KR20170037535A - 탄소섬유-바인더 복합체 분말의 제조방법, 이를 포함하는 방전가공 전극 및 이의 제조방법 - Google Patents

탄소섬유-바인더 복합체 분말의 제조방법, 이를 포함하는 방전가공 전극 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄소섬유를 분말화하기 전에 바인더와 혼합한 후 분쇄하여 탄소섬유 분말을 제조함으로써, 탄소섬유를 분쇄하는 초기단계를 제거할 수 있어서 제조방법상 비용이 절감되고 공정상 경제성이 향상될 수 있으며, 탄소섬유의 분쇄가 용이하여 탄소섬유의 회수율을 크게 상승시킬 수 있는 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

탄소섬유-바인더 복합체 분말의 제조방법, 이를 포함하는 방전가공 전극 및 이의 제조방법{Method Of Carbon fiber-binder complex powder, electrical discharge machining electrode and the preparing method thereof}
본 발명은 방전가공 전극 제조에 적합한 탄소섬유-바인더 복합체 분말 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄소섬유 폐기물을 분말화하기 전에 바인더를 도포하여 후 분쇄공정을 생략하여 제조방법상 비용이 절감되고 공정상 경제성이 향상될 수 있으며, 결과적으로 탄소섬유의 회수율을 효과적으로 상승시킬 수 있는 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
방전가공(EDM: Electric Discharge Machining)은 스파크 가공이라고도 하며, 전기의 양극과 음극이 접촉할 때 발생되는 스파크의 열을 이용하여 가공하고자 하는 재료를 녹이거나 기화시켜 가공하는 방식으로 정밀금형을 제작할 수 있는 가공법이다. 방전가공에 따르면 방전가공 액상 유전체 속에서 전극과 가공물 사이에 반복되는 전기적 방전의 부식효과에 의해 재료가 가공될 수 있다.
이때, 방전가공용 전극소재는 일반적으로 황동, 흑연이 주로 사용되며 이 밖에도 은-텅스텐, 구리-텅스텐, 동-텅스텐, 철, 구리, 아연, 인청동, 알루미늄 등이 있다. 특히, 흑연 전극은 빠른 가공성과 전극의 저소모 및 복제기능이 우수하여 복잡한 형상의 방전작업에 널리 이용되고 있다.
그 중에서, 흑연전극은 고강도일수록 전극소모가 적고 방전 안정성이 우수하며, 구성입자가 작고 균일할수록 피 가공물의 고운 표면을 얻을 수 있다. 또한, 황삭에서 부터 정삭 및 초정밀가공까지 용도에 따라 선택하여 사용할 수 있으며, 경량으로 다른 금속전극에 비해 작업이 용이한 장점이 있다.
이에, 최근 금형업계는 원가절감 및 공정속도 향상을 위해 금속전극에 비해 흑연 전극의 사용을 선호하는 추세이며, 사용량도 최근 5년간 급격히 증가하였다. 그러나, 이러한 흑연전극은 제조공정이 복잡하고 설비투자능력이 부족하여 국내 제조업체가 없으며 전량 수입에 의존하고 있는 실정이다. 이에, 최근 국내 기업들이 흑연생산을 위해 기술개발에 뛰어들고 있으나, 제조기술의 부재와 설비 투자의 부담 및 시장진입의 어려움으로 중도 포기하는 사례가 빈번하게 발생하고 있다. 따라서, 흑연전극을 대체할 수 있는 소재 및 이의 제조상 경제성을 향상시키기 위한 소재 등에 대한 연구가 요구되고 있는 실정이다.
더욱이, 종래의 방전가공용 전극은 일반적으로 탄소섬유를 분쇄한 후 이를 바인더와 균질하게 혼합한 후, 이를 건조하고 재분쇄하여 성형하는 방법으로 제조되었다. 그러나, 이 경우 분쇄된 탄소섬유가 바인더를 흡수하여 후속 단계를 진행하기 어렵고, 초기 도입되는 탄소섬유의 중량에 대비한 탄소섬유의 회수율이 30 % 미만으로 낮은 문제점이 있었다.
KR 10-2010-0036768 A
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 방전가공 전극으로 사용되는 흑연 전극을 대체할 수 있고, 탄소섬유 폐기물을 분말화하기 전에 바인더를 도포하여 후 분쇄공정인 섬유와 바인더의 혼합하여 분말화하는 공정을 제거함으로써, 제조과정이 간소해지고 제조 방법상 비용이 절감되어 공정상 경제성이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 섬유의 분쇄가 용이하고 효율적으로 분쇄되어 탄소섬유의 회수율을 크게 상승시킬 수 있는 방전가공 전극용 탄소섬유 전극 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
이에, 본 발명은 탄소섬유 폐기물에 바인더를 도포한 후 경화하여 탄소섬유-바인더 복합체를 제조하는 1단계; 및 상기 탄소섬유-바인더 복합체를 기계적 밀링하여 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말을 제조하는 2단계;를 포함하며, 상기 탄소섬유 폐기물에 대하여 상기 바인더는 1: 0.15 ~ 0.35의 중량비로 혼합되는 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 상기 바인더는 페놀수지, 타르, 콜타르 피치 및 석유피치를 포함하는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 일실시예에서, 상기 경화는 100 ~ 200 ℃에서 300분 ~ 720분 동안 수행할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 일실시예에서, 상기 3단계에서 상기 기계적 밀링은 100 ~ 300 rpm의 속도로 20 ~ 30 시간 동안 볼밀링(ball milling)으로 수행할 수 있다.
상기 볼밀링은 볼: 탄소섬유의 중량비가 52 ~ 58 : 1이며, 상기 볼밀링은 평균직경이 7 ~ 30 mm의 스틸 볼을 사용하여 수행될 수 있다.
이때, 하기 식1에 따라 계산되는 상기 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말의 회수율은 70 % 이상일 수 있다
[식 1]
Figure pat00001
.
한편, 본 발명은 상기 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말의 제조방법으로 제조되는 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말을 제공한다.
구체적으로, 상기 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말은, 길이가 212㎛ 이하의 탄소섬유-바인더 복합체 분말 80 ~ 90 부피%, 길이가 212 ㎛ 초과의 탄소섬유-바인더 복합체 분말 10 ~ 20 부피%를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 상기 탄소섬유-바인더 복합체 분말을 일축가압성형하여 탄소섬유 성형체를 제조하는 1단계; 상기 탄소섬유 성형체를 질소분위기 하에서 지연 열처리하는 2단계; 상기 열처리한 탄소섬유 성형체를 점도 25 cP(25℃) 이하의 함침 용액에 함침하는 3단계 및 상기 함침한 탄소섬유 성형체를 재탄화 처리 하는 4단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 상기 1 단계의 일축가압성형은 30 ~ 400 MPa에서 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 상기 2단계의 지연 열처리는 분당 1.5 ~ 2.5℃의 속도로 600 ~ 1000℃까지 승온 시킨 후, 600 ~ 1000℃에서 0.5 ~ 1.5 시간 동안 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 상기 3 단계는 0.7MPa ~ 1.5MPa 의 압력으로 10 ~ 60 분 동안 수행될 수 있다.
또, 본 발명에 따른 일실시예에서, 상기 3 단계는 감압 함침 및 가압 함침 중에서 선택된 어느 하나의 방법으로 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 상기 함침 용액은 중합수지 및 용매를 1 : 0.8 ~ 1 : 2.5 의 중량비로 포함하며, 상기 중합수지는 페놀수지 및 피치 중에서 선택된 1종 이상 포함하고, 상기 용매는 에탄올 및 톨루엔 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 상기 3 단계는 1 ~ 3회 반복하여 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 상기 4단계의 재탄화 처리는 질소 분위기에서 분당 1.5 ~ 2.5℃의 속도로 600 ~ 1000℃까지 승온시킨 후, 0.5 ~ 1.5 시간 동안 속도로 600 ~ 1000℃ 하에 수행할 수 있다.
본 발명에 따르면 종래의 흑연 전극과는 달리 탄소섬유를 분말화하기 전에 바인더와 혼합한 후 분 분쇄하여 탄소섬유 분말을 제조함으로써, 탄소섬유를 분쇄하는 초기단계를 제거할 수 있어 비용이 절감되고 공정상 경제성이 향상될 수 있으며, 탄소섬유의 회수율을 크게 상승시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유 분말 전 바인더가 도포된 탄소섬유의 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유-바인더 복합체 분말 길이에 따른 탄소섬유 분말의 사진들이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 사용된 볼 밀링 장치의 실제 사진이다.
도 4은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 상호 수직하는 x축, y축 및 z축 방향 중 일방향으로 일축가압성형하는 방향을 나타내는 모식도이다.
도 5는 성형공정을 확립하지 않은 성형체의 성형 후 사진이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 성형체의 성형 후 사진이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 성형체의 함침 공정 사진이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 방전가공을 수행하는 사진이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 방전가공 결과를 나타내는 사진이다.
본 발명은 탄소섬유 폐기물에 바인더를 도포한 후 경화하여 탄소섬유-바인더 복합체를 제조하는 1단계; 및 상기 탄소섬유-바인더 복합체를 기계적 밀링하여 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말을 제조하는 2단계;를 포함하며, 상기 탄소섬유 폐기물에 대하여 상기 바인더는 1: 0.15 ~ 0.35의 중량비로 혼합하여 제조되는 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말의 제조방법을 제공함으로써, 탄소섬유를 분쇄하는 초기단계를 제거할 수 있어 비용이 절감되고 공정상 경제성이 향상될 수 있으며, 탄소섬유의 회수율을 70 % 이상으로 상승시킬 수 있다. 이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
우선, 상기 1단계는 탄소섬유에 바인더를 도포한 후 건조하여 탄소섬유-바인더 복합체를 제조하는 단계로서, 종래의 탄소섬유를 기계적 분쇄하는 단계없이 바로 탄소섬유에 바인더를 도포함으로써, 탄소섬유가 바인더를 흡수하여 후속단계에서 기계적 분쇄를 수행하기 어려운 점을 극복할 수 있고, 분쇄된 탄소 섬유 분말과 바인더를 균질하게 혼합하기 위한 블렌딩 공정을 수행하지 않아도 되어 공정상 경제성이 향상될 수 있다.
이때, 상기 탄소섬유는 탄소를 마이크로 또는 나노 스케일의 미세한 선재로 성형한 것일 수 있다. 상기 탄소섬유는 소정의 유연성을 갖도록 소정의 폴리머를 포함할 수 있다. 또한, 상기 탄소섬유로 탄소섬유 폐기물을 사용할 수 있다. 탄소섬유 폐기물을 사용할 경우 버려지는 탄소섬유를 재활용할 수 있고, 친환경적으로 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말을 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 바인더는 상기 탄소섬유와 밀착하여 탄소섬유끼리의 접착강도를 높여 전기적 성질 변화를 억제할 수 있게 하는 것이라면 어떤 것이든 사용가능하며, 바람직하게는 페놀수지, 타르, 콜타르 피치 및 석유피치를 포함하는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는 페놀수지를 사용할 수 있다.
여기서, 상기 탄소섬유에 대하여 바인더는 1: 0.15 ~ 0.35의 중량비로 도포될 수 있으며, 바람직하게는 1: 0.20 ~ 0.30의 중량비로 혼합되는 것이 좋다. 상기 탄소섬유 및 바인더가 1: 0.15 미만으로 포함되는 경우 탄소섬유와 결합하지 않는 문제점이 있고, 1: 0.35를 초과하여 혼합되는 경우 방전가공 전극 제조시 특성을 감소시키는 문제점이 있다.
또, 상기 탄소섬유에 바인더를 도포한 후, 경화는 100 ~ 200 ℃에서 300분 ~ 720분 동안 수행할 수 있고, 바람직하게는 120 ~ 180 ℃에서 수행할 수 있다. 상기 건조를 통해 바인더가 탄소섬유에 밀착하여 탄소섬유-바인더 복합체를 제조할 수 있고, 120 ℃ 미만으로 수행되는 경우 바인더가 경화하지 않는 문제점이 있고, 200℃를 초과하여 수행되는 경우 바인더 성분 중에서 휘발성분이 휘발하는 문제점이 있다.
그 다음, 상기 2단계는 상기 탄소섬유-바인더 복합체를 기계적 밀링하여 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말을 제조하는 단계로서, 상기 기계적 밀링은 볼밀링(ball milling) 또는 제트밀링(zet milling)으로 수행할 수 있다. 상기 볼밀링 공정을 통해 탄소섬유-바인더 복합체 분말을 제조할 경우 공정 시간이 짧아질 수 있고 대량 생산이 가능한 효과가 있다.
이때, 상기 볼밀링은 100 ~ 300rpm 속도로 20 ~ 30시간 동안 수행될 수 있다. 바람직하게는 상기 볼밀링는 120 ~ 250rpm 속도로 22 ~ 26시간 동안 수행될 수 있고, 더욱 바람직하게는 150 ~ 200rpm 속도로 23 ~ 25시간 동안 수행될 수 있다. 상기 볼밀링 속도가 100rpm 미만일 경우 수득되는 탄소 분말 소재의 형태 또는 입경이 불균일할 수 있고, 볼밀링 속도가 200 rpm을 초과할 경우 볼밀링 속도 증가에 따른 탄소 분말 소재의 수득률 증가율이 낮아지므로 공정상 효율적이지 못하고, 밀링으로 인한 분진 발생율이 높아진다. 또한, 상기 볼밀링 시간이 20시간 미만일 경우 수득되는 탄소섬유 분말의 형태 또는 입경이 불균일할 수 있고, 볼밀링 시간이 30시간을 초과할 경우 볼밀링 시간 증가에 따른 탄소섬유 분말의 수득률 증가율이 낮아지므로 공정상 효율적이지 못하고, 밀링으로 인한 분진 발생율이 높아진다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 볼밀링은 볼 : 탄소섬유의 중량비가 52 ~ 58 : 1로 수행할 수 있다. 바람직하게는 볼 : 탄소섬유의 중량비가 53 ~ 57 : 1일 수 있고, 더욱 바람직하게는 볼 : 탄소섬유의 중량비가 54 ~ 56 : 1일 수 있다.
상기 볼 : 탄소섬유의 중량비에서 상기 볼의 중량비가 52미만일 경우, 수득되는 탄소섬유 분말의 형태 또는 입경이 불균일할 수 있고, 상기 볼 : 탄소섬유의 중량비에서 상기 볼의 중량비가 58을 초과할 경우 밀링으로 인한 분진 발생율이 높아진다.
또한, 상기 볼밀링 공정시 사용되는 볼은 스틸을 포함할 수 있다. 상기 스틸은 강도 특성이 높기 때문에, 밀링 시간을 단축시킬 수 있고 볼 손상을 방지할 수 있다. 그리고, 상기 볼의 직경은 7 ~ 30 mm일 수 있다. 바람직하게는 8 ~ 20mm일 수 있고, 더욱 바람직하게는 9 ~ 12mm일 수 있다. 이때, 상기 볼 직경이 7 mm미만일 경우 수득되는 탄소 분말 소재의 형태 또는 입경이 불균일할 수 있고, 상기 볼 직경이 30 mm를 초과할 경우 밀링 용기 내에 배치될 수 있는 볼의 개수가 제한적이므로 공정 효율이 낮질 수 있다.
이때, 상기 2단계에서 기계적으로 밀링되어 제조된 상기 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말은 길이가 212㎛ 이하의 탄소섬유-바인더 복합체 분말 80 ~ 90 부피%, 길이가 212 ㎛ 초과의 탄소섬유-바인더 복합체 분말 10 ~ 20 부피%를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말은 길이가 212㎛ 이하의 탄소섬유-바인더 복합체 분말 82 ~ 87 부피%, 길이가 212 ㎛ 초과의 탄소섬유-바인더 복합체 분말 13 ~ 18 부피%를 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는, 상기 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말은 길이가 212㎛ 이하의 탄소섬유-바인더 복합체 분말 84 ~ 86 부피%, 길이가 212 ㎛ 초과의 탄소섬유-바인더 복합체 분말 14 ~ 16 부피%를 포함할 수 있다. 이때, 상기 길이가 212㎛ 이하의 탄소섬유-바인더 복합체 분말이 80% 이하이거나, 길이가 212㎛ 이상의 탄소섬유-바인더 복합체 분말이 20% 이상일 경우에는 탄소섬유 회수율(%)이 낮아지는 문제가 있을 수 있으므로 상기의 범위가 좋다.
본 발명에 있어서, 하기 식1에 따라 계산되는 상기 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말의 회수율은 70 % 이상일 수 있다. 종래의 방법에 따르면 분쇄된 탄소섬유와 바인더를 균질하게 혼합하는 단계를 포함함으로써, 초기 도입되는 탄소섬유의 중량에 대비한 탄소섬유의 회수율이 30 % 미만으로 낮은 문제점이 있었다. 그러나, 본 발명에 따르면 먼저 탄소섬유에 바인더를 도포함으로써, 분쇄된 탄소섬유와 바인더를 균질하게 혼합하는 단계없이 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말을 제조할 수 있고, 이로 인하여 탄소섬유가 바인더를 흡수하여 후속단계에서 기계적 분쇄를 수행하기 어려운 점을 극복할 수 있으며 탄소섬유 회수율도 종래의70% 이상으로 상승하는 효과를 가질 수 있다.
[식 1]
Figure pat00002
한편, 본 발명은 상기 탄소섬유-바인더 복합체 분말을 포함하는 제조 방법을 통해 제조되는 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말을 일축가압성형하여 탄소섬유 성형체를 제조하는 1단계; 상기 탄소섬유 성형체를 질소분위기 하에서 지연 열처리하는 2단계; 상기 열처리한 탄소섬유 성형체를 점도 25 cP(25℃) 이하의 함침 용액에 함침하는 3단계 및 상기 함침한 탄소섬유 성형체를 재탄화 처리하는 4단계;를 포함하는 방전가공전극 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 1 단계는 통상적인 탄소섬유 성형방법이라면 제한 없이 사용할 수 있으나, 섬유의 길이와 형태가 일정하지 않고, 이방화 비율이 큰 탄소섬유 폐기물 분말의 안정적인 성형을 위해서는 일축가압성형을 해야 한다. 도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 상호 수직하는 x축, y축 및 z축 방향 중 일방향으로 일축가압성형하는 방향을 나타내는 모식도이다.
상기 1 단계의 일축가압성형은 30 ~ 400 MPa에서 수행할 수 있으며, 바람직하게는 30 ~ 300 MPa에서 수행할 수 있다. 만일 30 Mpa 미만에서 수행할 경우 성형이 되지 않는 문제가 발생할 수 있고, 400 Mpa를 초과하여 수행할 경우 표면에 크랙이 발생하고, 성형물이 파손되는 문제가 발생할 수 있다.
구체적으로 도 5는 상기 150 Mpa 미만 및 200 Mpa를 초과하여 일축가압성형한 성형물의 사진이다. 도 5에서 확인할 수 있듯이 상기 30 Mpa 미만 및 400 Mpa를 초과하여 일축가압성형 한 성형물은 표면에 크랙이 발생하고 파손된 것을 알 수 있다. 도 6는 30 ~ 400 Mpa에서 일축가압성형 한 성형물의 사진으로, 도 7에서 확인할 수 있듯이 30 ~ 400 Mpa에서 일축가압성형 한 성형물은 표면에 크랙이 발생하지 않고, 파손되지 않은 것을 확인할 수 있다.
그 다음, 상기 2단계의 지연 열처리는 분당 1 ~ 3℃의 속도로 500 ~ 1000℃까지 승온 시킨 후, 500 ~ 1000℃에서 0.3 ~ 2 시간 동안 수행할 수 있으며, 바람직하게는 분당 1.5 ~ 2.5℃의 속도로 600 ~ 1000℃까지 승온 시킨 후, 600 ~ 1000℃에서 0.5 ~ 1.5 시간 동안 수행할 수 있다. 만일 상기 승온하는 속도가 1.5℃ 미만이면 공정상 비용이 증가하는 문제가 발생할 수 있고, 2.5℃를 초과하게 되면 열처리 시 탄소섬유 성형체가 팽창하여 파손되거나 탄소섬유 성형체에 크랙이 발생할 수 있고, 만일 파손되지 않거나 크랙이 발생하지 않더라도 함침 및 재탄화 공정에서 파손 및 크랙이 발생할 수 있으며, 최종 탄소섬유전극의 내구성이 좋지 않은 문제가 발생할 수 있다. 또한, 만일 상기 지연 열처리 온도가 600℃ 미만이면 탄소섬유 전극의 특성이 발현되지 않는 문제가 발생할 수 있고, 1000℃를 초과하면 탄소섬유 성형체가 팽창되어 파손되고, 탄소섬유 성형체에 크랙이 발생하는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 만일 상기 지연 열처리 시간이 0.5 시간 미만일 경우, 탄소섬유 성형체에 열처리가 되지 않아 탄소섬유전극의 내구성이 좋지 않고, 1.5 시간을 초과할 경우 공정상 비용이 증가하는 문제가 발생할 수 있다.
또, 상기 열처리한 탄소섬유 성형체를 점도 25 cP(25℃) 이하의 함침 용액에 함침하는 상기 3 단계에 대해 설명한다. 도 7은 상기 함침 용액에 성형물을 함침하는 3단계를 수행하는 사진이며, 상기 3단계는 성형체의 파손을 개선하는 기능을 한다.
상기 3 단계는 0.7MPa ~ 1.5MPa 의 압력으로 10 ~ 60 분 동안 수행할 수 있으며, 바람직하게는 0.9MPa ~ 1.2MPa 의 압력으로 20 ~ 50 분 동안 수행할 수 있다. 만일 상기 2단계를 압력이 0.7 MPa 미만에서 수행하는 경우 함침제가 전극 내부에 침투하지 못하는 문제가 발생할 수 있고, 1.5 MPa 를 초과하여 수행하는 경우 전극에 크랙이 발생할 수 있는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 만일 상기 2단계의 함침 시간이 10 분 미만이면 함침제가 전극 내부에 침투하지 못하는 문제가 발생할 수 있고, 함침 시간이 60 분을 초과하면 공정상 비용이 증가하고 과하게 함침이 되어 내구성이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 3 단계는 통상적으로 함침하는 압력이라면 제한없이 수행할 수 있으나, 바람직하게는 감압 함침 및 가압 함침 중에서 선택된 어느 하나의 방법으로 수행할 수 있다.
상기 함침 용액은 중합수지 및 용매를 1 : 0.5 ~ 1 : 3 의 중량비로 포함할 수 있으며, 바람직하게는 중합수지 및 용매를 1 : 0.8 ~ 1 : 2.5 의 중량비로 포함할 수 있다. 만일 상기 중합수지 및 용매의 중량비가 1 : 0.8 미만이면 함침액의 점도 값이 커지기 때문에 성형물을 재탄화 할 시 팽창에 의해 성형물이 파손되는 문제가 발생할 수 있고, 1 : 2.5를 초과하게 되면 함침 수율이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.
상기 중합수지는 통상적으로 함침용액에 사용되는 수지라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 페놀수지 및 피치 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 또한, 상기 용매는 통상적으로 함침용액에 사용되는 용매라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 에탄올 및 톨루엔 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
또한, 상기 3 단계는 1 ~ 3회 반복하여 수행할 수 있다. 성형체를 함침 하는 횟수가 증가할수록 탄소섬유전극의 물성이 향상된다. 하지만, 만일 상기 4단계의 함침 횟수가 3회를 초과하게 되면 과하게 여러 번 함침이 되기 때문에, 탄소섬유전극의 내구성이 좋지 않은 문제가 발생할 수 있다.
상기 4 단계의 재탄화 처리는 질소 분위기에서 분당 1 ~ 3℃의 속도로 500 ~ 1000℃까지 승온 시킨 후, 500 ~ 1000℃에서 0.3 ~ 2 시간 동안 수행할 수 있으며, 바람직하게는 질소 분위기에서 분당 1.5 ~ 2.5℃의 속도로 600 ~ 1000℃까지 승온 시킨 후, 600 ~ 1000℃에서 0.5 ~ 1.5 시간 동안 수행할 수 있다. 만일 상기 승온하는 속도가 1.5℃ 미만이면 최종 탄소섬유전극의 내구성이 좋지 않은 문제가 발생할 수 있고, 2.5℃를 초과하게 되면 재탄화 시 성형체가 팽창하여 파손되거나 성형체에 크랙이 발생할 수 있고, 최종 탄소섬유전극의 내구성이 좋지 않은 문제가 발생할 수 있다. 또한, 만일 재탄화 처리 온도가 600℃ 미만이면 탄소섬유 성형체가 재탄화 처리가 되지 않아 탄소섬유전극의 내구성이 좋지않고, 1000℃를 초과하면 성형체가 팽창되어 파손되고, 탄소섬유 성형체에 크랙이 발생하는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 만일 상기 재탄화 처리 시간이 0.5 시간 미만일 경우, 탄소섬유 성형체가 재탄화 처리가 되지 않아 탄소섬유전극의 내구성이 좋지 않고, 1.5 시간을 초과할 경우 재탄화 처리 시 팽창에 의해 탄소섬유 성형체가 파손되는 문제가 발생할 수 있다.
도 7 및 도 8에 나타난 바와 같이, 탄소섬유폐기물을 포함하는 방전가공용 전극으로, 방전가공을 용이하게 수행할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
참고로, 방전가공(Electric Discharge Machining)은 스파크 가공이라고도 하며, 전기의 양극과 음극이 접촉할 때 발생되는 스파크의 열을 이용하여 가공하고자 하는 재료를 녹이거나 기화시켜 가공하는 방식으로 정밀 금형 제작에 필수적인 가공법이다. 방전가공(EDM)은 액상 유전체 속에서 전극과 가공물 사이에 반복되는 전기적 방전의 부식효과에 의해 재료가 가공된다. 방전가공방법은 크게 두 가지로 구분되며 음극으로 와이어(wire)를 사용하는 와이어 방전가공법과 다이 또는 몰드를 사용하는 다이 방전가공으로 분류된다. 방전가공용 전극소재는 일반적으로 황동, 흑연이 주로 사용되며 이 밖에도 은-텅스텐, 구리-텅스텐, 동-텅스텐, 철, 구리, 아연, 인청동 및 알루미늄 등이 사용된다. 특히 흑연 전극은 빠른 가공성과 전극의 저소모 및 복제기능이 우수하여 복잡한 형상의 방전작업에 널리 이용되고 있다. 특히 흑연 전극은 빠른 가공성과 전극의 저소모 및 복제기능이 우수하여 복잡한 형상의 방전작업에 널리 이용되고 있다상기 흑연 전극을 물성의 유의 차가 없는 수준인, 탄소섬유 폐기물을 이용하여 제조한 탄소섬유전극으로 대체함으로써 폐기되는 탄소섬유를 재활용할 수 있고, 방전가공을 함에 있어서도 전극소모가 적고 방전 안정성이 우수하며, 용도에 따른 가공성형성이 우수한 동시에 경량화 되어 무게가 가벼운 효과를 가질 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1: 탄소섬유-바인더 복합체 분말의 제조
탄소섬유 폐기물을 바인더와 1 : 0.2의 중량비로 혼합하여 상기 바인더를 도포한 후, 상온에서 건조시켜 도 1의 탄소섬유-바인더 복합체를 제조한 후, 하기 표 1과 같이 길이가 212㎛이하의 분말을 85% 및 길이가 212㎛이상의 분말을 15%의 중량비로 포함하여 분말화 하였다. 상기 바인더는 페놀수지를 사용하였다.
비교예 1-1 ~ 1-2: 탄소섬유-바인더 복합체 분말의 제조
탄소섬유 길이가 212㎛이하의 분말 및 212㎛이상의 분말의 중량비를 하기의 표 1로 조절한 점을 제외하고, 제조예 1과 동일하게 탄소섬유-바인더 복합체를 제조하되, 먼저 탄소섬유를 분쇄한 후 이를 바인더와 균질하게 혼합하고 이를 건조시켜 탄소섬유-바인더 복합체 분말을 제조하였다.
구분 실시예 1 비교예 1-1 비교예 1-2
직경 212㎛ 이하의 탄소섬유 분말 및 직경 212㎛ 이상의 분말의 중량비(%) 85 : 15 95 : 5 75 : 25
실험예 1: 탄소섬유 회수율(%) 측정
탄소섬유-바인더 복합체 분말의 회수율(%)을 평가하기 위해, 실시예 1 및 비교예 1-1 ~ 1-2에 따라 제조한 탄소섬유-바인더 복합체의 분말의 수득량을 비교하여 탄소섬유의 회수율(%)을 평가하였다 (80 %~ 100 %미만 - ◎. 60 % ~ 80 % - ○, 40 % ~ 60 % - △, 40 % 이하 - ×). 이에 대하여 하기 표 6에 나타내었다.
구분 비교예1 비교예 1-1 비교예 1-2
장입량(g) 500 500 500
수득량(g) 360 160 100
회수율(%) 72 31.3 20
실시예 2: 방전가공용 탄소섬유전극의 제조
(1) 탄소섬유의 분말화단계
상기 실시예 1의 탄소섬유-바인더 복합체는 평균직경은 20 mm의 볼 및 탄소섬유를 55 : 1의 중량비로 하여, 200 rpm의 속도로 25 시간 동안 볼밀링 한 후, 150℃에서 6.5 시간 동안 경화하여 제조하였다. 그 후 평균직경은 20 mm의 볼 및 상기 탄소섬유-바인더 복합체 분말을 55 : 1의 중량비로 하여, 200 rpm의 속도로 25 시간 동안 볼밀링 하여 평균 입도 180 ㎛의 탄소섬유 분말을 제조하였다. 하기 식 1에 따라 계산되는 탄소섬유 분말의 회수율은 85 % 였다.
[식 1]
Figure pat00003
.
(2) 탄소섬유 성형체 제조단계
상기 탄소섬유 분말을 300 Mpa로 일축가압성형하여 등방성 탄소섬유 성형체를 제조하였다. 상기 등방성 탄소섬유 성형체의 상호 수직하는 x축, y축 및 z축 방향으로 미세조직의 입도는 각각 180㎛, 180㎛ 및 180㎛ 였다.
(3) 탄소섬유 성형체 열처리단계
상기 탄소섬유 성형체를 질소분위기 하에서 지연열처리 하였다. 구체적으로, 상기 탄소섬유 성형체를 질소분위기 하에서 분당 2℃의 속도로 800℃까지 승온 시킨 후, 800℃에서 1시간 동안 탄소섬유 성형체를 열처리 하였다.
(4) 탄소섬유 성형체 함침단계
상기 열처리한 탄소섬유 성형체를 점도 10 cP(25℃)의 함침용액에 1 Mpa의 압력으로 30 분 동안 함침하였다. 상기 함침 용액은 페놀수지 및 에탄올을 1 : 1.5의 중량비로 혼합하였다. 상기 함침단계를 총 2회 반복수행하였다.
(5) 탄소섬유 성형체 재탄화단계
상기 탄소섬유 성형체를 질소분위기 하에서 재탄화 하였다. 구체적으로, 상기 함침한 탄소섬유 성형체를 질소분위기 하에서 분당 2℃의 속도로 800℃까지 승온 시킨 후, 800℃에서 1시간 동안 탄소섬유 성형체를 재탄화 하여 탄소섬유전극을 제조하였다.
실시예 3 ~ 4
실시예 2과 동일하게 실시하여 제조하되, 하기 표 2와 같이 공정조건 및 포함되는 구성의 함량비 등을 달리하여 탄소섬유전극을 제조하였다.
실시예 1-2 ~ 1-20
실시예 2과 동일하게 실시하여 제조하되, 하기 표 2 내지 표 5와 같이 공정조건 및 포함되는 구성의 함량비 등을 달리하여 탄소섬유전극을 제조하였다.
비교예 1 ~ 5
실시예 2과 동일하게 실시하여 제조하되, 하기 표 5와 같이 공정조건, 함침용액의 점도 및 포함되는 구성의 함량비 등을 달리하여 탄소섬유전극을 제조하였다.
구분 실시예
2		 실시예
3		 실시예
4		 비교예
1-2		 비교예
1-3		 비교예
1-4		 비교예
1-5		 비교예
1-6
분말화
단계		 탄소섬유 및
바인더
(중량비)		 1:0.2 1:0.2 1:0.2 1:0.2 1:0.2 1:0.2 1:0.2 1:0.2
경화온도
(℃)		 150 150 150 75 250 150 150 150
분말입도
(㎛)		 180 180 180 180 180 260 180 180
성형체
제조
단계		 성형압력
(MPa)		 300 250 350 300 300 300 20 450
성형방법 일축
가압		 일축
가압		 일축
가압		 일축
가압		 일축
가압		 일축
가압		 일축
가압		 일축
가압
열처리
단계		 승온속도
(℃/분)		 2 1.8 1.9 2 2 2 2 2
온도(℃) 800 700 750 800 800 800 800 800
시간(hr) 1 1 1 1 1 1 1 1
함침
단계		 함침압력
(MPa)		 1 0.8 1.3 1 1 1 1 1
시간(min) 30 30 30 30 30 30 30 30
함침
용액		 페놀수지 및
에탄올
(중량비)		 1:1.5 1:1.5 1:1.5 1:1.5 1:1.5 1:1.5 1:1.5 1:1.5
함침용액의
점도
(cP(25℃)		 10 10 10 10 10 10 10 10
재탄화
단계		 승온속도
(℃/분)		 2 2 2 2 2 2 2 2
온도(℃) 800 800 800 800 800 800 800 800
시간(hr) 1 1 1 1 1 1 1 1
1) 상기 표 3에서 비교예 1-4은 분말화 단계의 볼 밀링 속도를 90 rpm으로 하여 18 시간 동안 진행한 것이다.
구분 비교예
1-7		 비교예
1-8		 비교예
1-9		 비교예
1-10		 비교예
1-11		 비교예
1-12		 비교예
1-13		 비교예
1-14
분말화
단계		 탄소섬유 및
바인더
(중량비)		 1:0.2 1:0.2 1:0.2 1:0.2 1:0.2 1:0.2 1:0.2 1:0.2
경화온도
(℃)		 150 150 150 150 150 150 150 150
분말입도
(㎛)		 180 180 180 180 180 180 180 180
성형체
제조
단계		 성형압력
(MPa)		 300 300 300 300 300 300 300 300
성형방법 일축
가압		 일축
가압		 일축
가압		 일축
가압		 일축
가압		 일축
가압		 일축
가압		 일축
가압
열처리
단계		 승온속도
(℃/분)		 4 2 2 2 2 2 2 2
온도(℃) 800 1250 800 800 800 800 800 800
시간(hr) 1 1 0.25 1.5 1 1 1 1
함침
단계		 함침압력
(MPa)		 1 1 1 1 0.4 2 1 1
시간(min) 30 30 30 30 30 30 5 70
함침
용액		 페놀수지 및
에탄올
(중량비)		 1:1.5 1:1.5 1:1.5 1:1.5 1:1.5 1:1.5 1:1.5 1:1.5
함침용액의
점도
(cP(25℃)		 10 10 10 10 10 10 10 10
재탄화
단계		 승온속도
(℃/분)		 2 2 2 2 2 2 2 2
온도(℃) 800 800 800 800 800 800 800 800
시간(hr) 1 1 1 1 1 1 1 1
구분 비교예
1-15		 비교예
1-16		 비교예
1-17		 비교예
1-18		 비교예
1-19		 비교예
1-20
분말화
단계		 탄소섬유 및
바인더
(중량비)		 1:0.2 1:0.2 1:0.2 1:0.2 1:0.2 1:0.2
경화온도(℃) 150 150 150 150 150 150
분말입도(㎛) 180 180 180 180 180 180
성형체
제조단계		 성형압력
(MPa)		 300 300 300 300 300 300
성형방법 일축
가압		 일축
가압		 일축
가압		 일축
가압		 일축
가압		 일축
가압
열처리
단계		 승온속도
(℃/분)		 2 2 2 2 2 2
온도(℃) 800 800 800 800 800 800
시간(hr) 1 1 1 1 1 1
함침단계 함침압력
(MPa)		 1 1 1 1 1 1
시간(min) 30 30 30 30 30 30
함침용액 페놀수지 및
에탄올
(중량비)		 1:3 1:1.5 1:1.5 1:1.5 1:1.5 1:1.5
함침용액의
점도
(cP(25℃)		 5 10 10 10 10 10
재탄화
단계		 승온속도
(℃/분)		 2 1 4 2 2 2
온도(℃) 800 800 800 500 1250 800
시간(hr) 1 1 1 1 1 0.25
구분 비교예
1		 비교예
2		 비교예
3		 비교예
4		 비교예
5
분말화단계 탄소섬유 및 바인더(중량비) 1:0.2 1:0.2 1:0.2 1:0.1 1:0.5
경화온도(℃) 150 150 150 150 150
분말입도(㎛) 180 180 180 180 180
성형체 제조단계 성형압력(MPa) 300 300 300 300 300
성형방법 압출성형 일축
가압		 일축
가압		 일축
가압		 일축
가압
열처리단계 승온속도(℃/분) 2 2 2 2 2
온도(℃) 800 800 800 800 800
시간(hr) 1 1 1 1 1
함침단계 함침압력(MPa) 1 1 1 1 1
시간(min) 30 30 30 30 30
함침용액 페놀수지 및 에탄올
(중량비)		 1:1.5 1:1.5 1:0.5 1:1.5 1:1.5
함침용액의 점도
(cP(25℃)		 10 10 40 10 10
재탄화단계 승온속도(℃/분) 2 5 2 2 2
온도(℃) 800 800 800 800 800
시간(hr) 1 2 1 1 1
1) 상기 표 6에서 비교예 1은 일축가압성형이 아닌 압출성형을 통해 성형체를 성형한 것이다.
2) 상기 표 6에서 비교예 2는 재탄화단계를 수행하지 않은 것이다.
실험예 2: 팽창정도 평가
실시예 2 ~ 4, 비교예 1-2 ~ 1-20 및 비교예 1 ~ 5에 따라 제조한 탄소섬유전극의 팽창정도를 평가하기 위해, 성형체 제조단계를 마친 탄소섬유 성형체의 부피에 대하여 재탄화단계를 마친 최종 탄소섬유전극의 부피의 부피증가율을 비교하여 탄소섬유전극의 팽창정도를 평가하였다(0 %이상, 3 %미만 - ◎. 3 % 이상, 6 % 미만 - ○, 6 % 이상, 10 % 미만 - △, 10 % 이상 - ×). 이에 대하여 하기 표 7에 나타내었다.
실험예 3: 크랙발생 방지 평가
실시예 2 ~ 4, 비교예 1-2 ~ 1-20 및 비교예 1 ~ 5에 따라 제조한 탄소섬유전극의 크랙발생방지를 평가하기 위해, 5년 경력 이상의 탄소전극 관련종사자들이 육안으로 크랙발생 방지정도를 평가하였다(매우 좋음 - ◎, 좋음 - ○, 보통 - △, 나쁨 - ×). 이에 대하여 하기 표 7에 나타내었다.
실험예 4: 방전가공 평가
실시예 2 ~ 4, 비교예 1-2 ~ 1-20 및 비교예 1 ~ 5에 따라 제조한 탄소섬유전극의 방전가공을 평가하기 위하여, 가공전류 50A, 상하 이송거리 10mm로하여 방전가공을 평가하였다(매우 좋음 - ◎, 좋음 - ○, 보통 - △, 나쁨 - ×). 이에 대하여 하기 표 7에 나타내었다.
구분 팽창정도 평가 크랙발생 방지 평가 방전가공 평가
실시예2 ◎ ◎ ◎
실시예3 ◎ ◎ ◎
실시예4 ◎ ◎ ◎
비교예1-2 ○ △ ○
비교예1-3 ○ ○ ○
비교예1-4 △ △ ○
비교예1-5 ○ △ ○
비교예1-6 △ △ ○
비교예1-7 △ △ △
비교예1-8 ◎ ○ △
비교예1-9 △ △ ○
비교예1-10 ○ ○ ○
비교예1-11 ○ ○ ○
비교예1-12 ○ △ ○
비교예1-13 ○ ○ ○
비교예1-14 △ ○ ○
비교예1-15 ◎ ◎ ○
비교예1-16 △ ○ ○
비교예1-17 △ △ ○
비교예1-18 ◎ ○ △
비교예1-19 △ △ ○
비교예1-20 ○ ○ ◎
비교예1 × × ×
비교예2 × × △
비교예3 × × △
비교예4 × × ×
비교예5 × × ×
상기 표 7에서 알 수 있듯이, 본 발명의 공정조건, 포함되는 구성의 함량비 공정조건 및 함침용액의 점도 등을 모두 만족하는 실시예 2이, 이중 하나라도 누락된 비교예 1-2 ~ 1-20 및 비교예 1 ~ 5에 비하여, 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.
또한, 분말화 단계에서 탄소섬유 및 바인더의 중량비가 1 : 0.2 인 실시예 2이, 중량비가 1 : 0.1 인 비교예 4 및 1 : 0.5 인 비교예 5에 비하여 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.
또한, 분말화 단계에서 경화온도가 150℃인 실시예 2이, 경화온도가 75℃인 비교예 1-2 및 경화온도가 250℃인 비교예 1-5에 비하여 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.
또한, 분말화 단계를 거친 탄소섬유 분말의 입도가 180 ㎛인 실시예 2이, 탄소섬유 분말의 입도가 260 ㎛인 비교예 1-4에 비하여 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.
또한, 성형체 제조단계에서 성형압력이 300 MPa 인 실시예 2이, 성형압력이 20 MPa 인 비교예 1-5 및 성형압력이 450 MPa 인 비교예 1-6에 비하여 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.
또한, 열처리 단계의 승온속도가 분당 2℃인 실시예 2이, 승온속도가 분당 4℃인 비교예 1-7에 비하여 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.
또한, 열처리 단계의 온도가 800℃인 실시예 2이, 온도가 1250℃인 비교예 1-8에 비하여 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.
또한, 열처리 단계의 시간이 1시간인 실시예 2이, 시간이 15 분인 실시예 9 및 시간이 1.5 시간인 비교예 1-10에 비하여, 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.
또한, 함침단계의 압력이 1 MPa 인 실시예 2이, 압력이 0.4 Mpa 인 비교예 1-11 및 압력이 2 Mpa 인 비교예 1-12에 비하여 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.
또한, 함침단계의 시간이 30 분인 실시예 2이, 시간이 5 분인 비교예 1-13 및 시간이 70 분인 비교예 1-14에 비하여 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.
또한, 함침용액의 페놀수지 및 에탄올의 중량비가 1 : 1.5 인 실시예 2이, 중량비가 1 : 3 인 비교예 1-15에 비하여 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.
또한, 재탄화 단계의 승온속도가 분당 2℃ 인 실시예 2이, 승온속도가 분당 1℃ 인 비교예 1-16 및 승온속도가 분당 4℃ 인 비교예 1-17에 비하여 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.
또한, 재탄화 단계의 온도가 800℃ 인 실시예 2이, 온도가 500℃ 인 비교예 1-18 및 온도가 1250℃ 인 비교예 1-19에 비하여 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.
또한, 재탄화 단계의 시간이 1 시간인 실시예 2이, 재탄화 단계의 시간이 15 분인 비교예 1-20에 비하여 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하였다.
또한, 일축가압성형을 한 실시예 2이, 일축가압성형이 아닌 압출성형을 한 비교예 1에 비하여, 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하여 모두 우수하였다.
또한, 재탄화 단계를 진행한 실시예 2이, 재탄화 단계를 진행하지 않은 비교예 2에 비하여, 탄소섬유전극이 팽창이 되지않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하여 모두 우수하였다.
또한, 함침용액의 페놀수지 및 에탄올의 중량비가 1 : 1.5로, 점도가 20 cP(25℃) 인 실시예 2이, 함침용액의 페놀수지 및 에탄올의 중량비가 1 : 0.5로, 점도가 31 cP(25℃) 인 비교예 3에 비하여 탄소섬유전극이 팽창이 되지 않고, 크랙이 발생하지 않으며, 방전가공이 더욱 용이하여 모두 우수하였다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예 및 실험예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예 및 실험예에 의해 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (13)

  1. 탄소섬유 폐기물에 바인더를 도포한 후 경화하여 탄소섬유-바인더 복합체를 제조하는 1단계; 및
    상기 탄소섬유-바인더 복합체를 기계적 밀링하여 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말을 제조하는 2단계;를 포함하며,
    상기 탄소섬유 폐기물에 대하여 상기 바인더는 1: 0.15 ~ 0.35의 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 바인더는 페놀수지, 타르, 콜타르 피치 및 석유피치를 포함하는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 경화는 100 ~ 200 ℃에서 300분 ~ 720분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 3단계에서 상기 기계적 밀링은 100 ~ 300 rpm의 속도로 20 ~ 30 시간 동안 볼밀링(ball milling)으로 수행하는 것을 특징으로 하는 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 볼밀링은 볼: 탄소섬유의 중량비가 52 ~ 58 : 1이며,
    상기 볼밀링은 평균직경이 7 ~ 30 mm의 스틸 볼을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    하기 식1에 따라 계산되는 상기 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말의 회수율은 70 % 이상인 것을 특징으로 하는 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말의 제조방법:
    [식 1]
    Figure pat00004
    .
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말은
    길이가 212㎛ 이하의 탄소섬유-바인더 복합체 분말 80 ~ 90 부피%, 길이가 212 ㎛ 초과의 탄소섬유-바인더 복합체 분말 10 ~ 20 부피%를 포함하는 것을 특징으로 하는 방전가공 전극용 탄소섬유-바인더 복합체 분말.
  9. 제 7 항에 따른 상기 탄소섬유-바인더 복합체 분말을 일축가압성형하여 탄소섬유 성형체를 제조하는 1단계;
    상기 탄소섬유 성형체를 질소분위기 하에서 지연 열처리하는 2단계;
    상기 열처리한 탄소섬유 성형체를 점도 25 cP(25℃) 이하의 함침 용액에 함침하는 3단계; 및
    상기 함침한 탄소섬유 성형체를 재탄화 처리 하는 4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방전가공전극 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 1 단계의 일축가압성형은 30 ~ 400 MPa에서 수행하는 것을 특징으로 하는 방전가공전극 제조방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 2단계의 지연 열처리는 분당 1.5 ~ 2.5℃의 속도로 600 ~ 1000℃까지 승온 시킨 후, 600 ~ 1000℃에서 0.5 ~ 1.5 시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 방전가공전극 제조방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 3 단계는 0.7MPa ~ 1.5MPa 의 압력으로 10 ~ 60 분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 방전가공전극 제조방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 4단계의 재탄화 처리는 질소 분위기에서 분당 1.5 ~ 2.5℃의 속도로 600 ~ 1000℃까지 승온시킨 후, 0.5 ~ 1.5 시간 동안 속도로 600 ~ 1000℃ 하에 수행하는 것을 특징으로 하는 방전가공전극 제조방법.
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