KR102398815B1 - Surface treatment method of carbon fiber using IPL investigation and Aparatus as same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 IPL 조사를 이용한 탄소섬유의 표면 처리 방법 및 장치에 대한 것으로서, 보다 구체적으로는 홈이 파인 패널 상에 저품위 탄소섬유를 공급한 상태에서 진동 및 스크레이핑을 행한 상태에서 IPL 램프를 통한 조사 과정을 통해 탄소섬유 상에 에너지를 인가함으로써 기능화한 탄소섬유를 연속적으로 생산하는 방안에 대한 것이다. 복수의 홈이 형성된 기판을 준비하는 제1 단계; 촙(chop)형태의 탄소섬유를 공급하여 상기 홈 내에 상기 탄소섬유를 배열하는 제2 단계; IPL 램프를 이용하여 상기 탄소섬유에 에너지를 인가하는 제3 단계;를 포함하여 기능화한 탄소섬유를 연속적으로 생산하는 IPL 조사를 이용한 탄소섬유의 표면 처리 방법을 제공한다. The present invention relates to a method and apparatus for surface treatment of carbon fibers using IPL irradiation, and more particularly, through an IPL lamp in a state in which low-quality carbon fibers are supplied on a grooved panel and vibration and scraping are performed. It is about a method of continuously producing functionalized carbon fibers by applying energy to the carbon fibers through the irradiation process. A first step of preparing a substrate on which a plurality of grooves are formed; a second step of arranging the carbon fibers in the groove by supplying carbon fibers in the form of chops; A third step of applying energy to the carbon fiber using an IPL lamp; provides a method for surface treatment of carbon fibers using IPL irradiation to continuously produce functionalized carbon fibers, including.
탄소섬유는 가볍고 강하며 높은 탄성율의 장점을 가져 엔지니어링 플라스틱을 포함한 범용 플라스틱에도 광범위하게 사용되는 값싼 강화용 재료이다. 일반적으로 엔지니어링 플라스틱을 포함한 상용 플라스틱은 탄소섬유가 첨가된 탄소섬유/플라스틱 복합재료로 제공된다. 탄소섬유 첨가량에 따라 수~수십배에 이르는 강도향상을 이룰 수 있다. 탄소섬유는 열경화성, 열가소성 등의 플라스틱 종류에 따라 팬(PAN)계, 핏치(Pitch)계 그리고 레이언(Rayon)계 등의 다양한 탄소섬유 종을 해당 플라스틱과 혼합하여 사용될 수 있다.Carbon fiber is an inexpensive reinforcing material that is widely used in general-purpose plastics including engineering plastics because it is light, strong, and has a high modulus of elasticity. In general, commercial plastics including engineering plastics are provided as carbon fiber/plastic composite materials with carbon fiber added. Depending on the amount of carbon fiber added, strength can be improved several to tens of times. Carbon fiber may be used by mixing various carbon fiber types such as PAN-based, pitch-based, and rayon-based plastics with the corresponding plastic depending on the type of plastic such as thermosetting or thermoplastic.
탄소섬유 복합재료는 높은 비강도와 강성 때문에 고기능성 재료로써 자동차, 스포츠, 항공 산업 등의 많은 분야에 적용되고 있다. 최근에는 열가소성 수지의 짧은 성형시간과 재활용이 가능하다는 장점이 부각되면서 열가소성 수지를 기저(matrix)로 하는 복합재료가 큰 관심을 끌고 있다. 한편, 탄소섬유와 폴리프로필렌 수지 등과의 사이의 약한 결합력으로 인해 계면 분리가 발생하게 된다. 따라서 섬유와 수지 사이의 계면 강도를 증가시키기 위한 많은 연구들이 시도되고 있다.Carbon fiber composite materials are being applied in many fields such as automobiles, sports and aviation industries as high-functional materials because of their high specific strength and rigidity. Recently, as the advantages of short molding time and recyclability of thermoplastic resins have been highlighted, a composite material using a thermoplastic resin as a matrix has attracted great attention. On the other hand, interfacial separation occurs due to the weak bonding force between the carbon fiber and the polypropylene resin. Therefore, many studies have been attempted to increase the interfacial strength between fibers and resins.
섬유와 수지 사이의 계면 접착강도의 향상을 위한 표면처리 방법들로는 산화처리, 플라즈마(plasma) 처리, 휘스키화 (whiskeri-zation) 처리, 커플링제 (coupling agent) 처리 등이 있다. 커플링제 처리는 가장 보편적인 섬유의 표면 처리 방법 중 하나이다.Surface treatment methods for improving the interfacial adhesion strength between fibers and resins include oxidation treatment, plasma treatment, whiskeri-zation treatment, and coupling agent treatment. Coupling agent treatment is one of the most common methods for surface treatment of fibers.
각각의 탄소섬유는 플라스틱 수지 간 안정한 물리적 계면을 이루기 위하여 계면결합제로 코팅하는 사이징(sizing) 처리가 되어있다. 이러한 사이징 처리된 탄소섬유를 플라스틱과 혼합하여 복합재료 만든 경우, 상온에서의 강화 효과는 매우 뛰어나지만, 고온의 경우에서는 플라스틱 모재와 탄소섬유 표면 간 계면 안정성이 매우 낮아지기 때문에 고온 강도 향상 효과는 미미한 수준이다. 따라서, 고내열성 엔지니어링 플라스틱용 강화방법으로는 적합하지 않다.Each carbon fiber is sizing by coating with an interface binder to form a stable physical interface between plastic resins. When the sizing-treated carbon fiber is mixed with plastic to make a composite material, the reinforcing effect at room temperature is very good, but at high temperature, the interfacial stability between the plastic base material and the carbon fiber surface is very low, so the effect of improving the strength at high temperature is insignificant. am. Therefore, it is not suitable as a strengthening method for high heat-resistant engineering plastics.
현대에는 다양한 산업분야에 대하여 복합재료의 적용이 확대되고 있으며, 탄소섬유는 복합재료로서 다양한 분야에서 사용되고 있다. 따라서 이미 사용된 탄소섬유, 즉, 폐탄소섬유를 재활용하여 다시 재료로서 사용할 수 있다면, 이는 경제적으로나 환경적으로나 매우 유용하다.In modern times, the application of composite materials to various industrial fields is expanding, and carbon fiber is used in various fields as composite materials. Therefore, if carbon fibers that have already been used, ie, waste carbon fibers, can be recycled and used again as a material, it is very useful both economically and environmentally.
그러나 종래까지는 재활용 탄소섬유의 경우 산업에 다시 사용되기 위해서는 일정의 품질이 인정되어야 하며, 이러한 품질을 검증하고 분석하는 기준이 많이 부족한 상태이다. 구체적으로, 폐탄소섬유를 재활용하여 다시 사용하기 위해서는 폐탄소섬유의 품질이 어느 수준인지 정밀하게 확인할 수 있어야 한다. 이러한 부분에 있어 종래에는 일반적으로 재활용된 섬유에 대한 인장강도를 평가하거나, 섬유의 상태를 현미경으로 확인하는 육안 측정 등이 대부분이었다. 인장강도 평가 방법의 경우, 보통 5~7 ㎛의 직경을 가지는 탄소섬유의 상태를 분석하고 제어하는 것은 매우 높은 숙련도가 필요하고, 분석에 소요되는 시간 또한 수 일에서 수 십 일로 매우 긴 단점이 있으므로 적합하지 못하다. 육안 측정 평가 방법의 경우, 탄소섬유의 손상 정도 등을 알 수 없어, 탄소섬유의 품질의 판단 자체가 매우 어려워 적합하지 못하다.However, conventionally, in the case of recycled carbon fiber, in order to be used again in industry, a certain quality must be recognized, and standards for verifying and analyzing such quality are insufficient. Specifically, in order to recycle and reuse waste carbon fibers, it is necessary to precisely check the quality of the waste carbon fibers. In this regard, conventionally, in general, evaluation of the tensile strength of recycled fibers or visual measurement for checking the state of the fibers with a microscope has been mostly used. In the case of the tensile strength evaluation method, it usually requires very high skill to analyze and control the state of carbon fibers having a diameter of 5 to 7 μm, and the analysis time is also very long, from several days to several tens of days. not suitable In the case of the visual measurement evaluation method, it is not possible to know the degree of damage to the carbon fiber, etc., and it is difficult to determine the quality of the carbon fiber itself, which is not suitable.
따라서 폐탄소섬유를 재활용하거나 저품위 탄소섬유를 성능을 높여서 사용할 수 있도록 표면 개질 방법이 필요하다. Therefore, there is a need for a surface modification method so that waste carbon fibers can be recycled or low-grade carbon fibers can be used with improved performance.
탄소나노섬유의 표면처리방법을 제공하는 문헌으로는 등록특허 10-1658455를 참조할 수 있다.As a document providing a method for surface treatment of carbon nanofibers, reference may be made to Patent Registration No. 10-1658455.
본 발명은 홈이 파인 패널 상에 저품위 탄소섬유를 공급한 상태에서 진동 및 스크레이핑을 행한 상태에서 IPL 램프를 통한 조사 과정을 통해 탄소섬유 상에 에너지를 인가함으로써 기능화한 탄소섬유를 연속적으로 생산하는 방안에 관한 것이다.The present invention continuously produces functionalized carbon fibers by applying energy to the carbon fibers through an irradiation process through an IPL lamp in a state where low-quality carbon fibers are supplied on a grooved panel and vibration and scraping are performed. It's about how to do it.
본 발명은 열가소성 탄소섬유 복합소재 및 열경화성 탄소섬유 복합소재의 폐기물로부터 리사이클된 저품위 탄소섬유의 표면을 개질하여 품질을 높여 재활용할 수 있도록 한다. The present invention improves the quality by modifying the surface of low-grade carbon fibers recycled from wastes of thermoplastic carbon fiber composite materials and thermosetting carbon fiber composite materials so that they can be recycled.
본 발명은 일반 탄소섬유 생산공정에서 발생하는 불량 탄소섬유들을 표면을 개질하여 품질을 높여 재활용할 수 있도록 한다. The present invention improves the quality by modifying the surface of defective carbon fibers generated in the general carbon fiber production process so that they can be recycled.
본 발명은 저품위 탄소섬유의 표면을 개질하여 그 품질을 개선하여 자동차 부품, 신재생 에너지 산업 부품, 조선 해양 기자재 부품, 건축 자재, 전자 제품 부품, 일상 생활에서의 부품에 사용될 수 있도록 한다. The present invention modifies the surface of low-grade carbon fiber to improve its quality so that it can be used in automobile parts, renewable energy industrial parts, shipbuilding and marine equipment parts, building materials, electronic product parts, and parts in daily life.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 IPL 조사를 통한 탄소섬유의 표면 처리 시스템은, 특정 방향으로 홈이 파인 기판 상에 탄소섬유를 공급하는 단계; 상기 기판을 고정한 상태에서 진동을 인가하여 상기 탄소섬유를 상기 기판에 형성된 홈 상에 배열하는 단계; 상기 탄소섬유가 홈을 따라 배열된 기판에 대한 스크레이핑을 행하여 상기 기판 상에 일정량의 탄소섬유 만을 잔류하게 하는 단계; 및 IPL 램프를 상기 기판 상에 공급함으로써 탄소섬유에 에너지를 인가하는 단계;를 포함하며, 이를 통해 기능화한 탄소섬유를 연속적으로 생산하는 것이 바람직할 수 있다.A system for surface treatment of carbon fibers through IPL irradiation according to the present invention for achieving the above object includes the steps of: supplying carbon fibers on a substrate with grooves in a specific direction; arranging the carbon fibers on the grooves formed in the substrate by applying vibration while the substrate is fixed; scraping the substrate on which the carbon fibers are arranged along the grooves so that only a certain amount of carbon fibers remain on the substrate; and applying energy to the carbon fibers by supplying an IPL lamp onto the substrate, and it may be desirable to continuously produce functionalized carbon fibers through this.
상기 탄소섬유에 에너지를 인가하는 단계에서, 상기 기판을 기준으로 상하부 상에 각각 IPL 램프를 배치하고, 상기 각각의 IPL 램프를 통한 광에너지 투과를 차단하는 스크린을 설치하며, 상기 스크린을 통해서 상기 IPL 램프에서의 광에너지를 교차적으로 상기 기판의 상면과 하면 상에 인가하는 것이 바람직할 수 있다.In the step of applying energy to the carbon fiber, IPL lamps are respectively disposed on the upper and lower portions with respect to the substrate, and a screen is installed to block light energy transmission through each IPL lamp, and the IPL lamp is passed through the screen It may be desirable to alternately apply light energy from the lamp onto the upper and lower surfaces of the substrate.
본 발명의 기능화한 탄소섬유를 연속적으로 생산하는 IPL 조사를 이용한 탄소섬유의 표면 처리 방법은, The method for surface treatment of carbon fibers using IPL irradiation to continuously produce functionalized carbon fibers of the present invention,
복수의 홈이 형성된 기판을 준비하는 제1 단계;A first step of preparing a substrate on which a plurality of grooves are formed;
촙(chop)형태의 탄소섬유를 공급하여 상기 홈 내에 상기 탄소섬유를 배열하는 제2 단계;a second step of arranging the carbon fibers in the groove by supplying carbon fibers in the form of chops;
IPL 램프를 이용하여 상기 탄소섬유에 에너지를 인가하는 제3 단계;를 포함한다. and a third step of applying energy to the carbon fiber using an IPL lamp.
상기 기판은 투명한 유리 기판인 것을 특징으로 한다. The substrate is characterized in that it is a transparent glass substrate.
상기 제3 단계에서,In the third step,
상기 기판을 기준으로 상하부 상에 각각 IPL 램프를 배치하고, IPL lamps are respectively disposed on the upper and lower parts with respect to the substrate,
상기 램프에서의 광에너지를 교차적으로 상기 기판의 상면과 하면 상에 인가하는 것을 특징으로 한다. It is characterized in that the light energy from the lamp is alternately applied to the upper and lower surfaces of the substrate.
상기 각각의 IPL 램프와 상기 기판 사이에는 광에너지 투과를 차단하는 스크린이 각각 제공되고, A screen for blocking light energy transmission is provided between each of the IPL lamps and the substrate,
상기 스크린을 통해서 상기 IPL 램프에서의 광에너지를 교차적으로 상기 기판의 상면과 하면 상에 인가하는 것을 특징으로 한다. It is characterized in that the light energy from the IPL lamp is alternately applied to the upper and lower surfaces of the substrate through the screen.
상기 IPL 램프에 인가된 전압은 1000V 내지 1400V 인 것을 특징으로 한다. The voltage applied to the IPL lamp is characterized in that 1000V to 1400V.
본 발명에 따른 IPL 조사를 이용한 탄소섬유의 표면 처리 장치는, An apparatus for surface treatment of carbon fibers using IPL irradiation according to the present invention,
복수의 홈(5)이 형성된 기판(10);a
상기 기판(10)의 상측에 제공되어 상기 기판(10)의 상측으로 에너지를 인가하는 상부 IPL 램프(20);an
상기 기판(10)의 하측에 제공되어 상기 기판(10)의 하측으로 에너지를 인가하는 하부 IPL 램프(30);a
상기 상부 IPL 램프(20)와 상기 하부 IPL 램프(30)를 교차로 동작시키는 제어부;를 포함하고, a control unit that alternately operates the
상기 제어부는 상기 홈(5)에 chop 형태의 탄소섬유(1)를 삽입한 상태에서 상기 상부 및 하부 IPL 램프에서의 광에너지를 교차적으로 상기 기판의 상면과 하면에 인가하는 것을 특징으로 한다. The controller alternately applies the light energy from the upper and lower IPL lamps to the upper and lower surfaces of the substrate while the chop-
상기 각각의 IPL 램프와 상기 기판 사이에는 광에너지 투과를 차단하는 스크린(40, 50)이 각각 제공되고,
상기 스크린(40, 50)을 통해서 상기 램프에서의 광에너지를 교차적으로 상기 기판의 상면과 하면 상에 인가하는 것을 특징으로 한다. Light energy from the lamp is alternately applied to the upper and lower surfaces of the substrate through the screens (40, 50).
상기 기판(10)은 투명한 유리 기판인 것을 특징으로 한다. The
상기 IPL 램프(20, 30)에 인가된 전압은 1000V 내지 1400V 인 것을 특징으로 한다. The voltage applied to the
상기 기판(10) 위에 상기 탄소섬유(1)를 공급하는 공급부와, a supply unit for supplying the carbon fiber (1) on the substrate (10);
상기 공급된 탄소섬유 중 상기 홈(5) 내에 위치하지 않은 탄소섬유를 기판 밖으로 이동시키는 스크레이퍼(60)를 더 포함한다. A
상술한 바와 같이 본 발명은 특정한 방향을 따라 홈이 파인 패널 상에 저품위 탄소섬유를 공급한 상태에서 진동 및 스크레이핑을 행한 상태에서 IPL 램프를 통한 조사 과정을 통해 탄소섬유 상에 에너지를 인가함으로써 기능화한 탄소섬유를 연속적으로 생산하게 한다.As described above, the present invention provides energy to carbon fibers through an irradiation process through an IPL lamp in a state in which low-grade carbon fibers are supplied on a grooved panel along a specific direction and vibration and scraping are performed. Enables continuous production of functionalized carbon fibers.
본 발명은 연속적으로 공급되는 탄소섬유의 상하부 표면 상에 양방향 IPL 에너지 노출로 탄소섬유 표면을 기능화함으로써 저품위 탄소섬유의 표면에너지 값을 현저하게 상승하게 함과 동시에 분산성과 극성을 증가하게 한 후 플라스틱을 혼합하여 성형하게 한다.The present invention remarkably increases the surface energy value of low-grade carbon fibers and increases dispersibility and polarity by functionalizing the carbon fiber surface by bidirectional IPL energy exposure on the upper and lower surfaces of continuously supplied carbon fibers, and then plastics Mix to form.
본 발명은 홈이 파인 패널 상에 저품위 탄소섬유를 공급한 상태에서 진동 및 스크레이핑을 행한 상태에서 IPL 램프를 통한 조사 과정을 통해 탄소섬유 상에 에너지를 인가함으로써 기능화한 탄소섬유를 연속적으로 생산하는 효과를 제공한다. The present invention continuously produces functionalized carbon fibers by applying energy to the carbon fibers through an irradiation process through an IPL lamp in a state where low-quality carbon fibers are supplied on a grooved panel and vibration and scraping are performed. provides the effect of
본 발명은 열가소성 탄소섬유 복합소재 및 열경화성 탄소섬유 복합소재의 폐기물로부터 리사이클된 저품위 탄소섬유의 표면을 개질하여 품질을 높여 재활용할 수 있는 효과가 있다. The present invention has the effect of improving the quality and recycling by modifying the surface of low-grade carbon fibers recycled from wastes of thermoplastic carbon fiber composite materials and thermosetting carbon fiber composite materials.
본 발명은 일반 탄소섬유 생산공정에서 발생하는 불량 탄소섬유들을 표면을 개질하여 품질을 높여 재활용할 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of improving the quality and recycling of defective carbon fibers generated in the general carbon fiber production process by modifying the surface.
본 발명은 저품위 탄소섬유의 표면을 개질하여 그 품질을 개선하여 자동차 부품, 신재생 에너지 산업 부품, 조선 해양 기자재 부품, 건축 자재, 전자 제품 부품, 일상 생활에서의 부품에 사용될 수 있도록 하는 효과가 있다. The present invention has the effect of modifying the surface of low-grade carbon fiber and improving its quality so that it can be used in automobile parts, new and renewable energy industrial parts, shipbuilding and marine equipment parts, building materials, electronic product parts, and parts in daily life. .
도 1은 본 발명에 따라 공급된 저품위 탄소섬유를 IPL 표면처리하는 공정 모식도를 보인다.
도 2는 Trench 구조를 활용한 chopped 탄소섬유 방향 배열을 보인다.
도 3은 양방향 IPL 에너지 노출로 탄소섬유 표면을 기능화하는 과정을 보인다.
도 4는 저품위 탄소섬유 표면 상에 IPL을 조사하여 기능화하는 과정을 보인다.
도 5는 IPL을 조사하여 기능화한 탄소섬유를 압출기 상에서 혼합하여 사출을 행하여 플라스틱과 저품의 탄소섬유를 합친 복합소재 펠렛을 구현한 상태를 보인다.
도 6은 본 발명에 따라 저품위 탄소섬유를 디사이징, 쵸핑, IPL 조사를 하는 과정을 보인다.
도 7은 저품위 탄소섬유 상에 IPL을 조사한 상태에서 표면 에너지 측정을 실시한 결과를 보인다.
도 8은 저품위 탄소섬유 상에 IPL을 조사한 상태에서 XPS 분석 결과를 보인다.
도 9는 저품위 탄소섬유 상에 IPL을 조사한 상태에서 Raman Spectrum 분석 결과를 보인다.
도 10 내지 도 12는 탄소섬유 표면처리 방식에 따른 표면개질 비교 결과를 보인다.
도 13 내지 도 18은 본 발명에 따른 표면개질의 실험결과를 나타낸다.
도 19는 본 발명에 따른 IPL 인가 장치의 개념도이다. 1 shows a schematic diagram of a process for IPL surface treatment of low-grade carbon fibers supplied according to the present invention.
Figure 2 shows the orientation of chopped carbon fibers utilizing the trench structure.
3 shows the process of functionalizing the carbon fiber surface by bidirectional IPL energy exposure.
Figure 4 shows the process of functionalization by irradiating IPL on the low-grade carbon fiber surface.
5 shows a state in which composite material pellets in which plastics and low-quality carbon fibers are combined with plastics and low-quality carbon fibers are realized by mixing and injecting carbon fibers functionalized by irradiating IPL.
6 shows the process of desizing, chopping, and IPL irradiation of low-grade carbon fiber according to the present invention.
7 shows the results of surface energy measurement in a state in which IPL is irradiated on low-grade carbon fibers.
8 shows XPS analysis results in a state in which IPL is irradiated on low-grade carbon fibers.
9 shows Raman Spectrum analysis results in a state in which IPL is irradiated on low-grade carbon fibers.
10 to 12 show comparison results of surface modification according to the carbon fiber surface treatment method.
13 to 18 show experimental results of surface modification according to the present invention.
19 is a conceptual diagram of an IPL application apparatus according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and the scope of the invention to those of ordinary skill in the art It is provided for complete information. In the drawings, like reference numerals refer to like elements.
본 발명은 홈이 파인 패널 상에 저품위 탄소섬유를 공급한 상태에서 진동 및 스크레이핑을 행한 상태에서 IPL 램프를 통한 조사 과정을 통해 탄소섬유 상에 에너지를 인가함으로써 기능화한 탄소섬유를 연속적으로 생산하는 기술을 제공하는 것이다.The present invention continuously produces functionalized carbon fibers by applying energy to the carbon fibers through an irradiation process through an IPL lamp in a state where low-quality carbon fibers are supplied on a grooved panel and vibration and scraping are performed. to provide the skills to
구체적으로는 IPL(Intense Pulsed Light)을 활용하여 저품위 탄소섬유의 표면처리를 실시함으로써 기능화하는 것을 핵심적인 특징으로 하는 것이다.Specifically, the key feature is to functionalize the low-quality carbon fiber by surface treatment using IPL (Intense Pulsed Light).
탄소섬유는 표면이 그래파이트 구조이기 때문에 복합재료로 사용되는 매트릭스 수지와의 접착 강도가 불충분하여 탄소섬유 표면의 개질이 필요하게 된다. 이에 따라서, IPL을 활용하여 탄소섬유의 표면처리를 실시하게 되는데, IPL 에너지는 다른 표면처리 방식에 비해 짧은 시간 및 간단한 공정으로 효과적인 표면 기능화가 가능하게 된다.Since carbon fibers have a graphite structure on the surface, the adhesive strength with the matrix resin used as a composite material is insufficient, so the surface of carbon fibers needs to be modified. Accordingly, the surface treatment of carbon fibers is performed using IPL, and the IPL energy enables effective surface functionalization in a shorter time and a simple process compared to other surface treatment methods.
도 1은 본 발명에 따라 공급된 저품위 탄소섬유를 IPL 표면처리하는 공정 모식도를 보인다.1 shows a schematic diagram of a process for IPL surface treatment of low-grade carbon fibers supplied according to the present invention.
먼저, 특정 방향으로 홈이 파인 유리판 상에 저품위 탄소섬유를 공급한다. 상기 유리판 상에는 일예로서 진행 방향을 따라서 Trench 구조를 갖는 홈이 소정 간격으로 형성된다. 유리판 하부 상에는 석션을 통해 상기 유리판을 고정한 상태에서 수평 방향을 따라 진동을 인가하여 저품위 탄소섬유를 유리판에 형성된 홈 상에 배열하게 한다. 즉, 유리판에 형성된 다수의 홈 형상 및 진동을 통해 공급된 chopped 탄소섬유의 방향을 일정하게 배열하게 한다.First, low-quality carbon fibers are supplied on a glass plate with grooves in a specific direction. As an example, grooves having a trench structure are formed on the glass plate at predetermined intervals along a traveling direction. On the lower part of the glass plate, vibration is applied along the horizontal direction in a state in which the glass plate is fixed through suction to arrange low-grade carbon fibers on the grooves formed in the glass plate. That is, the direction of the chopped carbon fibers supplied through a plurality of groove shapes and vibrations formed on the glass plate is uniformly arranged.
다음으로, 저품위 탄소섬유가 홈을 따라 배열된 유리판에 대한 스크레이핑을 행하여 상기 유리판 상에 일정량의 탄소섬유만 남기도록 한다. 이는 홈 내측에 배열된 탄소섬유를 제외한 유리판 위의 탄소섬유들을 제거하는 공정이다. 즉, 저품위 탄소섬유가 배열된 유리판을 기준으로 일측에 스크레이퍼를 배치하는 한편으로 타측 상에는 탄소섬유 회수부를 배치한 상태에서, 상기 스트레이퍼를 유리판 상면 상에서 계속적으로 왕복 슬라이딩 운동하는 과정을 통해서여 일정량의 탄소섬유만 유리판 상의 홈 안에 남기게 한다.Next, scraping is performed on the glass plate in which low-grade carbon fibers are arranged along the grooves to leave only a certain amount of carbon fibers on the glass plate. This is a process of removing the carbon fibers on the glass plate except for the carbon fibers arranged inside the groove. That is, in a state in which a scraper is arranged on one side based on a glass plate on which low-grade carbon fibers are arranged and a carbon fiber recovery unit is arranged on the other side, the scraper is continuously reciprocated on the upper surface of the glass plate. Only carbon fibers are left in the grooves on the glass plate.
다음으로, IPL 램프를 교차적으로 유리판 상에 스크리닝하여 탄소섬유에 에너지를 인가하는 과정을 갖게 한다.Next, IPL lamps are alternately screened on a glass plate to have a process of applying energy to carbon fibers.
구체적으로는, 탄소섬유 표면 전체 기능화 부여를 위하여 양방향 교차 스크리닝 광에너지 노출 구조를 형성한다.Specifically, a bidirectional cross-screening light energy exposure structure is formed in order to impart functionalization to the entire carbon fiber surface.
본 발명은 상기와 같이 홈이 형성된 유리 트레이를 연속적으로 이동하는 과정 상에서 탄소섬유 공급, 진동, 스크레이핑 및 IPL 광에너지 조사 등을 포함한 복수의 공정을 연속적으로 실시하게 한다.The present invention allows a plurality of processes, including carbon fiber supply, vibration, scraping, and IPL light energy irradiation, to be continuously performed in the process of continuously moving the glass tray having the grooves as described above.
상기 탄소섬유에 에너지를 인가하는 단계에서, 기판을 기준으로 상하부 상에 각각 IPL 램프를 배치하고, 상기 각각의 IPL 램프를 통한 광에너지 투과를 차단하는 스크린을 설치하며, 상기 스크린을 통해서 상기 양방향 램프에서의 광에너지를 교차적으로 상기 기판의 상면과 하면 상에 인가하는 것이 바람직할 수 있다.In the step of applying energy to the carbon fiber, each IPL lamp is disposed on the upper and lower parts with respect to the substrate, and a screen to block light energy transmission through each IPL lamp is installed, and the bidirectional lamp is passed through the screen It may be preferable to alternately apply light energy to the upper and lower surfaces of the substrate.
본 발명에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 도 19를 참조하면, 본 발명에 따른 IPL 조사를 이용한 탄소섬유의 표면 처리 장치는, 복수의 홈(5)이 형성된 기판(10); 상기 기판(10)의 상측에 제공되어 상기 기판(10)의 상측으로 에너지를 인가하는 상부 IPL 램프(20); 상기 기판(10)의 하측에 제공되어 상기 기판(10)의 하측으로 에너지를 인가하는 하부 IPL 램프(30); 상기 상부 IPL 램프(20)와 상기 하부 IPL 램프(30)를 교차로 동작시키는 제어부;를 포함한다. The present invention will be described in more detail. Referring to FIG. 19 , an apparatus for surface treatment of carbon fibers using IPL irradiation according to the present invention includes: a
상기 제어부는 상기 홈(5)에 chop 형태의 탄소섬유(1)를 삽입한 상태에서 상기 상부 및 하부 IPL 램프에서의 광에너지를 교차적으로 상기 기판의 상면과 하면에 인가하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 교차적이라 함은 상부 IPL 램프가 동작하는 경우 하부 IPL 램프는 오프되고, 하부 IPL 램프가 동작하는 경우 상부 IPL 램프가 오프되는 것을 의미한다. The controller alternately applies the light energy from the upper and lower IPL lamps to the upper and lower surfaces of the substrate while the chop-shaped
상기 각각의 IPL 램프와 상기 기판 사이에는 광에너지 투과를 차단하는 스크린(40, 50)이 각각 제공되고, 상기 스크린(40, 50)을 통해서 상기 램프에서의 광에너지를 교차적으로 상기 기판의 상면과 하면 상에 인가하는 것을 특징으로 한다. 도 19에 도시된 바와 같이 상기 스크린(40, 50)은 설치 및 제거가 가능하다. 예를 들어 상부 IPL 램프(20)가 동작하는 경우, 기판과 상부 IPL 램프 사이의 스크린(40)은 제거되고, 기판과 하부 IPL 램프 사이의 스크린(50)은 설치되어 광에너지가 기판에는 인가되지만 기판을 넘어서 더 외부로 방출되는 것을 방지한다.
마찬가지로, 하부 IPL 램프(30)가 동작하는 경우, 기판과 상부 IPL 램프 사이의 스크린(50)은 제거되고, 기판과 하부 IPL 램프 사이의 스크린(40)은 설치되어 광에너지가 기판에는 인가되지만 기판을 넘어서 더 외부로 방출되는 것을 방지한다. Similarly, when the
광에너지가 기판을 통과해서 탄소섬유의 표면에 영향을 주기 위해서는 상기 기판(10)은 투명해야 하고, 특히 유리 기판인 것이 바람직하다. In order for light energy to pass through the substrate and affect the surface of the carbon fiber, the
상기 IPL 램프(20, 30)에 인가된 전압은 1000V 내지 1400V 인 것을 특징으로 한다. 후술하겠지만, 1000V 이하와 1400V 이상에서는 획득된 성능 지표가 감소되었다. The voltage applied to the
또한, 상기 기판(10) 위에 상기 탄소섬유(1)를 공급하는 공급부(도면 미도시)와, 상기 공급된 탄소섬유 중 상기 홈(5) 내에 위치하지 않은 탄소섬유를 기판 밖으로 이동시키는 스크레이퍼(60)를 더 포함한다. In addition, a supply unit (not shown) for supplying the
본 발명의 기능화한 탄소섬유를 연속적으로 생산하는 IPL 조사를 이용한 탄소섬유의 표면 처리 방법은, 복수의 홈이 형성된 기판을 준비하는 제1 단계; 촙(chop)형태의 탄소섬유를 공급하여 상기 홈 내에 상기 탄소섬유를 배열하는 제2 단계; IPL 램프를 이용하여 상기 탄소섬유에 에너지를 인가하는 제3 단계;를 포함한다. The method for surface treatment of carbon fibers using IPL irradiation for continuously producing functionalized carbon fibers of the present invention includes a first step of preparing a substrate on which a plurality of grooves are formed; a second step of arranging the carbon fibers in the groove by supplying carbon fibers in the form of chops; and a third step of applying energy to the carbon fiber using an IPL lamp.
이때, 상기 기판은 투명한 유리 기판인 것을 특징으로 한다. In this case, the substrate is characterized in that it is a transparent glass substrate.
상기 제3 단계에서, 상기 기판을 기준으로 상하부 상에 각각 IPL 램프를 배치하고, 상기 램프에서의 광에너지를 교차적으로 상기 기판의 상면과 하면 상에 인가하는 것을 특징으로 한다. In the third step, IPL lamps are respectively disposed on the upper and lower portions with respect to the substrate, and light energy from the lamps is alternately applied to the upper and lower surfaces of the substrate.
상기 각각의 IPL 램프와 상기 기판 사이에는 광에너지 투과를 차단하는 스크린이 각각 제공되고, 상기 스크린을 통해서 상기 IPL 램프에서의 광에너지를 교차적으로 상기 판넬의 상면과 하면 상에 인가하는 것을 특징으로 한다. A screen for blocking light energy transmission is provided between each of the IPL lamps and the substrate, and light energy from the IPL lamp is alternately applied to the upper and lower surfaces of the panel through the screens, characterized in that do.
상기 IPL 램프에 인가된 전압은 1000V 내지 1400V 인 것을 특징으로 한다. The voltage applied to the IPL lamp is characterized in that 1000V to 1400V.
도 2는 Trench 구조를 활용한 chopped 탄소섬유 방향 배열을 보인다. 즉, 홈이 파인 유리판 상에 저품위 탄소섬유를 공급한 상태에서 진동을 통한 Shaking을 실시하여 홈에 탄소섬유를 위치하게 한다.Figure 2 shows the orientation of chopped carbon fibers utilizing the trench structure. That is, in a state in which low-quality carbon fibers are supplied on the grooved glass plate, shaking is performed through vibration to position the carbon fibers in the grooves.
도 3은 양방향 IPL 에너지 노출을 통해 탄소섬유 표면을 기능화하는 과정을 보인다. 즉, 홈이 파인 유리판을 기준으로 상하부 상에 각각 IPL 램프를 배치하고, 각각의 IPL 램프를 통한 광에너지 투과를 차단하는 스크린을 설치한다. 저품위 탄소섬유가 홈을 따라 배열된 유리판이 배치된 상태에서, 상부에 위치한 IPL 램프를 통해 IPL 광에너지를 조사함으로써 탄소섬유의 상부 상에 에너지를 인가한다. 다음으로, 상부에 위치한 IPL 램프의 하단으로 상부 스크린을 이동한 상태에서 하부에 위치한 IPL 램프를 통해 IPL 광에너지를 조사함으로써 탄소섬유의 하부 상에 에너지를 인가한다. 상기의 과정을 보면, 탄소섬유 상하 표면에 대한 전체적인 기능화 부여를 위하여 상하 양방향 교차 스크리닝 광에너지 노출 구조를 갖게 한다.3 shows the process of functionalizing the carbon fiber surface through bidirectional IPL energy exposure. That is, IPL lamps are respectively disposed on the upper and lower parts based on the grooved glass plate, and a screen that blocks light energy transmission through each IPL lamp is installed. In a state in which a glass plate in which low-grade carbon fibers are arranged along the grooves is arranged, energy is applied to the upper portion of the carbon fibers by irradiating IPL light energy through an IPL lamp located thereon. Next, energy is applied to the lower part of the carbon fiber by irradiating IPL light energy through the IPL lamp positioned at the lower part while the upper screen is moved to the lower part of the IPL lamp positioned at the upper part. Looking at the above process, in order to give the overall functionalization to the upper and lower surfaces of the carbon fiber, the upper and lower bidirectional cross-screening light energy exposure structure is provided.
본 발명은 특정한 방향을 따라 홈이 파인 패널 상에 저품위 탄소섬유를 공급한 상태에서 진동 및 스크레이핑을 행한 상태에서 IPL 램프를 통한 조사 과정을 통해 탄소섬유 상에 에너지를 인가함으로써 기능화한 탄소섬유를 연속적으로 생산하게 한다.The present invention provides a functionalized carbon fiber by applying energy to the carbon fiber through an irradiation process through an IPL lamp in a state in which vibration and scraping are performed in a state in which low-quality carbon fiber is supplied on a grooved panel along a specific direction. to be produced continuously.
도 4는 저품위 탄소섬유 표면 상에 IPL을 조사하여 기능화하는 과정을 보인다.Figure 4 shows the process of functionalization by irradiating IPL on the low-grade carbon fiber surface.
도 5는 IPL을 조사하여 기능화한 탄소섬유를 압출기 상에서 혼합하여 사출을 행하여 플라스틱과 저품의 탄소섬유를 합친 복합소재 펠렛을 구현한 상태를 보인다.5 shows a state in which composite material pellets in which plastics and low-quality carbon fibers are combined with plastics and low-quality carbon fibers are realized by mixing and injecting carbon fibers functionalized by irradiating IPL on an extruder.
압출기를 이루는 제1 입구 상에 PE(폴리에틸렌) 내지 PA(폴리아미드)와 같은 플라스틱을 투입하는 한편 압출기를 이루는 제2 입구 상에 IPL을 조사하여 기능화한 탄소섬유 동시에 투입한 상태에서, 멜팅(melting), 믹싱(mixing), 균일 방전(homogeneous discharge) 및 냉각(cooling)을 거친 상태에서 펠릿화하는 공정을 통해 플라스틱과 저품의 탄소섬유 복합소재 펠렛을 생산한다.In a state where plastic such as PE (polyethylene) or PA (polyamide) is put on the first inlet forming the extruder, and carbon fibers functionalized by irradiating IPL on the second inlet forming the extruder are simultaneously put in, melting (melting) ), mixing, homogeneous discharge, and cooling to produce pellets of plastic and low-quality carbon fiber composite material through the pelletizing process.
다음으로, 생산된 탄소섬유 복합소재 펠렛을 프레스, 사출/압출 성형을 통해 해상 태양광발전 부력체인 폰툰 및 구조물 부품을 이루게 한다. Next, the produced carbon fiber composite material pellets are pressed, injection/extrusion molding to form pontoons and structural parts, which are buoyant bodies for offshore photovoltaic power generation.
도 6은 본 발명에 따라 저품위 탄소섬유를 디사이징, 쵸핑, IPL 조사를 하는 과정을 보인다.6 shows the process of desizing, chopping, and IPL irradiation of low-grade carbon fiber according to the present invention.
디사이징(Desizing)은 예시적으로 아세톤에 침지(2 hr)하고 건조(110℃, 1 hr)하는 과정을 갖는다.Desizing has a process of immersing in acetone (2 hr) and drying (110 ℃, 1 hr) for example.
쵸핑(Chopping)은 그 길이를 6 mm로 설정 가능하다. 다만, 이에 구속되지는 않는다. For chopping, the length can be set to 6 mm. However, it is not limited thereto.
IPL 조사(irradiation)는 전압 : 400 ~ 1900 V, 노출시간 : 4 ms, 주파수 : 1 Hz, 횟수 : 100회, 분위기 : Ar:O2 (9:1), RT 로 설정 가능하다.IPL irradiation can be set as voltage: 400 ~ 1900 V, exposure time: 4 ms, frequency: 1 Hz, number of times: 100 times, atmosphere: Ar:O 2 (9:1), RT.
탄소섬유 복합재 제조 조건은 다음과 같다.The carbon fiber composite material manufacturing conditions are as follows.
구체적인 소재는 IPL-irradiated chopped CF(50 wt.%) 및 Matrix(비극성인 HDPE, 극성인 epoxy) 일 수 있다.Specific materials may be IPL-irradiated chopped CF (50 wt.%) and Matrix (non-polar HDPE, polar epoxy).
중간재인 펠렛을 제조하는 압출기는 열가소성 복합소재 혼합시스템(Twin Screw Extruder Compounding system)일 수 있다. 구체적인 스펙은 다음과 같다. 압출온도 : 180~210℃ , Feeder speed : 3 rpm , Extruder speed : 60 rpmAn extruder for producing pellets, which is an intermediate material, may be a twin screw extruder compounding system. Specific specifications are as follows. Extrusion temperature : 180~210℃ , Feeder speed : 3 rpm , Extruder speed : 60 rpm
인장/굴곡 시편을 제조하는 사출기는 사출성형기(Injection Machine) 일 수 있다.An injection molding machine for manufacturing the tensile/flexible specimen may be an injection molding machine.
구체적인 스펙은 다음과 같다. 사출온도 : 180~210℃ , 압력 : 15~50 bar , 사출속도 : 9 mm/sSpecific specifications are as follows. Injection temperature : 180~210℃ , Pressure : 15~50 bar , Injection speed : 9 mm/s
도 7은 저품위 탄소섬유 상에 IPL을 조사한 상태에서 표면 에너지 측정을 실시한 결과를 보인다.7 shows the results of surface energy measurement in a state in which IPL is irradiated on low-grade carbon fibers.
IPL 처리 후 탄소섬유의 표면에너지는 2~2.5배 증가하였으며, 특히 1,200 V, 4 ms, 1 Hz, 100회의 IPL 조건에서 가장 높은 표면에너지 값 50.3 mN/m를 나타낸 것을 알 수 있다. 또한, 1,200 V에서 분산성과 극성이 동시에 증가하였음을 알 수 있다. 한편, 1400 V 이상의 전압에서는 극성이 현저히 감소하였으며, 이는 과도한 에너지 인가에 의한 것으로 판단된다.After IPL treatment, the surface energy of the carbon fiber increased by 2 to 2.5 times, and it can be seen that the highest surface energy value of 50.3 mN/m was exhibited especially under the conditions of 1,200 V, 4 ms, 1 Hz, and 100 times of IPL. In addition, it can be seen that the dispersibility and polarity simultaneously increased at 1,200 V. On the other hand, at a voltage of 1400 V or higher, the polarity was significantly reduced, which is judged to be due to excessive energy application.
도 8은 저품위 탄소섬유 상에 IPL을 조사한 상태에서 XPS 분석 결과를 보인다. 1200 V까지 전압이 증가할수록 표면의 산소 relative concentration과 O/C 비율 값이 증가하였으며, 1400 V에서는 크게 감소한 것을 확인할 수 있다.8 shows XPS analysis results in a state in which IPL is irradiated on low-grade carbon fibers. As the voltage increased up to 1200 V, the relative oxygen concentration and O/C ratio on the surface increased, and it was confirmed that it decreased significantly at 1400 V.
도 9는 저품위 탄소섬유 상에 IPL을 조사한 상태에서 Raman Spectrum 분석 결과를 보인다.9 shows Raman Spectrum analysis results in a state in which IPL is irradiated on low-grade carbon fibers.
IPL 처리 후 G peak 대비 D peak의 intensity 값이 증가하였으며, 1,200 V까지 인가전압이 증가할수록 ID/IG 값이 증가하다가 이후 감소하였다는 것을 알 수 있다. 한편, ID/IG 값은 1,200 V에서 1.515로 pristine 대비 0.645 증가하여 탄소섬유 표면에 결함 부여를 통한 기능화를 확인할 수 있다.After IPL treatment, the intensity value of D peak compared to G peak increased, and it can be seen that the ID/IG value increased as the applied voltage up to 1,200 V increased, and then decreased. On the other hand, the ID/IG value increased by 0.645 compared to pristine from 1,200 V to 1.515, confirming functionalization through the provision of defects on the carbon fiber surface.
도 10 내지 도 12는 탄소섬유 표면처리 방식에 따른 표면개질 비교 결과를 보인다.10 to 12 show comparison results of surface modification according to the carbon fiber surface treatment method.
IPL 방식은 열처리, E-beam, ECR plasma, 산처리 방식에 비해 우수한 성능을 나타낸다는 점을 확인할 수 있고, 표면에너지의 분산성과 극성을 동시에 증가시킬 수 있어 극성/무극성 매트릭스 수지와의 계면 결합특성 향상에 유리하다는 것을 확인할 수 있다. It can be seen that the IPL method shows superior performance compared to the heat treatment, E-beam, ECR plasma, and acid treatment methods, and it can increase the dispersibility and polarity of surface energy at the same time. It can be seen that it is advantageous for improvement.
도 13은 탄소섬유 표면처리 방식에 따른 복합제 특성 평가 과정을 보인다.13 shows a composite agent characteristic evaluation process according to a carbon fiber surface treatment method.
IFSS(Interfacial shear strength) 시험(ASTM D 3379)을 진행한다.IFSS (Interfacial shear strength) test (ASTM D 3379) proceeds.
인장시험 틀에 탄소섬유 한 가닥을 종이프레임에 샘플링한다.(20 EA)In a tensile test frame, one strand of carbon fiber is sampled in a paper frame. (20 EA)
탄소섬유 중앙에 80 ~ 150 μm크기의 수지방울을 형성시킨 후 경화시킨다.(120℃ 16시간 또는 상온 72시간)After forming 80 ~ 150 μm sized resin drop in the center of carbon fiber, it is cured. (120℃ for 16 hours or room temperature for 72 hours)
0.1 ~ 0.3 mm/min 속도로 수지방울이 파단될 때까지 인장시험을 진행한다.The tensile test is carried out at a rate of 0.1 ~ 0.3 mm/min until the resin droplet breaks.
도 14는 본 발명에 따른 탄소섬유 표면처리 방식에 IFSS 측정 결과를 보인다.14 shows the IFSS measurement results in the carbon fiber surface treatment method according to the present invention.
IPL 표면처리한 저품위 탄소섬유는 pristine 대비 모든 전압 조건에서 IFSS 값이 증가하였고, 1,200 V에서 IFSS 값은 34.99 MPa로 최대 2.9배 증가하였고, 상용 A급 탄소섬유 대비 95%의 IFSS 값을 나타낸다. 가장 높은 IFSS 값을 나타낸 1200 V 조건으로 저품위 탄소섬유 복합재를 제조한다.IPL surface-treated low-grade carbon fiber increased the IFSS value under all voltage conditions compared to pristine, and at 1,200 V, the IFSS value was increased by a maximum of 2.9 times to 34.99 MPa, showing an IFSS value of 95% compared to commercial grade A carbon fiber. A low-quality carbon fiber composite is manufactured under the condition of 1200 V showing the highest IFSS value.
도 15는 본 발명에 따른 탄소섬유 표면처리 방식에 인장강도 결과(Matrix : HDPE)를 보인다.15 shows the tensile strength results (Matrix: HDPE) in the carbon fiber surface treatment method according to the present invention.
IPL 표면처리한 저품위 탄소섬유 복합재의 항복강도, 인장강도, 연신율이 증가하였고, 50 wt.% 함량의 저품위 탄소섬유 복합재의 인장강도 값은 IPL 표면처리 전 대비 최대 23% 증가하였음을 확인할 수 있다.It can be seen that the yield strength, tensile strength, and elongation of the low-grade carbon fiber composite material treated with IPL were increased, and the tensile strength value of the low-grade carbon fiber composite of 50 wt.% was increased by up to 23% compared to before the IPL surface treatment.
도 16은 본 발명에 따른 탄소섬유 표면처리 방식에 굴곡강도 결과 (Matrix : HDPE)를 보인다.16 shows the flexural strength results (Matrix: HDPE) in the carbon fiber surface treatment method according to the present invention.
IPL 표면처리한 저품위 탄소섬유 복합재의 굴곡강도, 굴곡탄성률, 파단거리가 증가하고, 50 wt.% 함량의 저품위 탄소섬유 복합재의 굴곡강도 값은 IPL 표면처리 전 대비 최대 36% 증가하였음을 알 수 있다.It can be seen that the flexural strength, flexural modulus, and breaking distance of the low-grade carbon fiber composite with IPL surface treatment increased, and the flexural strength value of the low-grade carbon fiber composite with 50 wt.% content increased by up to 36% compared to before the IPL surface treatment. .
한편, 저품위 탄소섬유와 수지간의 계면특성에 대한 강도는 인장강도보다 굴곡강도에서 더 큰 영향을 미침을 확인할 수 있다.On the other hand, it can be confirmed that the strength on the interfacial properties between the low-grade carbon fiber and the resin has a greater effect on the flexural strength than the tensile strength.
도 17은 본 발명에 따른 탄소섬유 표면처리 방식에 인장강도 결과 (Matrix : Epoxy)를 보인다.17 shows the tensile strength results (Matrix: Epoxy) in the carbon fiber surface treatment method according to the present invention.
IPL 표면처리한 저품위 탄소섬유 복합재의 항복강도, 인장강도, 연신율이 증가하였고, 50 wt.% 함량의 저품위 탄소섬유 복합재의 인장강도 값은 IPL 표면처리 전 대비 최대 28% 증가하였음을 알 수 있다.It can be seen that the yield strength, tensile strength, and elongation of the low-grade carbon fiber composites treated with IPL surface increased, and the tensile strength value of the low-grade carbon fiber composites containing 50 wt.% increased by up to 28% compared to before the IPL surface treatment.
도 18은 본 발명에 따른 탄소섬유 표면처리 방식에 굴곡강도 결과(Matrix : Epoxy)를 보인다.18 shows the results of flexural strength (Matrix: Epoxy) in the carbon fiber surface treatment method according to the present invention.
IPL 표면처리한 저품위 탄소섬유 복합재의 굴곡강도, 굴곡탄성률, 파단거리가 증가하였고, 50 wt.% 함량의 저품위 탄소섬유 복합재의 굴곡강도 값은 IPL 표면처리 전 대비 최대 44% 증가하였음을 알 수 있다.It can be seen that the flexural strength, flexural modulus, and breaking distance of the low-grade carbon fiber composites treated with IPL surface increased by up to 44% compared to before IPL surface treatment. .
IPL 표면처리한 저품위 탄소섬유는 분산성 및 극성 표면에너지 증가로 비극성 수지 PE 보다 극성 수지 epoxy와의 계면특성이 더 효과적으로 향상되었음을 알 수 있다.It can be seen that the interfacial properties of low-grade carbon fiber treated with IPL surface with polar resin epoxy improved more effectively than non-polar resin PE due to increased dispersibility and polar surface energy.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (10)
촙(chop)형태의 탄소섬유를 공급하여 상기 홈 내에 상기 탄소섬유를 배열하는 제2 단계;
IPL 램프를 이용하여 상기 탄소섬유에 에너지를 인가하는 제3 단계;를 포함하여 기능화한 탄소섬유를 연속적으로 생산하는 IPL 조사를 이용한 탄소섬유의 표면 처리 방법
A first step of preparing a substrate on which a plurality of grooves are formed;
a second step of arranging the carbon fibers in the groove by supplying carbon fibers in the form of chops;
A third step of applying energy to the carbon fiber using an IPL lamp; a method for surface treatment of carbon fibers using IPL irradiation to continuously produce functionalized carbon fibers, including
상기 기판은 투명한 유리 기판인 것을 특징으로 하는,
IPL 조사를 이용한 탄소섬유의 표면 처리 방법
The method of claim 1,
The substrate is characterized in that the transparent glass substrate,
Surface treatment method of carbon fiber using IPL irradiation
상기 제3 단계에서,
상기 기판을 기준으로 상하부 상에 각각 IPL 램프를 배치하고,
상기 램프에서의 광에너지를 교차적으로 상기 기판의 상면과 하면 상에 인가하는 것을 특징으로 하는,
IPL 조사를 이용한 탄소섬유의 표면 처리 방법
The method of claim 1,
In the third step,
IPL lamps are respectively disposed on the upper and lower parts with respect to the substrate,
characterized in that the light energy from the lamp is alternately applied on the upper surface and the lower surface of the substrate,
Surface treatment method of carbon fiber using IPL irradiation
상기 각각의 IPL 램프와 상기 기판 사이에는 광에너지 투과를 차단하는 스크린이 각각 제공되고,
상기 스크린을 통해서 상기 IPL 램프에서의 광에너지를 교차적으로 상기 기판의 상면과 하면 상에 인가하는 것을 특징으로 하는,
IPL 조사를 이용한 탄소섬유의 표면 처리 방법
4. The method of claim 3,
A screen for blocking light energy transmission is provided between each of the IPL lamps and the substrate,
characterized in that the light energy from the IPL lamp is alternately applied on the upper surface and the lower surface of the substrate through the screen,
Surface treatment method of carbon fiber using IPL irradiation
상기 IPL 램프에 인가된 전압은 1000V 내지 1400V 인 것을 특징으로 하는,
IPL 조사를 이용한 탄소섬유의 표면 처리 방법
The method of claim 1,
The voltage applied to the IPL lamp is characterized in that 1000V to 1400V,
Surface treatment method of carbon fiber using IPL irradiation
상기 기판(10)의 상측에 제공되어 상기 기판(10)의 상측으로 에너지를 인가하는 상부 IPL 램프(20);
상기 기판(10)의 하측에 제공되어 상기 기판(10)의 하측으로 에너지를 인가하는 하부 IPL 램프(30);
상기 상부 IPL 램프(20)와 상기 하부 IPL 램프(30)를 교차로 동작시키는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는 상기 홈(5)에 chop 형태의 탄소섬유(1)를 삽입한 상태에서 상기 상부 및 하부 IPL 램프에서의 광에너지를 교차적으로 상기 기판의 상면과 하면에 인가하는 것을 특징으로 하는,
IPL 조사를 이용한 탄소섬유의 표면 처리 장치.
a substrate 10 having a plurality of grooves 5 formed thereon;
an upper IPL lamp 20 provided on the upper side of the substrate 10 to apply energy to the upper side of the substrate 10 ;
a lower IPL lamp 30 provided under the substrate 10 to apply energy to the lower side of the substrate 10;
a control unit that alternately operates the upper IPL lamp 20 and the lower IPL lamp 30;
The control unit alternately applies the light energy from the upper and lower IPL lamps to the upper and lower surfaces of the substrate while the chop-shaped carbon fibers 1 are inserted into the grooves 5,
A device for surface treatment of carbon fibers using IPL irradiation.
상기 각각의 IPL 램프와 상기 기판 사이에는 광에너지 투과를 차단하는 스크린(40, 50)이 각각 제공되고,
상기 스크린(40, 50)을 통해서 상기 램프에서의 광에너지를 교차적으로 상기 기판의 상면과 하면 상에 인가하는 것을 특징으로 하는,
IPL 조사를 이용한 탄소섬유의 표면 처리 장치.
7. The method of claim 6,
Screens 40 and 50 for blocking light energy transmission are provided between each of the IPL lamps and the substrate, respectively,
characterized in that the light energy from the lamp is alternately applied on the upper surface and the lower surface of the substrate through the screen (40, 50),
A device for surface treatment of carbon fibers using IPL irradiation.
상기 기판(10)은 투명한 유리 기판인 것을 특징으로 하는,
IPL 조사를 이용한 탄소섬유의 표면 처리 장치.
7. The method of claim 6,
The substrate 10 is characterized in that the transparent glass substrate,
A device for surface treatment of carbon fibers using IPL irradiation.
상기 IPL 램프(20, 30)에 인가된 전압은 1000V 내지 1400V 인 것을 특징으로 하는,
IPL 조사를 이용한 탄소섬유의 표면 처리 장치.
7. The method of claim 6,
The voltage applied to the IPL lamps (20, 30) is characterized in that 1000V to 1400V,
A device for surface treatment of carbon fibers using IPL irradiation.
상기 기판(10) 위에 상기 탄소섬유(1)를 공급하는 공급부와,
상기 공급된 탄소섬유 중 상기 홈(5) 내에 위치하지 않은 탄소섬유를 기판 밖으로 이동시키는 스크레이퍼(60)를 더 포함하는,
IPL 조사를 이용한 탄소섬유의 표면 처리 장치.7. The method of claim 6,
a supply unit for supplying the carbon fiber (1) on the substrate (10);
Further comprising a scraper (60) for moving carbon fibers not located in the grooves (5) out of the supplied carbon fibers out of the substrate,
A device for surface treatment of carbon fibers using IPL irradiation.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| KR1020200159252A KR102398815B1 (en) | 2020-11-24 | 2020-11-24 | Surface treatment method of carbon fiber using IPL investigation and Aparatus as same |
| PCT/KR2021/011188 WO2022114458A1 (en) | 2020-11-24 | 2021-08-23 | Low-quality carbon fiber surface-modified using ipl, and carbon fiber composite comprising same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020200159252A KR102398815B1 (en) | 2020-11-24 | 2020-11-24 | Surface treatment method of carbon fiber using IPL investigation and Aparatus as same |
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ID=81800947
Family Applications (1)
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-
2020
- 2020-11-24 KR KR1020200159252A patent/KR102398815B1/en active IP Right Grant
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