KR101536780B1 - Method of preparing for polyacrylonitrile based carbon fiber - Google Patents

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Abstract

본 발명은 PAN 전구체 섬유를 내염화 처리하기 전에 수세공정에서 수세 초음파처리를 통하여 전구체 섬유에 다량 존재할 수 있는 이물질을 제거 또는 감소시키는 PAN계 탄소섬유의 제조방법에 관한 것으로, 폴리아크릴로니트릴 중합물을 이용하여 도프를 제조하는 도프 제조 단계; 상기 도프를 습식 또는 건습식 방사하여 PAN계 전구체 섬유를 제조하는 전구체 섬유 제조 단계; 상기 전구체 섬유를 내염화 처리하는 내염화 단계; 및 상기 내염화 처리된 섬유를 탄소화 처리하는 탄소화 단계를 포함하는 탄소섬유 제조방법으로서, 상기 폴리아크릴로니트릴 중합물은 95wt% 이상의 아크릴로니트릴 및 5wt% 이하의 코모노머를 포함하며, 상기 코모노머는 메틸아크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산, 및 이타콘산으로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상의 모노머를 포함하며, 상기 내염화 단계를 수행하기 전에 초음파 발생장치를 구비한 세척조를 이용하여 상기 전구체 섬유를 수세하는 수세 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a method for producing a PAN-based carbon fiber which removes or reduces a foreign substance which can exist in a large amount in a precursor fiber through a water washing and ultrasonic treatment in a washing process before the PAN precursor fiber is subjected to chlorination treatment, and a polyacrylonitrile polymer A dope producing step of preparing a dope using the dope; A precursor fiber preparation step in which the dope is wet-laid or dry-wet-spinned to produce a PAN-based precursor fiber; A dechlorination step of dechlorinating the precursor fiber; And a carbonization step of carbonizing the dechlorinated fiber, wherein the polyacrylonitrile polymer comprises 95 wt% or more of acrylonitrile and 5 wt% or less of comonomer, and the nose The monomer includes two or more monomers selected from the group consisting of methyl acrylate, acrylic acid, methacrylic acid, and itaconic acid, and the precursor fibers are washed with a washing tank equipped with an ultrasonic generator before the chlorination step. And a water-washing step of washing with water.

본 발명에 따르면, PAN계 탄소섬유용 전구체 섬유를 내염화 처리하기 전에 초음파를 이용하여 수세함으로써 고품질의 내염화 섬유, 나아가 표면결함 및 마크로 및 마이크로 보이드가 없는 고강도/고탄성의 탄소섬유를 제조할 수 있다.According to the present invention, the PAN-based carbon fiber precursor fibers are washed with ultrasonic waves before the chlorination treatment, whereby high-strength / high-elasticity carbon fibers can be produced without high-quality chlorinated fibers, furthermore, surface defects and macroscopic and micro voids have.

탄소섬유용 전구체 섬유, 탄소섬유, PAN, 초음파, 이물질, 수세장치 Precursor fiber for carbon fiber, carbon fiber, PAN, ultrasonic, foreign matter, water washing device

Description

폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유 제조방법{METHOD OF PREPARING FOR POLYACRYLONITRILE BASED CARBON FIBER}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method for producing a polyacrylonitrile-

본 발명은 폴리아크릴로니트릴(PAN)계 탄소섬유의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유를 내염화 처리하기 전에 수세공정에서 수세 초음파처리를 통하여 전구체 섬유에 다량 존재할 수 있는 이물질을 제거 또는 감소시키는 PAN계 탄소섬유의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing polyacrylonitrile (PAN) carbon fibers, and more particularly, to a method for producing polyacrylonitrile (PAN) carbon fibers, which comprises subjecting polyacrylonitrile-based precursor fibers to abundance in precursor fibers through water- The present invention relates to a method for producing a PAN-based carbon fiber which removes or reduces foreign matters.

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. BACKGROUND ART Carbon fibers, so-called PAN (polyacrylonitrile) -based carbon fibers, produced from acrylonitrile-based polymers are very strong and widely used as raw materials for carbon fibers. More recently, more than 90% of the total carbon fibers are PAN-based carbon fibers. In addition, since PAN-based carbon fibers are also applicable to carbon electrode materials for secondary batteries and carbon films, research and development thereof have also been actively conducted.

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 내염화섬유라 고 한다. In the case of producing a carbon fiber from an acrylonitrile-based polymer, acrylic fiber obtained by spinning an acrylonitrile-based polymer, that is, a precursor for a carbon fiber is subjected to chlorination treatment at 200 to 400 ° C in an oxidizing atmosphere. Is called chlorinated fiber.

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.The chlorinated fibers thus obtained are carbonized at 800 to 2000 占 폚 in an inert gas atmosphere to produce carbon fibers. The carbon fiber thus obtained may be treated in an inert gas at a higher temperature. The thus obtained fiber is referred to as graphite fiber.

탄소섬유의 적용분야가 확대됨에 따라서, 인장강도가 높은 탄소섬유에 대한 요구도 증가하고 있다. 종래에는 탄소섬유의 인장강도를 높이기 위하여 수지함침 기술을 사용하였다. As the application of carbon fibers has expanded, the demand for high tensile strength carbon fibers has also increased. In the past, a resin impregnation technique was used to increase the tensile strength of carbon fibers.

이와 관련하여, 탄소섬유를 구성하고 있는 각 싱글섬유의 섬유 내부에 존재하는 이물 및 보이드를 감소시키기 위하여, 모노머 또는 폴리머 원액의 여과를 강화하는 기술이 특개소 제59-88924호, 특공평 제4-12882호에 개시되어 있다. In this connection, in order to reduce the foreign matter and voids present in the fibers of each single fiber constituting the carbon fiber, a technique of strengthening the filtration of the monomer or polymer stock solution is disclosed in Japanese Patent Application No. 59-88924, -12882.

또한, 표면결함의 생성을 억제하기 위하여 전구체 섬유의 제조공정에서 사용되는 섬유가이드의 형상 또는 가이드에 접하는 섬유의 장력을 조절하는 기술이 특공평 제3-41561호에 개시되어 있다.Further, in order to suppress the generation of surface defects, a technique for controlling the shape of the fiber guide used in the manufacturing process of the precursor fiber or the tension of the fiber in contact with the guide is disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-41561.

또한, 보이드 또는 미세한 결함의 생성을 억제하기 위하여 전구체 섬유를 치밀화함으로서 개질하는 기술도 제안되어 있다. 응고욕 조건을 최적화 함으로서, 미연신사를 치밀하게하는 기술이 일본 특개소 제59-82420호에 개시되어 있으며, 응고욕의 연신온도를 높게 함으로서 연신사를 치밀하게 하는 기술이 일본 특공평 제6-15722호에 개시되어 있다.Further, a technique of modifying the precursor fibers by densifying the precursor fibers to suppress the generation of voids or fine defects has also been proposed. A technique for compacting the undrawn yarn by optimizing the coagulation bath condition is disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication No. 59-82420, and a technique for making the drawn yarn compact by increasing the drawing temperature of the coagulation bath is disclosed in Japanese Patent Publication 15722.

그러나 이러한 치밀화 향상기술은 내염화 공정에서 섬유로의 산소투과성을 저하시키는 경향이 있기 때문에, 최종적으로 얻어지는 탄소섬유의 인장강도가 저하 되는 문제가 있다.However, such a densification improving technique tends to lower the oxygen permeability to the fibers in the chloride-reducing process, so that there is a problem that the tensile strength of the finally obtained carbon fiber is lowered.

내염화 공정은 전구체 섬유, 즉 아크릴 섬유를 탄화시키기 위한 전 공정으로으로서, 만일 이물질을 충분히 제거되지 않은 전구체 섬유로 내염화 공정을 진행하게 되면 제조되는 탄소섬유의 품질이 저하되는 문제가 있다.The chlorination process is a preliminary process for carbonizing the precursor fibers, that is, the acrylic fibers. If the chlorination process is carried out with the precursor fibers that have not sufficiently removed the foreign substances, the quality of the carbon fibers produced deteriorates.

구체적으로, 이물질이 충분히 제거되지 않은 전구체 섬유는 내염화 과정에서 보이드를 형성하거나 각 필라멘트가 서로 접촉하는 접사를 일으킴으로써, 결과적으로 탄소섬유의 강도를 저하시킬 수 있다.Specifically, the precursor fibers in which the foreign matters are not sufficiently removed may form voids in the chloride-decomposing process or cause the filaments to contact each other, and as a result, the strength of the carbon fibers may be deteriorated.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 내염화 단계에 이물질이 완전히 제거된 전구체 섬유를 제공함으로써 탄소섬유의 제조시에 각종 보이드 또는 접사로 인한 탄소섬유의 각종 결함이 제거되는 PAN계 탄소섬유의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.DISCLOSURE Technical Problem The present invention has been conceived to solve the problems described above, and it is an object of the present invention to provide a precursor fiber in which foreign substances are completely removed in the chloride- And a method for producing carbon fibers.

전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 폴리아크릴로니트릴 중합물을 이용하여 도프를 제조하는 도프 제조 단계; 상기 도프를 습식 또는 건습식 방사하여 PAN계 전구체 섬유를 제조하는 전구체 섬유 제조 단계; 상기 전구체 섬유를 내염화 처리하는 내염화 단계; 및 상기 내염화 처리된 섬유를 탄소화 처리하는 탄소화 단계를 포함하는 탄소섬유 제조방법으로서, 상기 폴리아크릴로니트릴 중합물은 95wt% 이상의 아크릴로니트릴 및 5wt% 이하의 코모노머를 포함하며, 상기 코모노머는 메틸아크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산, 및 이타콘산으로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상의 모노머를 포함하며, 상기 내염화 단계를 수행하기 전에 초음파 발생장치를 구비한 세척조를 이용하여 상기 전구체 섬유를 수세하는 수세 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 제조방법을 제공한다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a dope preparation method comprising: a dope preparation step of preparing a dope using a polyacrylonitrile polymer; A precursor fiber preparation step in which the dope is wet-laid or dry-wet-spinned to produce a PAN-based precursor fiber; A dechlorination step of dechlorinating the precursor fiber; And a carbonization step of carbonizing the dechlorinated fiber, wherein the polyacrylonitrile polymer comprises 95 wt% or more of acrylonitrile and 5 wt% or less of comonomer, and the nose The monomer includes two or more monomers selected from the group consisting of methyl acrylate, acrylic acid, methacrylic acid, and itaconic acid, and the precursor fibers are washed with a washing tank equipped with an ultrasonic generator before the chlorination step. And a water-washing step of washing with water.

또한, 본 발명은 상기 탄소섬유 제조방법으로 제조된 탄소섬유로서, 상기 내염화 단계는 산소 분위기에서 200~400℃의 온도로 처리되며, 상기 탄소화 단계는 불활성분위기에서 800~2000℃의 온도로 처리되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유를 제공한다.The carbonization step may be performed at a temperature of 200 to 400 ° C. in an oxygen atmosphere and the carbonization step may be performed at a temperature of 800 to 2000 ° C. in an inert atmosphere And the carbon fiber is treated.

본 발명에 따르면, PAN계 탄소섬유용 전구체 섬유를 내염화 처리하기 전에 초음파를 이용하여 수세함으로써 섬유에 존재하는 이물질을 제거하여 고품질의 내염화 섬유, 나아가 표면결함 및 마크로 및 마이크로 보이드가 없는 고강도/고탄성의 탄소섬유를 제조할 수 있다.According to the present invention, the PAN-based carbon fiber precursor fibers are washed with ultrasonic waves before the chlorination treatment to remove foreign substances present in the fibers, thereby obtaining a high-strength / high-strength chlorinated fiber with no surface defects and macroscopic and micro voids, A high-elasticity carbon fiber can be produced.

이하 본 발명의 특징 및 장점을 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the features and advantages of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 탄소섬유의 제조방법에 관한 것으로, 전구체 섬유를 내염화 처리하기 전에 전구체 섬유의 이물질을 제거하기 위하여 상기 전구체 섬유를 초음파 세척하는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a method of producing carbon fibers, and is characterized in that the precursor fibers are ultrasonically cleaned to remove impurities of the precursor fibers before the chlorination of the precursor fibers.

본 발명에 따라 제조되는 탄소섬유는 아크릴로니트릴계 중합체로부터 얻어진다. 상기 탄소섬유의 특성은 기본적으로 아크릴로니트릴계 중합체의 조성에 따라 달라진다. 본 발명에 사용되는 아크릴로니트릴계 중합체의 주성분은 아크릴로니트릴 단위로서, 상기 아크릴로니트릴 단위의 함량은 전체 아크릴로니트릴계 중합체에 대하여, 90중량% 이상, 바람직하게는 95중량% 이상이다. 상기 아크릴로니트릴 단위의 함량이 너무 적으면, 소성 공정으로 얻어지는 탄소섬유의 강도가 저하되는 등, 탄소섬유의 기계적 특성이 저하될 수 있다.The carbon fiber produced according to the present invention is obtained from an acrylonitrile-based polymer. The properties of the carbon fiber basically vary depending on the composition of the acrylonitrile-based polymer. The main component of the acrylonitrile-based polymer used in the present invention is an acrylonitrile unit, and the content of the acrylonitrile unit is 90% by weight or more, preferably 95% by weight or more, based on the total acrylonitrile-based polymer. If the content of the acrylonitrile unit is too small, the strength of the carbon fiber obtained by the firing process may be lowered, and the mechanical properties of the carbon fiber may be deteriorated.

상기 아크릴로니트릴계 중합체는, 필요에 따라, 하나 이상의 공중합 성분(아크릴로니트릴 이외의 다른 보조 성분)으로서, 방사 공정에서의 치밀화 촉진성분 및 연신 촉진성분 등을 포함하는 단위; 내염화 공정에서의 내염화 촉진성분을 포함하는 단위; 산소 투과 촉진성분을 포함하는 단위 등을 더 포함할 수 있다. 상기 추가적인 공중합 성분의 함량은 전체 아크릴로니트릴계 중합체에 대하여, 10중량% 이하, 바람직하게는 5중량% 이하이다. The acrylonitrile-based polymer may contain, if necessary, one or more copolymerizable components (other auxiliary components other than acrylonitrile), a unit including a densification accelerating component and a stretching accelerating component in the spinning process; A unit containing an anti-chloride-promoting component in an anti-chloride process; A unit including an oxygen permeation promoting component, and the like. The content of the additional copolymerizable component is 10% by weight or less, preferably 5% by weight or less, based on the total acrylonitrile-based polymer.

상기 치밀화 촉진성분이 되는 구조 단위는 카르복실기, 설폰기, 아미드기 등의 친수성 관능기를 가지는 비닐 화합물 단량체의 공중합에 의하여 생성된다. 이 중 카르복실기를 가지는 치밀화 촉진성분 포함 단량체의 예로는, 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 크로톤산, 시트라콘산, 말레인산, 이들의 알킬에스테르(메틸아크릴레이트 등) 등을 예시할 수 있는데, 이 중에서도 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 설폰기를 가지는 치밀화 촉진 성분의 구체적인 예로는 알릴 설폰산(aryl sulfonic acid), 메타릴설폰산(metharylsofonic acid), 스티렌설폰산(styrene sulfonic acid), 2-아크리아미도-2-메틸프로판설폰산(2-acrylamido-2-methyl propane sulfonic acid), 비닐 설폰산(vinyl sulfonic acid), 설포 프로필 메타크릴에이트(sulfo propyl methacrylate) 등을 들 수 있다. 상기 아미드기를 가지는 치밀화 촉진 성분의 구조 단위의 구체적인 예로는 아크릴아미드(acrylamide), 메타크릴아미드(methacrylamide), 디메틸아크릴아미드(dimethylmetacrylamide)를 들 수 있다.The structural unit which becomes the densification promoting component is produced by copolymerization of a vinyl compound monomer having a hydrophilic functional group such as a carboxyl group, a sulfonic group or an amide group. Examples of the densification accelerating component-containing monomer having a carboxyl group include acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, crotonic acid, citraconic acid, maleic acid, and alkyl esters thereof (such as methyl acrylate) Of these, acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid and the like are preferably used. Specific examples of the sulfone group-containing densification accelerating component include aryl sulfonic acid, metharylsulfonic acid, styrene sulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid 2-acrylamido-2-methyl propane sulfonic acid, vinyl sulfonic acid, and sulfopropyl methacrylate. Specific examples of the structural unit of the densification accelerating component having an amide group include acrylamide, methacrylamide, and dimethylmetacrylamide.

또한, 내염화로 내에서 섬유 단사간 산소 투과성을 향상시키기 위하여, 옥틸아민(octyl amine), 도데실아민(dodecyl amine), 라우릴아민(lauryl amine) 등의 알킬아민; 디옥틸아민(dioctyl amine)등의 디알킬아민; 트리옥틸아민(trioctylamine) 등의 트리알킬아민; 에틸렌디아민(ethylene diamine), 헥사메틸렌디아민(hexamethylene diamine) 등의 디아민(diamine) 성분을 사용할 수도 있다. 이 중에서도, 중합의 균일성을 향상시키기 위해서는 중합용매, 매체, 방사용매 등에 대한 용해성이 있는 성분을 사용하는 것이 바람직하다. Also, in order to improve the oxygen permeability of the fiber end in the chlorination furnace, alkyl amines such as octyl amine, dodecyl amine and lauryl amine; Dialkylamines such as dioctyl amine; Trialkylamines such as trioctylamine; A diamine component such as ethylene diamine or hexamethylene diamine may be used. Among them, in order to improve the uniformity of the polymerization, it is preferable to use a component having solubility in a polymerization solvent, a medium, a spinning solvent and the like.

또한, 상기 산소 투과 촉진성분을 포함하는 단위는 하나의 불포화 카르본산 구조의 알킬 에스테르, 예를 들면 에틸메타크릴레이트 (ethyl methacrylate) 등의 공중합에 의하여 도입될 수 있다. 이와 같은 보조성분(코모노머)와 주성분을, 통상의 방법에 따라, 무기계 레독스 촉매를 사용하여 수계 현탁 중합하면, 아크릴로니트릴계 공중합체를 얻을 수 있다.In addition, the unit including the oxygen permeation accelerating component may be introduced by copolymerization of one alkyl ester of an unsaturated carboxylic acid structure, for example, ethyl methacrylate. When such an auxiliary component (comonomer) and the main component are subjected to aqueous suspension polymerization using an inorganic redox catalyst according to a conventional method, an acrylonitrile-based copolymer can be obtained.

본 발명에 따른 탄소섬유의 제조방법에 사용되는 전구체 섬유는 95wt% 이상의 아크릴로니트릴 및 5wt% 이하의 코모노머를 포함하는 폴리아크릴로니트릴 중합물로부터 얻어진다. 상기 코모노머는 메틸아크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산으로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상의 모노머를 포함하는 것이 바람직하다.The precursor fibers used in the process for producing carbon fibers according to the present invention are obtained from a polyacrylonitrile polymer comprising 95 wt% or more of acrylonitrile and 5 wt% or less of comonomer. The comonomer preferably includes two or more kinds of monomers selected from the group consisting of methyl acrylate, acrylic acid, methacrylic acid and itaconic acid.

전술한 바와 같이, 내염화 처리는 전구체 섬유를 탄화시키기 전에 전구체 섬유를 안정화하기 위한 단계로서, 이물질이 충분히 제거되지 않은 전구체 섬유를 내염화 처리하게 되면 내염화 과정에서 보이드 형성 또는 각 필라멘트 사이의 접사가 유발되기 때문에, 내염화의 전단계에서 전구체 섬유의 이물질을 완전히 제거하는 것이 중요하다.As described above, the chlorination treatment is a step for stabilizing the precursor fibers before carbonizing the precursor fibers. When the precursor fibers that have not sufficiently removed the foreign materials are subjected to the chlorination treatment, voids are formed in the chloride- It is important to completely remove impurities of the precursor fibers in the previous stage of the chloride attack.

본 발명은 내염화 단계로 들어가기 전에 전구체 섬유 내부에 존재하는 이물질을 제거하기 위하여 수세 공정을 거치며, 상기 수세 공정 중에는 이물질 제거 효율을 높이기 위하여 초음파 처리를 병행하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that a washing process is performed to remove foreign substances present inside the precursor fibers before the chlorination step, and ultrasonic treatment is performed in order to increase the removal efficiency of foreign substances during the washing process.

따라서 본 발명에 사용되는 수세 장치의 하부에는 초음파 발생장치가 구비되어 있다. 상기 초음파 발생장치의 종류는 어느 것이어도 무방하지만, 발생되는 초음파의 강도를 조절할 수 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다.Therefore, an ultrasonic wave generating device is provided in a lower portion of the water washing apparatus used in the present invention. Any type of the ultrasonic wave generator may be used, but it is preferable to use one capable of controlling the intensity of the ultrasonic wave generated.

또한, 본 발명에 사용되는 수세 장치는 1단 내지 4단, 바람직하게는 1단 내지 2단의 수세욕를 갖는다. 각 단의 수세 롤러의 개수는 2~6개, 바람직하게는 2~4개이다.Further, the flushing apparatus used in the present invention has a flushing bath of one stage to four stages, preferably one stage or two stages. The number of wash rollers at each stage is 2 to 6, preferably 2 to 4.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.  하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로써, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. The following examples illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the following examples.

전구체 섬유의 제조Preparation of precursor fibers

아크릴로니트릴 96wt%, 메틸아크릴레이트3wt%, 이타콘산 1wt%을 공중합시킨 폴리머를 20wt% 농도가 되도록 디메틸설폭시드(Dimethylsulfoxide, DMSO)에 용해하고, 탈포과정을 거쳐 도프원액을 제조하여 저장조에 저장하였다. 저장된 도프원액을 3000홀, 직경 0.06mm의 노즐을 사용하여 습식 방사하고, 50℃로 조절한 50wt% DMSO 수용액으로 이루어진 응고욕에서 응고시켜 응고사를 형성하였다. A polymer obtained by copolymerizing acrylonitrile (96 wt%), methyl acrylate (3 wt%) and itaconic acid (1 wt%) was dissolved in dimethyl sulfoxide (DMSO) to a concentration of 20 wt% and defoamed to prepare a dope stock solution Respectively. The stored dope stock solution was wet-spinned using 3000 nozzles of 0.06 mm diameter and solidified in a coagulation bath consisting of a 50 wt% aqueous DMSO solution adjusted to 50 ° C to form coagulation.

상기 응고사를 다단 수세한 뒤 온수 중에서 1차로 연신하고, 아미노 변성 실리콘계 실리콘 유제를 부여하였다. 이렇게 얻어진 섬유를 120℃로 가열한 롤러에서 건조를 시킨 뒤, 140~185℃의 가압 스팀 중에서 2차로 연신하여, 단섬유 섬도 0.98 데니어, 필라멘트 수 6,000의 PAN계 전구체 섬유를 얻었다.After the multi-layered water was washed with water, the layer was firstly drawn in hot water to give an amino-modified silicone-based silicone emulsion. The thus obtained fibers were dried in a roller heated at 120 占 폚 and then drawn in a pressure steam at 140 to 185 占 폚 to obtain PAN-based precursor fibers having a single fiber fineness of 0.98 denier and a filament number of 6,000.

<< 실시예Example 1>  1>

상기와 같이 얻어진 전구체 섬유를 내염화 공정 전에 수세조에서 1단 수세를 거친 후, 220~270℃의 공기 중에서 내염화 처리하였다. 다음, 300~1500℃의 질소 분위기에서 탄화 공정을 진행하여 탄소섬유를 얻었다. 이렇게 얻어진 탄소섬유의 스트랜드 인장강도와 인장강도의 CV%를 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.The precursor fibers obtained as described above were washed with water in a water bath at a temperature of 220 to 270 DEG C in an aqueous bath before being subjected to dechlorination. Next, the carbonization process was carried out in a nitrogen atmosphere at 300 to 1500 ° C to obtain carbon fibers. The strand tensile strength and the CV% of the tensile strength of the carbon fibers thus obtained were measured, and the results are shown in Table 1.

<< 실시예Example 2> 2>

상기와 같이 얻어진 전구체 섬유를 내염화 공정 전에 수세조에서 2단 수세를 거친 후, 220~270℃의 공기 중에서 내염화 처리하였다. 다음, 300~1500℃의 질소 분위기에서 탄화 공정을 진행하여 탄소섬유를 얻었다. 이렇게 얻어진 탄소섬유의 스트랜드 인장강도와 인장강도의 CV%를 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.The precursor fibers thus obtained were subjected to two-stage flushing in a water bath before the chlorination step, and then subjected to chlorination treatment in air at 220 to 270 ° C. Next, the carbonization process was carried out in a nitrogen atmosphere at 300 to 1500 ° C to obtain carbon fibers. The strand tensile strength and the CV% of the tensile strength of the carbon fibers thus obtained were measured, and the results are shown in Table 1.

<< 실시예Example 3> 3>

상기와 같이 얻어진 전구체 섬유를 내염화 공정 전에 초음파 장치를 구비한 수세조에서 2단 수세 및 초음파 처리를 거친 후, 220~270℃의 공기 중에서 내염화 처리하였다. 다음, 300~1500℃의 질소 분위기에서 탄화 공정을 진행하여 탄소섬유를 얻었다. 이렇게 얻어진 탄소섬유의 스트랜드 인장강도와 인장강도의 CV%를 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.The precursor fibers obtained as described above were subjected to two-stage washing and ultrasonic treatment in a water bath equipped with an ultrasonic device before the chlorination process, and then subjected to chlorination treatment in the air at 220 to 270 캜. Next, the carbonization process was carried out in a nitrogen atmosphere at 300 to 1500 ° C to obtain carbon fibers. The strand tensile strength and the CV% of the tensile strength of the carbon fibers thus obtained were measured, and the results are shown in Table 1.

<< 비교예Comparative Example >>

상기와 같이 얻어진 전구체 섬유를 수세 처리 없이 곧바로 220~270℃의 공기 중에서 내염화 시킨 후, 300~1500℃의 질소 분위기에서 탄화 공정을 진행하여 탄소섬유를 얻었다. 이렇게 얻어진 탄소섬유의 스트랜드 인장강도와 인장강도의 CV%를 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.The precursor fibers thus obtained were immediately chlorinated in the air at 220 to 270 ° C without washing with water, and carbonization was carried out in a nitrogen atmosphere at 300 to 1500 ° C to obtain carbon fibers. The strand tensile strength and the CV% of the tensile strength of the carbon fibers thus obtained were measured, and the results are shown in Table 1.

구분division 실시예1Example 1 실시예2Example 2 실시예3Example 3 비교예1Comparative Example 1
중합체

polymer

중합조성 및
물성

The polymerization composition and
Properties
AN/MA/IA=96/3/1
고유점도: 1.65
수율:85%
AN / MA / IA = 96/3/1
Intrinsic viscosity: 1.65
Yield: 85%

방사

radiation

전구체섬유

Precursor fiber
0.98 denier
6000 filament
0.98 denier
6000 filament

수세조건

Washing condition
수세여부Whether it is waterproof OO OO OO XX
수세단수Suesse singles 1One 22 22 -- 초음파처리Ultrasonic treatment XX XX OO XX
물성

Properties
인장강도
(GPa)
The tensile strength
(GPa)

3.92

3.92

3.99

3.99

4.13

4.13

3.71

3.71
인장강도 변화율
(CV%)
Tensile strength change rate
(CV%)

5.2

5.2

4.5

4.5

4.0

4.0

6.0

6.0

표 1을 참조하여 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예를 비교하면, 전구체 섬유를 내염화 처리하기 전에 수세단계를 많이 거칠수록 최종 탄소섬유의 강도가 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 동일한 수세단계를 거치더라도 초음파 처리를 실시하는 경우에는 최종 탄소섬유의 강도가 더욱 증가하는 것을 알 수 있다.Comparing Examples 1 to 3 and Comparative Example with reference to Table 1, it can be seen that the strength of the final carbon fiber increases as the water washing step is performed before the chlorination of the precursor fibers. Further, even if the same water washing step is performed, the strength of the final carbon fiber is further increased in the case of ultrasonic treatment.

따라서, 본 발명에 따르면 고강도/고품질의 탄소섬유를 제조할 수 있다.Therefore, according to the present invention, high strength / high quality carbon fibers can be produced.

Claims (2)

95wt% 이상의 아크릴로니트릴과, 메틸아크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산 및 이타콘산으로부터 선택된 2종 이상의 모노머를 포함하는 5중량% 이하의 코모노머로 이루어진 폴리아크릴로니트릴 중합물을 이용하여 도프를 제조하는 도프 제조 단계; 상기 도프를 습식 또는 건습식 방사하여 PAN계 전구체 섬유를 제조하는 전구체 섬유 제조 단계; 상기 전구체 섬유를 내염화 처리하는 내염화 단계; 및 상기 내염화 처리된 섬유를 탄소화 처리하는 탄소화 단계를 포함하는 탄소섬유 제조방법에 있어서, A dope is prepared using a polyacrylonitrile polymer composed of not less than 95 wt% of acrylonitrile and not more than 5 wt% of a comonomer containing two or more monomers selected from methyl acrylate, acrylic acid, methacrylic acid and itaconic acid A dope producing step; A precursor fiber preparation step in which the dope is wet-laid or dry-wet-spinned to produce a PAN-based precursor fiber; A dechlorination step of dechlorinating the precursor fiber; And a carbonization step of carbonizing the chlorinated fiber, the method comprising the steps of: 상기 내염화 단계를 수행하기 전에 전구체 섬유 제조공정 중 또는 전구체 섬유에 다량 존재하는 이물질 및 마이크로/마크로 결함을 제거하기 위해 초음파 발생장치를 하부에 구비한 1단 내지 4단의 수세욕을 가지면서 각 단의 수세 롤러가 2~6개인 세척조를 이용하여 상기 전구체 섬유를 수세하는 수세 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 제조방법.In order to remove impurities and micro / macro defect existing in a precursor fiber or in a precursor fiber in large quantities before the chlorination step, there is provided an ultrasonic wave generator having a first to fourth water bath, And washing the precursor fibers with a washing tank having two to six wash rollers at a stage of washing the precursor fibers. 삭제delete
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