KR102118958B1 - 특정 형상의 단면을 갖는 탄소나노튜브 섬유의 제조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특정 형상의 단면을 갖는 탄소나노튜브 섬유의 제조 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 직접방사법을 이용하여 탄소나노튜브 섬유를 합성하되, 탄소나노튜브 섬유의 단면 형태를 사용자가 요구하는 형태로 제조할 수가 있다.

Description

특정 형상의 단면을 갖는 탄소나노튜브 섬유의 제조 장치{Apparatus for manufacturing carbon nanotube fiber having unique shape}

본 발명은 탄소나노튜브 섬유의 제조 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 사용자가 요구하는 특정 형상의 단면을 갖는 탄소나노튜브 섬유를 연속적으로 생산할 수 있도록 하는 기술에 대한 것이다.

탄소동소체의 한 종류인 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT)는 직경이 수 내지 수십 nm이며, 길이가 수백 um에서 수 mm인 물질로 우수한 열적, 전기적, 물리적 성질과 높은 종횡비 때문에 다양한 분야에서 연구가 진행되고 있다. 탄소나노튜브의 고유한 특성은 탄소의 sp² 결합에 기인하며, 철보다 강하고 알루미늄보다 가벼우며, 금속에 준하는 전기 전도성을 나타낸다.

최근까지는 분말 형태의 탄소나노튜브를 분산시켜 복합재료의 강화제로 사용하거나 분산용액을 이용한 투명전도성 필름을 제조하는 방향으로 많은 연구가 진행되어 왔다. 하지만 복합재료와 투명전도성 필름에 탄소나노튜브를 이용하기 위해서는 탄소나노튜브의 분산이 중요한데 탄소나노튜브의 강한 반데르발스힘(van der Waals force)에 의한 응집력 때문에 이들을 고농도로 분산시키고 분산성을 유지하는 것은 쉽지 않은 일이다. 또한 탄소나노튜브가 강화재로 사용된 복합재료의 경우에는 탄소나노튜브의 우수한 성질을 충분히 발현하기가 힘들다는 단점이 있다.

이에 최근 몇 년 사이 탄소나노튜브의 성질을 충분히 발현하는 탄소나노튜브 구조체 제조를 위한 탄소나노튜브 섬유화 연구들이 진행되고 있다.

탄소나노튜브와 분산제를 함유하는 분산용액을 이용하여 섬유화 하는 방법으로는 대표적으로 응고방사법(coagulation spinning), 액정방사법(liquid-crystalline spinning), 브러시방사법(brush spinning) 및 직접방사법(direct spinning)이 있다.

응고방사법이란, 탄소나노튜브 분산용액을 고분자 용액 내로 주입하여 고분자가 분산 용액을 대체하여 바인더(binder) 역할을 하게 함으로써, 탄소나노튜브 분말이 응집되도록 하여 섬유화 하는 방식이다.

액정방사법이란, 탄소나노튜브 용액이 특정 조건에서 액정(liquid crystal)을 형성하는 성질을 이용하여 섬유화 하는 방법이다. 이 방법은 배향성이 좋은 탄소나노튜브섬유를 만들 수 있다는 장점이 있지만 방사속도가 매우 느리고 탄소나노튜브의 액정형성 조건이 까다롭다는 단점이 있다.

브러시방사법이란, 실리콘 웨이퍼 위에 촉매를 코팅한 후 이를 고온의 전기로 내부에 투입하여, 탄소나노튜브가 수직으로 성장하면 꼬임을 주면서 풀어내는 방식이다.

직접방사법이란, 수직으로 세워진 고온의 반응기에 액상의 탄소 공급원과 촉매를 이송 가스(carrier gas)와 함께 주입하여 반응기 내부에서 탄소나노튜브를 합성하고, 이송 가스와 함께 반응기의 하단으로 내려온 탄소나노튜브 집합체를 권취(wind-up)하여 섬유를 얻는 방법이다.

하지만 종래의 직접방사법을 통해 생산한 탄소나노튜브 섬유는 단사 형태의 섬유를 단순히 권취한 것에 불과하다. 따라서 특정 형태의 탄소나노튜브 섬유를 제조하기 위해서는 별도의 형태 가공을 위한 공정이 추가되어야 하는 문제점이 있다.

한편 직접방사법을 이용한 탄소나노튜브 섬유 제조 장치와 관련된 종래기술로는 대한민국 공개특허 제10-2017-0011835호(2017.02.02. '탄소나노튜브섬유 제조장치') 등이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 직접방사법을 이용하여 탄소나노튜브 섬유를 합성하되, 탄소나노튜브 섬유의 단면 형태를 사용자가 요구하는 형태로 제조할 수 있도록 하는 기술을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 탄소나노튜브 섬유의 제조 장치는, 탄소나노튜브 섬유가 합성되는 복수의 반응기; 상기 반응기에서 합성된 탄소나노튜브 섬유를 수축시키거나 표면 처리하기 위한 물질이 보관되는 수조; 상기 수조를 통과한 탄소나노튜브 섬유의 이동 경로를 제공하되, 고온의 열을 통해 상기 탄소나노튜브 섬유를 건조시키는 건조롤러; 및 상기 건조롤러에서 건조된 탄소나노튜브 섬유를 권취하여 회수하는 권취부;를 포함한다.

여기서, 상기 건조롤러의 둘레에는 특정 형상의 홈이 형성되어 있다.

또한, 상기 건조롤러는 복수개가 연속 설치되고, 상기 탄소나노튜브 섬유는 상기 건조롤러의 홈을 연속적으로 통과하여 건조가 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 탄소나노튜브 섬유 제조 장치를 통해 제조된 탄소나노튜브 섬유는 가열수단을 갖는 건조롤러를 통과하면서 완전히 건조된 후 권취부에 감길 수 있어서, 수분을 함유한 탄소나노튜브 섬유가 들러붙는 현상을 방지할 수 있다.

특히 건조롤러의 표면에 특정 형상의 홈을 형성시켰기 때문에, 탄소나노튜브 섬유는 건조롤러의 홈에 밀착하여 특정 형상을 갖는 형상로 건조가 되고, 건조롤러를 빠져나와 완전히 건조된 탄소나노튜브 섬유는 홈의 단면 형상을 유지하게 된다. 따라서 제조자가 원하는 형상의 탄소나노튜브 섬유를 한번의 공정으로 제조할 수가 있고, 섬유 두께나 형상의 균질함을 보장해 줄 수가 있다.

물론 별도의 홈은 가공되어 있지 않고 가열수단이 내장된 롤러와 밀착되더라도 탄소나노튜브 섬유가 건조될 수는 있다. 하지만 섬유가 롤러의 표면에 밀착하여 통과할 경우 납작하게 눌릴 수 밖에 없다. 만약 복수의 반응기를 통해 탄소나노튜브가 합성된 후 모아진다면 섬유의 직경은 더욱 커지게 되는데, 단순히 섬유의 한쪽만 밀착시켜 건조시킨다면 건조 효율도 떨어지게 된다. 하지만 본 발명에서는 직경이 큰 탄소나노튜브 섬유가 건조롤러에 형성된 홈을 통과하면서 홈의 내측면에 탄소나노튜브 섬유가 밀착하게 된다. 즉 탄소나노튜브 섬유의 둘레에서 고온에 직접 접촉하는 면적이 넓어지기 때문에 건조 효율이 크게 향상될 수 있으며, 섬유도 납작해지지 않고 특정 형상이 유지될 수 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 섬유 제조 장치를 설명하기 위한 도면.
도2는 도1에 도시된 탄소나노튜브 섬유 제조 장치에서 건조롤러의 구조를 설명하기 위한 개념도.
도3은 도1에 도시된 탄소나노튜브 섬유 제조 장치에서 탄소나노튜브 섬유가 복수의 건조롤러를 통과하는 과정을 설명하기 위한 도면.
도4는 도1에 도시된 탄소나노튜브 섬유 제조 장치를 통해 제조된 탄소나노튜브 섬유의 단면 형상 예시를 설명하기 위한 도면.
도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소나노튜브 섬유 제조 장치를 설명하기 위한 도면.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하되, 발명의 요지와 무관한 일부 구성은 생략 또는 압축할 것이나, 생략된 구성이라고 하여 반드시 본 발명에서 필요가 없는 구성은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결합되어 사용될 수 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 섬유 제조 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도2는 도1에 도시된 탄소나노튜브 섬유 제조 장치에서 건조롤러의 구조를 설명하기 위한 개념도이며, 도3은 도1에 도시된 탄소나노튜브 섬유 제조 장치에서 탄소나노튜브 섬유가 복수의 건조롤러를 통과하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도1 내지 도3에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 섬유 제조 장치는 반응기(10), 히팅수단(20), 분사노즐(30), 수조(50), 롤러부(61,62,70) 및 권취부(100)를 포함한다. 실시하기에 따라 탄소나노튜브 섬유 제조 장치는 분사노즐(30) 측으로 합성을 위한 원료물질, 촉매물질 및 가스를 공급하는 원료물질공급부(미도시)나, 반응기(10) 아래쪽으로 질소커튼(40)을 형성시키기 위한 분사수단(미도시)을 더 포함할 수도 있다.

대략 원통형의 수직형 반응기(10)는 내부에 반응공간(11)이 마련되어 있고, 반응기(10)의 상부에는 분사노즐(30)이 설치되어 있으며, 하부는 개방된 상태이다.

히팅수단(20)은 반응기(10) 내의 반응공간(11)을 고온 분위기로 유지시키기 위한 것으로, 반응기(10)를 감싸는 형태로 설치될 수 있다.

분사노즐(30)은 원료물질공급부(미도시)에서 공급되는 원료물질, 촉매 및 가스를 반응공간(11)에 공급해 주기 위한 것으로, 반응기(10) 상단에 복수개 설치될 수 있다.

한편 반응기(10)의 아래쪽에는 수조(50)가 마련되어 있다. 수조(50)는 물을 보관하는 냉각수조(50), 또는 합성된 탄소나노튜브 섬유(1)를 후처리 하기 위한 방사유제 등을 보관하는 수조(50)를 포함할 수 있다. 또한 서로 다른 후처리 물질(물 또는 방사유제 등)을 보관하는 하나 이상의 수조(50)가 연속적으로 설치되어 있고, 반응기(10)에서 합성된 탄소나노튜브 섬유(1)가 각각의 수조(50)를 순차적 통과할 수도 있다.

롤러부(61,62,70)는 반응기(10)에서 합성된 탄소나노튜브를 권취부(100)까지 운반되도록 이동 경로를 제공하기 위해 마련된다. 이러한 롤러부(61,62,70)는 별도의 동력원 없이 밀착되는 탄소나노튜브 섬유(1)의 이동에 따라 자유 회전 가능한 상태로 설치된다. 하지만 롤러부(61,62,70)는 설치 위치와 기능적 특징에 따라 제1롤러(61), 제2롤러(62) 및 건조롤러(70)로 구분된다.

제1롤러(61)는 반응기(10) 하단에 설치되어 반응기(10)에서 합성된 탄소나노튜브 섬유(1)를 수조(50)로 안내한다. 제2롤러(62)는 수조(50)에 설치되어 반응기(10)에서 합성된 후 제1롤러(61)를 거쳐온 탄소나노튜브 섬유(1)가 수조(50)에 담겨진 물질을 통과한 후 빠져나가도록 경로를 제공한다.

도1에서는 한 개의 반응기(10)가 설치된 예시를 도시한 것이지만, 도5에 도시된 바와 같이 두 개의 반응기(10,10')가 인접한 위치에 설치된 상태라면, 각 반응기(10,10') 하단에 설치된 제1롤러(61)에서 각각 탄소나노튜브 섬유(1)가 안내되어 수조(50)로 진입하게 되고, 수조(50)에 설치된 제2롤러(62)에서 두 가닥의 탄소나노튜브 섬유(1)가 합쳐지게 된다.

제1롤러(61)와 제2롤러(62) 외에 경로 변경이 필요하거나 탄소나노튜브 섬유(1)가 쳐지지 않도록 받쳐주는 위치에 적절하게 제3롤러(미도시)나 제4롤러(미도시)가 추가 설치될 수도 있다.

건조롤러(70)는 수조(50)를 통과한 탄소나노튜브 섬유(1)가 권취부(100)에서 권취되도록 경로를 제공하고, 동시에 탄소나노튜브 섬유(1)에 고온의 열을 가하여 건조시켜 특정 형상의 단면을 형성시키기 위해 마련된다.

즉 도2에 도시된 바와 같이 건조롤러(70)의 내부에는 가열수단(71)이 내장되어 있으며, 그 둘레에는 특정 형상의 홈(72)이 형성되어 있다. 홈(72)의 형상은 탄소나노튜브 섬유(1)를 제조하는 자 또는 공급받는 자가 원하는 형상으로 다양하게 변형될 수 있는데, 본 실시예에서는 하나의 건조롤러(70) 둘레를 따라 삼각형 형상의 홈, 사각형 형상의 홈, 반구 형상의 홈이 각각 형성되어 있는 건조롤러(70)를 도시하였다. 이러한 건조롤러(70)는 도3에 도시된 바와 같이 필요에 따라 복수개가 연속 설치될 수도 있다.

권취부(100)는 반응기(10)에서 합성되고 건조롤러(70)를 통해 건조됨과 동시에 특정 형상의 단면이 형성된 탄소나노튜브 섬유(1)를 권취하여 회수하기 위해 마련된다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 섬유 제조 장치를 이용하여 탄소나노튜브 섬유(1)를 제조하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저 히팅수단(20)을 작동시켜 반응기(10) 내부의 반응공간(11)을 탄소나노튜브 합성에 적합한 온도로 유지시킨다. 반응공간(11)의 온도는 예컨대 1000~1500℃를 유지하는 것이 바람직하다.

또한 안정적인 탄소나노튜브 합성을 위해 반응공간(11)에는 아르곤(Ar), 질소(N₂) 등의 불활성 가스가 채워져 있는 것이 바람직하다. 이를 위해 반응기(10)에는 별도의 가스 공급구(미도시)와 잔여 가스를 배출시키기 위한 가스 배출구(미도시)가 추가로 구비될 수 있다.

이후 반응기(10) 상단에 설치된 분사노즐(30)을 통해 탄소나노튜브 합성을 위한 원료물질과 촉매가 이송 가스와 혼합된 상태로 분사된다.

원료물질은 액상 또는 기상 형태의 탄소화합물을 포함한다. 예컨대 원료물질은 메탄, 에틸렌, 아세틸렌, 메틸아세틸렌, 비닐아세틸렌, 에탄올, 메탄올, 프로판올, 아세톤, 벤젠, 헥산 등 기존에 알려진 탄소화합물 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

촉매는 탄소나노튜브 성장을 위한 것으로 Fe, Co, Al, Mg, Ni 등이 될 수 있다. 더불어 촉매는 담지법, 탐침법, 졸겔법, 연소법 등으로 제조된 담지체가 있는 금속 촉매일 수도 있고, Fe, Co, Ni 등의 일정 조성으로 있는 담지체가 없는 촉매일 수도 있다. 또한 촉매는 페로센(Ferrocene), 코발토센(Cobaltocene) 등 과 같은 메탈로센 촉매가 사용될 수 있다.

또한 원료물질과 촉매는 미리 혼합된 상태로 준비될 수 있으며, 원료물질과 촉매를 공급하기 위한 장치(미도시) 및 원료물질과 촉매를 혼합하기 위한 장치(미도시)가 별도로 구비될 수 있다.

원료물질과 촉매를 이송시키기 위한 이송 가스는 탄화수소(Hydrocarbon gas), 수소(Hydrogen gas), 질소(Nitrogen gas) 또는 아르곤(Argon gas) 등일 수 있다. 이러한 가스는 별도의 가스공급수단(미도시)을 통해 공급될 수 있다.

원료물질과 촉매가 이송 가스와 혼합되어 반응기(10) 상단에 설치된 분사노즐(30)을 통해 분사되면, 반응공간(11)에서 탄소나노튜브의 합성이 이루어진다. 즉 반응기(10)의 상단에서 하단 방향으로 유동하면서 탄소나노튜브가 성장하면서 탄소나노튜브 섬유(1)가 형성된다. 이때 합성된 탄소나노튜브 섬유(1)는 내부가 빈 원형의 망구조, 즉 sock 형태로 형성된다.

이렇게 합성된 탄소나노튜브 섬유(1)는 반응기(10) 하단의 개방부를 통해 빠져나와 수조(50)를 통과하게 된다. 이때 반응기(10) 하단으로 빠져 나온 sock 형태의 탄소나노튜브는 제1롤러(61)를 통해 이동 경로가 제공되어 수조(50)로 진입하게 된다.

여기서 탄소나노튜브 섬유(1)가 스스로 이동하는 것처럼 표현을 했지만, 실질적으로는 권취부(100)가 회전하면서 탄소나노튜브 섬유(1)를 지속적으로 잡아 당기는 것이다.

반응기(10)에서 빠져나온 탄소나노튜브 섬유(1)는 수조(50)에 위치한 제2롤러(62) 통과하게 된다. 즉 물 또는 방사유제가 포함된 수조(50)를 통과하면서 탄소나노튜브 섬유(1)는 수축하면서 부피가 감소하게 되고, 방사유제가 포함된 수조(50)를 통과하면서 기능화(표면 처리)가 이루어지게 된다.

한편, 반응기(10)의 하단에는 별도의 분사수단(미도시)이 마련되어 있어서 질소커튼(40)이 형성된다. 따라서 질소커튼(40)에 의해 반응기(10)의 개방된 하부를 통과하는 탄소나노튜브 섬유(1) 외부 대기에 노출되지 않게 된다. 동시에 질소커튼(40)은 반응기(10) 내의 반응공간(11)을 외부 대기와 차단시켜 폭발 가능성을 낮추어 주는 작용도 하게 된다.

수조(50)를 통과하면서 수축된 단사 형태의 탄소나노튜브 섬유(1)는 그대로 권취부(100)에 감겨 회수될 수도 있다. 하지만, 수조(50)를 통과한 탄소나노튜브 섬유(1)를 그대로 권취할 경우 섬유들이 뭉쳐지기 때문에 잘 풀어지지 않게 된다. 즉, 탄소나노튜브 섬유(1)가 수조(50)의 물이나 방사유제를 통과하면서 섬유 형태로 수축되고, 서로 들러붙지 않도록 표면 처리가 된다 하더라도, 탄소나노튜브 섬유(1)가 그대로 권취부(100)에 권취될 경우 젖어 있는 상태의 탄소나노튜브 섬유(1)가 서로 뭉쳐질 가능성이 높은 것이다.

이를 위해 본 발명에서는 수조(50)를 통과한 탄소나노튜브 섬유(1)가 건조롤러(70)를 통과한 후 권취부(100)에 감기도록 하고 있다. 즉 가열수단(71)에 의해 고온으로 달궈진 건조롤러(70)에 탄소나노튜브 섬유(1)가 밀착하여 지나가게 되면, 수분이 빠르게 제거되면서 탄소나노튜브 섬유(1)가 건조된다. 또한 도3에 도시된 바와 같이 탄소나노튜브 섬유(1)가 복수의 건조롤러(70)를 연속하여 통과할 경우 건조 효과가 더욱 높아지게 된다.

한편 건조 과정에 의해 탄소나노튜브 섬유(1)의 형상도 잡히게 되는데, 본 발명에 적용되는 건조롤러(70)에는 탄소나노튜브 섬유(1)가 거쳐가는 위치에 특정 형상의 홈(72)이 가공되어 있어서, 탄소나노튜브 섬유(1)의 건조와 동시에 섬유의 단면 형상을 잡아줄 수가 있다.

즉 도2에 도시된 바와 같이 건조롤러(70)의 둘레를 따라 삼각형 형상, 사각형 형상, 또는 반원 형상의 홈이 형성되어 있고, 각 홈(72)을 따라 탄소나노튜브 섬유(1)가 지나가게 되면 홈(72)의 내부에 탄소나노튜브 섬유(1)가 밀착된 상태에서 형상이 잡히게 되고, 이후 가열수단(71)에 의해 탄소나노튜브 섬유(1)가 건조된다. 즉 홈(72)의 내부에 탄소나노튜브 섬유(1)가 밀착된 상태에서 형태가 잡히게 되는 것이므로, 홈(72)의 내부에 탄소나노튜브 섬유(1)가 밀착된다는 것은 탄소나노튜브 섬유가 홈(72)의 내부공간을 모두 채우면서 홈(72)에 밀착된다는 것을 의미한다.

즉 탄소나노튜브 섬유(1)는 홈(72)의 형상에 맞추어 형상이 변화된 상태에서 건조가 이루어지는 것이어서, 건조롤러(70)를 빠져나온 탄소나노튜브 섬유(1)는 도4에 도시된 바와 같이 건조롤러(70)의 홈(72) 형상에 대응하는 삼각형 형상(a), 사각형 형상(b) 또는 반원 형상(c)의 단면을 가지게 되는 것이다.

이렇게 특정 형상의 단면 형상이 유지된 채로 건조된 탄소나노튜브 섬유(1)는 권취부(100)에 감기더라도 그 형상이 지속적으로 유지된다.

또한 완전히 건조된 탄소나노튜브 섬유(1)들은 권취부(100)에 감기더라도 서로 뭉쳐지지 않게 되어 추후 쉽게 풀어낼 수가 있다.

한편 도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소나노튜브 섬유 제조 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도5에 도시된 탄소나노튜브 섬유 제조 장치는 도1에 도시된 장치와 유사하나, 두 개의 반응기(10,10')가 인접한 위치에 설치된 후 각각의 반응기(10,10') 하단에 설치된 제1롤러(61)에 의해 탄소나노튜브 섬유(1)가 수조(50)에 설치된 제2롤러(62)에 함께 진입되도록 한 것이다.

따라서 수조(50)를 통과한 탄소나노튜브 섬유(1)는 두 가닥의 섬유 형태가 될 것이지만, 건조롤러(70)의 같은 홈(72)에 함께 진입하여 밀착된 상태로 건조가 이루어지면, 상대적으로 굵기가 굵거나 밀도가 높은 특정 형상의 단면을 갖는 탄소나노튜브 섬유(1)가 제조된다.

도5에 도시된 예시 외에도 3개 또는 4개 이상의 복수의 반응기(10,10')를 인접하게 위치시킨 후 각각 합성된 탄소나노튜브 섬유(1)를 뭉쳐서 특정 형상의 단면을 갖도록 제조하는 것도 충분히 가능하다. 이 경우 탄소나노튜브 섬유(1)에 함유된 수분도 많기 때문에 건조 과정이 더욱 중요해질 수 있다. 따라서 탄소나노튜브 섬유(1)의 굵기에 비례하여 통과해야 하는 건조롤러(70)의 개수도 함께 늘려주는 것이 바람직하다.

또한 탄소나노튜브 섬유(1)가 복수의 건조롤러(70)를 통과할 경우, 탄소나노튜브 섬유(1)는 같은 형상의 단면을 갖는 홈(72)들만 통과할 수 있도록 설계되어야 한다.

본 발명에 따른 탄소나노튜브 섬유 제조 장치를 통해 제조된 탄소나노튜브 섬유(1)는 가열수단(71)을 갖는 건조롤러(70)를 통과하면서 완전히 건조된 후 권취부(100)에 감길 수 있어서, 수분을 함유한 탄소나노튜브 섬유(1)가 들러붙는 현상을 방지할 수 있다.

특히 건조롤러(70)의 표면에 특정 형상의 홈(72)을 형성시켰기 때문에, 탄소나노튜브 섬유(1)는 건조롤러(70)의 홈(72)에 밀착하여 특정 형상을 갖는 형상으로 건조가 되고, 건조롤러(70)를 빠져나와 완전히 건조된 탄소나노튜브 섬유(1)는 홈(72)의 단면 형상을 유지하게 된다. 따라서 제조자가 원하는 형상의 탄소나노튜브 섬유(1)를 한번의 공정으로 제조할 수가 있고, 섬유 두께나 형상의 균질함을 보장해 줄 수가 있다.

물론 별도의 홈은 가공되어 있지 않고 가열수단이 내장된 롤러와 밀착되더라도 탄소나노튜브 섬유(1)가 건조될 수는 있다. 하지만 섬유가 롤러의 표면에 밀착하여 통과할 경우 납작하게 눌릴 수 밖에 없다. 만약 복수의 반응기(10,10')를 통해 탄소나노튜브가 합성된 후 모아진다면 섬유의 직경은 더욱 커지게 되는데, 단순히 섬유의 한쪽만 밀착시켜 건조시킨다면 건조 효율도 떨어지게 된다. 하지만 본 발명에서는 직경이 큰 탄소나노튜브 섬유(1)가 건조롤러(70)에 형성된 홈(72)을 통과하면서 홈(72)의 내측면에 탄소나노튜브 섬유(1)가 밀착하게 된다. 즉 탄소나노튜브 섬유(1)의 둘레에서 고온에 직접 접촉하는 면적이 넓어지기 때문에 건조 효율이 크게 향상될 수 있으며, 섬유도 납작해지지 않고 특정 형상이 유지될 수 있다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면, 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 발명의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

1 : 탄소나노튜브 섬유
10, 10' : 반응기
11 : 반응공간
20 : 히팅수단
30 : 분사노즐
40 : 질소커튼
50 : 수조
61 : 제1롤러
62 : 제2롤러
70 : 건조롤러
71 : 가열수단
72 : 홈
100 : 권취부

Claims (3)

1. 탄소나노튜브 섬유가 합성되는 복수의 반응기;
   상기 반응기에서 합성된 탄소나노튜브 섬유를 수축시키거나 표면 처리하기 위한 물질이 보관되는 수조;
   상기 수조를 통과한 탄소나노튜브 섬유의 이동 경로를 제공하되, 고온의 열을 통해 상기 탄소나노튜브 섬유를 건조시키는 건조롤러; 및
   상기 건조롤러에서 건조된 탄소나노튜브 섬유를 권취하여 회수하는 권취부를 포함하고,
   상기 건조롤러의 둘레에는 특정 형상을 갖는 홈이 형성되어 있고,
   상기 탄소나노튜브 섬유가 상기 건조롤러의 상기 특정 형상의 홈을 따라 지나가면, 상기 탄소나노튜브 섬유는 상기 특정 형상의 홈의 내부공간을 모두 채우면서 상기 특정 형상의 홈에 밀착된 상태에서 건조가 이루어짐으로써 상기 탄소나노튜브 섬유는 상기 특정 형상의 홈의 형상에 대응되는 형상으로 단면의 형상이 변화되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 섬유의 제조 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 건조롤러는 복수개가 연속 설치되고, 상기 탄소나노튜브 섬유는 상기 건조롤러의 홈을 연속적으로 통과하여 건조가 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 섬유의 제조 장치.
   
3. 탄소나노튜브 원료물질과 촉매를 투입하여 반응기를 통해 탄소나노튜브 섬유를 합성하는 단계;
   상기 탄소나노튜브 섬유가 물 또는 방사유제가 담겨진 수조를 통과하는 단계;
   상기 수조를 통과한 상기 탄소나노튜브 섬유가 특정 형상의 홈이 형성된 건조롤러를 통과하는 단계; 및
   상기 건조롤러를 통과한 이후의 상기 탄소나노튜브 섬유가 권취부에 감기는 단계를 포함하되,
   상기 탄소나노튜브 섬유가 상기 건조롤러의 상기 특정 형상의 홈을 따라 지나가면, 상기 탄소나노튜브 섬유는 상기 특정 형상의 홈의 내부공간을 모두 채우면서 상기 특정 형상의 홈에 밀착된 상태에서 건조가 이루어짐으로써 상기 탄소나노튜브 섬유는 상기 특정 형상의 홈의 형상에 대응되는 형상으로 단면의 형상이 변화되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 섬유의 제조방법.

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