 에칭 과정(S204)의 결과물인 탄소 섬유 표표면을 음전하화하는 것이다. 활성화 과정(S208)은 도 1을 참조하여 설명한 바의 활성화 과정(S102)와 같다.The activating process (S208) is to negatively charge the carbon fiber surface resulting from the etching process (S204). The activation process S208 is the same as the activation process S102 described with reference to FIG. 1.
도 3은 탄소 섬유 표면에 인가된 음전하의 크기에 따른 금속 도금된 탄소 섬유의 표면을 보이는 사진이다.Figure 3 is a photograph showing the surface of the metal plated carbon fiber according to the magnitude of the negative charge applied to the carbon fiber surface.
도 3을 참조하면 음전하의 크기에 따라 금속 도금된 탄소 섬유의 표면 이미지가 서로 다른 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 3, it can be seen that the surface images of the metal-plated carbon fibers are different according to the magnitude of the negative charge.
한편, 도 3을 참조하면, 음전하의 크기가 -122.3 mV일 때 금속 도금된 탄소 섬유의 표면 상태가 가장 양호한 것을 알 수 있다.On the other hand, referring to Figure 3, it can be seen that the surface state of the metal plated carbon fiber is the best when the magnitude of the negative charge is -122.3 mV.
(a) 내지 (h)의 8개의 실시예 중에 (b)실시예인 -122.3 mV에서 가장 도금이 잘 되는 실시예이다.Among the eight examples of (a) to (h), the plating is best performed at -122.3 mV, which is the example of (b).
다른 실시예에서는 표면전위의 이미지가 양전위를 나타내는데 반하여 오직 (b)실시예에서 표면전위가 음전위를 나타내는 것이다.In other embodiments, the image of the surface potential represents the positive potential, whereas in (b) only the surface potential represents the negative potential.
금속도금시에 가장 좋은 실시예에서는 언제나 표면전위가 음전위인 경우이다.In the best embodiment of metal plating, the surface potential is always the negative potential.
무전해 도금 과정(S210)은 탄소 섬유에 금속을 무전해 도금시키는 것이다.The electroless plating process (S210) is to electroless plate the metal on the carbon fiber.
일 구현예로서, 탄소 섬유에 구리를 도금시키는 경우에는 무전해 도금액은 순수(pure water), 구리 금속염, 착화제, 환원제, 안정제 및 pH 조절제를 포함한다.In one embodiment, when copper is plated on carbon fibers, the electroless plating solution includes pure water, copper metal salts, complexing agents, reducing agents, stabilizers, and pH adjusting agents.
무전해 도금액에 포함되는 구리 금속염은 탄소 섬유에 도전성을 부여하기위한 구리 이온을 공급하며, 환원제는 포르말린을 이용하였으며, 착화제로 EDTA, 안정제로 TEA(트리에탄올아민) 및 2,2'-비피리딘(bipiridine), 그리고 pH 조절제로는 농도 25%의 NaOH를 이용하였다.The copper metal salt contained in the electroless plating solution supplies copper ions to impart conductivity to the carbon fiber, and the reducing agent used formalin, EDTA as a complexing agent, TEA (triethanolamine) as a stabilizer, and 2,2'-bipyridine ( bipiridine) and pH 25% NaOH was used.
전해 도금 과정(S212)은 구리를 무전해 도금 과정으로 탄소 섬유에 도금을 시킨 다음, 전해 도금 과정으로 니켈을 연속적으로 도금시키는 것이다.The electroplating process (S212) is to plate the copper on the carbon fiber in the electroless plating process, and then to continuously plate the nickel in the electrolytic plating process.
무전해 도금 과정(S210)을 실시한 다음 니켈 전해 도금 과정을 실시함으로써 탄소 섬유의 전기전도도를 개선시킬 수 있다. By performing the electroless plating process (S210) and then performing the nickel electroplating process, the electrical conductivity of the carbon fiber may be improved.
전해 도금 과정(S212)을 실시하기 위한 전해 도금액은 니켈 금속염으로 Ni(NH2SO3)2 및 NiCl2을, pH 완충제로 H3BO3 를 이용한다.As the electrolytic plating solution for carrying out the electrolytic plating process (S212), Ni (NH 2 SO 3 ) 2 and NiCl 2 are used as nickel metal salts, and H 3 BO 3 is used as a pH buffer.
무전해 도금 후 구리 또는 니켈의 공극을 빠른 시간에 Ni 전해 도금을 실시하여 메꾸는 방식으로 전기 전도도가 개선된다.After electroless plating, the electrical conductivity is improved by filling the pores of copper or nickel with Ni electroplating in a short time.
도 4는 도금 속도에 따른 도금 두께를 조사한 결과를 보인다.Figure 4 shows the result of examining the plating thickness according to the plating speed.
탄소섬유의 도금은 무전해 구리 도금과 전해 니켈 도금의 이중 도금층을 갖는 형태로 진행하였다. Plating of the carbon fiber proceeded in the form of a double plating layer of electroless copper plating and electrolytic nickel plating.
효성의 H2550 Grade의 12K 탄소섬유를 사용하여 도금하였으며, 탈지 55℃, 촉매 30℃, 활성화 55℃, 무전해구리 39℃, 전해니켈 55℃, 사이징 25℃, 건조 150℃의 도금 조건에서 라인속도를 0.65m/min에서 0.95m/min까지 단계적으로 0.10m/min씩 증가시키며 도금을 수행하였다. Plated using Hyosung's H2550 Grade 12K carbon fiber, line speed under degreasing 55 ℃, catalyst 30 ℃, activated 55 ℃, electroless copper 39 ℃, electrolytic nickel 55 ℃, sizing 25 ℃, drying 150 ℃ Plating was carried out in steps of 0.65 m / min to 0.95 m / min in increments of 0.10 m / min.
또한 각 조건하에서 도금된 탄소 섬유를 절단하여 절단면을 SEM으로 관찰하고 금속과 탄소섬유의 contrast의 차이를 활용하여 금속 박막의 두께 및 균일도를 관찰하였다.In addition, the plated carbon fiber was cut under each condition, and the cut surface was observed by SEM, and the thickness and uniformity of the metal thin film were observed by using the difference between the contrast between the metal and the carbon fiber.
도 4를 참조하면, 도금속도 증가에 따라 도금두께가 얇아지는 경향을 보였으며, 도금 속도가 느린 0.65m/min의 조건에서 도금 두께에 대한 편차가 가장 큰 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 4, the plating thickness tended to be thinner as the plating speed was increased, and the variation in the plating thickness was the greatest under the condition of 0.65 m / min.
도금 속도에 따른 도금 탄소섬유의 도금층의 두께를 고려하였을 때 0.75m/min의 속도에서 균일성 있는 품질의 탄소 섬유를 확보할 수 있음을 알 수 있다.Considering the thickness of the plating layer of the plated carbon fiber according to the plating rate, it can be seen that carbon fiber of uniform quality can be obtained at a speed of 0.75 m / min.
사이징 과정(S214)은 수용성 우레탄 혹은 에폭시 3wt.%의 사이징제를 이용하여 섬유의 집속성을 높여주는 것이다. Sizing process (S214) is to increase the binding of the fiber using a water-soluble urethane or epoxy sizing agent of 3wt.%.
0.5mm의 분말 상의 탄소 섬유를 제조하기 위해서는 집속성 향상 외에도 도금층의 박리를 방지하고 Chopping 후의 분산에 대한 문제에 대해서도 해결할 수 있는 사이징 과정이 필요하다. In order to produce 0.5 mm of powdery carbon fiber, in addition to improving the focusing property, a sizing process is required to prevent peeling of the plating layer and to solve the problem of dispersion after chopping.
금속 도금 탄소 섬유 Chopping 공정의 최적화를 위해 PVA, 에폭시, 우레탄 사이징제를 각각 1, 3, 5 wt.%의 농도로 조절하여 상온에서 사이징 처리를 하였다.In order to optimize the metal plating carbon fiber chopping process, PVA, epoxy, and urethane sizing agents were adjusted to 1, 3, and 5 wt.
사이징 처리 후 세정한다.(S216)It is cleaned after the sizing treatment (S216).
건조 과정(S218)은 세정 과정(S216)의 결과물인 탄소 섬유를 150℃의 건조로에서 건조하는 것이다. Drying process (S218) is to dry the carbon fiber resulting from the cleaning process (S216) in a drying furnace of 150 ℃.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as limiting in their usual or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concepts of terms in order to best describe their invention. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention, and do not represent all of the technical idea of the present invention, these can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be various equivalents and variations.
S102...활성화 과정 S104...도금 과정S102 ... Activation Process S104 ... Plating Process
Claims (4)
암모늄바이카보네이트 전해질 용액에 흑연을 표준전극으로 넣고 상대 전극으로 탄소섬유를 사용하고, 탄소섬유에 양전압을 인가하여 탄소 섬유 표면을 음(-)전하화하는 활성화 과정; 및
음전하가 인가된 탄소 섬유의 표면에 금속을 도금하는 과정;
을 포함하는 금속도금 탄소섬유의 제조방법.
In the manufacturing method of metal plating carbon fiber,
An activation process of negatively charging the surface of the carbon fiber by inserting graphite as a standard electrode in an ammonium bicarbonate electrolyte solution, using carbon fiber as a counter electrode, and applying a positive voltage to the carbon fiber; And
Plating a metal on the surface of the carbon fiber to which negative charge is applied;
Method of producing a metal-plated carbon fiber comprising a.
음전하가 인가된 탄소섬유에 구리를 도금시키는 무전해 구리 도금 과정; 및
구리가 도금된 탄소섬유에 니켈을 도금시키는 전해 니켈 도금 과정;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속도금 탄소섬유의 제조방법.
The process of claim 1, wherein the plating of the metal is performed.
An electroless copper plating process for plating copper on carbon fibers to which negative charge is applied; And
An electrolytic nickel plating process for plating nickel on copper plated carbon fibers;
Method for producing a metal-plated carbon fiber further comprising a.
The method of claim 1, wherein the current density in the activation process is 30 A / m 2, the reaction time is 10 seconds to 5 minutes, and the pH of the electrolyte solution is 5 to 9. 9.
탄소 섬유를 계면활성제, 유기 용매 및 비이온 계면활성제를 포함하는 수용액에 통과시켜 탈지 및 연화시키는 탈지 과정;
상기 탈지 과정의 결과물인 탄소 섬유를 아황산수소나트륨(sodium bisulfite; NaHSO3), 황산(H2SO4), 과황산 암모늄(ammonium persulfate; (NH4)2S2O8) 및 순수(pure water)를 포함하는 수용액에 통과시켜 중화, 세정 및 개질(conditioning) 작용을 하는 에칭 과정; 및
상기 에칭 과정의 결과물인 탄소 섬유를 PdCl2 수용액에 통과시켜 센시타이징 (sensitizing)하는 센시타이징 과정;을 더 포함하고,
상기 전해 니켈 도금 과정 이후에
금속 도금된 탄소섬유를 사이징 처리후 세정하는 과정; 및
세정된 탄소 섬유를 150℃의 건조로에서 건조하는 건조 과정;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속도금 탄소섬유의 제조방법.
The method of claim 2, wherein prior to the activation process
Degreasing and softening the carbon fibers by passing them through an aqueous solution comprising a surfactant, an organic solvent and a nonionic surfactant;
Carbon fiber, the result of the degreasing process, was prepared by using sodium bisulfite (NaHSO 3 ), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), ammonium persulfate (NH 4 ) 2 S 2 O 8 ) and pure water An etching process for neutralizing, cleaning, and modifying by passing through an aqueous solution comprising a); And
And a sensitizing process of sensitizing the carbon fiber, which is a result of the etching process, through a PdCl 2 aqueous solution.
After the electrolytic nickel plating process
Cleaning the metal plated carbon fibers after sizing; And
A drying process of drying the washed carbon fibers in a drying furnace at 150 ° C .;
Method for producing a metal-plated carbon fiber further comprising a.
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