KR20190111885A - Method and apparatus for producing high strength component - Google Patents

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KR20190111885A
KR20190111885A KR1020190119404A KR20190119404A KR20190111885A KR 20190111885 A KR20190111885 A KR 20190111885A KR 1020190119404 A KR1020190119404 A KR 1020190119404A KR 20190119404 A KR20190119404 A KR 20190119404A KR 20190111885 A KR20190111885 A KR 20190111885A
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이민호
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(주) 오프렌
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Abstract

Disclosed by an embodiment of the present invention is a high strength component manufacturing apparatus. The high strength component manufacturing apparatus includes: a reinforcement material accommodating unit which accommodates a reinforcement material including a nanomaterial; a base material accommodating unit which accommodates a base material including at least one of thermosetting resin and ultraviolet curable resin; a reinforcement material functionalizing unit which is connectable to at least one part of the reinforcement accommodating unit and functionalizes the reinforcement material to facilitate a mixing between the base material and the reinforcement material; a mixture generating unit which can be connected to the reinforcement material accommodating unit and the base material accommodating unit, receives the functionalized reinforcement material from the reinforcement material accommodating unit, receives the base material from the base material accommodating unit, and generates a mixture by mixing the functionalized reinforcement material with the base material; an injection unit which is connected to the mixture generating unit, has a nozzle, and injects the generated mixture into a mold through the nozzle; an electromagnetic field emitter which applies at least one of an electric field and a magnetic field to at least one end part of the mold so that the injected mixture is oriented; a mold which contains the injected mixture and cures the oriented mixture to produce a high strength component; and a control unit which controls the operation of the high strength component manufacturing apparatus. The present invention improves dispersibility and orientation.

Description

고강도 부품의 제조 방법 및 제조 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING HIGH STRENGTH COMPONENT}METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING HIGH STRENGTH COMPONENT}

본 개시내용은 복합재료에 관한 것으로, 보다 구체적으로 나노 탄소 물질을 사용하는 고강도 부품 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to composite materials, and more particularly, to a method and apparatus for manufacturing high strength components using nano carbon materials.

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. Recently, as various regulations related to carbon dioxide reduction have increased worldwide and the demand for fuel efficiency has increased, the need for lightening existing plastic parts and the lightening of replacing metal parts with plastic composite materials (e.g. ), The demand for

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. Composite materials have been studied in earnest since glass fiber was made in the early 1930s, and recently entered the era of advanced composite materials as the use of carbon fiber, boron fiber, etc. has been in full swing. Composite materials can improve strength, stiffness, corrosion resistance, fatigue life, abrasion resistance, impact characteristics, high temperature characteristics, electrical insulation, insulation, light weight, and appearance compared to single metal or plastic materials. Composite materials are applied to various fields such as structures in ships, marine and marine fields, automobiles, sports and construction fields. In particular, in the automotive field, there is an urgent need for a lightweight composite material having excellent mechanical properties such as durability, wear resistance, and lubricity for improving fuel economy.

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. Metals, metal alloys, and ceramics, which are conventionally used as reinforcement materials, generally possess mechanical properties over carbon materials or glass-reinforced fibers, but have high density and have high weight and are difficult to process.

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. Reinforced glass fiber has lower mechanical properties than the reinforcing material, but has a very low cost and light advantage. However, in order to compensate for the low mechanical properties, it has a disadvantage of dispersing at least 20 to 30% by weight of the base material.

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.Recently, polymer nanocomposites that use nanomaterials as reinforcement materials have been highlighted. Nanocomposites are compounded by dispersing dissimilar materials at molecular level or nanometer scale. Usually, the size of dispersed phase (dispersed state) is 1 ~ 100nm and it can further improve the excellent processability, mechanical and optical properties of existing polymers. It is the next generation material that is likely to be applied in a wide range of parts, electrical and electronics, and construction.

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.Recently, research on carbon nanotubes has been actively conducted as one of the nanomaterials that are widely used in such nanocomposites. Carbon nanotubes are long-long nano-diameter materials made of carbon atoms, which have 1000 times higher electrical conductivity than copper and have strong covalent bonds in the fiber direction, resulting in high strength and elastic modulus of 100 times that of steel. The polymer composite material, which has carbon nanotubes dispersed in a polymer matrix due to its large aspect ratio with respect to diameter and length, is a material having high stiffness to the same weight or a functional material such as a conductive material and an electromagnetic shielding material. It is attracting attention because it can be used.

탄소 나노튜브-고분자 나노 복합체의 제조와 관련하여 선행특허 문헌으로서 KR10-1294204호가 존재한다.There is a prior patent document KR10-1294204 relating to the preparation of carbon nanotube-polymer nanocomposites.

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.The present disclosure is a technique devised in response to the background art, in a composite material consisting of a plastic (base material) and a carbon nanotube (reinforcement material), by dispersing in the plastic by functionalizing the surface of the carbon nanotube An object of the present invention is to provide a method for producing a composite material having improved orientation.

추가적으로, 본 개시내용의 실시예들에 따른 다양한 목적들 중 하나는, 제조된 복합재료를 이용한 자동차용 고기능성 기어 부품 등을 개발하고자 하는 것이다In addition, one of various objects according to embodiments of the present disclosure is to develop a high-performance gear parts for automobiles using the manufactured composite materials.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 차량용 고강도 부품 제조 방법을 개시한다. 상기 방법은: 나노 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 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 고강도 부품을 생성하는 단계;를 포함할 수 있다. In order to achieve the above object, the present invention discloses a high-strength component manufacturing method for a vehicle. The method comprises the steps of: providing a reinforcement material comprising a nanomaterial; Providing a matrix material comprising at least one of a thermosetting resin and an ultraviolet curable resin; Functionalizing the reinforcement to facilitate mixing between the matrix material and the reinforcement; Creating a mixture by mixing a functionalized stiffener with the matrix material; Injecting the resulting mixture into a mold; Applying at least one of an electric field and a magnetic field to at least one end of the mold such that the injected mixture is oriented; And hardening the oriented mixture to produce a high strength component.

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.In one embodiment of the invention, applying at least one of the electric and magnetic fields comprises: determining the polarity of the electric or magnetic field to be applied to one end of the mold to correspond to the polarity of the functional group used to functionalize the reinforcement Doing; And orienting the mixture by applying an electric or magnetic field of the determined polarity to at least one end of the mold.

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.In one embodiment of the invention, applying at least one of the electric field and the magnetic field comprises: based on at least one of the local stiffness, heat transfer force, conductivity and radiation shielding force required for the high strength component for the vehicle, Determining a voltage of; And orienting the mixture by applying an electric field according to the determined voltage to at least one end of the mold.

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.In one embodiment of the present invention, generating the mixture may include: generating the mixture by further mixing the nanofiller to induce a depletion force in the functionalized stiffener; Can be.

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.In one embodiment of the present invention, the step of producing the mixture may include: generating the mixture while maintaining the mixing temperature in the range of 60 ° C to 180 ° C.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 보강재를 작용화하는 단계는: 상기 나노 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 물질의 디펙 위치에 도입하는 산화 방식 또는 나노 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.In one embodiment of the present invention, the step of functionalizing the reinforcing material may include: introducing a functional group at a defect position in which the lattice structure of the nanomaterial is an unfinished portion. Here, the step of functionalizing the reinforcing material may be performed by an oxidation method for introducing the functional group to the defect position of the nanomaterial using an acid or a radical addition method for proceeding the photocuring reaction of the nanomaterial. In addition, the functionalizing of the reinforcing material may be performed by the radical addition method, and the radical addition method may be performed by reaction with diazonium.

본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 고강도 부품 제조 장치가 개시된다. 상기 제조 장치는: 나노 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.Disclosed is a high strength parts manufacturing apparatus for a vehicle according to an embodiment of the present invention. The manufacturing apparatus includes: a reinforcing member accommodating portion containing a reinforcing material including a nanomaterial; A base material accommodating unit accommodating a base material including at least one of a thermosetting resin and an ultraviolet curable resin; A reinforcement functionalization unit connectable with at least a portion of the reinforcement receiving portion and functionalizing the reinforcement to facilitate mixing between the base material and the reinforcement; Connectable with the reinforcing member accommodating part and the base material accommodating part, the functionalized reinforcing material is supplied from the reinforcing material accommodating part, the base material is supplied from the base material accommodating part, and the functionalized reinforcing material is applied to the base. A mixture generator for generating a mixture by mixing with a material; An injection unit connected to the mixture generation unit and having a nozzle, injecting the generated mixture into a mold through the nozzle; An electromagnetic field emitter for applying at least one of an electric field and a magnetic field to at least one end of the mold such that the injected mixture is oriented; A mold containing the injected mixture and curing the oriented mixture to produce a high strength component for a vehicle; And a control unit controlling an operation of the high strength component manufacturing apparatus for a vehicle.

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.In one embodiment of the invention, the control unit additionally determines the polarity of the functional group used to functionalize the reinforcement, and determines the polarity of the electric or magnetic field to be applied to one end of the mold to correspond to the determined polarity. The electromagnetic field emitter may further apply at least one of the electric field and the magnetic field to one end of the mold based on the polarity determined by the controller. Further, the control unit additionally determines the voltage of the electric field to be applied based on at least one of local stiffness, heat transfer force, conductivity and radiation shielding force required for the high strength component for the vehicle; The electromagnetic field emitter may further orient the mixture by applying an electric field according to the determined voltage to at least one end of the mold.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 혼합물 생성부는 작용화된 보강재에 디플리션 힘(depletion force)을 유발시키기 위하여, 나노필러를 추가로 혼합함으로써 혼합물을 생성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the mixture generating unit may generate a mixture by further mixing the nanofiller, in order to induce a depletion force on the functionalized reinforcing material.

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.In one embodiment of the present invention, the control unit may further control the mixture generating unit to generate the mixture while maintaining the mixing temperature in the range of 60 ° C to 180 ° C.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 추가적으로: 상기 나노 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 물질의 디펙 위치에 도입하는 산화 방식 또는 나노 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.In one embodiment of the present invention, the control unit additionally: determines a defect position in which the lattice structure of the nanomaterial is an unfinished portion, and controls the stiffener functionalization unit to introduce a functional group at the determined defect position. can do. In addition, the reinforcing material functionalizing unit, based on the oxidation method of introducing the functional group to the defect position of the nano material using an acid or a radical addition method for proceeding the photocuring reaction of the nano material, Can be functionalized. In addition, the reinforcing material functionalizing unit may additionally functionalize the reinforcing material based on a radical addition method performed through reaction with diazonium.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 주입부는 추가적으로, 초음파 분산 방식에 기초하여 상기 혼합물을 상기 몰드에 주입시킬 수 있다.In addition, in one embodiment of the present invention, the injection unit may additionally inject the mixture into the mold based on the ultrasonic dispersion method.

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.Further, in one embodiment of the present invention, the control unit additionally: determines a voltage of an electric field to be applied based on at least one of local stiffness, heat transfer force, conductivity and radiation shielding force required for the high strength component for the vehicle; And determine a radiation position from the mold of the electromagnetic field emitter such that an electric field according to the determined voltage is applied to at least one end of the mold, and the electromagnetic field emitter may be movable according to a control signal from the controller. .

상기 구성을 갖는 본 발명에 의해 제조된 탄소나노튜브 복합재료는 내구성, 내마모성, 윤활성, 강도, 내부식성, 전도성, 내열성 등의 특성이 매우 우수하다. Carbon nanotube composite material prepared by the present invention having the above configuration is very excellent in properties such as durability, wear resistance, lubricity, strength, corrosion resistance, conductivity, heat resistance and the like.

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. Due to the above effects, the carbon nanotube composite material prepared by the present invention may be usefully used in the field of structures such as aerospace, marine and marine fields, automobiles, sports and construction fields, and particularly useful in the automobile field. have.

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. The present invention is expected to have a great economic ripple effect due to the preoccupation of technology in the continuously growing global automobile composites market, and can contribute greatly to the national economy.

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.
Various aspects are now described with reference to the drawings, wherein like reference numerals are used to refer to like components throughout. In the following examples, for purposes of explanation, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of one or more aspects. However, it will be apparent that such aspect (s) may be practiced without these specific details. In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form in order to facilitate describing one or more aspects.
1 shows an exemplary flow chart of a method for manufacturing a high strength component in accordance with one embodiment of the present disclosure.
2 shows an exemplary block diagram of a high strength component manufacturing apparatus according to one embodiment of the present disclosure.

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.Various embodiments and / or aspects are now disclosed with reference to the drawings. In the following description, for purposes of explanation, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of one or more aspects. However, it will also be appreciated by one of ordinary skill in the art that this aspect (s) may be practiced without these specific details. The following description and the annexed drawings set forth in detail certain illustrative aspects of the one or more aspects. However, these aspects are exemplary and some of the various methods in the principles of the various aspects may be used and the descriptions described are intended to include all such aspects and their equivalents.

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. In addition, the term “or” is intended to mean an inclusive “or” rather than an exclusive “or”. In other words, unless specified otherwise or unambiguously in context, "X uses A or B" is intended to mean one of the natural implicit substitutions. That is, X uses A; X uses B; Or where X uses both A and B, "X uses A or B" may apply in either of these cases. Also, it is to be understood that the term "and / or" as used herein refers to and includes all possible combinations of one or more of the related items listed.

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.In addition, the terms "comprises" and / or "comprising" mean that such features and / or components are present, but exclude the presence or addition of one or more other features, components, and / or groups thereof. It should be understood that it does not. Also, unless otherwise specified or in the context of indicating a singular form, the singular in the specification and claims should generally be interpreted as meaning "one or more."

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.The objects and effects of the present disclosure and the technical configurations for achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. In describing the present disclosure, when it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present disclosure, the detailed description will be omitted. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the present disclosure, which may be partially changed according to a user's or operator's intention or custom.

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. The present disclosure is not limited to the embodiments described below, but may be implemented in various different forms through combinations of the embodiments within the scope of the claims. The present embodiments are merely provided to make the present disclosure complete, and to fully convey the scope of the disclosure to those skilled in the art, and the present disclosure is defined by the scope of the claims. It is only. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.

이하, 본 개시내용에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present disclosure will be described in detail.

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. 1 illustrates a method of manufacturing a high strength component in accordance with one embodiment of the present invention. The steps described in FIG. 1 are exemplary and additional steps may be included in the method or some of the steps may be omitted, without departing from the spirit of the invention described herein. Each step of the method shown in FIG. 1 may be performed, for example, by a high strength component manufacturing apparatus.

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.The composite material in the present specification is a composite made by dispersing a nano carbon material such as carbon nanotubes into a base material such as a resin as nanocomposites, and is generally an original material (for example, a polymer or a monomer (single molecule)). Or a functional material having the properties of the filler while maintaining the properties of the oligomer). In the present specification, as a preferred embodiment for the convenience of description, a polymer is described as an example. However, embodiments for monomers or oligomers as well as polymers may also be included in the scope of the present specification.

도 1에서 도시되는 바와 같이, 나노 탄소 물질을 포함하는 보강재가 제공될 수 있다(101). As shown in FIG. 1, a reinforcement comprising a nano carbon material may be provided (101).

본 개시내용의 일 실시예에 따라, 기지재료(예컨대, 엔지니어링 플라스틱)와 보강재(예컨대, 나노 탄소 물질)가 혼합된 고강도 복합재료가 개시된다.In accordance with one embodiment of the present disclosure, a high strength composite material is disclosed in which a matrix material (eg, engineering plastic) and a reinforcement (eg, nano carbon material) are mixed.

본 개시내용의 일 실시예에 따른 보강재(나노 탄소 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.Reinforcing material (nano carbon material) according to an embodiment of the present disclosure, for example, single-walled carbon nanotubes (Single-Walled CNT), double-walled carbon nanotubes (Double-Walled CNT), multi-walled carbon nanotubes ( Multi-Walled CNT), or thin multi-walled carbon nanotubes (Thin Multi-Walled CNT) may be included, but is not limited thereto. For example, the single-walled carbon nanotubes may be single-walled carbon nanotubes manufactured by a high pressure carbon monoxide disproportionation process, an arc-discharge process, or other methods. For example, the multi-walled carbon nanotubes may be multi-walled carbon nanotubes manufactured by a CVD process or other methods.

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.According to embodiments of the present disclosure, when an oligomer or monomer is polymerized by a polymerization reaction, when the composite material is prepared using the functionalized nanomaterial, the binding of the polymer is because the functionalized nanomaterial is polymerized together. Carbon-based nanomaterials can be used as a skeleton in the structure, and thus have high strength characteristics when compared to general simple polymers. As described above, the nanomaterials herein may refer to carbon-based nanomaterials (ie, nano carbon-based materials). The nano carbon-based material may include, for example, hexagonal honeycomb-shaped materials through sp-type bonds between one carbon atom. Carbon nanotubes, one of the nano carbon-based materials, have a graphite sheet having a cylinder shape with a nano size diameter.

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.Preferably, the carbon nanotubes according to one embodiment of the present disclosure are multi-walled carbon nanotubes having a diameter of 20-200 nm and a length of 0.1 μm-200 μm or less. If the diameter of the carbon nanotubes is too small (ie, less than 20 nm) and the length is long (ie, more than 20 μm), the carbon nanotubes are dispersed in a bent form, making it difficult to adjust the orientation. In addition, when the diameter of the carbon nanotubes is large (i.e., greater than 200 nm) and short (i.e., less than 0.1 mu m), the aspect ratio becomes small and the characteristics as actual reinforcing materials are lowered.

본 개시내용의 일 실시예에 따라, 다중벽 탄소나노튜브를 선택할 때 저가의 대량생산형 다중벽 탄소나노튜브를 선택하는 경우, 고강도 부품에 대한 가격 경쟁력이 확보될 수 있다. According to one embodiment of the present disclosure, when selecting a low-cost mass-produced multi-walled carbon nanotubes when selecting the multi-walled carbon nanotubes, price competitiveness for high-strength components can be secured.

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. According to one embodiment of the present disclosure, a known material may be provided (102) comprising at least one of a thermosetting resin and an ultraviolet curable resin. Regarding the matrix material in the present disclosure, thermoplastic resins such as epoxy resins and unsaturated polyester resins may also be used, but in the case of plastic resins, since they themselves take the form of polymers, Therefore, it is preferable to use any form of curable resin (eg, thermosetting resin and / or ultraviolet curable resin, etc.) having a monomer or oligomer form as a base material.

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.In addition, the matrix material according to an embodiment of the present disclosure may be any material for minimizing the repulsive force between the interface of the carbon nanotubes and the matrix material to suppress aggregation by van der Waals bonds in the matrix material of the carbon nanotubes. It is preferable that it is curable resin of the form of.

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. The carbon nanotubes are agglomerated due to the strong van der Waals interaction between the tubes. These agglomeration phenomena interfere with the uniform network formation of carbon nanotubes in the composite when the composite material is manufactured. If the tube is not properly dispersed, the role of the nanotube as a filler for improving mechanical, electrical, and thermal properties cannot be expected. Therefore, evenly dispersing the aggregated tube is an important step in manufacturing the carbon nanotube composite material.

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.According to one embodiment of the present disclosure, there may be various ways to disperse the carbon nanotubes. For example, in order to disperse carbon nanotubes, mechanical surface modification using sonication, milling and high shear force, covalent surface modification and dispersion using chemical covalent bonding of carbon atoms and working periods by acid treatment, etc. Non-covalent surface modification by carbon nanotube surface modification can be used. Among the non-covalent surface modification methods, a method of modifying the surface of the carbon nanotubes, preferably using an amphiphilic material such as a surfactant, is the simplest and most effective. Here, the hydrophobic portion of the surfactant is adsorbed on the surface of the carbon nanotubes and the hydrophilic portion is bonded to the polar solvent so that the carbon nanotubes are dispersed in the polar solvent.

도 1로 되돌아가면, 본 개시내용의 일 실시예에 따른 방법은 기지재료와 보강재 간의 혼합을 용이하게 하기 위해 보강재를 작용화하는 단계(103)를 포함할 수 있다.Returning to FIG. 1, a method according to one embodiment of the present disclosure may include functionalizing the reinforcement 103 to facilitate mixing between the matrix material and the reinforcement.

예를 들어, 보강재를 작용화하는 단계(103)는 나노 탄소 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 물질의 디펙 위치에 도입하는 산화 방식 및/또는 나노 탄소 물질의 광경화 반응을 진행시키기 위한 라디칼 첨가 방식으로 수행될 수 있다. For example, functionalizing the reinforcement 103 may include introducing a functional group at a defect location that is a lattice unfinished portion of the nano carbon material. More specifically, the step 103 of functionalizing the reinforcement comprises: an oxidation scheme that introduces a functional group to the defect position of the nano carbon material using an acid and / or a radical for proceeding the photocuring reaction of the nano carbon material. It can be carried out in an additive manner.

본 개시내용의 추가적인 실시예에서, 보강재를 작용화하는 단계(103)는: 라디칼 첨가 방식으로 수행되는데, 상기 라디칼 첨가 방식은 다이아조늄과의 반응을 통해 수행될 수도 있다.In a further embodiment of the present disclosure, the step of functionalizing the reinforcement 103 is carried out in a radical addition manner, which may be carried out via reaction with diazonium.

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.Carbon nanotubes are very hydrophobic and have very low solubility, so that they tend to cause aggregation between carbon nanotubes. Accordingly, the present disclosure proposes a method of introducing functional groups on the surface of carbon nanotubes in order to obtain carbon nanotubes uniformly dispersed and oriented in the matrix material. The functionally introduced carbon nanotubes not only have the advantage of being uniformly dispersed and oriented, but also have the characteristic that they can be used as a polymerization skeleton by participating in the polymerization reaction when the oligomer or monomer of the matrix material is polymerized by the polymerization reaction.

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.Through surface functionalization of the carbon nanotubes, one or more functional groups among -OH, -COOH, -NH2, -H, -F, -O, carboxyl group, phenol group, and lactone group can be introduced to the surface of the carbon nanotubes. have. This surface functionalization can be both covalent and non-covalent bonds, and covalent bonds are more effective in terms of dispersion efficiency.

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.Thus, according to one embodiment of the present disclosure, the step of functionalizing the carbon nanotubes 103 as the reinforcing material is -OH, -COOH, -NH2, -H, -F, -O, carboxyl group, phenol group, and It may include the step of introducing at least one functional group selected from the group consisting of lactone groups in the defect position of the carbon nanotubes. As described above, the defect location in the present disclosure may mean a portion in which the lattice structure is not completed. In another example, the defect location may refer to a lattice structure having a free bond group.

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.Covalent bonding methods may be oxidation, esterification, cycloaddition, radical addition, nucleophilic addition, electrophilic addition, or the like. have.

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. In the oxidation method, an acid (mainly nitric acid or sulfuric acid) can be used to introduce the functional groups listed above to the surface of the carbon nanotubes, and the density of the surface functional groups can be controlled according to the treatment method.

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. The radical addition method may introduce the functional groups listed above to the surface of the carbon nanotubes by using a reaction with an aryl diazonium salt, a reaction with sodium nitrate, sulfuric acid, and ammonium persulfate, among which diamond It is preferable to use the reaction with zonium to functionalize the photocuring reaction.

본 개시내용의 일 실시예에 따라, 탄소나노튜브의 표면 작용화시 두 종류 이상의 작용기를 하나의 탄소나노튜브 표면 상에 도입하여 기지재료와의 상호작용 조절을 용이하게 할 수도 있다. According to one embodiment of the present disclosure, upon surface functionalization of carbon nanotubes, two or more kinds of functional groups may be introduced on one carbon nanotube surface to facilitate control of interaction with a matrix material.

도 1로 되돌아가서, 고강도 부품 제조 방법은 작용화된 보강재를 기지재료와 혼합함으로써 혼합물을 생성하는 단계(104)를 포함할 수 있다.Returning to FIG. 1, the method of making high strength components can include generating 104 a mixture by mixing the functionalized reinforcement with a known material.

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.In one embodiment of the present disclosure, generating 104 the mixture comprises: generating the mixture by further mixing nanofillers to induce a depletion force in the functionalized stiffener It may include.

본 개시내용의 일 실시예에 따라, 혼합물의 물성 향상을 위해 탄소나노튜브 외에 추가로 1종 이상의 나노필러가 소량 첨가될 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, a small amount of one or more nanofillers may be added in addition to the carbon nanotubes to improve physical properties of the mixture.

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. For example, various fillers (3-50 um) of SiO 2, AIN, ceramic fillers such as MgO, h-BN fillers, and the like may be used. In the case of using such a nanofiller, it is possible to improve the cohesiveness of carbon nanotubes by the depletion force, and to have high lubricity and inert properties of salts, thereby improving moldability in manufacturing composite materials and It is possible to improve the lubricating properties, to achieve the same or more mechanical properties, such as thermal conductivity, heat resistance while reducing the content of carbon nanofillers, and to improve the dispersibility when dispersed in the mold.

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.In particular, in the case of h-BN filler dry lubrication characteristics can help in the separation of the mold can be improved in the molding step of the composite material manufacturing step. For example, the lubrication characteristics may be improved when applied to automobile parts, thereby contributing to improved wear resistance.

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.In addition, the composite material according to one embodiment of the present disclosure may further contain various additives such as antioxidants, colorants, mold release agents, lubricants and light stabilizers, and the amount of these additives used may be the end use and characteristics of the desired composite material. It can be adjusted and applied according to various factors, including.

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. In one embodiment of the present invention, the step of producing the mixture may include: generating the mixture while maintaining the mixing temperature in the range of 60 ° C to 180 ° C. When mixing carbon nanotubes and matrix materials (and optionally nanofillers), the melting temperature varies depending on the type of matrix material used, and the melting temperature is adjusted within the range of 60-180 ° C. If the mixing temperature of the carbon nanotube is less than 60 ℃, the matrix polymer is not sufficiently melted and may not be uniformly mixed with the carbon nanotube, and if it exceeds 180 ℃, the polymer chain is accelerated to decrease the mechanical properties of the manufactured composite material Can cause problems.

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. Solvents used in producing the mixture may include, but are not limited to, an aqueous solvent, an organic solvent, or an aqueous-organic mixed solvent. For example, in the auxiliary solvent, the aqueous solvent may include water or water and alcohol, and the organic solvent may include one or more organic solvents, but is not limited thereto. For example, the alcohol may be a lower alcohol having 1 to 6 carbon atoms, preferably methanol, ethanol, propanol, butanol, and the like, but is not limited thereto. For example, the organic solvent may include an aromatic solvent such as dimethylformamide (DMF), tetrahydrofuran (THF), toluene, methyl ethyl ketone (MEK), and combinations thereof, but is not limited thereto.

고강도 부품의 제조 방법은, 전술한 방식을 통하여 생성된 혼합물을 노즐을 통해 몰드 내에 주입하는 단계(105)를 포함할 수 있다.The method of making a high strength component may include injecting 105 the mixture produced through the above manner into a mold through a nozzle.

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.The method can then include applying 106 at least one of an electric field and a magnetic field to at least one end of the mold such that the injected mixture is oriented. Applying at least one of the electric and magnetic fields comprises: determining a voltage of the electric field to be applied based on at least one of local stiffness, heat transfer force, conductivity and radiation shielding force required for the high strength component for the vehicle; And orienting the mixture by applying an electric field according to the determined voltage to at least one end of the mold.

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. According to one embodiment of the present disclosure, the dispersion and orientation method is not particularly limited, and ultrasonic dispersion, high shear dispersion (ultrahigh pressure disperser, nanodisperser, nanodisperser, nanodisperser, homogenizer), electric field emitter orientation , And / or magnetic field emitter orientation, and the like.

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.As an example, the mixture may be dispersed and oriented with a predetermined electrode pattern such that the functionalized carbon nanotubes are rearranged by an electric field. After injecting the mixture into the mold, a voltage is applied in one or both directions between the spinning nozzle and the collector to obtain the carbon nanotubes in the collector in a dispersed and oriented form in the matrix. The voltage applied between the spinneret and the collector is controlled by a voltage regulator and the distance between the collector and the spinneret can be adjusted by artificially moving the collector in the horizontal direction with the spinneret. At this time, the local physical properties such as local stiffness, heat transfer, conductivity, non-conductivity, and radiation shielding can be easily changed according to the electrode pattern structure. By forming an electric field in a direct downward, oblique or arch shape, the direction in which the fine particles are rearranged, a distribution form, and the like may be varied according to the direction of the electric field.

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.As an example, if the mixture contains magnetic metal nanoparticles (for example, but not limited to Ni, Co, Fe, Y, Pd, Pt, Au, etc.), the magnetic field exhibiting a certain size of magnetic field in the carbon nanoparticles It can be added to disperse and orient the mixture. At this time, by controlling factors such as the strength of the magnetic field, the position of the magnetic field, and the distance from the mold to the magnet, it is possible to control the properties of the composite material. Application is possible.

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. In one embodiment of the present disclosure, orienting the injected and dispersed mixture uses the polarity of the electric or magnetic field to apply to one end of the mold to correspond to the polarity of the functional groups used to functionalize the carbon nanotubes. Thereby orienting the mixture.

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. When the dispersant is used, the type of dispersant is not particularly limited, and cations, anions, neutral surfactants, and the like may be used. When selecting a dispersant, it is preferable to select an optimal dispersant in consideration of electrostaticity with a known material.

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.In accordance with one embodiment of the present disclosure, as shown in FIG. 1, the method of manufacturing a high strength component may include the step 107 of curing the oriented mixture in a mold to produce a high strength component.

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. The method for curing the dispersed and oriented mixture is not particularly limited and includes a thermosetting method and / or a photocuring method (including an ultraviolet curing method). When selecting a curing method, it is desirable to select an optimal curing method in consideration of the type of known material.

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.According to the present invention, the carbon nanotubes can be uniformly dispersed and oriented in the matrix material, and thus have strength, durability, abrasion resistance, lubricity, corrosion resistance, fatigue life, impact characteristics, high temperature characteristics, electrical insulation, heat insulation, and weight reduction. It is possible to manufacture carbon nanotube composites having improved properties.

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.According to the production method of the present invention, a carbon nanotube composite material in which dispersion and orientation of carbon nanotubes are adjusted can be prepared, and a composite containing carbon nanotubes having excellent mechanical strength and electrical conductivity even with a small carbon nanotube content The material may be manufactured, and the manufactured composite material may be variously applied to plastic parts such as automobile interior and exterior materials and building materials.

도 2는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 고강도 부품 제조 장치의 예시적인 블록도를 도시한다.2 shows an exemplary block diagram of a high strength component manufacturing apparatus according to one embodiment of the present disclosure.

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.As shown in FIG. 2, the high-strength component manufacturing apparatus 200 includes a reinforcing member accommodating part 201, a base material accommodating part 202, a reinforcing material functionalizing part 203, a mixture generating part 204, and an injecting part 205. , Mold 206, electromagnetic field emitter 207, and controller 208. The components shown in FIG. 2 are exemplary and additional components may be included in the high strength component manufacturing apparatus 200 or some of the components may be omitted.

보강재 수용부(201)는 나노 탄소 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.The reinforcement receiver 201 may receive a reinforcement material including a nano carbon material. The reinforcement receiving portion 201 may have any shape and material that can accommodate the reinforcement. The reinforcing member receiving portion 201 may be in communication with the reinforcing material functionalizing portion 203, for example, through a separate channel. The reinforcement housed in the reinforcement receiver 201 may be transferred to the reinforcement functionalization unit 203 to be functionalized. Further, in a further embodiment, the functionalized stiffener may be transferred back to the stiffener receiver 201, and the functionalized stiffener transferred and stored in the stiffener receiver 201 may be delivered to the mixture generator 204. It may be. In this case, the reinforcing member receiving portion 201 and the mixture generating portion 204 may be in communication with each other through a separate channel or the like.

보강재 작용화부(203)는 기지재료와 보강재 간의 혼합을 용이하게 하기 위하여, 보강재를 작용화할 수 있다. 예를 들어, 보강재 작용화부(203)는 나노 탄소 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 물질의 디펙 위치에 도입하는 산화 방식 또는 나노 탄소 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.The reinforcement functionalization unit 203 may functionalize the reinforcement to facilitate mixing between the matrix material and the reinforcement. For example, the reinforcing material functionalizing unit 203 may functionalize the reinforcing material by introducing a functional group at a defect position where the lattice structure of the nano carbon material is incomplete. In this example, the reinforcement functionalizer 203 may further include a separate functional group receiver (not shown) and / or functional nozzle (not shown). In addition, the reinforcing material functionalizing unit 203 may additionally be based on an oxidation method for introducing the functional group to the defect position of the nano carbon material using an acid or a radical addition method for advancing the photocuring reaction of the nano carbon material. , The reinforcing material can be functionalized. In addition, the reinforcing material functionalizing unit 203 may additionally functionalize the reinforcing material based on a radical addition method performed through reaction with diazonium.

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.The base material receiving portion 202 may have any shape and material capable of receiving a base material such as an ultraviolet curable resin and / or a thermosetting resin. The matrix material receiver 202 may be in communication with the mixture generator 204, for example, via a separate channel. Thus, the matrix materials contained in the matrix material receiver 202 may be transferred to the mixture generator 204 for mixing with the functionalized reinforcement.

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.The mixture generating unit 204 is connected to the reinforcing member accommodating part 201 or the reinforcing material functionalizing part 23 and the base material accommodating part 201 to receive the functionalized reinforcing material from the reinforcing material accommodating part 201, The mixture is produced by receiving the matrix material from the matrix material receiving unit and mixing the functionalized reinforcement with the matrix material. In addition, the mixture generator 204 may generate the mixture by further mixing the nanofiller to induce a depletion force in the functionalized reinforcement. In this case, the mixture generating unit 204 may include a separate nano filler injecting unit and / or a nano filler receiving unit.

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.The injector 205 may be connected to the mixture generator 204 and may include a nozzle, and inject the resulting mixture into the mold through the nozzle. The injection portion 205 can have any shape with the function of injecting the mixture into the mold. The injection unit 205 may additionally inject the mixture into the mold 206 based on the ultrasonic dispersion method.

전자장 방사기(207)는 주입된 혼합물이 배향성을 갖도록 몰드(206)의 적어도 일 단부에 전기장 및 자기장 중 적어도 하나를 인가할 수 있다. The electromagnetic field emitter 207 may apply at least one of an electric field and a magnetic field to at least one end of the mold 206 such that the injected mixture is oriented.

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.The mold 206 can receive the injected mixture and cure the oriented mixture to produce a high strength component for a vehicle. The mold 206 may have any shape capable of receiving and curing the mixture, for example, may have an internal shape corresponding to the shape of the high strength component to be manufactured. In addition, both ends of the mold 206 may be provided with one or more electrodes to which a voltage may be applied.

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.The controller 208 may control overall operations of the high strength component manufacturing apparatus 200. The controller 208 may additionally determine the polarity of the functional group used to functionalize the reinforcement, and determine the polarity of the electric or magnetic field to apply to one end of the mold 206 to correspond to the determined polarity. In this case, the electromagnetic field emitter 207 may additionally apply at least one of the electric and magnetic fields to one end of the mold 206 based on the polarity determined by the controller 208. For example, electric and magnetic fields may be applied to both ends of the mold 206.

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.In addition, the controller 208 may additionally determine the voltage of the electric field to be applied based on at least one of local stiffness, heat transfer force, conductivity, and radiation shielding force required for the high strength component. The electromagnetic field emitter 207 may additionally orient the mixture by applying an electric field according to the determined voltage to at least one end of the mold 206.

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.In one embodiment of the present disclosure, the controller 208 may additionally control the mixture generator 204 to generate the mixture while maintaining the mixing temperature within the range of 60 ° C to 180 ° C. .

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 추가적으로: 상기 나노 탄소 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 물질의 디펙 위치에 도입하는 산화 방식 또는 나노 탄소 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.In one embodiment of the present invention, the control unit is further configured to: determine a defect position in which the lattice structure of the nano carbon material is an unfinished portion, and introduce the functional group into the determined defect position. 203 can be controlled. In this case, the reinforcing material functionalizing unit 203 may further include an oxidation method for introducing the functional group to a defect position of the nano carbon material using an acid or a radical addition method for advancing the photocuring reaction of the nano carbon material. On the basis of this, the reinforcing material can be functionalized. In addition, the reinforcing material functionalizing unit 203 may additionally functionalize the reinforcing material based on a radical addition method performed through reaction with diazonium.

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.In addition, in one embodiment of the present invention, the injection unit 205 may have a nozzle shape, and additionally, the mixture may be injected into the mold 206 based on the ultrasonic dispersion method.

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. Further, in one embodiment of the present invention, the control unit 208 may additionally determine the voltage of the electric field to be applied, based on at least one of the local stiffness, heat transfer force, conductivity and radiation shielding force required for the high strength component. . In addition, the controller 208 may determine the radiation position of the electromagnetic field emitter 207 from the mold 206 such that an electric field according to the determined voltage is applied to at least one end of the mold 206, and the electromagnetic field emitter 207 may be movable according to a control signal from the controller 208. The movement of the electromagnetic field emitter 207 described above may include any type of movement, such as, for example, tilting movement, vertical movement, parallel movement, pivot movement, and the like. Movement of the field emitter 207 may include relative movement with the mold.

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.Embodiments described in the present disclosure or specifically described with respect to control unit 208 may be, for example, computer readable storage media or any similar storage medium through software, hardware or a combination thereof. It may be implemented by one or more processors within.

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.According to a hardware implementation, the embodiments described herein include application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), field programmable gate arrays (FPGAs), and the like. It may be implemented using at least one of processors, controllers, micro-controllers, microprocessors, and electrical units for performing other functions. Embodiments described in may be implemented by the controller 208 itself.

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.According to the software implementation, embodiments such as the procedures and functions described herein may be implemented as separate software modules. Each of the software modules may perform one or more functions and operations described herein. Software code may be implemented in software applications written in a suitable programming language. The software code may be stored in a storage unit (not shown) and executed by the controller 208.

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. It is to be understood that the specific order or hierarchy of steps in the processes and methods presented is an example of exemplary approaches. Based upon design priorities, it is understood that the specific order or hierarchy of steps in the processes may be rearranged within the scope of the present disclosure. The accompanying method claims present elements of the various steps in a sample order, but are not meant to be limited to the specific order or hierarchy presented.

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. Expressions such as "steps" or "parts" described in embodiments of the present disclosure are in the form of "means", "components", "modules", "circuits" and "logics" for implementing the same functions. It may be expressed.

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.The description of the presented embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the present invention. Various modifications to these embodiments will be apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be embodied in other fields, various uses, and in various forms without departing from the scope of the invention. Can be used. Thus, the present invention should not be limited to the embodiments set forth herein but should be construed in the broadest scope consistent with the principles and novel features set forth herein.

Claims (15)

부품 제조 방법으로서,
나노 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 혼합하고 혼합 온도를 60°C 내지 180°C의 범위 내로 유지함으로써 혼합물을 생성하는 단계;
상기 생성된 혼합물을 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 부품을 생성하는 단계;
를 포함하는,
부품 제조 방법.
As a part manufacturing method,
Providing a reinforcement material comprising a nanomaterial;
Providing a matrix material comprising at least one of a thermosetting resin and an ultraviolet curable resin;
Functionalizing the reinforcement to facilitate mixing between the matrix material and the reinforcement;
Producing a mixture by mixing a functionalized reinforcement with said matrix material and maintaining a mixing temperature in the range of 60 ° C. to 180 ° C .;
Injecting the resulting mixture into a mold;
Applying at least one of an electric field and a magnetic field to at least one end of the mold such that the injected mixture is oriented; And
Curing the oriented mixture to produce a part;
Including,
Part manufacturing method.
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,
부품 제조 방법.
The method of claim 1,
Applying at least one of the electric and magnetic fields is:
Determining the polarity of the electric or magnetic field to be applied to one end of the mold to correspond to the polarity of the functional group used to functionalize the reinforcement; And
Orienting the mixture by applying an electric or magnetic field of the determined polarity to at least one end of the mold;
Including,
Part manufacturing method.
제 2 항에 있어서,
상기 전기장 및 자기장 중 적어도 하나를 인가하는 단계는:
상기 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,
부품 제조 방법.
The method of claim 2,
Applying at least one of the electric and magnetic fields is:
Determining a voltage of an electric field to apply based on at least one of local stiffness, heat transfer force, conductivity and radiation shielding force required for the component; And
Orienting the mixture by applying an electric field according to the determined voltage to at least one end of the mold;
Further comprising,
Part manufacturing method.
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,
부품 제조 방법.
The method of claim 1,
The step of producing the mixture is:
Generating a mixture by further mixing the nanofiller to cause depletion force in the functionalized stiffener;
Including,
Part manufacturing method.
제 1 항에 있어서,
상기 보강재를 작용화하는 단계는:
상기 나노 물질의 격자구조가 미완성된 부분인 디펙(defect) 위치에 -OH, -COOH, -NH2, -H, -F, -O, 카르복실기, 페놀기, 및 락톤기로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 작용기를 도입시키는 단계;
를 포함하는,
부품 제조 방법.
The method of claim 1,
Functionalizing the reinforcement may include:
At least one selected from the group consisting of -OH, -COOH, -NH2, -H, -F, -O, carboxyl group, phenol group, and lactone group in the defect position of the lattice structure of the nanomaterial Introducing a functional group;
Including,
Part manufacturing method.
제 5 항에 있어서,
상기 보강재를 작용화하는 단계는:
산(acid)을 이용하여 상기 작용기를 나노 물질의 디펙 위치에 도입하는 산화 방식 또는 나노 물질의 광경화 반응을 진행시키기 위한 라디칼 첨가 방식으로 수행되며,
부품 제조 방법.
The method of claim 5,
Functionalizing the reinforcement may include:
It is carried out by the oxidation method of introducing the functional group to the defect position of the nanomaterial using an acid or the radical addition method for proceeding the photocuring reaction of the nanomaterial,
Part manufacturing method.
제 6 항에 있어서,
상기 보강재를 작용화하는 단계는:
상기 라디칼 첨가 방식으로 수행되며, 그리고 상기 라디칼 첨가 방식은 다이아조늄과의 반응을 통해 수행되는,
부품 제조 방법.
The method of claim 6,
Functionalizing the reinforcement may include:
The radical addition method is performed, and the radical addition method is carried out through reaction with diazonium,
Part manufacturing method.
부품 제조 장치로서,
나노 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, 상기 생성된 혼합물을 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 부품을 생성하는 몰드; 및
상기 부품 제조 장치의 동작을 제어하고, 혼합 온도를 60°C 내지 180°C의 범위 내로 유지하면서, 상기 혼합물을 생성하도록 상기 혼합물 생성부를 제어하는 제어부;
를 포함하는,
부품 제조 장치.
As a part manufacturing apparatus,
A reinforcing member containing a reinforcing material including a nanomaterial;
A base material accommodating unit accommodating a base material including at least one of a thermosetting resin and an ultraviolet curable resin;
A reinforcement functionalization unit connectable with at least a portion of the reinforcement receiving portion and functionalizing the reinforcement to facilitate mixing between the base material and the reinforcement;
Connectable with the reinforcing member accommodating part or reinforcing material functionalizing part and the base material accommodating part, the functionalized reinforcing material is supplied from the reinforcing material accommodating part, the base material is supplied from the base material accommodating part, and the functionalization A mixture generator for generating a mixture by mixing the reinforcing material with the base material;
An injection unit connected to the mixture generation unit and injecting the generated mixture into a mold;
An electromagnetic field emitter for applying at least one of an electric field and a magnetic field to at least one end of the mold such that the injected mixture is oriented;
A mold to receive the injected mixture and to cure the oriented mixture to produce a part; And
A control unit for controlling the operation of the component manufacturing apparatus and controlling the mixture generating unit to generate the mixture while maintaining a mixing temperature within a range of 60 ° C to 180 ° C;
Including,
Parts manufacturing device.
제 8 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,
부품 제조 장치.
The method of claim 8,
The control unit additionally:
Determine the polarity of the functional groups used to functionalize the reinforcement, and
Determine the polarity of the electric or magnetic field to be applied to one end of the mold so as to correspond to the determined polarity, and
The electromagnetic field emitter additionally applies at least one of the electric and magnetic fields to one end of the mold based on the polarity determined by the controller,
Parts manufacturing device.
제 9 항에 있어서,
상기 제어부는 추가적으로, 상기 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,
부품 제조 장치.
The method of claim 9,
The control unit additionally determines a voltage of an electric field to be applied based on at least one of local stiffness, heat transfer force, conductivity and radiation shielding force required for the component; And
Wherein the electromagnetic field emitter additionally orients the mixture by applying an electric field according to the determined voltage to at least one end of the mold,
Parts manufacturing device.
제 8 항에 있어서,
상기 혼합물 생성부는 작용화된 보강재에 디플리션 힘(depletion force)을 유발시키기 위하여, 나노필러를 추가로 혼합함으로써 혼합물을 생성하는,
부품 제조 장치.
The method of claim 8,
The mixture generating unit generates a mixture by further mixing the nanofiller to induce a depletion force in the functionalized reinforcement,
Parts manufacturing device.
제 8 항에 있어서,
상기 제어부는 추가적으로:
상기 나노 물질의 격자구조가 미완성된 부분인 디펙(defect) 위치를 결정하고, 그리고
상기 결정된 디펙 위치에 -OH, -COOH, -NH2, -H, -F, -O, 카르복실기, 페놀기, 및 락톤기로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 작용기를 도입시키도록 상기 보강재 작용화부를 제어하는,
부품 제조 장치.
The method of claim 8,
The control unit additionally:
Determine a defect position in which the lattice structure of the nanomaterial is an unfinished portion, and
Controlling the reinforcing material functionalization portion to introduce at least one functional group selected from the group consisting of -OH, -COOH, -NH 2, -H, -F, -O, carboxyl group, phenol group, and lactone group at the determined defect position; ,
Parts manufacturing device.
제 12 항에 있어서,
상기 보강재 작용화부는 추가적으로,
산(acid)을 이용하여 상기 작용기를 나노 물질의 디펙 위치에 도입하는 산화 방식 또는 나노 물질의 광경화 반응을 진행시키기 위한 라디칼 첨가 방식에 기초하여, 상기 보강재를 작용화하는,
부품 제조 장치.
The method of claim 12,
The reinforcing material functionalizing unit is additionally
Functionalizing the reinforcing material based on an oxidation method for introducing the functional group to the defect position of the nanomaterial using an acid or a radical addition method for proceeding the photocuring reaction of the nanomaterial,
Parts manufacturing device.
제 13 항에 있어서,
상기 보강재 작용화부는 추가적으로,
다이아조늄과의 반응을 통해 수행되는 라디칼 첨가 방식에 기초하여, 상기 보강재를 작용화하는,
부품 제조 장치.
The method of claim 13,
The reinforcing material functionalizing unit is additionally
Functionalizing the reinforcement based on the radical addition mode carried out through reaction with diazonium,
Parts manufacturing device.
제 8 항에 있어서,
상기 주입부는 추가적으로, 초음파 분산 방식에 기초하여 상기 혼합물을 상기 몰드에 주입시키고,
상기 제어부는 추가적으로:
상기 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,
부품 제조 장치.

The method of claim 8,
The injection unit additionally injects the mixture into the mold based on ultrasonic dispersion,
The control unit additionally:
Determine a voltage of an electric field to apply based on at least one of local stiffness, heat transfer force, conductivity, and radiation shielding force required for the component; And
Determine a radiation location from the mold of the electromagnetic field emitter such that an electric field according to the determined voltage is applied to at least one end of the mold, and
The electromagnetic field emitter is movable in accordance with a control signal from the controller,
Parts manufacturing device.

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