KR101211738B1 - 부가 가열 송풍장치를 구비한 탄소섬유용 산화열처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소섬유용 산화열처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 산화 열처리장치의 섬유출입구 부분에 열풍을 공급할 수 있는 송풍장치를 구비하여 산화 열처리장치 내부 온도를 균일하게 할 수 있는 부가 가열 송풍장치를 구비한 탄소섬유용 산화열처리장치에 관한 것이다.
섬유 출입구에 열풍을 공급하여서 산화 열처리장치 내부에서의 온도변화를 최소화시킴으로서 탄소섬유 각 토우 간의 물성편차가 현저히 줄고 신뢰성 높은 제품의 생산이 가능하다. 또한 섬유 출입구의 온도가 상승하여 산화열처리장치에서의 유효 열처리 길이를 상대적으로 길게 확보할 수 있어 로 사이즈의 줄일 수 있다

Description

부가 가열 송풍장치를 구비한 탄소섬유용 산화열처리장치{Heat treatment apparatus for oxidation of carbon fiber with additional heating fan}

본 발명은 탄소섬유용 산화열처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 산화 열처리장치의 섬유출입구 부분에 열풍을 공급할 수 있는 송풍장치를 구비하여 산화 열처리장치 내부 온도를 균일하게 할 수 있는 부가 가열 송풍장치를 구비한 탄소섬유용 산화열처리장치에 관한 것이다.

아크릴로니트릴(acrylonitrile)계 중합체로부터 제조되는 탄소섬유, 소위 PAN(Polyacrylonitrile)계 탄소섬유는 강도가 매우 우수하여, 탄소섬유의 원료로서 많이 사용되고 있다. 최근에는 전체 탄소섬유의 90%이상이 PAN계 탄소섬유이다. 또한, PAN계 탄소섬유는 2차전지용 탄소 전극 재료 및 탄소 필름 등에도 적용가능성이 있기 때문에, 이에 대한 연구개발도 활발하게 진행되고 있다.

아크릴로니트릴계 중합체로부터 탄소섬유를 제조하는 경우에는 아크릴로니트릴계 중합체를 방사하여 얻어진 아크릴 섬유, 즉 탄소섬유용 전구체를 산화 분위기에서 200~400℃로 내염화 처리를 실시하는데, 이렇게 제조된 섬유를 내염화섬유라고 한다. 이렇게 얻어진 내염화섬유를 불활성가스 분위기에서 800~2000℃로 탄화처리하여 탄소섬유를 제조한다. 또한, 이렇게 얻어진 탄소섬유를 더욱 고온의 불활성가스 중에서 처리하는 경우도 있는데, 이렇게 얻어진 섬유를 흑연섬유라고 한다.

고강도, 고탄성 등 뛰어난 기계적인 특성을 가진 탄소섬유의 물성을 안정적으로 얻기 위해서는 열처리로의 온도분포가 생기는 것을 최대한 억제할 필요가 있다. 특히 산화로에서는 로 내부에서 온도편차 발생을 억제하기 위해 열풍을 사용하는 방법, 원적외선을 사용하는 방법등이 제시되어 왔다. 특히, 열풍을 이용하는 방법은 로 내부온도의 균일화에 유리하다는 것이 증명되어 상용화 라인에 많이 채용되어 있다. 열풍을 이용하는 방법은 도입되는 섬유에 대해 열풍을 부가하는 방법으로 수직풍(예를 들면, 특개2007-284842)과 수평풍(예를 들면, 특개2002-105766)으로 크게 대별된다. 열풍을 부과하는 방법에 대해 통상 고물성 고품위의 상위 그레이드의 제품을 얻고자 할 때는 수직풍이 이용되고 있다. 이것은 수평풍보다 수직풍이 온도균일화에 유리한 것이 주된 이유이다. 그러나 실제 수직풍을 이용하는 로의 내부온도를 측정해보면, 섬유가 출입하는 부분의 근방에서는 외부온도에 영향을 받아 큰 온도 구배를 보이고 있다. 이러한 점을 개선하기 위해서 소각로에서의 폐열을 열교환으로 이용하는 방법이 이용되고 있으나 이 또한 한계가 있다.

도 1은 종래 산화로 내부에서 온도분포를 도시한 그래프이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 수직열풍을 이용하는 산화로 내부온도 분포를 살펴보면, 섬유가 출입하는 부분 즉 측벽 근방에서는 외부온도에 영향을 받아 큰 온도차가 발생함으로써 탄소섬유의 물성변화를 일으킨다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 산화 열처리장치의 섬유출입구 부분에 열풍을 공급할 수 있는 송풍장치를 구비하여 산화 열처리장치 내부 온도를 균일하게 할 수 있는 부가 가열 송풍장치를 구비한 탄소섬유용 산화열처리장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 발열수단을 구비한 탄소섬유용 산화 열처리장치는 열풍공급수단, 상기 열풍공급수단에 의하여 상측에서 수직열풍이 유입되어 프리커서 섬유를 산화하는 열처리실 및 상기 프리커서 섬유를 상기 열처리실에 유입 또는 유출하는 폴딩롤러를 포함하는 탄소섬유용 산화 열처리장치에 있어서, 상기 열처리실 상단부 양측에 발열수단을 구비하는 부가 가열 송풍장치를 더 포함하여 구성됨으로써 열처리실내부 중앙의 온도와 측벽의 온도를 균일하게 하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 발열수단은 면상발열체인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 부가 가열 송풍장치는 각각의 폴딩롤러에 의하여 프리커서 섬유가 열처리실로 유입 또는 유출되어 대응되는 상기 열처리실 상단부 양측에 각각 독립적으로 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 부가 가열 송풍장치를 구비한 탄소섬유용 산화열처리장치에 의하면, 섬유 출입구에 열풍을 공급하여서 산화 열처리장치 내부에서의 온도변화를 최소화시킴으로서 탄소섬유 각 토우 간의 물성편차가 현저히 줄고 신뢰성 높은 제품의 생산이 가능하다. 또한 섬유 출입구의 온도가 상승하여 산화열처리장치에서의 유효 열처리 길이를 상대적으로 길게 확보할 수 있어 로 사이즈의 줄일 수 있다.

도 1은 종래 열처리실내부에서 온도분포를 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 발열수단을 구비한 탄소섬유용 산화 열처리장치의 일실시예이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 종래와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 부가 가열 송풍장치를 구비한 탄소섬유용 산화열처리장치 의 일실시예이다.

도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 산화 열처리장치(100)는 열풍공급수단(도시하지는 않음)에 의하여 상측에서 수직열풍(10)이 유입되어 프리커서 섬유(30)를 산화하는 열처리실(60), 상기 프리커서 섬유(30)를 상기 열처리실에 유입 또는 유출하는 폴딩롤러(20a,20b) 및 섬유 입출구인 열처리실 상단부 양측에 구비되는 부가 가열 송풍장치(50a,50b)을 포함한다.

산화 열처리장치의 열처리실(60)내부에는 수평으로 나열된 다수개의 프리커서 섬유(30)가 다수의 패스를 가지고 주행하고 있으며, 상기 프리커서 섬유(30)는 열처리실(60) 외부에 설치된 다수개의 폴딩롤러(20a,20b)에 의해 폴딩되어 열처리실에 반복 공급된다.

또한 상기 열처리실(60)의 양측에는 측벽이(40a,40b)이 형성되어 있으며, 도시하지는 않았지만 열처리실 외부에는 일정한 열풍순환로가 위치하며 히터에 의하여 발생되는 열풍이 팬에 의하여 상기 송풍통로를 거쳐 열처리실(60) 상부로부터 열처리실 내부로 유입되어 수직열풍(10)이 프리커서 섬유(30)사이를 통하여 열처리실 하방으로 배기되며 이때 상기 프리커서 섬유(30)가 산화 열처리된다.

상기 부가 가열 송풍장치(50a,50b)는 열처리실(60) 내부 중앙의 온도와 측벽(40a,40b)의 온도를 균일하게 하기 위하여 열처리실 상단부 양측에 구비된다. 여기서 상기 부가 가열 송풍장치(50a,50b)는 각각의 폴딩롤러(20a,20b)에 의하여 프리커서 섬유(30)가 열처리실(60)로 유입 또는 유출되어 대응되는 열처리실 상단부 양측에 각각 독립적으로 구비됨으로써 외부온도에 영향을 받는 측벽내부의 온도를 신속하게 열처리실(60)의 내부 중앙온도와 일치시킨다. 즉, 상기 부가 가열 송풍장치는 상기 열처리실의 온도 분포가 일정할 수 있을 정도의 열풍을 공급한다.

상기 부가 가열 송풍장치는 최대 300℃의 열풍을 공급할 수 있다. 이는 열처리실 중앙의 온도와 일치시킬 수 있을 정도의 온도이다.

본 발명에서는 열처리실 내부 중앙의 온도와의 차이에 따라 상기 부가 가열 송풍장치에 공급되는 전원을 자동제어함으로써 신속하게 목표온도에 도달할 수 있다. 따라서 산화 열처리장치의 내부 온도 균일화에 있어서 취약했던 섬유출입구 쪽의 온도변화를 보상함으로서 탄소섬유의 물성균일화를 얻을 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정?변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

10:수직열풍 20a,20b:폴딩롤러
30:프리커서 섬유 40a,40b:측벽
50a,50b: 부가 가열 송풍장치 60:열처리실
100:산화 열처리장치

Claims (3)

1. 열풍공급수단, 상기 열풍공급수단에 의하여 상측에서 수직열풍이 유입되어 프리커서 섬유를 산화하는 열처리실 및 상기 프리커서 섬유를 상기 열처리실에 유입 또는 유출하는 폴딩롤러를 포함하는 탄소섬유용 산화 열처리장치에 있어서,
   상기 열처리실에서 상기 프리커서 섬유의 출입구에 열풍을 직접 공급할 수 있도록 상기 열처리실 상단부 양측에 부가 가열 송풍장치가 추가로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 부가 가열 송풍장치를 구비한 탄소섬유용 산화열처리장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 부가 가열 송풍장치는 상기 열처리실의 온도 분포가 일정할 수 있을 정도의 열풍을 공급하는 것을 특징으로 하는 부가 가열 송풍장치를 구비한 탄소섬유용 산화열처리장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 부가 가열 송풍장치는 최대 300℃의 열풍을 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는 부가 가열 송풍장치를 구비한 탄소섬유용 산화열처리장치.
   
   

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