KR102342310B1 - Method for preparing graphite sheet - Google Patents

Method for preparing graphite sheet Download PDF

Info

Publication number
KR102342310B1
KR102342310B1 KR1020190093796A KR20190093796A KR102342310B1 KR 102342310 B1 KR102342310 B1 KR 102342310B1 KR 1020190093796 A KR1020190093796 A KR 1020190093796A KR 20190093796 A KR20190093796 A KR 20190093796A KR 102342310 B1 KR102342310 B1 KR 102342310B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
graphite sheet
rolling
fiber
fiber base
producing
Prior art date
Application number
KR1020190093796A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20210015240A (en
Inventor
김완진
윤준영
백병운
Original Assignee
코오롱인더스트리 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 코오롱인더스트리 주식회사 filed Critical 코오롱인더스트리 주식회사
Priority to KR1020190093796A priority Critical patent/KR102342310B1/en
Priority to PCT/KR2020/010096 priority patent/WO2021020922A1/en
Priority to TW109125985A priority patent/TW202120775A/en
Publication of KR20210015240A publication Critical patent/KR20210015240A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102342310B1 publication Critical patent/KR102342310B1/en

Links

Images

Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H25/00After-treatment of paper not provided for in groups D21H17/00 - D21H23/00
    • D21H25/005Mechanical treatment
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H11/00Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only
    • D21H11/16Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only modified by a particular after-treatment
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H13/00Pulp or paper, comprising synthetic cellulose or non-cellulose fibres or web-forming material
    • D21H13/10Organic non-cellulose fibres
    • D21H13/20Organic non-cellulose fibres from macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H13/26Polyamides; Polyimides
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H13/00Pulp or paper, comprising synthetic cellulose or non-cellulose fibres or web-forming material
    • D21H13/36Inorganic fibres or flakes
    • D21H13/46Non-siliceous fibres, e.g. from metal oxides
    • D21H13/50Carbon fibres
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20Macromolecular organic compounds
    • D21H17/21Macromolecular organic compounds of natural origin; Derivatives thereof
    • D21H17/23Lignins
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20Macromolecular organic compounds
    • D21H17/33Synthetic macromolecular compounds
    • D21H17/34Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H17/35Polyalkenes, e.g. polystyrene
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20Macromolecular organic compounds
    • D21H17/33Synthetic macromolecular compounds
    • D21H17/46Synthetic macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H17/47Condensation polymers of aldehydes or ketones
    • D21H17/48Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20Macromolecular organic compounds
    • D21H17/33Synthetic macromolecular compounds
    • D21H17/46Synthetic macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H17/54Synthetic macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/63Inorganic compounds
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H25/00After-treatment of paper not provided for in groups D21H17/00 - D21H23/00
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H25/00After-treatment of paper not provided for in groups D21H17/00 - D21H23/00
    • D21H25/04Physical treatment, e.g. heating, irradiating
    • D21H25/06Physical treatment, e.g. heating, irradiating of impregnated or coated paper
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H27/00Special paper not otherwise provided for, e.g. made by multi-step processes
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H5/00Special paper or cardboard not otherwise provided for
    • D21H5/12Special paper or cardboard not otherwise provided for characterised by the use of special fibrous materials
    • D21H5/1272Special paper or cardboard not otherwise provided for characterised by the use of special fibrous materials of fibres which can be physically or chemically modified during or after web formation
    • D21H5/129Special paper or cardboard not otherwise provided for characterised by the use of special fibrous materials of fibres which can be physically or chemically modified during or after web formation by thermal treatment

Abstract

본 발명은 흑연 시트의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소 분율이 50 % 이상인 섬유를 포함하는 종이와 같은 3차원 섬유 기재를 전구체를 이용하고, 탄화 및 흑연화, 압연 공정을 진행함으로써 열전도도, 특히 수직방향의 열전도도가 향상된 흑연 시트를 제조할 수 있다.The present invention relates to a method for manufacturing a graphite sheet, and more particularly, a three-dimensional fiber substrate such as paper containing fibers having a carbon fraction of 50% or more using a precursor, and carbonization, graphitization, and rolling process are performed to conduct heat Also, it is possible to manufacture a graphite sheet having improved thermal conductivity in the vertical direction.

Description

흑연 시트의 제조방법{METHOD FOR PREPARING GRAPHITE SHEET}Manufacturing method of graphite sheet {METHOD FOR PREPARING GRAPHITE SHEET}

본 발명은 흑연 시트의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a graphite sheet.

최근 전자기기 고기능화, 고집적화, 경박단소화 되는 추세에 비추어 볼 때, 전자기기 구동시 발생하는 열을 효과적으로 방출하는 것은 필수적이다. 이를 위해 다양한 방열 소재들이 개발되고 있으며, 방열 패드, 방열 시트, 방열 도료 등의 형태로 적용되고 있다. 그 중 방열 시트는 흑연 시트(graphite sheet), 고분자-세라믹 복합시트, 다층코팅 금속박막 시트 등의 형태로 제작되고 있는데, 흑연 시트의 경우 경량(light weight)이고 박형(slim)이면서도 우수한 내열성, 내약품성, 고열 전도성을 가질 뿐만 아니라 특히, 열전도도가 구리 이상으로 매우 높아 여러 전자기기에 폭넓게 사용되고 있다.In light of the recent trend of electronic devices becoming highly functional, highly integrated, and lightweight, it is essential to effectively dissipate the heat generated during operation of electronic devices. To this end, various heat dissipation materials are being developed and applied in the form of heat dissipation pads, heat dissipation sheets, and heat dissipation paints. Among them, the heat dissipation sheet is produced in the form of graphite sheet, polymer-ceramic composite sheet, and multi-layer coated metal thin film sheet. In addition to chemical properties and high thermal conductivity, in particular, thermal conductivity is much higher than that of copper, so it is widely used in various electronic devices.

흑연 시트의 제조 방법의 예로서, 「익스팬드(팽창) 그라파이트법」이라고 불리는 방법이 있다. 이 방법에서는, 천연 그라파이트를 진한 황산과 진한 질산의 혼합액 등에 침지시킨 후 급격히 가열함으로써 인공적 그라파이트를 제조한다. 이후 팽창된 그라파이트는 세정에 의하여 산을 제거하고, 고압 프레스 혹은 롤(roll) 등에 의하여 필름 형상으로 가공된다. 그러나, 상기 방법을 통해 제조된 흑연 시트는 강도가 약하고, 다른 물리적 특성치도 우수하지 않으며, 또한 잔류 산의 영향이 우려되는 등의 문제점을 갖는다.As an example of the manufacturing method of a graphite sheet, there exists a method called "the expanded (expanded) graphite method." In this method, artificial graphite is prepared by immersing natural graphite in a mixed solution of concentrated sulfuric acid and concentrated nitric acid and then rapidly heating it. Then, the expanded graphite is removed from acid by washing, and processed into a film shape by a high-pressure press or roll. However, the graphite sheet manufactured through the above method has problems such as weak strength, poor other physical properties, and concerns about the influence of residual acids.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 고분자 필름을 직접 열처리하여 흑연화하는 고분자 흑연화법이 개발되었다. 구체적으로, 고분자 흑연화법은 흑연 시트용 전구체인 고분자 필름을 통상적으로 1,200 ~ 1,400 ℃의 온도에서 탄화시키는 공정과 최대 2,800 ℃의 온도에서 탄화처리된 흑연 시트용 전구체를 흑연화 시키는 공정을 차례로 실시하여 흑연 시트를 제조하는 방법이다. 이때 사용되는 고분자 필름으로는, 예를 들어 폴리옥사디아졸, 폴리이미드, 폴리페닐렌비닐렌, 폴리벤조이미다졸, 폴리벤조옥사졸, 폴리티아졸, 및 폴리아미드 필름 등을 들 수 있다. In order to solve this problem, a polymer graphitization method in which a polymer film is directly heat-treated to graphitize has been developed. Specifically, the polymer graphitization method is a process of carbonizing a polymer film, which is a precursor for a graphite sheet, usually at a temperature of 1,200 to 1,400 ℃, and a process of graphitizing a precursor for a graphite sheet that has been carbonized at a temperature of up to 2,800 ℃. A method for manufacturing a graphite sheet. Examples of the polymer film used at this time include polyoxadiazole, polyimide, polyphenylenevinylene, polybenzoimidazole, polybenzoxazole, polythiazole, and polyamide films.

이러한 고분자 흑연화법은, 종래의 익스팬드 그라파이트법과 비교하여 훨씬 간략한 방법으로, 본질적으로 산 등의 불순물의 혼입을 일으키지 않는 방법이고, 또한 단결정 흑연에 가까운 우수한 열전도성이나 전기전도성이 얻어진다는 특징이 있다.This polymer graphitization method is a much simpler method compared to the conventional expanded graphite method, is a method that essentially does not cause mixing of impurities such as acid, and has the characteristics of obtaining excellent thermal and electrical conductivity close to that of single crystal graphite. .

그러나, 이와 같은 고분자 흑연화법으로 제조된 흑연 시트는 수평방향의 열전도도(열확산율)은 높으나, 수직방향의 열전도도가 낮고, 고분자 필름으로 고가의 폴리이미드 필름을 사용함에 따라 제조비용이 비싸다는 단점이 있다.However, the graphite sheet produced by such a polymer graphitization method has high thermal conductivity (thermal diffusivity) in the horizontal direction, but low thermal conductivity in the vertical direction. There are disadvantages.

이러한 흑연 시트의 낮은 수직방향의 열전도성은 방열 소재로 적용시 충분한 성능을 확보할 수 없는 바, 이를 개선하기 위한 다양한 기술이 제안되었다.The low vertical thermal conductivity of the graphite sheet cannot secure sufficient performance when applied as a heat dissipation material, and various technologies have been proposed to improve it.

일례로, 대한민국 공개특허 제2017-0081874호는 흑연 시트의 전구체로 탄소나노튜브, 질화붕소 등의 열전도성 물질을 포함하는 폴리이미드 필름을 사용함으로써 흑연 시트의 수직방향의 열전도성을 향상시킬 수 있음을 개시하고 있다.As an example, Korean Patent Laid-Open No. 2017-0081874 discloses that by using a polyimide film including a thermally conductive material such as carbon nanotubes and boron nitride as a precursor of a graphite sheet, the thermal conductivity in the vertical direction of the graphite sheet can be improved. is starting

또한, 대한민국 등록특허 제1855281호는 수평 및 수직방향의 열전도성이 우수한 방열 시트의 제조방법으로 고분자, 탄화된 고분자 또는 흑연을 포함하는 코팅액으로 코팅된 기재를 열처리하여 제조된 흑연 시트를 타공한 후, 이의 일면 또는 양면을 금속으로 코팅하는 단계를 포함하는 방법을 개시하고 있다.In addition, Korean Patent No. 1855281 discloses a method for manufacturing a heat dissipation sheet with excellent horizontal and vertical thermal conductivity. After perforating a graphite sheet manufactured by heat-treating a substrate coated with a coating solution containing a polymer, a carbonized polymer, or graphite, , discloses a method comprising the step of coating one or both sides thereof with a metal.

이들 특허들은 열전도 특성이 우수한 물질을 첨가하거나 이를 이용하여 코팅층을 형성함으로써 흑연 시트의 수직방향의 열전도성을 어느 정도 개선하였으나 그 효과가 충분치 않다. 또한, 이들 특허에서 제시하는 방법은 고가의 폴리이미드 필름을 사용하거나 공정이 복잡하여 제조비용이 높다는 문제점이 있다. 따라서, 수평 및 수직방향의 열전도성이 모두 우수한 흑연 시트를 경제적으로 제조할 수 있는 흑연 시트의 제조방법의 개발이 더욱 필요한 실정이다.These patents improve the thermal conductivity of the graphite sheet in the vertical direction to some extent by adding a material having excellent thermal conductivity or forming a coating layer using the same, but the effect is not sufficient. In addition, the methods presented in these patents have a problem in that manufacturing costs are high because expensive polyimide films are used or the process is complicated. Therefore, there is a need for further development of a method for manufacturing a graphite sheet capable of economically manufacturing a graphite sheet having excellent thermal conductivity in both horizontal and vertical directions.

대한민국 공개특허 제2017-0081874호Republic of Korea Patent Publication No. 2017-0081874 대한민국 등록특허 제1855281호Republic of Korea Patent No. 1855281

이에 본 발명자들은 상기 문제를 해결하고자 다각적으로 연구를 수행한 결과, 흑연 시트의 제조시 전구체로 섬유 기재를 사용하고, 상기 섬유 기재에 열전도성 계면 물질을 함침시키고, 탄화 및 흑연화 전ㆍ후에 압연 공정을 수행하는 경우 최종 제조되는 흑연 시트의 수직방향의 열전도도가 향상되고, 유연성이 개선됨을 확인하여 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have conducted research from various angles to solve the above problem. As a result, a fiber base is used as a precursor in the manufacture of a graphite sheet, the fiber base is impregnated with a thermally conductive interface material, and rolled before and after carbonization and graphitization. In the case of performing the process, it was confirmed that the thermal conductivity in the vertical direction of the finally manufactured graphite sheet was improved, and the flexibility was improved, thereby completing the present invention.

따라서, 본 발명의 목적은 열전도도, 특히 수직방향의 열전도도가 향상된 흑연 시트를 간편하면서도 경제적으로 제조할 수 있는 흑연 시트의 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a graphite sheet that can easily and economically manufacture a graphite sheet having improved thermal conductivity, in particular, thermal conductivity in a vertical direction.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 (S1) 단섬유를 이용하여 섬유 기재를 제조하는 단계; (S2) 상기 (S1) 단계에서 얻은 섬유 기재에 열전도성 계면 물질을 함침시켜 복합 기재를 제조하는 단계; (S3) 상기 (S2) 단계에서 얻은 복합 기재를 열처리하여 탄화 및 흑연화시켜 흑연 시트를 제조하는 단계; 및 (S4) 상기 (S3) 단계에서 얻은 흑연 시트의 열전도도를 향상시키기 위해 압연하는 단계를 포함하는 흑연 시트의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of (S1) preparing a fiber base using a short fiber; (S2) preparing a composite substrate by impregnating the fiber substrate obtained in step (S1) with a thermally conductive interface material; (S3) heat-treating the composite substrate obtained in step (S2) to carbonize and graphitize to prepare a graphite sheet; And (S4) provides a method of manufacturing a graphite sheet comprising the step of rolling to improve the thermal conductivity of the graphite sheet obtained in step (S3).

본 발명에 따른 흑연 시트의 제조방법은 전구체로 고밀도 섬유 기재를 사용하고, 탄화 및 흑연화 후에 압연 공정을 진행함으로써 우수한 수직 및 수평방향의 열전도도를 갖는 흑연 시트를 제조할 수 있다. 또한, 전구체로 고가의 폴리이미드 고분자 필름을 사용하지 않기 때문에 제조비용이 절감되며, 이에 따라 제조공정의 경제성 및 생산성을 향상시킬 수 있다.In the method for manufacturing a graphite sheet according to the present invention, a graphite sheet having excellent vertical and horizontal thermal conductivity can be manufactured by using a high-density fiber substrate as a precursor and performing a rolling process after carbonization and graphitization. In addition, since an expensive polyimide polymer film is not used as a precursor, the manufacturing cost is reduced, and thus the economic feasibility and productivity of the manufacturing process can be improved.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 섬유 기재 표면의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 섬유 기재 단면의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지이다.
도 3은 본 발명의 실험예 2에 따른 섬유 기재 단면에 대한 압연 전과 후의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지이다.
도 4는 본 발명의 실험예 3에 따른 복합 기재의 단면의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실험예 4에 따른 복합 기재 단면에 대한 압연 후의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지이다.
도 6은 본 발명의 실험예 5에서 탄화 및 흑연화에 따른 흑연 시트의 표면에 주사 전자 현미경(SEM) 이미지이다.
1 is a scanning electron microscope (SEM) image of the surface of a fiber substrate according to Example 1 of the present invention.
2 is a scanning electron microscope (SEM) image of a cross-section of a fiber substrate according to Example 1 of the present invention.
3 is a scanning electron microscope (SEM) image before and after rolling of a cross section of a fiber substrate according to Experimental Example 2 of the present invention.
4 is a scanning electron microscope (SEM) image of a cross-section of a composite substrate according to Experimental Example 3 of the present invention.
5 is a scanning electron microscope (SEM) image of a cross-section of a composite substrate according to Experimental Example 4 of the present invention after rolling.
6 is a scanning electron microscope (SEM) image of the surface of the graphite sheet according to carbonization and graphitization in Experimental Example 5 of the present invention.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that there is, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, ‘포함하다’ 또는 ‘가지다’등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present invention are only used 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. In the present invention, terms such as 'comprising' or 'having' are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, and one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 발명에서 사용되고 있는 용어 흑연 시트의 “수평방향의 열전도도(열확산율)”이라는 용어는 흑연 시트의 평면상 길이방향과 폭방향의 열전도도 모두를 의미한다.The term “horizontal thermal conductivity (thermal diffusivity)” of the graphite sheet used in the present invention refers to both the thermal conductivity of the graphite sheet in the longitudinal direction and the width direction on a plane.

본 발명에서 사용되고 있는 용어 흑연 시트의 “수직방향의 열전도도(열확산율)”이라는 용어는 흑연 시트의 평면상 길이방향 및/또는 폭방향과 직각을 이루는 흑연 시트의 두께방향(높이방향)의 열전도도는 물론 흑연 시트의 평면상 길이방향과 경사각을 이루는 흑연 시트의 두께방향(높이방향) 열전도도를 모두 의미한다.The term “vertical thermal conductivity (thermal diffusivity)” of the graphite sheet as used in the present invention refers to the thickness direction (height direction) of the graphite sheet perpendicular to the longitudinal and/or width directions on the plane of the graphite sheet. Of course, it means both the thickness direction (height direction) of the graphite sheet forming an inclination angle with the longitudinal direction of the graphite sheet in the plane of the thermal conductivity.

최근 전자기기는 경박단소화, 고기능화, 고집적화로 인한 열밀도의 증가로 열의 방출이 요구되고 있으며, 이러한 방열 특성은 전자기기의 성능뿐만 아니라 신뢰성과 수명과 밀접한 관련이 있어 매우 중요하다.Recently, electronic devices are required to emit heat due to an increase in thermal density due to light, thin, compact, highly functional, and high integration.

최근 전기자동차 및 재생에너지 자동차의 보급에 따라 전자부품 사용이 많아지고, 발열이 심한 배터리를 주 동력원으로 사용하기 때문에 발열에 대한 대책은 꼭 필요하다. 특히, 자율주행자동차는 이동통신 기술, 조명, 카메라, 디스플레이, 배터리 등 모든 전기전자 산업의 집약체로, 발열 문제를 해결하지 않으면 개발 및 보급에 한계가 있다. Recently, with the spread of electric vehicles and renewable energy vehicles, the use of electronic components is increasing, and since batteries with high heat generation are used as the main power source, measures against heat generation are essential. In particular, autonomous vehicles are an integral part of all electric and electronic industries such as mobile communication technology, lighting, cameras, displays, and batteries, and there are limits to development and dissemination unless the heat problem is solved.

또한, 휴대용 전자기기 및 통신기기를 비롯한 여러 전자기기의 경량화, 슬림화가 진행됨에 따라, 전자 소자들의 고집적화로 인한 열밀도의 증가로 발열 제어가 지속적인 문제로 제기되고 있다. 전기전자 산업에서는 초전도체(저항 = 0)를 사용하지 않는 이상 발열 문제가 발생할 수 밖에 없으며, 이러한 발열 문제를 전자기기의 성능뿐만 아니라 신뢰성과 수명과 밀접한 관련이 있는 바, 전자기기에서 발생하는 열을 효율적으로 배출하여 줄 수 있는 차세대 방열 소재에 대한 요구가 급증하고 있다.In addition, as the weight reduction and slimming of various electronic devices including portable electronic devices and communication devices progress, heat control is continuously raised as a problem due to an increase in thermal density due to high integration of electronic devices. In the electrical and electronic industry, unless a superconductor (resistance = 0) is used, there is inevitably a heat problem, and this heat issue is closely related to reliability and lifespan as well as the performance of electronic devices. The demand for next-generation heat dissipation materials capable of efficiently discharging is rapidly increasing.

이를 위해 종래 기술에서는 폴리이미드 등의 고분자 필름을 고온에서 열처리를 통해 제조된 흑연 시트가 사용되고 있다. 이러한 고분자 흑연화법에 의해 제조된 필름 기반 흑연 시트는 구조상 그래핀 층(graphene layer)이 2D 방향으로 배열되어 수평방향으로는 1,000 W/m·K 이상의 열전도도를 갖지만, 수직방향으로는 최고 20 W/m·K까지 보고되었으나, 통상적으로는 5 W/m·K 이하의 수평방향 대비 낮은 열전도도를 갖는다. 이러한 열전도 특성은 전자기기의 특정 부분이 국소적으로 높은 온도까지 상승하는 핫 스폿(hot spot)영역에서 발생하는 열을 방출함에는 문제가 없었다. 그러나, 앞서 설명한 바와 같이, 최근 전자기기에 집적화된 고성능 및 소형 부품의 사용이 많아지면서 종래 흑연 시트의 낮은 수직방향의 열전도도는 더 이상 발생하는 열을 효과적으로 방출하는데 한계가 있다.For this purpose, in the prior art, a graphite sheet prepared by heat-treating a polymer film such as polyimide at a high temperature is used. The film-based graphite sheet prepared by this polymer graphitization method has a structure in which the graphene layer is arranged in a 2D direction and has a thermal conductivity of 1,000 W/m·K or more in the horizontal direction, but a maximum of 20 W in the vertical direction. Although it has been reported up to /m·K, it usually has a lower thermal conductivity compared to the horizontal direction of 5 W/m·K or less. This heat conduction characteristic has no problem in dissipating heat generated in a hot spot area where a specific part of the electronic device locally rises to a high temperature. However, as described above, as the use of high-performance and small-sized components integrated in electronic devices increases in recent years, the low vertical thermal conductivity of the conventional graphite sheet has a limit in effectively dissipating the generated heat.

이에 본 발명에서는 기존 방열 소재의 한계로 지적되었던 흑연 시트의 수직방향의 열전도도를 개선하기 위해 섬유 소재(fiber type)를 흑연 시트의 전구체(precursor)로 사용하는 흑연 시트의 제조방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a method of manufacturing a graphite sheet using a fiber type as a precursor of the graphite sheet in order to improve the thermal conductivity in the vertical direction of the graphite sheet, which has been pointed out as a limitation of the existing heat dissipation material.

구체적으로, 본 발명에 따른 흑연 시트의 제조방법은 (S1) 단섬유를 이용하여 섬유 기재를 제조하는 단계; (S2) 상기 (S1) 단계에서 얻은 섬유 기재에 열전도성 계면 물질을 함침시켜 복합 기재를 제조하는 단계; (S3) 상기 (S2) 단계에서 얻은 복합 기재를 열처리하여 탄화 및 흑연화시켜 흑연 시트를 제조하는 단계; 및 (S4) 상기 (S4) 단계에서 얻은 흑연 시트를 압연하는 단계를 포함한다.Specifically, the manufacturing method of the graphite sheet according to the present invention comprises the steps of (S1) preparing a fiber base using short fibers; (S2) preparing a composite substrate by impregnating the fiber substrate obtained in step (S1) with a thermally conductive interface material; (S3) heat-treating the composite substrate obtained in step (S2) to carbonize and graphitize to prepare a graphite sheet; and (S4) rolling the graphite sheet obtained in step (S4).

(S1) 단계(S1) step

(S1) 단계에서는 단섬유를 이용하여 섬유 기재를 제조한다.In step (S1), a fiber base is prepared using short fibers.

본 발명에 있어서, 상기 섬유 기재는 흑연 시트의 전구체로 3차원 형태로 배향된 단섬유(chopped fiber)를 포함한다. 특히, 본 발명의 경우 흑연 시트의 전구체로 단섬유를 포함하는 섬유 기재를 사용함으로써 3차원 형태의 결정구조를 갖기 때문에 수평방향의 결정구조만을 갖는 고분자 필름을 전구체로 사용하는 종래의 흑연 시트에 비해 수직방향의 열전도도가 향상된 흑연 시트를 제조할 수 있다. 또한, 종래 흑연 시트의 제조방법인 고분자 흑연화법에서 사용하는 고분자 필름, 구체적으로 고가의 폴리이미드 필름을 대신하여 비교적 저렴한 단섬유를 포함하는 섬유 기재를 사용함으로써 제조비용을 낮춰 경제성과 생산성이 개선되는 이점을 갖는다.In the present invention, the fiber base includes short fibers (chopped   fibers) oriented in a three-dimensional form as a precursor of the graphite sheet. In particular, in the case of the present invention, since it has a three-dimensional crystal structure by using a fiber base including short fibers as a precursor of the graphite sheet, compared to the conventional graphite sheet using a polymer film having only a crystal structure in the horizontal direction as a precursor It is possible to manufacture a graphite sheet with improved thermal conductivity in the vertical direction. In addition, the polymer film used in the polymer graphitization method, which is a method of manufacturing a conventional graphite sheet, specifically, instead of an expensive polyimide film, a fiber substrate containing relatively inexpensive short fibers is used, thereby lowering the manufacturing cost and improving economic efficiency and productivity. have an advantage

상기 단섬유는 장섬유를 소정 길이로 절단한 것을 의미하며, 그 길이는 특별히 한정하지 않지만, 예를 들어 3 내지 56 ㎜ 범위일 수 있다. The short fiber means a long fiber cut to a predetermined length, and the length is not particularly limited, but may be, for example, in the range of 3 to 56 mm.

상기 단섬유는 메타 아라미드(m-aramid), 파라 아라미드(p-aramid) 등의 아라미드(aramid); 폴리아미드이미드(poly(amideimide), PAI), 폴리에테르이미드(poly(etherimide), PEI) 등의 폴리이미드(polyimide, PI); 폴리아미드(polyamide, PA); 폴리스티렌polystyrene, PS), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(poly(ethyleneterephthalate), PET), 폴리염화비닐(poly(vinyl chloride), PVC), 폴리염화비닐리덴(poly(vinylidene chloride), PVDC), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리설폰(polysulfone), 폴리에테르에테르케톤(poly(etheretherketone)), 폴리페닐렌설파이드(poly(phenylene sulfide), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리아릴에테르케톤(poly(aryletherketone)), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 중합체(acrylonitrile butadiene styrene, ABS) 및 아크릴레이트-스티렌-아크릴로니트릴 중합체(acrylonitrile styrene acrylate, ASA) 등의 열가소성 고분자(thermoplastic polymer); 및 에폭시(epoxy), 페놀(phenol), 불포화 폴리에스테르(polyester), 폴리우레탄(polyurethane, PU), 멜라민(melamine), 요소(urea) 등의 열경화성 고분자(thermoset polymer); 및 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile, PAN), 피치(pitch), 셀룰로오스(cellulose)에서 유래된 탄소섬유로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 바람직하게, 상기 단섬유는 아라미드, 폴리이미드 및 열경화성 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.The short fibers are meta-aramid (m-aramid), para aramid (aramid) such as aramid (aramid); polyimides (polyimide, PI) such as poly(amideimide), PAI) and polyetherimide (PEI); polyamide (PA); Polystyrene, PS), polyethylene (polyethylene, PE), polyethylene terephthalate (poly(ethyleneterephthalate), PET), polyvinyl chloride (poly(vinyl chloride), PVC), polyvinylidene chloride (poly(vinylidene chloride), PVDC ), polypropylene (PP), polysulfone, polyetheretherketone (poly(etheretherketone)), poly(phenylene sulfide), polycarbonate (polycarbonate, PC), polyaryletherketone (poly(aryletherketone)), acrylonitrile-butadiene-styrene polymer (ABS) and acrylate-styrene-acrylonitrile polymer (acrylonitrile styrene acrylate, ASA); and epoxy; Thermoset polymers such as (epoxy), phenol, unsaturated polyester, polyurethane (PU), melamine, urea; and polyacrylonitrile; PAN), pitch, and may be at least one selected from the group consisting of cellulose-derived carbon fibers Preferably, the short fibers are selected from the group consisting of aramid, polyimide and thermosetting polymer It may include more than one species.

상기 섬유 기재는 전술한 단섬유가 3차원 형태로 배향된 것으로, 단섬유를 사용하는 경우 단섬유 자체가 통상적으로 초기 토출속도 대비 1.5 ~ 20배 수준의 연신이 들어가는데, 연신비율 1.5배 미만의 무연신으로 제조되는 폴리이미드 고분자 필름 대비 고배향 구조로 형성되어 흑연화 공정을 통해 높은 열전도도를 구현할 수 있다. 또한, 상기 섬유 기재를 흑연 시트를 형성하기 위한 원료로 사용시 3차원적인 등방성 구조를 가지고 있어, 수평방향과 수직방향에 대한 열전도도 차이가 2차원 구조인 고분자 필름에 비해 상대적으로 낮기 때문에 흑연 시트의 수직방향 열전도도 개선에 효과적이다.In the fiber base, the above-mentioned short fibers are oriented in a three-dimensional form, and when a single fiber is used, the single fiber itself is usually drawn at a level of 1.5 to 20 times compared to the initial discharge rate, and the draw ratio is lead-free with a draw ratio of less than 1.5 times. It is formed in a highly oriented structure compared to the polyimide polymer film made of new material, and thus high thermal conductivity can be realized through the graphitization process. In addition, when the fiber base is used as a raw material for forming a graphite sheet, it has a three-dimensional isotropic structure, so that the difference in thermal conductivity in the horizontal and vertical directions is relatively low compared to the polymer film having a two-dimensional structure. It is effective in improving the thermal conductivity in the vertical direction.

상기 섬유 기재는 내부에 공극을 포함하는 3차원 다공성 구조체로 시트상, 직물상 또는 웹상의 형태일 수 있다.The fiber base is a three-dimensional porous structure including pores therein, and may be in the form of a sheet, a fabric, or a web.

따라서, 상기 섬유 기재는 페이퍼(paper), 부직포(nonwoven), 직물(woven), 편물(knit), 펠트(felt), 매트(mat), 프리프레그(prepreg) 또는 나노 웹(nano web) 등일 수 있다.Accordingly, the fiber base material may be paper, nonwoven, woven, knit, felt, mat, prepreg or nano web, etc. have.

상기 섬유 기재의 제조방법은 특별히 한정되지 않으며, 통상의 기술자에 의해 공지의 방법 또는 이를 변형하는 다양한 방법이 사용 가능하다. 예를 들어, 건식법(dry laid), 습식법(wet-laid), 방사법(spinning), 에어레이드법(air-laid), 멜트블로운법(melt-blown), 적층연신법 등의 방법을 이용할 수 있다.The manufacturing method of the fiber base is not particularly limited, and various methods known by those skilled in the art or various methods for modifying it can be used. For example, methods such as dry laid, wet-laid, spinning, air-laid, melt-blown, and lamination stretching methods may be used. have.

상기 섬유 기재는 상기 단섬유 이외에 통상적으로 사용되는 물질을 더 포함할 수 있다. 일례로, 섬유 기재를 구성하고 있는 단섬유들을 접착시키고 섬유 기재를 견고하게 만들기 위한 바인더 섬유, 계면 활성제, 분산제, 증점제 등을 더 포함할 수 있다.The fiber base may further include a material commonly used in addition to the short fibers. For example, it may further include a binder fiber, a surfactant, a dispersant, a thickener, etc. for bonding the short fibers constituting the fiber base and making the fiber base strong.

여기서 후속 단계에서의 가공을 용이하게 하기 위해 섬유 기재의 강도를 증가시키고, 섬유 기재 내부에 존재하는 공극을 최소화하기 위해, 3차원 다공성 구조로 내부 즉, 단섬유 사이에 공극을 포함하며, 부피밀도(bulk density)가 고유밀도(inherent density)의 10 내지 60 % 수준인 초기 섬유 기재에 있어, 최종적으로 상기 섬유 기재 내부에 존재하는 공극에 포함된 공기는 열 전도에 있어 저항으로 작용하므로 압연을 통해 이를 제거하여 섬유 기재의 부피밀도를 증가시킴으로써 최종 제조되는 흑연 시트의 열전도 특성, 특히 수직방향의 열전도도 개선 효과를 확보할 수 있다.Here, in order to increase the strength of the fiber substrate to facilitate processing in a subsequent step, and to minimize the voids present inside the fiber substrate, the three-dimensional porous structure includes voids inside, that is, between the short fibers, and the bulk density In the initial fiber base having a (bulk density) of 10 to 60% of the inherent density, air contained in the voids present inside the fiber base acts as a resistance in heat conduction, so through rolling By removing this and increasing the bulk density of the fiber substrate, it is possible to secure the effect of improving the thermal conductivity of the finally manufactured graphite sheet, in particular, the thermal conductivity in the vertical direction.

상기 압연은 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 수행할 수 있다. 압연의 온도 및 압력은 상기 섬유 기재 또는 이에 포함된 단섬유에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 압연은 80 내지 200 ℃의 온도와 연속생산 방식인 경우 30 내지 200 ㎏f/㎝의 압력에서 수행할 수 있으며 시트 압연방식인 경우 연속생산 방식의 선압 효과와 유사한 수준으로 맞출 수 있다. The rolling may be performed according to a conventional method known in the art. The temperature and pressure of rolling may vary depending on the fiber base or the short fibers included therein. For example, the rolling can be performed at a temperature of 80 to 200 ° C and a pressure of 30 to 200 kgf / cm in the case of a continuous production method, and in the case of a sheet rolling method, it can be adjusted to a level similar to the linear pressure effect of the continuous production method have.

상기 압연 후 섬유 기재의 두께는 압연을 수행하기 전의 섬유 기재의 두께의 40 내지 80 %인 것이 최종제품인 흑연 시트의 열전도도와 기타 물성을 개선하는데 바람직하다. 상기 압연 후 섬유 기재의 공기 투과도는 상기 압연을 수행하기 전의 섬유 기재의 공기 투과도의 0.1 내지 45 %인 것이 최종제품인 흑연 시트의 열전도도와 기타 물성을 개선하는데 바람직하다.The thickness of the fiber base after the rolling is preferably 40 to 80% of the thickness of the fiber base before performing the rolling to improve thermal conductivity and other physical properties of the graphite sheet as a final product. The air permeability of the fiber base after the rolling is preferably 0.1 to 45% of the air permeability of the fiber base before performing the rolling to improve the thermal conductivity and other physical properties of the graphite sheet as a final product.

(S2) 단계(S2) step

상기 (S2) 단계에서는 상기 (S1) 단계에서 얻은 섬유 기재에 열전도성 계면 물질(thermal interface material, TIM) 을 함침시켜 복합 기재를 제조한다.In step (S2), a composite substrate is prepared by impregnating the fiber substrate obtained in step (S1) with a thermally conductive interface material (TIM).

본 발명에 있어서, 상기 복합 기재는 상기 (S1) 단계로부터 제조된 섬유 기재의 공극에 열전도성 계면 물질이 함침을 통해 채워짐으로써 공기를 완전히 제거하고, 단섬유 간의 계면 접촉을 증가시켜 최종 제조되는 흑연 시트의 수평 및 수직방향의 열전도도를 향상시킬 수 있다.In the present invention, the composite substrate completely removes air by filling the pores of the fiber substrate prepared in the step (S1) through impregnation with a thermally conductive interface material, and increases the interfacial contact between the short fibers. It is possible to improve the thermal conductivity of the sheet in the horizontal and vertical directions.

상기 열전도성 계면 물질은 분자 구조식상 탄소 성분의 분율이 50 % 이상인 고분자라면 종류에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 열전도성 계면 물질은 폴리이미드(polyimide, PI), 리그닌(lignin), 아라미드(aramid), 폴리아미드이미드(poly(amideimide), PAI), 폴리프로필렌 (polypropylne, PP)과 같은 화학경화된 열가소성 수지와 페놀(phenol) 수지 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 바람직하게, 상기 열전도성 계면 물질은 상대적으로 탄소 성분의 분율이 높고 점도의 제어가 용이한 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.The thermally conductive interface material is not limited to a type as long as a polymer having a carbon component fraction of 50% or more in terms of molecular structure. For example, the thermally conductive interface material is a chemical such as polyimide (PI), lignin, aramid, poly(amideimide, PAI), and polypropylene (polypropylne, PP). It may be at least one selected from the group consisting of a cured thermoplastic resin and a phenol resin, and preferably, the thermally conductive interface material has a relatively high carbon component fraction and is made of a resin with easy viscosity control. It may include one or more selected from.

상기 복합 기재는 상기 열전도성 계면 물질을 포함하는 바니쉬(varnish) 조성물에 상기 (S1) 단계에서 얻은 섬유 기재를 함침 함으로써 얻을 수 있다.The composite substrate may be obtained by impregnating the fiber substrate obtained in step (S1) in a varnish composition including the thermally conductive interface material.

상기 함침 방법의 예로는, 상기 열전도성 계면 물질을 함유하는 바니쉬 조성물에 상기 섬유 기재를 침지하는 방법, 각종 코팅기(coating machine)에 의해 기 열전도성 계면 물질을 함유하는 바니쉬 조성물을 상기 섬유 기재에 도포하는 방법, 스프레이에 의해 상기 열전도성 계면 물질을 함유하는 바니쉬 조성물을 상기 섬유 기재에 침투시키는 방법 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다. 이 중에서 상기 열전도성 계면 물질을 함유하는 바니쉬 조성물에 상기 섬유 기재를 침지하는 방법이 섬유 기재에 대한 바니쉬 조성물의 함침성을 향상시킬 수 있어 바람직하다.Examples of the impregnation method include a method of immersing the fiber substrate in the varnish composition containing the thermally conductive interface material, and applying a varnish composition containing a thermally conductive interface material to the fiber substrate by various coating machines. There is a method of infiltrating the varnish composition containing the thermally conductive interface material into the fiber substrate by spraying, but is not limited thereto. Among them, the method of immersing the fiber base in the varnish composition containing the thermally conductive interface material is preferable because it can improve the impregnability of the varnish composition to the fiber base.

상기 바니쉬 조성물 내 상기 열전도성 계면 물질의 함량은 바니쉬 조성물 전체 100 중량%를 기준으로 10 내지 80 중량%, 바람직하게 30 내지 60 중량%일 수 있다. 상기 열전도성 계면 물질의 함량이 상기 범위 미만이면 기재 내의 공극을 충분히 채우지 못해 밀도를 증가시키는데 한계가 있어 저항을 증가시키는 문제가 발생할 수 있고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하는 경우 점도가 너무 높아 함침 균일성이 저하될 수 있으므로 상술한 범위 내에서 적정 함량을 결정하는 것이 바람직하다.The content of the thermally conductive interface material in the varnish composition may be 10 to 80% by weight, preferably 30 to 60% by weight, based on 100% by weight of the total varnish composition. If the content of the thermally conductive interface material is less than the above range, the voids in the substrate cannot be sufficiently filled, so there is a limit to increasing the density, which may cause a problem of increasing resistance. It is preferable to determine the appropriate content within the above-mentioned range because the properties may be lowered.

상기 바니쉬 조성물이 함침된 상기 섬유 기재를 경화 및 건조하여 복합화함으로써 복합 기재를 제조한다. 이때 상기 경화 및 건조 조건은 사용된 물질의 종류에 따라 달라질 수 있다.A composite substrate is prepared by curing and drying the fiber substrate impregnated with the varnish composition to form a composite. In this case, the curing and drying conditions may vary depending on the type of material used.

이에 따라, 상기 복합 기재 내 상기 열전도성 계면 물질의 함량은 복합 기재 100 중량%를 기준으로 40 내지 80 중량%일 수 있다.Accordingly, the content of the thermally conductive interface material in the composite substrate may be 40 to 80% by weight based on 100% by weight of the composite substrate.

상기 복합 기재는 열전도도 개선 효과를 도모하기 위해 충진제(filler)를 더 포함할 수 있다. The composite substrate may further include a filler to improve thermal conductivity.

상기 충진제는 세라믹계 또는 고분자계 재질일 수 있고, 고분자계일 경우 상기 섬유 기재를 구성하는 단섬유와 동일한 재질일 수 있다. 또한, 상기 섬유 기재 내부의 공극을 메우기 위한 것이라는 점에서 상기 충진제의 형태는 찹(chop) 또는 섬유(fiber) 형태가 아닌 입자 또는 분말 형태인 것이 바람직하다. The filler may be a ceramic-based or polymer-based material, and in the case of a polymer-based material, may be the same material as the short fibers constituting the fiber substrate. In addition, the filler is preferably in the form of particles or powder, not in the form of chops or fibers, in that it is intended to fill the voids inside the fiber substrate.

상기 충진제는 단일벽 탄소나노튜브(single-well carbon nanotube, SWCNT), 다중벽 탄소나노튜브(multi-well carbon nanotube, MWCNT) 등의 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), 그래핀(graphene), 흑연분말(graphite powder), 전도성 카본블랙(carbon black) 및 질화붕소 나노튜브(boron nitride nanotube, BNNT)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.The filler is a single-well carbon nanotube (SWCNT), multi-wall carbon nanotube (multi-well carbon nanotube, MWCNT), such as carbon nanotube (carbon nanotube, CNT), graphene (graphene), It may include at least one selected from the group consisting of graphite powder, conductive carbon black (carbon black), and boron nitride nanotube (BNNT).

상기 탄소나노튜브는 직경이 4 내지 50 ㎚이고, 길이가 1 내지 500 ㎛인 것일 수 있다.The carbon nanotubes may have a diameter of 4 to 50 nm and a length of 1 to 500 μm.

상기 질화붕소 나노튜브는 직경이 0.01 내지 3 ㎛, 바람직하기로는 0.1 내지 1.0 ㎛일 수 있다.The boron nitride nanotubes may have a diameter of 0.01 to 3 μm, preferably 0.1 to 1.0 μm.

상기 탄소나노튜브의 직경 및 길이와 질화붕소 나노튜브의 직경이 상기 범위를 벗어나는 경우, 최종 제조된 흑연 시트의 수직방향 열전도도 개선 효과가 미약하게 되거나 공정상 문제가 발생될 수 있다.When the diameter and length of the carbon nanotube and the diameter of the boron nitride nanotube are out of the above ranges, the effect of improving the vertical thermal conductivity of the finally manufactured graphite sheet may be weak or a problem may occur in the process.

상기 충진제는 전술한 바의 바니쉬 조성물에 함께 포함되어 상기 섬유 기재에 함침될 수 있다.The filler may be included in the varnish composition as described above and impregnated into the fiber substrate.

또한, 상기 복합 기재 내 상기 충진제의 함량은 복합 기재 100 중량%를 기준으로 10 중량% 이하가 바람직하다.In addition, the content of the filler in the composite substrate is preferably 10% by weight or less based on 100% by weight of the composite substrate.

상기 (S2) 단계로부터 제조된 복합 기재는 3차원 다공성 구조로 내부 즉, 단섬유 사이에 공극을 포함하며, 부피밀도(bulk density)가 고유밀도(inherent density)의 10 내지 60 %수준이다. 후속 단계인 탄화 흑연화 공정에서 탄소를 제외한 많은 성분들이 열휘발되어 중량이 감소하게 되므로 가공을 용이하게 하기 위해 복합 기재의 강도를 증가시키고, 섬유 기재 내부에 존재하는 공극을 최소화하여야 한다. The composite substrate prepared in step (S2) has a three-dimensional porous structure, that is, includes pores between short fibers, and has a bulk density of 10 to 60% of the inherent density. In the carbonization graphitization process, which is a subsequent step, many components except carbon are thermally volatilized to reduce weight. Therefore, in order to facilitate processing, the strength of the composite substrate should be increased and voids present inside the fiber substrate should be minimized.

또한, 상기 복합 기재 내부에 존재하는 공극에 포함된 공기는 열 전도에 있어 저항으로 작용하므로 압연을 통해 이를 제거하여 복합 기재의 부피밀도를 증가시킴으로써 최종 제조되는 흑연 시트의 열전도 특성, 특히 수직방향의 열전도도 개선 효과를 확보할 수 있다.In addition, since air contained in the pores existing inside the composite substrate acts as a resistance in heat conduction, it is removed through rolling to increase the bulk density of the composite substrate to increase the thermal conductivity properties of the finally manufactured graphite sheet, especially in the vertical direction. It is possible to secure the effect of improving the thermal conductivity.

상기 압연의 온도 및 압력은 상기 섬유 기재 또는 상기 바니쉬 조성물에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 압연은 100 내지 350 ℃의 온도와 연속생산 방식인 경우 30 내지 250 ㎏f/㎝의 압력에서 수행할 수 있으며 시트 압연방식인 경우 연속생산 방식의 선압 효과와 유사한 수준으로 맞출 수 있다.The temperature and pressure of the rolling may vary depending on the fiber base or the varnish composition. For example, the rolling can be performed at a temperature of 100 to 350 ° C and a pressure of 30 to 250 kgf / cm in the case of a continuous production method, and in the case of a sheet rolling method, it can be adjusted to a level similar to the linear pressure effect of the continuous production method have.

상기 압연을 수행한 복합 기재의 두께는 압연을 수행하기 전의 섬유 기재의 두께의 95 % 이하인 것이 최종제품인 흑연 시트의 열전도도와 기타 물성을 개선하는데 바람직하다.The thickness of the composite substrate subjected to the rolling is preferably 95% or less of the thickness of the fiber substrate before performing the rolling to improve thermal conductivity and other physical properties of the graphite sheet as a final product.

상기 압연에 의한 부피밀도의 증가율은 섬유 기재와 열전도성 계면 물질의 평균 밀도의 40 내지 95 %인 것이 바람직하다. 상기 부피밀도의 증가율이 상기 범위 미만인 경우 후속의 탄화 및 흑연화 공정 이후 너무 많은 기공이 형성되어 방열 효과가 감소하고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하는 경우 최종제품인 흑연 시트의 유연성이 저하되어 쉽게 부스러지게 된다.The increase rate of bulk density by the rolling is preferably 40 to 95% of the average density of the fiber substrate and the thermally conductive interface material. When the increase rate of the bulk density is less than the above range, too many pores are formed after the subsequent carbonization and graphitization process, so that the heat dissipation effect is reduced. do.

(S3) 단계(S3) step

상기 (S3) 단계에서는 상기 (S2) 단계에서 얻은 복합 기재를 열처리하여 탄화 및 흑연화시켜 흑연 시트를 제조한다.In the step (S3), the composite substrate obtained in the step (S2) is heat-treated to carbonize and graphitize to prepare a graphite sheet.

상기 열처리는 복합 기재의 열적 특성을 증가시키기 위한 것으로, 통상적으로 고분자 및/또는 섬유를 탄화 및 흑연화하기 위한 방법이라면 특별히 제한되지 않으며, 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 수행할 수 있다. The heat treatment is to increase the thermal properties of the composite substrate, and is not particularly limited as long as it is a method for carbonizing and graphitizing polymers and/or fibers in general, and may be performed according to a conventional method known in the art.

예를 들어, 상기 탄화 온도는 800 내지 1,500 ℃, 바람직하게는 900 내지 1,400 ℃일 수 있다. 또한 상기 흑연화는 2,600 내지 3,000 ℃, 바람직하게는 2,700 내지 2,900 ℃의 온도에서 수행할 수 있다.For example, the carbonization temperature may be 800 to 1,500 °C, preferably 900 to 1,400 °C. In addition, the graphitization may be performed at a temperature of 2,600 to 3,000 °C, preferably 2,700 to 2,900 °C.

상기 탄화 및 흑연화는 상기 복합 기재가 공기와 반응하여 산화되지 않도록 불활성 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 불활성 분위기 유지에 이용되는 매체는 특별히 제한되는 것은 아니면, 질소 또는 아르곤 등을 이용할 수 있다.The carbonization and graphitization are preferably performed in an inert atmosphere so that the composite substrate is not oxidized by reaction with air. The medium used for maintaining the inert atmosphere is not particularly limited, and nitrogen or argon may be used.

또한, 상기 탄화 및 흑연화 시간은 상기 복합 기재를 구성하는 물질에 따라 조절될 수 있다.In addition, the carbonization and graphitization times may be adjusted according to the materials constituting the composite substrate.

(S4) 단계(S4) step

상기 (S4) 단계에서는 상기 (S3) 단계에서 얻은 흑연 시트를 압연한다.In step (S4), the graphite sheet obtained in step (S3) is rolled.

본 발명에 있어서, 상기 압연은 상기 (S3) 단계에서 열처리시 발생하는 가스로 인해 팽창된 흑연 시트의 부피밀도와 유연성을 증가시키고, 수평 및 수직 방향의 열전도도를 보다 개선시키기 위한 것이다.In the present invention, the rolling is to increase the bulk density and flexibility of the expanded graphite sheet due to the gas generated during the heat treatment in step (S3), and to further improve the thermal conductivity in the horizontal and vertical directions.

상기 압연은 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 수행할 수 있다.The rolling may be performed according to a conventional method known in the art.

상기 압연의 압력은 제조된 흑연 시트의 물성에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 압연은 10 내지 300 ㎏f/㎝의 압력에서 수행할 수 있다.The rolling pressure may vary depending on the physical properties of the produced graphite sheet. For example, the rolling may be performed at a pressure of 10 to 300 kgf / cm.

본 발명의 흑연 시트의 제조방법에 따르면, 흑연 시트의 전구체로 섬유 기재를 사용하고, 상기 섬유 기재에 열전도성 계면 물질을 함침시키고, 탄화 및 흑연화 전ㆍ후에 압연 공정을 수행함으로써 수평방향의 열전도도 뿐만 아니라 수직방향의 열전도도가 우수한 흑연 시트를 제조할 수 있다. 또한, 상기 흑연 시트의 제조방법은 전구체로 고가의 고분자 필름을 사용하지 않고도 우수한 수평 및 수직방향의 열전도도를 갖는 흑연 시트를 단순한 공정으로 경제적으로 제조할 수 있다.According to the manufacturing method of the graphite sheet of the present invention, by using a fiber substrate as a precursor of the graphite sheet, impregnating the fiber substrate with a thermally conductive interface material, and performing a rolling process before and after carbonization and graphitization, heat conduction in the horizontal direction It is possible to manufacture a graphite sheet having excellent thermal conductivity in the vertical direction as well as the degree of heat transfer. In addition, the manufacturing method of the graphite sheet can economically manufacture a graphite sheet having excellent horizontal and vertical thermal conductivity in a simple process without using an expensive polymer film as a precursor.

상술한 바의 제조방법으로 제조된 흑연 시트는 수평방향의 열전도도가 1,000 내지 2,000 W/m·K이고, 수직방향의 열전도도가 열전도도가 10 내지 40 W/m·K이며, 평균 두께가 10 내지 200 ㎛일 수 있다.The graphite sheet manufactured by the manufacturing method as described above has a thermal conductivity of 1,000 to 2,000 W/m·K in the horizontal direction, a thermal conductivity of 10 to 40 W/m·K in the vertical direction, and an average thickness It may be 10 to 200 μm.

특히, 본 발명에 따른 흑연 시트는 종래 흑연 시트의 수직방향 열전도도의 한계값 이상의 수직방향의 열전도도를 나타내며, 유연성이 향상되어 다양한 전자기기의 방열 시트 등으로 유용하다.In particular, the graphite sheet according to the present invention exhibits thermal conductivity in the vertical direction greater than or equal to the limit value of the vertical thermal conductivity of the conventional graphite sheet, and is useful as a heat dissipation sheet for various electronic devices due to improved flexibility.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred examples are presented to help the understanding of the present invention, but the following examples are merely illustrative of the present invention, and it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope and spirit of the present invention, It goes without saying that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.

실시예 및 비교예Examples and Comparative Examples

[실시예 1] [Example 1]

길이 6 ㎜인 아라미드 단섬유, 아라미드 펄프, 바인더 섬유로 길이 3 ㎜인 폴리비닐알코올을 25:72:3의 중량 비율로 혼합하여 습식법을 이용하여 섬유 기재를 제조하였다.A fiber base was prepared using a wet method by mixing aramid short fibers having a length of 6 mm, aramid pulp, and polyvinyl alcohol having a length of 3 mm as binder fibers in a weight ratio of 25:72:3.

상기 섬유 기재를 120 ℃ 온도 및 148 ㎏f/㎝의 압력으로 압연하였다.The fibrous substrate was rolled at a temperature of 120° C. and a pressure of 148 kgf/cm.

이어서, 패더 맹글(padder mangle)에서 상기 압연한 섬유 기재를 폴리이미드를 10 중량%로 포함하는 바니쉬 조성물에 함침시킨 후 130 ℃에서 건조하고, 350 ℃에서 경화시켜 복합 기재를 제조하였다.Then, the rolled fiber base in a padder mangle was impregnated with a varnish composition containing 10% by weight of polyimide, dried at 130° C., and cured at 350° C. to prepare a composite substrate.

상기 복합 기재를 200 ℃ 온도 및 200 ㎏f/㎝의 압력으로 압연하였다.The composite substrate was rolled at a temperature of 200° C. and a pressure of 200 kgf/cm.

상기 압연한 복합 기재를 1,200 ℃의 질소 분위기에서 탄화하였다.The rolled composite substrate was carbonized in a nitrogen atmosphere at 1,200 °C.

이어서, 상기 탄화된 복합 기재를 2,800 ℃의 아르곤 분위기에서 흑연화한 후, 30 ㎏f/㎝의 압력으로 압연하여 흑연 시트를 제조하였다.Then, the carbonized composite substrate was graphitized in an argon atmosphere at 2,800° C., and then rolled at a pressure of 30 kgf/cm to prepare a graphite sheet.

[실시예 2] [Example 2]

복합 기재 제조시 폴리이미드를 20 중량%로 포함하는 바니쉬 조성물을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 흑연 시트를 제조하였다.A graphite sheet was prepared in the same manner as in Example 1, except that a varnish composition containing 20% by weight of polyimide was used to prepare the composite substrate.

[실시예 3] [Example 3]

섬유 기재 제조시 단섬유, 펄프, 바인더 섬유를 50:47:3의 중량 비율로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 흑연 시트를 제조하였다.A graphite sheet was prepared in the same manner as in Example 1, except that short fibers, pulp, and binder fibers were used in a weight ratio of 50:47:3 when preparing the fiber base.

[실시예 4] [Example 4]

섬유 기재 제조시 단섬유, 펄프, 바인더 섬유를 50:47:3의 중량 비율로 사용하고, 복합 기재 제조시 폴리이미드를 20 중량%로 포함하는 바니쉬 조성물을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 흑연 시트를 제조하였다.In the manufacture of the fiber base, short fibers, pulp, and binder fibers were used in a weight ratio of 50:47:3, and in the manufacture of the composite base, a varnish composition containing 20 wt% of polyimide was used. A graphite sheet was prepared in the same manner.

[실시예 5] [Example 5]

섬유 기재 제조시 단섬유, 펄프, 바인더 섬유를 60:37:3의 중량 비율로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 흑연 시트를 제조하였다.A graphite sheet was prepared in the same manner as in Example 1, except that short fibers, pulp, and binder fibers were used in a weight ratio of 60:37:3 during the manufacture of the fiber base material.

[실시예 6] [Example 6]

섬유 기재 제조시 단섬유, 펄프, 바인더 섬유를 60:37:3의 중량 비율로 사용하고, 복합 기재 제조시 폴리이미드를 20 중량%로 포함하는 바니쉬 조성물을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 흑연 시트를 제조하였다.In the manufacture of the fiber base, short fibers, pulp, and binder fibers were used in a weight ratio of 60:37:3, and in the manufacture of the composite base, a varnish composition containing 20 wt% of polyimide was used, except that A graphite sheet was prepared in the same manner.

[실시예 7] [Example 7]

섬유 기재 제조시 단섬유, 펄프, 바인더 섬유를 70:27:3의 중량 비율로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 흑연 시트를 제조하였다.A graphite sheet was prepared in the same manner as in Example 1, except that short fibers, pulp, and binder fibers were used in a weight ratio of 70:27:3 when preparing the fiber base.

[실시예 8][Example 8]

섬유 기재 제조시 단섬유, 펄프, 바인더 섬유를 70:27:3의 중량 비율로 사용하고, 복합 기재 제조시 폴리이미드를 20 중량%로 포함하는 바니쉬 조성물을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 흑연 시트를 제조하였다.In the manufacture of the fiber base, short fibers, pulp, and binder fibers were used in a weight ratio of 70:27:3, and in the manufacture of the composite base, a varnish composition containing 20 wt% of polyimide was used, except that A graphite sheet was prepared in the same manner.

[비교예 1][Comparative Example 1]

두께가 75 ㎛인 폴리이미드 필름을 탄화 및 흑연화시켜 흑연 시트를 제조하였다. 이때, 탄화는 900 ℃에서 실시하였고 흑연화는 2,800 ℃에서 수행하였다.A polyimide film having a thickness of 75 μm was carbonized and graphitized to prepare a graphite sheet. At this time, carbonization was carried out at 900 °C and graphitization was performed at 2,800 °C.

실험예 1. 섬유 기재의 물성 평가 및 주사 전자 현미경 분석Experimental Example 1. Evaluation of physical properties of fiber substrates and analysis by scanning electron microscopy

실시예 1, 3, 5, 및 7에서 제조된 섬유 기재의 단위면적당 중량, 두께 및 공기 투과도를 측정하였다. 이때 공기 투과도는 공기 투과도 시험기(Air Permeability Tester)(FX3300, Textest Instruments사 제조)를 통해 측정하였다.The weight per unit area, thickness, and air permeability of the fiber substrates prepared in Examples 1, 3, 5, and 7 were measured. At this time, the air permeability was measured using an air permeability tester (FX3300, manufactured by Textest Instruments).

또한, 실시예 1에서 제조된 섬유 기재의 표면 및 단면을 주사 전자 현미경(scanning electron microscope; SEM)으로 관찰하였다. 주사 전자 현미경으로는 히타치(hitachi)사의 S-4800을 이용하였다. In addition, the surface and cross-section of the fiber substrate prepared in Example 1 were observed with a scanning electron microscope (SEM). As a scanning electron microscope, Hitachi's S-4800 was used.

이때 얻어진 결과는 표 1, 도 1 및 도 2에 나타내었다.The results obtained at this time are shown in Table 1, FIGS. 1 and 2 .

단위면적당 중량(g/㎡)Weight per unit area (g/m2) 두께(㎛)Thickness (㎛) 공기 투과도air permeability 실시예 1Example 1 30.030.0 126126 5.535.53 실시예 3Example 3 34.534.5 140140 22.722.7 실시예 5Example 5 32.032.0 123123 17.017.0 실시예 7Example 7 42.142.1 210210 63.263.2

도 1을 참조하면, 아라미드 단섬유로 구성되며, 내부에 공극이 형성된 3차원 다공성 구조체의 섬유 기재가 제조되었음을 확인할 수 있다.Referring to Figure 1, it can be confirmed that the fibrous substrate of the three-dimensional porous structure composed of short aramid fibers and having pores formed therein was prepared.

실험예 2. 압연에 따른 섬유 기재의 물성 평가 및 주사 전자 현미경 분석Experimental Example 2. Evaluation of the physical properties of the fiber base according to rolling and scanning electron microscopy analysis

실시예 1, 3, 5, 및 7에서 제조된 섬유 기재를 압연한 후의 단위면적당 중량, 두께 및 공기 투과도를 측정하였다. 이때 공기 투과도는 공기 투과도 시험기 (FX3300, Textest Instruments사 제조)을 통해 측정하였다.After rolling the fiber substrates prepared in Examples 1, 3, 5, and 7, the weight per unit area, the thickness, and the air permeability were measured. At this time, the air permeability was measured through an air permeability tester (FX3300, manufactured by Textest Instruments).

또한, 실시예 1에서 제조된 섬유 기재에 대하여 압연 전과 후의 단면을 주사 전자 현미경(scanning electron microscope; SEM)으로 관찰하였다. 주사 전자 현미경으로는 히타치(hitachi)사의 S-4800을 이용하였다.In addition, cross-sections before and after rolling of the fiber substrate prepared in Example 1 were observed with a scanning electron microscope (SEM). As a scanning electron microscope, Hitachi's S-4800 was used.

이때 얻어진 결과는 표 2 및 도 3에 나타내었다.The results obtained at this time are shown in Table 2 and FIG. 3 .

단위면적당 중량(g/㎡)Weight per unit area (g/m2) 두께(㎛)Thickness (㎛) 공기 투과도air permeability 실시예 1Example 1 30.030.0 5252 0.9270.927 실시예 3Example 3 34.534.5 7979 5.955.95 실시예 5Example 5 32.032.0 6969 3.893.89 실시예 7Example 7 42.142.1 8484 14.014.0

도 3 및 상기 표 2를 참조하면, 압연에 의해 섬유 기재의 두께와 공기 투과도가 감소함을 알 수 있다.Referring to FIG. 3 and Table 2, it can be seen that the thickness and air permeability of the fiber substrate are reduced by rolling.

실험예 3. 복합 기재의 물성 평가 및 주사 전자 현미경 분석Experimental Example 3. Evaluation of the physical properties of the composite substrate and analysis by scanning electron microscopy

실시예 1에서 제조된 복합 기재의 단면을 주사 전자 현미경(scanning electron microscope; SEM)으로 관찰하였다. 주사 전자 현미경으로는 히타치(hitachi)사의 S-4800을 이용하였다.The cross-section of the composite substrate prepared in Example 1 was observed with a scanning electron microscope (SEM). As a scanning electron microscope, Hitachi's S-4800 was used.

이때 얻어진 결과는 도 4에 나타내었다.The results obtained at this time are shown in FIG. 4 .

도 4를 참조하면, 바니쉬 조성물이 섬유 기재에 균일하게 함침되어 있는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 4 , it can be seen that the varnish composition is uniformly impregnated in the fiber base.

실험예 4. 압연에 따른 복합 기재의 물성 평가 및 주사 전자 현미경 분석Experimental Example 4. Evaluation of the physical properties of the composite substrate according to rolling and scanning electron microscopy analysis

실시예 1 내지 8에서 제조된 복합 기재에 대하여 압연한 후의 중량 및 압연한 전과 후의 두께를 측정하였다.For the composite substrates prepared in Examples 1 to 8, the weight after rolling and the thickness before and after rolling were measured.

또한, 실시예 1에서 제조된 복합 기재에 대하여 압연 후의 단면을 주사 전자 현미경(scanning electron microscope; SEM)으로 관찰하였다. 주사 전자 현미경으로는 히타치(hitachi)사의 S-4800을 이용하였다.In addition, the cross-section of the composite substrate prepared in Example 1 after rolling was observed with a scanning electron microscope (SEM). As a scanning electron microscope, Hitachi's S-4800 was used.

이때 얻어진 결과는 표 3 및 도 5에 나타내었다.The results obtained at this time are shown in Table 3 and FIG. 5 .

열전도성 계면 물질의 농도(중량%)Concentration of thermally conductive interfacial material (wt%) 중량(g)Weight (g) 압연 전before rolling 압연 후after rolling 두께(㎛)Thickness (㎛) 실시예 1Example 1 1010 0.3980.398 5858 4646 실시예 2Example 2 2020 0.4710.471 6464 5454 실시예 3Example 3 1010 0.6290.629 122122 8383 실시예 4Example 4 2020 0.7780.778 128128 8989 실시예 5Example 5 1010 0.3920.392 7272 5252 실시예 6Example 6 2020 0.4600.460 7878 5555 실시예 7Example 7 1010 0.5860.586 130130 8585 실시예 8Example 8 2020 0.7990.799 139139 9999

도 5 및 상기 표 3을 참조하면, 압연에 의해 복합 기재의 두께가 감소함을 알 수 있다.Referring to FIG. 5 and Table 3, it can be seen that the thickness of the composite substrate is reduced by rolling.

실험예 5. 흑연 시트의 물성 평가 및 주사 전자 현미경 분석Experimental Example 5. Evaluation and Scanning Electron Microscopy Analysis of Physical Properties of Graphite Sheets

실시예 1 내지 8에서 제조된 흑연 시트에 대하여 탄화 및 흑연화에 따른 중량 및 수율을 측정하였다. For the graphite sheets prepared in Examples 1 to 8, the weight and yield according to carbonization and graphitization were measured.

또한, 실시예 1에서 제조된 복합 기재에 대하여 탄화 및 흑연화에 따른 흑연 시트의 표면을 주사 전자 현미경(scanning electron microscope; SEM)으로 관찰하였다. 주사 전자 현미경으로는 히타치(hitachi)사의 S-4800을 이용하였다.In addition, the surface of the graphite sheet following carbonization and graphitization of the composite substrate prepared in Example 1 was observed with a scanning electron microscope (SEM). As a scanning electron microscope, Hitachi's S-4800 was used.

이때 얻어진 결과는 표 4 및 도 6에 나타내었다.The results obtained at this time are shown in Table 4 and FIG. 6 .

탄화carbonization 흑연화graphitization 총 수율(%)Total yield (%) 중량(g)Weight (g) 수율(%)transference number(%) 중량(g)Weight (g) 수율(%)transference number(%) 실시예 1Example 1 0.1830.183 46.0 46.0 0.122 0.122 66.7 66.7 30.7 30.7 실시예 2Example 2 0.2410.241 51.2 51.2 0.183 0.183 75.9 75.9 38.9 38.9 실시예 3Example 3 0.2860.286 45.5 45.5 0.229 0.229 80.1 80.1 36.4 36.4 실시예 4Example 4 0.3850.385 49.5 49.5 0.315 0.315 81.8 81.8 40.5 40.5 실시예 5Example 5 0.1910.191 48.7 48.7 0.139 0.139 72.8 72.8 35.5 35.5 실시예 6Example 6 0.2180.218 47.4 47.4 0.172 0.172 78.9 78.9 37.4 37.4 실시예 7Example 7 0.2830.283 48.3 48.3 0.217 0.217 76.7 76.7 37.0 37.0 실시예 8Example 8 0.4050.405 50.7 50.7 0.320 0.320 79.0 79.0 40.1 40.1

도 6을 통해 복합 기재의 색깔이 탄화 후에 검은색, 흑연화 후에 은색으로 변화함을 확인할 수 있다.It can be seen from FIG. 6 that the color of the composite substrate changes to black after carbonization and silver after graphitization.

또한, 상기 표 4를 통해 복합 기재의 탄화 수율은 45 내지 51 %, 흑연화 수율은 66 내지 81 %이고, 총 수율은 30 내지 40 % 임을 알 수 있다.In addition, it can be seen from Table 4 that the carbonization yield of the composite substrate is 45 to 51%, the graphitization yield is 66 to 81%, and the total yield is 30 to 40%.

실험예 6. 흑연 시트의 열전도도 측정Experimental Example 6. Measurement of thermal conductivity of graphite sheet

실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 흑연 시트에 대해 수평방향 및 수직방향의 열전도도를 측정하였다. 이때 수평방향 및 수직방향의 열전도도는 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 흑연 시트를 광교류법에 의한 열확산율 측정 장치(Netsch사 제품「LFA447 Nanoflash」)를 사용하여 25 ℃의 온도에서 각각 5번 이상씩 측정하여 평균값으로 나타내었다. 이때 얻어진 결과는 표 5에 나타내었다.For the graphite sheets prepared in Example 1 and Comparative Example 1, the thermal conductivity in the horizontal and vertical directions was measured. At this time, the thermal conductivity in the horizontal and vertical directions was measured using a thermal diffusivity measuring device (“LFA447 Nanoflash” manufactured by Netsch Co., Ltd.) for the graphite sheets prepared in Example 1 and Comparative Example 1 at a temperature of 25° C., respectively. It was measured at least 5 times and expressed as an average value. The results obtained at this time are shown in Table 5.

수평방향 열전도도
(W/m·K)
Horizontal thermal conductivity
(W/m K)
수직방향 열전도도
(W/m·K)
vertical thermal conductivity
(W/m K)
실시예 1Example 1 800800 2323 비교예 1Comparative Example 1 1,2001,200 55

상기 표 5를 참조하면, 실시예 1에 따른 흑연 시트의 열전도도가 비교예 1에 비하여 높은 것을 알 수 있으며, 특히 수직방향의 열전도도에 있어 비교예 1에 비해 현저히 향상됨을 확인할 수 있다.Referring to Table 5, it can be seen that the thermal conductivity of the graphite sheet according to Example 1 is higher than that of Comparative Example 1, and in particular, it can be confirmed that the thermal conductivity in the vertical direction is significantly improved compared to Comparative Example 1.

Claims (10)

(S1) 고분자를 포함하는 단섬유를 고배향의 3차원 다공성 구조체로 형성한 후 압연하여 섬유 기재를 제조하는 단계;
(S2) 상기 (S1) 단계에서 얻은 섬유 기재에 열전도성 계면 물질을 도포한 후, 압연하여 복합 기재를 제조하는 단계;
(S3) 상기 (S2) 단계에서 얻은 압연된 복합 기재를 열처리하여 탄화 및 흑연화시켜 흑연 시트를 제조하는 단계; 및
(S4) 상기 (S3) 단계에서 얻은 흑연 시트를 압연하는 단계를 포함하며,
상기 고분자는 아라미드 또는 폴리이미드이고,
상기 (S1) 단계에서 상기 압연 후 섬유 기재의 두께는 압연을 수행하기 전의 섬유 기재의 두께의 40 내지 80 %이고, 상기 (S1) 단계에서 상기 압연 후 섬유 기재의 공기 투과도는 상기 압연을 수행하기 전의 섬유 기재의 공기 투과도의 0.1 내지 45 %이며,
상기 (S2) 단계에서 상기 압연을 수행한 복합 기재의 두께는 압연을 수행하기 전의 섬유 기재의 두께의 95 % 이하이고, 상기 (S1) 단계에서 상기 압연에 의한 부피밀도의 증가율은 섬유 기재와 열전도성 계면 물질의 평균 밀도의 40 내지 95 %인 흑연 시트의 제조방법.
(S1) forming a short fiber containing a polymer into a highly oriented three-dimensional porous structure and then rolling to prepare a fiber base;
(S2) applying a thermally conductive interface material to the fiber substrate obtained in step (S1), followed by rolling to prepare a composite substrate;
(S3) heat-treating the rolled composite substrate obtained in step (S2) to carbonize and graphitize to prepare a graphite sheet; and
(S4) comprising the step of rolling the graphite sheet obtained in step (S3),
The polymer is aramid or polyimide,
The thickness of the fiber base after the rolling in the step (S1) is 40 to 80% of the thickness of the fiber base before performing the rolling, and the air permeability of the fiber base after the rolling in the step (S1) is to perform the rolling 0.1 to 45% of the air permeability of the former fiber base,
The thickness of the composite substrate subjected to the rolling in step (S2) is 95% or less of the thickness of the fiber substrate before performing the rolling, and the rate of increase in bulk density by the rolling in step (S1) is the fiber substrate and the thermoelectric A method for producing a graphite sheet having 40 to 95% of the average density of the conductive interfacial material.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 흑연시트의 수직방향의 열전도도는 10 내지 40 W/m·K인, 흑연 시트의 제조방법.
According to claim 1,
Thermal conductivity in the vertical direction of the graphite sheet is 10 to 40 W / m · K, a method of manufacturing a graphite sheet.
제1항에 있어서,
상기 섬유 기재는 시트상, 직물상 또는 웹상인, 흑연 시트의 제조방법.
According to claim 1,
The method for producing a graphite sheet, wherein the fiber base is in the form of a sheet, a fabric or a web.
제1항에 있어서,
상기 열전도성 계면 물질은 폴리이미드, 리그닌, 아라미드, 폴리아미드이미드, 폴리프로필렌 및 페놀로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는, 흑연 시트의 제조방법.
According to claim 1,
The method for producing a graphite sheet, wherein the thermally conductive interface material includes at least one selected from the group consisting of polyimide, lignin, aramid, polyamideimide, polypropylene, and phenol.
제1항에 있어서,
상기 복합 기재는 충진제를 더 포함하는, 흑연 시트의 제조방법.
According to claim 1,
The composite substrate further comprises a filler, a method for producing a graphite sheet.
제6항에 있어서,
상기 충진제는 탄소나노튜브, 그래핀, 흑연분말, 전도성 카본블랙 및 질화붕소 나노튜브로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는, 흑연 시트의 제조방법.
7. The method of claim 6,
The method for producing a graphite sheet, wherein the filler includes at least one selected from the group consisting of carbon nanotubes, graphene, graphite powder, conductive carbon black, and boron nitride nanotubes.
제1항에 있어서,
상기 탄화는 800 내지 1,500 ℃의 온도에서 수행하는, 흑연 시트의 제조방법.
According to claim 1,
The carbonization is performed at a temperature of 800 to 1,500 ℃, a method for producing a graphite sheet.
제1항에 있어서,
상기 흑연화는 2,600 내지 3,000 ℃의 온도에서 수행하는, 흑연 시트의 제조방법.
According to claim 1,
The graphitization is performed at a temperature of 2,600 to 3,000 ℃, a method for producing a graphite sheet.
제1항에 있어서,
상기 탄화 및 흑연화는 불활성 분위기에서 수행하는, 흑연 시트의 제조방법.
According to claim 1,
The carbonization and graphitization are performed in an inert atmosphere, a method for producing a graphite sheet.
KR1020190093796A 2019-08-01 2019-08-01 Method for preparing graphite sheet KR102342310B1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190093796A KR102342310B1 (en) 2019-08-01 2019-08-01 Method for preparing graphite sheet
PCT/KR2020/010096 WO2021020922A1 (en) 2019-08-01 2020-07-30 Method for manufacturing graphite sheet
TW109125985A TW202120775A (en) 2019-08-01 2020-07-31 Method for preparing graphite sheet

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190093796A KR102342310B1 (en) 2019-08-01 2019-08-01 Method for preparing graphite sheet

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210015240A KR20210015240A (en) 2021-02-10
KR102342310B1 true KR102342310B1 (en) 2021-12-21

Family

ID=74229437

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190093796A KR102342310B1 (en) 2019-08-01 2019-08-01 Method for preparing graphite sheet

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR102342310B1 (en)
TW (1) TW202120775A (en)
WO (1) WO2021020922A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113999657A (en) * 2021-11-23 2022-02-01 安徽碳华新材料科技有限公司 Processing technology of alkene-carbon composite material
CN114853002A (en) * 2022-05-13 2022-08-05 武汉理工大学 Preparation method and application of high-order-degree graphite film
CN114736019B (en) * 2022-06-10 2022-09-13 宁波长阳科技股份有限公司 Artificial graphite sheet with high vertical heat conduction and radiating fin comprising artificial graphite sheet

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007012440A (en) 2005-06-30 2007-01-18 Nippon Oil Corp Porous carbon material for fuel cell, thermal conductive member made of carbon fiber reinforced plastic, and manufacturing method of these
KR100725028B1 (en) 2006-10-24 2007-06-07 (주) 아모센스 Preparation method of thermal conductive sheet using nanocomposite carbon fiber
JP2008069474A (en) * 2006-09-13 2008-03-27 Teijin Ltd Carbon fiber aggregate suitable for reinforcing material/heat-dissipating material
JP2010064949A (en) 2008-08-12 2010-03-25 Kaneka Corp Method for production of graphite film
KR101851752B1 (en) * 2016-10-21 2018-04-24 에스케이씨 주식회사 Method for preparing graphite sheet

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100841939B1 (en) * 2006-02-07 2008-06-27 (주) 아모센스 Preparation method of thermal conductive sheet
KR101855281B1 (en) 2015-12-17 2018-05-08 에스케이씨 주식회사 Heat-dissipation sheet and preparation method thereof
KR102259397B1 (en) 2016-01-05 2021-05-31 코오롱인더스트리 주식회사 Graphite sheet with excellent heat conductive property along thickness direction and method of manufacturing the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007012440A (en) 2005-06-30 2007-01-18 Nippon Oil Corp Porous carbon material for fuel cell, thermal conductive member made of carbon fiber reinforced plastic, and manufacturing method of these
JP2008069474A (en) * 2006-09-13 2008-03-27 Teijin Ltd Carbon fiber aggregate suitable for reinforcing material/heat-dissipating material
KR100725028B1 (en) 2006-10-24 2007-06-07 (주) 아모센스 Preparation method of thermal conductive sheet using nanocomposite carbon fiber
JP2010064949A (en) 2008-08-12 2010-03-25 Kaneka Corp Method for production of graphite film
KR101851752B1 (en) * 2016-10-21 2018-04-24 에스케이씨 주식회사 Method for preparing graphite sheet

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210015240A (en) 2021-02-10
TW202120775A (en) 2021-06-01
WO2021020922A1 (en) 2021-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102342310B1 (en) Method for preparing graphite sheet
JP4999128B2 (en) Method for producing porous body
TWI708423B (en) Gas diffusion electrode and manufacturing method thereof
JP5703542B2 (en) Carbon fiber reinforced resin sheet and roll wound body thereof
KR102169124B1 (en) Graphitized carbon substrate for gas diffusion layer and gas diffusion layer emplying the same
JP4591128B2 (en) Method for producing porous carbon plate
CA2962722C (en) Carbon sheet, gas diffusion electrode substrate and fuel cell
EP3276718B1 (en) Porous carbon electrode base material, method for manufacturing same, gas diffusion layer, and membrane-electrode assembly for fuel cell
KR101834552B1 (en) Multi Layered Carbon substrate for Gas Diffusion Layer
JPWO2004031465A1 (en) Acrylic flame resistant fiber nonwoven fabric, carbon fiber nonwoven fabric, and production method thereof
JP6330282B2 (en) Gas diffusion electrode substrate for fuel cell and manufacturing method thereof
CN105172245B (en) Carbon fiber insulator and preparation method thereof
CA2962740A1 (en) Carbon sheet, gas diffusion electrode substrate and fuel cell
KR102078974B1 (en) Manufacturing method of carbon papers having excellent thermal conductivity and carbon papers manufactured therefrom
JP5335174B2 (en) Porous body, manufacturing method thereof, and composite material using porous body
JP5323974B2 (en) Graphite composite film and method for producing the same
JPH02227244A (en) Molding insulated material
JP6766650B2 (en) Gas diffusion electrode and its manufacturing method
JP2007012440A (en) Porous carbon material for fuel cell, thermal conductive member made of carbon fiber reinforced plastic, and manufacturing method of these
CN111194497B (en) Microporous layer, method for producing same, gas diffusion electrode substrate, and fuel cell
JP2017171550A (en) Conductive porous substrate, gas diffusion electrode, and fuel cell
KR20100079353A (en) Preparing method of carbon nanotube and carbon compound gas diffusion layer for fuel cell
CN114318591B (en) Two-dimensional graphene fiber, preparation method and application
JP2009076347A (en) Gas diffusion electrode substrate and its manufacturing method
JP2024038589A (en) Gas diffusion layer base material for fuel cells and its manufacturing method

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant