KR102351984B1 - Polyacrylonitrile based oxidized fiber - Google Patents

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Abstract

본 발명은 우수한 물성을 갖는 탄소섬유를 제공할 수 있는, 특정범위의 고리화 반응도를 갖는 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유에 관한 것이다.The present invention relates to polyacrylonitrile-based flame-resistant fibers having a specific range of cyclization reactivity, which can provide carbon fibers having excellent physical properties.

Description

폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유{Polyacrylonitrile based oxidized fiber}Polyacrylonitrile-based oxidized fiber {Polyacrylonitrile based oxidized fiber}

본 발명은 우수한 물성을 갖는 탄소섬유를 제공할 수 있는, 특정범위의 고리화 반응도를 갖는 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유에 관한 것이다.The present invention relates to polyacrylonitrile-based flame-resistant fibers having a specific range of cyclization reactivity, which can provide carbon fibers having excellent physical properties.

탄소섬유는 경량, 고강도, 고내열성 등의 특성을 살릴 수 있는 꾸준한 용도 개발의 노력에 힘입어서 건축재료,콘크리트 구조물, 내진 보강 등의 토목, 건축 분야, CNG 탱크, 풍력 발전용 블레이드, 원심분리 로터, 플라이 호일 등의 대체 에너지, 그린 에너지 분야, 선박, 차량 등의 고속 운송 기기분야, 해양 개발 심해저 유전 채굴 분야, 기기의 고성능화, 의료 복지 기기, 전기 전도 용도, 초 내열용도 등의 우주항공 분야에서부터 건설 산업에 이르기까지 다양한 산업 분야 에 대하여 적용분야의 폭이 넓어지고 있는 상황이다. 탄소섬유는 그 자체가 가지고 있는 독보적인 특징을 살려 철, 알루미늄 등을 대체 가능한 제3의 범용재료로서 새로운 시대의 기반을 만드는 재료로 성장하고 있다. 특히, 최근 개발된 초음속 항공기인 보잉 787 및 에어버스 380의 항공기 부품소재로서 탄소섬유의 적용과 함께 각 종 첨단 소재분야에 그 사용량의 증대도 예상된다.Carbon fiber is widely used in civil engineering and construction fields such as building materials, concrete structures, earthquake-resistance reinforcement, CNG tanks, blades for wind power generation, centrifugal rotors, Alternative energy such as fly foil, green energy, high-speed transportation equipment such as ships and vehicles, offshore development, deep-sea oil field mining, high-performance equipment, medical welfare equipment, electrical conduction applications, and aerospace applications such as ultra-heat-resistant construction It is a situation in which the range of application fields is expanding for various industrial fields ranging from industry to industry. Carbon fiber is growing as a material that creates the foundation for a new era as a third general-purpose material that can replace iron and aluminum by taking advantage of its unique characteristics. In particular, with the application of carbon fiber as an aircraft component material for the recently developed supersonic aircraft, the Boeing 787 and Airbus 380, the use of carbon fiber is expected to increase in various advanced material fields.

일반적으로 탄소섬유는 약 1300℃ 이상의 높은 열처리 온도가 적용되고 탄화공정 인자의 설정에 따라 그 특성이 크게 달라질 수 있다. 또한, 공정이 까다롭고 생산성도 낮으며, 생산비용도 높아 제품의 가격도 비교적 비싼 편이다.In general, a high heat treatment temperature of about 1300° C. or higher is applied to carbon fiber, and its properties may vary greatly depending on the setting of carbonization process factors. In addition, the process is complicated, the productivity is low, and the production cost is high, so the price of the product is relatively high.

탄소섬유를 제조하는데 가장 적절한 전구체로 알려진 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유(이하, PAN 섬유)는 일련의 안정화(Stabi1ization 또는 Oxidation), 탄화, 그리고 선택적으로 흑연화 공정 단계와 일련의 표면처리(Surface treatment)와 사이징(Sizing) 처리단계를 거쳐 최종적으로 탄소섬유 또는 흑연섬유(Graphite fiber)로 전환될 수 있다.Polyacrylonitrile-based precursor fiber (hereinafter, PAN fiber), known as the most suitable precursor for producing carbon fiber, is a series of stabilization (Stabi1ization or Oxidation), carbonization, and optionally graphitization process steps and a series of surface treatment (Surface treatment). ) and sizing, it can be finally converted into carbon fiber or graphite fiber.

안정화 공정(또는 내염화 공정, 또는 산화안정화 공정)은 산화 또는 공기 분위기에서 일정한 장력을 가하면서 약 200℃ 내지 400℃의 온도범위에서 행해지는 열처리 과정을 의미하는 것으로,이 공정에서 PAN 섬유는 화학적으로 큰 변화가 일어나고, 이에 후속으로 행해지는 부분 탄화 또는 흑연화 조건과 같은 높은 열처리 온도에도 화학적, 물리적, 그리고 열적으로 안정한 구조를 취하게 된다.The stabilization process (or flame-resistant process, or oxidation stabilization process) refers to a heat treatment process performed at a temperature of about 200° C. to 400° C. while applying a certain tension in an oxidizing or air atmosphere. In this process, the PAN fiber is chemically As a result, a large change occurs, and the structure is chemically, physically, and thermally stable even at a high heat treatment temperature such as partial carbonization or graphitization conditions that are subsequently performed.

한편, 탄소섬유의 가격구조를 보면, PAN 섬유가 43%로 가장 큰 비중을 차지하고, 반응속도가 매우 느려 에너지 소모가 큰 공정인 안정화 단계가 18%를 차지하고 있다. 따라서, 탄소섬유 저가화를 위하여 저가 PAN 섬유 기술의 확보가 필수적이며, 에너지 소모가 적은 안정화 및 탄화공정 기술이 요구된다. On the other hand, looking at the price structure of carbon fiber, PAN fiber occupies the largest proportion at 43%, and the stabilization stage, a process that consumes a lot of energy due to a very slow reaction rate, occupies 18%. Therefore, it is essential to secure low-cost PAN fiber technology for carbon fiber cost reduction, and stabilization and carbonization process technology with low energy consumption are required.

안정화 반응에서는 고리화 반응(cyclization), 탈수소 반응, 방향족화 반응, 산화반응 및 가교반응이 일어나며 이러한 반응을 통해 내열성을 갖는 공액 구조의 사다리 구조를 형성한다.In the stabilization reaction, a cyclization reaction, a dehydrogenation reaction, an aromatization reaction, an oxidation reaction, and a crosslinking reaction occur, and a ladder structure of a conjugated structure having heat resistance is formed through these reactions.

상기 고리화 반응은 발열반응으로서, 부반응(degradation)을 줄이고 경제적으로 유리하기 위해서 낮은 온도에서 진행되는 것이 좋으며, 방출되는 열량을 용이하게 분산시켜 섬유의 손상을 방지(낮은 shrinkage)하는 것이 중요하다.The cyclization reaction is an exothermic reaction, and it is preferable to proceed at a low temperature to reduce side reactions (degradation) and to be economically advantageous, and it is important to easily disperse the amount of emitted heat to prevent damage to the fibers (low shrinkage).

대한민국 공개특허 제10-2011-0078246호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2011-0078246

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특정고리화 반응도를 갖는 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been devised to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber having a specific cyclization reactivity.

또한, 본 발명은 상기 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유를 이용하여 제조된 우수한 물성을 갖는 탄소섬유를 제공한다.In addition, the present invention provides a carbon fiber having excellent physical properties manufactured using the polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 감쇠 전 반사 기법이 적용된 적외선 분광 스펙트럼의 피크 높이에 따라 정의되는 하기 수학식 1에 의한 고리화 반응도가 0.37 내지 0.55인 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유를 제공한다:In order to solve the above problems, the present invention is a polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber having a cyclization reactivity of 0.37 to 0.55 according to the following Equation 1, which is defined according to the peak height of the infrared spectral spectrum to which the attenuation pre-reflection technique is applied. to provide:

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112017129166074-pat00001
Figure 112017129166074-pat00001

상기 수학식 1에서, In Equation 1 above,

I0는 내염화 섬유의 고리화 반응 전 적외선 분광 스펙트럼 중 C≡N 피크 높이의 보정값이고, I 0 is the corrected value of the C≡N peak height in the infrared spectral spectrum before the cyclization reaction of the flame-resistant fiber,

I1은 내염화 섬유의 적외선 분광 스펙트럼 중 C≡N 피크 높이의 보정값이며, I 1 is the corrected value of the C≡N peak height in the infrared spectral spectrum of the flame-resistant fiber,

상기 각 피크 높이의 보정값은 하기 수학식 2 및 수학식 3에 의해 계산된 것이고, The correction value of each peak height is calculated by the following Equations 2 and 3,

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112017129166074-pat00002
Figure 112017129166074-pat00002

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112017129166074-pat00003
Figure 112017129166074-pat00003

상기 수학식 2 및 3에서, In Equations 2 and 3 above,

A0, A1, A2, B1 및 B2는 각각 적외선 분광 스펙트럼의 피크 높이 측정값으로, A 0 , A 1 , A 2 , B 1 and B 2 are the peak height measurements of the infrared spectral spectrum, respectively,

A0은 비휘발성 액상물질의 C-H 피크 높이이고, A1은 섬유의 C-H 피크높이이고, A2는 비휘발성 액상물질이 침윤된 섬유의 C-H 피크 높이이고, B1은 섬유의 C≡N 피크 높이이고, B2는 비휘발성 액상물질이 침윤된 섬유의 C≡N 피크 높이이며, 여기에서 비휘발성 액상물질은 파라핀 오일, 지방족 에스테르계 화합물, 지방족 에테르계 화합물 및 지방족 알코올계 화합물에서 선택된 1종 이상이다. A 0 is the CH peak height of the nonvolatile liquid material, A 1 is the CH peak height of the fiber, A 2 is the CH peak height of the fiber impregnated with the nonvolatile liquid material, B 1 is the C≡N peak height of the fiber and B 2 is C≡N peak height of the fiber impregnated with the nonvolatile liquid material, wherein the nonvolatile liquid material is at least one selected from paraffin oil, aliphatic ester-based compound, aliphatic ether-based compound, and aliphatic alcohol-based compound to be.

또한, 본 발명은 상기 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유를 탄화시켜 제조되고, 강도가 2.8 GPa 이상인 탄소섬유를 제공한다.In addition, the present invention provides a carbon fiber prepared by carbonizing the polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber, and having a strength of 2.8 GPa or more.

본 발명에 따른 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유는 특정범위의 고리화 반응도를 가짐으로써, 우수한 물성을 갖는 탄소섬유를 제공할 수 있다.The polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber according to the present invention can provide carbon fibers having excellent physical properties by having a cyclization reactivity within a specific range.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시예1, 제1 시료의 IR -ATR 측정으로 얻어진 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시예 1, 제2 시료의 IR-ATR 측정으로 얻어진 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시예 1, 제3 시료의 IR-ATR 측정으로 얻어진 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시예 1, 제4 시료의 IR-ATR 측정으로 얻어진 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시예 1, 제5 시료의 IR-ATR 측정으로 얻어진 스펙트럼을 나타낸 것이다.
The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical spirit of the present invention together with the above-described content of the invention, so the present invention is limited to the matters described in those drawings It should not be construed as being limited.
1 shows a spectrum obtained by IR-ATR measurement of Example 1 and a first sample according to an embodiment of the present invention.
2 shows spectra obtained by IR-ATR measurement of samples 1 and 2 according to an embodiment of the present invention.
3 shows spectra obtained by IR-ATR measurement of samples 1 and 3 according to an embodiment of the present invention.
4 shows spectra obtained by IR-ATR measurement of samples 1 and 4 according to an embodiment of the present invention.
5 shows spectra obtained by IR-ATR measurement of samples 1 and 5 according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail to help the understanding of the present invention.

본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 발명으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to conventional or dictionary meanings, and the inventor may properly define the concept of the term in order to describe his invention as the best invention. Based on the principle that there is, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

본 발명에서 사용하는 용어 "폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유"는 방사공정 등에 의하여 섬유화된 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 나타내는 것이고, "폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유"는 상기 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유를 안정화시켜 제조된 것이다. The term “polyacrylonitrile-based precursor fiber” used in the present invention refers to a polyacrylonitrile-based copolymer fiberized by a spinning process, etc., and “polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber” refers to the polyacrylonitrile-based copolymer It is prepared by stabilizing the precursor fibers.

본 발명은 탄소섬유 제조에 사용되는, 특정범위의 고리화 반응도를 갖는 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유를 제공한다. The present invention provides a polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber having a specific range of cyclization reactivity, which is used in the production of carbon fiber.

폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유는 탄소섬유의 제조에 가장 널리 이용되는 물질로, 통상 아크릴로니트릴계 단량체와 카르복실산계 공단량체를 중합하여 아크릴로니트릴계 공중합체를 제조하고, 상기 공중합체를 섬유화한 후 이를 안정화시켜 제조된다. 여기에서, 상기 안정화는 내열성이 부여된 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유를 얻기 위하여 상기 공중합체를 산화 또는 공기 분위기에서 일정한 장력을 가하면서 열처리하여 수행되는 고리화, 산화, 탈수소화 등의 과정으로, 이 과정 중에 상기 공중합체가 화학적으로 큰 변화가 일어나게 된다. 이중, 상기 공중합체 분자 내 C≡N 결합이 C=N으로 변화하여 고리를 만드는 고리화 반응이 가장 중요한 반응일 수 있고, 이 고리화 반응 정도에 따라 내열성이 달라질 수 있으며, 결과적으로 최종적으로 제조되는 탄소섬유의 물성에 영향을 미치게 된다.Polyacrylonitrile-based flame-retardant fiber is the most widely used material for the production of carbon fibers, usually by polymerizing an acrylonitrile-based monomer and a carboxylic acid-based comonomer to prepare an acrylonitrile-based copolymer, and the copolymer It is manufactured by stabilizing it after fiberization. Here, the stabilization is a process of cyclization, oxidation, dehydrogenation, etc. which is performed by oxidizing the copolymer or heat-treating it while applying a certain tension in an air atmosphere in order to obtain a polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber to which heat resistance is imparted. , a large chemical change occurs in the copolymer during this process. Of these, the cyclization reaction in which the C≡N bond in the copolymer molecule changes to C=N to form a ring may be the most important reaction, and the heat resistance may vary depending on the degree of this cyclization reaction, and as a result, finally manufactured It affects the physical properties of carbon fiber.

따라서, 우수한 물성을 갖는 탄소섬유를 얻기 위해서는, 안정화 특히 고리화 반응이 적절히 조절되어 제조된 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유를 이용하는 것이 중요할 수 있다.Therefore, in order to obtain carbon fibers having excellent physical properties, it may be important to use polyacrylonitrile-based flame-resistant fibers prepared by appropriately controlling stabilization, particularly, cyclization.

이에, 본 발명의 발명자들은 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유의 제조 중, 고리화 반응 전후에 적외선 분광기를 이용하여 감쇠 전 반사 기법으로 측정하여 적외선 분광 스펙트럼을 얻고, 얻어진 상기 스펙트럼으로부터 도출된 수학식 1로 정의된 고리화 반응도의 특정범위에서 최종적으로 제조된 탄소섬유의 물성이 우수함을 다수의 실험을 통하여 확인하여 상기의 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유를 제공한다.Accordingly, the inventors of the present invention obtained an infrared spectral spectrum by measuring by an attenuation pre-reflection technique using an infrared spectrometer before and after the cyclization reaction during the production of polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber, and the obtained equation was derived from the spectrum To provide the polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber by confirming through a number of experiments that the physical properties of the finally produced carbon fiber in a specific range of the cyclization reactivity defined as 1 are excellent.

본 발명에서 사용하는 용어 "고리화 반응도"는 하기 반응식 1에서와 같이 고리화 반응을 통해 C≡N 결합이 C=N 결합으로 변화하는 고리화 반응에서, C≡N 결합의 양의 변화를 나타내는 것이다.The term "cyclization reactivity" used in the present invention refers to a change in the amount of C≡N bonds in a cyclization reaction in which a C≡N bond is changed to a C=N bond through the cyclization reaction as in Scheme 1 below. will be.

[반응식 1][Scheme 1]

Figure 112017129166074-pat00004
Figure 112017129166074-pat00004

본 발명에서 사용하는 용어 "내염화 섬유의 고리화 반응 전"은 고리화 반응하여 내염화 섬유를 제조하기 전, 즉 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유를 나타내는 것이다. The term "before the cyclization reaction of the flame-resistant fiber" used in the present invention refers to the polyacrylonitrile-based precursor fiber before the cyclization reaction to prepare the flame-resistant fiber.

또한, 본 발명에서 A1, A2, B1 및 B2에서의 섬유는 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유이거나, 상기 내염화 섬유의 고리화 반응 전, 즉 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유를 나타내는 것일 수 있다.In addition, in the present invention, the fibers in A 1 , A 2 , B 1 and B 2 are polyacrylonitrile-based flame-resistant fibers, or before the cyclization of the flame-resistant fibers, that is, polyacrylonitrile-based precursor fibers. it could be

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유는 감쇠 전 반사(attenuated total reflection)기법이 적용된 적외선 분광 스펙트럼의 피크 높이에 따라 정의되는 하기 수학식 1에 의한 고리화 반응도가 0.37 내지 0.55인 것을 특징으로 한다.The polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber according to an embodiment of the present invention has a cyclization reactivity according to Equation 1, which is defined according to the peak height of an infrared spectral spectrum to which an attenuated total reflection technique is applied, of 0.37 to 0.55.

[수학식 1] [Equation 1]

Figure 112017129166074-pat00005
Figure 112017129166074-pat00005

I0는 내염화 섬유의 고리화 반응 전 적외선 분광 스펙트럼 중 C≡N 피크 높이의 보정값이고, I1은 내염화 섬유의 적외선 분광 스펙트럼 중 C≡N 피크 높이의 보정값이며, 상기 각 피크 높이의 보정값은 하기 수학식 2 및 수학식 3에 의해 계산된 것이며, I 0 is the correction value of the C≡N peak height in the infrared spectral spectrum before the cyclization reaction of the flame-resistant fiber, I 1 is the correction value of the C≡N peak height in the infrared spectrum of the flame-resistant fiber, and each peak height The correction value of is calculated by Equation 2 and Equation 3 below,

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112017129166074-pat00006
Figure 112017129166074-pat00006

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112017129166074-pat00007
Figure 112017129166074-pat00007

상기 수학식 2 및 3에서, A0, A1, A2, B1 및 B2는 각각 적외선 분광 스펙트럼의 피크 높이 측정값으로, A0은 비휘발성 액상물질의 C-H 피크 높이이고, A1은 섬유의 C-H 피크높이이고, A2는 비휘발성 액상물질이 침윤된 섬유의 C-H 피크 높이이고, B1은 섬유의 C≡N 피크 높이이고, B2는 비휘발성 액상물질이 침윤된 섬유의 C≡N 피크 높이이며, 여기에서 비휘발성 액상물질은 파라핀 오일, 지방족 에스테르계 화합물, 지방족 에테르계 화합물 및 지방족 알코올계 화합물에서 선택된 1종 이상이다.In Equations 2 and 3, A 0 , A 1 , A 2 , B 1 and B 2 are respectively peak height measurement values of the infrared spectral spectrum, A 0 is the CH peak height of the nonvolatile liquid material, A 1 is CH peak height of the fiber, A 2 is the CH peak height of the fiber impregnated with a non-volatile liquid substance, B 1 is the C≡N peak height of the fiber, and B 2 is C≡ of the fiber impregnated with a non-volatile liquid substance N peak height, wherein the nonvolatile liquid material is at least one selected from paraffin oil, aliphatic ester-based compounds, aliphatic ether-based compounds and aliphatic alcohol-based compounds.

여기에서, 상기 지방족 에스테르계 화합물은 콩기름, 옥수수 기름 등의 식물성오일, 아디프산디옥틸(dioctyl adipate), 세바스산디옥틸(dioctyl sebacate) 또는 아젤라산디옥틸(dioctyl azelate)일 수 있고, 상기 지방족 에테르계 화합물은 디옥틸에테르, 디헥실에테르 또는 디부틸에테르일 수 있으며, 상기 지방족 알코올계 화합물은 옥타놀, 헥사놀 또는 부타놀일 수 있다.Here, the aliphatic ester-based compound may be vegetable oil such as soybean oil and corn oil, dioctyl adipate, dioctyl sebacate or dioctyl azelate, and the aliphatic ether The compound may be dioctyl ether, dihexyl ether or dibutyl ether, and the aliphatic alcohol compound may be octanol, hexanol or butanol.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 폴리아크리로니트릴계 내염화 섬유는 0.40 내지 0.50의 고리화 반응도를 나타내는 것일 수 있다. Specifically, the polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber according to an embodiment of the present invention may exhibit a cyclization reactivity of 0.40 to 0.50.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 적외선 분광 스펙트럼은 총 5개의 시료에 대하여 각각 적외선 분광기를 이용하여 감쇠 전 반사 기법으로 측정하여 얻어진 것으로, 상기 각 시료는 내염화 섬유의 고리화 반응 전에 채취한 제1 시료, 상기 제1 시료에 비휘발성 액상물질을 침윤시킨 제2 시료, 내염화 섬유에서 채취한 제3 시료, 상기 제3 시료에 비휘발성 액상물질을 침윤시킨 제4 시료, 및 비휘발성 액상물질인 제5 시료일 수 있다. 이때, 상기 비휘발성 액상물질은 구체적으로는 파라핀 오일일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the infrared spectral spectrum is obtained by measuring a total of five samples by an attenuation pre-reflection technique using an infrared spectrometer, respectively, and each sample is obtained before the cyclization reaction of the flame-resistant fiber. 1 sample, a second sample in which the first sample is impregnated with a non-volatile liquid material, a third sample collected from the flame-resistant fiber, a fourth sample in which the third sample is impregnated with a non-volatile liquid material, and a non-volatile liquid material The phosphorus may be a fifth sample. In this case, the nonvolatile liquid material may specifically be paraffin oil.

또한, 상기 각 시료에 대한 적외성 분광 스펙트럼은 감쇠 전 반사 결정체에시료를 접촉시키고, 상기 감쇠 전 반사 결정체를 통해 상기 시료에 광을 조사한 후, 상기 감쇠 전 반사 결정체로부터 방출되는 광을 검출하여 측정된 것일 수 있으며, 상기 감쇠 전 반사 결정체는 예컨대 게르마늄일 수 있다. In addition, the infrared spectral spectrum for each sample is measured by contacting the sample with the reflection crystal before attenuation, irradiating light to the sample through the reflection crystal before attenuation, and detecting the light emitted from the reflection crystal before attenuation. and the reflective crystal before attenuation may be, for example, germanium.

한편, 상기 제5 시료에 대한 적외선 분광 스펙트럼은 감쇠 전 반사 결정체에 제5 시료를 직접 도포(적가)하여 상기 감쇠 전 반사 결정체와 제5 시료를 접촉시킨 것일 수 있다. Meanwhile, the infrared spectral spectrum of the fifth sample may be obtained by directly applying (dropping) the fifth sample to the pre-attenuation reflective crystal and bringing the pre-attenuating reflective crystal into contact with the fifth sample.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 적외선 분광 스펙트럼은 적외선 분광기를 이용하여 파수 영역 600 내지 4000 cm-1에서 분리능(Resolution) 8 cm-1 및 적산횟수(scan) 64로 감쇠 전 반사 기법으로 측정하여 얻어진 것일 수 있다. In addition, the infrared spectral spectrum according to an embodiment of the present invention is attenuated by a pre-reflection technique with a resolution of 8 cm -1 and a scan number of 64 in a wavenumber region of 600 to 4000 cm -1 using an infrared spectrometer. It may be obtained by measuring.

본 발명의 일 구체적인 실시예에 따르면, 상기 적외선 분광 스펙트럼은 상기 피검체에 대해서 현미경 적외선 분광기(Lumos, Bruker 社를 이용하여, 분리능(Resolution) 8 cm-1 및 적산횟수(scan) 64, ATR tip pressure를 Medium으로 선택하여 실행하고, C-H 피크 높이는 2923 cm-1에서 측정하고, baseline은 2600 cm-1과 3155 cm-1에서 직선으로 하였으며, C≡N 피크 높이는 2243 cm-1에서 측정하고 baseline은 2100 cm-1과 2280 cm-1에서 직선으로 하여 측정하였다.According to a specific embodiment of the present invention, the infrared spectral spectrum is obtained by using a microscope infrared spectrometer (Lumos, Bruker) for the subject, resolution 8 cm -1 and integration count 64, ATR tip The pressure was selected as Medium, and the CH peak height was measured at 2923 cm -1 , the baseline was drawn as a straight line at 2600 cm -1 and 3155 cm -1 , and the C≡N peak height was measured at 2243 cm -1 , and the baseline was Measurements were made in a straight line at 2100 cm -1 and 2280 cm -1 .

본 발명에서, 상기 감쇠 전 반사 기법은 적외선 빔(beam)이 시료에 닿을 때내부적으로 반사된 빔에서 발생하는 변화를 측정하는 방법으로, 구체적으로는 굴절률이 큰 투명 물질과 시료를 밀착시켜 투명 물질측에서 입사광을 쪼이면 전반사가 일어나지만, 반사광은 밀착면 근방에서 극히 일부 시료에 의해 흡수되므로 시료의 흡수 특성을 반영해야 하며 이러한 현상을 이용하여 분광 측정을 하는 방법을 감쇠 전 반사 기법이라고 한다.In the present invention, the attenuation pre-reflection technique is a method of measuring a change occurring in an internally reflected beam when an infrared beam hits a sample. Specifically, a transparent material with a large refractive index is brought into close contact with the sample. Total reflection occurs when incident light is irradiated from the side, but the reflected light is absorbed by a small portion of the sample near the contact surface, so the absorption characteristics of the sample must be reflected.

한편, 본 발명에서 상기 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유는 예컨대 아크릴로니트릴계 단량체 및 카르복실산계 공단량체를 중합하여 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 제조하고, 제조된 상기 공중합체를 섬유화하여 섬유화된 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 제조한 후, 이를 안정화시켜 제조된 것일 수 있다. Meanwhile, in the present invention, the polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber is prepared by polymerizing, for example, an acrylonitrile-based monomer and a carboxylic acid-based comonomer to prepare a polyacrylonitrile-based copolymer, and fiberizing the prepared copolymer into fibers After preparing the polyacrylonitrile-based copolymer, it may be prepared by stabilizing it.

여기에서, 상기 아크릴로니트릴계 단량체는 아크릴로니트릴일 수 있고, 상기 카르복실산계 공단량체는 아크릴산, 메타크릴산, 에타크릴산, 이타콘산, 크로톤산, 시트라콘산, 말레인산 및 메사콘산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다. Here, the acrylonitrile-based monomer may be acrylonitrile, and the carboxylic acid-based comonomer is composed of acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, itaconic acid, crotonic acid, citraconic acid, maleic acid, and mesaconic acid. It may be at least one selected from the group.

또한, 상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체는 아크릴로니트릴계 단량체 유래 반복단위 95 중량% 내지 99 중량%; 및 카르복실산계 공단량체 유래 반복단위 1 중량% 내지 5 중량%를 포함하는 것일 수 있다. In addition, the polyacrylonitrile-based copolymer is 95 wt% to 99 wt% of repeating units derived from acrylonitrile-based monomers; and 1 wt% to 5 wt% of a carboxylic acid-based comonomer-derived repeating unit.

또한, 상기 섬유화된 폴리아크릴로니트릴계 공중합체는 상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 방사공정 등에 적용하여 섬유형상을 갖도록 제조한 것일 수 있고, 예컨대 상기 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 이를 용해할 수 있는 용매에 용해시켜 방사용액을 제조하고, 이를 건식방사, 습식방사 또는 건습식 방사하여 제조할 수 있다.In addition, the fiberized polyacrylonitrile-based copolymer may be prepared to have a fibrous shape by applying the polyacrylonitrile-based copolymer to a spinning process, for example, by dissolving the polyacrylonitrile-based copolymer It can be prepared by dissolving in a solvent that can be used to prepare a spinning solution, and it can be prepared by dry spinning, wet spinning or dry and wet spinning.

상기 용매는 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 용해할 수 있는 것으로 특별히 제한하는 것은 아니나, 예컨대 디메틸술폭사이드, 디메틸포름아미드 또는 디메틸아세트아미드일 수 있고, 상기 방사용액은 폴리아크릴로니트릴계 공중합체의 농도가 10 내지 40 중량%가 되도록 조절하여 제조된 것일 수 있다. The solvent is not particularly limited as being capable of dissolving the polyacrylonitrile-based copolymer, but may be, for example, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide or dimethylacetamide, and the spinning solution is the polyacrylonitrile-based copolymer. It may be prepared by adjusting the concentration to be 10 to 40% by weight.

또한, 상기 습식 또는 건습식 방사시에는 방사원액을 응고조에 투입하여 응고시키는 것으로 개시될 수 있고, 상기 응고조에는 방사원액의 용매와 응고촉진제를 포함할 수 있다.In addition, in the wet or dry spinning, the spinning undiluted solution may be introduced into a coagulation tank to coagulate, and the coagulation tank may include a solvent of the spinning undiluted solution and a coagulation accelerator.

상기 응고 후에는 수세공정 및 연신공정이 수행될 수 있고, 이들 두 공정은 순차적 또는 연속적으로, 또는 역순으로 수행될 수 있다. After the solidification, the washing process and the stretching process may be performed, and these two processes may be performed sequentially or continuously, or in the reverse order.

또한, 추가적으로 건조 열처리 또는 스팀 연신 등의 공정을 더 수행할 수 있으며, 이를 통해 섬유화된 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 제조할 수 있다. In addition, a process such as dry heat treatment or steam stretching may be further performed, and through this, a fibrous polyacrylonitrile-based copolymer may be prepared.

상기 안정화는 섬유화된 폴리아크릴로니트릴계 공중합체에 내열성을 부여하기 위한 과정으로, 산화 또는 공기 분위기에서 일정한 장력을 가하면서 약 180℃ 내지 350℃의 온도범위에서 행해지는 열처리로 수행될 수 있고, 이를 통해 섬유화된 폴리아크릴로니트릴계 공중합체를 구성하는 성분들 중 저분자 물질은 제거되고 화학적으로 큰 변화가 일어나 내열성이 부여된 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유가 제조될 수 있다. The stabilization is a process for imparting heat resistance to the fiberized polyacrylonitrile-based copolymer, and may be carried out by heat treatment performed in a temperature range of about 180° C. to 350° C. while applying a certain tension in an oxidizing or air atmosphere, Through this, low-molecular substances among components constituting the fibrous polyacrylonitrile-based copolymer are removed and a large chemical change occurs, whereby a polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber having heat resistance can be manufactured.

또한, 본 발명은 상기 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유를 탄화시켜 제조되고, 인장강도가 2.8 GPa 이상인 탄소섬유를 제공한다. In addition, the present invention provides a carbon fiber prepared by carbonizing the polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber, and having a tensile strength of 2.8 GPa or more.

구체적으로, 상기 탄소섬유는 상기 특정범위의 고리화 반응도를 갖는 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유를 이용하여 제조됨으로써 우수한 물성을 가질 수 있으며, 예컨대 상기와 같은 우수한 인장강도를 나타낼 수 있다. Specifically, the carbon fiber may have excellent physical properties by being manufactured using a polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber having a cyclization reactivity within the specific range, and, for example, may exhibit excellent tensile strength as described above.

이때, 상기 탄소섬유는 예를 들어 불활성 분위기에서 약 1,000℃ 이상, 구체적으로는 1,200℃ 이상, 2,000℃ 이하의 온도에서 상기 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유를 탄화시켜 제조된 것일 수 있다. In this case, the carbon fiber may be prepared by carbonizing the polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber at a temperature of, for example, about 1,000° C. or more, specifically 1,200° C. or more, and 2,000° C. or less in an inert atmosphere.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 이들 만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예 1Example 1

하기 표 1에 나타낸 고리화 반응도를 갖도록 고리화 반응을 조절하여 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유를 제조하였다. A polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber was prepared by controlling the cyclization reaction to have the cyclization reactivity shown in Table 1 below.

구체적으로, 아크릴로니트릴 약 96 중량%, 메틸메타크릴레이트 약 3 중량%, 이타콘산 약 1 중량%를 포함하는 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유(Jilin 社)를 오븐에 두고 220℃에서 15분, 240℃에서 15분, 260℃에서 15분, 280℃에서 15분으로 순차적으로 60분 동안 고리화 반응시켜 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유를 제조하였다. Specifically, a polyacrylonitrile-based precursor fiber (Jilin) containing about 96% by weight of acrylonitrile, about 3% by weight of methyl methacrylate, and about 1% by weight of itaconic acid was placed in an oven at 220° C. for 15 minutes, A polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber was prepared by sequentially cyclizing for 60 minutes at 240° C. for 15 minutes, at 260° C. for 15 minutes, and at 280° C. for 15 minutes.

실시예 2 Example 2

하기 표 1에 나타낸 고리화 반응도를 갖도록 고리화 반응을 조절하여 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유를 제조하였다. A polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber was prepared by controlling the cyclization reaction to have the cyclization reactivity shown in Table 1 below.

구체적으로, 아크릴로니트릴 약 96 중량%, 메틸메타크릴레이트 약 3 중량%, 이타콘산 약 1 중량%를 포함하는 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유(Jilin 社)를 오븐에 두고 220℃에서 10분, 240℃에서 10분, 260℃에서 10분, 280℃에서 10분으로 순차적으로 40분 동안 고리화 반응시켜 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유를 제조하였다.Specifically, a polyacrylonitrile-based precursor fiber (Jilin) containing about 96% by weight of acrylonitrile, about 3% by weight of methyl methacrylate, and about 1% by weight of itaconic acid was placed in an oven at 220°C for 10 minutes, A polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber was prepared by sequentially cyclizing for 40 minutes at 240° C. for 10 minutes, at 260° C. for 10 minutes, and at 280° C. for 10 minutes.

실시예 3Example 3

하기 표 1에 나타낸 고리화 반응도를 갖도록 고리화 반응을 조절하여 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유를 제조하였다. A polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber was prepared by controlling the cyclization reaction to have the cyclization reactivity shown in Table 1 below.

구체적으로, 아크릴로니트릴 약 96 중량%, 메틸메타크릴레이트 약 3 중량%, 이타콘산 약 1 중량%를 포함하는 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유(Jilin 社)를 오븐에 두고 220℃에서 22.5분, 240℃에서 22.5분, 260℃에서 22.5분, 280℃에서 22.5분으로 순차적으로 90분 동안 고리화 반응시켜 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유를 제조하였다.Specifically, a polyacrylonitrile-based precursor fiber (Jilin) containing about 96% by weight of acrylonitrile, about 3% by weight of methyl methacrylate, and about 1% by weight of itaconic acid was placed in an oven at 220° C. for 22.5 minutes, A polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber was prepared by sequentially cyclizing for 90 minutes at 240° C. for 22.5 minutes, 260° C. for 22.5 minutes, and 280° C. for 22.5 minutes.

실시예 4Example 4

하기 표 1에 나타낸 고리화 반응도를 갖도록 고리화 반응을 조절하여 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유를 제조하였다. A polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber was prepared by controlling the cyclization reaction to have the cyclization reactivity shown in Table 1 below.

구체적으로, 아크릴로니트릴 약 96 중량%, 메틸메타크릴레이트 약 3 중량%, 이타콘산 약 1 중량%를 포함하는 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유(Jilin 社)를 오븐에 두고 220℃에서 30분, 240℃에서 30분, 260℃에서 30분, 280℃에서 30분으로 순차적으로 120분 동안 고리화 반응시켜 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유를 제조하였다.Specifically, a polyacrylonitrile-based precursor fiber (Jilin) containing about 96% by weight of acrylonitrile, about 3% by weight of methyl methacrylate, and about 1% by weight of itaconic acid was placed in an oven at 220° C. for 30 minutes, Polyacrylonitrile-based flame-resistant fibers were prepared by sequentially cyclizing at 240° C. for 30 minutes, 260° C. for 30 minutes, and 280° C. for 30 minutes for 120 minutes.

비교예 1 및 비교예 2Comparative Example 1 and Comparative Example 2

각각 하기 표 1에 나타낸 고리화 반응도를 갖도록 고리화 반응을 상이하게 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유를 제조하였다.A polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber was prepared in the same manner as in Example 1, except that the cyclization reaction was differently adjusted so that each had the cyclization reactivity shown in Table 1 below.

구분division 고리화 반응도Cyclization Reaction Scheme 실시예 1Example 1 0.400.40 실시예 2Example 2 0.440.44 실시예 3Example 3 0.500.50 실시예 4Example 4 0.500.50 비교예 1Comparative Example 1 0.340.34 비교예 2Comparative Example 2 0.580.58

한편, 상기 표 1에서 고리화 반응도는 감쇠 전 반사 기법이 적용된 적외선 분광 스펙트럼이 피크 높이에 따라 정의되는 하기 수학식 1을 통하여 계산된 값이다. Meanwhile, in Table 1, the cyclization reactivity is a value calculated through Equation 1 below, in which the infrared spectral spectrum to which the attenuation pre-reflection technique is applied is defined according to the peak height.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112017129166074-pat00008
Figure 112017129166074-pat00008

상기 수학식 1에서, I0 및 I1에 대한 정의는 앞서 설명한 바와 같다. In Equation 1, the definitions of I 0 and I 1 are the same as described above.

또한, 상기 적외선 분광 스펙트럼은 각 실시예 및 비교예마다 총 5개의 시료(제1 시료, 제2 시료, 제3 시료, 제4 시료 및 제5 시료)를 준비하여 각 시료에 대하여 현미경 적외선 분광기(Lumos, Bruker 社를 이용하여 감쇠 전 반사 기법이 적용된 적외선 분광 스펙트럼을 얻었다. 구체적으로, Resolution 8 cm-1 및 64 scan, ATR tip pressure를 Medium으로 선택하여 실행하고, C-H 피크 높이는 2923 cm-1에서 측정하고, baseline은 2600 cm-1과 3155 cm-1에서 직선으로 하였으며, C≡N 피크 높이는 2243 cm-1에서 측정하고 baseline은 2100 cm-1과 2280 cm-1에서 직선으로 하였다. 실시예 1에 대한 적외선 분광 스펙트럼을 도 1 내지 도 5에 나타내었다.In addition, the infrared spectroscopy spectrum is obtained by preparing a total of five samples (first sample, second sample, third sample, fourth sample, and fifth sample) for each Example and Comparative Example, and a microscope infrared spectrometer ( An infrared spectral spectrum was obtained using the attenuated total reflection technique using Lumos, Bruker, Inc. Specifically, Resolution 8 cm -1 and 64 scan, ATR tip pressure was selected as Medium, and the CH peak height was 2923 cm -1 . Measured, the baseline was a straight line at 2600 cm -1 and 3155 cm -1 , the C≡N peak height was measured at 2243 cm -1 , and the baseline was made a straight line at 2100 cm -1 and 2280 cm -1 . Infrared spectroscopy spectra are shown in FIGS. 1 to 5 .

이때, 각 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유에서 제1 시료는 고리화 반응 전에 폴리아크릴로니트릴계 전구체 섬유에서 채취한 것이고, 제2 시료는 채취한 제1 시료에 파라핀 오일을 습윤시켜 준비한 것이고, 제3 시료는 제조된 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유에서 채취한 것이고, 제4 시료는 채취한 제3 시료에 파라핀 오일을 습윤시켜 준비한 것이며, 제5 시료는 파라핀 오일 자체이다. At this time, in each polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber, the first sample is taken from the polyacrylonitrile-based precursor fiber before the cyclization reaction, and the second sample is prepared by moistening the collected first sample with paraffin oil, The third sample is obtained from the prepared polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber, the fourth sample is prepared by moistening the collected third sample with paraffin oil, and the fifth sample is the paraffin oil itself.

실험예Experimental example

상기 실시예 1 내지 실시예 4, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조한 각 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유를 탄화시켜 탄소섬유를 제조하고, 제조된 각 탄소섬유의 인장물성을 비교분석하였다. 결과를 하기 표 2에 나타내었다.Each of the polyacrylonitrile-based flame-resistant fibers prepared in Examples 1 to 4, Comparative Examples 1 and 2 was carbonized to prepare carbon fibers, and tensile properties of each produced carbon fibers were comparatively analyzed. The results are shown in Table 2 below.

구체적으로, 인장물성은 FAVIMAT+ 장비(Textechno 社)를 이용하여 단섬유 측정법을 통해 분석하였다. 섬유의 섬도는 Pretension 1 cN/tex, Testing Speed는 5 mm/min로하여 측정하였으며, 인장물성은 Pretension 1 cN/tex, testing Speed 5 mm/min 조건에서 90% Force 감소 지점을 섬유의 파단 지점으로 인식하여 측정하였다. 이때, 측정은 각 샘플마다 25회 측정하여 평균값을 결과로 나타내었다. Specifically, the tensile properties were analyzed using a single fiber measurement method using FAVIMAT+ equipment (Textechno). The fineness of the fiber was measured with a pretension of 1 cN/tex and a testing speed of 5 mm/min, and the tensile properties were measured at the point where the 90% force was reduced at the condition of pretension 1 cN/tex and testing speed of 5 mm/min as the breaking point of the fiber. It was recognized and measured. At this time, the measurement was measured 25 times for each sample, and the average value was shown as a result.

구분division 인장강도(GPa)Tensile strength (GPa) 실시예 1Example 1 2.82.8 실시예 2Example 2 2.82.8 실시예 3Example 3 2.82.8 실시예 4Example 4 3.13.1 비교예 1Comparative Example 1 2.52.5 비교예 2Comparative Example 2 2.62.6

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 고리화 반응도를 갖는 실시예 1 내지 실시예 4의 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유를 이용하여 제조된 탄소섬유의 인장강도가 비교예 1 및 비교예 2의 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유를 이용하여 제조된 탄소섬유 대비 인장강도가 향상된 것을 확인하였다. 이를 통하여, 본 발명에 따른 고리화 반응도를 갖는 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유의 경우 우수한 물성을 갖는 탄소섬유를 제공할 수 있음을 알 수 있다.As shown in Table 2 above, the tensile strength of carbon fibers prepared using the polyacrylonitrile-based flame-resistant fibers of Examples 1 to 4 having a cyclization reactivity according to an embodiment of the present invention was a comparative example. It was confirmed that the tensile strength was improved compared to the carbon fiber prepared using the polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. Through this, it can be seen that in the case of the polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber having a cyclization reactivity according to the present invention, a carbon fiber having excellent physical properties can be provided.

Claims (7)

감쇠 전 반사 기법이 적용된 적외선 분광 스펙트럼의 피크 높이에 따라 정의되는 하기 수학식 1에 의한 고리화 반응도가 0.37 내지 0.55인 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유:
[수학식 1]
Figure 112017129166074-pat00009

상기 수학식 1에서,
I0는 내염화 섬유의 고리화 반응 전 적외선 분광 스펙트럼 중 C≡N 피크 높이의 보정값이고,
I1은 내염화 섬유의 적외선 분광 스펙트럼 중 C≡N 피크 높이의 보정값이며,
상기 각 피크 높이의 보정값은 하기 수학식 2 및 수학식 3에 의해 계산된 것이며,
[수학식 2]
Figure 112017129166074-pat00010

[수학식 3]
Figure 112017129166074-pat00011

상기 수학식 2 및 3에서,
A0, A1, A2, B1 및 B2는 각각 적외선 분광 스펙트럼의 피크 높이 측정값으로,
A0은 비휘발성 액상물질의 C-H 피크 높이이고, A1은 섬유의 C-H 피크높이이고, A2는 비휘발성 액상물질이 침윤된 섬유의 C-H 피크 높이이고, B1은 섬유의 C≡N 피크 높이이고, B2는 비휘발성 액상물질이 침윤된 섬유의 C≡N 피크 높이이며, 여기에서 비휘발성 액상물질은 파라핀 오일, 지방족 에스테르계 오일 및 지방족 에테르계 오일에서 선택된 1종 이상이다.
A polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber having a cyclization reactivity of 0.37 to 0.55 according to the following Equation 1, which is defined according to the peak height of the infrared spectral spectrum to which the attenuation total reflection technique is applied:
[Equation 1]
Figure 112017129166074-pat00009

In Equation 1 above,
I 0 is the corrected value of the C≡N peak height in the infrared spectral spectrum before the cyclization reaction of the flame-resistant fiber,
I 1 is the corrected value of the C≡N peak height in the infrared spectral spectrum of the flame-resistant fiber,
The correction value of each peak height is calculated by the following Equations 2 and 3,
[Equation 2]
Figure 112017129166074-pat00010

[Equation 3]
Figure 112017129166074-pat00011

In Equations 2 and 3 above,
A 0 , A 1 , A 2 , B 1 and B 2 are the peak height measurements of the infrared spectral spectrum, respectively,
A 0 is the CH peak height of the nonvolatile liquid material, A 1 is the CH peak height of the fiber, A 2 is the CH peak height of the fiber impregnated with the nonvolatile liquid material, B 1 is the C≡N peak height of the fiber and B 2 is the peak height of C≡N of the fiber impregnated with the nonvolatile liquid material, wherein the nonvolatile liquid material is at least one selected from paraffin oil, aliphatic ester oil, and aliphatic ether oil.
청구항 1에 있어서,
상기 고리화 반응도는 0.40 내지 0.50인 것인 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유.
The method according to claim 1,
The cyclization reactivity is 0.40 to 0.50 of the polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber.
청구항 1에 있어서,
상기 비휘발성 액상물질은 파라핀 오일인 것인 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유.
The method according to claim 1,
The non-volatile liquid material is a polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber that is paraffin oil.
청구항 1에 있어서,
상기 적외선 분광 스펙트럼은 총 5개의 시료에 대하여 각각 적외선 분광기를 이용하여 감쇠 전 반사 기법으로 측정하여 얻어진 것으로,
상기 각 시료는 내염화 섬유의 고리화 반응 전에 채취한 제1 시료, 상기 제1 시료에 비휘발성 액상물질을 침윤시킨 제2 시료, 내염화 섬유에서 채취한 제3 시료, 상기 제3 시료에 비휘발성 액상물질을 침윤시킨 제4 시료, 및 비휘발성 액상물질인 제5 시료인 것인 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유.
The method according to claim 1,
The infrared spectral spectrum was obtained by measuring a total of five samples using an infrared spectrometer, respectively, by the attenuation pre-reflection technique,
Each of the samples is a first sample collected before the cyclization reaction of the flame-resistant fiber, a second sample in which the first sample is impregnated with a non-volatile liquid material, a third sample collected from the flame-resistant fiber, and the third sample A fourth sample impregnated with a volatile liquid material, and a fifth sample that is a non-volatile liquid material, the polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber.
청구항 3에 있어서,
상기 적외선 분광 스펙트럼은,
감쇠 전 반사 결정체에 시료를 접촉시키고, 상기 감쇠 전 반사 결정체를 통해 상기 시료에 광을 조사한 후, 상기 감쇠 전 반사 결정체로부터 방출되는 광을 검출하여 측정된 것인 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유.
4. The method according to claim 3,
The infrared spectral spectrum is,
A polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber that is measured by contacting a sample with a reflection crystal before attenuation, irradiating light to the sample through the reflection crystal before attenuation, and detecting light emitted from the reflection crystal before attenuation.
청구항 3에 있어서,
상기 적외선 분광 스펙트럼은 적외선 분광기를 이용하여 파수 영역 600 내지 4000 cm-1에서 분리능 8 cm-1 및 적산횟수 64로 감쇠 전 반사 기법으로 측정하여 얻어진 것인 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유.
4. The method according to claim 3,
The infrared spectral spectrum is obtained by measuring by an attenuated total reflection technique with a resolution of 8 cm -1 and an integration number of 64 in a wavenumber range of 600 to 4000 cm -1 using an infrared spectrometer.
청구항 1에 기재된 폴리아크릴로니트릴계 내염화 섬유를 탄화시켜 제조되고,
강도가 2.8 GPa 이상인 탄소섬유.
It is prepared by carbonizing the polyacrylonitrile-based flame-resistant fiber according to claim 1,
Carbon fiber with a strength of 2.8 GPa or higher.
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