KR20190047780A - 고강도 부품의 제조 방법 및 제조 장치 - Google Patents
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Abstract
본 개시내용의 일 양상에 따른 고강도 부품 제조 장치가 개시된다. 상기 고강도 부품 제조 장치는: 나노 탄소 계열의 물질을 포함하는 보강재를 수용하는 보강재 수용부; 열 경화성 수지 및 자외선 경화성 수지 중 적어도 하나를 포함하는 기지재료를 수용하는 기지재료 수용부; 상기 보강재 수용부의 적어도 일부분과 연결 가능하며 그리고 상기 기지재료와 상기 보강재 간의 혼합을 용이하게 하기 위하여 상기 보강재를 작용화하는 보강재 작용화부; 상기 보강재 수용부 및 상기 기지재료 수용부와 연결 가능하여 상기 보강재 수용부로부터 상기 작용화된 보강재를 공급받고, 상기 기지재료 수용부로부터 상기 기지재료를 공급받으며, 그리고 상기 작용화된 보강재를 상기 기지재료와 혼합함으로써 혼합물을 생성하는 혼합물 생성부; 상기 혼합물 생성부와 연결되며 그리고 노즐을 구비하여, 상기 생성된 혼합물을 상기 노즐을 통해 몰드 내에 주입시키는 주입부; 상기 주입된 혼합물이 배향성을 갖도록 상기 몰드의 적어도 일 단부에 전기장 및 자기장 중 적어도 하나를 인가하는 전자장 방사기; 상기 주입된 혼합물을 수용하고 그리고 상기 배향된 혼합물을 경화시켜 차량용 고강도 부품을 생성하는 몰드; 및 상기 차량용 고강도 부품 제조 장치의 동작을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
Description
본 개시내용은 복합재료에 관한 것으로, 보다 구체적으로 나노 탄소 계열의 물질을 사용하는 고강도 부품 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.
최근 전 세계적으로 이산화탄소 저감과 관련된 각종 규제가 증가하고 연료 효율성에 대한 요구가 높아짐에 따라, 기존 플라스틱 부품에 대한 경량화 요구와 함께 금속 부품을 플라스틱 복합재료로 대체하려는 경량화(예컨대, 차량 분야의 경량화 등)에 대한 요구가 높아지고 있다.
복합재료는 1930년대 초 유리섬유가 만들어진 이후 본격적으로 연구가 진행되어 왔으며, 최근에는 탄소섬유, 붕소섬유 등의 사용이 본격화됨에 따라 선진 복합재료 시대에 접어들었다. 복합재료를 사용하는 경우 단일 금속 또는 플라스틱 재료에 비해 강도 및 강성도, 내식성, 피로수명, 내마모성, 충격특성, 고온특성, 전기 절연성, 단열성, 경량화, 외관을 개선할 수 있는데, 이러한 장점으로 우주 항공분야, 선박 해양분야, 자동차, 스포츠 및 건축분야의 구조물 등 다양한 분야에 복합재료가 응용되고 있다. 특히 자동차 분야에서는 연비의 향상을 위한 기계적 성질, 예컨대 내구성, 내마모성, 윤활성의 특성이 우수하면서도 경량화된 복합재료에 대한 요구가 매우 절실한 상황이다.
기존에 보강재로 사용되던 금속, 금속합금 및 세라믹 소재는 일반적으로 탄소소재나 유리강화섬유 이상의 기계적 성질을 보유하고 있으나, 밀도가 높아 소재의 무게가 매우 높아지고 가공이 어려운 단점이 있다.
유리강화섬유(Reinforced glass fiber)는 상기 보강재보다는 기계적 성질이 떨어지나, 가격이 매우 저렴하고 가벼운 장점을 갖고 있다. 그러나 낮은 기계적 성질을 보완하기 위해 기지재료 대비 최소 20~30% 무게비 함량 이상을 분산해야만 하는 단점을 갖고 있다.
이에 최근 나노물질을 보강재로 사용하는 고분자 나노복합재가 부각되고 있다. 나노복합재는 분자레벨이나 나노미터 스케일의 이종물질을 분산시켜 복합화한 것으로 보통 분산상(분산상태)의 크기가 1~100nm이며 기존의 고분자가 가지는 뛰어난 가공성, 기계적, 광학적 성질들을 더욱 향상시킬 수 있어 자동차 부품, 전기전자, 건축 등과 같이 넓은 범위에서 응용될 가능성이 높은 차세대 소재이다.
이러한 나노복합재에 많이 사용되고 있는 나노물질 중 하나로서 최근 들어 탄소나노튜브에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 탄소나노튜브는 탄소원자로 이루어진 긴 대롱 모양의 나노 직경을 가진 물질로 구리보다 1000배나 전기전도도가 높고, 탄소원자들이 섬유방향으로 강한 공유결합을 이루고 있어 강철의 100배 수준인 높은 강도 및 탄성계수를 가지고 있으며 직경 대비 길이에 대한 종횡비(aspect ratio)의 값이 커서 고분자 매트릭스에 탄소나노튜브를 분산시킨 고분자 복합재는 동일 무게 대비 높은 강성을 나타내는 재료, 또는 전도성 재료 및 전자파 차폐용 재료 등과 같은 기능성 재료로 이용할 수 있다는 점에서 주목받고 있다.
탄소 나노튜브-고분자 나노 복합체의 제조와 관련하여 선행특허 문헌으로서 KR10-1294204호가 존재한다.
본 개시내용은 상기 배경기술에 대응하여 안출된 기술로서, 플라스틱(기지재료)과 탄소나노튜브(보강재)로 이루어진 복합재료에 있어서, 탄소나노튜브의 표면을 작용화함으로써 플라스틱 내에서의 분산성 및 배향성을 향상시킨 복합재료의 제조 방법을 제공하고자 한다.
추가적으로, 본 개시내용의 실시예들에 따른 다양한 목적들 중 하나는, 제조된 복합재료를 이용한 자동차용 고기능성 기어 부품 등을 개발하고자 하는 것이다
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 차량용 고강도 부품 제조 방법을 개시한다. 상기 방법은: 나노 탄소 계열의 물질을 포함하는 보강재를 마련하는 단계; 열 경화성 수지 및 자외선 경화성 수지 중 적어도 하나를 포함하는 기지재료를 마련하는 단계; 상기 기지재료와 상기 보강재 간의 혼합을 용이하게 하기 위하여 상기 보강재를 작용화하는 단계; 작용화된 보강재를 상기 기지재료와 혼합함으로써 혼합물을 생성하는 단계; 상기 생성된 혼합물을 노즐을 통해 몰드 내에 주입시키는 단계; 상기 주입된 혼합물이 배향성을 갖도록 상기 몰드의 적어도 일 단부에 전기장 및 자기장 중 적어도 하나를 인가하는 단계; 및 상기 배향된 혼합물을 경화시켜 차량용 고강도 부품을 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 전기장 및 자기장 중 적어도 하나를 인가하는 단계는: 상기 보강재를 작용화하는데 사용된 작용기의 극성과 대응되도록 상기 몰드의 일 단부에 인가할 전기장 또는 자기장의 극성을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 극성의 전기장 또는 자기장을 상기 몰드의 적어도 일 단부에 인가함으로써 상기 혼합물을 배향시키는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 전기장 및 자기장 중 적어도 하나를 인가하는 단계는: 상기 차량용 고강도 부품에 대해 요구되는 국부 강성, 열전달력, 전도성 및 방사선 차폐력 중 적어도 하나에 기초하여, 인가할 전기장의 전압을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 전압에 따른 전기장을 상기 몰드의 적어도 일 단부에 인가함으로써 상기 혼합물을 배향시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 혼합물을 생성하는 단계는: 작용화된 보강재에 디플리션 힘(depletion force)을 유발시키기 위하여, 나노필러를 추가로 혼합함으로써 혼합물을 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 혼합물을 생성하는 단계는: 혼합 온도를 60°C 내지 180°C의 범위 내로 유지하면서, 상기 혼합물을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 보강재를 작용화하는 단계는: 상기 나노 탄소 계열의 물질의 격자구조가 미완성된 부분인 디펙(defect) 위치에 작용기를 도입시키는 단계;를 포함할 수 있다. 여기서 상기 보강재를 작용화하는 단계는: 산(acid)을 이용하여 상기 작용기를 나노 탄소 계열의 물질의 디펙 위치에 도입하는 산화 방식 또는 나노 탄소 계열의 물질의 광경화 반응을 진행시키기 위한 라디칼 첨가 방식으로 수행될 수 있다. 또한, 상기 보강재를 작용화하는 단계는: 상기 라디칼 첨가 방식으로 수행되며, 그리고 상기 라디칼 첨가 방식은 다이아조늄과의 반응을 통해 수행될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 고강도 부품 제조 장치가 개시된다. 상기 제조 장치는: 나노 탄소 계열의 물질을 포함하는 보강재를 수용하는 보강재 수용부; 열 경화성 수지 및 자외선 경화성 수지 중 적어도 하나를 포함하는 기지재료를 수용하는 기지재료 수용부; 상기 보강재 수용부의 적어도 일부분과 연결 가능하며 그리고 상기 기지재료와 상기 보강재 간의 혼합을 용이하게 하기 위하여 상기 보강재를 작용화하는 보강재 작용화부; 상기 보강재 수용부 및 상기 기지재료 수용부와 연결 가능하여 상기 보강재 수용부로부터 상기 작용화된 보강재를 공급받고, 상기 기지재료 수용부로부터 상기 기지재료를 공급받으며, 그리고 상기 작용화된 보강재를 상기 기지재료와 혼합함으로써 혼합물을 생성하는 혼합물 생성부; 상기 혼합물 생성부와 연결되며 그리고 노즐을 구비하여, 상기 생성된 혼합물을 상기 노즐을 통해 몰드 내에 주입시키는 주입부; 상기 주입된 혼합물이 배향성을 갖도록 상기 몰드의 적어도 일 단부에 전기장 및 자기장 중 적어도 하나를 인가하는 전자장 방사기; 상기 주입된 혼합물을 수용하고 그리고 상기 배향된 혼합물을 경화시켜 차량용 고강도 부품을 생성하는 몰드; 및 상기 차량용 고강도 부품 제조 장치의 동작을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 추가적으로: 상기 보강재를 작용화하는데 사용된 작용기의 극성을 결정하며, 그리고 상기 결정된 극성과 대응되도록 상기 몰드의 일 단부에 인가할 전기장 또는 자기장의 극성을 결정하며, 그리고 상기 전자장 방사기는 추가적으로 상기 제어부에 의해 결정된 극성에 기초하여 상기 전기장 및 자기장 중 적어도 하나를 상기 몰드의 일 단부에 인가할 수 있다. 또한, 상기 제어부는 추가적으로, 상기 차량용 고강도 부품에 대해 요구되는 국부 강성, 열전달력, 전도성 및 방사선 차폐력 중 적어도 하나에 기초하여, 인가할 전기장의 전압을 결정하며; 그리고 상기 전자장 방사기는 추가적으로 상기 결정된 전압에 따른 전기장을 상기 몰드의 적어도 일 단부에 인가함으로써 상기 혼합물을 배향시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 혼합물 생성부는 작용화된 보강재에 디플리션 힘(depletion force)을 유발시키기 위하여, 나노필러를 추가로 혼합함으로써 혼합물을 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 추가적으로, 혼합 온도를 60°C 내지 180°C의 범위 내로 유지하면서, 상기 혼합물을 생성하도록 상기 혼합물 생성부를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 추가적으로: 상기 나노 탄소 계열의 물질의 격자구조가 미완성된 부분인 디펙(defect) 위치를 결정하고, 그리고 상기 결정된 디펙 위치에 작용기를 도입시키도록 상기 보강재 작용화부를 제어할 수 있다. 또한, 상기 보강재 작용화부는 추가적으로, 산(acid)을 이용하여 상기 작용기를 나노 탄소 계열의 물질의 디펙 위치에 도입하는 산화 방식 또는 나노 탄소 계열의 물질의 광경화 반응을 진행시키기 위한 라디칼 첨가 방식에 기초하여, 상기 보강재를 작용화할 수 있다. 또한, 상기 보강재 작용화부는 추가적으로, 다이아조늄과의 반응을 통해 수행되는 라디칼 첨가 방식에 기초하여, 상기 보강재를 작용화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 주입부는 추가적으로, 초음파 분산 방식에 기초하여 상기 혼합물을 상기 몰드에 주입시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 추가적으로: 상기 차량용 고강도 부품에 대해 요구되는 국부 강성, 열전달력, 전도성 및 방사선 차폐력 중 적어도 하나에 기초하여, 인가할 전기장의 전압을 결정하며; 그리고 상기 결정된 전압에 따른 전기장이 상기 몰드의 적어도 일 단부에 인가되도록 상기 전자장 방사기의 상기 몰드로부터의 방사 위치를 결정할 수 있으며, 그리고 상기 전자장 방사기는, 상기 제어부로부터의 제어 신호에 따라 이동가능할 수 있다.
상기 구성을 갖는 본 발명에 의해 제조된 탄소나노튜브 복합재료는 내구성, 내마모성, 윤활성, 강도, 내부식성, 전도성, 내열성 등의 특성이 매우 우수하다.
상기 효과로 인해 본 발명에 의해 제조된 탄소나노튜브 복합재료는 우주 항공분야, 선박 해양분야, 자동차, 스포츠 및 건축분야 등의 구조물의 분야에서 유용하게 사용될 수 있고, 특히 자동차 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명은 지속적으로 성장하고 있는 전세계 자동차용 복합재 시장에서의 기술 선점에 의한 경제적인 파급효과가 매우 크고 국가 경제에도 큰 기여를 할 수 있을 것으로 예상된다.
다양한 양상들이 이제 도면들을 참조로 기재되며, 여기서 유사한 참조 번호들은 총괄적으로 유사한 구성요소들을 지칭하는데 이용된다. 이하의 실시예에서, 설명 목적을 위해, 다수의 특정 세부사항들이 하나 이상의 양상들의 총체적 이해를 제공하기 위해 제시된다. 하지만, 그러한 양상(들)이 이러한 특정 세부사항들 없이 실시될 수 있음은 명백할 것이다. 다른 예시들에서, 공지의 구조들 및 장치들이 하나 이상의 양상들의 기재를 용이하게 하기 위해 블록도 형태로 도시된다.
도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 고강도 부품을 제조하기 위한 방법의 예시적인 순서도를 도시한다.
도 2는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 고강도 부품 제조 장치의 예시적인 블록도를 도시한다.
도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 고강도 부품을 제조하기 위한 방법의 예시적인 순서도를 도시한다.
도 2는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 고강도 부품 제조 장치의 예시적인 블록도를 도시한다.
다양한 실시예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나 이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다.
더불어, 용어 "또는"은 배타적 "또는"이 아니라 내포적 "또는"을 의미하는 것으로 의도된다. 즉, 달리 특정되지 않거나 문맥상 명확하지 않은 경우에, "X는 A 또는 B를 이용한다"는 자연적인 내포적 치환 중 하나를 의미하는 것으로 의도된다. 즉, X가 A를 이용하거나; X가 B를 이용하거나; 또는 X가 A 및 B 모두를 이용하는 경우, "X는 A 또는 B를 이용한다"가 이들 경우들 어느 것으로도 적용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 "및/또는"이라는 용어는 열거된 관련 아이템들 중 하나 이상의 아이템의 가능한 모든 조합을 지칭하고 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나 이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 달리 특정되지 않거나 단수 형태를 지시하는 것으로 문맥상 명확하지 않은 경우에, 본 명세서와 청구범위에서 단수는 일반적으로 "하나 또는 그 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
본 개시내용의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 개시내용을 설명하는데 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 개시에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 일부 달라질 수도 있다.
본 개시 내용은 이하에서 설명되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 청구범위에 기재된 범위 내에서 실시예들 간의 조합을 통하여 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예들은 본 개시가 완전하도록 하고, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 개시의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 개시 내용은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 개시내용에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 부품의 제조 방법을 도시한다. 도 1에서 기재된 단계들은 예시적인 것이며, 본 명세서에 기재된 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 한도에서, 추가적인 단계가 상기 방법에 포함될 수 있거나 또는 상기 단계들 중 일부는 생략될 수도 있다. 도 1에서 도시되는 방법의 각 단계들은 예컨대, 고강도 부품 제조 장치에 의해 수행될 수 있다.
본 명세서에서의 복합재료는, 나노복합체(nanocomposites)로서 탄소 나노 튜브등의 나노탄소재료를 수지 등과 같은 기지재료 내에 분산시켜 만든 복합체이며, 일반적으로 원래의 재료(예컨대, 고분자 또는 모노머(단분자) 또는 올리고머)의 특성을 유지하면서 충전재의 특성을 갖는 기능성 재료가 될 수 있다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해 바람직한 실시예로서, 고분자가 예시로 설명된다. 하지만, 고분자 뿐만 아니라 모노머 또는 올리고머에 대한 실시예 또한 본 명세서의 권리범위에 포함될 수 있다.
도 1에서 도시되는 바와 같이, 나노 탄소 계열의 물질을 포함하는 보강재가 제공될 수 있다(101).
본 개시내용의 일 실시예에 따라, 기지재료(예컨대, 엔지니어링 플라스틱)와 보강재(예컨대, 나노 탄소 계열의 물질)가 혼합된 고강도 복합재료가 개시된다.
본 개시내용의 일 실시예에 따른 보강재(나노 탄소 계열의 물질)는, 예를 들어, 단일벽 탄소나노튜브(Single-Walled CNT), 이중벽 탄소나노튜브(Double-Walled CNT), 다중벽 탄소나노튜브(Multi-Walled CNT), 또는 얇은 다중벽 탄소나노튜브(Thin Multi-Walled CNT)를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 단일벽 탄소나노튜브는 HiPco 공정(high pressure carbon monoxide disproportionation process), 아크-방전 공정(Arc-discharge process) 또는 기타 방법을 통해 제조된 단일벽 탄소나노튜브일 수 있다. 예를 들어, 다중벽 탄소나노튜브는 CVD 공정 또는 기타 방법을 통해 제조된 다중벽 탄소나노튜브일 수 있다.
본 개시내용의 실시예들에 따라, 올리고머 또는 모노머가 중합반응에 의해 폴리머화 될 때, 기능화된 나노 물질을 이용하여 복합재료를 제조하는 경우, 기능화된 나노 물질이 함께 폴리머화되기 때문에 폴리머의 결합 구조에 탄소계 나노 물질을 뼈대로 활용할 수 있어서 일반적인 단순 폴리머와 비교할 때 고강도 특성을 가질 수 있게 된다. 전술한 바와 같이, 여기에서의 나노 물질은 탄소계 나노 물질(즉, 나노 탄소계 물질)을 의미할 수 있다. 나노 탄소계 물질은 예를 들어, 하나의 탄소원자들 간의 sp 타입의 결합을 통해 육각형의 벌집 무늬를 이루는 형태의 물질들을 포함할 수 있다. 나노 탄소계 물질 중 하나인 탄소 나노 튜브는 흑연면(graphite sheet)이 나노 크기의 직경으로 실린더 형태를 취하고 있다.
바람직하게 본 개시내용의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브는 직경이 20-200㎚ 이고 길이는 0.1㎛-200㎛ 이하인 다중벽 탄소나노튜브이다. 만약 탄소나노튜브의 직경이 너무 작고(즉, 20nm 미만) 길이가 길면(즉, 20㎛ 초과), 탄소나노튜브가 굽어진 형태로 분산되어 배향의 조정이 어렵게 된다. 또한, 탄소나노튜브의 직경이 크고(즉, 200nm 초과) 그리고 길이가 짧으면(즉, 0.1㎛ 미만), 종횡비의 값이 작아져 실제 보강재로서의 특징이 낮아진다.
본 개시내용의 일 실시예에 따라, 다중벽 탄소나노튜브를 선택할 때 저가의 대량생산형 다중벽 탄소나노튜브를 선택하는 경우, 고강도 부품에 대한 가격 경쟁력이 확보될 수 있다.
본 개시내용의 일 실시예에 따라, 열 경화성 수지 및 자외선 경화성 수지 중 적어도 하나를 포함하는 기지 재료가 제공될 수 있다(102). 본 개시내용에서의 기지재료와 관련하여, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지 등의 열가소성 수지도 사용될 수 있지만, 가소성 수지의 경우 그 자체가 폴리머의 형태를 띄고 있기 때문에, 본 개시내용의 실시예들에 따라 모노머 또는 올리고머 형태를 띄고 있는 임의의 형태의 경화성 수지(예컨대, 열경화성 수지 및/또는 자외선 경화성 수지 등)를 기지재료로 사용하는 것이 바람직하다.
추가적으로, 본 개시내용의 실시예에 따른 기지재료는, 탄소나노튜브의 기지재료 내에서의 반데르발스 결합에 의한 응집을 억제하기 위하여 탄소나노튜브와 기지재료의 계면 사이의 반발력을 최소화하기 위한 임의의 형태의 경화성 수지인 것이 바람직하다.
탄소나노튜브는 튜브와 튜브간의 강한 반데르발스 상호작용으로 인하여 응집되어 있는데, 이러한 응집현상은 복합재료를 제조할 경우 복합체 내에서 탄소나튜브의 균일한 네트워크 구성을 방해하므로 고분자 매트릭스 내에서 탄소나토튜브를 적절하게 분산시키지 않으면 기계적, 전기적, 열적 물성을 향상시키기 위한 충전제로서 나노튜브의 역할을 기대할 수 없으므로 응집되어 있는 튜브를 고르게 분산시키는 일이 탄소나노튜브 복합재료 제조에서 중요한 단계이다.
본 개시내용의 일 실시예에 따라서, 탄소나노튜브를 분산시키기 위한 다양한 방식들이 존재할 수 있다. 예를 들어, 탄소나노튜브의 분산을 위하여, 초음파처리, 밀링 및 고전단력을 이용한 기계적 표면개질, 산처리에 의한 탄소원자와 작용기간의 화학적 공유결합을 이용하는 공유결합 표면개질 및 분산재 등을 사용하여 탄소나노튜브 표면 개질화에 의한 비공유결합 표면개질이 사용될 수 있다. 비공유결합 표면개질 방식 중에서는, 바람직하게 계면활성제 등의 양친성 물질을 이용하여 탄소나노튜브의 표면을 개질하는 방법이 가장 간단하면서 효과적이다. 여기서, 계면활성제의 소수성 부분은 탄소나노튜브 표면에 흡착되고 친수성 부분은 극성용매와 결합하는 형태로 되어 탄소나노튜브가 극성용매에 분산하게 된다.
도 1로 되돌아가면, 본 개시내용의 일 실시예에 따른 방법은 기지재료와 보강재 간의 혼합을 용이하게 하기 위해 보강재를 작용화하는 단계(103)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 보강재를 작용화하는 단계(103)는 나노 탄소 계열의 물질에서 격자구조가 미완성된 부분인 디펙(defect) 위치에 작용기를 도입시키는 단계를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 보강재를 작용화하는 단계(103)는: 산(acid)을 이용하여 작용기를 나노 탄소 계열의 물질의 디펙 위치에 도입하는 산화 방식 및/또는 나노 탄소 계열의 물질의 광경화 반응을 진행시키기 위한 라디칼 첨가 방식으로 수행될 수 있다.
본 개시내용의 추가적인 실시예에서, 보강재를 작용화하는 단계(103)는: 라디칼 첨가 방식으로 수행되는데, 상기 라디칼 첨가 방식은 다이아조늄과의 반응을 통해 수행될 수도 있다.
탄소나노튜브는 강한 소수성 성질로 용해도가 매우 낮아 탄소나노튜브 간의 응집이 일어나는 성향이 매우 강하다. 따라서, 기지재료에 균일하게 분산되고 배향된 탄소나노튜브를 얻기 위해 본 개시내용에서는 탄소나노튜브의 표면에 작용기를 도입하는 방법을 제시한다. 작용기가 도입된 탄소나노튜브는 균일하게 분산되고 배향된다는 장점뿐만이 아니라 기지재료의 올리고머 또는 모노머가 중합반응에 의해 중합될 때 중합반응에 참여하여 중합골격으로 활용될 수 있다는 특징을 갖는다.
탄소나노튜브의 표면 작용화를 통해 -OH, -COOH, -NH2, -H, -F, -O, 카르복실기, 페놀기, 및 락톤기 중 1종 이상의 작용기가 탄소나노튜브의 표면에 도입될 수 있다. 이러한 표면 작용화는 공유결합(covalent bond)와 비공유결합(non-covalent bond) 방식이 모두 가능하고, 분산의 효율성의 측면에서는 공유결합 방식이 더욱 효과적이다.
따라서, 본 개시내용의 일 실시예에 따라, 보강재인 탄소나노튜브를 작용화 하는 단계(103)는 -OH, -COOH, -NH2, -H, -F, -O, 카르복실기, 페놀기, 및 락톤기로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 작용기를 탄소나노튜브의 디펙 위치에 도입시키는 단계를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 개시내용에서의 디펙 위치는 격자구조가 미완성된 부분을 의미할 수 있다. 다른 예시로, 상기 디펙 위치는 여유 결합기를 갖는 격자 구조를 의미할 수 있다.
공유결합 방식은 산화(oxidation), 에스테르화(esterification), 시클로첨가(cycloaddition), 라디칼 첨가(radical addition), 친핵성 첨가(nucleophilic addition), 친전자성 첨가(electrophilic addition) 등의 방식을 이용할 수 있다.
산화 방식은 산(주로 질산 또는 황산)을 이용하여 상기 열거한 작용기를 탄소나노튜브의 표면에 도입할 수 있고, 처리 방법에 따라 표면 작용기의 밀도를 제어할 수 있다.
라디칼 첨가 방식은 아릴 다이아조늄염과의 반응, 소듐나이트레이트, 황산, 및 암모늄펄설페이트와의 반응 등의 방식을 이용하여 상기 열거한 작용기를 탄소나노튜브의 표면에 도입할 수 있고, 이 중 다이아조늄과의 반응을 이용하여 광경화 반응을 진행시킬 수 있도록 작용화하는 것이 바람직하다.
본 개시내용의 일 실시예에 따라, 탄소나노튜브의 표면 작용화시 두 종류 이상의 작용기를 하나의 탄소나노튜브 표면 상에 도입하여 기지재료와의 상호작용 조절을 용이하게 할 수도 있다.
도 1로 되돌아가서, 고강도 부품 제조 방법은 작용화된 보강재를 기지재료와 혼합함으로써 혼합물을 생성하는 단계(104)를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 일 실시예에서, 상기 혼합물을 생성하는 단계(104)는: 작용화된 보강재에 디플리션 힘(depletion force)을 유발시키기 위하여, 나노필러를 추가로 혼합함으로써 혼합물을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 일 실시예에 따라, 혼합물의 물성 향상을 위해 탄소나노튜브 외에 추가로 1종 이상의 나노필러가 소량 첨가될 수 있다.
예를 들어, 나노필러로는 다양한 크기(3-50 um)의 SiO2, AIN, MgO과 같은 세라믹 필러, h-BN 필러 등을 사용할 수 있다. 이러한 나노필러를 사용하는 경우, 디플리션 힘(depletion force)에 의해 탄소나노튜브의 응집성을 개선시킬 수 있고, 고윤활성과 염제의 불활성 특성을 가져 복합재료 제조시 성형성 향상 및 성형된 부품의 윤활 특성을 개선시킬 수 있으며, 탄소나노필러의 함유량을 줄이면서도 동등 또는 그 이상의 기계적 물성, 예컨대 열전도도, 내열성을 구현할 수 있고, 그리고 몰드에 분산될 때의 분산성을 개선시킬 수 있다.
특히 h-BN 필러의 경우 건식윤활특성으로 금형의 분리시 도움을 줄 수 있어 복합재료 제조 단계 중 성형 단계에서의 개선이 이루어질 수 있다. 이는 예컨대, 자동차 부품소재에 적용시 윤활 특성이 개선되어 내마모성 향상에 기여할 수 있다.
또한, 본 개시내용의 일 실시예에 따른 복합재료는 산화방지제, 착색제, 이형제, 윤활제 및 광 안정제와 같은 다양한 첨가제를 추가로 함유할 수 있으며, 이들 첨가제의 사용량은 원하는 복합재료의 최종 용도 및 특성을 포함한 다양한 요인에 따라 적절히 조정되어 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 혼합물을 생성하는 단계는: 혼합 온도를 60°C 내지 180°C의 범위 내로 유지하면서, 상기 혼합물을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 탄소나노튜브 및 기지재료 (및 임의로 나노필러)를 혼합할 때 혼합온도는 사용하는 기지재료의 종류에 따라 용융온도를 달리하는데, 그 용융혼합 온도는 60 - 180℃의 범위 내로 조정한다. 만약 탄소나노튜브의 혼합온도가 60℃ 미만이면 매트릭스 고분자가 충분히 용융되지 않아 탄소나노튜브와 균일하게 섞이지 않을 수 있고, 180℃를 초과하면 고분자 사슬절단이 가속화되어 제조된 복합재료의 기계적 물성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
혼합물을 생성 하는데 있어서 사용되는 용매로는 수계 용매, 유기계 용매, 또는 수계-유기계 혼합 용매를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 보조 용매에 있어서, 상기 수계 용매는 물, 또는 물과 알코올을 포함할 수 있으며, 상기 유기계 용매는 1 종 이상의 유기 용매를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 알코올은 탄소수 1 내지 6의 저급 알코올, 바람직하게는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 등 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 유기계 용매는 디메틸포름아미드(DMF), 테트라하이드로퓨란(THF), 톨루엔 등 방향족 용매, 메틸에틸케톤(MEK) 및 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
고강도 부품의 제조 방법은, 전술한 방식을 통하여 생성된 혼합물을 노즐을 통해 몰드 내에 주입하는 단계(105)를 포함할 수 있다.
그리고나서, 상기 방법은, 주입된 혼합물이 배향성을 갖도록 몰드의 적어도 일 단부에 전기장 및 자기장 중 적어도 하나를 인가하는 단계(106)를 포함할 수 있다. 상기 전기장 및 자기장 중 적어도 하나를 인가하는 단계는: 상기 차량용 고강도 부품에 대해 요구되는 국부 강성, 열전달력, 전도성 및 방사선 차폐력 중 적어도 하나에 기초하여, 인가할 전기장의 전압을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 전압에 따른 전기장을 상기 몰드의 적어도 일 단부에 인가함으로써 상기 혼합물을 배향시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 일 실시예들에 따라, 분산 및 배향 방법은 특별히 한정하지 않으며, 초음파 분산, 고전단 분산(초고압분산기, 나노분산기, 나노디스퍼져, 나노디스퍼저, 호모지나이저), 전기장 방사기 배향, 및/또는 자기장 방사기 배향 등을 포함할 수 있다.
일례로서 작용화가 된 탄소나노튜브가 전기장에 의해 재배열되도록 소정의 전극패턴을 구비하여 혼합물을 분산 및 배향시킬 수 있다. 혼합물을 몰드에 주입한 후 방사 노즐과 수집기 사이에 한 방향 또는 양 방향으로 전압을 인가하면 탄소나노튜브가 기지재료 내에 분산 및 배향된 형태로 수집기에 얻어진다. 상기 방사구와 수집기 사이에 인가되는 전압은 전압 조절장치에서 조절시키며 수집기와 방사구 사이의 거리는 인위적으로 수집기를 방사구와 수평방향으로 이동시켜 조절할 수 있다. 이 때 전극패턴 구조에 따라 국부 강성, 열전달, 전도성, 비전도성 및 방사선 차폐 등과 같이 용이하게 국부적인 물성치를 변화시킬 수 있고, 전극의 상하의 수직적 배치 상태 또는 좌우의 수평적 배치 상태에 따라 직상향, 직하향, 사선 방향 또는 아치 형상의 전기장을 형성하여 전기장의 방향에 따라 미립자의 재배열되는 방향성, 분포형태 등을 다양화할 수 있다.
일례로서 혼합물이 자성을 띄는 금속나노입자(예를 들어 Ni, Co, Fe, Y, Pd, Pt, Au 등, 이에 제한되지 않는다)를 포함하는 경우, 탄소나노입자에 일정한 크기의 자성을 띄는 자기장 가하여 혼합물을 분산 및 배향시킬 수 있다. 이 때 자기장의 세기, 자기장의 위치 및 자석과의 주형과의 거리와 같은 인자를 조절함에 따라 또한 복합재료의 물성을 제어할 수 있으며, 자기장의 수, 위치, 방향 등을 조절함으로써 다양하게 변형과 응용이 가능하다.
본 개시내용의 일 실시예에서, 주입 및 분산된 혼합물을 배향시키는 단계는, 탄소나노튜브를 작용화하는데 사용된 작용기의 극성과 대응되도록 상기 몰드의 일 단부에 인가할 전기장 또는 자기장의 극성을 사용함으로써 상기 혼합물을 배향시키는 단계를 포함할 수 있다.
분산제가 사용될 경우 분산제의 종류는 특별히 한정하지 않으며, 양이온, 음이온, 중성 계면활성제 등을 이용할 수 있다. 분산제를 선택할 때에는 기지재료와의 정전성(electrostatic)을 고려하여 최적의 분산제를 선정하는 것이 바람직하다.
본 개시내용의 일 실시예에 따라, 도 1에서 도시되는 바와 같이, 상기 고강도 부품 제조 방법은 배향된 혼합물을 몰드 내에서 경화시켜 고강도 부품을 생성하는 단계(107)를 포함할 수 있다.
분산 및 배향된 혼합물을 경화시키는 방법은 특별히 한정하지 않으며, 열경화 방식 및/또는 광경화 방식(자외선 경화 방식 포함)을 포함한다. 경화 방식을 선택할 때에는 기지재료의 종류를 고려하여 최적의 경화 방식을 선정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의해 탄소나노튜브는 기지재료 내에 균일하게 분산되고 배향된 상태를 유지할 수 있어, 강도, 내구성, 내마모성, 윤활성, 내식성, 피로수명, 충격특성, 고온특성, 전기 절연성, 단열성, 경량화 등의 특성이 개선된 탄소나노튜브 복합재료의 제조가 가능하게 된다.
본 발명의 제조방법에 의하면 탄소나노튜브의 분산 및 배향이 조정된 탄소나노튜브 복합재료를 제조할 수 있고, 적은 탄소나노튜브 함량으로도 우수한 기계적 강도 및 전기전도성을 갖는 탄소나노튜브가 함유된 복합재료를 제조할 수 있으며, 제조된 복합재료는 자동차 내외장재와 건축자재 등의 플라스틱 부품 등에 다양하게 적용할 수 있다.
도 2는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 고강도 부품 제조 장치의 예시적인 블록도를 도시한다.
도 2에서 도시되는 바와 같이, 고강도 부품 제조 장치(200)는 보강재 수용부(201), 기지재료 수용부(202), 보강재 작용화부(203), 혼합물 생성부(204), 주입부(205), 몰드(206), 전자장 방사기(207) 및 제어부(208)를 포함할 수 있다. 도 2에서 도시되는 컴포넌트들은 예시적인 것이며, 추가적인 컴포넌트들이 고강도 부품 제조 장치(200)에 포함될 수 있거나 또는 상기 컴포넌트들 중 일부가 생략될 수도 있다.
보강재 수용부(201)는 나노 탄소 계열의 물질을 포함하는 보강재를 수용할 수 있다. 보강재 수용부(201)는 보강재를 수용할 수 있는 임의의 형상 및 재질을 가질 수 있다. 상기 보강재 수용부(201)는 보강재 작용화부(203)와 예컨대, 별도의 채널을 통해 서로 연통될 수 있다. 보강재 수용부(201)에 수용된 보강재는 보강재 작용화부(203)로 이송되어 작용화될 수 있다. 또한, 추가적인 실시예에서, 작용화된 보강재는 다시 보강재 수용부(201)로 이송될 수 있으며, 보강재 수용부(201)에 이송되어 보관되는 작용화된 보강재가 혼합물 생성부(204)로 전달될 수도 있다. 이러한 경우, 보강재 수용부(201)와 혼합물 생성부(204)는 별도의 채널 등을 통하여 서로 연통될 수 있다.
보강재 작용화부(203)는 기지재료와 보강재 간의 혼합을 용이하게 하기 위하여, 보강재를 작용화할 수 있다. 예를 들어, 보강재 작용화부(203)는 나노 탄소 계열의 물질의 격자구조가 미완성된 부분인 디펙(defect) 위치에 작용기를 도입시킴으로써 보강재를 작용화시킬 수 있다. 이러한 예시에서, 보강재 작용화부(203)는 별도의 작용기 수용부(미도시) 및/또는 작용기 노즐(미도시) 등을 더 포함할 수도 있다. 또한, 보강재 작용화부(203)는 추가적으로, 산(acid)을 이용하여 상기 작용기를 나노 탄소 계열의 물질의 디펙 위치에 도입하는 산화 방식 또는 나노 탄소 계열의 물질의 광경화 반응을 진행시키기 위한 라디칼 첨가 방식에 기초하여, 상기 보강재를 작용화할 수 있다. 또한, 상기 보강재 작용화부(203)는 추가적으로, 다이아조늄과의 반응을 통해 수행되는 라디칼 첨가 방식에 기초하여, 상기 보강재를 작용화할 수 있다.
기지재료 수용부(202)는 자외선 경화성 수지 및/또는 열 경화성 수지와 같은 기지재료를 수용할 수 있는 임의의 형상 및 재질을 가질 수 있다. 기지재료 수용부(202)는 예컨대, 별도의 채널을 통하여 혼합물 생성부(204)와 연통될 수 있다. 따라서, 기지재료 수용부(202)에 수용된 기지재료들은 작용화된 보강재와 혼합되기 위하여 혼합물 생성부(204)로 이송될 수 있다.
혼합물 생성부(204)는 보강재 수용부(201) 또는 보강재 작용화부(23), 및 기지재료 수용부(201)와 연결 가능하여 상기 보강재 수용부(201)로부터 상기 작용화된 보강재를 공급받고, 상기 기지재료 수용부로부터 상기 기지재료를 공급받으며, 그리고 상기 작용화된 보강재를 상기 기지재료와 혼합함으로써 혼합물을 생성할 수 있다. 추가적으로, 혼합물 생성부(204)는 작용화된 보강재에 디플리션 힘(depletion force)을 유발시키기 위하여, 나노필러를 추가로 혼합함으로써 혼합물을 생성할 수 있다. 이러한 경우, 혼합물 생성부(204)는 별도의 나노 필러 주입부 및/또는 나노 필러 수용부를 구비할 수도 있다.
주입부(205)는 혼합물 생성부(204)와 연결되며 그리고 노즐을 구비할 수 있으며 그리고 상기 생성된 혼합물을 상기 노즐을 통해 몰드 내에 주입시시킬 수 있다. 주입부(205)는 혼합물을 몰드에 주입시키기 위한 기능을 갖는 임의의 형상을 가질 수 있다. 상기 주입부(205)는 추가적으로, 초음파 분산 방식에 기초하여 상기 혼합물을 상기 몰드(206)에 주입시킬 수 있다.
전자장 방사기(207)는 주입된 혼합물이 배향성을 갖도록 몰드(206)의 적어도 일 단부에 전기장 및 자기장 중 적어도 하나를 인가할 수 있다.
몰드(206)는 주입된 혼합물을 수용하고 그리고 상기 배향된 혼합물을 경화시켜 차량용 고강도 부품을 생성할 수 있다. 몰드(206)는 혼합물을 수용하고 이를 경화시킬 수 있는 임의의 형상을 가질 수 있으며, 예를 들어, 제작하고자 하는 고강도 부품의 형상과 대응되는 형상의 내부 형상을 가질 수 있다. 또한, 몰드(206)의 양 단부에는 전압이 인가될 수 있는 하나 이상의 전극들이 구비될 수 있다.
제어부(208)는 고강도 부품 제조 장치(200)의 전체적인 동작들을 제어할 수 있다. 제어부(208)는 추가적으로: 보강재를 작용화하는데 사용된 작용기의 극성을 결정하며, 그리고 상기 결정된 극성과 대응되도록 상기 몰드(206)의 일 단부에 인가할 전기장 또는 자기장의 극성을 결정할 수 있다. 이러한 경우, 상기 전자장 방사기(207)는 추가적으로 상기 제어부(208)에 의해 결정된 극성에 기초하여 상기 전기장 및 자기장 중 적어도 하나를 상기 몰드(206)의 일 단부에 인가할 수 있다. 예를 들어, 전기장 및 자기장은 몰드(206)의 양 단부에 인가될 수 있다.
또한, 제어부(208)는 추가적으로, 고강도 부품에 대해 요구되는 국부 강성, 열전달력, 전도성 및 방사선 차폐력 중 적어도 하나에 기초하여, 인가할 전기장의 전압을 결정할 수 있다. 그리고 전자장 방사기(207)는 추가적으로 상기 결정된 전압에 따른 전기장을 상기 몰드(206)의 적어도 일 단부에 인가함으로써 상기 혼합물을 배향시킬 수 있다.
본 개시내용의 일 실시예에서, 상기 제어부(208)는 추가적으로, 혼합 온도를 60°C 내지 180°C의 범위 내로 유지하면서, 상기 혼합물을 생성하도록 상기 혼합물 생성부(204)를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 추가적으로: 상기 나노 탄소 계열의 물질의 격자구조가 미완성된 부분인 디펙(defect) 위치를 결정하고, 그리고 상기 결정된 디펙 위치에 작용기를 도입시키도록 상기 보강재 작용화부(203)를 제어할 수 있다. 이러한 경우, 상기 보강재 작용화부(203)는 추가적으로, 산(acid)을 이용하여 상기 작용기를 나노 탄소 계열의 물질의 디펙 위치에 도입하는 산화 방식 또는 나노 탄소 계열의 물질의 광경화 반응을 진행시키기 위한 라디칼 첨가 방식에 기초하여, 상기 보강재를 작용화할 수 있다. 또한, 상기 보강재 작용화부(203)는 추가적으로, 다이아조늄과의 반응을 통해 수행되는 라디칼 첨가 방식에 기초하여, 상기 보강재를 작용화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 주입부(205)는 노즐 형상을 가질 수 있으며, 추가적으로, 초음파 분산 방식에 기초하여 상기 혼합물을 상기 몰드(206)에 주입시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부(208)는 추가적으로 고강도 부품에 대해 요구되는 국부 강성, 열전달력, 전도성 및 방사선 차폐력 중 적어도 하나에 기초하여, 인가할 전기장의 전압을 결정할 수 있다. 또한, 제어부(208)는 결정된 전압에 따른 전기장이 상기 몰드(206)의 적어도 일 단부에 인가되도록 상기 전자장 방사기(207)의 상기 몰드(206)로부터의 방사 위치를 결정할 수 있으며, 그리고 상기 전자장 방사기(207)는, 상기 제어부(208)로부터의 제어 신호에 따라 이동가능할 수 있다. 전술한 전자장 방사기(207)의 이동은 예를 들어, 틸팅 이동, 상하 이동, 평행 이동, 피봇 이동 등과 같은 임의의 형태의 움직임을 포함할 수 있다. 전자장 방사기(207)의 이동은 몰드와의 상대 이동을 포함할 수 있다.
본 개시내용에서 기재되는 실시예들 또는 특히 제어부(208)와 관련하여 설명되는 실시예들은 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합을 통하여 컴퓨터 판독가능 저장 매체 또는 이와 유사한 식의 임의의 저장 매체 내에서 하나 이상의 프로세서들에 의해 구현될 수 있다.
하드웨어적인 구현에 의하면, 여기에 설명되는 실시예는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays, 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로-컨트롤러(micro-controllers), 마이크로프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 일부의 경우에 본 명세서에서 설명되는 실시예들이 제어부(208) 자체로 구현될 수 있다.
소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 작성된 소프트웨어 애플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 저장부(미도시)에 저장되고, 제어부(208)에 의해 실행될 수 있다.
제시된 프로세스들 및 방법들에 있는 단계들의 특정한 순서 또는 계층 구조는 예시적인 접근들의 일례임을 이해하도록 한다. 설계 우선순위들에 기반하여, 본 개시의 범위 내에서 프로세스들에 있는 단계들의 특정한 순서 또는 계층 구조가 재배열될 수 있다는 것을 이해하도록 한다. 첨부된 방법 청구항들은 샘플 순서로 다양한 단계들의 엘리먼트들을 제공하지만 제시된 특정한 순서 또는 계층 구조에 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 개시내용의 실시예들에 기재된 "단계" 또는 "~부"와 같은 표현들은, 동일한 기능들을 구현하기 위한 "수단", "컴포넌트", "모듈", "회로" 및 "로직"의 형태로 표현될 수도 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 분야, 다양한 용도, 다양한 형태로 사용되어질 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
Claims (18)
- 차량용 고강도 부품 제조 방법으로서,
나노 탄소 계열의 물질을 포함하는 보강재를 마련하는 단계;
열 경화성 수지 및 자외선 경화성 수지 중 적어도 하나를 포함하는 기지재료를 마련하는 단계;
상기 기지재료와 상기 보강재 간의 혼합을 용이하게 하기 위하여 상기 보강재를 작용화하는 단계;
작용화된 보강재를 상기 기지재료와 혼합함으로써 혼합물을 생성하는 단계;
상기 생성된 혼합물을 노즐을 통해 몰드 내에 주입시키는 단계;
상기 주입된 혼합물이 배향성을 갖도록 상기 몰드의 적어도 일 단부에 전기장 및 자기장 중 적어도 하나를 인가하는 단계; 및
상기 배향된 혼합물을 경화시켜 차량용 고강도 부품을 생성하는 단계;
를 포함하는,
차량용 고강도 부품 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 전기장 및 자기장 중 적어도 하나를 인가하는 단계는:
상기 보강재를 작용화하는데 사용된 작용기의 극성과 대응되도록 상기 몰드의 일 단부에 인가할 전기장 또는 자기장의 극성을 결정하는 단계; 및
상기 결정된 극성의 전기장 또는 자기장을 상기 몰드의 적어도 일 단부에 인가함으로써 상기 혼합물을 배향시키는 단계;
를 포함하는,
차량용 고강도 부품 제조 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 전기장 및 자기장 중 적어도 하나를 인가하는 단계는:
상기 차량용 고강도 부품에 대해 요구되는 국부 강성, 열전달력, 전도성 및 방사선 차폐력 중 적어도 하나에 기초하여, 인가할 전기장의 전압을 결정하는 단계; 및
상기 결정된 전압에 따른 전기장을 상기 몰드의 적어도 일 단부에 인가함으로써 상기 혼합물을 배향시키는 단계;
를 더 포함하는,
차량용 고강도 부품 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 혼합물을 생성하는 단계는:
작용화된 보강재에 디플리션 힘(depletion force)을 유발시키기 위하여, 나노필러를 추가로 혼합함으로써 혼합물을 생성하는 단계;
를 포함하는,
차량용 고강도 부품 제조 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 혼합물을 생성하는 단계는:
혼합 온도를 60°C 내지 180°C의 범위 내로 유지하면서, 상기 혼합물을 생성하는 단계;
를 포함하는,
차량용 고강도 부품 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 보강재를 작용화하는 단계는:
상기 나노 탄소 계열의 물질의 격자구조가 미완성된 부분인 디펙(defect) 위치에 작용기를 도입시키는 단계;
를 포함하는,
차량용 고강도 부품 제조 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 보강재를 작용화하는 단계는:
산(acid)을 이용하여 상기 작용기를 나노 탄소 계열의 물질의 디펙 위치에 도입하는 산화 방식 또는 나노 탄소 계열의 물질의 광경화 반응을 진행시키기 위한 라디칼 첨가 방식으로 수행되는,
차량용 고강도 부품 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 보강재를 작용화하는 단계는:
상기 라디칼 첨가 방식으로 수행되며, 그리고 상기 라디칼 첨가 방식은 다이아조늄과의 반응을 통해 수행되는,
차량용 고강도 부품 제조 방법. - 차량용 고강도 부품 제조 장치로서,
나노 탄소 계열의 물질을 포함하는 보강재를 수용하는 보강재 수용부;
열 경화성 수지 및 자외선 경화성 수지 중 적어도 하나를 포함하는 기지재료를 수용하는 기지재료 수용부;
상기 보강재 수용부의 적어도 일부분과 연결 가능하며 그리고 상기 기지재료와 상기 보강재 간의 혼합을 용이하게 하기 위하여 상기 보강재를 작용화하는 보강재 작용화부;
상기 보강재 수용부 또는 보강재 작용화부, 및 상기 기지재료 수용부와 연결 가능하여 상기 보강재 수용부로부터 상기 작용화된 보강재를 공급받고, 상기 기지재료 수용부로부터 상기 기지재료를 공급받으며, 그리고 상기 작용화된 보강재를 상기 기지재료와 혼합함으로써 혼합물을 생성하는 혼합물 생성부;
상기 혼합물 생성부와 연결되며 그리고 노즐을 구비하여, 상기 생성된 혼합물을 상기 노즐을 통해 몰드 내에 주입시키는 주입부;
상기 주입된 혼합물이 배향성을 갖도록 상기 몰드의 적어도 일 단부에 전기장 및 자기장 중 적어도 하나를 인가하는 전자장 방사기;
상기 주입된 혼합물을 수용하고 그리고 상기 배향된 혼합물을 경화시켜 차량용 고강도 부품을 생성하는 몰드; 및
상기 차량용 고강도 부품 제조 장치의 동작을 제어하는 제어부;
를 포함하는,
차량용 고강도 부품 제조 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 제어부는 추가적으로:
상기 보강재를 작용화하는데 사용된 작용기의 극성을 결정하며, 그리고
상기 결정된 극성과 대응되도록 상기 몰드의 일 단부에 인가할 전기장 또는 자기장의 극성을 결정하며, 그리고
상기 전자장 방사기는 추가적으로 상기 제어부에 의해 결정된 극성에 기초하여 상기 전기장 및 자기장 중 적어도 하나를 상기 몰드의 일 단부에 인가하는,
차량용 고강도 부품 제조 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 제어부는 추가적으로, 상기 차량용 고강도 부품에 대해 요구되는 국부 강성, 열전달력, 전도성 및 방사선 차폐력 중 적어도 하나에 기초하여, 인가할 전기장의 전압을 결정하며; 그리고
상기 전자장 방사기는 추가적으로 상기 결정된 전압에 따른 전기장을 상기 몰드의 적어도 일 단부에 인가함으로써 상기 혼합물을 배향시키는,
차량용 고강도 부품 제조 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 혼합물 생성부는 작용화된 보강재에 디플리션 힘(depletion force)을 유발시키기 위하여, 나노필러를 추가로 혼합함으로써 혼합물을 생성하는,
차량용 고강도 부품 제조 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 제어부는 추가적으로, 혼합 온도를 60°C 내지 180°C의 범위 내로 유지하면서, 상기 혼합물을 생성하도록 상기 혼합물 생성부를 제어하는,
차량용 고강도 부품 제조 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 제어부는 추가적으로:
상기 나노 탄소 계열의 물질의 격자구조가 미완성된 부분인 디펙(defect) 위치를 결정하고, 그리고
상기 결정된 디펙 위치에 작용기를 도입시키도록 상기 보강재 작용화부를 제어하는,
차량용 고강도 부품 제조 장치. - 제 14 항에 있어서,
상기 보강재 작용화부는 추가적으로,
산(acid)을 이용하여 상기 작용기를 나노 탄소 계열의 물질의 디펙 위치에 도입하는 산화 방식 또는 나노 탄소 계열의 물질의 광경화 반응을 진행시키기 위한 라디칼 첨가 방식에 기초하여, 상기 보강재를 작용화하는,
차량용 고강도 부품 제조 장치. - 제 15 항에 있어서,
상기 보강재 작용화부는 추가적으로,
다이아조늄과의 반응을 통해 수행되는 라디칼 첨가 방식에 기초하여, 상기 보강재를 작용화하는,
차량용 고강도 부품 제조 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 주입부는 추가적으로, 초음파 분산 방식에 기초하여 상기 혼합물을 상기 몰드에 주입시키는,
차량용 고강도 부품 제조 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 제어부는 추가적으로:
상기 차량용 고강도 부품에 대해 요구되는 국부 강성, 열전달력, 전도성 및 방사선 차폐력 중 적어도 하나에 기초하여, 인가할 전기장의 전압을 결정하며; 그리고
상기 결정된 전압에 따른 전기장이 상기 몰드의 적어도 일 단부에 인가되도록 상기 전자장 방사기의 상기 몰드로부터의 방사 위치를 결정하며, 그리고
상기 전자장 방사기는, 상기 제어부로부터의 제어 신호에 따라 이동가능한,
차량용 고강도 부품 제조 장치.
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|---|---|---|---|---|
| JP2000063670A (ja) * | 1998-08-24 | 2000-02-29 | Suzuki Sogyo Co Ltd | 熱伝導性シリコーンゴム組成物およびその成形体 |
| JP2002273741A (ja) * | 2001-03-15 | 2002-09-25 | Polymatech Co Ltd | カーボンナノチューブ複合成形体及びその製造方法 |
| KR20130091381A (ko) * | 2012-02-08 | 2013-08-19 | (주)고딘테크 | 탄소나노물질-고분자 복합체 및 그 제조 방법 |
| KR20140135646A (ko) * | 2013-05-15 | 2014-11-26 | 한국항공우주연구원 | 전기장을 이용한 기능성 나노복합재 제조방법 |
-
2017
- 2017-10-30 KR KR1020170142013A patent/KR102049102B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
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