KR20040027447A - 다공성 탄소재 및 이를 사용하여 수득한 다공성 탄소재 제품 - Google Patents

다공성 탄소재 및 이를 사용하여 수득한 다공성 탄소재 제품 Download PDF

Info

Publication number
KR20040027447A
KR20040027447A KR1020030066868A KR20030066868A KR20040027447A KR 20040027447 A KR20040027447 A KR 20040027447A KR 1020030066868 A KR1020030066868 A KR 1020030066868A KR 20030066868 A KR20030066868 A KR 20030066868A KR 20040027447 A KR20040027447 A KR 20040027447A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
molding
porous carbon
carbon material
chaff
porous
Prior art date
Application number
KR1020030066868A
Other languages
English (en)
Inventor
마쓰다간지
시카노히데요리
Original Assignee
산와 유시 가부시키가이샤
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 산와 유시 가부시키가이샤 filed Critical 산와 유시 가부시키가이샤
Publication of KR20040027447A publication Critical patent/KR20040027447A/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/06—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances
    • C04B38/063—Preparing or treating the raw materials individually or as batches
    • C04B38/0635—Compounding ingredients
    • C04B38/0645—Burnable, meltable, sublimable materials
    • C04B38/0675—Vegetable refuse; Cellulosic materials, e.g. wood chips, cork, peat, paper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/62204—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products using waste materials or refuse
    • C04B35/62213—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products using waste materials or refuse using rice material, e.g. bran or hulls or husks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/009—Porous or hollow ceramic granular materials, e.g. microballoons

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

본 발명은 대량으로 제조하기에 적합한 공업용 제품으로서 만족스러운 실행가능성 및 고 이용가치를 갖는, 왕겨를 원료 물질로서 사용하여 수득되는 다공성 탄소재 제품을 제조하는 것에 관한 것이다. 입상 다공성 탄소재를 왕겨와 열경화성 수지, 동물성 또는 식물성 부착 페이스트를 포함하는 수용액 및 물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 혼합 혼련하고,
혼련된 물질을 건조시키고, 과립화하여 입상 왕겨 물질을 수득하고,
입상 왕겨 물질을 불활성 기체 분위기 또는 진공하에서 소성시키고 탄화시켜 수득한다. 다공성 탄소재 분말은 입상 다공성 탄소재를 분쇄하여 수득한다. 또한, 성형 제품은 다공성 탄소재 분말과 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 혼합 혼련하고, 혼련된 물질을 성형하여 수득한다. 다공성 탄소재 제품을 불활성 기체 분위기 또는 진공하에서 소성시키고 탄화시켜 수득하여 제조한다.

Description

다공성 탄소재 및 이를 사용하여 수득한 다공성 탄소재 제품{Porous carbon material and porous carbon material product obtained by using the same}
본 발명은 쌀겨 또는 밀기울로 예시되는 왕겨를 원료 물질로서 사용하여 수득되는 다공성 탄소재, 및 다공성 탄소재를 사용하여 제조되는 다공성 탄소재 제품에 관한 것이다.
대량의 쌀겨 및 왕겨는 일본의 주요한 작물인 쌀의 부산물로서 발생된다. 또한, 유사하게는 대량의 왕겨 및 밀기울은 밀, 메밀 및 대두와 같은 곡물로부터 발생된다. 곡물로부터 발생되는 대부분의 부산물은 폐기물로서 태우고 단지 이의 일부가 실질적으로 이용된다. 예를 들면, 쌀겨는 오일-압착하여 쌀겨유를 생성하고, 왕겨(특히, 쌀겨)는 단지 부분적으로 배수거(culvert), 엽 목탄 등으로 이용하고, 증류된 건조 증류-증발 물질은 엽 목탄의 제조 공정 동안 응축시켜 단지 살충제, 동물 퇴치제, 토양 개량제, 백선증 치료제 등으로 사용된다. 따라서, 탈지 왕겨를 포함하는 이들 유형의 왕겨 대부분은 단지 여물, 진균 배양 매질 및 비료와 같은 농업용 물질에 사용된다. 따라서, 공업용 물질로서 왕겨의 효과적인 사용이연구되고 있다.
이러한 상황에서, 왕겨를 탄화하는 기술이 공지되어 있다. 왕겨의 탄화는, 예를 들면, 왕겨를 소규모의 배치에서 증기 소성시키거나, 왕겨를 회전 가마, 다단 유동층 로(furnace) 등에서 대규모로 연속적으로 연소시켜 수행할 수 있다. 그러나, 왕겨가 매우 미세한 분말이고 내부 침투성 및 열 전도성을 갖고 소량이지만 유지 및 지방을 포함하기 때문에, 왕겨는 종종 연소 제거되고 완전히 타서 재가 된다. 따라서, 효과적인 완전한 탄화가 곤란하다. 추가로, 수득된 탄화물은 미세하고, 쉽게 비말을 일으키고, 취급하기가 용이하지 않다. 따라서, 왕겨 탄화물은 긍정적으로 산업화되지 않았다. 왕겨에서 제조된 탄화물, 소위 "목탄"은 농업용 토양 개량제로 이용되어 왔고, 탄화물은 이의 품질 및 양 때문에 공업용 물질로서 효과적으로 이용되지 않았다.
상기한 까닭으로, 본 발명의 발명자들은 야마가타 대학교 공학부 및 야마가타켄 산업 공학 센터와 합작하여 탈지 왕겨의 효과적인 이용 방법을 연구하여 왔고, 원료 물질로서의 왕겨로부터 제조된 다공성 탄소재 제품을 개발하였다[참조: 일본 특허공개공보 제(평)10-101453호].
그러나, 문헌에 기재된 다공성 탄소재 제품은 소성시 수축률, 굽힘 응력, 압축 응력 또는 내마모성과 같은 충분히 만족스러운 실행가능성을 갖지 못한다. 추가로, 당해 기재된 다공성 탄소재 제품의 제조방법에 따라서, 제조방법의 특성이최종 제품을 위한 성형 틀의 제조가 최종 제품이 지정된 후에만 개시될 수 있다는 문제를 유발시킨다. 따라서, 목적하는 최종 제품의 제조는 성형 틀의 제조가 완성된 이후에만 개시될 수 있다. 결과적으로, 최종 제품이 정의되지 않으면(보다 상세하게, 명백하게 제품의 형태 및 구조에 관한 지시를 받지 않는다면), 최종 제품의 제조 공정은 개시될 수 없다. 물론, 제조 라인은 지시를 받기 전까지 중지되어 있고, 이는 경제적으로 불리하다. 추가로, 모든 제조 공정이 지시를 받는 시간에 바로 시작하여 연속적으로 실행되어야 하기 때문에, 지시의 수령으로부터 최종 제품의 배달까지는 제조시 장시간이 요구된다. 바꾸어 말하면, 고객의 요구조건에 신속하게 응수하는 것이 불가능하다. 따라서, 제조방법은 대량 제조에 적합한 다공성 탄소재 제품을 제조하는 관점에서는 충분히 만족스럽지 않다.
상기한 바와 같이, 원료 물질로서 왕겨를 사용하여 수득되는 다공성 탄소재 제품에 관한 실행가능성 및 대량 생산의 개선이 절실히 요구된다.
본 발명의 목적은 만족스러운 실행가능성 및 대량으로 제조하기에 적합한 공업용 제품으로서 높은 이용 가치를 갖는 원료 물질로서 왕겨를 사용하여 수득되는 다공성 탄소재 제품을 제공하는 것이다.
상기 문제점을 해결하기 위한 광대한 연구의 결과로서, 본 발명의 발명자들은 다공성 탄소재 제품의 신규한 제조방법을 발달시켰다. 본 발명의 발명자들은 당해 제조방법에 의해 제조된 다공성 탄소재 제품은 상기한 문제를 해결할 수 있고, 당해 제조방법으로 수득한 중간체는 상기한 문제를 해결하는데 효과적으로 유용하고, 본 발명을 완성시킨다는 것을 발견하였다.
따라서, 본 발명은 다음을 제공한다.
(1) 왕겨와 열경화성 수지, 동물성 또는 식물성 부착 페이스트를 포함하는 수용액 및 물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 혼합 혼련하고,
혼련된 물질을 건조시키고 과립화하여 입상 왕겨 물질을 수득하고,
입상 왕겨 물질을 불활성 기체 분위기 또는 진공하에서 소성시키고 탄화시켜 수득할 수 있는 입상 다공성 탄소재.
(2) 항목(1)에 따른 입상 다공성 탄소재를 분쇄하여 수득할 수 있는 다공성 탄소재 분말.
(3) 항목(2)에 따른 다공성 탄소재 분말과 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 혼합 혼련하고,
혼련된 물질을, 압축 성형, 사출 성형, 압출 성형 및 인플레이션 성형으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 성형 공정을 사용하여 성형하여 수득할 수 있는 성형 제품.
(4) 항목(3)에 따른 성형 제품을 불활성 기체 분위기 또는 진공하에서 소성시키고 탄화시켜 수득되는 다공성 탄소재 제품.
(5) 항목(2)에 따른 다공성 탄소재 분말과 열경화성 수지를 혼합 혼련하고,
혼련된 물질을 압축 성형을 사용하여 성형하여 성형 제품을 수득하고,
성형 제품을 불활성 기체 분위기 또는 진공하에서 소성시키고 탄화시켜 수득되는 다공성 탄소재 제품.
(6) 항목(2)에 따른 다공성 탄소재 분말과 열경화성 수지를 혼합 혼련하고,
혼련된 물질을 사출 성형을 사용하여 성형하여 성형 제품을 수득하고
성형 제품을 불활성 기체 분위기 또는 진공하에서 소성시키고 탄화시켜 수득되는 다공성 탄소재 제품.
(7) 항목(2)에 따른 다공성 탄소재 분말, 열경화성 수지 또는 열가소성 수지, 및 금속 섬유, 금속 분말, 탄소 섬유, 규조토, 전기석 및 자기 물질 분말로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 혼합 혼련하고,
혼련된 물질을, 압축 성형, 사출 성형, 압출 성형 및 인플레이션 성형으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 성형 공정을 사용하여 수득되는 성형 제품.
(8) 항목(7)에 따른 성형 제품을 불활성 기체 분위기 또는 진공하에서 소성시키고 탄화시켜 수득되는 다공성 탄소재 제품.
(9) 왕겨와 열경화성 수지, 동물성 또는 식물성 부착 페이스트를 포함하는 수용액 및 물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 혼합 혼련하고,
혼련된 물질을 건조시키고 과립화하여 입상 왕겨 물질을 수득하고,
입상 왕겨 물질을 불활성 기체 분위기 또는 진공하에서 소성시키고 탄화시켜 입상 다공성 탄소재를 수득하고,
입상 다공성 탄소재를 분쇄하는 단계를 포함하는, 다공성 탄소재 분말의 제조방법.
(10) 항목(9)에 따른 방법에 의해 제조된 다공성 탄소재 분말과 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 혼합 혼련하고,
혼련된 물질을, 압축 성형, 사출 성형, 압출 성형 및 인플레이션 성형으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 성형 공정을 사용하여 성형하여 성형 제품을 수득하고,
성형 제품을 불활성 기체 분위기 또는 진공하에서 소성시키고 탄화시키는 단계를 포함하는, 다공성 탄소재 제품의 제조방법.
본 발명은 하기에서 상세하게 기술될 수 있다.
<다공성 탄소재>
본 발명에 따른 다공성 탄소재는 왕겨와 열경화성 수지, 동물성 또는 식물성 부착 페이스트를 포함하는 수용액 및 물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함한다.
용어 "왕겨"는 당해에서 쌀겨유의 생산을 위해 오일 압착 후 다량의 용적으로 남아있는 탈지 왕겨; 밀을 밀가루로 분쇄하는 경우 생성되는 밀기울; 및 쌀겨, 메밀 외피, 대두 외피 및 글루텐 사료(옥수수 껍질 또는 낟알의 외피, 즉 옥수수 전분의 제조 후의 잔류물)와 같은 곡물이 가공되는 동안 발생하는 외피를 의미한다.
추가로, 열경화성 수지, 동물성 또는 식물성 부착 페이스트를 포함하는 수용액 또는 물은, 왕겨와 함께 혼합하는 경우, 왕겨에 대해 부착 페이스트로서 작용한다. 두개 이상의 열경화성 수지, 동물성 또는 식물성 부착 페이스트를 포함하는 수용액, 또는 물(하기에서는 총괄적으로 "부착 페이스트"로서 언급함)은 또한 혼합하여 사용할 수 있다.
열경화성 수지의 바람직한 예는 페놀 수지를 포함한다. 본 발명에서, 열경화성 수지는 액체 또는 분말로서 사용할 수 있다. 열경화성 수지가 분말인 경우, 물을 왕겨와 열경화성 수지에 가하는 것이 바람직하고, 이를 혼합 혼련하여 왕겨와 열경화성 수지를 혼합하고 혼합물을 교반하여 원활하게 수행한다.
추가로, 동물성 또는 식물성 부착 페이스트로서, 해조 부착 페이스트를 사용할 수도 있다. 동물성 또는 식물성 부착 페이스트의 구체적인 예는 콜라겐, 녹말 및 리그닌을 포함한다.
본 발명에 따른 다공성 탄소재는 다음의 방법에 따라 제조된다.
<1> 상기한 왕겨와 부착 페이스트를 혼합 혼련하여 혼련된 왕겨를 수득한다. 혼련된 왕겨를 건조시키고 과립화하여 입상 왕겨 물질을 수득한다. 입상 왕겨 물질을 불활성 기체 분위기 또는 진공하에서 소성시키고 탄화시켜 입상 다공성 탄소재를 수득한다.
상기한 제조방법에서, 사용되는 왕겨는 곡물 직경이 미리 계산된 직경 이하가 되도록 분리하는 것이 바람직하다. 분리의 수행은, 예를 들면, 탈지 왕겨의 경우, 큰 곡물(예를 들면, 탈지 공정에서 연소되거나 압축된 것)을 제거할 수 있다. 추가로, 균일한 곡물 직경을 갖는 왕겨를 사용하여, 연속적인 성형이 보다 용이하고, 보다 균일한 구조를 갖는 물질을 수득할 수 있다. 구체적으로, 12 메쉬 및 적합하게는 20 메쉬의 체를 통과한 곡물 직경을 갖는 왕겨를 사용한다.
열 경화성 수지와 왕겨를 혼합하는 경우, 열경화성 수지의 혼합비는, 바람직하게는 왕겨 20 내지 95중량부를 기준으로 하여, 약 5 내지 80중량부, 보다 바람직하게는 왕겨 40 내지 90중량부를 기준으로 하여, 약 10 내지 60중량부이다. 당해 비는 왕겨의 종류에 좌우되어 가변적으로 혼합할 수 있다. 그러나, 예를 들면, 탈지 왕겨를 사용하는 경우, 열경화성 수지의 약 5 내지 80중량부를 왕겨 20 내지 95중량부와 혼합하고, 밀기울을 사용하는 경우, 열경화성 수지 약 5 내지 70중량부를 왕겨 30 내지 95중량부와 혼합하고, 글루텐 사료를 사용하는 경우, 열경화성 수지 약 5 내지 60중량부를 왕겨 40 내지 95중량부와 혼합한다. 그러나, 임의의 경우, 바람직한 혼합비는 왕겨의 곡물 직경, 혼련된 왕겨의 함수량 또는 사용되는 원료 물질의 온도와 같은 조건에 좌우되어 가변적일 수 있다는 것을 주의하여야 한다. 혼합 및 혼련 공정에서, 열경화성 수지 및 왕겨, 당액과 같은 결합제를 적당한 양(예를 들면, 탈지 왕겨를 사용하는 경우, 왕겨를 기준으로 하여 5 내지 30중량%)으로 포함하는 수용액을, 필요한 경우, 가할 수 있다. 선택적으로, 결합제를 포함하는 수용액과 열경화성 수지를 혼합할 수 있고, 이어서 혼합된 용액과 왕겨를 혼합 혼련할 수 있다.
동물성 또는 식물성 부착 페이스트를 부착 페이스트로서 사용하는 경우, 동물성 또는 식물성 부착 페이스트 1.0 내지 30중량%를 포함하는 수용액을 사용할 수 있다. 추가로, 이러한 용액을 왕겨와 혼합하는 경우, 용액의 혼합비는, 예를 들면, 왕겨 90 내지 97 중량부를 기준으로 하여, 약 3 내지 10중량부인 것이 바람직하다.
물을 부착 페이스트로서 사용하는 경우, 물의 혼합비는, 예를 들면, 왕겨 80내지 95중량부를 기준으로 하여, 약 5 내지 20중량부인 것이 바람직하다.
왕겨와 부착 페이스트를 혼합 혼련하는 경우, 혼합 및 교반 환경과 같은 조건 및 혼합 및 교반 후의 정치 시간을 고려하여 부착 페이스트를 왕겨로 완전히 침투하게 할 수 있다.
건조는 바람직하게는 가열 조건하에서 약 60 내지 80℃의 온도하에서 수행하여 휘발성 성분을 제거한다.
과립화는 평면 형태의 과립화기 똔 관 형태의 과립화기와 같은 공지된 과립화기를 사용하여 수행할 수 있다.
추가로, 건조되고 약 4 메쉬, 보다 바람직하게는 약 5 메쉬를 통과시켜 수득된 입상 왕겨 물질을 체질하고, 체질된 물질을 소성 공정 및 탄화공정에 사용하는 것이 바람직하다. 체질을 수행하여, 소성 및 탄화 후 고르지 않은 품질을 억제할 수 있다.
소성은 회전 가마 또는 배치식 소성 로에서 수행할 수 있다. 소성은 불활성 기체(예: 질소) 분위기와 같은 산소를 포함하지 않은 조건하에서 수행하여 부착 페이스트를 포함하는 입상 왕겨 물질이 연소되는 것을 방지한다. 배치식 소성 로를 사용하는 경우, 소성은 또한 진공하에서도 수행할 수 있다. 바람직한 소성 온도는 경도, 순도, 다공도, 전도도, 실행가능성 및 구조적 강도와 같은 소성시키고 탄화시켜 수득되는 입상 다공성 탄소재에 요구되는 특성을 고려하여 약 200℃ 내지 천 수백℃의 범위에서 선택된다. 추가로, 소성 시간은 강도, 밀도 또는 입상 다공성 탄소재 같은 것에 영향을 주는 소성 상태에 관련된 갖자지 요인을 고려하여 조절한다. 구체적으로, 소성 온도는 바람직하게는 600 내지 1100℃, 보다 바람직하게는 약 700℃ 이상, 보다 더욱 바람직하게는 900℃ 이상의 범위로 조절된다. 소성 시간은 약 1시간 이상인 것이 바람직하다.
보다 바람직하게는, 소성은 로 내의 온도 구배가 700 내지 900℃인 회전 가마 소성 로에서 수행한다. 예를 들면, 온도는 로의 입구에서 700℃, 중간 부분에서 800℃ 및 출구 부분에서 900℃로 고정되고, 소성은 이와 같은 로에서 수행된다. 소성 공정에서 가열 속도는 입상 왕겨 물질의 파괴를 방지하기 위해 급격한 온도 증가를 피해야 한다는 것에 주의한다. 특히, 대량의 기체는 약 200 내지 400℃의 온도에서 물질의 분해를 수반하여 생성되기 때문에, 가열 속도는 온도 범위 내에서 완전히 제공하도록 한다.
소성 및 탄화 공정을 수행한 탄화 입상 왕겨 물질을 바람직하게는 수냉 응축기를 사용하여 실온으로 냉각시킨다.
상기한 바와 같이, 냉각된 입상 다공성 탄소재가 수득된다. 추가로, 다공성 탄소재 분말은 다음의 방법에 따라서 냉각된 입상 다공성 탄소재를 사용하여 제조할 수 있다.
<2> 다공성 탄소재 분말은 상기한 공정 <1>에서 수득한 입상 다공성 탄소재를 분쇄하여 수득한다.
분쇄는 분쇄기(분무기)를 사용하여 수행할 수 있다.
추가로, 분쇄하여 수득한 다공성 탄소재 분말은 각각 목적하는 곡물 직경을 갖는 예정된 수의 그룹으로 분리하는 것이 바람직하다. 이는 이러한 분리로, 최종제품, 즉 고객이 요구하는 예상되는 다양한 고 기능성 제품의 다양한 특성에 상응하는 물질을 제조하기에 적합한 곡물 직경을 갖는 다공성 탄소재를 선택하고 사용할 수 있기 때문이다(구체적으로, 제품의 형태의 복잡성, 이러한 복잡성으로 인한 성형에서의 제품의 조정의 곤란함, 구조적 강도 및 외관의 정밀성을 고려한다). 예를 들면, 다공성 탄소재는 각각 곡물 직경이 250 내지 100㎛, 150 내지 100㎛, 150㎛ 이하, 100㎛ 이하, 50 내지 10㎛, 50㎛ 이하, 30㎛이하 및 10㎛ 이하의 등급으로 분리된다.
분리는 진동 체를 사용하여 수행할 수 있다.
상기한 공정 <1>을 통해 수득되는 입상 다공성 탄소재 또는 상기한 공정 <2>를 통해 수득되는 다공성 탄소재 분말은 성형 제품 또는 후술되는 다공성 탄소재 제품을 제조하는데 유용한 중간체이다. 후술되는 방법에 의해 이들 다공성 탄소재를 사용하여 수득되는 다공성 탄소재 제품은 우수한 실행가능성을 갖는다(예를 들면, 소성시 수축률, 굽힘 응력, 압축 응력 및 내마모성이 개선된다). 추가로, 다공성 탄소재, 수지 및 추가의 성분을 포함하는 성형 제품은 고유한 물리적 특성을 나타내는 다공성 탄소 합성 제품이다. 추가로, 고객의 요구사항에 맞춘 성형 제품 및 다공성 탄소재 제품을 후술하는 방법 및 미리 제조하고 보관된 다공성 탄소재를 적합하게 사용하여 신속하게 제조할 수 있다.
이하에, 상기한 바와 같이 수득되는 다공성 탄소재 분말을 사용하여 제조한 다공성 탄소재 제품이 기술되어 있다.
<다공성 탄소재 제품>
본 발명에 따른 다공성 탄소재 제품은 상기와 같이 수득한 다공성 탄소재 분말과 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 포함한다.
열가소성 수지의 바람직한 예는 나일론 수지 및 폴리에스테르 수지를 포함한다. 본 발명에서, 열가소성 수지는 액체 또는 분말로서 사용할 수 있다.
열경화성 수지는 상기 <다공성 탄소재>의 부분에서 기술한 바와 같다.
본 발명에 따른 다공성 탄소재 제품은 하기의 방법에 따라 제조할 수 있다.
<3> 공정 <2>에서 수득되는 다공성 탄소재 분말과 열경화성 수지 또는 열 가소성 수지를 혼합 혼련하고 성형하여 성형 제품을 수득한다.
<4> 공정 <3>에서 수득되는 성형 제품을 불활성 기체 분위기 또는 진공하에서 소성시키고 탄화시켜 다공성 탄소재 제품을 수득한다.
상기한 제조방법에서, 수지는 성형성을 부여하는 결합제로서 작용할 수 있다. 추가로, 수지를 소성에 의해 탄화하고, 다공성 탄소재 분말의 조성물의 일부에 혼입한다.
열경화성 수지와 다공성 탄소재 분말을 혼합하는 경우, 열경화성 수지의 혼합비는, 다공성 탄소재 분말 40 내지 90중량부를 기준으로 하여, 약 10 내지 60중량부인 것이 바람직하다(바람직한 혼합비가 다공성 탄소재 분말의 입자 크기, 혼련된 물질 중의 함수량 또는 사용되는 원료 물질의 온도와 같은 조건에 좌우되어 가변적일 수 있다. 하기한 것을 동일하게 적용할 수 있다). 열가소성 수지 및 다공성 탄소재 분말을 혼합하는 경우, 열가소성 수지의 혼합비는, 다공성 탄소재 분말 5 내지 90중량부를 기준으로 하여, 약 10 내지 95중량부인 것이 바람직하다.
상기한 성형에 관하여, 압축 성형, 사출 성형, 압출 성형 또는 인플레이션 성형과 같은 임의의 적합한 방법을 사용할 수 있다.
추가로, 소성은 배치식 소성 로에서 수행할 수 있다. 소성은 불활성 기체(예: 질소) 분위기와 같은 산소를 포함하지 않는 조건하에서 수행한다. 배치식 소성 로를 사용하는 경우, 소성은 또한 진공하에서도 수행할 수도 있다. 소성 온도는 바람직하게는 약 500 내지 1100℃, 보다 바람직하게는 900℃ 이상으로 조절한다.
소성 및 탄화 공정에서 가열 속도 및 탄화 후의 실온까지의 냉각 속도는 상기한 <다공성 탄소재>에 기재된 것 보다 정밀하게 조절하여 최종 제품인 다공성 탄소재 제품에 금을 발생시키는 것과 같은 문제를 예방할 필요가 있다.
예를 들면, 최종 소성 온도는 500℃ 이하이고, 바람직하게는 하기와 같이 바람직하게 온도를 조절한다. 가열 속도는 실온 내지 500℃의 범위에서 1℃/분 내지 1.2℃/분으로 조절된 다음, 온도는 최종 소성 온도에서 2 내지 3시간 동안 유지된다. 이후에, 온도는 냉각 속도 1.5℃/분으로 실온까지 하강시킨다. 최종 소성 온도가 500℃를 초과하는 경우, 바람직한 온도 조절은 다음과 같다. 가열 속도는 실온 내지 500℃의 범위에서 1℃/분 내지 1.2℃/분으로 조절된 다음 온도를 500℃에서 1시간 동안 유지시킨다. 이어서, 온도를 추가로 가열 속도 2℃/분으로 증가시키고, 최종 소성 온도에서 2시간 동안 유지시킨다. 이후에, 온도를 실온까지 1.2℃/분 내지 1.5℃/분의 냉각 속도로 하강시킨다.
보다 바람직하게는, 최종 소성 온도는 500℃ 이하이고, 가열 속도는 실온 내지 250℃의 온도 범위에서 1.2℃/분, 250℃ 내지 350℃의 범위에서 1℃/분, 350℃ 내지 500℃의 범위에서 1.2℃/분으로 조절된다. 온도는 최종 소성 온도에서 2 내지 3시간 동안 유지된다. 이후에, 온도를 실온까지 1.5℃/분의 냉각속도로 하강시킨다. 최종 소성 온도가 500℃를 초과하는 경우, 가열 속도는 실온 내지 250℃의 범위에서 1.2℃/분, 250℃ 내지 350℃의 범위에서 1℃/분, 및 350℃ 내지 500℃의 범위에서 1.2℃/분으로 조절된다. 이어서, 온도는 500℃에서 1시간 동안 유지되고, 500℃ 내지 목적하는 최종 소성 온도까지 2℃/분의 가열 속도로 증가시킨다. 이어서, 온도를 최종 소성 온도에서 2시간 동안 유지시킨다. 이후에, 온도를 600℃까지 냉각 속도 1.2℃/분으로 하강시킨 다음, 실온까지 냉각 속도 1.5℃/분으로 하강시킨다.
진공하에서의 소성의 경우, 소성 로에서 압력을 약 4 x 103Pa로 감압시키고, 소성은 상기와 같이 온도 조절하여 수행할 수 있다. 감압하는 동안, 신코 코포레이션 리미티드(SHINKO Co., LTD.)에서 제조한 수봉 진공 펌프 SW-150을 사용할 수 있다.
상기한 제조방법으로 수득되는 다공성 탄소재 제품 중에서, 보다 바람직한 성능을 나타내는 다공성 탄소재 제품은 수지의 종류 및 성형 공정을 지정하여 수득할 수 있다. 이후에, 바람직한 양태에 따른 다공성 탄소재 제품을 기술할 수 있다.
<5> 상기한 공정 <2>에서 수득되는 다공성 탄소재 분말과 열경화성 수지를혼합 혼련시킨다. 이어서, 혼련된 물질을 압축 성형을 사용하여 성형하여 성형 제품을 수득한다. 성형 제품을 소성시키고 불활성 기체 분위기 또는 진공하에서 탄화하여 다공성 탄소재 제품을 수득한다.
압축 성형을 사용하는 상기한 성형물은 다음과 같이 수행된다. 혼련된 물질을 가열된 성형 틀에 붓고, 성형 틀 내부를 가압하고 탈기시킨다. 성형 온도는 120 내지 170℃인 것이 바람직하다. 가압에서 적용된 압력은 성형 생성물의 단위 면적당 40 내지 450kgf/cm2인 것이 바람직하다.
공정 <5>는 수지의 종류 및 성형 공정을 지정하는 것을 제외하고는 공정 <3> 및 <4>와 동일한 방법으로 수행된다.
다음으로, 다른 바람직한 양태에 따른 다공성 탄소재 제품을 기재할 수 있다.
<6> 상기한 공정 <2>에서 수득한 다공성 탄소재 분말과 열경화성 수지를 혼합 혼련시킨다. 이이서, 혼련된 물질을 사출 성형을 사용하여 성형하여 성형 제품을 수득한다. 성형 제품을 소성시키고 불활성 기체 분위기 또는 진공하에서 탄화시켜 다공성 탄소재 제품을 수득한다.
상기한 사출 성형을 사용하는 성형은 혼련된 물질을 가열된 성형 틀로 사출시키고 이에 압력을 적용하여 수행한다.
성형 온도는 약 180℃인 것이 바람직하다. 사출은 바람직하게는 120kgf/cm2의 조건하에서 수행한다. 적용되고 유지되는 압력은 바람직하게는 40kgf/cm2이다.사출 성형 장치의 온도는 장치 입구에서 80℃, 중간 부분에서 100℃, 출구 노즐에서 120℃로 조절하는 것이 바람직하다.
공정 <6>은 수지의 종류 및 성형 공정을 지정하는 것을 제외하고는 공정 <3> 및 <4>와 동일한 방법으로 수행한다.
상기한 공정 <4>를 통해 수득한 다공성 탄소재 제품은 다양한 고 기능성 제품에 적용할 수 있다. 특히, 상기한 공정 <5> 및 <6>을 통해 수득된 다공성 탄소재 제품은 소성시 개선된 수축률, 굽힘 응력, 압축 응력 및 내마모성과 같은 우수한 실행가능성을 갖고, 고 기능성 제품에 적용될 수 있는 것으로 예상된다.
추가로, 고유한 물리적 특성을 나타내는 다공성 탄소 합성 제품은 하기한 바와 같이 상기한 공정 <2>에서 수득한 다공성 탄소재 분말과 수지를 혼합 혼련하는 경우, 추가의 성분을 가하여 형성할 수 있다. 구체적인 양태는 하기에 기재하였다.
<7> 상기한 공정 <2>에서 수득한 다공성 탄소재 분말, 열경화성 수지 또는 열가소성 수지 및, 금속 섬유, 금속 분말, 탄소 섬유, 규조토, 전기석 및 자기 물질 분말로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 성분(이후에, "제3 성분"으로 언급함)을 혼합 혼련하고, 성형하여 성형 제품을 수득한다.
성형 제품을 추가로 소성시키고 탄화시킬 수 있다.
<8> 수득한 성형 제품을 불활성 기체 분위기 또는 진공하에서 소성시키고 탄화시켜 다공성 탄소재 제품을 수득한다.
공정 <7>에 수득한 성형 제품 또는 방법<8>에서 수득한 다공성 탄소 합성 제품을 이의 전기적 또는 기계적 특성의 장점 등으로 인해 여러 분야에 적용할 수 있다.
공정 <7> 및 <8>을 제3 성분을 추가로 가하는 것을 제외하고는 공정 <3> 및 <4>와 동일한 방법으로 수행한다.
본 발명에 따라서, 만족스러운 실행가능성 및 공업용 제품으로서 높은 이용 가치를 갖는, 원료 물질로서 왕겨를 사용하여 수득되는 다공성 탄소재 제품을 제공할 수 있다. 추가로, 다공성 탄소재 제품의 제조방법이 대량 제조에 적합하기 때문에, 다공성 탄소재 제품을 신속하게 제공할 수 있다.
이에 따라서 수득되는 다공성 탄소재 제품은 건축 재료, 예를 들면, 외벽 재료, 가구 및 팩킹 재료뿐만 아니라, 기계 부품, 예를 들면, 베어링으로도 사용할 수 있고, 기능성 제품, 예를 들면, 전도성 물질, 가열 성분 및 전기 부품으로도 사용할 수 있다.
본 발명에 따라서, 왕겨는 구조적 강도, 마찰 계수 및 팽상 계수와 같은 물리적 특성뿐만 아니라, 흡착성, 단열성, 내열성, 내화학성, 내후성, 전류 전달성 및 전자기 보호성을 갖는 다양한 고 기능성 제품에 적용할 수 있다. 다시 말해, 왕겨를 공업용 물질로 효과적으로 사용할 수 있다.
이후에, 본 발명은 실시예를 기준으로 하여 보다 상세하게 기술할 수 있다.
실시예 1
<혼합 공정>
유지를 추출하여 탈지 왕겨를 50 메쉬의 체를 통과시켜 체질한다. 일본 소재의 호넨 코포레이션 리미티드(Honen Corporation Ltd.)에서 제조한 상표명 "호넨 레싱글-px-1600(Honen Resingul-px-1600R)" 페놀 수지를 25중량부 가하고, 체질된 탈지 왕겨 75중량부와 충분히 혼합 혼련한다.
<과립화 공정>
휘발성 성분을 제거하기 위해, 혼합물을 80℃까지 가열하고, 과립화하고 4 메쉬의 체를 통과시켜 체질하여 입상 왕겨 물질을 수득한다.
<소성 공정>
입상 왕겨 물질을 질소 기체가 유동하는 회전 가마 로에서 소성한다. 회전 가마 로에서 온도를 조절하여 온도 구배가 입구에서 700℃, 중간 부분에서 800℃, 출구에서 900℃로 고정시키고, 당해 물질이 고온에 갑작스럽게 노출되는 것을 방지하는데 주의를 기울여야 한다. 물질을 로에 원료 물질의 주입 시간에서 소성되고 탄화된 물질이 배출되는 시간까지 1시간 이상 방치시킨다. 로에서 배출된 소성되고 탄화된 물질을 수냉 응축기를 사용하여 실온까지 냉각시킨다.
<분말화 공정>
실온까지 냉각시킨 탄화 입상 왕겨 물질은 분쇄기(분무기)를 사용하여 분쇄시키고, 진동 체를 사용하여 곡물 직경이 100㎛ 이하인 다공성 탄소재 분말을 분리할 수 있다.
실시예 2
판 형태의 다공성 탄소재 제품을 실시예 1의 제조방법에 의해 수득되는 다공성 탄소재 분말을 사용하여 제조한다.
<혼합 공정>
실시예 1에서 수득한 다공성 탄소재 분말 75중량부와 일본 소재의 호넨 코포레이션 리미티드에서 제조한 상표명 "호넨 레싱글-px-1600R" 페놀 수지 25중량부를 충분히 혼합 혼련하여 혼련된 물질을 수득한다.
<금속 성형 틀 성형 공정>
혼련된 물질 10g을 온도가 140 내지 170℃의 범위에서 조절되는 판 형태의 생성물용 금속 성형 틀에 붓는다. 당해 성형 틀은 길이가 75㎜이고, 너비가 150㎜이고, 두께(mm)는 물질의 양 및 압력에 좌우되어 가변적이다. 50kgf/cm2의 계기압을 2분 동안 성형 틀에 적용시킨 다음, 압력을 감소시키고, 성형 틀을 탈기시킨다. 탈기 후, 50kgf/cm2의 계기압을 다시 3분 동안 성형 틀에 적용하여 판 형태의 성형 제품을 수득한다.
추가로, 성형 제품을 공기중에서 온도 범위가 150 내지 250℃인 가열기를 사용하여 열 처리하여 성형 제품의 물리적인 특성을 증진시킨다.
<소성 공정>
성형물을 산소를 포함하는 않는 조건하에서 질소 기체를 포함하는 소성 로에서 소성시킨다. 소성하는 동안, 이의 온도를 실온에서 250℃까지 1.2℃/분의 가열 속도, 250℃ 내지 350℃까지 1℃/분의 가열속도, 350℃에서 500℃까지 1.2℃/분의가열속도로 증가시키고, 1시간 동안 500℃에서 유지시킨 다음, 다시 500℃에서 900℃까지 2℃/분의 가열 속도로 증가시키고, 2시간 동안 900℃에서 유지시킨 다음 실온까지 1.5℃/분의 냉각 속도로 냉각시킨다.
상기한 방법을 통해, 다공성 탄소재 제품을 수득한다.
실시예 3
평판 형태의 다공성 탄소재 제품은 실시예 1의 제조방법에 의해 수득된 다공성 탄소재 분말을 사용하여 제조한다.
<혼합 공정>
실시예 1에서 수득되는 다공성 탄소재 분말 75중량부와 다이니뽄 잉끼 가가꾸 고교 가부시키가이샤(DAINIPPON INK AND CHEMICALS, INCORPORATED)에서 제조한 상표명 "페놀라이트 5510(Phenolite 5510)R"인 노볼락 형태의 분말 페놀 수지 25중량부를 충분히 혼합 혼련하여 혼련된 물질을 수득한다.
<금속 성형 틀 압축 성형 공정>
혼련된 물질 10g을 판 형태의 제품용 금속 성형 틀에 붓고, 온도를 140 내지 170℃의 범위에서 조절한다. 당해 틀은 길이가 75㎜이고, 너비가 150㎜이고, 두께(㎜)는 물질의 양 및 압력에 좌우되어 가변적이다. 50kgf/cm2의 계기압을 2분 동안 틀에 적용한 다음, 압력을 해제하고, 성형 틀을 탈기시킨다. 탈기 후, 50kgf/cm2의 계기압을 다시 3분 동안 틀에 적용하여 판 형태의 성형 제품을 수득한다.
<소성 공정>
당해 성형 틀을 소성 로[외부 가열 형태, 도카이코네쓰 고교 가부시키가이샤(Tokaikonetsu Kogyo Corporation Ltd.) 제품]에서 산소를 포함하지 않는 조건하에서 질소 기체를 유동시키면서 소성시킨다. 소성하는 동안, 온도를 실온에서 250℃까지 1.2℃/분의 가열 속도, 250℃에서 350℃까지 1℃/분의 가열속도, 350℃에서 500℃까지 1.2℃/분의 가열속도로 증가시키고, 1시간 동안 500℃에서 유지시킨 다음, 다시 500℃에서 900℃까지 2℃/분의 가열속도로 증가시키고, 900℃에서 2시간 동안 유지시킨다. 이어서, 성형 틀을 600℃까지 1.2℃/분의 냉각속도로, 600℃에서 실온까지 1.5℃/분의 냉각속도로 냉각시킨다.
상기한 방법을 통해, 다공성 탄소재 제품을 제조한다.
실시예 4
판 형태의 다공성 탄소재 제품(60 x 15 x 2㎜)을 실시예 1의 제조방법에 의해 수득된 다공성 탄소재 분말을 사용하여 제조한다.
<혼합 공정>
실시예 1에서 수득한 다공성 탄소재 분말 75중량부와 다이니뽄 잉끼 가가꾸 고교 가부시키가이샤에서 제조한 상표명 "페놀라이트 5510R"의 노볼락 형태의 분말 페놀 수지 25중량부를 혼합 가열 롤러를 사용하여 가열하고, 혼합 혼련하여 혼련된 물질을 수득한다. 혼련된 물질을 전기 분쇄기로 분말화하여 길이가 4㎜이고, 너비가 4㎜이고, 두께가 4㎜ 이하인 입상 성형 물질을 제조한다.
<사출 성형 공정>
사출 성형은 스크류 형태 사출 성형 장치 75F-36KR모델[마쓰다 세이사쿠쇼 가부시키가이샤(Matsuda Seisakusho Co., Ltd.)에서 제조함]을 사용하여 수행한다. 사출 온도를 장치 입구에서 80℃, 중간 부분에서 100℃, 출구 노즐에서 120℃로 고정한다. 금속 성형 틀의 온도를 180℃로 조절한다. 110kgf/cm2의 압력을 사출 성형을 수행하는 동시에 성형 틀에 적용한다.
사출 성형된 생성물의 제조 주기는 90초로 조절된다. 결과적으로, 판 형태 성형 제품(13 x 64 x 3t)을 수득한다.
<소성 공정>
배치식 소성 로를 사용하여, 상기에서 수득한 성형 제품을 질소 기체 분위기 중에서 소성한다. 소성하는 동안, 온도를 실온에서 250℃까지 1.2℃/분의 가열 속도, 250℃에서 350℃까지 1℃/분의 가열속도, 350℃에서 500℃까지 1.2℃/분의 가열속도로 증가시키고, 1시간 동안 500℃에서 유지시킨 다음, 다시 500℃에서 900℃까지 2℃/분의 가열속도로 증가시키고, 900℃에서 2시간 동안 유지시킨다. 이어서, 성형 틀을 600℃까지 1.2℃/분의 냉각속도로, 600℃에서 실온까지 1.5℃/분의 냉각속도로 냉각시킨다.
상기한 방법을 통해, 다공성 탄소재 제품을 수득한다.
실시예 5
<혼합 공정>
실시예 1에서 수득한 다공성 탄소재 분말 55중량부, 다이니뽄 잉끼 가가꾸 고교 가부시키가이샤에서 제조한 상표명 "페놀라이트 5510R"의 노볼락 형태의 분말 페놀 수지 25중량부 및 도낙 캄파니 리미티드(DONAC Co., Ltd.)에서 제조한 상표명 "도나카보(Donacarbo) S-242R"의 탄소 섬유 20중량부를 혼합기를 사용하여 혼합 혼련하여 성형 물질을 수득한다.
<압력 성형 공정>
성형 물질 100g을 온도를 150℃로 조절한 금속 성형 틀에 붓는다. 성형 틀은 길이가 75㎜이고, 너비가 150㎜이고 두께(㎜)는 가변적이다. 40kgf/cm2의 계기압을 2분 동안 성형 틀에 적용하고, 압력을 해재하고 성형 틀을 탈기시킨다. 탈기 후, 40kgf/cm2의 계기압을 2분 동안 성형 틀에 적용하고, 1분 동안 해제한다. 이후에, 60kgf/cm2의 계기압을 다시 2분 동안 성형 틀에 적용하여 성형 제품을 수득한다.
성형 제품을 200℃의 온도에서 5시간 동안 가열기에 방치하여 열 처리(후 경화)하도록 한다.
실시예 6
페놀 수지 대신에 실시예 1에서 콜라겐을 포함하는 수용액을 사용하여 입상 왕겨 물질을 다음과 같이 수득하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 다공성 탄소재 분말을 수득한다.
콜라겐 1%를 함유하는 수용액 5중량부를 왕겨 95중량부에 붓고, 혼합물을 교반한다. 이어서, 혼합물을 달톤 코포레이션(DALTON Corporation)에서 제조한 데스크 펠릿화기 F-20/12-330R모델을 사용하여 직경이 5㎜(φ5)이고 길이가 10㎜(L10)인 펠릿으로 성형한다.
비교 실시예 1
50 메쉬의 체를 통과시킨 탈지 왕겨를 사용한다. 탈지 왕겨의 75중량부 및 호넨 코포레이션 리미티드에서 제조한 상표명 "호넨 레싱글-px-1600R" 페놀 수지 25중량부를 충분히 혼합한다.
혼합물을 과립화하고, 동시에 80℃까지 가열하여 휘발성 성분을 제거하고, 12 메쉬의 체를 통과시켜 성형 물질을 수득한다.
성형 물질 15g을 금속 성형 틀(내부 직경: 42㎜ 및 길이: 60㎜)을 가열기 내로 장착한다. 성형을 300kgf/cm2의 계기압하에서 수행하고, 동시에 고압 잭(jack: 실린더의 내부 직경; 21㎜)을 사용하여 180℃의 온도까지 가열시킨다. 성형하는 동안, 계기압을 약 70kgf/cm2까지 잠시 감소시켜 탈기시키고 분해에 의해 생성된 물 및 기체를 제거한다.
성형을 소성 로에서 질소 기체의 유동하에서 소성시킨다. 소성하는 동안, 온도를 실온에서 250℃까지 1.2℃/분의 가열 속도, 250℃ 내지 350℃까지 1℃/분의 가열속도, 350℃에서 500℃까지 1.2℃/분의 가열속도로 증가시키고, 1시간 동안500℃에서 유지시킨 다음, 다시 500℃에서 900℃까지 2℃/분의 가열 속도로 증가시키고, 2시간 동안 900℃에서 유지시킨다. 이어서, 성형을 600℃까지 1.5℃/분의 냉각 속도로 냉각시킨 다음, 실온까지 자연적으로 냉각시킨다.
상기한 방법을 통해, 다공성 탄소재 제품을 수득한다.
시험 실시예 1
실시예 3 및 4 및 비교 실시예 1에서 수득한 다공성 탄소재 제품의 물리적 특성을 평가하였다. 평가 결과를 표 1에 나타내었다. 추가로, 실시예 5의 다공성 탄소재를 포함하는 성형 제품을 물리적 특성을 평가하였다. 평가 결과를 표 2에 나타내었다.
표 1 및 2의 각각의 항목을 다음과 같이 평가한다.
벌크 비중력은 샘플의 임의의 중량(100g)을 측정 실린더에 붓고, 샘플의 용적을 측정하고, 계산하여(중량/용적) 수득한다.
실제 비중력은 JIS R1620(비중병 방법)에 따라 측정한다.
굽힘 응력은 JIS R1601(3-포인트 굽힘 방법)에 따라 측정한다. 측정방법은 인스트론(Instron) 형태 물질 측정 장치를 20℃ 및 65%의 상대습도의 조건하에서 사용하여 수행한다.
압축 응력은 JIS R1608에 따라서 측정한다.
열 팽창 계수는 JIS P1618에 따라서 측정한다.
소성시 수축률은 스케일에 의해 소성하기 전후에 성형 제품의 크기를 측정하고 소성 전후의 크기 비를 계산하여 수득한다.
마찰 계수는 신-토요 가가쿠 가부시키가이샤(Shin-Toyo Kagaku Co., Ltd.)에서 제조한 제품명 핀-온-디스크 헤이돈-22(Pin-on-disk HEIDON-22R) 모델인 왕복형 마찰 측정 장치를 사용하여 수행한다.
내마모도는 다음과 같이 측정한다. 측정방법은 신-토요 가가쿠 가부시키가이샤에서 제조한 제품명 핀-온-디스크 헤이돈-22R모델인 왕복형 마찰 측정 장치를 사용하여 수행한다. 샘플의 5개 측정 점에서의 횡단면 곡선을 트레이서 유형 표면 조도 측정기를 사용하여 측정한다. 횡단면 방향은 마찰 방향에 수직이다. 횡단면 곡선을 기준으로 하여, 샘플의 마모 용적을 수득한다. 이어서, 내마모율인 비마모량(specific worn amount)을 다음 수학식 1에 따라 계산한다.
위의 수학식 1에서,
Ws는 비마모량을 나타내고,
V는 마모 용적을 나타내고,
W는 수직 부하이고,
L은 미끄럼 거리를 나타낸다.
공극 면적 비는 다음과 같이 수득된다. 샘플의 표면을 레이저텍 코포레이션(Lasertec Corporation)에서 제조한 주사 레이저 현미경(scanning laser microscope) 1LM21을 사용하여 측정한다. 프린터에서 출력된 관측된 도면을 기준으로 하여, 공극 면적비를 수학식 2에 따라 계산한다.
위의 수학식 2에서,
Ap는 공극 면적을 나타내고,
Aa는 전체 면적을 나타낸다.
실행가능성은 샘플이 천공, 분쇄, 회전 및 분말화하여 가공될 수 있는 용이성에 대한 전문가의 판단에 따라 평가한다.
전기저항성은 맞춤 디지탈 멀티미터(customized digital multimeter)(CDM-27D)를 사용하여 샘플(1 x 1 x 1t)을 측정하여 수득한다.
용적 비저항도는 디케이케이-토아 코포레이션(DKK-TOA Corporation)에서 제조한 측정 장치 SM-8001R을 사용하여 샘플(100 x 100 x 2t)을 측정하여 수득한다.
실시예 3 실시예 4 비교 실시예 1
벌크 비중력(kg/L) 1.216 1.280 1.178
실제 비중력(kg/L) 1.240 1.490 1.396
굽힘 응력(MPa) 35.5 61.5 17.1
압축 응력(MPa) 121.6 264 44.0
열팽창 계수 4.1x10-6 2x10-6 5.1x10-6
소성시 수축률 2.5% 2.5% 25%
마찰 계수 0.14~0.18 0.15~0.2 0.13~0.15
내마모도(㎜2/N) 10-9 10-9 7x10-8
공극 면적비(%) 20 18 40
실행가능성 우수함 우수함 열악함
실시예 5
벌크 비중력(kg/L) 1.234
실제 비중력(kg/L) 1.252
굽힘 응력(MPa) 49.1
압축 응력(MPa) 167.3
열팽창 계수 1.3x10-6
전기 저항도 50Ω
용적 비 저항성 160Ω
소성시 수축률 2%
실행가능성 우수함
실험 결과에서 나타난 바와 같이, 실시예 2 등에서 수득한 본 발명의 다공성 탄소재 제품은 실행가능성이 우수하다(예를 들면, 소성시 수축률, 굽힘 응력, 압축 응력 및 내마모성이 개선된다). 추가로, 실시예 1에서 수득한 다공성 탄소재는 다공성 탄소재 제품을 제조하기 위한 중간체로서 효과적으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따라서, 고객이 요구한 다양한 특성(예를 들면, 제품 형태의 복잡성, 이러한 복잡성으로 인한 성형 틀에 제품의 조정의 곤란함, 구조적 강도 및 외관의 정밀도)에 상응하는 최종 제품(고 기능성 제품)을 제조하기 위한 최적 곡물 직경을 갖는 다공성 탄소재 분말을 선택하고 사용할 수 있다. 추가로, 중간체는 미리 제조되고 보관되는 경우, 제조방법은 다공성 탄소재 분말(중간체)과 수지를 혼합하고 당해 혼합물을 성형하고 소성하는 단계로부터 개시할 수 있다. 결과적으로, 다공성 탄소재 제품을 신속하게 제조할 수 있다.

Claims (10)

  1. 왕겨와 열경화성 수지, 동물성 또는 식물성 부착 페이스트를 포함하는 수용액 및 물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 혼합 혼련하고,
    혼련된 물질을 건조시키고 과립화하여 입상 왕겨 물질을 수득하고,
    입상 왕겨 물질을 불활성 기체 분위기 또는 진공하에서 소성시키고 탄화시켜 수득할 수 있는 입상 다공성 탄소재.
  2. 제1항에 따른 입상 다공성 탄소재를 분쇄하여 수득할 수 있는 다공성 탄소재 분말.
  3. 제2항에 따른 다공성 탄소재 분말과 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 혼합 혼련하고,
    혼련된 물질을, 압축 성형, 사출 형성, 압출 성형 및 인플레이션 성형으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 성형 공정을 사용하여 성형하여 수득할 수 있는 성형 제품.
  4. 제3항에 따른 성형 제품을 불활성 기체 분위기 또는 진공하에서 소성시키고 탄화하여 수득할 수 있는 다공성 탄소재 제품.
  5. 제2항에 따른 다공성 탄소재 분말과 열경화성 수지를 혼합 혼련하고,
    혼련된 물질을 압축 성형을 사용하여 성형하여 성형 제품을 수득하고,
    성형 제품을 불활성 기체 분위기 또는 진공하에서 소성시키고 탄화시켜 수득하는 다공성 탄소재 제품.
  6. 제2항에 따른 다공성 탄소재 분말과 열경화성 수지를 혼합 혼련하고,
    혼련된 물질을 사출 성형을 사용하여 성형하여 성형 제품을 수득하고,
    성형 제품을 불활성 기체 또는 진공하에서 소성시키고 탄화시켜 수득하는 다공성 탄소재 제품.
  7. 제2항에 따른 다공성 탄소재 분말, 열경화성 수지 또는 열가소성 수지, 및 금속 섬유, 금속 분말, 탄소 섬유, 규조토, 전기석 및 자기 물질 분말로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 혼합 혼련하고,
    혼련된 물질을, 압축 성형, 사출 성형, 압출 성형 및 인플레이션 성형으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 성형 공정을 사용하여 성형하여 수득할 수 있는 성형 제품.
  8. 제7항에 따른 성형 제품을 불활성 기체 분위기 또는 진공하에서 소성시키고 탄화시켜 수득되는 다공성 탄소재 제품.
  9. 왕겨와 열경화성 수지, 동물성 또는 식물성 부착 페이스트를 포함하는 수용액 및 물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 혼합 혼련하고,
    혼련된 물질을 건조시키고 과립화하여 입상 왕겨 물질을 수득하고,
    입상 왕겨 물질을 불활성 기체 분위기 또는 진공하에서 소성시키고 탄화시켜 입상 다공성 탄소재를 수득하고,
    입상 다공성 탄소재를 분쇄하는 단계를 포함하는, 다공성 탄소재 분말의 제조방법.
  10. 제9항에 따른 방법에 의해 제조된 다공성 탄소재 분말과 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 혼합 혼련하고,
    혼련된 물질을, 압축 성형, 사출 성형, 압출 성형 및 인플레이션 성형으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 성형 공정을 사용하여 성형하여 성형 제품을 수득하고,
    성형 제품을 불활성 기체 분위기 또는 진공하에서 소성시키고 탄화시키는 단계를 포함하는, 다공성 탄소재 제품의 제조방법.
KR1020030066868A 2002-09-27 2003-09-26 다공성 탄소재 및 이를 사용하여 수득한 다공성 탄소재 제품 KR20040027447A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002283666 2002-09-27
JPJP-P-2002-00283666 2002-09-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20040027447A true KR20040027447A (ko) 2004-04-01

Family

ID=34260178

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030066868A KR20040027447A (ko) 2002-09-27 2003-09-26 다공성 탄소재 및 이를 사용하여 수득한 다공성 탄소재 제품

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2009173540A (ko)
KR (1) KR20040027447A (ko)
CN (1) CN1496957A (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100934386B1 (ko) * 2008-04-17 2009-12-30 김은경 탄소복합성형체 패널의 제조방법
KR101123586B1 (ko) * 2010-07-08 2012-03-21 한서대학교 산학협력단 고 기공 탄소 소재 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 고 기공 탄소 소재
KR20230113864A (ko) 2022-01-24 2023-08-01 동의대학교 산학협력단 고순도 탄소 소재의 제조방법

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101000955B (zh) * 2006-01-09 2010-11-03 英耐时有限公司 锂离子二次电池用负极碳材料及其制造方法
CN101454259A (zh) * 2006-05-31 2009-06-10 默克专利股份公司 多孔碳模制品的生产方法
EP2357155A1 (en) * 2008-09-29 2011-08-17 The Nisshin OilliO Group, Ltd. Burned plant material and electromagnetic shielding member
CN103647082B (zh) * 2013-12-24 2016-05-04 中国船舶重工集团公司第七一二研究所 一种锂离子二次电池硬炭微球负极材料的制备方法
ES2957208T3 (es) * 2014-06-11 2024-01-15 Heraeus Deutschland Gmbh & Co Kg Catalizador portador y método para producir un material de carbono grafitizado poroso recubierto con nanopartículas metálicas
CN109384454A (zh) * 2018-10-26 2019-02-26 陕西科技大学 一种环保型负离子多孔砖及其制备方法和应用

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04328591A (ja) * 1991-04-30 1992-11-17 Minolta Camera Co Ltd レーザプリンタ
JP3530329B2 (ja) * 1996-10-01 2004-05-24 三和油脂株式会社 多孔性炭素材製品の製造方法
JP4550994B2 (ja) * 2000-12-15 2010-09-22 ミネベア株式会社 ベアリング転動体用材料

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100934386B1 (ko) * 2008-04-17 2009-12-30 김은경 탄소복합성형체 패널의 제조방법
KR101123586B1 (ko) * 2010-07-08 2012-03-21 한서대학교 산학협력단 고 기공 탄소 소재 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 고 기공 탄소 소재
KR20230113864A (ko) 2022-01-24 2023-08-01 동의대학교 산학협력단 고순도 탄소 소재의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009173540A (ja) 2009-08-06
CN1496957A (zh) 2004-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH10101453A (ja) 多孔性炭素材製品および硬質多孔性炭素材製品の製造方法
JP6224678B2 (ja) 磨砕膨張黒鉛アグロメレート、その製造方法、及びその用途
CN102010222B (zh) 一种碳化硅多孔陶瓷及其制备方法
JP2009173540A (ja) 多孔性炭素材粉末、およびその製造方法
JP4328591B2 (ja) 多孔性炭素材、およびその製造方法、ならびにそれらによる多孔性炭素材製品の製造方法
EP0045134B1 (en) A composite material of silicon carbide and silicon and method of producing the material
JPH08283073A (ja) 窯道具
CN109020552B (zh) SiC基复相陶瓷及其制备方法
US4619805A (en) Method of producing porous carbon bodies of high permeability
CN108164893B (zh) 耐磨导电PTFE/Cu复合材料的制备方法
JP3060389U (ja) 麩糠類から形成した多孔性炭素材製品
CN1245481C (zh) 模压半炭化成型方法制备炭素材料
AU663649B2 (en) A method of preparing an air-permeable molded body
JPH02171207A (ja) セラミックスの射出成形体及びその成形方法
KR100435006B1 (ko) 다중 입도분포 분말로부터 반응소결 탄화규소 제조용 균일 프리폼의 제조방법
CN1436753A (zh) 淀粉原位凝固成型制备陶瓷材料坯体的方法
JP2003165784A (ja) 炭素質多孔体およびその製造方法
Rahman et al. Effect of thermal treatment on properties and microstructure of porous alumina
JPH0360415A (ja) 等方性高密度高強度炭素材の製造方法および射出成形用の炭素材原料
CN118026718A (zh) 一种低温烧结纯质多孔碳化硅陶瓷支撑体及其制备方法
JPH05317682A (ja) 超高圧高温発生装置の泥漿鋳込ガスケット成形体
TH9592B (th) วิธีการผลิตผลิตภัณฑ์วัสดุคาร์บอนพรุนและผลิตภัณฑ์คาร์บอนพรุนแข็ง
JP2002160969A (ja) ガラス状カーボン多孔体の製造方法
JPH09175864A (ja) α型炭化ケイ素粉末の組成物及び焼結体の製造方法
TH29550A (th) วิธีการผลิตผลิตภัณฑ์วัสดุคาร์บอนพรุนและผลิตภัณฑ์คาร์บอนพรุนแข็ง

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application