KR20110078253A - 은 도금된 탄소섬유의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기전도도 및 전자파 차폐 특성이 우수한 고기능성 탄소섬유의 제조방법에 관한 것으로, 탄소섬유의 표면에 은 피막을 형성하는 고기능 탄소섬유의 제조방법으로서, 도금조의 외부에 위치한 흑연으로 이루어진 음극봉에 탄소섬유를 접촉시키고, 도금조의 도금용액 중에 설치되어 있는 은판에 양극을 부여하고, 상기 은판과 흑연봉 사이에 전류를 인가하여 상기 탄소섬유의 표면에 은 피막을 형성하며, 상기 은판은 상기 도금용액 내에 경사지게 설치되며, 상기 도금조는 수세조와 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고기능 탄소섬유의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 비산화적 방법인 전해도금법을 이용하여 탄소섬유의 기계적 특성을 증대시키고 모우발생을 최소화하여 섬유의 품질 및 품위 향상이 가능하다.
탄소섬유, 전해도금, 은도금, 표면처리
Description
본 발명은 탄소섬유의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기전도도 및 전자파 차폐 특성이 우수한 고기능성 탄소섬유의 제조방법에 관한 것이다.
탄소섬유는 여러 보강섬유 중에서도 기계적 강도 및 탄성율이 높고 내열성이나 내약품성 등의 성질이 우수하여 항공·우주산업 및 토목·건축재료, 자동차, 선박, 전기·전자재료, 스포츠·레저용품 분야 등 고성능 복합재의 보강섬유 소재로서 이용되고 있다.
오늘날 전기·전자재료 분야는 전자기술이 발전함에 따라 그 수요가 증대되고 있다. 그러나 전자제품에서 발생하는 전자파(electromagnetic wave)의 영향으로 전파 장해 또는 전파 간섭 등에 의한 불필요한 전자기 신호, 전자기적 노이즈에 의한 수신불량 및 기기 오동작에 의한 피해가 증가하고 있다. 또한 이러한 전자파는 인체에도 상당한 악영향을 미치는 것으로 연구 보고되고 있다.
따라서 최근 전기적 특성이 뛰어난 탄소섬유에 전자파 차폐능력이 우수한 금속을 피막 형성시킨 기능성 탄소섬유의 개발에 관심이 집중되고 있다.
탄소섬유에 금속피막을 형성시키기 위해서는 섬유 자체의 표면적을 늘려 점착면적을 증가시켜 섬유와 매트릭스간의 물리화학적 상호작용을 증가시키고 금속피막 도입시키는 방법이 필요한데, 이와 같은 방법으로 탄소섬유 표면처리 방법에 대한 연구가 진행되어 왔다.
탄소섬유의 표면처리는 크게 산화적 방법과 비산화적 방법으로 분류될 수 있으며 산화적 방법에는 기상산화, 화학적 또는 전기화학적 방법을 사용한 액상산화, 촉매적 산화 방법이 있다. 기상산화는 공정이 간단하고 부산물이 거의 없으며 섬유자체의 물성의 손상이 가장 적은 방법으로 최근에 널리 행해지는 표면처리 방법이지만 공정비용이 높은 단점이 있다. 액상산화는 기상산화에 비해 에칭(etching)효과가 적고 점착력 향상에 효과적이며 그 중 전기화학적 방법은 연속공정이 가능하므로 상업적으로 선호되는 공정이다.
종래에는 산·염기 전해용액을 이용한 전기화학적 산화방법을 이용하여 탄소섬유의 표면을 처리하였다. 이 경우 탄소섬유의 표면이 손상되어 다량의 모우가 발생하기 때문에 섬유의 품질이 저하되는 문제가 있다. 이러한 문제를 개선하기 위해서 도입된 것 중 하나가 비산화적 방식인 전해도금법이다.
그러나 종래기술의 경우에는 탄소섬유에 음극을 부여하기 위하여 도금조 입구부분에 음극봉을 설치하였는데, 이 경우 탄소섬유가 도금조를 통과하게 되면 도금조 입구와 출구 사이의 인가전압의 차이로 인하여 불균일한 도금이 이루어지는 문제가 있다.
또한, 금속 재질의 음극봉을 사용하는 경우에는 전해용액에 장기간 노출시 부식되는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 더욱 경제적으로 생산 공정에 적용할 수 있는 전기전도도 및 전자파 차폐 특성이 우수한 고기능성 탄소섬유의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 탄소섬유의 표면에 은 피막을 형성하는 고기능 탄소섬유의 제조방법으로서, 도금조의 외부에 위치한 흑연으로 이루어진 음극봉에 탄소섬유를 접촉시키고, 상기 도금조의 도금용액 중에 설치되어 있는 은판에 양극을 부여하고, 상기 은판과 흑연봉 사이에 전류를 인가하여 상기 탄소섬유의 표면에 은 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 고기능 탄소섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 은판은 상기 도금용액 내에 경사지게 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 도금조는 수세조와 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 탄소섬유의 제조방법에 의하면, 비산화적 방법인 전해도금법을 이용하여 탄소섬유의 기계적 특성을 증대시키고 모우발생을 최소화하여 섬유의 품질 및 품위 향상이 가능하다. 또한, 고유저항이 매우 낮고 전기전도도가 우수한 은을 도금 금속으로 이용하여 전기전도성 및 전자파 차폐 특성이 우수한 고기능성 탄소섬유를 제조할 수 있다. 또한, 종래기술에 비하여 컴팩트한 도금조를 사용함으로써 탄소섬유의 생산효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 양태에 대한 구성 및 작용을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다.
본 발명은 탄소섬유를 이용한 고분자 복합재료에서의 점착특성 및 전자파 차폐특성을 향상시키기 위한 탄소섬유의 은도금 표면처리에 관한 것이다.
전해 은도금 처리를 이용하면 산소 관능기와 함께 은을 섬유 표면에 도입시켜 매트릭스 수지와의 점착력이 우수하고 전자파 차폐 특성이 향상된 고기능성 탄소섬유를 연속공정으로 제조할 수 있다.
전해도금은 외부전원에서 공급되는 전자가 음극에서 금속이온으로 전이하여 음극반응에 의해 음극표면에 금속피막을 형성하는 도금방법이다. 본 발명에 사용되는 은도금의 경우에는 다음과 같은 반응이 일어난다.
양극: Ag → Ag+ + e- (산화반응)
음극: Ag+ + e- → Ag (환원반응)
본 발명에 따르면, 탄소섬유는 음극과 접촉하여 은 도금욕으로 들어가고, 상기 은 도금욕 내에 위치하는 양극과 일정한 간격을 유지하며 진행한다. 이때, 상기 양극과 음극 사이에 전류를 인가함으로써 탄소섬유에 은 피막을 형성하는 것이다. 상기 양극으로는 은판을 사용하며, 상기 음극으로는 흑연봉을 사용하는 것이 바람직하다. 흑연봉을 음극으로 사용하는 이유는 도금욕에 장기간 노출되었을 때 전극이 부식되는 것을 방지하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 탄소섬유의 제조방법은 외부전원, 도금욕, 은판, 흑연봉을 사용하여 도 1에서 도시한 공정에서와 같이 수행한다.
본 발명에 따른 은 도금욕에 사용될 수 있는 전해 은도금 용액으로는 은 화합물, 특히 요오드화은, 염화은, 아세트산은, 황산은, 메탄설폰산은 등의 화합물을 단독 또는 병용하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 도금용액에서의 도금 전류밀도는 5 ~ 80 ㎃/㎠인 것이 바람직하다. 5 ㎃/㎠ 미만에서는 음극에서 방출되는 전자 및 양극에서 산화되어 나오는 은이온의 농도가 낮아져 탄소섬유 표면에서 생성되는 은 피막의 두께가 얇아지기 때문이며, 80 ㎃/㎠를 초과하면 과도한 금속의 도입으로 인해 탄소섬유의 금속화 현상 및 섬유 사이의 합사가 발생할 수 있기 때문이다.
또한, 전해도금 시 전류는 10 ~ 300초 동안 인가하는 것이 바람직하다. 10초 미만에서는 음극에서 방출되는 전자 및 양극에서 산화되어 나오는 은 이온의 농도가 낮아지며, 300초를 초과하면 금속의 양이 급격히 상승하여 탄소섬유의 금속화 현상 및 섬유 사이의 합사의 원인이 되기 때문이다.
또한, 탄소섬유 표면에 도금되는 은 피막의 두께는 0.1 ~ 3.5 ㎛인 것이 바람직하다. 두께가 0.1 ㎛ 미만이면 도금 효과가 나타나지 않으며, 3.5 ㎛를 초과할 경우에는 은 피막이 너무 두꺼워져 섬유 간의 합사 및 가공성이 떨어지기 때문이다.
또한, 본 발명은 종래의 도금욕과 달리 개선된 도금욕 장치를 사용하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 도 1은 본 발명에 따른 은도금 공정을 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 사용되는 도금욕 장치는 은 도금조(4)와 수세조(5)가 일체형으로 형성되어 있다. 또한, 양극으로 사용되는 은판(3)을 각 도금조에 2개씩 설치함으로써 상대적으로 탄소섬유(1)가 은판(3) 위를 지나가는 시간이 길어지기 때문에, 상대적으로 적은 전류로 은 피막을 형성할 수 있다. 또한, 상기 은판(3)을 비스듬하게 설치함으로써 도금 효율성 대비 공정거리를 줄일 수 있기 때문에, 본 발명은 생산 공정에 경제적으로 적용될 수 있다.
또한, 상기 도금조(4)는 수세조(5)와 일체형으로 형성된다. 따라서, 상기 도금조(4)에서 은피막이 형성된 탄소섬유(1)는 상기 도금조(4)와 일체형으로 형성되어 있는 수세조(5)에서 세척단계를 거치게 되는데, 수세조(5) 내에서도 상기 도금조(4)에서와 마찬가지로 탄소섬유(1)는 수직축에 대하여 일정한 각도를 가지고 비스듬하게 진행한다.
상기 수세조에서 수세된 탄소섬유(1)는 후속 건조공정을 거친 후 권취된다. 상기 건조공정 및 권취공정은 공지기술과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 전술한 실시 예에 한정되지 아니하고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정·변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 은도금 공정을 나타내는 개략도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1: 탄소섬유 2: 음극봉
3: 은판 4: 은도금조
5: 수세조
Claims (4)
- 탄소섬유의 표면에 은 피막을 형성하는 고기능 탄소섬유의 제조방법으로서,도금조의 외부에 위치한 흑연으로 이루어진 음극봉에 탄소섬유를 접촉시키고, 상기 도금조의 도금용액 중에 설치되어 있는 은판에 양극을 부여하고, 상기 은판과 흑연봉 사이에 전류를 인가하여 상기 탄소섬유의 표면에 은 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 고기능 탄소섬유의 제조방법.
- 제1항에 있어서,도금 전류밀도는 5 ~ 80 ㎃/㎠, 전류 인가시간은 10~300초이며, 도금되는 은피막의 두께는 0.1~3.5㎛인 것을 특징으로 하는 탄소섬유의 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 은판은 상기 도금용액 내에 경사지게 설치되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유의 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 도금조는 수세조와 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유의 제조방법.
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020090135013A KR20110078253A (ko) | 2009-12-31 | 2009-12-31 | 은 도금된 탄소섬유의 제조방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101314672B1 (ko) * | 2011-12-13 | 2013-10-04 | 최대규 | 표면에 도금피막이 형성된 탄소섬유 및 그 제조방법 |
| CN109648946A (zh) * | 2018-12-22 | 2019-04-19 | 苏州高研纺织科技有限公司 | 一种新型防辐射面料 |
| KR102084947B1 (ko) | 2018-11-21 | 2020-03-05 | 재단법인 한국탄소융합기술원 | 은 코팅 탄소섬유 제조방법 |
| CN114775274A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-07-22 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种连续表面金属化碳纤维的方法和装置 |
-
2009
- 2009-12-31 KR KR1020090135013A patent/KR20110078253A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101314672B1 (ko) * | 2011-12-13 | 2013-10-04 | 최대규 | 표면에 도금피막이 형성된 탄소섬유 및 그 제조방법 |
| KR102084947B1 (ko) | 2018-11-21 | 2020-03-05 | 재단법인 한국탄소융합기술원 | 은 코팅 탄소섬유 제조방법 |
| CN109648946A (zh) * | 2018-12-22 | 2019-04-19 | 苏州高研纺织科技有限公司 | 一种新型防辐射面料 |
| CN114775274A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-07-22 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种连续表面金属化碳纤维的方法和装置 |
| CN114775274B (zh) * | 2022-04-25 | 2024-05-31 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种连续表面金属化碳纤维的方法和装置 |
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