KR20130106146A - Preparing method of carbon nanotubes-carbon fibers hybrid fillers - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 탄소나노튜브-탄소섬유 하이브리드 필러의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 탄소섬유 표면에 탄소나노튜브를 직접 성장시키는 방법으로 하이브리드 필러를 제조함에 있어 탄소섬유 표면에 탄소나노튜브용 촉매의 코팅방법, 코팅 후 촉매 후처리 방법, 탄소나노튜브 성장 조건, 및 이를 응용한 복합재료의 향상된 기계적 물성, 수소 저장매체, 이산화탄소 저장매체, 전기화학축전기용 전극소재, 방열복합재용 필러소재, 전자파 차폐 복합재룔 전극소재 등으로 적용에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a carbon nanotube-carbon fiber hybrid filler. More specifically, in preparing a hybrid filler by directly growing carbon nanotubes on a carbon fiber surface, a coating method of a catalyst for carbon nanotubes on a carbon fiber surface, a post-coating catalyst post-treatment method, carbon nanotube growth conditions, and The present invention relates to improved mechanical properties of composite materials, hydrogen storage media, carbon dioxide storage media, electrode materials for electrochemical capacitors, filler materials for heat dissipation composites, and electromagnetic wave shielding composites.
최근 다양한 분야에서 극한 물성이 요구되는 복합재료에 대한 수요가 증가되고 있다. 때문에 탄소섬유와 같은 고강도 산업용 섬유로 강화된 복합재료의 개발에 박차를 가하고 있다. 하지만 탄소섬유, 유리섬유 및 케블라 섬유와 같은 단일섬유로 강화된 전통적인 섬유강화복합재료의 기계적 물성을 뛰어넘는 초고강도 기계적 물성을 요구하는 수요가 증가됨에 따라 나노복합재료의 특성이 추가된 나노/마이크로 하이브리드 필러를 이용한 복합재료의 개발이 이루어지고 있다. Recently, there is an increasing demand for composite materials requiring extreme physical properties in various fields. Therefore, it is spurring the development of composite materials reinforced with high strength industrial fibers such as carbon fibers. However, as the demand for ultra-high mechanical properties exceeding the mechanical properties of traditional fiber reinforced composites reinforced with single fibers such as carbon fiber, glass fiber and Kevlar fiber increases, the nano / micros are added to the properties of nanocomposites. Development of a composite material using a hybrid filler is being made.
이를 위해 탄소섬유와 같은 마이크로 직경을 가진 섬유계 필러에 나노입자 (카본블랙, 티타늄옥사이드, 나노금속미립자 등)을 섞거나 나노섬유(탄소나노섬유, 탄소나노튜브, 세라믹나노섬유, 금속나노섬유 등) 계통을 섞어주어 기존의 단일 강화 복합재료의 기계적 물성을 크게 상회하는 복합재료의 개발이 이루어지고 있다.To this end, nanoparticles (carbon black, titanium oxide, nanometal fine particles, etc.) are mixed with a fiber-based filler having a micro diameter such as carbon fiber or nanofibers (carbon nanofibers, carbon nanotubes, ceramic nanofibers, metal nanofibers, etc.). The development of composite materials that blends the mechanical system of the existing single reinforced composite materials greatly exceeds the mechanical properties.
하지만 이러한 이종의 필러를 사용한 복합재료의 경우 마이크로와 나노라는 스케일 상의 차이대문에 나노필러의 분산이 용이치가 않아서 이론적으로 계산된 기계적 물성값에 도달하지 못하는 경우가 매아 많다. 때문에 다양한 고분산 나노복합재료에 대한 개발이 수차례 시도되고 있으나, 이러한 방법의 경우 표면처리라는 부가적인 방법이 추가되어야 하므로 경제적으로 비용 상승의 단점을 가진다.However, in the case of the composite material using the heterogeneous filler, the nano-pillars are not easily dispersed due to the difference in scale between micro and nano, and thus, theoretically calculated mechanical properties cannot be reached. Therefore, the development of various highly dispersed nanocomposites has been attempted several times, but in this case, an additional method of surface treatment has to be added, which has the disadvantage of economic cost increase.
따라서 이러한 문제를 근본적으로 해결하기 위한 방법이 마이크로 크기를 가지는 필러소재에 나노크기를 가지는 필러를 코팅하여 하이브리드 하는 방법으로 제조되는 필러소재를 이용한 복합재료의 개발이다.Therefore, a method for fundamentally solving the problem is the development of a composite material using a filler material manufactured by a method of hybridizing a filler having a nano size to a filler material having a micro size.
이러한 방법은 나노필러의 분산을 고려할 필요가 없기 때문에 기존의 방법에 비해 고강도의 물성을 유도할 수 있다. 이러한 소재는 기존의 마이크로 크기의 필러 표면에 바인더 물질을 물리적으로 코팅하고 이에 다시 나노필러를 코팅하는 방법으로 제조된다. 하지만 이러한 방법은 바인더라는 제3의 물질의 사용하기 때문에 계면분리의 문제성을 크게 안고 있으며, 코팅도 물리적으로 이루어지기 때문에 사출성형과 같이 성형시 큰 전단력을 받는 가공법에서는 코팅된 나노필러가 분리되는 문제점을 여전히 가지고 있다. Since this method does not need to consider the dispersion of nanofiller, it can induce higher strength properties than conventional methods. Such a material is manufactured by physically coating a binder material on a surface of a conventional microsized filler and then coating the nanofiller again. However, this method has a large problem of interfacial separation because of the use of a third material called a binder, and the coating is physically performed, so that the coated nanofiller is separated in a processing method that receives a large shear force during molding such as injection molding. I still have
때문에 이러한 물리적 코팅방식의 한계를 극복하는 새로운 마이크로-나노 하이브리드 필러소재의 제조방법이 필요하다. 본 발명에서는 탄소섬유를 기지로 하여 탄소섬유 표면에 탄소나노튜브를 직접 성장시켜 마이크로-나노 하이브리드 필러 제조방법을 개발하였다. 이러한 방법은 물리적 및 화학적으로 탄소섬유(마이크로 필러)와 탄소나노튜브(나노 필러)가 붙어있으며, 바인더 물질을 사용하지 않기 때문에 전단력에 대한 높은 저항을 가지므로 기존에 문제가 되었던 고분산 및 고견착력을 모두 만족하게 된다.Therefore, there is a need for a method of manufacturing a new micro-nano hybrid filler material that overcomes the limitations of the physical coating method. In the present invention, a method for producing a micro-nano hybrid filler was developed by directly growing carbon nanotubes on a carbon fiber surface based on carbon fibers. This method is physically and chemically bonded to carbon fibers (micro fillers) and carbon nanotubes (nano fillers), and because it does not use a binder material, it has a high resistance to shear force and thus has a problem of high dispersion and high adhesion. All will be satisfied.
따라서 이에 본 발명자들은 기존의 탄소섬유를 기반으로 하여 탄소나노튜브의 분산력 및 탄소섬유와의 견착력을 높이기 위해 예의 노력한 결과, 고강도 기계적 물성의 유도가 가능한 탄소나노튜브-탄소섬유 하이브리드 필러의 제조가 가능한 것을 확인하였으며, 이를 이용한 복합재료가 단순 탄소섬유와 탄소나노튜브의 배합으로 만들어지는 복합재료에 비해 높은 물성을 가지는 것을 확인하고, 더불어 전기화학축전기용 전극소재, 수소저장용 전극소재, 이산화탄소 저장소재, 방열용 복합재료, 및 전자파 차폐용 복합재료에도 우수한 성능을 보이는 것을 확인하고 본 발명을 완성시켰다. Therefore, the present inventors have made efforts to increase the dispersion force of carbon nanotubes and adhesion with carbon fibers based on the existing carbon fibers, and as a result, the production of carbon nanotube-carbon fiber hybrid fillers capable of inducing high-strength mechanical properties It is confirmed that the composite material using this material has higher physical properties than the composite material made of the combination of simple carbon fiber and carbon nanotube, and the electrode material for electrochemical capacitor, electrode material for hydrogen storage, and carbon dioxide storage It was confirmed that the material, the heat dissipating composite material, and the electromagnetic wave shielding composite material showed excellent performance, and completed the present invention.
본 발명의 주된 목적은 마이크로 직경을 가지는 탄소섬유 표면에 나노직경을 가지는 탄소나노섬유 또는 튜브를 직접 성장시켜 마이크로-나노 하이브리드 필러를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다. 더불어, 탄소나노튜브-탄소섬유 하이브리드 필러를 통해 고강도 기계적 물성을 가지는 하이브리드 필러 보강 복합재료, 전기화학축전기용 전극, 수소저장용 전극, 이산화탄소 저장소재, 방열용 복합소재, 및 전자파 차폐용 복합소재를 제공한다.It is a main object of the present invention to provide a method for producing a micro-nano hybrid filler by directly growing carbon nanofibers or tubes having a nano diameter on a carbon fiber surface having a micro diameter. In addition, carbon nanotube-carbon fiber hybrid fillers can be used for hybrid filler reinforcement composite materials having high strength mechanical properties, electrochemical capacitor electrodes, hydrogen storage electrodes, carbon dioxide storage materials, heat dissipation composite materials, and electromagnetic shielding composite materials. to provide.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 탄소섬유 표면에 탄소나노튜브를 합성하기 위한 촉매를 전기화학적 방법으로 코팅하고, 이를 다시 후처리한 뒤, 탄소나노튜브를 직접 탄소섬유 표면에 물리/화학적으로 합성하여 본 발명에서 말하는 마이크로-나노 하이브리드 (탄소섬유-탄소나노튜브 하이브리드) 필러의 제조방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention is coated with a catalyst for synthesizing carbon nanotubes on the surface of the carbon fiber by electrochemical method, and after the post-treatment, the carbon nanotubes directly on the surface of the carbon fiber It provides a method for producing a micro-nano hybrid (carbon fiber-carbon nanotube hybrid) filler synthesized in the present invention.
본 발명은 또한 상기 방법에 따라 제조되고, 고강도 복합재료용 필러, 전기화학축전기용 전극소재, 수소저장용 전극소재, 이산화탄소 저장소재, 방열 복합재용 필러소재, 및 전자파 차폐용 필러소재로 제공된다.The present invention is also prepared according to the above method, and is provided as a filler for a high strength composite material, an electrode material for electrochemical capacitors, an electrode material for hydrogen storage, a carbon dioxide storage material, a filler material for a heat dissipating composite, and a filler material for electromagnetic shielding.
본 발명은 종래 상용화된 단일 탄소섬유 복합재, 단일 탄소나노튜브 복합재, 및 탄소나노튜브/탄소섬유 단순복합 복합재에 비해 높은 기계적 강도를 제공하는 효과가 있다.The present invention has the effect of providing a high mechanical strength compared to the conventional commercialized single carbon fiber composite, single carbon nanotube composite, and carbon nanotube / carbon fiber simple composite composite.
또한 전기화학축전기용 전극소재, 수소저장용 전극소재, 이산화탄소 저장소재, 전자파 차폐소재, 방열용 필러소재 등으로 높은 성능을 제공하는 효과가 있다.In addition, there is an effect of providing a high performance as an electrode material for electrochemical capacitors, electrode material for hydrogen storage, carbon dioxide storage material, electromagnetic shielding material, heat radiation filler material.
본 발명에 따라 제조된 탄소나노튜브-탄소섬유 하이브리드 필러는 고강도 기계적 물성을 가지는 복합재료에 유용하게 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 각종 에너지저장 및 흡수용 복합재의 필러로서 유용하게 사용될 수 있는 효과를 갖는다. 따라서, 상기 제조된 탄소나노튜브-탄소섬유 하이브리드 필러는 고압/상온 수소저장용 저장매체, 기체상 이산화탄소 저장매체, 전기화학축전기용 음극 및 양극소재, 방열 복합재용 필러소재, 전자파 차폐 복합재료용 필러소재 및 배기가지 정화용 촉매 담지체 등 여러 분야에 으용이 가능한 고 부가가치가 창출될 것으로 기대된다.The carbon nanotube-carbon fiber hybrid filler prepared according to the present invention may not only be useful for a composite material having high strength mechanical properties, but also may be useful as a filler for various energy storage and absorption composite materials. Therefore, the prepared carbon nanotube-carbon fiber hybrid filler is a storage medium for high pressure / room temperature hydrogen storage, a gaseous carbon dioxide storage medium, a cathode and an anode material for an electrochemical capacitor, a filler material for a heat dissipating composite, a filler for an electromagnetic shielding composite material It is expected to create high added value that can be applied to various fields such as catalyst carrier for material and exhaust branch purification.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 필러의 제조 단계
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 필러의 실시예 별 SEM 사진; (c) 실시예 3, (d) 실시예 3의 확대, (e) 실시예 4, (f) 실시예 4의 확대, (g) 실시예 5, (h) 실시예 5의 확대
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 필러의 TEM 사진; (a) 탄소나노튜브층의 TEM 사진, (b) (a)의 일부 확대사진으로 튜브 형태 관찰
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 필러를 이용한 복합재 제조시 단순배합필러 대비 물성증대 원리1 is a step of manufacturing a hybrid filler according to the present invention
2 is a SEM photograph of an embodiment of a hybrid filler according to the present invention; (c) Example 3, (d) Enlargement of Example 3, (e) Example 4, (f) Enlargement of Example 4, (g) Example 5, (h) Enlargement of Example 5
3 is a TEM picture of a hybrid filler according to the present invention; (a) TEM image of carbon nanotube layer, (b) Partial magnification of (a) to observe tube shape
Figure 4 is a principle of increasing physical properties compared to a simple compound filler when manufacturing a composite material using a hybrid filler according to the present invention
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 마이크로 직경의 탄소섬유 표면에 나노 크기의 탄소나노튜브를 직접 성장시킨 하이브리드 필러로서, 고성능 복합재용 필러소재, 전기화학축전기용 전극소재, 수소 저장매체, 이산화탄소 저장매체, 방열 복합재용 필러소재, 전자파 차폐 복합재용 필러소재의 제조방법을 제공한다.The present invention is a hybrid filler in which nano-sized carbon nanotubes are directly grown on a surface of a micro diameter carbon fiber, and include a filler material for a high performance composite, an electrode material for an electrochemical capacitor, a hydrogen storage medium, a carbon dioxide storage medium, and a filler material for a heat dissipating composite. It provides a method for producing a filler material for electromagnetic wave shielding composite material.
구체적으로, 본 발명은 (1) 탄소섬유를 증류수에 넣고 수 차폐 세척하고; (2) 상기 준비된 탄소섬유를 상온에서 산처리 하여 표면의 이물질을 제거하고; (3) 산처리된 탄소섬유를 금속촉매 코팅처리하고; (4) 금속 촉매 코팅처리된 탄소섬유를 튜브형 퍼니스에서 질소(N2) 분위기 하이에서 열처리하고; (5) 이렇게 열처리된 탄소섬유를 튜브형 퍼니스에서 아르곤(Ar) 분위기 하에서 탄화수소 기체를 합성가스로 하여 탄소나노튜브를 합성시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이들 각 단계에 대한 상세한 설명은 다음과 같다.Specifically, the present invention (1) the carbon fiber in distilled water and the water shielding wash; (2) acid-treated the prepared carbon fiber at room temperature to remove foreign substances on the surface; (3) metal catalyst coating the acid treated carbon fiber; (4) heat treating the metal catalyst coated carbon fiber at high nitrogen (N 2) atmosphere in a tubular furnace; (5) characterized in that it comprises the step of synthesizing carbon nanotubes by using the heat-treated carbon fiber in a tubular furnace under a argon (Ar) atmosphere as a hydrocarbon gas as a synthesis gas. A detailed description of each of these steps follows.
본 발명에 있어서, 탄소섬유는 폴리아크릴로나이트릴(PAN) 및 핏치(Pitch)계 섬유를 사용하는 것이 바람직하며, 탄소섬유의 tow 수는 모든 종류 가능하다. 금속촉매 코팅에 앞서 탄소섬유는 증류수에서 3회 이상, 3M 이상의 질산(HNO3), 염산(HCl) 또는 황산(H2SO4) 용액에서 30분 이상 전처리하여 표면에 이물질을 완전하게 제거하는 것이 좋다.In the present invention, it is preferable to use polyacrylonitrile (PAN) and pitch-based fibers as the carbon fibers, and the tow number of the carbon fibers can be any kind. Prior to coating the metal catalyst, carbon fiber is preferably treated at least three times in distilled water, at least 3M in nitric acid (HNO 3), hydrochloric acid (HCl) or sulfuric acid (
산처리된 탄소섬유는 다시 에탄올을 이용하여 12 내지 24 시간 교반하는 것을 3회 이상 반복하는 것이 바람직하며, 세척된 탄소섬유는 80℃ 이상에서 6~24시간, 바람직하게는 12시간 동안 완전히 건조시키는 것이 바람직하다.Acid-treated carbon fiber is preferably repeated three or more times stirring 12 to 24 hours using ethanol again, the washed carbon fiber is completely dried for 6 to 24 hours, preferably 12 hours at 80 ℃ or more It is preferable.
상기 산처리 및 세척과정은 탄소섬유에 존재하는 비정질 탄소 및 사이징 고분자 등을 완전히 제거하기 위한 것이며, 과다한 산처리는 탄소섬유 자체의 구조를 붕괴시킬 수 있으므로 바람직하지 않다.The acid treatment and washing process is to completely remove the amorphous carbon and the sizing polymer and the like present in the carbon fiber, excessive acid treatment is not preferable because it can disrupt the structure of the carbon fiber itself.
탄소섬유의 금속촉매 코팅은 철(Fe), 구리(Cu), 니켈(Ni), 은(Ag) 및 주석(Sn) 등 다양한 금속이 가능하다. 하지만 탄소나노튜브의 합성을 정밀하게 컨트롤하기 위해서는 니켈(Ni)을 이용하는 것이 바람직하다. 하지만 본 발명의 범위를 니켈에 한정짓는 것은 아니다.Metal catalyst coating of the carbon fiber may be a variety of metals, such as iron (Fe), copper (Cu), nickel (Ni), silver (Ag) and tin (Sn). However, in order to precisely control the synthesis of carbon nanotubes, it is preferable to use nickel (Ni). However, the scope of the present invention is not limited to nickel.
탄소섬유의 금속촉매 코팅은 전기적 또는 화학적 방법 모두 동일하게 가능하다. 전기적 방법을 사용할 경우 전류밀도는 낮을수록 바람직하다. 이는 전류밀도가 높을 경우 코팅되는 금속의 입자가 커져 탄소나노튜브 합성에 참여하지 않게 되기 때문이다. 바람직한 전류밀도는 0.1 A/m2에서 5A/m2 이다. 전기적 금속촉매 코팅법은 탄소섬유를 음극으로 하고 코팅하고자 하는 금속판을 양극으로 하여 동일한 금속염을 전해질로 한뒤 전류밀도를 고정하고 시간의 변수로 코팅을 진행한다. 이때 도금시간이 증가될수록 코팅되는 금속의 양이 증가된다. 금속의 양은 탄소나노튜브 합성에 적당하도록 1.0 wt.%에서 20 wt.% 정도가 바람직하다. 이는 너무 적은양은 탄소나노튜브 합성량이 너무 적어서 본 발명의 목적에 부합되지 않으며, 너무 많은 양이 코팅되면, 탄소나노튜브의 합성이 과다하게 되어 탄소나노튜브 층이 박리되어 탄소나노튜브-탄소섬유간 견착력의 감소로 이어질 수 있다. Metal catalyst coating of carbon fibers is equally possible in both electrical and chemical ways. When using an electrical method, the lower the current density is, the better. This is because when the current density is high, the particles of the coated metal become larger and do not participate in the synthesis of carbon nanotubes. Preferred current densities are 5 A /
한편, 금속촉매의 입자경은 탄소나노튜브의 합성에 용이하도록 1 nm에서 10 nm 정도가 바람직하다. 이는 너무 작은 입자의 경우 탄소나노튜브의 합성에 방해를 주며, 너무 입자경이 클 경우 나노튜브 자체의 합성이 이루어지지 않는다.On the other hand, the particle diameter of the metal catalyst is preferably about 1 nm to 10 nm to facilitate the synthesis of carbon nanotubes. This hinders the synthesis of carbon nanotubes in the case of too small particles, and the nanotubes themselves are not synthesized in too large particle diameters.
화학적 방법을 통한 방법의 경우 NiP, NiB등의 형태로 주로 금속코팅층이 형성된다. 이때 P 및 B와 같은 착화제 역할의 양을 최소화 시키는 것이 바람직하다. 화학적 방법을 통한 금속촉매의 경우에도 도금조건에 관계없이 니켈입자의 크기는 1 nm에서 10 nm 사이가 바람직하며, 총 금속촉매량은 1.0 wt.%에서 20 wt.% 정도가 바람직하다.In the case of the chemical method, the metal coating layer is mainly formed in the form of NiP or NiB. At this time, it is desirable to minimize the amount of complexing agent such as P and B. In the case of the metal catalyst through the chemical method, regardless of the plating conditions, the size of the nickel particles is preferably between 1 nm and 10 nm, and the total metal catalyst amount is preferably 1.0 wt.% To 20 wt.%.
금속촉매 코팅후 열처리 과정은 금속코팅 층 내에 잔류해 있는 이물질의 제거 및 표면의 산화층을 최소화 하는데 매우 중요한 역할을 하기 때문에 반드시 진행하는 것이 바람직하다. 열처리는 전기적 및 화학적으로 금속이 코팅된 탄소섬유 모두에서 동일하게 질소(N2) 분위기 하에서 하는 것이 바람직하다. 처리시간은 30분 내지 2시간 정도가 바람직하며, 처리온도는 섭씨 150도 내지 400도 정도가 바람직 하다. 이는 너무 낮거나 짧은 열처리 조건에서는 금속촉매층의 이물질이 쉽게 제거되지 않으며 너무 높거나 오랜 열처리 조건은 금속촉매층의 금속이 서로 합쳐지는 현상이 발생하여 탄소나노튜브 합성에 부정적 영향을 미치기 때문이다. 한편 질소분위기의 유량은 50 cc/min 이상의 조건에서 진행하는 것이 바람직하다. 이는 충분하게 튜브 퍼니스 내부를 충전할 수 있는 조건이 형성되기 때문이다.Since the heat treatment process after the metal catalyst coating plays a very important role in removing the foreign matter remaining in the metal coating layer and minimizing the oxide layer on the surface, it is preferable to proceed. The heat treatment is preferably carried out under the same nitrogen (N 2) atmosphere in both the electrically and chemically coated carbon fibers. The treatment time is preferably about 30 minutes to 2 hours, and the treatment temperature is preferably about 150 to 400 degrees Celsius. This is because foreign matters of the metal catalyst layer are not easily removed under too low or too short heat treatment conditions, and too high or long heat treatment conditions have a negative effect on the synthesis of carbon nanotubes because the metals of the metal catalyst layers merge with each other. On the other hand, the flow rate of the nitrogen atmosphere is preferably carried out at 50 cc / min or more conditions. This is because a condition is formed to sufficiently fill the inside of the tube furnace.
금속처리 후 탄소나노튜브 합성을 위해 열처리된 금속코팅 탄소섬유를 일정량 튜브 퍼니스 안에 넣고 아르곤(Ar) 분위기를 상온에서 유지시킨다. 온도를 탄소나노튜브 합성 온도까지 상승시킨 후 아르곤의 공급을 끊고 합성가스인 탄화수소 가스를 흘려준다. 반응시간은 탄소나노튜브가 합성되기에 충분한 시간을 준다. 탄소나노튜브 합성을 위한 반응온도는 섭시 650도 내지 1200도 정도가 바람직하다. 아르곤 가스 투입량은 50 cc/min 내지 2 L/min 정도가 바람직하다. 반응시간은 0.5분 내지 10분 정도가 바람직하다. 탄화수소의 종류로는 메탄(CH4), 에틸렌(C2H4) 가스 등이 바람직하지만 이 두 가지에 한정짓는 것은 아니다. 반응가스의 투입량은 500 cc/min 내지 5 L/min 정도가 바람직하다.The metal-coated carbon fiber heat-treated for the synthesis of carbon nanotubes after the metal treatment is placed in a predetermined amount of the tube furnace to maintain an argon (Ar) atmosphere at room temperature. After raising the temperature to the carbon nanotube synthesis temperature, the supply of argon was cut off and the hydrocarbon gas, which is a synthesis gas, was flown. The reaction time gives sufficient time for the carbon nanotubes to be synthesized. The reaction temperature for the synthesis of carbon nanotubes is preferably about 650 to 1200 degrees Celsius. Argon gas input amount is preferably about 50 cc / min to 2 L / min. The reaction time is preferably about 0.5 to 10 minutes. Preferred types of hydrocarbons include methane (CH4) and ethylene (C2H4) gas, but the present invention is not limited to these two types. The injection amount of the reaction gas is preferably about 500 cc / min to about 5 L / min.
본 발명은 상기에 방법에 따라 제조된 탄소섬유-탄소나노튜브 하이브리드 필러를 이용하여 복합재료를 제조하였을 경우 동일량의 탄소섬유 및 탄소나노튜브를 단순배합으로 제조한 복합재료에 비해 5% 내지 20% 이상 높은 기계적 물성을 가지는 것을 특징으로 한다. 또한 수소저장용 소재로 적용하였을 경우 상온/100기압의 측정조건에서 0.5 wt.% 내지 3 wt.%의 수소저장량을 가지는 것을 특징으로 한다. 이산화탄소의 저장에 있어서는 상온/30기압의 조건에서 5 wt.% 내지 30 wt.%의 저장량을 나타내는 것을 특징으로 한다. 또한 전기화학축전기용 전극소재로 활용될 경우 5 F/g 내지 100 F/g의 충전량을 나타낸 것을 특징으로 한다. 방열용 소재로 활용되었을 경우 에폭시 기지에 50 wt.%로 충진하였을 경우 3 W/mK 내지 20 W/mK의 방열수치를 나타내는 것을 특징으로 한다. 전자파 차폐용 복합재의 필러로 적용되었을 경우 폴리프로필렌 기지를 바탕으로 30 wt.% 충진되었을 경우 10 dB 내지 40 dB의 전자파 차폐율을 나타내는 것을 특징으로 한다.When the composite material is prepared using the carbon fiber-carbon nanotube hybrid filler prepared according to the above method, 5% to 20% compared to the composite material prepared by the simple compound of the same amount of carbon fiber and carbon nanotubes. It is characterized by having higher mechanical properties than%. In addition, when applied as a material for storing hydrogen, it has a hydrogen storage amount of 0.5 wt.% To 3 wt.% Under the measurement conditions of room temperature / 100 atm. In the storage of carbon dioxide, it is characterized by a storage amount of 5 wt.% To 30 wt.% Under the conditions of room temperature / 30 atmospheres. In addition, when used as an electrode material for an electrochemical capacitor, it characterized in that the filling amount of 5 F / g to 100 F / g. When used as a heat dissipation material when the epoxy base is filled in 50 wt.% Characterized in that the heat dissipation value of 3 W / mK to 20 W / mK. When applied as a filler of the electromagnetic wave shielding composite, it is characterized by exhibiting an electromagnetic shielding rate of 10 dB to 40 dB when 30 wt.% Is filled based on the polypropylene matrix.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these examples are for illustrative purposes only and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these examples.
측정예 1. 탄소섬유 금속촉매 코팅량 분석Measurement Example 1. Analysis of coating amount of carbon fiber metal catalyst
제조된 금속촉매가 코팅된 탄소섬유의 금속 코팅량을 분석하기 위해 AAS(atomic absorption spectrophotometry)를 통해 탄소섬유 무게 대비 금속무게로 구하였으며, 표기는 wt.%로 나타내었다.In order to analyze the metal coating amount of the carbon fiber coated with the prepared metal catalyst, it was calculated as the metal weight to carbon fiber weight by AAS (atomic absorption spectrophotometry), and the notation was expressed as wt.%.
측정예 2. 탄소섬유 금속촉매 크기 분석Measurement Example 2 Carbon Fiber Metal Catalyst Size Analysis
제조된 금속촉매가 코팅된 탄소섬유의 금속 입자의 크기를 분석하기 위해 wide-angle X-선 회절분석을 하였으며, source로 CuK를 장착한 Rigaku Model D/Max-III B 분석장비를 이용하여 스캔범위 5 내지 80o 및 스캔속도 4 o/min로 측정하였다. 또한, 획득한 X-선 회절분석을 통해 Scherrer equation을 이용하여 입자의 크기를 분석하였다.Wide-angle X-ray diffraction analysis was performed to analyze the size of metal particles of the prepared carbon-coated carbon fiber, and the scan range using Rigaku Model D / Max-III B analysis equipment equipped with CuK 5 to 80o and scan rate 4o / min. In addition, the particle size was analyzed using the Scherrer equation through the obtained X-ray diffraction analysis.
측정예 3. 탄소섬유에 코팅된 탄소나노튜브의 무게Measurement Example 3 Weight of Carbon Nanotubes Coated on Carbon Fiber
탄소섬유에 직접 성장된 탄소나노튜브의 무게를 측정하기 위해 금속촉매가 코팅된 탄소섬유의 무게 대비 탄소나노튜브 코팅후 하이브리드 필러의 무게를 정밀 측정하여 탄소나노튜브의 무게를 측정하였다.In order to measure the weight of the carbon nanotubes grown directly on the carbon fibers, the weight of the carbon nanotubes was measured by precisely measuring the weight of the hybrid filler after coating the carbon nanotubes with respect to the weight of the carbon fibers coated with the metal catalyst.
측정예 4. 하이브리드 필러를 이용한 복합재료의 기계적 강도 측정Measurement Example 4 Measurement of Mechanical Strength of Composite Material Using Hybrid Filler
제조된 하이브리드 필러를 50% (volume fraction) 포함하는 에폭시 수지 복합재료를 제조하여 만능시험기(UTM)을 이용하여 3점 굴곡테스트를 실시하였다. Cross-head-speed는 2 mm/min으로 하였고 샘플의 크기는 폭 5 mm, 길이 50 mm, 두게 5 mm로 하여 총 10개의 샘플을 제조하여 그 평균값을 취하였다.An epoxy resin composite material containing 50% (volume fraction) of the prepared hybrid filler was prepared, and a three-point bending test was performed using a universal testing machine (UTM). The cross-head-speed was 2 mm / min and the sample size was 5 mm in width, 50 mm in length, and 5 mm in thickness. A total of 10 samples were prepared and the average value was taken.
측정예 5. 하이브리드 필러의 수소저장양 측정Measurement Example 5 Determination of Hydrogen Storage of Hybrid Filler
제조된 하이브리드 필러의 수소저장양 측정을 위해, 각 시료를 373K에서 잔류 압력을 10-3 torr 이하로 유지하면서 6시간 동안 탈기시킨 후, BEL-HP(BEL Japan)을 이용하여 298K, 100 기압 조건에서 수소저장량을 측정하였다. 수소저장측정방식은 step-by-step 방식을 사용하였으며, 1회 평균 시료량은 0.1 g 으로 하였다.In order to measure the hydrogen storage amount of the prepared hybrid filler, each sample was degassed for 6 hours while maintaining the residual pressure at 10-3 torr or less at 373K, and then 298K and 100 atm conditions using BEL-HP (BEL Japan). The hydrogen storage amount was measured at. The hydrogen storage measurement method was a step-by-step method, and the average amount of samples was 0.1 g.
측정예 6. 하이브리드 필러의 이산화탄소 저장량 측정Measurement Example 6. Measurement of Carbon Dioxide Storage of Hybrid Filler
제조된 하이브리드 필러의 이산화탄소 저장양 측정을 위해, 각 시료를 373K에서 잔류 압력을 10-3 torr 이하로 유지하면서 6시간 동안 탈기시킨 후, BEL-HP(BEL Japan)을 이용하여 298K, 30 기압 조건에서 이산화탄소 저장량을 측정하였다. 수소저장측정방식은 step-by-step 방식을 사용하였으며, 1회 평균 시료량은 0.1 g 으로 하였다.In order to measure the carbon dioxide storage amount of the prepared hybrid filler, each sample was degassed for 6 hours while maintaining the residual pressure at 10-3 torr or less at 373K, and then 298K and 30 atm conditions using BEL-HP (BEL Japan). Carbon dioxide storage was measured at. The hydrogen storage measurement method was a step-by-step method, and the average amount of samples was 0.1 g.
측정예 7. 하이브리드 필러의 전기화학축전기 전극테스트Measurement Example 7 Electrochemical Capacitor Electrode Test of Hybrid Filler
제조된 하이브리드 필러의 이용하여 전기화학축전기 전극테스트를 실시하여 위하여 하이브리드 필러를 알루미늄 호일에 코팅하여 전극을 만들고 100 mV의 조건에서 Cyclic Voltameter 데이터를 확보한 뒤, 내부면적을 충전용량으로 잡고 전극으로 제조한 하이브리드 필러소재의 단위 무게당 충전량을 구하였다.In order to conduct the electrochemical capacitor electrode test using the manufactured hybrid filler, the hybrid filler was coated on aluminum foil to make an electrode, and after obtaining the Cyclic Voltameter data under the condition of 100 mV, the internal area was set as a charging capacity and manufactured as an electrode. The filling amount per unit weight of one hybrid filler material was obtained.
측정예 8. 하이브리드 필러를 이용한 방열특성 평가Measurement Example 8 Evaluation of Heat Dissipation Characteristics Using Hybrid Filler
제조된 하이브리드 필러의 이용한 복합재료의 방열특성을 평가하기 위해 에폭시 수지를 이용하여 하이브리드 필러를 50 wt.% 배합하여 복합재료를 제조하였다. 제조된 샘플은 두게 1 mm 직경 10 mm의 원판형으로 가공하였고, 이를 hot-wire 방식의 방열테스트 장비를 이용하여 분석하였다.In order to evaluate the heat dissipation characteristics of the composite material using the prepared hybrid filler, a composite material was prepared by mixing 50 wt.% Of the hybrid filler using an epoxy resin. The prepared sample was processed into a disk shape of 1 mm diameter 10 mm thick, which was analyzed using a hot-wire heat radiation test equipment.
측정예 9. 하이브리드 필러를 이용한 전자파 차폐 특성 평가Measurement Example 9 Evaluation of Electromagnetic Shielding Characteristics Using Hybrid Filler
제조된 하이브리드 필러의 하여 전자파 차폐 특성을 판단하기 위해 폴리프로필렌 수지를 이용하여 30 wt.%의 하이브리드필러를 포함하는 복합재료를 제조하였다. 제조된 복합재료는 두게 1 mm 직경 150 mm의 원판으로 가공하였으며, 이를 vector형 전자파 차폐측정 장비를 이용하여 S12 방식으로 반사율과 흡수율을 동시에 분석하여 그 합을 전자파 차폐값으로 구하였다.In order to determine the electromagnetic shielding characteristics of the prepared hybrid filler, a composite material including 30 wt.% Of a hybrid filler was manufactured using a polypropylene resin. The fabricated composite material was processed into a disk with a diameter of 1 mm and a diameter of 150 mm, and the reflectance and absorptance were simultaneously analyzed by S12 method using a vector type electromagnetic shielding measuring instrument and the sum was obtained as the electromagnetic shielding value.
탄소섬유 1g을 상온에서 증류수로 3회 세척하고 이를 질산 3M 용액에서 30분간 침적시킨 뒤 다시 증류수에 12시간 교반하여 완전히 세척시킨 후 섭씨 80도의 온도에서 12시간동안 완전 건조시켰다.1 g of carbon fiber was washed three times with distilled water at room temperature, which was then immersed in 3M nitric acid solution for 30 minutes, and then thoroughly washed with distilled water for 12 hours, followed by complete drying at a temperature of 80 degrees Celsius for 12 hours.
건조된 탄소섬유는 전기적 방법으로 금속촉매 코팅을 다음과 같은 방법으로 진행하였다. 전해질로는 NiCl2 1M 및 NiSO4 3M 용액의 1:1로 혼합한 용액을 사용하였으며 이때 pH는 3.0 온도는 섭씨 25도로 하였다. 전류밀도는 1 A/m2으로 고정하였으나, 이 전류밀도가 본 발명을 한정짓지는 않는다. 코팅시간에 변화를 주어 Ni 코팅량이 1.0 wt.%가 될 때까지 코팅을 진행하였다. 상기와 같이 금속이 코팅된 탄소섬유는 다시 증류수에서 1~2회 세척하여 120℃에서 12시간 이상 완전 건조시켰다. The dried carbon fiber was subjected to a metal catalyst coating by an electrical method as follows. As a electrolyte, a solution of 1: 1 mixed of
금속이 코팅된 탄소섬유를 다시 섭씨 250도의 튜브 퍼니스에서 질소분위기 하에서 1시간동안 열처리하였다. 이때 평균 금속입자경은 2 nm 정도 였다. 열처리된 금속 코팅 탄소섬유는 아르곤 분위기 하에서 에틸렌 가스를 이용하여 탄소나노튜브를 직접 합성하였으며, 합성온도는 섭씨 900도에서 진행하였으나 이 온도가 본 발명을 한정짓지는 않는다. 총 합성된 탄소나노튜브의 양이 탄소섬유 무게에 대비하여 0.5 wt.%가 될 때가지 합성시간을 조절하였다.The metal-coated carbon fiber was further heat-treated for 1 hour under nitrogen atmosphere in a tube furnace at 250 degrees Celsius. At this time, the average metal particle diameter was about 2 nm. The heat-treated metal-coated carbon fiber was directly synthesized carbon nanotubes using ethylene gas in an argon atmosphere, the synthesis temperature proceeded at 900 degrees Celsius, but this temperature does not limit the present invention. The synthesis time was adjusted until the total amount of synthesized carbon nanotubes became 0.5 wt.% Relative to the carbon fiber weight.
탄소섬유 1g을 상온에서 증류수로 3회 세척하고 이를 질산 3M 용액에서 30분간 침적시킨 뒤 다시 증류수에 12시간 교반하여 완전히 세척시킨 후 섭씨 80도의 온도에서 12시간동안 완전 건조시켰다.1 g of carbon fiber was washed three times with distilled water at room temperature, which was then immersed in 3M nitric acid solution for 30 minutes, and then thoroughly washed with distilled water for 12 hours, followed by complete drying at a temperature of 80 degrees Celsius for 12 hours.
건조된 탄소섬유는 화학적 방법으로 금속촉매 코팅을 다음과 같은 방법으로 진행하였다. 코팅조는 NiCl2 0.5M, NiSO4 0.5M, Sodium borohydride 0.01M로 이루어졌으며, 공정온도는 pH 7.0, 온도 섭씨 60도 고정하였으나 이 조건이 본 발명을 한정짓지는 않는다. 코팅시간에 변화를 주어 Ni 코팅량이 1.0 wt.%가 될 때까지 코팅을 진행하였다. 상기와 같이 금속이 코팅된 탄소섬유는 다시 증류수에서 1~2회 세척하여 120℃에서 12시간 이상 완전 건조시켰다. The dried carbon fiber was chemically coated with a metal catalyst in the following manner. The coating bath was made of NiCl2 0.5M, NiSO4 0.5M, Sodium borohydride 0.01M, the process temperature is fixed at pH 7.0, 60 degrees Celsius, but this condition does not limit the present invention. The coating time was changed to change the coating time until the Ni coating amount was 1.0 wt.%. Metal-coated carbon fiber as described above was again washed 1-2 times in distilled water and completely dried at 120 ℃ over 12 hours.
금속이 코팅된 탄소섬유를 다시 섭씨 250도의 튜브 퍼니스에서 질소분위기 하에서 1시간동안 열처리하였다. 이때 평균 금속입자경은 2 nm 정도 였다. 열처리된 금속 코팅 탄소섬유는 아르곤 분위기 하에서 에틸렌 가스를 이용하여 탄소나노튜브를 직접 합성하였으며, 합성온도는 섭씨 900도에서 진행하였으나 이 온도가 본 발명을 한정짓지는 않는다. 총 합성된 탄소나노튜브의 양이 탄소섬유 무게에 대비하여 0.5 wt.%가 될 때가지 합성시간을 조절하였다.The metal-coated carbon fiber was further heat-treated for 1 hour under nitrogen atmosphere in a tube furnace at 250 degrees Celsius. At this time, the average metal particle diameter was about 2 nm. The heat-treated metal-coated carbon fiber was directly synthesized carbon nanotubes using ethylene gas in an argon atmosphere, the synthesis temperature proceeded at 900 degrees Celsius, but this temperature does not limit the present invention. The synthesis time was adjusted until the total amount of synthesized carbon nanotubes became 0.5 wt.% Relative to the carbon fiber weight.
탄소섬유 1g을 상온에서 증류수로 3회 세척하고 이를 질산 3M 용액에서 30분간 침적시킨 뒤 다시 증류수에 12시간 교반하여 완전히 세척시킨 후 섭씨 80도의 온도에서 12시간동안 완전 건조시켰다.1 g of carbon fiber was washed three times with distilled water at room temperature, which was then immersed in 3M nitric acid solution for 30 minutes, and then thoroughly washed with distilled water for 12 hours, followed by complete drying at a temperature of 80 degrees Celsius for 12 hours.
건조된 탄소섬유는 전기적 방법으로 금속촉매 코팅을 다음과 같은 방법으로 진행하였다. 전해질로는 NiCl2 1M 및 NiSO4 3M 용액의 1:1로 혼합한 용액을 사용하였으며 이때 pH는 3.0 온도는 섭씨 25도로 하였다. 전류밀도는 1 A/m2으로 고정하였으나, 이 전류밀도가 본 발명을 한정짓지는 않는다. 코팅시간에 변화를 주어 Ni 코팅량이 5.0 wt.%가 될 때까지 코팅을 진행하였다. 상기와 같이 금속이 코팅된 탄소섬유는 다시 증류수에서 1~2회 세척하여 120℃에서 12시간 이상 완전 건조시켰다.The dried carbon fiber was subjected to a metal catalyst coating by an electrical method as follows. As a electrolyte, a solution of 1: 1 mixed of
금속이 코팅된 탄소섬유를 다시 섭씨 250도의 튜브 퍼니스에서 질소분위기 하에서 1시간동안 열처리하였다. 이때 평균 금속입자경은 5 nm 정도 였다. 열처리된 금속 코팅 탄소섬유는 아르곤 분위기 하에서 에틸렌 가스를 이용하여 탄소나노튜브를 직접 합성하였으며, 합성온도는 섭씨 900도에서 진행하였으나 이 온도가 본 발명을 한정짓지는 않는다. 총 합성된 탄소나노튜브의 양이 탄소섬유 무게에 대비하여 2.0 wt.%가 될 때가지 합성시간을 조절하였다.The metal-coated carbon fiber was further heat-treated for 1 hour under nitrogen atmosphere in a tube furnace at 250 degrees Celsius. At this time, the average metal particle diameter was about 5 nm. The heat-treated metal-coated carbon fiber was directly synthesized carbon nanotubes using ethylene gas in an argon atmosphere, the synthesis temperature proceeded at 900 degrees Celsius, but this temperature does not limit the present invention. The synthesis time was controlled until the total amount of synthesized carbon nanotubes became 2.0 wt.% Relative to the carbon fiber weight.
탄소섬유 1g을 상온에서 증류수로 3회 세척하고 이를 질산 3M 용액에서 30분간 침적시킨 뒤 다시 증류수에 12시간 교반하여 완전히 세척시킨 후 섭씨 80도의 온도에서 12시간동안 완전 건조시켰다.1 g of carbon fiber was washed three times with distilled water at room temperature, which was then immersed in 3M nitric acid solution for 30 minutes, and then thoroughly washed with distilled water for 12 hours, followed by complete drying at a temperature of 80 degrees Celsius for 12 hours.
건조된 탄소섬유는 화학적 방법으로 금속촉매 코팅을 다음과 같은 방법으로 진행하였다. 코팅조는 NiCl2 0.5M, NiSO4 0.5M, Sodium borohydride 0.01M로 이루어졌으며, 공정온도는 pH 7.0, 온도 섭씨 60도 고정하였으나 이 조건이 본 발명을 한정짓지는 않는다. 코팅시간에 변화를 주어 Ni 코팅량이 10.0 wt.%가 될 때까지 코팅을 진행하였다. 상기와 같이 금속이 코팅된 탄소섬유는 다시 증류수에서 1~2회 세척하여 120℃에서 12시간 이상 완전 건조시켰다.The dried carbon fiber was chemically coated with a metal catalyst in the following manner. The coating bath was made of NiCl2 0.5M, NiSO4 0.5M, Sodium borohydride 0.01M, the process temperature is fixed at pH 7.0, 60 degrees Celsius, but this condition does not limit the present invention. The coating time was changed until the coating time was changed to 10.0 wt.%. Metal-coated carbon fiber as described above was again washed 1-2 times in distilled water and completely dried at 120 ℃ over 12 hours.
금속이 코팅된 탄소섬유를 다시 섭씨 250도의 튜브 퍼니스에서 질소분위기 하에서 1시간동안 열처리하였다. 이때 평균 금속입자경은 6 nm 정도 였다. 열처리된 금속 코팅 탄소섬유는 아르곤 분위기 하에서 에틸렌 가스를 이용하여 탄소나노튜브를 직접 합성하였으며, 합성온도는 섭씨 900도에서 진행하였으나 이 온도가 본 발명을 한정짓지는 않는다. 총 합성된 탄소나노튜브의 양이 탄소섬유 무게에 대비하여 3.5 wt.%가 될 때가지 합성시간을 조절하였다.The metal-coated carbon fiber was further heat-treated for 1 hour under nitrogen atmosphere in a tube furnace at 250 degrees Celsius. At this time, the average metal particle diameter was about 6 nm. The heat-treated metal-coated carbon fiber was directly synthesized carbon nanotubes using ethylene gas in an argon atmosphere, the synthesis temperature proceeded at 900 degrees Celsius, but this temperature does not limit the present invention. The synthesis time was adjusted until the total amount of synthesized carbon nanotubes was 3.5 wt.% Relative to the weight of the carbon fiber.
탄소섬유 1g을 상온에서 증류수로 3회 세척하고 이를 질산 3M 용액에서 30분간 침적시킨 뒤 다시 증류수에 12시간 교반하여 완전히 세척시킨 후 섭씨 80도의 온도에서 12시간동안 완전 건조시켰다.1 g of carbon fiber was washed three times with distilled water at room temperature, which was then immersed in 3M nitric acid solution for 30 minutes, and then thoroughly washed with distilled water for 12 hours, followed by complete drying at a temperature of 80 degrees Celsius for 12 hours.
건조된 탄소섬유는 전기적 방법으로 금속촉매 코팅을 다음과 같은 방법으로 진행하였다. 전해질로는 NiCl2 1M 및 NiSO4 3M 용액의 1:1로 혼합한 용액을 사용하였으며 이때 pH는 3.0 온도는 섭씨 25도로 하였다. 전류밀도는 1 A/m2으로 고정하였으나, 이 전류밀도가 본 발명을 한정짓지는 않는다. 코팅시간에 변화를 주어 Ni 코팅량이 20 wt.%가 될 때까지 코팅을 진행하였다. 상기와 같이 금속이 코팅된 탄소섬유는 다시 증류수에서 1~2회 세척하여 120℃에서 12시간 이상 완전 건조시켰다.The dried carbon fiber was subjected to a metal catalyst coating by an electrical method as follows. As a electrolyte, a solution of 1: 1 mixed of
금속이 코팅된 탄소섬유를 다시 섭씨 250도의 튜브 퍼니스에서 질소분위기 하에서 1시간동안 열처리하였다. 이때 평균 금속입자경은 7 nm 정도 였다. 열처리된 금속 코팅 탄소섬유는 아르곤 분위기 하에서 에틸렌 가스를 이용하여 탄소나노튜브를 직접 합성하였으며, 합성온도는 섭씨 900도에서 진행하였으나 이 온도가 본 발명을 한정짓지는 않는다. 총 합성된 탄소나노튜브의 양이 탄소섬유 무게에 대비하여 10.0 wt.%가 될 때가지 합성시간을 조절하였다.The metal-coated carbon fiber was further heat-treated for 1 hour under nitrogen atmosphere in a tube furnace at 250 degrees Celsius. At this time, the average metal particle diameter was about 7 nm. The heat-treated metal-coated carbon fiber was directly synthesized carbon nanotubes using ethylene gas in an argon atmosphere, the synthesis temperature proceeded at 900 degrees Celsius, but this temperature does not limit the present invention. The synthesis time was controlled until the total amount of synthesized carbon nanotubes was 10.0 wt.% Relative to the carbon fiber weight.
(탄소섬유 대비)Carbon Nanotube Content
Of carbon fiber
Claims (6)
(2) 상기 금속촉매 코팅처리된 탄소섬유를 비활성 분위기하에서 열처리하고; 및
(3) 열처리된 금속코팅 탄소섬유를 탄화수소 합성가스를 이용하여 직접 탄소나노튜브를 합성하여 제조하는 탄소나노튜브-탄소섬유 하이브리드 필러의 제조방법 및 이를 이용한 고강도 복합재료 제조, 수소저장 매체, 이산화탄소 매체, 전기화학축전기용 전극재, 방열 복합소재, 전자파 차폐용 복합소재로의 제조방법.
(1) coating the carbon fiber with a metal catalyst by acid / electrochemical treatment;
(2) heat treating the metal catalyst coated carbon fiber in an inert atmosphere; And
(3) Manufacturing method of carbon nanotube-carbon fiber hybrid filler which synthesizes heat-treated metal-coated carbon fiber by direct synthesis of carbon nanotube using hydrocarbon synthesis gas, manufacturing high strength composite material, hydrogen storage medium, carbon dioxide medium , Electrochemical Capacitor Electrode Material, Heat Dissipation Composite Material, Electromagnetic Wave Shielding Composite Material.
상기 탄소섬유는 폴리아크릴로나이트릴계 및 핏치계 뿐만 아니라, 섬유상을 가진 고탄소함유 소재를 사용하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 필러 제조 및 응용 방법.
The method of claim 1,
The carbon fiber is a polyacrylonitrile-based and pitch-based, as well as a hybrid filler manufacturing and application method characterized in that using a high carbon-containing material having a fibrous form.
탄소섬유에 코팅되는 금속의 함량이 1.0 wt.% 내지 20 wt.%를 가지는 제조방법
The method of claim 1,
Manufacturing method having a content of the metal coated on the carbon fiber 1.0 wt.% To 20 wt.%
탄소섬유에 코팅되는 금속촉매의 입자경이 1.0 nm 내지 10 nm를 가지는 제조방법
The method of claim 1,
Manufacturing method having a particle diameter of 1.0 nm to 10 nm of the metal catalyst coated on the carbon fiber
탄소섬유 위에 직접합성되는 탄소나노튜브의 양이 1.0 wt.% 내지 10 wt.% (탄소섬유 무게대비)를 가지는 제조방법
The method of claim 1,
Manufacturing method having the amount of carbon nanotubes directly synthesized on the carbon fiber is 1.0 wt.% To 10 wt.% (Carbon fiber weight)
상기 제조되는 하이브리드 필러를 이용하여 기존 단순 혼합 복합재료 물성대비 5 내지 20% 기계적 물성 증대방법, 0.5 wt.% 내지 3.0 wt.% 수소저장 특성, 5.0 wt.% 내지 20 wt.% 이산화탄소 저장특성, 5 F/g 내지 80 F/g의 전기화학축전지 충전특성, 3 W/mK 내지 15 W/mK의 방열특성, 또는 10 dB 내지 35 dB의 전자파 차폐특성을 가지는 제조방법The method of claim 1,
5 to 20% mechanical properties increase method, 0.5 wt.% To 3.0 wt.% Hydrogen storage characteristics, 5.0 wt.% To 20 wt.% Carbon dioxide storage characteristics, Manufacturing method having electrochemical battery charging characteristic of 5 F / g to 80 F / g, heat dissipation characteristic of 3 W / mK to 15 W / mK, or electromagnetic shielding characteristic of 10 dB to 35 dB
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