[go: up one dir, main page]

KR101420680B1 - 저항가열을 이용한 탄소섬유의 표면처리 장치 및 표면처리 방법 - Google Patents

저항가열을 이용한 탄소섬유의 표면처리 장치 및 표면처리 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101420680B1
KR101420680B1 KR1020080092923A KR20080092923A KR101420680B1 KR 101420680 B1 KR101420680 B1 KR 101420680B1 KR 1020080092923 A KR1020080092923 A KR 1020080092923A KR 20080092923 A KR20080092923 A KR 20080092923A KR 101420680 B1 KR101420680 B1 KR 101420680B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon
carbon fiber
catalyst layer
electrode
electrode rollers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
KR1020080092923A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100033858A (ko
Inventor
김하진
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020080092923A priority Critical patent/KR101420680B1/ko
Priority to US12/367,091 priority patent/US8658281B2/en
Publication of KR20100033858A publication Critical patent/KR20100033858A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101420680B1 publication Critical patent/KR101420680B1/ko
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M10/00—Physical treatment of fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, e.g. ultrasonic, corona discharge, irradiation, electric currents, or magnetic fields; Physical treatment combined with treatment with chemical compounds or elements
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • D01F9/127—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by thermal decomposition of hydrocarbon gases or vapours or other carbon-containing compounds in the form of gas or vapour, e.g. carbon monoxide, alcohols
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/16—Preparation
    • C01B32/162—Preparation characterised by catalysts
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D10/00—Physical treatment of artificial filaments or the like during manufacture, i.e. during a continuous production process before the filaments have been collected
    • D01D10/02—Heat treatment
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M10/00—Physical treatment of fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, e.g. ultrasonic, corona discharge, irradiation, electric currents, or magnetic fields; Physical treatment combined with treatment with chemical compounds or elements
    • D06M10/04—Physical treatment combined with treatment with chemical compounds or elements
    • D06M10/06—Inorganic compounds or elements
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
    • D06M11/73—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with carbon or compounds thereof
    • D06M11/74—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with carbon or compounds thereof with carbon or graphite; with carbides; with graphitic acids or their salts
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
    • D06M11/83—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with metals; with metal-generating compounds, e.g. metal carbonyls; Reduction of metal compounds on textiles
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M14/00—Graft polymerisation of monomers containing carbon-to-carbon unsaturated bonds on to fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials
    • D06M14/36—Graft polymerisation of monomers containing carbon-to-carbon unsaturated bonds on to fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials on to carbon fibres
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M2101/00—Chemical constitution of the fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, to be treated
    • D06M2101/40—Fibres of carbon
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/30—Self-sustaining carbon mass or layer with impregnant or other layer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유의 표면처리 장치는 탄소섬유 자체의 저항가열을 통하여 상기 탄소섬유를 발열시키고, 이렇게 가열된 탄소섬유에 탄소를 포함하는 가스를 공급함으로써 상기 탄소섬유의 표면에 탄소나노튜브를 성장시킬 수 있다.

Description

저항가열을 이용한 탄소섬유의 표면처리 장치 및 표면처리 방법{Apparatus and method for surface treatment of carbon fiber using resistive heating}
저항가열을 이용한 탄소섬유의 표면처리 장치 및 표면처리 방법이 이 제공된다.
탄소섬유는 PAN(polyacrylonitrile), 레이온 또는 피치(pitch) 등을 전구체로 사용하고 이 전구체를 산소분위기에서 안정화시킨 다음, 1500℃ 이상의 고온에서 탄화와 흑연화 공정을 통하여 만들어지는 탄소함유율이 90% 이상인 섬유를 말한다. 이러한 탄소섬유는 비탄성률, 비강도, 내열성, 내식성, 전도성, 진동 감쇄성 및 마모특성 등이 우수하여 우주 항공용 구조재, 토목 건축용 보강재, 스포츠 레저용품, 자동차 부품 및 구조재, 압력 용기, 전자기기 외장재 등과 같은 다양한 산업 분야에 폭넓게 사용되는 고기능 고강도 소재이다. 상기 탄소섬유는 대부분의 응용분야에서 탄소섬유 단독으로는 사용되지 않고, 고분자, 세라믹 또는 금속 등의 모재(matrix)와 함께 복합 소재의 형태로 사용된다. 여기서, 상기 탄소섬유는 복합 소재 내에서 강화재 역할을 하게 된다. 이러한 복합소재의 기계적 물성은 모재나 강화재 자체의 물성이나 강화재 함량 등에 영향을 받을 뿐만 아니라 모재와 강화재 상의 계면 특성에 의해 결정되어 진다. 특히, 모재와 강화재 사이의 계면 접합 특성의 향상은 고강도 경량화 복합소재 개발의 핵심 이슈 중 하나이다.
모재와 강화재 사이의 계면 전단강도를 증가시키는 방법으로는 모재와 강화재 사이의 화학적 결합력을 증대시키는 방법과 모재와 강화재의 계면 표면적을 증가시켜 모재와 강화재 사이의 물리적 결합력을 증대시키는 방법 등이 있다. 그리고, 물리적 결합력을 증대시키는 방법으로는 탄소섬유를 마이크로웨이브 또는 플라즈마 처리를 통해 탄소섬유의 표면 거칠기를 증가시키는 방법과 탄소섬유 표면에 2차상(secondary phase)를 형성하는 방법 등이 있다. 마이크로웨이브와 플라즈마를 사용하여 표면 거칠기를 증가시키는 방법은 계면 전단강도를 증가시킬 수는 있지만 탄소섬유 자체의 물성을 저하시키는 단점이 있다. 반면에, 탄소섬유 표면에 휘스키화(whiskerization) 등을 수행함으로써 계면의 두께와 표면적을 증대시키는 방법은 탄소섬유의 물성에 영향을 주지 않으면서 계면 전단강도를 200~300% 정도 증가시킬 수 있다. 따라서, 휘스키화를 통한 계면의 두께 및 표면적을 증대시키는 방법은 다른 방법들에 비해 계면 전단강도 강화를 통한 복합소재의 기계적 강도 증가 효과가 매우 크다. 최근에는 보다 강한 계면 전단강도를 얻기 위해 탄소나노튜브(carbon nanotube)를 이용하여 탄소 섬유 표면에 휘스키화를 적용한 기술들이 연구되고 있다.
본 발명의 일 실시예는 저항가열을 이용한 탄소섬유의 표면처리 장치 및 표면처리 방법을 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 일 구현예에 따르면,
탄소섬유 자체의 저항가열을 통하여 상기 탄소섬유를 발열시키고, 상기 가열된 탄소섬유에 탄소를 포함하는 가스를 공급함으로써 상기 탄소섬유의 표면에 탄소나노튜브를 성장시키는 탄소섬유의 표면처리 장치가 개시된다.
상기 탄소섬유의 표면처리 장치는, 회전에 의하여 상기 탄소섬유를 이동시키는 복수의 전극롤러; 및 상기 전극롤러들 사이에 전압을 인가하는 전원공급장치;를 구비하여, 상기 전극롤러들 사이에 전압을 인가함으로써 상기 전극롤러들 사이를 이동하는 상기 탄소섬유를 가열한다.
상기 탄소섬유의 표면처리 장치는 전극롤러들 사이로 유입되는 상기 탄소섬유의 표면에 탄소나노튜브의 성장을 위한 촉매층을 형성하는 장치를 더 구비할 수있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면,
회전에 의하여 탄소섬유를 이동시키는 것으로, 소정 간격 이격되게 설치되는 제1 및 제2 전극롤러; 및
상기 제1 전극롤러와 제2 전극롤러 사이에 전압을 인가하는 제1 전원공급장치;을 구비하여,
상기 제1 전극롤러와 제2 전극롤러 사이에 전압을 인가함으로써 상기 제1 전극롤러와 제2 전극롤러 사이를 이동하는 탄소섬유를 가열하고, 상기 가열된 탄소섬유에 탄소를 포함하는 가스를 공급함으로써 상기 탄소섬유의 표면에 탄소나노튜브를 성장시키는 탄소섬유의 표면처리 장치가 개시된다.
상기 제1 및 제2 전극롤러와, 상기 제1 전원공급장치는 무산소 분위기의 챔버 내에 마련될 수 있으며, 이 경우 상기 챔버 내에 상기 탄소를 포함하는 가스를 공급함으로써 상기 제1 전극롤러와 제2 전극롤러 사이를 이동하면서 가열된 탄소섬유의 표면에 탄소나노튜브를 성장시킬 수 있다.
상기 탄소섬유의 표면에 성장 형성된 탄소나노튜브의 길이 및 직경은 상기 가열된 탄소섬유의 온도, 상기 제1 및 제2 전극롤러의 회전속도 및 상기 제1 및 제2 전극롤러 사이의 간격 중 적어도 하나에 의해 결정될 수 있다.
상기 탄소나노튜브의 성장을 위하여 상기 탄소섬유는 300℃ ~ 1500℃로 가열될 수 있다. 한편, 상기 탄소섬유의 표면처리 장치는 상기 탄소나노튜브가 성장 형성된 탄소 섬유가 감기는 보빈(bobbin)을 더 구비할 수 있다.
상기 제1 전극롤러 쪽으로 들어가는 탄소섬유의 표면에는 탄소나노튜브의 성장을 위한 촉매층이 형성되어 있고, 상기 제2 전극롤러로부터 나오는 탄소섬유의 표면에는 탄소나노튜브가 성장 형성될 수 있다.
상기 촉매층은 Fe, Ni, Co, Pd, Pt, Ir 및 Ru로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 촉매층은 진공 증착법 또는 액상 증착법에 의하여 형성될 수 있다.
상기 탄소섬유의 표면처리 장치는, 상기 탄소섬유의 표면에 촉매층을 형성하는 촉매층 형성장치를 더 구비할 수 있다. 여기서, 상기 촉매층 형성장치는, 촉매 금속을 포함하는 전해액; 회전에 의하여 탄소섬유를 이동시키는 제3 및 제4 전극롤러; 및 상기 제3 및 제4 전극롤러 사이에 전압을 인가하는 제2 전원공급장치;를 구비하여, 상기 제3 및 제4 전극롤러 사이에 전압이 인가됨에 따라 상기 전해액 내에서 이동하는 탄소섬유의 표면에 상기 촉매층을 형성할 수 있다.
그리고, 상기 탄소섬유의 표면처리 장치는 상기 촉매층 형성장치에 의해 촉매층이 형성된 탄소섬유를 상기 제1 전극롤러를 향하여 이동시키는 적어도 하나의 이동롤러를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면,
탄소섬유 자체의 저항가열을 통하여 상기 탄소섬유를 발열시키고, 상기 가열된 탄소섬유에 탄소를 포함하는 가스를 공급함으로써 상기 탄소섬유의 표면에 탄소나노튜브를 성장시키는 탄소섬유의 표면처리 방법이 개시된다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면,
소정 간격 이격되게 설치된 제1 및 제2 전극롤러에 의하여 탄소섬유를 이동시키는 단계;
상기 제1 및 제2 전극롤러 사이에 전압을 인가함으로써 상기 탄소섬유를 가열시키는 단계; 및
상기 가열된 탄소섬유에 탄소를 포함하는 가스를 공급하여 상기 탄소섬유의 표면에 탄소나노튜브를 성장시키는 단계;를 포함하는 탄소섬유의 표면처리 방법이 개시된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 탄소섬유의 표면에 탄소나노튜브를 성장시킴으로써 재와의 물리적 결합력을 증대시키고 계면의 표면적을 증대시킬 수 있어 계면 전단강도를 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 복합소재가 받는 하중이 적절히 분산됨으로써 복합소재의 기계적 특성이 향상될 수 있다. 또한, 저항가열을 이용하여 탄소섬유의 국부적인 영역만을 가열하여 탄소나노튜브를 성장시킴으로써 에너지 소모량이 적고, 가열과 냉각 시간이 매우 짧아 수율을 증대시킬 수 있다. 이에 따라, 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있다. 그리고, 탄소섬유의 공급과 패키징(packaging)이 탄소나노튜브의 성장과 함께 수행될 수 있으므로, 연속적인 공정을 통한 대량 생산이 가능하다.
탄소나노튜브(CNT,carbon nanotube)는 가벼우면서도 열전도도, 전기전도도 및 기계적 강도 등이 탁월하여 복합재료의 이상적인 강화재로 여겨지는 소재이다. 탄소 섬유 복합재에 탄소나노튜브를 적용하는 방법은 크게 두가지가 있다. 첫째는 기능화된 탄소나노튜브(functionalized CNT)를 모재 내에 분산시켜 탄소나노튜브를 탄소섬유 표면에 부착시키는 방법이고, 둘째는 탄소섬유 표면에 탄소나노튜브를 직접 성장시키는 방법이다. 첫째의 기능화된 탄소나노튜브를 모재 내에 분산시켜 탄 소나노튜브를 탄소섬유 표면에 부착시키는 방법은 탄소섬유를 기능화하는 단계 및 분산 단계 등을 거쳐야 한다. 이렇게 모재 내에 분산된 탄소나노튜브가 탄소섬유 표면에 부착됨으로써 탄소섬유와 모재 사이의 계면을 강화시키는 역할을 하게 된다. 이러한 방법은 탄소섬유 표면에 탄소나노튜브를 직접 성장시키는 방법에 비하여 계면 전단강도의 증대 효과는 낮지만 연속 공정과 대량 생산에 유리한 장점이 있다.
둘째의 탄소섬유 표면에 탄소나노튜브를 직접 성장시키는 방법은 탄소나노튜브 성장에 필요한 촉매를 탄소섬유 표면에 형성하고, 대략 700 ~ 1000℃의 고온에서 화학기상 증착법(CVD)를 통해 탄소나노튜브를 성장시키는 방법을 말한다. 이러한 방법은 탄소나노튜브가 탄소섬유와 모재의 계면 상에 존재함으로써 계면의 접촉력을 증대시키고 탄소나노튜브의 강한 물성으로 인해 계면 전단강도의 증가효과가 탁월하다. 그러나, 이와 같이 기존의 화학기상 증착법을 이용하는 방법은 고온의 퍼니스(furnace)가 필요하고, 또한 제한된 공간 내에서만 탄소나노튜브의 성장이 가능하기 때문에 에너지 소모량이 크고 연속 공정이 어렵다는 단점이 있다. 본 발명의 실시예에는 저항가열을 이용함으로써 탄소섬유 표면에 탄소나노튜브를 직접 성장시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유의 표면처리 장치를 개략적으로 도 시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유의 표면처리 장치는 소정 간격으로 이격되게 설치되어 탄소섬유(110)를 이동시키는 한 쌍의 제1 및 제2 전극롤러(120a,120b)와, 상기 제1 및 제2 전극롤러(120a,120b) 사이에 전압을 인가하는 전원공급장치(130)를 구비한다. 상기 탄소섬유(110)는 탄소의 함량이 90% 이상인 PAN(polyacrylonitrile)계, 레이온(rayon)계 또는 피치(pitch)계 탄소섬유가 될 수 있다. 그리고, 상기 탄소섬유(110)의 비저항이 대략 0.1 ~ 100mΩㆍcm 정도가 될 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 및 제2 전극롤러(120a,120b)와 전원공급장치(130)는 챔버(100) 내에 마련될 수 있다. 상기 챔버(100) 내부는 무산소 분위기로 유지되는데, 이는 후술하는 탄소나노튜브의 성장 과정에서 탄소가 챔버(100) 내에서 산소와 결합하는 것을 방지하기 위함이다. 한편, 상기 전원공급장치(130)는 챔버(100) 밖에 마련되는 것도 가능하다. 상기 챔버(100) 내에는 탄소섬유(110)를 제1 전극롤러(120a) 쪽으로 공급하는 제1 보빈(bobbin)(140)이 더 마련될 수 있다. 여기서, 상기 제1 보빈(140)에 감겨진 탄소섬유(110)는 제1 보빈(140)의 회전에 의하여 상기 제1 전극롤러(120a) 쪽으로 공급된다.
한편, 상기 제1 전극롤러(120a) 쪽으로 공급되는 탄소섬유(110)는 그 표면에 탄소나노튜브의 성장을 위한 촉매층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 촉매층은 예를 들면 대략 0.2nm ~ 3㎛ 정도의 두께로 형성될 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 촉매층은 탄소섬유(110)의 표면에 진공 증착법 또는 액상 증 착법에 의하여 촉매 금속을 소정 두께로 증착함으로써 형성될 수 있다. 여기서, 상기 진공 증착법에는 전자빔 증발법, 스퍼터링법 또는 화학기상증착법 등이 될 수 있으며, 상기 액상 증착법에는 딥 코팅(dip coating)법, 스프레이 코팅(spray coating)법, 무전해 도금법 또는 전해 도금법 등이 될 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 촉매층을 이루는 촉매 금속으로는 전이 금속, 예를 들면 Fe, Ni, Co, Pd, Pt, Ir 및 Ru로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 물질이 사용될 수 있다. 한편, 상기 전이 금속들의 촉매 특성을 향상시키기 위하여 예를 들면, Mo, Cu 또는 Al 등과 같은 금속이 보조 촉매금속으로 함께 사용될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극롤러(120a,120b)는 회전에 의하여 탄소섬유(110)를 이동시키는 동시에 전원공급장치(130)에 의해 인가되는 전압에 의하여 제1 및 제2 전극롤러(120a,120b) 사이를 이동하는 탄소섬유(110)를 소정 온도로 가열한다. 여기서, 상기 탄소섬유(110)의 가열 온도는 상기 제1 및 제2 전극롤러(120a,120b) 사이에 인가되는 전압, 상기 제1 및 제2 전극롤러(120a,120b) 사이의 간격 등에 의하여 조절될 수 있다. 상기 탄소섬유(110)는 탄소나노튜브의 성장을 위하여 예를 들면, 대략 300℃ ~ 1500℃ 정도로 가열될 수 있다.
본 실시예에서는 상기 제1 및 제2 전극롤러(120a,120b) 사이를 이동하는 탄소섬유(110)가 가열된 상태에서 상기 탄소섬유(110)의 표면에 탄소나노튜브(112)를 성장시키게 된다. 이를 위하여, 상기 챔버(100) 내에는 탄소를 포함하는 가스가 공급된다. 여기서, 상기 탄소를 포함하는 가스는 예를 들면, C2H2, CH4, C2H6 또는 CO 등이 될 수 있다. 이외에도 상기 탄소를 포함하는 가스로는 탄소를 포함하는 alcohol, benzene 또는 xylene 등을 열에너지로 분해한 가스가 사용될 수도 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 탄소 공급원이 사용될 수 있다. 한편, 상기 탄소를 포함하는 가스와 함께 예를 들면, Ar, H2 또는 NH3 가스 등이 챔버 내로 공급될 수도 있다.
상기 챔버(100) 내에는 표면에 탄소나노튜브(112)가 성장된 탄소섬유(111)를 패키징하기 위한 제2 보빈(150)이 더 마련될 수 있다. 상기 제2 전극롤러(120b)로부터 나오는 탄소나노튜브(112)가 성장된 탄소섬유(111)는 상기 제2 보빈(150)에 감겨짐으로써 패키징된다.
상기와 같은 구조의 탄소섬유의 표면처리 장치에서 탄소섬유(110)의 표면에 탄소나노튜브(112)가 성장 형성되는 과정은 다음과 같다. 먼저, 상기 제1 보빈(140)에 감겨진 촉매층이 형성된 탄소섬유(110)가 제1 전극롤러(120a)와 제2 전극롤러(120b) 사이로 이동한다. 이어서, 상기 전원공급장치(130)에 의하여 제1 전극롤러(120a)와 제2 전극롤러(120b) 사이에 소정 전압이 인가되면, 상기 제1 전극롤러(120a)와 제2 전극롤러(120b) 사이를 이동하는 탄소섬유(110)에는 전류가 흐르게 되고, 이때 탄소섬유(110)의 자체 저항으로 인해 탄소섬유(110)가 가열된다. 이에 따라, 촉매층이 형성된 탄소섬유(110)의 표면에 탄소나노튜브(112)가 성장할 수 있는 열 에너지가 발생하게 된다. 여기서, 상기 탄소섬유(110)의 가열 온도는 상기 제1 및 제2 전극롤러(120a,120b) 사이에 인가되는 전압, 상기 제1 전극롤러(120a) 와 제2 전극롤러(120b) 사이의 간격 등에 의하여 조절될 수 있다.
그리고, 상기 촉매층이 형성된 탄소섬유(110)가 가열된 상태에서 탄소를 포함하는 가스가 공급되면 상기 탄소섬유(110)의 표면에서 탄소나노튜브(112)가 성장된다. 이때, 성장되는 탄소나노튜브(112)의 길이 및 직경은 탄소섬유(110)의 가열온도, 제1 및 제2 전극롤러(120a,120b)의 회전속도, 제1 전극롤러(120a)와 제2 전극롤러(120b) 사이의 간격 등에 의해 제어될 수 있다. 이어서, 탄소나노튜브(112)가 성장하는 탄소섬유(111)가 제2 전극롤러(120b)를 지나게 되면 탄소나노튜브(112)의 성장은 멈추게 되고, 이렇게 탄소나노튜브(112)가 성장된 탄소섬유(111)는 제2 보빈(150)에 감김으로써 패키징된다.
이상과 같이, 본 실시예에서는 저항가열을 이용하여 탄소섬유(110)의 국부적인 영역만을 가열하여 탄소나노튜브(112)를 성장시킴으로써 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 그리고, 탄소섬유의 공급과 패키징(packaging)이 탄소나노튜브의 성장과 함께 수행될 수 있으므로, 연속적인 공정을 통한 대량 생산이 가능해질 수 있다. 한편, 이상에서는 탄소섬유의 저항가열 위하여 챔버(100) 내에 두 개의 제1 및 제2 전극롤러(120a,120b)가 마련되는 경우가 설명되었으나, 본 실시예는 이에 한정되지 않고 다양한 개수의 전극롤러가 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소섬유의 표면처리 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소섬유의 표면처리 장치는 탄소섬유(210')의 표면에 촉매층을 형성하는 촉매층 형성장치(300)와, 상기 촉 매층 형성장치(300)에 의해 촉매층이 형성된 탄소섬유(210)를 공급받아 상기 탄소섬유(210)의 표면에 탄소나노튜브(212)를 성장시키는 장치를 포함한다. 상기 탄소나노튜브(212)를 성장시키는 장치는 무산소 분위기의 챔버(200) 내에 마련된 한 쌍의 제1 및 제2 전극롤러(220a,220b)와, 상기 제1 및 제2 전극롤러(220a,220b) 사이에 전압을 인가하는 제1 전원공급장치(230)를 포함한다.
상기 제1 및 제2 전극롤러(220a,220b)는 촉매층 형성장치(300)로부터 공급받은 탄소섬유(210)를 이동시키는 동시에 제1 전원공급장치(230)에 의해 인가되는 전압에 의하여 제1 전극롤러(220a)와 제2 전극롤러(220b) 사이를 이동하는 탄소섬유(210)를 소정 온도로 가열한다. 여기서, 상기 탄소섬유(210)의 가열 온도는 상기 제1 및 제2 전극롤러(220a,220b) 사이에 인가되는 전압, 상기 제1 전극롤러(220a)와 제2 전극롤러(220b) 사이의 간격 등에 의하여 조절될 수 있다. 상기 탄소섬유(210)는 탄소나노튜브(212)의 성장을 위하여 예를 들면, 대략 300℃ ~ 1500℃ 정도로 가열될 수 있다. 상기 챔버(200) 내에는 탄소나노튜브(212)의 성장을 위하여 탄소를 포함하는 가스가 공급된다. 그리고, 상기 챔버(200) 내에는 탄소나노튜브(212)가 성장된 탄소섬유(211)를 패키징하기 위한 제2 보빈(250)이 더 마련될 수 있다. 상기 제2 전극롤러(220b)로부터 나오는 탄소나노튜브(212)가 성장된 탄소섬유(211)는 상기 제2 보빈(250)에 감겨짐으로써 패키징된다.
상기 촉매층 형성장치(300)는 전해 도금법에 의하여 탄소 섬유(210')의 표면에 촉매층을 형성한다. 상기 촉매층 형성장치(300)는 탄소나노튜브 성장을 위한 소정의 촉매 금속을 포함하는 전해액(360)과, 회전에 의하여 탄소섬유(210')를 이동 시키는 한 쌍의 제3 및 제4 전극롤러(320a,320b)와, 상기 제3 및 제4 전극롤러(320a,320b) 사이에 전압을 인가하는 제2 전원공급장치(330)를 포함한다. 상기 전해액(360)에 포함되는 촉매 금속으로는 전이 금속, 예를 들면 Fe, Ni, Co, Pd, Pt, Ir 및 Ru로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 물질이 사용될 수 있다. 한편, 상기 전이 금속들의 촉매 특성을 향상시키기 위하여 예를 들면, Mo, Cu 또는 Al 등과 같은 금속이 보조 촉매금속으로 함께 사용될 수 있다. 그리고, 상기 촉매층 형성장치(300)는 상기 제3 전극롤러(320a) 쪽으로 탄소섬유(210')를 공급하는 제1 보빈(340)을 더 포함할 수 있다. 상기와 같은 구조에서, 상기 제2 전원공급장치(330)에 의하여 상기 제3 및 제4 전극롤러(320a,320b) 사이에 소정 전압이 인가되면, 상기 전해액(360) 내에서 이동하는 탄소섬유(210')의 표면에 촉매층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 촉매층은 예를 들면 대략 0.2nm ~ 3㎛ 정도의 두께로 형성될 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 도 2에서 참조부호 351,352는 전해액 내부에서 탄소섬유(210')를 이동시키기 위한 이동롤러들을 나타낸다. 그리고, 참조부호 353,354,355는 촉매층 형성장치(300)에 의해 촉매층이 형성된 탄소섬유(210)를 제1 전극롤러(220a) 쪽으로 이동시키기 위한 이동롤러들을 나타낸다.
상기와 같은 구조의 탄소섬유의 표면처리 장치에서 탄소섬유(210')의 표면에 탄소나노튜브(212)가 성장 형성되는 과정은 다음과 같다. 먼저, 상기 제1 보빈(340)에 감겨져 있는 탄소섬유(210')는 제3 및 제4 전극롤러(320a,320b)와 전해액(360) 내부의 이동롤러들(351,352)에 의하여 전해액(360) 내부로 이동하게 된다. 이어서, 상기 제3 및 제4 전극롤러(320a,320b) 사이에 전압을 인가하게 되면, 상기 탄소섬유(210')의 표면에 촉매 금속이 부착됨으로써 촉매층이 형성된다.
그리고, 상기 촉매층 형성장치(300)에 의하여 표면에 촉매층이 형성된 탄소섬유(210)는 이동롤러들(353,354,355)을 통하여 챔버(200) 내에 마련된 제1 전극롤러(220a)와 제2 전극롤러(220b) 사이로 공급된다. 이어서, 상기 제1 전원공급장치(230)에 의하여 제1 전극롤러(220a)와 제2 전극롤러(220b) 사이에 소정 전압이 인가되면, 상기 제1 전극롤러(220a)와 제2 전극롤러(220b) 사이를 이동하는 탄소섬유(210)는 자체저항으로 인해 소정 온도로 가열된다. 여기서, 상기 탄소섬유(210)의 가열 온도는 상기 제1 및 제2 전극롤러(220a,220b) 사이에 인가되는 전압, 상기 제1 전극롤러(220a)와 제2 전극롤러(220b) 사이의 간격 등에 의하여 조절될 수 있다. 이어서, 상기 촉매층이 형성된 탄소섬유(210)가 가열된 상태에서 챔버(200)내에 탄소를 포함하는 가스가 공급되면 상기 탄소섬유(210)의 표면에서 탄소나노튜브(212)가 성장된다. 이때, 성장되는 탄소나노튜브(212)의 길이 및 직경은 탄소섬유(210)의 가열온도, 제1 및 제2 전극롤러(220a,220b)의 회전속도, 제1 전극롤러(220a)와 제2 전극롤러(220b) 사이의 간격 등에 의해 제어될 수 있다. 이어서, 탄소나노튜브(212)가 성장하는 탄소섬유(211)가 제2 전극롤러(220b)를 지나게 되면 탄소나노튜브(212)의 성장은 멈추게 되고, 상기 탄소나노튜브(212)가 성장된 탄소섬유(211)는 제2 보빈(250)에 감김으로써 패키징된다.
이상의 실시예에서는 전해 도금법에 의하여 탄소섬유의 표면에 촉매층을 형성하는 공정과 촉매층이 형성된 탄소섬유의 표면에 탄소나노튜브를 성장시키는 공정을 함께 수행할 수 있으므로, 연속 공정을 통한 대량 생산을 보다 효과적으로 구 현할 수 있다. 한편, 이상의 실시예에서는 액상 증착법 중 전해 도금법에 의해 탄소섬유의 표면에 촉매층을 형성하는 촉매층 형성장치가 설명되었으나, 이는 단지 예시적인 것으로 이로부터 당업자는 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 촉매층 형성장치를 딥 코팅 장치, 스프레이 코팅 장치 또는 무전해 도금 장치 등으로 구현하는 것도 얼마든지 가능하다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 탄소섬유 표면에 성장 형성된 탄소소나노튜브를 찍은 전자현미경 사진들이다. 구체적으로, 도 3에는 전자빔 증발법에 의하여 탄소섬유의 표면에 촉매층(1nm 두께의 Invar와 2nm 두께의 Al)을 형성한 다음, 본 발명의 실시예에 따라 저항가열을 통해 상기 탄소섬유의 표면에 탄소나노튜브가 성장된 모습을 찍은 전자현미경 사진이 도시되어 있다. 그리고, 도 4에는 Iron acetate 액상 촉매을 이용한 딥 코팅법에 의하여 탄소섬유의 표면에 촉매층을 형성한 다음, 본 발명의 실시예에 따라 저항가열을 통해 상기 탄소섬유의 표면에 탄소나노튜브가 성장된 모습을 찍은 전자현미경 사진이 도시되어 있다. 도 3 및 도 4에서는 탄소섬유로는 Mitsubish chem.사의 K63712 pitch계 탄소섬유를 사용하였다. 그리고, 저항가열시 두 전극롤러 사이의 간격은 4cm 이었으며, 두 전극롤러 사이에 인가되는 전압 및 두 전극롤러 사이를 흐르는 전류는 각각 8.8V 및 340mA 이었다. 또한, 탄소나노튜브 성장을 위한 챔버 내에는 C2H2 가스와 Ar 가스가 공급되었으며, 탄소나노튜브의 성장시간은 10분이었다.
이상에서 본 발명의 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하 며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유의 표면처리 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소섬유의 표면처리 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 탄소섬유 표면에 성장 형성된 탄소소나노튜브를 찍은 전자현미경 사진들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100,200... 챔버
110,210... 촉매층이 형성된 탄소섬유
111,211... 탄소나노튜브가 성장된 탄소섬유
112,212... 탄소나노튜브
120a,220a... 제1 전극롤러 120b,220b... 제2 전극롤러
130... 전원공급장치
140,340... 제1 보빈(bobbin) 150,250... 제2 보빈
210'... 탄소섬유 230... 제1 전원공급장치
300... 촉매층 형성장치 320a... 제3 전극롤러
320b... 제4 전극롤러 330... 제2 전원공급장치
351,352,353,354,355.... 이동롤러
360... 촉매 금속을 포함하는 전해액

Claims (29)

  1. 탄소섬유 자체의 저항가열을 통하여 상기 탄소섬유를 발열시키고, 상기 가열된 탄소섬유에 탄소를 포함하는 가스를 공급함으로써 상기 탄소섬유의 표면에 탄소나노튜브를 성장시키는 탄소섬유의 표면처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    회전에 의하여 상기 탄소섬유를 이동시키는 복수의 전극롤러; 및
    상기 전극롤러들 사이에 전압을 인가하는 전원공급장치;를 구비하여,
    상기 전극롤러들 사이에 전압을 인가함으로써 상기 전극롤러들 사이를 이동하는 상기 탄소섬유를 가열하는 탄소섬유의 표면처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전극롤러들 사이로 유입되는 상기 탄소섬유의 표면에 탄소나노튜브의 성장을 위한 촉매층을 형성하는 장치를 더 구비하는 탄소섬유의 표면처리 장치.
  4. 회전에 의하여 탄소섬유를 이동시키는 것으로, 소정 간격 이격되게 설치되는 제1 및 제2 전극롤러; 및
    상기 제1 전극롤러와 제2 전극롤러 사이에 전압을 인가하는 제1 전원공급장치;을 구비하여,
    상기 제1 전극롤러와 제2 전극롤러 사이에 전압을 인가함으로써 상기 제1 전극롤러와 제2 전극롤러 사이를 이동하는 탄소섬유를 가열하고, 상기 가열된 탄소섬유에 탄소를 포함하는 가스를 공급함으로써 상기 탄소섬유의 표면에 탄소나노튜브를 성장시키는 탄소섬유의 표면처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극롤러와, 상기 제1 전원공급장치는 무산소 분위기의 챔버 내에 마련되는 탄소섬유의 표면처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 챔버 내에 상기 탄소를 포함하는 가스를 공급함으로써 상기 제1 전극롤러와 제2 전극롤러 사이를 이동하면서 가열된 탄소섬유의 표면에 탄소나노튜브를 성장시키는 탄소섬유의 표면처리 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 탄소섬유의 표면에 성장 형성된 탄소나노튜브의 길이 및 직경은 상기 가열된 탄소섬유의 온도, 상기 제1 및 제2 전극롤러의 회전속도 및 상기 제1 및 제2 전극롤러 사이의 간격 중 적어도 하나에 의해 결정되는 탄소섬유의 표면처리 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브의 성장을 위하여 상기 탄소섬유는 300℃ ~ 1500℃로 가열되는 탄소섬유의 표면처리 장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브가 성장 형성된 탄소 섬유가 감기는 보빈(bobbin)을 더 구비하는 탄소섬유의 표면처리 장치.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 전극롤러 쪽으로 들어가는 탄소섬유의 표면에는 탄소나노튜브의 성장을 위한 촉매층이 형성되어 있고, 상기 제2 전극롤러로부터 나오는 탄소섬유의 표면에는 탄소나노튜브가 성장 형성되어 있는 탄소섬유의 표면처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 촉매층은 Fe, Ni, Co, Pd, Pt, Ir 및 Ru로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 물질로 이루어지는 탄소섬유의 표면처리 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 촉매층은 진공 증착법 또는 액상 증착법에 의하여 형성되는 탄소섬유의 표면처리 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 탄소섬유의 표면에 촉매층을 형성하는 촉매층 형성장치를 더 구비하는 탄소섬유의 표면처리 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 촉매층 형성장치는,
    촉매 금속을 포함하는 전해액;
    회전에 의하여 탄소섬유를 이동시키는 제3 및 제4 전극롤러; 및
    상기 제3 및 제4 전극롤러 사이에 전압을 인가하는 제2 전원공급장치;를 구비하여,
    상기 제3 및 제4 전극롤러 사이에 전압이 인가됨에 따라 상기 전해액 내에서 이동하는 탄소섬유의 표면에 상기 촉매층을 형성하는 탄소섬유의 표면처리 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 촉매층 형성장치에 의해 촉매층이 형성된 탄소섬유를 상기 제1 전극롤러를 향하여 이동시키는 적어도 하나의 이동롤러를 더 구비하는 탄소섬유의 표면처리 장치.
  16. 탄소섬유 자체의 저항가열을 통하여 상기 탄소섬유를 발열시키고, 상기 가열 된 탄소섬유에 탄소를 포함하는 가스를 공급함으로써 상기 탄소섬유의 표면에 탄소나노튜브를 성장시키는 탄소섬유의 표면처리 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 탄소섬유의 가열은 상기 탄소섬유를 이동시키는 복수의 전극롤러 사이에 전압을 인가함으로써 이루어지는 탄소섬유의 표면처리 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 전극롤러들 사이로 유입되는 상기 탄소섬유의 표면에는 탄소나노튜브의 성장을 위한 촉매층이 형성된 탄소섬유의 표면처리 방법.
  19. 소정 간격 이격되게 설치된 제1 및 제2 전극롤러에 의하여 탄소섬유를 이동시키는 단계;
    상기 제1 및 제2 전극롤러 사이에 전압을 인가함으로써 상기 탄소섬유를 가열시키는 단계; 및
    상기 가열된 탄소섬유에 탄소를 포함하는 가스를 공급하여 상기 탄소섬유의 표면에 탄소나노튜브를 성장시키는 단계;를 포함하는 탄소섬유의 표면처리 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극롤러와, 상기 제1 전원공급장치는 무산소 분위기의 챔 버 내에 마련되며, 상기 탄소를 포함하는 가스는 상기 챔버 내로 공급되는 탄소섬유의 표면처리 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 탄소섬유의 표면에 성장 형성된 탄소나노튜브의 길이 및 직경은 상기 가열된 탄소섬유의 온도, 상기 제1 및 제2 전극롤러의 회전속도 및 상기 제1 및 제2 전극롤러 사이의 간격 중 적어도 하나에 의해 결정되는 탄소섬유의 표면처리 방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브의 성장을 위하여 상기 탄소섬유는 300℃ ~ 1500℃로 가열되는 탄소섬유의 표면처리 방법.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브가 성장 형성된 탄소 섬유를 패키징하는 단계를 더 포함하는 탄소섬유의 표면처리 방법.
  24. 제 19 항에 있어서,
    상기 탄소섬유의 표면에 탄소나노튜브 성장을 위한 촉매층을 형성하는 단계를 더 포함하는 표면처리 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 촉매층은 Fe, Ni, Co, Pd, Pt, Ir 및 Ru로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 물질로 이루어지는 탄소섬유의 표면처리 방법.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 촉매층은 진공 증착법 또는 액상 증착법에 의하여 형성되는 탄소섬유의 표면처리 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 진공 증착법은 전자빔 증발법, 스퍼터링법 또는 화학기상증착법이고, 상기 액상 증착법은 딥 코팅(dip coating)법, 스프레이 코팅(spray coating)법, 무전해 도금법 또는 전해 도금법인 탄소섬유의 표면처리 방법.
  28. 제 24 항에 있어서,
    상기 촉매층을 형성하는 단계는, 상기 탄소섬유를 이동시키는 제3 및 제4 전극롤러 사이에 전압을 인가함으로써 촉매 금속을 포함하는 전해액 내에서 상기 탄소섬유의 표면에 촉매층을 형성하는 단계를 포함하는 탄소섬유의 표면처리 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 촉매층이 형성된 탄소섬유를 상기 제1 전극롤러를 향하여 이동시키는 단계를 더 포함하는 탄소섬유의 표면처리 방법.
KR1020080092923A 2008-09-22 2008-09-22 저항가열을 이용한 탄소섬유의 표면처리 장치 및 표면처리 방법 Expired - Fee Related KR101420680B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080092923A KR101420680B1 (ko) 2008-09-22 2008-09-22 저항가열을 이용한 탄소섬유의 표면처리 장치 및 표면처리 방법
US12/367,091 US8658281B2 (en) 2008-09-22 2009-02-06 Apparatus and method for surface-treating carbon fiber by resistive heating

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080092923A KR101420680B1 (ko) 2008-09-22 2008-09-22 저항가열을 이용한 탄소섬유의 표면처리 장치 및 표면처리 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100033858A KR20100033858A (ko) 2010-03-31
KR101420680B1 true KR101420680B1 (ko) 2014-07-17

Family

ID=42037883

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080092923A Expired - Fee Related KR101420680B1 (ko) 2008-09-22 2008-09-22 저항가열을 이용한 탄소섬유의 표면처리 장치 및 표면처리 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8658281B2 (ko)
KR (1) KR101420680B1 (ko)

Families Citing this family (53)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120189846A1 (en) * 2007-01-03 2012-07-26 Lockheed Martin Corporation Cnt-infused ceramic fiber materials and process therefor
US20100279569A1 (en) * 2007-01-03 2010-11-04 Lockheed Martin Corporation Cnt-infused glass fiber materials and process therefor
US9005755B2 (en) 2007-01-03 2015-04-14 Applied Nanostructured Solutions, Llc CNS-infused carbon nanomaterials and process therefor
US8951632B2 (en) * 2007-01-03 2015-02-10 Applied Nanostructured Solutions, Llc CNT-infused carbon fiber materials and process therefor
US8158217B2 (en) * 2007-01-03 2012-04-17 Applied Nanostructured Solutions, Llc CNT-infused fiber and method therefor
US8951631B2 (en) 2007-01-03 2015-02-10 Applied Nanostructured Solutions, Llc CNT-infused metal fiber materials and process therefor
US20090081383A1 (en) * 2007-09-20 2009-03-26 Lockheed Martin Corporation Carbon Nanotube Infused Composites via Plasma Processing
US20090081441A1 (en) * 2007-09-20 2009-03-26 Lockheed Martin Corporation Fiber Tow Comprising Carbon-Nanotube-Infused Fibers
CA2750484A1 (en) * 2009-02-17 2010-12-16 Applied Nanostructured Solutions, Llc Composites comprising carbon nanotubes on fiber
BRPI1008131A2 (pt) * 2009-02-27 2016-03-08 Applied Nanostructured Sols "crescimento de nanotubo de carbono de baixa temperatura usando método de preaquecimento de gás".
US20100227134A1 (en) * 2009-03-03 2010-09-09 Lockheed Martin Corporation Method for the prevention of nanoparticle agglomeration at high temperatures
US20100272891A1 (en) * 2009-04-10 2010-10-28 Lockheed Martin Corporation Apparatus and method for the production of carbon nanotubes on a continuously moving substrate
WO2010118381A1 (en) * 2009-04-10 2010-10-14 Lockheed Martin Corporation Method and apparatus for using a vertical furnace to infuse carbon nanotubes to fiber
CN102388171B (zh) * 2009-04-10 2015-02-11 应用纳米结构方案公司 用于在连续移动的基底上生产碳纳米管的设备和方法
AU2010238610A1 (en) * 2009-04-24 2011-10-27 Applied Nanostructured Solutions, Llc CNT-infused EMI shielding composite and coating
US9111658B2 (en) 2009-04-24 2015-08-18 Applied Nanostructured Solutions, Llc CNS-shielded wires
CA2760144A1 (en) * 2009-04-27 2010-11-11 Applied Nanostructured Solutions, Llc Cnt-based resistive heating for deicing composite structures
CN102421704A (zh) * 2009-04-30 2012-04-18 应用纳米结构方案公司 用于碳纳米管合成的紧密接近催化的方法和系统
CA2765460A1 (en) * 2009-08-03 2011-02-10 Applied Nanostructured Solutions, Llc Incorporation of nanoparticles in composite fibers
US8662449B2 (en) * 2009-11-23 2014-03-04 Applied Nanostructured Solutions, Llc CNT-tailored composite air-based structures
US20110123735A1 (en) * 2009-11-23 2011-05-26 Applied Nanostructured Solutions, Llc Cnt-infused fibers in thermoset matrices
US8168291B2 (en) * 2009-11-23 2012-05-01 Applied Nanostructured Solutions, Llc Ceramic composite materials containing carbon nanotube-infused fiber materials and methods for production thereof
JP2013520328A (ja) * 2009-12-14 2013-06-06 アプライド ナノストラクチャード ソリューションズ リミテッド ライアビリティー カンパニー カーボン・ナノチューブ浸出繊維材料を含んだ難燃性複合材料及び製品
US9167736B2 (en) * 2010-01-15 2015-10-20 Applied Nanostructured Solutions, Llc CNT-infused fiber as a self shielding wire for enhanced power transmission line
CN102741465A (zh) * 2010-02-02 2012-10-17 应用纳米结构方案公司 包含平行排列的碳纳米管的碳纳米管并入的纤维材料、其制造方法及从其衍生的复合材料
JP2013521656A (ja) 2010-03-02 2013-06-10 アプライド ナノストラクチャード ソリューションズ リミテッド ライアビリティー カンパニー カーボン・ナノチューブ浸出電極材料を含む螺旋に巻き付けられた電気機器及びその生産方法並びに生産装置
EP2543052B1 (en) * 2010-03-02 2019-11-27 Applied NanoStructured Solutions, LLC Electrical devices containing carbon nanotube-infused fibers and methods for production thereof
US8780526B2 (en) 2010-06-15 2014-07-15 Applied Nanostructured Solutions, Llc Electrical devices containing carbon nanotube-infused fibers and methods for production thereof
US9017854B2 (en) 2010-08-30 2015-04-28 Applied Nanostructured Solutions, Llc Structural energy storage assemblies and methods for production thereof
JP2013540683A (ja) 2010-09-14 2013-11-07 アプライド ナノストラクチャード ソリューションズ リミテッド ライアビリティー カンパニー 成長したカーボン・ナノチューブを有するガラス基材及びその製造方法
EP2619133A1 (en) 2010-09-22 2013-07-31 Applied NanoStructured Solutions, LLC Carbon fiber substrates having carbon nanotubes grown thereon and processes for production thereof
KR20130100045A (ko) 2010-09-23 2013-09-09 어플라이드 나노스트럭처드 솔루션스, 엘엘씨. 전력 전송 라인 향상을 위한 자가 실드 와이어로서 ｃｎｔ 주입된 섬유
KR101254573B1 (ko) * 2010-10-11 2013-04-15 위순임 전극을 이용한 탄소 섬유 제조장치
KR101236199B1 (ko) * 2011-03-31 2013-02-22 최대규 탄소섬유 가공장치
CN102518882A (zh) * 2011-12-15 2012-06-27 福安市东风橡胶制品有限公司 以碳纤维为增强层的氟硅橡胶包布胶管及其制造工艺
US9085464B2 (en) 2012-03-07 2015-07-21 Applied Nanostructured Solutions, Llc Resistance measurement system and method of using the same
KR101272778B1 (ko) * 2012-04-09 2013-06-10 위순임 다중 권선 구조의 탄소섬유 열처리 장치
US9506194B2 (en) 2012-09-04 2016-11-29 Ocv Intellectual Capital, Llc Dispersion of carbon enhanced reinforcement fibers in aqueous or non-aqueous media
US9446989B2 (en) * 2012-12-28 2016-09-20 United Technologies Corporation Carbon fiber-reinforced article and method therefor
DE102013208426A1 (de) * 2013-05-07 2014-11-13 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Verarbeitung von Carbonfasersträngen
CN103806042B (zh) * 2014-01-20 2016-04-20 天津大学 碳纤维电镀铁镍合金的制备方法
JP2015214461A (ja) * 2014-05-12 2015-12-03 株式会社Ihi 炭素繊維連続黒鉛化炉
WO2017004055A1 (en) * 2015-07-02 2017-01-05 Sabic Global Technologies B.V. Process and material for growth of adsorbed compound via nanoscale-controlled resistive heating and uses thereof
US10273599B2 (en) 2015-07-24 2019-04-30 Lg Chem, Ltd. Apparatus for manufacturing carbon nanotube fiber
KR101881197B1 (ko) * 2015-07-24 2018-07-23 주식회사 엘지화학 탄소나노튜브섬유 제조장치
KR101883034B1 (ko) * 2015-07-24 2018-07-27 주식회사 엘지화학 탄소나노튜브섬유 제조방법
KR101990385B1 (ko) * 2015-11-27 2019-06-18 주식회사 엘지화학 탄소나노튜브섬유 제조장치
US10920368B2 (en) 2016-02-23 2021-02-16 Nanocomp Technologies, Inc. Systems and methods for coloring nanofibrous materials
US20170362740A1 (en) * 2016-06-16 2017-12-21 Eurekite Holding BV Flexible ceramic fibers and polymer composite and method of making the same
US10941040B2 (en) * 2017-09-22 2021-03-09 Lintec Of America, Inc. Controlling nanofiber sheet width
CN109847684B (zh) * 2019-04-23 2021-03-05 福建龙新三维阵列科技有限公司 制备金属氧化物微纳米阵列的设备
JP7644060B2 (ja) * 2022-08-11 2025-03-11 株式会社豊田中央研究所 繊維束の加熱方法およびその加熱装置
CN116356558B (zh) * 2023-04-23 2024-11-19 浙江超探碳纤维科技有限公司 一种碳纤维纳米表面修饰装置及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040091604A (ko) * 2001-03-27 2004-10-28 캐논 가부시끼가이샤 탄소섬유형성용 촉매, 그 촉매의 제조방법, 2차전지용음극및 수소흡장체
KR20060002476A (ko) * 2004-07-02 2006-01-09 삼성에스디아이 주식회사 탄소나노튜브 제조용 촉매 베이스의 제조 방법 및 이를이용한 탄소나노튜브 제조 방법
KR20060047705A (ko) * 2004-05-10 2006-05-18 가부시키가이샤 아루박 카본 나노 튜브의 제작 방법 및 그 방법을 실시하는플라즈마 화학기상증착 장치
KR100814217B1 (ko) * 1998-09-18 2008-03-17 윌리엄 마쉬 라이스 유니버시티 탄소 나노튜브 생성 방법

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0544154A (ja) 1991-08-06 1993-02-23 Petoca:Kk 炭素繊維の表面処理方法
JP3555797B2 (ja) * 1996-03-11 2004-08-18 富士写真フイルム株式会社 成膜装置および成膜方法
US7132161B2 (en) * 1999-06-14 2006-11-07 Energy Science Laboratories, Inc. Fiber adhesive material
US6911260B2 (en) * 2002-01-11 2005-06-28 Trustees Of Boston College Reinforced carbon nanotubes
FR2844510B1 (fr) 2002-09-12 2006-06-16 Snecma Propulsion Solide Structure fibreuse tridimensionnelle en fibres refractaires, procede pour sa realisation et application aux materiaux composites thermostructuraux
KR20020082816A (ko) 2002-09-13 2002-10-31 김기동 알칼리 금속의 전기화학적 표면처리에 의한 고기능성 탄소나노소재 및 이의 제조 방법
DE10353070B4 (de) * 2003-11-13 2005-09-15 Airbus Deutschland Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Binderaktivierung auf einem Faserhalbzeug/Preform durch direktes Erwärmen von Kohlenstofffasern über eine angelegte elektrische Spannung
US7338684B1 (en) * 2004-02-12 2008-03-04 Performance Polymer Solutions, Inc. Vapor grown carbon fiber reinforced composite materials and methods of making and using same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100814217B1 (ko) * 1998-09-18 2008-03-17 윌리엄 마쉬 라이스 유니버시티 탄소 나노튜브 생성 방법
KR20040091604A (ko) * 2001-03-27 2004-10-28 캐논 가부시끼가이샤 탄소섬유형성용 촉매, 그 촉매의 제조방법, 2차전지용음극및 수소흡장체
KR20060047705A (ko) * 2004-05-10 2006-05-18 가부시키가이샤 아루박 카본 나노 튜브의 제작 방법 및 그 방법을 실시하는플라즈마 화학기상증착 장치
KR20060002476A (ko) * 2004-07-02 2006-01-09 삼성에스디아이 주식회사 탄소나노튜브 제조용 촉매 베이스의 제조 방법 및 이를이용한 탄소나노튜브 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US8658281B2 (en) 2014-02-25
US20100074834A1 (en) 2010-03-25
KR20100033858A (ko) 2010-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101420680B1 (ko) 저항가열을 이용한 탄소섬유의 표면처리 장치 및 표면처리 방법
US7338684B1 (en) Vapor grown carbon fiber reinforced composite materials and methods of making and using same
US9725314B2 (en) Continuous process for the production of carbon nanofiber reinforced continuous fiber preforms and composites made therefrom
Teo et al. Catalytic synthesis of carbon nanotubes and nanofibers
US7097906B2 (en) Pure carbon isotropic alloy of allotropic forms of carbon including single-walled carbon nanotubes and diamond-like carbon
US20200010983A1 (en) Apparatuses and Methods for Large-Scale Production of Hybrid Fibers Containing Carbon Nanostructures and Related Materials
Boskovic et al. Low temperature synthesis of carbon nanofibres on carbon fibre matrices
WO2009110885A1 (en) Continuous process for the production of carbon nanotube reinforced continuous fiber preforms and composites made therefrom
US20100047564A1 (en) Carbon nanotube composites
JPWO2007125923A1 (ja) 単層カーボンナノチューブ、該単層カーボンナノチューブを含む炭素繊維集合体並びにそれらの製造方法
KR20170003728A (ko) 메탈라이즈드 탄소 나노튜브 및 나노섬유를 함유한 복합 재료
Sun et al. 3D carbon nanotube network based on a hierarchical structure grown on carbon paper backing
Dey et al. Growth of carbon nanotubes on carbon fiber by thermal CVD using Ni nanoparticles as catalysts
CN101857460A (zh) 纺丝用碳纳米管阵列的制备方法
Li et al. Preparation and structural evolution of well aligned-carbon nanotube arrays onto conductive carbon-black layer/carbon paper substrate with enhanced discharge capacity for Li–air batteries
Jiang et al. Effect of electrochemical anodization and growth time on continuous growth of carbon nanotubes on carbon fiber surface
Zhu et al. Assembly and applications of carbon nanotube thin films
Bazargan et al. The electroless nickel plating of catalytically graphitized electrospun carbon nanofibers
Bu et al. Industrial compatible re-growth of vertically aligned multiwall carbon nanotubes by ultrafast pure oxygen purification process
Xu et al. Fe Complex-Based Catalyst System for the Chirality-Selected Continuous Synthesis of Single-Walled Carbon Nanotubes
Sung et al. Synthesis and field emission characteristics of carbon nanocoils with a high aspect ratiosupported by copper micro-tips
JP2020525400A (ja) 配向性カーボンナノチューブからなるケーブルの製造方法
Sarkar et al. Exceptional field emission characteristics of self-assembled carbon nanotube sheets with ultra-low turn-on field and outstanding stability
JP2003089930A (ja) 微細炭素繊維混合物及びそれを含む組成物
Pillai et al. Plasma-Corona Modifications of Carbon Fibers and Carbon Nanostructures

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20080922

PG1501 Laying open of application
A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20130820

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20080922

Comment text: Patent Application

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20140515

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20140711

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20140714

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170619

Year of fee payment: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20170619

Start annual number: 4

End annual number: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180620

Year of fee payment: 5

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20180620

Start annual number: 5

End annual number: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190619

Year of fee payment: 6

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20190619

Start annual number: 6

End annual number: 6

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20200616

Start annual number: 7

End annual number: 7

PC1903 Unpaid annual fee

Termination category: Default of registration fee

Termination date: 20220422