KR20180042978A - 피치계 탄소섬유를 이용하여 제조 된 그래핀 옥사이드 및 이의 제조방법 - Google Patents
피치계 탄소섬유를 이용하여 제조 된 그래핀 옥사이드 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20180042978A KR20180042978A KR1020160135658A KR20160135658A KR20180042978A KR 20180042978 A KR20180042978 A KR 20180042978A KR 1020160135658 A KR1020160135658 A KR 1020160135658A KR 20160135658 A KR20160135658 A KR 20160135658A KR 20180042978 A KR20180042978 A KR 20180042978A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- graphene oxide
- pitch
- carbon fiber
- hours
- temperature
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/20—Graphite
- C01B32/21—After-treatment
- C01B32/23—Oxidation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
- C08J3/20—Compounding polymers with additives, e.g. colouring
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
- C08J3/24—Crosslinking, e.g. vulcanising, of macromolecules
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
- C08J5/0405—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres
- C08J5/042—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres with carbon fibres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
- C08K7/02—Fibres or whiskers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L63/00—Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
본 발명은 피치계 탄소섬유를 이용하여 제조된 그래핀 옥사이드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제조된 그래핀 옥사이드가 필러로 사용된 에폭시 강화 복합재료에 대한 것이다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 피치계 탄소섬유를 이용하여 탄소재료를 제조함으로써, PAN계 탄소 섬유를 이용하여 탄소섬유를 제조 할 때와 비교하여 제조비용을 낮출 수 있는 효과가 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 피치계 탄소섬유를 이용하여 탄소재료를 제조함으로써, PAN계 탄소 섬유를 이용하여 탄소섬유를 제조 할 때와 비교하여 제조비용을 낮출 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 피치계 탄소섬유를 이용하여 제조된 그래핀옥사이드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제조된 그래핀옥사이드가 필러로 사용된 에폭시 강화 복합재료에 대한 것이다.
현재 세계적으로 의류용 섬유 소재와 더불어 산업용 섬유 소재에 대한 필요성의 증가와 개발에 대한 시급성이 강조되고 있는 가운데 다양한 분야로의 연구개발이 진행되고 있다. 특히 건축 및 토목용 소재, 전기 전자 제품용 소재, 산업용 벨트, 스포츠 용품, 우주 및 항공기 소재, 풍력 발전, 자동차 소재 등의 분야에서 많은 연구 개발이 진행되고 있는 가운데 복합재료 소재에 대한 관심이 증대 되고 있다. 복합재료는 금속 보다 가볍고 강도가 뛰어나며 화학적인 물성도 지니고 있어 많은 분야에서 사용되고 있다. 복합재료는 기지 재료(Matrix material)와 강화 재료(Reinforcing material)로 구성되며 대표적인 기지 재료는 열경화성 특성을 가진 에폭시 수지가 있다. 에폭시 수지는 경화 시 저 수축성 특성을 가지며 경화 후 기계적, 화학적, 열적 우수한 특성과 전기절연성을 나타내 복합재료 성형 시 많이 사용된다. 또한 강화재료로써 아라미드 섬유와 탄소 섬유는 섬유 자체적으로 우수한 강도를 지니며, 에폭시 수지와 같이 경화시키면 비강도, 비탄성률이 뛰어난 복합재료 제품을 만들 수 있다.
특히, 에폭시 수지와 같은 복합재료에 보강재로서 많은 재료들이 첨가되고 있고, 그로 인해 에폭시복합재료의 기계적, 열적 등 많은 물성이 향상되고 있다. 보강재로서 사용하는 재료 중에는 고분자계, 세라믹계, 그리고 탄소계 보강재 등이 있다. 그중에서도 탄소계 보강재의 경우 값이 싸고 효과적인 성능 때문에 그 효능이 가장 잘 알려져 있다. 기존의 복합재료 내의 보강제들의 함량은 과량 첨가하여 복합재료의 물성을 향상시키는데 주를 이루었다. 하지만, 크랙 진전등의 여러 연구를 통해 저함량의 보강재 첨가에 대한 관심이 일어나고 있다.
또한, 피치계 탄소섬유는 기존의 PAN계 섬유에 비해 원단 단가가 저렴하고 많은 연구들이 의해 그 가능성을 확인하고 있는 상태이며, 현존의 PAN계의 탄소섬유 가격이 너무 높기 때문에 그에 대한 대체 방안으로도 생각되어지고 있다. 여기서 피치계 탄소섬유의 특징으로는 제조 시에 고온에서 추출하기 때문에 탄소 구조 배열등이 고온에서 정렬되며, 그로인해 섬유 내 배열이 흑연화되는 독특한 구조를 이룬다.
본 발명의 목적은, 흑연화 된 피치계 탄소섬유를 사용하여 탄소재료를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 피치계 탄소섬유를 이용하여 제조된 탄소재료를 에폭시 제조 시 보강재로 첨가함으로서, 제조된 에폭시 복합재료의 기계적 특성을 향상시키는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 피치계 탄소섬유(pitch-based carbon fiber)를 이용한 그래핀옥사이드(graphene oxide)의 제조방법을 제공한다. 상기 피치계 탄소섬유를 이용한 그래핀옥사이드 제조방법은 피치계 탄소섬유를 열처리하는 불순물 제거 단계, 상기 불순물이 제거된 피치계 탄소섬유에 산용액을 처리하는 단계, 상기 산처리 된 피치계 탄소섬유에 화학적 박리법을 이용하여 탄소재료를 제조하는 탄소 재료 제조단계, 및 제조된 탄소재료를 동결건조하는 건조단계를 포함한다.
상기 불순물 제거단계는 온도 700 내지 1500℃, 질소(N2) 기체 분위기 하에서 1 내지 5시간 동안 열처리하는 것을 특징으로 한다. 상기 산처리 단계는 황산용액 및 질산용액의 4:1의 중량비로 혼합된 산용액을 처리하는 것을 특징으로 한다. 상기 탄소재료 제조 단계에서 제조 된 탄소재료는 그래파이트 옥사이드(graphite oxide), 그래핀 옥사이드(graphene oxide), 환원 그래핀 옥사이드(reduced graphene oxide)인 것을 특징으로 한다. 상기 건조 단계는 제조 된 탄소재료를 3 내지 5일간 동결 건조하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기 제조방법에 따라 제조 된 피치계 탄소섬유를 이용하여 제조된 그래핀옥사이드를 제공한다.
또한 본 발명은 에폭시 수지 100중량부 및 피치계 탄소섬유를 이용하여 제조된 그래핀 옥사이드(graphene oxide)는 0.01 내지 0.1중량부를 포함하는 에폭시 강화 복합재료 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 에폭시 강화 복합재료의 제조방법을 제공한다. 상기 에폭시 강화 복합재료의 제조방법은 피치계 탄소섬유를 이용하여 제조된 탄소재료 및 에폭시를 혼합하여 초음파 처리하는 혼합단계, 상기 탄소재료 및 에폭시 혼합물을 교반하여 점도를 조절하는 점도조절 단계, 상기 경화제가 첨가된 혼합물에 열을 가하여 혼합물에 존재하는 기체를 제거하는 탈포 및 탈기화 단계, 상기 탈포 및 탈기화 된 혼합물을 경화시키는 단계를 포함한다.
상기 혼합단계는 에폭시 수지 100중량부 및 피치계 탄소섬유를 이용하여 제조된 그래핀 옥사이드(graphene oxide)는 0.01 내지 0.1중량부를 혼합하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 점도조절 단계는 온도 30 내지 70℃에서 1 내지 3시간동안 교반하여 점도를 조절하는 것을 특징으로 한다. 상기 탈포 및 탈기화 단계는 진공조건에서 온도 70℃에서 1 내지 3시간, 온도 80℃에서 1 내지 3시간, 온도 90℃에서 1 내지 3시간 동안 혼합물에 존재하는 기체를 제거하는 것을 특징으로 한다. 상기 경화시키는 단계는 온도 90℃에서 130 내지 170℃에서 3 내지 6시간 동안 경화시키는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 피치계 탄소섬유를 이용하여 탄소재료를 제조함으로써, PAN계 탄소 섬유를 이용하여 탄소섬유를 제조 할때와 비교하여 제조비용을 낮출 수 있는 효과가 있다.
피치계 탄소섬유를 이용하여 제조된 탄소재료를 보강재로서 에폭시에 첨가하였을 경우, 제조 된 에폭시 복합재료의 기계적 특성이 향상되는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 피치계 탄소섬유를 이용하여 제조된 탄소재료를 보강재로서 사용함으로써, 종래 보강재로 사용하던 재료보다 저함량으로 첨가하여도 기계적 특성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에폭시 강화 복합재료의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에폭시 강화 복합재료의 퓨리에 변환 적외선 분광분석(FT-IR) 결과를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에폭시 강화 복합재료의 X선 광전자 분광분석(XPS) 결과를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에폭시 강화 복합재료의 파괴인성(Fracture Toughness) 시험 결과를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에폭시 강화 복합재료의 퓨리에 변환 적외선 분광분석(FT-IR) 결과를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에폭시 강화 복합재료의 X선 광전자 분광분석(XPS) 결과를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에폭시 강화 복합재료의 파괴인성(Fracture Toughness) 시험 결과를 도시한 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 형태에 따른 피치계 탄소섬유(pitch-based carbon fiber)를 이용한 그래핀옥사이드(graphene oxide)의 제조방법은 피치계 탄소섬유를 열처리하는 불순물 제거 단계, 상기 불순물이 제거 된 피치계 탄소섬유에 산용액을 처리하는 산처리 단계, 상기 산처리 된 피치계 탄소섬유에 화학적 박리법을 이용하여 탄소재료를 제조하는 탄소재료 제조단계, 제조 된 탄소재료를 동결 건조하는 건조단계를 포함한다.
상기 불순물 제거단계는 온도 700 내지 1500℃, 질소(N2) 기체 분위기 하에서 1 내지 5시간 동안 열처리하는 것을 특징으로 한다. 상기 불순물 제거단계에서의 온도는 700 내지 1500℃인 것이 바람직하다. 불순물 제거단계에서의 온도가 700 ℃ 이하인 경우는 낮은 온도 때문에 완전한 불순물 제거를 못하기 때문에 바람직하지 못하고, 제거단계에서의 온도가 1500 ℃ 이상이면 물성 저하를 초례하기 때문에 바람직하지 못하다.
상기 산처리 단계는 98% 황산 및 60% 질산이 4:1의 중량비로 혼합된 산용액을 처리한다. 상기 황산:질산의 중량비 중 황산의 중량비가 4:1 이상일 경우 산처리 효과가 미미하여 바람직하지 못하고, 4:1 이하일 경우 산처리 중 탄소섬유의 물성저하를 초례하여 바람직하지 못하다.
상기 탄소재료 제조 단계에서 제조 된 탄소재료는 그래파이트 옥사이드(graphite oxide), 그래핀 옥사이드(graphene oxide), 환원 그래핀 옥사이드(reduced graphene oxide)인 것일 수 있다.
상기 건조 단계는 제조 된 탄소재료를 3 내지 5일간 동결 건조한다. 상기 동결건조의 시간은 3 내지 5일간 동결건조하는 것이 바람직하다. 동결건조의 시간이 3일 이하인 경우는 짧은 건조시간 때문에 완전한 건조를 유도하지 못하기 때문에 바람직하지 못하고, 건조시간이 5일 이상이면 구조 파괴를 초례하여 물성 저하를 유도하기 때문에 바람직하지 못하다.
또한 본 발명은 피치계 탄소섬유(pitch-based carbon fiber)를 이용하여 제조 된 그래핀 옥사이드(graphene oxide)를 제공한다. 종래 그래핀옥사이드는 흑연으로 제조된다고 알려져 있으나, 본 발명은 피치계 탄소섬유로부터 제조된 그래핀옥사이드를 합성하였다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 에폭시 강화 복합재료 조성물은 에폭시 수지 100중량부 및 피치계 탄소섬유를 이용하여 제조된 그래핀 옥사이드( graphene oxide)는 0.01 내지 0. 1중량부를 포함한다. 상기 피치계 탄소섬유를 이용하여 제조된 그래핀옥사이드는 에폭시 수지 100중량부에 대하여 0.001 내지 0.1중량부인 것이 바람직하다. 상기 그래핀옥사이드의 농도가 0.001 중량부 미만인 경우는 기계적 물성 향상에 대한 효과가 미미하기 때문에 바람직하지 못하고, 상기 그래핀옥사이드가 에폭시 수지 100중량부 대비 0.1중량부를 초과하면 분산성이 저하되고 수지 내에 그래핀옥사이드 간의 상호 응집이 일어나 불균일한 상을 형성하여 물성을 감소시키기 때문에 바람직하지 못하다.
본 발명의 또 다른 일 형태에 따른 에폭시 강화 복합재료의 제조방법은 피치계 탄소섬유를 이용하여 제조 된 탄소재료 및 에폭시를 혼합하여 초음파 처리하는 혼합단계, 상기 탄소재료 및 에폭시 혼합물을 교반하여 점도를 조절하는 점도조절 단계, 상기 점도조절 된 혼합물을 교반하는 교반단계, 상기 교반 된 혼합물에 경화제를 첨가하는 단계, 상기 경화제가 첨가된 혼합물에 열을 가하여 혼합물에 존재하는 기체를 제거하는 탈포 및 탈기화 단계, 상기 탈포 및 탈기화 된 혼합물을 경화시키는 단계를 포함한다.
상기 혼합단계는 에폭시 수지 100중량부 및 피치계 탄소섬유를 이용하여 제조된 그래핀 옥사이드(graphene oxide)는 0.01 내지 0. 1중량부를 혼합한다. 또한 상기 그래핀옥사이드 및 에폭시 수지 혼합물은 유기용매 및 에탄올 혼합용액에 분산된다. 분산을 위해 사용하는 유기용매 및 에탄올 혼합용액은 5ml이하의 양을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 유기용매 및 에탄올 혼합용액을 5ml이상 사용하였을 경우 에폭시와의 경화시 아세톤 기포가 발생하여 제조된 에폭시 강화 복합재료에 기포가 생성되며 용매제거가 어려워 바람직하지 못하다.
상기 점도조절 단계는 온도 30 내지 70℃에서 1 내지 3시간동안 교반하여 점도를 조절한다. 상기 점도조절 단계에서의 온도와 교반시간은 30 내지 70℃, 1내지 3시간인 것이 바람직하다. 점도조절 단계에서 온도 및 교반시간이 30℃, 1시간 이하인 경우는 낮은 온도 때문에 수지의 유동성이 확보되지 못해 균일한 분산 및 교반을 유도하지 못하기 때문에 바람직하지 못하고, 70℃, 3시간 이상일 경우 가경화 현상이 유도되어 효과적으로 필러를 분산시키지 못하기 때문에 바람직하지 못하다.
상기 탈포 및 탈기화 단계는 진공조건에서 온도 70℃에서 1 내지 3시간, 온도 80℃에서 1 내지 3시간, 온도 90℃에서 1 내지 3시간 동안 혼합물에 존재하는 기체를 제거한다. 탈포 및 탈기화 과정을 거치치 않았을 경우, 에폭시 복합재료의 경화 시 기포가 발생하여 기계적 강도가 떨어질 수 있어 바람직하지 못하다.
상기 탈포 및 탈기화 단계는 저온에서 용매를 제거하고, 수지 내의 용매가 제거되면서 점성이 다시 높아지기 때문에 이때, 단계적으로 온도를 높여 수지의 점성을 낮춰 용매제거를 효과적이다.
상기 경화시키는 단계는 온도 130 내지 170℃에서 3 내지 6시간 동안 경화시킨다. 상기 경화단계의 온도 및 시간은 130 내지 170℃, 3 내지 6 시간인 것이 바람직하다. 경화 온도가 130℃, 3시간 미만일 경우 완전한 경화가 되지 않으며 170℃ 6시간 이상일 경우에는 물성 저하를 초래하여 바람직하지 못하다.
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.
실시예 1.
피치계 탄소섬유를 퍼니스를 통해 700 ℃에서 열처리하여 불순물을 제거한 뒤 황산과 인산 4:1의 부피 비의 혼합용액에 침지한 하여 산 처리한 후 증류수와 과산화수소를 순차적으로 첨가하여 12 h 교반하였다. 얻어진 화합물을 염산, 에탄올, 증류수를 이용해 수차례 세척하여 중화한다. 마지막으로 3일동안 동결 건조하여 피치계 탄소섬유를 이용한 그래핀옥사이드를 제조하였다. 복합재료는 아세톤과 에탄올 혼합용액에 분산된 그래핀옥사이드를 0.01 wt. %을 40 g의 에폭시에 30℃에서 1시간동안 용융 혼합하여 분산하였다. 분산이 완료된 혼합물을 70℃에서 1시간, 80℃에서 1시간, 90℃에서 1시간동안 단계적으로 용매 및 기포를 제거를 한다. 최종적으로 용매 및 기포가 제거된 혼합물에 경화제를 첨가하여 130 ℃에서 3 h동안 경화시켜 그래핀옥사이드/에폭시 복합재료를 제조하였다.
실시예
2.
상기 실시예 1과 동일하게 과정을 실시하되, 그래핀옥사이드의 함량을 에폭시 대비 0.02 중량부로 하고 점도조절 온도를 30℃로 하여 제조하였다.
실시예
3.
상기 실시예 2와 동일하게 과정을 실시하되, 경화 시간을 4시간으로 하여 제조하였다.
실시예
4.
상기 실시예 3과 동일하게 과정을 실시하되, 피치계 탄소섬유의 분술물 제거 온도를 900℃로 하고, 동결건조를 4일, 점도조절 온도와 시간을 50℃에서 2시간, 70℃에서 2시간 80℃에서 2시간 90℃에서 2시간동안 용매 및 기포 제거하고 150℃에서 4시간동안 경화시켜 제조하였다.
실시예
5.
상기 실시예 4와 동일하게 과정을 실시하되, 그래핀옥사이드의 함량 에폭시 대비 0.004 중량부로 하고 5시간 동안 경화시켜 제조하였다.
실시예
6.
상기 실시예 5과 동일하게 과정을 실시하되, 피치계 탄소섬유를 이용한 그래핀옥사이드 제조시 불순물 제거를 위해 1200℃에서 열처리하고, 그래핀옥사이드의 함량을 에폭시 대비 0.06중량부로 하고 점도조절 온도는 60℃로 하여 제조하였다.
실시예
7.
상기 실시예 6과 동일하게 과정을 실시하되, 피치계 탄소섬유를 이용한 그래핀옥사이드 제조시 5일동안 동결건조하고, 그래핀옥사이드의 함량을 0.08 중량부로 첨가하고 점도조절 시간을 3시간하고 70℃에서 3시간 80℃에서 3시간 90℃에서 3시간동안 용매 및 기포를 제거한 뒤 170℃에서 6시간동안 경화하여 제조하였다.
실시예
8.
상기 실시예 7과 동일하게 과정을 실시하되, 불순물 제거를 위해 1500℃에서 열처리하고, 그래핀옥사이드의 함량을 에폭시 대비 0.1중량부로 하고 점도조절 온도를 70℃로 하여 제조하였다.
비교예
1.
에폭시 수지를 70℃에서 1시간, 80℃에서 1시간, 90℃에서 1시간동안 단계적으로 기포를 제거하고 경화제를 첨가하여 130 ℃에서 3 h동안 경화시켜 그래핀옥사이드/에폭시 복합재료를 제조하였다.
| 샘플명 | 분순물 제거 온도 (oC) |
동결 건조 (Day) |
그래핀 옥사이드 (중량%) |
점도조절 온도 (oC) |
점도조절 시간 (h) |
70oC 탈포 시간 (h) |
80oC 탈포 시간 (h) |
90oC 탈포 시간 (h) |
경화온도 (oC) |
경화시간 (h) |
| 실시예 1 | 700 | 3 | 0.01 | 30 | 1 | 1 | 1 | 1 | 130 | 3 |
| 실시예 2 | 700 | 3 | 0.02 | 40 | 1 | 1 | 1 | 1 | 130 | 3 |
| 실시예 3 | 700 | 3 | 0.02 | 40 | 1 | 1 | 1 | 1 | 130 | 4 |
| 실시예 4 | 900 | 4 | 0.02 | 50 | 2 | 2 | 2 | 2 | 150 | 4 |
| 실시예 5 | 900 | 4 | 0.04 | 50 | 2 | 2 | 2 | 2 | 150 | 5 |
| 실시예 6 | 1200 | 4 | 0.06 | 60 | 2 | 2 | 2 | 2 | 150 | 5 |
| 실시예 7 | 1200 | 5 | 0.08 | 60 | 3 | 3 | 3 | 3 | 170 | 6 |
| 실시예 8 | 1500 | 5 | 0.1 | 70 | 3 | 3 | 3 | 3 | 170 | 6 |
| 비교예 1 | - | - | - | 40 | 1 | 1 | 1 | 1 | 130 | 3 |
측정예
1. 주사전자현미경(
SEM
) 분석
피치계 탄소섬유의 표면구조의 흑연화를 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 측정하였고, 이의 결과를 도 1에 나타내었다.
상기 결과에 따르면, 흑연화된 피치계 탄소섬유의 흑연구조를 확실하게 벌려놓기 위해서 황산용액와 질소용액을 이용한 탄소 재료는 SEM을 통해 흑연화된 피치계 탄소섬유를 확인한 결과 도 1과 같이 탄소섬유 표면 구조가 흑연과 같이 층상을 이루고 있는 모습을 확인 할 수 있다.
측정예
2.
퓨리에
변환 적외선 스펙트럼 분석
피치계 탄소섬유와 합성된 피치계 탄소 섬유로 제조된 탄소재료의 표면의 작용기의 변화를 관찰하기 위해 각 섬유를 퓨리에 변환 적외선(FTIR) 스펙트럼을 분석하여 도 2에 나타내었다.
상기 결과에 따르면, 도 2와 같이 O-H피크 (3392 cm-1), C=C 피크 (1609 cm-1), C-O피크 (1411 cm-1), C=O피크 (1756 cm-1)를 확인하였다.
측정예
3. X선 광전자 분광분석(
XPS
)
합성된 피치계 탄소 섬유로 제조된 탄소재료의 표면의 작용기의 변화를 관찰하기 위해 각 섬유를 X선 광전자 분광법(XPS) 스펙트럼을 분석하여 도 3에 나타내었다.
상기 결과에 따르면, XPS분석을 이용하여 표면 관능기를 확인 할 수 있다. 도 3에서와 같이 C-O (epoxy or hydroxyl, 286.2 eV), C=O (carbonyl, 287.8 eV), and O-C=O (carboxylate, 289.0 eV)등이 확인되며 탄소대비 산소 함유양이 6:4 정도로 탄소재료 표면에 산소관능기가 많이 분포하고 있음을 증명 할 수 있다.
측정예
3.
파괴인성
시험
에폭시 강화 복합재료의 기계적 특성을 확인하기 위하여 파괴인성 시험을 통해 에폭시 강화 복합재료의 기계적 특성을 분석하였다. 상기 파괴인성 시험은 1 mm/min의 크로스헤드 비율로 ASTM E399에 따라 만능재료시험기를 이용하여 실시하여 도 4에 나타내었다. 시험결과의 신뢰도를 위해 각 경우 당 적어도 다섯 개의 표본을 시험하였다.
상기 결과에 따르면, 파괴인성 시험을 통해 도 4에 나타난 것과 같이 에폭지 수지 대비 0.02wt%의 초저함량의 보강제가 첨가된 에폭시 강화 복합재료에서 우수한 기계적 특성이 확인되었다. 종래 에폭시의 기계적 강도와 대비히야 100%이상의 증가를 확인 할 수 있다. 또한, 피치계 탄소섬유를 이용하여 제조된 그래핀옥사이드를 0.02wt%를 첨가한 에폭시 강화 복합재료가 기계적 특성을 향상시키는 현저한 효과가 있음을 확인하였다.
이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.
Claims (11)
- 피치계 탄소섬유를 열처리하는 불순물 제거 단계;
상기 불순물이 제거 된 피치계 탄소섬유에 산용액을 처리하는 산처리 단계;
상기 화학적 박리법을 이용하여 산처리 된 피치계 탄소섬유를 이용하여 탄소재료를 제조하는 탄소재료 제조단계;
피치계 탄소섬유(pitch-based carbon fiber)를 이용한 그래핀옥사이드( graphene oxide)의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 불순물 제거단계는 온도 700 내지 1500℃, 질소(N2) 기체 분위기 하에서 1 내지 5시간 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 피치계 탄소섬유를 이용한 그래핀 옥사이드의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 탄소재료 제조 단계에서 제조 된 탄소재료는 그래파이트 옥사이드(graphite oxide), 그래핀 옥사이드(graphene oxide), 환원 그래핀 옥사이드(reduced graphene oxide)인 것을 특징으로 하는 피치계 탄소섬유를 이용한 그래핀 옥사이드의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 건조 단계는 제조 된 탄소재료를 3 내지 5일간 동결 건조하는 것을 특징으로 하는 피치계 탄소섬유를 이용한 그래핀 옥사이드의 제조방법.
- 제1항의 방법에 따라 제조 된 피치계 탄소섬유(pitch-based carbon fiber)를 이용하여 제조 된 그래핀 옥사이드( graphene oxide).
- 에폭시 수지 100중량부 및 피치계 탄소섬유를 이용하여 제조된 그래핀 옥사이드( graphene oxide)는 0.01 내지 0. 1중량부를 포함하는 에폭시 강화 복합재료 조성물.
- 피치계 탄소섬유를 이용하여 제조 된 탄소재료 및 에폭시를 혼합하는 혼합단계;
상기 탄소재료 및 에폭시 혼합물을 교반하여 점도를 조절하는 점도조절 단계;
상기 경화제가 첨가된 혼합물에 열을 가하여 혼합물에 존재하는 기체를 제거하는 탈포 및 탈기화 단계;
상기 탈포 및 탈기화 된 혼합물을 경화시키는 단계;를 포함하는 에폭시 강화 복합재료의 제조방법.
- 제7항에 있어서,
상기 혼합단계는 에폭시 수지 100중량부 및 피치계 탄소섬유를 이용하여 제조된 그래핀 옥사이드(graphene oxide)는 0.01 내지 0.1중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 에폭시 강화 복합재료의 제조방법.
- 제7항에 있어서,
상기 점도조절 단계는 온도 30 내지 70℃에서 1 내지 3시간동안 교반하여 점도를 조절하는 것을 특징으로 하는 에폭시 강화 복합재료의 제조방법.
- 제7항에 있어서,
상기 탈포 및 탈기화 단계는 진공조건에서 온도 70℃에서 1 내지 3시간, 온도 80℃에서 1 내지 3시간, 온도 90℃에서 1 내지 3시간 동안 혼합물에 존재하는 기체를 제거하는 것을 특징으로 하는 에폭시 강화 복합재료의 제조방법.
- 제7항에 있어서,
상기 경화시키는 단계는 온도 130 내지 170℃에서 3 내지 6시간 동안 경화시키는 것을 특징으로 하는 에폭시 강화 복합재료의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160135658A KR101929285B1 (ko) | 2016-10-19 | 2016-10-19 | 피치계 탄소섬유를 이용하여 제조 된 그래핀 옥사이드 및 이의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160135658A KR101929285B1 (ko) | 2016-10-19 | 2016-10-19 | 피치계 탄소섬유를 이용하여 제조 된 그래핀 옥사이드 및 이의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180042978A true KR20180042978A (ko) | 2018-04-27 |
| KR101929285B1 KR101929285B1 (ko) | 2018-12-14 |
Family
ID=62081450
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160135658A KR101929285B1 (ko) | 2016-10-19 | 2016-10-19 | 피치계 탄소섬유를 이용하여 제조 된 그래핀 옥사이드 및 이의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101929285B1 (ko) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109575517A (zh) * | 2018-10-26 | 2019-04-05 | 河北纳格新材料科技有限公司 | 一种耐磨环氧树脂复合材料及其制备方法 |
| CN109608816A (zh) * | 2018-10-29 | 2019-04-12 | 河北纳格新材料科技有限公司 | 一种耐热酚醛树脂复合材料及其制备方法 |
| CN109627698A (zh) * | 2018-10-26 | 2019-04-16 | 河北纳格新材料科技有限公司 | 一种耐磨不饱和树脂复合材料及其制备方法 |
| CN109867931A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-06-11 | 河北纳格新材料科技有限公司 | 一种不饱和树脂-碳纤维-石墨烯复合材料及其制备方法 |
| CN109880302A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-06-14 | 河北纳格新材料科技有限公司 | 一种环氧树脂-碳纤维-石墨烯复合材料及其制备方法 |
| CN109897355A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-06-18 | 河北纳格新材料科技有限公司 | 一种不饱和树脂-硼纤维-石墨烯复合材料及其制备方法 |
| CN109912954A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-06-21 | 河北纳格新材料科技有限公司 | 一种不饱和树脂-玻璃纤维-石墨烯复合材料及其制备方法 |
| CN109943022A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-06-28 | 河北纳格新材料科技有限公司 | 一种玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料及其制备方法 |
| CN109957211A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-07-02 | 河北纳格新材料科技有限公司 | 一种环氧树脂-玻璃纤维-石墨烯复合材料及其制备方法 |
| CN109971126A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-07-05 | 河北纳格新材料科技有限公司 | 一种芳纶纤维增强环氧树脂复合材料及其制备方法 |
| KR20220008533A (ko) * | 2020-07-14 | 2022-01-21 | 인하대학교 산학협력단 | 그래핀 산화물이 도입된 현무암 섬유 강화 에폭시 복합소재 및 이의 제조방법 |
| CN114540063A (zh) * | 2022-03-03 | 2022-05-27 | 中国人民解放军96901部队23分队 | 一种用于电离室的低软化点沥青的制备方法 |
| KR20220103493A (ko) * | 2021-01-15 | 2022-07-22 | 인하대학교 산학협력단 | 오존 처리된 흑연나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 에폭시 복합소재 및 이의 제조 방법 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120024079A (ko) * | 2010-09-03 | 2012-03-14 | 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 | 개질된 흑연, 이를 함유하는 흑연/열경화성 수지 나노복합체 및 이들의 제조 방법 |
| JP2012509248A (ja) * | 2010-01-08 | 2012-04-19 | インダストリー ファウンデェイション オブ チョンナム ナショナル ユニバーシティー | 乱層構造を持つ黒鉛性構造体からのグラフェンシートの製造方法およびその方法により製造されたグラフェンシート |
| KR20130046232A (ko) * | 2011-10-27 | 2013-05-07 | 금오공과대학교 산학협력단 | 에폭시수지 나노복합재료 및 그 제조 방법 |
| KR20130109711A (ko) * | 2012-03-28 | 2013-10-08 | 주식회사 어플라이드카본나노 | 그래핀의 제조 방법 |
| KR101494868B1 (ko) * | 2013-11-19 | 2015-02-23 | 한화케미칼 주식회사 | 관능화 그래핀의 제조 방법, 제조 장치, 및 관능화 그래핀 |
| KR20150021897A (ko) * | 2013-08-21 | 2015-03-03 | 한화케미칼 주식회사 | 그래핀, 그래핀의 제조 방법, 및 제조 장치 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101687805B1 (ko) | 2014-01-22 | 2016-12-20 | 주식회사 엘지화학 | 폴리 방향족 산화물의 제조방법 및 이에 의해 제조된 폴리 방향족 산화물 |
-
2016
- 2016-10-19 KR KR1020160135658A patent/KR101929285B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012509248A (ja) * | 2010-01-08 | 2012-04-19 | インダストリー ファウンデェイション オブ チョンナム ナショナル ユニバーシティー | 乱層構造を持つ黒鉛性構造体からのグラフェンシートの製造方法およびその方法により製造されたグラフェンシート |
| KR20120024079A (ko) * | 2010-09-03 | 2012-03-14 | 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 | 개질된 흑연, 이를 함유하는 흑연/열경화성 수지 나노복합체 및 이들의 제조 방법 |
| KR20130046232A (ko) * | 2011-10-27 | 2013-05-07 | 금오공과대학교 산학협력단 | 에폭시수지 나노복합재료 및 그 제조 방법 |
| KR20130109711A (ko) * | 2012-03-28 | 2013-10-08 | 주식회사 어플라이드카본나노 | 그래핀의 제조 방법 |
| KR20150021897A (ko) * | 2013-08-21 | 2015-03-03 | 한화케미칼 주식회사 | 그래핀, 그래핀의 제조 방법, 및 제조 장치 |
| KR101494868B1 (ko) * | 2013-11-19 | 2015-02-23 | 한화케미칼 주식회사 | 관능화 그래핀의 제조 방법, 제조 장치, 및 관능화 그래핀 |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109575517A (zh) * | 2018-10-26 | 2019-04-05 | 河北纳格新材料科技有限公司 | 一种耐磨环氧树脂复合材料及其制备方法 |
| CN109627698A (zh) * | 2018-10-26 | 2019-04-16 | 河北纳格新材料科技有限公司 | 一种耐磨不饱和树脂复合材料及其制备方法 |
| CN109608816A (zh) * | 2018-10-29 | 2019-04-12 | 河北纳格新材料科技有限公司 | 一种耐热酚醛树脂复合材料及其制备方法 |
| CN109912954A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-06-21 | 河北纳格新材料科技有限公司 | 一种不饱和树脂-玻璃纤维-石墨烯复合材料及其制备方法 |
| CN109880302A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-06-14 | 河北纳格新材料科技有限公司 | 一种环氧树脂-碳纤维-石墨烯复合材料及其制备方法 |
| CN109897355A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-06-18 | 河北纳格新材料科技有限公司 | 一种不饱和树脂-硼纤维-石墨烯复合材料及其制备方法 |
| CN109867931A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-06-11 | 河北纳格新材料科技有限公司 | 一种不饱和树脂-碳纤维-石墨烯复合材料及其制备方法 |
| CN109957211A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-07-02 | 河北纳格新材料科技有限公司 | 一种环氧树脂-玻璃纤维-石墨烯复合材料及其制备方法 |
| CN109943022A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-06-28 | 河北纳格新材料科技有限公司 | 一种玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料及其制备方法 |
| CN109971126A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-07-05 | 河北纳格新材料科技有限公司 | 一种芳纶纤维增强环氧树脂复合材料及其制备方法 |
| KR20220008533A (ko) * | 2020-07-14 | 2022-01-21 | 인하대학교 산학협력단 | 그래핀 산화물이 도입된 현무암 섬유 강화 에폭시 복합소재 및 이의 제조방법 |
| KR20220103493A (ko) * | 2021-01-15 | 2022-07-22 | 인하대학교 산학협력단 | 오존 처리된 흑연나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 에폭시 복합소재 및 이의 제조 방법 |
| CN114540063A (zh) * | 2022-03-03 | 2022-05-27 | 中国人民解放军96901部队23分队 | 一种用于电离室的低软化点沥青的制备方法 |
| CN114540063B (zh) * | 2022-03-03 | 2023-10-31 | 中国人民解放军96901部队23分队 | 一种用于电离室的低软化点沥青的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101929285B1 (ko) | 2018-12-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101929285B1 (ko) | 피치계 탄소섬유를 이용하여 제조 된 그래핀 옥사이드 및 이의 제조방법 | |
| Park et al. | Effect of acidic anode treatment on carbon fibers for increasing fiber-matrix adhesion and its relationship to interlaminar shear strength of composites | |
| KR100895696B1 (ko) | 전기 절연성을 가지는 실리콘고무/카본나노튜브 복합체의제조 방법 | |
| KR102185380B1 (ko) | 천연 흑연 박편이 도입된 현무암 섬유 강화 에폭시 복합소재의 제조방법. | |
| KR102185383B1 (ko) | 오존 처리된 단일 벽 탄소나노튜브로 강화된 현무암 섬유 강화 에폭시 복합재료 및 이의 제조방법 | |
| CN113480833B (zh) | 一种石墨烯/螺旋碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法 | |
| KR102169771B1 (ko) | 탄닌산이 코팅된 그래핀-에폭시 난연 복합소재 및 그의 제조방법 | |
| Panda et al. | Effect of red mud on mechanical and chemical properties of unsaturated polyester-epoxy-bamboo fiber composites | |
| KR20180051078A (ko) | 고연화점 등방성 피치의 제조 방법 및 이를 포함하는 탄소 섬유 | |
| CN109735059B (zh) | 一种碳纤维增强基复合材料及其制备方法 | |
| Park et al. | Flexural properties, interlaminar shear strength and morphology of phenolic matrix composites reinforced with xGnP-coated carbon fibers | |
| KR101730437B1 (ko) | 열 안정성 및 기계적 강도가 향상된 에폭시 복합재료 및 이의 제조방법 | |
| CN110819065A (zh) | 一种导电耐磨轻质聚醚醚酮基复合材料及其制备方法 | |
| KR102008760B1 (ko) | 나노다이아몬드 나노클러스터가 도입된 그래핀 산화물로 강화된 에폭시 복합소재 및 그 제조방법 | |
| KR20180071790A (ko) | 피치로 코팅된 유리섬유를 포함하는 에폭시 복합재료 | |
| KR102113382B1 (ko) | 강도가 향상된 탄소 나노튜브 섬유 집합체의 제조 방법 | |
| KR20230106323A (ko) | 건식-오존화 현무암섬유로 강화된 에폭시 복합소재 및 그 제조방법 | |
| CN113235304B (zh) | 基于聚醚醚酮的水溶液上浆剂及其制备方法及碳纤维布增强聚醚醚酮复合材料的制备方法 | |
| KR102404145B1 (ko) | 그래핀 산화물이 도입된 현무암 섬유 강화 에폭시 복합소재 및 이의 제조방법 | |
| KR102496995B1 (ko) | 그래핀산화물/흑연나노섬유 복합체로 강화된 탄소섬유 강화 에폭시 복합소재 및 그 제조방법 | |
| KR102558223B1 (ko) | 상압플라즈마 처리된 단일벽 탄소나노튜브를 이용한 부직포 및 에폭시 기반 전자파 차폐재 제조방법 | |
| JP3031626B2 (ja) | 粘結剤，含浸剤及びこれらの製造方法 | |
| KR102496991B1 (ko) | 오존 처리된 흑연나노섬유로 강화된 탄소섬유 강화 에폭시 복합소재 및 이의 제조 방법 | |
| WO2001081270A2 (de) | Keramischer werkstoff | |
| KR20180001611A (ko) | 전자선 조사후 열처리에 의하여 물리적 성질이 향상된 탄소섬유의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |