KR102292387B1 - Electron beam irradiation device and method for polycarbosilane fiber curing - Google Patents

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Abstract

PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치는, 서로 이격되어 배치되며 PCS 섬유가 권취되는 한 쌍의 보빈 및 한 쌍의 보빈을 향하여 전자빔을 조사하는 적어도 하나의 전자빔 조사부를 포함하며, 상기 한 쌍의 보빈은 회전 가능하며, 상기 전자빔 조사부로부터 조사된 전자빔은 PCS 섬유의 내부로 조사 가능하다.The electron beam irradiation apparatus for curing PCS fibers includes a pair of bobbins arranged spaced apart from each other and on which PCS fibers are wound, and at least one electron beam irradiation unit irradiating an electron beam toward the pair of bobbins, wherein the pair of bobbins rotate It is possible, and the electron beam irradiated from the electron beam irradiation unit can be irradiated into the interior of the PCS fiber.

Description

PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치 및 방법{ELECTRON BEAM IRRADIATION DEVICE AND METHOD FOR POLYCARBOSILANE FIBER CURING}Electron beam irradiation device and method for curing PCS fibers

본 발명은 폴리카보실란(PCS) 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 폴리카보실란(PCS) 섬유를 안정적이고 효율적으로 큐어링하기 위한 전자빔 조사 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electron beam irradiation apparatus and method for curing polycarbosilane (PCS) fibers. More particularly, it relates to an electron beam irradiation apparatus and method for stably and efficiently curing polycarbosilane (PCS) fibers.

실리콘카바이드(SiC) 섬유는 불활성 분위기 하, 고온에서 제조되는 섬유로서, 초고온에서의 기계적 물성이 우수하기 때문에 최근 우주 항공기 엔진, 원자력 발전소 내부 구조체, 화력 발전소 터빈블레이드, 브레이크 패드/디스크, 유도 무기 내장 부품, 반도체 치공구 등 여러 분야에 걸쳐 폭넓게 사용되고 있다.Silicon carbide (SiC) fibers are manufactured at high temperatures under an inert atmosphere. Due to their excellent mechanical properties at very high temperatures, recent space aircraft engines, nuclear power plant internal structures, thermal power plant turbine blades, brake pads/disks, and guided weapons are built in. It is widely used in various fields such as parts and semiconductor jigs.

SiC 섬유의 제조 원료는 폴리카보실란(PCS)이다. 일반적으로, SiC 섬유의 제조 방법은, 원료인 PCS를 용융 방사 또는 전기 방사하여 섬유상으로 성형하는 단계, PCS 섬유를 열 가소성에서 열 경화성으로 전환시키는 화학 처리 단계(불융화 단계) 및 열 경화성으로 전환된 PCS 섬유를 불활성 분위기의 적어도 약 1000℃ 이상에서 열처리하여 세라믹으로 전환시키는 열처리 단계로 이루어져 있다. The raw material for manufacturing SiC fibers is polycarbosilane (PCS). In general, the manufacturing method of SiC fiber is a step of melt spinning or electrospinning PCS, which is a raw material, to form a fiber, a chemical treatment step of converting the PCS fiber from thermoplastic to thermosetting (infusible step), and conversion to thermosetting It consists of a heat treatment step of converting the PCS fibers into ceramics by heat-treating them at at least about 1000° C. in an inert atmosphere.

일반적으로, PCS는 녹는점(예를 들어, 약 150 ~ 300℃) 부근에서 방사되므로, 방사된 PCS 섬유를 바로 열처리할 경우 PCS 섬유는 부풀거나 녹게 된다. 따라서, 이러한 현상을 방지하고 열처리 중 섬유상을 유지하여 최종적으로 SiC 섬유를 얻기 위해서는, 가교 결합(cross-linking)을 통해 PCS 섬유 표면에 존재하는 폴리머 분자들 간을 결합시켜 주어야 한다. PCS 섬유 표면부의 가교 결합에 의해, 가교 결합된 표면부의 용융점은 내부의 용융점보다 높아져 열처리 과정에서 녹지 않고 온전히 섬유상을 유지할 수 있게 된다. 따라서, 전술한 바와 같이, PCS 섬유를 열처리하여 SiC 섬유를 제조하기 위해서는, 출발 물질인 고분자 PCS의 방사를 통해 공급되는 열 가소성의 PCS 섬유를 열 경화성으로 전환시키는 큐어링 공정(curing)(또는, 불융화(infusiblization) 공정이라 함)을 필수적으로 거쳐야 한다. In general, since PCS is spun near a melting point (eg, about 150 to 300° C.), when the spun PCS fiber is directly heat-treated, the PCS fiber swells or melts. Therefore, in order to prevent this phenomenon and to maintain the fibrous form during heat treatment to finally obtain SiC fibers, it is necessary to bond polymer molecules present on the surface of the PCS fibers through cross-linking. Due to the cross-linking of the PCS fiber surface, the melting point of the cross-linked surface portion becomes higher than the internal melting point, so that it is not melted during the heat treatment process, and the fiber shape can be maintained. Therefore, as described above, in order to produce SiC fibers by heat-treating PCS fibers, a curing process (curing) (or, An infusiblization process) is essential.

큐어링 공정에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 열산화 큐어링(thermal oxication curing) 방법(10)과 전자빔 큐어링(e-beam curing) 방법(20)이 있다. 열산화 큐어링 방법(10)은, 방사하여 얻은 PCS 섬유를 산화 분위기에서 장시간 유지시키며 분자 간 가교가 일어나게 하는 방법이다. 전자빔 큐어링 방법(20)은, 전자빔을 PCS 섬유에 조사하여 표면의 분자 간 가교가 일어나게 하는 방법이다.In the curing process, as shown in FIG. 1 , there are a thermal oxication curing method 10 and an e-beam curing method 20 . The thermal oxidation curing method 10 is a method in which the PCS fibers obtained by spinning are maintained in an oxidizing atmosphere for a long time to cause intermolecular crosslinking. The electron beam curing method 20 is a method of irradiating an electron beam to the PCS fiber to cause cross-linking between molecules on the surface.

큐어링 방법 중에서도, 전자빔 큐어링 방법에 따르면, 산소의 혼입이 없어 고온의 열처리 과정에서 산소의 2차 열분해를 차단할 수 있기 때문에 고성능의 SiC 섬유를 제조할 수 있다. 그러나, PCS 섬유 다발의 연속적이고 안정적인 가교 결합(cross-linking)을 위해서는 고가의 대형 전자빔 조사 장비가 필요하며, 세계적으로 일본의 NGS advanced fiber 사가 이러한 장비를 독자적으로 보유하고 있고, 관련 장치 및 공정 방법에 대해서는 기초 공정 외에 알려져 있지 않은 실정이다.Among the curing methods, according to the electron beam curing method, since there is no mixing of oxygen, secondary thermal decomposition of oxygen can be blocked during a high-temperature heat treatment process, so that high-performance SiC fibers can be manufactured. However, for continuous and stable cross-linking of PCS fiber bundles, expensive and large-scale electron beam irradiation equipment is required. is not known other than the basic process.

한편, 방사된 PCS 섬유는 보통 보빈(bobbin)이 구비된 와인더(winder)를 통해 보빈에 감기고, 이후 감겨진 PCS 섬유 다발에 대해 큐어링 공정(화학 처리 공정)이 진행된다. 이때, PCS 섬유 다발의 전자빔 조사 방법에서의 가장 큰 문제는, 조사 시 전자빔이 침투해 들어갈 수 있는 깊이가 얇기 때문에, 도 2의 (a)에서 도시된 바와 같이, PCS 섬유 다발이 보빈에 두껍게 감겨 있으면, 장시간 조사를 하더라도 내부 쪽의 섬유는 큐어링(안정화)이 제대로 이루어지지 않는다는 점이다. 반대로, 도 2의 (b)에서 도시된 바와 같이, PCS 섬유 다발이 보빈에 얇게 감겨 있으면, 처리하는 섬유의 양이 적어 많은 시간과 비용이 소요되므로 생산 공정 효율이 크게 저하되는 문제가 있다.On the other hand, the spun PCS fiber is usually wound on a bobbin through a winder provided with a bobbin, and then a curing process (chemical treatment process) is performed on the wound PCS fiber bundle. At this time, the biggest problem in the electron beam irradiation method of the PCS fiber bundle is that the depth through which the electron beam can penetrate during irradiation is thin, so as shown in FIG. If there is, the curing (stabilization) of the fibers on the inner side is not performed properly even after long-term irradiation. Conversely, as shown in (b) of FIG. 2 , when the PCS fiber bundle is thinly wound on the bobbin, the amount of fiber to be treated is small, which takes a lot of time and money, so there is a problem in that the efficiency of the production process is greatly reduced.

또한, 기존의 전자빔 조사 장치는, 일반적으로 평면형 스테이지로 구성되어 있어, 전자빔 조사 영역으로 이동 또는 복귀하는 방식으로만 작동하므로, 원통형 보빈에 감긴 PCS 섬유 상에 전자빔을 균일하게 조사하는 것은 매우 어렵다. 또한, 기존의 전자빔 조사 장치에서는, PCS 섬유를 단섬유로 자른 후 얇게 펴서 수십 차례 반복하여 전자빔을 조사하는 경우가 많은데, 이러한 경우 시간이 많이 소요되며 작업 공정이 번거로운 문제가 있다. In addition, since the conventional electron beam irradiation apparatus is generally composed of a planar stage and operates only in a manner of moving or returning to the electron beam irradiation area, it is very difficult to uniformly irradiate the electron beam on the PCS fiber wound on the cylindrical bobbin. In addition, in the conventional electron beam irradiation apparatus, there are many cases where the PCS fiber is cut into short fibers, then thinly spread and repeatedly irradiated with the electron beam dozens of times.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 PCS 섬유를 안정적이고 효율적으로 큐어링하기 위한 전자빔 조사 장치 및 조사 방법을 제공하는 것이다. 또한, PCS 섬유의 표면뿐 아니라 내부까지도 큐어링(안정화)이 제대로 이루어지도록 하는 PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치 및 조사 방법을 제공하기 위한 것이다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The present invention is to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an electron beam irradiation apparatus and an irradiation method for stably and efficiently curing PCS fibers. In addition, an object of the present invention is to provide an electron beam irradiation device and an irradiation method for curing PCS fibers so that curing (stabilization) of the inside as well as the surface of the PCS fibers is properly performed. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치는, 서로 이격되어 배치되며 PCS 섬유가 권취되는 한 쌍의 보빈 및 상기 한 쌍의 보빈을 향하여 전자빔을 조사하는 적어도 하나의 전자빔 조사부를 포함하며, 상기 한 쌍의 보빈은 각각 회전 가능하며, 상기 전자빔 조사부로부터 조사된 전자빔은 PCS 섬유의 내부로 조사 가능하다.An electron beam irradiation apparatus for curing PCS fibers according to an embodiment of the present invention includes a pair of bobbins arranged spaced apart from each other and on which PCS fibers are wound, and at least one electron beam irradiation unit for irradiating electron beams toward the pair of bobbins. and the pair of bobbins are each rotatable, and the electron beam irradiated from the electron beam irradiator can be irradiated into the interior of the PCS fiber.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치에서, PCS 섬유는 한 쌍의 보빈을 이루는 제1 보빈과 제2 보빈의 각각의 외주면 일부에 권취될 수 있다.In addition, in the electron beam irradiation apparatus for curing PCS fibers according to an embodiment of the present invention, the PCS fibers may be wound around a portion of each of the outer peripheral surfaces of the first bobbin and the second bobbin constituting a pair of bobbins.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치는, 상기 한 쌍의 보빈의 제1 보빈과 상기 제2 보빈 사이에 배치되는 반사판을 포함할 수 있다.In addition, the electron beam irradiation apparatus for curing PCS fibers according to an embodiment of the present invention may include a reflector disposed between the first bobbin and the second bobbin of the pair of bobbins.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치에서, 상기 전자빔 조사부는 제1 전자빔 조사부 및 제2 전자빔 조사부로 이루어지며, 상기 제1 전자빔 조사부 및 상기 제2 전자빔 조사부는 대향하며 전자빔을 조사할 수 있다.In addition, in the electron beam irradiation apparatus for curing PCS fiber according to an embodiment of the present invention, the electron beam irradiation unit includes a first electron beam irradiation unit and a second electron beam irradiation unit, and the first electron beam irradiation unit and the second electron beam irradiation unit face each other An electron beam can be irradiated.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치는, 상기 한 쌍의 보빈을 수용하는 하우징을 포함할 수 있다.In addition, the electron beam irradiation apparatus for curing PCS fibers according to an embodiment of the present invention may include a housing for accommodating the pair of bobbins.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치에서, 불활성 분위기 형성을 위한 유입부 및 배출부를 포함할 수 있다.In addition, in the electron beam irradiation apparatus for curing PCS fibers according to an embodiment of the present invention, an inlet and an outlet for forming an inert atmosphere may be included.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치에서, 상기 유입부 및 배출부를 통해, 헬륨이 유입 및 배출될 수 있다.In addition, in the electron beam irradiation apparatus for curing PCS fibers according to an embodiment of the present invention, helium may be introduced and discharged through the inlet and the outlet.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치에서, 상기 전자빔 조사부는 4개로 구성되며, 상기 한 쌍의 보빈의 상하좌우에 배치될 수 있다.In addition, in the electron beam irradiation apparatus for curing PCS fibers according to an embodiment of the present invention, the electron beam irradiation unit is composed of four, and may be disposed on the upper, lower, left, and right sides of the pair of bobbins.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치는, 상기 한 쌍의 보빈의 제1 보빈(110)과 제2 보빈(120)을 연결하는 연결부재들을 포함하고, 상기 한 쌍의 보빈(110, 120)은 연결부재들(300)의 중심을 축으로 회전할 수 있다.In addition, the electron beam irradiation apparatus for curing PCS fibers according to an embodiment of the present invention includes connecting members connecting the first bobbin 110 and the second bobbin 120 of the pair of bobbins, and the pair of of the bobbins 110 and 120 may rotate about the center of the connecting members 300 as an axis.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 섬유의 큐어링을 위한 전자빔 조사 방법에 있어서, 소정의 공간을 두고 서로 이격되며 한 쌍을 이루는 권취부에 PCS 섬유를 권취하는 단계; 상기 권취부를 향해 전자빔을 조사하는 단계; 및 상기 소정의 공간에 배치되는 반사판에 의해 반사된 전자빔이 PCS 섬유 내부를 조사하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, in the electron beam irradiation method for curing PCS fibers according to an embodiment of the present invention, the steps of winding the PCS fibers in a pair of windings spaced apart from each other with a predetermined space; irradiating an electron beam toward the winding unit; and irradiating the inside of the PCS fiber with the electron beam reflected by the reflector disposed in the predetermined space.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 섬유의 큐어링을 위한 전자빔 조사 방법에 있어서, PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치를 이용할 수 있다.In addition, in the electron beam irradiation method for curing PCS fibers according to an embodiment of the present invention, an electron beam irradiation apparatus for curing PCS fibers may be used.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전자빔 조사 장치 및 조사 방법은, PCS 섬유의 내부까지도 큐어링(안정화)이 균일하게 이루어지도록 하여, 최종적으로 물성 좋은 SiC 섬유를 얻을 수 있다. 또한, PCS 섬유의 큐어링(불융화) 공정에서의 안정화 시간 및 비용을 절감하여, SiC 제조 공정 효율을 향상시킬 수 있다. 물론, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention made as described above, in the electron beam irradiation apparatus and irradiation method, curing (stabilization) is made uniformly even inside the PCS fiber, so that a SiC fiber having good physical properties can be finally obtained. In addition, it is possible to improve the efficiency of the SiC manufacturing process by reducing the stabilization time and cost in the curing (infusibility) process of the PCS fiber. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 큐어링(불융화) 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 종래기술을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치의 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치의 요부 사시도이다.
도 5는 연결부재를 포함하는 PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치의 개략적인 사시도이다.
도 6은 기존 제품을 적용한 경우의 실험 결과를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 개발 제품을 적용한 경우의 실험 결과를 도시한다.1 is a diagram schematically illustrating a curing (infusible) method.
2 is a diagram schematically illustrating the prior art.
3 is a schematic perspective view of an electron beam irradiation apparatus for curing PCS fibers according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view of an electron beam irradiation device for curing PCS fibers according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic perspective view of an electron beam irradiation device for curing PCS fibers including a connecting member.
6 shows the experimental results in the case of applying the existing product.
7 shows the experimental results when the developed product according to the present invention is applied.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시 예를 통하여 보다 분명해질 것이다. Objects, features and advantages of the present invention described above will become more apparent through the following examples in conjunction with the accompanying drawings.

이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.The following specific structural or functional descriptions are only exemplified for the purpose of describing embodiments according to the concept of the present invention, and embodiments according to the concept of the present invention may be implemented in various forms and described in the present specification or application. It should not be construed as being limited to the embodiments.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들은 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the embodiment according to the concept of the present invention may have various changes and may have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the present specification or application. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다. Terms such as first and/or second may be used to describe various elements, but the elements are not limited to the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one element from other elements, for example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be called a second element, and similar For example, the second component may also be referred to as the first component.

어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어 있다"거나 "접속되어 있다"고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어 있다"거나 또는 "직접 접속되어 있다"고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "∼사이에"와 "바로 ∼사이에" 또는 "∼에 인접하는"과 "∼에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in between. will have to be understood On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that no other element is present in the middle. Other expressions for describing the relationship between elements, that is, expressions such as "between" and "immediately between" or "adjacent to" and "directly adjacent to", should be interpreted similarly.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. As used herein, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that the described feature, number, step, action, component, part, or combination thereof is present, and includes one or more other features or numbers, It should be understood that the possibility of the presence or addition of steps, operations, components, parts or combinations thereof is not precluded in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present specification. does not

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in each figure indicate like elements.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치의 개략적인 사시도이며, 도 4(a)는 도 3의 전자빔 조사 장치에서의 제1 보빈, 제2 보빈 및 반사판의 개략적인 사시도이며, 도 4(b)는 도 3의 전자빔 조사 장치에 의한 큐어링 과정을 나타내는 도면이다.3 is a schematic perspective view of an electron beam irradiation device for curing PCS fibers according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is a perspective view, and FIG. 4( b ) is a view showing a curing process by the electron beam irradiation apparatus of FIG. 3 .

일반적으로, 폴리카보실란(PCS)를 용융 방사 또는 전기 방사하여 섬유상으로 만드는 방사 공정을 거친 후, 방사된 PCS 섬유를 열 가소성 폴리머에서 열 경화성 폴리머로 전환하기 위한 큐어링(불융화) 공정을 거친 다음, 큐어링된 PCS 섬유를 고온에서 열 처리하여, 최종적으로 실리콘카바이드(SiC) 섬유를 얻는다. 큐어링 방법으로는, 열산화 큐어링 방법과 전자빔 큐어링 방법으로 나뉠 수 있다. In general, polycarbosilane (PCS) is melt-spinning or electrospinning to go through a spinning process to make it fibrous, and then the spun PCS fiber is subjected to a curing (infusible) process to convert it from a thermoplastic polymer to a thermosetting polymer. Next, the cured PCS fiber is heat-treated at a high temperature to finally obtain a silicon carbide (SiC) fiber. The curing method may be divided into a thermal oxidation curing method and an electron beam curing method.

열산화 큐어링 방법은 산소가 PCS 섬유 표면에 존재하는 폴리머 분자의 결합 중, 예를 들어, Si-H 결합과 Si-CH3 결합을 끊고 Si-O-Si, Si-O-CH2-Si 결합을 형성하게 되는데, 이 과정에서 각 분자간의 가교가 일어난다. 그러나, 이러한 열산화 큐어링 방법은 큐어링(안정화)에 장시간을 필요로 하며, 안정화 중 가교에 의해 혼입되는 산소가 약 1200℃ 이상의 고온에서 안정하게 있지 못하고 다시 분해되기 때문에 SiC 섬유의 고온 물성을 크게 떨어뜨리는 단점이 있다. 전자빔 큐어링 방법은 전자빔을 PCS 섬유에 조사하여 표면의 분자 간 결합들이 끊어져 라디칼을 형성하게 한다. 이러한 라디칼은 대기 중에서 안정한 상태가 아니므로 다시 서로 결합하여 안정한 상태로 돌아가려는 경향이 있는데, 이러한 재결합 과정에서 폴리머 분자 간의 가교를 형성하게 된다. 이러한 전자빔 큐어링 방법은 산소의 혼입이 없이 약 1600℃ 이상에서 열 처리가 가능하므로 우수한 물성을 가지는 SiC 섬유를 얻을 수 있다. In the thermal oxidation curing method, oxygen breaks the bonds of polymer molecules present on the surface of the PCS fiber, for example, Si-H bonds and Si-CH 3 bonds, and Si-O-Si, Si-O-CH 2 -Si A bond is formed, and in this process, cross-linking between molecules occurs. However, this thermal oxidation curing method requires a long period of time for curing (stabilization), and since oxygen incorporated by crosslinking during stabilization is not stable at a high temperature of about 1200° C. or higher and is decomposed again, the high temperature properties of SiC fibers There is a big downside. In the electron beam curing method, an electron beam is irradiated to the PCS fiber to break intermolecular bonds on the surface to form radicals. Since these radicals are not in a stable state in the atmosphere, they tend to bind to each other and return to a stable state. During this recombination process, crosslinks between polymer molecules are formed. In this electron beam curing method, since heat treatment is possible at about 1600° C. or higher without mixing of oxygen, SiC fibers having excellent physical properties can be obtained.

본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치(100)는 PCS 섬유가 권취되는 한 쌍의 보빈(110, 120) 및 전자빔 조사부(140)를 구비할 수 있다. 본 발명은 SiC 섬유 제조를 위한 PCS 섬유의 큐어링 공정에 관한 장치 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로 PCS 섬유의 큐어링을 위한 전자빔 조사 장치 및 방법에 관한 것이다. The electron beam irradiation apparatus 100 for curing PCS fibers according to an embodiment of the present invention may include a pair of bobbins 110 and 120 on which the PCS fibers are wound and the electron beam irradiation unit 140 . The present invention relates to an apparatus and method for a curing process of PCS fibers for manufacturing SiC fibers, and more particularly, to an electron beam irradiation apparatus and method for curing PCS fibers.

용융 방사 또는 전기 방사로 인해, 덩어리 형상의 PCS는 원사인 PCS 섬유로 전환될 수 있다. 방사된 PCS 섬유는 보빈 등에 권취되어 섬유 다발로서 형성될 수 있다. 본 발명에 따르면, 예를 들어, 5 내지 50 μm 사이즈의 PCS 섬유가 보빈에 감겨 섬유 다발을 형성할 수 있다. Due to melt spinning or electrospinning, PCS in the shape of a lump can be converted into PCS fibers, which are yarns. The spun PCS fiber may be wound on a bobbin or the like to form a fiber bundle. According to the present invention, for example, PCS fibers having a size of 5 to 50 μm may be wound on a bobbin to form a fiber bundle.

상기 한 쌍의 보빈(또는 권취부)은 제1 보빈(110) 및 제2 보빈(120)을 구성될 수 있다. 제1 보빈(110) 및 제2 보빈(120)은 서로 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 또한, PCS 섬유는 제1 보빈(110)과 제2 보빈(120)의 외주면 일부에 권취될 수 있다. 한편, 상기 제1 보빈(110) 및 제2 보빈(120)은 각각 회전 가능하다. 상기 제1 보빈(110) 및 제2 보빈(120)의 회전을 위해, 구동부 및/또는 제어부(도시되지 않음)가 별도로 구비될 수 있다. The pair of bobbins (or winding units) may constitute the first bobbin 110 and the second bobbin 120 . The first bobbin 110 and the second bobbin 120 may be disposed to be spaced apart from each other by a predetermined interval. In addition, the PCS fiber may be wound around a portion of the outer peripheral surfaces of the first bobbin 110 and the second bobbin 120 . Meanwhile, the first bobbin 110 and the second bobbin 120 are each rotatable. For rotation of the first bobbin 110 and the second bobbin 120, a driving unit and/or a control unit (not shown) may be separately provided.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래에는 PCS 섬유가 단일의 보빈에 권취되어 있어 큐어링을 위해 전자빔을 장시간 조사해야 하며 장시간 조사한 경우에도 섬유의 내부까지 큐어링이 제대로 이루어지지 않는 문제가 있었다. 이에 비하여, 본 발명에 따른 PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치(100)에서, 방사된 PCS 섬유는 이중으로 구성된 제1 보빈(110) 및 제2 보빈(120)에 권취되므로, 한 번에 처리되는 PCS 섬유의 양이 늘어나게 되고, 이에 의해 큐어링 공정 시간을 단축할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 제1 보빈(110)과 제2 보빈(120)은 서로 이격되어 배치되며 각각 회전하므로, 제1 보빈(110)과 제2 보빈(120)에 권취되는 PCS 섬유는 지속적으로 전자빔을 조사받게 되며, 표면뿐 아니라 내부까지도 전자빔을 조사받을 수 있다. 결국, PCS 섬유는 전체적으로 균일하게 큐어링될 수 있다. 즉, PCS 섬유를 다발로 화학처리(큐어링) 하는 동안 표면, 내부 등 위치 별 열 경화성으로 전환되는 정도의 차이가 발생하여 SiC 섬유의 품질이 저하되는 문제를 해결할 수 있다.As shown in FIG. 2 , in the related art, since the PCS fiber is wound on a single bobbin, the electron beam must be irradiated for a long time for curing, and even when irradiated for a long time, there is a problem that curing is not performed properly to the inside of the fiber. On the other hand, in the electron beam irradiation apparatus 100 for curing PCS fibers according to the present invention, the spun PCS fibers are wound around the first bobbin 110 and the second bobbin 120 configured as a double, so that the PCS processed at one time The amount of fibers is increased, thereby shortening the curing process time. In addition, according to the present invention, since the first bobbin 110 and the second bobbin 120 are spaced apart from each other and rotated, respectively, the PCS fibers wound around the first bobbin 110 and the second bobbin 120 are continuously is irradiated with an electron beam, and not only the surface but also the inside can be irradiated with the electron beam. As a result, the PCS fibers can be cured uniformly throughout. That is, during chemical treatment (curing) of PCS fibers into bundles, there is a difference in the degree of conversion to thermosetting for each location, such as the surface and the inside, thereby solving the problem of deterioration of the quality of SiC fibers.

한편, 기존의 전자빔 조사 장치는 일 방향으로 이동 및/또는 원래 자리로 복귀하는 방식으로만 작동하므로 전자빔이 균일하게 조사되지 않는다. 또한, 전자빔의 균일한 조사를 위해서는 단섬유로 자른 후 얇게 펴서 수십 차례 반복하여 조사해야 하므로 장섬유의 SiC 섬유를 얻을 수 없고 PCS 섬유가 단선 내지 손상되는 등의 문제가 발생한다. 그러나, 본 발명에 따르면, PCS 섬유는 서로 이격되어 배치되는 한 쌍의 보빈(110, 120)에 권취되어 회전하므로 PCS 섬유 전체에 전자빔이 균일하게 조사되며, PCS 섬유 상에 전자빔을 더 받고, 덜 받는 부분이 발생하여 큐어링 정도의 차이가 발생하는 문제를 최소화할 수 있다. 또한, PCS 섬유를 단섬유로 자르는 과정 없이도 전자빔의 균일한 조사가 가능하므로, PCS 섬유의 단선 내지 손상의 문제를 방지할 수 있으며, 우수한 물성을 가지는 고품질의 SiC 섬유를 얻을 수 있다.On the other hand, since the conventional electron beam irradiation apparatus operates only in a manner of moving in one direction and/or returning to an original position, the electron beam is not uniformly irradiated. In addition, in order to uniformly irradiate the electron beam, the long-fiber SiC fiber cannot be obtained and the PCS fiber is broken or damaged because it is cut into short fibers and then thinly spread and irradiated dozens of times. However, according to the present invention, since the PCS fiber is wound and rotated on a pair of bobbins 110 and 120 that are spaced apart from each other, the electron beam is uniformly irradiated to the entire PCS fiber, receives more electron beams on the PCS fiber, and less It is possible to minimize the problem of the difference in curing degree due to the occurrence of the receiving part. In addition, since the electron beam can be uniformly irradiated without the process of cutting the PCS fiber into short fibers, the problem of disconnection or damage of the PCS fiber can be prevented, and high-quality SiC fibers having excellent physical properties can be obtained.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치(100)는, 상기 제1 보빈(110) 및 제2 보빈(120)을 연결하는 연결부재(300)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 연결부재(300)은 제1 보빈(110)의 축(A)과 제2 보빈(120)의 축(B)을 연결할 수 있다. 또한, 상기 연결부재(300)의 중심을 축으로 회전시킴으로써, 서로 이격되어 배치되는 제1 보빈(110)과 제2 보빈(120)이 동일한 속도로 회전하며, 방사된 PCS 섬유가 상기 제1 보빈(110)과 상기 제2 보빈(120)에 권취될 수 있다. 또한, 예를 들어, PCS 섬유의 권취 과정에서, 도 5(a)에 도시된 바와 같이, 연결부재(300)를 통해 한쌍의 보빈(110, 120)이 함께 회전하면서 PCS 섬유가 권취될 수 있다. 이를 통해, PCS 섬유는 제1 보빈(110)과 제2 보빈(120) 각각에 권취되는 것이 아니라 한번에 권취될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 방식으로 권취될 수 있다. 또한, 상기 연결부재(300)의 회전을 위해, 별도의 손잡이(400)가 선택적으로 구비될 수도 있다.As shown in FIG. 5 , the electron beam irradiation apparatus 100 for curing PCS fibers according to an embodiment of the present invention includes a connection member 300 for connecting the first bobbin 110 and the second bobbin 120 . may further include. For example, the connecting member 300 may connect the shaft A of the first bobbin 110 and the shaft B of the second bobbin 120 . In addition, by rotating the center of the connecting member 300 as an axis, the first bobbin 110 and the second bobbin 120 spaced apart from each other rotate at the same speed, and the spun PCS fiber is the first bobbin. It may be wound around 110 and the second bobbin 120 . Also, for example, during the winding process of the PCS fiber, as shown in FIG. . Through this, the PCS fiber may be wound at once instead of being wound on each of the first bobbin 110 and the second bobbin 120 . However, the present invention is not limited thereto and may be wound in various ways. In addition, for the rotation of the connecting member 300, a separate handle 400 may be optionally provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치(100)에서, 한 쌍의 보빈의 제1 보빈(110)과 제2 보빈(120) 사이에 반사판(130)이 배치될 수 있다. 도 3 및 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 반사판(130)은 전자빔 조사부(140, 150)로부터 조사되는 전자빔(141, 151)을 반사시킬 수 있으며, 이에 의해 반사되는 전자빔(131)은 보빈(110, 120)에 감긴 PCS 섬유의 내부(200)에까지 효과적으로 조사될 수 있다. 따라서, 장시간 전자빔을 조사하더라도 보빈에 감겨진 PCS 섬유의 내부 쪽은 큐어링이 제대로 되지 않는 종래의 기술적 문제를 해결할 수 있다. 또한, 상기 반사판(130)은 금속 재질로 이루어지는 것이 바람직 하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 전자빔을 반사시켜 PCS 섬유에 조사할 수 있는 재질이면 충분하다.According to an embodiment of the present invention, in the electron beam irradiation apparatus 100 for curing PCS fibers, the reflector 130 may be disposed between the first bobbin 110 and the second bobbin 120 of a pair of bobbins. . 3 and 4 (b), the reflecting plate 130 may reflect the electron beams 141 and 151 irradiated from the electron beam irradiator 140, 150, and the electron beam 131 reflected thereby Even the inside 200 of the PCS fiber wound around the bobbins 110 and 120 can be effectively irradiated. Therefore, even if the electron beam is irradiated for a long time, it is possible to solve the conventional technical problem that curing is not performed properly on the inner side of the PCS fiber wound on the bobbin. In addition, the reflection plate 130 is preferably made of a metal material, but is not limited thereto, and any material capable of reflecting an electron beam and irradiating the PCS fiber is sufficient.

또한, 본 발명에 따른 PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치(100)에서, 전자빔 조사부는 상기 제1 보빈(110) 및 제2 보빈(120)을 향하여 전자빔을 조사할 수 있다. 상기 전자빔 조사부는 적어도 하나 이상 구비될 수 있으며, 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 제1 전자빔 조사부(140) 및 제2 전자빔 조사부(150)로 이루어질 수 있다. 상기 제1 전자빔 조사부(140) 및 제2 전자빔 조사부(150)는 대향하며 전자빔을 조사할 수 있다. 종래의 하나로 구성되는 전자빔 조사부에 비하여, 본 발명에 따른 2개로 구성되는 전자빔 조사부(140, 150)는, 예를 들어, 제1 보빈(110)과 제2 보빈(120)의 양측에 각각 위치하여 서로 마주보며 전자빔을 조사하므로 전자빔 조사 효율(irradiation efficiency)이 상승될 수 있다. 한편, 상기 전자빔 조사부는 2개로 구성되는 전자빔 조사부(140, 150)에 한정되는 것은 아니며, 다양한 개수로 구성될 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 전자빔 조사부는 4개로 구성되며, 상기 제1 보빈(110) 및 제2 보빈(120)의 상하좌우에 배치될 수도 있다. In addition, in the electron beam irradiator 100 for curing PCS fibers according to the present invention, the electron beam irradiator may irradiate the electron beam toward the first bobbin 110 and the second bobbin 120 . At least one electron beam irradiator may be provided, and as shown in FIGS. 3 and 4 , it may be composed of a first electron beam irradiator 140 and a second electron beam irradiator 150 . The first electron beam irradiator 140 and the second electron beam irradiator 150 may face each other and irradiate the electron beam. Compared to the conventional electron beam irradiator composed of one, the electron beam irradiator 140 and 150 composed of two according to the present invention are, for example, located on both sides of the first bobbin 110 and the second bobbin 120, respectively. Since the electron beams are irradiated while facing each other, electron beam irradiation efficiency may be increased. Meanwhile, the electron beam irradiator is not limited to the two electron beam irradiators 140 and 150, and may be configured in various numbers. For example, the electron beam irradiator according to the present invention is composed of four, and may be disposed on the upper, lower, left, and right sides of the first bobbin 110 and the second bobbin 120 .

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(180)을 더 포함할 수 있다. 상기 하우징(180)은 상기 한 쌍의 보빈(110, 120)을 수용할 수 있다. 또한, 상기 하우징(180)의 양 측면에 제1 전자빔 조사부(140) 및 제2 전자빔 조사부(150)을 각각 장착할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 전자빔 조사부(140, 150)가 대향하며 PCS 섬유를 조사할 수 있는 위치에 장착되면 충분하다. 또한, 예를 들어, 큐어링 공정 시, 상기 하우징(180)은 밀폐되며, 그 내부에는 불활성 분위기가 형성될 수 있다. 일반적으로, 기존의 전자빔 조사 장치는 대형의 복잡한 설비로 구성되어 있는 반면, 본 발명의 따른 전자빔 조사 장치(100)는 단일의 하우징(180)에 제1 보빈(110), 제2 보빈(120) 및 반사판(130)을 수납함으로써 컴팩트하게 구성될 수 있다. Meanwhile, the electron beam irradiation apparatus 100 for curing PCS fibers according to an embodiment of the present invention may further include a housing 180 as shown in FIG. 3 . The housing 180 may accommodate the pair of bobbins 110 and 120 . In addition, the first electron beam irradiator 140 and the second electron beam irradiator 150 may be mounted on both sides of the housing 180 , respectively. However, the present invention is not limited thereto, and it is sufficient if the electron beam irradiating units 140 and 150 face each other and mounted at a position capable of irradiating the PCS fiber. Also, for example, during the curing process, the housing 180 is sealed, and an inert atmosphere may be formed therein. In general, the conventional electron beam irradiation apparatus is composed of large and complex equipment, whereas the electron beam irradiation apparatus 100 according to the present invention is a first bobbin 110 and a second bobbin 120 in a single housing 180 . And by accommodating the reflector 130 can be configured compactly.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치(100)는, 불활성 분위기 형성을 위해 유입부(160) 및 배출부(170)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 하우징(180) 내부의 불활성 분위기 조성을 위하여, 하우징(180)에 유입부(160) 및 배출부(170)가 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. "불활성 분위기"란 화학 반응이 일어나기 어려운 분위기를 말하는데, 전자빔 큐어링 공정에서 PCS 섬유의 산소 함량을 줄이고 내열성을 향상을 위해 불활성 분위기를 조성할 수 있다. As shown in FIG. 3 , the electron beam irradiation apparatus 100 for curing PCS fibers according to an embodiment of the present invention may include an inlet 160 and an outlet 170 to form an inert atmosphere. For example, in order to create an inert atmosphere inside the housing 180 , an inlet 160 and an outlet 170 may be formed in the housing 180 . However, the present invention is not limited thereto. The "inert atmosphere" refers to an atmosphere in which a chemical reaction is unlikely to occur. In the electron beam curing process, an inert atmosphere can be created to reduce the oxygen content of PCS fibers and improve heat resistance.

이러한 불활성 분위기 조성을 위해, 예를 들어, 도 3에 기재된 바와 같이, 예를 들어, 헬륨(He) 또는 아르곤(Ar)이 상기 유입부(160) 또는 배출부(170)를 통해 유입 및/또는 배출될 수 있다. 다만, 불활성 분위기 조성을 위한 기체는 이에 한정되지 않으며, 다양한 불활성 기체가 사용될 수 있다.For this inert atmosphere composition, for example, as described in FIG. 3 , for example, helium (He) or argon (Ar) is introduced and/or discharged through the inlet 160 or the outlet 170 . can be However, the gas for the composition of the inert atmosphere is not limited thereto, and various inert gases may be used.

도 6은 기존의 전자빔 조사 장치(예컨대, 도 2(a)에 도시된 장치)를 이용한 실험에서 얻은 SiC 섬유를 나타내며; 도 7은 본 발명에 따른 전자빔 조사 장치(100)를 이용한 실험에서 얻은 SiC 섬유를 나타낸다. 이하, 도 6 및 도 7과 관련된 실험에 대해 자세하게 설명한다. Fig. 6 shows a SiC fiber obtained in an experiment using a conventional electron beam irradiation apparatus (eg, the apparatus shown in Fig. 2(a)); 7 shows a SiC fiber obtained in an experiment using the electron beam irradiation apparatus 100 according to the present invention. Hereinafter, experiments related to FIGS. 6 and 7 will be described in detail.

도 6과 관련된 실험 과정은 다음과 같다. 평균분자량이 약 3500 Mw인 폴리카보실란(PCS)을 약 260℃에서 약 1시간 유지한 후 용융 방사한다. 그 후, 용융 방사된 PCS 섬유를 단일의 원통형 보빈에 권취한다. 그 후, 예를 들어, 도 2(a)에 도시된 바와 같이, PCS 섬유 다발이 두껍게 감긴 보빈을 전자빔 조사 장치의 전자빔 조사 영역에 위치시킨다. 그 후, 헬륨 기체를 주입하여 불활성 분위기를 형성하고, 상기 보빈을 약 10rpm 정도로 회전시키며, 상기 보빈에 약 2 MeV의 전자빔을 조사한다. 이러한 큐어링 공정 후, 큐어링된 PCS 섬유를 약 1200 ℃에서 약 1시간 열 처리하여 최종적으로 SiC를 얻는다. 도 6에 도시된 바와 같이, 기존의 전자빔 조사 장치를 이용한 경우, 실험을 통해 최종적으로 얻은 SiC의 섬유 다발은 부분적 또는 전체적으로 융착되어 섬유 형태를 상실하였음을 알 수 있다.The experimental process related to FIG. 6 is as follows. Polycarbosilane (PCS) having an average molecular weight of about 3500 Mw is maintained at about 260° C. for about 1 hour and then melt-spun. The melt-spun PCS fibers are then wound on a single cylindrical bobbin. Thereafter, for example, as shown in Fig. 2(a), a bobbin on which a PCS fiber bundle is thickly wound is placed in the electron beam irradiation area of the electron beam irradiation apparatus. Thereafter, helium gas is injected to form an inert atmosphere, the bobbin is rotated at about 10 rpm, and an electron beam of about 2 MeV is irradiated to the bobbin. After this curing process, the cured PCS fiber is heat-treated at about 1200° C. for about 1 hour to finally obtain SiC. As shown in FIG. 6 , when using the conventional electron beam irradiation device, it can be seen that the fiber bundle of SiC finally obtained through the experiment was partially or completely fused to lose the fiber shape.

또한, 도 7과 관련된 실험은, 큐어링 공정을 빼고는 도 6에서의 실험과 동일한 조건 하에서 이루어진다. 평균분자량이 약 3500 Mw인 폴리카보실란(PCS)을 약 260℃에서 약 1시간 유지한 후 용융 방사한다. 그 후, 용융 방사된 PCS 섬유를 서로 이격된 한 쌍의 원통형 보빈(110, 120)에 권취한다. 그 후, 헬륨 기체를 주입하여 불활성 분위기를 형성하고, 상기 한 쌍의 보빈(110, 120)을 약 10rpm 정도로 회전시키며, 상기 한 쌍의 보빈(110, 120)에 약 2 MeV의 전자빔을 조사하며 큐어링한다. 이러한 큐어링 공정 후, 큐어링된 PCS 섬유를 약 1200 ℃에서 약 1시간 열 처리하여 최종적으로 SiC를 얻는다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전자빔 조사 장치(100)를 이용한 경우, 실험을 통해 최종적으로 얻은 SiC 섬유 다발은 섬유 형태를 안정적으로 형성하였음을 알 수 있다. 따라서, 상기 두 실험 결과를 비교한 결과, 본 발명에 따른 전자빔 조사 장치(100)는, 종래 기술에 비하여, PCS 섬유에 대한 균일한 큐어링이 가능하며, 이에 따라 고품질의 SiC 섬유를 얻을 수 있다.In addition, the experiment related to FIG. 7 is performed under the same conditions as the experiment in FIG. 6 except for the curing process. Polycarbosilane (PCS) having an average molecular weight of about 3500 Mw is maintained at about 260° C. for about 1 hour and then melt-spun. Thereafter, the melt-spun PCS fibers are wound around a pair of cylindrical bobbins 110 and 120 spaced apart from each other. Thereafter, helium gas is injected to form an inert atmosphere, the pair of bobbins 110 and 120 are rotated at about 10 rpm, and the pair of bobbins 110 and 120 are irradiated with an electron beam of about 2 MeV, Cure After this curing process, the cured PCS fiber is heat-treated at about 1200° C. for about 1 hour to finally obtain SiC. As shown in FIG. 7 , when the electron beam irradiation apparatus 100 according to the present invention is used, it can be seen that the SiC fiber bundle finally obtained through the experiment has a stable fiber shape. Therefore, as a result of comparing the two experimental results, the electron beam irradiation apparatus 100 according to the present invention enables uniform curing of PCS fibers, and thus high-quality SiC fibers can be obtained compared to the prior art. .

이어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치(100)에 따른 전자빔 조사 방법 및 SiC 제조 과정에 대하여 설명한다. Next, an electron beam irradiation method and a SiC manufacturing process according to the electron beam irradiation apparatus 100 for curing PCS fibers according to an embodiment of the present invention will be described.

PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치(100)에 따른 전자빔 조사 방법에 있어서, 상기 방법은 소정의 공간을 두고 서로 이격되며 한 쌍을 이루는 권취부(예컨대, 제1 보빈(110) 및 제2 보빈(120))에 PCS 섬유를 권취하는 단계; 상기 권취부를 향해 전자빔을 조사하는 단계; 및 상기 소정의 공간에 배치되는 반사판(130)에 의해 반사된 전자빔이 PCS 섬유 내부를 조사하는 단계를 포함할 수 있다.In the electron beam irradiation method according to the electron beam irradiation apparatus 100 for curing PCS fibers, the method is spaced apart from each other by a predetermined space and a pair of windings (eg, the first bobbin 110 and the second bobbin 120) )) winding the PCS fiber; irradiating an electron beam toward the winding part; and irradiating the inside of the PCS fiber with the electron beam reflected by the reflector 130 disposed in the predetermined space.

또한, 본 발명에 따른 전자빔 조사 장치 및 조사 방법에 의하여 SiC 섬유를 제조하는 과정은 구체적으로 다음과 같다. PCS는 용융 방사 또는 전기 방사로부터 PCS 섬유로 방사된다. 방사된 PCS 섬유 다발은 한 쌍의 제1 보빈(110) 및 제2 보빈(120)에 권취된다. 상기 제1 보빈(110) 및 제2 보빈(120)은 이격되어 배치되며 각각 회전 가능하다. 상기 제1 보빈(110) 및 제2 보빈(120)의 양측에 각각 배치되는 제1 전자빔 조사부(140)및 제2 전자빔 조사부(150)는 대향하며 권취된 PCS 섬유 상에 전자빔을 조사한다. 전자빔 조사부(140, 150)로부터 조사되는 전자빔(141, 151)은 PCS 섬유 상에 직접적으로 조사되거나, 또는 제1 보빈(110)과 제2 보빈(120) 사이에 배치되는 반사판(130)에 의해 반사되어 상기 반사판(130)으로부터 반사된 전자빔(131)이 PCS 섬유를 조사하여 간접적으로 조사될 수 있다. 특히, 반사판(130)으로부터 반사된 전자빔(131)은 PCS 섬유의 내부를 효과적으로 조사할 수 있으므로, 균일한 전자빔 조사가 가능하게 된다. 전자빔 조사가 이루어지는 중에는, 예를 들어, 헬륨의 유입 및/또는 배출에 의해 불활성 분위기가 조성된다. 이러한 전자빔 조사에 의해 큐어링된 PCS 섬유를 열 처리한다. 열 처리 공정은 고분자 섬유인 PCS 섬유를 세라믹인 SiC 섬유로 전환하는 공정으로, 최소 약 1000℃ 이상의 고온에서 진행한다. 상기와 같은 과정들을 거쳐 전구체인 PCS는 SiC 섬유로 전환될 수 있다.In addition, the process of manufacturing the SiC fiber by the electron beam irradiation apparatus and the irradiation method according to the present invention is specifically as follows. PCS is spun into PCS fibers from melt spinning or electrospinning. The spun PCS fiber bundle is wound around a pair of first bobbins 110 and second bobbins 120 . The first bobbin 110 and the second bobbin 120 are spaced apart and rotatable, respectively. The first electron beam irradiator 140 and the second electron beam irradiator 150 respectively disposed on both sides of the first bobbin 110 and the second bobbin 120 face each other and irradiate an electron beam onto the wound PCS fiber. The electron beams 141 and 151 irradiated from the electron beam irradiation units 140 and 150 are directly irradiated on the PCS fiber, or by the reflector 130 disposed between the first bobbin 110 and the second bobbin 120 . The reflected electron beam 131 from the reflector 130 may be irradiated indirectly by irradiating the PCS fiber. In particular, since the electron beam 131 reflected from the reflector 130 can effectively irradiate the inside of the PCS fiber, uniform electron beam irradiation is possible. During electron beam irradiation, an inert atmosphere is created, for example, by inflow and/or exhaust of helium. PCS fibers cured by such electron beam irradiation are heat-treated. The heat treatment process is a process of converting PCS fibers, which are polymer fibers, into SiC fibers, which are ceramics, and is carried out at a high temperature of at least about 1000°C. Through the above processes, the precursor PCS can be converted into SiC fibers.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, which is only exemplary, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. will be. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

100 : PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치
110 : 제1 보빈
120 : 제2 보빈
130 : 반사판
140 : 제1 전자빔 조사부
150 : 제2 전자빔 조사부
160 : 유입부
170 : 배출부
180 : 하우징100: electron beam irradiation device for curing PCS fiber
110: first bobbin
120: second bobbin
130: reflector
140: first electron beam irradiation unit
150: second electron beam irradiation unit
160: inlet
170: discharge part
180: housing

Claims (11)

서로 이격되어 배치되며, PCS 섬유가 권취되는 원통형 바 형상의 한 쌍의 보빈(110, 120); 및
상기 한 쌍의 보빈(110, 120)을 향하여 전자빔을 조사하는 적어도 하나의 전자빔 조사부를 포함하며,
상기 한 쌍의 보빈(110, 120)은 상기 전자빔의 조사방향에 수직인 축을 중심으로 회전 가능하며,
상기 전자빔 조사부로부터 조사된 전자빔은 PCS 섬유의 내부로 조사 가능한
PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치.
A pair of bobbins (110, 120) spaced apart from each other and having a cylindrical bar shape on which PCS fibers are wound; and
at least one electron beam irradiator for irradiating an electron beam toward the pair of bobbins (110, 120);
The pair of bobbins 110 and 120 is rotatable about an axis perpendicular to the irradiation direction of the electron beam,
The electron beam irradiated from the electron beam irradiation unit can be irradiated into the interior of the PCS fiber.
Electron beam irradiation device for curing PCS fibers.
 제1항에 있어서,
PCS 섬유는 한 쌍의 보빈을 이루는 제1 보빈(110)과 제2 보빈(120)의 각각의 외주면 일부에 권취되는
PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치.
According to claim 1,
The PCS fiber is wound on a portion of the outer peripheral surface of each of the first bobbin 110 and the second bobbin 120 constituting a pair of bobbins.
Electron beam irradiation device for curing PCS fibers.
 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 한 쌍의 보빈의 제1 보빈(110)과 제2 보빈(120) 사이에 배치되는 반사판(130)을 포함하는
PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치.
3. The method of claim 1 or 2,
and a reflective plate 130 disposed between the first bobbin 110 and the second bobbin 120 of the pair of bobbins.
Electron beam irradiation device for curing PCS fibers.
 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전자빔 조사부는 제1 전자빔 조사부(140) 및 제2 전자빔 조사부(150)로 이루어지며,
상기 제1 전자빔 조사부(140) 및 상기 제2 전자빔 조사부(150)는 대향하며 전자빔을 조사하는,
PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치.
3. The method of claim 1 or 2,
The electron beam irradiator consists of a first electron beam irradiator 140 and a second electron beam irradiator 150,
The first electron beam irradiator 140 and the second electron beam irradiator 150 are opposite to each other and irradiate an electron beam,
Electron beam irradiation device for curing PCS fibers.
 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 한 쌍의 보빈(110, 120)을 수용하는 하우징(180)을 포함하는
PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치.
3. The method of claim 1 or 2,
and a housing 180 accommodating the pair of bobbins 110 and 120
Electron beam irradiation device for curing PCS fibers.
 제1항 또는 제2항에 있어서,
불활성 분위기 형성을 위한 유입부(160) 및 배출부(170)를 포함하는
PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치.
3. The method of claim 1 or 2,
Including an inlet 160 and an outlet 170 for forming an inert atmosphere
Electron beam irradiation device for curing PCS fibers.
 제6항에 있어서,
상기 유입부(160) 및 배출부(170)를 통해, 헬륨(He)이 유입 및 배출되는
PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치.
7. The method of claim 6,
Through the inlet 160 and the outlet 170, helium (He) is introduced and discharged
Electron beam irradiation device for curing PCS fibers.
 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전자빔 조사부는 4개로 구성되며, 상기 한 쌍의 보빈(110, 120)의 상하좌우에 배치되는
PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치.
3. The method of claim 1 or 2,
The electron beam irradiation unit is composed of four, and is disposed on the top, bottom, left and right of the pair of bobbins (110, 120).
Electron beam irradiation device for curing PCS fibers.
 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 한 쌍의 보빈의 제1 보빈(110)과 제2 보빈(120)을 연결하는 연결부재들(300)을 포함하고,
상기 한 쌍의 보빈(110, 120)은 연결부재들(300)의 중심을 축으로 회전하는
PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치.
3. The method of claim 1 or 2,
and connecting members 300 for connecting the first bobbin 110 and the second bobbin 120 of the pair of bobbins,
The pair of bobbins 110 and 120 rotate around the center of the connecting members 300 as an axis.
Electron beam irradiation device for curing PCS fibers.
 PCS 섬유의 큐어링을 위한 전자빔 조사 방법에 있어서,
소정의 공간을 두고 서로 이격되며 한 쌍을 이루는 원통형 바 형상의 권취부(110, 120)에 PCS 섬유를 권취하는 단계;
상기 권취부(110, 120)를 전자빔의 조사방향에 수직인 축을 중심으로 회전시키면서, 상기 권취부(110, 120)를 향해 전자빔을 조사하는 단계; 및
상기 소정의 공간에 배치되는 반사판(130)에 의해 반사된 전자빔이 PCS 섬유 내부를 조사하는 단계를 포함하는,
전자빔 조사 방법.
In the electron beam irradiation method for curing PCS fibers,
winding the PCS fibers in a pair of cylindrical bar-shaped windings 110 and 120 spaced apart from each other with a predetermined space;
irradiating the electron beam toward the winding unit 110, 120 while rotating the winding unit 110, 120 about an axis perpendicular to the electron beam irradiation direction; and
Including the step of irradiating the inside of the PCS fiber the electron beam reflected by the reflector 130 disposed in the predetermined space,
Electron beam irradiation method.
 제1항의 PCS 섬유 큐어링용 전자빔 조사 장치(100)를 이용하는
전자빔 조사 방법.
Using the electron beam irradiation device 100 for curing the PCS fiber of claim 1
Electron beam irradiation method.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200315897Y1 (en) * 2003-02-12 2003-06-12 (주)다보 device of drying using infrared rays
JP2016525593A (en) * 2013-07-09 2016-08-25 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Method and apparatus for crosslinking silicon carbide fiber precursor polymer
CN109457324A (en) * 2018-10-10 2019-03-12 中国人民解放军国防科技大学 Non-melting treatment device and method for high-activity refractory metal polymer fibers

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101161708B1 (en) * 2009-12-31 2012-07-03 웅진케미칼 주식회사 Uv protection structure

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200315897Y1 (en) * 2003-02-12 2003-06-12 (주)다보 device of drying using infrared rays
JP2016525593A (en) * 2013-07-09 2016-08-25 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Method and apparatus for crosslinking silicon carbide fiber precursor polymer
CN109457324A (en) * 2018-10-10 2019-03-12 中国人民解放军国防科技大学 Non-melting treatment device and method for high-activity refractory metal polymer fibers

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