KR101543534B1 - 탄소 섬유용 피치의 제조 방법 - Google Patents

탄소 섬유용 피치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 등방성 피치의 제조 방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로 석탄계 콜타르 피치를 포함하는 탄소질 원료로부터 광학적으로 등방성이며, 고연화점을 가지는 피치를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 서로 상이한 석탄계 탄소질 원료의 혼합물로부터 탄소 섬유용 피치를 제조함으로써, 탄소질 원료의 중합 반응의 효율을 높일 수 있으며, 제조된 피치의 수소 함량을 증가시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 피치는 증가된 수소 함량을 통해 불융화 시간을 대폭 단축시킬 수 있다. 게다가, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 피치로 탄소 섬유를 제조할 시 단위 시간당 생산량을 극대화함과 동시에, 등방성 피치를 사용함에도 불구하고 고강도의 탄소 섬유의 제조가 가능하다.

Description

탄소 섬유용 피치의 제조 방법{PREPARATION METHOD OF PITCH FOR CARBON FIBER}
본 발명은 탄소 섬유용 피치의 제조 방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로 콜타르를 포함하는 탄소질 원료를 이용하여 탄소 섬유용 피치를 제조하는 방법에 관한 것이다.
탄소 소재의 대표적인 예로서 탄소 섬유는 원료물질에 따라 PAN(Polyacrylonitrile)계, 셀룰로오즈계, 피치계, 페놀 수지계로 구분되며, 이 중 피치계 탄소 섬유는 전구체(precursor)인 피치의 종류에 따라, 액정(Mesophase) 피치계 탄소 섬유와 등방성(Isotropic) 피치계 탄소 섬유로 크게 나뉜다.
상기 액정 피치계 탄소 섬유는 전구체로서 광학적으로 이방성인 액정 피치를 사용하여 제조하고, 등방성 피치계 탄소 섬유는 전구체로서 광학적으로 등방성인 등방성 피치를 사용하여 제조한다. 탄소 섬유의 기계적 물성은, 액정 피치계 탄소 섬유가 일반적으로 고강도 및 고탄성을 나타낸다면, 등방성 피치계 탄소 섬유는 저강도 및 저탄성의 범용적인 물성을 나타낸다.
그러나, 액정 피치계 탄소 섬유는 초고온재료 등 응용범위가 제한되어 있으므로, 범용 탄소 섬유 제조를 위한 등방성 전구체 피치의 제조가 더 요구되고 있다. 이러한 범용 탄소섬유는 가격이 저렴한 반면에 고강도 및 고탄성을 필요로 하기 때문에 물성을 향상시키기 위해선 초기 원료와 제조 공정의 연구가 더 필요한 실정이다.
피치계 탄소 섬유는 전구체인 피치를 방사기를 사용하여 용융방사하여 섬유화한 후, 섬유화된 피치를 150 ~ 350 ℃ 온도 범위의 산화성 분위기 하에서 일정시간 산화 안정화 처리한 다음, 700 ~ 3000 ℃ 온도 범위의 불활성 분위기 하에서 용도에 따라 일정 시간 처리하여 제조하는 것이 일반적이다.
탄소섬유 제조시 섬유의 제조 원가는 원료인 전구체 피치의 가격, 전구체 피치의 방사성, 산화 안정화의 속도, 탄화처리 후 탄화 수율 등에 의해 영향을 받으며, 제조 공정별 소요시간에 있어서는 장시간의 반응이 필수적인 산화 안정화 공정이 가장 장시간을 요하는 것으로 알려져 있어, 산화 안정화 성능이 우수한 전구체 피치의 개발이 중요한 기술로 알려져 있다.
등방성 피치계 탄소섬유의 원료로 사용되는, 연화점이 200 ℃ 이상인 등방성 피치의 제조방법으로 석탄계 피치를 진공 증류 및 용제 추출에 의해 저분자량 성분을 제거하는 방법, 단순 열축합에 의해 원료 중의 저분자량 성분을 축합하여 고분자 성분으로 바꾸는 방법 및 상기 두가지 방법을 병행하여 제조하는 방법을 들 수 있다.
여기서, 상기 석탄계 피치는 콜타르(coal tar) 또는 콜타르 피치(coal tar pitch)로서 언급되며, 상기 석탄계 피치는 석탄을 고온 건류(900 ~ 1300 ℃) 또는 저온 건류(400 ~ 900 ℃)함으로써 얻어질 수 있으며, 고온 건류에 의해 생성된 석탄계 피치는 고온 콜타르 또는 고온 콜타르 피치라 하며, 저온 건류에 의해 생성된 석탄계 피치는 저온 콜타르 또는 저온 콜타르 피치라 한다.
또한, 종래 탄소 소재용 피치를 제조하기 위한 탄소질 원료로서 석탄의 저온 건류를 통해 생성된 저온 콜타르가 제안되었는데(일본 공개특허공보 제1980-001342호), 저온 콜타르를 이용하여 탄소 섬유를 제조할 경우, 탄소 섬유의 수득률이 낮으며, 제조된 탄소 섬유의 강도도 불충분하다는 문제점이 제기되었다.
따라서, 탄소 소재용 피치를 제조하기 위한 탄소질 원료로서 콜타르를 사용할 경우, 주로 석탄의 고온 건류를 통해 생성된 고온 콜타르가 이용되었다. 다만, 고온 콜타르의 경우 열중합에 의해 생성된 고분자 성분과 열분해에 의해 생성된 저분자 성분이 공존하기 때문에, 가열시 액정화될 수 있으며, 피치 섬유의 불융화성이 떨어진다는 단점이 존재하였다.
결국, 탄소질 원료의 선택으로서 피치의 특성을 개선할 수 있는 부분에 대한 연구와 이해가 부족했기 때문에, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 피치의 제조 공정 내 다양한 전처리 또는 후처리를 도입하게 되었다.
이러한 전처리 또는 후처리로는 일반적으로 불활성가스의 분위기에서 열처리하는 방법, 탄소질 원료를 수소화한 후 공기 또는 산화성 기체를 불어 넣으면서 열처리하는 방법(일본 공개특허공보 제1994-256767호), 나이트로 화합물 등 반응 첨가물 또는 염화알루미늄 등과 같은 촉매를 가하여 열처리하는 방법(일본 공개특허공보 제1993-132767호) 또는 라디칼 발생제 및 가교제 등과 같은 첨가제를 가하여 열처리하는 방법(일본 공개특허공보 제2005-281490호) 등이 있다.
다만, 탄소질 원료의 수소화를 위해서는 고가의 촉매를 필요로 하며, 공정이 복잡해지기 때문에 피치의 생산 단가가 증가하게 된다. 또한, 나이트로 화합물, 라디칼 발생제 또는 가교제 등과 같은 첨가제의 경우 오히려 피치보다 고가의 화합물인 경우가 많아 상업적으로 적용하기 어렵다는 새로운 문제점이 대두되었다.
일본 공개특허공보 제1980-001342호 일본 공개특허공보 제1994-256767호 일본 공개특허공보 제1993-132767호 일본 공개특허공보 제2005-281490호
본 발명의 목적은 서로 상이한 석탄계 탄소질 원료의 혼합물로부터 탄소 섬유용 피치를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 콜타르(coal tar)를 주 성분으로 포함하는 제1 탄소질 원료 및 적어도 하나의 하이드록실기(-OH)를 포함하는 모노사이클릭 또는 바이사이클릭 방향족성 탄화수소를 포함하는 제2 탄소질 원료를 혼합하되, 상기 제1 탄소질 원료의 함량이 상기 제2 탄소질 원료의 함량보다 높은 비율이 되도록 혼합하여 혼합물을 생성하는 단계; (b) 상기 혼합물을 열처리하는 단계; 및 (c) 상기 열처리된 혼합물로부터 저비점 성분을 제거하는 단계;를 포함하는 탄소 섬유용 피치의 제조 방법이 제공될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 탄소질 원료는 900 ~ 1300 ℃에서 석탄을 건류할 때 생성되는 부산물일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 탄소질 원료는 고온 콜타르일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 탄소질 원료는 산소 함량이 5 ~ 20 wt%일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 탄소질 원료는 타르산 공정 잔사유 또는 450 ~ 900 ℃에서 석탄을 건류할 때 생성되는 부산물일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 450 ~ 900 ℃에서 석탄을 건류할 때 생성되는 부산물은 저온 콜타르일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 탄소질 원료는 상기 제1 탄소질 원료보다 산성유 및 염기성유의 함유량이 높을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 탄소질 원료는 페놀(phenol), 크레졸(cresol), 자일레놀(xylenol), 에틸페놀(ethylphenol), 쿠메놀(cumenol) 및 나프톨(naphthol)로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 단계 (a)는 상기 제1 탄소질 원료 100 중량부에 대하여 상기 제2 탄소질 원료 1 내지 50 중량부를 혼합하여 혼합물을 생성하는 단계일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 단계 (a)는 상기 제1 탄소질 원료와 상기 제2 탄소질 원료를 100 ~ 200 ℃에서 혼합하여 혼합물을 생성하는 단계일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 단계 (b)는 상기 혼합물을 300 ~ 350 ℃에서 열처리하여 중합 반응을 유도하는 단계일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 단계 (b)는 상기 혼합물을 산화성 기체 분위기 하에서 열처리하여 중합 반응을 유도하는 단계일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 산화성 기체는 공기, 산소 및 오존으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 단계 (c)는 상압 또는 감압 하에서 상기 열처리된 혼합물을 340 ~ 370 ℃의 온도 범위 내로 가열하여 저비점 성분을 제거하는 단계일 수 있다.
본 발명에 따른 탄소 섬유용 피치의 제조 방법은 하기와 같은 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 서로 상이한 석탄계 탄소질 원료의 혼합물로부터 탄소 섬유용 피치를 제조함으로써, 탄소질 원료의 중합 반응의 효율을 높일 수 있으며, 제조된 피치의 수소 함량을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 피치는 증가된 수소 함량을 통해 불융화 시간을 대폭 단축시킬 수 있다.
게다가, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 피치로 탄소 섬유를 제조할 시 단위 시간당 생산량을 극대화함과 동시에, 등방성 피치를 사용함에도 불구하고 고강도의 탄소 섬유의 제조가 가능하다.
본 발명을 더 쉽게 이해하기 위해 편의상 특정 용어를 본원에 정의한다. 본원에서 달리 정의하지 않는 한, 본 발명에 사용된 과학 용어 및 기술 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미를 가질 것이다. 또한, 문맥상 특별히 지정하지 않는 한, 단수 형태의 용어는 그것의 복수 형태도 포함하는 것이며, 복수 형태의 용어는 그것의 단수 형태도 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본원에 사용된 용어 "알킬"은 직쇄 알킬기, 분쇄 알킬기, 사이클로 알킬(알리사이클릭)기, 알킬 치환된 사이클로알킬기 및 사이클로알킬치환된 알킬기를 포함하는 포화 지방족기의 라디칼을 의미한다.
상기 용어 "알킬"은 탄화수소 주쇄의 하나 이상의 탄소를 예를 들어, 산소, 질소, 황 또는 인 원자가 치환하는 산소, 질소, 황 또는 인 원자를 더 포함할 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 직쇄 또는 분쇄 알킬은 이의 주쇄에 10개 이하(예를 들어, C1-C10의 직쇄, C3-C5의 분쇄), 바람직하게는 7개 이하, 보다 바람직하게는 5개 이하의 탄소 원자를 가진다. 마찬가지로, 바람직한 사이클로알킬은 이의 고리 구조에 3-10개 탄소 원자, 바람직하게는 3,4,5,6 또는 7개의 탄소원자를 가진다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 서로 상이한 석탄계 탄소질 원료의 혼합물로부터 탄소 섬유용 피치를 제조하는 방법을 제공될 수 있다.
보다 구체적으로 상기 방법은 (a) 콜타르(coal tar)를 주 성분으로 포함하는 제1 탄소질 원료 및 적어도 하나의 하이드록실기(-OH)를 포함하는 모노사이클릭 또는 바이사이클릭 방향족성 탄화수소를 포함하는 제2 탄소질 원료를 혼합하되, 상기 제1 탄소질 원료의 함량이 상기 제2 탄소질 원료의 함량보다 높은 비율이 되도록 혼합하여 혼합물을 생성하는 단계; (b) 상기 혼합물을 열처리하는 단계; 및 (c) 상기 열처리된 혼합물로부터 저비점 성분을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.
먼저, 서로 상이한 석탄계 탄소질 원료의 혼합물을 생성하기 위한 단계 (a) 대하여 설명한다.
일 실시예에 있어서, 상기 콜타르(coal tar)를 주 성분으로 포함하는 제1 탄소질 원료는 900 ~ 1300 ℃에서 석탄을 건류할 때 생성되는 부산물일 수 있다.
즉, 상기 제1 탄소질 원료는 고온 콜타르일 수 있다. 여기서, 상기 고온 콜타르는 흑색의 무정형 고체로서, 연화점은 20 ~ 100 ℃이며, 방향족화도(aromaticity)는 0.95 이상이다. 또한, 탄소와 수소의 몰비(C/H)는 1.4 ~ 1.6이며, 수소 함량은 4% 미만인 것이 일반적이다.
상기 고온 콜타르는 대부분 폴리사이클릭(polycyclic) 방향족성 탄화수소로 구성되어 있으며, 상기 폴리사이클릭 방향족성 탄화수소의 예로는 안트라센(anthracene), 플루오린(fluorine), 페난트렌(phenanthrene), 파이렌(pyrene), 크리센(chrysene) 및 벤조피렌(benzopyrene) 등이 있다.
상기 제1 탄소질 원료와 함께 혼합물을 형성하는 상기 제2 탄소질 원료는 적어도 하나의 하이드록실기(-OH)를 포함하는 모노사이클릭 또는 바이사이클릭 방향족성 탄화수소일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 제2 탄소질 원료는 적어도 하나의 하이드록실기(-OH) 및/또는 적어도 하나의 알킬기를 포함하는 모노사이클릭 또는 바이사이클릭 방향족성 탄화수소일 수 있다.
여기서, 상기 하이드록실기 및/또는 알킬기는 상기 모노사이클릭 또는 바이사이클릭 방향족성 탄화수소의 적어도 하나의 탄소에 결합되어 존재한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 탄소질 원료의 산소(O) 함량은 5 ~ 20 wt%일 수 있다. 상기 제2 탄소질 원료에 포함된 산소는 열처리 단계에서 탄소질 원료간 중합 반응을 촉진시키는 역할을 수행할 수 있으며, 이 때, 상기 제2 탄소질 원료의 산소(O) 함량이 5 wt% 미만인 경우, 상기 제2 탄소질 원료의 포함에 따른 중합 반응의 촉진이 미비한 반면, 산소(O) 함량이 20 wt%를 초과할 경우, 오히려 열처리시 과도한 중합 반응이 촉진됨으로써 과중합 물질이 생성될 가능성이 높아진다.
또한, 다른 실시예에 있어서, 상기 제2 탄소질 원료에는 적어도 하나의 하이드록실기(-OH)를 포함하는 모노사이클릭 또는 바이사이클릭 방향족성 탄화수소 뿐 만 아니라 폴리사이클릭 방향족성 탄화수소, 파라핀 등의 성분도 어느 정도 포함될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 탄소질 원료의 방향족화도는 0.4 ~ 0.6인 것이 바람직하다. 상기 방향족화도는 상기 산소(O) 함량과 유사하게, 방향족화도가 0.4 미만인 경우, 열처리시 과도한 중합 반응이 촉진됨으로써 과중합 물질이 생성될 가능성이 높아아지는 반면, 방향족화도가 0.6을 초과할 경우, 상기 제1 탄소질 원료와 상기 제2 탄소질 원료 사이의 중합 반응성이 감소하게 된다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 탄소질 원료는 타르산 공정 잔사유 또는 450 ~ 900 ℃에서 석탄을 건류할 때 생성되는 부산물일 수 있다.
여기서, 상기 타르산(tar acid) 공정 잔사유는 콜타르의 증류 등에 의해 생성된 조타르산을 증류하고 남은 잔유물이며, 상기 450 ~ 900 ℃에서 석탄을 건류할 때 생성되는 부산물은 저온 콜타르이다.
상기 제2 탄소질 원료에는 상기 제1 탄소질 원료보다 산성유 및 염기성유가 다량으로 포함되어 있으며, 예를 들어, 페놀(phenol), 크레졸(cresol), 자일레놀(xylenol), 에틸페놀(ethylphenol), 쿠메놀(cumenol) 및 나프톨(naphthol)로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
일 실시예에 있어서, 상기 단계 (a)에서 서로 상이한 석탄계 탄소질 원료의 혼합물을 생성하기 위해 상기 제1 탄소질 원료의 함량이 상기 제2 탄소질 원료의 함량보다 높은 비율로 혼합하는 것이 바람직하다. 달리 표현하면, 상기 제1 탄소질 원료와 제2 탄소질 원료를 혼합하여 생성된 혼합물에 있어서, 상기 전체 혼합물에 대한 제1 탄소질 원료의 비는 상기 전체 혼합물에 대한 제2 탄소질 원료의 비보다 높은 것이 바람직하다.
후술하겠지만, 상기 혼합물 중 상기 제2 탄소질 원료의 양이 상기 제1 탄소질 원료의 양보다 많거나 과도하게 많은 양으로 존재할 경우, 제2 탄소질 원료에 의해 유도되는 과도한 중합 반응에 의해 공정의 제어가 어려워진다.
즉, 상기 혼합물 중에 상기 제1 탄소질 원료가 상기 제2 탄소질 원료보다 많은 양으로 포함되어야 탄소질 원료의 중합 반응의 효율의 증가, 제조된 피치의 수소 함량을 증가 및 불융화 시간의 단축과 같은 본 발명의 목적이 효과적으로 달성될 수 있다.
상기 제1 탄소질 원료와 제2 탄소질 원료의 혼합 또는 배합 비율과 관련하여 보다 상세하게는, 상기 제1 탄소질 원료 100 중량부에 대하여 상기 제2 탄소질 원료 1 내지 50 중량부, 바람직하게는 5 내지 30 중량부를 혼합하여 혼합물을 생성할 수 있다. 상기 범위로 혼합되는 경우 본 발명이 의도한 효과를 나타내기에 적절할 뿐만 아니라, 비용 대비 효과의 측면에서도 상기 범위로 혼합되는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 제2 탄소질 원료가 1 중량부 미만으로 포함될 경우, 제2 탄소질 원료를 포함시킴에 따른 중합 반응 촉진 효과를 얻을 수 없으며, 반대로 제2 탄소질 원료가 50 중량부 초과할 경우, 즉 제1 탄소질 원료와 제2 탄소질 원료의 중량비가 2 : 1을 초과할 경우, 과도한 중합 반응에 의해 공정의 제어가 어렵게 된다.
일 실시예에 있어서, 상기 단계 (a)에서 상기 제1 탄소질 원료와 상기 제2 탄소질 원료는 100 ~ 200 ℃의 범위 내에서 선택되는 온도 조건에서 혼합될 수 있다. 상기 제1 탄소질 원료 및 제2 탄소질 원료는 모두 고점도의 원료로서 혼합을 위해서는 적절한 승온이 필요하며, 100 ~ 200 ℃의 범위 내에서 서로 상이한 석탄계 탄소질 원료를 균일하게 혼합할 수 있다. 반면, 상기 탄소질 원료들의 유동성을 향상시키고자 200 ℃ 보다 높은 조건에서 혼합할 경우, 높은 온도에 의해 균일하게 혼합이 완료되기 전에 중합 반응이 시작될 수 있으므로, 온도의 상한을 결정하는 것은 매우 중요하다.
또한, 상기 제1 탄소질 원료 및 상기 제2 탄소질 원료는 유기 용제 내에서 혼합될 수 있다. 상기 유기 용제는 상기 탄소질 원료를 용해시킬 수 있는 물질이면 제한 없이 사용될 수 있다. 그러나, 상기 탄소질 원료가 다양한 성분의 혼합물일 경우, 상기 탄소질 원료의 주성분을 용해시킬 수 있는 유기 용제가 사용될 수 있으며, 일부 불용성분이 상기 혼합 용액에 포함되어 있을 수 있다. 상기 유기 용제는 구체적으로, 극성도(polarity index)가 3 내지 6인 유기 용제를 사용할 수 있다. 상기 유기 용제의 극성도가 3보다 낮으면 산과의 용해성이 떨어지고 극성도가 6보다 크면 탄소질 원료의 용해성이 떨어지기 때문에 상기 범위의 극성도를 갖는 유기 용제가 전술한 탄소질 원료를 균일하게 용해시킨 혼합용액을 제조하기에 적합하다.
상기 유기 용제는, 예를 들어, 에탄올, 메탄올, 아이소프로필알콜, 테트라하이드로퓨란, 다이클로로메탄, 클로로포름 등을 사용할 수 있고, 이들의 1종 이상의 조합을 포함할 수 있다.
상기 유기 용제는 상기 탄소질 원료 100 중량부 당 5 내지 200 중량부의 함량비로 혼합할 수 있다. 상기 범위의 함량비로 혼합될 경우, 상기 탄소질 원료와 상기 유기 용제의 혼합물은 적절한 점도를 가지게 되어 상기 유기 용제 내에서 상기 제1 탄소질 원료 및 상기 제2 탄소질 원료가 원활히 혼합될 수 있다. 보다 구체적으로 상기 유기 용제는 상기 탄소질 원료와 혼합물을 형성할 경우, 상기 혼합물이 60 ℃에서 0.1 ~ 30 cp의 점도를 가지도록 상기 탄소질 원료와 혼합될 수 있다.
또한, 다른 실시예에 있어서 상술한 제1 탄소질 원료 및 제2 탄소질 원료 외의 제3 탄소질 원료 또는 복수의 탄소질 원료의 혼합물도 포함될 수 있다. 다만, 이 경우에도 본 발명이 제1 탄소질 원료 및 제2 탄소질 원료의 혼합물을 사용함으로써 얻고자 하는 탄소질 원료의 중합 반응의 효율의 증가, 제조된 피치의 수소 함량을 증가 및 불융화 시간의 단축과 같은 본 발명의 목적에 부합하는 한도 내에서 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
이어서, 서로 상이한 석탄계 탄소질 원료의 혼합물을 열처리하여 중합 반응을 유도하기 위한 단계 (b) 대하여 설명한다.
일 실시예에 있어서, 상기 단계 (b)는 300 ~ 350 ℃의 범위 내에서 선택되는 온도 조건에서 실시되는 것이 바람직하다. 열처리 온도가 300 ℃ 미만인 경우, 탄소질 원료 간 중합 반응 속도가 너무 느린 반면, 열처리 온도가 350 ℃를 초과할 경우, 오히려 과도하게 빠른 중합 반응에 의해 과중합 물질이 생성되거나 사슬 연장 반응이 종결(분해(cracking) 또는 코킹(coking))되어 원하는 분자량을 갖는 피치의 제조가 어려울 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 단계 (b)는 상기 혼합물을 공기, 산소 및 오존으로부터 선택되는 적어도 하나의 산화성 기체 분위기 하에서 열처리하여 중합 반응을 유도하는 단계일 수 있다. 여기서, 상기 단계 (b)가 산화성 기체 분위기 하에서 열처리되는 것을 특징으로 할 경우, 상기 산화성 기체는 200 ~ 400 ml/min의 속도로 혼입되는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 산화성 기체가 혼입된 상태에서 열처리가 실시되거나, 산화성 기체를 혼입하면서 열처리를 동시에 실시하는 것 역시 가능하다.
즉, 상기 단계 (b)는 별도의 첨가제(라디칼 개시제 또는 가교제) 및/또는 촉매 없이도 (산화성 기체의 혼입 하) 열처리를 통해 중합 반응을 효과적으로 수행하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 발명에 있어서 상기 단계 (b)의 열처리가 반드시 산화성 기체 분위기 하에서 수행될 필요는 없다. 산화성 기체 분위기 하에서 열처리를 수행하는 산화성 기체 혼입법은 방사성의 저하 원인이 되는 과중합 물질의 생성을 억제할 수 있으며, 원하는 연화점을 용이하게 조절할 수 있다는 장점이 있으나, 고연화점 피치의 제조시 다량의 산화성 기체를 필요로 하며, 고온의 산화성 기체를 사용하여야 하기 때문에 안전상의 문제가 있다.
하기의 실시예에서 살펴보겠지만, 본 발명의 일 실시예에 따르면 산화성 기체 분위기 하에서의 열처리를 수반하지 않더라도, 산화성 기체의 분위기 하에서 열처리를 수반하는 경우와 유사한 피치 수율 및 상기 피치로부터 제조된 탄소섬유의 물성을 확보할 수 있다는 장점이 있다. 이는 서로 상이한 석탄계 탄소질 원료를 혼합하여 사용함에 따른 반응성의 향상으로부터 얻을 수 있는 효과에 해당한다.
마지막으로, 상기 열처리된 혼합물로부터 저비점 성분을 제거하기 위한 단계 (c)를 설명하기로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 단계 (c)는 상압 또는 감압 하에서 상기 열처리된 혼합물을 340 ~ 370 ℃의 온도 범위 내로 가열하여 저비점 성분을 제거하는 단계일 수 있다.
상기 열처리된 혼합물로부터 저비점 성분을 제거함으로써 최종적으로 생성되는 등방성 피치의 연화점을 더욱 높일 수 있다. 상기 단계 (b)에 따른 열처리 단계에서도 저비점 성분은 제거될 수 있으나, 상기 단계 (c)를 더 포함함으로써 저비점 성분을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
다만, 상기 단계 (c)의 저비점 성분을 제거하기 위한 온도가 370 ℃를 초과할 경우, 분해(cracking) 반응 및/또는 급속한 코킹(coking) 반응으로 인한 생성물의 유실 및 코킹 문제가 발생할 수 있다.
전술한 방법에 따라 제조된 고연화점의 등방성 피치의 수율은 종래 다른 방법을 통해 제조된 등방성 피치의 수율보다 현저히 높으며, 물성 또한 균일하다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다만, 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다 할 것이다.
1. 제조된 피치의 연화점 및 제조 수율
본 발명의 일 실시예에 따라 서로 상이한 석탄계 탄소질 원료를 혼합하여 제조된 피치가 하나의 석탄계 탄소질 원료(고온 콜타르)를 사용하는 경우와 비교하여 연화점 및 피치 수율(반응의 중합도)이 어떻게 변화되는지 여부를 확인하기 위해 하기에 기재된 방법에 따라 피치를 제조하였다.
반응 온도 및/또는 반응 시간에 의해 반응 속도 및/또는 수율이 달라질 수 있는 바, 이에 따른 차이를 최소화하기 위해 하기의 실시예 1 ~ 6와 비교예 1 ~ 3에 따른 피치를 제조할 때, 원료를 제외한 나머지 조건은 동일하게 설정하였다.
실시예 1
고체 입자가 제거된 연화점 30 ℃의 고온 콜타르 400 g과 산소 함량(O)이 17%이고, 방향족화도가 0.44인 타르산 공정 잔사유 80 g을 1000 ml 반응기에 넣고 150 ℃에서 30분 동안 교반하여 균일하게 혼합하였다. 그리고, 350 ℃까지 가열한 후 7시간 동안 열처리하였다. 그리고, 압력 150 mmHg, 온도 350 ℃ 하에서 증류를 통해 저비점 물질을 제거하여 최종적으로 고연화점 피치를 제조하였다.
실시예 2
고체 입자가 제거된 연화점 30 ℃의 고온 콜타르 400 g과 산소 함량(O)이 12%이고, 방향족화도가 0.48인 저온 콜타르 80 g을 1000 ml 반응기에 넣고 150 ℃에서 30분 동안 교반하여 균일하게 혼합하였다. 그리고, 350 ℃까지 가열한 후 7시간 동안 열처리하였다. 그리고, 압력 150 mmHg, 온도 350 ℃ 하에서 증류를 통해 저비점 물질을 제거하여 최종적으로 고연화점 피치를 제조하였다.
실시예 3
고체 입자가 제거된 연화점 30 ℃의 고온 콜타르 400 g과 산소 함량(O)이 12%이고, 방향족화도가 0.48인 저온 콜타르 40 g을 1000 ml 반응기에 넣고 150 ℃에서 30분 동안 교반하여 균일하게 혼합하였다. 그리고, 350 ℃까지 가열한 후 8시간 동안 열처리하였다. 그리고, 압력 150 mmHg, 온도 350 ℃ 하에서 증류를 통해 저비점 물질을 제거하여 최종적으로 고연화점 피치를 제조하였다.
실시예 4
고체 입자가 제거된 연화점 30 ℃의 고온 콜타르 200 g과 산소 함량(O)이 8%이고, 방향족화도가 0.52인 저온 콜타르 20 g을 500 ml 반응기에 넣고 150 ℃에서 30분 동안 교반하여 균일하게 혼합하였다. 산화성 기체로서 공기를 사용하여 300 ml/min의 속도로 주입하면서 5시간 동안 열처리를 하였다. 그리고, 압력 150 mmHg, 온도 350 ℃ 하에서 증류를 통해 저비점 물질을 제거하여 최종적으로 고연화점 피치를 제조하였다.
실시예 5
고체 입자가 제거된 연화점 30 ℃의 고온 콜타르 200 g과 산소 함량(O)이 8%이고, 방향족화도가 0.52인 저온 콜타르 40 g을 500 ml 반응기에 넣고 150 ℃에서 30분 동안 교반하여 균일하게 혼합하였다. 산화성 기체로서 공기를 사용하여 300 ml/min의 속도로 주입하면서 5시간 동안 열처리를 하였다. 그리고, 압력 150 mmHg, 온도 350 ℃ 하에서 증류를 통해 저비점 물질을 제거하여 최종적으로 고연화점 피치를 제조하였다.
실시예 6
고체 입자가 제거된 연화점 30 ℃의 고온 콜타르 200 g과 산소 함량(O)이 12%이고, 방향족화도가 0.48인 저온 콜타르 40 g을 500 ml 반응기에 넣고 150 ℃에서 30분 동안 교반하여 균일하게 혼합하였다. 산화성 기체로서 공기를 사용하여 300 ml/min의 속도로 주입하면서 5시간 동안 열처리를 하였다. 그리고, 압력 150 mmHg, 온도 350 ℃ 하에서 증류를 통해 저비점 물질을 제거하여 최종적으로 고연화점 피치를 제조하였다.
비교예 1
실시예 1과 동일한 연화점 30 ℃의 고온 콜타르 500 g을 1000 ml 반응기에 넣고 350 ℃로 가열한 후 14시간 동안 열처리를 하였다. 그리고, 압력 150 mmHg, 온도 350 ℃ 하에서 증류를 통해 저비점 물질을 제거하여 최종적으로 고연화점 피치를 제조하였다.
비교예 2
실시예 1과 동일한 연화점 30 ℃의 고온 콜타르 500 g을 1000 ml 반응기에 넣고 340 ℃로 가열한 후 산화성 기체로서 공기를 사용하여 400 ml/min의 속도로 주입하면서 6시간 동안 열처리를 하였다. 그리고, 압력 150 mmHg, 온도 350 ℃ 하에서 증류를 통해 저비점 물질을 제거하여 최종적으로 고연화점 피치를 제조하였다.
비교예 3
실시예 1과 동일한 연화점 30 ℃의 고온 콜타르 300 g을 500 ml 반응기에 넣고 340 ℃로 가열한 후, 산화성 기체로서 공기를 사용하여 300 ml/min의 속도로 주입하면서 6시간 동안 열처리를 하였다. 그리고, 압력 150 mmHg, 온도 350 ℃ 하에서 증류를 통해 저비점 물질을 제거하여 최종적으로 고연화점 피치를 제조하였다.
상기에 기재된 방법을 통해 제조된 실시예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 3에 따른 피치는 모두 광학적으로 등방성 피치에 해당하는 것을 확인할 수 있었다. 하기의 표 1에는 상기 실시예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 3에 따라 제조된 피치의 연화점 및 제조된 피치의 수율이 기재되어 있다.
구분 연화점(℃) 피치 수율(%)
실시예 1 285 50
실시예 2 289 51
실시예 3 284 52
실시예 4 283 52
실시예 5 287 50
실시예 6 286 50
비교예 1 220 24
비교예 2 282 39
비교예 3 281 40
상기 표 1을 참조하면, 실시예 1 ~ 6 및 비교예 2, 3에 따른 방법에 의해 제조된 피치는 모두 고연화점의 등방성 피치임이 확인되었다.
비교예 1은 고온 콜타르를 유일한 탄소질 원료로 사용하되, 산화성 기체의 혼입 없이 열처리만을 통해 중합 반응을 수행하였다. 반면, 비교예 2 및 비교예 3은 고온 콜타르를 유일한 탄소질 원료로 사용하되, 산화성 기체의 혼입 하에서 열처리를 통해 중합 반응을 수행하였다. 즉, 고온 콜타르를 유일한 탄소질 원료를 사용하더라도 산화성 기체의 혼입 하에서 열처리를 통해 중합 반응을 수행할 경우, 고연화점의 등방성 피치를 제조할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
다만, 비교예 1 ~ 3에 따른 방법을 통해 피치를 제조할 경우, 그 수득률은 최대 39%에 불과한 반면, 본 발명의 실시예 1 ~ 6에 따른 방법을 통해 피치를 제조할 경우, 그 수득률은 적어도 50 %를 달성할 수 있었다.
이러한 차이는 본 발명의 실시예 1 ~ 6에 따른 방법에서는 석탄계 탄소질 원료로서 고온 콜타르 외에 적어도 하나의 하이드록실기를 포함하는 모노사이클릭 또는 바이사이클릭 방향족성 탄화수소인 타르산 공정 잔사유 또는 저온 콜타르를 사용함에 따른 결과라고 볼 수 있다.
상기 타르산 공정 잔사유 또는 저온 콜타르는 별도의 첨가제 및/또는 촉매 없이도 그 자체로서 중합 반응을 촉진시킬 수 있는 탄소질 원료에 해당함을 확인할 수 있다.
2. 제조된 피치의 수소 함량 및 상기 피치로부터 제조된 섬유의 물성
본 발명의 일 실시예에 따라 서로 상이한 석탄계 탄소질 원료를 혼합하여 제조된 피치가 증가된 수소 함량을 통해 불용화 시간을 대축 단축시키며, 이에 따라 탄소 섬유의 제조 시간 및 단위 시간당 생산량을 극대화시킬 수 있는지 여부를 확인하기 위해, 상기에 언급한 방법에 의해 제조된 실시예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 3의 피치를 320 ℃에서 직경 0.3 mm의 노즐로 연속 방사하여 피치 섬유를 제조하였다.
제조된 피치 섬유를 공기 분위기 하의 불융화로 내에서 160 ~ 350 ℃ 까지 승온시키면서 불융화를 수행하였다. 불융화가 완료된 섬유를 1000 ℃의 질소 분위기 하의 탄화로에서 1000℃에서 소성 처리하여 탄소 섬유를 제조하였다.
하기의 표 2에는 상기 실시예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 3에 따라 제조된 피치의 수소 함량, 제조된 피치 섬유의 불융화 시간, 불융화 섬유의 제조 속도 및 최종적으로 제조된 탄소 섬유의 인장강도가 기재되어 있다.
구분 수소 함량(%) 불융화시간(min) 제조속도(g/hr) 인장강도(MPa)
실시예 1 4.25 35 457 820
실시예 2 4.28 37 432 840
실시예 3 4.08 45 356 860
실시예 4 4.12 40 400 900
실시예 5 4.33 27 593 850
실시예 6 4.24 33 485 860
비교예 1 3.82 150 114 720
비교예 2 3.77 85 188 830
비교예 3 3.74 80 200 820
상기 표 2를 참조하면, 실시예 1 ~ 6에 따른 방법에 의해 제조된 피치는 모두 수소 함량이 적어도 4% 이상인 것을 확인할 수 있다. 비교예 1 ~ 3과 같이 피치의 수소 함량이 4% 미만일 경우, 이는 불융화 시간을 증가시키는 요인으로 작용할 수 있다.
또한, 실시예 1 ~ 6에 따른 방법에 의해 제조된 피치 섬유를 완전히 불융화시키는데 필요한 시간은 27 ~ 40분인 반면, 비교예 1 ~ 3에 따른 방법에 의해 제조된 피치 섬유를 완전히 불융화시키는데 필요한 시간은 적어도 80분 이상으로 실시예에 따른 방법에 의해 제조된 피치 섬유의 불융화 속도는 비교예에 따른 방법에 의해 제조된 피치 섬유의 불융화 속도보다 약 3배 이상 증가하였다. 또한, 불융화 섬유의 제조 속도 역시 실시예에 따른 방법에 의해 제조된 피치 섬유가 약 3배 이상 빠른 것을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이 우수한 탄소 섬유용 전구체 피치의 개발에서 가장 중요한 공정은 장시간의 반응이 필수적인 산화 안정화 공정, 즉 불융화 공정에 해당한다. 산화 안정화 성능이 우수할수록 피치 섬유를 완전히 불융화시키는데 요구되는 시간이 감소되며, 이는 결국 단위 시간당 생산량까지 직결되게 된다.
즉, 본 발명의 실시예 1 ~ 6에 따른 방법에서는 석탄계 탄소질 원료로서 고온 콜타르 외에 적어도 하나의 하이드록실기를 포함하는 모노사이클릭 또는 바이사이클릭 방향족성 탄화수소인 타르산 공정 잔사유 또는 저온 콜타르를 사용함으로써 피치의 산화 안정화 성능을 현저히 개선한 것을 확인할 수 있다.
또한, 고온 콜타르를 유일한 탄소질 원료로 사용하는 경우보다 적어도 하나의 하이드록실기를 포함하는 모노사이클릭 또는 바이사이클릭 방향족성 탄화수소인 타르산 공정 잔사유 또는 저온 콜타르를 혼합하여 사용할 경우, 최종적으로 생성된 탄소 섬유의 인장 강도 역시 대폭 증가하였다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 서로 상이한 석탄계 탄소질 원료의 혼합물로부터 탄소 섬유용 피치를 제조함으로써, 탄소질 원료의 중합 반응의 효율을 높일 수 있으며, 제조된 피치의 수소 함량을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 피치는 증가된 수소 함량을 통해 불융화 시간을 대폭 단축시킬 수 있다.
게다가, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 피치로 탄소 섬유를 제조할 시 단위 시간당 생산량을 극대화함과 동시에, 등방성 피치를 사용함에도 불구하고 고강도의 탄소 섬유의 제조가 가능하다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

Claims (14)

  1. (a) 콜타르(coal tar)를 포함하는 제1 탄소질 원료 및 적어도 하나의 하이드록실기(-OH)를 포함하는 모노사이클릭 또는 바이사이클릭 방향족성 탄화수소를 포함하는 제2 탄소질 원료를 혼합하되, 상기 제1 탄소질 원료의 함량이 상기 제2 탄소질 원료의 함량보다 높은 비율이 되도록 혼합하여 혼합물을 생성하는 단계;
    (b) 상기 혼합물을 열처리하는 단계; 및
    (c) 상기 열처리된 혼합물로부터 저비점 성분을 제거하는 단계;를 포함하는 탄소 섬유용 피치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 탄소질 원료는 900 ~ 1300 ℃에서 석탄을 건류할 때 생성되는 부산물인 탄소 섬유용 피치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 탄소질 원료는 고온 콜타르인 탄소 섬유용 피치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 탄소질 원료는 산소 함량이 5 ~ 20 wt%인 탄소 섬유용 피치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 탄소질 원료는 타르산 공정 잔사유 또는 450 ~ 900 ℃에서 석탄을 건류할 때 생성되는 부산물인 탄소 섬유용 피치의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 450 ~ 900 ℃에서 석탄을 건류할 때 생성되는 부산물은 저온 콜타르인 탄소 섬유용 피치의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 탄소질 원료는 상기 제1 탄소질 원료보다 산성유 및 염기성유의 함유량이 높은 탄소 섬유용 피치의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 탄소질 원료는 페놀(phenol), 크레졸(cresol), 자일레놀(xylenol), 에틸페놀(ethylphenol), 쿠메놀(cumenol) 및 나프톨(naphthol)로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 탄소 섬유용 피치의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (a)는 상기 제1 탄소질 원료 100 중량부에 대하여 상기 제2 탄소질 원료 1 내지 50 중량부를 혼합하여 혼합물을 생성하는 단계인 탄소 섬유용 피치의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (a)는 상기 제1 탄소질 원료와 상기 제2 탄소질 원료를 100 ~ 200 ℃에서 혼합하여 혼합물을 생성하는 단계인 탄소 섬유용 피치의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (b)는 상기 혼합물을 300 ~ 350 ℃에서 열처리하여 중합 반응을 유도하는 단계인 탄소 섬유용 피치의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (b)는 상기 혼합물을 산화성 기체 분위기 하에서 열처리하여 중합 반응을 유도하는 단계인 탄소 섬유용 피치의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 산화성 기체는 공기, 산소 및 오존으로부터 선택되는 적어도 하나인 탄소 섬유용 피치의 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (c)는 상압 또는 감압 하에서 상기 열처리된 혼합물을 340 ~ 370 ℃의 온도 범위 내로 가열하여 저비점 성분을 제거하는 단계인 탄소 섬유용 피치의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101859862B1 (ko) * 2017-01-02 2018-06-28 재단법인 한국탄소융합기술원 Pfo 기반 메조페이스 바인더 피치 제조방법, 이를 포함하는 탄소/탄소 복합재료 제조방법 및 이에 의한 탄소/탄소 복합재료
KR20180123748A (ko) * 2017-05-09 2018-11-20 한국화학연구원 탄소재료 전구체 용 피치 및 이의 제조방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108070268A (zh) * 2017-12-26 2018-05-25 宜兴市天宇世纪高新科技有限公司 一种沥青基碳纤维用沥青的制备方法
JP7167814B2 (ja) * 2019-03-29 2022-11-09 三菱ケミカル株式会社 改質ピッチの製造方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011521072A (ja) 2008-05-22 2011-07-21 グラフテック インターナショナル ホールディングス インコーポレーテッド 高いコークス化値を有するピッチ

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4631181A (en) * 1984-03-31 1986-12-23 Nippon Steel Corporation Process for producing mesophase pitch
JPS60208394A (ja) * 1984-03-31 1985-10-19 Nippon Steel Corp 炭素製品用メソフエ−スピツチの製造方法
CN1019309B (zh) * 1985-02-20 1992-12-02 阿兰德公司 低固体含量煤焦油基的浸渍沥青
JPH04209830A (ja) * 1989-12-28 1992-07-31 Nkk Corp 炭素繊維の製造方法
CN101580639B (zh) * 2008-05-14 2011-04-06 中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院 一种木质素改性沥青组合物及其制备方法
JP5818066B2 (ja) * 2011-06-07 2015-11-18 国立研究開発法人産業技術総合研究所 炭素繊維の製造方法
CN103204501B (zh) * 2012-01-12 2016-05-11 易高环保能源研究院有限公司 由高温煤焦油或煤焦油沥青的富碳残渣制备活性炭的方法
CN102965133B (zh) * 2012-10-31 2014-10-15 山西永东化工股份有限公司 一种煤系针状焦生产方法
CN103194253B (zh) * 2013-03-28 2015-05-27 王树宽 用混合溶剂对煤焦油进行预处理的方法
CN103468008B (zh) * 2013-09-26 2016-08-17 山西盛驰科技有限公司 一种不同组成煤沥青混配沥青及生产工艺
CN103693635B (zh) * 2013-12-29 2015-08-19 陕西师范大学 一种各向同性焦的制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011521072A (ja) 2008-05-22 2011-07-21 グラフテック インターナショナル ホールディングス インコーポレーテッド 高いコークス化値を有するピッチ

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101859862B1 (ko) * 2017-01-02 2018-06-28 재단법인 한국탄소융합기술원 Pfo 기반 메조페이스 바인더 피치 제조방법, 이를 포함하는 탄소/탄소 복합재료 제조방법 및 이에 의한 탄소/탄소 복합재료
KR20180123748A (ko) * 2017-05-09 2018-11-20 한국화학연구원 탄소재료 전구체 용 피치 및 이의 제조방법
KR101977572B1 (ko) * 2017-05-09 2019-05-13 한국화학연구원 탄소재료 전구체 용 피치 및 이의 제조방법

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