KR20170051903A - 그라파이트 필름의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 그라파이트 필름용 전구체(Precussor)를 서로 구획되게 차례로 배열된 저온탄화로(2), 고온탄화로(3) 및 흑연화로(4) 내로 연속적으로 통과시켜주는 연속공정 방식으로 상기 그라파이트 필름용 전구체를 차례로 탄화 및 흑연화시켜 그라파이트 필름을 제조한 다음 권취로울러(5)에 권취한다.
본 발명은 그라파이트 필름의 종래 냉각공정을 생략함으로써 제조공정 시간을 크게 단축할 수 있고, 제조공정도 간소화할 수 있다.
또한, 본 발명은 2매 이상의 그라파이트 필름용 전구체를 동시에 동일한 저온탄화로, 고온탄화로 및 흑연화로 내로 통과시키면서 탄화 및 흑연화 시킬 수 있어서 생산성이 향상되고 생산원가가 크게 절감된다.
본 발명으로 제조된 그라파이트 필름은 열전도도가 우수하여 LCD 또는 LED의 백 플레이트(Back plate)용 방열시트 등으로 유용하다.

Description

그라파이트 필름의 제조방법{Method of manufacturing graphite film}
본 발명은 그라파이트 필름(Graphit film)의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 연속 공정으로 그라파이트 필름용 전구체를 탄화 및 흑연화시킴으로써 제조시간이 크게 단축되고 생산성도 크게 향상시킬 수 있는 그라파이트 필름의 제조방법에 관한 것이다.
현재 그라파이트 필름(Graphite film)는 열전도도가 우수하기 때문에 LCD 또는 LED의 백 플레이트(Back plate)용 방열시트 등으로 널리 사용되고 있다.
그라파이트 필름을 제조하는 종래 방법으로는 그라파이트 필름용 전구체(Precussor)를 건조용 쳄버 내에서 건조한 다음, 건조처리된 그라파이트 필름용 전구체를 가마(Furnance)에 넣고 질소가스를 사용하여 가마의 온도를 최대 2,400℃까지 승온시켜 탄화시킨 다음, 상기 가마를 냉각시킨 후 가마에서 탄화처리된 그라파이트 필름용 전구체를 꺼낸 다음, 질소가스를 아르곤 가스로 교체한 후 냉각된 상기 가마를 다시 승온하면서 탄화처리된 그라파이트 필름용 전구체를 다시 승온된 상기 가마에 넣고 최대 2,800℃까지 승온시켜 흑연화 시킨 다음, 상기 가마를 냉각시킨 후 가마에서 흑연화 처리된 그라파이트 필름을 꺼낸 다음, 흑연화처리된 그라파이트 필름을 압축하여 최종제품인 그라파이트 필름을 제조하였다.
상기 종래 방법은 그라파이트 필름용 전구체의 탄화처리와 흑연화 처리를 연속공정 방식이 아닌 배치식 공정 방식으로 실시하기 때문에 탄화처리된 그라파이트 필름용 전구체를 가마에서 꺼내기 위해서 탄화처리를 위해 승온된 가마를 냉각하는 공정과, 흑연화 처리된 그라파이트 필름을 승온된 가마에서 꺼내기 위해서 흑연화 처리를 위해 승온된 가마를 냉각하는 공정이 필요하고, 탄화처리 후 흑연화 처리를 위해 질소가스를 아르곤 가스로 교체하는 공정도 필요하기 때문에 공정이 복잡하고, 제조공정 시간이 길어져 생산성이 크게 떨어지는 문제점이 있었다.
또한 다량의 필름상 전구체를 중첩하여 투입하기 때문에 탄화 공정 중 열분해된 개스가 쉽게 빠져나가지 못하고 전구체 내부에서 부풀어오르거나 형태를 불균일하게 만들어 그라파이트 필름의 수율을 저하시키기도 한다.
또한, 상기 종래방법은 배치식 공정 방식이기 때문에 탄화처리를 위해 그라파이트 필름용 전구체를 가마에 넣는 공정, 탄화처리 후 그라파이트 필름용 전구체를 가마에서 꺼내는 공정, 흑연화 처리를 위해 탄화처리된 그라파이트 필름용 전구체를 다시 가마에 넣는 공정 및 흑연화 처리된 그라파이트 필름을 가마에서 꺼내는 공정등이 필요하여 제조공정 시간이 길어지는 문제점이 있었다.
본 발명의 과제는 연속 공정 방식으로 그라파이트 필름용 전구체 1매 또는 2매 이상을 탄화 및 흑연화 시킴으로써 제조공정시간이 단축되고, 제조공정이 간소화 되어 생산성이 크게 향상되는 그라파이트 필름의 제조방법을 제공하는 것이다.
이와 같은 과제를 달성하기 위해서, 본 발명에서는 그라파이트 필름용 전구체(Precussor)를 서로 구획되게 차례로 배열된 저온탄화로(2), 고온탄화로(3) 및 흑연화로(4) 내로 연속적으로 통과시켜주는 연속공정 방식으로 상기 그라파이트 필름용 전구체를 차례로 탄화 및 흑연화시켜 그라파이트 필름을 제조한다.
본 발명은 그라파이트 필름의 종래 냉각공정을 생략함으로써 제조공정 시간을 크게 단축할 수 있고, 제조공정도 간소화할 수 있다.
또한, 본 발명은 2매 이상의 그라파이트 필름용 전구체를 동시에 동일한 저온탄화로, 고온탄화로 및 흑연화로 내로 통과시키면서 탄화 및 흑연화 시킬 수 있어서 생산성이 향상되고 생산원가가 크게 절감된다.
본 발명으로 제조된 그라파이트 필름은 열전도도가 우수하여 LCD 또는 LED의 백 플레이트(Back plate)용 방열시트 등으로 유용하다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 공정 개략도이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 그라파이트 필름(Graphite film)의 제조방법은,도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 그라파이트 필름용 전구체(Precussor)를 서로 구획되게 차례로 배열된 저온탄화로(2), 고온탄화로(3) 및 흑연화로(4) 내로 연속적으로 통과시켜주는 연속공정 방식으로 상기 그라파이트 필름용 전구체를 차례로 탄화 및 흑연화시켜 그라파이트 필름을 제조한 다음 권취로울러(5)에 권취하는 것을 특징으로 한다.
이때, 도 1에 도시된 바와 같이 그라파이트 필름용 전구체의 공급로울러(1)에 감겨진 그라파이트 필름용 전구체 1매(1장)을 서로 구획되게 차례로 배열된 저온탄화로(2), 고온탄화로(3) 및 흑연화로(4) 내로 연속적으로 통과시키면서 탄화 및 흑연화시켜 그라파이트 필름을 제조한 후 이를 권취로울러(5)에 권취한다.
또 다른 구현일례로서 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 서로 다른 공급로울러(1)에 각각 감겨진 그라파이트 필름용 전구체 2매 이상, 바람직하기로는 2매 내지 8매를 서로 분리된 상태로 구획되게 차례로 배열된 저온탄화로(2), 고온탄화로(3) 및 흑연화로(4) 내로 연속적으로 통과시키면서 탄화 및 흑연화시켜 그라파이트 필름을 제조한 후 제조된 그라파이트 필름 각각을 서로 다른 권취로울러에 권취한다.
또 다른 구현일례로서 도 4에 도시된 바와 같이 서로 다른 공급로울러(1)에 각각 감겨진 그라파이트 필름용 전구체 2매 이상, 바람직하기로는 2매 내지 8매를 서로 분리된 상태로 구획되게 차례로 배열된 저온탄화로(2), 고온탄화로(3) 및 흑연화로(4) 내로 연속적으로 통과시키면서 탄화 및 흑연화시켜 그라파이트 필름을 제조한 후 제조된 그라파이트 필름들 모두를 모아서 하나의 권취로울러(5)에 권취한다.
또 다른 구현일례로서 도 5에 도시된 바와 같이 서로 다른 공급로울러(1)에 각각 감겨진 그라파이트 필름용 전구체 2매 이상, 바람직하기로는 2매 내지 8매를 서로 분리된 상태로 구획되게 차례로 배열된 저온탄화로(2), 고온탄화로(3) 및 흑연화로(4) 내로 연속적으로 통과시키면서 탄화 및 흑연화시켜 그라파이트 필름을 제조한 후 제조된 그라파이트 필름들 모두를 모아서 하나의 압축로울러(6) 사이로 통과시키면서 압축시킨 다음, 압축된 그라파이트 필름들을 하나의 권취로울러(5)에 권취한다.
상기 저온탄화로(2)의 온도는 300~1,000℃로 조절하고 고온탄화로(3)의 온도는 1,000~2,400℃로 조절하고, 흑연화로(4)의 온도는 2,400~2,800℃로 조절하는 것이 바람직하다.
상기 그라파이트 필름용 전구체는 폴리이미드 필름 등이고, 두께는 30~100㎛, 보다 바람직하기로는 50~75㎛이다.
이때 저온탄화로(2), 고온탄화로(3) 및 흑연화로(4)에서의 수축율은 5~50% 인 것이 바람직하다. 좋기로는 10~40%인 것이 좋다. 5%이하로 수축율을 부여할 경우 탄화 및 흑연화공정에서 너무 높은 공정 장력이 걸리면서 파단되거나 그라파이트 필름의 신축성이 부족해 접힘 특성이 나빠진다. 50%이상의 수축율을 부여하는 경우 시트가 너무 부풀어 올라 불균일해지면서 층층이 박리되는 현상이 발생하여 그라파이트 필름으로서의 성능이 너무 떨어진다.
압축공정을 거친 그라파이트 필름의 부피밀도(Bulk density)가 흑연화 처리 후 압축공정을 거치기 전인 그라파이트 필름의 부피밀도의 2배 이상이 되도록 흑연화 처리된 그라파이트 시트를 압축처리하는 것이 최종제품인 그라파이트 필름의 열전도도와 기타 물성을 개선하는데 바람직하다.
본 발명은 탄화공정과 흑연화 공정이 연속공정으로 이루어지기 때문에 공정 스피드 조절을 통하여 수축율을 임의로 제어할 수 있으며, 수축율을 제어하면서 밀도 및 열전도도를 제어할 수 있는 것이 종래의 기술과는 다른 큰 특징이다.
본 발명은 그라파이트 필름의 종래 냉각공정을 생략함으로써 제조공정 시간을 크게 단축할 수 있고, 제조공정도 간소화할 수 있다.
또한, 본 발명은 2매 이상의 그라파이트 필름용 전구체를 동시에 동일한 저온탄화로, 고온탄화로 및 흑연화로 내로 통과시키면서 탄화 및 흑연화 시킬 수 있어서 생산성이 향상되고 생산원가가 크게 절감된다.
본 발명으로 제조된 그라파이트 필름은 열전도도가 우수하여 LCD 또는 LED의 백 플레이트(Back plate)용 방열시트 등으로 유용하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다. 그러나, 본 발명의 보호범위는 하기 실시예 만으로 한정, 해석되어서는 안된다.
실시예 1
두께가 50㎛인 폴리이미드 수지 필름을 그라파이트 필름용 전구체로 사용하였다. 도 1에 도시된 바와 같이 상기 폴리이미드 수지 필름이 감겨져 있는 공급로울러(1)에 감겨진 폴리이미드 수지 필름 1매(1장)을 서로 구획되게 차례로 배열된 800℃의 저온탄화로(2)와 1,800℃의 고온탄화로(3) 및 2,700℃의 흑연화로(4) 내로 연속적으로 통과시키면서 탄화 및 흑연화시켜 그라파이트 필름을 제조한 후, 제조된 그라파이트 필름 1매를 권취로울러(5)에 권취하였다.
제조된 그라파이트 필름은 열전도도가 1,200w/mk로 우수하였고, 전체 공정 체류시간도 120분으로 종래 배치식 제조방법 보다 크게 단축되었고, 생산성도 종래 배치식 제조방법 보다 크게 향상되었다.
실시예 2
두께가 50㎛인 폴리이미드 수지 필름을 그라파이트 필름용 전구체로 사용하였다. 도 2에 도시된 바와 같이 서로 다른 공급로울러(1)에 각각 감겨진 폴리이미드 수지 필름 2매(2장)을 서로 분리된 상태로 구획되게 차례로 배열된 700℃의 저온탄화로(2)와 2,400℃의 고온탄화로(3) 및 2,800℃의 흑연화로(4) 내로 연속적으로 통과시키면서 탄화 및 흑연화시켜 그라파이트 필름들을 제조한 후, 제조된 그라파이트 필름 2매 각각을 서로 다른 권취로울러(5)에 권취하였다.
제조된 그라파이트 필름은 열전도도가 1,250w/mk로 우수하였고, 전체 공정 체류시간도 120분으로 종래 배치식 제조방법 보다 크게 단축되었고, 생산성도 실시예 1 보다 2배 향상되었다.
실시예 3
두께가 50㎛인 폴리이미드 수지 필름을 그라파이트 필름용 전구체로 사용하였다. 도 3에 도시된 바와 같이 서로 다른 공급로울러(1)에 감겨진 폴리이미드 수지 필름 3매(3장)을 서로 분리된 상태로 구획되게 차례로 배열된 800℃의 저온탄화로(2)와 2,200℃의 고온탄화로(3) 및 2,800℃의 흑연화로(4) 내로 연속적으로 통과시키면서 탄화 및 흑연화시켜 그라파이트 필름들을 제조한 후, 제조된 그라파이트 필름 3매 각각을 서로 다른 권취로울러(5)에 권취하였다.
제조된 그라파이트 필름은 열전도도가 1,230w/mk로 우수하였고, 전체 공정 체류시간도 90분으로 종래 배치식 제조방법 보다 크게 단축되었고, 생산성도 실시예 1 보다 3배 향상되었다.
실시예 4
두께가 50㎛인 폴리이미드 수지 필름을 그라파이트 필름용 전구체로 사용하였다. 도 4에 도시된 바와 같이 서로 다른 공급로울러(1)에 감겨진 폴리이미드 수지 필름 3매(3장)을 분리된 상태로 구획되게 차례로 배열된 800℃의 저온탄화로(2)와 1,600℃의 고온탄화로(3) 및 2,600℃의 흑연화로(4) 내로 연속적으로 통과시키면서 탄화 및 흑연화시켜 그라파이트 필름들을 제조한 후, 제조된 그라파이트 필름 3매를 1개의 권취로울러(5)에 모아 권취하였다.
제조된 그라파이트 필름은 열전도도가 1,020w/mk로 우수하였고, 전체 공정 체류시간도 120분으로 종래 배치식 제조방법 보다 크게 단축되었고, 생산성도 실시예 1 보다 3배 향상되었다.
실시예 5
두께가 50㎛인 폴리이미드 수지 필름을 그라파이트 필름용 전구체로 사용하였다. 도 5에 도시된 바와 같이 서로 다른 공급로울러(1)에 감겨진 폴리이미드 수지 필름 3매(3장)을 분리된 상태로 구획되게 차례로 배열된 800℃의 저온탄화로(2)와 1,600℃의 고온탄화로(3) 및 2,800℃의 흑연화로(4) 내로 연속적으로 통과시키면서 탄화 및 흑연화시켜 그라파이트 필름들을 제조한 후, 제조된 그라파이트 필름 3매를 모아서 하나의 압축로울러(6) 사이로 통과시키면서 압축시킨 다음, 압축된 그라파이트 필름들을 하나의 권취로울러(5)에 권취하였다.
제조된 그라파이트 필름은 열전도도가 1,210w/mk로 우수하였고, 전체 공정 체류시간도 120분으로 종래 배치식 제조방법 보다 크게 단축되었고, 생산성도 실시예 1 보다 3배 향상되었다.
1 : 그라파이트 필름용 전구체 로울러 2 : 저온탄화로
3 : 고온탄화로 4 : 흑연화로
5 : 그라파이트 필름 권취로울러 6 : 압축로울러

Claims (9)

  1. 그라파이트 필름용 전구체(Precussor)를 서로 구획되게 차례로 배열된 저온탄화로(2), 고온탄화로(3) 및 흑연화로(4) 내로 연속적으로 통과시켜주는 연속공정 방식으로 상기 그라파이트 필름용 전구체를 차례로 탄화 및 흑연화시켜 그라파이트 필름을 제조한 다음 권취로울러(5)에 권취하는 것을 특징으로 하는 그라파이트 필름의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 서로 다른 그라파이트 필름용 전구체의 공급로울러(1)에 감겨진 그라파이트 필름용 전구체 2매 이상을 서로 분리된 상태로 상기 저온탄화로(2), 고온탄화로(3) 및 흑연화로(4) 내로 연속적으로 통과시켜 서로 분리된 2매 이상의 그라파이트 필름들을 제조한 다음, 제조된 그라파이트 필름 각각을 서로 다른 권취로울러(5)에 권취하는 것을 특징으로 하는 그라파이트 필름의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 서로 다른 그라파이트 필름용 전구체의 공급로울러(1)에 감겨진 그라파이트 필름용 전구체 2매 이상을 서로 분리된 상태로 상기 저온탄화로(2), 고온탄화로(3) 및 흑연화로(4) 내로 연속적으로 통과시켜 서로 분리된 2매 이상의 그라파이트 필름들을 제조한 다음, 제조된 그라파이트 필름들을 하나의 권취로울러(5)에 권취하는 것을 특징으로 하는 그라파이트 필름의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 서로 다른 그라파이트 필름용 전구체의 공급로울러(1)에 감겨진 그라파이트 필름용 전구체 2매 이상을 서로 분리된 상태로 상기 저온탄화로(2), 고온탄화로(3) 및 흑연화로(4) 내로 연속적으로 통과시켜 서로 분리된 2매 이상의 그라파이트 필름들을 제조한 다음, 제조된 그라파이트 필름들을 하나의 압축로울러(6) 사이로 통과 시키면서 압축시킨 다음 압축된 그라파이트 필름들을 하나의 권취로울러(5)에 권취하는 것을 특징으로 하는 그라파이트 필름의 제조방법.
  5. 제2항, 제3항 또는 제4항에 있어서 그라파이트 필름용 전구체 2매 내지 8매를 서로 분리된 상태로 저온탄화로(2), 고온탄화로(3) 및 흑연화로(4) 내로 연속적으로 통과시켜 2매 내지 8매의 그라파이트를 제조하는 것을 특징으로 하는 그라파이트 필름의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 저온탄화로(2)의 온도가 300~1,000℃인 것을 특징으로 하는 그라파이트 필름의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 고온탄화로(3)의 온도가 1,000~2,400℃인 것을 특징으로 하는 그라파이트 필름의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 흑연화로(4)의 온도가 2,400~2,800℃인 것을 특징으로 하는 그라파이트 필름의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 그라파이트 필름용 전구체는 두께가 30~100㎛인 폴리이미드 필름인 것을 특징으로 하는 그라파이트 필름의 제조방법.
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