KR102578947B1 - 재생탄소섬유 제조장치 및 이를 이용한 재생탄소섬유의 제조방법 - Google Patents

재생탄소섬유 제조장치 및 이를 이용한 재생탄소섬유의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 재생탄소섬유 제조장치에 관한 것으로, 탄소섬유 혼합 폐기물내 탄소섬유의 고주파 전자기 복사에 의한 유도발열을 활용하여 재생탄소 섬유를 제조하는 장치 및 이를 이용하여 재생탄소섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

재생탄소섬유 제조장치 및 이를 이용한 재생탄소섬유의 제조방법{The Apparatus for Manufacturing Recycled Carbon Fiber and the Method of manufacturing Recycled Carbon Fiber by Using the Same}
본 발명은 재생탄소섬유 제조장치에 관한 것으로, 탄소섬유 혼합 폐기물내 탄소섬유의 고주파 전자기 복사에 의한 유도발열을 활용하여 재생탄소 섬유를 제조하는 장치 및 이를 이용하여 재생탄소섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.
탄소 섬유는 보통 수지 매트릭스(resin matrix) 내에 편직되거나(wooven), 썰어진(chopped), 또는 갈려진 (milled) 탄소 섬유를 포함하는 복합재를 제조하는 데 사용된다. 그러한 복합재는 매우 가볍고 강하며 내구성이 있을 수 있다.
탄소 섬유는 탄소 층의 접혀진 층들(sheets)을 포함한다. 그러한 탄소 섬유는 보통 비반응성이며 따라서 불(fire)이나 부식(corrsion)에 내성이 있다. 각 섬유는 직경이 약 7 마이크론(micron)일 수 있다. 수지 및 그 안에 함침된 연속적이고 썰어지거나 갈려진 탄소 섬유로 이루어진 탄소 섬유 복합재는 높은 인장 강도 및 비교적 낮은 밀도를 가질 수 있고, 따라서 이러한 물질에 대한 많은 용도가 개발되고 있다.
탄소 섬유에 대한 요구가 높은 반면, 생산 공정에서 버려지는 물질의 양이 상당함이 밝혀졌는데, 약 40%의 새탄소 섬유 및 수지가 탄소 섬유 생산 공정에서 버려지는 것으로 추정된다. 이 물질들은 전통적으로 쓰레기 매립지로 보내져 왔다.
현재 상업적으로 제조되는 재생탄소섬유 (Recycled Carbon fiber, rCF)의 경우 복합재료 제조 과정에서발생하는 탄소섬유 프리프레그의 스크랩, 사용년한이 지난 탄소섬유강화 고분자 복합재료 폐기물로부터 원료를 공급받는 형태를 띈다.
종래의 기술로서, 일본공개특허공보 제2008-285601호(2008.11.27.)에서는 탄소 섬유 강화 플라스틱으로부터 매트릭스 성분만을 열 분해에 의해 가열 제거하고, 역학적 특성을 저하시키지 않고, 탄소 섬유를 선택적으로 회수하는 탄소 섬유의 재생 처리 장치 및 재생 처리 방법에 관한 기술을 공지하였고, 또한 일본공개특허공보 제2011-122032호(2011.06.23)에서는, 탄소 섬유 강화 플라스틱을 800℃ 이상의 과열 수증기에 의해 처리함으로써, 플라스틱의 68∼80%를 제거한 상태에서 탄소 섬유를 회수하는 기술이 개시되어 있다.
재생탄소섬유는 기계적 재생(Recycling) 기술을 통해 제조되며, 일부 화학적 재생(Recycling) 기술이 개발되는 추세에 있다. 기계적 재생(Recycling)의 경우 열처리 공정을 통한 고분자 매트릭스의 제거가 이루어지게 된다. 이때, 열처리 공정의 효율성 향상을 위해 탄소섬유 혼합 폐기물 (Prepreg scrap, CFRP 등)은 슈레딩, 파쇄, 분쇄 혹은 유사한 기계적인 프로세스에 의한 1차 전처리를 거쳐 소형 파쇄물 형태로 가공된 후 불활성 (Inert) 분위기에서의 열처리 (Heat treatment)에 의한 고분자 매트릭스의 열분해 (Pyrolysis)를 통해 재생탄소섬유가 얻어진다.
한편, 상기 1차 전처리 과정 (슈레딩, 파쇄, 분쇄 등)의 경우 재생탄소섬유 종횡비의 감소 및 불균일로 이어지며, 이로 인해 우수한 물성을 기대할 수 없게된다. 뿐만 아니라 기존에 활용중인 불활성 분위기에서의 고분자 매트릭스의 열분해는 주로 열풍 (5x10-1 W/cm), 복사열 (8 W/cm) 등을 이용하기 때문에 낮은 에너지 효율을 가지며, 충분한 열분해를 위해서는 회전형 드럼을 이용한 Batch type의 설비가 운용되므로 연속적인 제조설비 도입이 어려울 뿐만 아니라 고분자 매트릭스의 충분한 열분해를 위해서는 장시간 열처리가 이루어져야 하므로 설비구축비용 및 운용비용이 높게 책정되는 제한으로 인해 재생탄소섬유의 제조기술에 대한 효율성 향상과 관련한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.
또한, 기계적 재생(Recycling) 공정 중 고분자 매트릭스 제거를 위해 이용되는 열풍, 복사열의 경우 탄소섬유 폐기물 (CFRP, Prepreg scrap)의 표면으로부터 열을 가하는 방식으로 적층 구조를 띄는 CFRP 폐기물 및 섬유와 섬유 사이에 고분자 수지가 존재하는 Prepreg scrap의 경우 내부에 존재하는 고분자 수지의 완전한 제거를 위한 외부 열원의 도달이 이루어져야 하지만 이 경우 재생(Recycling) 대상 구성물 중 상대적으로 열 전달률이 낮은 고분자 수지의 특성에 의존해야만 한다.
이처럼 기존의 재생(Recycling) 대상 구성물 외부에서 열을 공급하는 방식 (열풍, 복사열 등)을 통한 고분자 매트릭스의 열분해는 섬유 다발의 균일한 열처리를 수행하기에 형상적으로 불리한 측면이 있어 신규 열원을 이용한 재생(Recycling) 공정 개발이 요구된다.
따라서, 본 연구진은 재생탄소섬유의 물리적 훼손이 거의 없고, 높은 종횡비를 가지는 재생탄소섬유를 제조하기 위하여, 고분자 복합재에 함유된 탄소섬유의 고주파 전자기 복사에 의한 유도발열을 활용하는 재생탄소섬유의 제조장치 및 이를 이용한 재생탄소섬유의 제조방법을 개발하였다.
일본공개특허공보 제2008-285601호(공개일: 2008.11.27) 일본공개특허공보 제2011-122032호(공개일: 2011.06.23)
본 발명의 주된 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 열풍 또는 복사열과 같은 외부 열원을 사용하지 않고, 고분자 복합재에 함유된 탄소섬유의 고주파 전자기 복사에 의한 유도발열을 활용하는 재생탄소섬유의 제조장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예는, 재생탄소섬유 제조장치에 있어서, 본체부; 상기 본체부의 일측면에 설치되는 가스 주입구; 상기 본체부의 타측면에 설치되는 가스 배출구; 상기 본체부의 일측면과 이와 마주하는 타측면을 관통하는 하나의 유도 코일; 상기 본체부의 케이스에 내장된 다수의 유도 코일; 상기 다수의 유도 코일 사이에 내장된 다수의 마그네틱 코어; 및 상기 유도 코일에 전류를 공급하는 전류 인가 장치;를 포함하며, 상기 본체부의 케이스의 외면은 단열재로 마감되어 있으며, 상기 유도 코일로부터 발생하는 고주파 전자기 복사에 의한 유도발열에 의해 탄소섬유 혼합 폐기물을 처리하여 재생탄소섬유를 제조하는 것을 특징으로 하는 재생탄소섬유 제조장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 가스 주입구로 불활성 기체가 주입될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 가스 배출구는 탄소섬유 혼합 폐기물 처리 공정에서 발생하는 가스를 배출시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 본체부의 일측면에 본체부 내부의 반응영역의 온도를 측정하는 온도 감지부를 추가적으로 설치할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 온도 감지부에서 추출되는 온도에 따라 전류 인가 장치에서 인가되는 교류 전류의 주파수, 전류 및 전력을 제어하는 제어부를 추가적으로 설치할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 전류 인가 장치에서 공급되는 교류 전류의 주파수는 200 - 300 kHz 이고, 전류는 200 - 350 A 이며, 전력은 1500 - 2500 W일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 구현예에서, 본 발명은 상기 재생탄소섬유 제조장치를 이용하여 탄소섬유 혼합 폐기물로부터 재생탄소섬유를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 탄소섬유 혼합 폐기물은 열가소성 고분자 수지와 열경화성 고분자 수지 중에서 선택되는 어느 하나 혹은 둘 이상의 고분자 매트릭스를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 유도발열에 의한 탄소섬유 혼합 폐기물의 처리 온도는 350 ~ 1000˚C 범위일 수 있다.
본 발명에 따른 재생탄소섬유의 제조장치는 열풍 또는 복사열과 같은 외부 열원을 사용하지 않고, 고분자 복합재에 함유된 탄소섬유의 고주파 전자기 복사에 의한 유도발열을 활용함으로써, 기존의 반응기 표면가열에 의한 열전달 방식에 의한 열분해 공정에 비하여, 가열효율이 또한 높아 경제적이고 신속한 가열을 가능해 워밍업 등에 소요되는 소비전력을 줄일 수 있으며, 공정소모시간을 효과적으로 단축할 수 있다.
또한 고주파 전자기 복사에 의한 유도 발열은 출력 및 온도제어가 용이하여 편리하며, 안정성 및 배출가스 등의 오염 물질의 발생이 없어 위생적이며, 청결하다.
또한, 본 발명에 따른 재생탄소섬유의 제조장치를 이용하여 탄소섬유 혼합 폐기물을 처리하는 경우에는 탄소섬유 혼합 폐기물의 전처리 공정(분쇄 공정 etc.)을 생략할 수 있으므로, 재생탄소섬유의 물리적 훼손이 거의 없고, 높은 종횡비를 가지는 재생탄소섬유를 수득할 수 있고, 이러한 고품질의 재생탄소섬유는 다양한 분야에 재사용될 수 있다.
도 1(a)는 본 발명에 따른 재생탄소섬유 재생장치의 외부 모식도이다.
도 1(b)는 본 발명에 따른 재생탄소섬유 재생장치의 내부 모식도이다.
도 1(c) 및 도 1(d)는 본 발명에 따른 재생탄소섬유 재생장치내 본체부 케이스의 단면이다.
도 2는 본 발명에 이용되는 고주파 전자기장 발생 설비의 구성요소와 구동 흐름을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 재생탄소섬유의 재생장치를 이용하여 에폭시 수지를 포함하는 탄소섬유 강화 고분자 복합재를 처리하는 공정에서 발생하는 배출 가스를 시간에 따라 관찰한 사진이다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은, 본체부(100); 상기 본체부의 일측면에 설치되는 가스 주입구(101); 상기 본체부의 타측면에 설치되는 가스 배출구(102); 상기 본체부의 일측면과 이와 마주하는 타측면을 관통하는 하나의 유도 코일(103-1); 상기 본체부의 케이스에 내장된 다수의 유도 코일(103-2); 및 상기 다수의 유도 코일 사이에 내장된 다수의 마그네틱 코어(104);를 포함하며, 상기 본체부의 케이스의 외면은 단열재(105)로 마감되어 있으며, 상기 유도 코일로부터 발생하는 고주파 전자기 복사에 의한 유도발열에 의해 탄소섬유 혼합 폐기물을 처리하여 재생탄소섬유를 제조하는 것을 특징으로 하는 재생탄소섬유 제조장치를 제공한다.
즉, 본 발명에 따른 재생탄소섬유 제조장치는 본체부의 중심과 본체부 케이스에 내장되어 있는 유도 코일(103-1, 103-2)로부터 발생하는 고주파 전자기 복사에 의한 탄소섬유의 유도발열에 의하여 탄소섬유 혼합 폐기물내 탄소섬유를 둘러싸고 있는 고분자 매트릭스 등을 열분해하여 탄소섬유 혼합 폐기물로부터 재생탄소섬유를 효과적으로 분리하는데 사용된다.
하기 도 1에서 본 발명에 따른 재생탄소섬유 재생장치의 개략 구성을 도시한다.
하기 도 1(a)는 본 발명에 따른 재생탄소섬유 재생장치의 외관을 나타낸다. 본 발명에 따른 재생탄소섬유 재생장치는, 하기 도 1(a)에 도시한 바와같이, 본체부(100); 상기 본체부의 일측면에는 탄소섬유의 산화반응에 의한 물성저하를 방지하기 위하여 불활성 기체가 주입되는 가스 주입구(101); 및 상기 본체부의 타측면에는 본체부 내부의 반응영역에서 수행되는 고분자 매트릭스의 열분해 반응에서 발생하는 가스를 배출시키는 가스 배출구(102);를 포함한다.
이때, 상기 본체부(100)의 형상은 원기둥 형상인 것이 바람직하나, 이에 제한되지는 않는다.
하기 도 1(b)에서는 본 발명에 따른 재생탄소섬유 재생장치의 내부 모식도를 나타내며, 본 발명에 따른 재생탄소섬유 재생장치는 탄소섬유의 유도발열을 발생시키는 고주파 전자기장이 형성되는 유도 코일이 상기 본체부 내부와 본체부 케이스에 설치되며, 구체적으로 상기 본체부의 일측면과 이와 마주하는 타측면을 관통하는 하나의 유도 코일(130-1)이 설치되며, 또한 본체부 케이스에 다수 유도 코일(130-2)이 내장됨으로써, 본체부 내부의 반응 영역에 고주파 전자기장이 균일하게 형성하도록 설치된다.
상기 본체부(100)의 형상은 원기둥 형상인 경우에 상기 본체부를 관통하는 하나의 유도 코일(130-1)과 본체부 케이스에 다수 유도 코일(130-2) 사이에 균일한 고주파 전자기장이 형성되어 본체부 내부의 반응 영역에 균일한 유도발열이 생성될 수 있다.
이때, 상기 본체부를 관통하는 하나의 유도 코일(130-1)의 직경은 상기 본체부의 직경의 1/30~1/10 범위인 것이 바람직하며, 또한 본체부 케이스에 다수 유도 코일(130-2)의 직경은 상기 본체부의 직경의 1/50~1/10 범위인 것이 바람직하다.
여기서, 유도 코일(130-1, 130-2)의 형상은 원기둥 형상에 한정되지 않으며, 각기둥 형상일 수도 있다.
하기 도 1(c) 및 도 1(d)에서는 본 발명에 따른 재생탄소섬유 재생장치내 본체부의 케이스의 단면을 나타내며, 본체부 케이스에는 다수 유도 코일(130-2)이 내장되며, 또한 본체부 케이스에 내장된 유도 코일(130-2) 사이에 내장된 다수의 마그네틱 코어(104)를 포함함으로써, 유도 코일로부터 발생하는 고주파 전자기장의 손실을 최소화할 수 있다. 상기 마그네틱 코어는 높은 투자율을 가지는 소성 페라이트, 페라이트 수지, 비정질 합금, 퍼멀로이 등의 산화물 또는 합금 및 자성체가 첨가된 나노복합재료로 이루어진 강자성체를 사용할 수 있으며, 특히 유도 코일에 고주파 교류 전류를 인가하는 경우 고주파 교류 전류에서 손실이 작은 소성 페라이트를 마그네틱 코어 재료로 사용할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 자성체가 첨가된 나노복합재료는 실리콘-철(Si-Fe) 합금 분말과 에폭시(Epoxy) 수지를 혼합하여 제조한 나노복합물질을 사용할 수 있다.
또한 본체부 케이스의 외면에는 단열재로 마감되어 고주파 전자기 복사에 의한 유도발열이 외부로 발산되는 것을 방지한다.
본 발명에 따른 재생탄소섬유 재생장치는 탄소섬유 혼합 폐기물의 표면에서 전달되는 열에 의존하지 않고, 상기 본체부를 관통하는 하나의 유도 코일(103-1)과 상기 본체부의 케이스에 내장된 다수의 유도 코일(103-1)에 의해 형성되는 고주파 전자기장에 의하여 탄소섬유 혼합 폐기물내 탄소섬유로부터 직접적으로 유도발열이 발생하여 탄소섬유 혼합 폐기물내 고분자 매트릭스 등의 유기물을 열분해시키는 에너지원으로 사용된다.
일 실시예로서, 본 발명에 따른 재생탄소섬유 재생장치는 상기 본체부의 일측면에 본체부 내부의 반응영역의 온도를 측정하는 온도 감지부를 추가적으로 설치할 수 있으며, 또한 상기 온도 감지부에서 추출되는 온도에 따라 전류 인가 장치에서 인가되는 교류 전류의 주파수, 전류 및 전력을 제어하는 제어부를 추가적으로 설치될 수 있다. 이때, 상기 온도 감지부와 제어부를 통한 고주파 전자기 복사에 의한 유도 발열은 출력 및 온도제어가 용이하여 편리하다.
본 발명에 따른 재생탄소섬유 재생장치는 상기 유도 코일에 전류 인가 장치가 연결되며, 상기 전류 인가 장치에서 공급되는 교류 전류의 주파수는 200 - 300 kHz 이고, 전류는 200 - 350 A 이며, 전력은 1500 - 2500 W 범위인 것이 바람직하며, 재생소재의 구성 및 크기에 따라 가변적이므로 이에 한정되지는 않는다.
유도 코일에 인가되는 교류 전류의 주파수가 높아질수록, Skin Depth Effect에 의해 피가열물의 발열이 표면에 한정되는 특성이 있으므로, 탄소섬유 혼합 폐기물의 1차 전처리 없이 바로 탄소섬유 혼합 폐기물을 처리하는 경우에는, 상기 교류 전류의 주파수 범위의 상한치를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
하기 도 2는 본 발명에 이용되는 고주파 전자기장 발생 설비의 전류 인가장치의 구성과 구동 흐름을 나타낸다. 교류전원을 통해 입력된 전기에너지는 Converter, Inverter, Transformer를 거침에 따라 고주파 전류의 형태로 유도코일 (Induction Coil)로 입력되며, 유도코일을 통해 흐르는 고주파 전류에 의해 유도코일 주변은 고주파 전자기장을 발생시킨다. 이에 의해 피가열물에 적용된 유전물질 (탄소섬유)에서 와전류가 발생되며, 이들의 고유 저항에 의해 발열이 이루어진다.
또한, 본 발명은 상기 하나의 재생탄소섬유 제조장치를 이용하여 탄소섬유 혼합 폐기물로부터 재생탄소섬유를 제조하는 방법을 제공한다.
상기 탄소섬유 혼합 폐기물은 PA, PBT, PET, PEEK 등의 열가소성 고분자 수지 또는 에폭시, 페놀, 비닐에스터, 우레탄 등의 열경화성 고분자 수지 중에서 선택되는 어느 하나의 고분자 매트릭스를 포함할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 유도발열에 의한 탄소섬유 혼합 폐기물의 처리 온도는 350 ~ 1000 ˚C 범위일 수 있으며, 상기 온도 범위에서 대부분의 고분자 매트릭스에 대해 열분해 반응이 발생할 수 있으며, 바람직하게는 700 ~ 900℃의 온도 범위일 수 있다. 여기서 혼합 폐기물의 처리 온도는 투입되는 탄소섬유 혼합 폐기물내 고분자 매트릭스가 열분해되는 온도로 설정할 수 있다.
실시예
본 발명에 따른 재생탄소섬유 재생장치를 이용하여 263 kHz, 270 A, 1953 W의 교류전류를 이용하여 에폭시 수지 (분해온도 500˚C)로 구성된 탄소섬유강화 고분자 복합재료를 처리하였다.
하기 도 3에서 도시한 바와 같이, 1초 미만에서 재생탄소섬유 재생장치의 구동으로 복합재료의 열분해가 관찰되기 시작되었다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적은 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
100 : 본체부
101 : 가스 주입구
102 : 가스 배출구
103 : 유도 코일
104 : 마그네틱 코어
105 : 단열재

Claims (9)

  1. 재생탄소섬유 제조장치에 있어서,
    본체부; 상기 본체부의 일측면에 설치되는 가스 주입구; 상기 본체부의 타측면에 설치되는 가스 배출구; 상기 본체부의 일측면과 이와 마주하는 타측면을 관통하는 하나의 유도 코일; 상기 본체부의 케이스에 내장된 다수의 유도 코일; 상기 다수의 유도 코일 사이에 내장된 다수의 마그네틱 코어; 및 상기 유도 코일에 전류를 공급하는 전류 인가 장치;를 포함하며,
    상기 본체부의 케이스의 외면은 단열재로 마감되어 있으며,
    상기 유도 코일로부터 발생하는 고주파 전자기 복사에 의한 유도발열에 의해 탄소섬유 혼합 폐기물을 처리하여 재생탄소섬유를 제조하는 것을 특징으로 하는 재생탄소섬유 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 주입구로 불활성 기체가 주입되는 것을 특징으로 하는 재생탄소섬유 제조장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가스 배출구는 탄소섬유 혼합 폐기물 처리 공정에서 발생하는 가스를 배출시키는 것을 특징으로 하는 재생탄소섬유 제조장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 본체부의 일측면에 본체부 내부의 반응영역의 온도를 측정하는 온도 감지부를 추가적으로 설치하는 것을 특징으로 하는 재생탄소섬유 제조장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 온도 감지부에서 추출되는 온도에 따라 전류 인가 장치에서 인가되는 교류 전류의 주파수, 전류 및 전력을 제어하는 제어부를 추가적으로 설치하는 것을 특징으로 하는 재생탄소섬유 제조장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전류 인가 장치에서 공급되는 교류 전류의 주파수는 200 - 300 kHz 이고, 전류는 200 - 350 A 이며, 전력은 1500 - 2500 W인 것을 특징으로 하는 재생탄소섬유 제조장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 재생탄소섬유 제조장치를 이용하여 탄소섬유 혼합 폐기물로부터 재생탄소섬유를 제조하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    탄소섬유 혼합 폐기물은 열가소성 고분자 수지와 열경화성 고분자 수지 중에서 선택되는 어느 하나 혹은 둘 이상의 고분자 매트릭스를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 혼합 폐기물로부터 재생탄소섬유를 제조하는 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 유도발열에 의한 탄소섬유 혼합 폐기물의 처리 온도는 350 ~ 1000˚C 인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 혼합 폐기물로부터 재생탄소섬유를 제조하는 방법.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001207342A (ja) 2000-01-28 2001-08-03 Asahi Kasei Corp 気相法炭素繊維の製造方法
JP2011122032A (ja) 2009-12-09 2011-06-23 Japan Fine Ceramics Center 炭素繊維の回収装置及び炭素繊維の回収方法
JP2017082354A (ja) 2015-10-27 2017-05-18 一般財団法人ファインセラミックスセンター 改質炭素繊維及びその製造方法
JP2017515002A (ja) 2014-03-03 2017-06-08 クラリアント・インターナシヨナル・リミテツド 炭素繊維を製造するための加熱装置
JP2018115395A (ja) 2017-01-16 2018-07-26 永虹先進材料股▲ふん▼有限公司 炭化繊維製造方法
KR102134628B1 (ko) 2020-01-08 2020-07-16 재단법인 철원플라즈마 산업기술연구원 탄소섬유 제조 장치 및 방법
KR102242825B1 (ko) 2020-08-31 2021-04-22 홍상호 폐분진 처리를 위한 유도가열장치 및 이를 구비하는 폐분진 처리 시스템

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990034663A (ko) * 1997-10-30 1999-05-15 헤이오 쇼지 가부시키가이샤 탄소재료의 활성개질 방법 및 장치
JP2008285601A (ja) 2007-05-18 2008-11-27 Hideto Itatsu 炭素繊維の再生処理方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001207342A (ja) 2000-01-28 2001-08-03 Asahi Kasei Corp 気相法炭素繊維の製造方法
JP2011122032A (ja) 2009-12-09 2011-06-23 Japan Fine Ceramics Center 炭素繊維の回収装置及び炭素繊維の回収方法
JP2017515002A (ja) 2014-03-03 2017-06-08 クラリアント・インターナシヨナル・リミテツド 炭素繊維を製造するための加熱装置
JP2017082354A (ja) 2015-10-27 2017-05-18 一般財団法人ファインセラミックスセンター 改質炭素繊維及びその製造方法
JP2018115395A (ja) 2017-01-16 2018-07-26 永虹先進材料股▲ふん▼有限公司 炭化繊維製造方法
KR102134628B1 (ko) 2020-01-08 2020-07-16 재단법인 철원플라즈마 산업기술연구원 탄소섬유 제조 장치 및 방법
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