KR101914055B1 - A pressure oxidative stabilizing equipment and method for PAN precursor - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a pressurized oxidation stabilization apparatus and a pressurized oxidation stabilization method of a PAN precursor, which can actively cause the diffusion of oxygen into a carbon fiber during the oxidation stabilization process of the PAN precursor so that the oxidation uniformity of the outside and inside of the carbon fiber can be maintained while the time required for the oxidation stabilization process can be minimized. The pressurized oxidation stabilization apparatus of the PAN precursor includes a pressurization chamber, a creel, a winder, an oxidation furnace, an oxygen supply device, and a temperature maintenance device. The pressure oxidation stabilization method of the PAT precursor includes a nanofiber generating step, a nanofiber mounting step, an oxidizing stabilization process condition setting step, and an oxidation stabilization step.

Description

ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 장치 및 가압 산화안정화 방법 {A pressure oxidative stabilizing equipment and method for ＰＡＮ precursor} [0001] The present invention relates to a pressure oxidation stabilizing apparatus and a method for stabilizing a PAN precursor,

본 발명은 PAN 전구체의 산화안정화 장치에 관한 것으로, 특히, PAN 전구체의 산화안정화 공정 시 탄소섬유 내부로 산소의 확산이 활발하게 일어나도록 하여 산화안정화 공정에 소요되는 시간을 최소로 하면서도 탄소섬유의 외부와 내부의 산화균일도를 유지할 수 있도록 하는 ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 장치 및 가압 산화안정화 방법을 제공하는 것에 있다. The present invention relates to an oxidation stabilizing apparatus for a PAN precursor, and more particularly, to a method for stabilizing an oxidation stability of a PAN precursor, in which oxygen diffusion into the carbon fiber is actively performed during oxidation stabilization of a PAN precursor, And a pressurized oxidation stabilization apparatus and a pressurized oxidation stabilization method of a PAN precursor that can maintain the oxidation uniformity of the inside of the PAN precursor.

탄소섬유는 유기섬유 전구체(precursor)를 가열하여 얻은 탄소 함유율이 92~%이상이고 비흑연 상태의 탄소질 섬유상 재료를 말하며, 레이온(Rayon), 피치(Pitch) 및 팬(PAN; Polyacrylonitrile) 등 다양한 형태의 전구체가 개발되어 탄소섬유제조에 사용되었다. The carbon fiber refers to a non-graphitic carbon fiber material having a carbon content of 92% or more, obtained by heating an organic fiber precursor. The carbon fiber refers to a carbon fiber material having a carbon content of 92% or more by heating an organic fiber precursor and having a variety of carbon fibers such as rayon, pitch, and polyacrylonitrile Type precursors have been developed and used in carbon fiber fabrication.

이들 중 PAN계 탄소섬유의 전구체 물질인 아크릴로니트릴(acrylonitrile)은 67.9%의 탄소 함량을 지녔으나, PAN 고분자가 연속적인 탄소 주쇄로 이루어지며, 니트릴 그룸이 고리화 반응을 일으키는데 가장 이상적인 구조로 위치해 습식 방사하여 얻는 PAN계 전구체는 피치계 전구체에 비해 낮은 이론적 탄소 함량에도 불구하고 50~55%의 탄소 수율을 지니며, 고강도 고탄성률을 갖는 고성능 탄소섬유의 생산이 가능하다. Of these, acrylonitrile, a precursor of PAN-based carbon fibers, has a carbon content of 67.9%, but the PAN polymer is composed of a continuous carbon backbone, and the nitrile group is the ideal structure for causing the cyclization reaction The PAN-based precursor obtained by wet spinning has a carbon yield of 50 to 55% despite the lower theoretical carbon content than the pitch-based precursor and is capable of producing high-performance carbon fibers with high strength and high modulus.

현재 탄소섬유 시장의 90% 이상을 차지하고 있는 PAN계 탄소섬유는, 탄소섬유의 물성을 향상시키기 위해 다양한 접근법이 시도되었으며, 1000℃ 이상에서 탄화가 가능하도록 산화안정화 과정을 거친다. 산화안정화 공정은 열가소성 섬유를 열결화성 섬유로 변환시켜 후속하는 고온 탄소화(흑연화), 활성화 공정에서 섬유의 융착 및 열 용융을 방지하기 위해 섬유를 표면으로부터 중심부 방향으로 산화처리 하는 과정이다. 산화안정화 공정을 수행하지 않고 직접 탄소화나 활성화를 수행하면, 개환 및 탈수소 등의 발열반응이 급격하게 진행되어 탄화되기 보다는 연소된다. PAN-based carbon fiber, which accounts for more than 90% of the carbon fiber market, has various attempts to improve the properties of carbon fiber and has undergone oxidation stabilization to carbonize at 1000 ° C or higher. The oxidation stabilization process is a process of oxidizing the fiber from the surface to the center portion in order to convert the thermoplastic fiber into the thermally fusible fiber to prevent the fusion and thermal melting of the fiber in the following high temperature carbonization (graphitization) and activation process. When direct carbonization or activation is carried out without carrying out the oxidation stabilization process, an exothermic reaction such as ring opening and dehydrogenation proceeds rapidly and is burned rather than carbonized.

200~300℃에서와 같은 비교적 높은 온도에서 수행하는 산화안정화 공정은, PAN 고분자의 고리화, 산화, 탈수소화 반응에 의한 발열 반응을 수반하며, 때로는 발열 반응이 짧은 시간 동안 갑작스럽게 폭주하는 경우가 있어 이를 방지하기 위해서는 섬유의 표면부터 내부까지 균일하게 산화를 진행시켜야 했다. Oxidation stabilization processes performed at relatively high temperatures, such as at 200 to 300 ° C, involve an exothermic reaction by the cyclization, oxidation, and dehydrogenation of the PAN polymer, and sometimes the exothermic reaction is abruptly congested for a short period of time In order to prevent this, it was necessary to proceed the oxidation uniformly from the surface to the inside of the fiber.

섬유 내외부의 균일한 산화를 하기 위해서는 산화 안정화 열처리 속도를 천천히 진행시켜야 하는데, 이는 열처리 시간이 길어지고, 산화로 장비 길이가 길어지고 커져야 하기 때문에, 장비 비용 및 열처리 비용이 증가한다는 단점이 존재한다. In order to uniformly oxidize the inside and outside of the fiber, the oxidation stabilization heat treatment speed must be slowly advanced because there is a drawback that the equipment cost and the heat treatment cost are increased because the heat treatment time is long and the equipment length is long and large.

열처리시간을 단축하기 위해 예비산화를 진행하는 방법, 산화로 순환공기를 이용하여 섬유에서 발생하는 열을 없애주는 방법(제열) 등이 제안되어 왔다. There have been proposed methods such as a preliminary oxidation process for shortening the heat treatment time and a method for eliminating the heat generated from the fibers by circulating air by oxidation (heat removal).

대한민국 등록특허 10-1252789호(2013년04월03일)Korean Patent No. 10-1252789 (April 03, 2013)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, PAN 전구체의 산화안정화 공정 시 탄소섬유 내부로 산소의 확산이 활발하게 일어나도록 하여 산화안정화 공정에 소요되는 시간을 최소로 하면서도 탄소섬유의 외부와 내부의 산화균일도를 유지할 수 있도록 하는 ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 장치를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a method of stabilizing the PAN precursor by oxidizing and stabilizing the carbon precursor, Which is capable of maintaining the pressure of the PAN precursor.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, PAN 전구체의 산화안정화 공정 시 탄소섬유 내부로 산소의 확산이 활발하게 일어나도록 하여 산화안정화 공정에 소요되는 시간을 최소로 하면서도 탄소섬유의 외부와 내부의 산화균일도를 유지할 수 있도록 하는 ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 방법을 제공하는 것이다. Another problem to be solved by the present invention is to prevent diffusion of oxygen into the carbon fiber during the oxidative stabilization process of the PAN precursor so as to minimize the time required for the oxidation stabilization process, And to provide a method of stabilizing the pressurized oxidation of the PAN precursor so as to maintain uniformity.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면(one aspect)에 따른 ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 장치는, 가압작업실, 크릴, 와인더, 산화로, 산소공급장치 및 온도유지장치를 구비한다. 상기 가압작업실은 가압장치를 이용하여 밀폐되어 있는 내부의 압력을 조절할 수 있다. 상기 크릴은 산화안정화 공정을 수행할 PAN계 전구체 나노섬유(이하 나노섬유)를 감아 놓는다. 상기 와인더는 자체 회전력을 이용하여 상기 크릴에 감겨 있는 나노섬유를 되감는다. 상기 산화로는 상기 크릴에서 풀려 상기 와인더로 되감기는 나노섬유의 산화안정화 공정을 수행한다. 상기 산소공급장치는 상기 산화로에 일정량의 산소를 공급한다. 상기 온도유지장치는 상기 산화로의 온도를 제어한다. 상기 가압장치는 상기 산화로에서 나노섬유에 대해 산화안정화 공정을 할 때에는 상기 가압작업실의 내부 압력을 5~7bar를 유지하도록 한다. According to one aspect of the present invention, there is provided a pressurization and oxidation stabilization apparatus for a PAN precursor, which comprises a pressurization chamber, a krill, a winder, an oxidation furnace, an oxygen supply device, and a temperature holding device. The pressurizing chamber can regulate the pressure inside the container by using a pressurizing device. The krill rounds the PAN-based precursor nanofibers (hereinafter referred to as nanofibers) to be subjected to the oxidation stabilization process. The winder rewinds the nanofibers wound on the krill using its own rotational force. The oxidizing furnace performs a process of oxidizing and stabilizing the nanofibers which are released from the krill and rewound into the winder. The oxygen supply device supplies a predetermined amount of oxygen to the oxidation furnace. The temperature holding device controls the temperature of the oxidation furnace. When the oxidation stabilization process is performed on the nanofibers in the oxidizing furnace, the internal pressure of the pressurization chamber is maintained at 5 to 7 bar.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 일면(another aspect)에 따른 ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 장치는, 가압작업실, 크릴, 와인더, 산화로, 산소공급장치 및 온도유지장치를 포함한다. 상기 가압작업실은 가압장치를 이용하여 밀폐되어 있는 내부의 압력을 조절할 수 있으며, 입구와 출구 쪽에 각각 라비린스 씰이 설치되어 있다. 상기 크릴은 산화안정화 공정을 수행할 PAN계 전구체 나노섬유(이하 나노섬유)를 감아 놓는다. 상기 와인더는 자체 회전력을 이용하여 상기 크릴에 감겨 있는 나노섬유를 되감는다. 상기 산화로는 상기 크릴에서 풀려 상기 와인더로 되감기는 나노섬유의 산화안정화 공정을 수행한다. 상기 산소공급장치는 상기 산화로에 일정량의 산소를 공급한다. 상기 온도유지장치는 상기 산화로의 온도를 제어한다. 상기 산화로는 상기 가압작업실 내에 설치되며, 상기 크릴에 감겨있는 나노섬유는 입구에 설치된 상기 라비린스 씰을 통해 상기 가압작업실의 내부로 유입되고, 상기 가압작업실의 나노섬유는 출구에 설치된 상기 라비린스 씰을 통해 유출되어 상기 와인더에 되감기고, 상기 가압장치는 상기 산화로에서 나노섬유에 대해 산화안정화 공정을 할 때에는 상기 가압작업실의 내부 압력을 5~7bar를 유지하도록 한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a pressurization and oxidation stabilization apparatus for a PAN precursor, including a pressurization chamber, a krill, a winder, an oxidation furnace, an oxygen supply device, and a temperature holding device. The pressurizing chamber can control the pressure of the inside sealed by using a pressurizing device, and a labyrinth seal is provided at the inlet and the outlet, respectively. The krill rounds the PAN-based precursor nanofibers (hereinafter referred to as nanofibers) to be subjected to the oxidation stabilization process. The winder rewinds the nanofibers wound on the krill using its own rotational force. The oxidizing furnace performs a process of oxidizing and stabilizing the nanofibers which are released from the krill and rewound into the winder. The oxygen supply device supplies a predetermined amount of oxygen to the oxidation furnace. The temperature holding device controls the temperature of the oxidation furnace. The nanofibers wound on the krill are introduced into the pressurizing chamber through the labyrinth seal provided at the inlet, and the nanofibers of the pressurizing chamber are connected to the labyrinth seal provided at the outlet of the pressurizing chamber. And the pressure device is maintained at a pressure of 5 to 7 bar when the oxidation stabilization process is performed on the nanofibers in the oxidation furnace.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 방법은, 제1항에 기재된 상기 ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 장치를 이용하여 나노섬유에 대해 산화안정화 공정을 수행하는 ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 방법으로써, 나노섬유 생성단계, 나노섬유 설치단계, 산화 안정화공정 조건 설정단계 및 산화 안정화공정 수행단계를 수행한다. 상기 나노섬유 생성단계에서는 탄소섬유 전구체 나노섬유를 생성한다. 상기 나노섬유 설치단계에서는 상기 크릴에 감긴 탄소섬유 전구체 나노섬유를 풀어 상기 산화로를 거쳐 상기 와인더로 연결한다. 상기 산화 안정화공정 조건 설정단계에서는 상기 가압장치를 이용하여 밀폐되어 있는 상기 가압작업실의 압력을 5~7bar로 하고, 상기 산화로의 온도를 미리 설정한 200~230℃로 조정한다. 상기 산화 안정화공정 수행단계에서는 상기 온도유지장치를 이용하여 상기 산화로의 온도를 200~230℃에서 선형적으로 증가시켜 산화 안정화공정의 마지막 순간에는 250~300℃가 되도록 하면서 탄소섬유 전구체 나노섬유에 대해 산화 안정화공정을 수행한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of stabilizing pressurized oxidation of a PAN precursor according to the present invention, comprising the steps of: preparing a precursor of a PAN precursor, As the pressurized oxidation stabilization method, the nanofiber generation step, the nanofiber installation step, the oxidation stabilization process condition setting step, and the oxidation stabilization step are performed. In the step of producing nanofibers, carbon fiber precursor nanofibers are produced. In the step of installing the nanofibers, the carbon fiber precursor nanofibers wound on the krill are loosened and connected to the winder through the oxidation furnace. In the oxidization stabilization process condition setting step, the pressure of the pressurization chamber sealed by using the pressurizing device is set to 5 to 7 bar, and the temperature of the oxidation furnace is adjusted to 200 to 230 ° C. set in advance. In the oxidation stabilization step, the temperature of the oxidation furnace is linearly increased at 200 to 230 ° C. by using the temperature holding device, and at the final moment of the oxidation stabilization process, the temperature is 250 to 300 ° C., The oxidation stabilization process is performed.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 장치 및 가압 산화안정화 방법은, PAN 전구체의 산화안정화 공정 시 탄소섬유 내부로 산소의 확산이 활발하게 일어나도록 하여 산화안정화 공정에 소요되는 시간을 최소로 하면서도 탄소섬유의 외부와 내부의 산화균일도를 유지할 수 있도록 하는 장점이 있다. As described above, the apparatus for pressurizing and stabilizing the PAN precursor according to the present invention and the method for stabilizing the pressurized oxidization of the present invention can prevent the diffusion of oxygen into the carbon fiber during the oxidation stabilization process of the PAN precursor, It is possible to maintain the oxidation uniformity of the outside and inside of the carbon fiber while minimizing the size of the carbon fiber.

도 1은 본 발명에 따른 ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 장치의 일 실시 예이다.
도 2는 본 발명에 따른 ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 방법의 일 실시 예이다.
도 3은 본 발명에 따른 ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 장치의 다른 일 실시 예이다.
도 4는 라비린스 씰의 감압과정을 설명한다. 1 is an embodiment of a pressurized oxidation stabilization apparatus for a PAN precursor according to the present invention.
2 is an embodiment of a method for stabilizing pressurized oxidation of a PAN precursor according to the present invention.
FIG. 3 is another embodiment of a pressurized oxidation stabilization apparatus for a PAN precursor according to the present invention.
Figure 4 illustrates the decompression process of the labyrinth seal.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention and the operational advantages of the present invention and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings, which are provided for explaining exemplary embodiments of the present invention, and the contents of the accompanying drawings.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

도 1은 본 발명에 따른 ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 장치의 일 실시 예이다. 1 is an embodiment of a pressurized oxidation stabilization apparatus for a PAN precursor according to the present invention.

도 1을 참조하면, ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 장치(100)는, 가압작업실(110), 크릴(120), 와인더(130), 산화로(140), 산소공급장치(150), 온도유지장치(160) 및 가압장치(170)로 이루어진다. Referring to FIG. 1, a pressurization and oxidation stabilization apparatus 100 for a PAN precursor includes a pressurization chamber 110, a krill 120, a winder 130, an oxidation furnace 140, an oxygen supply unit 150, A device 160 and a pressure device 170.

가압작업실(110)은 가압장치(170)를 이용하여 내부의 압력을 조절할 수 있도록 밀폐되어 있으며, 산화안정화 공정을 수행할 때의 내부 압력은 5~7bar로 하는 것이 바람직하다. The internal pressure of the pressurizing chamber 110 is controlled by the pressurizing device 170. The internal pressure of the pressurizing chamber 110 during the oxidation stabilization process is preferably 5 to 7 bar.

크릴(120)은 산화안정화 공정을 수행할 PAN계 전구체 나노섬유(이하 나노섬유)가 감겨 있으며, 와인더(130)는 회전력을 이용하여 크릴(120)에 감겨 있는 나노섬유를 되감는다. The crur 120 is wound with PAN-based precursor nanofibers (hereinafter referred to as nanofibers) to be subjected to the oxidative stabilization process, and the winder 130 rewinds the nanofibers wound on the krill 120 using rotational force.

산화로(140)는 크릴(120)에서 풀려 와인더(130)로 되감기는 나노섬유의 산화안정화 공정을 수행하는 곳이며, 가압작업실(110) 내부에는 적어도 하나의 산화로(140)를 설치한다. The oxidizing furnace 140 is a place to perform the oxidization stabilization process of the nanofibers that is released from the krill 120 and rewinds to the winder 130. At least one oxidizing furnace 140 is installed in the pressurizing chamber 110 .

산소공급장치(150)는 산화로(140)에 일정량의 산소를 공급한다. The oxygen supply device 150 supplies a predetermined amount of oxygen to the oxidation furnace 140.

온도유지장치(160)는 산화로(140)의 온도를 제어하며, 본 발명에서는 산화로(140)의 온도를 산화안정화 공정이 시작할 때에는 200~230℃로 하고 산화안정화 공정의 종료 시점에는 250~300℃로 할 것을 제안한다. 이는 산화안정화 공정의 시작 단계에서의 온도가 300℃ 이상인 것과 같이 너무 높은 경우, 공기 중 산소원자가 섬유표면에서 충분한 확산반응을 하지 못하게 되기 때문이다. The temperature maintaining unit 160 controls the temperature of the oxidizing furnace 140. In the present invention, the temperature of the oxidizing furnace 140 is set to 200 to 230 ° C. at the start of the oxidizing and stabilizing process, 300 [deg.] C. This is because when the temperature at the beginning of the oxidation stabilization process is too high, such as 300 ° C or higher, oxygen atoms in the air will not be able to sufficiently diffuse at the fiber surface.

도 1에 도시된 ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 장치(100)를 이용하여 산화안정화 공정을 수행하여 얻은 탄소섬유의 물성은, 종래의 방식으로 생산한 탄소섬유의 물성과 비교할 때 거의 같은 수준이거나 더 좋은 결과를 얻었다. 이는 산화안정화 공정이 대기가 아닌 5~7bar의 압력 상태에서 수행될 때에는 대기 압력 상태에서 수행될 때에 비해 탄소섬유로 산소의 확산이 훨씬 더 활발하게 일어나기 때문으로, 산화안정화 공정의 시간도 종전에 방식에 비해 1/2 이상 감소하였다. 탄소섬유의 외부와 내부의 산화균일도도 종전의 방식과 동등한 것은 물론이다. The physical properties of the carbon fiber obtained by performing the oxidation stabilization process using the pressurized oxidation stabilization apparatus 100 of the PAN precursor shown in FIG. 1 are almost the same level or better than those of the carbon fiber produced by the conventional method Results were obtained. This is because when the oxidation stabilization process is performed at a pressure of 5 to 7 bar rather than atmospheric pressure, the diffusion of oxygen into the carbon fiber occurs more actively than when the oxidation stabilization process is performed at atmospheric pressure, Compared to the control group. It is a matter of course that the oxidation uniformity of the outside and inside of the carbon fiber is equivalent to the conventional method.

상기의 설명에서 PAN계 전구체 나노섬유는 탄소섬유 전구체 물질인 PAN을 용매에 용해하여 섬유가 될 수 있는 농도의 방사용액을 만든 다음, 방사용액에 고전압을 가해 전기 방사하여 얻은 것이다. 여기서 용매는 DMAc(디메틸아세트 아마이드) 및 DMF(N,N-디메틸포름아마이드)를 포함한다. In the above description, the PAN-based precursor nanofiber is obtained by dissolving PAN, which is a carbon fiber precursor material, in a solvent to prepare a spinning solution having a concentration capable of becoming a fiber, and then applying a high voltage to the spinning solution to electrospray. Where the solvent includes DMAc (dimethylacetamide) and DMF (N, N-dimethylformamide).

도 2는 본 발명에 따른 ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 방법의 일 실시 예이다. 2 is an embodiment of a method for stabilizing pressurized oxidation of a PAN precursor according to the present invention.

도 2를 참조하면, ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 방법(200)은, 나노섬유 생성단계(210), 나노섬유 설치단계(220), 산화 안정화공정 조건 설정단계(230) 및 산화 안정화공정 수행단계(240)를 수행한다. Referring to FIG. 2, the pressurization and oxidation stabilization method 200 of the PAN precursor may include a nanofiber generation step 210, a nanofiber installation step 220, an oxidization stabilization process condition setting step 230, 240).

나노섬유 생성단계(210)에서는 탄소섬유 전구체 나노섬유를 생성한다. PAN계 전구체 나노섬유는 탄소섬유 전구체 물질인 PAN을 용매 즉 DMAc(디메틸아세트 아마이드) 및 DMF(N,N-디메틸포름아마이드)에 용해하여 섬유가 될 수 있는 농도의 방사용액을 만든 다음, 방사용액에 고전압을 가해 전기 방사하여 얻는다. In the nanofiber generating step 210, a carbon fiber precursor nanofiber is produced. The PAN-based precursor nanofibers are prepared by dissolving PAN, which is a carbon fiber precursor, in DMAc (dimethylacetamide) and DMF (N, N-dimethylformamide) By applying a high voltage thereto.

나노섬유 설치단계(220)에서는 도 1에 도시된 장치(100)를 구성하는 크릴(120)에 감긴 탄소섬유 전구체 나노섬유를 풀어 산화로(140)를 거쳐 와인더(130)로 연결한다. In the nanofiber installation step 220, the carbon fiber precursor nanofibers wound on the krill 120 constituting the apparatus 100 shown in FIG. 1 are loosened and connected to the winder 130 via the oxidation furnace 140.

산화 안정화공정 조건 설정단계(230)에서는 가압장치(170)를 이용하여 밀폐되어 있는 가압작업실(110)의 압력을 5~7bar로 하고, 산화로(140)의 온도를 미리 설정한 온도로 높인다. 여기서 미리 설정한 온도는 200~230℃이다. In the oxidization stabilization process condition setting step 230, the pressure of the pressurization chamber 110, which is hermetically closed by using the pressure device 170, is set to 5 to 7 bar, and the temperature of the oxidation furnace 140 is increased to a predetermined temperature. The preset temperature is 200 to 230 ° C.

산화 안정화공정 수행단계(240)에서는 산화로(140)의 온도를 200~230℃에서 서서히 증가시켜 산화 안정화공정의 마지막 순간에는 250~300℃가 되도록 한다. 산화공정시간에 따라 온도의 증가율을 결정될 것이다. In the oxidation stabilization step (240), the temperature of the oxidation furnace (140) is gradually increased from 200 to 230 ° C to reach 250 to 300 ° C at the end of the oxidation stabilization process. The rate of temperature increase will be determined by the oxidation process time.

도 3은 본 발명에 따른 ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 장치의 다른 일 실시 예이다. FIG. 3 is another embodiment of a pressurized oxidation stabilization apparatus for a PAN precursor according to the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 장치는 가압작업실(110), 크릴(120), 와인더(130), 산화로(140), 산소공급장치(150), 온도유지장치(160), 가압장치(170) 및 라비린스 씰(labyrinth seal, 180)로 이루어진다. 3, the pressurization and oxidation stabilization apparatus for a PAN precursor according to the present invention includes a pressurization operation chamber 110, a krill 120, a winder 130, an oxidation furnace 140, an oxygen supply device 150, A device 160, a pressurizing device 170 and a labyrinth seal 180.

도 1에 도시된 실시 예에는 크릴(120), 와인더(130) 및 산화로(140)가 가압작업실(110)의 내부에 설치되었는데, 도 3에 도시된 실시 예에는 가압작업실(110)의 내부에 2개의 산화로(140-1, 140-2) 만 설치되고 크릴(120) 및 와인더(130)는 가압작업실(100)의 외부에 설치된다는 점에서 차이가 있다. 도 3에 도시된 실시 예에서도 가압작업실(110) 내부의 압력을 유지하기 위해서 크릴(120)과 가압작업실(110) 사이, 가압작업실(110)과 와인더(130) 사이에 각각 라비린스 씰(180-1, 180-2)가 설치되어 있다. 1, the krill 120, the winder 130 and the oxidation furnace 140 are installed inside the pressurizing chamber 110. In the embodiment shown in FIG. 3, the pressurizing chamber 110 There is a difference in that only two oxidizing furnaces 140-1 and 140-2 are installed in the inside of the pressurizing chamber 100 and the krill 120 and the winder 130 are installed outside the pressurizing chamber 100. [ 3, a labyrinth seal 180 (see FIG. 3) is provided between the crusher 120 and the pressurizing chamber 110, between the pressurizing chamber 110 and the winder 130 to maintain the pressure inside the pressurizing chamber 110, -1, and 180-2.

라비린스 씰(180-1, 180-2)의 비어 있는 중앙부를 통해 나노섬유가 가압작업실(100)의 내부로 진입하거나 외부로 이탈되도록 한다. The nanofibers are allowed to enter or exit to the inside of the pressurizing chamber 100 through the empty central portion of the labyrinth seals 180-1 and 180-2.

도 4는 라비린스 씰의 감압과정을 설명한다. Figure 4 illustrates the decompression process of the labyrinth seal.

도 4를 참조하면, 오른쪽의 가압산화로에서 나노섬유가 크릴과 가압산화로 사이에 설치된 라비린스 씰의 틈을 따라서 가압산화로로 이동할 때, 라비린스 씰은 가압산화로의 내부에서 외부로 새어나오는 압력을 손실 없이 감압한다. 4, when the nanofibers are moved to the pressure oxidation path along the gap of the labyrinth seal provided between the krill and the pressurized oxidation path in the pressurization oxidation furnace on the right side, the labyrinth seal is pressurized to the outside Is decompressed without loss.

가압산화로에서 라비린스 씰의 틈새로 새어나오는 기체는 격벽으로 나누어진 첫 번째 방에서 용적이 확장되면서 감압이 되고, 두 번째 방으로 들어가면서 또다시 용적이 확장되면서 더욱 감압이 된다. 이런 방식으로 격벽으로 나누어진 방을 순차적으로 지나가면서 감압이 점진적으로 진행되고 최종적으로는 거의 대기압의 수준으로 감압 된다. 라비린스 씰은 비접촉식으로 감압할 수 있는 방식으로 산화 처리되고있는 나노섬유에는 물리적인 손상을 입히지 않는다. The gas leaking into the gap of the labyrinth seal in the pressurized oxidation furnace is decompressed while expanding its volume in the first chamber divided by the partition wall, and further decompressed as the volume is expanded again in the second chamber. In this way, the vacuum is progressively progressed as the chamber sequentially passes through the bulkheads, and finally the pressure is reduced to the atmospheric level. Labyrinth seals do not physically damage nanofibers that are being oxidized in a noncontacting, depressurizable manner.

도 3에 도시된 ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 장치의 실시 예를 이용하여 가압 산화안정화 방법을 시행하는 것도 도 2에 도시된 단계를 거쳐 수행할 수 있다. The pressure oxidation stabilization method using the embodiment of the pressure oxidation stabilization apparatus of the PAN precursor shown in FIG. 3 can also be performed through the steps shown in FIG.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 가능함은 명백한 사실이다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the present invention.

110: 가압작업실
120: 크릴
130: 와인더
140: 산화로
150: 산소공급장치
160: 온도유지장치
170: 가압장치
180: 라비린스 씰 110: Pressurizing chamber
120: Creel
130: Winder
140: Oxidation furnace
150: oxygen supply device
160: Temperature maintaining device
170: Pressure device
180: Labyrinth seal

Claims (5)

가압장치를 이용하여 밀폐되어 있는 내부의 압력을 조절할 수 있는 가압작업실;
산화안정화 공정을 수행할 PAN계 전구체 나노섬유(이하 나노섬유)를 감아 놓은 크릴;
자체 회전력을 이용하여 상기 크릴에 감겨 있는 나노섬유를 되감는 와인더;
상기 크릴에서 풀려 상기 와인더로 되감기는 나노섬유의 산화안정화 공정을 수행하는 산화로;
상기 산화로에 일정량의 산소를 공급하는 산소공급장치; 및
상기 산화로의 온도를 제어하는 온도유지장치; 를
포함하며,
상기 크릴, 상기 와인더 및 상기 산화로는 상기 가압작업실 내에 설치되고,
상기 가압장치는 상기 산화로에서 나노섬유에 대해 산화안정화 공정을 할 때에는 상기 가압작업실의 내부 압력을 5~7bar를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 장치.
A pressurizing chamber for controlling the pressure of the inside, which is sealed by using a pressurizing device;
Krill around PAN-based precursor nanofibers (hereinafter referred to as nanofibers) to be subjected to the oxidation stabilization process;
A winder for rewinding the nanofibers wound on the krill using a self-rotating force;
An oxidizing furnace for carrying out a process of oxidizing and stabilizing the nanofibers which is released from the krill and rewinds to the winder;
An oxygen supply device for supplying a predetermined amount of oxygen to the oxidation furnace; And
A temperature holding device for controlling the temperature of the oxidation furnace; To
≪ / RTI &
Wherein the krill, the winder, and the oxidation furnace are installed in the pressurizing chamber,
Wherein the pressurizing device maintains the internal pressure of the pressurizing chamber at 5 to 7 bar when the oxidation stabilization process is performed on the nanofibers in the oxidation furnace.
가압장치를 이용하여 밀폐되어 있는 내부의 압력을 조절할 수 있으며, 입구와 출구 쪽에 각각 라비린스 씰이 설치되어 있는 가압작업실;
산화안정화 공정을 수행할 PAN계 전구체 나노섬유(이하 나노섬유)를 감아 놓은 크릴;
자체 회전력을 이용하여 상기 크릴에 감겨 있는 나노섬유를 되감는 와인더;
상기 크릴에서 풀려 상기 와인더로 되감기는 나노섬유의 산화안정화 공정을 수행하는 산화로;
상기 산화로에 일정량의 산소를 공급하는 산소공급장치; 및
상기 산화로의 온도를 제어하는 온도유지장치; 를
포함하며,
상기 산화로는 상기 가압작업실 내에 설치되며,
상기 크릴에 감겨있는 나노섬유는 입구에 설치된 상기 라비린스 씰을 통해 상기 가압작업실의 내부로 유입되고, 상기 가압작업실의 나노섬유는 출구에 설치된 상기 라비린스 씰을 통해 유출되어 상기 와인더에 되감기고,
상기 가압장치는 상기 산화로에서 나노섬유에 대해 산화안정화 공정을 할 때에는 상기 가압작업실의 내부 압력을 5~7bar를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 장치. A pressurized working room capable of regulating the internal pressure which is sealed by using a pressurizing device and having a labyrinth seal on the inlet and outlet sides, respectively;
Krill around PAN-based precursor nanofibers (hereinafter referred to as nanofibers) to be subjected to the oxidation stabilization process;
A winder for rewinding the nanofibers wound on the krill using a self-rotating force;
An oxidizing furnace for carrying out a process of oxidizing and stabilizing the nanofibers which is released from the krill and rewinds to the winder;
An oxygen supply device for supplying a predetermined amount of oxygen to the oxidation furnace; And
A temperature holding device for controlling the temperature of the oxidation furnace; To
≪ / RTI &
Wherein the oxidation furnace is installed in the pressurizing chamber,
The nanofibers wound on the krill are introduced into the pressurizing chamber through the labyrinth seal provided at the inlet. The nanofibers of the pressurizing chamber flow out through the labyrinth seal provided at the outlet and rewind to the winder,
Wherein the pressurizing device maintains the internal pressure of the pressurizing chamber at 5 to 7 bar when the oxidation stabilization process is performed on the nanofibers in the oxidation furnace. 제1항 또는 제2항에서, 상기 온도유지장치는,
나노섬유에 대해 산화안정화 공정을 시작할 때의 상기 산화로의 온도를 200~230℃로 하고 산화안정화 공정의 종료 시점에는 250~300℃로 하는 것을 특징으로 하는 ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 장치. 3. The apparatus according to claim 1 or 2,
Wherein the temperature of the oxidizing furnace at the start of the oxidative stabilization process for the nanofibers is from 200 to 230 캜 and the temperature of the oxidizing stabilizing process is from 250 to 300 캜 at the end of the oxidative stabilization process. 제3항에서, 상기 온도유지장치는,
산화로의 온도를 200~230℃로부터 250~300℃가 될 때까지 선형적으로 증가하도록 하는 것을 특징으로 하는 ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 장치.
4. The apparatus according to claim 3,
Wherein the temperature of the oxidizing furnace is linearly increased from 200 to 230 占 폚 up to 250 to 300 占 폚.
제1항 또는 제2항에 기재된 상기 ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 장치를 이용하여 나노섬유에 대해 산화안정화 공정을 수행하는 ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 방법으로써,
탄소섬유 전구체 나노섬유를 생성하는 나노섬유 생성단계;
상기 크릴에 감긴 탄소섬유 전구체 나노섬유를 풀어 상기 산화로를 거쳐 상기 와인더로 연결하는 나노섬유 설치단계;
상기 가압장치를 이용하여 밀폐되어 있는 상기 가압작업실의 압력을 5~7bar로 하고, 상기 산화로의 온도를 미리 설정한 200~230℃로 조정하는 산화 안정화공정 조건 설정단계; 및
상기 온도유지장치를 이용하여 상기 산화로의 온도를 200~230℃에서 선형적으로 증가시켜 산화 안정화공정의 마지막 순간에는 250~300℃가 되도록 하면서 탄소섬유 전구체 나노섬유에 대해 산화 안정화공정을 수행하는 산화 안정화공정 수행단계; 를
수행하는 것을 특징으로 하는 ＰＡＮ 전구체의 가압 산화안정화 방법. A method for stabilizing pressurized oxidation of a PAN precursor which performs an oxidative stabilization process on nanofibers using the apparatus for stabilizing the pressure oxidation of the PAN precursor according to claim 1 or 2,
A nanofiber generating step of producing a carbon fiber precursor nanofiber;
A nanofiber step of releasing the carbon fiber precursor nanofibers wound on the krill and connecting the nanofibers to the winder through the oxidation furnace;
Setting the pressure of the pressurization chamber sealed by using the pressurizing apparatus to 5 to 7 bar and adjusting the temperature of the oxidizing furnace to a preset value of 200 to 230 ° C; And
The temperature of the oxidation furnace is linearly increased at 200 to 230 ° C. by using the temperature holding device and the oxidation stabilization process is performed on the carbon fiber precursor nanofibers at 250 to 300 ° C. at the final stage of the oxidation stabilization process Performing an oxidation stabilization process; To
Gt; of the PAN precursor. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
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