KR960015960B1 - 비결정성 탄소재료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

[도면의 간단한 설명]

제1도는 주물을 사용하여 제조한 중간 칸막이가 있는 복잡한 형태의 시편의 사시도.

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 비결정성 탄소재료의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게로는 복잡한 형태의 구조를 갖는 비결정성 탄소재료의 제조방법에 관한 것이다.

열경화성 수지로부터 얻어지는 비결정성 탄소재료는 내열성 및 내화학성이 뛰어나고 화학적 순도가 매우높아 고순수 물질의 용기, 용해로 등에 널리 사용되고 있다. 그러나 제조공정이 비교적 복잡하며, 단순한 형태의 구조물 이외에는 제조가 어려운 단점이 있다.

이에 관한 종래의 기술로는 일본 공개특허 평4-362062호, 평5-032457호, 평4-209712호, 평4-182307호 등이 있다. 이 중 평4-362062호는 가압성형 방법으로 두껍고 균일한 구조를 가진 비결정성 탄소재료를 제조하였고, 평5-5032457호는 미세한 탄소입자와 탄소단섬유를 혼합하여 항공우주재료로 사용될 수 있는 비결정성 탄소재료를 제조하는 방법을 개시하고 있으나, 모두 가압 성형의 제조방법을 이용하기 때문에 복잡한 형태의 구조물 제조가 어려운 단점이 있다. 평4-209712호는 폴리카보디이미드 수지를 blow moulding하는 제조방법으로 매우 빠르고 효율적으로 비결정성 탄소재료를 성형시킬 수 있으나, 화학적 순도가 떨어져 용도가 제한되는 단점이 있다. 평4-182307호는 펄프형태의 섬유를 열경화성 수시에 함침시키는 제조방법을 이용하여 매우 높은 강도를 얻을 수 있으나, 가압성형을 거쳐야하기 때문에 매우 얇은 시트형태 제조시에만 유용하다.

본 발명은 상기와 같은 비결정성 탄소재료제조시 프레스를 사용하는 공정의 단점을 피하기 위해 공정을 단순화시킨 새로운 제조공정을 제공하고 또한 프레스를 사용하는 가압성형공정으로는 제조가 불가능한 복잡한 형태의 구조물도 제조가능하게 하는데 목적이 있다.

본 발명자는 상기의 목적을 달성하기 위하여 열경화성 수지에 경화제를 첨가하고 열처리하여 부분적으로 경화시킨 후 이를 분쇄하여 주물에 넣고 재열처리하여 충분히 경화시킨 다음, 탄화 흑연화 공정을 거치게되면 복잡한 형태의 비결정성 탄소재료를 재조할 수 있음을 밝혀 내게 되었다.

이러한 제조법은 기존의 성형법에서 사용하는 프레스를 사용하지 않고 주물을 사용함으로써 복잡한 형태의 구조물을 제조할 수 있는 장점이 있다. 또한 프레스를 이용하여 가압성형할 경우 최초경화된 시편을 미세한 분말(㎛ 단위)로 만들어 가압, 가열 조건하에서 구조물을 제조하여야 하나, 주물을 이용할 경우 비교적 큰 분말(㎜ 단위)을 이용하여도 가열조건하에서 큰 구조물을 간단히 제조할 수 있어 공정효율면에서도 유리하다.

본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

비결정성 탄소재료의 주 조성물로써 열경화성 수지가 무게 비율로 50-100%, 경화제가 0-50% 포함된다. 이때 열경화성 수지는 페놀수지, 폴리이미드 수지, 퓨란 수지 중 하나를 사용하며 주로 노볼락 또는 레졸 타입의 페놀 수지가 사용된다. 경화제로는 p-toluene sulfonic acid 또는 Hexamethylene tetramine 등이 사용된다.

열경화성 수지와 경화제는 적절한 비율로 충분히 혼합되어 150-200℃까지 분당 0.1-1.0℃의 승온 속도로 상승시킨 후 1-2시간 동안 처리하여 부분적으로 가교결합을 형성시켜 초기 수축을 흡수한다. 이렇게 준비된 시편을 분쇄기로 잘게 부숴 1-l0㎜의 크기로 만들고 이것을 원하는 형태의 주물에 넣고 200℃-300℃까지 분당 1.0-5.0℃ 승온속도로 승온시켜 경화제가 충분히 작용하도록 처리한다

이렇게 처리된 초기 경화물은 비산화성 기체분위기하에서 600-1000℃까지 시간당 1.0-5.0℃의 승온 속도로 매우 천천히 승온시켜 탄화시킨다. 이때 승온 속도가 빠르면 탄화공정중 발생하는 부피수축의 조절이 어렵게 된다. 탄화물은 다시 비산화성 기체분위기하에서 2000-3000℃까지 시간당 10-60℃의 승온 속도로 처리하여 흑연화시켜 원하는 형태의 비결정성 탄소재료를 제조한다.

본 발명의 실시예는 다음과 같다

[실시예]

열경화성 수지로는 레졸타입의 액상페놀수지(강남화성, CB-8057)를 사용하였으며, 여기에 p-toluenesulfonic acid를 페놀수지에 대해 무게비로 20% 첨가하여 충분히 혼합·용해시켰다. 준비된 혼합액은 진공오븐내에서 80℃의 온도에 1시간 동안 유지시켜 휘발성분을 충분히 제거한 후 200℃까지 분당 1℃의 승온속도로 가열하여 형태안정성을 부여하여 시편을 제조하었다.

이 시편을 분쇄기를 이용하여 5-10㎜의 입자로 분쇄한 다음, 프레스를 사용할 수 없는 복잡한 형태의 주물을 준비하여 분쇄된 입자를 넣은 후, 250℃까지 분당 1℃의 승온 속도로 경화시켜 제1도와 같은 시편을 제조하였다.

경화시킨 시편을 질소기류하에서 시간당 1.5℃의 승온속도로 1000℃까지 탄화시키고, 다시 시간당 20℃의 승온속도로 2500℃까지 흑연화시켜 비결정성 탄소재료를 제조하였다. 이렇게 제조된 비결정형 탄소재료는그 물성에 있어서 종래의 프레스를 이용한 재료와 동일한 결과를 나타내었다.

이상의 실시예를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제조방법에 의하여 프레스를 사용할 수 없는 복잡한 형태의 성형품을, 최초 경화된 수지를 미세하게 분쇄하고, 프레스로 가압경화시키는 공정없이 간단히 제조할 수 있다.

제l도와 같은 형태의 구조물을 프레스를 사용하여 가압성형방식으로 제조하기 위해서는 충분한 두께와 폭을 가지는 비결정성 탄소재료를 제조한 후 절삭 등의 후가공을 해야만 하므로 공정이 늘어나고 이로 인한 제조단가의 상승으로 경제성이 현저히 떨어진다.

Claims (6)

1. 열경화성 수지에 경화제를 첨가하고 열처리하여 부분적으로 경화시킨 후 이를 분쇄하여 주물에 넣고 재열처리하여 충분히 경화시킨 다음, 탄화 흑연화 공정을 거치는 것을 특징으로 하는 비결정성 탄소재료의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 열경화성 수지는 페놀수지, 폴리이미드수지, 퓨란수지 중 선택되고, 경화제는 아민류, 산(acid)류 중 선택되는 것을 특징으로 하는 비결정성 탄소재료의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 열경화성 수지와 경화제의 무게 비율이 50-100 : 0-50인 것을 특징으로 하는 비결정성 탄소재료의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 열경화성 수지와 경화제의 혼합물을 약 200℃의 온도로 예비 경화시키고, 직경 1-10㎜의 입자로 분쇄시킨 다음, 200-300℃의 온도로 재가열하여 형태안정성을 부여하는 것을 특징으로 하는 비결정성 탄소재료의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 탄화공정은 비산화성 기체분위기하에서 시간당 1.0-5.0℃의 승온속도로 600-1000℃까지 승온시키는 것을 특징으로 하는 비결정성 탄소재료의 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 흑연화 공정은 비산화성 기체분위기하에서 시간당 10-60℃의 승온속도로 2000-3000℃까지 승온시키는 것을 특징으로 하는 비결정성 탄소재료의 제조방법.