KR20050023300A - Honeycomb-shaped carbon element - Google Patents
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Abstract
본 발명은 벌집형 구조를 가지는 탄소 바디의 제조 방법에 관한 것이다. 이러한 탄소 바디를 기술적으로 간단한 방법을 사용하여 제조할 수 있기 위해, 벌집형 구조를 가지는, 종이 또는 부직포로 이루어진 미리 제조된 바디를 열분해시키고 안정화시킨다.The present invention relates to a method for producing a carbon body having a honeycomb structure. In order to be able to produce such carbon bodies using technically simple methods, the prefabricated bodies of paper or nonwovens, having a honeycomb structure, are pyrolyzed and stabilized.
Description
본 발명은 벌집형 구조를 가지는 탄소 바디의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a carbon body having a honeycomb structure.
벌집형 구조(honeycomb structure)를 가진 상응하는 바디는 중량이 낮을 경우 높은 강성의 장점을 나타낸다. 탄소로부터 상응하는 벌집형 구조를 제조하기 위해, US 제5,567,500호 에 따라, 다층 섬유가 서로 다른 섬유 방향으로 사용되며, 상응하는 층들 사이에 벌집형 구조를 미리 제공하는 몰드 코어가 배치됨으로써, 가열 작용에 의해 층들이 경화될 수 있고, 동시에 상기 층들의 결합이 이루어진다. 이를 위해 층들에는 수지 함침된다. 이 경우 층으로서 특히 직물 또는 프리프레그(prepreg)가 사용된다.Corresponding bodies with honeycomb structures exhibit the advantage of high stiffness at low weights. In order to produce a corresponding honeycomb structure from carbon, according to US Pat. No. 5,567,500, multilayer fibers are used in different fiber directions, and a mold core is provided which pre-provides a honeycomb structure between the corresponding layers, thereby heating the action. The layers can be cured and at the same time a combination of the layers is achieved. For this purpose the layers are resin impregnated. In this case, in particular, fabric or prepreg is used as layer.
중량이 낮을 경우에도 매우 안정적인, 특히 항공기에서 사용되는 샌드위치 구조 성분 또는 플레이트를 포함하기 위해, 벌집형 구조를 형성하기 위한 복잡한 제조 공정이 감수된다.Complex manufacturing processes for forming honeycomb structures are undertaken to include sandwich structures or plates that are very stable even at low weights, especially those used in aircraft.
또한 아라미드-종이(NOMEXr) 또는 알루미늄으로 이루어진 벌집형 바디가 제공된다.Also provided is a honeycomb body made of aramid-paper (NOMEX r ) or aluminum.
US 제4,518,704호에는 활성탄으로 이루어진 벌집형 구조를 가지는 바디가 기술되어 있다. 이에 따르면, 활성탄 함유 혼합물을 압출한 후, 성형 바디를 건식시켜 결국 열분해시킨다.US 4,518,704 describes a body having a honeycomb structure of activated carbon. According to this, the activated carbon-containing mixture is extruded, and then the molding body is dried and finally pyrolyzed.
독일 특허원 DE 제43 01 396 C2호에 따른 다공 섬유 부품의 제조 방법에서는 느슨한 섬유 구조를 2개 이상의 층에 연속적으로 놓여서 서로 연결되게 한, 연속 섬유로 제조한다.In the method for producing porous fiber parts according to DE 43 01 396 C2, the loose fiber structure is made of continuous fibers, which are laid in two or more layers successively and connected to each other.
JP 제57027130 A호 또는 JP 제11217278 A호에 따라 활성탄 다공 바디 또는 벌집형 구조 바디가 제조된다. 이 경우 상기 바디는 이를 성형한 후 건식시켜 열분해한다.Activated carbon porous bodies or honeycomb structural bodies are produced according to JP 5743130 A or JP 1121278278 A. In this case, the body is thermally decomposed after molding it.
본 발명의 목적은, 간단하게 제조될 수 있고, 높은 기계적 강성을 가지며, 바람직한 물질 특성으로 조정될 수 있는 벌집형 구조를 가진 탄소 바디를 제조하는것이다.It is an object of the present invention to produce a carbon body having a honeycomb structure which can be simply produced, has high mechanical rigidity and can be adjusted to the desired material properties.
상기 문제를 해결하기 위해 수지로 함침된 종이 또는 부직포로 이루어진 벌집형 구조를 가지는 미리 제조된 기초 바디를 제안하고, 상기 기초 바디는 먼저 열분해시킨 후 안정화 및/또는 치밀화시킨다.In order to solve the above problem, a prefabricated foundation body having a honeycomb structure made of paper or nonwoven fabric impregnated with resin is proposed, and the foundation body is first thermally decomposed and then stabilized and / or densified.
선행 기술과는 달리 탄소 바디의 제조를 위해 이미 벌집형 구조를 가지는 미리 제조된 기초 바디가 사용되고, 상기 기초 바디는 탄소로 변환될 수 있는 충분한 양의 재료를 가짐으로써, 선행 기술에 따라 요구되는 층마다 배치되는 탄소 직물 또는 프리프레그(pregreg)가 요구되지 않는다.Unlike the prior art, a prefabricated foundation body, which already has a honeycomb structure, is used for the production of carbon bodies, the foundation body having a sufficient amount of material that can be converted to carbon, thereby providing the required layer according to the prior art. There is no need for carbon fabrics or pregregs to be placed every time.
다른 말로 하면, 통상적으로 이용할 수 있고 또한 그 자체로 사용할 수 있는 벌집형 바디가 사용됨으로써, 열분해 및 안정화에 의해 탄소로 이루어진 벌집형 바디가 제조되고, 상기 벌집형 바디는 예컨대 플레이트로 커버될 수 있음으로써, 샌드위치 구조부품으로서 항공기 또는 우주 비행기에서 사용될 수 있다. 그러나 특히 상응하게 제조된 벌집형 구조를 가지는 탄소 바디는 화학 산업에서, 예를 들면, 촉매 변환기 또는 필터로서 사용될 수 있다.In other words, a honeycomb body which is commonly available and can be used on its own is used, whereby a honeycomb body made of carbon is produced by pyrolysis and stabilization, and the honeycomb body can be covered with a plate, for example. As a sandwich construction, it can be used in aircraft or space planes. However, in particular, carbon bodies having correspondingly produced honeycomb structures can be used in the chemical industry, for example as catalytic converters or filters.
특히 기초 바디로서 수지로 함침된 아라미드 종이로 이루어진 벌집형 바디가 사용된다. 이와는 무관하게 열분해된 기초 바디를 기상 재료 증착에 의해 안정화시키거나 또는 치밀화시킬 수 있다. 바람직한 방법은, 이에 대해 열분해된 기초 바디를 특히 CVI{화학 증기 침윤(Chemical Vapor Infiltration)} 및/또는 CVD{화학 증기 증착(Chemical Vapor Deposition)}에 의해 제공하는 것이다 - C, SiC, B4C 및/또는 Si에 의한 증착을 안정화시키거나 또는 치밀화시킨다.In particular, a honeycomb body made of aramid paper impregnated with resin is used as the base body. Irrespective of this, the pyrolyzed base body can be stabilized or densified by vapor phase material deposition. The preferred method is to provide a pyrolyzed base body for this in particular by CVI {Chemical Vapor Infiltration} and / or CVD {Chemical Vapor Deposition}-C, SiC, B 4 C And / or to stabilize or densify the deposition by Si.
또한 미리 제조된 기초 바디는 온도(T1)가 850℃≤T1 ≤1100℃, 특히 900℃≤T1 ≤1000℃ 일 경우 탄화된다. 또한 기초 바디는 온도(T2)가 1700℃≤T2 ≤3100℃, 특히 1800℃≤T2 ≤2450℃일 경우 흑연화될 수 있다.The pre-fabricated base body is also carbonized when the temperature T 1 is 850 ° C. ≦ T 1 ≦ 1100 ° C., in particular 900 ° C. ≦ T 1 ≦ 1000 ° C. The base body can also be graphitized when the temperature T 2 is 1700 ° C. ≦ T 2 ≦ 3100 ° C., in particular 1800 ° C. ≦ T 2 ≦ 2450 ° C.
미리 제조된 기초 바디는 하나 이상의 수지 및 벌집형 구조를 미리 제공하는 강화제로 이루어진다. 상기 수지로서 높은 C-수율을 갖는 에폭시, PEEK와 같은 열가소성 수지, PI, 페놀 수지, 푸란수지(furan resin), 에폭시화된 노발락(novalac)수지 또는 열분해과정 동안 또는 그 후에 결합력 또는 형태 안정성을 가지거나 보장하는 기타 결합 시스템이 다루어진다. The prefabricated base body consists of one or more resins and reinforcements that provide the honeycomb structure in advance. Epoxy with high C-yield, thermoplastics such as PEEK, PI, phenolic resins, furan resins, epoxidized novalac resins or during thermal decomposition or after bonding, Other coupling systems that have or guarantee are covered.
종이 또는 부직포로 이루어진 벌집형 구조를 가진 미리 제조된 기초 바디는 C-섬유 또는 SiC-섬유와 같은 고온 안정화된 섬유 또는 충분한 또는 매우 높은 탄소 잔기를 갖는 열분해성 섬유를 가져야 한다. 여기에는 예를 들면 페놀 수지 섬유, 아라미드 섬유, 아마, 대마 또는 기타 자연 섬유가 해당된다.The prefabricated base body with a honeycomb structure made of paper or nonwoven should have high temperature stabilized fibers such as C-fibers or SiC-fibers or pyrolytic fibers with sufficient or very high carbon moieties. This includes, for example, phenolic resin fibers, aramid fibers, flax, hemp or other natural fibers.
그러나 바람직하게는 언급한 바와 같이, 예를 들면, 페놀 수지와 같은 수지로 함침된 아라미드 종이로 이루어진 미리 제조된 벌집형 바디가 사용될 수 있다. 상응하는 벌집형 바디는 Dupont 사의 de Nemours 이다. 이것은 상표명 NOMEXr로 나타낸다.However, as preferably mentioned, for example, a prefabricated honeycomb body consisting of aramid paper impregnated with a resin such as a phenolic resin can be used. The corresponding honeycomb body is de Nemours from Dupont. This is represented by the trade name NOMEX r .
또한 본 발명에서, 열분해된, 벌집형 구조를 가지는 탄소 바디는 이후에 안정화 처리되거나 또는 가공 처리된다. 이것은 마찬가지로 CVI-기술(Chemical Vapor infiltrarion: 화학 증기 침윤), CVD-공정(Chemical Vapor Deposition: 화학 증착), 피치 피복, 또는 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지와 같은 탄소 함유 용액에 의한 처리 및 이어지는 탄소로의 변환에 의해 가능할 수 있다. 또한 SiC와 같은 세라믹으로 변환되는 세라믹 슬러리에 의해 가공 처리할 수 있다.Also in the present invention, the carbon body having a pyrolyzed, honeycomb structure is subsequently stabilized or processed. This is likewise done with CVI-technology (Chemical Vapor Infiltrarion), Chemical Vapor Deposition (CVD), Pitch Coating, or Treatment with Carbon-Containing Solutions such as Resin, Epoxy Resin, Phenolic Resin This may be possible by the conversion of. It can also be processed by a ceramic slurry which is converted into a ceramic such as SiC.
특히 SiC-표면층이 규화에 의해 형성된다. 이를 위해 탄소 바디를 CVD- 또는 CVI-공정으로 처리함으로써, SiC 또는 PyC(Pyrographite-층)을 형성할 수 있다. 또한 액상 피치 또는 폴리머로 피복할 수 있다. 이렇게 피복된 탄소 바디를 이어서 탄화 또는 흑연화시킨다.In particular, the SiC-surface layer is formed by silicidation. For this purpose, the carbon body can be treated by CVD- or CVI-process to form SiC or PyC (Pyrographite-layer). It can also be coated with liquid pitch or polymer. The carbon body thus coated is then carbonized or graphitized.
상응하게 벌집형 구조를 가지는 탄소 바디는 예컨대 항공기 또는 우주 비행기에서 사용되는, 특히 샌드위치 구조 부품 또는 패널용으로 정해진다. 그러나 또한 고온 범위에서는, 촉매 변환기 및 필터 용도용 지지 구조물로서, 반응기- 및 화학 장치용 타워 패킹(tower packing)으로서, 고온에서 사용되는 부식재용 고침투 지지 구조물로서, 화학 장치용 물질 전달 패킹으로서, 물처리를 위한 탈착 칼럼(desorption column)내 타워 패킹으로서, 배기가스 정화를 위한 흡수 칼럼(absorption column)내 타워 패킹으로서, 유체 및 가스 분배기로서, 예를 들면, 프로세스 가스 가열시 열적 용도 또는 저항 가열 부재용 절연 물질로서 사용된다.Carbon bodies having correspondingly honeycomb structures are intended, for example, for sandwich structural parts or panels used in, for example, aircraft or space planes. But also in the high temperature range, as support structures for catalytic converter and filter applications, as tower packing for reactors and chemical devices, as high permeability support structures for corrosive materials used at high temperatures, as mass transfer packings for chemical devices, As a tower packing in a desorption column for water treatment, as a tower packing in an absorption column for exhaust gas purification, as a fluid and gas distributor, for example, for thermal use or resistance heating in process gas heating. Used as insulation material for members.
벌집형 구조 자체는 통상적인 방식으로 6각형일 수 있다. 그러나 원형 또는 4각의 다른 구조일 수도 있다.The honeycomb structure itself may be hexagonal in a conventional manner. However, it may be a circular or quadrangular other structure.
본 발명에 따라 제조된, 벌집형 구조를 가지는 탄소 바디의 전형적인 크기는 다음과 같다:Typical sizes of carbon bodies having honeycomb structures, made in accordance with the present invention, are as follows:
40mm의 벌집 구조 높이를 가진 900mm X 600mm의 플레이트 크기. 벌집 구조는 7mm X 4mm의 전형적인 셀 폭 및 0.2mm의 벽두께를 가진 6각형 구조를 가질 수 있다.Plate size of 900mm X 600mm with honeycomb structure height of 40mm. The honeycomb structure may have a hexagonal structure with a typical cell width of 7 mm x 4 mm and a wall thickness of 0.2 mm.
본 발명은 하기에서 실시예에 의해 더 자세히 설명된다. 상기 실시예 및 청구항 -단독 및/또는 조합되어- 에는 본 발명의 추가 상세 설명, 장점 및 특징이 제시된다. The invention is illustrated in more detail by the following examples. The above examples and claims—alone and / or in combination—show further details, advantages and features of the present invention.
부하를 견디는 샌드위치 플레이트에 사용하기 위한 6각 구조의 탄소로 이루어진 벌집형 바디를 사용하기 위해, 먼저 타입 ECA4,8-48의 NOMEXr-벌집형 구조를 보호 가스하에 열분해시킨다. 열분해는 800℃ 내지 1050℃ 의 온도 범위에서 이루어진다. 이에 따라 수득한 매우 가공하기 어려운 탄소 벌집형 구조는 CVI-공정에 의해 PyC(Pyrocarbon)-증착으로 안정화시킨다. 공정은 대략 1500℃의 온도에서 시작하여 대략 60시간동안 지속된다.In order to use a honeycomb body consisting of hexagonal carbon for use in a load bearing sandwich plate, the NOMEX r -honeycomb structure of type ECA4,8-48 is first pyrolyzed under protective gas. Pyrolysis takes place in the temperature range of 800 ° C to 1050 ° C. The very difficult carbon honeycomb structure thus obtained is stabilized by pycarbon (PyC) -deposition by the CVI-process. The process starts at a temperature of approximately 1500 ° C. and lasts approximately 60 hours.
이렇게 제조된 탄소 벌집형 플레이트는 양호한 압력 세기값을 나타낸다. 기계적 특성을 더 상승시키기 위해, 탄소 벌집형 플레이트를 페놀 수지를 사용하여 수지에 함침시키고, 이어서 950℃ 내지 1050℃의 온도에서 재탄화시킨다. 기계적 특성을 더 상승시키기 위해 함침과 재탄화는 다시 2번 반복한다. 이어서, 페놀수지-접착필름을 사용하여 이와 같이 처리한 탄소 벌집형 플레이트의 표면, 즉, 벌집형 구조의 정면에, 각각, 압력(대략 2 바아) 및 온도(대략 140℃) 하의 고온 프레스(hot press)에 의해 미리 제조된 CFC-플레이트(탄소 섬유로 강화된 탄소 플레이트)(대략 2mm 두께)를 적용한다. 이렇게 생성된 CFC-샌드위치 플레이트를 마지막으로 대략 1000℃에서 탄화시킴으로써, 접착부를 형성하는 페놀수지 필름이 탄소로 변환하게 된다.The carbon honeycomb plates thus produced exhibit good pressure intensity values. To further elevate the mechanical properties, the carbon honeycomb plate is impregnated with the resin using a phenolic resin and then recarbonized at a temperature of 950 ° C to 1050 ° C. To further elevate the mechanical properties, impregnation and recarbonization are repeated twice. Then, on the surface of the carbon honeycomb plate thus treated using the phenol resin-adhesive film, that is, the front side of the honeycomb structure, hot press under pressure (approximately 2 bar) and temperature (approximately 140 ° C.), respectively, CFC-plates (carbon plates reinforced with carbon fibers) prepared in advance (by press) are applied (approximately 2 mm thick). By finally carbonizing the resulting CFC-sandwich plate at approximately 1000 ° C., the phenolic resin film forming the adhesive portion is converted into carbon.
이러한 방법으로 높은 강성의 CFC-샌드위치 플레이트가 제조되고, 이는 고온 난로에서 지지 구조로서 사용된다.In this way a high rigid CFC-sandwich plate is produced, which is used as a support structure in a hot stove.
Claims (12)
Priority Applications (1)
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| KR10-2004-7020173A KR20050023300A (en) | 2002-06-11 | 2003-06-11 | Honeycomb-shaped carbon element |
Applications Claiming Priority (2)
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| KR10-2004-7020173A KR20050023300A (en) | 2002-06-11 | 2003-06-11 | Honeycomb-shaped carbon element |
Publications (1)
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| KR20050023300A true KR20050023300A (en) | 2005-03-09 |
Family
ID=41784511
Family Applications (1)
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| KR10-2004-7020173A KR20050023300A (en) | 2002-06-11 | 2003-06-11 | Honeycomb-shaped carbon element |
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| KR (1) | KR20050023300A (en) |
-
2003
- 2003-06-11 KR KR10-2004-7020173A patent/KR20050023300A/en not_active Application Discontinuation
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