KR20160000112A - 활성탄소섬유 원단용 필라멘트 웹 타입 전구체 원단 및 그의 제조방법 - Google Patents

활성탄소섬유 원단용 필라멘트 웹 타입 전구체 원단 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (ⅰ) 활성탄소섬유 제조용 전구체 필라멘트들을 웹(Web) 상태로 펼쳐주는 스프레딩(Spreading) 공정; 및 (ⅱ) 웹(Web) 상태로 펼쳐진 상기 활성탄소섬유 제조용 전구체 필라멘트들을 서로 교착시켜 주는 펀칭(Punching) 공정;을 거쳐 활성탄소섬유 원단용 필라멘트 웹 타입 전구체 원단을 제조한다.
제조된 활성탄소섬유 원단용 필라멘트 웹 타입 전구체 원단은 활성탄소섬유 제조용 전구체 필라멘트들이 웹 형태로 펼쳐져 있으면서 서로 교락하는 구조를 갖고, 단위면적당 중량이 50~500g/㎡이다.
본 발명은 활성탄소섬유 원단용 필라멘트 웹 타입 전구체 원단 제조시 제조원가가 저렴하고, 상기 전구체 원단의 중량조절이 용이하고, 상기 전구체 원단의 통기도를 높혀 성능을 개선한다.
본 발명의 활성탄소섬유 원단용 필라멘트 웹 타입 전구체 원단을 활성화시켜 활성탄소섬유 원단을 제조하면 이를 구성하는 원사의 내구성 및 결정성이 높고 균일해지고 수소 저장 및 대기오염물질 제거에 용이한 직경 1~2㎚의 미세기공 형성능도 향상된다.

Description

활성탄소섬유 원단용 필라멘트 웹 타입 전구체 원단 및 그의 제조방법{Filament web typed precursor fabric for activated carbon fiber fabric and method of manufacturing the same}
본 발명은 활성탄소섬유 원단용 필라멘트 웹 타입 전구체 원단 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 제조비용이 저렴하고, 전구체 원단의 중량조절이 용이하고, 전구체 원단의 통기도를 향상시켜 주는 활성탄소섬유 원단용 필라멘트 웹 타입 전구체 원단 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
활성탄소섬유(Activated Carbon Fiber)로 이루어진 원단(이하 "활성탄소섬유 원단"이라고 한다)은 다공성 고흡착 소재로서 대기정화 및 수소저장용 소재로 널리 사용되고 있다.
활성탄소섬유 원단을 구성하는 활성탄소섬유는 전체면적의 90% 이상이 기체흡착 및 수소저장에 적당한 직경 1~2㎚의 미세공극들로 이루어져 있어서 대기정화 및 수소저장용 소재로 특히 유용하다.
활성탄소섬유 원단은 활성탄소섬유 원단용 전구체(Precursor) 원단을 차례로 내염화 처리, 200~350℃의 온도에서 저온 탄화처리 및 600~1,100℃의 온도에서 고온 활성화처리하여 제조된다.
활성탄소섬유 원단을 제조하는 종래방법에서는 상기 활성탄소섬유 원단용 전구체 원단(이하 "전구체 원단"이라고 약칭한다)으로써, 활성탄소섬유용 전구체 단섬유(Staple)들이 서로 교락되어 있는 부직포 타입의 전구체 원단을 사용하여 이를 내염화처리, 저온 탄화처리 및 고온 활성화 처리하여 활성탄소섬유 원단을 제조하는 방법이 사용되어 왔다.
그러나, 상기 종래방법은 전구체 원단이 단섬유(Staple) 들로 구성되기 때문에 단섬유(Staple)의 내구성이 낮고 결정성도 낮고 불균일하며 활성화 처리시 수소저장 및 대기오염물 제거에 유용한 직경 1~2㎚의 미세기공 형성능도 낮은 문제점이 있었다.
이와 같은 상기 종래방법의 문제점들을 개선하기 위한 또 다른 종래기술로서는 활성탄소섬유용 전구체 필라멘트들로 제직된 직물 타입의 전구체 원단을 사용하여, 이를 내염화 처리, 저온 탄화처리 및 고온 활성화 처리하여 활성탄소섬유 원단을 제조하였다.
그러나, 상기 방법은 일반적으로 상기 전구체 원단을 구성하는 전구체 필라멘트가 1,000데니어 이상의 고중량이기 때문에 제직시 원단중량조절이 어렵고, 정경 및 제직 공정을 거쳐야하므로 제조비용이 상승하고, 제직으로 인해 전구체 원단의 통기성도 저하되는 문제점들이 발생되었다.
본 발명의 과제는 제조원가가 저렴하고, 전구체 원단의 중량조절이 용이하고, 전구체 원단의 통기성도 향상시켜줄 수 있는 활성탄소섬유 원단용 필라멘트 웹 타입 전구체 원단의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 상기 방법으로 제조되어 필라멘트 웹 타입인 활성탄소섬유 원단용 전구체 원단을 제공하는 것이다.
본 발명은 (ⅰ) 활성탄소섬유 제조용 전구체 필라멘트들을 웹(Web) 상태로 펼쳐주는 스프레딩(Spreading) 공정; 및 (ⅱ) 웹(Web) 상태로 펼쳐진 상기 활성탄소섬유 제조용 전구체 필라멘트들을 서로 교착시켜 주는 펀칭(Punching) 공정;을 거쳐 활성탄소섬유 원단용 필라멘트 웹 타입 전구체 원단을 제조한다.
본 발명은 활성탄소섬유 원단용 필라멘트 웹 타입 전구체 원단 제조시 제조원가가 저렴하고, 상기 전구체 원단의 중량조절이 용이하고, 상기 전구체 원단의 통기도를 높혀 성능을 개선한다.
본 발명의 활성탄소섬유 원단용 필라멘트 웹 타입 전구체 원단을 활성화시켜 활성탄소섬유 원단을 제조하면 이를 구성하는 원사의 내구성 및 결정성이 높고 균일해지고 수소 저장 및 대기오염물질 제거에 용이한 직경 1~2㎚의 미세기공 형성능도 향상된다.
도 1은 장력봉(Tension bar)를 이용하여 번들형태의 활성탄소섬유용 전구체 필라멘트들을 필라멘트 웹(Web) 상태로 펼쳐주는 스프레딩(Spreading) 공정의 개략도.
도 2는 공기분출기(Air-ejector)를 이용하여 번들형태의 활성탄소섬유용 전구체 필라멘트들을 필라멘트 웹(Web) 상태로 펼쳐주는 스프레딩(Spreading) 공정의 개략도.
이하, 첨부한 도면 등을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 활성탄소섬유 원단용 필라멘트 웹 타입 전구체 원단의 제조방법은 (ⅰ) 활성탄소섬유 제조용 전구체 필라멘트들을 웹(Web) 상태로 펼쳐주는 스프레딩(Spreading) 공정; 및 (ⅱ) 웹(Web) 상태로 펼쳐진 상기 활성탄소섬유 제조용 전구체 필라멘트들을 서로 교착시켜 주는 펀칭(Punching) 공정;을 포함한다.
상기 스프레딩(Spreading) 공정은 제1구현예로서 도 1에 도시된 바와 같이 번들형태의 활성탄소섬유용 전구체 필라멘트(1)들을 여러개 장력봉(3, Tension bar)들 사이로 통과시키면서 상기 활성탄소섬유 제조용 전구체 필라멘트(1)들에 부여되는 장력을 반복해서 높혔다가 낮추어 주는 방법으로 실시된다. 이때 상기 장력봉(3)들 사이를 통과하는 활성탄소섬유용 전구체 필라멘트에 1.2~5.0배의 오버피드율을 부여하는 것이 번들형태의 활성탄소섬유용 전구체 필라멘트(1)들을 필라멘트 웹 상태로 펼쳐주는데 바람직하다.
상기 오버피드율이 1.2배 미만인 경우에는 니들펀칭시 교락이 불가능하여 활성탄소섬유 제조용 전구체 필라멘트들이 터지는 문제가 발생될 수 있고, 5.0배를 초과하는 경우에는 펀칭공정전의 웹(Web)이 너무 두꺼워져 교락이 잘 안되는 문제가 발생될 수 있다.
도 1은 장력봉(Tension bar)를 이용하여 번들형태의 활성탄소섬유용 전구체 필라멘트들을 필라멘트 웹(Web) 상태로 펼쳐주는 스프레딩(Spreading) 공정의 개략도이다.
상기 스프레딩(Spreading) 공정은 제2구현예로서 도 2에 도시된 바와 같이 번들형태의 활성탄소섬유용 전구체 필라멘트들을 공기분출기(Air-ejector)를 통해 필라멘트 웹 형태로 분사해 주는 방법으로 실시한다. 이때, 필라멘트 웹(Web)을 펀칭(Punching) 공정 처리하기 전에 상기 필라멘트 웹에 1.2~1.5배의 오버피드율을 부여하는 것이 공정성 개선에 바람직하다.
도 2는 공기분출기(Air-ejector)를 이용하여 번들형태의 활성탄소섬유용 전구체 필라멘트들을 필라멘트 웹(Web) 상태로 펼쳐주는 스프레딩(Spreading) 공정의 개략도이다.
상기 방법으로 제조된 본 발명의 활성탄소섬유 원단용 필라멘트 웹 전구체 원단은 활성탄소섬유 제조용 전구체 필라멘트들이 웹 형태로 펼쳐져 있으면서 서로 교락하는 구조를 갖고, 단위면적당 중량이 50~500g/㎡이다.
본 발명은 활성탄소섬유 원단용 필라멘트 웹 타입 전구체 원단 제조시 제조원가가 저렴하고, 상기 전구체 원단의 중량조절이 용이하고, 상기 전구체 원단의 통기도를 높혀 성능을 개선한다.
상기 활성탄소섬유 전구체 필라멘트로는 셀룰로오스계 필라멘트, 폴리아크릴로니트릴계 필라멘트 또는 아라미드계 필라멘트 등을 사용할 수 있다.
상기 활성탄소 전구체 필라멘트가 셀룰로오스계 필라멘트인 경우에는 200~350℃에서 저온탄화시키는 방법으로 활성화시키고, 폴리아크릴로니트릴계 필라멘트인 경우에는 200~300℃에서 내염화, 400~800℃에서 저온탄화 및 600~1,000℃에서 활성탄화시키는 방법으로 활성화 시키고, 아라미드계 필라멘트인 경우에는 400~800℃에서 저온탄화 후 600~1,000℃에서 활성탄화시키는 방법으로 활성화시켜 줄 수 있다.
본 발명의 활성탄소섬유 원단용 필라멘트 웹 타입 전구체 원단을 활성화시켜 활성탄소섬유 원단을 제조하면 이를 구성하는 원사의 내구성 및 결정성이 높고 균일해지고 수소 저장 및 대기오염물질 제거에 용이한 직경 1~2㎚의 미세기공 형성능도 향상된다.
이하, 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다.
그러나 하기 실시예들은 본 발명의 구현일례일 뿐 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.
실시예 1
단사섬도가 1.3데니어인 모노필라멘트 개수가 12,000개인 폴리아크릴로니트릴계 멀티필라멘트 번들(탄소섬유용 전구체 필라멘트 번들)들을 8개의 장력봉들 사이로 차례로 통과시키면서 상기 폴리아크릴로니트릴계 멀티필라멘트 각각에 걸리는 장력을 변동시킴과 동시에 1.3배의 오버피드율을 부여하여 상기 폴리아크릴로니트릴계 멀티필라멘트 들이 웹(Web) 상태로 펼쳐져 있는 필라멘트 웹을 제조하였다.
다음으로는, 상기 필라멘트 웹을 니들펀칭하여 활성탄소섬유 원단용 필라멘트 웹 타입 전구체 원단을 제조하였다.
다음으로는, 상기 필라멘트 웹 타입 전구체 원단을 200℃에서 30분간 내염화 처리한 후, 계속해서 600℃에서 2분 동안 저온 탄화처리한 후, 계속해서 800℃에서 40분간 고온 활성화 처리하여 활성탄소섬유 원단을 제조하였다.
실시예 2
단사섬도가 1.3데니어인 모노필라멘트 개수가 12,000개인 폴리아크릴로니트릴계 멀티필라멘트 번들(탄소섬유용 전구체 필라멘트 번들)들을 공기분출기(Air-ejector)를 통해 분사시켜 상기 폴리아크릴로니트릴계 멀티필라멘트 들이 웹(Web) 상태로 펼쳐져 있는 필라멘트 웹을 제조하였다.
다음으로는, 상기 필라멘트 웹에 1.3배의 오버피드율을 부여하는 크림핑(Crimping) 공정을 실시하였다.
다음으로는, 상기 크림핑 처리된 필라멘트 웹을 에어펀칭 활성탄소섬유 원단용 필라멘트 웹 타입 전구체 원단을 제조하였다.
다음으로는, 상기 필라멘트 웹 타입 전구체 원단을 200℃에서 30분간 내염화 처리한 후, 계속해서 600℃에서 2분 동안 저온 탄화처리한 후, 계속해서 800℃에서 40분간 고온 활성화 처리하여 활성탄소섬유 원단을 제조하였다.
비교실시예 1
단사섬도가 1.5데니어인 모노필라멘트 개수가 12,000개인 폴리아크릴로니트릴계 멀티필라멘트 번들(탄소섬유용 전구체 필라멘트)를 경사 및 위사로 사용하여 제직기에서 이들을 제직하여 활성탄소섬유 원단용 직물 타입 전구체 원단을 제조하였다.
다음으로는, 상기 필라멘트 웹 타입 전구체 원단을 200℃에서 30분간 내염화 처리한 후, 계속해서 250℃에서 2시간 동안 저온 탄화처리한 후, 계속해서 800℃에서 40분간 고온 활성화 처리하여 활성탄소섬유 원단을 제조하였다.
비교실시예 2
폴리아크릴로니트릴계 단섬유(탄소섬유용 전구체 단섬유)들을 웹(Web) 상태로 배열한 후 니들펀칭하여 활성탄소섬유 원단용 부직포 타입 전구체 부직포를 제조하였다.
다음으로는, 상기 필라멘트 웹 타입 전구체 부직포를 200℃에서 30분간 내염화 처리한 후, 계속해서 250℃에서 2시간 동안 저온 탄화처리한 후, 계속해서 800℃에서 40분간 고온 활성화 처리하여 활성탄소섬유 원단을 제조하였다.
실시예 1 및 실시예 2로 제조한 활성탄소섬유 원단용 필라멘트 웹 타입 전구체 원단은 비교실시예 1로 제조한 활성탄소섬유 원단용 직물 타입 전구체 원단에 비해 원단 중량 조절이 용이하고, 원단의 통기도가 높고, 제조비용이 절감되었다.
한편, 실시예 1 및 실시예 2로 제조한 활성탄소섬유 원단용 필라멘트 웹 타입 전구체 원단은 비교실시예 2로 제조한 활성탄소섬유 원단용 부직포 타입 전구체에 비해 전구체 원단을 구성하는 원사의 내구성 및 결정화도가 높고 활성화 처리시 직경이 1~2㎚의 미세공극들의 형성능이 우수하였다.
1 : 번들형태의 활성탄소섬유용 전구체 필라멘트 번들의 공급장치.
2 : 번들형태의 활성탄소섬유용 전구체 필라멘트 번들
3 : 장력봉(Tension bar)
4. 필라멘트 웹(Web)

Claims (6)

  1. (ⅰ) 활성탄소섬유 제조용 전구체 필라멘트들을 웹(Web) 상태로 펼쳐주는 스프레딩(Spreading) 공정; 및
    (ⅱ) 웹(Web) 상태로 펼쳐진 상기 활성탄소섬유 제조용 전구체 필라멘트들을 서로 교착시켜 주는 펀칭(Punching) 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유 원단용 필라멘트 웹 타입 전구체 원단의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스프레딩(Spreading) 공정은 번들형태의 활성탄소섬유용 전구체 필라멘트들을 장력봉(Tension bar)들 사이를 통과 시키면서 상기 활성탄소섬유 제조용 전구체 필라멘트들에 부여되는 장력을 반복해서 높였다가 낮추어 주는 방법으로 실시되는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유 원단용 필라멘트 웹 타입 전구체 원단의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 장력봉(Tension bar)을 통과하는 활성탄소섬유용 전구체 필라멘트에 1.2~5.0배의 오버피드율을 부여하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유 원단용 필라멘트 웹 타입 전구체 원단의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 스프레딩(Spreading) 공정은 번들 형태의 활성탄소섬유 전구체 필라멘트들을 공기분출기(Air-ejector)를 통해 필라멘트 웹(Web) 형태로 분사해 주는 방법으로 실시되는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유 원단용 필라멘트 웹 타입 전구체 원단의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 필라멘트 웹(Web)을 펀칭공정 처리하기 전에 필라멘트 웹(Web)에 1.2~5.0배의 오버피드율을 부여하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유 원단용 필라멘트 웹 타입 전구체 원단의 제조방법.
  6. 활성탄소섬유 제조용 전구체 필라멘트들이 웹 형태로 펼쳐져 있으면서 서로 교락하는 구조를 갖고, 단위면적당 중량이 50~500g/㎡인 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유 원단용 필라멘트 웹 타입 전구체 원단.
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