KR102648873B1 - Hot Ball Mill Apparatus - Google Patents

Hot Ball Mill Apparatus Download PDF

Info

Publication number
KR102648873B1
KR102648873B1 KR1020240008302A KR20240008302A KR102648873B1 KR 102648873 B1 KR102648873 B1 KR 102648873B1 KR 1020240008302 A KR1020240008302 A KR 1020240008302A KR 20240008302 A KR20240008302 A KR 20240008302A KR 102648873 B1 KR102648873 B1 KR 102648873B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cylindrical container
ball mill
induction heating
mill device
heating unit
Prior art date
Application number
KR1020240008302A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
백동수
박종주
백찬영
Original Assignee
주식회사 하이리온
주식회사 비엠티
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 하이리온, 주식회사 비엠티 filed Critical 주식회사 하이리온
Priority to KR1020240008302A priority Critical patent/KR102648873B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102648873B1 publication Critical patent/KR102648873B1/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/25—Mixers with loose mixing elements, e.g. loose balls in a receptacle
    • B01F33/251—Mixers with loose mixing elements, e.g. loose balls in a receptacle using balls as loose mixing element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/05—Stirrers
    • B01F27/11—Stirrers characterised by the configuration of the stirrers
    • B01F27/17—Stirrers with additional elements mounted on the stirrer, for purposes other than mixing
    • B01F27/171—Stirrers with additional elements mounted on the stirrer, for purposes other than mixing for disintegrating, e.g. for milling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F29/00—Mixers with rotating receptacles
    • B01F29/60—Mixers with rotating receptacles rotating about a horizontal or inclined axis, e.g. drum mixers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/80—Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/805—Mixing plants; Combinations of mixers for granular material
    • B01F33/8052—Mixing plants; Combinations of mixers for granular material involving other than mixing operations, e.g. milling, sieving or drying
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/80—Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/836—Mixing plants; Combinations of mixers combining mixing with other treatments
    • B01F33/8361—Mixing plants; Combinations of mixers combining mixing with other treatments with disintegrating
    • B01F33/83613—Mixing plants; Combinations of mixers combining mixing with other treatments with disintegrating by grinding or milling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/30—Driving arrangements; Transmissions; Couplings; Brakes
    • B01F35/32—Driving arrangements
    • B01F35/32005—Type of drive
    • B01F35/3204—Motor driven, i.e. by means of an electric or IC motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/90—Heating or cooling systems
    • B01F35/95—Heating or cooling systems using heated or cooled stirrers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C17/00—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C17/00—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
    • B02C17/18—Details
    • B02C17/1815—Cooling or heating devices
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/36—Coil arrangements

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Crushing And Grinding (AREA)

Abstract

본 발명은 핫 볼 밀 장치에 관한 것으로서, 중심축이 지면에 대하여 수평을 이루고 회전 가능한 원통형 용기; 상기 원통형 용기의 외부에 설치되어 유도가열을 위한 자기장을 발생시키는 유도가열부; 상기 원통형 용기의 내부에 채워지는 복수의 전기전도성 볼;을 포함하고, 열가소성 수지를 포함하는 혼합물의 건식 혼합을 위하여 이웃하는 상기 복수의 전기전도성 볼이 서로 밀착하면서 순차적으로 이동하도록 상기 원통형 용기의 회전속도를 유지하여 상기 혼합물에 전단응력에 의한 마찰을 인가하고, 상기 복수의 전기전도성 볼은 상기 유도가열부에 의하여 발생되는 자기장에 의하여 유도가열되어 상기 혼합물에 직접 열을 전달하도록 하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a hot ball mill device, which includes a cylindrical container whose central axis is horizontal and rotatable with respect to the ground; an induction heating unit installed outside the cylindrical container to generate a magnetic field for induction heating; a plurality of electrically conductive balls filled inside the cylindrical container; and rotation of the cylindrical container so that the plurality of adjacent electrically conductive balls move sequentially while being in close contact with each other for dry mixing of a mixture containing a thermoplastic resin. Friction due to shear stress is applied to the mixture by maintaining the speed, and the plurality of electrically conductive balls are inductively heated by a magnetic field generated by the induction heating unit to directly transfer heat to the mixture. .

Description

핫 볼 밀 장치{Hot Ball Mill Apparatus}Hot Ball Mill Apparatus

본 발명은 핫 볼 밀 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 텀블러 형태의 원통형 용기의 내부에 복수의 전기전도성 볼과 혼합물을 채우고 상기 원통형 용기를 회전시켜 상기 혼합물에 전단응력에 의한 마찰을 인가하고 유도가열부에 의하여 발생되는 자기장에 의하여 상기 복수의 전기전도성 볼을 가열하여 상기 혼합물에 직접 열을 전달함으로써 건조혼합을 수행하기 위한 핫 볼 밀 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a hot ball mill device. Specifically, the inside of a tumbler-shaped cylindrical container is filled with a plurality of electrically conductive balls and a mixture, the cylindrical container is rotated, friction due to shear stress is applied to the mixture, and induction occurs. It relates to a hot ball mill device for performing dry mixing by heating the plurality of electrically conductive balls by a magnetic field generated by a heating unit and transferring heat directly to the mixture.

일반적인 전극 공정에서는 양극재와 음극재의 활물질을 집전체인 알루미늄 또는 구리 기재 필름에 롤 투 롤 코팅(roll to roll coating) 방법으로 코팅하고 건조 과정을 거치게 되는데, 먼저 상기 양극재와 음극재의 활물질은 혼합 및 분쇄 공정에 의하여 슬러리 형태로 만들어진다.In a typical electrode process, the active materials of the positive and negative electrode materials are coated on an aluminum or copper base film, which is a current collector, using a roll to roll coating method and then go through a drying process. First, the active materials of the positive and negative electrode materials are mixed. and is made into slurry form through a grinding process.

종래의 양극재와 음극재의 활물질에는 용매를 섞어 슬러리 형태로 만들게 되는데, 기재 필름에 롤 투 롤 코팅(roll to roll coating) 방법으로 코팅된 후에 건조과정에 비용 소모가 크다는 문제점이 있다.The active materials of conventional positive and negative electrode materials are mixed with a solvent to form a slurry, but there is a problem in that the drying process costs a lot of money after being coated on the base film using a roll to roll coating method.

특히 캐패시터나 전지용 전극을 제작하는데 있어서 바인더로 사용되는 고분자의 양을 최소로 제한해야 하는데, 전지의 경우 다량의 바인더는 이온의 이동을 방해하여 내부 저항을 크게 하며 궁극적으로 전지의 특성을 현저히 낮게 만들기 때문에 통상 바인더의 양은 중량비로 5% 이하로 유지하는 것이 바람직하다.In particular, when manufacturing capacitors or battery electrodes, the amount of polymer used as a binder must be limited to a minimum. In the case of batteries, a large amount of binder hinders the movement of ions, increases internal resistance, and ultimately significantly lowers the characteristics of the battery. Therefore, it is generally desirable to keep the amount of binder below 5% by weight.

이렇게 적은 양의 바인더를 사용하여 접착력과 유동성을 주기 위해서는 다량의 용매가 추가되는 것이 일반적인데, 예를 들면 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF: Polyvinylidene fluoride)를 바인더로 사용하는 경우 유기용매인 N-메틸피롤리돈(NMP: N-Methyl-2-Pyrrolidone)을 넣어 용해가 된 상태로 혼합을 하며 이렇게 하여 만들어진 슬러리는 알루미늄 표면 위에 코팅되며, 건조과정에서 유기용매인 NMP가 완전히 제거되면 접착력을 갖는 코팅층이 만들어지고 알루미늄 표면 위에 접착된다.In order to provide adhesion and fluidity using such a small amount of binder, it is common to add a large amount of solvent. For example, when polyvinylidene fluoride (PVDF) is used as a binder, the organic solvent N-methyl is added. Pyrrolidone (NMP: N-Methyl-2-Pyrrolidone) is added and mixed in a dissolved state. The resulting slurry is coated on the aluminum surface. When NMP, an organic solvent, is completely removed during the drying process, a coating layer with adhesive power is formed. This is made and glued onto the aluminum surface.

그러나 유기용매인 NMP를 사용하면 건조에 에너지와 비용이 많이 들게 되고 NMP를 취급하고 회수하는 설비가 필요하게 되어 설비의 투자와 관리에 높은 비용이 필요하다는 문제점이 있다.However, using NMP, an organic solvent, requires a lot of energy and cost for drying, and equipment to handle and recover NMP is required, which requires high costs for investment and management of equipment.

상기 양극재와 음극재의 활물질을 건조 분말로 형성하고 이를 사용하여 롤 투 롤 코팅(roll to roll coating) 방법을 통해 전극 필름을 형성하고 기재 필름에 코팅하게 되면 건조 과정에 시간이 단축되고 비용 소모도 낮출 수 있어 아주 경제적이며 생산성이 높다고 알려져 있다.If the active materials of the positive electrode material and the negative electrode material are formed into dry powder and used to form an electrode film through a roll to roll coating method and coated on the base film, the drying process time is shortened and cost consumption is reduced. It is known to be very economical and highly productive.

이러한 롤 투 롤 코팅 방법에 사용되는 건조 분말을 만들기 위하여 대체적으로 적은 양의 바인더 혹은 접착제를 사용하고 고체 입자들을 대부분으로 채워서 건조 분말을 만들고자 하는 경우들이 있다.In order to make the dry powder used in this roll-to-roll coating method, there are cases where a small amount of binder or adhesive is generally used and most of the solid particles are filled to make the dry powder.

일반적으로 볼 밀(Ball Mill) 장치는 기능성 복합재료의 혼합 및 분쇄에 사용되는 장치로서 볼 밀에 사용되는 용기(Jar)를 회전시킴으로써 그 안에 들어있는 볼들이 움직이면서 용기 안에 있는 물질들을 혼합하고 분쇄하는데, 종래의 볼 밀 장치에 물 또는 액체와 함께 고체 분말이 투입되어 적절한 속도로 회전을 시키면 분말과 볼들이 충돌하거나 마찰하면서 혼합 및 분쇄가 이루어질 수 있지만, 액체를 사용하지 않고 고체 분말들만을 투입하여 건조 분말을 만들고자 하는 경우에는 혼합 및 분쇄가 어렵다는 문제점이 있다.In general, a ball mill device is a device used for mixing and grinding functional composite materials. By rotating the jar used in the ball mill, the balls inside move to mix and grind the materials in the jar. , if solid powder is put into a conventional ball mill device along with water or liquid and rotated at an appropriate speed, mixing and pulverization can be achieved while the powder and balls collide or rub, but only solid powder is added without using liquid. When trying to make dry powder, there is a problem that mixing and grinding are difficult.

여러 물질의 분말들을 건조 혼합하기 위하여 다양한 혼합 장치를 사용할 수 있는데, 각 장치별로 그 혼합물의 성질이 달라지므로 건조된 분말 간의 혼합의 경우에는 단순한 물리적 혼합 외에 다른 특별한 기능을 부여할 수 있도록 개발되고 있다.A variety of mixing devices can be used to dry-mix powders of various substances. Since the properties of the mixture are different for each device, mixing between dried powders is being developed to provide special functions other than simple physical mixing. .

특히 열과 기계적인 힘을 동시에 가하는 방식은 재료내의 고분자 물질을 쉽게 변형시키면서도 균질한 혼합의 효과를 줄 수 있는 적합한 방법이라고 할 수 있으나 재료의 손상과 장치의 마모를 방지하기 위한 해결책이 더 필요하다.In particular, the method of applying heat and mechanical force simultaneously can be said to be a suitable method that can easily deform the polymer substances in the material while providing the effect of homogeneous mixing, but more solutions are needed to prevent damage to the material and wear of the device.

건조 분말을 혼합하는 경우 고속으로 회전시키면서 충격에너지를 이용하는 장치들도 있는데, 어트리션 밀(Attrition Mill), 플로 쉐어 믹서(Plough shear mixer), 제트 밀(Jet Mill), 일본 호소카와 마이크론사의 메카노퓨전(Mechanofusion)과 같은 높은 운동에너지를 사용하여 입자들을 서로 충돌시키는 방법들은 마찰로 인한 발열과 물리적 혼합을 할 수 있을지라도 재료의 손상을 가져오며 장치의 마모가 심하다는 문제점이 있다.When mixing dry powder, there are devices that use impact energy while rotating at high speed, such as the Attrition Mill, Plough Shear Mixer, Jet Mill, and Meccano from Japan's Hosokawa Micron. Methods of colliding particles with each other using high kinetic energy, such as mechanofusion, have the problem of causing damage to the material and severe wear of the device, although they can generate heat and physical mixing due to friction.

고분자 물질인 소위 바인더는 물질의 접착성과 성형성을 도모하기 위하여 첨가되는데, 예를 들어 전지의 전극재료, 캐패시터의 재료, 도전성 또는 기능성 복합재료를 만들기 위한 전 단계의 분체를 만들기 위하여 사용된다.The so-called binder, a polymer material, is added to improve the adhesion and moldability of the material. For example, it is used to make powder in all stages of making battery electrode materials, capacitor materials, and conductive or functional composite materials.

건식 코팅에 사용되는 바인더로서 적합한 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE: Polytetrafluoroethylene)은 섬유화가 비교적 잘 이루어져서 전극 활물질과 도전성 카본을 잘 묶는 역할을 한다고 알려져 있다.Polytetrafluoroethylene (PTFE), which is suitable as a binder used in dry coating, is known to be relatively well fiberized and plays a role in binding electrode active materials and conductive carbon well.

그래서 PTFE를 섬유화하기 위하여 여러가지 방법들이 시도되고 있는데, 적절한 전단 응력 (shear stress)과 열을 가해서 연신을 하거나 고속 회전을 하는 방법들이다.Therefore, various methods are being attempted to fiberize PTFE, including stretching by applying appropriate shear stress and heat or rotating at high speed.

제트 밀(Jet Mill)이나 어트리션 볼 밀(Attrition Ball Mill), 쉐이커 볼 밀(Shaker Ball Mill), 플래니터리 볼 밀(Planetary Ball Mill) 등 고속으로 회전하여 높은 에너지를 가하는 경우 충격시의 충격에너지로 인해 양극 결정들이 손상 즉, 파괴되는 것을 방지하기 어렵다는 문제점이 있다.When high energy is applied by rotating at high speed, such as a Jet Mill, Attrition Ball Mill, Shaker Ball Mill, or Planetary Ball Mill, There is a problem that it is difficult to prevent the anode crystals from being damaged, or destroyed, due to impact energy.

공개특허공보 제10-2019-0129969호는 코팅된 바인더 입자를 제공하기 위하여 바인더 입자와 코팅 재료를 기계적인 융합 또는 밀링(Milling)을 통하여 혼합하기 위하여 로터가 혼합물을 원심력에 의해 로터벽(rotor wall)으로 가압하는 동안에 압축력(compressive force)이 바인더와 코팅 재료의 혼합물로 인가되도록 하고 있으므로, 재료가 손상되고 장치가 마모될 수 있고 로터의 탈착이 어려워 상기 로터 내에 복수의 전기전도성 볼과 혼합물을 채우거나 비우기가 어려울 수 있다는 문제점이 있다.Publication Patent Publication No. 10-2019-0129969 discloses that in order to provide coated binder particles, the binder particles and the coating material are mixed through mechanical fusion or milling, and the rotor moves the mixture to the rotor wall by centrifugal force. Since compressive force is applied to the mixture of binder and coating material during pressurization, the material may be damaged, the device may be worn, and detachment of the rotor may be difficult, so a plurality of electrically conductive balls and the mixture are filled in the rotor. There is a problem that it can be difficult to empty it.

등록특허공보 제10-1594533호는 집전체 상에 복합 전극 물질을 포함하는 전극의 제조방법에 관한 것으로서, 메카노퓨전(mechanofusion)에 의하여 탄소 섬유 및 탄소코팅된 복합 산화물 입자의 공분쇄를 하고 있으나 상기 메카노퓨전(mechanofusion)은 높은 속도로 회전하는 원통형 챔버를 사용하는 것이므로, 재료가 손상되고 장치가 마모될 수 있고 원통형 챔버의 탈착이 어려워 상기 원통형 챔버 내에 복수의 전기전도성 볼과 혼합물을 채우거나 비우기가 어려울 수 있다는 문제점이 있다.Registered Patent Publication No. 10-1594533 relates to a method of manufacturing an electrode containing a composite electrode material on a current collector, and involves co-grinding carbon fiber and carbon-coated composite oxide particles by mechanofusion. Since the mechanofusion uses a cylindrical chamber rotating at a high speed, the material may be damaged, the device may be worn, and it is difficult to detach the cylindrical chamber, so a plurality of electrically conductive balls and a mixture are filled in the cylindrical chamber. The problem is that it can be difficult to empty.

공개특허공보 제10-2021-0013568호는 유도가열이 가능한 3차원 분쇄기에 관한 것으로서, 고정식 분쇄 챔버 내부에서 교반기가 고속으로 회전하고 유도 가열장치는 상기 고정식 분쇄 챔버 내부에 설치되어 상기 유도 가열장치의 유도체가 서셉터를 가열하도록 하고 있으므로, 재료가 손상되고 장치가 마모될 수 있고 고정식 분쇄 챔버의 탈착이 어려워 상기 고정식 분쇄 챔버 내에 복수의 전기전도성 볼과 혼합물을 채우거나 비우기가 어려울 수 있다는 문제점이 있다.Patent Publication No. 10-2021-0013568 relates to a three-dimensional grinder capable of induction heating, in which a stirrer rotates at high speed inside a fixed grinding chamber and an induction heating device is installed inside the fixed grinding chamber to heat the induction heating device. Since the inductor causes the susceptor to heat, there are problems in that the material may be damaged, the device may be worn, and the fixed grinding chamber may be difficult to attach and detach, making it difficult to fill or empty the stationary grinding chamber with a plurality of electrically conductive balls and the mixture. .

공개특허공보 제10-2022-0068155호는 유도가열이 가능한 교반기 볼 밀에 관한 것으로서, 원통형 벽을 갖는 분쇄 챔버를 갖고, 분쇄 챔버 내로 연장되고 적어도 하나의 교반요소가 분쇄 챔버 내부에 배열되는 회전 가능하게 장착된 교반기 샤프트를 추가로 가지며, 상기 분쇄 챔버 내부에 분쇄될 재료를 위한 유도 히터를 갖고, 유도 히터는 인덕터와 서셉터를 포함하며, 적어도 하나의 교반기 요소는 서셉터를 포함하고 인덕터는 분쇄 챔버의 원통형 벽 외부에 배열되고 분쇄 챔버를 둘러싸는 적어도 하나의 코일을 포함하고 분쇄 챔버의 원통형 벽은 전기 및 자기적으로 비전도성 재료로 구성되고 있으므로, 상기 분쇄 챔버의 내부에 채워진 복수의 볼이 상기 유도 히터에 의하여 발생되는 자기장에 의하여 직접 유도가열되지 못하여 열 에너지 소모가 크고 다른 부품들의 내열도에 영향을 미칠 수 있다는 문제점이 있다.Patent Publication No. 10-2022-0068155 relates to an agitator ball mill capable of induction heating, having a grinding chamber with cylindrical walls, rotatable extending into the grinding chamber and at least one stirring element arranged inside the grinding chamber. It further has an agitator shaft mounted to the grinding chamber, the grinding chamber having an induction heater for the material to be grinded, the induction heater comprising an inductor and a susceptor, and at least one stirrer element comprising a susceptor and the inductor being used to grind the grinding chamber. at least one coil arranged outside the cylindrical wall of the chamber and surrounding the grinding chamber, wherein the cylindrical wall of the grinding chamber is comprised of an electrically and magnetically non-conductive material, such that a plurality of balls are packed inside the grinding chamber. There is a problem in that direct induction heating cannot be performed by the magnetic field generated by the induction heater, so heat energy consumption is large and the heat resistance of other components may be affected.

결국 종래의 기술들은 분쇄하고자 하는 분체와 직접적으로 접촉하는 볼을 가열하기 보다는 용기나 내부의 구조물을 가열하여 간접적으로 가열하는 것인데, 그러한 경우 열 전도율이 매우 낮은 분체를 통해 열을 전달하기 어려울 뿐 아니라 볼 자체에도 열을 전달하는 속도가 낮아 효과적인 열-기계적 변형(thermos-mechanical deformation)을 줄 수가 없다.In the end, conventional technologies heat indirectly by heating the container or internal structure rather than heating the ball directly in contact with the powder to be pulverized. In such a case, it is not only difficult to transfer heat through powder with very low thermal conductivity, but also The ball itself also has a low heat transfer rate and cannot provide effective thermo-mechanical deformation.

따라서 본 발명은 다음에 설명하는 바와 같이, 볼 자체가 발열을 할 수 있도록 하는 유도가열 방식을 사용하여 현저한 효과를 달성하는 것이라고 할 수 있다.Therefore, it can be said that the present invention achieves remarkable effects by using an induction heating method that allows the ball itself to generate heat, as described below.

공개특허공보 제10-2019-0129969호Public Patent Publication No. 10-2019-0129969 등록특허공보 제10-1594533호Registered Patent Publication No. 10-1594533 공개특허공보 제10-2021-0013568호Public Patent Publication No. 10-2021-0013568 공개특허공보 제10-2022-0068155호Public Patent Publication No. 10-2022-0068155

본 발명은 전단응력에 의한 마찰을 인가하면서 열가소성 수지의 연화점 또는 유리전이온도 이상의 온도에서 건조혼합을 하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to perform dry mixing at a temperature above the softening point or glass transition temperature of a thermoplastic resin while applying friction by shear stress.

본 발명은 건조혼합시 전단응력에 의한 마찰을 인가하여 재료의 손상과 장치의 마모를 저감할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to reduce damage to materials and wear of equipment by applying friction due to shear stress during dry mixing.

또한 본 발명의 다른 목적은 전단응력에 의한 마찰을 인가하면서 열가소성 수지의 연화점 또는 유리전이온도 이상의 온도에서 혼합하여 균질한 혼합물을 제조하는 것이다.Another object of the present invention is to prepare a homogeneous mixture by mixing at a temperature higher than the softening point or glass transition temperature of the thermoplastic resin while applying friction by shear stress.

또한 본 발명의 다른 목적은 전단응력에 의한 마찰을 인가하면서 열가소성 수지의 연화점 또는 유리전이온도 이상의 온도에서 혼합하여 열 가소성 수지를 섬유화할 수 있도록 하는 것이다.Another object of the present invention is to make it possible to fiberize a thermoplastic resin by mixing it at a temperature higher than the softening point or glass transition temperature of the thermoplastic resin while applying friction due to shear stress.

또한 본 발명의 다른 목적은 텀블러 형태의 원통형 용기의 외부에 유도가열부를 설치하고 상기 원통형 용기의 내부에 채워진 복수의 전기전도성 볼이 상기 유도가열부에 의하여 발생되는 자기장에 의하여 유도가열되도록 하여 상기 원통형 용기의 탈착이 용이하고 상기 원통형 용기 내에 복수의 전기전도성 볼과 혼합물을 채우거나 비우기 쉽도록 하는 것이다.Another object of the present invention is to install an induction heating unit on the outside of a tumbler-shaped cylindrical container and to heat the plurality of electrically conductive balls filled inside the cylindrical container by induction heating by a magnetic field generated by the induction heating unit. The purpose is to make it easy to attach and detach the container and to fill or empty the plurality of electrically conductive balls and the mixture into the cylindrical container.

또한 본 발명의 다른 목적은 원통형 용기의 내부에 채워진 복수의 전기전도성 볼이 유도가열부에 의하여 발생되는 자기장에 의하여 직접 유도가열되도록 하여 분체에 직접적인 열전달을 가능케함으로써 열 에너지 소모를 저감하고 다른 부품들의 내열도에 미치는 영향을 저감하도록 하는 것이다.Another object of the present invention is to allow a plurality of electrically conductive balls filled inside a cylindrical container to be directly inductively heated by the magnetic field generated by the induction heating unit, thereby enabling direct heat transfer to the powder, thereby reducing thermal energy consumption and reducing heat energy consumption in other parts. This is to reduce the effect on heat resistance.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 목적으로만 제한하지 아니하고, 위에서 명시적으로 나타내지 아니한 다른 기술적 과제는 이하 본 발명의 구성 및 작용을 통하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the above object, and other technical problems not explicitly indicated above can be easily understood by those skilled in the art through the structure and operation of the present invention. You will be able to.

본 발명에서는, 상기 과제를 해결하기 위하여 이하의 구성을 포함한다.The present invention includes the following configuration to solve the above problems.

본 발명은 핫 볼 밀 장치에 관한 것으로서, 중심축이 지면에 대하여 수평을 이루고 회전 가능한 원통형 용기; 상기 원통형 용기의 외부에 설치되어 유도가열을 위한 자기장을 발생시키는 유도가열부; 상기 원통형 용기의 내부에 채워지는 복수의 전기전도성 볼;을 포함하고, 열가소성 수지를 포함하는 혼합물의 건식 혼합을 위하여 이웃하는 상기 복수의 전기전도성 볼이 서로 밀착하면서 순차적으로 이동하도록 상기 원통형 용기의 회전속도를 유지하여 상기 혼합물에 전단응력에 의한 마찰을 인가하고, 상기 복수의 전기전도성 볼은 상기 유도가열부에 의하여 발생되는 자기장에 의하여 유도가열되어 상기 혼합물에 직접 열을 전달하도록 하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a hot ball mill device, which includes a cylindrical container whose central axis is horizontal and rotatable with respect to the ground; an induction heating unit installed outside the cylindrical container to generate a magnetic field for induction heating; a plurality of electrically conductive balls filled inside the cylindrical container; and rotation of the cylindrical container so that the plurality of adjacent electrically conductive balls move sequentially while being in close contact with each other for dry mixing of a mixture containing a thermoplastic resin. Friction due to shear stress is applied to the mixture by maintaining the speed, and the plurality of electrically conductive balls are inductively heated by a magnetic field generated by the induction heating unit to directly transfer heat to the mixture. .

본 발명의 상기 복수의 전기전도성 볼은 상기 유도가열부에 의하여 발생되는 자기장에 의하여 유도가열되어 상기 혼합물에 상기 열 가소성 수지의 연화점 또는 유리전이온도 이상의 열을 전달하도록 하는 것을 특징으로 한다.The plurality of electrically conductive balls of the present invention are inductively heated by a magnetic field generated by the induction heating unit to transfer heat above the softening point or glass transition temperature of the thermoplastic resin to the mixture.

본 발명의 상기 원통형 용기는 상기 유도가열부에 의하여 발생되는 자기장의 침투깊이보다 작은 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.The cylindrical container of the present invention is characterized by having a thickness smaller than the penetration depth of the magnetic field generated by the induction heating unit.

본 발명은 롤러를 더 포함하고, 상기 롤러는 상기 원통형 용기의 외면에 밀착되어 회전력을 인가하는 것을 특징으로 한다.The present invention further includes a roller, and the roller is in close contact with the outer surface of the cylindrical container to apply a rotational force.

본 발명의 상기 롤러는 두개 이상이고, 상기 두개 이상의 롤러는 상기 원통형 용기의 하부에 밀착되어 동일한 방향으로 회전하여 상기 원통형 용기를 회전시키는 것을 특징으로 한다.The rollers of the present invention are two or more, and the two or more rollers are in close contact with the lower part of the cylindrical container and rotate in the same direction to rotate the cylindrical container.

본 발명의 상기 원통형 용기는 강철 또는 스테인레스강인 것을 특징으로 한다.The cylindrical container of the present invention is characterized in that it is steel or stainless steel.

본 발명의 상기 전기전도성 볼은 금속 또는 탄화물, 질화물, 반도체성 세라믹 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.The electrically conductive ball of the present invention is characterized in that it is made of metal, carbide, nitride, or semiconducting ceramic.

본 발명의 상기 전기전도성 볼은 스테인리스강인 것을 특징으로 한다.The electrically conductive ball of the present invention is characterized in that it is stainless steel.

본 발명의 상기 유도가열부는 상기 원통형 용기의 내부에서 상기 혼합물에 전단응력에 의한 마찰(abrasion)을 인가하는 위치와 대응되는 상기 원통형 용기의 외부에 설치되는 것을 특징으로 한다.The induction heating unit of the present invention is characterized in that it is installed on the outside of the cylindrical container corresponding to a position at which friction (abrasion) due to shear stress is applied to the mixture inside the cylindrical container.

본 발명의 상기 유도가열부는 페라이트 코어에 감긴 유도코일전선을 포함하고, 상기 페라이트 코어는 상기 원통형 용기의 외부에 설치되어 상기 원통형 용기의 중심축에 대하여 긴 변이 평행을 이루도록 장방형으로 형성되고, 상기 유도코일전선은 상기 페라이트 코어의 긴 변과 짧은 변을 감싸면서 감기도록 하는 것을 특징으로 한다.The induction heating unit of the present invention includes an induction coil wire wound around a ferrite core, and the ferrite core is installed on the outside of the cylindrical container and is formed in a rectangular shape so that its long side is parallel to the central axis of the cylindrical container. The coil wire is wound around the long and short sides of the ferrite core.

본 발명의 상기 유도가열부는 페라이트 코어로부터 연장되는 차폐부를 더 포함하고, 상기 차폐부는 상기 원통형 용기의 바깥쪽을 향하는 자기장을 차단하는 것을 특징으로 한다.The induction heating unit of the present invention further includes a shield extending from the ferrite core, and the shield blocks a magnetic field directed to the outside of the cylindrical container.

본 발명은 상기 원통형 용기의 외면에 띠 형태로 형성되는 적외선 방사 코팅부; 상기 적외선 방사 코팅부로부터 방사되는 적외선으로부터 상기 원통형 용기의 온도를 측정하는 온도센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention includes an infrared radiation coating formed in a strip shape on the outer surface of the cylindrical container; It is characterized in that it further includes a temperature sensor that measures the temperature of the cylindrical container from infrared rays radiated from the infrared radiation coating unit.

본 발명은 상기 롤러에 형성되는 접촉방지 홈을 더 포함하고, 상기 접촉방지 홈은 상기 적외선 방사 코팅부가 형성되는 위치와 대응되도록 형성되어 상기 적외선 방사 코팅부가 손상되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.The present invention further includes an anti-contact groove formed on the roller, and the anti-contact groove is formed to correspond to a position where the infrared radiation coating portion is formed to prevent the infrared radiation coating portion from being damaged.

본 발명은 상기 유도가열부에 전력을 공급하는 구동부; 상기 구동부를 제어하는 컨트롤러를 더 포함하고, 상기 원통형 용기가 회전하지 않는 경우에 상기 컨트롤러는 상기 유도가열부에 전력을 공급하지 않도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 한다.The present invention includes a driving unit that supplies power to the induction heating unit; It further includes a controller that controls the driving unit, and when the cylindrical container does not rotate, the controller controls the driving unit not to supply power to the induction heating unit.

본 발명의 상기 유도가열부에 의하여 발생되는 자기장은 1 kHz ~ 1 MHz 범위의 주파수를 갖는 것을 특징으로 한다.The magnetic field generated by the induction heating unit of the present invention is characterized in that it has a frequency in the range of 1 kHz to 1 MHz.

본 발명의 효과는 전단응력에 의한 마찰을 인가하면서 열가소성 수지의 연화점 또는 유리전이온도 이상의 온도에서 건조혼합을 하는 것을 가능하게 한다.The effect of the present invention makes it possible to perform dry mixing at a temperature above the softening point or glass transition temperature of the thermoplastic resin while applying friction by shear stress.

본 발명의 다른 효과는 건조혼합시 전단응력에 의한 마찰을 인가하여 재료의 손상과 장치의 마모를 저감하는 것을 가능하게 한다.Another effect of the present invention is that it makes it possible to reduce damage to materials and wear of equipment by applying friction due to shear stress during dry mixing.

또한 본 발명의 다른 효과는 전단응력에 의한 마찰을 인가하면서 열가소성 수지의 연화점 또는 유리전이온도 이상의 온도에서 혼합하여 균질한 혼합물을 제조하는 것을 가능하게 한다.Another effect of the present invention is that it makes it possible to prepare a homogeneous mixture by mixing at a temperature higher than the softening point or glass transition temperature of the thermoplastic resin while applying friction due to shear stress.

또한 본 발명의 다른 효과는 전단응력에 의한 마찰을 인가하면서 열가소성 수지의 연화점 또는 유리전이온도 이상의 온도에서 혼합하여 열 가소성 수지를 섬유화하는 것을 가능하게 한다.Another effect of the present invention is that it makes it possible to fiberize a thermoplastic resin by mixing it at a temperature higher than the softening point or glass transition temperature of the thermoplastic resin while applying friction due to shear stress.

또한 본 발명의 다른 효과는 텀블러 형태의 원통형 용기의 외부에 유도가열부를 설치하고 상기 원통형 용기의 내부에 채워진 복수의 전기전도성 볼이 상기 유도가열부에 의하여 발생되는 자기장에 의하여 유도가열되도록 하여 상기 원통형 용기의 탈착이 용이하고 상기 원통형 용기 내에 복수의 전기전도성 볼과 혼합물을 채우거나 비우기 쉽도록 하는 것을 가능하게 한다.In addition, another effect of the present invention is to install an induction heating unit on the outside of a tumbler-shaped cylindrical container and allow a plurality of electrically conductive balls filled inside the cylindrical container to be inductively heated by the magnetic field generated by the induction heating unit, thereby forming the cylindrical container. It is easy to attach and detach the container and makes it easy to fill or empty the mixture with a plurality of electrically conductive balls in the cylindrical container.

또한 본 발명의 다른 효과는 원통형 용기의 내부에 채워진 복수의 전기전도성 볼이 유도가열부에 의하여 발생되는 자기장에 의하여 직접 유도가열되도록 하여 분체에 직접적인 열전달을 가능케함으로써 열 에너지 소모를 저감하고 다른 부품들의 내열도에 미치는 영향을 저감하도록 하는 것을 가능하게 한다.In addition, another effect of the present invention is that the plurality of electrically conductive balls filled inside the cylindrical container are directly inductively heated by the magnetic field generated by the induction heating unit, thereby enabling direct heat transfer to the powder, thereby reducing thermal energy consumption and reducing heat energy consumption in other parts. It makes it possible to reduce the influence on heat resistance.

본 발명에 의한 효과는 상기 효과로만 제한하지 아니하고, 위에서 명시적으로 나타내지 아니한 다른 효과는 이하 본 발명의 구성 및 작용을 통하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and other effects not explicitly shown above will be easily understood by those skilled in the art through the structure and operation of the present invention.

도 1은 본 발명인 핫 볼 밀 장치의 정면 투시도를 도시한다.
도 2은 본 발명인 핫 볼 밀 장치의 측면 투시도를 도시한다.
도 3은 본 발명인 핫 볼 밀 장치의 평면도를 도시한다.
도 4는 본 발명인 핫 볼 밀 장치의 유도가열부를 도시한다.
도 5(a), 도 5(b)는 종래의 분말 혼합기에 의하여 밀링을 수행한 후의 시료를 도시한다.
도 6(a), 도 6(b)는 본 발명인 핫 볼 밀 장치에 의하여 밀링을 수행한 후의 시료를 도시한다.
도 7(a)는 일반적인 볼 밀 장치에 의하여 고속혼합을 한 후의 시료를 도시하고, 도 7(b)는 본 발명인 핫 볼 밀 장치에 의하여 밀링을 수행한 후의 시료를 도시한다.1 shows a front perspective view of the hot ball mill device of the present invention.
Figure 2 shows a side perspective view of the hot ball mill device of the present invention.
Figure 3 shows a top view of the hot ball mill device of the present invention.
Figure 4 shows the induction heating unit of the hot ball mill device of the present invention.
Figures 5(a) and 5(b) show samples after milling using a conventional powder mixer.
Figures 6(a) and 6(b) show samples after milling using the hot ball mill device of the present invention.
Figure 7(a) shows a sample after high-speed mixing using a general ball mill device, and Figure 7(b) shows a sample after milling using the hot ball mill device of the present invention.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전체적인 구성 및 작용에 대해 설명하기로 한다. 이러한 실시예는 예시적인 것으로서 본 발명의 구성 및 작용을 제한하지는 아니하고, 실시예에서 명시적으로 나타내지 아니한 다른 구성 및 작용도 이하 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있는 경우는 본 발명의 기술적 사상으로 볼 수 있을 것이다.Hereinafter, the overall configuration and operation according to a preferred embodiment of the present invention will be described. These examples are illustrative and do not limit the configuration and operation of the present invention, and other configurations and operations that are not explicitly shown in the examples are also provided by common knowledge in the technical field to which the present invention pertains through the examples below. If it can be easily understood by those who have it, it can be seen as the technical idea of the present invention.

도 1은 본 발명인 핫 볼 밀 장치의 정면 투시도를 도시한다.1 shows a front perspective view of the hot ball mill device of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명인 핫 볼 밀 장치는 원통형 용기(100), 롤러(200), 유도가열부(300), 전기전도성 볼(400), 온도센서(500), 단열 케이스(600)를 포함하고, 효율적인 혼합과 전단변형을 일으켜서 전지의 전극재료, 캐패시터의 재료, 도전성 또는 기능성 복합재료를 만들기 위한 전단계의 분체를 만드는 데 사용될 수 있다.Referring to Figure 1, the hot ball mill device of the present invention includes a cylindrical container 100, a roller 200, an induction heating unit 300, an electrically conductive ball 400, a temperature sensor 500, and an insulated case 600. It can be used to produce powder in the pre-stage for making battery electrode materials, capacitor materials, and conductive or functional composite materials by causing efficient mixing and shear deformation.

상기 원통형 용기(100)는 중심축이 지면에 대하여 수평을 이루고 회전 가능하도록 형성되고, 텀블러 형태로서 회전축인 중심축이 지면에 대하여 수평을 이루며 느린 속도로 회전하도록 하고, 상기 원통형 용기(100)는 세라믹, 유리, 플라스틱 등 부도체로 형성할 수도 있으나, 금속 재질로 형성하는 것이 바람직하다.The cylindrical container 100 is formed so that its central axis is horizontal and rotatable with respect to the ground, and is in the form of a tumbler so that its central axis, which is the rotation axis, is horizontal with respect to the ground and rotates at a slow speed. It may be formed of a non-conductor such as ceramic, glass, or plastic, but it is preferable to form it of a metal material.

상기 롤러(200)는 상기 원통형 용기(100)의 외면에 밀착되어 회전력을 인가하도록 설치되고, 바람직하게는 상기 원통형 용기(100)의 하부 외면에 밀착되어 회전력을 인가하도록 설치될 수 있으며, 상기 원통형 용기(100)의 탈착이 용이하도록 하여 상기 원통형 용기(100) 내에 복수의 전기전도성 볼(400)과 혼합물을 채우거나 비우기 쉽도록 한다.The roller 200 is installed to apply a rotational force in close contact with the outer surface of the cylindrical container 100. Preferably, the roller 200 may be installed to apply a rotational force in close contact with the lower outer surface of the cylindrical container 100. The container 100 is easily detachable so that it is easy to fill or empty the cylindrical container 100 with the plurality of electrically conductive balls 400 and the mixture.

상기 롤러(200)는 두개 이상인 것이 바람직하고, 상기 두개 이상의 롤러(200)는 상기 원통형 용기(100)의 하부에 밀착되어 동일한 방향으로 회전하여 상기 원통형 용기(100)를 회전시키도록 한다.It is preferable that there are two or more rollers 200, and the two or more rollers 200 are in close contact with the lower part of the cylindrical container 100 and rotate in the same direction to rotate the cylindrical container 100.

상기 유도가열부(300)는 상기 원통형 용기(100)의 외부에 설치되어 유도가열을 위한 자기장을 발생시키고, 상기 원통형 용기(100)의 하부 또는 그 주변에 위치하도록 설치한다.The induction heating unit 300 is installed outside the cylindrical container 100 to generate a magnetic field for induction heating, and is installed at the bottom of the cylindrical container 100 or around it.

상기 전기전도성 볼(400)은 상기 원통형 용기(100)의 내부에 채워지고, 열가소성 수지를 포함하는 혼합물의 건식 혼합을 위하여 이웃하는 상기 복수의 전기전도성 볼(400)이 서로 밀착하면서 순차적으로 이동하도록 상기 원통형 용기(100)의 회전속도를 유지하여 상기 혼합물에 전단응력에 의한 마찰을 인가한다.The electrically conductive balls 400 are filled inside the cylindrical container 100, and the plurality of adjacent electrically conductive balls 400 are in close contact with each other and move sequentially for dry mixing of the mixture containing the thermoplastic resin. By maintaining the rotational speed of the cylindrical container 100, friction due to shear stress is applied to the mixture.

또한 상기 복수의 전기전도성 볼(400)은 상기 유도가열부(300)에 의하여 발생되는 자기장에 의하여 유도가열되어 상기 혼합물에 직접 열을 전달하도록 한다.In addition, the plurality of electrically conductive balls 400 are inductively heated by the magnetic field generated by the induction heating unit 300 to directly transfer heat to the mixture.

상기 온도센서(500)는 상기 원통형 용기(100)의 온도를 측정하고, 이로부터 상기 유도가열부(300)에 의한 온도를 제어하도록 한다.The temperature sensor 500 measures the temperature of the cylindrical container 100 and controls the temperature by the induction heating unit 300 from this.

상기 단열 케이스(600)는 본 발명인 핫 볼 밀 장치가 가열되는 장비이므로 장치의 보호 또는 사용자의 안전을 위하여 구비될 수 있다.Since the hot ball mill device of the present invention is a heating device, the insulating case 600 may be provided to protect the device or ensure user safety.

상기 원통형 용기(100)를 부도체로 형성하면 상기 유도가열부(300)에 의한 에디(eddy current) 전류가 발생하지 않으므로 이상적일 수 있으나 부도체는 내열도와 내열 충격성을 강화하려면 비용의 문제가 발생할 수 있다.If the cylindrical container 100 is made of a non-conductor, it may be ideal because no eddy current is generated by the induction heating unit 300. However, if the non-conductor is used to enhance heat resistance and thermal shock resistance, cost problems may arise. .

상기 원통형 용기(100)를 금속으로 형성하면 금속의 종류와 상기 유도가열부(300)의 사용 주파수에 따라 침투 깊이가 조절될 수 있으므로 상기 원통형 용기(100) 벽의 두께를 적절하게 선택하면 대부분의 발열이 상기 원통형 용기(100) 내부의 상기 전기전도성 볼(400)에서 일어나게 할 수 있다.If the cylindrical container 100 is made of metal, the penetration depth can be adjusted depending on the type of metal and the frequency of use of the induction heating unit 300, so if the thickness of the wall of the cylindrical container 100 is appropriately selected, most of the Heat generation may occur in the electrically conductive ball 400 inside the cylindrical container 100.

볼 자체를 직접 가열하기 위해서는 유도된 자력선이 상기 원통형 용기(100) 내부로 침투하여야 하는데, 그렇게 하기 위해서는 자력선의 침투 깊이보다 얇은 두께의 용기를 사용하여야 한다.In order to directly heat the ball itself, the induced magnetic force lines must penetrate into the cylindrical container 100, and in order to do so, a container whose thickness is thinner than the penetration depth of the magnetic force lines must be used.

침투 깊이는 다음과 같이 표시된다.The penetration depth is expressed as:

즉, δ=√ρ/πfμThat is, δ=√ρ/πfμ

여기서, δ: 침투 깊이 (penetration depth)where δ: penetration depth

ρ: 비저항 (specific resistivity)ρ: specific resistivity

μ: 투자율 (magnetic permeability)μ: magnetic permeability

f: 주파수 (frequency)f: frequency

π: 원주율π: Circumferential ratio

이와 같이 잘 알려진 바와 같으며 동일한 재료인 경우 주파수를 조절하여 침투 깊이도 조절할 수 있고, 사용되는 주파수는 일반적으로 1 kHz ~1 MHz 범위에 있으며 스테인리스강 용기의 경우 1~20 kHz 범위에서 사용할 수 있으므로 주파수를 조절하여 두께가 얇은 것부터 두꺼운 용기까지 모두 사용할 수 있다.As is well known, in the case of the same material, the penetration depth can be adjusted by adjusting the frequency, and the frequency used is generally in the range of 1 kHz to 1 MHz, and in the case of stainless steel containers, it can be used in the range of 1 to 20 kHz. By adjusting the frequency, everything from thin to thick containers can be used.

유도가열시 발생하는 에디 전류의 침투 깊이 즉 스킨 깊이(skin depth)는 스테인리스강의 경우 10 kHz (20℃)에서 4.18 ㎜이고 20 kHz (20℃)에서 2.95 ㎜이므로 상기 원통형 용기(100) 벽의 두께는 쉽게 조절할 수 있고 제작이 가능한 것이라고 할 수 있다.The penetration depth of the eddy current generated during induction heating, or skin depth, is 4.18 mm at 10 kHz (20°C) and 2.95 mm at 20 kHz (20°C) in the case of stainless steel, so the thickness of the wall of the cylindrical container 100 It can be said that it can be easily adjusted and manufactured.

상기 원통형 용기(100) 벽의 두께는 0.3 ~ 2.0㎜ 정도로 형성할 수 있고, 좀 더 작은 스킨 깊이를 갖는 금속으로서 티타늄은 내화학 용기에 적당할 수 있으며, 그 외 알루미늄, 구리, 탄소강, 니켈 등은 스킨 깊이가 너무 작아서 상기 원통형 용기(100) 벽에서 대부분 발열하고 상기 전기전도성 볼(400)을 가열하지 못하므로 부적당하다.The thickness of the wall of the cylindrical container 100 can be about 0.3 to 2.0 mm. Titanium, a metal with a smaller skin depth, can be suitable for chemical resistant containers, and other materials such as aluminum, copper, carbon steel, nickel, etc. This is unsuitable because the skin depth is too small and most of the heat is generated on the wall of the cylindrical container 100 and the electrically conductive ball 400 cannot be heated.

제작이 용이하고 가격도 저렴하며 모든 특성이 만족스러운 스테인리스강으로 상기 원통형 용기(100)을 제작하는 것이 바람직할 수 있다.It may be desirable to manufacture the cylindrical container 100 from stainless steel, which is easy to manufacture, inexpensive, and has satisfactory characteristics.

일반적으로 볼 밀에서 사용되는 볼의 종류는 다양하며, 지르코니아 또는 알루미나 같은 절연체 세라믹과 금속, 플라스틱, 고무를 사용하는데, 부도체인 지르코니아 볼과 알루미나 볼을 사용하면 가열에 시간이 오래 걸리고 혼합 효과도 낮을 수 있다.In general, there are various types of balls used in ball mills, and insulating ceramics such as zirconia or alumina, metals, plastics, and rubber are used. If insulating zirconia balls and alumina balls are used, heating takes a long time and the mixing effect is low. You can.

상기 전기전도성 볼(400)을 스테인리스강으로 형성하면 짧은 시간에 가열이 가능하고 혼합 효과도 높은데, 상기 전기전도성 볼(400)의 재질로서 스테인리스강 외에도 철, 티타늄, 니켈, 알루미늄, 구리 또는 이들의 여러 합금과, 금속 성분을 유지할 수 있는 기타 금속이나 산화물, 질화물, 탄화물, 반도체성 세라믹 등이 모두 사용될 수 있다.If the electrically conductive ball 400 is made of stainless steel, it can be heated in a short time and the mixing effect is high. In addition to stainless steel, the electrically conductive ball 400 can be made of iron, titanium, nickel, aluminum, copper, or any of these. Various alloys, other metals that can maintain metallic elements, oxides, nitrides, carbides, semiconducting ceramics, etc. can all be used.

이 중에서는 탄화규소, 탄화텅스텐 등이 있지만, 비중의 차이를 고려하여 적절한 재료를 선정하는데, 바람직한 것은 스테인리스강이라고 할 수 있으며, 스테인리스강은 비저항(ρ) = 0.8 (Ωmm2/m) 20℃, 상대 투자율 μr = 1인 경우 10 kHz에서 4.2 ㎜의 침투 깊이를 가지므로 얇은 두께의 스테인리스강으로 만들어진 원통형 용기(100)를 사용하면 대부분의 에너지를 내부에 있는 스테인리스강 볼(400)에서 흡수하게 할 수 있다.Among these, there are silicon carbide, tungsten carbide, etc., but the appropriate material is selected considering the difference in specific gravity, and stainless steel is preferable, and stainless steel has a specific resistance (ρ) = 0.8 (Ωmm 2 /m) at 20°C. , when the relative permeability μ r = 1, there is a penetration depth of 4.2 mm at 10 kHz, so if a cylindrical vessel 100 made of thin stainless steel is used, most of the energy is absorbed by the stainless steel balls 400 inside. You can do it.

본 발명의 실시예에서 사용된 스테인리스강 용기는 외경 145 ㎜ 길이 240 ㎜, 두께 0.5 ㎜의 것이며 내부에 채워진 스테인리스강 볼은 직경 6 ㎜의 것으로서 3,000개 정도이다.The stainless steel container used in the examples of the present invention has an outer diameter of 145 mm, a length of 240 mm, and a thickness of 0.5 mm, and the number of stainless steel balls filled inside is about 3,000 with a diameter of 6 mm.

상기 전기전도성 볼(400)의 재질로서 여러가지 도전성 재료가 사용될 수 있으며 비중과 내마모성, 내열성, 내화학성, 가격을 고려해야 하는데, 스테인리스강을 사용하는 것이 좀 더 바람직할 수 있다.Various conductive materials can be used as the material of the electrically conductive ball 400, and specific gravity, wear resistance, heat resistance, chemical resistance, and price must be considered, but it may be more preferable to use stainless steel.

중력에 의지하여 볼의 낙하를 일으키는 텀블러형 즉 원통형 용기(100)를 갖는 볼 밀 장치는 상기 원통형 용기(100)의 크기가 너무 작으면 볼의 회전과 이동이 잘 되지 않으므로 최소의 크기보다는 커야 한다.A ball mill device having a tumbler type, that is, a cylindrical container 100 that relies on gravity to cause the balls to fall, must be larger than the minimum size because if the size of the cylindrical container 100 is too small, the balls cannot rotate and move well. .

상기 원통형 용기(100)의 크기가 작을수록 볼의 장입량이 적어서 누르는 힘이 작으므로 효과적인 짓이김(kneading)이 되지 않지만, 상기 원통형 용기(100)의 크기가 작은 경우라면 비중이 높은 탄화텅스텐(WC)을 기본으로 하는 소결체를 볼의 재질로 사용할 수도 있다.The smaller the size of the cylindrical container 100, the smaller the amount of balls charged and the smaller the pressing force, so effective kneading is not possible. However, if the size of the cylindrical container 100 is small, tungsten carbide ( A sintered body based on WC) can also be used as the material for the ball.

반면 상기 원통형 용기(100)의 크기가 큰 경우라면 무게가 너무 커질 수 있다는 점에서 비중이 작은 재료인 도전성을 갖는 탄화규소(SiC) 같은 재료를 볼의 재질로 사용하는 것도 바람직할 수 있다.On the other hand, if the size of the cylindrical container 100 is large, the weight may be too large, so it may be desirable to use a material such as conductive silicon carbide (SiC), which is a material with a small specific gravity, as the material for the ball.

대형의 용기를 사용한다고 하더라도 주파수를 낮게 하면 예를 들어 1 kHz에서는 침투 깊이가 13.2 ㎜(20℃)에 달하므로 아주 큰 용기라 하더라도 두께는 5 ㎜이하이므로 여전히 적용상에 문제가 없을 것이다.Even if a large container is used, if the frequency is lowered, for example, at 1 kHz, the penetration depth reaches 13.2 mm (20°C), so even if it is a very large container, the thickness is less than 5 mm, so there will still be no problem in application.

본 발명의 원통형 용기(100)는 느린 속도로 회전 즉 캐스캐이딩 조건(cascading condition)을 만족시킬 수 있는 방식으로 상기 전기전도성 볼(400) 간의 충격을 줄이는 대신 전단력을 극대화할 수 있는데, 상기 전기전도성 볼(400)의 운동에너지가 낮은 대신 온도를 높이면 본 발명의 목적과 효과를 달성할 수 있다.The cylindrical container 100 of the present invention rotates at a slow speed, that is, in a way that can satisfy the cascading condition, it can maximize the shear force instead of reducing the impact between the electrically conductive balls 400. The purpose and effect of the present invention can be achieved by increasing the temperature at the expense of low kinetic energy of the conductive ball 400.

폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE: Polytetrafluoroethylene) 외에도 연신이 될 수 있는 열가소성 수지들의 경우에도 본 발명의 목적과 효과를 달성할 수 있는데, 용기 안에 충진된 많은 수의 전기전도성 볼(400)이 서로 움직이면서 그 사이에 있는 분체들과 연화된 바인더들을 혼합하면서 변형시키는 것은 종래의 장비들보다 더 효과적일 수 있다.In addition to polytetrafluoroethylene (PTFE), the purpose and effect of the present invention can be achieved even in the case of thermoplastic resins that can be stretched. A large number of electrically conductive balls 400 filled in a container move with each other and Mixing and deforming the powders and softened binders in between can be more effective than conventional equipment.

즉, 본 발명인 핫 볼 밀 장치는 기계적인 힘에 의존하면 재료의 파괴가 심해지므로 온도를 더 높여서 보다 유연한 물질이 되게 하여 적은 힘으로 변형을 가하고자 하는 것으로서 이는 열기계적 혼합(thermomechanical blending)이라고 할 수 있다.In other words, the hot ball mill device of the present invention aims to apply deformation with less force by raising the temperature to make a more flexible material because relying on mechanical force causes severe destruction of the material, which can be called thermomechanical blending. You can.

상기 전기전도성 볼(400)을 유도가열하여 온도를 높여서 열 가소성 고분자 물질의 변형이 쉬운 조건에서 상기 전기전도성 볼(400)의 움직임으로 인해 가해지는 힘으로 쉽게 변형이 되도록 하는 것이다.The electrically conductive ball 400 is heated by induction to increase the temperature so that the thermoplastic polymer material can be easily deformed by the force applied due to the movement of the electrically conductive ball 400 under conditions where deformation is easy.

열과 기계적 응력에 의해 고체 입자들과 고분자가 혼합이 되고 또 상호 불용성의 고분자끼리 혼합이 될 수 있도록 한다.Solid particles and polymers are mixed by heat and mechanical stress, and mutually insoluble polymers can be mixed with each other.

복합재료를 만들거나 여러 이종의 입자들이 서로 균질하게 혼합되도록 하기 위해서는 이러한 열기계적 혼합이 필요한데, 고분자의 융점보다 충분히 높은 온도에서 적절한 점도를 가지는 조건에서 작동하는 일반적인 압출 방법과 달리, 본 발명인 핫 볼 밀 장치에서는 완전 용융을 하지 않고 고분자의 연화점 또는 유리 전이온도 이상이면 소성변형이 되므로 열과 기계적 응력에 의해 변형되거나 끊어지면서 매우 균질한 혼합체를 형성한다.Such thermomechanical mixing is necessary to make composite materials or to ensure that various heterogeneous particles are homogeneously mixed with each other. Unlike the general extrusion method that operates under conditions of appropriate viscosity at a temperature sufficiently higher than the melting point of the polymer, the hot ball of the present invention In the mill device, if it is not completely melted and is above the softening point or glass transition temperature of the polymer, it undergoes plastic deformation, so it is deformed or broken by heat and mechanical stress, forming a very homogeneous mixture.

열가소성 수지로서는 폴리에틸렌(PE: Polyethylene), 폴리프로필렌(PP: Polypropylene), 폴리에틸렌옥사이드(PEO: Polyethylene oxide), 플루오르화 폴리비닐리덴(PVDF: Polyvinylidene fluoride), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE: Polytetrafluoroethylene), 퍼플루오로알콕시 알칸(PFA: Perfluoroalkoxy alkanes), 열가소성 폴리우레탄(TPU: Thermoplastic Polyurethane) 등 다양한 물질들이 있으며 연화점 및 유리 전이 온도 이상에서 사용한다.Thermoplastic resins include polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene oxide (PEO), polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), There are various materials such as perfluoroalkoxy alkanes (PFA) and thermoplastic polyurethane (TPU), and they are used above the softening point and glass transition temperature.

도 2은 본 발명인 핫 볼 밀 장치의 측면 투시도를 도시한다.Figure 2 shows a side perspective view of the hot ball mill device of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명인 핫 볼 밀 장치는 원통형 용기(100), 롤러(200), 유도가열부(300), 전기전도성 볼(400), 단열 케이스(600), 구동부(700), 컨트롤러(800)를 포함하고 있다.Referring to Figure 2, the hot ball mill device of the present invention includes a cylindrical container 100, a roller 200, an induction heating unit 300, an electrically conductive ball 400, an insulating case 600, a driving unit 700, and a controller. Contains (800).

상기 원통형 용기(100)의 외면에는 띠 형태로 적외선 방사 코팅부(110)가 형성되는데, 도 2는 투시도이므로 이를 생략하고 있으나, 다음 도 3에서 좀 덕 구체적으로 설명한다.An infrared radiation coating portion 110 is formed in a strip shape on the outer surface of the cylindrical container 100. This is omitted since FIG. 2 is a perspective view, but will be described in more detail in FIG. 3 below.

상기 롤러(200)에는 접촉방지 홈(210)이 형성되는데, 상기 접촉방지 홈(210)은 상기 적외선 방사 코팅부(110)가 형성되는 위치와 대응되도록 형성되어 상기 적외선 방사 코팅부(110)가 손상되는 것을 방지하게 된다.An anti-contact groove 210 is formed on the roller 200. The anti-contact groove 210 is formed to correspond to the position where the infrared radiation coating portion 110 is formed, so that the infrared radiation coating portion 110 is formed. It prevents damage.

상기 구동부(700)는 상기 유도가열부(300)에 전력을 공급하고, 상기 컨트롤러(800)는 상기 구동부(700)를 제어하는데, 상기 원통형 용기(100)가 회전하지 않는 경우에 상기 컨트롤러(800)는 상기 유도가열부(300)에 전력을 공급하지 않도록 상기 구동부(700)를 제어할 수 있다.The driving unit 700 supplies power to the induction heating unit 300, and the controller 800 controls the driving unit 700. When the cylindrical container 100 does not rotate, the controller 800 ) can control the driving unit 700 so as not to supply power to the induction heating unit 300.

또한 상기 컨트롤러(800)는 상기 유도가열부(300)에 의하여 발생되는 자기장이 1 kHz ~ 1 MHz 범위의 주파수를 갖도록 제어할 수 있다.Additionally, the controller 800 can control the magnetic field generated by the induction heating unit 300 to have a frequency in the range of 1 kHz to 1 MHz.

또한 상기 구동부(700)는 상기 롤러(200)에 회전력을 제공하는 모터를 내장할 수 있고, 상기 컨트롤러(800)는 상기 구동부(700)를 제어하는데, 상기 컨트롤러(800)는 상기 롤러(200)의 회전속도를 조절하기 위하여 상기 구동부(700)를 제어할 수 있다.Additionally, the driving unit 700 may have a built-in motor that provides rotational force to the roller 200, and the controller 800 controls the driving unit 700. The controller 800 controls the roller 200. The driving unit 700 can be controlled to adjust the rotation speed.

도 3은 본 발명인 핫 볼 밀 장치의 평면도를 도시한다.Figure 3 shows a top view of the hot ball mill device of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명인 핫 볼 밀 장치의 원통형 용기(100)와 롤러(200)를 분리하여 보여주고 있다.Referring to Figure 3, the cylindrical container 100 and roller 200 of the hot ball mill device of the present invention are shown separated.

상기 원통형 용기(100)의 외면에는 띠 형태로 적외선 방사 코팅부(110)가 형성되고, 상기 적외선 방사 코팅부(110)로부터 방사되는 적외선으로부터 상기 원통형 용기(100)의 온도를 측정하는 온도센서(500)를 구비하고 있다.An infrared radiation coating portion 110 is formed in a strip shape on the outer surface of the cylindrical container 100, and a temperature sensor ( 500).

상기 온도센서(500)는 적외선 센서일 수 있는데 스테인리스강인 원통형 용기(10)의 적외선 방사 계수가 낮기 때문에 외부의 빛에 의한 간섭의 영향을 많이 받고 부정확할 뿐 아니라 온도 조절을 하기 어려우므로 상기 원통형 용기(100) 주변에 적외선 방사 계수가 높은 카본 코팅을 한다.The temperature sensor 500 may be an infrared sensor, but since the infrared radiation coefficient of the stainless steel cylindrical container 10 is low, it is greatly affected by interference from external light and is not only inaccurate but also difficult to control the temperature of the cylindrical container 10. (100) A carbon coating with a high infrared radiation coefficient is applied to the surrounding area.

내열도가 높은 카본 코팅은 꽤 높은 온도까지 견딜 수 있으며 다만 롤러(200)와의 마찰로 인해 마모될 수 있으므로 롤러(200)와 접촉하지 않을 만큼 패인 부분인 접촉방지 홈(210)을 형성한다.The carbon coating, which has high heat resistance, can withstand quite high temperatures, but can be worn due to friction with the roller 200, so an anti-contact groove 210 is formed, which is a depression that does not come into contact with the roller 200.

상기 롤러(200)에는 접촉방지 홈(210)이 형성되는데, 상기 접촉방지 홈(210)은 상기 적외선 방사 코팅부(110)가 형성되는 위치와 대응되도록 형성되어 상기 적외선 방사 코팅부(110)가 손상되는 것을 방지하게 된다.An anti-contact groove 210 is formed on the roller 200. The anti-contact groove 210 is formed to correspond to the position where the infrared radiation coating portion 110 is formed, so that the infrared radiation coating portion 110 is formed. It prevents damage.

상기 롤러(200)는 상기 원통형 용기(100)의 외면에 밀착되어 회전하여 상기 원통형 용기(100)를 회전시키도록 하므로 상기 원통형 용기(100)의 외면에는 띠 형태로 형성된 적외선 방사 코팅부(110)가 손상될 수 있으므로, 상기 롤러(200)에 접촉방지 홈(210)을 형성하여 상기 접촉방지 홈(210)이 형성된 부분이 상기 원통형 용기(100)의 외면에 밀착되지 않게 되므로 상기 적외선 방사 코팅부(110)가 손상되는 것을 방지하게 된다.The roller 200 is in close contact with the outer surface of the cylindrical container 100 and rotates to rotate the cylindrical container 100, so that an infrared radiation coating portion 110 formed in a strip shape is formed on the outer surface of the cylindrical container 100. may be damaged, the contact prevention groove 210 is formed on the roller 200 so that the portion where the contact prevention groove 210 is formed is not in close contact with the outer surface of the cylindrical container 100, so that the infrared radiation coating portion (110) is prevented from being damaged.

도 4는 본 발명인 핫 볼 밀 장치의 유도가열부를 도시한다.Figure 4 shows the induction heating unit of the hot ball mill device of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명인 핫 볼 밀 장치의 유도가열부(300)는 유도코일전선(310), 페라이트 코어(320), 차폐부(330)를 포함한다.Referring to Figure 4, the induction heating unit 300 of the hot ball mill device of the present invention includes an induction coil wire 310, a ferrite core 320, and a shielding unit 330.

상기 유도가열부(300)는 원통형 용기(100)의 내부에서 혼합물에 전단응력에 의한 마찰(abrasion)을 인가하는 위치와 대응되는 상기 원통형 용기(100)의 외부에 설치되는데, 상기 유도코일전선(310)은 상기 페라이트 코어(320)에 감기고, 상기 페라이트 코어(320)는 상기 원통형 용기(100)의 외부에 설치되어 상기 원통형 용기(100)의 중심축에 대하여 긴변이 평행을 이루도록 장방형으로 형성된다.The induction heating unit 300 is installed on the outside of the cylindrical container 100 corresponding to the position at which abrasion due to shear stress is applied to the mixture inside the cylindrical container 100, and the induction coil wire ( 310) is wound around the ferrite core 320, and the ferrite core 320 is installed outside the cylindrical container 100 and is formed in a rectangular shape so that the long side is parallel to the central axis of the cylindrical container 100. .

상기 유도코일전선(310)은 상기 페라이트 코어(320)의 긴 변과 짧은 변을 감싸면서 감기도록 한다.The induction coil wire 310 is wound around the long and short sides of the ferrite core 320.

상기 차폐부(330)는 상기 페라이트 코어(320)로부터 연장되어 형성되어 상기 원통형 용기(100)의 바깥쪽을 향하는 자기장을 차단, 즉 흡수하거나 방향을 바꾸게 되고, 상기 유도가열부(300)를 보호하고 지지하기 위하여 지지부(340)를 형성할 수도 있다.The shielding portion 330 is formed to extend from the ferrite core 320 to block, absorb, or change the direction of the magnetic field directed outward of the cylindrical container 100, and protect the induction heating portion 300. and a support portion 340 may be formed to support it.

즉, 차폐부(330)는 E형의 페라이트 코어를 사용하는 경우 상기 페라이트 코어 (320)와 연결되어 일체로 형성할 수 있다.That is, when an E-type ferrite core is used, the shielding portion 330 can be integrally formed by being connected to the ferrite core 320.

상기 E형의 페라이트 코어는 자력선을 집중하게 하는 집중재(concentrator)의 기능을 함으로써 자력선이 외부로 방출되는 것을 방지하며, 상기 E형의 페라이트 코어의 재질은 일반적인 소프트 페라이트로서 아연-망간 페라이트를 사용하여 형성할 수 있고, 여러 개의 페라이트 시트를 겹쳐서 형성할 수 있다.The E-type ferrite core functions as a concentrator that focuses the magnetic force lines, thereby preventing the magnetic force lines from being emitted to the outside. The material of the E-type ferrite core is a general soft ferrite, using zinc-manganese ferrite. It can be formed by overlapping several ferrite sheets.

상기 유도가열부(300)는 길게 원통형 용기(100)의 축 방향으로 적층된 E 모양의 페라이트 코어(320)에 유도코일전선(310)이 길게 감긴 것으로서 상기 원통형 용기(100)를 향하여는 자력선이 침투하지만 외부로는 자력선이 차단되도록 한다.The induction heating unit 300 is a long induction coil wire 310 wound around an E-shaped ferrite core 320 laminated in the axial direction of the cylindrical container 100, and magnetic force lines are directed toward the cylindrical container 100. It penetrates, but the magnetic force lines are blocked from the outside.

상기 원통형 용기(100)의 아랫부분을 가열할 수 있는 지향성 유도코일이어야 하므로 유도코일전선(310)을 윗 방향으로 하고 E자 형상의 페라이트 코어(320)를 아래에 배치할 수 있다. 그렇게 함으로써 상기 원통형 용기(100)를 쉽게 올려놓거나 내려놓을 수 있다.Since it must be a directional induction coil capable of heating the lower part of the cylindrical container 100, the induction coil wire 310 can be directed upward and the E-shaped ferrite core 320 can be placed below. By doing so, the cylindrical container 100 can be easily placed or placed down.

도 5(a), 도 5(b)는 종래의 분말 혼합기에 의하여 밀링을 수행한 후의 시료를 도시하고, 도 6(a), 도 6(b)는 본 발명인 핫 볼 밀 장치에 의하여 밀링을 수행한 후의 시료를 도시한다.Figures 5(a) and 5(b) show samples after milling using a conventional powder mixer, and Figures 6(a) and 6(b) show samples after milling using the hot ball mill device of the present invention. The sample after the procedure is shown.

유미코아(Umicore)사의 NMC532 분말 94.5%, PTFE 수지 3%, 한국 어플라이드 카본나노사의 CNT 2%, 일본 라이온(Lion corp.)의 케천 블랙(Ketjenblack®) EC 600JD 0.5%를 넣고 종래의 분말 혼합기 및 본 발명인 핫 볼 밀 장치에 의하여 혼합하여 섬유화를 하였다.94.5% of NMC532 powder from Umicore, 3% of PTFE resin, 2% of CNT from Applied Carbon Nano of Korea, and 0.5% of Ketjenblack® EC 600JD from Lion corp. of Japan were added and mixed using a conventional powder mixer and It was mixed and made into fiber using the hot ball mill device of the present invention.

도 5(a), 도 5(b)를 참조하면, 종래의 분말 혼합기에 의하여 밀링을 수행한 후의 시료를 전자현미경으로 관찰한 사진을 도시하고 있는데, 일반적인 방법 중 하나로서 고속으로 회전하는 임펠러가 들어있는 금속 용기에서 20,000 rpm 이상의 고속 밀링을 5분씩 2회 수행한 시료를 얻어 전자현미경으로 관찰하였다.Referring to Figures 5(a) and 5(b), there are photographs observed with an electron microscope of a sample after milling using a conventional powder mixer. As one of the common methods, an impeller rotating at high speed is used. A sample was obtained from a metal container containing high-speed milling at 20,000 rpm or more twice for 5 minutes each and observed under an electron microscope.

도 5(a)에서 화살표로 표시된 부분을 확대하여 도 5(b)에 도시하고 있는데, 시료의 미세 구조를 보면 일부 CNT 덩어리가 분산되지 못하고 독립적으로 있는 것을 볼 수 있다.The part indicated by the arrow in Figure 5(a) is enlarged and shown in Figure 5(b). Looking at the microstructure of the sample, it can be seen that some CNT lumps are not dispersed and are independent.

도 6(a), 도 6(b)를 참조하면, 본 발명인 핫 볼 밀 장치에 의하여 밀링을 수행한 후의 시료를 전자현미경으로 관찰한 사진을 도시하고 있는데, 직경 6㎜의 스테인리스강 볼 3,000개를 채운 스테인리스강으로 된 원통형 용기를 사용한 것으로써 상기 원통형 용기의 두께는 0.5㎜, 직경 14㎝ 길이 22㎝의 것이다.Referring to FIGS. 6(a) and 6(b), there are photographs observed with an electron microscope of a sample after milling using the hot ball mill device of the present invention, comprising 3,000 stainless steel balls with a diameter of 6 mm. A cylindrical container made of stainless steel filled with was used, with a thickness of 0.5 mm, a diameter of 14 cm, and a length of 22 cm.

20 kHz 유도가열을 하여 용기 내부의 스테인리스강 볼을 주로 가열할 수 있도록 하고, 이러한 핫 볼 밀 장치 안에서 180℃에서 30분 동안 밀링을 수행한 시료를 얻어 전자현미경으로 관찰하였다.20 kHz induction heating was used to mainly heat the stainless steel balls inside the container, and samples were obtained by milling at 180°C for 30 minutes in this hot ball mill device and observed with an electron microscope.

도 6(a)을 확대하여 도 6(b)에 도시하고 있는데, 다수의 PTFE 섬유가 발달함을 알 수 있고, 또한 미세 분산 효과가 우수하여 CNT 응집물은 관찰되지 아니하며, 성형 실험을 하였을 때 핫 볼 밀링한 시료의 성형성이 우수함을 알 수 있었다.Figure 6(a) is enlarged and shown in Figure 6(b). It can be seen that a large number of PTFE fibers are developed, and the fine dispersion effect is excellent, so CNT aggregates are not observed, and when the molding experiment is performed, the hot It was found that the formability of the ball milled sample was excellent.

도 7(a)는 일반적인 볼 밀 장치에 의하여 고속혼합을 한 후의 시료를 도시하고, 도 7(b)는 본 발명인 핫 볼 밀 장치에 의하여 밀링을 수행한 후의 시료를 도시한다.Figure 7(a) shows a sample after high-speed mixing using a general ball mill device, and Figure 7(b) shows a sample after milling using the hot ball mill device of the present invention.

리튬 인산철 평균 크기 0.8 ㎛의 분말 LFP(Changzhou Liyuan New Energy Technology Co.,Ltd. 중국산) 92%, 열가소성 폴리우레탄 TPU 3%, PTFE 3%, 케천블랙 2%를 함유한 시료를 준비하여 가공을 하였다.A sample containing 92% lithium iron phosphate powder LFP (Changzhou Liyuan New Energy Technology Co., Ltd., made in China) with an average size of 0.8 ㎛, 3% thermoplastic polyurethane TPU, 3% PTFE, and 2% Ketchen black was prepared and processed. did.

도 7(a)를 참조하면, 종래기술로서 온도 가열이 가능하도록 용기 외부에 밴드 히터를 장착한 고속 믹서를 사용하여 밀링을 수행한 후의 시료를 전자현미경으로 관찰한 사진을 도시하고 있는데, 초기 150℃의 온도에서 시작하여 20,000 rpm에서 5분씩 2회 고속 혼합을 하고, 마찰열에 의해 온도는 180℃ 이상으로 상승하는 것을 확인하였으며, 섬유가 발달한 형태를 보이지 않고 있다.Referring to Figure 7(a), it shows a photograph observed with an electron microscope of a sample after milling was performed using a high-speed mixer equipped with a band heater on the outside of the container to enable temperature heating as in the prior art. Starting at a temperature of ℃, high-speed mixing was performed twice at 20,000 rpm for 5 minutes each, and the temperature was confirmed to rise to over 180℃ due to frictional heat, and no fibers were developed.

도 7(b)를 참조하면, 도 6(a), 도 6(b)의 본 발명인 핫 볼 밀 장치를 사용하여 180℃에서 30분간 핫 볼 밀링을 수행한 후의 시료를 전자현미경으로 관찰한 사진을 도시하고 있는데, 섬유가 다량으로 발달한 것을 알 수 있다.Referring to Figure 7(b), a photograph of a sample observed under an electron microscope after performing hot ball milling at 180°C for 30 minutes using the hot ball mill device of the present invention shown in Figures 6(a) and 6(b). It can be seen that fibers have developed in large quantities.

본 발명은 전극 분말을 혼합할 때뿐 아니라 여러 종류의 고분자를 서로 혼합하거나 고체입자들의 표면에 고분자를 코팅하거나 금속 및 무기 물질을 고분자와 서로 혼합하는데 사용할 수 있다.The present invention can be used not only for mixing electrode powders, but also for mixing various types of polymers, coating polymers on the surface of solid particles, or mixing metals and inorganic materials with polymers.

본 발명은 전극재료, 고분자-세라믹 혼합 재료, 도전성 쉬트, 멤브레인 등을 만드는 데 사용될 수 있고, 적은 에너지와 짧은 시간에 미소 균질도를 달성하는 혼합을 할 수 있으며 온도를 조절함으로써 재료의 특성에 맞는 선택적 가공이 가능하다.The present invention can be used to make electrode materials, polymer-ceramic mixed materials, conductive sheets, membranes, etc., and can be mixed to achieve micro-homogeneity with little energy and in a short time, and can be adjusted to suit the characteristics of the material by controlling the temperature. Selective processing is possible.

또한 고분자 바인더가 최소로 들어가야 하는 전지용 전극을 제조함에 있어서 양극 활물질을 분쇄하지 않고서도 균질한 혼합과 바인더의 섬유화를 달성할 수 있고, 전극의 건조 코팅에 매우 효과적으로 사용될 수 있다.In addition, in manufacturing battery electrodes that require a minimum amount of polymer binder, homogeneous mixing and fiberization of the binder can be achieved without pulverizing the positive electrode active material, and it can be used very effectively for dry coating of electrodes.

이상 살펴본 바와 같이, 종래기술의 문제를 해결하기 위해서는 바인더로서 사용되는 PTFE와 같은 열 가소성 고분자 물질을 보다 유연하도록 할 필요가 있다.As discussed above, in order to solve the problems of the prior art, it is necessary to make thermoplastic polymer materials such as PTFE used as a binder more flexible.

그래서 열을 가하는 것이 가장 바람직한 방법으로서 원통형 용기인 볼 밀을 가열하는 것을 쉽게 생각할 수 있지만, 볼 밀에 사용되는 원통형 용기만을 가열하는 경우 원통형 용기 안의 물질에는 충분한 열전달이 되지 않으며 원하는 온도에 도달하기까지는 시간과 에너지가 많이 소모되며 원통형 용기 내벽에 점착성 물질이 많이 잔류하게 된다.So, it is easy to think of heating the ball mill, which is a cylindrical container, as the most desirable method of applying heat. However, when only the cylindrical container used in the ball mill is heated, sufficient heat is not transferred to the material inside the cylindrical container, and it takes a while to reach the desired temperature. A lot of time and energy is consumed, and a lot of sticky material remains on the inner wall of the cylindrical container.

따라서 본 발명은 원통형 용기 안의 밀링 매체인 볼 자체를 가열함으로써 볼과 볼 사이에서 짓이김을 당하는 물질들이 균질한 혼합과 전단응력에 의한 변형 또는 연신이 되는 것이다.Therefore, in the present invention, by heating the balls themselves, which are the milling medium in a cylindrical container, the materials crushed between the balls are homogeneously mixed and deformed or stretched by shear stress.

볼 자체를 가열하기 위하여 유도가열을 하여 원통형 용기뿐만 아니라 그 원통형 용기 내부의 전기전도성 볼이 직접 가열되게 함으로써 본 발명의 목적 및 효과를 달성할 수 있으며, 가열하는 온도는 열가소성 수지인 바인더 고분자 수지의 연화점 또는 유리전이온도 이상의 온도로 가열함으로써 볼들과의 마찰에서 가해지는 응력에 의해 쉽게 변형이 되도록 하는 것이다.The purpose and effect of the present invention can be achieved by using induction heating to heat the ball itself so that not only the cylindrical container but also the electrically conductive ball inside the cylindrical container is directly heated, and the heating temperature is the temperature of the binder polymer resin, which is a thermoplastic resin. By heating to a temperature above the softening point or glass transition temperature, it is easily deformed by the stress applied from friction with the balls.

100: 원통형 용기
110: 적외선 방사 코팅부
200: 롤러
210: 접촉방지 홈
300: 유도가열부
310: 유도코일전선
320: 페라이트 코어
330: 차폐부
340: 지지부
400: 전기전도성 볼
500: 온도센서
600: 단열 케이스
700: 구동부
800: 컨트롤러100: Cylindrical container
110: Infrared radiation coating part
200: roller
210: Contact prevention groove
300: Induction heating unit
310: Induction coil wire
320: Ferrite core
330: shielding part
340: support part
400: Electrically conductive ball
500: Temperature sensor
600: Insulated case
700: Drive part
800: Controller

Claims (15)

핫 볼 밀 장치에 있어서,
중심축이 지면에 대하여 수평을 이루고 회전 가능한 원통형 용기;
상기 원통형 용기의 외부에 설치되어 유도가열을 위한 자기장을 발생시키는 유도가열부;
상기 원통형 용기의 내부에 채워지는 복수의 전기전도성 볼;을 포함하고,
열가소성 수지를 포함하는 혼합물의 건식 혼합을 위하여 이웃하는 상기 복수의 전기전도성 볼이 서로 밀착하면서 순차적으로 이동하도록 상기 원통형 용기의 회전속도를 유지하여 상기 혼합물에 전단응력에 의한 마찰을 인가하고,
상기 복수의 전기전도성 볼은 상기 유도가열부에 의하여 발생되는 자기장에 의하여 유도가열되어 상기 혼합물에 직접 열을 전달하도록 하는 것을 특징으로 하는 핫 볼 밀 장치.
In the hot ball mill device,
A cylindrical container whose central axis is horizontal and rotatable with respect to the ground;
an induction heating unit installed outside the cylindrical container to generate a magnetic field for induction heating;
It includes a plurality of electrically conductive balls filled inside the cylindrical container,
For dry mixing of a mixture containing a thermoplastic resin, friction due to shear stress is applied to the mixture by maintaining the rotational speed of the cylindrical container so that the plurality of neighboring electrically conductive balls move sequentially while coming into close contact with each other,
A hot ball mill device, wherein the plurality of electrically conductive balls are inductively heated by a magnetic field generated by the induction heating unit to directly transfer heat to the mixture.
 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 전기전도성 볼은 상기 유도가열부에 의하여 발생되는 자기장에 의하여 유도가열되어 상기 혼합물에 상기 열 가소성 수지의 연화점 또는 유리전이온도 이상의 열을 전달하도록 하는 것을 특징으로 하는 핫 볼 밀 장치.
According to claim 1,
A hot ball mill device, characterized in that the plurality of electrically conductive balls are inductively heated by a magnetic field generated by the induction heating unit to transfer heat above the softening point or glass transition temperature of the thermoplastic resin to the mixture.
 제 2 항에 있어서,
상기 원통형 용기는 상기 유도가열부에 의하여 발생되는 자기장의 침투깊이보다 작은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 핫 볼 밀 장치.
According to claim 2,
A hot ball mill device, wherein the cylindrical container has a thickness smaller than the penetration depth of the magnetic field generated by the induction heating unit.
 제 1 항에 있어서,
롤러를 더 포함하고,
상기 롤러는 상기 원통형 용기의 외면에 밀착되어 회전력을 인가하는 것을 특징으로 하는 핫 볼 밀 장치.
According to claim 1,
Includes more rollers,
The hot ball mill device is characterized in that the roller is in close contact with the outer surface of the cylindrical container and applies a rotational force.
 제 4 항에 있어서,
상기 롤러는 두개 이상이고,
상기 두개 이상의 롤러는 상기 원통형 용기의 하부에 밀착되어 동일한 방향으로 회전하여 상기 원통형 용기를 회전시키는 것을 특징으로 하는 핫 볼 밀 장치.
According to claim 4,
The rollers are two or more,
A hot ball mill device, characterized in that the two or more rollers are in close contact with the lower part of the cylindrical container and rotate in the same direction to rotate the cylindrical container.
 제 1 항에 있어서,
상기 원통형 용기는 강철 또는 스테인레스강인 것을 특징으로 하는 핫 볼 밀 장치.
According to claim 1,
A hot ball mill device, characterized in that the cylindrical container is steel or stainless steel.
 제 1 항에 있어서,
상기 전기전도성 볼은 금속 또는 탄화물, 질화물, 반도체성 세라믹 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 핫 볼 밀 장치.
According to claim 1,
A hot ball mill device, wherein the electrically conductive ball is made of metal, carbide, nitride, or semiconductor ceramic.
 제 1 항에 있어서,
상기 전기전도성 볼은 스테인리스강인 것을 특징으로 하는 핫 볼 밀 장치.
According to claim 1,
A hot ball mill device, characterized in that the electrically conductive balls are stainless steel.
 제 1 항에 있어서,
상기 유도가열부는 상기 원통형 용기의 내부에서 상기 혼합물에 전단응력에 의한 마찰(abrasion)을 인가하는 위치와 대응되는 상기 원통형 용기의 외부에 설치되는 것을 특징으로 하는 핫 볼 밀 장치.
According to claim 1,
A hot ball mill device, characterized in that the induction heating unit is installed on the outside of the cylindrical container corresponding to a position at which friction (abrasion) due to shear stress is applied to the mixture inside the cylindrical container.
 제 1 항에 있어서,
상기 유도가열부는 페라이트 코어에 감긴 유도코일전선을 포함하고,
상기 페라이트 코어는 상기 원통형 용기의 외부에 설치되어 상기 원통형 용기의 중심축에 대하여 긴변이 평행을 이루도록 장방형으로 형성되고,
상기 유도코일전선은 상기 페라이트 코어의 긴변과 짧은변을 감싸면서 감기도록 하는 것을 특징으로 하는 핫 볼 밀 장치.
According to claim 1,
The induction heating unit includes an induction coil wire wound around a ferrite core,
The ferrite core is installed outside the cylindrical container and is formed in a rectangular shape so that its long side is parallel to the central axis of the cylindrical container,
A hot ball mill device, characterized in that the induction coil wire is wound around the long side and short side of the ferrite core.
 제 1 항에 있어서,
상기 유도가열부는 페라이트 코어로부터 연장되는 차폐부를 더 포함하고,
상기 차폐부는 상기 원통형 용기의 바깥쪽을 향하는 자기장을 차단하는 것을 특징으로 하는 핫 볼 밀 장치.
According to claim 1,
The induction heating unit further includes a shielding portion extending from the ferrite core,
A hot ball mill device, wherein the shield blocks a magnetic field directed to the outside of the cylindrical container.
 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 원통형 용기의 외면에 띠 형태로 형성되는 적외선 방사 코팅부;
상기 적외선 방사 코팅부로부터 방사되는 적외선으로부터 상기 원통형 용기의 온도를 측정하는 온도센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핫 볼 밀 장치.
According to claim 1 or 4,
an infrared radiation coating portion formed in a strip shape on the outer surface of the cylindrical container;
A hot ball mill device further comprising a temperature sensor that measures the temperature of the cylindrical container from infrared rays radiating from the infrared radiation coating unit.
 제 12 항에 있어서,
상기 롤러에 형성되는 접촉방지 홈을 더 포함하고,
상기 접촉방지 홈은 상기 적외선 방사 코팅부가 형성되는 위치와 대응되도록 형성되어 상기 적외선 방사 코팅부가 손상되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 핫 볼 밀 장치.
According to claim 12,
Further comprising an anti-contact groove formed on the roller,
The hot ball mill device is characterized in that the contact prevention groove is formed to correspond to the position where the infrared radiation coating portion is formed to prevent the infrared radiation coating portion from being damaged.
 제 10 항에 있어서,
상기 유도가열부에 전력을 공급하는 구동부;
상기 구동부를 제어하는 컨트롤러를 더 포함하고,
상기 원통형 용기가 회전하지 않는 경우에 상기 컨트롤러는 상기 유도가열부에 전력을 공급하지 않도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 핫 볼 밀 장치.
According to claim 10,
A driving unit that supplies power to the induction heating unit;
Further comprising a controller that controls the driving unit,
A hot ball mill device, characterized in that when the cylindrical container does not rotate, the controller controls the driving unit not to supply power to the induction heating unit.
 제 10 항에 있어서,상기 유도가열부에 의하여 발생되는 자기장은 1 kHz ~ 1 MHz 범위의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 핫 볼 밀 장치.The hot ball mill device of claim 10, wherein the magnetic field generated by the induction heating unit has a frequency in the range of 1 kHz to 1 MHz.
KR1020240008302A 2024-01-18 2024-01-18 Hot Ball Mill Apparatus KR102648873B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020240008302A KR102648873B1 (en) 2024-01-18 2024-01-18 Hot Ball Mill Apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020240008302A KR102648873B1 (en) 2024-01-18 2024-01-18 Hot Ball Mill Apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102648873B1 true KR102648873B1 (en) 2024-03-20

Family

ID=90483171

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020240008302A KR102648873B1 (en) 2024-01-18 2024-01-18 Hot Ball Mill Apparatus

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102648873B1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101594533B1 (en) 2008-02-28 2016-02-16 하이드로-퀘벡 Composite electrode material
KR20190129969A (en) 2017-03-21 2019-11-20 맥스웰 테크놀러지스 인코포레이티드 Compositions and Methods for Passivation of an Electrode Binder
KR20210013568A (en) 2018-05-29 2021-02-04 디아질 에스에이 Three-dimensional crusher, method of implementing it, and use thereof
US20220097110A1 (en) * 2019-02-12 2022-03-31 Elke MUENCH Mechanochemical process
KR20220068155A (en) 2020-11-18 2022-05-25 윌리 에이. 바호펜 아게 Agitator ball mill

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101594533B1 (en) 2008-02-28 2016-02-16 하이드로-퀘벡 Composite electrode material
KR20190129969A (en) 2017-03-21 2019-11-20 맥스웰 테크놀러지스 인코포레이티드 Compositions and Methods for Passivation of an Electrode Binder
KR20210013568A (en) 2018-05-29 2021-02-04 디아질 에스에이 Three-dimensional crusher, method of implementing it, and use thereof
US20220097110A1 (en) * 2019-02-12 2022-03-31 Elke MUENCH Mechanochemical process
KR20220068155A (en) 2020-11-18 2022-05-25 윌리 에이. 바호펜 아게 Agitator ball mill

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109690840B (en) Method and device for applying a magnetic field to an object
CN105624445B (en) A kind of graphene strengthens the preparation method of Cu-base composites
CN105244117B (en) Preparation method of graphene-modified reinforced far infrared conductive paste
CN105390673B (en) A kind of preparation method of lithium ion cell high-capacity low bounce-back graphite cathode material
EP3560891A1 (en) Silicon-based active material particles for secondary battery and method for producing same
JP6777989B2 (en) A method for producing lithium ion conductive sulfide, the lithium ion conductive sulfide produced thereby, a solid electrolyte containing the same, and an all-solid-state battery.
EP3718968B1 (en) Method of manufacturing composite anode material
CN104555995A (en) Method of preparing graphene nanoplate, prepared graphene nanoplate, graphene nanoplate paste, and conductive layer including the graphene nanoplate
JP4921428B2 (en) Method for producing lithium ion conductive solid electrolyte green sheet
KR102648873B1 (en) Hot Ball Mill Apparatus
CN105393387B (en) Negative electrode active material for electricity storage device and its manufacturing method
CN106328887A (en) Anode material of lithium ion battery and preparation method thereof
CN106966599B (en) A kind of structure gradient tailing microcrystal glass and preparation method thereof using microwave heating preparation
CN106848316A (en) A kind of preparation method of high circulation high power capacity graphite cathode material
TW201114092A (en) Method of making tin-based alloys for negative electrode compositions
CN106602043B (en) Negative electrode material and preparation method thereof
WO2013002157A1 (en) Silicon-containing carbon-based composite material in which fine lithium-coated silicon metal or silicon alloy particles are dispersed
US10833516B2 (en) Charging port module for mobile electronic device and mobile electronic device including charging port module
CN108570160B (en) Preparation method of super-structure capacitor material with MHz high dielectric constant
CN112744796B (en) Boron nitride nanosheet preparation device and process method
JPH0816795B2 (en) Toner manufacturing method and apparatus
CN109888244A (en) A kind of graphene coated graphitization coal negative electrode material, battery and preparation method thereof
CN112499622B (en) Silicon dioxide and graphene composite powder material and preparation method and application thereof
KR101963184B1 (en) Method for manufacturing and paste nickel nano power
CN108620176B (en) Milling equipment

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant