KR101574802B1 - 열풍분배수단을 구비한 탄소섬유용 산화 열처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열풍공급수단, 상기 열풍공급수단에 의하여 상부통기판을 통하여 수직열풍이 유입되어 프리커서 섬유를 산화시키는 열처리실 및 상기 프리커서 섬유를 상기 열처리실에 유입 또는 유출하는 폴딩롤러를 포함하는 탄소섬유용 산화 열처리장치에 있어서, 수직열풍이 유입되는 열처리실 상부의 상기 상부통기판에 열풍분배수단을 구비하여 열처리실 내부의 풍량 및 온도를 균일하게 하는 것을 특징으로 하는 열풍분배수단을 구비한 탄소섬유용 산화 열처리장치를 제공한다.

본 발명에 의하면, 산화 열처리장치의 수직열풍이 유입되는 열처리실 상부에 열풍분배수단을 구비하여 열처리실 내부의 풍량 및 온도를 균일하게 하므로써 탄소섬유의 물성균일화를 얻을 수 있는 장점이 있다.

탄소섬유, 열풍분배수단, 산화 열처리장치, 다공판

Description

열풍분배수단을 구비한 탄소섬유용 산화 열처리장치{Heat treatment apparatus for oxidation of carbon fiber with heating distribution means}

본 발명은 열풍분배수단을 구비한 탄소섬유용 산화 열처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 산화 열처리장치의 수직열풍이 유입되는 열처리실 상부에 열풍분배수단을 구비하여 열처리실 내부의 풍량 및 온도를 균일하게 할 수 있는 열풍분배수단을 구비한 탄소섬유용 산화 열처리장치에 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 분위기 에서 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.

탄소섬유 제조에 있어 산화 열처리장치는 열처리실 외부에 설치된 소정 세트의 폴딩롤러를 구비하고 있으며, 프리커서 섬유는 상기 폴딩롤러에 의하여 슬릿을 통하여 열처리실 내부로 유입된다. 열풍순환로에 구비된 히터로 가열된 열풍은 팬에 의하여 상방유로로 이동하며 열처리실 상부의 상부통기판을 통하여 열처리실에서 패스를 형성하여 주행하고 있는 프리커서 섬유사이를 통과하면서 프리커서 섬유를 산화열처리 시킨다.

상부통기판을 통하여 열처리실 내부로 유입되는 열풍이 열처리실 내부로 열풍을 균일하게 공급하지 못함에 따라 필라멘트의 밀도편차를 크게 함으로서 탄소섬유의 물성이 불균일해해지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 산화 열처리장치의 수직열풍이 유입되는 열처리실 상부에 열풍분배수단을 구비하여 열처리실 내부의 풍량 및 온도를 균일하게 할 수 있는 열풍분배수단을 구비한 탄소섬유용 산화 열처리장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 열풍분배수단을 구비한 탄소섬유용 산화 열처리장치는 열풍공급수단, 상기 열풍공급수단에 의하여 상부통기판을 통하여 수직열풍이 유입되어 프리커서 섬유를 산화시키는 열처리실 및 상기 프리커서 섬유를 상기 열처리실에 유입 또는 유출하는 폴딩롤러를 포함하는 탄소섬유용 산화 열처리장치에 있어서, 수직열풍이 유입되는 열처리실 상부의 상기 상부통기판에 열풍분배수단을 구비하여 열처리실 내부의 풍량 및 온도를 균일하게 하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 열풍분배수단은 수직열풍이 유입되는 경로로부터 각각 독립적인 크기를 갖고 순차적으로 설치되는 제1,제2,제3 및 제4 다공판인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1 다공판은 500~400메시(mesh), 제2 다공판은 350~250메시, 제3 다공판은 200~100메시 및 제4 다공판은 50~10메시인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 열풍분배수단을 구비한 탄소섬유용 산화 열처리장치에 의하면, 산화 열처리장치의 수직열풍이 유입되는 열처리실 상부에 열풍분배수단을 구비하여 열처리실 내부의 풍량 및 온도를 균일하게 하므로써 탄소섬유의 물성균일화를 얻을 수 있는 장점이 있다.

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 1은 본 발명에 따른 열풍분배수단을 구비한 탄소섬유용 산화 열처리장치의 구성도이며, 도 2는 본 발명에 따른 열풍분배수단의 일실시예이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 산화 열처리장치(100)는 열처리실(50) 내부에는 다수개의 패스를 형성하여 프리커서 섬유(10)가 주행하고 있으며, 상기 프리커서 섬유(10)는 열처리실(50) 외부에 설치된 소정 세트의 폴딩롤러(20)에 의해 폴딩되어 슬릿(30)을 통하여 열처리실(50)에 반복 공급된다.

여기서 상기 프리커서 섬유(10)를 산화열처리하기 위한 열풍발생공급수단(도시하지는 않음)은 열처리실 외부에 설치되는 히터에 의하여 발생된 열풍이 상방열풍유로를 따라 상기 열처리실(50) 상측으로부터 상부통기판을 통하여 열처리실(50) 내부로 유입되어 하부통기판을 통하여 배출되며 배출된 열풍은 하방열풍유로를 따라 히터로 순환된다. 산화열처리 장치에서의 열풍발생공급수단은 해당기술의 통상의 지식을 갖는 자에게는 자명한 사항이므로 자세한 설명은 생략한다.

또한 열풍분배수단(40)은 수직열풍이 유입되는 열처리실(50) 상부의 상기 상부통기판에 구비된다. 탄소섬유의 물성을 균일하게 하기 위해서는 프리커서 섬유의 개개의 필라멘트의 밀도를 균일하게 할 필요성이 있다. 따라서 열풍분배수단(40)을 이용하여 유입되는 수직열풍이 열처리실 내부 전체에 균일하게 공급되어 온도 및 열풍 풍량에 따른 편차를 작게 함으로서 프리커서 섬유의 밀도를 균일하게 할 수 있다.

도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 열풍분배수단(40)은 열처리실 상부로 부터 수직열풍이 유입되는 경로로부터 각각 독립적인 크기를 갖고 순차적으로 설치되는 제1 다공판(41),제2 다공판(42),제3 다공판(43) 및 제4 다공판(44)으로 구성된다. 여기서 다공판의 구멍의 크기를 나타내는 단위로 1인치 길이안에 있는 눈금의 수인 메시(mesh)로 정의된다.

여기서 히터에 의하여 가열된 열풍은 팬을 통하여 열처리실 상부에 설치된 상기 500~400메시(mesh)를 갖는 제1 다공판(41)을 첫번째로 통과하며, 그 후 순차적으로 350~250메시를 갖는 제2 다공판(42), 200~100메시를 갖는 제3 다공판(43) 및 50~10메시를 갖는 제4 다공판(44)을 순차적으로 통과하여 열처리실 내부로 공급된다.

즉 수직열풍이 점차적으로 구멍크기가 커지는 4개의 층을 갖는 다공판(40)을 통과함에 따라 열처리실 내부로 풍량이 고르게 분배되며, 이에 따라 열처리실 내부의 온도가 균일하게 됨을 알수 있다. 본 발명의 열풍분배수단을 이용하여 열처리실의 풍량편차(좌우편차)는 0.2m/sec 이하, 온도편차는 1℃이하이며, 프리커서 섬유의 개개간 필라멘트의 밀도편차(최대값-최소값)sms 0.003g/cm³이하의 프리커서 섬유를 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.

도 1은 본 발명에 따른 열풍분배수단을 구비한 탄소섬유용 산화 열처리장치의 구성도

도 2는 본 발명에 따른 열풍분배수단의 일실시예이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10:프리커서 섬유 20:폴딩롤러

30:슬릿 40:다공판

50:열처리실 100:산화 열처리장치

Claims (3)

1. 열풍공급수단, 상기 열풍공급수단에 의하여 상부통기판을 통하여 수직열풍이 유입되어 프리커서 섬유를 산화시키는 열처리실 및 상기 프리커서 섬유를 상기 열처리실에 유입 또는 유출하는 폴딩롤러를 포함하는 탄소섬유용 산화 열처리장치에 있어서,

   수직열풍이 유입되는 열처리실 상부의 상기 상부통기판에 열풍분배수단을 구비하되,

   상기 열풍분배수단은 수직열풍이 유입되는 경로로부터 하방으로 순차적으로 설치되는 제1, 제2, 제3 및 제4 다공판이며,

   각 다공판에 형성된 구멍의 크기가 하부에 배치된 다공판으로 갈수록 점차 커지도록 마련되어 상기 열처리실 내부의 풍량 및 온도를 균일하게 하는 것을 특징으로 하는 열풍분배수단을 구비한 탄소섬유용 산화 열처리장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1 다공판은 500~400메시(mesh), 제2 다공판은 350~250메시, 제3 다공판은 200~100메시 및 제4 다공판은 50~10메시를 단위로 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 열풍분배수단을 구비한 탄소섬유용 산화 열처리장치.

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