일반적인 인조흑연의 제조공정은 코크스를 적절한 입도로 분쇄하여 결합재와 혼합한 후 성형, 탄화과정을 거쳐서 제조하게 된다. 그러나 탄화과정에서 결합재의 휘발분이 배출되면서 다량의 기공이 생성된다. 이로 인해 인조흑연의 본연의 성질이 이론적인 값보다 낮아진다. 이러한 결함을 제거하기 위해 함침과 재 탄화공정을 반복하여 기공을 채우게 된다. 함침 효과를 좌우하는 변수로 함침제의 점도, 표면장력, 함침되는 ...
일반적인 인조흑연의 제조공정은 코크스를 적절한 입도로 분쇄하여 결합재와 혼합한 후 성형, 탄화과정을 거쳐서 제조하게 된다. 그러나 탄화과정에서 결합재의 휘발분이 배출되면서 다량의 기공이 생성된다. 이로 인해 인조흑연의 본연의 성질이 이론적인 값보다 낮아진다. 이러한 결함을 제거하기 위해 함침과 재 탄화공정을 반복하여 기공을 채우게 된다. 함침 효과를 좌우하는 변수로 함침제의 점도, 표면장력, 함침되는 접촉각, 열처리 동안의 반응성, 탄화수율 등을 들 수 있다.
본 연구는 점도가 다른 함침제를 이용하여 제조된 벌크흑연의 기공감소 효과에 대해 논의하였다. 원료와 바인더를 혼합하여 일축가압성형을 하여 700℃에서 1시간 탄화하였다. 탄화 후 점도가 25.0cP, 10.3cP, 5.1cP인 함침제를 이용하여 함침 및 재 탄화하였다. 기공변화로 인한 효과를 평가하기 위해 기공율, 밀도, 기계적 특성 및 전기적 특성을 분석하였다. 또한 함침된 것을 확인하기 위하여 결정성 분석하였으며, 기공 분포는 미세구조를 관찰하였다.
함침제의 점도가 5.1cP인 함침제를 이용하였을 때 기공율은 23.40%에서 18.58%로 감소하였다. 함침 전에 비해 함침 후의 굴곡강도는 7.51MPa, 압축강도는 6.93MPa가 증가하였다. 이는 기공이 감소하여 하중에 의한 응력 집중현상을 분산시킴으로 균열이 감소되기 때문이다. 전자의 흐름을 방해하는 기공을 채운 함침 후 벌크흑연의 고유저항은 25.0cP는 36.96%, 10.3cP는 64.18%, 5.1cP는 86.76%로 함침 전에 비하여 감소하여 전기전도성이 우수하였다. 결정성 분석에서는 함침을 1회 진행하였을 때 페놀수지의 영향으로 흑연화도가 감소하였다. 하지만 재 탄회공정에 의해 천연흑연의 결정성이 증가하는 것을 확인하였다. 함침이 2회, 3회 진행됨에 따라 함침제 점도에 상관없이 함침수율이 감소하여 페놀수지로 인한 결정성은 크게 변화지 않았다. 함침 후 반복되는 재 탄화과정을 통해 혼합분말의 결정성이 발달하고 페놀수지의 피크 이동을 통한 흑연화도가 증가하였다.
따라서 벌크흑연 제조 공정에서 함침제의 점도가 재료의 특성을 변화시키고 본 연구에서 제시한 점도에서는 5.1cP의 함침제가 기공감소 효과가 크게 나타났다. 이는 향후 고밀도 벌크흑연의 제조 가능성을 제시하였다 우수한 물리적 특성과 이방성을 가지는 벌크흑연으로 전극봉, 흑연적극, 탄소계 분리판 등에 응용 가능할 것으로 기대된다.
일반적인 인조흑연의 제조공정은 코크스를 적절한 입도로 분쇄하여 결합재와 혼합한 후 성형, 탄화과정을 거쳐서 제조하게 된다. 그러나 탄화과정에서 결합재의 휘발분이 배출되면서 다량의 기공이 생성된다. 이로 인해 인조흑연의 본연의 성질이 이론적인 값보다 낮아진다. 이러한 결함을 제거하기 위해 함침과 재 탄화공정을 반복하여 기공을 채우게 된다. 함침 효과를 좌우하는 변수로 함침제의 점도, 표면장력, 함침되는 접촉각, 열처리 동안의 반응성, 탄화수율 등을 들 수 있다.
본 연구는 점도가 다른 함침제를 이용하여 제조된 벌크흑연의 기공감소 효과에 대해 논의하였다. 원료와 바인더를 혼합하여 일축가압성형을 하여 700℃에서 1시간 탄화하였다. 탄화 후 점도가 25.0cP, 10.3cP, 5.1cP인 함침제를 이용하여 함침 및 재 탄화하였다. 기공변화로 인한 효과를 평가하기 위해 기공율, 밀도, 기계적 특성 및 전기적 특성을 분석하였다. 또한 함침된 것을 확인하기 위하여 결정성 분석하였으며, 기공 분포는 미세구조를 관찰하였다.
함침제의 점도가 5.1cP인 함침제를 이용하였을 때 기공율은 23.40%에서 18.58%로 감소하였다. 함침 전에 비해 함침 후의 굴곡강도는 7.51MPa, 압축강도는 6.93MPa가 증가하였다. 이는 기공이 감소하여 하중에 의한 응력 집중현상을 분산시킴으로 균열이 감소되기 때문이다. 전자의 흐름을 방해하는 기공을 채운 함침 후 벌크흑연의 고유저항은 25.0cP는 36.96%, 10.3cP는 64.18%, 5.1cP는 86.76%로 함침 전에 비하여 감소하여 전기전도성이 우수하였다. 결정성 분석에서는 함침을 1회 진행하였을 때 페놀수지의 영향으로 흑연화도가 감소하였다. 하지만 재 탄회공정에 의해 천연흑연의 결정성이 증가하는 것을 확인하였다. 함침이 2회, 3회 진행됨에 따라 함침제 점도에 상관없이 함침수율이 감소하여 페놀수지로 인한 결정성은 크게 변화지 않았다. 함침 후 반복되는 재 탄화과정을 통해 혼합분말의 결정성이 발달하고 페놀수지의 피크 이동을 통한 흑연화도가 증가하였다.
따라서 벌크흑연 제조 공정에서 함침제의 점도가 재료의 특성을 변화시키고 본 연구에서 제시한 점도에서는 5.1cP의 함침제가 기공감소 효과가 크게 나타났다. 이는 향후 고밀도 벌크흑연의 제조 가능성을 제시하였다 우수한 물리적 특성과 이방성을 가지는 벌크흑연으로 전극봉, 흑연적극, 탄소계 분리판 등에 응용 가능할 것으로 기대된다.
A manufacturing process of commercial synthetic graphite is that cokes are ground into proper size of particles, which are mixed with binder, formed and carbonized. However, volatile matter of binder is emitted during the carbonization process and many pores are created. Because of this, the origina...
A manufacturing process of commercial synthetic graphite is that cokes are ground into proper size of particles, which are mixed with binder, formed and carbonized. However, volatile matter of binder is emitted during the carbonization process and many pores are created. Because of this, the original properties of synthetic graphite become lower than theoretic value and the pores can be removed through repeated impregnation and re-carbonization process. Variables that affect the impregnation effect include the viscosity of the impregnant, surface tension, contact angle of impregnation, reactivity during heat treatment and carbonization yield.
The study discussed pores decrease effect of bulk graphite produced using resins with different viscosity. The raw material mixed with binder went through carbonization for an hour at 700℃ after uniaxial pressing, which is followed by impregnation and re-carbonization using impregnants whose viscosities are 25.0cP, 10.3cP and 5.1cP, respectively. Porosity, density, mechanical property and electric property were analyzed to evaluate the effect from changing pores. Crystallinity was also analyzed to confirm impregnation and microstructure of pore distribution was observed.
When the impregnant viscosity was 5.1cP, porosity fell from 23.40% to 18.58%. The flexural strength and compressive strength increased 7.51MPa and 6.93MPa respectively after impregnation compared with before. This is attributed to pores decrease, dispersion of stress and subsequently reduction of cracks. After pores, which disrupt electron flow, were impregnated, the resistivity of bulk graphite went down 36.96% for 25.0cP, 64.18% for 10.3cP and 86.76% for 5.1cP after impregnation and electrical conductivity became great. When impregnation was done once for crystallinity analysis, the degree of graphitization decreased due to phenol resin. However, it was confirmed that re-carbonization promoted the crystallinity of natural graphite. When impregnation was done two or three times, impregnation yield decreased regardless of the impregnant viscosity and the phenol resin did not change crystallinity significantly. Crystallinity of mixed powders improved through repeated re-carbonization following impregnation and the degree of graphitization increased through peak shift of phenol resin.
Therefore, the viscosities of impregnants changed the material properties in the bulk graphite manufacturing process and, among the viscosity the study suggested, the impregnant of 5.1cP marked significant pores decrease effect. This proposed the possibility to manufacture high-density bulk graphite in the future. Bulk graphite with excellent physical property and anisotropy is expected to be applied to electrode, graphite electrode and carbon-based separator, etc.
A manufacturing process of commercial synthetic graphite is that cokes are ground into proper size of particles, which are mixed with binder, formed and carbonized. However, volatile matter of binder is emitted during the carbonization process and many pores are created. Because of this, the original properties of synthetic graphite become lower than theoretic value and the pores can be removed through repeated impregnation and re-carbonization process. Variables that affect the impregnation effect include the viscosity of the impregnant, surface tension, contact angle of impregnation, reactivity during heat treatment and carbonization yield.
The study discussed pores decrease effect of bulk graphite produced using resins with different viscosity. The raw material mixed with binder went through carbonization for an hour at 700℃ after uniaxial pressing, which is followed by impregnation and re-carbonization using impregnants whose viscosities are 25.0cP, 10.3cP and 5.1cP, respectively. Porosity, density, mechanical property and electric property were analyzed to evaluate the effect from changing pores. Crystallinity was also analyzed to confirm impregnation and microstructure of pore distribution was observed.
When the impregnant viscosity was 5.1cP, porosity fell from 23.40% to 18.58%. The flexural strength and compressive strength increased 7.51MPa and 6.93MPa respectively after impregnation compared with before. This is attributed to pores decrease, dispersion of stress and subsequently reduction of cracks. After pores, which disrupt electron flow, were impregnated, the resistivity of bulk graphite went down 36.96% for 25.0cP, 64.18% for 10.3cP and 86.76% for 5.1cP after impregnation and electrical conductivity became great. When impregnation was done once for crystallinity analysis, the degree of graphitization decreased due to phenol resin. However, it was confirmed that re-carbonization promoted the crystallinity of natural graphite. When impregnation was done two or three times, impregnation yield decreased regardless of the impregnant viscosity and the phenol resin did not change crystallinity significantly. Crystallinity of mixed powders improved through repeated re-carbonization following impregnation and the degree of graphitization increased through peak shift of phenol resin.
Therefore, the viscosities of impregnants changed the material properties in the bulk graphite manufacturing process and, among the viscosity the study suggested, the impregnant of 5.1cP marked significant pores decrease effect. This proposed the possibility to manufacture high-density bulk graphite in the future. Bulk graphite with excellent physical property and anisotropy is expected to be applied to electrode, graphite electrode and carbon-based separator, etc.
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