KR20120077774A - Preparation method for carbon fiber precursor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 탄소섬유 전구체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon fiber precursor and a method of manufacturing the same.
탄소섬유는 강도, 비탄성율 등이 우수하여, 스포츠 용품, 항공, 우주 산업 뿐만 아니라 일반 산업용으로도 널리 사용되고 있다. 아크릴로니트릴계 중합체로부터 제조되는 탄소섬유, 소위 PAN(polyacrylonitrile)계 탄소섬유는 강도 특성이 특히 우수하여 탄소섬유 원료로서 널리 사용되고 있으며, 최근에는 전체 탄소섬유의 90% 이상이 PAN계 탄소섬유이다. 상기 PAN계 탄소섬유는 2차 전지용 탄소 전극 재료, 탄소 필름 등으로 개발되고 있어, 그 적용분야도 확장되고 있다. 탄소 섬유의 용도를 확대하기 위해서 제조 비용의 감소 및 탄소섬유의 고성능화가 필요하다. Carbon fiber is excellent in strength, inelasticity, and the like, and is widely used in general industrial as well as sporting goods, aviation, and space industry. Carbon fibers made from acrylonitrile-based polymers, so-called polyacrylonitrile (PAN) -based carbon fibers, are particularly widely used as raw materials for carbon fibers because of their excellent strength characteristics. Recently, more than 90% of all carbon fibers are PAN-based carbon fibers. The PAN-based carbon fiber has been developed as a carbon electrode material for a secondary battery, a carbon film, and the like, and its application field is also expanding. In order to expand the use of carbon fibers, it is necessary to reduce manufacturing costs and to improve the performance of carbon fibers.
탄소섬유의 고성능화를 위하여, 탄소섬유 전구체의 물성을 개선하기 위한 다양한 방법이 보고되고 있다. 섬유 내부의 이물, 매크로 보이드 등을 감소시키기 위하여 모노머 또는 폴리머 원액의 여과를 강화하는 기술이 개발된 바 있고, 표면 결함 생성의 억제를 위하여 전구체 섬유의 제조에 사용되는 섬유 가이드의 형상, 가이드에 접하는 섬유의 장력 등을 조절하는 기술이 개발된 바 있다.In order to improve the performance of carbon fibers, various methods for improving the physical properties of carbon fiber precursors have been reported. In order to reduce the foreign matter, macrovoids, etc. in the fiber, a technique for enhancing the filtration of the monomer or polymer stock solution has been developed. Techniques for controlling the tension of fibers, etc. have been developed.
전구체 섬유를 제조하고, 이를 고온에서 내염화 및 탄화하여 탄소섬유를 제조함에 있어서, 전구체 단섬유들이 쉽게 접착되고, 이러한 단섬유 접착, 섬유 표면 상처 등의 결함으로 인하여 섬유의 강도가 저하되는 문제점이 있다. 이와 같은 단섬유 접착을 억제하기 위하여 다양한 유제의 사용이 제안되고 있다. 예컨대, 고급 알코올 등의 비실리콘 유제를 대신하여, 내열성, 이형성, 평활성 등이 우수한 실리콘계 유제의 사용이 제안되고 있다. 그러나, 상술한 바와 같은 원액의 여과, 가이드 개선에 의한 섬유 표면 결함의 생성 억제, 및 고성능 유제 사용에 의한 단시간 접착 방지 등에 의하여, 섬유의 매크로 결함의 생성을 억제할 수는 있으나, 섬유 자체의 특성, 특히 치밀성을 개선하기는 어려운 점이 있다.In preparing the precursor fiber, and flame-resistant and carbonized it at a high temperature to produce the carbon fiber, the precursor short fibers are easily adhered, and the strength of the fiber is lowered due to defects such as short fiber adhesion and fiber surface wounds. have. In order to suppress such short fiber adhesion, the use of various oil agents has been proposed. For example, in place of non-silicone oils, such as higher alcohol, the use of the silicone-based oils excellent in heat resistance, mold release property, smoothness, etc. is proposed. However, the formation of macro defects of fibers can be suppressed by the filtration of the stock solution as described above, the suppression of generation of fiber surface defects due to improved guides, and the prevention of short-term adhesion due to the use of high-performance emulsions. In particular, it is difficult to improve the compactness.
본 발명은 상기된 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명은 탄소섬유 전구체의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been invented to solve the above problems, the present invention is to provide a method for producing a carbon fiber precursor.
본 발명은 아크릴로니트릴계 중합체를 유기 용매에 용해시켜 중합체 용액을 제조하는 단계; 상기 중합체 용액을 습식 또는 건습식 방사법에 의하여 방사함으로써 전구체 섬유를 수득하는 단계; 및 상기 방사된 전구체 섬유를 연장하는 단계를 포함하는 탄소섬유 전구체의 제조방법으로, 탄소섬유 전구체의 잔존 용매량이 0.1 내지 2.0 중량%인 것을 특징으로 하는, 탄소섬유 전구체의 제조방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of dissolving an acrylonitrile-based polymer in an organic solvent to prepare a polymer solution; Spinning the polymer solution by wet or wet spinning method to obtain precursor fibers; And extending the spun precursor fiber, wherein the amount of solvent remaining in the carbon fiber precursor is 0.1 to 2.0% by weight.
상기 연장 단계는, 상기 방사된 전구체 섬유를 60℃ 이상의 온수로 연장하는 단계; 실리콘계 유제, 변성 에폭시 유제, 및 암모늄 화합물을 포함하는 유제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 유제를 부여하는 단계; 150℃ 이상의 가열 롤러를 이용하여 건조 치밀화하는 단계; 및 고온의 가압 스팀 하에서 연신하는 단계를 포함한다.The extending step may include extending the spun precursor fiber to hot water of 60 ° C. or higher; Imparting an emulsion comprising at least one selected from the group consisting of a silicone-based emulsion, a modified epoxy emulsion, and an emulsion comprising an ammonium compound; Dry densification using a heating roller of 150 ° C. or higher; And stretching under hot pressurized steam.
상기 연장 단계에 의해 연장된 전구체 섬유는 전체 연신 배율이 7 내지 20이고, 상기 탄소섬유 전구체의 단섬유 섬도는 0.5 내지 2 dtex이다.The precursor fiber extended by the extension step has a total draw ratio of 7 to 20, and the short fiber fineness of the carbon fiber precursor is 0.5 to 2 dtex.
중합체 용액의 제조에 있어서, 유기용매로 디메틸 설폭사이드(Dimethyl Sulfoxide), 디메틸 포름아마이드(Dimethyl Formamide) 및 디메틸 아세트아마이드(Dimethyl Acetamide)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 사용할 수 있다.In preparing the polymer solution, at least one selected from the group consisting of dimethyl sulfoxide, dimethyl formamide, and dimethyl acetamide may be used as the organic solvent.
상기 중합체 용액의 제조에 있어서, 아크릴로니트릴계 중합체와, 방사 공정에 있어서의 연장 및 치밀화 촉진 성분 및 내염화 공정에서의 내염화 촉진 성분 및 산소투과 촉진 성분이 함께 중합될 수 있다.In the preparation of the polymer solution, the acrylonitrile-based polymer and the extension and densification promoting component in the spinning process and the flame resistance promoting component and oxygen permeation promoting component in the flameproofing process can be polymerized together.
연장 및 치밀화 촉진 성분은 카르복실기 또는 아민기를 포함하고, 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 크로톤산, 시트라콘산, 말레인산 및 이들의 알킬에스테르, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 디메틸아크릴아미드로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 사용할 수 있다.The extension and densification facilitating component comprises a carboxyl group or an amine group and is selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, crotonic acid, citraconic acid, maleic acid and alkyl esters thereof, acrylamide, methacrylamide, dimethylacrylamide At least one selected may be used.
내염화 촉진 성분은 옥틸아민, 도데실아민, 라우릴아민, 디옥틸아민, 디알킬아민, 트리옥틸아민, 트리알킬아민, 에틸렌디아민 및 헥사메틸렌디아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 사용할 수 있다.The flame resistance promoting component may use at least one selected from the group consisting of octylamine, dodecylamine, laurylamine, dioctylamine, dialkylamine, trioctylamine, trialkylamine, ethylenediamine and hexamethylenediamine.
본 발명은 또한 상기 방법에 의해 제조된 탄소섬유 전구체를 제공한다.The present invention also provides a carbon fiber precursor prepared by the above method.
본 발명의 제조방법에 의하면, 건조 치밀화 공정 및 2차 연신 공정에서의 접사가 적어져, 전구체 섬유의 품질이 우수해지고, 시간 경과에 따른 전구체 섬유의 물성 변화가 적은 탄소섬유 전구체를 수득할 수 있다. 또한, 내염화 공정에서 단섬유간 접착을 방지하여 탄소섬유의 접사 및 표면 결함을 감소시켜 고강도/고탄성의 탄소섬유를 수득할 수 있으며, 공정성 및 작업성을 개선할 수 있다.According to the production method of the present invention, the affixes in the dry densification step and the secondary stretching step decrease, so that the quality of the precursor fiber is excellent, and a carbon fiber precursor having a small change in physical properties of the precursor fiber over time can be obtained. . In addition, it is possible to obtain high strength / high elastic carbon fibers by preventing the interfiber adhesion between the short fibers in the flameproofing process to reduce the macroscopic affixation and surface defects, and improve processability and workability.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 전구체의 제조방법은, 아크릴로니트릴계 중합체를 유기 용매에 용해시켜 중합체 용액을 제조하는 단계; 상기 중합체 용액을 습식 또는 건습식 방사법에 의하여 방사함으로써 전구체 섬유를 수득하는 단계; 및 상기 방사된 전구체 섬유를 연장하는 단계를 포함하고, 탄소섬유 전구체의 잔존 용매량이 0.1 내지 2.0 중량%이다.Method for producing a carbon fiber precursor according to an embodiment of the present invention, dissolving an acrylonitrile-based polymer in an organic solvent to prepare a polymer solution; Spinning the polymer solution by wet or wet spinning method to obtain precursor fibers; And extending the spun precursor fiber, wherein the remaining solvent amount of the carbon fiber precursor is 0.1 to 2.0 wt%.
본 발명에 따라 제조되는 탄소섬유 전구체는 아크릴로니트릴계 중합체로부터 얻어지며, 상기 탄소섬유 전구체의 특성은 기본적으로 아크릴로니트릴계 중합체의 조성에 따라 달라진다. 본 발명에 사용되는 아크릴로니트릴계 중합체의 주성분은 아크릴로니트릴 단위로서, 상기 아크릴로니트릴 단위의 함량은 전체 아크릴로니트릴계 중합체에 대하여 바람직하게는 90중량%이상, 더욱 바람직하게는 95중량%이상, 예컨대 95 내지 99중량%이다. 여기서, 상기 아크릴로니트릴 단위의 함량이 너무 적으면, 소성 공정으로 얻어지는 탄소섬유의 강도가 저하되는 등, 탄소섬유의 기계적 특성이 저하될 우려가 있다.The carbon fiber precursor prepared according to the invention is obtained from an acrylonitrile-based polymer, the properties of which are basically dependent on the composition of the acrylonitrile-based polymer. The main component of the acrylonitrile-based polymer used in the present invention is an acrylonitrile unit, and the content of the acrylonitrile unit is preferably 90% by weight or more, more preferably 95% by weight based on the total acrylonitrile-based polymer. Or more, such as 95 to 99% by weight. Here, when the content of the acrylonitrile unit is too small, there is a fear that the mechanical properties of the carbon fibers are lowered, such as the strength of the carbon fibers obtained in the firing step is lowered.
상기 아크릴로니트릴계 중합체는, 필요에 따라, 하나 이상의 공중합 성분(아크릴로니트릴 외의 다른 보조 성분)으로서, 방사 공정에서의 치밀화 촉진성분, 연신 촉진 성분을 포함하는 단위, 내염화 공정에서의 내염화 촉진 성분을 포함하는 단위, 산소 투과 촉진 성분을 포함하는 단위 등을 더욱 포함할 수 있으며, 그 함량은 전체 아크릴로니트릴계 중합체에 대하여 바람직하게는 10중량% 미만, 더욱 바람직하게는 5중량% 미만, 예컨대 1 내지 5중량%이다. 상기 치밀화 촉진성분이 되는 구조 단위는 카르복실기, 설폰기, 아미드기 등의 친수성 관능기를 갖는 비닐 화합물 단량체의 공중합에 의하여 생성되며, 이중 카르복실기를 갖는 치밀화 촉진성분을 포함하는 단량체의 예로는, 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 크로톤산, 시트라콘산, 말레인산, 이들의 알킬에스테르(메틸아크릴레이트 등) 등을 예시할 수 있고, 특히 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산이 바람직하다. 또한 상기 설폰기를 갖는 치밀화 촉진 성분의 구체적인 예로서, 알릴 설폰산, 메타릴설폰산, 스티렌설폰산, 2-아크리아미도-2-메틸프로판설폰산, 비닐설폰산, 설포 프로필 메타크릴레이트 등을 들 수 있으며, 상기 아미드기를 갖는 치밀화 촉진 성분의 구조 단위의 구체적인 예로서 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 디메틸아크릴아미드 등을 사용할 수 있다. 또한, 내염화로 내에서 섬유 단사간 산소 투과성을 향상시키기 위하여, 옥틸아민, 도데실아민, 라우릴아민 등의 알킬아민과 디옥틸아민 등의 디알킬아민, 트리옥틸아민 등의 트리알킬아민, 에틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민 등의 디아민 성분을 사용할 수 있다. 이 중, 중합의 균일성을 향상시키기 위하여, 중합 용매, 매체, 방사 용매 등에 대한 용해성이 있는 성분을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 산소 투과 촉진 성분을 포함하는 단위는 하나의 불포화 카르본산 구조의 알킬 에스테르, 예컨대 에틸메타크릴레이트 등의 공중합에 의하여 도입될 수 있다. 이와 같은 보조성분(코모노머)와 주성분을, 통상의 방법에 따라 수계 현탁 중합하면, 아크릴로니트릴계 공중합체를 얻을 수 있다.The acrylonitrile-based polymer is, as necessary, at least one copolymerization component (other auxiliary component other than acrylonitrile), a unit containing a densification accelerator component in the spinning process, an extension promoter component, and a flame resistance in the flameproofing process. It may further include a unit comprising an accelerating component, a unit including an oxygen permeation promoting component, the content is preferably less than 10% by weight, more preferably less than 5% by weight relative to the total acrylonitrile-based polymer Such as 1 to 5% by weight. The structural unit serving as the densification promoting component is produced by copolymerization of a vinyl compound monomer having a hydrophilic functional group such as a carboxyl group, a sulfone group or an amide group, and examples of the monomer including a densification promoting component having a double carboxyl group include acrylic acid and meta. Crylic acid, itaconic acid, crotonic acid, citraconic acid, maleic acid, these alkyl esters (methyl acrylate, etc.) etc. can be illustrated, Especially acrylic acid, methacrylic acid, and itaconic acid are preferable. Moreover, allyl sulfonic acid, metharyl sulfonic acid, styrene sulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, vinyl sulfonic acid, a sulfopropyl methacrylate etc. are mentioned as a specific example of the densification promotion component which has the said sulfonic group. Acrylamide, methacrylamide, dimethyl acrylamide, etc. can be used as a specific example of the structural unit of the densification promotion component which has the said amide group. In addition, in order to improve the oxygen permeability between single yarns in a flame resistant furnace, alkyl amines such as octylamine, dodecylamine and lauryl amine, dialkyl amines such as dioctylamine, trialkyl amines such as trioctylamine, Diamine components, such as ethylenediamine and hexamethylenediamine, can be used. Among these, in order to improve the uniformity of superposition | polymerization, it is preferable to use the component which has solubility with respect to a polymerization solvent, a medium, a spinning solvent, etc. In addition, the unit including the oxygen permeation promoting component may be introduced by copolymerization of an alkyl ester of one unsaturated carboxylic acid structure, such as ethyl methacrylate. When such an auxiliary component (comonomer) and a main component are subjected to aqueous suspension polymerization according to a conventional method, an acrylonitrile copolymer can be obtained.
상기 아크릴로니트릴계 중합체로부터 탄소섬유 전구체를 제조하기 위하여, 상기 아크릴로니트릴계 중합체를 유기용매에 용해시켜 중합체 용액 또는 도프(dope, 풀 같은 진한 액체) 원액을 제조한다. In order to prepare a carbon fiber precursor from the acrylonitrile-based polymer, the acrylonitrile-based polymer is dissolved in an organic solvent to prepare a polymer solution or a dope (dark liquid such as glue).
유기용매로는, 아크릴로니트릴 중합체를 용해시킬 수 있는 용매로서, 예컨대 디메틸 설폭사이드(Dimethyl Sulfoxide), 디메틸 포름아마이드(Dimethyl Formamide) 및 디메틸 아세트아마이드(Dimethyl Acetamide)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 용매 외에, 디메틸 아세테이트, 염화아연 수용액, 질산 등 아크릴로니트릴 중합체를 용해시킬 수 있는 통상의 유기용매 또는 무기용매를 사용할 수 있으며, 아크릴로니트릴계 중합체 100중량부에 대해 10 내지 30중량부로 사용할 수 있다. 유기용매의 사용량이 너무 많거나 적으면, 중합체의 방사가 곤란하거나 보이드의 제거가 비효율적으로 수행될 우려가 있다. 이와 같이 제조된 중합체 용액은 15 내지 25 중량%이다.As the organic solvent, at least one selected from the group consisting of dimethyl sulfoxide, dimethyl formamide and dimethyl acetamide may be used as a solvent capable of dissolving the acrylonitrile polymer. Can be. In addition to the solvent, a conventional organic solvent or inorganic solvent capable of dissolving an acrylonitrile polymer such as dimethyl acetate, zinc chloride aqueous solution, and nitric acid may be used, and may be used in an amount of 10 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the acrylonitrile polymer. Can be. If the amount of the organic solvent used is too high or too low, the polymer may be difficult to spin or voids may be inefficiently performed. The polymer solution thus prepared is 15 to 25% by weight.
상기 중합체 용액을 습식 또는 건습식 방사법에 의하여 방사함으로써 전구체 섬유를 수득한 후, 상기 방사된 전구체 섬유를 연장한다. 상기 연장 단계는, 상기 방사된 전구체 섬유를 60℃ 이상의 온수로 연장한 후, 실리콘계 유제, 변성 에폭시 유제, 및 암모늄 화합물을 포함하는 유제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 유제를 부여하고, 150℃ 이상의 가열 롤러를 이용하여 건조 치밀화한 후, 고온의 가압 스팀 하에서 연신한다.After spinning the polymer solution by wet or wet spinning method to obtain precursor fibers, the spun precursor fibers are then extended. The extending step, after extending the spun precursor fiber to hot water at 60 ℃ or more, imparts an emulsion comprising at least one selected from the group consisting of a silicone-based emulsion, a modified epoxy emulsion, and an emulsion containing an ammonium compound, 150 After drying and densifying using a heating roller of 占 폚 or higher, stretching is performed under high pressure pressurized steam.
상기 연장 단계에 의해 연장된 전구체 섬유는 전체 연신 배율이 7 내지 20이고, 상기 탄소섬유 전구체의 단섬유 섬도는 0.5 내지 2 dtex이다.The precursor fiber extended by the extension step has a total draw ratio of 7 to 20, and the short fiber fineness of the carbon fiber precursor is 0.5 to 2 dtex.
본 발명은 또한 상기 방법에 의해 제조된 탄소섬유 전구체를 제공한다. 상기 전구체 섬유는 잔존 용매량이 0.1 내지 2.0 중량%이어서, 건조 치밀화 공정, 2차 연장공정, 내염화 공정, 탄화 공정에서의 단섬유간 접착을 방지하여 고품질의 탄소섬유를 제조할 수 있다.
The present invention also provides a carbon fiber precursor prepared by the above method. Since the precursor fiber has a residual solvent amount of 0.1 to 2.0% by weight, high quality carbon fibers may be manufactured by preventing adhesion between short fibers in a dry densification step, a second extension step, a flameproofing step, and a carbonization step.
본 발명을 이하 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명하며, 다만, 본 발명은 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the following examples.
아크릴로니트릴 및 이타콘산을 각각 98중량% 및 2중량% 조성으로 하여, 용매인 디메틸 설폭사이드와 함께 중합 반응조에 주입하였다. 전체 주입량에 대하여 단량체의 농도를 22 중량%가 되도록 용매를 주입하였고, 개시제로 아조비스이소부티로니트릴을 전 단량체 대비 0.1 중량%, 중합도 조절제로서 티오 글리콜을 전 단량체 대비 0.2 중량%로 주입하였다. 상기 주입은 2 시간 안에 완료되도록 한 후, 교반하여 균일한 용액으로 제조하였다. 65℃에서 14시간 동안 중합을 행하여, 고유 점도 2.0의 공중합체 20중량%를 포함하는 아크릴로니트릴계 중합체 용액을 제조하였다.Acrylonitrile and itaconic acid were injected into the polymerization reactor with 98% by weight and 2% by weight, respectively, together with dimethyl sulfoxide as a solvent. The solvent was injected so that the concentration of the monomer was 22% by weight based on the total amount of the injection, 0.1% by weight of azobisisobutyronitrile as an initiator and 0.2% by weight of thio glycol as a polymerization degree regulator as an initiator. The injection was allowed to complete in 2 hours and then stirred to prepare a uniform solution. The polymerization was carried out at 65 ° C. for 14 hours to prepare an acrylonitrile polymer solution containing 20 wt% of a copolymer having an inherent viscosity of 2.0.
5 μm 필터로 1단 여과한 중합체 용액을 50℃에서 보관하고, 직경 0.12mm, 4000 개의 노즐을 이용하여 디메틸 설폭사이드 농도를 40중량% 및 10℃로 조절한 응고욕에 5 mm의 갭(gap)을 두어 건습식 방사에 의해 전구체 섬유를 응고시켰다.The polymer solution, which was filtered through a 5 μm filter in one stage, was stored at 50 ° C., and a gap of 5 mm was used in a coagulation bath in which the concentration of dimethyl sulfoxide was adjusted to 40 wt% and 10 ° C. using a diameter of 0.12 mm and 4000 nozzles. ) To coagulate the precursor fibers by wet and dry spinning.
상기 수득된 응고사를 압력을 조절할 수 있는 닙롤러(짜주기 롤러)가 각단마다 장착된 다단의 수세욕에서 2kgf의 닙롤러 압력을 가하여 수세한 후, 60℃ 이상의 온수로 연장한 뒤, 실리콘계 유제, 변성 에폭시 유제, 암모늄 화합물을 포함하는 유제를 부여하여 150℃ 이상의 가열 롤러를 이용하여 건조 치밀화한 후, 고온의 가압 스팀 하에서 연신하여, 전체 연신 배율이 7 내지 20이고, 단섬유 섬도가 0.5 내지 2 dtex인 탄소섬유용 전구체를 수득하였다.The obtained coagulated sand was washed by applying a nip roller pressure of 2 kgf in a multi-stage washing bath equipped with a nip roller (squeeze roller) capable of adjusting the pressure, and then extending to hot water of 60 ° C. or higher, and then applying a silicone emulsion. After giving a modified epoxy emulsion and an emulsion containing an ammonium compound and drying and densifying using a heating roller of 150 ° C. or higher, stretching under high pressure pressurized steam, the total draw ratio is 7 to 20, and short fiber fineness is 0.5 to A precursor for carbon fiber, which is 2 dtex, was obtained.
상기 탄소섬유용 전구체를 이용하여 240 내지 250℃ 온도로 10% 수축시켜 섬유비중이 1.35인 내염화사를 만들고, 300 내지 500℃ 온도의 질소 분위기 하에서 3% 연장하고, 1350℃ 온도의 질소 분위기 하에서 5% 수축하여 탄소섬유를 수득하였다.10% shrinkage at 240 to 250 ℃ temperature using the precursor for carbon fiber to make a flame resistant yarn having a fiber specific weight of 1.35, 3% extension in a nitrogen atmosphere of 300 to 500 ℃ temperature, 5 under a nitrogen atmosphere of 1350 ℃ temperature % Shrinkage to obtain carbon fiber.
상기 수득된 내염화사 및 탄소섬유의 접사를 평가하고, 탄소섬유 스트랜드 강도를 측정하였다.The affixes of the obtained flame resistant yarns and carbon fibers were evaluated, and carbon fiber strand strength was measured.
수세욕에서 3 kgf의 닙롤러 압력을 가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 1 except that a nip roller pressure of 3 kgf was added to the washing bath.
수세욕에서 1 kgf의 닙롤러 압력을 가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 1 except that a nip roller pressure of 1 kgf was applied in a washing bath.
비교예Comparative example 1 One
수세욕에서 4 kgf의 닙롤러 압력을 가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
It was prepared in the same manner as in Example 1 except that a nip roller pressure of 4 kgf was added to the washing bath.
비교예Comparative example 2 2
수세욕에서 0.5 kgf의 닙롤러 압력을 가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
It was prepared in the same manner as in Example 1 except that a nip roller pressure of 0.5 kgf was applied in the washing bath.
잔존용매의 측정Measurement of residual solvent
전구체 섬유를 용기에 넣고 일정량(X(mL))의 증류수를 넣어 30분간 환류시킨다. 액체 크로마토그래피를 이용하여 증류수 내의 유기용매의 농도(C(ppm))를 측정한다. 증류수 중의 전구체 섬유를 열풍 건조기를 사용하여 105℃에서 2 시간 동안 건조하여 무게(W(g))을 측정하였다.The precursor fiber is placed in a container, and a predetermined amount (X (mL)) of distilled water is added to reflux for 30 minutes. Liquid chromatography is used to measure the concentration of organic solvent (C (ppm)) in distilled water. Precursor fiber in distilled water was dried for 2 hours at 105 ℃ using a hot air dryer to determine the weight (W (g)).
잔존용매는 하기 수학식 1로 계산한다.The remaining solvent is calculated by the following equation.
[수학식 1][Equation 1]
잔존용매의 양(중량%) = C*10-4*X/W
Residual Solvent Amount (wt%) = C * 10 -4 * X / W
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 및 2에 있어서 전구체 섬유의 잔존 용매량과 접사 수, 탄소섬유에 있어서의 내염화사 접사 수, 탄소섬유 접사 수, 스트랜드 강도를 하기 표 1에 표시하였다.In Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, the residual solvent amount and the number of macroscopic fibers, the number of chloride-resistant weaving macrocarbons, the number of carbon fiber macroscopic fibers, and the strand strength of the carbon fibers are shown in Table 1 below.
섬유Precursor
fiber
(kgf/cm2)Nip roller pressure
(kgf / cm2)
용매량 (wt%)Remaining
Solvent Amount (wt%)
(개/m)Affix
(Pcs / m)
섬유carbon
fiber
접사 수
(개/m)Flame retardant
Affix
(Pcs / m)
(개/m)Carbon Fiber Macro Count
(Pcs / m)
상기 표 1을 참조하면, 수세 닙롤러의 압력을 조절하여 잔존용매량을 적절히 조절하는 것이 매우 중요하다. 일반적으로 수세 닙롤러의 압력이 높을수록 잔존용매량을 줄여 접사의 수를 줄이고 탄소섬유 스트랜드 강도를 높이게 되는데, 지나치게 압력이 높을 경우 섬유 손상을 일으키고 용매에 의한 연신중의 윤활성이 떨어져 강도가 낮아지게 된다. 단, 이때에 닙롤러의 압력은 개개의 공정 특수성에 따라 정도에 따른 효과가 달라질 수 있으므로 절대적인 지표가 되는 것은 아니다.Referring to Table 1, it is very important to properly control the residual solvent amount by adjusting the pressure of the water nip roller. In general, the higher the pressure of the flush nip roller, the smaller the amount of remaining solvent to reduce the number of macroffixes and the higher the strength of carbon fiber strands.If the pressure is too high, the fiber damage and the lubricity during stretching by the solvent is lowered, the strength is lowered. . However, at this time, the pressure of the nip roller is not an absolute index because the effect of the degree can vary depending on the individual process specificity.
Claims (9)
상기 중합체 용액을 습식 또는 건습식 방사법에 의하여 방사함으로써 전구체 섬유를 수득하는 단계; 및
상기 방사된 전구체 섬유를 연장하는 단계를 포함하는 탄소섬유 전구체의 제조방법으로,
탄소섬유 전구체의 잔존 용매량이 0.1 내지 2.0 중량%인 것을 특징으로 하는, 탄소섬유 전구체의 제조방법.Dissolving an acrylonitrile-based polymer in an organic solvent to prepare a polymer solution;
Spinning the polymer solution by wet or wet spinning method to obtain precursor fibers; And
In the method of producing a carbon fiber precursor comprising the step of extending the spun precursor fiber,
Residual solvent amount of the carbon fiber precursor is 0.1 to 2.0% by weight, the method of producing a carbon fiber precursor.
상기 연장 단계는,
상기 방사된 전구체 섬유를 60℃ 이상의 온수로 연장하는 단계;
실리콘계 유제, 변성 에폭시 유제, 및 암모늄 화합물을 포함하는 유제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 유제를 부여하는 단계;
150℃ 이상의 가열 롤러를 이용하여 건조 치밀화하는 단계; 및
고온의 가압 스팀 하에서 연신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄소섬유 전구체의 제조방법.The method of claim 1,
The extending step,
Extending the spun precursor fiber to hot water at 60 ° C. or higher;
Imparting an emulsion comprising at least one selected from the group consisting of a silicone-based emulsion, a modified epoxy emulsion, and an emulsion comprising an ammonium compound;
Dry densification using a heating roller of 150 ° C. or higher; And
Method of producing a carbon fiber precursor, characterized in that it comprises the step of stretching under high pressure pressurized steam.
상기 연장 단계에 의해 연장된 전구체 섬유는 전체 연신 배율이 7 내지 20인 것을 특징으로 하는, 탄소섬유 전구체의 제조방법.The method of claim 1,
The precursor fiber extended by the extension step is characterized in that the total draw ratio of 7 to 20, the carbon fiber precursor.
상기 탄소섬유 전구체의 단섬유 섬도가 0.5 내지 2 dtex인 것을 특징으로 하는, 탄소섬유 전구체의 제조방법.The method of claim 1,
Method for producing a carbon fiber precursor, characterized in that the short fiber fineness of the carbon fiber precursor is 0.5 to 2 dtex.
상기 유기용매는 디메틸 설폭사이드(Dimethyl Sulfoxide), 디메틸 포름아마이드(Dimethyl Formamide) 및 디메틸 아세트아마이드(Dimethyl Acetamide)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄소섬유 전구체의 제조방법.The method of claim 1,
The organic solvent is at least one selected from the group consisting of dimethyl sulfoxide (dimethyl sulfoxide), dimethyl formamide (dimethyl formamide) and dimethyl acetamide (dimethyl acetate).
상기 중합체 용액의 제조에 있어서, 아크릴로니트릴계 중합체와, 방사 공정에 있어서의 연장 및 치밀화 촉진 성분 및 내염화 공정에서의 내염화 촉진 성분 및 산소투과 촉진 성분이 함께 중합되는 것을 특징으로 하는, 탄소섬유 전구체의 제조방법.The method of claim 1,
In the production of the polymer solution, the acrylonitrile-based polymer and the extension and densification promotion component in the spinning process and the flame resistance promotion component and the oxygen permeation promotion component in the flameproofing process are polymerized together. Method for producing a fiber precursor.
상기 연장 및 치밀화 촉진 성분은 카르복실기 또는 아민기를 포함하고, 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 크로톤산, 시트라콘산, 말레인산 및 이들의 알킬에스테르, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 디메틸아크릴아미드로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는, 탄소섬유 전구체의 제조방법.The method of claim 6,
The extension and densification-promoting component includes a carboxyl group or an amine group, and is a group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, crotonic acid, citraconic acid, maleic acid and alkyl esters thereof, acrylamide, methacrylamide, and dimethylacrylamide. At least one selected from, characterized in that the manufacturing method of the carbon fiber precursor.
상기 내염화 촉진 성분은 옥틸아민, 도데실아민, 라우릴아민, 디옥틸아민, 디알킬아민, 트리옥틸아민, 트리알킬아민, 에틸렌디아민 및 헥사메틸렌디아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나인 특징으로 하는, 탄소섬유 전구체의 제조방법.The method of claim 6,
The flameproofing promoting component is at least one selected from the group consisting of octylamine, dodecylamine, laurylamine, dioctylamine, dialkylamine, trioctylamine, trialkylamine, ethylenediamine and hexamethylenediamine , Method for producing a carbon fiber precursor.
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KR1020100139855A KR20120077774A (en) | 2010-12-31 | 2010-12-31 | Preparation method for carbon fiber precursor |
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KR101957061B1 (en) * | 2017-12-21 | 2019-03-11 | 효성첨단소재 주식회사 | Process for preparing carbon fiber having high strength |
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