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학위논문 상세정보

Study on stabilization and carbonization treatment of textile PAN based Carbon fiber 원문보기

  • 저자

    Lee, Ro Woon

  • 학위수여기관

    고려대학교 대학원

  • 학위구분

    국내석사

  • 학과

    신소재공학과

  • 지도교수

    조성무,김웅

  • 발행년도

    2014

  • 총페이지

    95p

  • 키워드

    Carbon fiber Stabilization E Beam;

  • 언어

    eng

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T13541902&outLink=K  

  • 초록

    무게 대비 우수한 인장성능을 가지는 탄소섬유는 차세대 우주 항공 및 자동차 산업의 소재로서 각광받고 있다. 하지만 탄소섬유의 가격은 고가여서 가격이 낮아져야 하는 필요성이 있다. 이를 위한 방법 중 Precursor 자체의 가격을 줄이는 방법이 있다. 저가의 의류용 PAN 섬유를 사용하여 탄소섬유를 제조 하는 방법이다. 의류용 PAN 섬유는 아크릴 monomer의 함량이 탄소섬유 전구체용 PAN 섬유보다 낮다. 또한 섬유 직경이 더 크고 인장강도도 낮다. 또한 안정화 공정 시 가장 중요한 공단량체 Itaconic Acid (IA)가 첨가되지 않아 발열반응이 상당히 급격히 일어나게 된다. 때문에 탄소섬유를 제조하는데 의류용 PAN을 사용할 경우 가장 중요한 공정은 바로 안정화 공정과 탄화 공정인 열처리 공정이다. 본 연구에서는 의류용 PAN 섬유를 이용하여 탄소섬유를 제조할 때 다양한 안정화 공정 조건과 탄화조건을 적용하였다. 안정화 공정은 환류가 되는 박스형 열처리로에서 수축을 방지하기 위해 장력을 가해 준 상태로 상온에서 260 ~ 320°C까지 천천히 승온하여 공정을 진행하였다. 열처리 시간은 6.5시간으로 고정하였다. 탄화는 1200°C까지 승온 하였고 승온속도를 1°C/min, 5°C/min으로 달리 하였다. 이렇게 의류용 PAN 섬유를 이용해 다양한 안정화, 탄화 공정 조건으로 탄소섬유를 제조하여 최대의 물성을 내고자 하였고 최적화된 안정화 조건과 탄화조건으로 Low Modulus (LM)형 탄소섬유 정도의 기계적 강도를 보이게 되었다. 이는 Large tow로 생산 가능한 의류용 PAN 섬유도 충분히 Low modulus형 탄소섬유를 제조 할 수 있다는 것을 보였다. 또한, 본 연구에서는 지나치게 긴 안정화 시간을 보완하기 위하여 E-Beam 공정을 추가로 도입하였다. 새로운 공정을 추가하면 생산단가가 오르지만 공정 추가에 따른 추가 비용보다 생산 시간을 더욱 줄여 생산성을 높이는 의미의 연구를 진행하였다. E-Beam 처리의 경우 높은 에너지를 짧은 시간(5분 ~ 10분) 섬유에 조사하여 분자쇄 간의 가교 결합을 일으킬 수 있다. 이러한 가교결합으로 인해 열 안정화 시 일어나는 섬유 다발 내의 발열을 제어 할 수 있다. 때문에 large tow (100K 이상)로 생산되는 의류용 폴리아크릴로나이트릴 섬유를 E-Beam 처리를 통해 pre-stabilization을 거친 후 열 안정화 공정을 성공적으로 마칠 수 있었다. 하지만 탄화 공정 후 제조된 탄소섬유는 제대로 완성되지 못하고 부서지는 현상이 나타났다. E-Beam공정으로 대체, 보완 한다면 의류용 PAN 섬유를 기반으로 한 Low modulus 형 Carbon fiber의 대량생산은 충분히 가능할 것이다.


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