KR20180006523A - 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 환원제로서 코발트계 환원제와 히드라진의 혼합물을 사용하여 무전해 방식으로 니켈이 도금된 고전도성 탄소섬유의 제조방법에 관한 것으로서, 낮은 도금 온도 및 짧은 침지 시간에서도 충분한 전도성을 보이는 정도로 니켈을 도금함으로써 높은 효율로 우수한 전도성을 지닌 탄소섬유를 제조할 수 있으며, 본 발명의 고전도성 탄소섬유는 내열성, 화학적 안정성, 전기전도성, 전자파 차폐성, 유연성 등의 우수한 특성이 있어 높은 전도성을 갖는 플라스틱의 내부 충전물로 이용 가능하다.
Description
본 발명은 고전도성 탄소섬유의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 환원제로서 코발트계 환원제와 히드라진의 혼합물을 사용하여 무전해 방식으로 니켈이 도금된 고전도성 탄소섬유의 제조방법에 관한 것이다.
최근 거의 모든 기기들이 정보처리의 발생, 전달, 저장 등을 위한 전기, 전자 장비들을 탑재하고 최신기기로서의 효능을 향상시키고 있다. 그러나 이러한 전기, 전자 장비의 이용이 증대될수록 기기와 기기 사이의 전자적 간섭이 커지게 되어, 급기야 전자파 장해라는 커다란 사회문제까지 일으키고 있으며, 심지어 인체에는 심각한 유해성이 있음이 검증되어 높은 관심을 불러일으키고 있다.
특히 플라스틱은 성형성이 뛰어나고 가격이 저렴하다는 장점으로 여러 가지 정보통신 분야의 하우징으로서 수요가 폭발적으로 늘어나고 있지만 절연성과 전자파를 투과하는 단점 때문에 전자파 차폐효과를 높일 필요가 있다.
고전도성 탄소섬유는 내열성, 화학적 안정성, 전기전도성, 전자파 차폐성 유연성 등의 우수한 특성이 있어 고전도성을 갖는 플라스틱의 내부 충전물로 이용 가능하다.
고전도성 탄소섬유를 제조하는 방법으로 무전해 도금이 가장 많이 사용되는데 무전해 도금의 경우 우수한 차폐 효과를 가질 뿐만 아니라 섬유표면에 일정한 두께의 도금층을 형성시키는 장점이 있다.
하지만 한국등록특허 제486,962호에 개시되어 있는 무전해 도금법은, 금속염과 환원제 및 착화제가 공존하는 금속도금용액으로 탄소섬유를 화학적 환원에 의해 니켈 도금 처리하여 탄소섬유 표면에 나노 크기의 니켈-인 합금을 도입함으로써, 일정한 두께의 피막을 형성하도록 하여, 탄소섬유의 전도성을 향상시키는 방법을 개시하고 있으나, 환원제로서 NaH2PO2를 사용함에 따라 인 함량이 증가하여 비저항이 도리어 상승하여 탄소섬유의 전도성이 충분하지 못하는 문제가 발생하였다.
상기 한국등록특허 제486,962호에 무전해 도금법에 의해 발생되는 문제를 해소하기 위하여 환원제로서 인을 함유하지 않은 코발트계 환원제, 구체적으로는 환원제로서 CoSO4·7H2O 또는 코발트-에틸렌디아민(ethylenediamine) 착화합물을 사용하여 인(P) 성분에 의한 비저항의 상승을 방지하여 높은 전도성을 가질 수 있다.
그러나 코발트계 환원제를 사용하는 경우 탄소섬유의 전도성을 향상시킬 수는 있으나 도금 시간이 길어지고 높은 온도에서 도금을 진행하여야 하는 도금의 효율성이 떨어지는 문제가 있다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 짧은 시간과 낮은 온도에서 도금하더라도 높은 함량의 니켈을 도금시킬 수 있는 무전해 도금법에 의한 고전도성 탄소섬유 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 니켈 염, 착화제, 안정제 및 환원제를 포함하는 도금액에 탄소섬유를 침지하여 탄소섬유에 니켈을 도금하여 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유 제조방법에 있어서,
상기 환원제가 코발트계 환원제와 히드라진의 혼합물인 것을 특징으로 하는 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유 제조방법에 있어서, 상기 코발트계 환원제와 히드라진의 혼합물이 코발트계 환원제가 75 ~ 90중량%, 히드라진이 10 ~ 25중량% 포함된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유 제조방법에 있어서, 상기 코발트계 환원제는 CoSO4·7H2O 또는 코발트-에틸렌디아민 착화합물인 수 있다.
본 발명에 따른 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유 제조방법에 있어서, 상기 니켈 염은 NiSO4·6H2O, 상기 착화제는 Na3C6H5O7, 상기 안정제는 Pb(NO3)2인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 니켈 무전해 도금 고전도성 탄소섬유의 제조방법에 의하면 코발트계 환원제만을 사용하는 경우 짧은 시간과 낮은 온도에서 도금하더라도 높은 함량의 니켈을 도금시킬 수 있어 도금 공정의 효율이 매우 높으며 또한 전도성에서는 더욱 뛰어난 고전도성 탄소섬유의 제조가 가능하다.
본 발명은 환원제로서 코발트계 환원제와 히드라진 혼합물을 사용하는 니켈 무전해 도금 고전도성 탄소섬유 및 그의 제조방법을 제공한다.
구체적으로, 본 발명은 니켈 염, 착화제, 안정제 및 코발트계 환원제와 히드라진 혼합 환원제를 포함하는 도금액에 탄소섬유를 침지함으로써 탄소섬유에 니켈을 도금하는 고전도성 탄소섬유의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 무전해 니켈 도금용액의 주성분인 니켈 염으로는 본 발명이 속하는 기술 분야에 널리 알려진 것이라면 특별한 제한 없이 사용 가능하며, 특히 NiSO4·6H2O가 바람직한데, 그 이유는 낮은 온도에서 도금속도가 빠른 효과가 있기 때문이다.
또한 상기 환원제로는 인이 첨가되지 않는 코발트(Co)계 환원제와 히드라진이 혼합된 혼합 환원제가 바람직하다. 코발트계 환원제는 종래의 환원제와는 달리 인(P)이 포함되지 않아 인 성분에 의한 비저항의 상승을 방지하는 효과가 있기 때문이다. 코발트계 환원제로는 구체적으로 CoSO4·7H2O 또는 코발트-에틸렌디아민(ethylenediamine) 착화합물을 사용할 수 있다. 그러나 코발트계 환원제를 이용하는 도금의 시간이 길어지고 도금의 온도가 높아져 도금 효율이 떨어지는 문제가 있으나 본 발명에서는 이를 해결하기 위하여 환원제로서 코발트계 환원제에 히드라진을 혼합시켜 사용하는 것이다. 코발트계 환원제와 히드라진의 혼합 비율은 다양할 수 있으나 본 발명자의 실험에 의해 코발트계 환원제가 75 ~ 90중량%이고 히드라진이 10 ~ 25중량%일 때 도금 효율일 가장 높은 것으로 판명이 되었다.
종래의 경우에는 70℃ 미만에서는 화학적 환원반응이 일어나기 어려우며, 90℃를 초과하면 섬유표면이 손상되어 섬유 자체가 타버리는 현상이 발생될 수 있기 때문에 도금액 온도는 70 ~ 90℃에서 무전해 도금을 실시하였으며, 또한 25분 미만에서는 자가촉매 반응시간이 너무 짧은 관계로 섬유 표면에 생성되는 니켈 피막의 양이 적기 때문에 바람직하지 못하며 40분을 초과하면 피막의 양이 급격히 상승하여 가공성이 떨어지기 때문에 탄소섬유의 도금액 침지 시간을 25 ~ 40분 정도로 실시하였으나, 본 발명에 따른 환원제를 사용하는 경우 도금액 온도를 20 ~ 30℃, 침지 시간을 1 내지 10분을 하여도 화학적 환원반응이 충분히 일어나면서 실용적인 전도성을 가질 수 있도록 탄소 섬유 표면에 형성되는 니켈 피막의 양이 충분하였다.
또한 착화제 및 안정화제로는 본 발명이 속하는 기술 분야에 널리 알려진 것이라면 특별한 제한없이 사용 가능하나, 착화제로 Na3C6H5O7을 사용하였을 경우 염의 빠른 환원속도를 억제할 수 있어 바람직하며, 안정화제로는 Pb(NO3)2를 사용할 경우 욕의 분해 방지, 조악한 니켈 석출 방지, 도금조의 석출 방지의 효과가 있다
상기 탄소섬유를 도금액에 침지시키기 전에 염화주석(SnCl2) 또는 염화팔라듐(PdCl2)으로 활성화를 시킬 수 있다. 이 과정에 의해 주석 또는 팔라듐 핵이 탄소 표면에 형성되며 이러한 핵은 금속 석출을 촉매화 시키는 역할을 하게 된다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실험예
1. 니켈
무전해
도금된
탄소섬유의
전기전도도 측정
하기의 실시예에서 제조된 니켈 무전해 도금 탄소섬유의 전기전도도 측정을 위하여, 4-probe volum resistivity tester (Mituvishi Chemical Co., MCP-T610)을 이용하여 저항(V/I)을 측정한 후 시편의 치수 (W×T:섬유 측면의 단면적; L:전압 접촉부 사이의 거리)와의 관계를 이용하여 전기전도도(σ)를 계산하였다.
실험예
2. 니켈
무전해
도금된
탄소섬유의
표면구조, 두께변화 및 특성 확인
하기의 실시예에서 제조된 니켈 무전해 도금된 탄소섬유의 표면구조, 두께 변화 및 특성을 관찰하기 위하여 주사전자현미경(Scanning electron microscope, SEM JEOL JSM0840A)과 X선 회절(X-ray diffraction) 분석을 실시하였으며, 발생원으로는 CuKα를 장착한 Rigaku Model D/MAX-Ⅲ를 사용하였다.
실시예
1. 본 발명에 따른
무전해
니켈 도금된
탄소섬유의
제조
본 발명에서 사용된 탄소섬유는 Formosa Platic Co.에서 생산된 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile, PAN)계 고강도 탄소섬유 (TC-3K-36)로, 아세톤으로 2시간 동안 호발정련(desizing) 처리된 장섬유를 사용하여 금속 도금 전 표면의 불순물 제거를 위해 0.1M 농도의 질산(HNO3)으로 30분 동안 전처리한 다음 사용하였다.
탄소섬유의 니켈 도금은 무전해 도금방법을 사용하였으며, 염화주석(SnCl2)용액에서 10 분 동안 활성화를 시킨 후 증류수에 세척하고 다시 염화팔라듐(PdCl2)을 이용하여 10 분 동안 활성화를 시킨 후 증류수에 세척하였다.
또한, 무전해 도금액은 NiSO4·6H2O (20 g/L)을 사용하였으며 착화제로 Na3C6H5O7 (27 g/L)을, 안정제로 Pb(NO3)2 (0.5 ppm)을 각각 사용하였다. 환원제는 코발트-에틸렌디아민 착화합물과 히드라진을 8: 2로 혼합한 혼합물(27 g/L)을 사용하여 3분 동안 15℃의 온도에서 무전해 도금 후 건조기에서 완전하게 건조시켜 니켈 도금된 탄소섬유를 제조하였다.
하기 표 1에는 본 발명에서 사용된 환원제의 종류, 온도와 도금 시간에 따라 제조된 탄소섬유의 도금막 두께, 비저항, 니켈 함량의 결과를 나타내었다.
실시예
2. 본 발명에 따른
무전해
니켈 도금된
탄소섬유의
제조
본 실시예는 실시예 1과 동일하며 다만 코발트계 환원제로서 CoSO4·7H2O를 사용한 것에서 차이가 있다. 또한 실시예 2의 결과도 하기 표 1에 나타냈다.
실시예
3. 본 발명에 따른
무전해
니켈 도금된
탄소섬유의
제조
본 실시예는 실시예 1과 동일하며 도금액에 침지 시간을 1분으로 하고 도금액의 온도를 30℃로 한 것에서 차이가 있다. 또한 실시예 3의 결과도 하기 표 1에 나타냈다.
실시예
4. 본 발명에 따른
무전해
니켈 도금된
탄소섬유의
제조
본 실시예는 실시예 2와 동일하며 도금액에 침지 시간을 1분으로 하고 도금액의 온도를 30℃로 한 것에서 차이가 있다. 또한 실시예 4의 결과도 하기 표 1에 나타냈다.
비교예
1. 종래
무전해
니켈 도금된
탄소섬유의
제조
실시예 1과 동일하며 환원제로 코발트-에틸렌디아민 착화합물만을 사용하여 한 것에서 차이가 있다. 또한 비교예 1의 결과도 하기 표 1에 나타냈다.
비교예
2. 종래
무전해
니켈 도금된
탄소섬유의
제조
본 비교예는 비교예 1과 동일하며 환원제로 CoSO4·7H2O만을 사용하여 한 것에서 차이가 있다. 또한 비교예 2의 결과도 하기 표 1에 나타냈다.
비교예
3. 종래
무전해
니켈 도금된
탄소섬유의
제조
본 비교예는 비교예 1과 동일하며 도금액에 침지 시간을 1분으로 하고 도금액의 온도를 30℃로 한 것에서 차이가 있다. 또한 비교예 3의 결과도 하기 표 1에 나타냈다.
비교예
4. 종래
무전해
니켈 도금된
탄소섬유의
제조
본 비교예는 비교예 2와 동일하며 도금액에 침지 시간을 1분으로 하고 도금액의 온도를 30℃로 한 것에서 차이가 있다. 또한 비교예 4의 결과도 하기 표 1에 나타냈다.
| 구분 | 환원제 | 온도 (℃) |
시간 (분) |
니켈함량 (%) |
두께 (㎛) |
비저항 (Ω㎝) |
| 실시예 1 | 코발트-에틸렌디아민착화합물+히드라진 | 15℃ | 3분 | 45 | 3.71 | 1.83 X 10-6 |
| 실시예 2 | CoSO4·7H2O + 히드라진 | 15℃ | 3분 | 45 | 3.70 | 1.82 X 10-6 |
| 실시예 3 | 코발트-에틸렌디아민착화합물+히드라진 | 30℃ | 1분 | 45 | 3.72 | 1.80 X 10-6 |
| 실시예 4 | CoSO4·7H2O + 히드라진 | 30℃ | 1분 | 45 | 3.72 | 1.80 X 10-6 |
| 비교예 1 | 코발트-에틸렌디아민착화합물 | 15℃ | 3분 | 3 | 0.07 | 0.92 X 10-3 |
| 비교예 2 | CoSO4·7H2O | 15℃ | 3분 | 3 | 0.07 | 0.91 X 10-3 |
| 비교예 3 | 코발트-에틸렌디아민착화 | 30℃ | 1분 | 3 | 0.07 | 0.91 X 10-3 |
| 비교예 4 | CoSO4·7H2O | 30℃ | 분 | 3 | 0.07 | 0.92 X 10-3 |
상기와 같이 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 환원제를 사용하는 경우 도금액의 온도 15℃에서는 도금액 침지 시간을 3분, 도금액 온도 30℃에서는 도금액 침지 시간을 1분만을 하여도 상용성이 우수한 고전도성 탄소섬유가 제조됨을 확인할 수 있어서, 종래와 같이 코발트계 환원제만을 사용하는 경우에는 도금액의 온도를 15℃, 도금액 침지 시간 3분 내지 도금액의 온도를 30℃, 도금액 침지 시간 1분에서는 니켈이 거의 도금되지 않았으며, 전도성이 너무 낮아서 니켈 도금 탄소섬유로서 상용성이 없는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명에서와 같은 환원제를 이용하는 경우 별도의 가온 없이 도금액의 온도를 계절에 따른 실온에서 실시하여도 1분 내지 5분 정도 시간 안에 충분한 도금이 이루어져 도금 공정의 효율성을 극대화시킬 수 있다.
Claims (4)
- 니켈 염, 착화제, 안정제 및 환원제를 포함하는 도금액에 탄소섬유를 침지하여 탄소섬유에 니켈을 도금하여 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유 제조방법에 있어서,
상기 환원제가 코발트계 환원제와 히드라진의 혼합물인 것을 특징으로 하는 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 코발트계 환원제와 히드라진의 혼합물이 코발트계 환원제가 75 ~ 90중량%, 히드라진이 10 ~ 25중량% 포함된 것을 특징으로 하는 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 코발트계 환원제는 CoSO4·7H2O 또는 코발트-에틸렌디아민 착화합물인 것을 특징으로 하는 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 니켈 염은 NiSO4·6H2O, 상기 착화제는 Na3C6H5O7, 상기 안정제는 Pb(NO3)2인 것을 특징으로 하는 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160085995A KR20180006523A (ko) | 2016-07-07 | 2016-07-07 | 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160085995A KR20180006523A (ko) | 2016-07-07 | 2016-07-07 | 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180006523A true KR20180006523A (ko) | 2018-01-18 |
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ID=61028878
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020160085995A KR20180006523A (ko) | 2016-07-07 | 2016-07-07 | 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20180006523A (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200022306A (ko) * | 2018-08-22 | 2020-03-03 | 전북대학교산학협력단 | 블록 교체형 한지 면상발열 장판의 제조 방법 및 한지 면상발열 장판 |
| KR20200089170A (ko) | 2019-01-16 | 2020-07-24 | 주식회사 디앤씨테크 | 무전해 고전도성 니켈 도금 탄소섬유 |
| KR20210029886A (ko) | 2019-09-06 | 2021-03-17 | (주)다인스 | 무전해 금속 도금 탄소섬유 및 이의 제조 방법 |
-
2016
- 2016-07-07 KR KR1020160085995A patent/KR20180006523A/ko unknown
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