KR101617891B1 - Manufacturing method of carbon fiber - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열처리 효율을 향상시킬 수 있는 탄소섬유의 제조방법과 이에 사용할 수 있는 내열성 리드 섬유를 개시한다. The present invention discloses a method for producing carbon fiber capable of improving heat treatment efficiency and a heat-resistant lead fiber usable therefor.

Description

탄소섬유의 제조방법{Manufacturing method of carbon fiber}[0001] The present invention relates to a manufacturing method of carbon fiber,

본 발명은 탄소섬유의 제조방법 및 이에 사용되는 리드 섬유에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing carbon fibers and a lead fiber used therefor.

탄소섬유는 다른 섬유에 비하여 높은 비강도 및 비탄성률을 갖기 때문에, 복합 재료용 보강 섬유로서, 종래부터의 스포츠 용도나 항공·우주 용도에 더하여, 자동차나 토목·건축, 압력용기 및 풍차 블레이드 등의 일반 산업 용도에도 폭 넓게 전개되고 있어, 추가적인 생산성의 향상이나 생산 안정화의 요청이 높다.Since carbon fibers have a high specific strength and a high modulus of elasticity as compared with other fibers, they are widely used as reinforcing fibers for composite materials, in addition to conventional sports applications, aerospace applications, automobiles, civil engineering and construction, pressure vessels and wind turbine blades It is widely deployed in general industrial applications, and there is a high demand for further productivity improvement and stabilization of production.

탄소섬유 중에서 가장 널리 이용되어 있는 폴리아크릴로니트릴(이하, PAN이라 약기하는 경우가 있음)계 탄소섬유는 그의 전구체가 되는 PAN계 중합체를 포함하는 방사 용액을 습식 방사, 건식 방사 또는 건습식 방사하여 탄소섬유 전구체 섬유를 얻은 후, 이것을 산화성 분위기하에서 가열하여 내염화 섬유로 전환시키고, 불활성 분위기하에서 가열하여 탄소화함으로써 공업적으로 제조되고 있다.The polyacrylonitrile (hereinafter may be abbreviated as PAN) carbon fiber, which is most widely used among carbon fibers, is produced by wet spinning, dry spinning or dry wet spinning of a spinning solution containing a PAN-based polymer as a precursor thereof Carbon fiber precursor fibers are obtained by heating them in an oxidizing atmosphere to convert them into chlorinated fibers and heating them in an inert atmosphere to carbonize them.

이러한 탄소섬유는 계속적으로 그 적용용도가 넓혀지고 있으며 또한 고성능을 요구하고 있는 실정이며, 제조방법적 측면에서도 효율성이 요구된다.These carbon fibers have been continuously applied to a wide range of applications and require high performance. Efficiency is also required from the manufacturing method aspect.

본 발명은 열처리로의 안정적인 온도상승에 요구되는 시간을 줄일 수 있으며 또한 안정적인 온도까지 상승시키는데 소비되는 열처리 대상 섬유의 양을 줄일 수 있는 탄소섬유의 제조방법을 제공하고자 한다.
The present invention provides a method for producing carbon fiber which can reduce the time required for a stable temperature rise of a heat treatment furnace and can reduce the amount of fibers to be heat-treated which is consumed for raising the temperature to a stable temperature.

본 발명은 바람직한 구현예로서, 탄소섬유 제조용 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유를 200 내지 300℃의 온도의 공기 중에서, 연신하면서 내염화 섬유로 전환시키는 공정 및 불활성 분위기하에서 가열하여 탄소화하는 공정을 포함하고, 내염화 섬유로 전환시키는 공정은 열처리로 내에 파라계 전방향족 폴리아미드 섬유, 전방향족 폴리에스테르 섬유 및 폴리파라페닐렌비스옥사졸 섬유 중에서 선택되는 적어도 1종의 섬유를 리드 섬유로 걸고 승온한 후, 열처리로의 온도가 목표로 하는 온도에 도달하면 리드 섬유와 탄소섬유 제조용 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유를 접속하고 리드 섬유를 탄소섬유 제조용 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유로 치환하여 열처리하는 방법으로 수행되는 탄소섬유의 제조방법을 제공한다.The present invention includes, as a preferred embodiment, a step of converting polyacrylonitrile-based precursor fibers for producing carbon fibers into air-chlorinated fibers while being stretched in air at a temperature of 200 to 300 ° C, and a step of carbonizing by heating in an inert atmosphere And the conversion into chlorinated fibers is carried out by placing at least one kind of fiber selected from para-aromatic wholly aromatic polyamide fiber, wholly aromatic polyester fiber and polyparaphenylene bis oxazole fiber in a heat treatment furnace with lead fibers and heating Thereafter, when the temperature of the heat treatment furnace reaches a target temperature, lead fibers and polyacrylonitrile-based precursor fibers for producing carbon fibers are connected and the lead fibers are replaced with polyacrylonitrile-based precursor fibers for producing carbon fibers and heat-treated To provide a method for producing carbon fibers.

본 발명의 일 구현예에 의한 탄소섬유의 제조방법에 있어서, 열처리로는 각기 승온 목표온도가 다르게 설정된 3 내지 6개의 개별 열처리로로 구성된 것일 수 있다.In the method for producing carbon fiber according to an embodiment of the present invention, the heat treatment furnace may be composed of three to six individual heat treatment furnaces, each of which has a different temperature raising target temperature.

본 발명의 일 구현예에 의한 탄소섬유의 제조방법에 있어서, 탄소섬유 제조용 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유는 폴리아크릴로니트릴계 중합체를 포함하는 방사 용액을 방사하여 응고욕 속으로 토출하여 사조를 응고시킨 뒤 수세, 연신, 유제부여 및 건조 치밀화 공정을 포함하는 방법으로부터 얻어지는 것일 수 있다. In the method for producing a carbon fiber according to an embodiment of the present invention, a polyacrylonitrile-based precursor fiber for producing carbon fibers is produced by spinning a spinning solution containing a polyacrylonitrile-based polymer and discharging the spinning solution into a coagulating bath, Followed by washing, stretching, emulsion application, and dry densification.

본 발명의 일 구현예에 의한 탄소섬유의 제조방법에 있어서, 탄소화하는 공정은 300 내지 800℃의 온도의 불활성 분위기 중에서 예비 탄화 처리하고, 1,000 내지 3,000℃의 온도의 불활성 분위기 중에서 연신하면서 탄화 처리하는 것일 수 있다. In the method for producing carbon fibers according to an embodiment of the present invention, the step of carbonizing may be preliminarily carbonized in an inert atmosphere at a temperature of 300 to 800 ° C, subjected to carbonization treatment while being stretched in an inert atmosphere at a temperature of 1,000 to 3,000 ° C .

본 발명의 다른 일 구현예에서는 파라계 전방향족 폴리아미드 섬유, 전방향족 폴리에스테르 섬유 및 폴리파라페닐렌비스옥사졸 섬유 중에서 선택되는 고온 열처리로용 리드 섬유를 제공한다. 이때, 고온 열처리로는 탄소섬유 제조용일 수 있다.
Another embodiment of the present invention provides a lead fiber for a high temperature heat treatment furnace selected from para-aromatic wholly aromatic polyamide fibers, wholly aromatic polyester fibers, and polyparaphenylene bis oxazole fibers. At this time, the high temperature heat treatment furnace may be used for producing carbon fibers.

본 발명의 일 구현예에 의한 탄소섬유의 제조방법에 따르면 고내열성의 리드 섬유를 내염화 공정에 적용함으로써 열처리로의 안정적인 온도상승에 요구되는 시간을 줄일 수 있으며 또한 안정적인 온도까지 상승시키는데 소비되는 열처리 대상 섬유의 양을 줄일 수 있는 등 효율적인 열처리가 가능하다.
According to the method for producing carbon fiber according to one embodiment of the present invention, the time required for the stable temperature rise of the heat treatment furnace can be reduced by applying the high heat-resistant lead fibers to the chloride- The amount of the target fiber can be reduced, and efficient heat treatment is possible.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

탄소섬유 전구체 섬유는 폴리아크릴로니트릴계 중합체(PAN계 중합체라 약칭하는 경우도 있음)를 포함하는 폴리머로 이루어지는 것으로, 여기서 폴리아크릴로니트릴계 중합체는 아크릴로니트릴을 주성분으로 하는 중합체를 의미한다. 구체적으로는 아크릴로니트릴을 전체 단량체 중 85몰% 이상으로 포함하는 중합체를 의미한다. The carbon fiber precursor fiber is composed of a polymer comprising a polyacrylonitrile-based polymer (sometimes referred to as PAN-based polymer), wherein the polyacrylonitrile-based polymer means a polymer containing acrylonitrile as a main component. Specifically, it means a polymer containing acrylonitrile in an amount of 85 mol% or more of the entire monomers.

폴리아크릴로니트릴계 중합체는 아크릴로니트릴(AN이라 약기하는 경우도 있음)을 주성분으로 하는 단량체를 포함하는 용액에 중합개시제를 도입하여 용액 중합하여 얻어질 수 있다. 용액 중합법 이외에도 현탁 중합법 또는 유화 중합법 등을 적용할 수 있음은 물론이다. The polyacrylonitrile-based polymer can be obtained by solution polymerization by introducing a polymerization initiator into a solution containing a monomer mainly composed of acrylonitrile (sometimes referred to as AN) as a main component. It is needless to say that suspension polymerization or emulsion polymerization may be applied in addition to solution polymerization.

단량체 중에는 아크릴로니트릴 이외에 아크릴로니트릴과 공중합 가능한 단량체를 포함할 수 있는데, 이는 내염화를 촉진하는 역할을 할 수 있으며, 그 일예로는 아크릴산, 메타크릴산 또는 이타콘산 등을 들 수 있다. In addition to acrylonitrile, the monomer may include a monomer capable of copolymerizing with acrylonitrile, which may serve to accelerate the chloride attack. Examples thereof include acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, and the like.

중합을 거친 후 통상은 중합종결제를 이용하여 중화하는 공정을 수반하는데, 이는 얻어지는 폴리아크릴로니트릴계 중합체를 포함하는 방사 원액을 방사할 때 응고욕에서 급속히 응고하는 것을 방지하는 역할을 한다. After the polymerization, it usually involves a step of neutralizing by using a polymerization terminator. This serves to prevent rapid coagulation in the coagulating bath when the spinning stock solution containing the polyacrylonitrile polymer to be obtained is spun.

통상 중합종결제로는 암모니아를 사용할 수 있으나, 이에 한정이 있는 것은 아니다.As the polymerization terminator, ammonia can be used, but it is not limited thereto.

아크릴로니트릴을 주성분으로 하는 단량체로부터 중합체를 얻은 다음, 상술한 중합종결제를 이용하여 중화함으로써, 암모늄 이온과의 염 형태인 폴리아크릴로니트릴계 중합체를 포함하는 용액을 제조한다. A polymer is obtained from a monomer containing acrylonitrile as a main component and then neutralized by using the above polymerization terminator to prepare a solution containing a polyacrylonitrile polymer in a salt form with ammonium ion.

한편 중합에 사용되는 중합개시제는 구체적으로 한정되는 것은 아니며, 유용성 아조계 화합물, 수용성 아조계 화합물 및 과산화물 등이 바람직하고, 안전면에서의 취급성 및 공업적으로 효율적으로 중합을 행한다는 관점에서 또한 분해시에 중합을 저해하는 산소 발생의 우려가 없는 아조계 화합물이 바람직하게 이용되고, 용액 중합으로 중합하는 경우에는 용해성 측면에서 유용성 아조 화합물이 바람직하게 이용된다. 중합 개시제의 구체예로서는, 2,2'-아조비스(4-메톡시-2,4-디메틸발레로니트릴), 2,2'-아조비스(2,4'-디메틸발레로니트릴), 및 2,2'-아조비스이소부티로니트릴 등을 들 수 있다. On the other hand, the polymerization initiator used in the polymerization is not specifically limited, and an oil-soluble azo compound, a water-soluble azo compound, a peroxide and the like are preferable, and from the viewpoint of safety in terms of handling and industrially efficient polymerization An azo compound which does not cause the generation of oxygen which inhibits polymerization during decomposition is preferably used, and in the case of polymerizing by solution polymerization, an azo compound in the aspect of solubility is preferably used. Specific examples of the polymerization initiator include 2,2'-azobis (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2'-azobis (2,4'-dimethylvaleronitrile) , 2'-azobisisobutyronitrile, and the like.

중합 온도는 중합 개시제의 종류와 양에 따라서도 바람직한 범위는 변화하지만, 바람직하게는 30℃ 이상 90℃ 이하일 수 있다. The preferred range of the polymerization temperature varies depending on the type and amount of the polymerization initiator, but may be preferably 30 占 폚 or higher and 90 占 폚 or lower.

얻어지는 폴리아크릴로니트릴계 중합체를 포함하는 용액은 고형분 함량이 10 내지 25중량%인 것이, 이를 탄소섬유 전구체 섬유 제조를 위한 방사 원액으로 적용시에 방사 중 용매제거가 용이하고 탄소섬유로 제조시 내염화 공정시 생기는 타르나 불순물 생성을 방지할 수 있고 필라멘트의 균일한 밀도를 유지할 수 있는 측면에서 유리할 수 있다. The solution containing the polyacrylonitrile polymer to be obtained has a solids content of 10 to 25% by weight. When applied as a spinning solution for producing carbon fiber precursor fibers, it is easy to remove the solvent during spinning, It may be advantageous in terms of preventing generation of tar or impurities generated in the chlorination step and maintaining the uniform density of filaments.

이와 같이 얻어지는 폴리아크릴로니트릴계 중합체를 포함하는 용액은 탄소섬유 전구체 섬유 제조 공정의 방사 원액으로 사용할 수 있는데, 이러한 방사 원액을 방사하여 탄소섬유 전구체 섬유를 얻을 수 있다. 방사 원액은 폴리아크릴로니트릴게 공중합체와 함께 용매로서 유기계 또는 무기계의 용매를 포함할 수 있다. 유기 용매의 일예로는 디메틸설폭사이드, 디메틸 포름아마이드, 디메틸 아세트아마이드 등을 들 수 있다. The solution containing the polyacrylonitrile polymer thus obtained can be used as a spinning stock solution in the process of producing the carbon fiber precursor fiber, and the spinning stock solution can be spun to obtain the carbon fiber precursor fibers. The spinning solution may contain an organic or inorganic solvent as a solvent together with a polyacrylonitrile copolymer. Examples of the organic solvent include dimethylsulfoxide, dimethylformamide, dimethylacetamide and the like.

방사 방법은 건식 방사법, 습식 방사법, 또는 건습식 방사법을 들 수 있다. The spinning method may be dry spinning, wet spinning or dry-wet spinning.

이 중 건식 방사법은 방사 원액을 구금 구멍으로부터 고온의 기체 분위기 중에 토출하여 용매를 증발시켜 농축, 고화시키는 방법으로서, 이는 권취 속도가 용매의 증발 율속이 되기 때문에, 권취 속도가 고속화에 따라 폐쇄형 방사챔버가 아주 길어지게 되는 등의 결점이 있을 수 있다.Among them, the dry spinning method is a method of concentrating and solidifying a spinning liquid by discharging it from a spinning hole into a hot gas atmosphere to evaporate the solvent. This is because the spinning speed becomes the evaporation rate of the solvent, There is a drawback that the chamber becomes very long.

또한, 습식 방사법은 방사 용액을 구금공(孔)으로부터 응고욕 중에서 토출시키는 방법인데, 방사 용액이 구금공(孔)으로부터 토출된 직후부터 3배 이상의 높은 스웰링이 발생하면서 응고가 진행되기 때문에, 권취 속도가 상승되어도 방사 드래프트는 크게 높아지지 않지만, 실질적인 드래프트율이 급상승하게 됨에 따라 구금 면에서 실 끊김이 발생한다는 문제가 있어, 인취 속도를 높게 설정하는 데에는 한계가 있을 수 있다.The wet spinning method is a method in which a spinning solution is discharged from a spinning bath through a spinning bath. Since solidification progresses while swelling of 3 times or more occurs immediately after the spinning solution is discharged from the spinning holes, Even if the winding speed is increased, the radiation draft does not increase greatly. However, there is a problem that yarn breakage occurs on the claw surface as the actual draft rate increases sharply.

또한, 건습식 방사법은 방사 용액이 일단 공기 중(에어 갭)에 토출되고 나서 표면결정화가 진행된 이후 응고욕 중에 유도되기 때문에, 실질적인 방사 드래프트율은 에어 갭 내에 있는 원액류에서 흡수되어 고속 방사가 가능할 수 있다.In addition, since the spinning solution is once introduced into the air (air gap) and then introduced into the coagulation bath after surface crystallization, the actual spinning draft rate is absorbed in the raw solution in the air gap, .

이외에도 용융 방사법 및 그 밖에 공지인 방법을 이용할 수 있다.In addition, melt spinning and other known methods can be used.

바람직하기로는 습식 방사법 또는 건습식 방사법에 의하여 상술한 방사 원액을 구금으로부터 방출하고, 이를 응고욕에 도입하여 섬유를 응고하도록 하는 방법을 들 수 있다. Preferably, the above-mentioned spinning solution is discharged from the spinneret by wet spinning or dry-wet spinning, and the spinning solution is introduced into a coagulating bath to solidify the fibers.

응고 속도나 연신 방법은 목적으로 하는 내화섬유 또는 탄소섬유의 목적에 따라 적절히 설정할 수 있다.The solidification rate and the stretching method can be suitably set according to the purpose of the intended refractory fiber or carbon fiber.

응고욕에는 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아마이드, 디메틸 아세트아마이드 등의 용매 이외에, 소위 응고 촉진 성분을 포함시킬 수 있다. 응고 촉진 성분으로는 폴리아크릴로니트릴계 중합체를 용해하지 않고 방사 원액에 이용하는 용매와 사용성이 있는 것이 바람직할 수 있는데, 일예로는 물을 들 수 있다. The coagulating bath may contain a so-called coagulation promoting component in addition to a solvent such as dimethyl sulfoxide, dimethylformamide and dimethylacetamide. As the coagulation promoting component, it may be preferable that the polyacrylonitrile-based polymer is not dissolved, but is usable with a solvent used in the spinning solution. For example, water may be mentioned.

응고욕의 온도 및 응고 촉진 성분의 양은 목적으로 하는 내화섬유 또는 탄소섬유의 목적에 따라 적절히 설정할 수 있다.The temperature of the coagulating bath and the amount of the coagulation promoting component can be appropriately set according to the purpose of the refractory fiber or the carbon fiber.

방사된 중합체를 응고욕 속으로 토출하여 사조를 응고시킨 뒤, 수세, 연장, 유제 부여(오일링) 및 건조 치밀화 등을 거쳐 탄소섬유 전구체 섬유를 얻을 수 있다. 이때 사조를 응고시킨 뒤 수세하지 않고 직접 연신욕 중에서 연신해도 좋고, 용매를 수세 제거한 후에 별도 연신 욕중에서 연신해도 좋다. 또한 유제 부여후 강력한 탄소섬유 전구체를 제조하기 위해 낮은 배율로 다단 연신을 수행하거나 고온 스팀으로 고배율 연신을 할 수도 있다.The radiated polymer is discharged into a coagulating bath to coagulate the yarn, and then the carbon fiber precursor fibers can be obtained by washing, extending, emulsifying (oiling), and drying and densifying. At this time, the yarn may be coagulated and then drawn in a direct drawing bath without water washing, or the solvent may be removed by water washing and then stretched in a separate drawing bath. Further, in order to produce a strong carbon fiber precursor after emulsion application, it is possible to perform multi-stage stretching at low magnification or high-rate stretching at high temperature.

사조에 유제를 부여하는 것은 단섬유끼리의 유착을 방지하기 위한 것으로, 일예로 실리콘 등으로 되는 유제를 부여하는 것이 바람직하다. 이러한 실리콘 유제는 변성 실리콘인 것이 바람직하고, 내열성이 높은 망상의 변성 실리콘을 함유하는 것이 바람직할 수 있다. The application of an emulsion to the yarn is to prevent adhesion of the short fibers, and it is preferable to provide an emulsion of silicone or the like for example. Such a silicone emulsion is preferably a modified silicone, and it may be preferable that the silicone emulsion contains a network-modified silicone with high heat resistance.

이와 같이 하여 얻어진 탄소섬유 전구체 섬유의 단섬유 섬도는 0.01 내지 3.0 dtex인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.05 내지 1.8 dtex이고, 더욱 바람직하게는 0.8 내지 1.5 dtex이다. 단섬유 섬도가 너무 작으면, 롤러나 가이드와의 접촉에 의한 실 끊김 발생 등에 의해, 제사 공정 및 탄소섬유의 소성 공정의 공정 안정성이 저하될 수 있다. 한편, 단섬유 섬도가 너무 크면, 내염화 후의 각 단섬유에서의 단면 내외층간 구조차가 커져, 계속되는 탄화 공정에서의 공정성 저하나, 얻어지는 탄소섬유의 인장 강도 및 인장 탄성률이 저하될 수 있다. 즉, 상기의 범위를 벗어나면 소성 효율이 급격그러히 저하될 수 있다. 본 발명에서의 단섬유 섬도(dtex)란, 단섬유 10,000 m당의 중량(g)이다.The single fiber fineness of the carbon fiber precursor fiber thus obtained is preferably 0.01 to 3.0 dtex, more preferably 0.05 to 1.8 dtex, and still more preferably 0.8 to 1.5 dtex. If the single fiber fineness is too small, the process stability of the sacrificial process and the firing process of the carbon fiber may be deteriorated due to occurrence of thread breakage due to contact with the roller or the guide. On the other hand, if the single fiber fineness is too large, the difference in sectional inner and outer delamination structure between the short fibers after the chlorination becomes large, the processability in the subsequent carbonization process may be lowered, and the tensile strength and tensile elastic modulus of the resulting carbon fiber may be lowered. That is, if the temperature is outside the above range, the firing efficiency may be abruptly lowered. In the present invention, the monofilament fineness (dtex) is the weight (g) per 10,000 m of monofilament.

본 발명의 탄소섬유 전구체 섬유의 결정 배향도는 85% 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 90% 이상이다. 결정 배향도가 85%를 하회하면, 얻어지는 전구체 섬유의 강도가 낮아질 수 있다.
The degree of crystal orientation of the carbon fiber precursor fiber of the present invention is preferably 85% or more, and more preferably 90% or more. If the crystal orientation degree is less than 85%, the strength of the resulting precursor fiber may be lowered.

건조 치밀화 공정에서 열처리 온도를 100 ~ 180 ℃로 열처리하되 열처리 속도를 빠르게 하거나 원적외선 히터 등을 사용하여 탄소섬유 전구체 섬유의 표면만 살짝 열처리하는 방법을 채택할 수 있다.
In the dry densification process, the heat treatment may be performed at a temperature of 100 to 180 ° C to increase the heat treatment speed, or to heat the surface of the carbon fiber precursor fiber by using a far-infrared heater or the like.

이와 같이 얻어지는 폴리아크릴로니트릴계 중합체를 포함하여 이루어지는 탄소섬유 전구체 섬유를 이용하여 탄소섬유를 제조하는 공정을 살핀다.A process for producing a carbon fiber by using the carbon fiber precursor fiber comprising the polyacrylonitrile polymer thus obtained will be described.

탄소섬유 전구체 섬유를 이용하여 탄소섬유를 제조하는 데 있어서 내염화 처리를 한다. The carbon fiber precursor fibers are used to produce carbon fibers.

내염화처리는 탄소섬유 전구체 섬유를 200 내지 300℃의 온도의 공기 중에서, 연신하면서 열처리한다. In the chlorination treatment, the carbon fiber precursor fibers are heat-treated while stretching them in air at a temperature of 200 to 300 캜.

통상 취급이 어려운 섬유나 필름(이하, "대상물"이라 약칭한다.)을 열처리하는 경우, 미리 열처리로에 취급이 용이한 섬유상물(통상 "리드 섬유"라 일컫는다.)을 배치하는 방법을 사용할 수 있다. 그러나 리드 섬유의 내열성이 목적하는 열처리 온도보다 열악한 경우 리드 섬유의 내열 온도 이하에서 열처리로에 리드 섬유를 셋팅한 후, 대상물과 접속하고 리드 섬유를 대상물로 치환하여 그 후 대상물을 이동시키면서 열처리로의 온도를 상승시키는 방법을 사용한다. 열처리로가 대형 설비인 경우 리드 섬유로부터 대상물에 치환하는 시간, 열처리로를 목적하는 온도까지 필요로 하는 시간이 길어진다. 또한 열처리로를 소정 온도까지 상승시키는 동안 소비되는 대상물의 양이 많아짐에 따라 경제적으로도 손실이 크다.In the case of heat-treating a fiber or film (hereinafter abbreviated as "object") which is usually difficult to handle, a method of disposing a fibrous material (usually referred to as "lead fiber") that is easy to handle in a heat treatment furnace have. However, if the heat resistance of the lead fiber is worse than the desired heat treatment temperature, the lead fiber is set in the heat treatment furnace below the heat-resistant temperature of the lead fiber, and then the lead fiber is connected to the object and the lead fiber is replaced with the object. A method of raising the temperature is used. When the heat treatment furnace is a large facility, the time required for replacing the lead fiber with the object and the time required for the temperature of the heat treatment furnace are increased. Further, as the amount of the object to be consumed increases while the temperature of the heat treatment furnace is raised to the predetermined temperature, the loss is economically large.

이러한 점에서 본 발명에서는 열처리로 온도보다 내열성이 높은 섬유를 리드 섬유로 적용하여 내열성이 높은 리드 섬유를 열처리로에 셋팅한 후, 열처리로를 규정온도로 상승시켜 바로 리드 섬유로부터 대상물로 치환하는 방법을 적용할 수 있도록 한다. In this regard, in the present invention, a method of applying lead fibers having higher heat resistance than a heat treatment furnace temperature to lead heat-resistant lead fibers into a heat treatment furnace, then raising the heat treatment furnace to a prescribed temperature and replacing the lead fibers with an object To be applied.

구체적으로, 내염화 섬유로 전환시키는 공정을 수행함에 있어서 열처리로 내에 파라계 전방향족 폴리아미드 섬유, 전방향족 폴리에스테르 섬유 및 폴리파라페닐렌비스옥사졸 섬유 중에서 선택되는 적어도 1종의 섬유를 리드 섬유로 걸고 승온한 후, 열처리로의 온도가 목표로 하는 온도에 도달하면 리드 섬유와 탄소섬유 제조용 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유를 접속하고 리드 섬유를 탄소섬유 제조용 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유로 치환하여 열처리하는 방법으로 수행한다. Specifically, in carrying out the step of converting into chlorinated fibers, at least one kind of fiber selected from para-aromatic wholly aromatic polyamide fibers, wholly aromatic polyester fibers and polyparaphenylene bis oxazole fibers is used as a lead fiber , And after the temperature of the heat treatment furnace reaches the target temperature, the lead fibers and the polyacrylonitrile-based precursor fibers for producing carbon fibers are connected and the lead fibers are replaced with the polyacrylonitrile-based precursor fibers for producing carbon fibers Heat treatment.

상술한 것과 같이 탄소섬유 전구체 섬유를 내염화 섬유로 전환시키는 공정은 200 내지 300℃의 공기 중에서 수행되는데, 이보다 내열 온도가 높은 섬유를 리드 섬유로 적용하여 열처리로에 걸고, 승온한 후 열처리로의 온도가 목표로 하는 온도에 도달하면 리드 섬유와 탄소섬유 제조용 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유를 접속하고 리드 섬유를 탄소섬유 제조용 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유로 치환하여 열처리할 수 있도록 한 것이다.As described above, the step of converting the carbon fiber precursor fibers into the chlorinated fibers is carried out in air at 200 to 300 ° C. The fiber having the higher heat-resistant temperature is applied to the heat treatment furnace and heated to a heat treatment furnace. When the temperature reaches a target temperature, lead fibers and polyacrylonitrile-based precursor fibers for producing carbon fibers are connected and the lead fibers are replaced with polyacrylonitrile-based precursor fibers for carbon fiber fabrication.

내열 온도가 높은 리드 섬유로는 파라계 전방향족 폴리아미드 섬유(내열 온도 250℃ 이상, 통상 "아라미드 섬유"라 일컬음.), 전방향족 폴리에스테르 섬유(내열 온도 200℃ 이상) 또는 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸 섬유(내열 온도 400℃ 이상)가 바람직하다.As lead fibers having a high heat-resistant temperature, parabolic wholly aromatic polyamide fibers (heat resistance temperature of 250 ° C or higher, usually called "aramid fibers"), wholly aromatic polyester fibers (heat resistance temperature of 200 ° C or higher) And a bisoxazole fiber (heat-resistant temperature of 400 DEG C or higher) is preferable.

리드 섬유의 굵기는 특별히 한정되지 않지만 초기의 굵기는 탄소섬유 전구체 섬유와 연결하기 쉽도록 대략 3,000 dtex 정도의 것을 사용하고 내염화 공정에서 공정 통과성을 감안하여 10,000 dtex 이상의 로프 형태의 것을 초기 리드 섬유와 연결하여 사용하는 것이 일회용이 아닌 연속 재사용 측면에서 바람직하다. The thickness of the lead fiber is not particularly limited, but an initial thickness of about 3,000 dtex is used for easy connection with the carbon fiber precursor fiber, and a rope of 10,000 dtex or more is taken as an initial lead fiber Is preferable in terms of continuous reuse rather than disposable.

내열성 리드 섬유와 탄소섬유 전구체 섬유와의 접속은 단순 매듭 또는 인터레이싱(interlacing)의 방법을 사용할 수 있다. The connection between the heat-resistant lead fiber and the carbon fiber precursor fiber can be performed by a simple knot or interlacing method.

이와 같은 내열성 리드 섬유를 적용하여 열처리를 수행함에 있어서 열처리로는 각각 단계별로 승온 목표온도가 다르게 설정된 3 내지 6개의 개별 열처리로로 구성하여 승온 열처리하는 것이 탄소섬유 전구체의 균일 열처리와 열처리 시간 단축 측면에서 바람직할 수 있다. 특히 개별 열처리로의 온도가 250℃ 이상 고온으로 목표온도을 설정할 경우 고내열성 리드 섬유가 반드시 필요하다.In the heat treatment using the heat-resistant lead fibers, the heat treatment furnace is composed of 3 to 6 individual heat treatment furnaces, each of which has a different temperature raising target temperature, so that the heating heat treatment is performed to uniformly heat the carbon fiber precursor and shorten the heat treatment time Lt; / RTI > In particular, when the target temperature is set to 250 ° C or higher in the individual heat treatment furnace, a high heat-resistant lead fiber is necessarily required.

내열성 리드 섬유를 적용하여 열처리하는 경우 리드 섬유로부터 대상물로 치환하는 시간, 대상물을 이동시키면서 열처리로를 목표로 하는 온도까지 상승시키는데 필요로 하는 시간을 줄이거나 생략할 수 있다. 또한 열처리로를 소정 온도까지 상승시키는 사이에 소비되는 폐 대상물의 양을 줄일 수 있어 경제적으로도 유리하다. 즉 내열성이 낮은 리드 섬유를 적용하는 경우 리드 섬유의 내열 온도까지만 상승시킨 후 이를 탄소섬유 전구체 섬유로 치환한 다음 목적으로 하는 온도까지 상승시켜 실질적인 열처리가 이루어지게 되므로 목표 온도까지 상승시키는데 폐 탄소섬유 전구체 섬유가 발생되는데, 내열성 리드 섬유를 적용함으로써 이를 줄일 수 있다. When the heat-resistant lead fiber is heat-treated, it is possible to shorten or eliminate the time required for replacing the lead fiber with the object, and moving the object to a temperature aimed at the heat treatment furnace. In addition, since the amount of waste objects consumed while the temperature of the heat treatment furnace is raised to the predetermined temperature can be reduced, it is economically advantageous. That is, when the lead fiber having low heat resistance is applied, the carbon fiber precursor fiber is raised to the heat-resistant temperature of the lead fiber, and then the carbon fiber precursor fiber is substituted with the carbon fiber precursor fiber. The fibers are generated, which can be reduced by applying heat-resistant lead fibers.

내염화 처리시 연신율은 -15 ~ 5%인 것이다. The elongation at the time of the chlorination treatment is -15 to 5%.

그 다음, 300 내지 800℃의 온도의 불활성 분위기 중에서, 목적에 따라 연신을 부여하면서 예비 탄화 처리하고, 목적으로 하는 용도에 따라 1,000 내지 3,000℃의 최고 온도의 불활성 분위기 중에서, 연신하면서 탄화 처리하여 탄소섬유를 제조한다. Then, preliminary carbonization treatment is carried out in an inert atmosphere at a temperature of 300 to 800 DEG C while being stretched according to the purpose, and carbonization is carried out while stretching in an inert atmosphere at a maximum temperature of 1,000 to 3,000 DEG C, depending on the intended use, Fiber.

예비 탄화 처리나 탄화 처리는 불활성 분위기 중에서 행해지며, 불활성 분위기에 이용되는 가스로서는 질소, 아르곤 및 크세논 등을 예시할 수 있고, 경제적인 측면에서는 질소가 바람직하게 이용된다. 또한, 탄화 처리에서의 최고 온도는 원하는 탄소섬유의 역학 물성에 따라 1,000 내지 3,000℃로 할 수 있지만, 일반적으로 탄화 처리의 최고 온도가 높을수록, 얻어지는 탄소섬유의 인장 탄성률이 높아지지만, 인장 강도는 1,500℃ 부근에서 극대가 되기 때문에, 인장 강도와 인장 탄성률을 둘 다 높인다는 목적에서는, 탄화 처리의 최고 온도는 1,200 내지 1,700℃인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1,300 내지 1,600℃이다.The preliminary carbonization treatment and the carbonization treatment are performed in an inert atmosphere. Examples of the gas used in the inert atmosphere include nitrogen, argon, and xenon, and nitrogen is preferably used from an economical viewpoint. The maximum temperature in the carbonization treatment may be 1,000 to 3,000 DEG C depending on the mechanical properties of the desired carbon fiber. Generally, the higher the maximum temperature of the carbonization treatment, the higher the tensile elastic modulus of the resulting carbon fiber becomes. The maximum temperature of the carbonization treatment is preferably 1,200 to 1,700 ° C, and more preferably 1,300 to 1,600 ° C, for the purpose of increasing both the tensile strength and the tensile elastic modulus.

또한, 항공기 용도를 고려했을 경우에는 경량화가 중요하며, 인장 탄성률을 높이는 측면에서, 탄화 처리의 최고온도는 1,700 내지 2,300℃인 것도 또한 바람직하다. 탄화 처리의 최고 온도는 그의 최고 온도가 높을수록 인장 탄성률은 높아지지만, 흑연화가 진행되어, 탄소망면의 성장, 적층에 의해 탄소망면이 좌굴되기 쉽고, 그 결과, 압축 강도의 저하가 생길 수 있기 때문에, 양자의 균형을 감안하여 탄화 공정에서의 온도를 설정한다.In addition, weight reduction is important when considering the use of aircraft, and it is also preferable that the maximum temperature of the carbonization treatment is 1,700 to 2,300 DEG C in terms of increasing the tensile elastic modulus. Although the tensile modulus increases with the maximum temperature of the carbonization treatment, the graphitization progresses and the carbon nanotube surface tends to buckle due to the growth and lamination of the carbon nanotube surface, resulting in a decrease in compressive strength Therefore, the temperature in the carbonization process is set in consideration of the balance between the two.

한편 산화 안정화 이후 탄화 처리시 연신율은 -10 ~ 5% 일 수 있으며, 좋기로는 -5 ~ 5%일 수 있다.
On the other hand, the degree of elongation upon carbonization treatment after oxidation stabilization may be -10 to 5%, preferably -5 to 5%.

얻어진 탄소섬유는 그의 표면 개질을 위해 전해 처리할 수 있다. 전해 처리에 이용되는 전해액에는 황산, 질산 및 염산 등의 산성 용액이나, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 테트라에틸암모늄 히드록시드, 탄산암모늄 및 중탄산암모늄과 같은 알칼리 또는 이들의 염을 수용액으로서 사용할 수 있다. 여기서, 전해 처리에 요하는 전기량은, 적용하는 탄소섬유의 탄화도에 따라 적절히 선택할 수 있다.The obtained carbon fiber can be electrolytically treated for surface modification thereof. As the electrolytic solution used for the electrolytic treatment, an acidic solution such as sulfuric acid, nitric acid and hydrochloric acid, or an alkali such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, ammonium carbonate and ammonium bicarbonate or salts thereof may be used as an aqueous solution. Here, the amount of electricity required for the electrolytic treatment can be appropriately selected in accordance with the degree of carbonization of the carbon fiber to be applied.

전해 처리에 의해, 얻어지는 섬유 강화 복합 재료에 있어서 탄소섬유 매트릭스와의 접착성을 적정화할 수 있어, 접착이 너무 강함에 따른 복합 재료의 브리틀한 파괴나, 섬유 방향의 인장 강도가 저하되는 문제나, 섬유방향에서의 인장 강도는 높지만 수지와의 접착성이 떨어져, 비섬유 방향에서의 강도 특성이 발현되지 않는다는 문제가 해소되어, 얻어지는 섬유 강화 복합 재료에 있어서, 섬유 방향과 비섬유 방향의 양 방향으로 균형이 잡힌 강도 특성이 발현되게 된다.It is possible to optimize the adhesiveness with the carbon fiber matrix in the obtained fiber-reinforced composite material by the electrolytic treatment, and there is a problem that the composite material is excessively strong and the tensile strength in the fiber direction is lowered , The problem that the tensile strength in the fiber direction is high but the adhesiveness with the resin is low and the strength characteristic in the non-fiber direction is not developed is solved. In the obtained fiber-reinforced composite material, So that a balanced strength characteristic is exhibited.

전해 처리 후, 탄소섬유에 집속성을 부여하기 위해 사이징 처리를 실시할 수도 있다. 사이징제로는, 사용하는 수지의 종류에 따라 매트릭스 수지 등과의 상용성이 좋은 사이징제를 적절히 선택할 수 있다.After the electrolytic treatment, a sizing treatment may be carried out to give the carbon fiber an aggregate property. As the sizing agent, a sizing agent having good compatibility with a matrix resin or the like can be appropriately selected depending on the type of resin used.

본 발명에 의해 얻어지는 탄소섬유는 프리프레그로서 오토클레이브 성형, 직물 등의 프리폼으로서 레진 트랜스퍼 몰딩으로 성형, 및 필라멘트 와인딩으로 성형하는 등 다양한 성형법에 의해, 항공기 부재, 압력 용기 부재, 자동차 부재, 낚싯대 및 골프 샤프트 등의 스포츠 부재로서 바람직하게 이용될 수 있다.
The carbon fiber obtained by the present invention can be applied to a variety of molding methods such as autoclave molding as a prepreg, molding by resin transfer molding as a preform such as a woven fabric, and molding by filament winding, And can be preferably used as a sports member such as a golf shaft.

이하, 본 발명의 실시예로 더욱 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited to these Examples.

<실시예 1> &Lt; Example 1 >

아크릴로니트릴 95몰%, 메타크릴산 3몰% 및 이타콘산 2몰%로 되는 공중합체를 디메틸 설폭사이드를 용매로 하는 용액 중합법에 의하여 중합하고, 여기에 암모니아를 이타콘산과 동량으로 첨가하여 중화하여, 암모늄 염 형태의 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 제조하여 공중합체 성분의 함유율이 22중량%인 방사 원액을 얻었다. A copolymer consisting of 95 mol% of acrylonitrile, 3 mol% of methacrylic acid and 2 mol% of itaconic acid was polymerized by a solution polymerization method using dimethylsulfoxide as a solvent, ammonia was added thereto in the same amount as itaconic acid And neutralized to prepare a polyacrylonitrile copolymer in the form of an ammonium salt to obtain a spinning solution having a copolymer component content of 22% by weight.

이 방사 원액을 방사구금(온도 45℃, 직경 0.08mm, 구멍수 6,000의 구금을 2개 사용)을 통해 토출하고, 45℃로 제어되는 40% 디메틸설폭사이드의 수용액으로 되는 응고욕에 도입하여 응고사를 제조하였다. This spinning solution was discharged through a spinneret (temperature: 45 ° C, diameter: 0.08 mm, two holes of 6,000 holes) and introduced into a coagulation bath to be an aqueous solution of 40% dimethyl sulfoxide controlled at 45 ° C The test was made.

응고사를 수세한 뒤, 열수 중에서 5배 연장하고, 망상의 변성 실리콘계 실리콘 유제를 부여하여 중간 연신사를 얻었다. After washing the test piece, the test piece was stretched 5 times in hot water, and a silicone-modified silicone emulsion was added to give an intermediate stretched yarn.

이 중간 연신사를 가열 롤러를 이용하여 건조 처리 후, 가압 스팀 중에서 연신하여 권취 전체 연신 배율이 10배, 단섬유 섬도 1.5dtex, 필라멘트수 12,000의 폴리아크릴로니트릴계 섬유 다발을 얻었다. 이를 탄소섬유 전구체 섬유라 한다.
This intermediate stretched yarn was subjected to drying treatment using a heating roller and stretched in a pressurized steam to obtain a polyacrylonitrile type fiber bundle having a total draw ratio of winding 10 times, a single fiber fineness of 1.5 dtex and a filament count of 12,000. This is called carbon fiber precursor fiber.

얻어진 폴리아크릴로니트릴계 섬유 다발을 4m/min의 속도로 실질적으로 꼬임을 부여하지 않고 공기 분위기 속에서 220 ~ 270℃의 온도 분포를 가지는 4단 열풍오븐에서 80분 동안 내염화 처리(연신 수반)하였다.The resulting polyacrylonitrile-based fiber bundle was subjected to chlorination (stretching) for 80 minutes in a four-stage hot air oven having a temperature distribution of 220 to 270 DEG C in an air atmosphere without imparting a substantial twist at a speed of 4 m / Respectively.

구체적으로 내염화 처리는 다음과 같은 방법으로 수행되었다.Specifically, the dechlorinating treatment was carried out in the following manner.

리드 섬유로서 3,300 dtex인 파라계 전방향족 폴리아미드 섬유(아라미드 섬유, (주)코오롱 제품, 상품명 헤라크론) 2본을 서로 꼬았다. 하연으로서 S방향으로 100턴/m, 상연으로서 Z방향으로 70턴/m로 하였다. And two para-type wholly aromatic polyamide fibers (aramid fiber, manufactured by Kolon Co., Ltd., product name: Heraclon) having 3,300 dtex as lead fibers were twisted together. 100 turns / m in the S direction as the lower edge, and 70 turns / m in the Z direction as the upper edge.

자동 시걸이 장치에 리드 섬유를 연결해 실걸이 장치를 작동시켜 각 열처리로에 리드 섬유를 세팅하였다. 세팅 종료 후에 각 열처리로 온도를 각각의 규정온도인 220, 230, 255 및 270℃까지 온도를 상승시켰다.The lead wire was connected to the automatic sagger device, and the threading device was operated to set the lead fiber in each heat treatment furnace. After the setting, the temperature of each heat treatment furnace was raised to 220, 230, 255 and 270 DEG C, respectively, which are the specified temperatures.

열처리로의 온도 상승 중에 리드 섬유와 폴리아크릴로니트릴계 섬유 다발을 접속하였다. 각 열처리로가 규정온도까지 상승한 후, 3m/min의 속도로 구동시켜 열처리 내의 리드 섬유를 80분간 폴리아크릴로니트릴계 섬유로 치환시켰다. 치환 완료와 동시에 목표로 하는 열처리된 폴리아크릴로니트릴계 섬유를 연속적으로 권취하여 후속 공정으로 이송하였다.The lead fiber and the polyacrylonitrile-based fiber bundle were connected during the temperature rise of the heat treatment furnace. Each of the heat treatment furnaces was raised to a specified temperature and then driven at a speed of 3 m / min to replace the lead fibers in the heat treatment with polyacrylonitrile fibers for 80 minutes. Upon completion of the replacement, the target heat-treated polyacrylonitrile-based fibers were continuously wound and transferred to a subsequent process.

내염화 처리를 수행함에 있어서 리드 섬유 실걸이 시간을 비롯하여 소요된 승온시간, 치환시간, 및 총 소요시간을 다음 표 1에 나타내었다.
Table 1 below shows the time required to raise the lead fiber thread, the temperature rise time, the substitution time, and the total time required for performing the chlorination treatment.

내염화 처리를 거친 섬유를 400~700℃의 불활성 분위기 속에서 예비 탄화시켜 오프가스(Off-gas)를 제거한 수, 뒤이어 최종적으로 1,350℃로 탄화처리(연신 수반)하여 강도를 향상시켰다.
The fiber subjected to the chlorination treatment was subjected to pre-carbonization in an inert atmosphere at 400 to 700 ° C to remove off-gas, followed by carbonization (stretching) at 1,350 ° C to improve the strength.

<실시예 2> &Lt; Example 2 >

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소 섬유를 제조하되, 다만 리드 섬유로서 전방향족 폴리에스테르 섬유(쿠라레이사 제품, 벡트란)를 적용하여 내염화 처리를 수행하였다.Carbon fibers were prepared in the same manner as in Example 1 except that the chlorinated fibers were treated with wholly aromatic polyester fibers (Vectran, manufactured by Kuraray Co., Ltd.) as lead fibers.

내염화 처리를 수행함에 있어서 리드 섬유 실걸이 시간을 비롯하여 소요된 승온시간, 치환시간, 및 총 소요시간을 다음 표 1에 나타내었다.
Table 1 below shows the time required to raise the lead fiber thread, the temperature rise time, the substitution time, and the total time required for performing the chlorination treatment.

<실시예 3> &Lt; Example 3 >

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소 섬유를 제조하되, 다만 리드 섬유로서 폴리파라페닐렌비스옥사졸 섬유(도요보사 제품, 자이론)를 적용하여 내염화 처리를 수행하였다.Carbon fiber was prepared in the same manner as in Example 1 except that polychloroprene was used as the lead fiber, and polychloroprene bisoxazole fiber (product of Toyo Bosch Co., Ltd .;

내염화 처리를 수행함에 있어서 리드 섬유 실걸이 시간을 비롯하여 소요된 승온시간, 치환시간, 및 총 소요시간을 다음 표 1에 나타내었다.
Table 1 below shows the time required to raise the lead fiber thread, the temperature rise time, the substitution time, and the total time required for performing the chlorination treatment.

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

상기 실시예 1과 같은 방법으로 탄소섬유를 제조하되, 다만 내염화 처리에 있어서 리드 섬유로서 아라미드 섬유와 같은 구조의 폴리에스테르 섬유제 리드 섬유를 설치하였다. 설치 후 각 열처리로의 온도를 150℃까지 상승시켰다(1차 승온).Carbon fibers were prepared in the same manner as in Example 1 except that polyester fiber lead fibers having the same structure as the aramid fibers were used as the lead fibers in the chlorination treatment. After the installation, the temperature of each heat treatment furnace was raised to 150 캜 (primary heating).

열처리로의 온도상승 중, 리드 섬유와 폴리아크릴로니트릴계 섬유를 접속하였다. 열처리로가 150℃로 온도 상승된 후 3m/min의 속도로 구동시켜 열처리 내의 리드 섬유를 80분에 걸쳐 열처리 내의 리드 섬유를 대상물로 치환하였다(1차 치환).During the temperature rise of the heat treatment furnace, lead fibers and polyacrylonitrile fibers were connected. After the heat treatment furnace was heated to 150 캜, the lead fibers in the heat treatment were driven at a speed of 3 m / min to replace the lead fibers in the heat treatment for 80 minutes (primary replacement).

각 열처리로의 치환을 완료한 후 차례차례 각 열처리로의 규정 온도인 220℃, 230℃, 255℃ 및 270℃까지 온도를 상승시켰다(이하, 본 승온). 온도 상승을 완료하고 체류 시간 경과(이하, 본 치환) 후, 열처리 된 대상물을 연속적으로 권취하였다. After completing the replacement of each of the heat treatment furnaces, the temperature was sequentially raised to 220 ° C, 230 ° C, 255 ° C, and 270 ° C (hereinafter, referred to as the present temperature elevation). After the temperature rise was completed and the residence time (hereinafter referred to as &quot; replacement &quot;) was terminated, the heat-treated object was continuously wound.

각 과정별 소요시간을 표 1에 나타내었다.Table 1 shows the time required for each process.

리드 섬유 실걸이
시간(분)
Lead fiber thread hook
Time (minutes)
1차 승온시간
(분)
The primary heating-up time
(minute)
1차 치환시간
(분)
Primary replacement time
(minute)

승온시간
(분)
example
Heating time
(minute)

치환시간
(분)
example
Substitution time
(minute)
전체 소요시간
(분)
Total time required
(minute)
PAN 섬유 손실 발생 시간(분)PAN Fiber loss time (minutes)
실시예 1Example 1 8080 00 00 120120 8080 280280 00 실시예 2Example 2 8080 00 00 120120 8080 280280 00 실시예 3Example 3 8080 00 00 120120 8080 2828 00 비교예 1Comparative Example 1 8080 6060 8080 9090 8080 390390 110110

Claims (6)

탄소섬유 제조용 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유를 200 내지 300℃의 온도의 공기 중에서, 연신하면서 내염화 섬유로 전환시키는 공정 및 불활성 분위기하에서 가열하여 탄소화하는 공정을 포함하고,
내염화 섬유로 전환시키는 공정은 열처리로 내에 파라계 전방향족 폴리아미드 섬유, 전방향족 폴리에스테르 섬유 및 폴리파라페닐렌비스옥사졸 섬유 중에서 선택되는 적어도 1종의 섬유를 리드 섬유로 걸고 승온한 후, 열처리로의 온도가 목표로 하는 온도에 도달하면 리드 섬유와 탄소섬유 제조용 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유를 접속하고 리드 섬유를 탄소섬유 제조용 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유로 치환하여 열처리하는 방법으로 수행되는 탄소섬유의 제조방법.
A step of converting polyacrylonitrile-based precursor fibers for producing carbon fibers into air-chlorinated fibers while being stretched in air at a temperature of 200 to 300 캜, and a step of carbonizing by heating in an inert atmosphere,
In the step of converting into chlorinated fibers, at least one kind of fiber selected from para-aromatic wholly aromatic polyamide fibers, wholly aromatic polyester fibers and polyparaphenylene bisoxazole fibers is placed in a heat treatment furnace, When the temperature of the heat treatment furnace reaches the target temperature, the lead fiber is connected to the polyacrylonitrile-based precursor fiber for producing carbon fibers, and the lead fiber is replaced with a polyacrylonitrile-based precursor fiber for producing carbon fibers, A method for producing a carbon fiber.
제 1 항에 있어서, 열처리로는 각기 승온 목표온도가 다르게 설정된 3 내지 6개의 개별 열처리로로 구성된 것인 탄소섬유의 제조방법.The method of manufacturing a carbon fiber according to claim 1, wherein the heat treatment furnace is composed of 3 to 6 individual heat treatment furnaces with different target temperatures for temperature rise. 제 1 항에 있어서, 탄소섬유 제조용 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유는 폴리아크릴로니트릴계 중합체를 포함하는 방사 용액을 방사하여 응고욕 속으로 토출하여 사조를 응고시킨 뒤 수세, 연신, 유제부여 및 건조 치밀화 공정을 포함하는 방법으로부터 얻어지는 것인 탄소섬유의 제조방법. The polyacrylonitrile-based precursor fiber for producing carbon fiber according to claim 1, wherein the polyacrylonitrile-based precursor fiber for spinning the spinning solution is discharged into a coagulating bath to coagulate the yarn, and then washed, drawn, Wherein the carbon fiber is obtained from a method including a densification step. 제 1 항에 있어서, 탄소화하는 공정은 300 내지 800℃의 온도의 불활성 분위기 중에서 예비 탄화 처리하고, 1,000 내지 3,000℃의 온도의 불활성 분위기 중에서 연신하면서 탄화 처리하는 것인 탄소섬유의 제조방법.The method of producing a carbon fiber according to claim 1, wherein carbonization is carried out by preliminary carbonization treatment in an inert atmosphere at a temperature of 300 to 800 캜 and carbonization treatment while stretching in an inert atmosphere at a temperature of 1,000 to 3,000 캜. 삭제delete 삭제delete
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