KR102193679B1 - Filament composition for 3d printer, manufacturing method of filament using filament composition for 3d printer, filament thereby, sheets and fabrics using the same - Google Patents

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Abstract

The present invention provides: a filament composition for a 3D printer comprising 5 to 20 parts by weight of nanocarbon-metal hybrid particles based on 100 parts by weight of a thermoplastic elastomer (TPE); a filament manufacturing method using the filament composition; a filament manufactured thereby; and plates and fabrics manufactured by using the filament. When the filament for a 3D printer according to the present invention is used, it is possible to output plates and fabrics having excellent insulation and thermal conductivity.

Description

3D 프린터용 필라멘트 조성물, 필라멘트 조성물을 이용한 필라멘트 제조방법, 이에 의해 제조된 필라멘트, 필라멘트를 이용하여 제조된 판재 및 직물 {FILAMENT COMPOSITION FOR 3D PRINTER, MANUFACTURING METHOD OF FILAMENT USING FILAMENT COMPOSITION FOR 3D PRINTER, FILAMENT THEREBY, SHEETS AND FABRICS USING THE SAME}Filament composition for 3D printer, filament manufacturing method using filament composition, filament manufactured thereby, plate and fabric manufactured using filament {FILAMENT COMPOSITION FOR 3D PRINTER, MANUFACTURING METHOD OF FILAMENT USING FILAMENT COMPOSITION FOR 3D PRINTER, FILAMENT THEREBY, SHEETS AND FABRICS USING THE SAME}

본 발명은 3D 프린터용 필라멘트 조성물, 필라멘트 조성물을 이용한 필라멘트 제조방법, 이에 의해 제조된 필라멘트, 필라멘트를 이용하여 제조된 판재 및 직물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나노 탄소-금속 하이브리드 입자를 포함하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물, 필라멘트 조성물을 이용한 필라멘트 제조방법, 이에 의해 제조된 필라멘트, 필라멘트를 이용하여 제조된 판재 및 직물에 관한 것이다.The present invention relates to a filament composition for a 3D printer, a filament manufacturing method using a filament composition, a filament manufactured thereby, a plate material and a fabric manufactured using the filament, and more particularly, 3D including nano carbon-metal hybrid particles It relates to a printer filament composition, a filament manufacturing method using the filament composition, a filament manufactured thereby, a plate material and a fabric manufactured using the filament.

3D(3-Dimension, 3 차원) 프린터는 활자나 그림을 인쇄하듯이 입력된 3 차원 도면을 바탕으로 실제 입체 모양을 그대로 제작하는 장비이다. 최근 3D 프린팅 기술은 상당히 핫 이슈가 되고 있으며, 자동차, 의료, 예술, 교육분야로 확대되고 있으며, 다양한 모형을 만들기 위한 용도로 광범위하게 사용하고 있다.A 3D (3-Dimension) printer is an equipment that produces a real three-dimensional shape based on the input 3D drawing as it is to print a type or picture. Recently, 3D printing technology has become a very hot issue, and it is expanding to the fields of automobiles, medical care, arts, and education, and is widely used for making various models.

3D프린터의 원리는 가장 크게 절삭형과 적층형으로 나눌 수 있으며, 실제 적용되고 있는 3D프린터의 대부분은 재료 손실이 없는 적층형에 해당된다.The principle of 3D printers can be divided into cutting type and stacking type, and most of 3D printers that are actually applied are stacked type without material loss.

적층형 원리를 이용하는 방식도 약 20가지가 존재하지만, 이 가운데 가장 많이 사용되는 방식은 SLA(Stereolithography Apparatus), FDM(Fused Deposition Modeling) 혹은 FFF(Fused Filament Fabrication), 및 SLS(Selective Laser Sintering)방식이다.There are about 20 methods that use the stacking principle, but the most commonly used methods are SLA (Stereolithography Apparatus), FDM (Fused Deposition Modeling) or FFF (Fused Filament Fabrication), and SLS (Selective Laser Sintering) methods. .

SLA의 경우 액체 상태의 광경화성 수지가 담긴 수조안에 레이저 빔을 투사하여 조형하는 방식으로서, 광경화성 수지인 에폭시 타입의 포토 폴리머가 주로 사용된다.In the case of SLA, a laser beam is projected into a water tank containing a liquid photocurable resin to form a shape, and an epoxy-type photopolymer, a photocurable resin, is mainly used.

반면, 투입된 필라멘트상의 재료가 X, Y, Z 축으로 움직이는 프린터의 노즐에서 용융상태로 토출되면서 3차원으로 조형되는 방식인 FDM(혹은 FFF)는 열가소성 플라스틱을 주 재료로 사용한다.On the other hand, FDM (or FFF), which is a method in which the input filament-like material is ejected in a molten state from the nozzle of the printer moving in the X, Y, and Z axes, is shaped in three dimensions, uses thermoplastic plastic as the main material.

한편, SLS는 금속, 플라스틱, 세라믹 분말 등의 파우더상 재료가 담긴 수조에 레이저를 쏘아 선택적으로 소결하는 방식으로 3D프린팅을 구현한다.On the other hand, SLS implements 3D printing by selectively sintering a water tank containing powdery materials such as metal, plastic, and ceramic powder.

상기 3가지 방식 중에서 열가소성 플라스틱을 필라멘트 형태로 제조하여 사용하는 FDM방식이 3D 프린터의 가격이 비교적 저렴하고 타 방식보다 프린팅 속도가 빠르기 때문에 가장 널리 대중화되어 있다. FDM방식에는 일반적으로 3D 조형물을 형성할 때 베드 접착력 및 층(layer)간 접착력이 우수하고, 형태 안정성이 좋다는 이유로 폴리락트산(Polylactic acid, PLA), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene), HDPE, 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 등의 소재가 유용하게 사용되고 있다.Among the three methods, the FDM method, which uses a thermoplastic plastic in the form of a filament, is the most widely popular because the price of a 3D printer is relatively inexpensive and printing speed is faster than other methods. In general, the FDM method has excellent bed adhesion and interlayer adhesion when forming 3D sculptures, and because of its good shape stability, polylactic acid (PLA), ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene), HDPE, and polycarbonate ( Materials such as polycarbonate and PC) are usefully used.

하지만 상기 소재들은 탄성을 가지고 있지 않아 교육용 모형이나 완구 제작 등에 불리하고, 조형물 제작시 냄새가 나거나, 인체에 유해한 성분이 나올 수 있다는 단점을 가지고 있다.However, the above materials do not have elasticity, so they are disadvantageous for making educational models or toys, and have disadvantages in that odors may occur or components harmful to the human body may appear when making sculptures.

대한민국 공개특허공보 제10-2017-0060373호(2017.06.01. 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0060373 (published on January 1, 2017)

본 발명의 목적은 3D 프린터를 이용하여 절연 및 열전도도가 우수한 판재 및 직물을 제조할 수 있는 3D 프린터용 필라멘트 조성물을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a filament composition for a 3D printer capable of manufacturing a plate and fabric having excellent insulation and thermal conductivity using a 3D printer.

또한 본 발명의 다른 목적은 상기 필라멘트 조성물을 이용한 필라멘트 제조방법 및 이에 의해 제조된 필라멘트를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a filament manufacturing method using the filament composition and a filament manufactured thereby.

또한 본 발명의 다른 목적은 상기 필라멘트를 이용한 판재 및 직물을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a plate and fabric using the filament.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problem(s) mentioned above, and another problem(s) that is not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE) 100 중량부에 대하여, 나노탄소-금속 하이브리드 입자 5 내지 20 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a filament composition for a 3D printer, comprising 5 to 20 parts by weight of nano-carbon-metal hybrid particles, based on 100 parts by weight of a thermoplastic elastomer (TPE). .

상기 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE)는 폴리에스테르계 열가소성 탄성체(thermo plastic polyester elastomer, TPEE)인 것일 수 있다.The thermoplastic elastomer (TPE) may be a polyester-based thermoplastic elastomer (TPEE).

상기 나노탄소-금속 하이브리드 입자는 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자인 것일 수 있다.The nano-carbon-metal hybrid particles may be graphene-aluminum hybrid particles.

상기 나노탄소-금속 하이브리드 입자는 입자 크기가 10 내지 200 μm인 것일 수 있다.The nano-carbon-metal hybrid particles may have a particle size of 10 to 200 μm.

상기 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자는 그래핀과 알루미늄이 1:9 내지 3:7의 중량비로 혼합된 것일 수 있다.The graphene-aluminum hybrid particle may be a mixture of graphene and aluminum in a weight ratio of 1:9 to 3:7.

상기 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자는 입자 크기가 5 내지 50 μm인 알루미늄을 사용하여 제조되는 것일 수 있다.The graphene-aluminum hybrid particles may be prepared using aluminum having a particle size of 5 to 50 μm.

상기 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자는 크기가 5 내지 10 μm 이며, 두께가 3 내지 10 nm인 그래핀을 사용하여 제조되는 것일 수 있다.The graphene-aluminum hybrid particle may be prepared using graphene having a size of 5 to 10 μm and a thickness of 3 to 10 nm.

본 발명은 또한, 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE)를 준비하는 단계; 나노탄소-금속 하이브리드 입자를 준비하는 단계; 상기 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE) 100 중량부에 대하여, 상기 나노탄소-금속 하이브리드 입자 5 내지 20 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 혼합물을 압출하여 필라멘트를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 제조방법을 제공한다.The present invention also comprises the steps of preparing a thermoplastic elastomer (TPE); Preparing nanocarbon-metal hybrid particles; Preparing a mixture by mixing 5 to 20 parts by weight of the nano-carbon-metal hybrid particles with respect to 100 parts by weight of the thermoplastic elastomer (TPE); And extruding the mixture to prepare a filament; It provides a method for manufacturing a filament for a 3D printer comprising a.

본 발명은 또한, 3D 프린터용 필라멘트 조성물을 압출하여 제조하되, 상기 3D 프린터용 필라멘트 조성물은 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE) 100 중량부에 대하여, 나노탄소-금속 하이브리드 입자 5 내지 20 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트를 제공한다.In addition, the present invention is prepared by extruding a filament composition for a 3D printer, wherein the filament composition for a 3D printer includes 5 to 20 parts by weight of nano-carbon-metal hybrid particles based on 100 parts by weight of a thermoplastic elastomer (TPE). It provides a filament for a 3D printer, characterized in that.

상기 필라멘트는 직경이 1.0 내지 3.0 mm 인 것일 수 있다.The filament may have a diameter of 1.0 to 3.0 mm.

상기 필라멘트는 Shore D 경도가 55 내지 60인 것일 수 있다.The filament may have a Shore D hardness of 55 to 60.

본 발명은 또한, 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE) 100 중량부에 대하여, 나노탄소-금속 하이브리드 입자 5 내지 20 중량부를 포함하는 필라멘트를 이용하여 3D 프린터로 제조된 판재를 제공한다.The present invention also provides a sheet material manufactured by a 3D printer using a filament containing 5 to 20 parts by weight of nano-carbon-metal hybrid particles based on 100 parts by weight of a thermoplastic elastomer (TPE).

본 발명은 또한, 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE) 100 중량부에 대하여, 나노탄소-금속 하이브리드 입자 5 내지 20 중량부를 포함하는 필라멘트를 이용하여 3D 프린터로 제조된 직물을 제공한다.The present invention also provides a fabric manufactured by a 3D printer using a filament containing 5 to 20 parts by weight of nano-carbon-metal hybrid particles based on 100 parts by weight of a thermoplastic elastomer (TPE).

본 발명에 따른 3D 프린터용 필라멘트를 이용하면 절연 및 열전도도가 우수한 판재 및 직물을 출력할 수 있다.When the filament for a 3D printer according to the present invention is used, it is possible to output plate materials and fabrics having excellent insulation and thermal conductivity.

이와 같이 본 발명에 따른 판재 및 직물은 절연 및 열전도도가 우수하여 온도 조절 장치 및 섬유에 사용하기 용이할 수 있다.As described above, the plate and fabric according to the present invention have excellent insulation and thermal conductivity, and thus can be easily used for temperature control devices and fibers.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터용 필라멘트 조성물 제조방법의 공정순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터용 필라멘트 제조방법의 공정순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 필라멘트의 열전도도를 나타낸 그래프이다.
1 is a flowchart of a method for manufacturing a filament composition for a 3D printer according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart of a method for manufacturing a filament for a 3D printer according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the thermal conductivity of filaments prepared according to Examples and Comparative Examples of the present invention.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않는 범위에서 생략될 수 있다는 점에 유의하여야 한다.In the following description, it should be noted that only parts necessary to understand the embodiments of the present invention will be described, and descriptions of other parts may be omitted without distracting the gist of the present invention.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms or words used in the specification and claims described below should not be construed as being limited to a conventional or dictionary meaning, and the inventor is appropriate as a concept of terms in order to describe his own invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention on the basis of the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only preferred embodiments of the present invention, and do not represent all the technical spirit of the present invention, and various equivalents that can replace them at the time of application And it should be understood that there may be variations.

본 발명의 용어, "열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE)"는 기존의 고무가 가진 탄성과 열가소성 수지가 가진 가공성을 동시에 갖는 소재를 의미하며, 대표적인 예로 Styrene계(thermo plastic styrenic block copolymer, SBC), Olefin계(thermo plastic olefinic elastomer, TPO), urethane계(thermo plastic polyurethane, TPU), amide계(thermo plastic polyamide, TPAE), polyester계(thermo plastic polyester elastomer, TPEE) 등이 있다. The term "thermo plastic elastomer (TPE)" of the present invention refers to a material that has both the elasticity of the existing rubber and the processability of the thermoplastic resin, as a representative example of a styrenic block copolymer (SBC) , Olefin-based (thermo plastic olefinic elastomer, TPO), urethane-based (thermo plastic polyurethane, TPU), amide-based (thermo plastic polyamide, TPAE), polyester-based (thermo plastic polyester elastomer, TPEE), and the like.

본 발명의 용어, "사출기(extruder)"는 원재료를 녹여서 주형틀에 주입하여 원하는 형태로 성형하는 장치를 말하며, FDM 방식의 3D 프린터용 필라멘트 제조에는 고온용융사출(hot melt extrusion, HME) 기술이 이용된다. 기능성 필라멘트를 제조할 때에는 그 기능에 적합한 첨가물이 필라멘트에 균일하게 분산되어야 하며, 고분자와 첨가물이 가열 및 균일하게 혼합되면서 작은 지름의 구멍을 통하여 필라멘트가 사출된다. 본 발명에서 사용한 플라스틱 사출기는 시중에 판매되는 제품 중 어느 것을 사용하여도 무방하다.The term "extruder" of the present invention refers to a device that melts raw materials and injects them into a mold to shape them into a desired shape, and hot melt extrusion (HME) technology is used to manufacture filaments for 3D printers of the FDM method. Is used. When manufacturing a functional filament, an additive suitable for its function must be uniformly dispersed in the filament, and the filament is ejected through a hole having a small diameter while the polymer and the additive are heated and mixed uniformly. The plastic injection machine used in the present invention may use any of the commercially available products.

본 발명의 용어, "3D 프린터(three-dimension printer)"는 액체, 파우더 형태의 수지, 금속 등의 재료를 가공하여 적층하는 방식으로 입체물을 제조하는 장비를 말하며, 일 구체예에 따르면 수지 압출 조형(fused deposition modeling, FDM) 방식의 3D 프린터일 수 있다. "수지 압출 조형 방식"이란 필라멘트 형태의 열가소성 물질을 노즐 안에서 녹여 얇은 필름 형태로 출력하여 적층하는 방식을 말하며, 노즐은 플라스틱을 녹일 수 있을 정도의 고열을 발산하고, 발산된 플라스틱은 상온에서 경화된다.The term "three-dimension printer" of the present invention refers to an equipment for manufacturing a three-dimensional object by processing and laminating materials such as liquid, powder-type resin, and metal, and according to one specific example, resin extrusion molding It may be a 3D printer of the (fused deposition modeling, FDM) method. "Resin extrusion molding method" refers to a method in which a thermoplastic material in the form of a filament is melted in a nozzle and output in the form of a thin film. The nozzle radiates high heat enough to melt the plastic, and the emitted plastic is cured at room temperature. .

본 발명의 용어, "필라멘트(filament)"는 열가소성 수지 또는 열가소성 탄성체를 기반으로 하여 사출기를 통하여 사출된 실 모양의 3D 프린터용 소재를 의미한다.The term "filament" of the present invention refers to a material for a 3D printer in the shape of a thread that is injected through an injection machine based on a thermoplastic resin or a thermoplastic elastomer.

이하, 본 발명을 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

필라멘트 조성물 및 이의 제조방법Filament composition and manufacturing method thereof

본 발명의 일 측면에 의하면, 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE)를 녹여 적층 성형하는 방식(FDM 방식)의 3D 프린터용 필라멘트 조성물을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a filament composition for a 3D printer of a method in which a thermoplastic elastomer (TPE) is melted and laminated (FDM method).

상기 필라멘트 조성물은 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE) 100 중량부에 대하여, 나노탄소-금속 하이브리드 입자 5 내지 20 중량부를 포함할 수 있다. 상기 나노탄소-금속 하이브리드 입자의 함량이 5 미만인 경우에는 열전도도가 낮을 수 있고, 상기 나노탄소-금속 하이브리드 입자의 함량이 20 초과인 경우에는 전기 절연성을 유지할 수 없다.The filament composition may include 5 to 20 parts by weight of nano-carbon-metal hybrid particles based on 100 parts by weight of a thermoplastic elastomer (TPE). When the content of the nano-carbon-metal hybrid particles is less than 5, thermal conductivity may be low, and when the content of the nano-carbon-metal hybrid particles is more than 20, electrical insulation cannot be maintained.

상기 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE)는 3D 프린터용 필라멘트 조성물 내에서 탄성 및 유연성을 부여하는 성분으로서, Styrene계(thermo plastic styrenic block copolymer, SBC), Olefin계(thermo plastic olefinic elastomer, TPO), urethane계(thermo plastic polyurethane, TPU), amide계(thermo plastic polyamide, TPAE), polyester계(thermo plastic polyester elastomer, TPEE)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 구체적으로는 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머(thermo plastic polyester elastomer, TPEE)일 수 있고, 보다 더 구체적으로는 열가소성 폴리에테르에스테르 엘라스토머일 수 있다.The thermoplastic elastomer (TPE) is a component that imparts elasticity and flexibility in the filament composition for 3D printers, and is a styrene-based (thermo plastic styrenic block copolymer, SBC), an olefin-based (thermo plastic olefinic elastomer, TPO), It may be one or more selected from the group consisting of urethane-based (thermo plastic polyurethane, TPU), amide-based (thermo plastic polyamide, TPAE), and polyester-based (thermo plastic polyester elastomer, TPEE), and specifically, polyester-based thermoplastic elastomer. (thermo plastic polyester elastomer, TPEE), and more specifically, it may be a thermoplastic polyether ester elastomer.

상기 나노탄소-금속 하이브리드 입자는 3D 프린터용 필라멘트 조성물 내에서 절연 및 열전도도를 향상시키기 위한 성분으로서, 구체적으로 상기 나노탄소-금속 하이브리드 입자는 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자일 수 있다.The nano-carbon-metal hybrid particle is a component for improving insulation and thermal conductivity in the filament composition for a 3D printer, and specifically, the nano-carbon-metal hybrid particle may be a graphene-aluminum hybrid particle.

상기 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자의 그래핀과 알루미늄은 1:9 내지 3:7의 중량비, 구체적으로 3:7의 중량비로 혼합된 것일 수 있다. 상기 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자는 상기 중량비로 혼합되는 경우에 절연성을 유지하면서 열전도도를 가장 극대화시킬 수 있다.The graphene-aluminum hybrid particles of graphene and aluminum may be mixed in a weight ratio of 1:9 to 3:7, specifically in a weight ratio of 3:7. When the graphene-aluminum hybrid particles are mixed at the weight ratio, thermal conductivity can be maximized while maintaining insulation.

상기 알루미늄은 절연 및 열전도도 특성을 향상시키기 위한 성분일 수 있다.The aluminum may be a component for improving insulation and thermal conductivity properties.

한편, 상기 알루미늄은 열전도도가 우수할 뿐만 아니라, 상기 알루미늄은 공기 중에서 산화 피막을 형성하여 코어-쉘 구조를 가지므로 전기 절연성이 우수한 효과가 있다.On the other hand, the aluminum has excellent thermal conductivity, and since the aluminum has a core-shell structure by forming an oxide film in air, there is an effect of excellent electrical insulation.

상기 알루미늄은 입자 크기가 5 내지 50 μm인 알루미늄을 사용하여 제조된 것일 수 있다.The aluminum may be prepared using aluminum having a particle size of 5 to 50 μm.

구체적으로, 알루미늄은 입자 크기가 5 내지 50 μm 내에서 다양한 입자 크기를 갖는 알루미늄을 사용하여 제조된 것일 수 있다. 5 내지 50 μm 내에서 다양한 입자 크기를 갖는 알루미늄을 사용할 경우, 입자 간의 공극이 줄어들어 열전도도가 우수한 효과가 있다.Specifically, aluminum may be prepared using aluminum having a particle size of 5 to 50 μm and various particle sizes. When aluminum having various particle sizes within 5 to 50 μm is used, voids between particles are reduced, and thus thermal conductivity is excellent.

상기 알루미늄의 입자 크기가 5 μm 미만인 경우에는 그래핀이 알루미늄 입자에 포위 및 매립될 수 없고, 알루미늄의 입자 크기가 50 μm 초과인 경우에는 그래핀이 알루미늄에 완전히 매립되어 입자 간의 열전도도 경로를 형성할 수 없다.When the particle size of the aluminum is less than 5 μm, graphene cannot be surrounded and embedded in the aluminum particles, and when the particle size of aluminum is more than 50 μm, the graphene is completely embedded in aluminum to form a thermal conductivity path between particles. Can not.

상기 그래핀은 열전도도를 향상시키기 위한 성분일 수 있다.The graphene may be a component for improving thermal conductivity.

상기 그래핀은 크기가 5 내지 10 μm 이며, 두께가 3 내지 10 nm인 그래핀을 사용하여 제조된 것일 수 있다.The graphene may be prepared using graphene having a size of 5 to 10 μm and a thickness of 3 to 10 nm.

구체적으로, 그래핀은 두께가 4 내지 5 nm인 얇은 그래핀과, 두께가 10 nm인 두꺼운 그래핀이 혼재된 것을 사용하여 제조된 것일 수 있다. 두께가 얇은 그래핀과 두꺼운 그래핀을 함께 사용하는 경우, 얇은 그래핀은 열 링크를 형성하기 위한 큰 유연성을 가지며, 두꺼운 그래핀은 포논 경계 산란으로 인한 열화가 적으므로 열전도도가 더 증가할 수 있다.Specifically, graphene may be prepared by using a mixture of thin graphene having a thickness of 4 to 5 nm and thick graphene having a thickness of 10 nm. When thin graphene and thick graphene are used together, thin graphene has great flexibility to form a thermal link, and thick graphene has less deterioration due to phonon boundary scattering, so thermal conductivity can be further increased. have.

상기 그래핀의 크기가 5 μm 미만인 경우에는 포논 산란이 증가할 수 있고, 그래핀의 크기가 10 μm 초과인 경우에는 그래핀의 응집이 증가할 수 있다.When the size of the graphene is less than 5 μm, phonon scattering may increase, and when the size of graphene is more than 10 μm, the aggregation of graphene may increase.

상기 그래핀의 두께가 3 nm 미만인 경우에는 응집이 발생할 수 있고, 그래핀의 두께가 10 nm 초과인 경우에는 종횡비가 작아져 열전도도의 증가율이 작아질 수 있다.When the thickness of the graphene is less than 3 nm, aggregation may occur, and when the thickness of the graphene is more than 10 nm, the aspect ratio decreases, so that the increase rate of thermal conductivity may decrease.

상기 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자는 입자 크기가 10 μm 내지 200 μm인 것일 수 있다. 상기 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자의 입자 크기가 10 μm 미만인 경우에는 많은 열 저항 접합부를 형성하여 계면 열 저항이 증가할 수 있고, 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자의 입자 크기가 200 μm 초과인 경우에는 필라멘트 조성물 내 입자가 고르게 분산되지 못하여 필라멘트의 기계적 물성이 약해질 수 있으며, 3D 프린터로 출력 시, 노즐이 막히는 등의 문제가 발생할 수 있다.The graphene-aluminum hybrid particles may have a particle size of 10 μm to 200 μm. When the particle size of the graphene-aluminum hybrid particle is less than 10 μm, interfacial thermal resistance may be increased by forming many thermal resistance junctions, and when the particle size of the graphene-aluminum hybrid particle is more than 200 μm, the filament composition Since the internal particles are not evenly dispersed, the mechanical properties of the filament may be weakened, and problems such as clogging of the nozzle may occur when printing to a 3D printer.

한편, 상기 3D 프린터용 필라멘트 조성물은 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE)를 준비하는 단계; 나노탄소-금속 하이브리드 입자를 준비하는 단계; 및 상기 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE) 및 나노탄소-금속 하이브리드 입자를 혼합하는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다.On the other hand, the filament composition for the 3D printer is to prepare a thermoplastic elastomer (thermo plastic elastomer, TPE); Preparing nanocarbon-metal hybrid particles; And mixing the thermoplastic elastomer (thermo plastic elastomer, TPE) and nano-carbon-metal hybrid particles; may be prepared including.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터용 필라멘트 조성물 제조방법의 공정순서도이다.1 is a flowchart of a method for manufacturing a filament composition for a 3D printer according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 우선 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE)를 준비한다(S10).Referring to FIG. 1, first, a thermoplastic elastomer (TPE) is prepared (S10).

상기 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE)는 3D 프린터용 필라멘트 조성물 내에서 탄성 및 유연성을 부여하는 성분으로서, Styrene계(thermo plastic styrenic block copolymer, SBC), Olefin계(thermo plastic olefinic elastomer, TPO), urethane계(thermo plastic polyurethane, TPU), amide계(thermo plastic polyamide, TPAE), polyester계(thermo plastic polyester elastomer, TPEE)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 구체적으로는 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머(thermo plastic polyester elastomer, TPEE))일 수 있고, 보다 더 구체적으로는 열가소성 폴리에테르에스테르 엘라스토머일 수 있다.The thermoplastic elastomer (TPE) is a component that imparts elasticity and flexibility in the filament composition for 3D printers, and is a styrene-based (thermo plastic styrenic block copolymer, SBC), an olefin-based (thermo plastic olefinic elastomer, TPO), It may be one or more selected from the group consisting of urethane-based (thermo plastic polyurethane, TPU), amide-based (thermo plastic polyamide, TPAE), and polyester-based (thermo plastic polyester elastomer, TPEE), and specifically, polyester-based thermoplastic elastomer. (thermo plastic polyester elastomer, TPEE)), and more specifically, it may be a thermoplastic polyether ester elastomer.

다음, 나노탄소-금속 하이브리드 입자를 준비한다(S20).Next, nano-carbon-metal hybrid particles are prepared (S20).

상기 나노탄소-금속 하이브리드 입자는 3D 프린터용 필라멘트 조성물 내에서 절연 및 열전도도를 향상시키기 위한 성분으로서, 구체적으로 상기 나노탄소-금속 하이브리드 입자는 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자일 수 있다.The nano-carbon-metal hybrid particle is a component for improving insulation and thermal conductivity in the filament composition for a 3D printer, and specifically, the nano-carbon-metal hybrid particle may be a graphene-aluminum hybrid particle.

상기 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자는,The graphene-aluminum hybrid particles,

1) 그래핀을 준비하는 단계;1) preparing graphene;

2) 알루미늄을 준비하는 단계; 및2) preparing aluminum; And

3) 상기 그래핀과 알루미늄을 혼합하여 볼밀시키는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다.3) mixing the graphene and aluminum to ball mill; may be prepared including.

먼저, 상기 1) 단계는 그래핀을 준비한다.First, step 1) prepares graphene.

상기 그래핀은 열전도도를 향상시키기 위한 성분으로서, 전기화학적 박리법을 포함하여 제조된 것일 수 있다.The graphene is a component for improving thermal conductivity, and may be prepared including an electrochemical peeling method.

상기 그래핀의 크기는 5 내지 10 μm 이며, 두께는 3 내지 10 nm인 것일 수 있다.The graphene may have a size of 5 to 10 μm and a thickness of 3 to 10 nm.

구체적으로, 상기 그래핀은 두께가 4 내지 5 nm인 얇은 그래핀과, 두께가 10 nm인 두꺼운 그래핀이 혼재된 것을 사용할 수 있다. 두께가 얇은 그래핀과 두꺼운 그래핀을 함께 사용하는 경우, 얇은 그래핀은 열 링크를 형성하기 위한 큰 유연성을 가지며, 두꺼운 그래핀은 포논 경계 산란으로 인한 열화가 적으므로 열전도도가 더 증가할 수 있다. Specifically, the graphene may be a mixture of thin graphene having a thickness of 4 to 5 nm and thick graphene having a thickness of 10 nm. When thin graphene and thick graphene are used together, thin graphene has great flexibility to form a thermal link, and thick graphene has less deterioration due to phonon boundary scattering, so thermal conductivity can be further increased. have.

상기 그래핀의 크기가 5 μm 미만인 경우에는 포논 산란이 증가할 수 있고, 그래핀의 크기가 10 μm 초과인 경우에는 그래핀의 응집이 증가할 수 있다.When the size of the graphene is less than 5 μm, phonon scattering may increase, and when the size of graphene is more than 10 μm, the aggregation of graphene may increase.

상기 그래핀의 두께가 3 nm 미만인 경우에는 응집이 발생할 수 있고, 그래핀의 두께가 10 nm 초과인 경우에는 종횡비가 작아져 열전도도의 증가율이 작아질 수 있다.When the thickness of the graphene is less than 3 nm, aggregation may occur, and when the thickness of the graphene is more than 10 nm, the aspect ratio decreases, so that the increase rate of thermal conductivity may decrease.

상기 2) 단계는 알루미늄을 준비한다.Step 2) prepares aluminum.

상기 알루미늄은 절연 및 열전도도 특성을 향상시키기 위한 성분으로서, 입자 크기가 5 내지 50 μm인 것일 수 있다.The aluminum is a component for improving insulation and thermal conductivity properties, and may have a particle size of 5 to 50 μm.

한편, 상기 알루미늄은 열전도도가 우수할 뿐만 아니라, 상기 알루미늄은 공기 중에서 산화 피막을 형성하여 코어-쉘 구조를 가지므로 전기 절연성이 우수한 효과가 있다.On the other hand, the aluminum has excellent thermal conductivity, and since the aluminum has a core-shell structure by forming an oxide film in air, there is an effect of excellent electrical insulation.

구체적으로, 상기 알루미늄은 입자 크기가 5 내지 50 μm 내에서 다양한 입자 크기를 갖는 알루미늄을 사용할 수 있다. 5 내지 50 μm 내에서 다양한 입자 크기를 갖는 알루미늄을 사용할 경우, 입자 간의 공극이 줄어들어 열전도도가 우수한 효과가 있다. Specifically, the aluminum may use aluminum having various particle sizes within a particle size of 5 to 50 μm. When aluminum having various particle sizes within 5 to 50 μm is used, voids between particles are reduced, and thus thermal conductivity is excellent.

상기 알루미늄의 입자 크기가 5 μm 미만인 경우에는 그래핀이 알루미늄 입자에 포위 및 매립될 수 없고, 알루미늄의 입자 크기가 50 μm 초과인 경우에는 그래핀이 알루미늄에 완전히 매립되어 입자 간의 열전도도 경로를 형성할 수 없다.When the particle size of the aluminum is less than 5 μm, graphene cannot be surrounded and embedded in the aluminum particles, and when the particle size of aluminum is more than 50 μm, the graphene is completely embedded in aluminum to form a thermal conductivity path between particles. Can not.

상기 3) 단계는 상기 그래핀과 상기 알루미늄을 혼합하여 볼밀시킨다.Step 3) is a ball mill by mixing the graphene and the aluminum.

상기 그래핀과 상기 알루미늄은 1:9 내지 3:7의 중량비, 구체적으로 3:7의 중량비로 혼합한 것일 수 있다. 상기 그래핀과 상기 알루미늄이 상기 중량비로 혼합되는 경우에 절연성을 유지하면서 열전도도를 가장 극대화할 수 있다.The graphene and the aluminum may be mixed in a weight ratio of 1:9 to 3:7, specifically in a weight ratio of 3:7. When the graphene and the aluminum are mixed at the weight ratio, thermal conductivity can be maximized while maintaining insulation.

상기 그래핀과 상기 알루미늄을 혼합하기 전에 상기 그래핀은 0.5 내지 2 시간, 구체적으로 1 시간 동안 초음파 처리를 시킨 후, 알루미늄과 혼합시킬 수 있다. 상기 그래핀을 0.5 내지 2 시간 동안 초음파 처리 시키는 경우, 두께가 얇은 그래핀을 제조할 수 있다.Before mixing the graphene and the aluminum, the graphene may be subjected to ultrasonic treatment for 0.5 to 2 hours, specifically for 1 hour, and then mixed with aluminum. When the graphene is ultrasonicated for 0.5 to 2 hours, graphene having a thin thickness may be prepared.

상기 그래핀과 상기 알루미늄을 1:9 내지 3:7의 중량비, 구체적으로 3:7의 중량비로 혼합한 후 200 내지 300 rpm, 구체적으로 250 rpm으로 스테인레스 볼과 볼밀링시켜 그래핀-알루미늄 입자를 제조할 수 있다.The graphene and the aluminum were mixed in a weight ratio of 1:9 to 3:7, specifically a weight ratio of 3:7, and then ball-milled with a stainless ball at 200 to 300 rpm, specifically 250 rpm to form graphene-aluminum particles. Can be manufactured.

상기 볼밀링은 3 내지 7 시간 동안, 구체적으로 5 시간 동안 볼밀링 시킨 것일 수 있다.The ball milling may be performed for 3 to 7 hours, specifically for 5 hours.

상기 그래핀과 알루미늄을 볼밀링 시, 볼밀링 속도가 200 rpm 미만인 경우에는 그래핀과 알루미늄을 하이브리드시킬 수 없고, 상기 볼밀 속도가 300 rpm 초과인 경우에는 알루미늄 입자 크기는 증가하고 그래핀 입자 크기는 감소하여 열전도도가 낮아질 수 있다.When the graphene and aluminum are ball milled, when the ball milling speed is less than 200 rpm, the graphene and aluminum cannot be hybridized, and when the ball mill speed is more than 300 rpm, the aluminum particle size increases and the graphene particle size is As a result, the thermal conductivity may be lowered.

상기 그래핀과 알루미늄을 볼밀링 시, 볼밀링 시간이 3 시간 미만인 경우에는 그래핀과 알루미늄을 하이브리드시킬 수 없고, 상기 볼밀링 시간이 7 시간 초과인 경우에는 알루미늄 입자 크기는 증가하고 그래핀 입자 크기는 감소하여 열전도도가 낮아질 수 있다.When the graphene and aluminum are ball milled, when the ball milling time is less than 3 hours, the graphene and aluminum cannot be hybridized, and when the ball milling time is more than 7 hours, the aluminum particle size increases and the graphene particle size May decrease and the thermal conductivity may be lowered.

이 때, 상기 그래핀-알루미늄 입자는 상기 그래핀과 알루미늄을 혼합하여 볼밀링 시, 알루미늄이 냉간 압접되어 그래핀이 알루미늄 입자에 포위되고 매립된 그래핀-알루미늄 입자로 제조된다.At this time, the graphene-aluminum particles are made of graphene-aluminum particles in which the graphene and aluminum are mixed and ball milled, aluminum is cold pressed, so that the graphene is enclosed in the aluminum particles and buried.

상기 제조된 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자는 입자 크기가 10 μm 내지 200 μm인 것일 수 있다. 상기 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자의 입자 크기가 10 μm 미만인 경우에는 많은 열 저항 접합부를 형성하여 계면 열 저항이 증가할 수 있고, 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자의 입자 크기가 200 μm 초과인 경우에는 필라멘트 조성물 내 입자가 고르게 분산되지 못하여 필라멘트의 기계적 물성이 약해질 수 있으며, 3D 프린터로 출력 시, 노즐이 막히는 등의 문제가 발생할 수 있다.The prepared graphene-aluminum hybrid particles may have a particle size of 10 μm to 200 μm. When the particle size of the graphene-aluminum hybrid particle is less than 10 μm, interfacial thermal resistance may be increased by forming many thermal resistance junctions, and when the particle size of the graphene-aluminum hybrid particle is more than 200 μm, the filament composition Since the internal particles are not evenly dispersed, the mechanical properties of the filament may be weakened, and problems such as clogging of the nozzle may occur when printing to a 3D printer.

다음, 상기 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE) 및 나노탄소-금속 하이브리드 입자를 혼합한다(S30).Next, the thermoplastic elastomer (TPE) and nano-carbon-metal hybrid particles are mixed (S30).

상기 S30은 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE) 100 중량부에 대하여, 상기 나노탄소-금속 하이브리드 입자 5 내지 20 중량부를 혼합하여 3D 프린터용 필라멘트 조성물을 제조하는 단계일 수 있다.The S30 may be a step of preparing a filament composition for a 3D printer by mixing 5 to 20 parts by weight of the nano-carbon-metal hybrid particles with respect to 100 parts by weight of a thermoplastic elastomer (TPE).

상기 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE)와 나노탄소-하이브리드 입자의 혼합은 고속 혼합기에서 수행될 수 있다.Mixing of the thermoplastic elastomer (TPE) and nanocarbon-hybrid particles may be performed in a high-speed mixer.

상기 나노탄소-금속 하이브리드 입자의 함량이 5 미만인 경우에는 열전도도가 낮을 수 있고, 상기 나노탄소-금속 하이브리드 입자의 함량이 20 초과인 경우에는 전기 절연성을 유지할 수 없다.When the content of the nano-carbon-metal hybrid particles is less than 5, thermal conductivity may be low, and when the content of the nano-carbon-metal hybrid particles is more than 20, electrical insulation cannot be maintained.

필라멘트 및 이의 제조방법Filament and its manufacturing method

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 필라멘트 제조방법의 공정순서도이다.2 is a process flow chart of a method for manufacturing a filament according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 3D 프린터용 필라멘트 제조방법은 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE)를 준비하는 단계; 나노탄소-금속 하이브리드 입자를 준비하는 단계; 상기 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE)와 상기 나노탄소-금속 하이브리드 입자를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 혼합물을 압출하여 필라멘트를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.Referring to Figure 2, the 3D printer filament manufacturing method comprises the steps of preparing a thermoplastic elastomer (TPE); Preparing nanocarbon-metal hybrid particles; Preparing a mixture by mixing the thermoplastic elastomer (TPE) and the nano-carbon-metal hybrid particles; And extruding the mixture to prepare a filament; may include.

먼저, 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE)를 준비한다(S100).First, a thermoplastic elastomer (TPE) is prepared (S100).

상기 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE)는 3D 프린터용 필라멘트 조성물 내에서 탄성 및 유연성을 부여하는 성분으로서, Styrene계(thermo plastic styrenic block copolymer, SBC), Olefin계(thermo plastic olefinic elastomer, TPO), urethane계(thermo plastic polyurethane, TPU), amide계(thermo plastic polyamide, TPAE), polyester계(thermo plastic polyester elastomer, TPEE)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 구체적으로는 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머(thermo plastic polyester elastomer, TPEE))일 수 있고, 보다 더 구체적으로는 열가소성 폴리에테르에스테르 엘라스토머일 수 있다.The thermoplastic elastomer (TPE) is a component that imparts elasticity and flexibility in the filament composition for 3D printers, and is a styrene-based (thermo plastic styrenic block copolymer, SBC), an olefin-based (thermo plastic olefinic elastomer, TPO), It may be one or more selected from the group consisting of urethane-based (thermo plastic polyurethane, TPU), amide-based (thermo plastic polyamide, TPAE), and polyester-based (thermo plastic polyester elastomer, TPEE), and specifically, polyester-based thermoplastic elastomer. (thermo plastic polyester elastomer, TPEE)), and more specifically, it may be a thermoplastic polyether ester elastomer.

다음, 나노탄소-금속 하이브리드 입자를 준비한다(S200).Next, nano-carbon-metal hybrid particles are prepared (S200).

상기 나노탄소-금속 하이브리드 입자는 3D 프린터용 필라멘트 조성물 내에서 절연 및 열전도도를 향상시키기 위한 성분으로서, 구체적으로 상기 나노탄소-금속 하이브리드 입자는 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자일 수 있다.The nano-carbon-metal hybrid particle is a component for improving insulation and thermal conductivity in the filament composition for a 3D printer, and specifically, the nano-carbon-metal hybrid particle may be a graphene-aluminum hybrid particle.

상기 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자는,The graphene-aluminum hybrid particles,

1) 그래핀을 준비하는 단계;1) preparing graphene;

2) 알루미늄을 준비하는 단계; 및2) preparing aluminum; And

3) 상기 그래핀과 알루미늄을 혼합하여 볼밀시키는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다.3) mixing the graphene and aluminum to ball mill; may be prepared including.

먼저, 상기 1) 단계는 그래핀을 준비한다.First, step 1) prepares graphene.

상기 그래핀은 열전도도를 향상시키기 위한 성분으로서, 전기화학적 박리법을 포함하여 제조된 것일 수 있다.The graphene is a component for improving thermal conductivity, and may be prepared including an electrochemical peeling method.

상기 그래핀의 크기는 5 내지 10 μm 이며, 두께는 3 내지 10 nm인 것일 수 있다.The graphene may have a size of 5 to 10 μm and a thickness of 3 to 10 nm.

구체적으로, 상기 그래핀은 두께가 4 내지 5 nm인 얇은 그래핀과, 두께가 10 nm인 두꺼운 그래핀이 혼재된 것을 사용할 수 있다. 두께가 얇은 그래핀과 두꺼운 그래핀을 함께 사용하는 경우, 얇은 그래핀은 열 링크를 형성하기 위한 큰 유연성을 가지며, 두꺼운 그래핀은 포논 경계 산란으로 인한 열화가 적으므로 열전도도가 더 증가할 수 있다. Specifically, the graphene may be a mixture of thin graphene having a thickness of 4 to 5 nm and thick graphene having a thickness of 10 nm. When thin graphene and thick graphene are used together, thin graphene has great flexibility to form a thermal link, and thick graphene has less deterioration due to phonon boundary scattering, so thermal conductivity can be further increased. have.

상기 그래핀의 크기가 5 μm 미만인 경우에는 포논 산란이 증가할 수 있고, 그래핀의 크기가 10 μm 초과인 경우에는 그래핀의 응집이 증가할 수 있다.When the size of the graphene is less than 5 μm, phonon scattering may increase, and when the size of graphene is more than 10 μm, the aggregation of graphene may increase.

상기 그래핀의 두께가 3 nm 미만인 경우에는 응집이 발생할 수 있고, 그래핀의 두께가 10 nm 초과인 경우에는 종횡비가 작아져 열전도도의 증가율이 작아질 수 있다.When the thickness of the graphene is less than 3 nm, aggregation may occur, and when the thickness of the graphene is more than 10 nm, the aspect ratio decreases, so that the increase rate of thermal conductivity may decrease.

상기 2) 단계는 알루미늄을 준비한다.Step 2) prepares aluminum.

상기 알루미늄은 절연 및 열전도도 특성을 향상시키기 위한 성분으로서, 입자 크기가 5 내지 50 μm인 것일 수 있다.The aluminum is a component for improving insulation and thermal conductivity properties, and may have a particle size of 5 to 50 μm.

한편, 상기 알루미늄은 열전도도가 우수할 뿐만 아니라, 상기 알루미늄은 공기 중에서 산화 피막을 형성하여 코어-쉘 구조를 가지므로 전기 절연성이 우수한 효과가 있다.On the other hand, the aluminum has excellent thermal conductivity, and since the aluminum has a core-shell structure by forming an oxide film in air, there is an effect of excellent electrical insulation.

구체적으로, 상기 알루미늄은 입자 크기가 5 내지 50 μm 내에서 다양한 입자 크기를 갖는 알루미늄을 사용할 수 있다. 5 내지 50 μm 내에서 다양한 입자 크기를 갖는 알루미늄을 사용할 경우, 입자 간의 공극이 줄어들어 열전도도가 우수한 효과가 있다. Specifically, the aluminum may use aluminum having various particle sizes within a particle size of 5 to 50 μm. When aluminum having various particle sizes within 5 to 50 μm is used, voids between particles are reduced, and thus thermal conductivity is excellent.

상기 알루미늄의 입자 크기가 5 μm 미만인 경우에는 그래핀이 포위 및 매립될 수 없고, 알루미늄의 입자 크기가 50 μm 초과인 경우에는 그래핀이 알루미늄에 완전히 매립되어 입자 간의 열전도도 경로를 형성할 수 없다.When the particle size of the aluminum is less than 5 μm, graphene cannot be surrounded and buried, and when the particle size of aluminum is more than 50 μm, graphene is completely buried in aluminum and thus the thermal conductivity path between particles cannot be formed. .

상기 3)단계는 상기 그래핀과 상기 알루미늄을 혼합하여 볼밀시킨다.Step 3) is a ball mill by mixing the graphene and the aluminum.

상기 그래핀과 상기 알루미늄은 1:9 내지 3:7의 중량비, 구체적으로 3:7의 중량비로 혼합한 것일 수 있다. 상기 그래핀과 상기 알루미늄이 상기 중량비로 혼합되는 경우에 절연성을 유지하면서 열전도도를 가장 극대화할 수 있다.The graphene and the aluminum may be mixed in a weight ratio of 1:9 to 3:7, specifically in a weight ratio of 3:7. When the graphene and the aluminum are mixed at the weight ratio, thermal conductivity can be maximized while maintaining insulation.

상기 그래핀과 상기 알루미늄을 혼합하기 전에 상기 그래핀은 0.5 내지 2시간, 구체적으로 1 시간 동안 초음파 처리를 시킨 후, 알루미늄과 혼합시킬 수 있다. 상기 그래핀을 0.5 내지 2 시간 동안 초음파 처리 시키는 경우, 두께가 얇은 그래핀을 제조할 수 있다.Before mixing the graphene and the aluminum, the graphene may be subjected to ultrasonic treatment for 0.5 to 2 hours, specifically for 1 hour, and then mixed with aluminum. When the graphene is ultrasonicated for 0.5 to 2 hours, graphene having a thin thickness may be prepared.

상기 그래핀과 상기 알루미늄을 1:9 내지 3:7의 중량비, 구체적으로 3:7의 중량비로 혼합한 후 200 내지 300 rpm, 구체적으로 250 rpm으로 스테인레스 볼과 볼밀링 시켜 그래핀-알루미늄 입자를 제조할 수 있다.The graphene and the aluminum are mixed in a weight ratio of 1:9 to 3:7, specifically 3:7, and then ball-milled with a stainless ball at 200 to 300 rpm, specifically 250 rpm to form graphene-aluminum particles. Can be manufactured.

상기 볼밀링은 3 내지 7시간 동안, 구체적으로 5시간 동안 볼밀링 시킨 것일 수 있다.The ball milling may be performed for 3 to 7 hours, specifically for 5 hours.

상기 그래핀과 알루미늄을 볼밀링 시, 볼밀링 속도가 200 rpm 미만인 경우에는 그래핀과 알루미늄을 하이브리드시킬 수 없고, 상기 볼밀 속도가 300 rpm 초과인 경우에는 알루미늄 입자 크기는 증가하고 그래핀 입자 크기는 감소하여 열전도도가 낮아질 수 있다.When the graphene and aluminum are ball milled, when the ball milling speed is less than 200 rpm, the graphene and aluminum cannot be hybridized, and when the ball mill speed is more than 300 rpm, the aluminum particle size increases and the graphene particle size is As a result, the thermal conductivity may be lowered.

상기 그래핀과 알루미늄을 볼밀링 시, 볼밀링 시간이 3 시간 미만인 경우에는 그래핀과 알루미늄을 하이브리드시킬 수 없고, 상기 볼밀링 시간이 7 시간 초과인 경우에는 알루미늄 입자 크기는 증가하고 그래핀 입자 크기는 감소하여 열전도도가 낮아질 수 있다.When the graphene and aluminum are ball milled, when the ball milling time is less than 3 hours, the graphene and aluminum cannot be hybridized, and when the ball milling time is more than 7 hours, the aluminum particle size increases and the graphene particle size May decrease and the thermal conductivity may be lowered.

이 때, 상기 그래핀-알루미늄 입자는 상기 그래핀과 알루미늄을 혼합하여 볼밀링 시, 알루미늄이 냉간 압접되어 그래핀이 알루미늄 입자에 포위되고 매립되어 그래핀-알루미늄 입자로 제조된다.At this time, when the graphene-aluminum particles are mixed with the graphene and aluminum and ball milled, aluminum is cold-pressed, so that the graphene is enclosed and buried in the aluminum particles to produce graphene-aluminum particles.

상기 제조된 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자는 입자 크기가 10 μm 내지 200 μm인 것일 수 있다. 상기 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자의 입자 크기가 10 μm 미만인 경우에는 많은 열 저항 접합부를 형성하여 계면 열 저항이 증가할 수 있고, 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자의 입자 크기가 200 μm 초과인 경우에는 필라멘트 조성물 내 입자가 고르게 분산되지 못하여 필라멘트의 기계적 물성이 약해질 수 있으며, 3D 프린터로 출력 시, 노즐이 막히는 등의 문제가 발생할 수 있다.The prepared graphene-aluminum hybrid particles may have a particle size of 10 μm to 200 μm. When the particle size of the graphene-aluminum hybrid particle is less than 10 μm, interfacial thermal resistance may be increased by forming many thermal resistance junctions, and when the particle size of the graphene-aluminum hybrid particle is more than 200 μm, the filament composition Since the internal particles are not evenly dispersed, the mechanical properties of the filament may be weakened, and problems such as clogging of the nozzle may occur when printing to a 3D printer.

다음, 상기 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE)와 나노탄소-금속 하이브리드 입자를 혼합하여 혼합물을 제조한다(S300).Next, a mixture is prepared by mixing the thermoplastic elastomer (TPE) and nano-carbon-metal hybrid particles (S300).

상기 S300 은 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE) 100 중량부에 대하여, 상기 나노탄소-금속 하이브리드 입자 5 내지 20 중량부를 혼합하여 3D 프린터용 필라멘트 조성물을 제조하는 단계일 수 있다.The S300 may be a step of preparing a filament composition for a 3D printer by mixing 5 to 20 parts by weight of the nano-carbon-metal hybrid particles with respect to 100 parts by weight of a thermoplastic elastomer (TPE).

상기 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE)와 나노탄소-하이브리드 입자의 혼합은 고속 혼합기에서 수행될 수 있다.Mixing of the thermoplastic elastomer (TPE) and nanocarbon-hybrid particles may be performed in a high-speed mixer.

상기 나노탄소-금속 하이브리드 입자의 함량이 5 미만인 경우에는 열전도도가 낮을 수 있고, 상기 나노탄소-금속 하이브리드 입자의 함량이 20 초과인 경우에는 전기 절연성을 유지할 수 없다. When the content of the nano-carbon-metal hybrid particles is less than 5, thermal conductivity may be low, and when the content of the nano-carbon-metal hybrid particles is more than 20, electrical insulation cannot be maintained.

다음, 상기 혼합물을 압출하여 필라멘트를 제조한다(S400).Next, the mixture is extruded to prepare a filament (S400).

상기 S400은 상기 S300에서 제조된 혼합물, 구체적으로 3D 프린터용 필라멘트 조성물을 압출하여 필라멘트를 제조하는 단계일 수 있다.The S400 may be a step of manufacturing a filament by extruding the mixture prepared in S300, specifically, a filament composition for a 3D printer.

상기 혼합물에 포함된 상기 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE)는 펠렛 형태일 수 있다.The thermoplastic elastomer (TPE) included in the mixture may be in the form of a pellet.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 압출 온도는 상기 혼합물의 녹는점 이상일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the extrusion temperature may be higher than or equal to the melting point of the mixture.

상기 필라멘트는 혼합물의 압출 공정으로 제조되는데, 혼합물이 압출기를 통해 압출되기 위해서는 혼합물이 용융액 상태로 압출기의 노즐 내로 투입되어야 한다. 따라서, 상기 압출 온도는 상기 혼합물의 녹는점 이상일 수 있다.The filament is manufactured by an extrusion process of the mixture, and in order for the mixture to be extruded through an extruder, the mixture must be introduced into the nozzle of the extruder in a molten state. Therefore, the extrusion temperature may be higher than the melting point of the mixture.

상기 S400 에서 필라멘트 조성물을 압출 시, 펠렛 형태의 열가소성 탄성체와 나노탄소-금속 하이브리드 입자를 압출기에 넣고 압출시킨 후, 압출된 필라멘트를 다시 펠렛화 하여 상기 압출을 반복할 수 있으며, 이를 2 내지 3회, 구체적으로 3회 반복할 수 있다.When extruding the filament composition in the S400, the extruded thermoplastic elastomer and the nano-carbon-metal hybrid particles in the form of pellets are put into an extruder and extruded, and the extruded filament is pelletized again, and the extrusion can be repeated. , Can be specifically repeated 3 times.

상기 S400 에서 압출 속도는 600 내지 650 mm/min, 구체적으로 650 mm/min에서 이루어질 수 있으며, 압출온도는 240 내지 250 ℃, 구체적으로 245 ℃에서 이루어질 수 있다.In the S400, the extrusion speed may be 600 to 650 mm/min, specifically 650 mm/min, and the extrusion temperature may be 240 to 250 °C, specifically 245 °C.

상기 필라멘트의 직경은 1.0 mm 내지 3 mm일 수 있다. 상기 필라멘트는 FDM-3D 프린터에 사용되는 필라멘트로서, FDM-3D 프린터는 일반적인 3D 프린터보다 필라멘트의 직경이 작으며, 구체적으로 1.75 mm일 수 있다.The diameter of the filament may be 1.0 mm to 3 mm. The filament is a filament used in the FDM-3D printer, and the FDM-3D printer has a smaller diameter of the filament than a general 3D printer, and may be specifically 1.75 mm.

한편, 본 발명은 상기 3D 프린터용 필라멘트 제조방법으로 제조된 필라멘트를 제공한다.On the other hand, the present invention provides a filament manufactured by the filament manufacturing method for the 3D printer.

필라멘트는 잉크젯 프린터에서 잉크를 원료로 사용하는 바와 같이, 3D 프린터의 원료로 사용된다.The filament is used as a raw material for 3D printers, just as ink is used as a raw material in an inkjet printer.

상기 FDM-3D 프린터용 필라멘트는 3D 프린터용 필라멘트 조성물을 압출하여 제조하되, 상기 3D 프린터용 필라멘트 조성물은 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE) 100 중량부에 대하여, 나노탄소-금속 하이브리드 입자 5 내지 20 중량부를 포함할 수 있다.The filament for the FDM-3D printer is prepared by extruding a filament composition for a 3D printer, and the filament composition for a 3D printer is based on 100 parts by weight of a thermoplastic elastomer (TPE), nanocarbon-metal hybrid particles 5 to 20 It may include parts by weight.

상기 필라멘트는 직경이 1.0 내지 3.0 mm 인 것일 수 있으며, 구체적으로 1.75 mm일 수 있다.The filament may have a diameter of 1.0 to 3.0 mm, and specifically 1.75 mm.

상기 필라멘트의 직경이 1.0 mm 미만인 경우에는 3D printing 중 필라멘트가 끊기는 문제가 발생할 수 있고, 필라멘트의 직경이 3.0 nm 초과인 경우에는 3D Printer에 필라멘트를 로딩할 수 없다.When the diameter of the filament is less than 1.0 mm, the filament breaks during 3D printing, and when the diameter of the filament exceeds 3.0 nm, the filament cannot be loaded into the 3D printer.

상기 필라멘트는 Shore D 경도가 55 내지 60인 것일 수 있다. 상기 필라멘트의 Shore D 경도가 55 미만인 경우에는 굴곡 탄성율이나 굴곡 강도가 낮아 내구성이 약할 수 있고, 필라멘트의 Shore D 경도가 60 초과인 경우에는 탄성이나 유연성이 떨어져 판재 및 직물로써 사용하기 부적합할 수 있다.The filament may have a Shore D hardness of 55 to 60. If the filament's Shore D hardness is less than 55, its flexural modulus or flexural strength may be low, so durability may be weak. .

판재 및 직물Plate and fabric

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 본 발명은 3D 프린터용 필라멘트 조성물을 압출하여 필라멘트를 제조하고, 상기 필라멘트를 이용하여 3D 프린터로 제조된 판재를 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a plate made of a 3D printer by extruding a filament composition for a 3D printer to produce a filament, and using the filament.

또한 본 발명은 3D 프린터용 필라멘트 조성물을 압출하여 필라멘트를 제조하고, 상기 필라멘트를 이용하여 3D 프린터로 제조된 직물을 제공한다.In addition, the present invention provides a fabric produced by a 3D printer by extruding a filament composition for a 3D printer to produce a filament, and using the filament.

상기 3D 프린터용 필라멘트는 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE) 100 중량부에 대하여, 나노탄소-금속 하이브리드 입자 5 내지 20 중량부를 포함할 수 있다.The filament for the 3D printer may include 5 to 20 parts by weight of nano-carbon-metal hybrid particles based on 100 parts by weight of a thermoplastic elastomer (TPE).

본 발명에 따른 3D 프린터를 이용하여 제조된 판재 및 직물은 열전도도 및 절연 특성이 우수하여 온도 조절 장치 및 섬유에 적용될 수 있다.Plates and fabrics manufactured using the 3D printer according to the present invention have excellent thermal conductivity and insulation properties, and thus can be applied to temperature control devices and fibers.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, examples will be described in detail to illustrate the present invention in detail. However, the embodiments according to the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more completely describe the present invention to those of ordinary skill in the art.

실시예Example

<실시예> <Example>

1. 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자 제조1. Preparation of graphene-aluminum hybrid particles

먼저, 그래핀은 전기화학적 박리법을 이용하여 제조하였다. 작동 전극(working electrode)으로 흑연, 상대 전극(counter electrode)으로 스테인레스 스틸을 배치한 후 전해질은 0.3M (NH4)2SO4 용액을 사용하였다. 각각의 전극을 전해질에 담그고 전극 간 거리는 2 cm로 유지한 상태로 흑연 전극에 +10V의 DC 전압을 30 분 동안 가하여 흑연을 박리 한 후 진공여과장치를 이용하여 필터 및 세척하였다. First, graphene was prepared using an electrochemical peeling method. After arranging graphite as a working electrode and stainless steel as a counter electrode, 0.3M (NH 4 ) 2 SO 4 solution was used as an electrolyte. Each electrode was immersed in the electrolyte and the distance between the electrodes was maintained at 2 cm, and a DC voltage of +10V was applied to the graphite electrode for 30 minutes to peel the graphite, followed by filtering and washing using a vacuum filtration device.

그래핀-알루미늄 하이브리드 입자는 볼 밀링을 이용하여 제조하였다. 상기 제조된 그래핀을 에탄올에 넣고 1시간 동안 초음파 처리한 후 상기 그래핀이 담긴 에탄올에 알루미늄과 스테인레스 볼을 첨가하였다. 볼 밀링은 250 rpm에서 5시간 동안 진행하였다. 이 때, 그래핀과 알루미늄의 비율은 각각 1:9, 2:8, 3:7의 비율로 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자인 Al9@Graphene1, Al8@Graphene2, Al7@Graphene3을 각각 제조하였다.Graphene-aluminum hybrid particles were prepared using ball milling. The prepared graphene was put in ethanol and subjected to ultrasonic treatment for 1 hour, and then aluminum and stainless balls were added to the ethanol containing the graphene. Ball milling was performed at 250 rpm for 5 hours. At this time, the ratio of graphene and aluminum is 1:9, 2:8, and 3:7, respectively, and graphene-aluminum hybrid particles of Al 9 @Graphene 1 , Al 8 @Graphene 2 , Each of Al 7 @Graphene 3 was prepared.

한편, 상기 Al9, Al8, Al7 에서 9, 8, 7 는 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자 내 알루미늄의 비율을 의미하는 것이고, Graphene1, Graphene2, Graphene3 에서 1, 2, 3은 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자 내 그래핀의 비율을 의미하는 것이다.Meanwhile, the Al 9 , Al 8 , In Al 7 9, 8, 7 means the ratio of aluminum in the graphene-aluminum hybrid particle, Graphene 1 , Graphene 2 , In Graphene 3 , 1, 2, and 3 mean the ratio of graphene in the graphene-aluminum hybrid particle.

2. 3D 프린터용 필라멘트 조성물 제조2. Preparation of filament composition for 3D printer

열가소성 폴리에테르에스테르 엘라스토머(TPEE, TREL 5550, Samyang) 100 중량부에, 상기 1. 에서 제조된 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자(Al9@Graphene1, Al8@Graphene2, Al7@Graphene3) 5 중량부, 10 중량부, 15 중량부, 20 중량부의 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자를 고속혼합기에 투입하여 그래핀-알루미늄 입자의 함량이 다른 혼합물인 Al9@Graphene1/TPEE, Al8@Graphene2/TPEE, Al7@Graphene3/TPEE을 각각 제조하였다.Thermoplastic polyether ester elastomer (TPEE, TREL 5550, Samyang) 100 parts by weight, the graphene-aluminum hybrid particles prepared in 1. above (Al 9 @Graphene 1 , Al 8 @Graphene 2 , Al 7 @Graphene 3 ) 5 parts by weight, 10 parts by weight, 15 parts by weight, 20 parts by weight of graphene-aluminum hybrid particles were added to a high-speed mixer, and graphene-aluminum particles were mixed with different contents of Al 9 @Graphene 1 / TPEE, Al 8 @Graphene 2 /TPEE, Each of Al 7 @Graphene 3 /TPEE was prepared.

3. 필라멘트 제조3. Filament manufacturing

상기 2. 에서 제조된 혼합물을 랩 스케일(Lab scale)의 소형 압출기를 통해 245 ℃에서 압출하여 1.75 mm 직경의 필라멘트를 각각 제조하였다.The mixture prepared in 2. above was extruded at 245° C. through a small extruder of a lab scale to prepare filaments having a diameter of 1.75 mm, respectively.

4. 판재 및 직물 제조4. Plate and fabric manufacturing

FDM-3D 프린터(Single plus, Cubicon)를 이용하여 상기 3. 에서 제조된 필라멘트로 판재 및 직물을 제조하였다.FDM-3D printer (Single plus, Cubicon) was used to prepare a plate and fabric from the filament prepared in 3. above.

비교예Comparative example

<비교예 1> <Comparative Example 1>

1. 3D 프린터용 필라멘트 조성물 제조1. Preparation of filament composition for 3D printer

알루미늄을 준비하였다. 상기 알루미늄 입자 20 중량부와 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머(TPEE, TREL 5550, Samyang) 100 중량부를 고속혼합기에 투입하여 Al/TPEE를 제조하였다.Prepared aluminum. Al/TPEE was prepared by putting 20 parts by weight of the aluminum particles and 100 parts by weight of a thermoplastic polyester elastomer (TPEE, TREL 5550, Samyang) in a high-speed mixer.

2. 필라멘트 제조2. Filament manufacturing

상기 <비교예 1> 1. 에서 제조된 Al/TPEE를 245℃에서 랩 스케일(Lab scale)의 소형 압출기를 통해 압출하여 1.75 mm 직경의 필라멘트를 제조하였다.The Al/TPEE prepared in <Comparative Example 1> 1. was extruded at 245° C. through a small extruder of a lab scale to prepare a filament having a diameter of 1.75 mm.

3. 판재 및 직물 제조3. Plate and fabric manufacturing

상기 <실시예> 4. 와 동일한 방법으로 판재 및 직물을 제조하였다. Plates and fabrics were prepared in the same manner as in <Example> 4.

<비교예 2> <Comparative Example 2>

1. 그래핀과 알루미늄 혼합물 제조1. Preparation of graphene and aluminum mixture

상기 <실시예> 1. 과 동일한 방법으로 그래핀을 제조하였다. 상기 제조된 그래핀과 알루미늄을 3:7의 비율로 단순 혼합하여 혼합물인 Al7+Graphene3을 제조하였다.Graphene was prepared in the same manner as in <Example> 1. The prepared graphene and aluminum were simply mixed in a ratio of 3:7 to prepare a mixture of Al 7 +Graphene 3 .

2. 3D 프린터용 필라멘트 조성물 제조2. Preparation of filament composition for 3D printer

열가소성 폴리에테르에스테르 엘라스토머(TPEE, TREL 5550, Samyang) 100 중량부에, 상기 <비교예 2> 1. 에서 제조된 그래핀과 알루미늄 혼합물(Al7+Graphene3) 20 중량부를 고속혼합기에 투입하여 Al7+Graphene3/TPEE를 제조하였다.100 parts by weight of a thermoplastic polyether ester elastomer (TPEE, TREL 5550, Samyang), 20 parts by weight of the graphene and aluminum mixture (Al 7 +Graphene 3 ) prepared in <Comparative Example 2> 1. 7 +Graphene 3 /TPEE was prepared.

3. 필라멘트 제조3. Filament manufacturing

상기 <비교예 2> 2. 에서 제조된 Al7+Graphene3/TPEE을 245 ℃에서 랩 스케일(Lab scale)의 소형 압출기를 통해 압출하여 1.75 mm 직경의 필라멘트를 제조하였다.The Al 7 +Graphene 3 /TPEE prepared in <Comparative Example 2> 2. was extruded at 245° C. through a small extruder of a lab scale to prepare a filament having a diameter of 1.75 mm.

4. 판재 및 직물 제조4. Plate and fabric manufacturing

상기 <실시예> 4.와 동일한 방법으로 판재 및 직물을 제조하였다.Plates and fabrics were prepared in the same manner as in <Example> 4.

실험예Experimental example

<실험예 1> 열전도도 측정<Experimental Example 1> Measurement of thermal conductivity

본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 필라멘트의 열전도도를 측정하였다.The thermal conductivity of the filaments according to Examples and Comparative Examples of the present invention was measured.

열전도도는 Hot disk, TPS 2500s로 측정하였다. 그 결과를 도 3에 나타내었다.Thermal conductivity was measured with a hot disk, TPS 2500s. The results are shown in FIG. 3.

도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예의 경우 비교예에 비해 열전도도가 우수한 것을 확인할 수 있었다.As can be seen in FIG. 3, it was confirmed that the example of the present invention has superior thermal conductivity compared to the comparative example.

<실험예 2> 체적저항 측정<Experimental Example 2> Volume resistance measurement

본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 필라멘트의 체적저항을 측정하였다.The volume resistance of the filaments according to Examples and Comparative Examples of the present invention was measured.

체적저항은 (ASTM D257, Hiresta-UX MCP-HT800, Mitsubishi chemical analytech Co.,LTD. 로 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.Volume resistance was measured by (ASTM D257, Hiresta-UX MCP-HT800, Mitsubishi chemical analysistech Co., Ltd. Table 1 shows the results.

Figure 112019104553631-pat00001
Figure 112019104553631-pat00001

표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예의 경우 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자를 사용함으로써, 그래핀과 알루미늄이 단순 혼합된 그래핀과 알루미늄 혼합물(비교예 2)과는 달리 전기 절연성을 유지하는 것을 확인할 수 있었다.As can be seen in Table 1, in the case of the embodiment of the present invention, by using graphene-aluminum hybrid particles, unlike graphene and aluminum mixture in which graphene and aluminum are simply mixed (Comparative Example 2), electrical insulation is maintained. I could confirm that.

지금까지 본 발명에 따른 3D 프린터용 필라멘트 조성물, 필라멘트 조성물을 이용한 필라멘트, 필라멘트를 이용하여 제조된 판재 및 직물에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.Until now, the filament composition for a 3D printer according to the present invention, a filament using a filament composition, and a specific embodiment of the plate and fabric manufactured using the filament have been described, but various implementations within the limit not departing from the scope of the present invention It is obvious that transformation is possible.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention is limited to the described embodiments and should not be defined, and should be defined by the claims and equivalents as well as the claims to be described later.

즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.That is, it should be understood that the above-described embodiments are illustrative in all respects and not limiting, and the scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and the meaning and scope of the claims and All changes or modified forms derived from the equivalent concept should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

Claims (13)

열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE) 100 중량부에 대하여,
나노탄소-금속 하이브리드 입자 5 내지 20 중량부를 포함하고,
상기 나노탄소-금속 하이브리드 입자는 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자이며,
상기 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자는 그래핀과 알루미늄이 1:9 내지 3:7의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
Based on 100 parts by weight of thermoplastic elastomer (TPE),
Including 5 to 20 parts by weight of nano-carbon-metal hybrid particles,
The nano-carbon-metal hybrid particles are graphene-aluminum hybrid particles,
The graphene-aluminum hybrid particle is a 3D printer filament composition, characterized in that graphene and aluminum are mixed in a weight ratio of 1:9 to 3:7.
제1항에 있어서,
상기 열가소성 탄성체는 폴리에스테르계 열가소성 탄성체(thermo plastic polyester elastomer, TPEE)인 것인 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
The method of claim 1,
The thermoplastic elastomer is a polyester-based thermoplastic elastomer (TPEE) filament composition for a 3D printer.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 나노탄소-금속 하이브리드 입자는 입자 크기가 10 내지 200 μm인 것인 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
The method of claim 1,
The nano-carbon-metal hybrid particle is a 3D printer filament composition having a particle size of 10 to 200 μm.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자는 입자 크기가 5 내지 50 μm인 알루미늄을 사용하여 제조되는 것인 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
The method of claim 1,
The graphene-aluminum hybrid particles are filament compositions for 3D printers that are manufactured using aluminum having a particle size of 5 to 50 μm.
제1항에 있어서,
상기 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자는 크기가 5 내지 10 μm 이며, 두께가 3 내지 10 nm인 그래핀을 사용하여 제조되는 것인 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
The method of claim 1,
The graphene-aluminum hybrid particles have a size of 5 to 10 μm and a thickness of 3 to 10 nm of graphene is prepared using a 3D printer filament composition.
열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE)를 준비하는 단계;
나노탄소-금속 하이브리드 입자를 준비하는 단계;
상기 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE) 100 중량부에 대하여, 상기 나노탄소-금속 하이브리드 입자 5 내지 20 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및
상기 혼합물을 압출하여 필라멘트를 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 나노탄소-금속 하이브리드 입자는 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자이며,
상기 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자는 그래핀과 알루미늄이 1:9 내지 3:7의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 제조방법.
Preparing a thermoplastic elastomer (TPE);
Preparing nanocarbon-metal hybrid particles;
Preparing a mixture by mixing 5 to 20 parts by weight of the nano-carbon-metal hybrid particles with respect to 100 parts by weight of the thermoplastic elastomer (TPE); And
Including; extruding the mixture to produce a filament
The nano-carbon-metal hybrid particles are graphene-aluminum hybrid particles,
The graphene-aluminum hybrid particle is a method of manufacturing a filament for a 3D printer, characterized in that graphene and aluminum are mixed in a weight ratio of 1:9 to 3:7.
3D 프린터용 필라멘트 조성물을 압출하여 제조하되,
상기 3D 프린터용 필라멘트 조성물은 열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE) 100 중량부에 대하여, 나노탄소-금속 하이브리드 입자 5 내지 20 중량부를 포함하고,
상기 나노탄소-금속 하이브리드 입자는 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자이며,
상기 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자는 그래핀과 알루미늄이 1:9 내지 3:7의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트.
Prepared by extruding the filament composition for 3D printer
The filament composition for a 3D printer includes 5 to 20 parts by weight of nano-carbon-metal hybrid particles, based on 100 parts by weight of a thermoplastic elastomer (TPE),
The nano-carbon-metal hybrid particles are graphene-aluminum hybrid particles,
The graphene-aluminum hybrid particle is a 3D printer filament, characterized in that graphene and aluminum are mixed in a weight ratio of 1:9 to 3:7.
제9항에 있어서,
상기 필라멘트는 직경이 1.0 내지 3.0 mm 인 것인 3D 프린터용 필라멘트.
The method of claim 9,
The filament is a 3D printer filament having a diameter of 1.0 to 3.0 mm.
제9항에 있어서,
상기 필라멘트는 Shore D 경도가 55 내지 60인 것인 3D 프린터용 필라멘트.
The method of claim 9,
The filament is a 3D printer filament that has a Shore D hardness of 55 to 60.
열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE) 100 중량부에 대하여, 나노탄소-금속 하이브리드 입자 5 내지 20 중량부를 포함하고,
상기 나노탄소-금속 하이브리드 입자는 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자이며,
상기 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자는 그래핀과 알루미늄이 1:9 내지 3:7의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 필라멘트를 이용하여 3D 프린터로 제조된 판재.
Including 5 to 20 parts by weight of nano-carbon-metal hybrid particles, based on 100 parts by weight of a thermoplastic elastomer (TPE),
The nano-carbon-metal hybrid particles are graphene-aluminum hybrid particles,
The graphene-aluminum hybrid particle is a plate made of a 3D printer using a filament, characterized in that graphene and aluminum are mixed in a weight ratio of 1:9 to 3:7.
열가소성 탄성체(thermo plastic elastomer, TPE) 100 중량부에 대하여, 나노탄소-금속 하이브리드 입자 5 내지 20 중량부를 포함하고,
상기 나노탄소-금속 하이브리드 입자는 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자이며,
상기 그래핀-알루미늄 하이브리드 입자는 그래핀과 알루미늄이 1:9 내지 3:7의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 필라멘트를 이용하여 3D 프린터로 제조된 직물.
Including 5 to 20 parts by weight of nano-carbon-metal hybrid particles, based on 100 parts by weight of a thermoplastic elastomer (TPE),
The nano-carbon-metal hybrid particles are graphene-aluminum hybrid particles,
The graphene-aluminum hybrid particle is a fabric manufactured by a 3D printer using a filament, characterized in that graphene and aluminum are mixed in a weight ratio of 1:9 to 3:7.
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160023874A (en) * 2013-06-24 2016-03-03 프레지던트 앤드 펠로우즈 오브 하바드 칼리지 Printed three-dimensional (3d) functional part and method of making
KR20160063877A (en) * 2014-11-27 2016-06-07 재단법인 한국탄소융합기술원 Manufacturing Method of Filament for 3D Print and Filament
KR20170054705A (en) * 2015-11-10 2017-05-18 한국과학기술연구원 High strength polymer filament for fdm 3d printer including graphene coated metal nano particle and nano carbon for 3d printer and preparing method of the same
KR20170060373A (en) 2015-11-24 2017-06-01 신안산대학교 산학협력단 Filament composition for fdm type 3d printer and injection method
KR20180005957A (en) * 2016-07-07 2018-01-17 한국화학연구원 Flexible electrode composite being capable of printing
KR20180045746A (en) * 2016-10-26 2018-05-04 (주)비앤케이 A method for manufacturing high heat-radiating filament for three dimensional printing
KR20180103396A (en) * 2017-03-09 2018-09-19 울산과학기술원 Method of manufacturing Triboelectric generator using 3D printing
KR20190036754A (en) * 2017-09-28 2019-04-05 코오롱플라스틱 주식회사 Composition for 3D Printing and Filament for 3D Printer

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160023874A (en) * 2013-06-24 2016-03-03 프레지던트 앤드 펠로우즈 오브 하바드 칼리지 Printed three-dimensional (3d) functional part and method of making
KR20160063877A (en) * 2014-11-27 2016-06-07 재단법인 한국탄소융합기술원 Manufacturing Method of Filament for 3D Print and Filament
KR20170054705A (en) * 2015-11-10 2017-05-18 한국과학기술연구원 High strength polymer filament for fdm 3d printer including graphene coated metal nano particle and nano carbon for 3d printer and preparing method of the same
KR20170060373A (en) 2015-11-24 2017-06-01 신안산대학교 산학협력단 Filament composition for fdm type 3d printer and injection method
KR20180005957A (en) * 2016-07-07 2018-01-17 한국화학연구원 Flexible electrode composite being capable of printing
KR20180045746A (en) * 2016-10-26 2018-05-04 (주)비앤케이 A method for manufacturing high heat-radiating filament for three dimensional printing
KR20180103396A (en) * 2017-03-09 2018-09-19 울산과학기술원 Method of manufacturing Triboelectric generator using 3D printing
KR20190036754A (en) * 2017-09-28 2019-04-05 코오롱플라스틱 주식회사 Composition for 3D Printing and Filament for 3D Printer

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