KR20190019297A - Method for preparing carbon fiber - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for producing a carbon fiber which reduces oxidation stabilization time. The method comprises the steps of: (S1) fiberizing a polyacrylonitrile-based polymer; (S2) oxidizing and stabilizing a fibrous polyacrylonitrile-based polymer to produce a polyacrylonitrile-based fiber; and (S3) carbonizing the polyacrylonitrile-based fiber to produce a carbon fiber. In addition, the oxidation stabilization comprises the steps of: plasma-treating the fibrous polyacrylonitrile-based polymer at 150 to 350 °C; and thermally treating the plasma-treated polyacrylonitrile-based polymer at 150 to 350 °C.

Description

탄소섬유의 제조방법{METHOD FOR PREPARING CARBON FIBER}METHOD FOR PREPARING CARBON FIBER [0002]

본 발명은 탄소섬유의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 섬유화된 폴리아크릴로니트릴계 중합체를 플라즈마 처리 및 열처리를 연속적으로 수행하면서 산화 안정화하여, 인장강도, 인장탄성율 및 신율이 우수한 탄소섬유를 제조할 수 있는 탄소섬유의 제조방법에 관한 것이다.More specifically, the present invention relates to a method for producing a carbon fiber excellent in tensile strength, tensile elastic modulus, and elongation by oxidizing and stabilizing a fibrous polyacrylonitrile-based polymer while continuously performing a plasma treatment and a heat treatment The present invention relates to a method for producing carbon fibers.

탄소섬유(carbon fiber)는 강철보다 5분의 1 가볍지만, 강도는 10배 이상에 달한다. 이에 따라, 탄소섬유는 우주항공, 스포츠, 자동차, 교량 등 다양한 산업분야의 고강도 구조재 소재로서 사용되고 있다. 탄소섬유는 자동차, 우주항공 산업의 급속한 발전과 고급화로 인하여, 차세대 소재로 본격적인 각광을 받기 시작하면서 특히 자동차 산업에서 친환경적, 저에너지 소비형 미래 자동차를 지향함에 따라 수요가 증가되고 있다. 또한, 자동차 분야에서는 향후 문제시 되는 자동차 배기가스 관련 환경규제는 물론, 보다 경량화된 자동차에 대한 요구가 증대되면서, 자동차의 중량을 감소시키면서 구조적 기계적 강도를 유지할 수 있는 탄소섬유 강화 복합체의 수요가 급증하고 있다.Carbon fiber is one-fifth the weight of steel, but its strength is more than ten times stronger. Accordingly, carbon fiber is used as a high-strength structural material in various industrial fields such as aerospace, sports, automobiles, and bridges. Carbon fiber has begun to attract attention as a next-generation material due to the rapid development and upgrading of the automobile and aerospace industries, and demand is increasing as the automobile industry aims for environment-friendly, low-energy consumption futuristic automobile. In the field of automobiles, there is a growing demand for lighter automobiles as well as environmental regulations related to automobile exhaust gas, which will be a problem in the future. Therefore, the demand for carbon fiber reinforced composites that can maintain the structural mechanical strength while increasing the weight of automobiles has increased rapidly .

그러나 현재 탄소섬유의 가격은 위와 같은 용도로 사용되기에는 너무나 고가이기 때문에 자동차 산업 및 건설인프라 분야 등에 광범위하게 사용되기 위해서는 이들 각 산업에 사용하기에 적합한 기계적 물성을 지니면서 가격은 현재보다 3분의 1이상이 낮아져야 한다.However, since the price of carbon fiber is too high to be used for the above purposes, it is necessary to use the carbon fiber suitable for the automobile industry and the construction infra. 1 or more should be lowered.

일반적으로, 탄소섬유는 전구체 섬유를 불융화시키기 위해 산화성 분위기에서 열을 가하여 산화 및 안정화시키는 산화 안정화 공정, 산화 안정화된 섬유를 고온의 온도에서 탄화시키는 탄화 공정을 통해 제조된다. 그리고 후속하여 흑연화 공정을 거치기도 한다. 이때, 탄소섬유의 전구체 섬유로는 폴리아크릴로니트릴(PAN; polyacrylonitrile), 피치(pitch), 레이온(rayon), 리그닌(lignin) 및 폴리에틸렌 등이 있다. 이중에서, 폴리아크릴로니트릴 섬유는 50% 이상의 높은 탄소 수율과 높은 융점을 지니기 때문에 다른 전구체에 비하여 고성능의 탄소섬유를 제조할 수 있는 최적의 전구체이다. 이에 따라, 현재의 대부분의 탄소섬유는 폴리아크릴로니트릴 섬유로부터 제조되고 있다.Generally, carbon fibers are prepared through an oxidation stabilization process that oxidizes and stabilizes by applying heat in an oxidizing atmosphere to infuse precursor fibers, and a carbonization process that carbonizes the oxidized stabilized fibers at a high temperature. And subsequently subjected to a graphitization process. At this time, the precursor fibers of the carbon fiber include polyacrylonitrile (PAN), pitch, rayon, lignin, and polyethylene. Of these, polyacrylonitrile fibers have an excellent carbon yield of 50% or higher and a high melting point, which is an optimum precursor for producing high-performance carbon fibers as compared with other precursors. Accordingly, most current carbon fibers are made from polyacrylonitrile fibers.

하지만, 섬유화된 폴리아크릴로니트릴계 중합체의 산화 안정화시키는 공정은 탄화 공정에 비하여 느린 반응이므로 시간이 많이 소요되고 에너지 소모가 크다. 이에 따라, 탄소섬유의 제조 효율을 향상시키기 위하여, 산화 안정화 시간을 단축시키면서 탄소섬유의 물성은 개선시킬 수 있는 다양한 시도가 계속되고 있다.However, the process of oxidizing and stabilizing the polyacrylonitrile polymerized with fibers is slower than the carbonization process, and thus takes a long time and consumes a large amount of energy. Accordingly, in order to improve the production efficiency of carbon fibers, various attempts have been made to improve the properties of carbon fibers while shortening the oxidation stabilization time.

KR2011-0078246AKR2011-0078246A

본 발명은 산화 안정화 시간을 단축시키면서 탄소섬유의 물성은 현저하게 개선시킬 수 있는 탄소섬유의 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention provides a method for producing carbon fibers which can remarkably improve the properties of carbon fibers while shortening the oxidation stabilization time.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 폴리아크릴로니트릴계 중합체를 섬유화하는 단계(S1); 상기 섬유화된 폴리아크릴로니트릴계 중합체를 산화 안정화하여 폴리아크릴로니트릴계 섬유를 제조하는 단계(S2); 및 상기 폴리아크릴로니트릴계 섬유를 탄화하여 탄소섬유를 제조하는 단계(S3)를 포함하고, 상기 산화 안정화는 상기 섬유화된 폴리아크릴로니트릴계 중합체를 150 내지 350℃에서 플라즈마 처리하는 단계; 및 상기 플라즈마 처리된 폴리아크릴로니트릴계 중합체를 150 내지 350℃에서 열처리하는 단계를 포함하는 것인 탄소섬유의 제조방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a method for producing a polyacrylonitrile-based polymer, comprising: (S1) fiberizing a polyacrylonitrile-based polymer; Oxidizing and stabilizing the fibrous polyacrylonitrile-based polymer to prepare a polyacrylonitrile-based fiber (S2); And S3) carbonizing the polyacrylonitrile-based fiber to form a carbon fiber, wherein the oxidation stabilization comprises: plasma-treating the fibrous polyacrylonitrile-based polymer at 150 to 350 DEG C; And heat treating the plasma-treated polyacrylonitrile-based polymer at 150 to 350 占 폚.

본 발명에 따른 탄소섬유의 제조방법은 섬유화된 폴리아크릴로니트릴계 중합체에 플라즈마 처리 및 열처리를 순차적으로 수행함으로써 산화 안정화를 가속화시킬 수 있고, 이로 인해 탄소섬유의 제조시간을 현저하게 감소시킬 수 있다. 또한, 인장강도, 인장탄성율 및 신율이 현저하게 우수한 탄소섬유를 제공할 수 있다.The method for producing carbon fibers according to the present invention can accelerate the oxidation stabilization by sequentially performing the plasma treatment and the heat treatment on the fibrous polyacrylonitrile-based polymer, thereby remarkably reducing the production time of the carbon fibers . Further, it is possible to provide a carbon fiber having remarkably excellent tensile strength, tensile elastic modulus and elongation.

도 1은 본 발명에서 이용되는 산화 안정화 장치의 일례를 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 샤워헤드의 상면부를 도시한 것이다.
도 3은 실시예 1 내지 실시예 6, 비교예 1 내지 비교예 3의 탄소섬유의 인장강도 및 인장탄성율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1 내지 실시예 6, 비교예 1 내지 비교예 3의 탄소섬유의 직경 및 신율을 나타낸 그래프이다.
Fig. 1 shows an example of the oxidation stabilizing apparatus used in the present invention.
Fig. 2 shows a top view of the showerhead shown in Fig. 1. Fig.
3 is a graph showing tensile strength and tensile elastic modulus of carbon fibers of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3. FIG.
4 is a graph showing the diameter and elongation of carbon fibers of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3.

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

본 발명의 설명 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms and words used in the description of the present invention and in the claims should not be construed to be limited to ordinary or dictionary terms and the inventor should appropriately interpret the concept of the term appropriately The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

1. One. 탄소섬유의Carbon fiber 제조방법 Manufacturing method

본 발명의 일 실시예에 따르면, 폴리아크릴로니트릴계 중합체(이하 ‘PAN계 중합체’라 함)를 섬유화하는 단계(S1); 상기 섬유화된 PAN계 중합체를 산화 안정화하여 폴리아크릴로니트릴계 섬유(이하 ‘PAN계 섬유’라 함)를 제조하는 단계(S2); 및 상기 PAN계 섬유를 탄화하여 탄소섬유를 제조하는 단계(S3)를 포함하고, 상기 산화 안정화는 상기 섬유화된 PAN계 중합체를 150 내지 350℃에서 플라즈마 처리하는 단계; 및 상기 플라즈마 처리된 PAN계 중합체를 150 내지 350℃에서 열처리하는 단계를 포함하는 것인 탄소섬유의 제조방법을 제공한다.According to one embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a polyacrylonitrile-based polymer (hereinafter referred to as " PAN-based polymer " Oxidizing and stabilizing the fibrous PAN-based polymer to produce polyacrylonitrile-based fiber (hereinafter referred to as PAN-based fiber) (S2); And S3) carbonizing the PAN-based fiber to form a carbon fiber, wherein the oxidative stabilization comprises plasma-treating the fibrous PAN-based polymer at 150-350 占 폚; And heat treating the plasma-treated PAN-based polymer at 150 to 350 占 폚.

PAN계PAN system 중합체를 섬유화하는 단계(S1) The step of fiberizing the polymer (S1)

PAN계 중합체를 섬유화하는 단계에 이용되는 PAN계 중합체는 아크릴로니트릴을 단독으로 중합한 호모 중합체일 수 있고, 아크릴로니트릴계 단량체와 카르복시산계 단량체 및 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 공단량체를 포함하여 공중합한 PAN계 공중합체일 수 있다. The PAN-based polymer used in the step of fiberizing the PAN-based polymer may be a homopolymer obtained by polymerizing acrylonitrile alone, and may be a homopolymer obtained by polymerizing an acrylonitrile-based monomer, a carboxylic acid-based monomer, and an alkyl (meth) And may be a PAN-based copolymer that is copolymerized with at least one comonomer selected.

상기 카르복시산계 단량체는 특별히 한정하지 않으나, 이타콘산, 아크릴산 및 메타크릴산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 구체적으로는 이타콘산일 수 있다. 상기 알킬 (메타)아크릴레이트 단량체는 특별히 한정하지 않으나, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 프로필 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트 및 프로필 메타크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 구체적으로는 메틸 아크릴레이트일 수 있다.The carboxylic acid monomer is not particularly limited, but may be at least one member selected from the group consisting of itaconic acid, acrylic acid and methacrylic acid, and it may specifically be itaconic acid. The alkyl (meth) acrylate monomer is not particularly limited, but may be at least one selected from the group consisting of methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate and propyl methacrylate And specifically may be methyl acrylate.

상기 PAN계 중합체의 중합 방법으로는 용액중합, 현탁중합, 유화중합 등의 공지된 중합 방법을 사용할 수 있으며, 공정 편의성을 고려하여 용액중합이 바람직하다. 용액중합에 사용되는 용매의 예로는 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide), 디메틸포름아미드(dimethyl formamide), 디메틸아세트아미드(dimethyl acetamide) 등을 들 수 있고, 생산성, 즉 응고 속도를 고려할 때, 디메틸설폭사이드일 수 있다.As the polymerization method of the PAN-based polymer, known polymerization methods such as solution polymerization, suspension polymerization and emulsion polymerization can be used, and solution polymerization is preferable in consideration of process convenience. Examples of the solvent used in the solution polymerization include dimethyl sulfoxide, dimethyl formamide, dimethyl acetamide and the like. In consideration of the productivity, that is, the solidification rate, dimethylsulfoxide Lt; / RTI >

상기 PAN계 중합체를 섬유화하는 단계는 상기 PAN계 중합체를 방사 공정 등을 적용하여 섬유 형상을 갖도록 하는 공정일 수 있다.The step of fiberizing the PAN-based polymer may be a step of making the PAN-based polymer have a fiber shape by applying a spinning process or the like.

보다 구체적으로, 제조된 PAN계 중합체를 디메틸설폭사이드, 디메틸포름 아미드, 디메틸아세트아미드 등의 PAN계 중합체가 용해 가능한 용매에 투입하고 용해시켜 방사원액을 제조할 수 있다. 만일 PAN계 중합체 제조시 용액 중합 방법을 이용할 경우, 중합에 이용하는 용매와 방사 용매를 동일한 것으로 적용하면 제조된 PAN계 중합체를 분리한 후 다시 방사 용매에 용해시키는 공정이 불필요할 수 있다.More specifically, the prepared PAN-based polymer can be added to a solvent capable of dissolving the PAN-based polymer such as dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, dimethylacetamide, etc. and dissolved to prepare a spinning solution. If a solution polymerization method is used in the production of the PAN-based polymer, a step of dissolving the produced PAN-based polymer in a spinning solvent may be unnecessary if the same solvent and spinning solvent are used as the polymerization solvent.

상기 방사원액 중 상기 PAN계 중합체의 농도는 10 내지 40중량%, 바람직하게는 15 내지 35중량%, 보다 바람직하게는 20 내지 30중량%일 수 있다. 상술한 범위를 만족하면, 방사원액의 점도가 섬유화 공정을 용이하게 수행할 수 있는 수준으로 유지될 수 있다. 또한, 방사원액의 점도의 경시 변화가 적어 방사원액의 안정성이 개선될 수 있다.The concentration of the PAN-based polymer in the spinning stock solution may be 10 to 40 wt%, preferably 15 to 35 wt%, more preferably 20 to 30 wt%. When the above-mentioned range is satisfied, the viscosity of the spinning stock solution can be maintained at a level at which the fiberization process can be easily carried out. Further, the stability of the spinning stock solution can be improved because the viscosity of the spinning stock solution is not changed with time.

또한, 방사원액을 방사하기 전에 공극의 크기가 약 1 ㎛ 이하의 필터에 여과하는 과정을 수행하여, 중합 반응의 원료 및 각 공정에서 혼입된 불순물을 제거하는 것이 바람직할 수 있으며, 이 경우에는 최종 생산품인 탄소섬유의 강도를 개선할 수 있다.In addition, it may be desirable to perform a process of filtering a filter having a pore size of about 1 탆 or less before spinning the spinning stock solution to remove the raw material of the polymerization reaction and the impurities mixed in each step. In this case, The strength of the product carbon fiber can be improved.

방사는 건식 방사, 습식 방사 또는 건습식 방사일 수 있고, 습식 또는 건습식 방사가 적용되는 것이 바람직할 수 있다. PAN계 섬유의 치밀성을 향상시키고 역학 물성을 향상시키는 목적에서는 건습식 방사를 이용하는 것이 바람직할 수 있다.The spinning may be dry spinning, wet spinning or dry spinning, and it may be desirable to apply wet or dry spinning radiation. For the purpose of improving the compactness of PAN-based fibers and improving mechanical properties, it may be preferable to use dry-wet spinning.

상기 방사는 상기 방사원액을 방사구금을 통과시키면서 수행될 수 있다. 상기 방사구금 내 구멍의 형태, 직경 및 수는 최종 생산품인 탄소섬유에 알맞도록 조절할 수 있다. 상기 방사구금의 재질은 특별히 한정하지 않으나, 이의 예로는 스테인레스 스틸, 금, 백금 등을 들 수 있다.The radiation may be performed while passing the spinning solution through a spinneret. The shape, diameter and number of holes in the spinneret can be adjusted to suit the end product carbon fiber. The material of the spinneret is not particularly limited, but examples thereof include stainless steel, gold, and platinum.

본 발명에 있어서 상기 PAN계 중합체의 섬유화는 습식 또는 건습식 방사시 방사원액이 상기 방사구금을 통해 응고조에 토출된 후 응고시키는 것으로 개시될 수 있다. 상기 응고조는 방사원액의 용매로 이용한 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 등의 유기 용매와 응고 촉진제를 포함하는 응고 용액을 포함할 수 있다. 상기 응고 촉진제로서는 상기 PAN계 중합체를 용해하지 않고 방사원액에 이용된 용매와 상용성이 있는 것을 사용할 수 있으며, 예컨대 물이 적용될 수 있다.In the present invention, the fiberization of the PAN-based polymer in the present invention can be initiated by causing the spinning stock solution to coagulate after the spinning solution is discharged into the coagulation bath through the spinneret during wet or dry wet spinning. The coagulation bath may include a coagulation solution containing an organic solvent such as dimethylsulfoxide, dimethylformamide, dimethylacetamide and the like, which is used as a solvent for the spinning solution, and a coagulation promoter. As the coagulation promoter, those which are compatible with the solvent used in the spinning solution without dissolving the PAN-based polymer can be used, for example, water can be applied.

상기 방사원액의 토출 양과 토출 속도는 방사원액의 농도에 따라 조절될 수 있다. 구체적으로 상기 방사구금 내 구멍의 직경이 0.1㎜, 구멍의 수가 100인 것을 이용하는 경우, 안정성 측면을 고려할 때 토출양은 1 내지 10cc/분, 토출 속도는 0.3 내지 4m/분, 구체적으로 0.5 내지 2m/분일 수 있다. 구체적으로 상기 방사원액에 포함되는 용매가 디메틸설폭사이드일 경우, 토출될 때의 온도는 40 내지 60℃일 수 있다. 상술한 온도 범위를 만족하면, 방사원액의 유동성 및 점도가 적절하게 유지될 수 있다. The discharge amount and the discharge speed of the spinning stock solution can be adjusted according to the concentration of the spinning solution. Specifically, when the diameter of the hole in the spinneret is 0.1 mm and the number of the holes is 100, the discharge amount is 1 to 10 cc / min, the discharge speed is 0.3 to 4 m / min, specifically 0.5 to 2 m / Lt; / RTI > Specifically, when the solvent contained in the spinning solution is dimethylsulfoxide, the temperature at the time of discharging may be 40 to 60 캜. When the above-mentioned temperature range is satisfied, the fluidity and viscosity of the spinning stock solution can be appropriately maintained.

상기 응고 용액의 온도는 응고 용액의 응고점, 비점, PAN계 섬유의 치밀도, 최종 생산품인 탄소섬유의 강도의 균형 등을 고려하여 결정할 수 있다. 구체적으로는 상기 응고 용액의 온도는 40 내지 60℃일 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 응고 용액의 온도는 상기 방사원액의 온도와 동일한 것일 수 있다. 그 이유는 방사원액이 섬유가 될 때까지 전 과정에서, 온도 및 점도가 일정하게 유지되거나, 온도 및 점도 구배가 최소화되어야만 고품질의 PAN계 섬유가 제조되기 때문이다.The temperature of the solidifying solution can be determined in consideration of the solidification point of the solidifying solution, the boiling point, the density of the PAN-based fibers, and the balance of the strength of the carbon fiber as a final product. Specifically, the temperature of the solidifying solution may be 40 to 60 캜. More specifically, the temperature of the coagulation solution may be the same as the temperature of the spinning solution. This is because high-quality PAN-based fibers are produced only when the temperature and viscosity are kept constant or the temperature and viscosity gradient are minimized in the entire process until the spinning liquid becomes fibers.

상기 응고 공정 후에는 수세 공정 및 연신 공정이 적용될 수 있다. 상기 두 공정들은 설계에 따라 5 내지 15개로 마련된 반응조 또는 반응기들에서 수행될 수 있고, 상기 수세 및 연신은 순차적으로 또는 연속적으로 또는 역순으로 수행될 수 있으며, 복수의 공정일 수 있고, 적절하게 순서의 변경, 각 공정의 수행 횟수 등을 조절할 수 있으며 각각의 공정은 적어도 1회씩은 수행될 수 있다.After the coagulation step, a washing step and a stretching step may be applied. The two processes may be carried out in a reactor or reactors provided from 5 to 15 depending on the design, and the washing and stretching may be carried out sequentially or successively or in reverse order, and may be a plurality of processes, And the number of times each process is performed can be adjusted, and each process can be performed at least once.

또한, 상기 수세 및 연신은 공정이 수행되는 기능에 따라 분류한 것이며, 하나의 반응조에서 수세와 연신이 동시에 수행될 수도 있고, 수세가 수회, 연신이 수회 수행될 수 있는 등 수세 및 연신 공정의 배치나 순서 등에 특별히 제한되는 것은 없다.The washing and stretching are classified according to the function to be carried out. The washing and stretching may be performed simultaneously in one reaction tank, and the washing and stretching may be performed several times, And there is no particular limitation on the order.

상기 연신 공정은 일반적으로 60 내지 100℃, 바람직하게는 70 내지 100℃, 보다 바람직하게는 80 내지 100℃의 온도로 조절된 단일 또는 복수의 연신조 중에서 수행되는 것이 바람직할 수 있으며, 연신 배율은 수세된 응고사의 전체 길이에 대하여 1.5 내지 10배, 바람직하게는 2 내지 6배, 보다 바람직하게는 3 내지 5배일 수 있다.The stretching step may be performed preferably in a single or multiple stretching baths controlled at a temperature of 60 to 100 DEG C, preferably 70 to 100 DEG C, more preferably 80 to 100 DEG C, It may be 1.5 to 10 times, preferably 2 to 6 times, more preferably 3 to 5 times the entire length of the washed coagulated yarn.

상기 방사 공정에는 섬유 간 접착을 방지하기 위하여 실리콘 등으로 구성되는 유화제를 첨가할 수 있다. 상기 실리콘 유화제는 변성된 실리콘을 이용할 수 있고 내열성이 높은 아미노 변성 실리콘 유화제를 첨가하는 것이 바람직할 수 있다.In the spinning process, an emulsifier composed of silicone or the like may be added to prevent adhesion between fibers. The silicone emulsifier may use modified silicone and it may be preferable to add an amino-modified silicone emulsifier having high heat resistance.

또한, 추가적으로 건조 열처리 또는 스팀 연신 등의 공정을 더 수행할 수 있으며, 이와 같은 공정을 통해 방사 공정이 수행될 수 있고, 이를 통해 섬유화된 PAN계 중합체를 얻을 수 있다.In addition, further processes such as dry heat treatment or steam drawing can be further performed, and the spinning process can be carried out through such a process, thereby obtaining a fibrous PAN-based polymer.

PAN계PAN system 섬유를 제조하는 단계(S2) The step of fabricating the fibers (S2)

PAN계 섬유를 제조하는 단계는 상기 섬유화된 PAN계 중합체를 산화 안정화하는 것으로서, 상기 산화 안정화는 상기 섬유화된 PAN계 중합체를 150 내지 350℃에서 플라즈마 처리하는 단계; 및 상기 플라즈마 처리된 PAN계 중합체를 150 내지 350℃에서 열처리하는 단계를 포함할 수 있다. The step of producing a PAN-based fiber oxidizes and stabilizes the fibrous PAN-based polymer, wherein the oxidative stabilization comprises plasma-treating the fibrous PAN-based polymer at 150 to 350 캜; And heat treating the plasma-treated PAN-based polymer at 150 to 350 占 폚.

상기 산화 안정화는 후술할 탄화 공정에서 고분자 재료인 PAN계 섬유가 녹지 않게 하기 위해서 수행되는 것으로서, PAN계 섬유가 내염성을 갖도록 섬유화된 PAN계 중합체 내 분자구조를 변화시키고, 분자간 결합을 유도하여 사다리 구조로 만들어 주는 불용화 공정이다. The oxidation stabilization is performed in order to prevent the PAN-based fiber, which is a polymer material, from dissolving in the carbonization process to be described later. It changes the molecular structure in the fibrous PAN-based polymer so that the PAN-based fiber has salt resistance, Which is an insolubilizing process.

상기 산화 안정화는 크게 고리화 반응과 탈수소화 및 산화 반응으로 구분할 수 있다. 고리화 반응은 외부 에너지로 인한 섬유 분자 내에서 라디칼 반응에 의해 고리화가 일어나는 것이고, 탈수소화 반응 및 산화 반응은 산화성 분위기에서 수소원자가 분자로부터 떨어져 나가거나(탈수소화 반응) 산소의 결합으로 인해 분자간의 결합을 유도하는 것이다(산화반응). 이때 산소원자가 섬유 내부까지 고르게 전달되어야 섬유 전체가 안정된 사다리 구조가 형성되어 우수한 내염성을 지니게 된다.The oxidation stabilization can be largely divided into a cyclization reaction, a dehydrogenation reaction and an oxidation reaction. The cyclization reaction is a cyclization of radicals in the fiber molecule due to external energy. The dehydrogenation reaction and the oxidation reaction are carried out in such a manner that the hydrogen atoms are separated from the molecules in the oxidizing atmosphere (dehydrogenation reaction) (Oxidation reaction). At this time, when the oxygen atoms are uniformly transferred to the inside of the fiber, a stable ladder structure is formed as a whole to have excellent salt resistance.

상기 산화 안정화는 본 발명의 기술분야에 이용되는 산화 안정화 장치라면 특별히 한정하지 않고 이용하여 수행될 수 있으나, 이해를 돕기 위하여 일례를 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한다.The oxidation stabilization can be performed by using the oxidation stabilization apparatus used in the technical field of the present invention without any particular limitation, but for the sake of understanding, one example will be explained with reference to FIG. 1 and FIG.

도 1을 참조하면, 상기 산화 안정화 장치(100)는 플라즈마 생성부(미도시), 샤워헤드(110), 챔버(120) 및 가열원(130)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the oxidation stabilization apparatus 100 includes a plasma generator (not shown), a showerhead 110, a chamber 120, and a heating source 130.

상기 플라즈마 생성부(미도시)는 산소활성종을 포함하는 플라즈마가 생성되는 영역으로서, 내부에는 고주파 전력이 공급되는 캐소드 전극과 애노드 전극이 설치될 수 있고, 반응가스가 공급되는 가스 공급관이 설치될 수 있다. 상기 캐소드 전극 및 애노드 전극에 고주파 전력이 공급되고 플라즈마 생성부에 반응가스가 공급되면, 상기 플라즈마 생성부에는 산소활성종을 포함하는 플라즈마가 생성될 수 있다. 산소활성종은 산소 단원자(O), 슈퍼옥사이드(superoxide, O2 -), 하이드로겐 퍼옥사이드(hydrogen peroxide, H2O2), 히드록실 라디칼(hydroxyl radical, OH) 등일 수 있다.The plasma generating unit (not shown) is a region where a plasma containing oxygen-active species is generated. A cathode electrode and an anode electrode, to which high-frequency power is supplied, may be provided therein. . When a high frequency power is supplied to the cathode and anode electrodes and a reactive gas is supplied to the plasma generation unit, a plasma containing oxygen-active species may be generated in the plasma generation unit. The oxygen active species may be oxygen atom (O), superoxide (O 2 - ), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), hydroxyl radical (OH)

도 2를 참조하면, 상기 샤워헤드(110)가 도시되어 있다. 상기 샤워헤드(110)는 상기 플라즈마 생성부의 하부에 위치되며, 상면부에는 다수의 분사구(110a)를 포함하며, 상기 분사구의 배열 및 수는 필요에 따라 적절하게 조절할 수 있다. 상기 샤워헤드(110)은 플라즈마의 생성을 위한 보조 전극의 역할을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 산소활성종을 포함하는 플라즈마의 이동경로를 제공할 수 있다. Referring to Figure 2, the showerhead 110 is shown. The showerhead 110 is positioned below the plasma generator and includes a plurality of jetting ports 110a on the upper surface thereof. The number and arrangement of the jetting ports can be appropriately adjusted as necessary. The showerhead 110 can serve as an auxiliary electrode for generating plasma, and can also provide a path for movement of a plasma containing oxygen-active species.

상기 챔버(120)는 상기 샤워헤드(110)의 분사구를 통해 상기 플라즈마가 제공될 수 있도록 상기 샤워헤드(110)의 하부에 위치되며, 섬유화된 PAN계 중합체가 수용되어 플라즈마 및 열처리가 수행된다.The chamber 120 is positioned below the showerhead 110 so that the plasma can be supplied through the injection port of the showerhead 110. The fibrous PAN-based polymer is received and plasma and heat treatment are performed.

또한, 상기 챔버(120)의 내부는 진공분위기, 불활성 가스분위기, 대기분위기 또는 산소분위기로 설정될 수 있다. 또한, 상기 챔버(120)의 내부는 섬유화된 PAN계 중합체가 일정한 장력이 인가된 채로 고정할 수 있는 고정장치도 수용될 수 있다. 상기 챔버(120)에는 내부를 관찰할 수 있는 윈도우(120a)가 설치될 수 있다.Further, the inside of the chamber 120 may be set in a vacuum atmosphere, an inert gas atmosphere, an atmospheric atmosphere, or an oxygen atmosphere. Also, a fixing device capable of fixing the fiberized PAN-based polymer with a predetermined tensile force can be accommodated in the chamber 120. The chamber 120 may be provided with a window 120a for observing the inside thereof.

상기 챔버(120)의 하부에는 상기 챔버(120)에 열을 공급하기 위하여 가열원(130)이 위치할 수 있다. 상기 가열원(130)의 종류는 상기 챔버(120)에 열을 공급할 수 있는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 상기 챔버(120)의 내부에 가열된 공기를 공급하는 가열 공기 주입구 또는 히터일 수 있다. 해당 공기 주입구를 통하여 공급되는 가열된 공기 또는 히터의 열로 섬유화된 PAN계 중합체의 산화 안정화가 일어날 수 있다. 가열된 공기의 유량 및 온도 또는 히터의 온도에 의해서 열 에너지의 공급이 조절될 수 있고, 상기 가열된 공기의 유량, 온도 및 전력의 비율 또는 히터의 열을 조절하여 산화 안정화를 제어할 수 있다. A heating source 130 may be positioned below the chamber 120 to supply heat to the chamber 120. The type of the heating source 130 is not particularly limited as long as it can supply heat to the chamber 120, but it may be a heating air inlet or heater for supplying heated air into the chamber 120. Oxidation of the fibrousized PAN-based polymer to heat of the heated air or heater supplied through the air inlet may occur. The supply of heat energy can be controlled by the flow rate and temperature of the heated air or the temperature of the heater, and the oxidation stabilization can be controlled by adjusting the flow rate, the temperature and the power ratio of the heated air or the heat of the heater.

한편, 상기 플라즈마 처리하는 단계는 플라즈마와 열을 이용하여 동시에 섬유화된 PAN계 중합체를 산화 및 안정화시키는 것으로서, 상기 플라즈마 처리하는 단계는 1 내지 20℃/분의 승온 페이즈(P1), 1 내지 20분 동안 일정한 온도를 유지하는 등온 페이즈(P2), 또는 1 내지 20℃/분의 승온 페이즈(P1); 및 1 내지 20분 동안 승온된 온도를 유지하는 등온 페이즈(P3)를 포함할 수 있다. 상기 승온 페이즈(P1)과 등온 페이즈(P3)를 모두 포함할 경우, 상기 승온 페이즈(P1) 및 등온 페이즈(P3)는 1 사이클 이상 반복될 수 있고, 1 내지 5 사이클 반복되는 것이 바람직하다.Meanwhile, the plasma treatment step oxidizes and stabilizes the PAN-based polymer that is simultaneously fibrillated using plasma and heat. The plasma treatment step may be performed at a temperature rise phase (P1) of 1 to 20 ° C / minute, An isothermal phase P2 that maintains a constant temperature for 1 to 20 占 폚 / min; And an isothermal phase (P3) to maintain the temperature elevated for 1 to 20 minutes. When both the temperature rise phase P1 and the isothermal phase P3 are included, the temperature rise phase P1 and the isothermal phase P3 may be repeated for at least one cycle and repeated for 1 to 5 cycles.

상기 승온 페이즈(P1)는 1 내지 15℃/분의 승온 페이즈인 것이 바람직하고, 1 내지 10℃/분의 승온 페이즈인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 승온 페이즈(P1)의 개시 온도는 150 내지 250℃일 수 있고, 160 내지 240℃인 것이 바람직하고, 180 내지 220℃인 것이 보다 바람직하다. 또한 상기 승온 페이즈(P1)는 1 내지 20분 동안 수행할 수 있고, 1 내지 15분 동안 수행되는 것이 바람직하고, 1 내지 12분 동안 수행하는 것이 보다 바람직하다.The temperature-raising phase P1 is preferably a temperature raising phase of 1 to 15 占 폚 / min, more preferably a temperature raising phase of 1 to 10 占 폚 / min. The starting temperature of the heating phase P1 may be 150 to 250 캜, preferably 160 to 240 캜, and more preferably 180 to 220 캜. Further, the temperature-raising phase (P1) can be performed for 1 to 20 minutes, preferably for 1 to 15 minutes, and more preferably for 1 to 12 minutes.

또한, 상기 등온 페이즈(P2)는 1 내지 15분 동안 일정한 온도를 유지하는 것이 바람직하고, 1 내지 12분 동안 승온된 온도를 유지하는 것이 보다 바람직하다.The isothermal phase P2 preferably maintains a constant temperature for 1 to 15 minutes and more preferably maintains the temperature for 1 to 12 minutes.

또한, 상기 등온 페이즈(P3)는 1 내지 15분 동안 승온된 온도를 유지하는 것이 바람직하고, 1 내지 12분 동안 승온된 온도를 유지하는 것이 보다 바람직하다.The isothermal phase (P3) preferably maintains the elevated temperature for 1 to 15 minutes, and more preferably maintains the elevated temperature for 1 to 12 minutes.

상기 플라즈마 처리하는 단계가 상기 승온 페이즈(P1) 및 등온 페이즈(P3)를 포함하고, 상기 승온 페이즈(P1) 및 등온 페이즈(P3)가 2 사이클 이상 반복된다면, 상기 승온 페이즈(P1)과 등온 페이즈(P3) 각각은 1 내지 10분 동안 수행되는 것이 바람직하고, 1 내지 6분 동안 수행되는 것이 보다 바람직하다. If the plasma processing step includes the heating phase P1 and the isothermal phase P3 and the heating phase P1 and the isothermal phase P3 are repeated for two or more cycles, (P3) is preferably performed for 1 to 10 minutes, and more preferably for 1 to 6 minutes.

상기 플라즈마 처리가 상술한 조건에서 수행되면, 섬유화된 PAN계 중합체가 손상되지 않으면서 산화 및 안정화될 수 있다. 또한, 후술한 열처리 단계에서 플라즈마 처리된 PAN계 중합체의 산화 안정화를 가속화시켜, 산화 안정화 시간을 현저하게 감소시킬 수 있다. 또한, 최종 생산품인 탄소 섬유의 물성, 즉 인장강도, 인장탄성율 및 신율을 향상시킬 수 있다.If the plasma treatment is carried out under the above-mentioned conditions, the fibrous PAN-based polymer can be oxidized and stabilized without being damaged. In addition, in the heat treatment step described later, the oxidation stabilization of the plasma-treated PAN-based polymer can be accelerated and the oxidation stabilization time can be remarkably reduced. In addition, the physical properties of the carbon fiber as a final product, that is, the tensile strength, the tensile elastic modulus and the elongation can be improved.

하지만 상술한 승온 속도 미만에서 플라즈마 처리가 수행되면, 최종 생산품인 탄소섬유의 물성, 즉, 인장강도, 인장탄성율 및 신율이 저하될 수 있다. 상술한 승온 속도를 초과해서 플라즈마 처리가 수행되면, 플라즈마 처리 과정에서 섬유화된 PAN계 중합체가 손상될 수 있다. 상술한 개시온도 미만에서 플라즈마 처리가 수행되면, 초반에 섬유화된 PAN계 중합체가 산화 안정화될 수 없어 단시간에 산화 안정화를 수행할 수 없고, 상술한 개시 온도를 초과해서 플라즈마 처리되면, 섬유화된 PAN계 중합체가 손상될 수 있고 최종 생산품인 탄소섬유의 물성이 저하될 수 있다. 상술한 시간 미만 동안 플라즈마 처리가 수행되면, 섬유화된 PAN계 중합체가 충분히 산화 안정화될 수 없고, 상술한 시간을 초과하여 플라즈마 처리가 수행되면, 최종 생산품인 탄소섬유의 물성, 즉, 인장강도, 인장탄성율이 저하될 수 있다.However, if the plasma treatment is performed at a temperature lower than the above-mentioned temperature raising rate, the physical properties of the final product, i.e., tensile strength, tensile elastic modulus and elongation, may be lowered. If the plasma treatment is performed in excess of the above-mentioned heating rate, the fibrous PAN-based polymer may be damaged during the plasma treatment. When the plasma treatment is carried out at a temperature lower than the above-described initiation temperature, the fibrous PAN-based polymer can not be oxidized and stabilized in the early stage, so that oxidation stabilization can not be performed in a short time. When the plasma treatment is performed above the above- The polymer may be damaged and the physical properties of the carbon fiber as a final product may be deteriorated. If the plasma treatment is performed for less than the above-mentioned time, the fibrous PAN-based polymer can not be sufficiently oxidatively stabilized, and if the plasma treatment is performed for more than the above-mentioned time, the physical properties of the carbon fiber as the final product, The elastic modulus may be lowered.

상기 열처리하는 단계는 열로 플라즈마 처리된 PAN계 중합체를 산화 안정화시키는 것으로서, 1 내지 20℃/분의 승온 구간(H1), 1 내지 20분 동안 일정한 온도를 유지하는 등온 구간(H2), 또는 1 내지 20℃/분의 승온 구간(H1)과 1 내지 20분 동안 승온된 온도를 유지하는 등온 구간(H3)을 포함할 수 있다. 상기 승온 구간(H1)과 등온 구간(H3)가 모두 포함될 경우, 상기 승온 구간(H1) 및 등온 구간(H3)은 1 사이클 이상 반복될 수 있고, 1 내지 5 사이클 반복되는 것이 바람직하다.The heat treatment step is a step of oxidizing and stabilizing the thermally treated PAN-based polymer. The step of heat-treating is a step of oxidizing and stabilizing the PAN-based polymer subjected to heat treatment, which includes a temperature rising period (H1) of 1 to 20 DEG C / minute, an isothermal period (H2) of maintaining a constant temperature for 1 to 20 minutes, A temperature rise period H1 of 20 DEG C / min and an isothermal period H3 of maintaining the temperature of the temperature increase for 1 to 20 minutes. If both the temperature rising period H1 and the isothermic period H3 are included, the temperature rising period H1 and the isothermal period H3 may be repeated for one or more cycles and repeated one to five cycles.

상기 승온 구간 (H1)은 1 내지 15℃/분의 승온 구간인 것이 바람직하고, 1 내지 10℃/분의 승온 구간인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 승온 구간 (H1) 및 등온 구간(H3)이 1 사이클 수행될 경우, 상기 승온 구간 (H1)의 개시 온도는 플라즈마 처리 종료시 온도일 수 있다. 또한, 상기 승온 구간(H1)과 등온 구간(H3)이 2 사이클 이상 반복될 경우, 직전 구간의 온도가 개시온도일 수 있다. 또한 상기 승온 구간(H1)은 1 내지 20분 동안 수행될 수 있고, 1 내지 15분 동안 수행되는 것이 바람직하고, 1 내지 12분 동안 수행되는 것이 보다 바람직하다.The temperature rising section H1 is preferably a temperature rising section at a rate of 1 to 15 DEG C / minute, and more preferably a temperature rising section at a rate of 1 to 10 DEG C / minute. Also, when one cycle of the temperature rising period H1 and the isothermal period H3 is performed, the starting temperature of the temperature rising period H1 may be the temperature at the end of plasma processing. If the temperature rise section H1 and the isothermal section H3 are repeated for two or more cycles, the temperature of the immediately preceding section may be the start temperature. Also, the temperature rising period (H1) may be performed for 1 to 20 minutes, preferably 1 to 15 minutes, and more preferably 1 to 12 minutes.

상기 등온 구간(H2)는 1 내지 15분 동안 일정한 온도를 유지하는 것이 바람직하고, 1 내지 12분 동안 일정한 온도를 유지하는 것이 보다 바람직하다. 상기 등온 구간(H2)의 온도는 상기 플라즈마 처리 종료시 온도와 동일할 수 있다.The isothermal section H2 preferably maintains a constant temperature for 1 to 15 minutes, and more preferably maintains a constant temperature for 1 to 12 minutes. The temperature of the isothermal section H2 may be the same as the temperature at the end of the plasma treatment.

상기 등온 구간(H3)은 1 내지 15분 동안 승온된 온도를 유지하는 것이 바람직하고, 1 내지 12분 동안 승온된 온도를 유지하는 것이 보다 바람직하다.The isothermal section H3 preferably maintains the temperature that has been raised for 1 to 15 minutes and more preferably maintains the temperature that has been raised for 1 to 12 minutes.

상기 열처리하는 단계가 상기 승온 구간(H1) 및 등온 구간(H3)를 포함하고, 상기 승온 구간(H1) 및 등온 구간(H3)가 2 사이클 이상 반복된다면, 상기 승온 구간(H1)과 등온 구간(H3) 각각은 1 내지 10분 동안 수행되는 것이 바람직하고, 1 내지 6분 동안 수행되는 것이 보다 바람직하다.If the heating period H1 and the isothermic period H3 include the heating period H1 and the isothermal period H3 repeated for two or more cycles, the heating period H1 and the isothermal period H3 H3) is preferably performed for 1 to 10 minutes, and more preferably for 1 to 6 minutes.

상기 열처리 단계가 상술한 조건에서 수행되면, 섬유화된 PAN계 중합체가 손상되지 않으면서 산화 안정화를 가속화시킬 수 있고, 이로 인해 산화 안정화 시간을 현저하게 감소시킬 수 있다. 또한, 최종 생산품인 탄소 섬유의 물성, 즉 인장강도, 인장탄성율 및 신율을 향상시킬 수 있다.If the heat treatment step is carried out under the above-described conditions, the oxidized stabilization can be accelerated without damaging the fibrous PAN-based polymer, and thereby the oxidation stabilization time can be remarkably reduced. In addition, the physical properties of the carbon fiber as a final product, that is, the tensile strength, the tensile elastic modulus and the elongation can be improved.

하지만 상술한 승온 속도 미만에서 열 처리가 수행되면, 최종 생산품인 탄소섬유의 물성, 즉, 인장강도, 인장탄성율 및 신율이 저하될 수 있다. 상술한 승온속도를 초과해서 열처리가 수행되면, 열처리 과정에서 섬유화된 PAN계 중합체가 손상될 수 있다. 상술한 시간 미만 동안 열처리가 수행되면, 섬유화된 PAN계 중합체가 충분히 산화 안정화될 수 없고, 상술한 시간을 초과하여 열처리가 수행되면, 산화 안정화 시간을 단축시킬 수 없을 뿐만 아니라, 최종 생산품인 탄소섬유의 물성의 추가 개선 효과도 없을 수 있다.However, if the heat treatment is performed at a temperature lower than the above-mentioned temperature raising rate, the physical properties of the carbon fiber as a final product, that is, the tensile strength, the tensile elastic modulus and the elongation can be lowered. If the heat treatment is performed in excess of the above-mentioned heating rate, the fibrous PAN-based polymer may be damaged during the heat treatment. If the heat treatment is performed for less than the above-mentioned period of time, the fibrous PAN-based polymer can not be sufficiently oxidatively stabilized, and if the heat treatment is performed in excess of the above-mentioned time, not only the oxidation stabilization time can be shortened, There is no effect to further improve the physical properties of the resin.

PAN계PAN system 섬유를 탄화시키는 단계(S3) Carbonizing the fiber (S3)

상기 탄화시키는 단계는 일반적으로 불활성 분위기에서 수행될 수 있고, 상기 불활성 분위기를 조성하는 물질은 예컨대 질소, 아르곤 또는 크세논 등의 기체가 적용될 수 있다. 또한, 상기 탄화 단계에서의 탄화 온도는 약 1,000℃ 이상, 바람직하게는 1,200℃ 이상일 수 있고, 상한으로는 2,000℃ 이하, 바람직하게는 1,800℃ 이하일 수 있다.The carbonization step may be performed generally in an inert atmosphere, and a gas such as nitrogen, argon or xenon may be applied to the substance forming the inert atmosphere. The carbonization temperature in the carbonization step may be about 1,000 ° C or higher, preferably 1,200 ° C or higher, and the upper limit may be 2,000 ° C or lower, preferably 1,800 ° C or lower.

상기 탄화시키는 단계는 탄소섬유를 제조하는 데에 있어서 적용되는 일반적인 탄화 공정이 적용될 수 있으며, 상기와 같은 조건에 특별히 제한되는 것은 아니다.The carbonization step may be a general carbonization process applied in the production of carbon fibers, and is not particularly limited to the above conditions.

실시예Example

이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 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 with reference to Examples. However, the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the invention.

<산화 안정화 장치의 준비> <Preparation of Oxidation Stabilization Apparatus>

산소활성종을 포함하는 플라즈마가 생성되는 플라즈마 생성부; 상기 플라즈마 생성부의 하부에 위치되며 다수의 분사구를 포함하고 상기 플라즈마의 이동 경로를 제공하는 샤워헤드; 상기 샤워헤드의 분사구를 통해 상기 플라즈마가 제공될 수 있도록 샤워헤드의 하부에 위치되며, 섬유화된 PAN계 중합체가 수용되어 플라즈마 및 열처리가 수행되는 챔버; 및 상기 챔버 하부에 위치되어 상기 챔버에 열을 공급하는 가열원을 포함하는 산화 안정화 장치에 아르곤 가스 30,000sccm과 산소 가스 200sccm을 주입하고, 250W의 파워를 인가하고, 상기 챔버의 내부는 상압 및 대기 분위기로 준비시켰다. A plasma generation unit generating a plasma including an oxygen active species; A showerhead positioned below the plasma generator and including a plurality of ejection openings to provide a path for movement of the plasma; A chamber positioned below the showerhead to allow the plasma to be provided through the injection port of the showerhead, wherein the fibrous PAN-based polymer is accommodated and subjected to plasma and heat treatment; And a heating source disposed at a lower portion of the chamber to supply heat to the chamber. The chamber is filled with 30,000 sccm of argon gas and 200 sccm of oxygen gas, and a power of 250 W is applied. Atmosphere.

섬유화된 PAN계 중합체(제조사: Jilin, 상품명: 12K)를 산화 안정화 장치의 챔버에 배치시켰다.A fibrous PAN-based polymer (manufacturer: Jilin, trade name: 12K) was placed in the chamber of the oxidation stabilizer.

<< 탄소섬유의Carbon fiber 제조> Manufacturing>

실시예Example 1 One

상기 가열원을 200℃에서 4℃/분의 속도로 3분 동안 승온시키면서 상기 섬유화된 PAN계 중합체를 플라즈마 처리하였다. 이어서, 212℃에서 4℃/분의 속도로 220℃까지 승온시키고, 220℃로 5분 동안 유지하고, 220℃에서 4℃/분의 속도로 240℃까지 승온시키고, 240℃로 5분 동안 유지하고, 240℃에서 4℃/분의 속도로 260℃까지 승온시키고, 260℃로 5분 동안 유지하고, 260℃에서 4℃/분의 속도로 280℃까지 승온시키고, 280℃로 5분 동안 유지하면서 플라즈마 처리된 PAN계 중합체를 열처리하여 PAN계 섬유를 제조하였다. The fibrous PAN polymer was subjected to plasma treatment while raising the temperature of the heating source at a rate of 4 DEG C / min from 200 DEG C for 3 minutes. Subsequently, the temperature was raised to 220 ° C at 212 ° C at a rate of 4 ° C / minute, maintained at 220 ° C for 5 minutes, raised to 240 ° C at 220 ° C at a rate of 4 ° C / minute, The temperature was raised to 260 ° C at a rate of 4 ° C / minute from 240 ° C, held at 260 ° C for 5 minutes, raised to 280 ° C at 260 ° C at a rate of 4 ° C / minute, maintained at 280 ° C for 5 minutes PAN-based polymer was heat-treated to produce PAN-based fiber.

이어서, PAN계 섬유를 25℃에서 1,200℃까지 5℃/분로 승온시키면서 탄화하고, 상온에서 자연 냉각시켜 탄소섬유를 제조하였다.Subsequently, the PAN fibers were carbonized while raising the temperature from 25 占 폚 to 1,200 占 폚 at 5 占 폚 / min and naturally cooled at room temperature to produce carbon fibers.

실시예Example 2 2

상기 가열원을 200℃에서 4℃/분의 속도로 5분 동안 220℃까지 승온시키면서 섬유화된 PAN계 중합체를 플라즈마 처리하였다. 이어서, 220℃로 5분 동안 유지하고, 220℃에서 4℃/분의 속도로 240℃까지 승온시키고, 240℃로 5분 동안 유지하고, 240℃에서 4℃/분의 속도로 260℃까지 승온시키고, 260℃로 5분 동안 유지하고, 260℃에서 4℃/분의 속도로 280℃까지 승온시키고, 280℃로 5분 동안 유지하면서 플라즈마 처리된 PAN계 중합체를 열처리하여 PAN계 섬유를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소 섬유를 제조하였다.The fibrous PAN polymer was subjected to plasma treatment while raising the temperature of the heating source to 220 DEG C at a rate of 4 DEG C / min at 200 DEG C for 5 minutes. Then, the temperature was maintained at 220 캜 for 5 minutes, the temperature was raised to 240 캜 at a rate of 4 캜 / minute from 220 캜, the temperature was maintained at 240 캜 for 5 minutes, the temperature was increased from 240 캜 to 260 캜 at a rate of 4 캜 / The PAN-based polymer was heat-treated at 260 ° C for 5 minutes, heated to 260 ° C at a rate of 4 ° C / minute to 280 ° C and maintained at 280 ° C for 5 minutes, The carbon fiber was prepared in the same manner as in Example 1 except for the following.

실시예Example 3 3

상기 가열원을 200℃에서 4℃/분의 속도로 5분 동안 220℃까지 승온시키고, 220℃로 2분 동안 유지하면서 섬유화된 PAN계 중합체를 플라즈마 처리하였다. 이어서, 220℃로 3분 동안 유지하고, 220℃에서 4℃/분의 속도로 240℃까지 승온시키고, 240℃로 5분 동안 유지하고, 240℃에서 4℃/분의 속도로 260℃까지 승온시키고, 260℃로 5분 동안 유지하고, 260℃에서 4℃/분의 속도로 280℃까지 승온시키고, 280℃로 5분 동안 유지하면서 플라즈마 처리된 PAN계 중합체를 열처리하여 PAN계 섬유를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소 섬유를 제조하였다.The heating source was heated to 220 DEG C at 200 DEG C at a rate of 4 DEG C / min for 5 minutes, and the fibrous PAN polymer was plasma-treated while being maintained at 220 DEG C for 2 minutes. Subsequently, the temperature was maintained at 220 DEG C for 3 minutes, the temperature was increased from 220 DEG C to 240 DEG C at a rate of 4 DEG C / minute, the temperature was maintained at 240 DEG C for 5 minutes, The PAN-based polymer was heat-treated at 260 ° C for 5 minutes, heated to 260 ° C at a rate of 4 ° C / minute to 280 ° C and maintained at 280 ° C for 5 minutes, The carbon fiber was prepared in the same manner as in Example 1 except for the following.

실시예Example 4 4

상기 가열원을 200℃에서 4℃/분의 속도로 5분 동안 220℃까지 승온시키고, 220℃로 5분 동안 유지하면서 섬유화된 PAN계 중합체를 플라즈마 처리하였다. 이어서, 220℃에서 4℃/분의 속도로 240℃까지 승온시키고, 240℃로 5분 동안 유지하고, 240℃에서 4℃/분의 속도로 260℃까지 승온시키고, 260℃로 5분 동안 유지하고, 260℃에서 4℃/분의 속도로 280℃까지 승온시키고, 280℃로 5분 동안 유지하면서 플라즈마 처리된 PAN계 중합체를 열처리하여 PAN계 섬유를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소 섬유를 제조하였다.The heating source was heated to 200 ° C at a rate of 4 ° C / minute for 5 minutes to 220 ° C, and the fibrous PAN polymer was plasma treated while being maintained at 220 ° C for 5 minutes. Subsequently, the temperature was raised to 240 ° C at 220 ° C at a rate of 4 ° C / minute, held at 240 ° C for 5 minutes, raised to 260 ° C at 240 ° C at a rate of 4 ° C / minute, The same procedure as in Example 1 was carried out except that the PAN-based fiber was prepared by heating the plasma-treated PAN-based polymer at 260 ° C at a rate of 4 ° C / min to 280 ° C and holding it at 280 ° C for 5 minutes Carbon fibers were prepared.

실시예Example 5 5

상기 가열원을 200℃에서 4℃/분의 속도로 5분 동안 220℃까지 승온시키고, 220℃로 5분 동안 유지하면서 섬유화된 PAN계 중합체를 열처리하였다. 이어서, 220℃에서 4℃/분의 속도로 240℃까지 승온시키고, 240℃로 5분 동안 유지하면서 열처리된 PAN계 중합체를 플라즈마 처리하였다. 이어서, 240℃에서 4℃/분의 속도로 260℃까지 승온시키고, 260℃로 5분 동안 유지하고, 260℃에서 4℃/분의 속도로 280℃까지 승온시키고, 280℃로 5분 동안 유지하면서 플라즈마 처리된 PAN계 중합체를 열처리하여 PAN계 섬유를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소 섬유를 제조하였다.The heating source was heated to 220 DEG C at 200 DEG C at a rate of 4 DEG C / min for 5 minutes and maintained at 220 DEG C for 5 minutes to heat the fibrous PAN polymer. Then, the temperature was raised to 240 DEG C at 220 DEG C at a rate of 4 DEG C / minute, and the PAN-based polymer subjected to the heat treatment was plasma-treated while maintaining the temperature at 240 DEG C for 5 minutes. Then, the temperature was raised to 260 占 폚 at a rate of 4 占 폚 / min at 240 占 폚, held at 260 占 폚 for 5 minutes, raised to 280 占 폚 at 260 占 폚 at a rate of 4 占 폚 / min, Carbon fiber was produced in the same manner as in Example 1, except that the PAN-based fiber was prepared by heat-treating the plasma-treated PAN-based polymer.

실시예Example 6 6

상기 가열원을 200℃에서 4℃/분의 속도로 5분 동안 220℃까지 승온시키고, 220℃로 5분 동안 유지하고, 220℃에서 4℃/분의 속도로 5분 동안 240℃까지 승온시키고, 240℃로 5분 동안 유지하면서 섬유화된 PAN계 중합체를 열처리하였다. 이어서, 240℃에서 4℃/분의 속도로 260℃까지 승온시키고, 260℃로 5분 동안 유지하면서 열처리된 PAN계 중합체를 플라즈마 처리하였다. 이어서, 260℃에서 4℃/분의 속도로 280℃까지 승온시키고, 280℃로 5분 동안 유지하면서 플라즈마 처리된 PAN계 중합체를 열처리하여 PAN계 섬유를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소 섬유를 제조하였다.The heating source was heated from 220 DEG C to 220 DEG C for 5 minutes at a rate of 4 DEG C / min at 200 DEG C, held at 220 DEG C for 5 minutes, heated to 220 DEG C at 240 DEG C for 5 minutes at a rate of 4 DEG C / , And the fibrous PAN-based polymer was heat-treated at 240 DEG C for 5 minutes. Then, the temperature was raised to 260 ° C at 240 ° C at a rate of 4 ° C / minute, and the heat-treated PAN-based polymer was plasma-treated while maintaining the temperature at 260 ° C for 5 minutes. Subsequently, the same process as in Example 1 was carried out except that the PAN-based fiber was prepared by heating the plasma-treated PAN-based polymer at 260 ° C at a rate of 4 ° C / min to 280 ° C and holding the cell at 280 ° C for 5 minutes Carbon fibers were prepared.

비교예Comparative Example 1 One

상기 가열원을 200℃에서 4℃/분의 속도로 5분 동안 220℃까지 승온시키고, 220℃로 5분 동안 유지하고, 220℃에서 4℃/분의 속도로 5분 동안 240℃까지 승온시키고, 240℃로 5분 동안 유지하고, 240℃에서 4℃/분의 속도로 5분 동안 260℃까지 승온시키고, 260℃로 5분 동안 유지시키면서 섬유화된 PAN계 중합체를 열처리하였다. 이어서, 260℃에서 4℃/분의 속도로 280℃까지 승온시키고, 280℃로 5분 동안 유지하면서 열처리된 PAN계 중합체를 플라즈마 처리하여 PAN계 섬유를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소 섬유를 제조하였다.The heating source was heated from 220 DEG C to 220 DEG C for 5 minutes at a rate of 4 DEG C / min at 200 DEG C, held at 220 DEG C for 5 minutes, heated to 220 DEG C at 240 DEG C for 5 minutes at a rate of 4 DEG C / , Maintained at 240 DEG C for 5 minutes, heated at 240 DEG C at a rate of 4 DEG C / min for 5 minutes to 260 DEG C, and maintained at 260 DEG C for 5 minutes to heat-treat the fibrous PAN polymer. Next, the same procedure as in Example 1 was carried out except that the PAN-based fiber was prepared by plasma-treating the heat-treated PAN-based polymer at 280 ° C for 5 minutes while raising the temperature to 260 ° C at 260 ° C at a rate of 4 ° C / Carbon fibers were prepared.

비교예Comparative Example 2 2

상기 가열원을 200℃에서 4℃/분의 속도로 5분 동안 220℃까지 승온시키고, 220℃로 5분 동안 유지하고, 220℃에서 4℃/분의 속도로 5분 동안 240℃까지 승온시키고, 240℃로 5분 동안 유지하고, 240℃에서 4℃/분의 속도로 5분 동안 260℃까지 승온시키고, 260℃로 5분 동안 유지하고, 260℃에서 4℃/분의 속도로 5분 동안 280℃까지 승온시키고, 280℃로 5분 동안 유지하면서 섬유화된 PAN계 중합체를 플라즈마 처리하여 PAN계 섬유를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소 섬유를 제조하였다.The heating source was heated from 220 DEG C to 220 DEG C for 5 minutes at a rate of 4 DEG C / min at 200 DEG C, held at 220 DEG C for 5 minutes, heated to 220 DEG C at 240 DEG C for 5 minutes at a rate of 4 DEG C / , Held at 240 DEG C for 5 minutes, heated at 240 DEG C at a rate of 4 DEG C / minute to 260 DEG C for 5 minutes, held at 260 DEG C for 5 minutes, held at 260 DEG C at a rate of 4 DEG C / Carbon fiber was prepared in the same manner as in Example 1, except that PAN-based fibers were prepared by plasma-treating the fibrous PAN-based polymer while maintaining the temperature at 280 DEG C for 5 minutes.

비교예Comparative Example 3 3

상기 가열원을 200℃에서 4℃/분의 속도로 5분 동안 220℃까지 승온시키고, 220℃로 5분 동안 유지하고, 220℃에서 4℃/분의 속도로 5분 동안 240℃까지 승온시키고, 240℃로 5분 동안 유지하고, 240℃에서 4℃/분의 속도로 5분 동안 260℃까지 승온시키고, 260℃로 5분 동안 유지하고, 260℃에서 4℃/분의 속도로 5분 동안 280℃까지 승온시키고, 280℃로 5분 동안 유지하면서 섬유화된 PAN계 중합체를 열처리하여 PAN계 섬유를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소 섬유를 제조하였다.The heating source was heated from 220 DEG C to 220 DEG C for 5 minutes at a rate of 4 DEG C / min at 200 DEG C, held at 220 DEG C for 5 minutes, heated to 220 DEG C at 240 DEG C for 5 minutes at a rate of 4 DEG C / , Held at 240 DEG C for 5 minutes, heated at 240 DEG C at a rate of 4 DEG C / minute to 260 DEG C for 5 minutes, held at 260 DEG C for 5 minutes, held at 260 DEG C at a rate of 4 DEG C / Carbon fiber was prepared in the same manner as in Example 1, except that the PAN-based fiber was prepared by heating the fibrous PAN-based polymer to 280 DEG C while maintaining the temperature at 280 DEG C for 5 minutes.

비교예Comparative Example 4 4

상기 가열원을 260℃로 30분 동안 유지하면서 섬유화된 PAN계 중합체를 플라즈마 처리하여 PAN계 섬유를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소 섬유를 제조하였다.The carbon fiber was prepared in the same manner as in Example 1, except that the PAN-based fiber was prepared by plasma-treating the fibrous PAN-based polymer while maintaining the heating source at 260 캜 for 30 minutes.

실험예Experimental Example 1:  One: 탄소섬유의Carbon fiber 물성평가 Property evaluation

실시예 1 내지 실시예 6, 비교예 1 내지 비교예 4의 탄소섬유의 물성을 평가하여 도 3, 도 4 및 표 1에 나타내었다.The properties of the carbon fibers of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 were evaluated and shown in Fig. 3, Fig. 4, and Table 1.

1) 인장강도 및 인장탄성율(㎬): Single-Fiber Testers(제조사: Textechno, 상품명: Favimat+)를 이용하여 측정하였다. 1) Tensile strength and tensile elastic modulus (㎬): Measured using Single-Fiber Testers (manufactured by Textechno (trade name: Favimat +)).

시료에서 섬유 길이 40 내지 50mm의 섬유 집단을 취하여, 단섬유를 한 가닥씩 뽑아내어 인장 시험기의 물림 장치에 부착하여 측정하였다. 시험편의 길이는 25mm로 설정하였으며, 인장 속도는 10mm/min 조건으로 수행하였다. 인장 강도 및 탄성률 측정은 20개의 시험편에 대하여 측정하였으며, 그 평균치를 표기하였다.A group of fibers having a fiber length of 40 to 50 mm was taken from the sample and single fibers were pulled out one by one and attached to the binding apparatus of the tensile tester. The length of the specimen was set to 25 mm and the tensile speed was 10 mm / min. Tensile strength and modulus of elasticity were measured on 20 specimens and their average values were indicated.

2) 신율(%): Single-Fiber Testers(제조사: Textechno, 상품명: Favimat+)를 이용하여 측정하였다.2) Elongation (%): Measured using Single-Fiber Testers (manufacturer: Textechno, trade name: Favimat +).

인장강도 및 인장탄성율을 측정하기 위해 선별한 섬유를 길이방향으로 연신하여 섬유가 버티지 못하고 파단되는 순간의 섬유의 길이와 초기 섬유의 길이의 차이를 이용하여 파단 전까지 늘어나는 비율을 측정하였으며, 20개의 시험편에 대하여 그 평균치를 표기하였다. In order to measure the tensile strength and the tensile elasticity, the selected fibers were stretched in the longitudinal direction, and the ratio of the elongation of the fibers until the fracture was measured using the difference between the length of the fibers and the length of the initial fibers at the moment when the fibers failed. The average value thereof is indicated.

3) 탄소섬유 직경(㎛): 탄소섬유 직경은 선밀도를 밀도로 나누어 계산하였다. 3) Diameter of carbon fiber (㎛): Diameter of carbon fiber was calculated by dividing linear density by density.

밀도는 Archimedes의 원리를 이용하여 측정하였다.Density was measured using Archimedes' principle.

p =Wa/(Wa-Wl)×pl p = W a / (W a -W l ) x p l

(p: 밀도, Wa: 공기 중의 탄소섬유의 무게, Wl: 액체 속에서 탄소섬유의 무게, pl: 액체의 밀도)(p: density, W a : weight of carbon fiber in air, W l : weight of carbon fiber in liquid, p l : density of liquid)

선밀도는 Mersenne의 법칙을 사용하여 계산하였다.Linear density was calculated using Mersenne's law.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, f [Hz]는 진동의 공진 주파수, L [km]는 진동 스트링의 길이, T [N]은 탄소 섬유에 가해지는 장력, μ[tex = g km-1]은 탄소섬유의 선밀도이다Where [f] is the resonance frequency of the vibration, L [km] is the length of the vibration string, T [N] is the tensile force applied to the carbon fiber, and μ [tex = g km -1 ]

구분division 인장강도(㎬)Tensile strength (㎬) 인장탄성율(㎬)Tensile modulus (㎬) 신율(%)Elongation (%) 직경(㎛)Diameter (탆) 실시예 1Example 1 2.872.87 207.76207.76 1.501.50 7.357.35 실시예 2Example 2 3.543.54 215.68215.68 1.811.81 7.407.40 실시예 3Example 3 3.233.23 217.58217.58 1.611.61 7.257.25 실시예 4Example 4 3.213.21 218.65218.65 1.601.60 7.427.42 실시예 5Example 5 2.532.53 174.32174.32 1.561.56 7.507.50 실시예 6Example 6 2.632.63 168.19168.19 1.681.68 7.437.43 비교예 1Comparative Example 1 2.502.50 200.21200.21 1.361.36 7.207.20 비교예 2Comparative Example 2 2.062.06 130.96130.96 1.691.69 7.337.33 비교예 3Comparative Example 3 2.542.54 198.84198.84 1.381.38 7.437.43 비교예 4Comparative Example 4 1.661.66 120.20120.20 1.491.49 7.167.16

도 3, 도 4 및 표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 4의 탄소섬유와 같이, 200℃에서 승온시키면서 플라즈마 처리하거나 200℃에서 승온시키고 220℃로 유지하면서 플라즈마 처리하고, 승온과 유지를 반복하면서 열처리함으로써 섬유화된 PAN계 공중합체를 산화 안정화한 경우, 인장강도, 인장탄성율 및 신율이 모두 우수하면서, 직경이 얇은 탄소섬유를 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다. 이는 초기에 수행된 플라즈마 처리로 인해 산화 안정화가 가속화되었고, 이러한 가속화가 탄소섬유의 물성에 긍정적인 영향을 주었기 때문이라고 판단된다. 그리고, 플라즈마 처리 시간이 5분 이상일 경우, 연속 공정으로 수행되는 열처리 시간이 길수록 탄소섬유의 물성이 개선되는 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIGS. 3, 4, and 1, as in the case of the carbon fibers of Examples 1 to 4, plasma treatment was performed while heating at 200 ° C. or plasma treatment was performed while maintaining the temperature at 200 ° C. and maintained at 220 ° C., It was confirmed that when the fibrous PAN copolymer was oxidized and stabilized, it was possible to produce a carbon fiber having a small diameter with excellent tensile strength, tensile elastic modulus and elongation. This is attributed to the acceleration of the oxidation stabilization due to the plasma treatment performed in the early stage, and the acceleration of the plasma treatment positively influenced the physical properties of the carbon fiber. When the plasma treatment time was 5 minutes or more, it was confirmed that the longer the heat treatment time in the continuous process, the better the physical properties of the carbon fiber.

실시예 5 및 실시예 6의 탄소섬유와 같이 플라즈마 처리 전후에 열처리를 수행할 경우, 플라즈마 처리 온도가 높으면 인장강도와 신율이 우수해지고, 플라즈마 처리 온도가 낮으면 인장탄성율이 우수해지는 것을 확인할 수 있었다. It was confirmed that when the heat treatment was performed before and after the plasma treatment as in the carbon fibers of Example 5 and Example 6, the tensile strength and the elongation were excellent when the plasma treatment temperature was high, and the tensile elasticity was excellent when the plasma treatment temperature was low .

한편, 비교예 1 내지 비교예 3의 탄소섬유와 같이 동일 온도 조건 및 시간 동안 산화 안정화를 수행하였으나 플라즈마 처리 여부 또는 플라즈마 처리 시간만 다른 경우, 비교예 3과 같이 플라즈마 처리를 하지 않거나, 비교예 1과 같이 단시간만 플라즈마 처리한 경우가 인장강도 및 인장탄성율 면에서는 유리하고, 비교예 2와 같이 플라즈마 처리만을 한 경우 신율 면에서 유리하다는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예 1과 비교예 3의 탄소섬유의 경우, 인장강도, 인장탄성율 및 신율이 동등 수준을 나타내므로, 열처리 이후에 플라즈마 처리를 하는 경우 플라즈마 처리를 하지 않은 경우와 비교하여, 탄소섬유의 인장강도, 인장탄성율 및 신율의 개선 효과가 미비하고, 탄소섬유의 직경에만 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.On the other hand, when oxidation stabilization was carried out for the same temperature condition and time as in the case of the carbon fibers of Comparative Examples 1 to 3 but the plasma treatment or the plasma treatment time was different, plasma treatment was not performed as in Comparative Example 3, It was found that the case of plasma treatment for only a short period of time was advantageous in terms of tensile strength and tensile elastic modulus and that it was advantageous in terms of elongation when plasma treatment alone as in Comparative Example 2 was carried out. In addition, in the case of the carbon fibers of Comparative Example 1 and Comparative Example 3, since the tensile strength, the tensile elastic modulus and the elongation are at the same level, the plasma treatment after the heat treatment, It was confirmed that the effect of improving the tensile strength, tensile elastic modulus and elongation was insufficient and only the diameter of the carbon fiber was affected.

또한, 비교예 1 및 비교예 4와 같이, 플라즈마 처리만을 하였으나 온도 조건이 상이한 경우, 일정 온도에서 플라즈마 처리하여 산화 안정화하는 것 보다 승온과 유지를 반복하면서 플라즈마 처리를 하는 경우가 인장강도, 인장탄성율 및 신율 면에서 유리하다는 것을 확인할 수 있었다. When the plasma treatment was carried out while the temperature was raised and maintained repeatedly, as compared with Comparative Example 1 and Comparative Example 4, in which the plasma treatment was carried out but the temperature conditions were different, plasma treatment was carried out at a constant temperature to oxidize and stabilize. And that it is advantageous in terms of elongation.

하지만, 비교예 1 내지 비교예 4의 탄소섬유와 같이 플라즈마 처리 또는 열처리만으로 산화 안정화를 수행한 경우, 실시예 1 내지 실시예 4의 탄소섬유보다는 인장강도, 인장탄성율 및 신율이 모두 우수하지 못하고, 실시예 5 내지 실시예 7의 탄소섬유보다는 신율이 우수하지 못함을 확인할 수 있었다.However, when the oxidation stabilization was carried out only by the plasma treatment or the heat treatment as in the carbon fibers of Comparative Examples 1 to 4, the tensile strength, tensile elastic modulus and elongation were not more excellent than those of the carbon fibers of Examples 1 to 4, It was confirmed that the elongation was not superior to that of the carbon fibers of Examples 5 to 7. [

Claims (13)

폴리아크릴로니트릴계 중합체를 섬유화하는 단계(S1);
상기 섬유화된 폴리아크릴로니트릴계 중합체를 산화 안정화하여 폴리아크릴로니트릴계 섬유를 제조하는 단계(S2); 및
상기 폴리아크릴로니트릴계 섬유를 탄화하여 탄소섬유를 제조하는 단계(S3)를 포함하고,
상기 산화 안정화는
상기 섬유화된 폴리아크릴로니트릴계 중합체를 150 내지 350℃에서 플라즈마 처리하는 단계; 및 상기 플라즈마 처리된 폴리아크릴로니트릴계 중합체를 150 내지 350℃에서 열처리하는 단계를 포함하는 것인 탄소섬유의 제조방법.
Fiberizing the polyacrylonitrile-based polymer (S1);
Oxidizing and stabilizing the fibrous polyacrylonitrile-based polymer to prepare a polyacrylonitrile-based fiber (S2); And
(S3) carbonizing the polyacrylonitrile-based fiber to produce a carbon fiber,
The oxidation stabilization
Subjecting the fibrous polyacrylonitrile-based polymer to plasma treatment at 150 to 350 占 폚; And heat treating the plasma-treated polyacrylonitrile-based polymer at 150 to 350 占 폚.
청구항 1에 있어서,
상기 산화 안정화는
산소활성종을 포함하는 플라즈마가 생성되는 플라즈마 생성부;
상기 플라즈마 생성부의 하부에 위치되며 다수의 분사구를 포함하고 상기 플라즈마의 이동 경로를 제공하는 샤워헤드;
상기 샤워헤드의 분사구를 통해 상기 플라즈마가 제공될 수 있도록 샤워헤드의 하부에 위치되며, 섬유화된 폴리아크릴로니트릴계 중합체가 수용되어 플라즈마 및 열처리가 수행되는 챔버; 및
상기 챔버 하부에 위치되어 상기 챔버에 열을 공급하는 가열원;을 포함하는 산화 안정화 장치에서 수행되는 것인 탄소섬유의 제조방법.
The method according to claim 1,
The oxidation stabilization
A plasma generation unit generating a plasma including an oxygen active species;
A showerhead positioned below the plasma generator and including a plurality of ejection openings to provide a path for movement of the plasma;
A chamber positioned below the showerhead to allow the plasma to be provided through the injection port of the showerhead, wherein the fibrous polyacrylonitrile-based polymer is accommodated and subjected to plasma and heat treatment; And
And a heating source located in the lower portion of the chamber to supply heat to the chamber.
청구항 1에 있어서,
상기 플라즈마 처리하는 단계는 1 내지 20℃/분의 승온 페이즈(P1)를 포함하는 것인 탄소섬유의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the plasma treatment step comprises an elevation phase (P1) at 1 to 20 占 폚 / min.
청구항 1에 있어서,
상기 플라즈마 처리하는 단계는 1 내지 20분 동안 일정한 온도를 유지하는 등온 페이즈(P2)를 포함하는 것인 탄소섬유의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of plasma treatment comprises an isothermal phase (P2) maintaining a constant temperature for 1 to 20 minutes.
청구항 1에 있어서,
상기 플라즈마 처리하는 단계는
1 내지 20℃/분의 승온 페이즈(P1); 및
1 내지 20분 동안 승온된 온도를 유지하는 등온 페이즈(P3)를 포함하고,
상기 승온 페이즈(P1) 및 등온 페이즈(P3)는 1 사이클 이상 반복되는 것인 탄소섬유의 제조방법.
The method according to claim 1,
The plasma processing step
A heating phase (P1) of 1 to 20 DEG C / min; And
An isothermal phase (P3) that maintains the elevated temperature for 1 to 20 minutes,
Wherein the temperature increase phase (P1) and the isothermal phase (P3) are repeated one cycle or more.
청구항 3 또는 청구항 5에 있어서,
상기 승온 페이즈(P1)는 1 내지 20분 동안 수행하는 것인 탄소섬유의 제조방법.
The method according to claim 3 or 5,
Wherein the heating phase (P1) is performed for 1 to 20 minutes.
청구항 1에 있어서,
상기 열처리하는 단계는 1 내지 20℃/분의 승온 구간(H1)을 포함하는 것인 탄소섬유의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment step includes a temperature rising period (H1) of 1 to 20 DEG C / min.
청구항 1에 있어서,
상기 열처리하는 단계는 1 내지 20분 동안 일정한 온도를 유지하는 등온 구간(H2)를 포함하는 것인 탄소섬유의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment step includes an isothermal section (H2) maintaining a constant temperature for 1 to 20 minutes.
청구항 1에 있어서,
상기 열처리하는 단계는
1 내지 20℃/분의 승온 구간(H1); 및
1 내지 20분 동안 승온된 온도를 유지하는 등온 구간(H3)을 포함하고,
상기 승온 구간(H1) 및 등온 구간(H3)은 1 사이클 이상 반복되는 것인 탄소섬유의 제조방법.
The method according to claim 1,
The step of heat-
A temperature rise period (H1) of 1 to 20 DEG C / minute; And
And an isothermal section (H3) maintaining the temperature elevated for 1 to 20 minutes,
Wherein the temperature rising section (H1) and the isothermal section (H3) are repeated one cycle or more.
청구항 7 또는 청구항 9에 있어서,
상기 승온 구간(H1)은 1 내지 20분 동안 수행되는 것인 탄소섬유의 제조방법.
The method according to claim 7 or 9,
And the temperature rising period (H1) is performed for 1 to 20 minutes.
청구항 7 또는 청구항 9에 있어서,
상기 열처리하는 단계는 상기 승온 구간(H1) 전에 상기 플라즈마 처리 종료시 온도와 동일한 온도를 1 내지 20분 동안 유지하는 단계를 더 포함하는 것인 탄소섬유의 제조방법.
The method according to claim 7 or 9,
Wherein the heat treatment further comprises maintaining the temperature at the end of the plasma treatment for 1 to 20 minutes before the temperature rise period (H1).
청구항 1에 있어서,
상기 플라즈마 처리하는 단계 전에 플라즈마 처리시 온도보다 낮은 온도에서 예비 열처리하는 단계를 더 포함하는 것인 탄소섬유의 제조방법.
The method according to claim 1,
Further comprising preliminary heat treatment at a temperature lower than the temperature during the plasma treatment before the step of plasma treatment.
청구항 12에 있어서,
상기 예비 열처리는 1 내지 20℃/분의 예비 승온 구간 및 1 내지 20분 동안 승온된 온도를 유지하는 예비등온 구간을 포함하고, 상기 예비 승온 구간 및 예비등온 구간은 1 사이클 이상 반복되는 것인 탄소섬유의 제조방법.
The method of claim 12,
Wherein the preliminary heat treatment includes a preliminary temperature rise period of 1 to 20 DEG C / min and a preliminary temperature increase period of 1 to 20 minutes to maintain the temperature of the preliminary heat treatment period, and wherein the preliminary temperature rise period and the preliminary temperature rise period are repeated one cycle or more Method of making fiber.
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