KR102447735B1 - INFUSIBLE TREATMENT DEVICE ON PCS SHORT FIBER AND METHOD FOR MANUFACTURING SiC SHORT FIBER USING THE SAME - Google Patents

INFUSIBLE TREATMENT DEVICE ON PCS SHORT FIBER AND METHOD FOR MANUFACTURING SiC SHORT FIBER USING THE SAME Download PDF

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Abstract

PCS 단섬유의 불융화 디바이스는 가스 유입구 및 배출구가 구비되며 개폐가능한 도어(12)가 장착되며 수평으로 배치되는 챔버(10); 챔버의 바닥면으로부터 소정의 높이만큼 이격되어 배치되며, 다수의 관통구멍이 형성되는 PCS 섬유 재치대(20); 챔버(10)의 PCS 섬유 재치대(20)의 저면과 상기 챔버(10)의 바닥면 사이에 형성되는 불융화 가스 발생체 수납공간(40); 챔버(10)의 가스 배출구에 연결되는 진공장치; 및 챔버(10)의 내부에 주입되는 가스의 종류와 주입량, 압력, 온도, 가스 배출시간을 조절하는 제어부를 포함한다.The PCS short fiber infusibility device includes: a chamber 10 provided with a gas inlet and an outlet, an openable door 12 mounted thereon, and horizontally disposed; a PCS fiber mounting table 20 spaced apart from the bottom surface of the chamber by a predetermined height and having a plurality of through-holes formed therein; an infusible gas generating body accommodating space 40 formed between the bottom surface of the PCS fiber mounting table 20 of the chamber 10 and the bottom surface of the chamber 10; a vacuum device connected to the gas outlet of the chamber 10; and a control unit for controlling the type and amount of gas injected into the chamber 10 , pressure, temperature, and gas discharge time.

Description

PCS 단섬유의 불융화 디바이스 및 이를 이용한 SiC 단섬유의 제조 방법 {INFUSIBLE TREATMENT DEVICE ON PCS SHORT FIBER AND METHOD FOR MANUFACTURING SiC SHORT FIBER USING THE SAME}PCS short fiber infusibility device and manufacturing method of SiC short fiber using the same

본 발명은 PCS 단섬유의 불융화 디바이스 및 이를 이용한 SiC 단섬유의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, PCS 섬유를 절단하여 단섬유 상태에서 불융화 처리하는 디바이스 및 이러한 PCS 단섬유의 불융화 디바이스를 이용하여 SiC 단섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a device for infusibility of short PCS fibers and a method for manufacturing short SiC fibers using the same. More specifically, it relates to a device for cutting PCS fibers and infusible treatment in a single fiber state, and to a method for manufacturing short SiC fibers using the infusible device of the PCS short fibers.

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

SiC 섬유의 제조 원료는 폴리카보실란(PCS: Polycarbosilane)으로서, PCS 섬유는 불활성 분위기에서 열처리하여 열분해된 후 세라믹인 SiC로 전환되어 SiC 섬유로 된다. 그러나, 용융방사된 PCS 섬유는 열처리과정에서 다시 용융되어 섬유 형상을 잃게 되므로, 이를 방지하기 위하여 열가소성을 가진 PCS 섬유를 열을 가하여도 용융되지 않고 섬유 형상을 유지하기 위하여 약 200℃ 부근에서 공기 중 혹은 할로겐 가스 분위기에서 화학처리를 하여 PCS 섬유의 가교반응을 유도하여 열경화성으로 전환시키는 불융화 공정을 수행한다. 그리고, 불융화 처리된 PCS 섬유를 불활성 분위기에서 약 1000℃ 이상으로 열처리하면 PCS 섬유가 그 형상을 유지하면서 열분해되어 SiC 섬유가 제조된다.The raw material for manufacturing SiC fibers is polycarbosilane (PCS), which is thermally decomposed by heat treatment in an inert atmosphere and then converted into SiC, a ceramic, to become SiC fibers. However, the melt-spun PCS fiber is melted again in the heat treatment process and loses its fiber shape. Alternatively, chemical treatment is carried out in a halogen gas atmosphere to induce a crosslinking reaction of the PCS fibers to convert them to thermosetting. In addition, when the infusible-treated PCS fiber is heat-treated at about 1000° C. or higher in an inert atmosphere, the PCS fiber is thermally decomposed while maintaining its shape to produce a SiC fiber.

종래의 PCS 섬유의 불융화 과정은 연속 섬유의 형태로 수행되기 때문에, SiC 섬유의 최종 사용형태가 부직포(不織布) 시트인 경우에는, SiC 섬유를 절단하여 단섬유(short fiber)로 만든 후, 이를 원하는 모양으로 형태를 갖추도록 부직포 형성 치구 등에 넣고 추가로 열처리하여 부직포 형상의 SiC 단섬유 시트의 제조가 완성된다. 이와 같이, 이미 불융화 및 열처리가 완료된 SiC 섬유를 다시 열처리를 해야하는 번거로움이 발생하여 부직포 형상의 SiC 단섬유 시트의 생산성이 저하되고 제조비용이 상승하게 된다. Since the conventional infusibility process of PCS fibers is performed in the form of continuous fibers, when the final use form of SiC fibers is a non-woven sheet, the SiC fibers are cut into short fibers and then In order to have a desired shape, it is put into a non-woven fabric forming jig, etc. and further heat-treated to complete the production of a non-woven SiC short fiber sheet. In this way, the inconvenience of re-heating the SiC fibers that have already been infusible and heat-treated occurs, thereby reducing the productivity of the non-woven SiC short-fiber sheet and increasing the manufacturing cost.

그리고, SiC 연속 섬유의 경우에는, 연속 섬유는 넓은 공간으로 구성되어 있어서 기능을 부여하기 위한 할로겐물질의 도핑이 효율적으로 수행되지 않는 문제가 있다. 이에 따라, SiC 연속 섬유에 반도체 기능과 같은 원하는 기능을 부여하기 위하여는, 예를 들어, 아이오딘에 의해 불융화한 후 약 1000℃ 이상 열처리한 후 추가로 Cl 등의 할로겐가스에 노출시켜서 도핑해야하는 번거로움이 있다.And, in the case of the SiC continuous fiber, there is a problem that the doping of the halogen material for imparting a function is not efficiently performed because the continuous fiber is composed of a large space. Accordingly, in order to impart a desired function such as a semiconductor function to the SiC continuous fiber, for example, after infusibility with iodine, heat treatment at about 1000° C. or higher, and additionally exposure to halogen gas such as Cl to be doped. there is trouble

한국 등록특허 제10-1848388호, 한국 등록특허 제10-1848389호 등에서, SiC 섬유를 활용한 부직포 제조시 불융화 과정에 대한 언급은 되어있으나, 대부분 SiC 섬유를 단섬유로 절단하여 부직포 형성 치구에 넣어서 다시 열처리하여 부직포 형상의 SiC 단섬유 시트를 제조하고 있어서, 공정수가 많고 복잡하며, 작업자에 의한 수작업의 횟수가 많게 되어 양산이 용이하지 않으므로, 근본적인 해결책이 제공되지 않고 있다.In Korean Patent No. 10-1848388, Korean Patent No. 10-1848389, etc., mention is made of the process of infusibility when manufacturing a nonwoven fabric using SiC fibers, but most of the SiC fibers are cut into short fibers and applied to a nonwoven fabric forming jig. Since the SiC short fiber sheet in the form of a nonwoven fabric is manufactured by putting it in and heat-treating it again, the number of steps is many and complicated, and the number of manual operations by the operator is large and mass production is not easy, so a fundamental solution is not provided.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 SiC 섬유를 단섬유로 절단하여 다시 열처리하는 과정 없이 SiC 단섬유 부직포 시트를 제조할 수 있어서, 부직포 형상의 SiC 단섬유 시트의 제조 공정을 간단히 하여 공정 시간 및 비용을 절감할 수 있는 PCS 단섬유 불융화 디바이스 및 이를 이용한 SiC 단섬유의 제조 방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, and an object of the present invention is to produce a SiC short fiber nonwoven fabric sheet without a process of cutting the SiC fiber into short fibers and re-heating, so that the An object of the present invention is to provide a PCS short fiber infusible device capable of reducing process time and cost by simplifying the manufacturing process, and a method for manufacturing SiC short fiber using the same.

그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 단섬유의 불융화 디바이스는, 가스 유입구 및 배출구가 구비되며, 내부 공간이 공기분위기, 질소분위기, 진공분위기, 아르곤분위기, 할로겐분위기 중 어느 하나로 기밀되게 유지될 수 있도록 상방향으로 개폐가능한 도어가 장착되며 수평으로 배치되는 챔버; PCS 단섬유를 장입할 수 있도록 상기 챔버의 바닥면으로부터 소정의 높이만큼 이격되어 배치되며, 다수의 관통구멍이 형성되는 PCS 섬유 재치대; 상기 챔버의 PCS 섬유 재치대의 저면과 상기 챔버의 바닥면 사이에 형성되는 불융화 가스 발생체 수납공간; 상기 챔버의 가스 배출구에 연결되는 진공장치; 및 상기 챔버의 내부에 주입되는 가스의 종류와 주입량, 압력, 온도, 가스 배출시간을 조절하는 제어부를 포함한다.The PCS short fiber infusibility device according to an embodiment of the present invention is provided with a gas inlet and an outlet, and the internal space can be kept airtight in any one of an air atmosphere, a nitrogen atmosphere, a vacuum atmosphere, an argon atmosphere, and a halogen atmosphere. a chamber equipped with a door that can be opened and closed in an upward direction so as to be horizontally disposed; a PCS fiber mounting table spaced apart from the bottom surface of the chamber by a predetermined height so as to be able to load the PCS short fibers and having a plurality of through holes formed therein; an infusible gas generating body accommodating space formed between the bottom surface of the PCS fiber mounting table of the chamber and the bottom surface of the chamber; a vacuum device connected to the gas outlet of the chamber; and a control unit for controlling the type and amount of gas injected into the chamber, pressure, temperature, and gas discharge time.

본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 단섬유의 불융화 디바이스에서, 상기 챔버 및 상기 PCS 섬유 재치대는 흑연재질로 제조되거나 또는 금속재질로 제조된 후 표면이 PTFE 섬유로 코팅될 수 있다.In the PCS short fiber infusibility device according to an embodiment of the present invention, the chamber and the PCS fiber mounting table may be made of a graphite material or a metal material, and then the surface may be coated with PTFE fibers.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 단섬유의 불융화 디바이스에서, 상기 제어부는 진공장치를 작동시켜 상기 챔버 내부의 공기를 배출하여 진공도를 약 1*10-2torr에 도달시킨 후, 다시 질소를 주입하여 약 760torr에 도달시키는 과정을 3회 반복하도록 제어할 수 있다.In addition, in the PCS short fiber infusibility device according to an embodiment of the present invention, the control unit operates a vacuum device to exhaust the air inside the chamber to reach about 1*10 -2 torr, and then again It can be controlled to repeat the process of injecting nitrogen to reach about 760 torr three times.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 단섬유의 불융화 디바이스에서, 상기 챔버 내부의 불융화 가스 발생체 수납공간에 장입되는 고체상의 아이오딘(iodine)의 양은 PCS 섬유 재치대에 장입된 PCS 섬유의 약 5 내지 15 중량%로 될 수 있다.In addition, in the PCS short fiber infusibility device according to an embodiment of the present invention, the amount of solid iodine charged into the infusible gas generating body storage space inside the chamber is the amount of the PCS loaded on the PCS fiber mounting table. about 5 to 15% by weight of the fiber.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 단섬유의 불융화 디바이스에서, 상기 챔버의 내부는 약 200℃로 유지될 수 있다.In addition, in the PCS short fiber infusibility device according to an embodiment of the present invention, the inside of the chamber may be maintained at about 200°C.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 단섬유의 불융화 디바이스에서, 상기 챔버의 내측벽면에는 상기 PCS 섬유 재치대를 설치하기 위한 걸림턱을 구비할 수 있다.In addition, in the PCS short fiber infusibility device according to an embodiment of the present invention, the inner wall surface of the chamber may be provided with a clasp for installing the PCS fiber mounting table.

본 발명의 다른 실시예에 따른 PCS 단섬유의 불융화 방법은, 전술한 PCS 단섬유의 불융화 디바이스의 챔버의 내부에 설치된 PCS 섬유 재치대에 PCS 단섬유를 장입하고, 챔버의 바닥면과 PCS 섬유 재치대 사이의 수납공간에 고체상의 아이오딘을 장입하는 단계; 진공장치를 작동시켜 챔버의 내부의 공기를 배출하여 진공도를 약 1*10-2torr에 도달시킨 후, 다시 질소를 주입하여 약 760torr에 도달시키는 과정을 3회 반복하여 불융화 분위기를 조성하는 단계; 및 상기 불융화 분위기 조성 단계 동안 상기 챔버의 내부의 온도를 약 200℃로 유지하여 고체상 아이오딘을 가스화시켜서 PCS 단섬유와 가교반응시키는 단계를 포함할 수 있다.In the PCS short fiber infusibility method according to another embodiment of the present invention, the PCS short fiber is loaded into the PCS fiber mounting table installed inside the chamber of the aforementioned PCS short fiber infusible device, and the bottom surface of the chamber and the PCS Charging the solid iodine into the storage space between the fiber mounting table; Creating an infusible atmosphere by operating a vacuum device to exhaust the air inside the chamber to reach a vacuum level of about 1*10 -2 torr, then injecting nitrogen again to reach about 760 torr three times ; and gasifying solid iodine by maintaining the temperature inside the chamber at about 200° C. during the infusible atmosphere composition step to cross-react with PCS short fibers.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 PCS 단섬유의 불융화 방법에서, 상기 챔버 내부의 불융화 가스 발생체 수납공간에 장입되는 고체상의 아이오딘의 양은 PCS 섬유 재치대에 장입된 PCS 섬유의 약 5 내지 15 중량%로 될 수 있다. In addition, in the method for infusibility of short PCS fibers according to another embodiment of the present invention, the amount of solid iodine charged into the infusible gas generator storage space inside the chamber is about the amount of the PCS fibers charged to the PCS fiber mounting table. 5 to 15% by weight.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 SiC 단섬유의 제조방법에서는, 전술한 PCS 단섬유의 불융화 방법에 의해 제조된 PCS 단섬유를 불활성분위기에서 약 1000℃ 이상으로 열처리하여 SiC 단섬유를 제조할 수 있다.In the method for producing short SiC fibers according to another embodiment of the present invention, the short PCS fibers prepared by the above-described method of infusibility of the short PCS fibers are heat-treated at about 1000° C. or higher in an inert atmosphere to produce SiC short fibers. can

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 2단으로 이루어진 불융화 디바이스에 의해 PCS 단섬유를 효과적으로 불융화하고, 불융화가 완료된 PCS 단섬유가 적재된 디바이스채로 열처리하여 부직포 형상의 SiC 단섬유 시트를 제조함으로써, SiC 섬유를 단섬유로 절단하여 다시 열처리하는 과정 없이 SiC 단섬유 부직포 시트를 제조할 수 있다. 또한, 흑연치구와 같은 좁은 공간내에서 PCS 단섬유의 불융화와 기능 부여를 위한 할로겐물질의 도핑이 동시에 진행될 수 있다. 이에 의해, 부직포 형상의 SiC 단섬유 시트의 제조 공정을 간단히 하여 공정 시간 및 비용을 절감할 수 있다. 물론, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention made as described above, the PCS short fibers are effectively infusible by the infusible device consisting of two stages, and the non-woven SiC fibers are heat-treated with the PCS short fibers loaded with the infusible fibers loaded. By manufacturing the short fiber sheet, the SiC short fiber nonwoven fabric sheet can be manufactured without the process of cutting the SiC fibers into short fibers and re-heating. In addition, in a narrow space such as a graphite jig, doping of a halogen material for incompatibility and function of PCS short fibers can be simultaneously performed. Thereby, the manufacturing process of the SiC short fiber sheet of a nonwoven fabric shape can be simplified, and process time and cost can be reduced. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 단섬유의 불융화 디바이스를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 PCS 단섬유 불융화 디바이스에 PCS 단섬유와 불융화 가스 발생체가 장입된 상태에서의 단면도이다.
도 3은 도 1의 PCS 단섬유 불융화 디바이스에서 개폐도어를 생략한 상태의 평면도이다.
도 4는 도 1의 PCS 단섬유 불융화 디바이스에서 디바이스의 하단부가 변형된 변형예이다.
도 5는 도 4의 PCS 단섬유 불융화 디바이스에 PCS 단섬유와 불융화 가스 발생체가 장입된 상태에서의 단면도이다.
도 6은 PCS 단섬유 불융화 디바이스에 장입된 PCS 단섬유가 불융화 처리되기 전 상태의 도면이다.
도 7은 PCS 단섬유 불융화 디바이스에 장입된 PCS 단섬유가 불융화 처리된 후 상태의 도면이다.
도 8은 PCS 단섬유 불융화 디바이스에 장입된 PCS 단섬유가 불융화 처리된 후 전기로에서 열처리된 상태의 도면이다
도 9는 PCS 단섬유의 불융화 전후의 FT-IR(퓨리에 변환 적외선 분광분석) 선도이다.
도 10은 PCS 단섬유의 불융화 전후의 TGA(열중량 분석) 선도이다.
1 is a diagram schematically showing a PCS short fiber infusibility device according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view in a state in which the PCS short fiber and the infusible gas generator are charged in the PCS short fiber infusible device of FIG. 1 .
3 is a plan view of the PCS short fiber infusible device of FIG. 1 in a state in which the opening and closing door is omitted.
4 is a modified example in which the lower end of the device in the PCS short fiber infusible device of FIG. 1 is deformed.
5 is a cross-sectional view in a state in which the PCS short fiber and the infusible gas generator are charged in the PCS short fiber infusible device of FIG. 4 .
6 is a view of a state before the PCS short fibers charged in the PCS short fiber infusibility treatment device is infusible.
7 is a view of a state after the PCS short fibers charged in the PCS short fiber infusibility device is infusible.
8 is a view of a state in which the PCS short fibers charged in the PCS short fiber infusibility device are heat-treated in an electric furnace after infusibility treatment;
9 is a FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) diagram before and after infusibility of short PCS fibers.
10 is a TGA (thermogravimetric analysis) diagram before and after infusibility of PCS short fibers.

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

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

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

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

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

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

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

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

이하, 본 발명의 실시예들을 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 단섬유의 불융화 디바이스를 개략적으로 나타낸 도면이며; 도 2는 도 1의 PCS 단섬유 불융화 디바이스에 PCS 단섬유와 불융화 가스 발생체가 장입된 상태에서의 단면도이며; 도 3은 도 1의 PCS 단섬유 불융화 디바이스에서 개폐도어를 생략한 상태의 평면도이다.1 is a schematic diagram of a PCS short fiber infusibility device according to an embodiment of the present invention; 2 is a cross-sectional view in a state in which the PCS short fibers and the infusible gas generator are charged in the PCS short fiber infusible device of FIG. 1; 3 is a plan view of the PCS short fiber infusible device of FIG. 1 in a state in which the opening and closing door is omitted.

본 발명에 따른 PCS 단섬유의 불융화 디바이스(100)를 이용한 SiC 단섬유의 제조 방법에서는, SiC 섬유를 단섬유로 절단하여 다시 열처리하는 과정 없이 SiC 단섬유 부직포 시트를 제조할 수 있다. 본 발명의 PCS 단섬유의 불융화 디바이스(100)는 (i) PCS 섬유의 불융화가 가능하도록 공기분위기, 질소분위기, 진공분위기, 아르곤분위기 등으로 만들 수 있는 챔버가 기밀성이 보장된 문과 열처리존으로 구성되어 있으며; (ii) 불융화에 사용될 각종 가스들, 예를 들면, 공기, 질소, 아르곤, 할로겐 등이 주입될 수 있는 가스 유입구(IN-LET)가 구비되며; (iii) PCS 단섬유 불융화 디바이스가 2단으로 제작되어 하단에는 고체상의 할로겐 물질을 장입하고, 상단에는 PCS 섬유 재치대 위에 PCS 단섬유가 장입되며, 상기 PCS 섬유 재치대에는 다수의 관통구멍이 형성되어 하단의 할로겐가스가 상단으로 상승하여 PCS 단섬유와 반응하는 구조로 되어 있으며; (iv) PCS 단섬유 불융화 디바이스 챔버의 개폐도어를 닫아서 PCS 섬유 재치대 위에 장입된 PCS 단섬유가 할로겐가스에 노출되며; (v) PCS 단섬유를 불융시키기 위하여 PCS 단섬유를 장입한 불융화 디바이스를 그대로 가열할 수 있는 전기로가 이용될 수 있으며; (vi) 불융화 분위기 분위기 조성이 가능하도록 챔버 내부의 가스를 배출할 수 있는 가스 배출구(OUT-LET)가 진공장치에 연결되는 구조로 될 수 있다. 또한, PCS 단섬유의 불융화 디바이스(100)를 이용한 SiC 단섬유의 제조 방법에서는, 불융화 처리가 완료된 PCS 단섬유를 PCS 단섬유 불융화 디바이스에서 꺼내지 않고 그대로 PCS 단섬유 불융화 디바이스를 전기로에서 넣어서 열처리하여 SiC 단섬유 부직포 시트를 제조할 수 있다. 이에 의해, SiC 단섬유를 꺼내고 새로 담는 과정 없이 SiC 단섬유 부직포 시트를 제조함으로써 공정의 편의성이 부가된다.In the method of manufacturing a short SiC fiber using the PCS short fiber infusibility device 100 according to the present invention, the SiC short fiber nonwoven fabric sheet can be manufactured without the process of re-heating the SiC fiber by cutting the short fiber into short fibers. The PCS short fiber infusibility device 100 of the present invention is (i) a door and heat treatment zone with airtight chambers that can be made in an air atmosphere, nitrogen atmosphere, vacuum atmosphere, argon atmosphere, etc. to enable infusibility of PCS fibers. consists of; (ii) a gas inlet (IN-LET) into which various gases to be used for infusibility, for example, air, nitrogen, argon, halogen, etc., can be injected; (iii) The PCS short fiber infusibility device is manufactured in two stages, a solid halogen material is charged at the bottom, and PCS short fibers are charged on the PCS fiber mounting table at the top, and the PCS fiber mounting table has a number of through holes. It has a structure in which halogen gas from the bottom rises to the top and reacts with short PCS fibers; (iv) PCS short fibers loaded on the PCS fiber tray are exposed to halogen gas by closing the opening/closing door of the PCS short fiber infusibility device chamber; (v) an electric furnace capable of heating the infusible device in which the PCS short fibers are charged as it is in order to infuse the PCS short fibers may be used; (vi) A gas outlet (OUT-LET) capable of discharging gas inside the chamber may be connected to a vacuum device so as to create an incompatible atmosphere atmosphere. In addition, in the manufacturing method of the short SiC fiber using the PCS short fiber infusibility device 100, the PCS short fiber infusibility device is used as it is in the electric furnace without taking out the PCS short fiber infusibility treatment device from the PCS short fiber infusibility device. It can be put and heat-treated to manufacture a SiC short fiber nonwoven fabric sheet. Thereby, the convenience of the process is added by manufacturing the SiC short fiber nonwoven fabric sheet without the process of taking out the SiC short fiber and putting it anew.

본 발명의 PCS 단섬유 불융화 디바이스(100)에서 불융화 처리하기 위한 PCS 단섬유는 종래의 기술에 의해 PCS 섬유가 권취된 보빈(도시하지 않음)으로부터 PCS 섬유를 풀어서 소정 길이의 PCS 단섬유로 절단하여, 도 6에 도시된 바와 같이, PCS 섬유 재치대(20) 위에 장입하여 준비될 수 있다. 예를 들어, PCS 섬유(30)는 약 50mm 길이의 PCS 단섬유로 절단될 수 있다. 종래의 기술에 의한 PCS 섬유가 권취된 보빈은, 예를 들어, 융융 방사 유닛(도시하지 않음)에서 소재 고분자를 가열하여 용융하고, 용융된 소재를 공압을 가한 상태에서 노즐을 통해 압출하여 냉각 및 고화시키는 방식으로 PCS 섬유 원사를 형성하여 원통형 보빈의 외주면에 권취하여 준비될 수 있다.PCS short fibers for infusibility treatment in the PCS short fiber infusibility device 100 of the present invention are obtained by unwinding the PCS fibers from a bobbin (not shown) on which the PCS fibers are wound by a conventional technique to form PCS short fibers of a predetermined length. By cutting, as shown in FIG. 6 , it can be prepared by loading on the PCS fiber mounting table 20 . For example, the PCS fibers 30 may be cut into short PCS fibers of about 50 mm in length. The bobbin on which the PCS fiber is wound according to the prior art, for example, is melted by heating the material polymer in a melt spinning unit (not shown), and the melted material is extruded through a nozzle in a state where pneumatic pressure is applied to cool and It can be prepared by forming a PCS fiber yarn by solidifying it and winding it on the outer peripheral surface of a cylindrical bobbin.

본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 단섬유의 불융화 디바이스(100)는 기밀성이 보장된 도어와 열처리존을 구비한 챔버(10), 상기 챔버의 바닥면으로부터 소정의 높이만큼 이격되어 배치되며, 다수의 관통구멍이 형성되는 PCS 섬유 재치대(20); 상기 챔버내부에서 상기 PCS 섬유 재치대와 챔버의 바닥면 사이에 형성되는 불융화 가스 발생체의 수납공간(40), 상기 챔버의 가스 배출구에 연결되는 진공장치; 및 상기 챔버 내부의 가스의 상태를 조절하는 제어부를 포함한다.The PCS short fiber infusibility device 100 according to an embodiment of the present invention is a chamber 10 having an airtight door and a heat treatment zone, and is disposed spaced apart by a predetermined height from the bottom surface of the chamber, PCS fiber mounting table 20 on which a plurality of through-holes are formed; a accommodating space 40 for an infusible gas generator formed between the PCS fiber mounting table and the bottom surface of the chamber in the chamber, and a vacuum device connected to the gas outlet of the chamber; and a control unit for controlling the state of the gas inside the chamber.

상기 챔버(10) 내부에 배치되는 PCS 섬유 재치대(20)위에 PCS 단섬유(30)를 장입한 다음, 챔버의 내부 공간을 공기분위기, 질소분위기, 진공분위기, 아르곤분위기, 할로겐분위기 중 어느 하나로 기밀되게 유지할 수 있도록 개폐가능한 도어(12)가 힌지식으로 장착될 수 있다. 상기 챔버(10)에는 가스를 주입할 수 있는 가스 유입구(IN-LET)(도시하지 않음) 및 가스를 배출할 수 있는 가스 배출구(OUT-LET)(도시하지 않음)가 구비되며, 상기 가스 배출구에는 불융화분위기 조성이 가능하도록 챔버 내부의 가스를 배출할 수 있는 진공장치(도시하지 않음)가 부착된다. 상기 진공장치는 진공펌프로 이루어질 수 있다.After loading the short PCS fibers 30 on the PCS fiber mounting table 20 disposed inside the chamber 10, the inner space of the chamber is set to any one of an air atmosphere, a nitrogen atmosphere, a vacuum atmosphere, an argon atmosphere, and a halogen atmosphere. The openable and openable door 12 may be hingedly mounted to keep it airtight. The chamber 10 is provided with a gas inlet (IN-LET) (not shown) for injecting gas and a gas outlet (OUT-LET) (not shown) for discharging gas, and the gas outlet A vacuum device (not shown) capable of discharging the gas inside the chamber is attached to create an incompatible atmosphere. The vacuum device may be a vacuum pump.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 챔버(10)의 내부에는 PCS 단섬유(30)가 장입될 수 있도록 PCS 섬유 재치대(20)가 상기 챔버의 바닥면으로부터 소정의 높이만큼 이격되어 배치될 수 있다. 상기 재치대(20)에는 직경 약 5mm의 다수의 관통구멍(21)이 형성되어서, 상기 챔버 내부에서 재치대의 하부에 배치되는 불융화 가스 발생체(50)로부터 발생되는 불융화 가스(예를 들어, 고체상의 아이오딘으로부터 발생되는 할로겐가스)가 상승하면서 관통구멍들(21)을 관통하여 PCS 단섬유와 반응하게 된다. 1 to 3, the PCS fiber mounting table 20 is spaced apart from the bottom surface of the chamber by a predetermined height so that the PCS short fibers 30 can be loaded inside the chamber 10. can be placed. A plurality of through holes 21 having a diameter of about 5 mm are formed in the mounting table 20, so that infusible gas (for example, , a halogen gas generated from solid iodine) passes through the through holes 21 and reacts with the short PCS fibers.

본 발명의 일 실시예에 따른 PCS 단섬유 불융화 디바이스는 수평으로 배치된 상태에서 사용되며, 챔버(10) 내에서 상부에 PCS 단섬유(30)가 배치되고, 하부에 불융화 가스 발생체(50)가 배치되는 2단 구조로 이루어진다. 이와 같이, 챔버(10)의 내부가 PCS 섬유 재치대(20)를 경계로 2단으로 구성되므로, 하부에 배치된 불융화 가스 발생체(50)로부터 발생되는 불융화 가스가 상승하면서 상기 재치대(20)의 관통구멍들(21)을 통과하므로 상부에 배치된 PCS 단섬유(30)가 불융화 가스에 노출되어 불융화 가스와 반응하면서 불융화 과정이 진행된다.The PCS short fiber infusibility device according to an embodiment of the present invention is used in a horizontally arranged state, the PCS short fiber 30 is disposed on the upper part in the chamber 10, and the infusible gas generator ( 50) is arranged in a two-stage structure. As described above, since the interior of the chamber 10 is configured in two stages with the PCS fiber mounting table 20 as a boundary, the infusible gas generated from the infusible gas generator 50 disposed below rises while the mounting table Since it passes through the through-holes 21 of 20, the short PCS fibers 30 disposed thereon are exposed to the infusible gas and react with the infusible gas to proceed with the infusibility process.

본 발명의 일 실시예의 변형예에 따르면, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, PCS 섬유 재치대(20)를 챔버(10)의 바닥면으로부터 소정의 높이에 용이하게 배치하기 위하여, 챔버(10)의 내측벽면의 하부에 걸림턱(14)이 설치될 수 있다. 챔버(10)의 바닥면부터 PCS 섬유 재치대(20)가 설치되는 높이까지의 챔버(10)의 내측벽의 내경을 PCS 섬유 재치대(20)의 상부의 챔버(10)의 내측벽의 내경보다 작게 하여 상기 걸림턱(14)을 형성할 수 있다. 상기 걸림턱(14) 상부의 챔버의 내측벽의 내경은 상기 PCS 섬유 재치대(20)의 외경보다 큰 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 일 실시예의 변형예에서, PCS 섬유 재치대(20)를 챔버(10)의 바닥면으로부터 소정의 높이에 배치하기 위하여 PCS 섬유 재치대(20)의 저면에 소정 길이의 복수의 다리부(도시하지 않음)가 설치될 수 있다.According to a modified example of one embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 4 and 5 , in order to easily place the PCS fiber mounting table 20 at a predetermined height from the bottom surface of the chamber 10, the chamber ( 10) may be installed on the lower portion of the inner wall surface of the locking projection (14). The inner diameter of the inner wall of the chamber 10 from the bottom of the chamber 10 to the height at which the PCS fiber placement table 20 is installed is the inner diameter of the inner wall of the chamber 10 above the PCS fiber placement table 20 . By making it smaller, it is possible to form the locking jaw 14 . It is preferable that the inner diameter of the inner wall of the chamber above the locking protrusion 14 is larger than the outer diameter of the PCS fiber mounting table 20 . In addition, in a modified example of one embodiment of the present invention, a plurality of PCS fibers of a predetermined length are placed on the bottom surface of the PCS fiber placement table 20 in order to arrange the PCS fiber placement table 20 at a predetermined height from the bottom surface of the chamber 10 . A leg part (not shown) may be installed.

챔버(10) 내에서 PCS 섬유 재치대(20) 위에 장입된 PCS 단섬유를 가열하여 불융화 처리하기 위하여 PCS 단섬유와 고체상의 불융화 가스 발생체가 2단 배열로 장입된 불융화 디바이스(치구)(100)를 그대로 넣어서 가열할 수 있는 가열체(예를 들어, 전기 오븐)(도시하지 않음)이 이용될 수 있다. 상기 가열체의 가열에 의해 PCS 단섬유의 불융화 처리과정에서 PCS 단섬유가 녹지 않도록 챔버(10)의 내부의 온도는 약 200℃로 유지하면서, 불융화 치구내에 장입된 PCS 단섬유 전체를 동일한 온도로 균일하게 가열할 수 있다. 또한, 챔버(10) 내에서 PCS 섬유 재치대(20) 위에 장입된 PCS 단섬유를 가열하여 불융화 처리하기 위하여 챔버(10)의 내벽 또는 뚜껑에 하나 이상의 발열체(도시하지 않음)가 설치될 수도 있다. Infusible device (jig) in which PCS short fibers and solid infusible gas generators are charged in a two-stage arrangement in order to heat and infusible the PCS short fibers charged on the PCS fiber mounting table 20 in the chamber 10 A heating body (eg, an electric oven) (not shown) that can be heated by putting 100 as it is may be used. The temperature inside the chamber 10 is maintained at about 200° C. so that the short PCS fibers do not melt in the process of infusibility treatment of the short PCS fibers by heating the heating body, It can be heated to a uniform temperature. In addition, one or more heating elements (not shown) may be installed on the inner wall or lid of the chamber 10 in order to heat the PCS short fibers charged on the PCS fiber mounting table 20 in the chamber 10 to make them infusible. have.

본 발명에 따른 PCS 단섬유의 불융화 디바이스(100)에서는, PCS 섬유 재치대(20) 위에 장입된 PCS 단섬유(30)를 불융화 처리하기 위하여 챔버(10)의 내부의 온도를 약 200℃로 유지하면서, 불융화 가스 발생체(50)로부터 불융화 가스를 발생시키면, 이 불융화 가스가 PCS 단섬유와 반응하면서 가교반응(Cross Linking)이 일어나면서 PCS 섬유의 불융화 반응이 진행된다. 불융화 가스발생체를 챔버의 내부에 장입하기 위하여, 상기 챔버(10)의 바닥면과 상기 PCS 섬유 재치대(20)의 사이에 불융화 가스 발생체의 수납공간(40)이 구비된다. 본 발명에서 불융화 발생체(50)는 고체상의 아이오딘이 이용될 수 있으며, 가스화된 아이오딘은 PCS 섬유의 개질 및 도핑 작용을 수행한다. 챔버(10) 내부의 불융화 가스 발생체의 수납공간(40)에 장입된 고체상의 아이오딘이 약 200℃에서 가스화 되면, 아이오딘은 전자를 내주게 되며, CH 화합물의 분해와 가교반응이 일어나, PCS 섬유는 분자량과 수율이 상승한 PCS 섬유로 개질되고 동시에 아이오딘이 PCS 섬유내에 도핑되어 잔류하게 되어 PCS 섬유의 불융화 처리가 완료된다. 이러한 불융화 공정에서는, 화학 반응을 통해 열가소성 폴리머가 열경화성 폴리머로 전환되며, 가교 결합 또는 라디칼 결합을 통해 저분자량의 폴리머 단위체를 더 큰 단위체로 만든다. 상기 챔버 내부의 불융화 가스 발생체의 수납공간(40)에는 PCS 섬유 재치대(20) 위에 적재된 PCS 단섬유의 약 5 내지 15 중량%의 고체상의 아이오딘을 장입할 수 있다. 고체상의 아이오딘의 양이 PCS 단섬유의 5중량%에 미달하면 PCS 단섬유의 불융화 속도가 느리거나 불융화가 완료되지 않는 경우가 발생하며, 고체상의 아이오딘의 양이 PCS 단섬유의 15중량% 이상에서는 PCS 단섬유의 불융화 효과가 증진되지 않는다.In the PCS short fiber infusibility device 100 according to the present invention, the temperature inside the chamber 10 is adjusted to about 200° C. in order to treat the PCS short fiber 30 charged on the PCS fiber mounting table 20 for infusibility treatment. When the infusible gas is generated from the infusible gas generator 50 while maintaining the In order to charge the infusible gas generator into the chamber, a storage space 40 for the infusible gas generator is provided between the bottom surface of the chamber 10 and the PCS fiber mounting table 20 . In the present invention, as the infusibility generator 50, solid iodine may be used, and the gasified iodine performs the modification and doping action of the PCS fiber. When the solid iodine charged into the storage space 40 of the infusible gas generator inside the chamber 10 is gasified at about 200° C., the iodine donates electrons, and the decomposition and crosslinking reaction of the CH compound occurs. , PCS fibers are modified into PCS fibers with increased molecular weight and yield, and at the same time, iodine is doped in the PCS fibers and remains, thus completing the infusibility treatment of the PCS fibers. In this infusibility process, a thermoplastic polymer is converted into a thermosetting polymer through a chemical reaction, and low molecular weight polymer units are converted into larger units through cross-linking or radical bonding. In the accommodating space 40 of the infusible gas generator inside the chamber, about 5 to 15% by weight of solid iodine of the short PCS fibers loaded on the PCS fiber mounting table 20 may be charged. If the amount of iodine in the solid phase is less than 5% by weight of the short PCS fibers, the incompatibility rate of the short PCS fibers is slow or the infusibility is not completed. At more than % by weight, the incompatibility effect of PCS short fibers is not enhanced.

상기 챔버(10)의 내부에 주입되는 가스의 종류와 주입량, 압력, 온도, 가스 배출시간은 제어부(도시되지 않음)에 의해 조절될 수 있다.The type, injection amount, pressure, temperature, and gas discharge time of the gas injected into the chamber 10 may be controlled by a controller (not shown).

본 발명의 실시예에 따른 PCS 단섬유 불융화 디바이스(치구)는 부식성이 강한 할로겐가스에 노출되므로, 할로겐가스에 대한 내부식성을 구비한 재질로 제조되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 본 발명의 PCS 단섬유 불융화 디바이스(치구)는 흑연소재로 제조되거나 또는 금속재질로 제조된 후 표면을 PTFE (Polytetrafluoroethylene) 섬유로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 상기 PTFE 섬유는 테프론(상품명)을 이용할 수 있다.Since the PCS short fiber infusibility device (jig) according to an embodiment of the present invention is exposed to highly corrosive halogen gas, it is preferably made of a material having corrosion resistance to halogen gas. Accordingly, the PCS short fiber infusibility device (jig) of the present invention may be made of a graphite material or a metal material, and then the surface may be coated with PTFE (Polytetrafluoroethylene) fibers. For example, the PTFE fiber may use Teflon (trade name).

이어서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 PCS 단섬유의 불융화 방법 및 이를 이용한 SiC 단섬유의 제조방법에 대하여 설명한다.Next, a method for infusibility of short PCS fibers and a method for manufacturing short SiC fibers using the same according to another embodiment of the present invention will be described.

먼저, 본 발명의 PCS 단섬유의 불융화 방법에 대하여 설명한다.First, a method for infusibility of PCS short fibers of the present invention will be described.

본 발명에 따른 PCS 단섬유의 불융화 방법에서는, PCS 단섬유가 불융화 디바이스(치구)(100)의 챔버(10)의 내부에 배치된 PCS 섬유 재치대(20) 위에 적재하여 장입한 상태에서 불융화 처리를 수행한다. PCS 단섬유 불융화 디바이스(100)에서 불융화 처리하기 위한 PCS 단섬유는 종래의 기술에 의해 PCS 섬유가 권취된 보빈(도시하지 않음)으로부터 PCS 섬유를 풀어서 약 50 mm의 길이의 PCS 단섬유(30)로 절단하여, 도 6에 도시된 바와 같이, PCS 섬유 재치대(20) 위에 장입하여 준비될 수 있다. 여기서, PCS 섬유를 보빈에 권취하는 방법은 종래의 기술을 이용할 수 있다. 예를 들어, SiC 섬유의 출발원료인 PCS(Polycarbosilane)을 약 200 ~ 250℃ 부근으로 가열하여 용융시킨 후, 노즐의 구멍을 통해 섬유상으로 배출시킨 후 냉각되어 굳어진 PCS 섬유를 노즐 하부에 위치한 보빈(도시하지 않음)에 감은 다음에, PCS 단섬유를 불융화 처리하기 위하여 PCS 섬유 보빈으로부터 PCS 섬유를 풀어서 소정의 길이 단위로 절단하여 PCS 단섬유(30)를 준비한다.In the PCS short fiber infusibility method according to the present invention, the PCS short fiber is loaded and loaded on the PCS fiber mounting table 20 disposed inside the chamber 10 of the infusible device (jig) 100. Infusibility treatment is performed. PCS short fiber for infusibility treatment in the PCS short fiber infusibility device 100 is obtained by unwinding the PCS fiber from a bobbin (not shown) on which the PCS fiber is wound by a conventional technique to obtain a short PCS fiber ( 30), as shown in FIG. 6, may be prepared by loading on the PCS fiber mounting table 20. Here, the method of winding the PCS fiber on the bobbin may use a conventional technique. For example, PCS (Polycarbosilane), the starting material of SiC fiber, is heated to around 200 ~ 250°C to melt, and then discharged into a fiber form through the hole of the nozzle. (not shown), the PCS fibers are unwound from the PCS fiber bobbin and cut into units of a predetermined length to prepare the short PCS fibers 30 in order to treat the short PCS fibers.

본 발명에 따른 PCS 단섬유의 불융화 방법은 PCS 단섬유를 챔버(10)의 내부에 설치된 PCS 섬유 재치대(20)에 장입하는 단계(S10), 챔버(10)의 내부를 불융화 분위기로 조성하는 단계(S20) 및 고체상의 아이오딘을 가스화시켜 PCS 단섬유와 가교반응시키는 단계(S30)를 포함한다.In the method for infusibility of short PCS fibers according to the present invention, the step of loading the short PCS fibers into the PCS fiber mounting table 20 installed inside the chamber 10 (S10), and the inside of the chamber 10 into an infusible atmosphere It includes the step of composing (S20) and gasifying solid iodine to cross-react with PCS short fibers (S30).

구체적으로, PCS 단섬유를 챔버 내부에 장입하는 단계(S10)에서는, 전술한 PCS 단섬유의 불융화 디바이스(100)의 챔버(10)의 개폐도어(12)를 개방하고, 챔버(10) 내부에서 바닥면으로부터 소정의 높이만큼 이격되어 배치된 PCS 섬유 재치대에 PCS 단섬유(30)를 적재하여 장입하고, 챔버(10)의 바닥면과 PCS 섬유 재치대(20)의 사이의 공간에 고체상의 아이오딘(50)을 장입한다(도 2 참조). 불융화 가스가 PCS 단섬유들(30) 사이로 자유롭게 유동할 수 있도록 재치대(20)에는 기체가 관통할 수 있도록 복수의 관통구멍(21)이 천공되는 것이 바람직하다. 여기서, PCS 단섬유 불융화 디바이스(100)는 수평으로 배치된 상태에서 사용되며, 챔버(10) 내에서 상부에 PCS 단섬유(30)가 배치되고, 하부에 불융화 가스 발생체(50)가 배치되는 2단 구조로 이루어진다. 이와 같이, 챔버(10)의 내부가 PCS 섬유 재치대(20)를 경계로 2단으로 구성되므로, 하부에 배치된 불융화 가스 발생체(50)로부터 발생되는 불융화 가스가 상승하면서 상기 재치대(20)의 관통구멍들(21)을 통과하므로 상부에 배치된 PCS 단섬유(30)가 불융화 가스에 노출되어 불융화 가스와 반응하면서 불융화 과정이 진행된다. Specifically, in the step (S10) of charging the PCS short fiber into the chamber, the opening/closing door 12 of the chamber 10 of the PCS short fiber infusibility device 100 described above is opened, and the chamber 10 inside PCS short fibers 30 are loaded and charged on the PCS fiber mounting table spaced apart by a predetermined height from the floor in the of iodine (50) is charged (see FIG. 2). It is preferable that a plurality of through holes 21 are perforated in the mounting table 20 so that the infusible gas can freely flow between the short PCS fibers 30 , so that the gas can pass therethrough. Here, the PCS short fiber infusibility device 100 is used in a horizontally arranged state, the PCS short fiber 30 is disposed at the upper part in the chamber 10, and the infusible gas generator 50 is disposed at the lower part. It consists of a two-tier structure arranged. As described above, since the interior of the chamber 10 is configured in two stages with the PCS fiber mounting table 20 as a boundary, the infusible gas generated from the infusible gas generator 50 disposed below rises while the mounting table Since it passes through the through-holes 21 of 20, the short PCS fibers 30 disposed thereon are exposed to the infusible gas and react with the infusible gas to proceed with the infusibility process.

챔버(10) 내에서 PCS 섬유 재치대(20) 위에 장입된 PCS 단섬유를 가열하여 불융화 처리하기 위하여, PCS 단섬유와 고체상의 불융화 가스 발생체(예를 들어, 아이오딘)를 2단으로 장입한 불융화 치구를 가열체(예를 들어, 전기 오븐)에 넣어 불융화 치구를 가열한다. 상기 가열체는 PCS 단섬유의 불융화 처리과정에서 PCS 단섬유가 녹지 않도록 불융화 치구의 챔버(10)의 내부의 온도는 약 200℃로 유지될 수 있다.In order to heat infusible by heating the PCS short fibers charged on the PCS fiber mounting table 20 in the chamber 10, the PCS short fibers and a solid infusible gas generator (eg, iodine) are placed in two stages. The infusible jig charged with the furnace is placed in a heating body (eg, an electric oven) to heat the infusible jig. In the heating body, the internal temperature of the chamber 10 of the infusible jig may be maintained at about 200° C. so that the PCS short fibers do not melt during the infusibility treatment process of the PCS short fibers.

PCS 단섬유를 챔버(10) 내의 PCS 섬유 재치대(20) 위에 장입하고, 불융화 가스 발생체 수납공간에 고체상의 아이오딘을 장입한 다음에 챔버(10)의 개폐도어(12)를 닫는다.PCS short fibers are charged on the PCS fiber mounting table 20 in the chamber 10, solid iodine is charged into the infusible gas generating body storage space, and then the opening/closing door 12 of the chamber 10 is closed.

다음에, 불융화 분위기를 조성하는 단계(S20)에서는, 예를 들어, 진공장치인 진공펌프를 작동시켜 챔버(10)의 내부의 공기를 배출하여 진공도를 약 1*10-2torr에 도달시킨 후, 다시 불활성인 질소가스를 주입하여 약 760torr에 도달시키는 과정을 3회 반복하여 불융화 분위기를 조성한다. Next, in the step of creating an infusible atmosphere (S20), for example, by operating a vacuum pump, which is a vacuum device, the air inside the chamber 10 is discharged to reach a degree of vacuum of about 1 * 10 -2 torr. After that, the process of injecting inert nitrogen gas to reach about 760 torr is repeated three times to create an incompatible atmosphere.

그리고 PCS 섬유를 가교반응시키는 단계(S30)에서는, PCS 단섬유가 장입된 불융화 치구를 그대로 전기로와 같은 가열체에 넣고 가열하여 불융화 치구(100)의 챔버(10)의 내부의 온도를 PCS 섬유가 녹지 않는 200℃를 유지한다. 이 경우, 전기로에서의 열처리시에 챔버(10) 내부의 기체의 유동으로 인하여 PCS 단섬유가 비산되는 것을 방지하기 위하여, 챔버(10)의 개폐도어(12)는 닫은 상태로 전기로에서 열처리한다. 본 실시예에서는 할로겐가스 분위기를 조성하기 위해 진공도 1*10-2torr를 유지한 후 PCS 섬유의 무게의 5 내지 15%에 해당하는 고체상 아이오딘을 챔버의 바닥면과 PCS 섬유 재치대의 사이의 공간(40)에 장입한다. 챔버(10) 내부의 온도가 약 200℃가 유지되면 불융화장비 내부에 장입된 불융화 가스 발생체인 고체상 아이오딘이 가스화되면서 불융화치구 내부에서 불융화가스가 확산되어 PCS 단섬유와 반응하면서 가교반응이 일어나면서 불융화반응이 진행되고, 약 3시간이 경과하면 불융화 반응이 완료된다. And in the step (S30) of crosslinking the PCS fibers, the infusible jig loaded with the PCS short fibers is put in a heating body such as an electric furnace as it is and heated to adjust the temperature inside the chamber 10 of the infusible jig 100 to the PCS Maintain 200℃ where the fiber does not melt. In this case, in order to prevent the PCS short fibers from scattering due to the flow of gas inside the chamber 10 during heat treatment in the electric furnace, the opening/closing door 12 of the chamber 10 is heat-treated in the electric furnace in a closed state. In this embodiment, after maintaining a vacuum degree of 1*10 -2 torr to create a halogen gas atmosphere, solid iodine corresponding to 5 to 15% of the weight of the PCS fiber is added to the space between the bottom of the chamber and the PCS fiber mounting table. (40) is charged. When the temperature inside the chamber 10 is maintained at about 200°C, the solid iodine, which is an infusible gas generator charged inside the infusibility equipment, is gasified, and the infusible gas diffuses inside the infusibility jig and reacts with the PCS short fibers and crosslinks. The incompatibilization reaction proceeds as the reaction takes place, and when about 3 hours have elapsed, the incompatibilization reaction is completed.

챔버내에서의 PCS 섬유의 불융화반응 시간이 3시간 미만에서는 PCS 섬유 재치대(20) 위에 적재된 PCS 단섬유 전체가 완전히 불융화되지 않는 현상이 발생하였으며, 불융화반응이 3시간 이상 진행되더라도 불융화 효과는 더 이상 증진되지는 않았다. 챔버내에서의 3시간 동안의 불융화처리 후, 불융화치구를 냉각시켜 오븐의 내부온도를 상온(약 25℃)로 냉각되면, 오븐에서 PCS 단섬유 불융화 디바이스(불융화치구)를 꺼내고, 불융화된 PCS 담섬유가 담겨 있는 상태의 불융화치구를 그대로 불활성 분위기의 전기로에 장입하고, 불활성분위기(예를 들어, 질소가스 분위기)에서 약 1300℃로 열처리하여 PCS 섬유의 열분해를 유도하여 SiC 단섬유를 제조한다. 도 8은 PCS 단섬유(30)가 열분해되어 SiC 단섬유(60)로 제조된 것을 나타내는 사진이다. 열처리가 완료된 SiC 단섬유(60)는 흑색을 띄게 된다.If the infusibility reaction time of the PCS fibers in the chamber was less than 3 hours, a phenomenon occurred that the entire PCS short fibers loaded on the PCS fiber mounting table 20 were not completely infusible. The incompatibility effect was not further enhanced. After infusibility treatment for 3 hours in the chamber, when the infusibility jig is cooled and the internal temperature of the oven is cooled to room temperature (about 25 ℃), take out the PCS short fiber infusibility device (infusibility jig) from the oven, The infusible jig containing the infusible PCS fiber is charged as it is in an electric furnace in an inert atmosphere, and heat-treated at about 1300°C in an inert atmosphere (eg, nitrogen gas atmosphere) to induce thermal decomposition of the PCS fibers to induce SiC manufactures short fibers. 8 is a photograph showing that the short PCS fibers 30 are pyrolyzed and manufactured into the short SiC fibers 60 . The SiC short fibers 60 after the heat treatment has been completed have a black color.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 2단으로 이루어진 불융화 디바이스에 의해 PCS 단섬유를 효과적으로 불융화하고, 불융화가 완료된 PCS 단섬유가 적재된 디바이스(불융화치구)를 그대로 열처리하여 부직포 형상의 SiC 단섬유 시트를 제조함으로써, SiC 섬유를 단섬유로 절단하여 다시 열처리하는 과정 없이 SiC 단섬유 부직포 시트를 제조할 수 있다. 이에 의해, 부직포 형상의 SiC 단섬유 시트의 제조 공정을 간단히 하여 공정 시간 및 비용을 절감할 수 있다. As described above, according to the present invention, the PCS short fibers are effectively infusible by the two-stage infusible device, and the device (infusible jig) loaded with the infusible PCS short fibers is heat treated as it is to form SiC in the form of a non-woven fabric. By manufacturing the short fiber sheet, the SiC short fiber nonwoven fabric sheet can be manufactured without the process of cutting the SiC fibers into short fibers and re-heating. Thereby, the manufacturing process of the SiC short fiber sheet of a nonwoven fabric shape can be simplified, and process time and cost can be reduced.

도 6은 PCS 단섬유가 재치대에 적재되어 있는 불융화 처리 전의 상태를 나타내는 것이고, 도 7은 PCS 단섬유가 불융화 처리되어 PCS 단섬유의 색상이 변화된 것을 나타내는 것이다. 불융화 처리가 완료된 PCS 단섬유는 노란색을 띄게 된다.6 shows the state before the infusibility treatment in which the PCS short fibers are loaded on the mounting table, and FIG. 7 shows that the PCS short fibers are infusible and the color of the PCS short fibers is changed. PCS short fibers that have been infusibilized are yellow.

이러한 불융화 처리에 의해 열 가소성의 PCS 단섬유가 열경화성으로 전환되어, 후속 열분해 공정에서 연화 온도 및 용융 온도 이상으로 온도를 높이더라도 연화되거나 용융되지 않고 섬유 형상을 그대로 유지하는 SiC 단섬유의 형성이 가능하며, 동시에 열분해수율도 향상될 수 있다.By this infusibility treatment, the thermoplastic PCS short fibers are converted to thermosetting, so that even if the temperature is raised above the softening temperature and melting temperature in the subsequent pyrolysis process, the SiC short fibers that do not soften or melt and maintain the fiber shape are formed. possible, and at the same time, the thermal decomposition yield can be improved.

시험예test example

도 9는 본 발명에 따른 PCS 단섬유의 불융화 디바이스 및 불융화 방법에 의해 불융화 처리된 PCS 단섬유와 불융화 전의 PCS 단섬유의 FT-IR(Fourier-transform Infrared: 퓨리에 변환 적외선) 분광분석 선도이다. 9 is a Fourier-transform infrared (FT-IR) spectroscopic analysis of PCS short fibers and PCS short fibers before infusibility treatment by the infusible device and infusible method of the PCS short fibers according to the present invention. is the lead

용융방사에 의해 형성된 PCS 단섬유는 열가소성이므로 SiC 단섬유로 만들기 위하여 후속적으로 열처리(열분해)를 하게 되면, 섬유 형상을 잃고 서로 엉겨 붙는 문제가 있다. 그러므로, 온도가 상승되더라도 섬유 형상을 유지할 수 있도록 하기 위하여 PCS 단섬유를 열경화성으로 만드는 공정이 불융화 처리이며, 이러한 불융화 처리에 의해 PCS 단섬유의 CH 결합이 끊어지고, CH-Si-CH, CH-O-Si-CH 결합 등이 형성되고, 저분자량 분자들이 서로 가교하게 된다.Since the short PCS fibers formed by melt spinning are thermoplastic, there is a problem of losing the shape of the fibers and sticking to each other when subsequent heat treatment (pyrolysis) is performed to make them into SiC short fibers. Therefore, in order to maintain the fiber shape even when the temperature rises, the process of making the short PCS fibers thermosetting is an infusibility treatment, and by this infusibility treatment, the CH bonds of the short PCS fibers are broken, CH-Si-CH, A CH-O-Si-CH bond is formed, and low molecular weight molecules are crosslinked with each other.

도 9는 이러한 PCS 단섬유의 불융화에 의해 CH 결합이 감소되고 가교반응(Cross Linking)이 일어났음을 보여주는 선도이다. 도 9에서 가로축은 파동수(Wave nuber)를 나타내며, 세로축은 투과율(Transmittance)을 나타낸다. 도 9에서 실선은 PCS 단섬유의 불융화 후의 FT-IR 분광분석값을 나타내며, 점선은 PCS 단섬유의 불융화 전의 FT-IR 분광분석값을 나타낸다. 도 9의 선도에서 아래쪽으로 향하는 피크들이 CH 결합을 나타내는 것으로서, 실선으로 표시된 불융화 후의 피크의 크기가 점선으로 표시된 불융화 전의 피크의 크기에 비하여 작아지므로, CH 결합이 감소된 것, 즉 가교반응이 일어나 불융화 처리가 이루진 것을 나타낸다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 불융화 디바이스 및 불융화 방법에 의해 불융화된 PCS 단섬유는 불융화전에 비해서 CH 피크들이 현저하게 감소되어 할로겐 가스에 의해 효과적으로 가교반응이 일어났음을 확인하였다.9 is a diagram showing that the CH bond was reduced and cross-linking occurred due to the incompatibilization of these short PCS fibers. In FIG. 9 , the horizontal axis represents a wave number, and the vertical axis represents transmittance. In FIG. 9, the solid line indicates the FT-IR spectroscopic analysis value after infusibility of the PCS short fibers, and the dotted line indicates the FT-IR spectroscopic analysis value before the infusibility of the PCS short fibers. As the peaks pointing downward in the diagram of FIG. 9 represent CH bonds, the size of the peak after infusibility indicated by the solid line is smaller than the size of the peak before infusibility indicated by the dotted line, so that the CH bond is reduced, that is, the crosslinking reaction This occurred, indicating that the infusibility treatment was accomplished. As shown in FIG. 9, in the PCS short fibers infusible by the infusible device and the infusible method according to the present invention, the CH peaks were significantly reduced compared to before infusibility, indicating that the crosslinking reaction occurred effectively by the halogen gas. Confirmed.

도 10은 PCS 단섬유의 불융화 전후의 TGA(Thermal Gravity Analysis: 열중량 분석) 선도이다. 도 10에서 가로축은 온도(Temperature)를 나타내며, 세로축은 질량(Mass)을 나타낸다. 도 10에서 실선은 PCS 단섬유의 불융화 후의 열분해수율(잔량)을 나타내고, 점선은 PCS 단섬유의 불융화 전의 열분해수율을 나타낸다. 도 10에 도시된 바와 같이, 불융화 후의 PCS 단섬유의 열분해수율은 불율화가 효율적으로 진행되어 불융화 전의 PCS 단섬유의 열분해수율에 비하여 약 22 중량% 상승한 것을 확인할 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따라 PCS 단섬유를 열분해하여 형성되는 최종 생성물인 SiC 단섬유의 수율이 불융화 처리에 의해 효과적으로 향상될 수 있음을 확인하였다.10 is a TGA (Thermal Gravity Analysis) diagram before and after infusibility of PCS short fibers. In FIG. 10 , the horizontal axis represents temperature, and the vertical axis represents mass. In FIG. 10, the solid line represents the thermal decomposition yield (residual amount) after infusibility of the short PCS fibers, and the dotted line represents the thermal decomposition yield before infusibility of the short PCS fibers. As shown in FIG. 10 , it can be confirmed that the thermal decomposition yield of short PCS fibers after infusibility is increased by about 22% by weight compared to the thermal decomposition yield of short PCS fibers before infusibility due to efficient incompatibilization. Therefore, it was confirmed that the yield of SiC short fibers, which is a final product formed by thermal decomposition of PCS short fibers according to the present invention, can be effectively improved by infusibility treatment.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 2단으로 이루어진 불융화 치구에 의해 PCS 단섬유를 효과적으로 불융화하고, 불융화가 완료된 PCS 단섬유가 적재된 치구를 그대로 열처리하여 부직포 형상의 SiC 단섬유 시트를 제조함으로써, SiC 섬유를 단섬유로 절단하여 다시 열처리하는 과정 없이 SiC 단섬유 부직포 시트를 제조할 수 있으므로, 부직포 형상의 SiC 단섬유 시트의 제조 공정을 간단히 하여 공정 시간 및 비용을 절감할 수 있다. As described above, according to the present invention, the PCS staple fibers are effectively infusible by the infusible jig consisting of two stages, and the jig loaded with the infusible PCS short fibers is heat-treated as it is to form a non-woven SiC staple fiber. By manufacturing the sheet, the SiC short fiber non-woven fabric sheet can be manufactured without the process of cutting the SiC fiber into short fibers and re-heating, thereby simplifying the manufacturing process of the non-woven-shaped SiC short fiber sheet, thereby reducing the process time and cost. have.

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

10: 챔버
12: 개폐도어
20: PCS 섬유 재치대
30: PCS 단섬유
40: 불융화 가스 발생체 수납공간
50: 불융화 가스 발생체
60: SiC 단섬유
100: PCS 섬유의 불융화 디바이스
10: chamber
12: opening and closing door
20: PCS fiber mount
30: PCS short fiber
40: infusible gas generator storage space
50: infusible gas generator
60: SiC short fiber
100: PCS fiber infusibility device

Claims (10)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 내부 공간이 기밀되게 유지될 수 있도록 개폐가능한 도어(12)를 구비하는 PCS 단섬유의 불융화 디바이스(100)의 챔버(10)의 내부에서 소정의 높이만큼 이격되어 설치된 PCS 섬유 재치대(20)에 PCS 단섬유를 장입하고, 챔버(10)의 바닥면과 PCS 섬유 재치대(20) 사이의 수납공간(40)에 고체상의 아이오딘을 장입하는 단계;
진공장치를 작동시켜 챔버(10)의 내부의 공기를 배출하여 진공도를 1*10-2torr에 도달시킨 후, 다시 질소를 주입하여 760torr에 도달시키는 과정을 3회 반복하여 불융화 분위기를 조성하는 단계;
상기 불융화 분위기 조성 단계 동안 상기 챔버(10)의 내부의 온도를 200℃로 유지하여 고체상 아이오딘을 가스화시켜서 PCS 단섬유와 가교반응시키는 단계; 및
상기 PCS 단섬유의 가교반응 단계에서 불융화된 PCS 단섬유를 불활성분위기에서 1000℃ 이상으로 열처리하는 단계를 포함하는
SiC 단섬유의 제조방법.
PCS fiber mounting table 20 installed to be spaced apart by a predetermined height inside the chamber 10 of the PCS short fiber infusibility device 100 having an openable and openable door 12 so that the internal space can be kept airtight charging the PCS short fibers into the chamber 10 and charging the solid iodine into the storage space 40 between the bottom surface of the chamber 10 and the PCS fiber mounting table 20;
After operating the vacuum device to discharge the air inside the chamber 10 to reach the vacuum degree of 1*10 -2 torr, inject nitrogen again and repeat the process of reaching 760 torr 3 times to create an incompatible atmosphere step;
maintaining the internal temperature of the chamber 10 at 200° C. during the infusible atmosphere composition step to gasify solid iodine to cross-react with PCS short fibers; and
Comprising the step of heat-treating the short PCS fibers infusible in the crosslinking reaction step of the PCS short fibers at 1000° C. or more in an inert atmosphere
A method for manufacturing SiC staple fibers.
제9항에 있어서,
상기 아이오딘 장입 단계에서, 상기 챔버의 바닥면과 PCS 섬유 재치대 사이의 불융화 가스 발생체 수납공간(40)에 장입되는 고체상의 아이오딘의 양은 PCS 섬유 재치대에 적재된 PCS 단섬유의 5 내지 15 중량%인
SiC 단섬유의 제조방법.
10. The method of claim 9,
In the iodine loading step, the amount of solid iodine charged into the infusible gas generator storage space 40 between the bottom surface of the chamber and the PCS fiber mounting table is 5 of the PCS short fibers loaded on the PCS fiber mounting table. to 15% by weight
A method for manufacturing SiC staple fibers.
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