KR102143841B1 - 열화상 카메라를 이용한 pan계 탄소섬유 토우의 열전도도 측정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도 측정 방법은 탄소섬유 필라멘트 토우를 샘플링하는 단계; 상기 샘플링된 탄소섬유 필라멘트 토우의 열전도도를 열화상 카메라로 측정하는 단계; 및 상기 열화상 카메라를 통해 측정된 값으로부터 열전도도를 계산하는 단계;를 포함하고, 상기 탄소섬유 필라멘트 토우의 길이는 10mm 내지 50mm인 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 열화상 카메라를 이용한 탄소섬유의 열전도도 측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도를 간단하게 측정할 수 있으며, 안정성 및 신뢰성이 보다 향상된 탄소섬유 토우의 열전도도 시험방법의 기초를 마련할 수 있는 측정 방법에 관한 것이다.
세계적으로 에너지 자원의 고갈에 따라 절약 부분에 많은 투자를 하고 있는바 미래지향적으로 에너지 절약 제품의 개발이 국가 경제와 사업의 번영을 가져올 것이다. 이러한 흐름에 맞춰 최근 부각되고 있는 발열체는 일반적으로 사용하고 있는 전기 발열체보다 20∼40%의 전력을 감소하는 제품으로 국내 및 세계에 보급 시 전기 에너지 절약 및 경제적 파급효과가 클 것으로 예상된다.
발열체는 전류의 흐름에 저항하여 열을 발생하는 전기 전도체의 성질을 이용한 재료로서 각종 가정용 전열기구에서부터 산업용 전기에 이르기까지 그 범위는 매우 광범위하다. 최근 전기 히터 등에 사용하는 기존의 구리선, 니크롬선이나 할로겐 히터를 탄소계 발열체로 대체하겠다는 연구가 보고되면서, 이를 이용한 발열체의 제조기술 개발 경쟁이 더욱 치열해지게 됐다.
탄소 섬유(carbon fiber), 그라파이트 섬유, 탄소 그라파이트, CF는 탄소가 주성분인 직경이 5~7㎛ 정도인 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, 가격면에서는 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.
상기와 같이 탄소 재료는 오래전부터 인간과 친숙한 재료 중의 하나이며, 탄소를 발열체로 사용할 경우 높은 돌입전류의 발생 없이 고효율의 발열이 가능하기 때문에 국내 외에서 기존의 금속선을 대체하고자 하는 연구에 몰두하고 있는 실정이다.
기존 탄소섬유의 발열량은 Q=I2R의 공식(Q: 열량(W), I: 전류(A), R: 저항(Ω))을 이용하여 전력을 구하고 샘플에 인가되는 전압 및 전류에 따라, 샘플의 면적에 따라, 샘플의 발열속도(heating rate)에 따라, 발열온도 예측 및 상관관계를 확인할 수 있으나 정확한 탄소섬유의 열전도도를 측정하는데 여러 가지 문제점이 있다.
탄소 섬유의 발열특성 중 접촉식(Contact-type) 열전도도 측정 방법의 경우, 탄소 섬유의 두께가 일정하지 않아 일정한 무게가 걸리지 않으며 균일한 샘플링이 되지 않고 작업자에 따라 개인차가 발생할 수 있으며 비접촉식(Non contact-type)의 경우, 섬유 내부에 기공(pore) 및 틈 사이로 많은 레이저를 통과시켜 열전도도 측정 시 정확도가 떨어지며 오차 발생률이 크다.
최근에 탄소섬유는 에너지 효율, 안전성 측면에서 우월한 성능이 확인되어 탄소섬유의 적용에 대한 수요가 증가하고 있으나, 관련 성능 평가 방법이 정립되지 않았다. 기존에 사용하고 있는 금속 소재의 발열 성능 관련 평가 방법은 ASTM 등의 표준에서 논하고 있으나 금속과 탄소섬유의 소재 특성이 상이하여 적용 가능성에 대한 논의가 필요하다.
현재 국내 탄소섬유 발열특성 분석 방법에는 열화상 카메라를 이용하여 샘플과 열화상 카메라 사이에 일정한 거리와 면적의 온도 분포를 측정하여 주로 최고/최저 온도의 차이로서 온도 균일성을 확인하고 있으나 샘플의 형태, 샘플의 온도 측정 면적 또는 측정 부위 등에 따라 온도 분포의 차이가 발생하므로 이에 대한 국제 인증 법규, 제도정립 및 측정 방법 등의 기준이 요구된다.
한국등록특허 제10-2016-0036680호인 '열전도율이 향상된 핏치계 탄소섬유의 제조방법' 발명은 무전해 도금법에 의해 열전도율이 높은 핏치계 탄소섬유의 제조 방법에 관한 것으로서, 열전도도가 향상된 핏치계 탄소섬유를 개시하고 있다.
다만, 위 종래 기술은 무전해 도금법을 이용하여 핏치계 탄소섬유의 열전도도를 향상시키는 것에 국한되어 있고, 핏치계 탄소섬유/에폭시 복합재료 시편을 제조하고 Contact-type의 열전도도를 측정하여 본래 섬유 형태의 핏치계 탄소섬유의 열전도도 측정 기술은 개시하고 있지 않다는 점에서 한계가 있다.
본 발명은 열화상 카메라를 이용하여 직물, 부직포와 같은 복합체 형태가 아닌 PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도를 간단하게 측정할 수 있게 함으로써 안정성 및 신뢰성이 부여된 탄소섬유의 열전도도 시험방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도 측정 방법은 탄소섬유 필라멘트 토우를 샘플링하는 단계; 상기 샘플링된 탄소섬유 필라멘트 토우의 열전도도를 열화상 카메라로 측정하는 단계; 및 상기 열화상 카메라를 통해 측정된 값으로부터 열전도도를 계산하는 단계;를 포함하고, 상기 탄소섬유 필라멘트 토우의 길이는 10mm 내지 50mm인 것을 특징으로 한다.
상기 열전도도 측정 방법은, 상기 샘플링된 탄소섬유 필라멘트 토우를 고정해 주는 측정용 거치장치를 이용하고, 상기 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.
상기 베이스 플레이트는 유리, 석영 또는 절연재료 중 어느 하나를 포함한다.
상기 고정 플레이트 유닛(20) 및 이동 플레이트 유닛(30)에 각각 설치된 구리 전극의 간격은 가로 10 mm 내지 20 mm이다.
상기 열화상 카메라의 측정 범위는 열원으로부터 5mm 내지 15mm으로 구성된다.
상기 열화상 카메라는 50 내지 200㎛ 렌즈를 사용한다.
상기 열화상 카메라와 탄소섬유 필라멘트 토우와의 거리는 70mm 내지 300mm이다.
상기 탄소섬유 필라멘트 토우는 샘플당 10 내지 15 point를 측정하여 평균값을 구한다.
상기 탄소섬유 필라멘트 토우의 열전도도를 측정하는 단계에서, 상기 탄소 섬유의 방사율(emissivity) 값은 0.97로 유지한다.
상기 열화상 카메라를 통해 측정된 값으로부터 열전도도를 계산하는 단계에서, 푸리에(Fourier)의 열전도 공식을 이용하여 계산한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 탄소섬유의 열전도도 측정방법은 열화상 카메라를 이용하여 직물, 부직포와 같은 복합체 형태가 아닌 PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도를 간단하게 측정할 수 있으며, 보다 안정성 및 신뢰성이 부여된 탄소섬유의 열전도도 시험방법의 기초를 마련할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도 측정방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도 측정 장비의 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도 측정방법을 위해 PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도 시편 거치 장치의 평면도이다.
도 4는 본 발명이 적용되는 PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도 시편 거치 장치의 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 PAN계 탄소섬유 토우의 표면온도를 측정한 이미지이다.
도 2는 본 발명에 따른 PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도 측정 장비의 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도 측정방법을 위해 PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도 시편 거치 장치의 평면도이다.
도 4는 본 발명이 적용되는 PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도 시편 거치 장치의 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 PAN계 탄소섬유 토우의 표면온도를 측정한 이미지이다.
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.
도 1을 참조하면 본 발명에 따른 열화상 카메라를 이용한 PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도 측정방법은 열전도도 측정 전에 PAN계 탄소섬유를 샘플링하는 단계, 상기 샘플링된 탄소섬유의 열전도도를 열화상 카메라로 측정하는 단계 및 상기 열화상 카메라를 통해 측정된 값으로부터 열전도도를 계산하는 단계를 포함한다.
탄소섬유를 샘플링하는 단계에서 탄소섬유의 종류로는 polyacrylonitrile (PAN)섬유, Pitch계 섬유, 레이온계 섬유를 이용할 수 있다.
열전도도 측정을 위한 탄소섬유는 7㎛ 의 직경 및 12,000 가닥으로 이루어진 섬유로 제조할 수 있으며, 상기 샘플의 길이는 10mm 내지 50mm인 것이 바람직하며, 40mm 내지 50mm을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 샘플의 길이가 40mm 미만일 경우 열화상 카메라로 표면온도를 측정하면 열원과 너무 가까워 표면의 온도차가 발생하지 않을 수 있고, 샘플의 길이가 50mm을 초과할 경우 열원에서 발생된 열이 이동하면서, 열원과 멀어진 만큼 열이 손실될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 샘플링된 탄소섬유의 열전도도를 열화상 카메라로 측정하는 단계에서 열화상 카메라의 픽셀수(pixels)는 640x840으로 하며, 10㎛ 내지 200㎛ 렌즈를 사용하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 50㎛ 내지 200㎛ 렌즈를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 열화상 카메라의 렌즈가 50㎛ 미만일 경우 픽셀수가 많아져 샘플의 측정 포인트를 찾기 어렵고, 200㎛를 초과할 경우 픽셀수가 적어져 샘플의 평균 온도를 측정할 수 없다.
상기 열화상 카메라와 샘플과의 거리는 70mm 내지 300mm으로 구성되는 것이 바람직하며, 50㎛ 렌즈를 사용 시 기본 픽셀수에 맞추어 샘플과의 거리를 70mm인 것을 특징으로 한다.
상기 열화상 카메라와 샘플과의 거리가 70mm 미만일 경우 초점거리가 짧아져 표면의 온도차를 측정할 수 없고, 300mm를 초과할 경우 초점거리가 길어져 픽셀 안에 샘플이 들어오지 않을 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 PAN계 탄소섬유 토우의 표면온도를 측정한 이미지이다. 도 5를 참조하면, 상기 열화상 카메라의 측정 범위는 열원으로부터 5mm 내지 30mm으로 구성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 5mm 내지 15mm인 것을 특징으로 한다. 상기 열화상 카메라의 측정 범위가 5mm 미만일 경우 열의 이동이 매우 빨라 열원 (T2)과 측정지점 (T1)의 표면 온도차를 측정할 수 없으며, 15mm를 초과할 경우 열의 이동이 길어져 외부로 열이 방출되어 정확한 표면 온도차를 측정할 수 없다.
상기 열화상 카메라를 이용한 열전도도 값은 샘플 당 10 point 내지 15 point를 측정하여 평균값을 나타내는 것이 바람직하다.
측정 횟수가 10 point 미만일 경우 샘플의 균일한 값을 측정하기 어려우며, 15 point를 초과할 경우 일률적인 값이 연속적으로 측정될 수 있다.
탄소섬유의 방사율(emissivity) 값은 0.90 내지 0.98로 유지하는 것을 특징으로 하며 바람직하게는 0.97로 유지하는 것이 바람직하다.
탄소섬유의 방사율이 0.90 미만일 경우 탄소섬유의 실제 표면온도 값보다 측정한 값에 대한 오차가 발생할 수 있으며, 0.98을 초과할 경우 파장의 종류에 관계없이 모든 방사선을 흡수하여 표면온도 측정이 불가능할 수 있다.
상기 열화상 카메라를 통해 측정된 값으로부터 열전도도를 계산하는 단계는 푸리에(Fourier)의 열전도 공식을 이용하여 계산할 수 있다.
이하에서는, PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도 측정하는 방법을 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예
열화상 카메라의 기본 픽셀수는 640x480으로 하며 50㎛ 렌즈를 사용함으로써 정밀함을 강화하였다. 이때, 열화상 카메라와 샘플과의 거리는 300mm로 하며, 50㎛ 렌즈를 사용시 기본 픽셀수에 맞추어 샘플과의 거리를 70mm로 설정하였다.
탄소섬유의 방사율(emissivity) 값은 0.97로 설정하고 50V, 20A (100W)까지 사용 가능한 전원공급장치를 사용하여 시편 표면에 3.0∼4.0W의 전력을 일정하게 인가되도록 하여 탄소섬유 토우의 열전도도를 측정하였다.
열화상 카메라(FLIR, FLIR A655SC)를 통해 측정된 값을 푸리에(Fourier)의 열전도 공식인 Q=-kA(△T/L)에 적용하여 탄소섬유의 열전도도 값을 제공하였으며, 각 샘플 당 15 point 측정한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 실시예 | T2(K) | T1(K) | △T | k(W/mK) |
| point 1 | 359.69 | 295.38 | 64.31 | 21.16 |
| point 2 | 350.93 | 296.55 | 54.38 | 21.62 |
| point 3 | 367.44 | 293.44 | 74.00 | 21.74 |
| point 4 | 355.97 | 297.13 | 58.84 | 21.03 |
| point 5 | 372.06 | 294.41 | 77.65 | 21.51 |
| point 6 | 372.57 | 295.25 | 77.32 | 21.60 |
| point 7 | 365.01 | 298.06 | 66.95 | 21.25 |
| point 8 | 362.17 | 295.23 | 66.94 | 21.26 |
| point 9 | 361.05 | 294.17 | 66.88 | 21.28 |
| point 10 | 362.80 | 293.72 | 69.08 | 21.49 |
| point 11 | 359.44 | 295.38 | 64.06 | 21.16 |
| point 12 | 351.83 | 296.55 | 55.28 | 21.62 |
| point 13 | 360.27 | 293.38 | 66.89 | 21.27 |
| point 14 | 359.05 | 293.54 | 65.51 | 21.72 |
| point 15 | 361.48 | 295.09 | 66.39 | 21.43 |
| 평균 열전도도 값 | 21.41 | |||
상기 표 1의 데이터는 3.0∼4.0W에서 측정한 경우를 보인다.
상기 푸리에(Fourier)의 열전도 공식을 구성하는 변수의 의미는 다음과 같다. (Q=전력(W), k=열전도도(W/mK), A=면적(m2), △T= 온도차, L=섬유 길이(m))
상기 실시예를 통하여 본 발명에 따른 PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도 측정방법은 열화상 카메라를 이용하여 탄소섬유의 발열특성을 간단하게 측정할 수 있으며, 보다 안정성 및 신뢰성이 부여된 탄소섬유의 열전도도 시험방법의 기초를 마련할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 PAN계 탄소섬유 필라멘트 토우의 열전도도 측정방법이 적용되는 측정용 거치장치를 설명한다.
측정용 거치장치는 탄소섬유 필라멘트 토우를 고정해주는 홀더 역할을 하며 유리나 석영과 같은 열전도율이 매우 낮은 절연재료 중 선택된 1종 이상으로 구성될 수 있으며, 전원공급기와 탄소섬유 필라멘트 샘플을 연결할 수 있도록 가로 5mm 내지 10mm, 세로 30mm 내지 40mm이고 바람직하게는 가로 9mm, 세로 35mm의 한쌍의 구리(Cu) 전극을 배치한다.
한쌍의 구리 전극 중 하나의 전극은 고정부분으로 이루어져야 하며, 다른 하나의 전극은 한쌍의 전극 사이에 위치한 탄소섬유 필라멘트 토우의 길이를 조정할 수 있는 이동 부분으로 이루어지게 되는데, 이를 통해 구리 전극들 사이의 간격은 10mm 내지 20mm로 설정한다.
구리 전극의 간격을 10mm 미만으로 설정한 경우 열전도가 매우 빨리 일어나기 때문에 표면의 온도 차를 측정할 수 없고, 20mm를 초과할 경우엔 탄소섬유 필라멘트 샘플의 저항 때문에 측정이 불가능 할 수 있다. 그리고 두 전극 위로 시편을 거치한 다음 절연 소재의 덮개와 클램프를 이용하여 전극과 시편이 밀착되도록 고정한다.
측정용 거치장치는 탄소섬유 필라멘트 시편의 열전도도 및 전기전도도 측정을 위한 것으로서, 이하 구체적인 구조를 설명한다.
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 플레이트를 마주하는 이동 플레이트(310)의 전단 중앙부 상에는 상하부로 개방 형성된 측정홈이 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.
각각의 클램퍼는 플레이트(210,310)의 상면 상에 직접 고정되는 클램프 바디, 클램프 바디의 상단 일측 상에 회동 가능하게 결합되는 손잡이부, 클램프 바디의 상단 타측 상에 회동 가능하게 결합되는 손잡이부, 손잡이부와 가압부를 상호 연결하는 연동부 및 가압부 상에 길이 조절 가능하게 결합되는 누름봉을 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 플레이트(210,310) 상에 수직한 상태로 위치하게 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 탄소섬유의 열전도도 측정방법은 열화상 카메라를 이용하여 직물, 부직포와 같은 복합체 형태가 아닌 PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도를 간단하게 측정할 수 있으며, 보다 안정성 및 신뢰성이 부여된 탄소섬유의 열전도도 시험방법의 기초를 마련할 수 있다.
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 (10)
- 탄소섬유 필라멘트 토우를 샘플링하는 단계;
상기 샘플링된 탄소섬유 필라멘트 토우의 열전도도를 열화상 카메라로 측정하는 단계; 및
상기 열화상 카메라를 통해 측정된 값으로부터 열전도도를 계산하는 단계;를 포함하고,
상기 열전도도 측정 방법은, 상기 샘플링된 탄소섬유 필라멘트 토우를 고정해 주는 측정용 거치장치를 이용하고, 상기 측정용 거치장치는 베이스 플레이트(10), 베이스 플레이트(10) 상에 고정 설치되며 고정 플레이트(210)를 갖는 고정 플레이트 유닛(20); 상기 고정 플레이트 유닛(20)의 일측 방향을 따라 상기 베이스 플레이트(10) 상에서 이동 가능하게 배치되며 상기 고정 플레이트(210)에 마주하도록 배치되는 이동 플레이트(310)를 갖는 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 포함하며,
상기 고정 플레이트(210)에 마주하도록 배치된 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 탄소섬유 필라멘트 토우의 길이는 10mm 내지 50mm인 것을 특징으로 하는,
PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도 측정 방법.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 베이스 플레이트는 유리, 석영 또는 절연재료 중 어느 하나를 포함하는,
PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도 측정 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 고정 플레이트 유닛(20) 및 이동 플레이트 유닛(30)에 각각 설치된 구리 전극의 간격은 가로 10 mm 내지 20 mm인,
PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도 측정 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 열화상 카메라의 측정 범위는 열원으로부터 5mm 내지 15mm으로 구성되는,
PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도 측정 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 열화상 카메라는 50 내지 200㎛ 렌즈를 사용하는,
PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도 측정 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 열화상 카메라와 탄소섬유 필라멘트 토우와의 거리는 70mm 내지 300mm인,
PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도 측정 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 탄소섬유 필라멘트 토우는 샘플당 10 내지 15 point를 측정하여 평균값을 구하는,
PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도 측정 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 탄소섬유 필라멘트 토우의 열전도도를 측정하는 단계에서,
상기 탄소 섬유의 방사율(emissivity) 값은 0.97로 유지하는,
PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도 측정 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 열화상 카메라를 통해 측정된 값으로부터 열전도도를 계산하는 단계에서,
푸리에(Fourier)의 열전도 공식을 이용하여 계산하는,
PAN계 탄소섬유 토우의 열전도도 측정 방법.
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