KR101158826B1 - Manufacturing method for polyacrylonitrile-based carbon fiber comprising carbon nanotube improved dispersibility and interfacial adhesion, and the carbon fiber therefrom - Google Patents

Manufacturing method for polyacrylonitrile-based carbon fiber comprising carbon nanotube improved dispersibility and interfacial adhesion, and the carbon fiber therefrom Download PDF

Info

Publication number
KR101158826B1
KR101158826B1 KR1020100077310A KR20100077310A KR101158826B1 KR 101158826 B1 KR101158826 B1 KR 101158826B1 KR 1020100077310 A KR1020100077310 A KR 1020100077310A KR 20100077310 A KR20100077310 A KR 20100077310A KR 101158826 B1 KR101158826 B1 KR 101158826B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon fiber
polyacrylonitrile
weight
parts
carbon nanotubes
Prior art date
Application number
KR1020100077310A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20120057691A (en
Inventor
구본철
이성호
김준경
Original Assignee
한국과학기술연구원
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 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020100077310A priority Critical patent/KR101158826B1/en
Publication of KR20120057691A publication Critical patent/KR20120057691A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101158826B1 publication Critical patent/KR101158826B1/en

Links

Images

Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • D01F9/14Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
    • D01F9/20Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products
    • D01F9/21Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D01F9/22Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polyacrylonitriles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158Carbon nanotubes
    • C01B32/16Preparation
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F1/00General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
    • D01F1/02Addition of substances to the spinning solution or to the melt
    • D01F1/10Other agents for modifying properties
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • DTEXTILES; PAPER
    • D10INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10BINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2101/00Inorganic fibres
    • D10B2101/10Inorganic fibres based on non-oxides other than metals
    • D10B2101/12Carbon; Pitch
    • D10B2101/122Nanocarbons

Landscapes

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

Abstract

본 발명은 분산성 및 계면접착력이 향상된 탄소나노튜브를 포함하는 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유의 제조 방법 및 이로부터 제조되는 탄소섬유에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 본 발명에 따른 관능기가 결합된 탄소나노튜브를 형성하는 단계, 상기 탄소나노튜브를 포함하는 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유 전구체 조성물을 제조하는 단계, 상기 조성물을 방사하여 전구체 섬유를 제조하는 단계, 및 상기 전구체 섬유를 열 처리 및 산화 처리하는 단계를 포함하는 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유의 제조 방법; 및 상기 방법으로 제조되는 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유에 관한 것이다.
본 발명에 따른 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유의 제조 방법은 상기와 같은 관능기가 결합된 탄소나노튜브를 사용함에 따라 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유 전구체 조성물에 대한 분산성 및 계면접착력이 향상되어 기계적 물성이 우수한 탄소섬유를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 관능기에 의해 탄소섬유 전구체의 고리화 반응이 촉진되어 탄소섬유 전구체의 원료로 공단량체가 없는 호모 폴리머를 사용할 수 있고, 안정화 단계에서 발열량이 감소되어 보다 고성능의 탄소섬유를 제조할 수 있는 장점이 있다.
The present invention relates to a method for producing a polyacrylonitrile-based carbon fiber comprising carbon nanotubes having improved dispersibility and interfacial adhesion, and to carbon fibers prepared therefrom, and more particularly, to a carbon bonded to a functional group according to the present invention. Forming nanotubes, preparing a polyacrylonitrile-based carbon fiber precursor composition comprising the carbon nanotubes, spinning the composition to prepare precursor fibers, and heat treating and oxidizing the precursor fibers Method for producing a polyacrylonitrile-based carbon fiber comprising the step of; And it relates to a polyacrylonitrile-based carbon fiber produced by the above method.
In the method for producing a polyacrylonitrile-based carbon fiber according to the present invention, the dispersibility and interfacial adhesion to the polyacrylonitrile-based carbon fiber precursor composition are improved by using the carbon nanotubes having the functional groups as described above. Not only can this excellent carbon fiber be produced, but the functional group promotes the cyclization reaction of the carbon fiber precursor, so that a homopolymer without comonomer can be used as a raw material of the carbon fiber precursor, and the calorific value is reduced during the stabilization step. There is an advantage to produce a higher performance carbon fiber.

Description

분산성 및 계면접착력이 향상된 탄소나노튜브를 포함하는 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유의 제조 방법 및 이로부터 제조되는 탄소섬유{MANUFACTURING METHOD FOR POLYACRYLONITRILE-BASED CARBON FIBER COMPRISING CARBON NANOTUBE IMPROVED DISPERSIBILITY AND INTERFACIAL ADHESION, AND THE CARBON FIBER THEREFROM}MANUFACTURING METHOD FOR POLYACRYLONITRILE-BASED CARBON FIBER COMPRISING CARBON NANOTUBE IMPROVED DISPERSIBILITY AND INTERFACIAL ADHESION, AND THE CARBON FIBER THEREFROM}

본 발명은 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유의 제조 방법 및 이로부터 제조되는 탄소섬유에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a polyacrylonitrile-based carbon fiber and a carbon fiber produced therefrom.

탄소섬유(carbon fiber)는 강철보다 가벼우면서도 강도가 우수하여 자동차 분야, 우주항공 분야, 풍력발전 분야, 스포츠 분야 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.Carbon fiber is lighter than steel and superior in strength, and is widely used in various fields such as automobile, aerospace, wind power, and sports.

이러한 탄소섬유는 이의 전구체(precursor)를 기준으로 크게 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유(polyacrylonitrile-based carbon fiber)와 피치계 탄소섬유(pitch-based carbon fiber)로 구분된다.Such carbon fibers are largely classified into polyacrylonitrile-based carbon fibers and pitch-based carbon fibers based on their precursors.

그 중 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유는 강도가 우수하고, 피치계 탄소섬유는 탄성률이 높은 것으로 알려져 있으며, 현재까지 많은 연구자들이 탄소섬유의 강도와 탄성률을 동시에 향상시킨 고성능 탄소섬유를 개발하고자 노력하고 있으나, 상업적으로는 큰 진전이 없는 상황이다.Among them, polyacrylonitrile-based carbon fibers are known to have excellent strength, and pitch-based carbon fibers have high elastic modulus. Until now, many researchers have been trying to develop high-performance carbon fibers that simultaneously improve the strength and elastic modulus of carbon fibers. However, there is no significant progress commercially.

이와 관련하여, 탄소섬유의 제조시 탄소나노튜브, 카본블랙, 흑연 등의 탄소화합물을 첨가제로 사용할 경우 강도와 탄성률을 동시에 향상시킬 수 있을 것으로 기대되고 있으며, 특히 탄소나노튜브를 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유 등 저가의 탄소섬유 전구체에 섬유 보강제로 사용하여 물성을 향상시킬 경우 그 파급효과가 매우 클 것으로 기대되고 있다.In this regard, when carbon compounds such as carbon nanotubes, carbon black, and graphite are used as additives in the production of carbon fibers, it is expected that the strength and elastic modulus may be improved at the same time. It is expected that the ripple effect will be very large when the physical properties of carbon fiber precursors such as carbon fiber are used as a fiber reinforcing agent to improve physical properties.

그러나, 탄소나노튜브는 근본적으로 소수성(hydrophobic)을 나타내기 때문에 반데르발스 힘(van der Waals force)에 의해 서로 뭉치는 현상이 나타나게 되고, 그에 따라 용매 및 고분자 원료 등과의 상용성이 매우 낮은 문제점이 있다.However, since carbon nanotubes are hydrophobic in nature, they are aggregated together by van der Waals forces, and thus, their compatibility with solvents and polymer raw materials is very low. There is this.

이에, 탄소나노튜브를 산(acid)으로 처리하는 등 탄소나노튜의 분산성을 향상시키기 위한 많은 연구가 이루어지고 있으나, 극성용매에 용해되는 폴리아크릴로니트릴과의 상용성은 여전히 떨어지기 때문에, 이에 대한 개선이 절실히 요구되고 있는 실정이다.Thus, many studies have been made to improve the dispersibility of carbon nanotubes, such as treating carbon nanotubes with an acid, but the compatibility with polyacrylonitrile dissolved in a polar solvent is still poor. There is an urgent need for improvement.

본 발명은 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유 전구체 조성물에 대한 분산성 및 계면접착력이 향상된 탄소나노튜브를 사용하여 강도 및 탄성률이 동시에 우수한 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유의 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a method for producing a polyacrylonitrile-based carbon fiber having excellent strength and elastic modulus simultaneously using carbon nanotubes having improved dispersibility and interfacial adhesion to the polyacrylonitrile-based carbon fiber precursor composition.

또한, 본 발명은 상기 방법에 따라 제조되는 탄소섬유를 제공한다.The present invention also provides a carbon fiber produced according to the above method.

본 발명은The present invention

하기 화학식 1의 관능기가 결합된 탄소나노튜브를 형성하는 단계;Forming a carbon nanotube to which a functional group of Formula 1 is bonded;

상기 탄소나노튜브를 포함하는 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유 전구체 조성물을 제조하는 단계;Preparing a polyacrylonitrile-based carbon fiber precursor composition comprising the carbon nanotubes;

상기 조성물을 방사하여 전구체 섬유를 제조하는 단계; 및Spinning the composition to produce precursor fibers; And

상기 전구체 섬유를 열 처리 및 산화 처리하는 단계Heat treating and oxidizing the precursor fibers

를 포함하는 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유의 제조 방법Method for producing a polyacrylonitrile-based carbon fiber containing

을 제공한다:Provides:

[화학식 1] [Formula 1]

Figure 112010051636444-pat00001
Figure 112010051636444-pat00001

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R1 내지 R5 중 1개 내지 3개는 카르복실산기(-COOH), 술폰산기(-SO3H), 또는 니트릴기(-CN)이고, 나머지는 수소기(-H)이며;One to three of R 1 to R 5 are a carboxylic acid group (-COOH), a sulfonic acid group (-SO 3 H), or a nitrile group (-CN), and the rest are hydrogen groups (-H);

R6는 화학결합, 에스테르 결합(-COO-), 또는 아미드 결합(-CONH-)이고;R 6 is a chemical bond, an ester bond (-COO-), or an amide bond (-CONH-);

단, R6가 에스테르 결합(-COO-) 또는 아미드 결합(-CONH-)일 때는 R1 내지 R5 중 1개 내지 3개는 카르복실산기(-COOH)이고, 나머지는 수소기(-H)이다.However, when R 6 is an ester bond (-COO-) or an amide bond (-CONH-), one to three of R 1 to R 5 are carboxylic acid groups (-COOH), and the rest are hydrogen groups (-H )to be.

여기서, 상기 관능기가 결합된 탄소나노튜브는 상기 관능기의 함량이 탄소나노튜브 100 중량부에 대하여 1 내지 40 중량부일 수 있다.Here, the carbon nanotubes to which the functional groups are bonded may be 1 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbon nanotubes.

또한, 상기 탄소나노튜브는 평균 직경 1 내지 100 nm 및 평균 길이 0.1 내지 50 ㎛인 것일 수 있다.In addition, the carbon nanotubes may have an average diameter of 1 to 100 nm and an average length of 0.1 to 50 μm.

또한, 상기 탄소섬유 전구체 조성물은 아크릴로니트릴 단량체 100 중량부에 대하여, 상기 관능기가 결합된 탄소나노튜브 0.1 내지 30 중량부, 중합 개시제 0.1 내지 0.5 중량부, 및 유기용매 400 내지 600 중량부를 포함하는 조성물을 중합한 것일 수 있다.In addition, the carbon fiber precursor composition includes 0.1 to 30 parts by weight of carbon nanotubes, 0.1 to 0.5 parts by weight of a polymerization initiator, and 400 to 600 parts by weight of an organic solvent, based on 100 parts by weight of the acrylonitrile monomer. The composition may be polymerized.

이때, 상기 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유 전구체 조성물은 아크릴로니트릴 단량체 100 중량부에 대하여, 메틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산, 및 이타코닉산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 성분을 1 내지 15 중량부로 더욱 포함하는 조성물을 중합한 것일 수 있다.In this case, the polyacrylonitrile-based carbon fiber precursor composition is one selected from the group consisting of methyl acrylate, methyl methacrylate, acrylic acid, methacrylic acid, and itaconic acid based on 100 parts by weight of the acrylonitrile monomer. It may be a polymerized composition further comprising 1 to 15 parts by weight of the above components.

또한, 상기 탄소섬유 전구체 조성물은 폴리아크릴로니트릴 고분자 100 중량부에 대하여 상기 관능기가 결합된 탄소나노튜브 0.1 내지 30 중량부 및 유기용매 400 내지 600 중량부를 포함하는 것일 수 있다.In addition, the carbon fiber precursor composition may include 0.1 to 30 parts by weight of the carbon nanotubes and 400 to 600 parts by weight of the organic solvent in which the functional group is bonded to 100 parts by weight of the polyacrylonitrile polymer.

또한, 상기 전구체 섬유를 열 처리 및 산화 처리하는 단계는 상기 전구체 섬유를 200 내지 300 ℃에서 50 내지 120 분간 열 처리하고, 이를 1200 내지 1800 ℃에서 산화 처리하는 방법으로 수행할 수 있다.In addition, the step of heat treatment and oxidation treatment of the precursor fiber may be performed by heat treatment the precursor fiber at 200 to 300 ℃ for 50 to 120 minutes, it is oxidized at 1200 to 1800 ℃.

본 발명의 제조 방법에 따르면, 탄소나노튜브를 포함하지 않는 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유에 비하여, 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유의 기계적 물성을 강도(strength) 0.5 내지 2.0 GPa 및 탄성율(modulus) 50 내지 200 GPa 만큼을 증가시킬 수 있다.According to the production method of the present invention, the mechanical properties of the polyacrylonitrile-based carbon fibers compared to the polyacrylonitrile-based carbon fibers not containing carbon nanotubes, the strength (strength) 0.5 to 2.0 GPa and modulus 50 To 200 GPa.

한편, 본 발명은 상기 방법으로 제조되며 기계적 물성이 향상된 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유를 제공한다.On the other hand, the present invention provides a polyacrylonitrile-based carbon fiber prepared by the above method and improved mechanical properties.

본 발명에 따른 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유의 제조 방법은 상기와 같은 관능기가 결합된 탄소나노튜브를 사용함에 따라 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유 전구체 조성물에 대한 분산성 및 계면접착력이 향상되어 기계적 물성이 우수한 탄소섬유를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 관능기에 의해 탄소섬유 전구체의 고리화 반응이 촉진되어 탄소섬유 전구체의 원료로 공단량체가 없는 호모 폴리머를 사용할 수 있고, 안정화 단계에서 발열량이 감소되어 보다 고성능의 탄소섬유를 제조할 수 있는 장점이 있다.In the method for producing a polyacrylonitrile-based carbon fiber according to the present invention, the dispersibility and interfacial adhesion to the polyacrylonitrile-based carbon fiber precursor composition are improved by using the carbon nanotubes having the functional groups as described above. Not only can this excellent carbon fiber be produced, but the functional group promotes the cyclization reaction of the carbon fiber precursor, so that a homopolymer without comonomer can be used as a raw material of the carbon fiber precursor, and the calorific value is reduced during the stabilization step. There is an advantage to produce a higher performance carbon fiber.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 관능기가 결합되기 전과 후의 탄소나노튜브에 대한 라만 스펙트럼(Raman Spectroscopy)을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 관능기가 결합되기 전과 후의 탄소나노튜브에 대한 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 분석 결과를 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 관능기가 결합되기 전과 후의 탄소나노튜브에 대한 TGA(Thermogravimetry Analysis) 결과를 비교하여 나타낸 그래프이다.
1 is a graph showing Raman spectroscopy comparing carbon nanotubes before and after a functional group is bonded according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the results of X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) analysis on carbon nanotubes before and after the functional group is bonded according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a graph showing a comparison of the results of TGA (Thermogravimetry Analysis) for the carbon nanotubes before and after the functional group is bonded according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유의 제조 방법 및 이로부터 제조되는 탄소섬유에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a method for producing a polyacrylonitrile-based carbon fiber according to the present invention and a carbon fiber produced therefrom will be described.

본 발명자들은 탄소나노튜브를 포함하는 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유에 대한 연구를 거듭하는 과정에서, 탄소섬유의 제조시 하기 화학식 1에 따른 관능기가 결합된 탄소나노튜브를 첨가할 경우, 탄소섬유 전구체 조성물에 대한 탄소나노튜브의 분산성과 계면접착력이 향상되어 기계적 물성이 우수한 탄소섬유를 제조할 수 있고, 또한 상기 관능기에 의해 탄소섬유 전구체의 고리화 반응이 촉진되어 탄소섬유 전구체의 원료로 공단량체가 없는 호모폴리머를 사용할 수 있으며, 기계적 물성이 우수한 탄소섬유를 제조할 수 있음을 확인하여, 이를 토대로 본 발명을 완성하였다.
The present inventors in the course of repeating the study on the polyacrylonitrile-based carbon fiber containing carbon nanotubes, when the carbon fiber is added to the carbon nanotubes bonded to the functional group according to the formula (1), carbon fiber precursor The dispersibility and interfacial adhesion of the carbon nanotubes to the composition can be improved to produce carbon fibers having excellent mechanical properties. In addition, the functional group promotes the cyclization reaction of the carbon fiber precursors. Homopolymer can be used, and it was confirmed that carbon fibers having excellent mechanical properties could be prepared, and thus completed the present invention.

이와 같은 본 발명은, 일 구현예에 따라,Such the present invention, according to one embodiment,

하기 화학식 1의 관능기가 결합된 탄소나노튜브를 형성하는 단계;Forming a carbon nanotube to which a functional group of Formula 1 is bonded;

상기 탄소나노튜브를 포함하는 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유 전구체 조성물을 제조하는 단계;Preparing a polyacrylonitrile-based carbon fiber precursor composition comprising the carbon nanotubes;

상기 조성물을 방사하여 전구체 섬유를 제조하는 단계; 및Spinning the composition to produce precursor fibers; And

상기 전구체 섬유를 열 처리 및 산화 처리하는 단계Heat treating and oxidizing the precursor fibers

를 포함하는 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유의 제조 방법을 제공한다:It provides a method for producing a polyacrylonitrile-based carbon fiber comprising:

[화학식 1] [Formula 1]

Figure 112010051636444-pat00002
Figure 112010051636444-pat00002

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R1 내지 R5 중 1개 내지 3개는 카르복실산기(-COOH), 술폰산기(-SO3H), 또는 니트릴기(-CN)이고, 나머지는 수소기(-H)이며;One to three of R 1 to R 5 are a carboxylic acid group (-COOH), a sulfonic acid group (-SO 3 H), or a nitrile group (-CN), and the rest are hydrogen groups (-H);

R6는 화학결합, 에스테르 결합(-COO-), 또는 아미드 결합(-CONH-)이고;R 6 is a chemical bond, an ester bond (-COO-), or an amide bond (-CONH-);

단, R6가 에스테르 결합(-COO-) 또는 아미드 결합(-CONH-)일 때는 R1 내지 R5 중 1개 내지 3개는 카르복실산기(-COOH)이고, 나머지는 수소기(-H)이다.
However, when R 6 is an ester bond (-COO-) or an amide bond (-CONH-), one to three of R 1 to R 5 are carboxylic acid groups (-COOH), and the rest are hydrogen groups (-H )to be.

이하, 본 발명에 따른 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유의 제조 방법에 포함될 수 있는 각 단계에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, each step that can be included in the method for producing a polyacrylonitrile-based carbon fiber according to the present invention will be described in more detail.

먼저, 본 발명의 일 구현예에 따른 제조 방법은, 하기 화학식 1의 관능기가 결합된 탄소나노튜브를 형성하는 단계를 수행할 수 있다:First, the manufacturing method according to an embodiment of the present invention may be performed to form a carbon nanotube to which a functional group of formula 1 is bonded:

[화학식 1] [Formula 1]

Figure 112010051636444-pat00003
Figure 112010051636444-pat00003

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R1 내지 R5 중 1개 내지 3개는 카르복실산기(-COOH), 술폰산기(-SO3H), 또는 니트릴기(-CN)이고, 나머지는 수소기(-H)이며;One to three of R 1 to R 5 are a carboxylic acid group (-COOH), a sulfonic acid group (-SO 3 H), or a nitrile group (-CN), and the rest are hydrogen groups (-H);

R6는 화학결합, 에스테르 결합(-COO-), 또는 아미드 결합(-CONH-)이고;R 6 is a chemical bond, an ester bond (-COO-), or an amide bond (-CONH-);

단, R6가 에스테르 결합(-COO-) 또는 아미드 결합(-CONH-)일 때는 R1 내지 R5 중 1개 내지 3개는 카르복실산기(-COOH)이고, 나머지는 수소기(-H)이다. However, when R 6 is an ester bond (-COO-) or an amide bond (-CONH-), one to three of R 1 to R 5 are carboxylic acid groups (-COOH), and the rest are hydrogen groups (-H )to be.

상기 관능기가 결합된 탄소나노튜브의 형성 단계는 탄소나노튜브를 탄소섬유 전구체 조성물 내에 고르게 분산시킬 수 있도록 함과 동시에, 탄소섬유 전구체 조성물과 탄소나노튜브의 계면접착력을 더욱 향상시키기 위한 전처리 단계이다.The forming of the carbon nanotubes to which the functional groups are bonded is a pretreatment step to evenly disperse the carbon nanotubes in the carbon fiber precursor composition and to further improve the interfacial adhesion between the carbon fiber precursor composition and the carbon nanotubes.

또한, 상기 단계에서 탄소나노튜브에 결합되는 관능기는 탄소섬유 전구체의 고리화 반응을 촉진하는 역할도 할 수 있어, 탄소섬유 전구체 조성물의 원료로 이타코닉산(Itaconic Acid) 등의 공단량체가 없는 호모 폴리머를 사용할 수 있고, 안정화 단계에서 방출되는 열을 줄일 수 있어 모노 필라멘트의 사절을 최소화하는 등 보다 고성능의 탄소섬유를 제조할 수 있게 하는 역할을 한다.In addition, the functional group bonded to the carbon nanotubes in the step may also serve to promote the cyclization reaction of the carbon fiber precursor, homogeneous without comonomers such as itaconic acid as a raw material of the carbon fiber precursor composition The polymer can be used, and the heat released in the stabilization step can be reduced, thereby minimizing the trimming of the monofilament.

한편, 상기 단계는 ⅰ) 탄소나노튜브를 산(acid) 처리한 후 관능기를 결합시키는 방법, 또는 ⅱ) 상기 관능기를 탄소나노튜브에 직접 공유결합시키는 방법으로 수행할 수 있다.On the other hand, the step may be performed by i) a method of binding the functional group after the acid (carbon) carbon nanotube, or ii) a method of directly covalently bonding the functional group to the carbon nanotubes.

그 중 첫 번째로, 상기 ⅰ)의 방법은 탄소나노튜브를 먼저 산(acid)으로 처리하여 카르복실산기(-COOH)를 도입한 후, 카르복실산기의 위치에 관능기를 결합시키는 방법으로 수행할 수 있다(후술할 실시예 1 참조).First of all, the method of iii) is performed by first treating a carbon nanotube with an acid to introduce a carboxylic acid group (-COOH), and then bonding a functional group to a position of the carboxylic acid group. (See Example 1 to be described later).

즉, 상기 ⅰ)의 방법으로 수행할 경우에는, 상기 화학식 1에서 R6가 에스테르 결합(-COO-) 또는 아미드 결합(-CONH-)이고; R1 내지 R5 중 1개 내지 3개는 카르복실산기(-COOH)이며, 나머지는 수소기(-H)인 경우이다.That is, when carried out by the method of iii), in formula 1, R 6 is an ester bond (-COO-) or an amide bond (-CONH-); One to three of R 1 to R 5 are carboxylic acid groups (-COOH), and the rest are hydrogen groups (-H).

이때, 탄소나노튜브에 상기와 같은 관능기의 도입을 위하여 하기 화학식 2의 화합물을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 3-아미노 벤조산(3-amino benzoic acid), 4-아미노 벤조산(4-amino benzoic acid), 3-아미노 프탈산(3-amino phthalic acid), 4-아미노 프탈산(4-amino phthalic acid), 4-아미노 이소프탈산(4-amino isophthalic acid), 5-아미노 이소프탈산(5-amino isophthalic acid), 3-하이드록시 벤조산(3-hydroxy benzoic acid), 4-하이드록시 벤조산(4-hydroxy benzoic acid), 3-하이드록시 프탈산(3-hydroxy phthalic acid), 4-하이드록시 프탈산(4-hydroxy phthalic acid), 4-하이드록시 이소프탈산(4-hydroxy isophthalic acid), 또는 5-하이드록시 이소프탈산(5-hydroxy isophthalic acid)을 사용할 수 있다:At this time, the compound of the formula (2) may be used to introduce the functional group as described above in the carbon nanotubes, preferably 3-amino benzoic acid, 4-amino benzoic acid , 3-amino phthalic acid, 4-amino phthalic acid, 4-amino isophthalic acid, 5-amino isophthalic acid , 3-hydroxy benzoic acid, 4-hydroxy benzoic acid, 3-hydroxy phthalic acid, 4-hydroxy phthalic acid acid), 4-hydroxy isophthalic acid, or 5-hydroxy isophthalic acid can be used:

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112010051636444-pat00004
Figure 112010051636444-pat00004

상기 화학식 2에서 In Chemical Formula 2

R1 내지 R5 중 1개 내지 3개는 카르복실산기(-COOH)이며, 나머지는 수소기(-H)이고; Z는 아민기(-NH2) 또는 수산화기(-OH)이다.One to three of R 1 to R 5 are carboxylic acid groups (—COOH), and the rest are hydrogen groups (—H); Z is an amine group (-NH 2 ) or a hydroxyl group (-OH).

또한 두 번째로, 상기 관능기가 결합된 탄소나노튜브를 형성하는 단계는 ⅱ) 관능기를 탄소나노튜브에 직접 공유결합시키는 방법으로 수행할 수 있다(후술할 실시예 2 참조). 이 경우는 상기 화학식 1에서 R6가 화학결합이고; R1 내지 R5 중 1개 내지 3개는 카르복실산기(-COOH), 술폰산기(-SO3H), 또는 니트릴기(-CN)이고, 나머지는 수소기(-H)인 경우이다. Secondly, the forming of the carbon nanotubes to which the functional groups are bonded may be performed by ii) a method in which the functional group is directly covalently bonded to the carbon nanotubes (see Example 2 to be described later). In this case, in Chemical Formula 1, R 6 is a chemical bond; One to three of R 1 to R 5 are a carboxylic acid group (-COOH), a sulfonic acid group (-SO 3 H), or a nitrile group (-CN), and the rest are hydrogen groups (-H).

이때, 상기와 같은 관능기의 도입을 위하여 하기 화학식 3의 화합물을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 벤조산(benzoic acid), 프탈산(phthalic acid), 이소프탈산(isophthalic acid); 벤젠술폰산(benzenesulfonic acid), 벤젠-1,2-디술폰산(benzene-1,2-disulfonic acid), 벤젠-1,3-디술폰산(benzene-1,3-disulfonic acid); 벤조니트릴(benzonitrile), 벤젠-1,2-디카르보니트릴(benzene-1,2-dicarbonitrile), 벤젠-1,3-디카르보니트릴(benzene-1,3-dicarbonitrile), 또는 벤젠-1,2,3-트리카르보니트릴(benzene-1,2,3-tricarbonitrile)을 사용할 수 있다.At this time, the compound of the following formula (3) can be used for the introduction of the functional group, preferably benzoic acid (benzoic acid), phthalic acid (phthalic acid), isophthalic acid (isophthalic acid); Benzenesulfonic acid, benzene-1,2-disulfonic acid, benzene-1,3-disulfonic acid; Benzonitrile, benzene-1,2-dicarbonitrile, benzene-1,3-dicarbonitrile, or benzene-1,2 , 3-tricarbonitrile (benzene-1,2,3-tricarbonitrile) can be used.

[화학식 3](3)

Figure 112010051636444-pat00005
Figure 112010051636444-pat00005

상기 화학식 3에서, R1 내지 R5 중 1개 내지 3개는 카르복실산기(-COOH), 술폰산기(-SO3H), 또는 니트릴기(-CN)이고, 나머지는 수소기(-H)이다. In Chemical Formula 3, one to three of R 1 to R 5 are a carboxylic acid group (-COOH), a sulfonic acid group (-SO 3 H), or a nitrile group (-CN), and the rest are hydrogen groups (-H )to be.

특히, 상기와 같이 ⅱ) 관능기를 탄소나노튜브에 직접 공유결합시키는 방법에 따를 경우, 전술한 ⅰ)의 방법으로 수행할 경우에 비하여 탄소나노튜브에 대한 산 처리 단계를 거치지 않고 한 단계로 직접 관능기를 공유결합시키기 때문에 제조원가를 낮추고 제조공정을 단순화시킬 수 있는 장점이 있어 보다 바람직하고 할 수 있다.In particular, when the ii) functional group is directly covalently bonded to the carbon nanotubes as described above, the functional group is directly processed in one step without undergoing an acid treatment step for the carbon nanotubes as compared to the case of performing the above-described method iii). Since it is covalently bonded, there is an advantage that can lower the manufacturing cost and simplify the manufacturing process is more desirable and can be.

한편, 상기 단계에서 탄소나노튜브는 단일벽 나노튜브(SWNT), 다중벽 나노튜브(MWNT), 또는 이들의 혼합물일 수 있다.Meanwhile, the carbon nanotubes in the step may be single-walled nanotubes (SWNT), multi-walled nanotubes (MWNT), or a mixture thereof.

이때, 상기 탄소나노튜브는 평균 직경이 1 내지 100 nm, 바람직하게는 5 내지 20 nm인 것일 수 있다. 즉, 탄소나노튜브의 뭉침 현상 개선 효과가 발현될 수 있도록 하기 위하여 그 평균 직경은 2 nm 이상인 것이 바람직하며, 직경이 필요 이상으로 커 탄소나노튜브 자체의 기계적/전기적 물성의 저하되는 것을 방지하기 위하여 평균 직경은 100 nm 이하인 것이 바람직하다.In this case, the carbon nanotubes may have an average diameter of 1 to 100 nm, preferably 5 to 20 nm. That is, the average diameter is preferably 2 nm or more in order to express the agglomeration improvement effect of carbon nanotubes, and the diameter is larger than necessary to prevent the mechanical / electrical properties of the carbon nanotubes from deteriorating. It is preferable that an average diameter is 100 nm or less.

또한, 상기 탄소나노튜브는 평균 길이가 0.1 내지 50 ㎛인 것이 바람직하다. 즉, 탄소섬유의 기계적 물성 향상 효과가 발현될 수 있도록 하기 위하여 탄소나노튜브의 평균 길이는 0.1 ㎛ 이상인 것이 바람직하며, 길이가 필요 이상으로 길어 탄소나노튜브의 엉킴 현상에 의해 분산성이 저하되는 것을 방지하기 위하여 평균 길이는 50 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.In addition, the carbon nanotubes preferably have an average length of 0.1 to 50 ㎛. That is, the average length of the carbon nanotubes is preferably 0.1 ㎛ or more in order to express the mechanical properties improvement effect of the carbon fiber, the length is longer than necessary, so that dispersibility is reduced by entanglement of carbon nanotubes. In order to prevent that, the average length is preferably 50 µm or less.

또한, 상기 관능기가 결합된 탄소나노튜브를 형성하는 단계는 결합된 상기 관능기의 함량이 탄소나노튜브 100 중량부에 대하여 1 내지 40 중량부, 바람직하게는 5 내지 30 중량부, 보다 바람직하게는 5 내지 20 중량부가 되도록 수행할 수 있다. 즉, 상기 관능기의 함량은 탄소나노튜브의 벽수에 따라 다양하게 조절될 수 있는데, 탄소나노튜브에 요구되는 분산성 및 계면접착력 향상 효과를 고려하여, 탄소나노튜브에는 상기 함량 범위의 관능기가 결합되도록 하는 것이 바람직하다.
In addition, the step of forming the carbon nanotubes to which the functional group is bonded is 1 to 40 parts by weight, preferably 5 to 30 parts by weight, more preferably 5 to 100 parts by weight of the carbon nanotubes bonded to the functional group To 20 parts by weight. That is, the content of the functional group may be variously adjusted according to the number of walls of the carbon nanotubes, in consideration of the dispersibility and the interface adhesion improving effect required for the carbon nanotubes, so that the functional group of the content range is bonded to the carbon nanotubes. It is desirable to.

한편, 본 발명의 제조 방법은 상기 탄소나노튜브의 형성 단계 이후에, 상기 탄소나노튜브를 포함하는 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유 전구체 조성물을 제조하는 단계를 수행할 수 있다.On the other hand, the manufacturing method of the present invention may be performed after the step of forming the carbon nanotubes, preparing a polyacrylonitrile-based carbon fiber precursor composition comprising the carbon nanotubes.

본 발명에 있어서, 상기 단계는 a) 상기 관능기가 결합된 탄소나노튜브, 아크릴로니트릴계 단량체, 중합 개시제, 및 유기용매를 포함하는 조성물을 중합하는 방법으로 수행하거나, 또는 b) 상기 관능기가 결합된 탄소나노튜브를 폴리아크릴로니트릴계 고분자 및 유기용매와 혼합하는 방법으로 수행할 수 있다.In the present invention, the step is carried out by a) a method of polymerizing a composition comprising a carbon nanotube, an acrylonitrile-based monomer, a polymerization initiator, and an organic solvent to which the functional group is bonded, or b) the functional group is bonded. The prepared carbon nanotubes may be mixed with a polyacrylonitrile-based polymer and an organic solvent.

그 중, 첫 번째 방법(상기 a 방법)은 탄소나노튜브와 단량체를 혼합하여 함께 중합하는 방식이기 때문에, 중합된 고분자와 탄소나노튜브를 혼합하는 방법(상기 b 방법)에 비하여 전구체 조성물 내에 포함되는 탄소나노튜브의 함량을 높일 수 있으며, 제조된 전구체 조성물을 다음 단계인 방사 공정에 바로 사용할 수 있어 공정을 단순화할 수 있으므로 보다 바람직하다.Among them, since the first method (the method a) is a method of mixing the carbon nanotubes and the monomer and polymerizing them together, the first method (the method a) is included in the precursor composition as compared to the method of mixing the polymerized polymer and the carbon nanotubes (the method b). The content of the carbon nanotubes can be increased, and the prepared precursor composition can be used directly in the spinning process, which is the next step, so that the process can be simplified.

이때, 상기 a) 방법은, 아크릴로니트릴계 단량체 100 중량부에 대하여, 상기 관능기가 결합된 탄소나노튜브 0.1 내지 30 중량부, 중합 개시제 0.01 내지 0.5 중량부, 및 유기용매 400 내지 600 중량부를 포함하는 조성물을 중합하는 방법으로 수행할 수 있다. 또한 보조적인 성분으로, 상기 아크릴로니트릴계 단량체 100 중량부에 대하여, 메틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산, 및 이타코닉산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 성분을 1 내지 15 중량부로 더욱 포함하는 조성물을 중합하는 방법으로 수행할 수 있다.In this case, the method a) includes 0.1 to 30 parts by weight of carbon nanotubes to which the functional group is bonded, 0.01 to 0.5 parts by weight of a polymerization initiator, and 400 to 600 parts by weight of an organic solvent, based on 100 parts by weight of the acrylonitrile monomer. It can be carried out by a method of polymerizing the composition. In addition, as an auxiliary component, 1 to 1 or more components selected from the group consisting of methyl acrylate, methyl methacrylate, acrylic acid, methacrylic acid, and itaconic acid based on 100 parts by weight of the acrylonitrile monomer 15 parts by weight can be carried out by a method of polymerizing the composition further comprising.

또한, 상기 b) 방법은, 폴리아크릴로니트릴계 고분자 100 중량부에 대하여, 상기 관능기가 결합된 탄소나노튜브 0.1 내지 30 중량부 및 유기용매 400 내지 600 중량부를 혼합하는 방법으로 수행할 수 있다.In addition, the method b) may be performed by mixing 0.1 to 30 parts by weight of carbon nanotubes and 400 to 600 parts by weight of an organic solvent to which the functional group is bonded, based on 100 parts by weight of the polyacrylonitrile-based polymer.

여기서, 상기 유기용매로는 디메틸설폭사이드, 디메틸아세트아마이드, 디메틸포름아마이드 등을 사용할 수 있다.
Here, as the organic solvent, dimethyl sulfoxide, dimethylacetamide, dimethylformamide, or the like may be used.

한편, 본 발명의 제조 방법은 상기 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유 전구체 조성물의 제조 단계 이후에, 상기 조성물을 방사하여 전구체 섬유를 제조하는 단계를 수행할 수 있다.On the other hand, the production method of the present invention may be performed after the step of producing the polyacrylonitrile-based carbon fiber precursor composition, to prepare a precursor fiber by spinning the composition.

상기 단계에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 방사 장치를 이용하여, 통상적인 방사 조건 하에서 수행할 수 있으므로, 방사 장치 및 방사 조건은 특별히 한정되지 않는다.In the above step, the spinning apparatus and the spinning conditions are not particularly limited, since the spinning apparatus can be carried out under ordinary spinning conditions using a spinning apparatus conventional in the art.

다만 바람직하게는, 전술한 단계에서 제조한 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유 전구체 조성물을 방사노즐을 통해 압출 방사하고, 이를 10 내지 50 ℃의 응고용매가 충진된 응고욕조에 통과시키면서 세척 및 탈용매하는 동시에 4 배 내지 5 배로 연신하고 이를 권취함으로써 전구체 섬유를 제조할 수 있다.
However, preferably, the polyacrylonitrile-based carbon fiber precursor composition prepared in the above step is extruded and spun through a spinning nozzle, and washed and desolvented while passing it through a coagulation bath filled with a coagulation solvent at 10 to 50 ° C. Precursor fibers can be prepared by stretching four to five times at the same time and winding them up.

한편, 본 발명의 제조 방법은 상기 전구체 섬유의 제조 단계 이후에, 상기 전구체 섬유를 열 처리 및 산화 처리하는 단계를 수행할 수 있다.On the other hand, the production method of the present invention, after the step of producing the precursor fiber, may perform the step of heat treatment and oxidation treatment of the precursor fiber.

상기 단계는 전구체 섬유를 열 처리하여 하기 반응식 1과 같은 고리화 반응을 유도하고, 이를 산화 처리함으로써 최종적으로 탄소섬유를 제조하는 단계이다.The step is a step of thermally treating the precursor fiber to induce a cyclization reaction as shown in Scheme 1, and finally to prepare a carbon fiber by oxidation treatment.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure 112010051636444-pat00006
Figure 112010051636444-pat00006

이때, 상기 전구체 섬유에 대한 열 처리는 200 내지 300 ℃에서 30 내지 120 분간 수행할 수 있고, 상기 산화 처리는 1000 내지 1800 ℃에서 수행할 수 있다.In this case, the heat treatment for the precursor fiber may be performed for 30 to 120 minutes at 200 to 300 ℃, the oxidation treatment may be carried out at 1000 to 1800 ℃.

통상적으로, 폴리아크릴로니트릴 호모 폴리머의 경우 상기 반응식 1과 같은 고리화 반응시 높은 온도가 요구되는데, 온도를 높일 경우 부반응이 증가하고 섬유의 기계적 물성이 저하될 수 있다. 그에 따라, 고리화 반응시 촉매 역할을 할 수 있는 이타코닉산(Itaconic Acid)과 같은 공단량체(comonomer)를 아크릴로니트릴 단량체와 함께 중합함으로써 고리화 반응의 개시 온도를 낮추는 방법이 주로 이용되고 있다.Typically, in the case of polyacrylonitrile homo polymers, a high temperature is required in the cyclization reaction as in Scheme 1, but increasing the temperature may increase side reactions and decrease the mechanical properties of the fiber. Accordingly, a method of lowering the initiation temperature of the cyclization reaction by polymerizing a comonomer such as itaconic acid, which can act as a catalyst in the cyclization reaction, with an acrylonitrile monomer is mainly used. .

이러한 관점에서, 본 발명은 상기 공단량체와 같은 역할을 수행할 수 있는 다양한 관능기를 탄소나노튜브의 표면에 도입함으로써, 공단량체가 없는 호모 폴리머를 사용할 수 있고, 안정화 단계에서 발열량을 감소시킬 수 있어 보다 고성능의 탄소섬유를 제조할 수 있는 장점이 있다.In view of the above, the present invention introduces a variety of functional groups capable of performing the same role as the comonomer to the surface of the carbon nanotubes, thereby allowing the use of a homopolymer without a comonomer and reducing the calorific value in the stabilization step. There is an advantage to produce a higher performance carbon fiber.

이와 같이, 본 발명에 따른 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유의 제조 방법은 전술한 단계를 포함할 수 있다. 다만, 전술한 단계들 이외에도, 상기 각 단계의 이전 또는 이후에 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 수행될 수 있는 단계를 더욱 포함할 수 있으므로, 상기 단계들만으로 본 발명의 제조 방법이 제한되는 것은 아니다.
As such, the method for producing a polyacrylonitrile-based carbon fiber according to the present invention may include the above-described steps. However, in addition to the above-described steps, it may further include a step that can be conventionally performed in the art before or after each step, the above step is not limited to the manufacturing method of the present invention. .

한편 본 발명은, 다른 구현예에 따라, 전술한 방법에 의해 제조되는 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유를 제공한다.Meanwhile, the present invention provides a polyacrylonitrile-based carbon fiber produced by the above-described method according to another embodiment.

본 발명에 따른 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유는 전술한 방법에 의해 제조됨에 따라 기계적 물성이 우수한 장점이 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유의 제조 방법에 따를 경우, 탄소나노튜브를 포함하지 않는 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유에 비하여 강도(strength) 0.5 GPa 이상(바람직하게는 0.5 내지 2.0 GPa, 보다 바람직하게는 0.9 내지 1.4 GPa), 및 탄성율(modulus) 50 GPa 이상(바람직하게는 50 내지 200 GPa, 보다 바람직하게는 50 내지 150 GPa) 만큼 향상되어 기계적 물성이 우수한 장점이 있다. 다만, 상기 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유의 기계적 물성은 사용되는 탄소나노튜브의 종류 및 함량, 아크릴로니트릴계 수지의 종류, 함량 및 분자량 등에 따라 달라질 수 있기 때문에, 상기 수치 범위로 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 제조 방법을 이용하여 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유의 물성을 다양한 범위에서 조절할 수 있을 것이다.Polyacrylonitrile-based carbon fiber according to the present invention has the advantage of excellent mechanical properties as manufactured by the above-described method. Specifically, according to the method for producing a polyacrylonitrile-based carbon fiber according to the present invention, the strength (strength) 0.5 GPa or more (preferably 0.5 to 0.5) compared to the polyacrylonitrile-based carbon fiber containing no carbon nanotubes 2.0 GPa, more preferably 0.9 to 1.4 GPa, and modulus of 50 GPa or more (preferably 50 to 200 GPa, more preferably 50 to 150 GPa), thereby improving mechanical properties. However, since the mechanical properties of the polyacrylonitrile-based carbon fiber may vary depending on the type and content of the carbon nanotubes used, the type, content and molecular weight of the acrylonitrile-based resin, the present invention is limited to the above numerical range. The person skilled in the art to which the present invention pertains will be able to control the physical properties of the polyacrylonitrile-based carbon fiber using various methods.

이와 같은 본 발명의 탄소섬유는 자동차 경량화를 위한 복합재료 분야, 풍력 발전기용 소재 분야, 전기 전도성 소재 분야, 우주항공 분야 등 다양한 분야에서 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
Such carbon fiber of the present invention is expected to be useful in various fields, such as composite material field, wind power generator material field, electrically conductive material field, aerospace field for automobile lightweight.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예들을 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 이들만으로 한정하는 것은 아니다.Best Mode for Carrying Out the Invention Hereinafter, preferred embodiments are described to facilitate understanding of the present invention. However, the following examples are intended to illustrate the present invention without limiting it thereto.

[[ 실시예Example  And 비교예Comparative example ]]

실시예Example 1 One

(관능기가 결합된 탄소나노튜브의 형성 단계)(Formation step of the functional carbon nanotubes bonded)

탄소나노튜브(평균 직경 10 nm, 평균 길이 1 ㎛, 제조사: Nanocyl) 0.1 g을 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 질소 분위기를 만들어 준 후, 정제된 디메틸포름아마이드(DMF) 1 ㎖를 첨가하고 초음파 처리기에서 10 분 동안 초음파 처리하였다. 0.1 g of carbon nanotubes (average diameter 10 nm, average length 1 μm, manufactured by Nanocyl) were placed in a round-bottomed flask, a nitrogen atmosphere was added, and 1 ml of purified dimethylformamide (DMF) was added and Sonication for 10 minutes.

이어서, 상기 플라스크에 염화티오닐(thionyl chloride) 20 ㎖를 천천히 적가한 후 60 ?에서 14 시간 동안 반응시켰고, 남아 있는 염화티오닐을 제거하기 위해서 동결 건조기에서 14 시간 동안 건조시켰다. 그 후, DMF 3 ㎖ 및 5-아미노 이소프탈산(5-amino isophthalic acid) 0.5 g을 넣고 57 ?에서 14 시간 동안 반응 시킨 후 걸러주었다. 그 후 남아있는 5-아미노 이소프탈산을 제거하기 위하여 메탄올로 세척하였고, 남아있는 고체를 모아 건조시켜 관능기가 결합된 탄소나노튜브를 형성시켰다(0.084 g, yield = 84%).Subsequently, 20 ml of thionyl chloride was slowly added dropwise to the flask, followed by reaction at 60 ° C. for 14 hours, and dried in a freeze dryer for 14 hours to remove the remaining thionyl chloride. Thereafter, 3 ml of DMF and 0.5 g of 5-amino isophthalic acid were added thereto, and the mixture was filtered after reacting at 57 ° C. for 14 hours. Thereafter, the resultant was washed with methanol to remove the remaining 5-amino isophthalic acid, and the remaining solids were collected and dried to form carbon nanotubes having functional groups (0.084 g, yield = 84%).

(전구체 조성물의 제조 단계)(Step of Producing Precursor Composition)

폴리아크릴로니트릴 고분자(제조사: Jilin Carbon Co., Ltd.) 100 중량부에 대하여, 상기 관능기가 결합된 탄소나노튜브 1 중량부, 및 디메틸설폭사이드(DMSO) 550 중량부를 혼합하여 탄소섬유 전구체 조성물을 제조하였다.To 100 parts by weight of polyacrylonitrile polymer (manufacturer: Jilin Carbon Co., Ltd.), by mixing 1 part by weight of carbon nanotubes with the functional group, and 550 parts by weight of dimethyl sulfoxide (DMSO) by mixing the carbon fiber precursor composition Was prepared.

(전구체 섬유의 제조 단계)(Step of Producing Precursor Fiber)

방사 장비를 이용하여 상기 탄소섬유 전구체 조성물을 방사하였고, 이를 15 ℃의 응고 용매(DMSO:물=50:50)가 충진된 응고 욕조에 통과시키면서 세척 및 탈용매하는 동시에 5 배로 연신하고 권취하여 탄소섬유 전구체 섬유를 제조하였다.The carbon fiber precursor composition was spun using a spinning equipment, which was stretched and wound five times while washing and desolventing while passing through a coagulation bath filled with a coagulation solvent (DMSO: water = 50: 50) at 15 ° C. Fiber precursor fibers were prepared.

(전구체 섬유에 대한 열 처리 및 산화 처리 단계)(Heat treatment and oxidation treatment step for precursor fiber)

상기 탄소섬유 전구체 섬유를 내염화로에서 200 내지 300 ℃로 60 분간 열 처리하고, 1500 ℃에서 산화 처리하여 탄소섬유를 제조하였다.The carbon fiber precursor fiber was heat treated at 200 to 300 ° C. for 60 minutes in a flame resistant furnace, and oxidized at 1500 ° C. to produce carbon fiber.

실시예Example 2 2

(관능기가 결합된 탄소나노튜브의 형성 단계)(Formation step of the functional carbon nanotubes bonded)

탄소나노튜브(평균 직경 10 nm, 평균 길이 1 ㎛, 제조사: Nanocyl) 0.5 중량부를 황산에 혼합한 후, 30 분간 초음파 처리하였다. 이어서, 상기 용액에 5-아미노 이소프탈산(5-amino isophthalic acid) 3 중량부를 투입하고, 소듐나이트라이트(sodium nitrite) 1.17 중량부를 첨가한 후 60 ?에서 1 시간 동안 교반 후 냉각시켰다. 그 후, 상기 용액을 디메틸포름아마이드(DMF)로 희석시켜 거른 다음, 여과액이 투명해질 때까지 에탄올로 세척한 후 건조시켰다.0.5 parts by weight of carbon nanotubes (average diameter 10 nm, average length 1 μm, manufacturer: Nanocyl) were mixed with sulfuric acid, and then sonicated for 30 minutes. Subsequently, 3 parts by weight of 5-amino isophthalic acid was added to the solution, 1.17 parts by weight of sodium nitrite was added, followed by cooling at 60 ° C. for 1 hour. The solution was then diluted with dimethylformamide (DMF), filtered, washed with ethanol until the filtrate became clear and dried.

(전구체 조성물의 제조 단계)(Step of Producing Precursor Composition)

폴리아크릴로니트릴 고분자(제조사: Jilin Carbon Co., Ltd.) 100 중량부에 대하여, 상기 관능기가 결합된 탄소나노튜브 0.5 중량부, 및 디메틸설폭사이드(DMSO) 550 중량부를 혼합하여 탄소섬유 전구체 조성물을 제조하였다.To 100 parts by weight of polyacrylonitrile polymer (manufacturer: Jilin Carbon Co., Ltd.), 0.5 parts by weight of carbon nanotubes to which the functional groups are bonded, and 550 parts by weight of dimethyl sulfoxide (DMSO) were mixed to form a carbon fiber precursor composition. Was prepared.

(전구체 섬유의 제조 단계)(Step of Producing Precursor Fiber)

실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 전구체 섬유를 제조하였다.A precursor fiber was prepared in the same manner as in Example 1.

(전구체 섬유에 대한 열 처리 및 산화 처리 단계)(Heat treatment and oxidation treatment step for precursor fiber)

실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 탄소섬유를 제조하였다.Carbon fiber was prepared in the same manner as in Example 1.

실시예Example 3 3

실시예 2의 전구체 조성물의 제조 단계에서, 관능기가 결합된 탄소나노튜브를 폴리아크릴로니트릴 고분자 100 중량부에 대하여 1 중량부로 혼합한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일한 방법으로 탄소섬유를 제조하였다.In the preparation step of the precursor composition of Example 2, carbon fibers were manufactured in the same manner as in Example 2, except that the carbon nanotubes to which the functional groups were bonded were mixed at 1 part by weight based on 100 parts by weight of the polyacrylonitrile polymer. .

실시예Example 4 4

실시예 2의 전구체 조성물의 제조 단계에서, 관능기가 결합된 탄소나노튜브를 폴리아크릴로니트릴 고분자 100 중량부에 대하여 5 중량부로 혼합한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일한 방법으로 탄소섬유를 제조하였다.In the preparation step of the precursor composition of Example 2, carbon fibers were manufactured in the same manner as in Example 2, except that the carbon nanotubes to which the functional groups were bonded were mixed at 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the polyacrylonitrile polymer. .

실시예Example 5 5

(관능기가 결합된 탄소나노튜브의 형성 단계)(Formation step of the functional carbon nanotubes bonded)

실시예 2와 동일한 방법으로 수행하였다.It carried out in the same manner as in Example 2.

(전구체 조성물의 제조 단계)(Step of Producing Precursor Composition)

아크릴로니트릴 단량체 100 중량부에 대하여, 상기 관능기가 결합된 탄소나노튜브 10 중량부, 중합 개시제인 아조비스이소부티로나이트릴(AIBN) 0.3 중량부, 및 유기용매인 디메틸설폭사이드(DMSO) 500 중량부를 혼합하였고, 이를 질소 분위기 하에서 200 rpm으로 10 시간 동안 교반하면서 60 ℃에서 중합하여 전구체 조성물을 제조하였다.10 parts by weight of carbon nanotubes to which the functional group is bonded, 0.3 parts by weight of azobisisobutyronitrile (AIBN) as a polymerization initiator, and dimethyl sulfoxide (DMSO) 500 as an organic solvent, based on 100 parts by weight of acrylonitrile monomer. The parts by weight were mixed and polymerized at 60 ° C. with stirring at 200 rpm for 10 hours under a nitrogen atmosphere to prepare a precursor composition.

(전구체 섬유의 제조 단계)(Step of Producing Precursor Fiber)

실시예 2와 동일한 방법으로 수행하여 전구체 섬유를 제조하였다.A precursor fiber was prepared in the same manner as in Example 2.

(전구체 섬유에 대한 열 처리 및 산화 처리 단계)(Heat treatment and oxidation treatment step for precursor fiber)

실시예 2와 동일한 방법으로 수행하여 탄소섬유를 제조하였다.Carbon fibers were prepared in the same manner as in Example 2.

비교예Comparative example 1 One

실시예 2의 전구체 조성물의 제조 단계에서, 탄소나노튜브를 첨가하지 않고 폴리아크릴로니트릴 고분자를 포함하는 전구체 조성물을 제조한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일한 방법으로 탄소섬유를 제조하였다.In the manufacturing step of the precursor composition of Example 2, carbon fibers were prepared in the same manner as in Example 2, except that a precursor composition including a polyacrylonitrile polymer was prepared without adding carbon nanotubes.

비교예Comparative example 2 2

실시예 2의 관능기가 결합된 탄소나노튜브의 형성 단계를 수행하지 않고, 전구체 조성물의 제조 단계에서, 관능기가 결합되지 않은 상태의 원료 탄소나노튜브를 폴리아크릴로니트릴 고분자 100 중량부에 대하여 0.5 중량부로 혼합한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일한 방법으로 탄소섬유를 제조하였다.
0.5 weight of the raw material carbon nanotubes of the functional group is not bonded to 100 parts by weight of the polyacrylonitrile polymer in the step of preparing the precursor composition without performing the step of forming the carbon nanotubes bonded to the functional group of Example 2 A carbon fiber was prepared in the same manner as in Example 2, except that the mixture was mixed in portions.

[[ 시험예Test Example ]]

관능기가A functional group 결합된Combined 탄소나노튜브의 물성 측정 Measurement of Properties of Carbon Nanotubes

실시예 1에 따른 관능기가 결합되기 전과 후의 탄소나노튜브에 대하여 라만 스펙트럼(Raman Spectroscopy, Horiba Ltd), XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy, 모델명: AXIS-NOVA, 제조사: Kratos Inc), 및 TGA(Thermogravimetry Analysis, 모델명: Q50, 제조사: TA instrument)를 수행하였으며, 그 결과를 도 1 내지 도 3에 나타내었다.For carbon nanotubes before and after the functional group according to Example 1, Raman Spectroscopy (Horiba Ltd), XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy, Model Name: AXIS-NOVA, Kratos Inc), and TGA (Thermogravimetry) Analysis, model name: Q50, manufacturer: TA instrument) was performed, the results are shown in Figs.

그 결과, 실시예 1에 따른 탄소나노튜브는 상기 관능기를 결합시킴에 따라, 도 1에 나타낸 바와 같이 원료 탄소나노튜브에 비하여 D 밴드가 더 크게 나타 났고; 도 2에 나타낸 바와 같이 산소피크가 나타났으며; 또한 도 3에 나타낸 바와 같이 무게 감량이 10% 정도 나타난 것으로 확인되었다.
As a result, as the carbon nanotubes according to Example 1 bind the functional groups, as shown in FIG. 1, the D band was larger than that of the raw carbon nanotubes; Oxygen peaks appeared as shown in FIG. 2; In addition, as shown in Figure 3 it was confirmed that the weight loss appeared about 10%.

탄소섬유의Carbon fiber 기계적 물성 측정 Mechanical property measurement

실시예 1~5 및 비교예 1~2를 통해 각각 제조한 탄소섬유에 대하여 강도(strength) 및 탄성률(modulus)을 측정하였다. 이때, 상기 물성은 Instron Universal Tester 5567 장비를 이용하여 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.Strength and modulus were measured for the carbon fibers prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2, respectively. In this case, the physical properties were measured using an Instron Universal Tester 5567 equipment, the results are shown in Table 1 below.

구 분division 강도 (GPa)Strength (GPa) 탄성률 (GPa)Modulus of elasticity (GPa) 실시예 1Example 1 3.53.5 280280 실시예 2Example 2 3.23.2 250250 실시예 3Example 3 3.73.7 300300 실시예 4Example 4 3.53.5 320320 실시예 5Example 5 3.33.3 340340 비교예 1Comparative Example 1 2.32.3 190190 비교예 2Comparative Example 2 2.02.0 210210

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 5에 따른 탄소섬유는 본 발명에 따른 관능기가 결합된 탄소나노튜브를 사용하여 제조함에 따라, 탄소나노튜브가 포함되지 않은 비교예 1 및 관능기가 결합되지 않은 탄소나노튜브를 사용한 비교예 2에 비하여, 강도 및 탄성률이 높게 나타나 기계적 물성이 우수함을 알 수 있다.As shown in Table 1, the carbon fiber according to Examples 1 to 5 is manufactured using the carbon nanotubes bonded to the functional group according to the present invention, Comparative Example 1 and the functional group is not included in the carbon nanotubes Compared with Comparative Example 2 using the non-carbon nanotubes, it can be seen that the strength and elastic modulus are high, and thus the mechanical properties are excellent.

Claims (10)

하기 화학식 1의 관능기가 결합된 탄소나노튜브를 형성하는 단계;
상기 탄소나노튜브를 포함하는 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유 전구체 조성물을 제조하는 단계;
상기 조성물을 방사하여 전구체 섬유를 제조하는 단계; 및
상기 전구체 섬유를 열 처리 및 산화 처리하는 단계
를 포함하는 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유의 제조 방법:
[화학식 1]
Figure 112010051636444-pat00007

상기 화학식 1에서,
R1 내지 R5 중 1개 내지 3개는 카르복실산기(-COOH), 술폰산기(-SO3H), 또는 니트릴기(-CN)이고, 나머지는 수소기(-H)이며;
R6는 화학결합, 에스테르 결합(-COO-), 또는 아미드 결합(-CONH-)이고;
단, R6가 에스테르 결합(-COO-) 또는 아미드 결합(-CONH-)일 때는 R1 내지 R5 중 1개 내지 3개는 카르복실산기(-COOH)이고, 나머지는 수소기(-H)이다.
Forming a carbon nanotube to which a functional group of Formula 1 is bonded;
Preparing a polyacrylonitrile-based carbon fiber precursor composition comprising the carbon nanotubes;
Spinning the composition to produce precursor fibers; And
Heat treating and oxidizing the precursor fibers
Method for producing a polyacrylonitrile-based carbon fiber comprising:
[Formula 1]
Figure 112010051636444-pat00007

In Chemical Formula 1,
One to three of R 1 to R 5 are a carboxylic acid group (-COOH), a sulfonic acid group (-SO 3 H), or a nitrile group (-CN), and the rest are hydrogen groups (-H);
R 6 is a chemical bond, an ester bond (-COO-), or an amide bond (-CONH-);
However, when R 6 is an ester bond (-COO-) or an amide bond (-CONH-), one to three of R 1 to R 5 are carboxylic acid groups (-COOH), and the rest are hydrogen groups (-H )to be.
제 1 항에 있어서,
상기 관능기가 결합된 탄소나노튜브는 상기 관능기의 함량이 탄소나노튜브 100 중량부에 대하여 1 내지 40 중량부인 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유의 제조 방법.
The method of claim 1,
The carbon nanotubes to which the functional groups are bonded have a content of the functional group of 1 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of carbon nanotubes.
제 1 항에 있어서,
상기 탄소나노튜브는 단일벽 나노튜브(SWNT), 다중벽 나노튜브(MWNT), 또는 이들의 혼합물인 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유의 제조 방법.
The method of claim 1,
The carbon nanotubes are single-walled nanotubes (SWNT), multi-walled nanotubes (MWNT), or a mixture thereof.
제 1 항에 있어서,
상기 탄소나노튜브는 평균 직경 1 내지 100 nm 및 평균 길이 0.1 내지 50 ㎛인 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유의 제조 방법.
The method of claim 1,
The carbon nanotube is a method of producing a polyacrylonitrile-based carbon fiber having an average diameter of 1 to 100 nm and an average length of 0.1 to 50 ㎛.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유 전구체 조성물은 아크릴로니트릴 단량체 100 중량부에 대하여, 상기 관능기가 결합된 탄소나노튜브 0.1 내지 30 중량부, 중합 개시제 0.01 내지 0.5 중량부, 및 유기용매 400 내지 600 중량부를 포함하는 조성물을 중합한 것인 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유의 제조 방법.
The method of claim 1,
The polyacrylonitrile-based carbon fiber precursor composition is 0.1 to 30 parts by weight of carbon nanotubes, 0.01 to 0.5 parts by weight of a polymerization initiator, and 400 to 600 parts by weight of an organic solvent, based on 100 parts by weight of an acrylonitrile monomer. The manufacturing method of the polyacrylonitrile-type carbon fiber which superposed | polymerized the composition containing a part.
제 5 항에 있어서,
상기 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유 전구체 조성물은 아크릴로니트릴 단량체 100 중량부에 대하여, 메틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산, 및 이타코닉산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 성분을 1 내지 15 중량부로 더 포함하는 조성물을 중합한 것인 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유의 제조 방법.
The method of claim 5, wherein
The polyacrylonitrile-based carbon fiber precursor composition is one or more components selected from the group consisting of methyl acrylate, methyl methacrylate, acrylic acid, methacrylic acid, and itaconic acid based on 100 parts by weight of the acrylonitrile monomer Method of producing a polyacrylonitrile-based carbon fiber which is polymerized a composition further comprising 1 to 15 parts by weight.
제 1 항에 있어서,
상기 탄소섬유 전구체 조성물은 폴리아크릴로니트릴 고분자 100 중량부에 대하여 상기 관능기가 결합된 탄소나노튜브 0.1 내지 30 중량부 및 유기용매 400 내지 600 중량부를 포함하는 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유의 제조 방법.
The method of claim 1,
The carbon fiber precursor composition is a method for producing a polyacrylonitrile-based carbon fiber comprising 0.1 to 30 parts by weight of carbon nanotubes and 400 to 600 parts by weight of an organic solvent in which the functional group is bonded to 100 parts by weight of polyacrylonitrile polymer.
제 1 항에 있어서,
상기 전구체 섬유를 열 처리 및 산화 처리하는 단계는 상기 전구체 섬유를 200 내지 300 ℃에서 30 내지 120 분간 열 처리하고, 이를 1000 내지 1800 ℃에서 산화 처리하는 방법으로 수행되는 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유의 제조 방법.
The method of claim 1,
The step of heat treating and oxidizing the precursor fiber is a polyacrylonitrile-based carbon fiber which is performed by heat treating the precursor fiber at 200 to 300 ℃ for 30 to 120 minutes and oxidizing it at 1000 to 1800 ℃. Manufacturing method.
제 1 항에 있어서,
탄소나노튜브를 포함하지 않는 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유 대비 강도(strength) 0.5 내지 2.0 GPa 및 탄성율(modulus) 50 내지 200 GPa 만큼 증가된 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유의 제조 방법.
The method of claim 1,
Method for producing a polyacrylonitrile-based carbon fiber increased by 0.5 to 2.0 GPa and modulus of 50 to 200 GPa compared to polyacrylonitrile-based carbon fiber containing no carbon nanotubes.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조되는 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유.

A polyacrylonitrile-based carbon fiber produced by the method according to any one of claims 1 to 9.

KR1020100077310A 2010-08-11 2010-08-11 Manufacturing method for polyacrylonitrile-based carbon fiber comprising carbon nanotube improved dispersibility and interfacial adhesion, and the carbon fiber therefrom KR101158826B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100077310A KR101158826B1 (en) 2010-08-11 2010-08-11 Manufacturing method for polyacrylonitrile-based carbon fiber comprising carbon nanotube improved dispersibility and interfacial adhesion, and the carbon fiber therefrom

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100077310A KR101158826B1 (en) 2010-08-11 2010-08-11 Manufacturing method for polyacrylonitrile-based carbon fiber comprising carbon nanotube improved dispersibility and interfacial adhesion, and the carbon fiber therefrom

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120057691A KR20120057691A (en) 2012-06-07
KR101158826B1 true KR101158826B1 (en) 2012-07-19

Family

ID=46609448

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100077310A KR101158826B1 (en) 2010-08-11 2010-08-11 Manufacturing method for polyacrylonitrile-based carbon fiber comprising carbon nanotube improved dispersibility and interfacial adhesion, and the carbon fiber therefrom

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101158826B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106381610A (en) * 2016-10-21 2017-02-08 常州亚环环保科技有限公司 Preparation method of high-strength weather-proof type geotextile

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101661598B1 (en) * 2014-04-29 2016-10-04 한국과학기술연구원 Polymer-Carbon compound composite material and method for preparing thereof
KR102235349B1 (en) * 2020-02-27 2021-04-02 서울대학교산학협력단 dielectric compound yarn, textile touch sensor and the manufacturing method thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070215841A1 (en) 2004-05-14 2007-09-20 Sonydeutschland Gmbh Composite Materials Comprising Carbon Nanotubes and Metal Carbonates
WO2010100941A1 (en) 2009-03-06 2010-09-10 東洋紡績株式会社 Method for producing precursor fiber for obtaining carbon fiber having high strength and high elastic modulus

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070215841A1 (en) 2004-05-14 2007-09-20 Sonydeutschland Gmbh Composite Materials Comprising Carbon Nanotubes and Metal Carbonates
WO2010100941A1 (en) 2009-03-06 2010-09-10 東洋紡績株式会社 Method for producing precursor fiber for obtaining carbon fiber having high strength and high elastic modulus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106381610A (en) * 2016-10-21 2017-02-08 常州亚环环保科技有限公司 Preparation method of high-strength weather-proof type geotextile

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120057691A (en) 2012-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101689861B1 (en) Nanocarbon composite carbon fiber with low cost and high performance and their preparation method
JP4209845B2 (en) Composite fiber composed of wholly aromatic polyamide and carbon nanotube
KR100623881B1 (en) Preparation method of polyacrylonitrilePAN/polyimidePI composite nano-fibers by electrospinning, and carbon fibers, activated carbon fibers therefrom
US9115220B2 (en) Method for functionalization of nanoscale fibers and nanoscale fiber films
JP2010530929A (en) Carbon fiber and carbon film, and production method thereof
JP2005508067A (en) Polymers containing functionalized carbon nanotubes
KR101415255B1 (en) Post-treatment method of carbon nanotube fibers to enhance mechanical property
US20150118142A1 (en) Formation of carbon nanotube-enhanced fibers and carbon nanotube-enahnced hybrid structures
KR101220947B1 (en) Preparation method of polyacrylonitrile-carbon nanotube composite and the composite thereby
KR101158826B1 (en) Manufacturing method for polyacrylonitrile-based carbon fiber comprising carbon nanotube improved dispersibility and interfacial adhesion, and the carbon fiber therefrom
KR101919658B1 (en) Graphene/polymer composite fiber and the manufacturing method therefor
JPS6336365B2 (en)
CN103936988B (en) A kind of graphene nanobelt graft modification PBO polymer and preparation method thereof
TWI422633B (en) Polyacrylonitrile-based copolymer/cnt composites, carbon fibers and fabrication method of carbon fiber
EP1808451A1 (en) Copolymerization and copolymers of aromatic polymers with carbon nanotubes and products made therefrom
CN105733026B (en) A kind of preparation method of the carbon nano-tube material of functionalization
CN107475818A (en) Compound carbon fiber of graphene polyacrylonitrile-radical and preparation method thereof
KR102247155B1 (en) Carbon filament made from the hybrid precursor fiber and manufacturing method thereof
JP2012193465A (en) Acrylic precursor fiber for carbon fiber, method for producing the same, and carbon fiber obtained from the precursor fiber
JP2010174161A (en) Method for producing dispersion of polyacrylonitrile-based polymer for precursor fiber of carbon fiber
CN117343286B (en) Carbon nano tube/PDCPD composite material and preparation method thereof
JP6150334B2 (en) Carbon fiber precursor fiber and carbon fiber
JPH11124742A (en) Production of carbon fiber
WO2008140533A2 (en) Processes for making composites and blends of loose single-walled carbon nanotube ropes (swnt-rs) and other carbon nanotube ropes with acid soluble polymers and other materials, and products made therefrom
JP2005263951A (en) Resin composition composed of wholly aromatic polyamide and carbon-based material, and composite fiber

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150529

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160601

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee