KR102137980B1 - Pan계 탄소섬유 토우의 열전도도 및 전기전도도 측정용 거치장치 - Google Patents

Pan계 탄소섬유 토우의 열전도도 및 전기전도도 측정용 거치장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 탄소섬유 필라멘트 시편의 열전도도 및 전기전도도 측정용 거치장치는 베이스 플레이트(10); 상기 베이스 플레이트(10) 상에 고정 설치되는 고정 플레이트 유닛(20); 상기 고정 플레이트 유닛(20)의 일측 방향을 따라 상기 베이스 플레이트(10) 상에서 이동 가능하게 배치되는 이동 플레이트 유닛(30); 상기 고정 플레이트 유닛(20)과 이동 플레이트 유닛(30) 상에 연결되는 전원공급부(40); 및 상기 고정 플레이트 유닛(20)과 이동 플레이트 유닛(30) 상에 걸쳐 놓여지는 탄소섬유 필라멘트 시편의 양 끝단을 고정하도록 상기 고정 플레이트 유닛(20)과 이동 플레이트 유닛(30) 각각에 배치되는 한쌍의 클램퍼(50);를 포함하고, 상기 고정 플레이트 유닛(20)과 이동 플레이트 유닛(30) 상에 각각 전극이 고정 배치되고, 상기 전극 상에 상기 탄소섬유 필라멘트 시편이 밀착하도록 배치된 상태에서 상기 클램퍼를 통해 상기 탄소섬유 필라멘트 시편을 상기 전극 상에 가압 고정하는 것을 특징으로 한다.

Description

PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도 및 전기전도도 측정용 거치장치{Mounting device for measurement of thermal conductivity and electrical conductivity of PAN-based carbon fibers tow}
본 발명은 탄소섬유 필라멘트 시편의 열전도도 및 전기전도도를 쉽고 정확하게 얻을 수 있도록 탄소섬유 필라멘트 시편을 거치한 상태에서의 측정장치에 관한 것이다.
탄소 섬유(carbon fiber), 그라파이트 섬유, 탄소 그라파이트, CF는 탄소가 주성분인 직경이 5~7㎛ 굵기의 매우 가는 섬유이다. 탄소 섬유를 구성하는 탄소 원자들은 섬유의 길이 방향을 따라 육각 고리 결정의 형태로 붙어 있으며, 이러한 분자 배열 구조로 인해 강한 물리적 속성을 띠게 된다.
탄소 섬유는 다양한 패턴으로 직조될 수 있으며, 플라스틱 등과 함께 사용되어 탄소섬유강화 플라스틱(Carbon-fiber-reinforced polymer)과 같이 가볍고도 강한 복합 재료를 만들어내기도 한다. 탄소 섬유의 밀도는 철보다 훨씬 낮기 때문에, 경량화가 필수적인 조건일 때 사용하기에 적합하다.
탄소 섬유는 높은 인장 강도, 가벼운 무게, 낮은 열팽창율 등의 특성으로 인해 항공우주산업, 토목건축, 군사, 자동차 및 각종 스포츠 분야의 소재로 매우 널리 쓰이는 반면, 가격 면에서는 유사한 소재인 유리 섬유나 플라스틱보다 상대적으로 비싸고, 당기거나 구부리는 힘에 매우 강하며, 압축하는 힘이나 순간적인 충격에는 약하다.
한편, 최근 정보화 사회의 심화와 함께 전자 디바이스의 고집적화가 줄(Joule) 열로서 나타나 문제로서 인식되고 있다. 또한 소형화된 전자 디바이스는 공간적인 제약 때문에 열을 적절한 장소로 이동시키거나 케이스 등으로부터 방열시킬 필요가 있어 사용 부품재료의 다기능화가 열 대책의 구체적 사례로서 요구되고 있다
수지 재료는 경량성 및 가공성에서 우수한 재료이나 열전도율은 겨우 0.2W/(mK) 정도이다. 이 때문에 열전도율을 향상시킨 수지 재료 개발에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한 이미 열전도성 시트, 윤활제 등 실용화되어 있는 열 대책용 재료가 다수 있으나 더욱 높은 열전도율 향상이 요청되고 있다.
상기의 열전도율을 측정하는 방법은 접촉식인 평판열류계법과 hotwire 식이 있게 된다.
평판열류계법은 시편의 상하 온도 차를 달리하여, 평형 값을 읽어 열전도도 값을 구한다.
hotwire 식은 일정량의 전류를 센서의 발열체를 통하여 샘플에 전달하고 시간 경과에 따른 센서와 샘플의 접지된 부분의 온도를 측정한다.
비접촉식(LFA)은 열확산율(α), 비열(Cp), 밀도(ρ) 측정 후 열전도도(λ)로 환산하는 것으로서, 두께(y), 수평(x) 각 방향에 따라 열전도도를 고려할 수 있다.
한편, 탄소섬유의 열전도도 측정 방법 중 접촉식(Contact-type)의 경우, 탄소섬유의 두께가 일정하지 않아 일정한 무게가 걸리지 않으며 균일한 샘플링이 되지 않고 작업자에 따라 개인차가 발생할 수 있으며 비접촉식(Non contact-type)의 경우엔, 섬유 내부에 기공(pore) 및 틈 사이로 많은 레이저를 통과시켜 열전도도 측정 시 정확도가 떨어지며 오차 발생률이 크다.
KR 10-1448217 B
본 발명은 측정을 요하는 탄소섬유 필라멘트 시편의 양측 상에 고정 플레이트 유닛 및 이동 플레이트 유닛을 배치한 상태에서 상기 고정 플레이트 유닛과 이동 플레이트 유닛 사이의 영역을 통해 열전도도와 전기전도도를 안정적으로 측정하게 하는 탄소섬유 필라멘트 시편의 열전도도 및 전기전도도 측정용 거치장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 탄소섬유 필라멘트 시편의 열전도도 및 전기전도도 측정용 거치장치는 베이스 플레이트(10); 상기 베이스 플레이트(10) 상에 고정 설치되는 고정 플레이트 유닛(20); 상기 고정 플레이트 유닛(20)의 일측 방향을 따라 상기 베이스 플레이트(10) 상에서 이동 가능하게 배치되는 이동 플레이트 유닛(30); 상기 고정 플레이트 유닛(20)과 이동 플레이트 유닛(30) 상에 연결되는 전원공급부(40); 및 상기 고정 플레이트 유닛(20)과 이동 플레이트 유닛(30) 상에 걸쳐 놓여지는 탄소섬유 필라멘트 시편의 양 끝단을 고정하도록 상기 고정 플레이트 유닛(20)과 이동 플레이트 유닛(30) 각각에 배치되는 한쌍의 클램퍼(50);를 포함하고, 상기 고정 플레이트 유닛(20)과 이동 플레이트 유닛(30) 상에 각각 전극이 고정 배치되고, 상기 전극 상에 상기 탄소섬유 필라멘트 시편이 밀착하도록 배치된 상태에서 상기 클램퍼를 통해 상기 탄소섬유 필라멘트 시편을 상기 전극 상에 가압 고정하는 것을 특징으로 한다.
상기 고정 플레이트 유닛(20)은, 고정 플레이트(210), 상기 고정 플레이트(210)에 고정된 상태에서 상기 고정 플레이트(210)의 상부로 돌출 배치되는 복수의 제1 고정핀(220), 상기 복수의 제1 고정핀(220)을 통해 상기 고정 플레이트 상에 정위치되는 제1 덮개(230)를 포함한다.
상기 고정 플레이트는 계단식으로 단차진 제1 전극 안착홈이 형성되고, 상기 제1 전극 안착홈 상에 전극이 고정 설치되며, 상기 제1 덮개는 그 내측 상에 절연 성질을 갖는 스폰지가 배치되고, 상기 제1 덮개가 상기 고정 플레이트 상에 결합되는 경우에, 상기 스폰지를 통해 상기 전극이 가압 고정된다.
상기 이동 플레이트 유닛(30)은, 이동 플레이트(310), 상기 이동 플레이트(310)를 관통한 상태에서 상기 이동 플레이트(310)의 상부로 돌출 배치되는 복수의 제2 고정핀(320), 상기 복수의 제2 고정핀(320)을 통해 상기 이동 플레이트(310) 상에 정위치되는 제2 덮개(330)를 포함한다.
상기 이동 플레이트는 상기 이동 플레이트의 전단으로부터 소정거리 이격된 위치 상에 제2 전극 안착홈이 형성되고, 상기 제2 전극 안착홈 상에 전극이 고정 설치되며, 상기 커버는 그 내측 상에 절연 성질을 갖는 스폰지가 배치되고, 상기 커버가 상기 이동 플레이트 상에 결합되는 경우에, 상기 스폰지를 통해 상기 전극이 가압 고정된다.
상기 베이스 플레이트(10)는 상기 탄소섬유 필라멘트 시편보다 열전도율이 매우 낮은 유리 또는 석영을 채용한다.
상기 전극은 구리 전극을 채용한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 측정을 요하는 탄소섬유 필라멘트 시편의 양측 상에 고정 플레이트 유닛 및 이동 플레이트 유닛을 배치한 상태에서 상기 고정 플레이트 유닛을 기준으로 이동 플레이트 유닛의 위치를 조정하게 함으로써 탄소섬유 필라멘트 시편에 대한 열전도도와 전기전도도를 안정적으로 측정하게 한다.
본 발명은 플레이트 유닛을 구성하는 플레이트, 플레이트 상에 형성되는 복수의 덮개 고정핀 및 덮개 고정핀을 통해 플레이트 상에 놓인 필라멘트 시편의 끝단을 절연 스폰지를 통해 가압하는 덮개 구조를 통해 안정적인 측정 환경을 조성한다.
도 1은 본 발명에 따른 탄소섬유 필라멘트 시편의 열전도도 및 전기전도도 측정용 거치장치의 정면도를 보인다.
도 2는 본 발명에 따른 탄소섬유 필라멘트 시편의 열전도도 및 전기전도도 측정용 거치장치의 평면도를 보인다.
도 3은 전원공급부에 연결된 상태 하에서의 전기전도도 측정용 거치장치를 보인다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유 필라멘트 시편의 열전도도 및 전기전도도 측정용 거치장치를 설명한다.
탄소섬유 필라멘트 시편의 열전도도 및 전기전도도 측정용 거치장치는, 베이스 플레이트(10), 베이스 플레이트(10) 상에 고정 설치되는 고정 플레이트 유닛(20); 상기 고정 플레이트 유닛(20)의 일측 방향을 따라 상기 베이스 플레이트(10) 상에서 이동 가능하게 배치되는 이동 플레이트 유닛(30); 상기 고정 플레이트 유닛(20)과 이동 플레이트 유닛(30) 상에 연결되는 전원공급부(40); 및 상기 고정 플레이트 유닛(20)과 이동 플레이트 유닛(30) 상에 걸쳐 놓여지는 탄소섬유 필라멘트 시편의 양 끝단을 고정하도록 상기 고정 플레이트 유닛(20)과 이동 플레이트 유닛(30) 각각에 배치되는 한쌍의 클램퍼(50);를 포함한다.
여기에서, 베이스 플레이트(10) 상에서 이동 플레이트 유닛(30)의 이동방향을 길이 방향으로 하고, 이동 플레이트 유닛(30)의 이동방향에 직교하는 방향을 가로 방향으로 설정한다.
상기 베이스 플레이트(10)는 탄소섬유 필라멘트 토우를 고정해주는 홀더 역할을 하며, 탄소섬유 필라멘트 시험 시편보다 열전도율이 매우 낮은 재료로서 유리나 석영 등을 사용할 수 있다.
상기 고정 플레이트 유닛(20)과 이동 플레이트 유닛(30) 상에 각각 전극이 고정 배치되고, 상기 전극 상에 탄소섬유 필라멘트 시편이 밀착하도록 배치된 상태에서 클램퍼를 통해 탄소섬유 필라멘트 시편을 전극 상에 가압 고정한다.
상기 전극은 일 실시예로서 구리 전극을 채용한다.
상기 고정 플레이트 유닛(20)은, 소정 두께를 갖는 고정 플레이트(210), 상기 고정 플레이트(210)에 고정된 상태에서 고정 플레이트(210)의 상부로 돌출 배치되는 복수의 제1 고정핀(220), 상기 복수의 제1 고정핀(220)을 통해 고정 플레이트 상에 정위치되는 제1 덮개(230)를 포함한다.
복수의 제1 고정핀(220)은 가로 방향을 따라 복수개가 일렬로 배열된다. 상기 구조를 통해서 결합되는 제1 덮개(230)의 틀어짐을 방지한다.
상기 고정 플레이트(210)는 계단식으로 단차진 제1 전극 안착홈(212)이 형성되고, 상기 제1 전극 안착홈(212) 상에 제1 전극이 고정 설치되며, 상기 제1 덮개(230)는 그 내측 상에 절연 성질을 갖는 제1 스폰지가 배치된다.
상기 제1 덮개(230)가 고정 플레이트(210) 상에 결합되는 경우에, 상기 제1 스폰지를 통해 제1 전극이 가압 고정된다.
상기 이동 플레이트 유닛(30)은, 소정 두께를 갖는 이동 플레이트(310), 이동 플레이트(310)를 관통한 상태에서 이동 플레이트(310)의 상부로 돌출 배치되는 복수의 제2 고정핀(320), 상기 복수의 제2 고정핀(320)을 통해 이동 플레이트(310) 상에 정위치되는 제2 덮개(330)를 포함한다.
상기 이동 플레이트(310)는 이동 플레이트(310)의 전단으로부터 소정거리 이격된 위치 상에 가로 방향을 따라 제2 전극 안착홈(312)이 형성되고, 상기 제2 전극 안착홈(312) 상에 제2 전극이 고정 설치되며, 상기 제2 덮개(330)는 그 내측 상에 절연 성질을 갖는 제2 스폰지가 배치된다. 한편, 고정 플레이트(210)를 마주하는 이동 플레이트(310)의 전단 중앙부 상에는 상하부로 개방 형성된 측정홈(미도시)이 형성된다. 상기 측정홈은 고정 플레이트 및 이동 플레이트를 통해 탄소섬유 필라멘트 시편이 설치된 상태에서 측정을 행하는 과정에서 용이한 모니터링을 가능하게 한다.
상기 제2 덮개(330)가 이동 플레이트(310) 상에 결합되는 경우에, 제2 스폰지를 통해 제2 전극이 가압 고정된다.
한쌍의 클램퍼(50)는 고정 플레이트 유닛(20) 상에 결합된 상태에서 탄소섬유 필라멘트 시편의 일측 끝단을 고정하는 제1 클램퍼 및 이동 플레이트 유닛(30) 상에 결합된 상태에서 탄소섬유 필라멘트 시편의 타측 끝단을 고정하는 제2 클램퍼를 포함한다.
제1 클램퍼는 고정 플레이트 유닛(20)의 상면 상에 직접 고정되는 클램프 바디(51), 클램프 바디의 상단 일측 상에 회동 가능하게 결합되는 손잡이부(52), 클램프 바디의 상단 타측 상에 회동 가능하게 결합되는 가압부(53), 상기 손잡이부와 가압부를 상호 연결하는 연동부(54) 및 가압부 상에 길이 조절 가능하게 결합되는 누름봉(55)을 포함한다. 상기 손잡이부와 가압부는 소정 각도로 굴곡진 상태의 구조를 갖는 것으로서 상기 굴곡진 부위 상에 연동부가 회전 가능하게 결합되는 구조일 수 있다.
상기 손잡이부가 당겨진 상태인 해제 위치에서, 상기 손잡이부를 밀게 되면 연동부 및 가압부를 연쇄적으로 움직이게 함으로써 결과적으로 상기 가압부 상에 길이 조절 가능하게 결합된 누름봉을 고정 플레이트 유닛(20) 상에 수직한 상태로 위치하게 한다.
한편, 제2 클램퍼의 경우도 제1 클램퍼와 동일한 구조를 갖는 것으로서, 이동 플레이트 유닛(30) 상에 동일한 구조 및 작동 원리를 통해 기능한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 측정을 요하는 탄소섬유 필라멘트 시편의 양측 상에 고정 플레이트 유닛(20) 및 이동 플레이트 유닛(30)을 배치한 상태에서 상기 고정 플레이트 유닛(20)을 기준으로 이동 플레이트 유닛(30)의 위치를 조정하게 함으로써 탄소섬유 필라멘트 시편에 대한 열전도도와 전기전도도를 안정적으로 측정하게 한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 베이스 플레이트(10);
    상기 베이스 플레이트(10) 상에 고정 설치되는 고정 플레이트 유닛(20);
    상기 고정 플레이트 유닛(20)의 일측 방향을 따라 상기 베이스 플레이트(10) 상에서 이동 가능하게 배치되는 이동 플레이트 유닛(30);
    상기 고정 플레이트 유닛(20)과 이동 플레이트 유닛(30) 상에 연결되는 전원공급부(40); 및
    상기 고정 플레이트 유닛(20)과 이동 플레이트 유닛(30) 상에 걸쳐 놓여지는 탄소섬유 필라멘트 시편의 양 끝단을 고정하도록 상기 고정 플레이트 유닛(20)과 이동 플레이트 유닛(30) 각각에 배치되는 한쌍의 클램퍼(50);를 포함하고,
    상기 고정 플레이트 유닛(20)은, 고정 플레이트(210), 상기 고정 플레이트(210)에 고정된 상태에서 상기 고정 플레이트(210)의 상부로 돌출 배치되는 복수의 제1 고정핀(220) 및 상기 복수의 제1 고정핀(220)을 통해 상기 고정 플레이트 상에 정위치되는 제1 덮개를 포함하고,
    상기 이동 플레이트 유닛(30)은, 이동 플레이트(310), 상기 이동 플레이트(310)를 관통한 상태에서 상기 이동 플레이트(310)의 상부로 돌출 배치되는 복수의 제2 고정핀(320), 상기 복수의 제2 고정핀(320)을 통해 상기 이동 플레이트(310) 상에 정위치되는 제2 덮개를 포함하며,
    상기 고정 플레이트(210)를 마주하는 상기 이동 플레이트(310)의 전단 중앙부 상에는 상하부로 개방 형성된 측정홈이 형성되고, 상기 측정홈은 상기 고정 플레이트 및 이동 플레이트를 통해 탄소섬유 필라멘트 시편이 설치된 상태에서 측정을 행하는 과정에서 모니터링을 가능하게 하고,
    상기 복수의 제1 고정핀(220)은 상기 이동 플레이트 유닛(30)의 이동방향에 직교하는 방향인 가로 방향을 따라 복수개가 일렬로 배열되고, 이를 통해서 결합되는 상기 제1 덮개의 틀어짐을 방지하며,
    상기 고정 플레이트 유닛(20)과 이동 플레이트 유닛(30) 상에 각각 전극이 고정 배치되고, 상기 전극 상에 상기 탄소섬유 필라멘트 시편이 밀착하도록 배치된 상태에서 상기 클램퍼를 통해 상기 탄소섬유 필라멘트 시편을 상기 전극 상에 가압 고정하는 것을 특징으로 하는,
    탄소섬유 필라멘트 시편의 열전도도 및 전기전도도 측정용 거치장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정 플레이트는 계단식으로 단차진 제1 전극 안착홈이 형성되고, 상기 제1 전극 안착홈 상에 전극이 고정 설치되며, 상기 제1 덮개는 그 내측 상에 절연 성질을 갖는 스폰지가 배치되고,
    상기 제1 덮개가 상기 고정 플레이트 상에 결합되는 경우에, 상기 스폰지를 통해 상기 전극이 가압 고정되는,
    탄소섬유 필라멘트 시편의 열전도도 및 전기전도도 측정용 거치장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동 플레이트는 상기 이동 플레이트의 전단으로부터 소정거리 이격된 위치 상에 제2 전극 안착홈이 형성되고, 상기 제2 전극 안착홈 상에 전극이 고정 설치되며, 상기 제2 덮개는 그 내측 상에 절연 성질을 갖는 스폰지가 배치되고,
    상기 제2 덮개가 상기 이동 플레이트 상에 결합되는 경우에, 상기 스폰지를 통해 상기 전극이 가압 고정되는,
    탄소섬유 필라멘트 시편의 열전도도 및 전기전도도 측정용 거치장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트(10)는 상기 탄소섬유 필라멘트 시편보다 열전도율이 매우 낮은 유리 또는 석영을 채용하는,
    탄소섬유 필라멘트 시편의 열전도도 및 전기전도도 측정용 거치장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극은 구리 전극을 채용하는,
    탄소섬유 필라멘트 시편의 열전도도 및 전기전도도 측정용 거치장치.
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