KR102148752B1 - Method of manufacturing carbon fiber with thick denier - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리아크릴로니트릴계 중합체와 전도성 탄소물질을 포함하는 방사용액으로 단사 섬도가 2~4데니어인 탄소섬유용 태섬도 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유를 제조한 다음, 이를 내염화 처리 및 탄화처리 하여 단사섬도가 1~2데니어인 탄소섬유를 제조한다.
본 발명은 탄소섬유를 구성하는 단사섬도가 1~2데니어로서 종래 탄소섬유의 단사섬도 보다 상대적으로 태섬도 이기 때문에 탄소섬유의 생산성을 크게 향상시켜 주는 효과 있다.
또한, 본 발명은 탄소섬유용 태섬도 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유는 단사섬도가 2~4데니어로 태섬도임에도 불구하고 전도성 탄소물질을 포함하기 때문에 내염화 처리시 상기 전구체 섬유의 내부와 외부의 열안정화 차이(내염화도 차이)가 최소화 되어, 다시 말해 전구체 섬유의 내부와 외부 모두에서 균일한 열안정화(내염화)가 일어나서 탄소섬유 제조시 탄소섬유 상에 다수의 기공이 발생됨으로 인해 공정 절사율이 높아지거나 기계적 물성이 저하되는 문제점 들을 효과적으로 방지할 수 있다.
The present invention is a spinning solution containing a polyacrylonitrile-based polymer and a conductive carbon material to prepare a high-fineness polyacrylonitrile-based precursor fiber for carbon fibers having a single yarn fineness of 2 to 4 denier, and then, it is flame-resistant and carbonized. By processing, a single yarn fineness of 1 to 2 denier carbon fiber is prepared.
The present invention has an effect of greatly improving the productivity of carbon fibers because the single yarn fineness constituting the carbon fiber is 1 to 2 denier, and the single yarn fineness is relatively high compared to the conventional single yarn fineness of the carbon fiber.
In addition, the present invention is a polyacrylonitrile-based precursor fiber for carbon fiber has a single yarn fineness of 2 to 4 denier, but contains a conductive carbon material, so that the inside and outside of the precursor fiber The difference in heat stabilization (difference in flame resistance) is minimized, in other words, uniform heat stabilization (salt resistance) occurs both inside and outside of the precursor fiber, causing a number of pores on the carbon fiber when manufacturing the carbon fiber. It is possible to effectively prevent problems in which the rate is increased or mechanical properties are deteriorated.

Description

태섬도 탄소섬유의 제조방법{Method of manufacturing carbon fiber with thick denier}Method of manufacturing carbon fiber with thick denier

본 발명은 태섬도 탄소섬유의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 단사섬도가 높아 탄소섬유의 생산성을 크게 향상시킬 수 있으며, 단사섬도가 높아도 내염화 공정에서 탄소섬유용 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유의 외부 및 내부가 비교적 균일하게 열안정화(내염화) 되어 탄소섬유상에 다수의 기공이 발생됨으로 인해 기계적 물성이 저하되거나 공정 중 절사율이 높아지는 문제를 방지할 수 있는 태섬도 탄소섬유의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a carbon fiber having a high single yarn, and specifically, a high single yarn fineness can greatly improve the productivity of carbon fibers, and a polyacrylonitrile-based precursor fiber for carbon fibers in a flame-resistant process even if the single yarn fineness is high The outside and inside of the fiber are relatively uniformly heat-stabilized (salt-resistance), and a large number of pores are generated on the carbon fiber, thereby reducing mechanical properties or increasing the cutting rate during the process. About.

일반적으로 탄소섬유는 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유를 약 200~300℃의 온도로 열처리하는 내염화 공정을 통하여 분자구조가 고리화되어 열적으로 안정화된 산화아크릴로니트릴 섬유(Oxi-PAN섬유)를 만들고, 이를 다시 약800℃ 이상의 고온으로 열처리하는 탄화공정을 통하여 최종적으로 탄소만의 육각 구조를 형성시켜 제조된다.In general, carbon fibers are cyclized and thermally stabilized acrylonitrile oxidized fibers (Oxi-PAN fibers) through a flame-resistant process in which polyacrylonitrile-based precursor fibers are heat-treated at a temperature of about 200 to 300°C. It is produced by finally forming a hexagonal structure of only carbon through a carbonization process of heat treatment at a high temperature of about 800°C or higher.

통상적인 탄소섬유의 내염화 공정은 폴리아크릴로니트릴계(PAN)계 탄소섬유용 전구체(Precursor)를 3 ~ 4단계로 열처리 하여 방법으로 실행된다. 이때 개별 폴리아크릴로니트릴계(PAN)계 전구체 섬유는 열처리 효과로 인하여, 표면에서 내부면쪽을 향하여 열적으로 안정화가 진행된다.The conventional flame-resistant process of carbon fiber is performed by heat treatment of a polyacrylonitrile-based (PAN)-based carbon fiber precursor (Precursor) in 3 to 4 steps. At this time, the individual polyacrylonitrile-based (PAN)-based precursor fibers are thermally stabilized from the surface toward the inner surface due to the heat treatment effect.

열전달 속도 및 시간에 따라서 표층부분에서는 산소의 접촉 및 확산으로 열적 안정화 및 내염화가 진행된다. 이렇게 산소와 접촉되는 열적 안정화 및 내염화 영역과, 전구체 섬유 내부에는 미쳐 내염화 공정에서 산소가 침투하지 못하고 단순 열적 안정화만 이루어지는 열안정화 구간으로 나누어지게 된다.Depending on the heat transfer rate and time, thermal stabilization and chlorination resistance proceeds through contact and diffusion of oxygen in the surface layer. In this way, it is divided into a thermal stabilization and chlorination-resistant region in contact with oxygen, and a thermal stabilization region in which oxygen does not penetrate during the chlorination-resistant process because it is mad inside the precursor fiber and only thermal stabilization is performed.

이때 내염화 공정 중 열안정화가 과한 경우에는 전구체에 기공이 형성되거나 파단되는 현상이 발생한다. 이러한 현상이 발생하였을 때 탄소섬유의 기계적 특성은 저하된다. 한편, 열안정화가 부족한 경우에는 발화하여 절사되기도 한다. 이때 내염화 온도가 낮을수록 열안정화는 용이하지만 시간이 많이 소요되며, 열안정화 온도가 높을수록 표층과 내층의 열안정화 정도 차이가 심하게 발생하여 기공이 발생하기 쉽다. 따라서 통상적으로 제조한 동일한 전구체 섬유를 사용한 경우라 하더라도 내염화도 차이에 의해 기계적 강도가 1.0GPa ~ 3.0GPa까지 다양한 범위의 물성를 형성한다.In this case, when thermal stabilization is excessive during the chlorination process, pores are formed or fractured in the precursor. When this phenomenon occurs, the mechanical properties of the carbon fiber deteriorate. On the other hand, if thermal stabilization is insufficient, it may ignite and be cut off. At this time, the lower the chlorination temperature is, the easier it is for heat stabilization, but it takes a lot of time. The higher the heat stabilization temperature, the more severe the difference in the degree of heat stabilization between the surface layer and the inner layer occurs, and pores are likely to occur. Therefore, even in the case of using the same precursor fiber that is conventionally prepared, mechanical strength is formed in a wide range of properties from 1.0 GPa to 3.0 GPa due to the difference in salt resistance.

상기 문제점을 해결하기 위해서 열풍을 활용한 내염화 공정 대신 프라즈마와 같은 마이크로파(microwave)를 사용하여 10분 이내의 시간으로 내염화를 실시하는 방식이 제안된 바 있으나, 실질적으로 내염화 균일성 측면에서 많은 문제점이 있어 상용화는 되지 못한 상황이다. In order to solve the above problem, a method of performing flame resistance within 10 minutes using a microwave such as plasma has been proposed instead of the flame resistance process using hot air. There are many problems, so it has not been commercialized.

상기 문제점을 해결하기 위해서 대한민국 공개특허 제10-2014-0148343호에서는 카본블랙 등의 전도성 탄소물질을 0.03~3.0중량% 함유하며 단사섬도가 0.8~2.0데니어 수준인 탄소섬유용 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유를 200~300℃의 온도로 열처리하는 내염화 공정을 통해 산화아크릴로니트릴 섬유를 제조한 다음, 상기 산화아크릴로니트릴계 섬유를 800℃ 이상의 고온에서 열처리하는 탄화공정을 거쳐 탄소섬유를 제조하는 방법을 게재하고 있다.In order to solve the above problems, Korean Patent Laid-Open No. 10-2014-0148343 discloses a polyacrylonitrile-based precursor for carbon fibers containing 0.03 to 3.0% by weight of conductive carbon materials such as carbon black and having a single yarn fineness of 0.8 to 2.0 denier. To produce a carbon fiber through a carbonization process of heat treatment of the oxidized acrylonitrile fiber at a high temperature of 800° C. or higher after producing acrylonitrile oxide fiber through a flame resistance process of heat-treating the fiber at a temperature of 200 to 300°C. How to publish.

상기 종래 방법은 탄소섬유용 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유 내에 내염화시 내부 열전달을 높혀주는 전도성 탄소물질이 포함되어 있기 때문에 내염화 공정 중 섬유 내부와 외부의 열안정화 차이가 심해지는 문제점을 해결할 수 있지만, 상기 전구체 섬유의 단사섬도가 2 데니어 이하로 가늘기 때문에 탄소섬유의 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.The conventional method can solve the problem that the difference in heat stabilization inside and outside the fiber becomes severe during the flame resistance process because the polyacrylonitrile-based precursor fiber for carbon fiber contains a conductive carbon material that increases internal heat transfer during flame resistance. However, since the single yarn fineness of the precursor fiber is as thin as 2 denier or less, there is a problem that the productivity of the carbon fiber is deteriorated.

본 발명의 과제는 탄소섬유의 생산성을 종래방법 대비 최대 4배까지 향상시킬 수 있는 탄소섬유의 제조방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method for manufacturing carbon fibers capable of improving the productivity of carbon fibers by up to four times compared to conventional methods.

본 발명의 또 다른 과제는 내염화 공정에서 탄소섬유용 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유(이하 "전구체 섬유"라고 약칭한다)를 열처리시, 상기 전구체 섬유의 단사섬도가 종래 탄소섬유의 단사섬도(2.0데니어 미만) 보다 상대적으로 굵은 2.0~4.0데니어인 경우라도, 상기 전구체 섬유 내부와 외부에서 열안정화(내염화)가 골고루 일어나 상기 전구체 섬유에 기공이 발생되지 않도록할 수 있는 탄소섬유 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is when heat treatment of a polyacrylonitrile-based precursor fiber for carbon fiber (hereinafter abbreviated as "precursor fiber") in a flame resistance process, the single fiber fineness of the precursor fiber is the conventional single fiber fineness (2.0 Provides a carbon fiber manufacturing method capable of preventing pores from being generated in the precursor fiber by evenly causing heat stabilization (saltization) inside and outside the precursor fiber even if it is relatively thicker than denier). will be.

이와 같은 과제를 달성 위해서, 본 발명은 폴리아크릴로니트릴계 중합체와 전도성 탄소물질을 포함하는 방사용액으로 단사 섬도가 2~4데니어인 탄소섬유용 태섬도 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유를 제조한 다음, 이를 내염화 처리 및 탄화처리 하여 단사섬도가 1~2데니어인 탄소섬유를 제조한다.In order to achieve such a problem, the present invention prepares a polyacrylonitrile-based precursor fiber for carbon fibers having a single yarn fineness of 2 to 4 denier with a spinning solution containing a polyacrylonitrile-based polymer and a conductive carbon material. , To produce a carbon fiber having a single yarn fineness of 1 to 2 denier by treatment with flame resistance and carbonization.

본 발명은 탄소섬유를 구성하는 단사섬도가 1~2데니어로서 종래 탄소섬유의 단사섬도 보다 상대적으로 태섬도 이기 때문에 탄소섬유의 생산성을 크게 향상시켜 주는 효과 있다.The present invention has an effect of greatly improving the productivity of carbon fibers because the single yarn fineness constituting the carbon fiber is 1 to 2 denier, and the single yarn fineness is relatively high compared to the conventional single yarn fineness of the carbon fiber.

또한, 본 발명은 탄소섬유용 태섬도 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유는 단사섬도가 2~4데니어로 태섬도임에도 불구하고 전도성 탄소물질을 포함하기 때문에 내염화 처리시 상기 전구체 섬유의 내부와 외부의 열안정화 차이(내염화도 차이)가 최소화 되어, 다시 말해 전구체 섬유의 내부와 외부 모두에서 균일한 열안정화(내염화)가 일어나서 탄소섬유 제조시 탄소섬유 상에 다수의 기공이 발생됨으로 인해 공정 절사율이 높아지거나 기계적 물성이 저하되는 문제점 들을 효과적으로 방지할 수 있다.In addition, the present invention is a polyacrylonitrile-based precursor fiber for carbon fiber has a single yarn fineness of 2 to 4 denier, but contains a conductive carbon material, so that the inside and outside of the precursor fiber The difference in heat stabilization (difference in flame resistance) is minimized, in other words, uniform heat stabilization (salt resistance) occurs both inside and outside of the precursor fiber, causing a number of pores on the carbon fiber when manufacturing the carbon fiber. It is possible to effectively prevent problems in which the rate is increased or mechanical properties are deteriorated.

도 1은 실시예 1로 제조된 탄소섬유의 단면사진.
도 2는 비교실시예 2로 제조된 탄소섬유의 단면사진.
1 is a cross-sectional photograph of a carbon fiber prepared in Example 1.
Figure 2 is a cross-sectional photograph of a carbon fiber prepared in Comparative Example 2.

이하, 첨부한 도면 등을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 태섬도 탄소섬유의 제조방법은, (ⅰ) 폴리아크릴로니트릴계 중합체 용액에 전도성 탄소물질을 첨가하여 폴리아크릴로니트릴계 중합체와 전도성 탄소물질을 포함하는 방사용액을 제조하는 방사용액 제조 공정; (ⅱ) 상기 방사용액을 방사, 응고, 수세, 연신, 유제처리 및 건조하여 단사섬도가 2~4데니어인 탄소섬유용 태섬도 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유를 제조하는 제사공정; (ⅲ) 상기 탄소섬유용 태섬도 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유를 200~300℃의 온도로 열처리하여 산화 아크릴로니트릴계 섬유를 제조하는 내염화 공정; 및 (ⅳ) 상기 산화 아크릴로니트릴계 섬유를 800℃ 이상의 온도로 열처리하여 단사섬도 1~2데니어인 탄소섬유를 제조하는 탄화공정;들을 포함 한다.The method for producing a high-fidelity carbon fiber according to the present invention comprises: (i) a spinning solution for preparing a spinning solution containing a polyacrylonitrile-based polymer and a conductive carbon material by adding a conductive carbon material to a polyacrylonitrile-based polymer solution Manufacture process; (Ii) a spinning process of spinning, coagulating, washing, drawing, tanning, and drying the spinning solution to prepare a high-fidelity polyacrylonitrile-based precursor fiber for carbon fibers having a single yarn fineness of 2 to 4 denier; (Iii) a flame-resistant process of heat-treating the polyacrylonitrile-based precursor fiber for carbon fiber at a temperature of 200 to 300°C to produce an oxidized acrylonitrile-based fiber; And (iv) a carbonization process of heat-treating the oxidized acrylonitrile-based fiber at a temperature of 800° C. or higher to produce carbon fiber having a single yarn fineness of 1 to 2 denier.

구체적으로, 본 발명은 먼저 폴리아크릴로니트릴계 중합체 용액에 전도성 탄소물질을 첨가하여 폴리아크릴로니트릴계 중합체와 전도성 탄소물질을 포함하는 방사용액을 제조한다.Specifically, in the present invention, a spinning solution including a polyacrylonitrile-based polymer and a conductive carbon material is prepared by first adding a conductive carbon material to a polyacrylonitrile-based polymer solution.

이때, 상기 방사용액내 전도성 탄소물질의 함량을 0.0011~0.09중량%로 조절해 주는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable to adjust the content of the conductive carbon material in the spinning solution to 0.0011 to 0.09% by weight.

방사용액내 전도성 탄소물질의 함량이 0.0011중량% 미만일 경우에는 전구체 섬유를 열처리시 열전달 속도를 향상시켜 열안정화를 균일하게 하는 효과가 미미해지고, 0.09중량%를 초과하는 경우에는 열안정화가 균일하게 일어나는 효과가 더이상 개선되지 않고 방사성만 저하될 수 있다.When the content of the conductive carbon material in the spinning solution is less than 0.0011% by weight, the effect of uniformizing thermal stabilization by improving the heat transfer rate during heat treatment of the precursor fiber becomes insignificant, and when it exceeds 0.09% by weight, thermal stabilization occurs uniformly. The effect is no longer improved, only radioactivity can be reduced.

상기 전도성 탄소물질은 카본블랙, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀, 그래핀옥사이드 또는 이들의 혼합물 등이다.The conductive carbon material is carbon black, carbon nanotubes (CNT), graphene, graphene oxide, or a mixture thereof.

본 발명에 있어서, 상기 전도성 탄소물질은 폴리아크릴로니트릴(PAN)과 같은 유기계 탄소섬유용 전구체보다 열전도도 및 비저항이 낮으면서 탄화 공정에서 휘발되지 않는 탄소재료로서, 상기 전도성 탄소물질을 사용함으로써, 전구체 내부로의 열전달 속도를 향상시켜 열안정화를 신속하게 이루어 내염화시간 단축을 통한 경제적으로 탄소섬유를 제조할 수 있다.In the present invention, the conductive carbon material is a carbon material that does not volatilize in a carbonization process while having lower thermal conductivity and specific resistance than a precursor for organic carbon fibers such as polyacrylonitrile (PAN), by using the conductive carbon material, By improving the heat transfer rate into the precursor, heat stabilization can be achieved quickly, and carbon fibers can be economically manufactured by shortening the flame resistance time.

또한, 상기 전도성 탄소물질은 그 전기 비저항이 3.5×10- 5Ω-cm 내지 103Ω-cm인 것을 의미한다. 이때, 상기 전도성 탄소물질의 전기 비저항이 낮을수록 열전도성이 우수하지만, 전도성 탄소물질의 전기 비저항은 3.5×10- 5Ω-cm 미만이 될 수 없고, 103Ω-cm 초과이면 실질적인 전도성 탄소물질의 투입량이 많아져서 내염화 시간 단축으로 인한 효과를 전구체 제조비용 상승 효과로 상쇄된다.In addition, the conductive carbon material is its electrical resistivity is 3.5 × 10 - means to be 5 Ω-cm to 10 3 Ω-cm. At this time, the conductivity, the lower the electrical resistivity of carbon material thermal conductivity is excellent, but the electrical resistivity of the electrically conductive carbon material is 3.5 × 10 - can not be less than 5 Ω-cm, is 10 3 Ω-cm greater than the actual conductive carbon material The increase in the input amount of the chlorine is offset by the increase in the cost of producing the precursor.

본 발명에 사용되는 전도성 탄소물질의 경우 비저항이 3.5 × 10- 5Ω-cm 수준으로 아주 우수한 열전달 성능을 가지고 있다. 이에 비해 전도성 금속류의 경우 휠씬 낮은 비저항값으로 인해 열전도율이 높을 것으로 예상되지만 금속은 그 성질상 이온화가 용이하여 촉매화 반응을 통한 내염화 공정의 불안요소로 작용하여 공정안정성이 아주 취약하다는 문제점을 가지고 있다.For the conductive carbon material used in the present invention, the specific resistance is 3.5 × 10 - has a very high heat transfer performance at a level of 5 Ω-cm. On the other hand, in the case of conductive metals, thermal conductivity is expected to be high due to a much lower resistivity value, but due to its nature, metals are easily ionized and act as an unstable factor in the chlorination process through a catalytic reaction, and process stability is very weak. have.

이에, 본 발명에서는 내염화 공정에서도 안정한 성질을 나타내는, 전기 비저항이 3.5×10-5Ω-cm 내지 103Ω-cm인 전도성 탄소물질을 사용하는 것이 바람직하다.Accordingly, in the present invention, it is preferable to use a conductive carbon material having an electrical resistivity of 3.5×10 -5 Ω-cm to 10 3 Ω-cm, which exhibits stable properties even in the chlorination resistance process.

또한, 상기 전도성 탄소물질은 그 순도가 95~99.9%일 수 있다. 이때, 상기 전도성 탄소물질의 순도가 95%미만이면 불순물로 인해 내염화 및 탄화 공정에서 탄소의 공유결합을 저해하여 기계적 물성이 떨어지며 최종 수율 역시 나빠진다. 특히, 전도성 탄소물질이 아닌 금속성분이 남아 있는 경우 발화가능성이 높아져 사용하지 않는 것이 바람직할 수 있다.In addition, the conductive carbon material may have a purity of 95 to 99.9%. At this time, if the purity of the conductive carbon material is less than 95%, the impurities inhibit the covalent bonding of carbon in the chlorination and carbonization processes, resulting in poor mechanical properties and poor final yield. In particular, if a metal component other than a conductive carbon material remains, it may be preferable not to use it because the possibility of ignition is high.

또한, 상기 전도성 탄소물질은 그 입자 직경이 200nm 이하이고, 바람직하게는, 0.1~ 200nm 일 수 있다. 이때, 상기 전도성 탄소물질의 입자 직경이 0.1nm 미만이면 분산 안정성이 취약해지면서 전도성 탄소물질의 가격이 급격히 상승하는 문제가 있고, 200nm 초과이면 전구체를 이루는 폴리머 내부에 투입하여 섬유화하기가 기본적으로 불가능한 문제가 있다.In addition, the conductive carbon material may have a particle diameter of 200 nm or less, and preferably, 0.1 to 200 nm. At this time, if the particle diameter of the conductive carbon material is less than 0.1 nm, the dispersion stability becomes weak and the price of the conductive carbon material increases rapidly.If the particle diameter of the conductive carbon material is more than 200 nm, it is basically impossible to fiberize by putting it inside the polymer forming the precursor. there is a problem.

상기 폴리아크릴로니트릴계 중합체는 아크릴로니트릴(AN이라 약기하는 경우도 있음)을 주성분으로 하는 단량체와 전도성 탄소물질을 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 containing acrylonitrile (some abbreviated as AN) as a main component and a conductive carbon material. It goes without saying that a suspension polymerization method or an emulsion polymerization method can be applied in addition to the solution polymerization method.

이때 전도성 탄소물질은 중합 전 용매에 분산시켜 사용하는 것이 바람직한데, 중합 전 전도성 탄소물질을 투입하는 이유는 용매의 점도가 아주 낮기 때문에 균일하게 분산되어 전도성 탄소물질의 투입량을 향상시킬 수 있기 때문이다. 중합 후 전도성 탄소물질을 투입할 경우 방사원액의 점도가 400 poise 이상의 고점도 상태를 유지하므로 아무리 전도성 탄소물질에 분산을 위한 반응기를 추가 부착하여도 균일한 방사원액을 구현하기 어려우며 전구체 단면을 측정하면 단면 내부에 불균일로 인한 응집점이 다수 발견되며 전구체 강도를 6g/denier 이상 확보에 필요한 고배율 연신이 어려워진다.At this time, it is preferable to use the conductive carbon material by dispersing it in the solvent before polymerization. The reason for introducing the conductive carbon material before polymerization is that the viscosity of the solvent is very low, so it is uniformly dispersed and the amount of the conductive carbon material added can be improved. . When a conductive carbon material is added after polymerization, the spinning dope maintains a high viscosity of 400 poise or more, so it is difficult to achieve a uniform spinning dope no matter how much additional reactors for dispersion are attached to the conductive carbon material. A large number of agglomeration points due to non-uniformity are found inside, and high-magnification stretching required to secure the strength of the precursor of 6 g/denier or more becomes difficult.

상기 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. 이러한 공중합 가능한 단량체는 전체 중합체 성분 중 5중량% 이하인 것이 바람직하다.Among the monomers, in addition to acrylonitrile, a monomer copolymerizable with acrylonitrile may be included, which may serve to promote salt resistance, and examples thereof include acrylic acid, methacrylic acid, or itaconic acid. It is preferable that such a copolymerizable monomer is 5% by weight or less of the total polymer component.

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. 통상 중합종결제로는 암모니아를 사용할 수 있으나, 이에 한정이 있는 것은 아니다.After polymerization, it usually involves a process of neutralization using a polymerization terminating agent, which serves to prevent rapid coagulation in the coagulation bath when spinning the spinning dope containing the obtained polyacrylonitrile-based polymer. In general, ammonia may be used as the polymerization terminator, but there is no limitation 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 using the polymerization terminator to prepare a solution containing a polyacrylonitrile-based polymer in the form of a salt with ammonium ions.

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 for polymerization is not specifically limited, and oil-soluble azo compounds, water-soluble azo compounds, peroxides, etc. are preferable, and from the viewpoint of handling properties in terms of safety and industrially efficient polymerization. An azo-based compound that does not cause generation of oxygen that inhibits polymerization during decomposition is preferably used, and in the case of polymerization by solution polymerization, an oil-soluble azo compound is preferably used from the viewpoint of solubility. As specific examples of the polymerization initiator, 2,2'-azobis (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2'-azobis (2,4'-dimethylvaleronitrile), and 2 , 2'-azobisisobutyronitrile, etc. are mentioned.

다음으로는, 상기 방사용액을 방사, 응고, 수세, 연신, 유제처리 및 건조하여 단사섬도가 2~4데니어인 탄소섬유용 태섬도 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유를 제조한다.Next, the spinning solution is spun, coagulated, washed with water, stretched, treated with an emulsion, and dried to prepare a polyacrylonitrile-based precursor fiber for carbon fibers having a single yarn fineness of 2 to 4 denier.

상기 탄소섬유용 폴리아크릴로니트릴계 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 95몰% 이상으로 포함하는 것이 바람직하다.The polyacrylonitrile-based precursor fiber for carbon fiber is made of a polymer containing a polyacrylonitrile-based polymer (which may be abbreviated as a PAN-based polymer), wherein the polyacrylonitrile-based polymer is mainly composed of acrylonitrile. It means a polymer made into. Specifically, it is preferable to contain acrylonitrile in 95 mol% or more of all monomers.

이때, 상기 탄소섬유용 태섬도 폴리아크릴로니트릴계 전구체는 단사섬도가 2~4데니어로 제조되며, 상기 단사섬도가 2데니어 미만인 경우에는 탄소섬유의 생산성이 저하되고, 4데니어를 초과하는 경우에는 탄소섬유의 생산성은 향상되나 전구체 섬유의 내염화 공정에서 전구체 섬유의 내부와 외부간의 열안정화 차이가 많이 발생되는 문제가 발생된다.At this time, the superfineness polyacrylonitrile precursor for carbon fiber is manufactured with a single yarn fineness of 2 to 4 denier, and when the single yarn fineness is less than 2 denier, the productivity of the carbon fiber decreases, and when it exceeds 4 denier, The productivity of the carbon fiber is improved, but there is a problem that a difference in heat stabilization between the inside and the outside of the precursor fiber occurs in the flame-resistant process of the precursor fiber.

또한 상기 탄소섬유용 태섬도 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유 내 전도성 탄소물질의 함량을 0.05~0.1중량%로 조절해 주는 것이 바람직하다. 상기 함량이 0.05중량% 미만이면 전구체 섬유의 내염화 공정에서 전구체 섬유의 내부와 외부간의 열안정화 차이가 많이 발생되고, 상기 함량이 0.1중량%를 초과하는 경우에는 전구체 섬유내 전도성 탄소물질의 분산성이 저하될 수도 있다.In addition, it is preferable to adjust the content of the conductive carbon material in the polyacrylonitrile-based precursor fiber to be 0.05 to 0.1% by weight. If the content is less than 0.05% by weight, a difference in thermal stabilization between the inside and the outside of the precursor fiber occurs in the chlorination process of the precursor fiber, and when the content exceeds 0.1% by weight, the dispersibility of the conductive carbon material in the precursor fiber This may deteriorate.

상기 방사용액에는 중합용매도 포함될 수 있다.A polymerization solvent may also be included in the spinning solution.

유기 용매의 일예로는 디메틸설폭사이드, 디메틸 포름아마이드, 디메틸 아세트아마이드 등을 들 수 있다.Examples of the organic solvent include dimethyl sulfoxide, dimethyl formamide, dimethyl acetamide, and the like.

방사 방법은 습식 방사법 또는 건습식 방사법이 바람직하다. 이 중, 습식 방사법은 방사 용액을 구금 구멍으로부터 응고조의 응고액 중에서 토출시키는 방법인데, 방사 용액이 구금 구멍으로부터 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 발생할 수 있다는 문제가 있어, 권취 속도를 높게 설정하는 데에는 한계가 있을 수 있다.The spinning method is preferably a wet spinning method or a dry wet spinning method. Among them, the wet spinning method is a method in which the spinning solution is discharged from the detention hole into the coagulation solution of the coagulation bath. Even if it is raised, the spinning draft does not increase significantly, but there is a problem that thread breakage may occur in the detention surface as the actual draft rate rapidly increases, and there may be a limit to setting the winding speed high.

또, 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 가능할수 있다.In addition, in the dry-wet spinning method, since the spinning solution is once discharged into the air (air gap) and then surface crystallization proceeds, it is induced in the coagulation bath, so the actual spinning draft rate is absorbed from the raw liquid in the air gap, enabling high-speed spinning. can do.

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

응고조의 응고액에는 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아마이드, 디메틸 아세트아마이드, 염화아연(ZnCl2) 수용액, 로단산소다(NaSCN) 수용액 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, 그 일 예로는 물을 들 수 있다. 이때, 응고액에 포함된 용매의 농도는 방사 용액에 포함된 용매 농도의 15~75%인 것이 바람직하다. 즉, 15%이상이 됨으로써 방사된 섬유로부터 용매의 추출 속도가 너무 빨라지는 것을 방지할 수 있고, 75%이하로 함으로써 방사된 섬유로부터 용매가 최소한의 량 이상의 농도가 추출될 수 있도록할 수 있는 것이다.The coagulation solution of the coagulation bath may contain a so-called coagulation accelerating component in addition to solvents such as dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, dimethyl acetamide, zinc chloride (ZnCl 2 ) aqueous solution, and sodium rodan oxide (NaSCN) aqueous solution. As the coagulation promoting component, it may be preferable that the polyacrylonitrile-based polymer is not dissolved and has usability and a solvent used in the spinning dope, an example of which may be water. At this time, the concentration of the solvent contained in the coagulation solution is preferably 15 to 75% of the concentration of the solvent contained in the spinning solution. That is, when the concentration is 15% or more, the extraction rate of the solvent from the spun fiber can be prevented from becoming too fast, and when the concentration is 75% or less, the concentration of the solvent more than the minimum amount can be extracted from the spun fiber. .

그리고, 응고액의 온도는 방사 용액의 온도를 기준으로 -35℃ 내지 +15℃로 함으로써 방사된 섬유로부터 용매의 추출속도를 적당히 느리게 하여 표면 결정화도를 향상시켜 원사의 치밀화를 도모하여 강도를 향상시킬 수 있는 것이다. 이때, 응고액의 온도가 낮으면 응고액의 용매 농도 또한 낮아지는 것이 좋고, 온도가 높아지면 응고액의 용매 농도 또한 높아지는 것이 유리하다. 이는 모두 용매의 추출 속도를 적절히 조절하기 위함이다.In addition, the temperature of the coagulation solution is set to -35°C to +15°C based on the temperature of the spinning solution, so that the extraction rate of the solvent from the spun fiber is moderately slowed to improve the surface crystallinity, thereby improving the strength of the yarn. It can be. At this time, when the temperature of the coagulating solution is low, it is preferable that the solvent concentration of the coagulating solution is also lowered, and when the temperature is increased, it is advantageous to increase the solvent concentration of the coagulating solution. This is all to properly control the extraction rate of the solvent.

방사된 중합체를 응고욕 속으로 토출하여 사조를 응고시킨 뒤, 수세, 연신, 유제 부여(오일링) 및 건조 등을 거쳐 탄소섬유용 전구체 섬유를 얻을 수 있다.After discharging the spun polymer into a coagulation bath to solidify the yarn, it is possible to obtain a precursor fiber for carbon fiber through water washing, stretching, oiling (oiling), and drying.

이때, 응고된 섬유를 수세하지 않고 직접 연신욕 중에서 연신해도 좋고, 용매를 수세 제거한 후에 별도 연신 욕 중에서 연신해도 좋다. 또한 유제 부여후 강력한 탄소섬유용 전구체 섬유를 제조하기 위해서는 낮은 배율로 다단 연신을 수행하거나 고온 스팀으로 고배율 연신을 할 수도 있다. 이 때, 연신배율은 4~20배로 함으로써 전구체 섬유의 강도를 향상시킬 수 있으며, 특히, 전구체 섬유의 단사섬유 강도를 6g/데니어 이상으로 하는 것이 바람직하며. 탄소섬유 강도 향상을 위해서는 8.0g/데니어 이상인 것이 더욱더 바람직하며, 또한, 전구체 섬유의 단사섬유 강도는 6g/데니어 ~ 15g/데니어 일 수 있다.At this time, the solidified fibers may be drawn directly in a drawing bath without washing with water, or may be drawn in a separate drawing bath after washing and removing the solvent. In addition, in order to manufacture a strong precursor fiber for carbon fibers after applying an emulsion, multistage stretching may be performed at a low magnification or high magnification stretching may be performed with high temperature steam. At this time, it is possible to improve the strength of the precursor fiber by increasing the draw ratio of 4 to 20 times, and in particular, it is preferable to set the single fiber strength of the precursor fiber to 6 g/denier or more. In order to improve the strength of the carbon fiber, it is even more preferable that it is 8.0 g/denier or more, and the single fiber strength of the precursor fiber may be 6 g/denier to 15 g/denier.

섬유에 유제를 부여하는 것은 모노 필라멘트끼리의 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 oil agent to the fibers is to prevent adhesion between monofilaments, and for example, it is preferable to provide an oil agent made of silicone or the like. It is preferable that such a silicone emulsion is a modified silicone, and it may be desirable to contain a reticulated modified silicone having high heat resistance.

다음으로는, 상기 탄소섬유용 태섬도 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유를 200~300℃의 온도로 열처리하여 산화 아크릴로니트릴계 섬유를 제조한 다음, 상기 산화 아크릴로니트릴계 섬유를 800℃ 이상의 온도로 열처리하여 단사섬도 1~2데니어인 탄소섬유를 제조한다.Next, the high-fineness polyacrylonitrile precursor fiber for carbon fiber is heat-treated at a temperature of 200 to 300°C to prepare an oxidized acrylonitrile fiber, and then, the oxidized acrylonitrile fiber is subjected to a temperature of 800°C or higher. By heat treatment, carbon fibers with a single yarn fineness of 1 to 2 denier are prepared.

본 발명은 탄소섬유를 구성하는 단사섬도가 1~2데니어로서 종래 탄소섬유의 단사섬도 보다 상대적으로 태섬도 이기 때문에 탄소섬유의 생산성을 크게 향상시켜 주는 효과 있다.The present invention has an effect of greatly improving the productivity of carbon fibers because the single yarn fineness constituting the carbon fiber is 1 to 2 denier, and the single yarn fineness is relatively high compared to the conventional single yarn fineness of the carbon fiber.

또한, 본 발명은 탄소섬유용 태섬도 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유는 단사섬도가 2~4데니어로 태섬도임에도 불구하고 전도성 탄소물질을 포함하기 때문에 내염화 처리시 상기 전구체 섬유의 내부와 외부의 열안정화 차이(내염화도 차이)가 최소화 되어, 다시 말해 전구체 섬유의 내부와 외부 모두에서 균일한 열안정화(내염화)가 일어나서 탄소섬유 제조시 탄소섬유 상에 다수의 기공이 발생됨으로 인해 공정 절사율이 높아지거나 기계적 물성이 저하되는 문제점 들을 효과적으로 방지할 수 있다.In addition, the present invention is a polyacrylonitrile-based precursor fiber for carbon fiber has a single yarn fineness of 2 to 4 denier, but contains a conductive carbon material, so that the inside and outside of the precursor fiber The difference in heat stabilization (difference in flame resistance) is minimized, in other words, uniform heat stabilization (salt resistance) occurs both inside and outside of the precursor fiber, causing a number of pores on the carbon fiber when manufacturing the carbon fiber. It is possible to effectively prevent problems in which the rate is increased or mechanical properties are deteriorated.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are for illustrative purposes only, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples.

실시예Example 1 One

아크릴로니트릴 95몰%, 메타크릴산 3몰% 및 이타콘산 2몰%로 되는 공중합체를 디메틸 설폭사이드를 용매로 중합전 탄소재료인 탄소나노튜브(CNT)를 아크릴로니트릴 함량에 대해 0.06wt%를 투입하여 용액 중합법에 의하여 중합하고, 여기에 암모니아를 이타콘산과 동량으로 첨가하여 중화하여, 암모늄 염 형태의 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 제조하여 공중합체 성분의 함유율이 20중량%인 방사용액을 제조하였다.A copolymer comprising 95 mol% of acrylonitrile, 3 mol% of methacrylic acid, and 2 mol% of itaconic acid was used as a solvent using dimethyl sulfoxide, and a carbon nanotube (CNT), a carbon material before polymerization, was 0.06 wt% based on the content of acrylonitrile. % Is added and polymerized by solution polymerization, and ammonia is added in the same amount as itaconic acid to neutralize it to prepare a polyacrylonitrile-based copolymer in the form of an ammonium salt, and the content of the copolymer component is 20% by weight. A spinning solution was prepared.

다음으로, 상기와 같이 제조된 방사용액을 방사구금을 통해 방사한 후 40% 디메틸설폭사이드의 수용액인 응고액에서 응고하고, 수세 후 연신비율 5로 연신하고, 유제처리 및 건조하여 단사섬도가 2.5데니어인 모노필라멘트 3,000개가 집속되어 있는 탄소섬유용 폴리아크릴계 전구체 섬유를 제조하였다.Next, the spinning solution prepared as described above was spun through a spinneret, coagulated in a coagulation solution, which is an aqueous solution of 40% dimethyl sulfoxide, and stretched at a draw ratio of 5 after washing with water, and treated with emulsion and dried to achieve a single yarn fineness of 2.5 A polyacrylic precursor fiber for carbon fiber in which 3,000 denier monofilaments are bundled was prepared.

상기와 같이 제조된 폴리아크릴로니트릴계 섬유 다발을 실질적으로 꼬임을 부여하지 않고 공기 분위기 속에서 220 ~ 270℃의 온도 분포를 가지는 4단 열풍오븐에서 오븐별로 등시간 간격으로 내염화 처리(연신 수반)하였다.The polyacrylonitrile-based fiber bundle prepared as described above is not substantially twisted and is flame-resistant in a 4-stage hot air oven having a temperature distribution of 220 to 270°C in an air atmosphere at equal time intervals (with stretching ).

다음 400~700℃의 불활성 분위기 속에서 예비 탄화시켜 오프가스(Off-gas)를 제거한 후, 뒤이어 최종적으로 1,350℃의 온도로 탄화처리(연신 수반)하여 강도를 향상시켜, 탄소섬유를 제조하였다.Then, after preliminary carbonization in an inert atmosphere of 400 ~ 700 ℃ to remove off-gas (Off-gas), and then finally carbonization treatment (with stretching) at a temperature of 1,350 ℃ to improve the strength, thereby producing a carbon fiber.

상기와 같이 제조된 탄소섬유는 도 1과 같이 단면사진에 기공이 형성되지 않아 공정 중 절사율이 낮고 강도 등의 기계적 물성이 우수하였다.The carbon fiber produced as described above had low cutoff rate during the process and excellent mechanical properties such as strength because pores were not formed in the cross-sectional photograph as shown in FIG. 1.

상기와 같이 제조된 탄소섬유는 ASTM D 4018법으로 측정한 강도, 기공발생여부 및 생산성은 표 1과 같았다.The carbon fiber prepared as described above has the strength, pore occurrence, and productivity measured by ASTM D 4018 as shown in Table 1.

실시예Example 2 2

탄소섬유용 폴리아크릴계 전구체 섬유의 단사섬도는 3.0데니어로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소섬유를 제조하였다.Carbon fibers were prepared in the same manner as in Example 1, except that the single yarn fineness of the polyacrylic precursor fiber for carbon fiber was changed to 3.0 denier.

상기와 같이 제조된 탄소섬유는 ASTM D 4018법으로 측정한 강도, 기공발생여부 및 생산성은 표 1과 같았다.The carbon fiber prepared as described above has the strength, pore occurrence, and productivity measured by ASTM D 4018 as shown in Table 1.

실시예Example 3 3

탄소섬유용 폴리아크릴계 전구체 섬유의 단사섬도는 3.5데니어로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소섬유를 제조하였다.Carbon fibers were prepared in the same manner as in Example 1, except that the single yarn fineness of the polyacrylic precursor fiber for carbon fiber was changed to 3.5 denier.

상기와 같이 제조된 탄소섬유는 ASTM D 4018법으로 측정한 강도, 기공발생여부 및 생산성은 표 1과 같았다.The carbon fiber prepared as described above has the strength, pore occurrence, and productivity measured by ASTM D 4018 as shown in Table 1.

실시예Example 4 4

탄소섬유용 폴리아크릴계 전구체 섬유의 단사섬도는 4.0데니어로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소섬유를 제조하였다.Carbon fibers were prepared in the same manner as in Example 1, except that the single yarn fineness of the polyacrylic precursor fiber for carbon fiber was changed to 4.0 denier.

상기와 같이 제조된 탄소섬유는 ASTM D 4018법으로 측정한 강도, 기공발생여부 및 생산성은 표 1과 같았다.The carbon fiber prepared as described above has the strength, pore occurrence, and productivity measured by ASTM D 4018 as shown in Table 1.

비교실시예Comparative Example 1 One

탄소섬유용 폴리아크릴계 전구체 섬유의 단사섬도는 1.0데니어로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소섬유를 제조하였다.Carbon fiber was prepared in the same manner as in Example 1, except that the single yarn fineness of the polyacrylic precursor fiber for carbon fiber was changed to 1.0 denier.

상기와 같이 제조된 탄소섬유는 ASTM D 4018법으로 측정한 강도, 기공발생여부 및 생산성은 표 1과 같았다.The carbon fiber prepared as described above has the strength, pore occurrence, and productivity measured by ASTM D 4018 as shown in Table 1.

비교실시예 2Comparative Example 2

방사용액에 탄소나노튜브(전도성 탄소물질)을 첨가하지 않는 것을 제외하고는 비교실시예 1과 동일한 방법으로 탄소섬유를 제조하였다.Carbon fibers were prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that carbon nanotubes (conductive carbon material) were not added to the spinning solution.

상기와 같이 제조된 탄소섬유는 ASTM D 4018법으로 측정한 강도, 기공발생여부 및 생산성은 표 1과 같았다.The carbon fiber prepared as described above has the strength, pore occurrence, and productivity measured by ASTM D 4018 as shown in Table 1.

탄소섬유 물성Carbon fiber properties 구분division 강도(Gpa)Strength (Gpa) 기공발생여부Pore occurrence 생산성productivity 실시예 1Example 1 3.453.45 발생안됨No occurrence 2.5배2.5 times 실시예 2Example 2 3.753.75 발생안됨No occurrence 3.0배3.0 times 실시예 3Example 3 3.203.20 발생안됨No occurrence 3.5배3.5 times 실시예 4Example 4 3.603.60 발생안됨No occurrence 4.0배4.0 times 비교실시예 1Comparative Example 1 3.403.40 발생안됨No occurrence 1배1 times 비교실시예 2Comparative Example 2 3.283.28 발생됨Occurred 1배1 times

탄소섬유의 각종 물성은 아래와 같은 방법으로 평가하였다.Various physical properties of carbon fiber were evaluated by the following method.

강도(burglar( GpaGpa ))

ASTM D 4018법으로 평가하였다.It was evaluated by the ASTM D 4018 method.

기공발생여부Pore occurrence

탄소섬유의 단면사진을 찍어 기공발생여부를 육안관찰 하였다.A cross-sectional picture of the carbon fiber was taken to visually observe whether pores occurred.

생산성productivity

비교실시예 1의 생산성을 기준(1배)으로 하여 실시예 1 내지 실시예 4의 생산성 및 비교실시예 2의 생산성을 상대비교하였다.The productivity of Examples 1 to 4 and the productivity of Comparative Example 2 were compared relative to each other using the productivity of Comparative Example 1 as a standard (1 times).

Claims (5)

(ⅰ) 폴리아크릴로니트릴계 중합체 용액에 전도성 탄소물질을 첨가하여 폴리아크릴로니트릴계 중합체와 전도성 탄소물질을 포함하는 방사용액을 제조하는 방사용액 제조 공정;
(ⅱ) 상기 방사용액을 방사, 응고, 수세, 연신, 유제처리 및 건조하여 단사섬도가 2~4데니어인 탄소섬유용 태섬도 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유를 제조하는 제사공정;
(ⅲ) 상기 탄소섬유용 태섬도 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유를 200~300℃의 온도로 열처리하여 산화 아크릴로니트릴계 섬유를 제조하는 내염화 공정; 및
(ⅳ) 상기 산화 아크릴로니트릴계 섬유를 800℃ 이상의 온도로 열처리하여 단사섬도 1~2데니어인 탄소섬유를 제조하는 탄화공정;들을 포함하고,
상기 방사용액내 전도성 탄소물질의 함량을 0.0011~0.09중량%로 조절하는, 태섬도 탄소섬유의 제조방법.
(I) a spinning solution manufacturing process of preparing a spinning solution including a polyacrylonitrile polymer and a conductive carbon material by adding a conductive carbon material to the polyacrylonitrile polymer solution;
(Ii) a spinning process of spinning, coagulating, washing, drawing, tanning, and drying the spinning solution to prepare a high-fidelity polyacrylonitrile-based precursor fiber for carbon fibers having a single yarn fineness of 2 to 4 denier;
(Iii) a flame-resistant process of heat-treating the polyacrylonitrile-based precursor fiber for carbon fiber at a temperature of 200 to 300°C to produce an oxidized acrylonitrile-based fiber; And
(Iv) a carbonization process of heat-treating the oxidized acrylonitrile-based fiber at a temperature of 800° C. or higher to produce carbon fiber having a single yarn fineness of 1 to 2 denier; including,
Controlling the content of the conductive carbon material in the spinning solution to 0.0011 ~ 0.09% by weight, a method of producing a high-fidelity carbon fiber.
제1항에 있어서, 상기 전도성 탄소물질은 카본블랙, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀 및 그래핀옥사이드 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 태섬도 탄소섬유의 제조방법.The method of claim 1, wherein the conductive carbon material is at least one selected from carbon black, carbon nanotubes (CNT), graphene, and graphene oxide. 제1항에 있어서, 상기 전도성 탄소물질은 전기비저항 3.5×10-5Ω·㎝ 내지 3.5×103Ω·㎝ 이고, 순도가 95% 이상이고, 입자직경이 0.1~200㎚인 것을 특징으로 하는 태섬도 탄소섬유의 제조방법.The method of claim 1, wherein the conductive carbon material has an electrical resistivity of 3.5×10 -5 Ω·cm to 3.5×10 3 Ω·cm, a purity of 95% or more, and a particle diameter of 0.1 to 200 nm. Method for producing high fineness carbon fiber. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 탄소섬유용 태섬도 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유 내 전도성 탄소물질의 함량을 0.05~0.1중량%로 조절해 주는 것을 특징으로 하는 태섬도 탄소섬유의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the content of the conductive carbon material in the polyacrylonitrile-based precursor fiber for carbon fiber is adjusted to 0.05 to 0.1% by weight.
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