KR102153921B1 - Carbon fiber composite and method of manufacturing the same - Google Patents

Carbon fiber composite and method of manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
KR102153921B1
KR102153921B1 KR1020190105881A KR20190105881A KR102153921B1 KR 102153921 B1 KR102153921 B1 KR 102153921B1 KR 1020190105881 A KR1020190105881 A KR 1020190105881A KR 20190105881 A KR20190105881 A KR 20190105881A KR 102153921 B1 KR102153921 B1 KR 102153921B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
shellac
carbon fiber
graphene oxide
reduced graphene
layer
Prior art date
Application number
KR1020190105881A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
박영빈
김건호
조범곤
샬릭 람 조쉬
Original Assignee
울산과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 울산과학기술원 filed Critical 울산과학기술원
Priority to KR1020190105881A priority Critical patent/KR102153921B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102153921B1 publication Critical patent/KR102153921B1/en

Links

Images

Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06MTREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M15/00Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M15/01Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with natural macromolecular compounds or derivatives thereof
    • D06M15/17Natural resins, resinous alcohols, resinous acids, or derivatives thereof
    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06MTREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M15/00Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M15/19Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with synthetic macromolecular compounds
    • D06M15/37Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D06M15/59Polyamides; Polyimides
    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06MTREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M2101/00Chemical constitution of the fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, to be treated
    • D06M2101/40Fibres of carbon

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

Provided are a method of manufacturing a carbon fiber composite material, which is eco-friendly, cheap, and simple, and a carbon fiber composite material manufactured by using the same. According to one embodiment of the present invention, the method of manufacturing a carbon fiber composite material comprises the steps of: dissolving shellac in a polar solvent to form a shellac solution; forming a shellac solution layer by applying the shellac solution to a surface of a carbon fiber; thermally treating the shellac solution layer to form a shellac-induced reduced graphene oxide layer containing a shellac-induced reduced graphene oxide; forming a sizing layer by applying a sizing material on the shellac-induced reduced graphene oxide layer; and forming a bonding layer in which the shellac-induced reduced graphene oxide and the sizing material are chemically bonded between the shellac-induced reduced graphene oxide layer and the sizing layer.

Description

탄소 섬유 복합재 및 그의 제조 방법{Carbon fiber composite and method of manufacturing the same}Carbon fiber composite and method of manufacturing the same

본 발명의 기술적 사상은 탄소 섬유 복합재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to a carbon fiber composite and a method of manufacturing the same.

최근, 섬유 복합재가 여러 분야에서 활발히 연구가 진행되고 있으며, 탄소계 물질로 구성된 섬유 복합재는 철보다 가벼우면서도 강도가 높아 새로운 구조재로서 주목을 받고 있다. 상기 탄소계 물질 중에 그래핀은 2차원 형상의 카본 나노 구조체로서, 파괴응력, 강성, 열전도도, 및 전기 전도도 등이 매우 우수하여 구조대로서 활용이 기대되고 있다. 그래핀은 흑연을 기계적 박리법(mechanical cleavage) 또는 산화 박리법(oxidation exfoliation)을 이용하여 형성될 수 있다. 이와 같이 형성한 그래핀을 탄소 섬유의 표면에 코팅하여 구조재를 형성할 수 있다. 그러나, 종래의 방법에서는, 고온 환원 반응이 발생하여 산화 그래핀의 탄소 성분이 소모되어 물과 이산화탄소를 생생하면서 다양한 결함을 형성하고, 환원된 그래핀이 응집되는 한계가 있다. 또한, 종래의 화학 환원법은 독성 환원제를 사용하므로 환경적인 제한이 있다. 따라서, 환경친화적이고, 저렴하고, 단순한 공정으로 탄소 섬유의 표면에 환원 그래핀을 코팅하여 탄소 섬유 복합재를 형성하는 기술이 요구된다.Recently, a fiber composite material has been actively researched in various fields, and a fiber composite material composed of a carbon-based material is attracting attention as a new structural material because it is lighter than iron and has high strength. Among the carbon-based materials, graphene is a carbon nanostructure having a two-dimensional shape, and has excellent fracture stress, stiffness, thermal conductivity, and electrical conductivity, and thus it is expected to be used as a structure. Graphene may be formed by using a mechanical cleavage method or an oxidation exfoliation method of graphite. The thus formed graphene can be coated on the surface of the carbon fiber to form a structural material. However, in the conventional method, a high-temperature reduction reaction occurs and the carbon component of graphene oxide is consumed, generating water and carbon dioxide, forming various defects, and there is a limitation in that the reduced graphene is aggregated. In addition, since the conventional chemical reduction method uses a toxic reducing agent, there are environmental restrictions. Accordingly, there is a need for a technology for forming a carbon fiber composite material by coating reduced graphene on the surface of carbon fibers in an environmentally friendly, inexpensive, and simple process.

한국등록특허 제10-1642426호Korean Patent Registration No. 10-1642426

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 환경친화적이고, 저렴하고, 공정이 간단한 탄소 섬유 복합재의 제조 방법 및 이를 이용하여 형성한 탄소 섬유 복합재를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the technical idea of the present invention is to provide a method of manufacturing a carbon fiber composite material that is environmentally friendly, inexpensive, and simple in process, and a carbon fiber composite material formed using the same.

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.However, these problems are exemplary, and the technical idea of the present invention is not limited thereto.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 탄소 섬유 복합재의 제조 방법은, 셀락을 극성 용매에 용해하여 셀락 용액을 형성하는 단계; 상기 셀락 용액을 탄소 섬유의 표면에 도포하여 셀락 용액층을 형성하는 단계; 상기 셀락 용액층을 열처리하여 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물을 포함하는 셀락-유도 환원형 그래핀 산화층을 형성하는 단계; 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화층 상에 사이징 물질을 도포하여 사이징층을 형성하는 단계; 및 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화층과 상기 사이징층 사이에, 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물과 상기 사이징 물질이 화학 결합된 결합층을 형성하는 단계;를 포함한다.A method of manufacturing a carbon fiber composite according to the present invention for achieving the above technical problem comprises the steps of dissolving shellac in a polar solvent to form a shellac solution; Forming a shellac solution layer by applying the shellac solution to the surface of the carbon fiber; Heat-treating the shellac solution layer to form a shellac-induced reduced graphene oxide layer including a shellac-induced reduced graphene oxide; Forming a sizing layer by applying a sizing material on the shellac-induced reduced graphene oxide layer; And forming a bonding layer in which the shellac-induced reduced graphene oxide and the sizing material are chemically bonded between the shellac-induced reduced graphene oxide layer and the sizing layer.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 셀락 용액을 준비하는 단계는, 상기 셀락을 극성 용매에 용해하여 이루어질 수 있다.In some embodiments of the present invention, preparing the shellac solution may be performed by dissolving the shellac in a polar solvent.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 극성 용매는 에탄올, 메탄올, 또는 이소프로필 알코올을 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the polar solvent may include ethanol, methanol, or isopropyl alcohol.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 셀락 용액층을 형성하는 단계를 수행하기 전에, 상기 탄소 섬유는 그 표면이 플라즈마 처리될 수 있다.In some embodiments of the present invention, before performing the step of forming the shellac solution layer, the surface of the carbon fiber may be plasma-treated.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 셀락 용액층을 열처리하여 셀락-유도 환원형 그래핀 산화층을 형성하는 단계는 500℃ 내지 900℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다.In some embodiments of the present invention, the step of heat-treating the shellac solution layer to form a shellac-induced reduced graphene oxide layer may be performed at a temperature in the range of 500°C to 900°C.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 사이징 물질은 폴리아미드를 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the sizing material may include polyamide.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물과 상기 사이징 물질은 수소 결합을 형성할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the shellac-induced reduced graphene oxide and the sizing material may form hydrogen bonds.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물과 상기 탄소 섬유는 공유 결합을 형성할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the shellac-induced reduced graphene oxide and the carbon fiber may form a covalent bond.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 사이징 물질에 대하여 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물의 함량은 0 wt% 초과 내지 2 wt% 이하의 범위일 수 있다.In some embodiments of the present invention, the content of the shellac-induced reduced graphene oxide with respect to the sizing material may be in the range of more than 0 wt% to 2 wt% or less.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 탄소 섬유 복합재의 제조 방법은, 사이징 물질과 탈이온수을 혼합하여 혼합 용액을 형성하는 단계; 상기 혼합 용액에 계면활성제를 투입하여 혼합하는 단계; 상기 혼합 용액에 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물을 투입하여 혼합하는 단계; 상기 혼합 용액에서 계면활성제를 제거하는 단계; 상기 혼합 용액을 상기 탄소 섬유의 표면에 도포하는 단계; 및 상기 탄소 섬유를 건조하여, 상기 탄소 섬유의 표면 상에 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물과 상기 사이징 물질이 화학 결합된 결합층을 형성하는 단계;를 포함한다.A method for manufacturing a carbon fiber composite material according to the present invention for achieving the above technical problem comprises: forming a mixed solution by mixing a sizing material and deionized water; Mixing by adding a surfactant to the mixed solution; Mixing by adding a shellac-induced reduced graphene oxide to the mixed solution; Removing the surfactant from the mixed solution; Applying the mixed solution to the surface of the carbon fiber; And drying the carbon fiber to form a bonding layer in which the shellac-induced reduced graphene oxide and the sizing material are chemically bonded on the surface of the carbon fiber.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 사이징 물질은 폴리아미드를 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the sizing material may include polyamide.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 계면활성제는 소듐 도데실벤젠 설포네이트를 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the surfactant may include sodium dodecylbenzene sulfonate.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 혼합 용액을 형성하는 단계에서, 상기 탈이온수에 대하여 상기 사이징 물질의 함량은 1 wt% 내지 5 wt% 범위일 수 있다.In some embodiments of the present invention, in the step of forming the mixed solution, the content of the sizing material with respect to the deionized water may range from 1 wt% to 5 wt%.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 계면활성제를 제거하는 단계는 에틸 아세테이트를 이용하여 이루어질 수 있다.In some embodiments of the present invention, the step of removing the surfactant may be performed using ethyl acetate.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 계면활성제를 제거하는 단계는 상기 혼합 용액을 가열하여 상기 에틸 아세테이트를 기화시켜 수행될 수 있다.In some embodiments of the present invention, the step of removing the surfactant may be performed by heating the mixed solution to vaporize the ethyl acetate.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 탄소 섬유 복합재는, 탄소 섬유; 상기 탄소 섬유의 표면을 덮고, 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물을 포함하는 셀락-유도 환원형 그래핀 산화층; 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화층을 덮고, 사이징 물질을 포함하는 사이징층; 및 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화층과 상기 사이징층 사이에 개재되고, 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물과 상기 사이징 물질이 화학 결합된 결합층;을 포함한다.Carbon fiber composite material according to the technical idea of the present invention for achieving the above technical problem, carbon fiber; A shellac-induced reduced graphene oxide layer comprising a shellac-induced reduced graphene oxide and covering the surface of the carbon fiber; A sizing layer covering the shellac-induced reduced graphene oxide layer and including a sizing material; And a bonding layer interposed between the shellac-induced reduced graphene oxide layer and the sizing layer, wherein the shellac-induced reduced graphene oxide and the sizing material are chemically bonded to each other.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 사이징 물질에 대하여 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물의 함량은 0 wt% 초과 내지 2 wt% 이하의 범위일 수 있다.In some embodiments of the present invention, the content of the shellac-induced reduced graphene oxide with respect to the sizing material may be in the range of more than 0 wt% to 2 wt% or less.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화층은 셀락으로부터 유도될 수 있다.In some embodiments of the present invention, the shellac-induced reduced graphene oxide layer may be derived from shellac.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 사이징층은 폴리아미드를 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the sizing layer may include polyamide.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 탄소 섬유는 직조형 탄소 섬유를 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the carbon fiber may include woven carbon fiber.

본 발명의 기술적 사상에 따른 탄소 섬유 복합재의 제조 방법은, 셀락으로부터 유도된 환원형 그래핀 산화물과 사이징 물질을 탄소 섬유의 표면에 형성함으로써, 표면적을 증가시키고, 셀락-유도 그래핀 산화물에 있는 산소 기능기와 사이징 물질, 및 탄소 섬유 사이에 수소 결합 및 기계적 가교 등을 형성함으로서, 탄소 섬유와 접착하는 나이론6 등과 같은 유기물과의 화학적 결합력을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 셀락-유도 그래핀 산화물은 탄소 섬유 표면에 공유결합으로 강하게 결합될 뿐만 아니라, 사이징 물질에 균일하게 분산되어 수소결합을 형성하므로, 탄소 섬유 복합재의 기계적 물성을 증가시킬 수 있다. 상기 셀락은 천연 재료이고, 제조 방법에 독성 물질을 사용하지 않으므로, 본 발명의 기술적 사상에 따른 탄소 섬유 복합재의 제조 방법은 친환경적이고 저렴하고 단순한 공정으로 이루어지는 효과를 제공할 수 있다.The method of manufacturing a carbon fiber composite according to the technical idea of the present invention is to increase the surface area by forming reduced graphene oxide and sizing material derived from shellac on the surface of the carbon fiber, and oxygen in the shellac-derived graphene oxide. By forming hydrogen bonds and mechanical crosslinking between the functional group and the sizing material, and the carbon fiber, it is possible to increase the chemical bonding strength with an organic material such as nylon 6 that adheres to the carbon fiber. In addition, the shellac-derived graphene oxide is not only strongly bonded to the carbon fiber surface by covalent bonds, but is uniformly dispersed in the sizing material to form hydrogen bonds, thereby increasing the mechanical properties of the carbon fiber composite material. Since the shellac is a natural material and does not use toxic substances in the manufacturing method, the manufacturing method of the carbon fiber composite material according to the technical idea of the present invention can provide an environmentally friendly, inexpensive and simple process.

상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The above-described effects of the present invention have been exemplarily described, and the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 섬유 복합재의 제조 방법(S100)을 도시하는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 섬유 복합재를 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 섬유 복합재의 제조 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 섬유 복합재에 적용되는 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물의 형성과정을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 탄소 섬유 복합재에 적용되는 PA-SRGO 결합물의 사진들이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 탄소 섬유 복합재에 적용되는 PA-SRGO 결합물의 주사전자현미경 사진들이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 탄소 섬유 복합재에 적용되는 PA-SRGO 결합물의 푸리에변환 적외분광 분석 결과를 나타내는 그래프들이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 탄소 섬유 복합재에 적용되는 PA-SRGO 결합물의 화학 구조식을 나타내는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 탄소 섬유 복합재에 적용되는 PA-SRGO 결합물의 시차주사 열계량 분석 결과를 나타내는 그래프들이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 탄소 섬유 복합재에 적용되는 PA-SRGO 결합물의 X-선 회절 분석 결과를 나타내는 그래프들이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 탄소 섬유 복합재에 적용되는 PA-SRGO 결합물의 X-선 회절 분석에 의하여 도출된 미세 결정 크기를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 탄소 섬유 복합재의 표면 형상을 분석하기 위하여, 다양한 탄소 섬유 상에 PA-SRGO 결합물을 적용한 경우데 대한 주사전자현미경 사진들이다.
1 is a flow chart showing a method (S100) of manufacturing a carbon fiber composite according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing a carbon fiber composite according to an embodiment of the present invention.
3 is a flow chart showing a method of manufacturing a carbon fiber composite according to an embodiment of the present invention.
4 is a view illustrating a process of forming a shellac-induced reduced graphene oxide applied to a carbon fiber composite according to an embodiment of the present invention.
5 is a photograph of a PA-SRGO bond applied to a carbon fiber composite according to an embodiment of the present invention.
6 are scanning electron micrographs of a PA-SRGO bond applied to a carbon fiber composite according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing a Fourier transform infrared spectroscopy analysis result of a PA-SRGO bond applied to a carbon fiber composite according to an embodiment of the present invention.
8 is a schematic diagram showing the chemical structural formula of a PA-SRGO bond applied to a carbon fiber composite according to an embodiment of the present invention.
9 are graphs showing the results of differential scanning calorimetry analysis of PA-SRGO bonds applied to carbon fiber composites according to an embodiment of the present invention.
10 are graphs showing X-ray diffraction analysis results of PA-SRGO bonds applied to carbon fiber composites according to an embodiment of the present invention.
11 is a graph showing the fine crystal size derived by X-ray diffraction analysis of a PA-SRGO bond applied to a carbon fiber composite material according to an embodiment of the present invention.
12 are scanning electron micrographs of a case where a PA-SRGO bond is applied on various carbon fibers in order to analyze the surface shape of a carbon fiber composite according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the technical idea of the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples may be modified in various other forms, and The scope of the technical idea is not limited to the following examples. Rather, these embodiments are provided to make the present disclosure more faithful and complete, and to completely convey the technical idea of the present invention to those skilled in the art. In this specification, the same reference numerals mean the same elements. Furthermore, various elements and areas in the drawings are schematically drawn. Therefore, the technical idea of the present invention is not limited by the relative size or spacing drawn in the accompanying drawings.

본 발명의 기술적 사상은 탄소공급물질로서 셀락을 사용한다. 상기 셀락(Shellac)은 인도와 타이에 많이 사는 깍지벌레인 락깍지벌레(Laccifer lacca)의 분비물에서 얻을 수 있는 탄소계 천연 고분자 수지로서, 열가소성(thermoplastic) 특성을 가진다다. 상기 셀락은 C30H50O11 의 화학식을 가지며, 150℃의 녹는점, 95℃의 연화점, 1.113 내지 1.214의 비중, 60의 간값, 200의 비누화값, 18의 아이오딘값을 가진다. 상기 셀락은 담황색 또는 황갈색이며, 얇은 판 모양, 입자 모양, 가루 모양 등 여러 형상을 가진다. 상기 셀락은 물에는 용해되지 않고, 알코올이나 붕산액에 용해되고, 에테르, 아세톤, 이황화탄소 등에는 일부 용해된다. 산업적으로는, 바닥용 최종재, 바니쉬, 왁스, 접착제 등으로 사용되고 있다. 상기 셀락은 고온에서 지방족 화합물(aliphatic chain)의 히드록실기(hydroxyl group)가 제거되는 결합 재배치가 발생하고, 이에 따라 환원된 그래핀 산화물과 같은 탄소 박막을 형성할 수 있다. 이러한 결합 재배치가 발생한 셀락은 많은 수의 헤테로 산소 원자들을 포함하므로, 기판의 표면에 대하여 매우 우수한 부착성을 가질 수 있다.The technical idea of the present invention uses shellac as a carbon supply material. Shellac is a carbon-based natural polymer resin that can be obtained from the secretions of Lacifer lacca, which is a common insect in India and Thailand, and has thermoplastic properties. The shellac has a chemical formula of C 30 H 50 O 11 , and has a melting point of 150°C, a softening point of 95°C, a specific gravity of 1.113 to 1.214, a liver value of 60, a saponification value of 200, and an iodine value of 18. The shellac is pale yellow or yellowish brown, and has various shapes such as a thin plate shape, a particle shape, and a powder shape. The shellac is not soluble in water, but soluble in alcohol or boric acid solution, and partially soluble in ether, acetone, carbon disulfide, and the like. Industrially, it is used as a final material for floors, varnishes, waxes, and adhesives. In the shellac, a bond rearrangement in which a hydroxyl group of an aliphatic chain is removed occurs at a high temperature, and thus a carbon thin film such as reduced graphene oxide can be formed. Since the shellac in which such bond rearrangement has occurred contains a large number of hetero oxygen atoms, it can have very good adhesion to the surface of the substrate.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 섬유 복합재의 제조 방법(S100)을 도시하는 흐름도이다.1 is a flow chart showing a method (S100) of manufacturing a carbon fiber composite according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 탄소 섬유 복합재의 제조 방법(S100)은, 셀락 용액을 준비하는 단계(S110); 상기 셀락 용액을 탄소 섬유의 표면에 도포하여 셀락 용액층을 형성하는 단계(S120); 상기 셀락 용액층을 열처리하여 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물을 포함하는 셀락-유도 환원형 그래핀 산화층을 형성하는 단계(S130); 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화층 상에 사이징 물질을 도포하여 사이징층을 형성하는 단계(S140); 및 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화층과 상기 사이징층 사이에, 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물과 상기 사이징 물질이 화학 결합된 결합층을 형성하는 단계(S150);를 포함한다.Referring to Figure 1, a method of manufacturing a carbon fiber composite (S100), preparing a shellac solution (S110); Forming a shellac solution layer by applying the shellac solution to the surface of the carbon fiber (S120); Forming a shellac-induced reduced graphene oxide layer including a shellac-induced reduced graphene oxide by heat-treating the shellac solution layer (S130); Forming a sizing layer by applying a sizing material on the shellac-induced reduced graphene oxide layer (S140); And forming a bonding layer in which the shellac-induced reduced graphene oxide layer and the sizing layer are chemically bonded to the shellac-induced reduced graphene oxide and the sizing material (S150).

상기 셀락 용액을 준비하는 단계(S110)는, 상기 셀락을 극성 용매에 용해하여 이루어질 수 있다. 상기 극성 용매는 에탄올, 메탄올, 또는 이소프로필 알코올을 포함할 수 있다. 상기 셀락 용액 전체에 대하여 상기 셀락의 함량은, 예를 들어 1 wt% 내지 10 wt% 범위일 수 있고, 예를 들어 4 wt% 일 수 있다. Preparing the shellac solution (S110) may be performed by dissolving the shellac in a polar solvent. The polar solvent may include ethanol, methanol, or isopropyl alcohol. The content of the shellac with respect to the entire shellac solution may be, for example, in the range of 1 wt% to 10 wt%, and may be, for example, 4 wt%.

상기 셀락 용액을 탄소 섬유의 표면에 도포하여 셀락 용액층을 형성하는 단계(S120)는, 스프레이 코팅, 드롭 코팅, 스핀 코팅 등 다양한 방법을 이용하여 형성할 수 있으며, 1회 또는 복수회로 수행될 수 있다. 상기 탄소 섬유 전체에 대하여 상기 셀락의 함량은, 예를 들어 1 wt% 내지 10 wt% 범위일 수 있고, 예를 들어 6.5 wt% 일 수 있다.The step of forming the shellac solution layer by applying the shellac solution to the surface of the carbon fiber (S120) may be formed using various methods such as spray coating, drop coating, and spin coating, and may be performed once or multiple times. have. The content of shellac with respect to the entire carbon fiber may be, for example, in the range of 1 wt% to 10 wt%, and may be, for example, 6.5 wt%.

상기 셀락 용액층을 형성하는 단계(S120)를 수행하기 전에, 상기 탄소 섬유는 그 표면이 플라즈마 처리되어 세정된 형태일 수 있다. 상기 플라즈마 처리는 진공 플라즈마를 사용하거나 대기압 플라즈마를 사용하여 수행될 수 있다.Before performing the step of forming the shellac solution layer (S120), the surface of the carbon fiber may be cleaned by plasma treatment. The plasma treatment may be performed using vacuum plasma or atmospheric pressure plasma.

상기 탄소 섬유는 직조형 탄소 섬유(woven carbon fiber, WCF)일 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니고, 그래핀(graphene), 탄소나노튜브(carbon nano tube)나 박리흑연 나노판(exfoliated Graphite nanoPlatelet, xGnP) 등인 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다. 또한, 탄소 섬유를 대신하여 다른 물질로 구성된 다양한 섬유인 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.The carbon fiber may be a woven carbon fiber (WCF). However, this is exemplary, and the technical idea of the present invention is not limited thereto, and the present invention is also in the case of graphene, carbon nanotubes, exfoliated graphite nanoPlatelet (xGnP), etc. Is included in the technical idea of In addition, a case of various fibers composed of other materials in place of carbon fibers is also included in the technical idea of the present invention.

상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화층을 형성하는 단계(S130)에서, 상기 열처리는, 예를 들어 500℃ 내지 900℃ 범위의 온도로 수행될 수 있고, 예를 들어 700℃ 범위의 온도로 수행될 수 있다. 상기 열처리 시간은 예를 들어 1 분 내지 60분의 범위일 수 있고, 예를 들어 30분일 수 있다. 가열속도는, 예를 들어 1℃/분 내지 10℃/분의 범위일 수 있고, 예를 들어 3℃/분일 수 있다. 상기 열처리는 예를 들어 0.1 mbar 내지 0.3 mbar 범위의 진공에서 수행될 수 있고, 예를 들어 0.16 mbar 의 진공에서 수행될 수 있다. 그러나, 이러한 열처리 조건들은 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.In the step of forming the shellac-induced reduced graphene oxide layer (S130), the heat treatment may be performed at a temperature in the range of 500°C to 900°C, for example, to be performed at a temperature in the range of 700°C. I can. The heat treatment time may be, for example, in the range of 1 minute to 60 minutes, and may be, for example, 30 minutes. The heating rate may be, for example, in the range of 1°C/min to 10°C/min, and may be, for example, 3°C/min. The heat treatment may be performed in a vacuum in the range of 0.1 mbar to 0.3 mbar, for example, and may be performed in a vacuum of 0.16 mbar, for example. However, these heat treatment conditions are exemplary and the technical idea of the present invention is not limited thereto.

이러한 열처리에 의하여 상기 셀락 용액층은 상기 극성 용매가 제거되고, 상기 셀락은 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물(Shellac-derived reduced graphene oxide, SRGO)로 변화하게 되어 상기 탄소 섬유의 표면을 덮는 셀락-유도 환원형 그래핀 산화층을 형성한다. 상기 형성된 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물은 상기 셀락 전체에 대하여 약 12 wt%일 수 있고, 상기 탄소 섬유에 대하여 0.8 wt% 일 수 있다.By this heat treatment, the polar solvent is removed from the shellac solution layer, and the shellac is changed to the shellac-derived reduced graphene oxide (SRGO) to cover the surface of the carbon fiber. -Induction reduction type graphene oxide layer is formed. The formed shellac-induced reduced graphene oxide may be about 12 wt% based on the whole shellac, and 0.8 wt% based on the carbon fiber.

상기 사이징층을 형성하는 단계(S140)에서, 상기 사이징 물질은 폴리아미드를 포함할 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 사이징 물질을 포함할 수 있다. 상기 사이징 물질에 대하여 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물의 함량은 0 wt% 초과 내지 2 wt% 이하의 범위일 수 있다.In the step of forming the sizing layer (S140), the sizing material may include polyamide. However, this is exemplary, and the technical idea of the present invention is not limited thereto, and various sizing materials may be included. The content of the shellac-induced reduced graphene oxide with respect to the sizing material may be in the range of more than 0 wt% to 2 wt% or less.

사이징(sizing) 처리는 탄소 섬유의 표면에 얇고 균일한 코팅층을 형성할 수 있다. 사이징 물질은 필름을 형성할 수 있는 하나 이상의 고분자 물질들이 용액 내에서 용해, 유화, 또는 분산된 형태로 포함하며, 또한 결합제, 윤활제, 계면활성제, 연화제, 접착 촉진제, 및 유동 변형제 등을 더 포함할 수 있다. 탄소 섬유의 표면에서 상기 사이징 물질로 구성된 층은 탄소 섬유와 기지와의 결합, 기계적 특성, 내화학성, 방수성, 및 열안정성 등과 같은 특성을 개선할 수 있다. 따라서, 이러한 사이징 물질의 기능은 복합재의 제조에 중요하고 복잡하다. 이러한 사이징 물질을 탄소 섬유 복합제에 적용하게 되면, 압축 강도, 인장 강도, 굽힘 강도, 충격 강도, 피로 특성, 열안정성, 내열성, 내유성, 내부식성, 가수분해 안정성, 전기전도도 등과 같은 다양한 특성들의 개선을 구현할 수 있다. The sizing treatment can form a thin and uniform coating layer on the surface of the carbon fiber. The sizing material includes one or more polymer materials capable of forming a film in a form in which it is dissolved, emulsified, or dispersed in a solution, and further includes a binder, a lubricant, a surfactant, a softener, an adhesion promoter, and a flow modifier. can do. The layer made of the sizing material on the surface of the carbon fiber may improve properties such as bonding of the carbon fiber and the matrix, mechanical properties, chemical resistance, waterproofness, and thermal stability. Thus, the function of these sizing materials is important and complex in the manufacture of composites. When these sizing materials are applied to carbon fiber composites, various properties such as compressive strength, tensile strength, bending strength, impact strength, fatigue properties, thermal stability, heat resistance, oil resistance, corrosion resistance, hydrolysis stability, and electrical conductivity are improved. Can be implemented.

상기 결합층을 형성하는 단계(S150)에서, 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물과 상기 사이징 물질은 수소 결합될 수 있다. 상기 사이징층에는 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물이 확산에 의하여 분산되어 존재할 수 있다.In the step of forming the bonding layer (S150), the shellac-induced reduced graphene oxide and the sizing material may be hydrogen-bonded. In the sizing layer, the shellac-induced reduced graphene oxide may be dispersed by diffusion.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 탄소 섬유 복합재의 제조 방법에 의하여 형성한 탄소 섬유 복합재(100)를 도시하는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a carbon fiber composite material 100 formed by the method of manufacturing the carbon fiber composite material of FIG. 1 according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 탄소 섬유 복합재(100)는, 탄소 섬유(110), 탄소 섬유(110)의 표면을 덮고, 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물을 포함하는 셀락-유도 환원형 그래핀 산화층(120), 셀락-유도 환원형 그래핀 산화층(120)을 덮고, 사이징 물질을 포함하는 사이징층(140); 및 셀락-유도 환원형 그래핀 산화층(120)과 사이징층(140) 사이에 개재되고, 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물과 상기 사이징 물질이 화학 결합된 결합층(130);을 포함한다.Referring to FIG. 2, the carbon fiber composite material 100 covers the surfaces of the carbon fibers 110 and the carbon fibers 110, and includes a shellac-induced reduced graphene oxide-containing shellac-induced reduced graphene oxide layer ( 120), a sizing layer 140 covering the shellac-induced reduced graphene oxide layer 120 and including a sizing material; And a bonding layer 130 interposed between the shellac-induced reduced graphene oxide layer 120 and the sizing layer 140, wherein the shellac-induced reduced graphene oxide and the sizing material are chemically bonded to each other.

탄소 섬유(110)는 직조형 탄소 섬유를 포함할 수 있다. 셀락-유도 환원형 그래핀 산화층(120)은 셀락으로부터 유도될 수 있다. 사이징층(140)은 폴리아미드를 포함할 수 있다. 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물과 상기 탄소 섬유는 공유 결합을 형성할 수 있다. 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물과 상기 사이징 물질은 수소 결합을 형성할 수 있다. 또한, 탄소 섬유(110)와 셀락-유도 환원형 그래핀 산화층(120) 사이의 결합과 셀락-유도 환원형 그래핀 산화층(120)과 사이징층(140) 사이의 결합은 확산, 서로 얽힘(entanglement), 기계적 맞물림(mechanical interlockling), 및 분자 상호작용 힘(molecular interaction force) 등에 의하여 이루어질 수 있다. 또한, 상기 사이징 물질에 대하여 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물의 함량은 0 wt% 초과 내지 2 wt% 이하의 범위일 수 있다.The carbon fibers 110 may include woven carbon fibers. The shellac-induced reduced graphene oxide layer 120 may be derived from shellac. The sizing layer 140 may include polyamide. The shellac-induced reduced graphene oxide and the carbon fiber may form a covalent bond. The shellac-induced reduced graphene oxide and the sizing material may form hydrogen bonds. In addition, the bond between the carbon fiber 110 and the shellac-induced reduced graphene oxide layer 120 and the bond between the shellac-induced reduced graphene oxide layer 120 and the sizing layer 140 are diffusion, entanglement with each other. ), mechanical interlockling, and molecular interaction force. In addition, the content of the shellac-induced reduced graphene oxide with respect to the sizing material may be in the range of more than 0 wt% to 2 wt% or less.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 섬유 복합재의 제조 방법(S200)을 도시하는 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a method (S200) of manufacturing a carbon fiber composite according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 탄소 섬유 복합재의 제조 방법(S200)은, 사이징 물질과 탈이온수를 혼합하여 혼합 용액을 형성하는 단계(S210); 상기 혼합 용액에 계면활성제를 투입하여 혼합하는 단계(S220); 상기 혼합 용액에 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물을 투입하여 혼합하는 단계(S230); 상기 혼합 용액에서 계면활성제를 제거하는 단계(S240); 상기 혼합 용액을 상기 탄소 섬유의 표면에 도포하는 단계(S250); 및 상기 탄소 섬유를 건조하여, 상기 탄소 섬유의 표면 상에 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물과 상기 사이징 물질이 화학 결합된 결합층을 형성하는 단계(S260);를 포함한다.Referring to FIG. 3, a method of manufacturing a carbon fiber composite material (S200) includes the steps of forming a mixed solution by mixing a sizing material and deionized water (S210); Adding and mixing a surfactant into the mixed solution (S220); Mixing shellac-induced reduced graphene oxide into the mixed solution (S230); Removing the surfactant from the mixed solution (S240); Applying the mixed solution to the surface of the carbon fiber (S250); And drying the carbon fiber to form a bonding layer in which the shellac-induced reduced graphene oxide and the sizing material are chemically bonded on the surface of the carbon fiber (S260).

상기 단계들에서, 물질들의 혼합은 기계적 휘젖기 및 초음파 교반 등 다양한 방법을 통하여 수행될 수 있다.In the above steps, mixing of the materials may be performed through various methods such as mechanical stirring and ultrasonic stirring.

상기 사이징 물질은 상술한 바와 같이 폴리아미드를 포함할 수 있다. 상기 탈이온수에 대하여 상기 사이징 물질의 함량은, 예를 들어 1 wt% 내지 5 wt% 범위일 수 있고, 예를 들어 3 wt% 일 수 있다.The sizing material may include polyamide as described above. The content of the sizing material with respect to the deionized water may be, for example, in the range of 1 wt% to 5 wt%, and may be, for example, 3 wt%.

상기 계면활성제는 소듐 도데실벤젠 설포네이트(sodium dodecyl benzene sulfonate, SDBS)를 포함할 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 계면활성제의 함량은, 상기 혼합 용액 전체에 대하여, 예를 들어 1 wt% 내지 5 wt% 범위일 수 있고, 예를 들어 1.66 wt% 일 수 있다.The surfactant may include sodium dodecyl benzene sulfonate (SDBS), but the technical idea of the present invention is not limited thereto. The content of the surfactant may range from, for example, 1 wt% to 5 wt%, and may be, for example, 1.66 wt% with respect to the entire mixed solution.

상기 계면활성제를 제거하는 단계(S240)는 에틸 아세테이트를 이용하여 이루어질 수 있다. 상기 에틸 아세테이트는 상기 혼합 용액 전체에 대하여, 예를 들어 1 wt% 내지 10 wt% 범위일 수 있고, 예를 들어 5 wt% 일 수 있다. 그러나 이는 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니고, 계면활성제를 제거할 수 있는 모든 종류의 물질을 포함할 수 있다. 상기 계면활성제를 제거하는 단계(S240)는 상기 혼합 용액을 가열하여 상기 에틸 아세테이트를 기화시켜 수행될 수 있다.The step of removing the surfactant (S240) may be performed using ethyl acetate. The ethyl acetate may be in the range of 1 wt% to 10 wt%, for example, 5 wt% with respect to the whole mixed solution. However, this is exemplary, and the technical idea of the present invention is not limited thereto, and all kinds of substances capable of removing a surfactant may be included. The step of removing the surfactant (S240) may be performed by heating the mixed solution to vaporize the ethyl acetate.

상기 도포하는 단계(S250)는 상기 탄소 섬유를 상기 혼합 용액에 침지하여 수행할 수 있다. 또는 상기 도포하는 단계(S250)는 상기 혼합 용액을 상기 탄소 섬유에 스프레이 코팅, 드롭 코팅, 스핀 코팅 등 다양한 방법을 이용하여 수행할 수 있다.The applying step (S250) may be performed by immersing the carbon fiber in the mixed solution. Alternatively, the applying step (S250) may be performed using various methods such as spray coating, drop coating, and spin coating of the mixed solution on the carbon fiber.

상기 결합층을 형성하는 단계(S260)는, 진공 오븐 내에서, 예를 들어 150℃ 내지 200℃ 범위의 온도에서, 예를 들어 180℃의 온도에서, 1분 내지 10분 범위의 시간동안, 예를 들어 5분의 시간 동안 수행될 수 있다.In the step of forming the bonding layer (S260), in a vacuum oven, for example, at a temperature in the range of 150°C to 200°C, for example, at a temperature of 180°C, for a time in the range of 1 minute to 10 minutes, for example For example, it can be carried out for a time of 5 minutes.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 섬유 복합재에 적용되는 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물의 형성과정을 설명하는 도면이다.4 is a view illustrating a process of forming a shellac-induced reduced graphene oxide applied to a carbon fiber composite according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 셀락을 기반으로 열 환원법에 의하여 형성한 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물의 형성 과정이 나타나 있다. 먼저, 셀락을 가열하면 약 150℃의 온도에서부터 탈수(dehydration) 반응이 이루어지고, 수증기가 형성됨에 따라 셀락의 긴 탄화수소 체인이 분해된다. 약 500℃의 온도에서는 불완전하게 형성된 그래핀 산화물이 관찰된다. 500℃ 보다 높은 온도에서는 탄소-탄소 결합에 의한 고리화가 형성되어 다양한 크기로 sp2 혼성 탄소 네트워크를 형성한다. 최종적으로, 탄소 육원자 고리들로 이루어진 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물이 형성된다.Referring to FIG. 4, a process of forming a shellac-induced reduced graphene oxide formed by a thermal reduction method based on shellac is shown. First, when the shellac is heated, a dehydration reaction occurs at a temperature of about 150°C, and as water vapor is formed, the long hydrocarbon chain of the shellac is decomposed. At a temperature of about 500 °C, incompletely formed graphene oxide is observed. At temperatures higher than 500° C., cyclization is formed by carbon-carbon bonds to form sp2 hybrid carbon networks in various sizes. Finally, the shellac-induced reduced graphene oxide made of carbon six-membered rings is formed.

이하에서는, 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물(SRGO)과 사이징 물질로서 폴리아미드(polyamide, PA)를 결합하여 형성한 PA-SRGO 결합물의 실험예에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, an experimental example of a PA-SRGO bond formed by combining a shellac-induced reduced graphene oxide (SRGO) and a polyamide (PA) as a sizing material will be described.

탈이온수와 폴리아미드가 혼합된 혼합 용액을 형성한다. 상기 탈이온수에 대하여 상기 폴리아미드의 함량은 3 wt% 이었다. 즉, 100 ml 의 탈이온수에 대하여 3 g 의 폴리아미드가 혼합하였다. 상기 혼합 용액을 상온(25℃)에서 500 rpm의 속도로 10분 동안 기계적 교반하였다. 상기 혼합 용액에 1.74 g의 계면활성제를 투입하고, 30분 동안 휘저어서 교반하고, 수조형 초음파 장치를 이용하여 1시간 동안 초음파 교반하였다. 상기 계면활성제는 소듐 도데실벤젠 설포네이트(sodium dodecyl benzene sulfonate, SDBS)를 사용하였다. 이어서, 상기 혼합 용액에 원하는 용량의 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물을 투입하고, 15분 동안 휘저어서 교반하고, 수조형 초음파 장치를 이용하여 2시간 동안 초음파 교반하고, 혼형(horn type) 초음파 장치를 이용하여 1시간 동안 초음파 교반하였다. 상기 혼합 용액으로부터 상기 계면활성제를 제거하도록, 5 ml의 에틸 아세테이트(ethyl acetate)를 상기 혼합 용액에 투입하고, 상기 혼합 용액을 4회 반복하여 가열하여 상기 에틸 아세테이트를 기화시켜 제거하였다. 이때, 상기 혼합 용액에는, 폴리아미드, 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물, 및 탈이온수가 잔류하게 된다. 상기 혼합 용액을 25℃ 의 온도에서 24시간 동안 건조시키고, 탈이온수가 완전히 제거되도록 70℃에서 4시간 동안 건조시켜 PA-SRGO 결합물을 형성한다.A mixed solution of deionized water and polyamide is formed. The content of the polyamide with respect to the deionized water was 3 wt%. That is, 3 g of polyamide was mixed with 100 ml of deionized water. The mixed solution was mechanically stirred at room temperature (25° C.) at 500 rpm for 10 minutes. 1.74 g of a surfactant was added to the mixed solution, stirred and stirred for 30 minutes, and ultrasonically stirred for 1 hour using a water bath type ultrasonic device. Sodium dodecyl benzene sulfonate (SDBS) was used as the surfactant. Subsequently, a desired volume of shellac-induced reduced graphene oxide was added to the mixed solution, stirred for 15 minutes, stirred, ultrasonically stirred for 2 hours using a water bath type ultrasonic device, and a horn type ultrasonic device It was stirred with ultrasonic waves for 1 hour. To remove the surfactant from the mixed solution, 5 ml of ethyl acetate was added to the mixed solution, and the mixed solution was repeatedly heated four times to evaporate and remove the ethyl acetate. At this time, in the mixed solution, polyamide, shellac-induced reduced graphene oxide, and deionized water remain. The mixed solution was dried at a temperature of 25° C. for 24 hours, and dried at 70° C. for 4 hours to completely remove deionized water to form a PA-SRGO conjugate.

표 1은 상술한 방법에 의하여 형성된 PA-SRGO 결합물의 PA 에 대한 SRGO 함량을 나타내는 표이다.Table 1 is a table showing the SRGO content of the PA-SRGO conjugate formed by the above-described method for PA.

SRGO 함량SRGO content 폴리아미드의 무게 (g)Weight of polyamide (g) 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물의 무게 (mg)Weight of shellac-induced reduced graphene oxide (mg) 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물의 비율 (wt%)The proportion of shellac-induced reduced graphene oxide (wt%) 0 wt%0 wt% 1.51.5 00 00 0.5 wt%0.5 wt% 1.51.5 7.57.5 0.50.5 1 wt%1 wt% 1.51.5 1515 1One 1.5 wt%1.5 wt% 1.51.5 22.522.5 1.51.5 2 wt%2 wt% 1.51.5 3030 22

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 탄소 섬유 복합재에 적용되는 PA-SRGO 결합물의 사진들이다.도 5를 참조하면, 액상의 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물과 폴리아미드가 결합된 PA-SRGO 결합물이 건조되면, 고상의 필름 형태의 PA-SRGO 결합물을 형성하는 것을 알 수 있다.5 is a photograph of a PA-SRGO bond applied to a carbon fiber composite according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, a liquid shellac-induced reduced graphene oxide and a polyamide PA-SRGO are combined. When the bond is dried, it can be seen that the PA-SRGO bond in the form of a solid film is formed.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 탄소 섬유 복합재에 적용되는 PA-SRGO 결합물의 주사전자현미경 사진들이다.6 are scanning electron micrographs of a PA-SRGO bond applied to a carbon fiber composite according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, SRGO 만을 포함하는 경우에는, 구겨진 표면을 가지는 얇은 층이 형성되고, 일부 영역은 SRGO들이 서로 응집되어 있다. 반면, 상기 SRGO이 PA와 혼합되어 결합되면, 균일한 분산을 나타냄을 알 수 있다. 그러나, 상기 SRGO 의 함량이 1 wt% 보다 증가되게 되면 응집이 발생하고, 2 wt%에서는 상기 SRGO의 응집이 잘 나타나있다.Referring to FIG. 6, when only SRGO is included, a thin layer having a crumpled surface is formed, and in some areas, SRGOs are aggregated with each other. On the other hand, it can be seen that when the SRGO is mixed and combined with PA, it shows a uniform dispersion. However, when the content of SRGO is increased more than 1 wt%, agglomeration occurs, and at 2 wt%, aggregation of the SRGO is well shown.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 탄소 섬유 복합재에 적용되는 PA-SRGO 결합물의 푸리에변환 적외분광 분석 결과를 나타내는 그래프들이다.7 is a graph showing a Fourier transform infrared spectroscopy analysis result of a PA-SRGO bond applied to a carbon fiber composite according to an embodiment of the present invention.

도 7에서, (a)는 상기 PA-SRGO 결합물의 750 cm-1 내지 4000 cm-1 범위의 파수에서의 푸리에변환 적외분광(FT-IR) 스펙트럼을 나타내고, (b) 상기 PA-SRGO 결합물의 1200 cm-1 내지 2000 cm-1 범위의 파수에서의 푸리에변환 적외분광 스펙트럼을 나타내고, (c)는 SRGO의 750 cm-1 내지 4000 cm-1 범위의 파수에서의 푸리에변환 적외분광 스펙트럼을 나타내고, (d)는 상기 PA-SRGO 결합물의 SRGO의 함량에 따른 아미드 결합 강도의 변화를 나타내는 그래프이다.In Figure 7, (a) shows a Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) spectrum at a wave number in the range of 750 cm -1 to 4000 cm -1 of the PA-SRGO conjugate, (b) the PA-SRGO conjugate Represents a Fourier transform infrared spectroscopy spectrum at a wavenumber in the range of 1200 cm -1 to 2000 cm -1 , (c) represents the Fourier transform infrared spectroscopy spectrum at a wave number in the range of 750 cm -1 to 4000 cm -1 of SRGO, (d) is a graph showing the change in amide bond strength according to the content of SRGO of the PA-SRGO bond.

표 2는 상기 PA-SRGO 결합물의 푸리에변환 적외분광에 대한 밴드 배정을 나타내는 표이다.Table 2 is a table showing the band assignment for Fourier transform infrared spectroscopy of the PA-SRGO conjugate.

밴드 (cm-1)Band (cm -1 ) 밴드 배정Band assignment 12011201 아미드 III, 결정 밴드Amide III, crystal band 12631263 C-H 스트레칭C-H stretching 15441544 아미드 II 밴드 (C-N 스트레칭)Amide II band (C-N stretch) 16401640 아미드 I 밴드 (C=O 스트레칭)Amide I band (C=O stretching) 28522852 CH2 대칭CH 2 symmetry 29192919 CH2 비대칭CH 2 asymmetry 32993299 N-H 스트레칭N-H stretching

도 7을 참조하면, 상기 SRGO의 함량이 1 wt%까지 증가됨에 따라, 아미드 I 밴드와 아미드 II 밴드의 강도가 증가되며, 이는 상기 PA와 상기 SRGO 사이의 수소 결합의 형성을 의미한다. 상기 SRGO의 함량이 1 wt%에서 가장 강한 상대 강도를 나타내며, 이는 수소 결합을 통한 상기 SRGO과 상기 PA의 결합이 가장 효과적인 것을 나타낸다. 반면, 상기 SRGO의 함량이 1 wt% 보다 큰 경우에는 상기 상대 강도가 급격하게 감소된다. 이러한 감소는 반데르발스 인력에 따라 상기 SRGO가 응집하게 되어, 상기 수소 결합이 감소되기 때문으로 분석된다. 이러한 결과는 도 6의 주사전자현미경 분석결과와 잘 일치한다.도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 탄소 섬유 복합재에 적용되는 PA-SRGO 결합물의 화학 구조식을 나타내는 모식도이다.Referring to FIG. 7, as the content of the SRGO increases to 1 wt%, the strength of the amide I band and the amide II band increases, indicating the formation of a hydrogen bond between the PA and the SRGO. The SRGO content shows the strongest relative strength at 1 wt%, indicating that the SRGO and PA are most effectively combined through hydrogen bonding. On the other hand, when the content of SRGO is greater than 1 wt%, the relative strength is rapidly reduced. This decrease is analyzed because the SRGO aggregates according to the van der Waals attraction, and the hydrogen bonding is reduced. These results are in good agreement with the results of the scanning electron microscope analysis of FIG. 6. FIG. 8 is a schematic diagram showing the chemical structural formula of a PA-SRGO bond applied to a carbon fiber composite material according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 상기 PA와 상기 SRGO의 결합에 의하여 형성된 아미드 I 밴드, 아미드 II 밴드, 및 아미드 III 밴드들의 위치가 표시되어 있다. 상기 SRGO의 COOH 기의 수소와 상기 PA의 C=O의 산소 사이의 수소 결합이 함께 도시되어 있다.Referring to FIG. 8, positions of the amide I band, the amide II band, and the amide III band formed by the bonding of the PA and the SRGO are shown. The hydrogen bonds between the hydrogen of the COOH group of SRGO and the C=O oxygen of the PA are shown together.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 탄소 섬유 복합재에 적용되는 PA-SRGO 결합물의 시차주사 열계량 분석 결과를 나타내는 그래프들이다.9 are graphs showing the results of differential scanning calorimetry analysis of PA-SRGO bonds applied to carbon fiber composites according to an embodiment of the present invention.

표 3은 상기 PA-SRGO 결합물의 시차주사 열계량(differential scanning calorimetry, DSC) 분석 결과를 나타내는 표이다.Table 3 is a table showing the results of differential scanning calorimetry (DSC) analysis of the PA-SRGO conjugate.

SRGO
함량
SRGO
content
Tc
(℃)
T c
(℃)
Tm1
(℃)
T m1
(℃)
Tm2
(℃)
T m2
(℃)
ΔHm
(J/g)
ΔH m
(J/g)
Xc
(%)
X c
(%)
Cl
(%)
Cl
(%)
0 wt%0 wt% 94.6094.60 147.18147.18 157.13157.13 12.9812.98 5.645.64 32.7632.76 0.5 wt%0.5 wt% 105.55105.55 149.78149.78 157.01157.01 13.0613.06 5.685.68 39.0239.02 1 wt%1 wt% 106.44106.44 149.13149.13 156.33156.33 1515 6.526.52 44.6144.61 1.5 wt%1.5 wt% 106.02106.02 149.84149.84 156.73156.73 12.7412.74 5.545.54 23.6123.61 2 wt%2 wt% 103.66103.66 -- 156.41156.41 11.4411.44 4.974.97 17.7917.79

도 9에서, (a)는 10℃/분의 냉각 속도로 냉각한 1차 냉각 곡선을 나타내고, (b)는 10℃/분의 가열 속도로 가열한 2차 가열 곡선을 나타내고, (c)는 결정도를 나타낸다. 여기에서, 결정도(crystallinity, Xc)는 결정도(Xc) = ΔHm/ΔHm0 x 100 으로 계산된다.도 9 및 표 3을 참조하면, 상기 SRGO의 함량이 1 wt% 인 경우가 가장 높은 Tc 를 나타냈으며, 상기 SRGO의 함량이 0 wt% 인 경우, 즉 SRGO를 포함하지 않은 경우에 비하여 11.84℃ 높았다. 또한, 상기 SRGO의 함량이 1 wt% 인 경우에서 결정화 피크가 좁게 나타났다. 이러한 결과는 SRGO가 핵생성 위치를 제공하고, 결정화 속도를 높이기 때문으로 분석된다. γ-결정상은 평행한 체인들 사이에 형성된 수소 결합을 가지는 불완전한 결정 형성에 기인한 것으로 분석되는 반면, α-결정상은 수소 결합에 의하여 보다 안정적인 상으로 분석된다. 상기 SRGO의 함량이 증가됨에 따라 Tm1 은 Tm2 와 점진적으로 합쳐지게 되고, 약 156℃ 에서는 영향이 없게 된다. 이러한 결과는 결정의 두께가 커짐에 따라 두꺼워진 층상들이 용융되기 때문이며, 상기 SRGO와 상기 PA 체인 사이의 상호작용에 의하여 층간 수소 결합이 유도되기 때문이다. 결정도는 SRGO를 포함하지 않은 경우에는 5.64이고, 상기 SRGO의 함량이 1 wt% 인 경우에는 6.52로 약간 증가되었다. 또한, 상기 SRGO의 함량이 1 wt% 인 경우에, 결정도가 가장 크게 나타났다. 이러한 결과는 도 6의 주사전자현미경 분석결과 및 도 7의 푸리에변환 적외분광 분석 결과와 잘 일치한다.In FIG. 9, (a) shows a primary cooling curve cooled at a cooling rate of 10°C/min, (b) shows a secondary heating curve heated at a heating rate of 10°C/min, and (c) Shows the degree of crystallinity. Here, when determining the degree (crystallinity, X c) the crystallinity (X c) = ΔH m / ΔH is calculated as m0 x 100. 9 and Referring to Table 3, the amount of the SRGO 1 wt% is The highest T c was shown, and the SRGO content was 11.84° C. higher than when the SRGO content was 0 wt%, that is, compared to the case without SRGO. In addition, when the SRGO content was 1 wt%, the crystallization peak was narrow. These results are analyzed because SRGO provides a nucleation site and increases the crystallization rate. The γ-crystal phase was analyzed to be due to incomplete crystal formation with hydrogen bonds formed between parallel chains, whereas the α-crystal phase was analyzed as a more stable phase by hydrogen bonding. As the content of SRGO increases, T m1 gradually merges with T m2, and there is no effect at about 156°C. This result is because the thickened layers melt as the crystal thickness increases, and interlayer hydrogen bonding is induced by the interaction between the SRGO and the PA chain. The crystallinity was 5.64 when SRGO was not included, and slightly increased to 6.52 when the SRGO content was 1 wt%. In addition, when the content of SRGO was 1 wt%, the crystallinity was greatest. These results are in good agreement with the scanning electron microscope analysis results of FIG. 6 and the Fourier transform infrared spectroscopy analysis results of FIG. 7.

표 4는 상기 PA-SRGO 결합물의 X-선 분석 결과로 도출된 원소 함량분석을 나타내는 표이다.Table 4 is a table showing the element content analysis derived as a result of X-ray analysis of the PA-SRGO conjugate.

SRGO 함량SRGO content 원소 농도 (at%)Elemental concentration (at%) C1sC1s N1sN1s O1sO1s O1s/C1sO1s/C1s SRGOSRGO 81.5681.56 0.350.35 18.0918.09 0.2220.222 0 wt%0 wt% 79.879.8 1.461.46 18.7318.73 0.2350.235 0.5 wt%0.5 wt% 78.278.2 1.021.02 20.7820.78 0.2660.266 1 wt%1 wt% 72.7672.76 1.091.09 26.1526.15 0.3590.359 1.5 wt%1.5 wt% 73.373.3 1.821.82 24.8824.88 0.3390.339 2 wt%2 wt% 77.6777.67 2.012.01 20.3220.32 0.2620.262

표 5는 상기 PA-SRGO 결합물의 X-선 분석 결과로 도출된 C1s 피크 및 상대 피크 영역을 나타내는 표이다.Table 5 is a table showing the C1s peak and relative peak regions derived as a result of X-ray analysis of the PA-SRGO conjugate.

SRGO
함량
SRGO
content
다른 상태에서의 C1s 피크 (eV)C1s peak in different states (eV)
피크 1Peak 1 피크 2Peak 2 피크 3Peak 3 피크 4Peak 4 피크 5Peak 5 피크 6Peak 6 활성탄소
원소 (%)
Activated carbon
element (%)
284.6284.6 285.0285.0 286.1286.1 287.7287.7 289.1289.1 290.6290.6 SRGOSRGO 94.6894.68 00 0.860.86 44 0.460.46 00 5.325.32 0 wt%0 wt% 69.1569.15 9.929.92 10.0810.08 8.768.76 0.510.51 1.581.58 20.9320.93 0.5 wt%0.5 wt% 7070 12.7812.78 9.269.26 7.287.28 0.680.68 00 17.2217.22 1 wt%1 wt% 70.2570.25 11.4211.42 9.469.46 8.158.15 0.720.72 00 18.3318.33 1.5 wt%1.5 wt% 73.2273.22 14.5514.55 3.983.98 7.597.59 0.660.66 00 12.2312.23 2 wt%2 wt% 89.7389.73 00 2.12.1 8.178.17 00 00 10.2710.27 피크 배정Peak assignment 참조Reference -C-C-C-H-C-C-C-H -C-O
-C-N
-CO
-CN
-C=O
-C=N
-C=O
-C=N
-COOH
-COOR
-COOH
-COOR
-COO-
π-π*
-COO-
π-π *

표 4 및 표 5를 참조하면, SRGO의 함량이 증가됨에 따라 산소 함량이 증가되었고, 특히 상기 SRGO의 함량이 1 wt% 인 경우가 26.15 at%로서 가장 산소 함량을 나타냈다. 상기 SRGO의 함량이 1 wt% 보다 증가되면 산소 함량이 다시 감소되었다. 또한, 상기 SRGO의 함량이 1 wt% 인 경우에서, 아미드 기능기와 카르복실 기능기의 함량이 가장 높게 나타났다. 활성 탄소 원소의 함량도 상기 SRGO의 함량이 1 wt% 인 경우에서 가장 높게 나타났다. 아미드 기능기와 카르복실 기능기는 탄소 섬유 상에 상기 PA-SRGO 결합물이 코팅되는 경우, 상기 탄소 섬유와 폴리아미드와의 계면 부착을 증가시키는 기능을 수행할 수 있다. 그 이유는 아미드 기능기와 카르복실 기능기와 같은 극성 기능기들은 우수한 젖음성을 가지게 하고, 상기 탄소 섬유와 폴리아미드 사이에 수소 결합을 형성할 수 있기 때문이다. 따라서, 상기 SRGO의 함량이 1 wt% 인 경우에, 탄소 섬유에 대한 상기 PA-SRGO 결합물의 부착성이 가장 높을 것으로 분석된다.도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 탄소 섬유 복합재에 적용되는 PA-SRGO 결합물의 X-선 회절 분석 결과를 나타내는 그래프들이다.Referring to Tables 4 and 5, as the content of SRGO increased, the oxygen content increased, and in particular, when the SRGO content was 1 wt%, the oxygen content was the most as 26.15 at%. When the SRGO content was increased more than 1 wt%, the oxygen content was reduced again. In addition, when the SRGO content is 1 wt%, the content of the amide functional group and the carboxyl functional group is the highest. The content of the activated carbon element was also highest when the SRGO content was 1 wt%. When the PA-SRGO bond is coated on the carbon fiber, the amide functional group and the carboxyl functional group may function to increase the interfacial adhesion between the carbon fiber and the polyamide. The reason is that polar functional groups such as amide functional groups and carboxyl functional groups have excellent wettability, and hydrogen bonds can be formed between the carbon fiber and polyamide. Therefore, when the content of SRGO is 1 wt%, it is analyzed that the adhesion of the PA-SRGO bond to carbon fibers is the highest. FIG. 10 is a view applied to a carbon fiber composite material according to an embodiment of the present invention. These are graphs showing the results of X-ray diffraction analysis of PA-SRGO conjugates.

도 10을 참조하면, 20도의 피크는 (100) 결정면에 상응하고, 23도의 피크는 (010)/(110) 결정면에 상응한다. 상기 (100) 결정면에 해당되는 피크는 층내 분산에 의하여 발생된 것으로 분석되며, 즉 고분자 층을 구성하는 고분자 체인들 내에서의 분산에 의하여 발생된 것으로 분석된다. 반면, 상기 (010)/(110) 결정면에 해당되는 피크는 층간 분산에 의하여 발생된 것으로 분석되며, 즉 수소 결합에 의하여 연결된 고분자 층들 사이에서의 분산에 의하여 발생된 것으로 분석된다. 상기 (100) 결정면에 해당되는 피크는 SRGO의 함량이 증가됨에 따라 계속하여 감소하였다. 반면, 상기 (010)/(110) 결정면에 해당되는 피크는 상기 SRGO의 함량이 1 wt%에 도달할 때까지는 증가하다가, 상기 SRGO의 함량이 1 wt% 인 경우에서 가장 큰 값을 가지며, 그 이후에는 감소하였다. 즉, SRGO의 함량이 증가되면서, 고분자층 내부 결합이 파괴되지만, 수소 결합을 형성하게 되어 고분자 층간 결합은 증가시키는 것으로 분석된다.Referring to FIG. 10, a peak at 20 degrees corresponds to a (100) crystal plane, and a peak at 23 degrees corresponds to a (010)/(110) crystal plane. The peak corresponding to the (100) crystal plane is analyzed to be generated by dispersion in the layer, that is, it is analyzed to be generated by dispersion in the polymer chains constituting the polymer layer. On the other hand, the peak corresponding to the (010)/(110) crystal plane is analyzed to be generated by interlayer dispersion, that is, it is analyzed to be generated by dispersion between polymer layers connected by hydrogen bonding. The peak corresponding to the (100) crystal plane continued to decrease as the content of SRGO increased. On the other hand, the peak corresponding to the (010)/(110) crystal plane increases until the SRGO content reaches 1 wt%, and has the largest value when the SRGO content is 1 wt%. After that, it decreased. That is, it is analyzed that as the content of SRGO increases, the inner bonds of the polymer layer are destroyed, but hydrogen bonds are formed, thereby increasing the bonding between the polymer layers.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 탄소 섬유 복합재에 적용되는 PA-SRGO 결합물의 X-선 회절 분석에 의하여 도출된 미세 결정 크기를 나타내는 그래프이다.11 is a graph showing the fine crystal size derived by X-ray diffraction analysis of a PA-SRGO bond applied to a carbon fiber composite material according to an embodiment of the present invention.

표 6은 상기 PA-SRGO 결합물의 X-선 회절 분석에 의하여 도출된 결정화 특성들을 나타내는 표이다.Table 6 is a table showing crystallization properties derived by X-ray diffraction analysis of the PA-SRGO conjugate.

SRGO 함량SRGO content 0 wt%0 wt% 0.5 wt%0.5 wt% 1 wt%1 wt% 1.5 wt%1.5 wt% 2 wt%2 wt% C1(%)C1(%) 32.7632.76 39.0239.02 44.6144.61 23.6123.61 17.7917.79 (100)(100) 20.1520.15 20.1820.18 20.2120.21 20.4420.44 20.2120.21 (010)/(110)(010)/(110) 23.5123.51 23.3223.32 23.2423.24 23.2823.28 23.5723.57 FWHMFWHM (100)(100) 0.50.5 0.50.5 0.670.67 0.960.96 2.132.13 (010)/(110)(010)/(110) 2.862.86 2.742.74 1.791.79 2.032.03 2.12.1 집적
강도
Accumulation
burglar
(100)(100) 0.810.81 0.500.50 0.310.31 0.290.29 0.250.25
(010)/(110)(010)/(110) 1.281.28 1.951.95 2.222.22 1.011.01 0.320.32 (100)/(010)(100)/(010) 0.630.63 0.260.26 0.140.14 0.30.3 0.770.77 미세결정
크기(nm)
Microcrystalline
Size (nm)
H(100) H (100) 2.792.79 2.792.79 2.12.1 1.471.47 0.660.66
H(010)/(110) H (010)/(110) 0.490.49 0.520.52 0.790.79 0.70.7 0.680.68

도 11 및 표 6을 참조하면, (100) 결정면과 (010)/(110) 결정면에 대한 결정화 특성들이 나타나있다. 상기 (100) 결정면의 경우에는 미세결정의 크기가 계속하여 감소된다. 반면, 상기 (010)/(110) 결정면의 경우에는 미세결정의 크기가 상기 SRGO의 함량이 1 wt%에 도달할 때까지는 증가하다가, 상기 SRGO의 함량이 1 wt% 인 경우에서 가장 큰 값을 가지며, 그 이후에는 감소하였다. 이러한 결과는 도 10의 결과와 잘 일치한다.도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 탄소 섬유 복합재의 표면 형상을 분석하기 위하여, 다양한 탄소 섬유 상에 PA-SRGO 결합물을 적용한 경우데 대한 주사전자현미경 사진들이다.Referring to FIGS. 11 and 6, crystallization characteristics of the (100) crystal plane and the (010)/(110) crystal plane are shown. In the case of the (100) crystal plane, the size of the crystallites continues to decrease. On the other hand, in the case of the (010)/(110) crystal plane, the size of the microcrystal increases until the content of SRGO reaches 1 wt%, and the largest value is increased when the content of SRGO is 1 wt%. And decreased thereafter. These results are in good agreement with the results of Fig. 10. Fig. 12 is a scan for a case of applying a PA-SRGO bond on various carbon fibers in order to analyze the surface shape of a carbon fiber composite according to an embodiment of the present invention. These are electron microscope pictures.

도 12를 참조하면, (a)는 탄소 섬유이고, (b) SRGO를 이식한 탄소 섬유이고, (c)는 폴리아미드 사이징 처리를 한 탄소 섬유이고, (d) PA-SRGO 결합물로 사이징 처리한 탄소 섬유이고, (e)는 SRGO를 이식한 탄소 섬유를 폴리아미드 사이징 처리를 한 탄소 섬유이고, (f) SRGO를 이식한 탄소 섬유를 PA-SRGO 결합물로 사이징 처리한 탄소 섬유이다.Referring to FIG. 12, (a) is a carbon fiber, (b) is a carbon fiber implanted with SRGO, (c) is a carbon fiber subjected to polyamide sizing treatment, and (d) sizing treatment with a PA-SRGO bond. One carbon fiber, (e) is a carbon fiber grafted with SRGO and polyamide sizing is performed, and (f) a carbon fiber grafted with SRGO is sized with a PA-SRGO bond.

이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The technical idea of the present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and that various substitutions, modifications and changes are possible within the scope not departing from the technical idea of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art to which this belongs.

Claims (20)

셀락을 극성 용매에 용해하여 셀락 용액을 형성하는 단계;
상기 셀락 용액을 탄소 섬유의 표면에 도포하여 셀락 용액층을 형성하는 단계;
상기 셀락 용액층을 열처리하여 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물을 포함하는 셀락-유도 환원형 그래핀 산화층을 형성하는 단계;
상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화층 상에 사이징 물질을 도포하여 사이징층을 형성하는 단계; 및
상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화층과 상기 사이징층 사이에, 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물과 상기 사이징 물질이 화학 결합된 결합층을 형성하는 단계;를 포함하는, 탄소 섬유 복합재의 제조 방법.
Dissolving the shellac in a polar solvent to form a shellac solution;
Forming a shellac solution layer by applying the shellac solution to the surface of the carbon fiber;
Heat-treating the shellac solution layer to form a shellac-induced reduced graphene oxide layer including a shellac-induced reduced graphene oxide;
Forming a sizing layer by applying a sizing material on the shellac-induced reduced graphene oxide layer; And
Forming a bonding layer in which the shellac-induced reduced graphene oxide and the sizing material are chemically bonded between the shellac-induced reduced graphene oxide layer and the sizing layer; including, a method for producing a carbon fiber composite material .
청구항 1에 있어서,
상기 셀락 용액을 준비하는 단계는, 상기 셀락을 극성 용매에 용해하여 이루어지는, 탄소 섬유 복합재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The step of preparing the shellac solution is performed by dissolving the shellac in a polar solvent.
청구항 2에 있어서,
상기 극성 용매는 에탄올, 메탄올, 또는 이소프로필 알코올을 포함하는, 탄소 섬유 복합재의 제조 방법.
The method according to claim 2,
The polar solvent comprises ethanol, methanol, or isopropyl alcohol, a method for producing a carbon fiber composite.
청구항 1에 있어서,
상기 셀락 용액층을 형성하는 단계를 수행하기 전에, 상기 탄소 섬유는 그 표면이 플라즈마 처리된, 탄소 섬유 복합재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Before performing the step of forming the shellac solution layer, the surface of the carbon fiber is plasma-treated, a method of manufacturing a carbon fiber composite material.
청구항 1에 있어서,
상기 셀락 용액층을 열처리하여 셀락-유도 환원형 그래핀 산화층을 형성하는 단계는 500℃ 내지 900℃ 범위의 온도에서 수행되는, 탄소 섬유 복합재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The step of heat-treating the shellac solution layer to form a shellac-induced reduced graphene oxide layer is performed at a temperature in the range of 500°C to 900°C.
청구항 1에 있어서,
상기 사이징 물질은 폴리아미드를 포함하는, 탄소 섬유 복합재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The sizing material comprises polyamide, a method for producing a carbon fiber composite.
청구항 1에 있어서,
상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물과 상기 사이징 물질은 수소 결합을 형성하는, 탄소 섬유 복합재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The shellac-induced reduced graphene oxide and the sizing material form a hydrogen bond, a method of manufacturing a carbon fiber composite.
청구항 1에 있어서,
상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물과 상기 탄소 섬유는 공유 결합을 형성하는, 탄소 섬유 복합재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The shellac-induced reduced graphene oxide and the carbon fiber form a covalent bond, a method of manufacturing a carbon fiber composite.
청구항 1에 있어서,
상기 사이징 물질에 대하여 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물의 함량은 0 wt% 초과 내지 2 wt% 이하의 범위인, 탄소 섬유 복합재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The content of the shellac-induced reduced graphene oxide with respect to the sizing material is in the range of more than 0 wt% to 2 wt% or less, a method for producing a carbon fiber composite.
사이징 물질과 탈이온수을 혼합하여 혼합 용액을 형성하는 단계;
상기 혼합 용액에 계면활성제를 투입하여 혼합하는 단계;
상기 혼합 용액에 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물을 투입하여 혼합하는 단계;
상기 혼합 용액에서 계면활성제를 제거하는 단계;
상기 혼합 용액을 탄소 섬유의 표면에 도포하는 단계; 및
상기 탄소 섬유를 건조하여, 상기 탄소 섬유의 표면 상에 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물과 상기 사이징 물질이 화학 결합된 결합층을 형성하는 단계;를 포함하는, 탄소 섬유 복합재의 제조 방법.
Mixing the sizing material and deionized water to form a mixed solution;
Mixing by adding a surfactant to the mixed solution;
Mixing by adding a shellac-induced reduced graphene oxide to the mixed solution;
Removing the surfactant from the mixed solution;
Applying the mixed solution to the surface of carbon fibers; And
Drying the carbon fiber to form a bonding layer in which the shellac-induced reduced graphene oxide and the sizing material are chemically bonded to each other on the surface of the carbon fiber.
청구항 10에 있어서,
상기 사이징 물질은 폴리아미드를 포함하는, 탄소 섬유 복합재의 제조 방법.
The method of claim 10,
The sizing material comprises polyamide, a method for producing a carbon fiber composite.
청구항 10에 있어서,
상기 계면활성제는 소듐 도데실벤젠 설포네이트를 포함하는, 탄소 섬유 복합재의 제조 방법.
The method of claim 10,
The surfactant includes sodium dodecylbenzene sulfonate, a method for producing a carbon fiber composite.
청구항 10에 있어서,
상기 혼합 용액을 형성하는 단계에서, 상기 탈이온수에 대하여 상기 사이징 물질의 함량은 1 wt% 내지 5 wt% 범위인, 탄소 섬유 복합재의 제조 방법.
The method of claim 10,
In the step of forming the mixed solution, the content of the sizing material with respect to the deionized water is in the range of 1 wt% to 5 wt%, a method of manufacturing a carbon fiber composite material.
청구항 10에 있어서,
상기 계면활성제를 제거하는 단계는 에틸 아세테이트를 이용하여 이루어지는, 탄소 섬유 복합재의 제조 방법.
The method of claim 10,
The step of removing the surfactant is made by using ethyl acetate, a method of producing a carbon fiber composite.
청구항 14에 있어서,
상기 계면활성제를 제거하는 단계는 상기 혼합 용액을 가열하여 상기 에틸 아세테이트를 기화시켜 수행되는, 탄소 섬유 복합재의 제조 방법.
The method of claim 14,
The step of removing the surfactant is performed by heating the mixed solution to vaporize the ethyl acetate.
탄소 섬유;
상기 탄소 섬유의 표면을 덮고, 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물을 포함하는 셀락-유도 환원형 그래핀 산화층;
상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화층을 덮고, 사이징 물질을 포함하는 사이징층; 및
상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화층과 상기 사이징층 사이에 개재되고, 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물과 상기 사이징 물질이 화학 결합된 결합층;을 포함하는, 탄소 섬유 복합재.
Carbon fiber;
A shellac-induced reduced graphene oxide layer comprising a shellac-induced reduced graphene oxide and covering the surface of the carbon fiber;
A sizing layer covering the shellac-induced reduced graphene oxide layer and including a sizing material; And
The shellac-induced reduced graphene oxide layer and interposed between the sizing layer, the shellac-induced reduced graphene oxide and a bonding layer chemically bonded to the sizing material; containing, carbon fiber composite material.
청구항 16에 있어서,
상기 사이징 물질에 대하여 상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화물의 함량은 0 wt% 초과 내지 2 wt% 이하의 범위인, 탄소 섬유 복합재.
The method of claim 16,
The content of the shellac-induced reduced graphene oxide with respect to the sizing material is in the range of more than 0 wt% to 2 wt% or less, a carbon fiber composite material.
청구항 16에 있어서,
상기 셀락-유도 환원형 그래핀 산화층은 셀락으로부터 유도되는, 탄소 섬유 복합재.
The method of claim 16,
The shellac-induced reduced graphene oxide layer is derived from shellac, a carbon fiber composite.
청구항 16에 있어서,
상기 사이징층은 폴리아미드를 포함하는, 탄소 섬유 복합재.
The method of claim 16,
The sizing layer comprises a polyamide, carbon fiber composite.
청구항 16에 있어서,
상기 탄소 섬유는 직조형 탄소 섬유를 포함하는, 탄소 섬유 복합재.
The method of claim 16,
The carbon fiber includes a woven carbon fiber, a carbon fiber composite.
KR1020190105881A 2019-08-28 2019-08-28 Carbon fiber composite and method of manufacturing the same KR102153921B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190105881A KR102153921B1 (en) 2019-08-28 2019-08-28 Carbon fiber composite and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190105881A KR102153921B1 (en) 2019-08-28 2019-08-28 Carbon fiber composite and method of manufacturing the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102153921B1 true KR102153921B1 (en) 2020-09-09

Family

ID=72469178

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190105881A KR102153921B1 (en) 2019-08-28 2019-08-28 Carbon fiber composite and method of manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102153921B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114197201A (en) * 2022-01-11 2022-03-18 四川大学 Magnetic graphene oxide modified carbon fiber and preparation method and application thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050023403A (en) * 2002-07-19 2005-03-09 후시미 가부시키가이샤 Photocatalyst-containing base material
KR101485692B1 (en) * 2013-08-13 2015-01-22 전북대학교산학협력단 A method of preparing and processing sizing agent comprising thermoplastic resin
KR101642426B1 (en) 2014-06-25 2016-07-26 울산과학기술원 Bidirectional ion transport solid oxide electrolyzer cell
KR20160102037A (en) * 2013-12-23 2016-08-26 사이텍 인더스트리스 인코포레이티드 Carbon fibers and high performance fibers for composite applications
KR101956299B1 (en) * 2017-11-22 2019-03-08 울산과학기술원 Method of manufacturing multi scale composite using plasma treatment

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050023403A (en) * 2002-07-19 2005-03-09 후시미 가부시키가이샤 Photocatalyst-containing base material
KR101485692B1 (en) * 2013-08-13 2015-01-22 전북대학교산학협력단 A method of preparing and processing sizing agent comprising thermoplastic resin
KR20160102037A (en) * 2013-12-23 2016-08-26 사이텍 인더스트리스 인코포레이티드 Carbon fibers and high performance fibers for composite applications
KR101642426B1 (en) 2014-06-25 2016-07-26 울산과학기술원 Bidirectional ion transport solid oxide electrolyzer cell
KR101956299B1 (en) * 2017-11-22 2019-03-08 울산과학기술원 Method of manufacturing multi scale composite using plasma treatment

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
APPLIED SURFACE SCIENCE 452 (2018) 286-298 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114197201A (en) * 2022-01-11 2022-03-18 四川大学 Magnetic graphene oxide modified carbon fiber and preparation method and application thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Non-covalently functionalized graphene oxide-based coating to enhance thermal stability and flame retardancy of PVA film
Tang et al. Flexible and robust functionalized boron nitride/poly (p-phenylene benzobisoxazole) nanocomposite paper with high thermal conductivity and outstanding electrical insulation
Meng et al. Polymer composites of boron nitride nanotubes and nanosheets
WO2018219008A1 (en) Method for preparing composites on basis of graphene bonding
US9908996B2 (en) Catecholamine-flaky graphite based polymer complex for preparation of composite
CN112210120B (en) Heat-conducting filler and preparation method thereof, and polyarylethersulfone heat-conducting composite material and preparation method thereof
CN108504096B (en) Preparation method of carbon nano tube/polymer composite material
KR101718489B1 (en) Graphene oxide-polyimide composite material and method for manufacturing the same
KR101573877B1 (en) Method for manufacturing grphene based nanocarbon fiber using self assembly of layers
US8308994B1 (en) Nano-carbon hybrid structures
TWI727945B (en) Graphite sheet and method for preparing same
Wang et al. Green production of covalently functionalized boron nitride nanosheets via saccharide-assisted mechanochemical exfoliation
JP7007357B2 (en) Gas phase coating of boron nitride nanotubes with polymer
Akram et al. Review on polymer/carbon nanotube composite focusing polystyrene microsphere and polystyrene microsphere/modified CNT composite: preparation, properties, and significance
KR101931227B1 (en) Sulfur doped Reduced Graphene Oxide preparing method and the electromagnetic wave shielding material using the same and preparing method thereof
KR102153921B1 (en) Carbon fiber composite and method of manufacturing the same
KR20130134446A (en) Functionalized graphene and polymer-functionalized graphene hybrid complex and the fabrication methods thereof
Dey et al. Enhanced electrical, mechanical and thermal properties of chemically modified graphene-reinforced polybenzimidazole nanocomposites
Jiao et al. Bidirectionally enhanced thermally conductive and mechanical properties MXene nanocomposite film via covalently bridged functionalized single-walled carbon nanotube
CN110885075B (en) Conductive graphene composite film capable of enhancing toughness and strength and preparation method thereof
CN116002669A (en) Conductive graphene film prepared through cooperation of preheating treatment and chemical reduction, preparation method and application
KR101484850B1 (en) Two dimensionally-structured carbon materials and method for their production
Haridass et al. Effect of polyvinylpyrrolidone on the structure development, electrical, thermal, and wetting properties of polyvinylidene fluoride-expanded graphite nanocomposites
KR20160125651A (en) Carbon nanomaterial reformed with functional group comprising aromatic hetero ring and polarity group, carbon nanomaterial-polymer composite material, and preparing methods thereof
TW201628838A (en) Method of using high-energy thrust to produce composite material comprising carbon material

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant