KR20090043815A - 튜브 와이어 제조방법 - Google Patents

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KR20090043815A
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Abstract

금속 또는 기능성 소재로 제작된 미세 직경의 튜브 와이어 내부에 카본 나노 튜브를 충진시켜 카본 나노 튜브가 갖는 우수한 특성들을 전자 산업을 비롯한 산업 분야의 핵심 부품을 제조하는 데에 응용할 수 있는 튜브 와이어 제조방법을 제공한다. 튜브 와이어 제조방법은 스트립(Strip) 상태로 공급되는 와이어 성형부재를 세정장치로 세정하는 단계, 세정된 와이어 성형부재를 제1 성형 롤러로 이송하여 일부가 개구된 U자 형태로 성형하는 단계, U자 성형된 와이어 성형부재 내측에 카본 나노 튜브 공급장치로 카본 나노 튜브를 충진하는 단계, U자 성형된 와이어 성형부재를 제2 성형 롤러로 이송하여 개구된 일부를 닫는 O자 형태로 성형하는 단계, O자 형태의 와이어 성형부재의 이음매 부분을 용접장치로 용접하는 단계, 및 용접된 와이어 성형부재를 압연 롤러 및 신선 공정장치로 이송하여 튜브 와이어 형태로 인발하는 단계를 포함하며, 인발되는 튜브 와이어는 내부에 충진된 카본 나노 튜브가 압착된 상태에서 기 설정된 직경으로 형성된다.
튜브, 와이어, 용접, 인발, 카본 나노 튜브

Description

튜브 와이어 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING CARBON NANO TUBE CORED WIRE}
본 발명은 튜브 와이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내용물이 충진되는 튜브 와이어 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 일정한 폭을 갖는 스트립을 금속 튜브 형태의 와이어로 제조하는 과정은 다음과 같다.
먼저, 스트립을 U자형으로 성형한다. 이어서, 성형된 U자형의 튜브를 용접하고, 원하는 직경까지 인발 또는 압연하여 와이어로 제조한다.
이러한 경우 금속 튜브의 용접시 완전 튜브화를 이루기 위하여 적절한 용접 조건이 필요하다. 또한, 인발의 정도에 의해 와이어의 직경이 정해지기 때문에 주의가 요구된다. 특히, 금속 튜브의 내부에 내용물이 충진되는 경우 용접 시에 용접 열원에 의해서 내부에 충진된 내용물에 영향을 미치지 않도록 하여야 한다.
금속 또는 기능성 소재로 제작된 미세 직경의 튜브 와이어 내부에 카본 나노 튜브를 충진시켜 카본 나노 튜브가 갖는 우수한 특성들을 전자 산업을 비롯한 산업 분야의 핵심 부품을 제조하는 데에 응용할 수 있는 튜브 와이어 제조방법을 제공한다.
튜브 와이어 제조방법은 스트립(Strip) 상태로 공급되는 와이어 성형부재를 세정장치로 세정하는 단계, 세정된 와이어 성형부재를 제1 성형 롤러로 이송하여 일부가 개구된 U자 형태로 성형하는 단계, U자 성형된 와이어 성형부재 내측에 카본 나노 튜브 공급장치로 카본 나노 튜브를 충진하는 단계, U자 성형된 와이어 성형부재를 제2 성형 롤러로 이송하여 개구된 일부를 닫는 O자 형태로 성형하는 단계, O자 형태의 와이어 성형부재의 이음매 부분을 용접장치로 용접하는 단계, 및 용접된 와이어 성형부재를 압연 롤러 및 신선 공정장치로 이송하여 튜브 와이어 형태로 인발하는 단계를 포함하며, 인발되는 튜브 와이어는 내부에 충진된 카본 나노 튜브가 압착된 상태에서 기 설정된 직경으로 형성된다.
용접장치는 레이저 용접장치로 이루어지며, 레이저 용접에 의한 심 용접으로 와이어 성형부재의 이음매 부분을 용접할 수 있다.
와이어 성형부재는 금속 재질로 이루어지며, 구리로 이루어질 수 있다.
와이어 성형부재는 비금속 재질로 이루어지며, 엔지니어링 플라스틱과 같은 고분자 재료로 이루어질 수 있다.
금속 또는 비금속의 와이어 성형부재 내부에 카본 나노 튜브를 충진시켜 전기전도도, 열전도도가 우수한 카본 나노 튜브의 특성을 갖는 튜브 와이어 제조가 가능하다.
또한, 와이어 성형부재를 튜브 와이어로 성형하는 기술의 공정에서 레이저 빔에 의한 와이어 성형부재의 이음매 용접이 가능하여 초고속으로 튜브 와이어를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에서 아크용접, 고주파 유도 용접, 저항 용접 등으로 와이어 성형부재의 이음매 부분을 용접하여 카본 나노 튜브가 충진되는 튜브 와이어 제조가 가능하다.
또한, 인발 공정에서 튜브 와이어 내부에 충진된 카본 나노 튜브 간의 압착이 이루어져 카본 나노 튜브의 특성이 저하되지 않는다.
또한, 인발 공정에서 튜브 와이어의 직경을 유효하게 제조 할 수 있으며, 스트립 재료의 특성에 맞추어 수십 마이크론까지 직경을 최소화 할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일 한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 카본 나노 튜브(15)가 충진되는 튜브 와이어 제조공정을 도시한 흐름도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예는 카본 나노 튜브(15, CNT ; Carbon Nano Tube)를 충진한 금속관(Metal Tube) 또는 비금속관(Non Metal Tube)이 제조되는 과정을 알 수 있다.
먼저, 스트립(Strip) 상태로 공급되는 와이어 성형부재(10)를 세정장치(12)로 세정한다. 와이어 성형부재(10)는 금속 또는 비금속 모두 이용될 수 있다. 최종 제품으로 제조되는 튜브 와이어의 사양 요구에 맞추어 와이어 성형부재(10)의 두께 및 폭이 정해질 수 있다.
와이어 성형부재(10)는 금속 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 구리(Copper), 스틸(Steel), 알루미늄(Aluminum), 마그네슘(Magnesium) 등으로 이루어질 수 있다. 상기한 바와 같이 카본 나노 튜브(15)를 둘러싼 와이어 성형부재(10)의 재질에 따라 카본 나노 튜브(15)가 충진된 튜브 와이어의 기능은 개선될 수 있다. 예를 들어, 와이어 성형부재(10) 재질로 구리(Copper)를 사용 할 경우, 내부에 충진된 카본 나노 튜브(15)의 우수한 전기 전도율와 열전도율의 특성을 살려 차세대 전선 케이블 및 히트 싱크(Heat sink) 기능을 기대 할 수 있다. 현재 가장 많이 사용되고 있는 구리 전선보다 훨씬 높은 전류를 보내면서도 발열 현상은 적으며, 더 나아가 골드 와이어 보다 수 십 배 뛰어난 성능을 보일 것으로 전망이 된다. 또한, 외피금속을 스틸이나 비철 금속(Al, Mg etc)을 이용하여 보다 다양한 기능을 발휘할 수 있다.
또한, 와이어 성형부재(10)는 비금속 재질로 이루어질 수 있다. 이러한 경우, 와이어 성형부재(10)는 엔지니어링 플라스틱과 같은 고분자 재료로 이루어질 수 있다. 상기한 바와 같이 엔지니어링 플라스틱과 같은 고분자 재료를 사용한 튜브 와이어의 제작도 가능하여 고 기능성 부품 제조를 기대할 수 있다.
이어서, 세정된 와이어 성형부재(10)를 제1 성형 롤러(14)로 이송하여 일부가 개구된 U자 형태로 성형한다. 그리고 U자 성형된 와이어 성형부재(10) 내측에 카본 나노 튜브 공급장치(16)로 카본 나노 튜브(15)를 충진한다. 상기한 바와 같이 세정 과정을 거친 와이어 성형부재(10)는 기 설정된 제1 성형 롤러(14)를 통과하면서 일부가 개구된 U자 형태를 이루고 연이어 카본 나노 튜브(15)를 내부에 충진한다.
이어서, U자 성형된 와이어 성형부재(10)를 제2 성형 롤러(18)로 이송하여 개구된 일부를 닫는 O자 형태로 성형한다. 개구된 일부를 닫는 O자 형태의 롤러를 통과하면서 롤러의 형태에 따라 와이어 성형부재(10)의 이음매 부분은 도 3에 도시한 바와 같이 버트(Butt)형태, 오버 랩(Over lap) 또는 특수한 형태의 이음매로 소성 가공이 되어진다. 이음매 부분에는 갭(Gap)이 존재하기 때문에 이를 용접하여 실링(Sealing)된 형태의 튜브를 제조한다.
그리고 O자 형태의 와이어 성형부재(10)의 이음매 부분을 용접장치(20)로 용접한다. 용접장치(20)는 레이저 용접장치로 이루어지며, 레이저 용접에 의한 심 용접으로 와이어 성형부재(10)의 이음매 부분을 용접한다. 이음매 부분에 고속 레이 저 용접을 함으로써 생산성 및 품질 향상을 기대할 수 있다.
상기한 바와 같이 스트립 상태의 와이어 성형부재(10)를 U자 성형하고, 카본 나노 튜브(15)를 충진시킨 뒤 연속적으로 O자 형태로 소성가공 할 시에 재료의 이음매 부분을 측면, 또는 상부에서 레이저 빔을 집광렌즈를 통해 조사하여 용접한다. 이와는 달리, 전통적인 아크 용접, 저항 용접 및 고주파 유도 용접(ERW)을 하여 카본 나노 튜브(15)가 충진되는 튜브 와이어를 제조할 수 있다.
한편, 심 용접에 있어서 고려되어야 할 기술적 과제는 내부 충진된 카본 나노 튜브(15)에 열적인 영향을 최소화하는 것이다. 카본 나노 튜브(15)는 대기 중에서 약 400-500도 정도에서 특성이 바뀌므로 열 영향의 정확한 제어가 필요하다. 예를 들어, 레이저 용접에서 성형된 외피 재질이 레이저 빔에 의해 관통이 되지 않도록 적정한 레이저 빔 파워 및 용접 속도가 요구된다. 아크 용접에서는 용접 비드의 최소화가 필요한데 이는 열 변형을 방지하기 위함이다. 저항 용접이나 고주파 유도 용접(ERW)에서는 내부에 충진된 카본 나노 튜브(15)가 용접부에 부착이 되지 않도록 방지하여야 한다. 이러한 점들을 고려하면, 본 발명의 실시예에서는 레이저 용접에 의한 심 용접이 가장 적당하다고 할 수 있다.
이어서, 용접된 와이어 성형부재(10)를 압연 롤러 및 신선 공정장치(22)로 이송하여 튜브 와이어 형태로 인발한다.
인발되는 튜브 와이어는 내부에 충진된 카본 나노 튜브(15)가 압착된 상태에서 기 설정된 직경으로 형성된다. 즉, 제조된 튜브 와이어는 신선 과정(인발)을 거치면서 직경을 적절한 크기로 줄이면서 내부의 카본 나노 튜브(15)를 압축 밀착시 켜 우수한 특성을 갖도록 할 수 있다. 인발의 정도에 의해 튜브 와이어의 직경이 정해지기 때문에 적절한 조건을 정해 둘 필요가 있다. 인발된 튜브 와이어는 세정장치(24)로 세정하여 최종 제품으로 출고된다.
도 2는 도 1의 제조 공정에 따른 와이어 성형부재(10)의 성형 형태와 그 내부에 충진되는 카본 나노 튜브(15)의 관계를 도시한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 카본 나노 튜브(15)가 충진되는 튜브 와이어(100)를 제조하기 위하여 금속 또는 비금속 재질의 스트립(Strip)을 일부가 개구된 U자 성형을 한 뒤 카본 나노 튜브(15)를 균일하게 충진하고 개구된 일부를 닫는 O자 형태의 소성 가공을 연속적으로 이루어지게 한다. 이어서 이음매 부분을 레이저 빔 또는 전통적인 아크 용접 및 저항 용접을 실시하고, 튜브화 된 튜브 와이어(100)를 인발하여 충진된 카본 나노 튜브(15)를 압착하면서 적절한 직경의 튜브 와이어(100) 제조가 가능하다.
도 3은 와이어 성형부재(10)의 성형 후 이음매 부분의 상이함을 도시한 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이 개구된 일부를 닫는 O자 형태로 성형 완료 된 튜브 와이어(100)는 여러 가지 형태의 이음매 부분이 존재하게 되어 심 용접이 필요하다. 심 용접 가공 프로세스로서는 레이저 빔이 가장 적당하다. 레이저 용접은 집광렌즈를 통해 레이저 빔을 집광할 수 있으므로 국부적인 용융 접합이 가능하여 외피 재질의 열적 변형이 적으며, 고속 용접이 가능하여 생산성 향상에 기여하기 때문이다. 또한, 외피 재료의 사양에 따라 레이저 파워, 집점 크기 등 여러 가지 변수들 을 정밀하게 제어할 수 있다. 여기서, 레이저 빔으로 이용될 수 있는 레이저의 종류로서는 외피 재료의 특성에 따라 선택될 수 있는데 일반적인 스틸(Steel) 계통의 금속이라면 근적외선 파장을 가진 파이버 레이저(Fiber laser), 엔디야그 레이저(Nd-YAG laser), 다이오드 레이저(Diode laser), 이산화탄소 레이저(CO2 laser) 등이 가능하다. 고속 용접에 의한 생산성을 고려한다면 파이버 레이저가 적당하다.
이와는 달리, 외피 재료가 비금속 재질이라면 가시영역의 파장을 가진 아르곤 레이저(Argon laser), 제2 고조파 야그 레이저(YAG laser), 다이오드 레이저를 선택하는 것이 재료에 대한 레이저 빔의 흡수율을 높이고 양호한 접합부를 실현할 수 있다. 레이저 용접 시에 주의 할 점은 외피 재료의 두께를 관통하지 않는 레이저 파워의 제어가 중요하다. 만약, 레이저 빔이 관통한다면 내부에 충진된 카본 나노 튜브(15)에 영향을 미치게 되고 카본 나노 튜브(15)의 우수한 특성들이 저하하는 결과가 나타난다. 전술한 바와 같이 레이저 빔에 의한 심 용접 방법 이외에도 전통적인 아크 용접이나 저항 용접 및 고주파 유도 용접(ERW) 등이 적용 가능하다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 카본 나노 튜브(15)가 충진된 튜브 와이어(100)를 도시한 도면이다.
성형과 이음매 용접이 끝난 카본 나노 튜브(15)가 충진된 튜브 와이어(100)는 카본 나노 튜브(15)간의 압착이 이루어지지 않았기 때문에 그대로 활용하기가 어렵다. 이러한 이유로, 튜브 와이어(100)를 인발(신선)하는 공정을 통해 카본 나노 튜브(15)의 압착을 원활히 할 수 있다. 인발 공정의 이점으로 또 한가지가 있는 데 튜브 와이어(100)의 직경을 원하는 대로 최소화시킬 수 있다는 점이다. 와이어 성형부재(10)의 특성과 두께 및 성형 직후의 직경에 따라 최소 사이즈는 정해진다. 특히, 와이어 성형부재(10)로 구리(Cu)를 이용한다면, 구리의 우수한 인성에 의해 인발 공정에서 수십 마이크론의 직경을 가진 튜브 와이어(100)의 제조가 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 카본 나노 튜브가 충진되는 튜브 와이어 제조공정을 도시한 흐름도이다.
도 2는 도 1의 제조 공정에 따른 와이어 성형부재의 성형 형태와 그 내부에 충진되는 카본 나노 튜브의 관계를 도시한 흐름도이다.
도 3은 와이어 성형부재의 성형 후 이음매 부분의 상이함을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 카본 나노 튜브가 충진된 튜브 와이어를 도시한 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 ; 와이어 성형부재 12 ; 세정장치
14 ; 제1 성형 롤러 15 ; 카본 나노 튜브
16 ; 카본 나노 튜브 공급장치 18 ; 제2 성형 롤러
20 ; 용접장치 22 ; 압연 롤러 및 신선 공정장치
100 ; 튜브 와이어

Claims (6)

  1. 스트립(Strip) 상태로 공급되는 와이어 성형부재를 세정장치로 세정하는 단계;
    세정된 상기 와이어 성형부재를 제1 성형 롤러로 이송하여 일부가 개구된 U자 형태로 성형하는 단계;
    U자 성형된 상기 와이어 성형부재 내측에 카본 나노 튜브 공급장치로 카본 나노 튜브를 충진하는 단계;
    U자 성형된 상기 와이어 성형부재를 제2 성형 롤러로 이송하여 개구된 일부를 닫는 O자 형태로 성형하는 단계;
    O자 형태의 와이어 성형부재의 이음매 부분을 용접장치로 용접하는 단계, 및
    상기 용접된 와이어 성형부재를 압연 롤러 및 신선 공정장치로 이송하여 튜브 와이어 형태로 인발하는 단계
    를 포함하며,
    상기 인발되는 튜브 와이어는 내부에 충진된 카본 나노 튜브가 압착된 상태에서 기 설정된 직경으로 형성되는 튜브 와이어 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용접장치는 레이저 용접장치로 이루어지며,
    레이저 용접에 의한 심 용접으로 와이어 성형부재의 이음매 부분을 용접하는 튜브 와이어 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 와이어 성형부재는 금속 재질로 이루어지는 튜브 와이어 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 와이어 성형부재는 구리로 이루어지는 튜브 와이어 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 와이어 성형부재는 비금속 재질로 이루어지는 튜브 와이어 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 와이어 성형부재는 엔지니어링 플라스틱과 같은 고분자 재료로 이루어지는 튜브 와이어 제조방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101235231B1 (ko) * 2011-07-01 2013-02-20 주식회사 씨엠테크 사전제작형 인슐레이션 튜브번들 제조방법
CN107931493A (zh) * 2017-12-18 2018-04-20 新乡市新兴冶金材料有限公司 一种包芯线生产的压线机构
WO2023277543A1 (ko) * 2021-07-01 2023-01-05 주식회사 포스코 알루미늄계 도금층을 갖는 강판의 레이저 용접용 탄소 필라멘트 와이어, 이를 이용한 알루미늄계 도금층을 갖는 강판의 레이저 용접방법 및 이에 의해 제조된 용접 제품

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