KR102658302B1 - Molding method of conductive composite powder containing polytetra fluoroethylene and carbon nanotube and conductive composite powder molded article manufactured by using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폴리테트라 플루오로 에틸렌 및 탄소나노튜브를 함유하는 전도성 복합분말의 성형 방법 및 이를 이용하여 제조된 전도성 복합분말 성형품 에 관한 것으로, 폴리테트라 플루오로 에틸렌(Polytetra fluoroethylene) 및 탄소나노튜브(Carbon Nanotube)를 함유하는 전도성 복합분말을 이용하여 보울(Bowl) 형태의 다중구조 성형물을 형성하는 성형 방법에 있어서, 상기 전도성 복합 분말을 가압하여 압축 성형물을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 압축 성형물을 형성하는 단계는 충진 공간을 구비한 베이스 몰드 내에 제1 전도성 복합분말을 충진하는 것, 탄성 몰드를 상기 베이스 몰드 내에 삽입하여 상기 제1 전도성 복합분말 상에 배치시키는 것, 상기 탄성 몰드가 삽입된 베이스 몰드의 잔여 공간에 제2 전도성 복합분말을 충진하는 것 및 상기 탄성 몰드 상에 가압 몰드를 배치하고, 프레스 장치로 상기 가압 몰드를 일축 가압하는 것을 포함하는 전도성 복합분말의 성형 방법을 제공한다.The present invention relates to a method for molding a conductive composite powder containing polytetra fluoroethylene and carbon nanotubes and to a conductive composite powder molded product manufactured using the same. A molding method for forming a bowl-shaped multi-structure molded product using a conductive composite powder containing nanotubes, comprising the step of pressing the conductive composite powder to form a compression molded product, forming the compression molded product. The steps include filling the first conductive composite powder into a base mold having a filling space, inserting an elastic mold into the base mold and placing it on the first conductive composite powder, and placing the elastic mold into the base mold into which the elastic mold is inserted. It provides a method for forming conductive composite powder, including filling the remaining space with a second conductive composite powder, placing a pressure mold on the elastic mold, and uniaxially pressing the pressure mold with a press device.
Description
본 발명은 폴리테트라 플루오로 에틸렌 및 탄소나노튜브를 함유하는 전도성 복합분말의 성형 방법 및 이를 이용하여 제조된 전도성 복합분말 성형품에 관한 것으로, 상세하게는 폴리테트라 플루오로에틸렌 소재의 고유 특성을 유지하면서 균일한 전기 전도도 특성의 확보가 가능함과 더불어, 원료 절감, 폐기물 감소 및 가공성이 향상된 전도성 복합분말의 성형 방법 및 이를 이용하여 제조된 전도성 복합분말 성형품에 관한 것이다.The present invention relates to a method for molding a conductive composite powder containing polytetrafluoroethylene and carbon nanotubes and to a conductive composite powder molded product manufactured using the same, and specifically to a method for forming a conductive composite powder containing polytetrafluoroethylene and carbon nanotubes, and specifically to a method for forming a conductive composite powder containing polytetrafluoroethylene and carbon nanotubes. The present invention relates to a method for molding conductive composite powder that ensures uniform electrical conductivity characteristics, reduces raw materials, reduces waste, and improves processability, and to a molded product of conductive composite powder manufactured using the same.
전자제품, 특히 반도체 제품을 제조함에 있어 제조 공정상에서 제품에 의도하지 않은 방식으로 전류가 흐르거나 전류로 인한 스파크가 발생하는 경우 제품 손상 내지 불량이 발생하게 된다. 이에, 반도체 웨이퍼 등을 이송하는 데 사용되는 이송용 암이나, 트레이, 칩 장착 노즐, 웨이퍼 흡착용 진공척, 정전척, 보울(bowl) 등의 반도체 제조 장비용 부품에는 정전기가 거의 대전되지 않거나 쉽게 제거되는 대전방지 성능이 요구된다.When manufacturing electronic products, especially semiconductor products, if current flows through the product in an unintended manner or sparks are generated due to the current during the manufacturing process, product damage or defects may occur. Accordingly, parts of semiconductor manufacturing equipment such as transfer arms used to transfer semiconductor wafers, trays, chip mounting nozzles, wafer suction vacuum chucks, electrostatic chucks, and bowls are rarely or easily charged with static electricity. Eliminating anti-static performance is required.
또한, 반도체 제조 장비용 부품은 화학물질에 강한 내화학성, 무독성, 비점착성, 논 파티클(Non Particle) 등의 성능을 요구로 하는데, 이러한 성능을 만족시키기 위한 소재로서 고분자 수지에 전기 전도성을 부여하기 위한 도전 충진제를 혼합한 복합소재들이 다양하게 개발되어 반도체 제조 장비용 부품의 소재로서 이용되고 있다.In addition, parts for semiconductor manufacturing equipment require performance such as strong chemical resistance, non-toxicity, non-adhesiveness, and non-particle, and as a material to satisfy these performance, electrical conductivity is imparted to polymer resin. Various composite materials mixed with conductive fillers have been developed and used as materials for parts for semiconductor manufacturing equipment.
예를 들면, 내열성, 내약품성, 전기절연성, 고주파특성, 비점착성, 저마찰계수, 난연성 등이 매우 우수한 폴리테트라 플루오로에틸렌(Polytetra fluoroethylene, PTFE)에 전기 전도성 부여를 위한 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT)를 결합하여 PTFE의 고유한 특성을 유지하면서도 대전방지를 위한 일정한 전도성을 갖는 폴리테트라 플루오로에틸렌-탄소나노튜브(PTFE-CNT) 복합소재가 반도체 제조 장비용 부품 소재(특히, 반도체 세정 장비의 보울(bowl)의 소재)로 사용되고 있다.For example, carbon nanotubes are used to provide electrical conductivity to polytetra fluoroethylene (PTFE), which has excellent heat resistance, chemical resistance, electrical insulation, high frequency characteristics, non-stickiness, low coefficient of friction, and flame retardancy. , CNT), polytetrafluoroethylene-carbon nanotube (PTFE-CNT) composite material, which maintains the unique properties of PTFE and has certain conductivity to prevent static electricity, is used as a component material for semiconductor manufacturing equipment (especially semiconductor cleaning). It is used as a material for equipment bowls.
그러나, PTFE는 성형성, 유동성, 결합성 및 조밀성이 떨어져 사출 또는 압출 성형이 불가능하다는 단점이 있다. 따라서, PTFE를 소재로 물품을 성형함에 있어서는 PTFE 분말을 몰드에 주입한 후 프레스에 의하여 압축하여 일정한 형상의 압축 성형물을 만들고 이를 다시 소결로(燒結爐) 내에서 소결(燒結)하여 고화(consolidation)시키는 방법을 사용한다. 그런데, 이러한 PTFE 소재의 압축-소결 성형으로는 단순한 형상의 물품은 성형할 수 있어도, 복잡한 형상의 물품을 성형할 수 없어 많은 가공을 필요로 하고, 가공 과정에서 발생되는 폐기물도 형태에 따라서 50~90%까지 발생해 가공비용의 상승 및 폐기물 처리비용의 상승으로 인해 제조단가 인상의 주요 원인이 된다. However, PTFE has the disadvantage that injection or extrusion molding is not possible due to poor moldability, fluidity, bondability, and density. Therefore, when molding an article using PTFE, PTFE powder is injected into a mold and compressed by a press to create a compression molded product of a certain shape, which is then sintered in a sintering furnace to solidify. Use the method instructed. However, although compression-sintering molding of PTFE material can form simple-shaped items, it cannot form complex-shaped items, so it requires a lot of processing, and the waste generated during the processing process is 50~50% depending on the shape. It occurs up to 90% and is the main cause of the increase in manufacturing costs due to the increase in processing costs and waste disposal costs.
또한, PTFE-CNT 복합소재로 제조되는 성형 제품은 균일한 전기 전도도 특성이 요구되며, 이에 높은 기술력을 필요로 하고 제조공정의 난이도가 증대되어 제조단가가 더욱 상승되기 때문에 원료 절감의 필요성이 더욱 높다고 할 수 있다. In addition, molded products made of PTFE-CNT composite materials require uniform electrical conductivity characteristics, which requires high technical skills and increases the difficulty of the manufacturing process, further increasing the manufacturing cost, which further increases the need to reduce raw materials. can do.
이에, PTFE-CNT 복합소재를 이용한 성형 공정은 일반적인 PTFE의 성형 방법과는 달리 특화된 성형 공정을 필요로 하며, 특히 복잡한 형상의 PTFE-CNT 소재 물품을 성형하는 새로운 방법의 개발이 요구된다. Accordingly, the molding process using PTFE-CNT composite material requires a specialized molding process, unlike the general PTFE molding method, and in particular, the development of a new method for molding PTFE-CNT material articles of complex shapes is required.
본원의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허 제10-2004-0099139호에 개시되어 있다.The technology behind this application is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2004-0099139.
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 폴리테트라 플루오로에틸렌 소재의 고유 특성을 유지하면서 균일한 전기 전도도 특성의 확보가 가능함과 더불어, 원료 절감, 폐기물 감소 및 가공성이 향상된 전도성 복합분말의 성형 방법 및 이를 이용하여 제조된 전도성 복합분말 성형품을 제공하는 데 있다.The technical problem to be solved by the present invention is to secure uniform electrical conductivity while maintaining the inherent properties of polytetrafluoroethylene material, as well as to provide a method for forming conductive composite powder with reduced raw materials, reduced waste, and improved processability, and the same. The purpose is to provide a conductive composite powder molded product manufactured using the present invention.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 전도성 복합분말의 성형 방법은 폴리테트라 플루오로 에틸렌(Polytetra fluoroethylene) 및 탄소나노튜브(Carbon Nanotube)를 함유하는 전도성 복합분말을 이용하여 보울(Bowl) 형태의 다중구조 성형물을 형성하는 성형 방법에 있어서, 상기 전도성 복합 분말을 가압하여 압축 성형물을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 압축 성형물을 형성하는 단계는: 충진 공간을 구비한 베이스 몰드 내에 제1 전도성 복합분말을 충진하는 것; 탄성 몰드를 상기 베이스 몰드 내에 삽입하여 상기 제1 전도성 복합분말 상에 배치시키는 것; 상기 탄성 몰드가 삽입된 베이스 몰드의 잔여 공간에 제2 전도성 복합분말을 충진하는 것; 및 상기 탄성 몰드 상에 가압 몰드를 배치하고, 프레스 장치로 상기 가압 몰드를 일축 가압하는 것을 포함하되, 상기 가압 몰드가 일축 가압되는 동안, 상기 탄성 몰드는 상기 가압 몰드에 인가되는 압력을 상기 일축 가압되는 방향에 평행한 제1 방향 및 상기 제1 방향과 직교하고 지면에 평행한 제2 방향을 포함하는 다축 방향으로 전달하도록 탄성 변형되어 상기 제1 전도성 복합분말 및 상기 제2 전도성 복합 분말을 가압한다.The method for forming a conductive composite powder according to embodiments of the present invention to achieve the above problem is to form a bowl using a conductive composite powder containing polytetra fluoroethylene and carbon nanotubes. ) in the molding method for forming a multi-structured molded product, comprising the step of pressing the conductive composite powder to form a compression molded product, wherein the step of forming the compression molded product is: forming a first mold in a base mold having a filling space. Filling conductive composite powder; Inserting an elastic mold into the base mold and placing it on the first conductive composite powder; Filling the remaining space of the base mold into which the elastic mold is inserted with a second conductive composite powder; and placing a pressure mold on the elastic mold, and uniaxially pressing the pressure mold with a press device, wherein while the pressure mold is uniaxially pressing, the elastic mold applies the pressure to the pressure mold to the uniaxial pressure. The first conductive composite powder and the second conductive composite powder are elastically deformed to be transmitted in a multi-axial direction including a first direction parallel to the direction and a second direction perpendicular to the first direction and parallel to the ground. .
일 실시예에 따르면, 상기 프레스 장치로 상기 가압 몰드를 일축 가압하는 것은: 상기 프레스 장치의 압력을 제1 승압 속도로 제1 압력까지 승압시키면서 상기 가압 몰드를 가압하는 제1 가압 공정을 수행하는 것; 상기 제1 압력을 유지하며 제1 시간 동안 상기 가압 몰드를 가압하는 제1 안정화 공정을 수행하는 것; 상기 프레스 장치의 압력을 상기 제1 승압 속도보다 큰 제2 승압 속도로 제2 압력까지 승압시키면서 상기 가압 몰드를 가압하는 제2 가압 공정을 수행하는 것; 및 상기 제2 압력을 유지하며 제2 시간 동안 상기 가압 몰드를 가압하는 제2 안정화 공정을 수행하는 것을 포함하고, 상기 제2 압력은 25 내지 60 bar이고, 상기 제1 압력은 상기 제2 압력의 1/3 내지 1/2 일 수 있다. According to one embodiment, uniaxially pressing the press mold with the press device includes: performing a first press process of pressurizing the press mold while boosting the pressure of the press device to a first pressure at a first pressurization rate. ; performing a first stabilization process of pressurizing the pressing mold for a first time while maintaining the first pressure; performing a second pressurizing process of pressurizing the pressurizing mold while increasing the pressure of the press device to a second pressure at a second pressurizing rate greater than the first pressurizing rate; And performing a second stabilization process of pressurizing the pressing mold for a second time while maintaining the second pressure, wherein the second pressure is 25 to 60 bar, and the first pressure is equal to the second pressure. It may be 1/3 to 1/2.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 승압 속도는 0.3 내지 0.5 bar/min 이고, 상기 제2 승압 속도는 0.8 내지 1.2 bar/min 이고, 상기 제1 시간 및 상기 제2 시간의 각각은 상기 제1 가압 공정이 수행된 시간의 1/3 내지 2/3 일 수 있다.According to one embodiment, the first pressurization rate is 0.3 to 0.5 bar/min, the second pressurization rate is 0.8 to 1.2 bar/min, and each of the first time and the second time is the first pressurization This may be 1/3 to 2/3 of the time the process is performed.
일 실시예에 따르면, 상기 성형 방법은 소결 장치를 이용하여 상기 압축 성형물을 소결하는 단계를 더 포함하되, 상기 압축 성형물을 소결하는 단계는: 상기 소결 장치의 온도를 제3 시간 동안 최대 소결 온도까지 계단식으로 승온시키면서 상기 압축 성형물을 가열하는 것; 및 상기 최대 소결 온도를 유지하며 제4 시간 동안 상기 압축 성형물을 가열하는 것을 포함하고, 상기 최대 소결 온도는 350 내지 400℃이고, 상기 제3 시간은 8 내지 12시간이고, 상기 제4 시간은 6 내지 12시간일 수 있다. According to one embodiment, the molding method further includes the step of sintering the compression molding using a sintering device, wherein the step of sintering the compression molding includes: raising the temperature of the sintering device to the maximum sintering temperature for a third time. Heating the compression molded product while increasing the temperature in a stepwise manner; and heating the compression molding for a fourth time while maintaining the maximum sintering temperature, wherein the maximum sintering temperature is 350 to 400° C., the third time is 8 to 12 hours, and the fourth time is 6. It may be from 12 hours to 12 hours.
일 실시예에 따르면, 상기 베이스 몰드는 상면이 개방된 중공의 통 형상을 갖고, 상기 탄성 몰드는 상기 베이스 몰드의 개방된 상면을 통해 상기 베이스 몰드 내로 삽입 가능한 기둥 형상을 갖고, 상기 가압 몰드는 상기 베이스 몰드의 개방된 상면에 상응하는 플레이트 형상을 갖되, 상기 제2 전도성 복합분말은 상기 제1 전도성 복합분말에 의해 노출되는 상기 베이스 몰드의 내측벽과 상기 탄성 몰드의 외측벽 사이에 충진되고, 상기 제2 전도성 복합분말의 충진 높이는 상기 제1 전도성 복합분말 상에 배치된 상기 탄성 몰드의 상면보다 낮을 수 있다.According to one embodiment, the base mold has a hollow cylindrical shape with an open upper surface, the elastic mold has a pillar shape that can be inserted into the base mold through the open upper surface of the base mold, and the pressure mold has the It has a plate shape corresponding to the open upper surface of the base mold, wherein the second conductive composite powder is filled between the inner wall of the base mold exposed by the first conductive composite powder and the outer wall of the elastic mold, and 2 The filling height of the conductive composite powder may be lower than the upper surface of the elastic mold placed on the first conductive composite powder.
일 실시예에 따르면, 상기 베이스 몰드는 상기 베이스 몰드의 내부에 구비되고, 상기 베이스 몰드의 하면으로부터 상기 개방된 상면을 향하여 상향 연장되는 내몰드를 더 포함하고, 상기 탄성 몰드는 상기 내몰드가 삽입관통 가능한 제1 관통공을 포함하고, 상기 가압 몰드는 상기 내몰드가 삽입관통 가능한 제2 관통공을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the base mold is provided inside the base mold and further includes an inner mold extending upward from a lower surface of the base mold toward the open upper surface, and the elastic mold is into which the inner mold is inserted. It may include a first through hole through which the inner mold can be inserted, and the pressurizing mold may include a second through hole through which the inner mold can be inserted.
일 실시예에 따르면, 상기 탄성 몰드는 고무, 우레탄 및 실리콘 중 적어도 하나를 포함하는 물질로 형성된 것이고, 상기 탄성 몰드는 20 내지 60 Shore A의 경도를 가질 수 있다.According to one embodiment, the elastic mold is formed of a material containing at least one of rubber, urethane, and silicon, and the elastic mold may have a hardness of 20 to 60 Shore A.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 전도성 복합분말 성형품은 상기 방법들 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된다. Conductive composite powder molded products according to embodiments of the present invention to achieve the above object are manufactured by any one of the above methods.
본 발명의 실시예들에 따르면, 탄성 변형 가능한 재질로 이루어진 탄성 몰드를 이용하여 고유하게 설계된 가압 조건 및 소결 조건에 따라 전도성 복합분말을 압축 성형 및 소결함으로써, 폴리테트라 플루오로에틸렌 소재의 고유 특성을 유지하면서도 균일한 전기 전도도 특성이 확보된 보울 형태의 다중구조 성형물을 효과적으로 형성할 수 있다. 이를 통해, 탄성 몰드의 부피만큼 원료가 절감되고, 가공 폐기물도 감소될 수 있을 뿐만 아니라 가공성이 향상되어 원가 절감이 가능할 수 있다.According to embodiments of the present invention, the unique properties of the polytetrafluoroethylene material are achieved by compression molding and sintering the conductive composite powder under uniquely designed pressing conditions and sintering conditions using an elastic mold made of an elastically deformable material. It is possible to effectively form a bowl-shaped multi-structure molding that maintains uniform electrical conductivity characteristics. Through this, raw materials can be reduced by the volume of the elastic mold, processing waste can be reduced, and processability can be improved, thereby reducing costs.
결과적으로, 요구되는 물성의 확보가 가능하면서도 원료 절감, 폐기물 감소 및 가공성이 향상된 전도성 복합분말의 성형 방법의 제공이 가능할 수 있다.As a result, it may be possible to provide a method for molding conductive composite powders that can secure the required physical properties while reducing raw materials, reducing waste, and improving processability.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 전도성 복합분말의 성형 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2 및 도 3는 각각 도 1의 방법에 의해 제조되는 다중구조 성형물을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 도 1의 단계(S10)를 구체화하는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 전도성 복합분말의 성형 방법에 이용되는 프레스 장치 및 몰드 구조체를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 몰드 구조체의 일 예를 설명하기 위한 분해 사시도이고, 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 몰드 구조체의 다른 예를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 성형 공정을 설명하기 위한 도면으로, 도 2의 단계(S11) 내지 단계(S13)에 대응되는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 성형 공정을 설명하기 위한 도면으로, 도 2의 단계(S14)에 대응되는 도면이다.
도 10은 전도성 복합분말의 압축 성형 공정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 압축 성형물의 소결 공정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 전도성 복합분말 성형품의 적용예를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 종래의 일반적인 방법에 따라 다중구조 성형물을 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.1 is a flowchart for explaining a method of molding conductive composite powder according to embodiments of the present invention.
Figures 2 and 3 are diagrams for explaining a multi-structure molding manufactured by the method of Figure 1, respectively.
FIG. 4 is a flow chart specifying step S10 of FIG. 1.
Figure 5 is a diagram for explaining a press device and a mold structure used in the method of molding conductive composite powder according to embodiments of the present invention.
FIG. 6 is an exploded perspective view illustrating an example of a mold structure according to embodiments of the present invention, and FIG. 7 is an exploded perspective view illustrating another example of a mold structure according to embodiments of the present invention.
FIG. 8 is a diagram for explaining a compression molding process according to an embodiment of the present invention, and is a diagram corresponding to steps S11 to S13 of FIG. 2.
Figure 9 is a diagram for explaining the compression molding process according to an embodiment of the present invention, and is a diagram corresponding to step S14 of Figure 2.
Figure 10 is a graph to explain the compression molding process of conductive composite powder.
Figure 11 is a graph for explaining the sintering process of a compression molded product according to embodiments of the present invention.
Figure 12 is a diagram for explaining an application example of a conductive composite powder molded product manufactured according to embodiments of the present invention.
Figure 13 is a diagram for explaining the process of forming a multi-structure molding according to a general conventional method.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms. The present embodiments are only provided to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to provide common knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. The same reference numerals refer to the same elements throughout the specification.
본원 명세서에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 또한, 본원 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. In the present specification, when a member is said to be located “on” another member, this includes not only the case where a member is in contact with another member, but also the case where another member exists between the two members. In addition, in the specification of the present application, when a part "includes" a certain element, this means that it may further include other elements rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때, 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. As used throughout the specification, the terms “about,” “substantially,” and the like are used to mean at or close to that value when manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are given, and are understood herein. Precise or absolute figures are used to assist in preventing unscrupulous infringers from taking unfair advantage of the stated disclosure.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 전도성 복합분말의 성형 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 2 및 도 3는 각각 도 1의 방법에 의해 제조되는 다중구조 성형물을 설명하기 위한 도면들이다. 1 is a flowchart for explaining a method of molding conductive composite powder according to embodiments of the present invention. Figures 2 and 3 are diagrams for explaining a multi-structure molding manufactured by the method of Figure 1, respectively.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 전도성 복합분말의 성형방법은 폴리테트라 플루오로 에틸렌(Polytetra fluoroethylene) 및 탄소나노튜브(Carbon Nanotube)를 함유하는 전도성 복합분말을 이용하여 보울(Bowl) 형태의 다중구조 성형물을 형성하는 성형 방법에 관한 것으로, 전도성 복합분말을 가압하여 압축 성형물을 형성하는 단계(S10) 및 소결 장치를 이용하여 압축 성형물을 소결하는 단계(S20)를 포함할 수 있다. Referring to Figure 1, the method of forming a conductive composite powder according to embodiments of the present invention uses a conductive composite powder containing polytetra fluoroethylene and carbon nanotubes to form a bowl. ) It relates to a molding method for forming a multi-structured molded product, which may include the step of forming a compression molded product by pressing conductive composite powder (S10) and the step of sintering the compression molded product using a sintering device (S20). .
본 발명에서, 전도성 복합분말은 폴리테트라플루오로 에틸렌(Polytetra fluoroethylene, PTFE)에 전기 전도성 부여를 위한 탄소나노튜브 Carbon Nanotube, CNT)를 결합한 폴리테트라 플루오로에틸렌-탄소나노튜브(PTFE-CNT) 복합소재로서, PTFE의 고유한 특성을 유지하면서도 일정한 전도성을 갖는 복합분말일 수 있다. 폴리테트라 플루오로에틸렌-탄소나노튜브(PTFE-CNT)의 전도성 복합분말은 공지된 방법으로 제조된 것을 이용할 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.In the present invention, the conductive composite powder is a polytetrafluoroethylene-carbon nanotube (PTFE-CNT) composite that combines polytetrafluoroethylene (PTFE) with carbon nanotubes (CNTs) for imparting electrical conductivity. As a material, it can be a composite powder that maintains the unique properties of PTFE and has certain conductivity. Since the conductive composite powder of polytetrafluoroethylene-carbon nanotubes (PTFE-CNT) can be manufactured using a known method, a detailed description thereof will be omitted.
본 명세서에서 압축 성형물은 전도성 복합분말을 압축 성형하여 형성된 결과물로서 소결 전의 상태를 의미하고, 압축 성형물의 소결이 완료된 상태의 결과물은 소결체로 지칭될 수 있다. In this specification, a compression molded product refers to the state before sintering as a result of compression molding of a conductive composite powder, and the resulting product in a state in which sintering of the compression molded product is completed may be referred to as a sintered body.
본 발명에서, 소결체는 보울(Bowl) 형태의 다중구조 성형물(10A, 10B)로 구현될 수 있다. 보울(Bowl) 형태의 다중구조 성형물은 다축 가압에 의해 형성된 압축 성형물의 소결체로서, 도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 대체로 플레이트 형상의 바닥부(BP) 및 바닥부(BP)의 가장자리로부터 상향 연장되는 측벽부(SWP)를 포함하는 보울(Bowl) 형태의 구조물을 포함할 수 있다. 특히, 도 3의 다중구조 성형물(10B)의 경우, 바닥부(BP)의 중심 부분에 바닥부(BP)를 관통하는 중심홀(CH)이 형성될 수 있다.In the present invention, the sintered body may be implemented as a bowl-shaped multi-structure molding (10A, 10B). The bowl-shaped multi-structure molding is a sintered body of a compression molding formed by multi-axial pressing. As shown in Figure 2 or 3, the plate-shaped bottom BP and the edges of the bottom BP are formed. It may include a bowl-shaped structure including an upwardly extending side wall portion (SWP). In particular, in the case of the multi-structure molded product 10B of FIG. 3, a central hole CH penetrating the bottom BP may be formed in the center of the bottom BP.
즉, 본 발명의 실시예들에 따른 전도성 복합분말의 성형 방법은 전도성 복합분말을 가압하는 압축 성형 공정을 통해 보울(Bowl) 형태의 압축 성형물을 형성하고, 소결 공정을 통해 압축 성형물을 소결하여 다중구조의 성형물을 형성하는 성형 방법일 수 있다. That is, the method of forming a conductive composite powder according to embodiments of the present invention forms a bowl-shaped compression molded product through a compression molding process of pressurizing the conductive composite powder, and sinteres the compression molded product through a sintering process to form a multi-layered composite powder. It may be a molding method for forming a molded product of a structure.
먼저, 도 4 내지 도 10을 참조하면 전도성 복합분말을 가압하는 압축 성형 공정에 대해 설명한다.First, referring to FIGS. 4 to 10, a compression molding process for pressurizing conductive composite powder will be described.
도 4는 도 1의 단계(S10)를 구체화하는 순서도이다. 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 전도성 복합분말의 성형 방법에 이용되는 프레스 장치 및 몰드 구조체를 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 몰드 구조체의 일 예를 설명하기 위한 분해 사시도이고, 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 몰드 구조체의 다른 예를 설명하기 위한 분해 사시도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 성형 공정을 설명하기 위한 도면으로, 도 2의 단계(S11) 내지 단계(S13)에 대응되는 도면이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 성형 공정을 설명하기 위한 도면으로, 도 2의 단계(S14)에 대응되는 도면이다. 도 10은 전도성 복합분말의 압축 성형 공정을 설명하기 위한 그래프이다. FIG. 4 is a flowchart specifying step S10 of FIG. 1. Figure 5 is a diagram for explaining a press device and a mold structure used in the method of molding conductive composite powder according to embodiments of the present invention. FIG. 6 is an exploded perspective view illustrating an example of a mold structure according to embodiments of the present invention, and FIG. 7 is an exploded perspective view illustrating another example of a mold structure according to embodiments of the present invention. FIG. 8 is a diagram for explaining a compression molding process according to an embodiment of the present invention, and is a diagram corresponding to steps S11 to S13 of FIG. 2. Figure 9 is a diagram for explaining the compression molding process according to an embodiment of the present invention, and is a diagram corresponding to step S14 of Figure 2. Figure 10 is a graph to explain the compression molding process of conductive composite powder.
도 4 내지 도 10을 참조하면, 전도성 복합분말을 가압하여 압축 성형물을 형성하는 단계는 충진 공간을 구비한 베이스 몰드 내에 제1 전도성 복합분말을 충진하는 것(S11), 탄성 몰드를 베이스 몰드 내에 삽입하여 제1 전도성 복합분말 상에 배치시키는 것(S12), 탄성 몰드가 삽입된 베이스 몰드의 잔여 공간에 제2 전도성 복합분말을 충진하는 것(S13), 및 탄성 몰드 상에 가압 몰드를 배치하고, 프레스 장치로 가압 몰드를 일축 가압하는 것(S14)을 포함할 수 있다. Referring to Figures 4 to 10, the step of forming a compression molded product by pressing the conductive composite powder includes filling the first conductive composite powder into a base mold having a filling space (S11), and inserting the elastic mold into the base mold. Placing the first conductive composite powder on the first conductive composite powder (S12), filling the remaining space of the base mold into which the elastic mold is inserted with the second conductive composite powder (S13), and placing the pressure mold on the elastic mold, It may include uniaxially pressing the press mold with a press device (S14).
즉, 본 발명에서 전도성 복합분말을 가압하는 압축 성형 공정은 프레스 장치(100) 및 몰드 구조체(200)를 이용하여 수행될 수 있다. That is, in the present invention, the compression molding process of pressing the conductive composite powder can be performed using the press device 100 and the mold structure 200.
프레스 장치(100)는 통상의 일축 프레스 장치일 수 있다. 예컨대, 프레스 장치(100)는 도 5에 도시된 바와 같이, 하부 고정판(110)과, 하부 고정판(110)에 대하여 상하로 이동 가능하게 구비되는 상부 구동판(120)을 포함할 수 있다. 프레스 장치(100) 충분한 압축력을 발생시키는 구조를 가진 것이면 기계식 프레스와 유압식 프레스 어느 것을 사용하여도 무방하며, 이외의 나머지 구성요소는 통상의 프레스 장치(100)와 동일, 유사하므로 상세한 설명을 생략한다.The press device 100 may be a typical single-axis press device. For example, as shown in FIG. 5, the press device 100 may include a lower fixing plate 110 and an upper driving plate 120 that is movable up and down with respect to the lower fixing plate 110. As long as the press device 100 has a structure that generates sufficient compressive force, either a mechanical press or a hydraulic press can be used. Since the remaining components are the same or similar to those of the normal press device 100, detailed description is omitted. .
몰드 구조체(200)는 베이스 몰드(210), 탄성 몰드(220) 및 가압 몰드(230)를 포함할 수 있다.The mold structure 200 may include a base mold 210, an elastic mold 220, and a pressure mold 230.
베이스 몰드(210)는 전도성 복합분말이 충진되는 충진 공간을 구비할 수 있다. 예컨대, 베이스 몰드(210)는 상면이 개방된 중공의 통 형상을 가질 수 있다. 베이스 몰드(210)는 금속 재질로 이루어질 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The base mold 210 may be provided with a filling space in which the conductive composite powder is filled. For example, the base mold 210 may have a hollow cylindrical shape with an open top. The base mold 210 may be made of a metal material, but the present invention is not limited thereto.
탄성 몰드(220)는 베이스 몰드(210)의 개방된 상면을 통해 베이스 몰드(210) 내에 삽입될 수 있으며, 탄성 변형 가능한 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 탄성 몰드(220)는 고무, 우레탄 및 실리콘 중 적어도 하나를 포함하는 물질로 형성될 수 있다. The elastic mold 220 may be inserted into the base mold 210 through the open upper surface of the base mold 210, and may be made of an elastically deformable material. For example, the elastic mold 220 may be formed of a material containing at least one of rubber, urethane, and silicon.
탄성 변형 가능한 재질로 이루어진 탄성 몰드(220)는 프레스 장치(100)의 일축 가압력을 다축 방향으로 전달하여 베이스 몰드(210) 내에 충진된 전도성 복합분말을 다축 방향으로 가압할 수 있다. 효과적인 압력 전달 및 가압을 위해 탄성 몰드(220)는 20 내지 60 Shore A의 경도를 가질 수 있다. The elastic mold 220 made of an elastically deformable material can transmit the uniaxial pressing force of the press device 100 in multiaxial directions to press the conductive composite powder filled in the base mold 210 in multiaxial directions. For effective pressure transfer and pressurization, the elastic mold 220 may have a hardness of 20 to 60 Shore A.
탄성 몰드(220)는 일체로 형성되거나, 일정한 높이를 갖는 복수의 서브 탄성 몰드들이 적층된 형태로 형성될 수 있다.The elastic mold 220 may be formed as a single piece or may be formed by stacking a plurality of sub-elastic molds with a certain height.
가압 몰드(230)는 베이스 몰드(210)의 개방된 상면에 상응하는 플레이트 형상을 가질 수 있으며, 프레스 장치(100)의 상부 구동판(120)의 하강에 의해 가해지는 일축 가압력을 탄성 몰드(220) 및 전도성 복합분말에 균일하게 전달할 수 있다. 가압 몰드(230)는 금속 재질로 이루어질 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The pressure mold 230 may have a plate shape corresponding to the open upper surface of the base mold 210, and the uniaxial pressure applied by the lowering of the upper driving plate 120 of the press device 100 is applied to the elastic mold 220. ) and conductive composite powder. The pressure mold 230 may be made of a metal material, but the present invention is not limited thereto.
몰드 구조체(200)의 형상은 다중구조 성형물의 형상에 따라 다양한 형태로 변형 가능할 수 있다.The shape of the mold structure 200 may be modified into various forms depending on the shape of the multi-structure molded product.
일 실시예에 있어서, 형성하고자 하는 다중구조 성형물이 도 2의 구조물(10A)에 해당하는 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 베이스 몰드(210)는 상면이 개방된 원통 형상을 갖고, 탄성 몰드(220)는 베이스 몰드(210) 내에 삽입 가능한 직경을 갖는 원기둥 형상을 갖고, 가압 몰드(230)는 원판 형상을 가질 수 있다.In one embodiment, when the multi-structure molding to be formed corresponds to the structure 10A of FIG. 2, as shown in FIG. 6, the base mold 210 has a cylindrical shape with an open upper surface, and is an elastic mold ( 220 may have a cylindrical shape having a diameter that can be inserted into the base mold 210, and the pressure mold 230 may have a disk shape.
다른 실시예에 있어서, 형성하고자 하는 다중구조 성형물이 도 3의 구조물(10B)에 해당하는 경우, 도 7에 도시된 바와 같이 베이스 몰드(210)는 베이스 몰드(210)의 내부에 구비되고, 베이스 몰드(210)의 하면으로부터 상기 개방된 상면을 향하여 상향 연장되는 내몰드(214)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 탄성 몰드(220)는 내몰드(214)가 삽입관통 가능한 제1 관통공(220h)을 포함하고, 가압 몰드(230)는 내몰드(214)가 삽입관통 가능한 제2 관통공(230h)을 포함할 수 있다. In another embodiment, when the multi-structure molding to be formed corresponds to the structure 10B of FIG. 3, the base mold 210 is provided inside the base mold 210, as shown in FIG. 7, and the base It may further include an inner mold 214 extending upward from the lower surface of the mold 210 toward the open upper surface. At this time, the elastic mold 220 includes a first through hole 220h through which the inner mold 214 can be inserted, and the pressure mold 230 includes a second through hole 230h through which the inner mold 214 can be inserted. ) may include.
예컨대, 도 7의 실시예에서, 베이스 몰드(210)의 측벽은 외몰드(212)에 해당하고, 하면은 바닥 몰드(216)에 해당할 수 있으며, 베이스 몰드(210)는 외몰드(212) 내에 내몰드(214)가 삽입된 구조를 가질 수 있다. 즉, 베이스 몰드(210)는 양면이 개방된 중공의 파이프 형상을 갖는 외몰드(212) 내에 외몰드(212) 보다 작은 외경을 갖는 내몰드(214)가 삽입된 형태로서, 외몰드(212)와 내몰드(214)의 서로 인접한 일측 단부들에 바닥 몰드(216)가 연결되는 구조를 가질 수 있다. 이 때, 내몰드(214)는 양면이 개방된 중공의 파이프 형상일 수 있으나, 본 발명의 이에 한정되지 않는다. 도시된 바와 달리, 내몰드(214)는 기둥 형상일 수 있다. 그리고, 바닥 몰드(216)는 중심 부분에 관통홀(216h)이 형성된 원판 형상을 가질 수 있다.For example, in the embodiment of FIG. 7, the side wall of the base mold 210 may correspond to the outer mold 212, the lower surface may correspond to the bottom mold 216, and the base mold 210 may correspond to the outer mold 212. It may have a structure in which an inner mold 214 is inserted. That is, the base mold 210 is a form in which an inner mold 214 having a smaller outer diameter than the outer mold 212 is inserted into an outer mold 212 having a hollow pipe shape with both sides open, and the outer mold 212 It may have a structure in which the bottom mold 216 is connected to adjacent ends of the inner mold 214. At this time, the inner mold 214 may be in the shape of a hollow pipe with both sides open, but the present invention is not limited to this. Unlike shown, the inner mold 214 may have a pillar shape. Additionally, the bottom mold 216 may have a disk shape with a through hole 216h formed in the center.
본 실시예에서, 외몰드(212), 내몰드(214) 및 바닥 몰드(216)는 일체로 형성되거나, 각각의 몰드들(212, 214, 216)이 서로 결합되어 베이스 몰드(210)로 형성된 것일 수 있다. In this embodiment, the outer mold 212, the inner mold 214, and the bottom mold 216 are formed as one body, or the molds 212, 214, and 216 are combined to form the base mold 210. It could be.
이하 도 7의 몰드 구조체(200)를 이용하여 수행되는 전도성 복합분말의 압축 성형 공정에 대해 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the compression molding process of the conductive composite powder performed using the mold structure 200 of FIG. 7 will be described in more detail.
도 8에 도시된 바와 같이, 제1 전도성 복합분말을 베이스 몰드(210) 내에 제1 높이로 고르게 충진하고(도 8의 (a) 참조), 제1 전도성 복합분말 위에 탄성 몰드(220)를 배치시킨 다음(도 8의 (b) 참조), 베이스 몰드(210) 내의 잔여 공간에 제2 높이로 제2 전도성 복합분말을 충진될 수 있다(도 8의 (c) 참조). 여기서, 제1 전도성 복합분말은 베이스 몰드(210) 내에 1차 충진된 전도성 복합분말에 해당되고, 제2 전도성 복합분말은 베이스 몰드(210) 내에 2차 충진된 전도성 복합분말에 해당될 수 있다.As shown in FIG. 8, the first conductive composite powder is evenly filled into the base mold 210 to the first height (see (a) of FIG. 8), and the elastic mold 220 is placed on the first conductive composite powder. After that (see (b) in FIG. 8), the remaining space within the base mold 210 can be filled with the second conductive composite powder to a second height (see (c) in FIG. 8). Here, the first conductive composite powder may correspond to the conductive composite powder primarily filled in the base mold 210, and the second conductive composite powder may correspond to the conductive composite powder secondarily filled in the base mold 210.
제2 전도성 복합분말은 제1 전도성 복합분말에 의해 노출되는 베이스 몰드(210)의 내측벽과 탄성 몰드(220)의 외측벽 사이의 공간에 충진되며, 제2 전도성 복합분말의 충진 높이, 즉 제2 높이는 제1 전도성 복합분말 상에 배치된 탄성 몰드(220)의 상면보다 낮을 수 있다. The second conductive composite powder is filled in the space between the inner wall of the base mold 210 exposed by the first conductive composite powder and the outer wall of the elastic mold 220, and the filling height of the second conductive composite powder, that is, the second The height may be lower than the upper surface of the elastic mold 220 disposed on the first conductive composite powder.
이어서, 도 9에 도시된 바와 같이, 탄성 몰드(220) 상에 가압 몰드(230)를 배치시키고(도 9의 (d) 참조), 프레스 장치(100)로 가압 몰드(230)를 일축 가압함으로써(도 9의 (e) 참조) 전도성 복합분말의 압축 성형 공정이 수행될 수 있다. Next, as shown in FIG. 9, the pressure mold 230 is placed on the elastic mold 220 (see (d) of FIG. 9), and the pressure mold 230 is uniaxially pressed with the press device 100. (See Figure 9(e)) A compression molding process of the conductive composite powder can be performed.
가압 몰드(230)가 일축 가압되는 동안, 탄성 몰드(220)는 가압 몰드(230)에 인가되는 압력을 다축 방향으로 전달하도록 탄성 변형되어 제1 전도성 복합분말 및 제2 전도성 복합분말을 가압할 수 있다. 여기서, 다축 방향은 일축 가압되는 방향에 평행한 제1 방향(D1) 및 제1 방향(D1)과 직교하고 지면에 평행한 제2 방향(D2)을 포함할 수 있다. 제2 방향(D2)은 탄성 몰드(220)의 일정 높이 지점을 기준으로 탄성 몰드(220)의 둘레에 따른 각각의 원주 방향일 수 있다. While the pressing mold 230 is uniaxially pressed, the elastic mold 220 is elastically deformed to transmit the pressure applied to the pressing mold 230 in a multi-axial direction, thereby pressurizing the first conductive composite powder and the second conductive composite powder. there is. Here, the multi-axial direction may include a first direction D1 parallel to the uniaxial pressing direction and a second direction D2 perpendicular to the first direction D1 and parallel to the ground. The second direction D2 may be each circumferential direction along the circumference of the elastic mold 220 based on a certain height point of the elastic mold 220.
탄성 몰드(220)를 이용하여 다중구조의 압축 성형물의 형성하고자 하는 경우, 전도성 복합분말의 고유 특성을 유지하면서 균일한 전기 전도도 특성을 확보하기 위해 프레스 장치(100)의 가압 조건은 고유하게 설계될 필요가 있다. When it is desired to form a multi-structured compression molded product using the elastic mold 220, the pressurizing conditions of the press device 100 must be uniquely designed in order to secure uniform electrical conductivity characteristics while maintaining the unique characteristics of the conductive composite powder. There is a need.
예컨대, 탄성 몰드(220)에 가해진 압력을 다축 방향으로 효과적으로 전달함과 더불어 베이스 몰드(210) 내 압력 전달이 취약한 부분에까지 고른 압력이 전달되도록 하고, 공간 내 전도성 복합분말의 밀도 차이로 인한 파손이 발생되는 것을 방지하기 위해 프레스 장치(100)의 가압 조건은 서로 다른 속도의 2 단계의 승압 과정을 거쳐 최대 압력에 도달하도록 설계될 수 있다. 또한, 압축 성형 동안 발생되는 가스(예컨대, 공기)의 원활한 배출을 위해 승압 과정 후 일정 시간 동안 안정화 공정이 수행될 수 있다. For example, in addition to effectively transmitting the pressure applied to the elastic mold 220 in multiple axes, it ensures that even pressure is transmitted to vulnerable parts of the base mold 210, and prevents damage due to differences in density of the conductive composite powder in the space. In order to prevent this from occurring, the pressurization conditions of the press device 100 may be designed to reach the maximum pressure through a two-stage pressurization process at different speeds. Additionally, a stabilization process may be performed for a certain period of time after the pressurization process to smoothly discharge gas (eg, air) generated during compression molding.
구체적으로 도 10을 참조하면, 프레스 장치(100)로 가압 몰드(230)를 일축 가압하는 것은, 프레스 장치(100)의 압력을 제1 승압 속도로 제1 압력(P1)까지 승압시키면서 가압 몰드(230)를 가압하는 제1 가압 공정을 수행하는 것, 제1 압력(P1)을 유지하며 제1 시간(t1) 동안 가압 몰드(230)를 가압하는 제1 안정화 공정을 수행하는 것, 프레스 장치(100)의 압력을 제1 승압 속도보다 큰 제2 승압 속도로 제2 압력(P2)까지 승압시키면서 가압 몰드(230)를 가압하는 제2 가압 공정을 수행하는 것, 및 제2 압력(P2)을 유지하며 제2 시간(t2) 동안 가압 몰드(230)를 가압하는 제2 안정화 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다.Specifically, referring to FIG. 10, uniaxially pressing the press mold 230 with the press device 100 involves increasing the pressure of the press device 100 to the first pressure P1 at a first pressurization rate while forming the press mold ( Performing a first pressurizing process of pressurizing the press mold 230), performing a first stabilization process of pressurizing the press mold 230 for a first time t1 while maintaining the first pressure P1, press device ( Performing a second pressurizing process of pressurizing the pressurizing mold 230 while increasing the pressure of 100) to a second pressure (P2) at a second pressurizing rate greater than the first pressurizing rate, and increasing the second pressure (P2) It may include performing a second stabilization process of pressurizing the pressurizing mold 230 for a second time t2.
여기서, 프레스 장치(100)의 가압 조건(예컨대, 최대 압력, 승압 속도, 안정화 시간 등)은 형성하고자 하는 압축 성형물의 부피, 구현하고자 하는 전기 전도도 특성(예컨대, 표전저항률 값)에 따라 달라질 수 있다. Here, the pressurizing conditions (e.g., maximum pressure, pressurization rate, stabilization time, etc.) of the press device 100 may vary depending on the volume of the compression molding to be formed and the electrical conductivity characteristics to be implemented (e.g., standard resistivity value). .
예컨대, 최대 압력인 제2 압력(P2)은 25 내지 60 bar이고, 제1 압력(P1)은 제2 압력(P2)의 1/3 내지 1/2 일 수 있다. 이 때, 제1 가압 공정의 제1 승압 속도는 0.3 내지 0.5 bar/min 이고, 제2 가압 공정의 제2 승압 속도는 0.8 내지 1.2 bar/min 일 수 있다. 또한, 안정화 공정의 수행 시간인 제1 시간(t1) 및 제2 시간(t2)의 각각은 제1 가압 공정이 수행된 시간의 1/3 내지 2/3 일 수 있다.For example, the second pressure (P2), which is the maximum pressure, may be 25 to 60 bar, and the first pressure (P1) may be 1/3 to 1/2 of the second pressure (P2). At this time, the first pressure increase rate of the first pressurization process may be 0.3 to 0.5 bar/min, and the second pressure increase rate of the second pressurization process may be 0.8 to 1.2 bar/min. In addition, each of the first time t1 and the second time t2, which are the performance times of the stabilization process, may be 1/3 to 2/3 of the time the first pressurization process is performed.
이처럼 프레스 장치(100)의 가압에 의해 가압 몰드(230)와 탄성 몰드(220)가 전도성 복합분말을 가압하여 압축 성형물을 형성할 수 있으며, 특히 탄성 몰드(220)는 다축 방향으로 전도성 복합분말을 가압하여 등방압 성형(Isostraic Press)과 유사한 효과를 달성할 수 있고, 이에 따라 다중구조의 압축 성형물의 효과적인 형성이 가능할 수 있다.In this way, the pressure mold 230 and the elastic mold 220 can press the conductive composite powder by the pressure of the press device 100 to form a compression molded product. In particular, the elastic mold 220 can press the conductive composite powder in multi-axial directions. By pressing, a similar effect to isostatic pressing can be achieved, and thus, effective formation of a multi-structured compression molded product may be possible.
상술한 봐와 같은 압축 성형 공정을 통해 형성된 전도성 복합분말의 압축 성형물은 소결 장치를 이용한 소결 공정을 통해 소결되어 소결체로 형성될 수 있다. The compression molded product of the conductive composite powder formed through the compression molding process as described above may be sintered through a sintering process using a sintering device to form a sintered body.
소결 장치는 통상의 소결 장치(에컨대, 소결로, 오븐 등)를 이용할 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.Since the sintering device can use a typical sintering device (e.g., sintering furnace, oven, etc.), detailed description thereof will be omitted.
탄소나노튜브(CNT)와 같은 전도성 물질을 포함하는 전도성 소재를 소결하는 경우, 탄소나노튜브(CNT)가 가지는 반데발스의 힘의 영향으로 한계온도 이상으로 장시간 노출되면, 압축 성형물의 내부에서 분산된 탄소나노튜브(CNT)의 뭉침 현상이 발생되어 소결체 내부의 전도성 불균형을 초래할 수 있다. 또한, 낮은 온도에서 소결하는 경우 소결 효과가 미비하여 소재의 강도 충분히 확보되지 않아 가공 후 내부 표면의 불향(예컨대, 크랙)이 발생될 수 있다.When sintering a conductive material containing a conductive material such as carbon nanotubes (CNTs), if it is exposed to a temperature exceeding the limit for a long time due to the Van de Waals force of the carbon nanotubes (CNTs), it is dispersed inside the compression molded product. Agglomeration of carbon nanotubes (CNTs) may occur, resulting in conductivity imbalance inside the sintered body. In addition, when sintering at a low temperature, the sintering effect is insufficient and the strength of the material is not sufficiently secured, which may cause defects (e.g., cracks) on the internal surface after processing.
따라서, 본 발명에서와 같이 탄소나노튜브(CNT)와 같은 전도성 물질을 포함하는 전도성 소재로 이루어진 다중구조의 압축 성형물의 소결 공정은 강도 향상을 통해 가공 후 내부 표면의 불량(예컨대, 크랙)을 방지함과 더불어, 균일한 전도성 확보를 위해 고유한 소결 조건 하에 수행될 필요가 있다. Therefore, as in the present invention, the sintering process of a multi-structured compression molding made of a conductive material containing a conductive material such as carbon nanotubes (CNT) prevents defects (e.g. cracks) on the internal surface after processing by improving strength. In addition, it needs to be performed under unique sintering conditions to ensure uniform conductivity.
구체적으로 도 11을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 압축 성형물의 소결 공정을 설명하면, 소결 장치를 이용하여 압축 성형물을 소결하는 단계(S20)는, 소결 장치의 온도를 제3 시간(t3) 동안 최대 소결 온도(Tmax)까지 계단식으로 승온시키면서 압축 성형물을 가열하는 것 및 최대 소결 온도(Tmax)를 유지하며 제4 시간(t4) 동안 압축 성형물을 가열하는 것을 포함할 수 있다. 여기서, 도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 압축 성형물의 소결 공정을 설명하기 위한 그래프이다. Specifically, when describing the sintering process of a compression molded product according to embodiments of the present invention with reference to FIG. 11, the step of sintering a compression molded product using a sintering device (S20) involves adjusting the temperature of the sintering device for a third time (t3). ) may include heating the compression molding while gradually increasing the temperature to the maximum sintering temperature (Tmax) and heating the compression molding for a fourth time (t4) while maintaining the maximum sintering temperature (Tmax). Here, FIG. 11 is a graph for explaining the sintering process of a compression molded product according to embodiments of the present invention.
본 발명에서, 최대 소결 온도(Tmax)는 350 내지 400℃ 일 수 있으며, 최대 소결 온도(Tmax)의 유지 시간은 최소 6시간 이상인 것이 바람직할 수 있다. In the present invention, the maximum sintering temperature (Tmax) may be 350 to 400° C., and the maintenance time of the maximum sintering temperature (Tmax) may be preferably at least 6 hours or more.
이러한 계단식 승온 시간 및 최대 소결 온도(Tmax)의 유지 시간은 압축 성형물의 부피에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 계단식 승온 시간인 제3 시간(t3)은 8 내지 12시간이고, 최대 소결 온도(Tmax)의 유지 시간인 제4 시간(t4)은 6 내지 12시간일 수 있다.This stepwise temperature rise time and the maintenance time of the maximum sintering temperature (Tmax) may vary depending on the volume of the compression molding. For example, the third time (t3), which is the step temperature increase time, may be 8 to 12 hours, and the fourth time (t4), which is the maintenance time of the maximum sintering temperature (Tmax), may be 6 to 12 hours.
소결 공정의 완료 후 소결체는 소결 장치 내에서 대략 200℃ 까지 서서히 냉각된 후 실온까지 자연 냉각될 수 있다.After completion of the sintering process, the sintered body may be slowly cooled to approximately 200° C. in the sintering device and then naturally cooled to room temperature.
이와 같이 형성된 소결체는 가공 공정을 거쳐 전도성 복합분말 성형품으로 제조될 수 있다. 가공 공정은 통상의 방법(예컨대, 절삭 공정 등)을 이용할 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. The sintered body formed in this way can be manufactured into a conductive composite powder molded product through a processing process. The machining process may use conventional methods (e.g., cutting process, etc.), so detailed description thereof will be omitted.
일 예로, 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 전도성 복합분말 성형품은 도 12에 도시된 바와 같은 반도체 세정 장치(500)의 보울 부품(510)으로 이용될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 도 12는 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 전도성 복합분말 성형품의 적용예를 설명하기 위한 도면이다.As an example, the conductive composite powder molded product manufactured according to embodiments of the present invention can be used as the bowl part 510 of the semiconductor cleaning device 500 as shown in FIG. 12. However, the present invention is not limited to this. Here, Figure 12 is a diagram for explaining an application example of a conductive composite powder molded product manufactured according to embodiments of the present invention.
도 13에서와 같이, 일반적인 방법에 따라 전도성 복합분말의 다중구조 성형물을 형성하는 경우, 폴리테트라 플루오로 에틸렌에 탄소나노튜브가 결합된 전도성 복합분말을 가압하여 기둥 혹은 파이프 형태로 압축 성형물을 형성한 후 이를 소결하여 형성된 소결체(도 13의 50 참조)를 제조한 다음, 이를 가공하여 전도성 복합분말 성형품(예컨대, 반도체 세정 장치의 보울(bowl) 부품)을 제조하였다. 이 경우, 가공 과정에서 소결체 중심부 영역은 버려지는 부분에 해당되어 가공 폐기물이 다량 발생되고, 가공 난이도가 증가하는 문제가 있었다. 여기서, 도 13은 종래의 일반적인 방법에 따라 다중구조 성형물을 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.As shown in Figure 13, when forming a multi-structure molding of conductive composite powder according to a general method, the conductive composite powder in which carbon nanotubes are bonded to polytetrafluoroethylene is pressed to form a compression molding in the form of a pillar or pipe. This was then sintered to produce a sintered body (see 50 in FIG. 13), which was then processed to produce a conductive composite powder molded product (for example, a bowl part of a semiconductor cleaning device). In this case, the central area of the sintered body was discarded during the processing process, generating a large amount of processing waste and increasing processing difficulty. Here, Figure 13 is a diagram for explaining the process of forming a multi-structure molding according to a general conventional method.
그러나 본 발명의 실시예들에 따르면, 탄성 변형 가능한 재질로 이루어진 탄성 몰드(220)를 이용하여 고유하게 설계된 가압 조건 및 소결 조건에 따라 전도성 복합분말을 압축 성형 및 소결함으로써, 폴리테트라 플루오로에틸렌 소재의 고유 특성을 유지하면서도 균일한 전기 전도도 특성이 확보된 보울 형태의 다중구조 성형물을 효과적으로 형성할 수 있다. 이를 통해, 탄성 몰드(220)의 부피만큼 원료가 절감되고, 가공 폐기물도 감소될 수 있을 뿐만 아니라 가공성이 향상되어 원가 절감이 가능할 수 있다.However, according to embodiments of the present invention, the conductive composite powder is compression molded and sintered according to uniquely designed pressing conditions and sintering conditions using an elastic mold 220 made of an elastically deformable material, thereby forming a polytetrafluoroethylene material. It is possible to effectively form a bowl-shaped multi-structured molding with uniform electrical conductivity characteristics while maintaining the original characteristics. Through this, raw materials can be reduced by the volume of the elastic mold 220, processing waste can be reduced, and processability can be improved, thereby reducing costs.
결과적으로, 요구되는 물성의 확보가 가능하면서도 원료 절감, 폐기물 감소 및 가공성이 향상된 전도성 복합분말의 성형 방법의 제공이 가능할 수 있다. As a result, it may be possible to provide a method for molding conductive composite powders that can secure the required physical properties while reducing raw materials, reducing waste, and improving processability.
이상 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들 및 응용 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the attached drawings, those skilled in the art will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing its technical idea or essential features. You will understand that you can. Therefore, the embodiments and application examples described above should be understood as illustrative in all respects and not restrictive.
10A, 10B: 다중구조 성형물
100: 프레스 장치 200: 몰드 구조체
210: 베이스 몰드 220: 탄성 몰드
230: 가압 몰드 10A, 10B: Multi-structure molding
100: press device 200: mold structure
210: base mold 220: elastic mold
230: Pressurized mold
Claims (8)
상기 전도성 복합 분말을 가압하여 압축 성형물을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 압축 성형물을 형성하는 단계는:
충진 공간을 구비한 베이스 몰드 내에 제1 전도성 복합분말을 충진하는 것;
탄성 몰드를 상기 베이스 몰드 내에 삽입하여 상기 제1 전도성 복합분말 상에 배치시키는 것;
상기 탄성 몰드가 삽입된 베이스 몰드의 잔여 공간에 제2 전도성 복합분말을 충진하는 것; 및
상기 탄성 몰드 상에 가압 몰드를 배치하고, 프레스 장치로 상기 가압 몰드를 일축 가압하는 것을 포함하되,
상기 가압 몰드가 일축 가압되는 동안, 상기 탄성 몰드는 상기 가압 몰드에 인가되는 압력을 상기 일축 가압되는 방향에 평행한 제1 방향 및 상기 제1 방향과 직교하고 지면에 평행한 제2 방향을 포함하는 다축 방향으로 전달하도록 탄성 변형되어 상기 제1 전도성 복합분말 및 상기 제2 전도성 복합 분말을 가압하는 전도성 복합분말의 성형 방법.In the molding method of forming a bowl-shaped multi-structure molding using a conductive composite powder containing polytetra fluoroethylene and carbon nanotubes,
Comprising the step of pressing the conductive composite powder to form a compression molded product,
The steps for forming the compression molding are:
Filling the first conductive composite powder into a base mold having a filling space;
Inserting an elastic mold into the base mold and placing it on the first conductive composite powder;
Filling the remaining space of the base mold into which the elastic mold is inserted with a second conductive composite powder; and
Including placing a pressure mold on the elastic mold and uniaxially pressing the pressure mold with a press device,
While the pressing mold is uniaxially pressed, the elastic mold applies pressure to the pressing mold in a first direction parallel to the direction of the uniaxial pressing and a second direction perpendicular to the first direction and parallel to the ground. A method of forming a conductive composite powder in which the first conductive composite powder and the second conductive composite powder are elastically deformed so as to be transmitted in a multi-axial direction and pressed.
상기 프레스 장치로 상기 가압 몰드를 일축 가압하는 것은:
상기 프레스 장치의 압력을 제1 승압 속도로 제1 압력까지 승압시키면서 상기 가압 몰드를 가압하는 제1 가압 공정을 수행하는 것;
상기 제1 압력을 유지하며 제1 시간 동안 상기 가압 몰드를 가압하는 제1 안정화 공정을 수행하는 것;
상기 프레스 장치의 압력을 상기 제1 승압 속도보다 큰 제2 승압 속도로 제2 압력까지 승압시키면서 상기 가압 몰드를 가압하는 제2 가압 공정을 수행하는 것; 및
상기 제2 압력을 유지하며 제2 시간 동안 상기 가압 몰드를 가압하는 제2 안정화 공정을 수행하는 것을 포함하고,
상기 제2 압력은 25 내지 60 bar이고, 상기 제1 압력은 상기 제2 압력의 1/3 내지 1/2 인 전도성 복합분말의 성형 방법.According to claim 1,
Uniaxially pressing the press mold with the press device:
performing a first pressurizing process of pressurizing the pressurizing mold while increasing the pressure of the press device to a first pressure at a first pressurizing rate;
performing a first stabilization process of pressurizing the pressing mold for a first time while maintaining the first pressure;
performing a second pressurizing process of pressurizing the pressurizing mold while increasing the pressure of the press device to a second pressure at a second pressurizing rate greater than the first pressurizing rate; and
and performing a second stabilization process of pressurizing the pressing mold for a second time while maintaining the second pressure,
The second pressure is 25 to 60 bar, and the first pressure is 1/3 to 1/2 of the second pressure.
상기 제1 승압 속도는 0.3 내지 0.5 bar/min 이고,
상기 제2 승압 속도는 0.8 내지 1.2 bar/min 이고,
상기 제1 시간 및 상기 제2 시간의 각각은 상기 제1 가압 공정이 수행된 시간의 1/3 내지 2/3 인 전도성 복합분말의 성형 방법.According to clause 2,
The first pressure boosting rate is 0.3 to 0.5 bar/min,
The second pressure boosting rate is 0.8 to 1.2 bar/min,
Each of the first time and the second time is 1/3 to 2/3 of the time during which the first pressing process was performed.
상기 성형 방법은 소결 장치를 이용하여 상기 압축 성형물을 소결하는 단계를 더 포함하되,
상기 압축 성형물을 소결하는 단계는:
상기 소결 장치의 온도를 제3 시간 동안 최대 소결 온도까지 계단식으로 승온시키면서 상기 압축 성형물을 가열하는 것; 및
상기 최대 소결 온도를 유지하며 제4 시간 동안 상기 압축 성형물을 가열하는 것을 포함하고,
상기 최대 소결 온도는 350 내지 400℃이고,
상기 제3 시간은 8 내지 12시간이고,
상기 제4 시간은 6 내지 12시간인 전도성 복합분말의 성형 방법.According to clause 2,
The molding method further includes the step of sintering the compression molded product using a sintering device,
The steps for sintering the compression molding are:
heating the compression molding while gradually increasing the temperature of the sintering device to a maximum sintering temperature for a third time; and
and heating the compression molding for a fourth time while maintaining the maximum sintering temperature,
The maximum sintering temperature is 350 to 400°C,
the third time is 8 to 12 hours,
The fourth time is 6 to 12 hours.
상기 베이스 몰드는 상면이 개방된 중공의 통 형상을 갖고,
상기 탄성 몰드는 상기 베이스 몰드의 개방된 상면을 통해 상기 베이스 몰드 내로 삽입 가능한 기둥 형상을 갖고,
상기 가압 몰드는 상기 베이스 몰드의 개방된 상면에 상응하는 플레이트 형상을 갖되,
상기 제2 전도성 복합분말은 상기 제1 전도성 복합분말에 의해 노출되는 상기 베이스 몰드의 내측벽과 상기 탄성 몰드의 외측벽 사이에 충진되고,
상기 제2 전도성 복합분말의 충진 높이는 상기 제1 전도성 복합분말 상에 배치된 상기 탄성 몰드의 상면보다 낮은 전도성 복합분말의 성형 방법.According to clause 4,
The base mold has a hollow cylindrical shape with an open upper surface,
The elastic mold has a pillar shape that can be inserted into the base mold through the open upper surface of the base mold,
The pressure mold has a plate shape corresponding to the open upper surface of the base mold,
The second conductive composite powder is filled between the inner wall of the base mold exposed by the first conductive composite powder and the outer wall of the elastic mold,
A method of forming a conductive composite powder wherein the filling height of the second conductive composite powder is lower than the upper surface of the elastic mold disposed on the first conductive composite powder.
상기 베이스 몰드는 상기 베이스 몰드의 내부에 구비되고, 상기 베이스 몰드의 하면으로부터 상기 개방된 상면을 향하여 상향 연장되는 내몰드를 더 포함하고,
상기 탄성 몰드는 상기 내몰드가 삽입관통 가능한 제1 관통공을 포함하고,
상기 가압 몰드는 상기 내몰드가 삽입관통 가능한 제2 관통공을 포함하는 전도성 복합분말의 성형 방법.According to clause 5,
The base mold further includes an inner mold provided inside the base mold and extending upward from a lower surface of the base mold toward the open upper surface,
The elastic mold includes a first through hole through which the inner mold can be inserted,
The pressurizing mold is a method of forming a conductive composite powder including a second through hole through which the inner mold can be inserted.
상기 탄성 몰드는 고무, 우레탄 및 실리콘 중 적어도 하나를 포함하는 물질로 형성된 것이고,
상기 탄성 몰드는 20 내지 60 Shore A의 경도를 갖는 전도성 복합분말의 성형 방법.According to clause 2,
The elastic mold is formed of a material containing at least one of rubber, urethane, and silicone,
The elastic mold is a method of forming a conductive composite powder having a hardness of 20 to 60 Shore A.
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