KR20240071429A - 고탄성율 흑연섬유의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모우가 적고 탄성율이 높은 흑연섬유를 제조하는 새로운 제조방법으로서, 특히 전구체 섬유 제조 공정에서 단시간 내 붕소처리하여 흑연섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

고탄성율 흑연섬유의 제조방법{Manufacturing method of high modulus graphite fiber}

본 발명은 모우가 적고 탄성율이 높은 흑연섬유를 제조하는 새로운 제조방법으로서, 특히 전구체 섬유 제조 공정에서 단시간 내 붕소처리하여 흑연섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.

탄소섬유는 다른 섬유에 비해 높은 비강도와 비탄성율을 가지기 때문에 복합재료용 보강재로서 레저·스포츠용, 우주·항공용뿐만 아니라 자동차, 토목·건축용, 압력용기 및 풍력블레이드 등의 일반산업용도로 이용되고 있으며, 최근 강도 개선에는 큰 진보가 있다. 하지만, 확대 전개를 위해 구조재의 안정성과 경량성을 높이는 고탄성율화 및 생산성 개선 등을 통한 원가절감은 지속적으로 요구되고 있다.

PAN계 흑연섬유는 탄성율을 높이기 위해 적어도 2,000℃의 최고온도로 열처리하거나 높게는 2,500℃ 이상으로 처리하고 있다. 여기에 사용되는 고온의 열처리장치는 내열성능을 감안하여 흑연재를 이용하지만, 흑연재는 2,000℃를 넘는 고온에서는 승화에 의해 서서히 감쇠하여 수명단축과 짧은 교체주기가 장해요인이 되고 있다. 장해의 정도는 흑연화 온도가 높을수록 크기 때문에 흑연섬유는 가능한 저온에서 탄성율을 높게 하는 것이 극히 중요하다.

고탄성율 흑연섬유 제조를 위한 다양한 개량 기술들이 제안되고 있으며, 그 기술로는 첫째, 흑연화로의 재료, 방식 및 구조에 관한 것, 둘째, 흑연화공정의 최고온도, 승온 속도 및 장력의 최적화에 관한 것, 셋째, 촉매를 이용한 흑연화에 관한 것 등이 주류를 이루고 있다.

흑연화의 촉매 작용에 관해서는 다수의 물질이 효과가 인정되어 탄소섬유에 적용한 결과, 3산화붕소 또는 붕산과 같은 붕소화합물이 탄성율 향상에 효과가 있다고 일본 특허공보 JP1972-50331에 이미 오래전 보고된 바 있다.

붕소화합물로는 붕산, 산화붕소, 탄화붕소 및 질화붕소 등이 사용될 수 있다. 특히, 본 발명에 사용되는 질화붕소는 불활성분위기에서는 최대 3,000℃까지 연화 없이 안정하고, 고온에서 윤활성이 뛰어나고 가벼운 특성이 있으며, 화학적·물리적 성질이 흑연과 유사하므로 이미 우주항공, 전자장치, 자동차, 야금 및 퍼스널 케어 등의 시장에 백색흑연이라 불리우며 질화붕소의 특성을 살린 다양한 제품으로 응용되고 있다.

붕소 또는 붕소화합물을 도입하는 방법은 중합단계, 방사단계, 소성단계에서 모두 가능하다고 알려져 있지만, 그 처리방법에 따라 탄성율 개선효과, 공정 안정성, 경제성 및 강도 저하율 등에 큰 차이를 유발하고 있으므로 효과적인 방법을 찾고자 지속적으로 노력하고 있는 실정이다.

먼저, 중합단계에서 적용은 PAN 중합체 제조시 도입하는 방법과 중합체에 혼입하는 방법 등이 있다.

일본 특허공개 JP1990-145814에 의하면 PAN계 slurry상 중합체에 붕산수용액 첨가하여 건조한 중합체로 용융방사한 전구체 섬유를 흑연화하여 탄성율 향상된 것이 제시되고 있으나, 강도 저하뿐 만아니라 용융방사의 한계가 예상된다. 또한, 일본 특허공개 JP1990-251609에 의하면, 붕소성분을 섬유 내에 함입시키기 위해 별도의 중합체를 만든 다음 두 종류의 중합체를 혼합하는 방법이 제시되고 있으나, 공정성 문제와 균일 혼합이 되지 못하면 오히려 결함으로 작용하는 문제가 있다.

또한, 일본 공개특허 JP1990-264011에 의하면, 공중합성분 중에 붕소성분이 포함된 단량체를 이용하여 3원 공중합체를 제조하고 있으나, 충분한 붕소성분을 섬유내에 확보하기 위해 사용한 공단량체의 비율이 너무 많기 때문에 강도 저하가 크고 내열성 저하로 인한 섬유간의 접사발생으로 모우 및 사절 발생 우려가 크다. 결과적으로 중합단계에서 붕소화합물을 이용하는 것은 첨가량이 많지 않으면 촉매효과를 충분히 발현하지 못하고 효과가 생기더라도 섬유의 치밀성에 악영향을 초래해서 강도저하를 일으키는 문제가 있다.

방사단계에 적용한 것으로 일본 공개특허 JP1992-57926에 의하면, 중합체를 DMF에 용해하고 건습식 방사한 섬유를 열수에서 연신한 직후 별도의 붕소함유 bath에서 고온으로 섬유를 침지하여 처리하는 방법이 제시되고 있다. 이 방법은 이후에 진행되는 공정인 유제처리 및 2차 스팀연신과정에서 붕소의 유출로 효과가 저하되는 문제가 있다.

소성단계 적용은 탄화공정과 흑연화 공정 사이에서 붕소 처리하는 방법과 흑연화 공정에서 직접 처리하는 방법이 있다. 일본 공개특허 JP1990-200819에 의하면, 탄화공정을 통과한 탄소섬유를 붕소 또는 붕소화합물을 에탄올에 분산한 액 중에 침지한 다음 흑연화로를 통과시켜 탄성율을 향상시키는 방법을 제시하고 있다.

일본 공개특허 JP1994-322616에 의하면, 붕소화합물 고체상 분말을 흑연화로 muffle 내부에 비치하거나, 붕소가 함유된 흑연파이프를 muffle 내부에 비치하여 고온 열처리과정에서 붕소가 유리되고 흑연화시 촉매작용이 진행되어 상대적으로 낮은 온도에서 탄성율을 높일 수 있다고 제시하고 있다. 상기 흑연화분위기에서 붕소화합믈을 이용하는 방법은 흑연화로 내부에 분해물이 축적되고, 붕소화합물의 특성을 충분히 활용하지 못하므로 공정에서 발생하는 모우 등의 해소에 도움을 주지 못해 이용효율이 나쁜 문제가 있다.

본 발명은 방사단계 특히, 스팀연신 공정 이후 질화붕소를 처리하는 방법으로써 질화붕소의 최대 특성인 고온에서의 윤활성과 이형성을 활용하여 소성 공정 전반에 걸쳐 섬유간의 표면접촉을 방지하여 모우발생을 최대한 억제하는 역할을 함과 동시에 고온의 흑연화 공정에서 승화로 인한 붕소 원소의 촉매 작용을 부여하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 모우가 적고 탄성율이 높은 흑연섬유를 제조하는 새로운 제조방법으로서, 특히 전구체 섬유 제조 공정에서 단시간 내 붕소처리하여 흑연섬유를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여,

본 발명은 일실시예에서, 95 중량% 이상의 아크릴로니트릴 단량체 및 0.1 중량% 이상의 카르복실기 함유 비닐계 단량체를 용액중합하여 중합체를 제조하는 단계; 상기 중합체를 노즐을 통해 토출하고 응고시켜 섬유를 형성하는 단계; 상기 섬유를 스팀연신하는 단계; 상기 스팀연신한 섬유 표면을 붕소화합물 처리하는 단계; 상기 처리된 섬유를 권취하여 전구체 섬유를 제조하는 단계; 및, 상기 전구체 섬유를 흑연화하는 단계를 포함하는 고탄성율 흑연섬유의 제조방법을 제공한다.

상기 용액중합하는 단계는 상기 95 내지 99.9 중량%의 아크릴로니트릴 단량체 및 0.1 내지 5 중량%의 카르복실기 함유 비닐계 단량체를 용액중합하는 것일 수 있다.

상기 스팀연신한 후 섬유의 평균 직경은 8.5 내지 12.0 ㎛인 것일 수 있다.

상기 붕소화합물 처리하는 단계는, 상기 붕소화합물을 물 또는 알코올에 분산시켜 액체 상태로 상기 섬유에 직접 접촉하는 방식인 것일 수 있다.

상기 붕소화합물 처리하는 단계 이후, 120 내지 200℃로 상기 섬유를 열고정(Heat Setting) 하는 것일 수 있다.

상기 붕소화합물은 질화붕소 또는 질화붕소 나노튜브(BNNTs)인 것일 수 있다.

상기 전구체 섬유에 함유된 붕소량은 0.01 내지 5 중량%인 것일 수 있다.

본 발명에 따른 고탄성율 흑연섬유의 제조방법으로 제조된 PAN계 전구체 섬유를 이용한 흑연섬유는, 붕소화합물의 특성을 최대한 이용해서 공정 중 발생하는 모우를 최대한 억제할 수 있고, 붕소의 촉매효과에 의해 종래보다 저온의 흑연화 온도로 동등 또는 그 이상의 탄성율을 가지는 고탄성율 흑연섬유을 제조가 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 전구체 섬유 제조 단계를 나타낸 모식도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서, “모우(毛羽, hairy fiber)”는 섬유 길이 방향으로 피브릴 형상으로 생기는 보푸라기를 의미하고, 모우 발생 정도가 탄소섬유의 외관 품위를 좌우한다.

본 발명은 전구체 섬유 제조 과정 중에서 스팀연신공정을 통과한 섬유를 단시간 내 간단한 방법으로 질화붕소로 처리한 다음 120 내지 200℃ 범위로 열고정한 전구체 섬유를 내염화, 탄화 및 흑연화를 단계적으로 실시함으로써 모우가 적고 탄성율이 높은 흑연섬유를 제조하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명은 95 중량% 이상의 아크릴로니트릴 단량체 및 0.1 중량% 이상의 카르복실기 함유 비닐계 단량체를 용액중합하여 중합체를 제조하는 단계; 상기 중합체를 노즐을 통해 토출하고 응고시켜 섬유를 형성하는 단계; 상기 섬유를 스팀연신하는 단계; 상기 스팀연신한 섬유 표면을 붕소화합물 처리하는 단계; 상기 처리된 섬유를 권취하여 전구체 섬유를 제조하는 단계; 및, 상기 전구체 섬유를 흑연화하는 단계를 포함하는 고탄성율 흑연섬유의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 고탄성율 흑연섬유의 제조방법으로 제조된 PAN계 전구체 섬유를 이용한 흑연섬유는, 붕소화합물의 특성을 최대한 이용해서 공정 중 발생하는 모우를 최대한 억제할 수 있고, 붕소의 촉매효과에 의해 종래보다 저온의 흑연화 온도로 동등 또는 그 이상의 탄성율을 가지는 고탄성율 흑연섬유을 제조가 가능하다.

상기 용액중합하는 단계는 상기 95 내지 99.9 중량%의 아크릴로니트릴 단량체 및 0.1 내지 5 중량%의 카르복실기 함유 비닐계 단량체를 용액중합하는 것일 수 있다. 상기 아크릴로니트릴 단량체는 95 내지 99 중량%, 95 내지 97 중량%, 96 내지 98 중량% 또는 97 내지 99.9 중량%일 수 있고, 상기 카르복실기 함유 비닐계 단량체는 0.1 내지 3 중량%, 0.1 내지 1 중량%, 0.5 내지 3 중량%, 1 내지 5 중량% 또는 3 내지 5 중량%일 수 있다.

상기 아크릴로니트릴 단량체 이외의 공중합 단량체는 0.5 내지 3 중량% 범위로 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 5 중량% 이상이면 유리전이점이 낮아져 분자쇄가 열완화되기 쉬워지기 때문에 소성과정에서 인접한 섬유끼리 표면접착이 생겨 결함이 발생되고, 배향구조가 흐트러져 탄성율을 높이기가 어려워진다. 0.1 중량% 미만이면 섬유의 연신 가공성에 도움을 주지 못하고, 전구체 섬유의 산화처리 시 내염화가 촉진되지 않고 발열로 인한 폭주반응 우려가 있다.

상기 스팀연신한 후(붕소화합물 처리 전) 섬유의 평균 직경은 8.5 내지 12.0 ㎛인 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 섬유의 평균 직경은 8.5 내지 10 ㎛, 8.5 내지 9 ㎛, 9 내지 12 ㎛, 10 내지 12 ㎛ 또는 11 내지 12 ㎛인 것일 수 있다.

상기 붕소화합물 처리하는 단계는, 상기 붕소화합물을 물 또는 알코올에 분산시켜 액체 상태로 상기 섬유에 직접 접촉하는 방식인 것일 수 있다.

특히, 붕소화합물을 섬유에 처리방법은 침지 방식, 스프레이 방식 등도 가능하지만, 본 발명에서는 섬유의 공정 진행속도, 균일 부착성 등을 고려하여 붕소화합물 수용액에 담겨진 상태에서 회전하는 롤러(roller) 표면에 섬유가 직접 접촉하는 Touch Roller 방식을 적용한다. 이 방법은 롤러의 회전속도에 따라 섬유에 부착되는 질화붕소의 양을 용이하게 제어할 수 있으므로 붕소량 관리가 용이하다. 따라서, 전구체 섬유의 생산속도 및 필라멘트 수 등이 달라져도 용이하게 대응할 수 있는 특징이 있다.

상기 붕소화합물은 질화붕소 또는 질화붕소 나노튜브(BNNTs)인 것일 수 있다.

상기 전구체 섬유에 함유된 붕소량은 흑연화시 효과와 관계되므로 너무 적으면 효과가 나타나지 않고, 너무 많으면 흑연섬유의 강도 저하를 유발한다. 본 발명에 사용된 붕소화합물 중 예를 들어, 질화붕소는 동일한 비율로 붕소와 질소를 함유한 화합물이며, 붕소와 질소가 공유결합에 의해 육각형으로 형성된 안정한 결정구조를 가진다.

상기 전구체 섬유에 함유된 붕소량은 전구체 섬유 대비 0.01 내지 5 중량%인 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 전구체 섬유에 함유된 붕소량은 0.01 내지 3 중량%, 0.01 내지 1 중량%, 0.1 내지 5 중량%, 0.1 내지 3 중량%, 0.1 내지 1 중량%, 1 내지 5 중량%, 1 내지 3 중량% 또는 3 내지 5중량%일 수 있다.

본 발명은 섬유를 방사한 후 열수연신, 스팀연신과 같은 연신공정이 완료된 상태에서 붕소화합물을 처리하는 것을 특징으로 한다. 연신 이전에 섬유에 질화붕소를 처리하면 제조과정에서 섬유에 부착된 처리제가 탈락하여 분해물로 존재하게 되므로 경시적으로 공정의 균일성을 저해할 수 있기 때문에 바람직하지 않다.

따라서, 본 발명은 스팀연신이 완료된 직후 섬유와 직접 접촉하는 Touch Roller 타입으로 처리한다. 아울러 붕소화합물 처리를 한 후, 3 내지 7 개의 지그재그 바(bar)를 통과시킨다. 처리제가 필라멘트 내부까지 침투해서 균일 부착성을 높임과 동시에 과잉 부착액을 충분히 짜내어 다음 공정인 열고정 공정의 열효율을 높일 수 있다. 이때 사용되는 바의 직경은 5 내지 50 mm 범위가 적당하다. 직경 5 mm 이하는 섬유 손상 우려가 있고, 50 mm 이상인 경우, 질화붕소의 균일부착 효과가 떨어진다.

통상 스팀연신 직후 섬유의 함수율은 10 내지 30 중량%이며, 이것을 그대로 권취하면 전구체 섬유의 패키지 불량으로 해사장력 변동이 생기고 심해지면 사절이 발생할 수 있다. 따라서, 스팀연신과 권취 공정 사이에 수분을 건조하는 과정을 두는 것이 일반적이다. 또한, 연신사의 내부응력을 완화하고 안정한 상태로 수축시켜 분자쇄를 안정화시킬 목적으로 열고정을 하기도 한다. 열고정 공정은 내염화 공정 초반 섬유의 수축 및 이완에 따른 길이 변화를 최소화하는데 도움을 줄 수 있어 공정 안정성에 기여한다는 차원에서 적극적으로 이용하는 경향이 있다. 열고정 온도는 섬유의 함수율, 습윤 상태에서의 유리전이온도(Tg) 및 융점(T m) 및 수축율 등을 고려하여 결정할 수 있다.

상기 붕소화합물 처리하는 단계 이후, 120 내지 200℃로 상기 섬유를 핫 롤러(hot roller)로 열고정(Heat Setting) 하는 것일 수 있다. Hot Roller를 이용한 열고정을 통해 붕소화합물의 부착내구성을 높일 수 있으므로 소성 공정을 통과하는 과정에서 질화붕소의 윤활성 및 이형성 등의 이용효율을 높이는데 도움을 줄 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 고탄성율 흑연섬유의 제조방법을 나타낸 모식도로,고탄성율 흑연섬유 제조를 위해 필요한 전구체 섬유 제조공정의 일부로서 질화붕소 수용액을 처리하는 공정을 전후한 공정을 나타낸 모식도이다. 도 1을 참조하면, 스팀연신기(1)와 Draw Roller(2)를 이용하여 스팀에 의한 연신이 완료된 섬유는 붕소화합물(예를 들어, 질화붕소액)이 담겨있는 Bath(3)를 지나며 회전하는 Roller와 Touch 방식에 의해 붕소화합물이 섬유표면에 묻게된 다음, Zigzag bar(5)를 통과하면서 붕소화합물은 섬유와 섬유 사이로 침투하여 더욱 균일하게 처리된다. 이후 붕소가 함유된 섬유는 Hot Roller(6)를 이용하여 열고정되어 물리적으로 안정한 섬유로 제조될 수 있다.

본 발명에 의해 얻어진 질화붕소 함유 전구체 섬유는 부착내구성이 뛰어나서 소성 공정 전반에서의 모우발생을 억제할 뿐만 아니라 흑연화섬유로 전환하면, 동일한 흑연화 공정온도에서 붕소의 촉매효과로 더 높은 탄성율을 가진 흑연섬유의 제조가 가능하다.

이하 본 발명에 따르는 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

[실시예]

< 흑연섬유의 강도 및 탄성율 >

흑연섬유의 강도 및 탄성율은 JIS R 7601에 준하여 함침 스트랜드법으로 구하였다.

< 모우 상태 >

흑연섬유의 모우상태는 흑연화공정을 통과한 후, 공정중의 모우상태로서 다음과 같은 단계로 평가한다.

모우상태 : 양호 ◎→ ○ → △ →X → XX 불량

< 붕소 함유량 >

섬유중의 붕소함유량은 시료 50 mg과 탄산나트륨 1 g을 백금도가니에 넣고 천천히 가열하여 녹인 후, 증류수로 용해한 다음 50 ㎖을 준비한다. 이 액을 유도결합플라즈마(ICP) 분광분석기를 이용해서 붕소 고유 파장에서의 붕소량을 정량 분석하였다.

<실시예 1 내지 4>

아크릴로니트릴(AN) 99 중량%, 메타크릴산(MAA) 1 중량%로 구성되는 단량체 성분을 디메틸슬폭사이드(DMSO)를 용매로 하는 용액중합법에 의해 아조이소부티로니트릴(AIBN)을 개시제로 사용해서 라디칼 중합하였다.

이때, 단량체농도는 전체 주입량에 대해 20.0 중량%이며, 중합을 통해 고유점도 [η]=1.80, 용액의 점도 650 poise (@ 45℃ 측정)인 중합체를 얻었다.

이것을 직경 0.15 mm, 홀수 3000인 노즐을 통해서 일단 공기중에서 토출하고 이어서 응고욕 농도 30%, 응고욕 온도 15℃의 디메틸슬폭사이드(DMSO) 수용액 중으로 견인하여 응고시켰다. 응고사는 40 내지 80℃ 범위의 온수로 다단으로 형성된 Bath를 통과하며 수세하여 응고사 내부의 용매가 충분히 빠져나오도록 유도하였고, 90℃ 및 95℃로 각각 조정된 열수 Bath에서 1차 연신하여 연신사를 제조하였다. 이후 아미노변성 실리콘을 주성분으로 하는 유제를 처리하고, Hot Roller의 표면온도를 이용하여 섬유가 건조와 동시에 수축하게 유도하여 치밀화가 되도록 하였다.

건조치밀화가 완료된 건조사를 스팀연신기와 Draw Roller를 이용하여 스팀을 이용한 2차 연신을 실시하여 전체 연신배율이 11.0 배가 되도록 조정하였다. 연신이 완료된 스팀연신사는 20 중량%의 질화붕소을 함유한 수용액이 담겨있는 Bath 내부의 회전 Roller 표면과 Touch 방식에 의해 질화붕소액이 섬유표면에 묻게 된다. 이어서 섬유에 묻은 질화붕소액이 섬유내부로 균일하게 침투될 수 있도록 5 개의 직경 8 mm 경면 스테인레스 스틸 봉으로 구성된 Zigzag bar를 통과시킨다.

다음으로 직경 600 mm인 Hot Roller를 통과하며, Roller 온도는 120℃ 부터 190℃까지 단계별로 설정하였다. Hot Roller 회전속도를 조정하여 수축율 0.75% 이며, 섬유 직경 9.2㎛인 전구체 섬유를 제조하였다.

이와 같이 제조된 섬유중의 붕소의 함유량은 0.90 중량%로 되었다. 수득된 전구체 섬유를 공기 중 240 내지 280℃ 범위에서 연신비 0.98 배로 내염화한 후, 질소가스 중에서 최고 온도 1,500℃에서 연신비 1.02 배로 탄소화하였다. 수득된 탄소섬유를 질소분위기의 흑연화로에 도입하였고, 하기 표 1과 같은 2,200℃, 2,400℃, 2,600℃, 2,800℃의 각각의 온도 조건에서 각 온도별 적절한 연신비로 처리하여 강도, 탄성율 및 모우상태를 확인한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

<비교예 1 내지 4 >

비교예 1 내지 4는 질화붕소를 처리하지 않은 경우이며, 그 외 조건은 실시예와 동일한 조건으로 전구체 섬유 및 흑연섬유를 제조하였다.

[표 1]

상기 표 1은 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 흑연섬유의 탄성율, 강도 및 모우상태를 나타낸 것이다.

표 1을 참조하면, 2,200℃, 2,400℃, 2,600℃, 2,800℃의 각 흑연화 온도에서 본 발명의 실시예 1 내지 4의 흑연섬유의 탄성율, 강도 및 모우 상태가 질화붕소를 처리하지 않은 비교예 1 내지 4에 비해 더 우수한 것을 확인할 수 있었다.

1 : 스팀연신기
2 : Draw Roller
3 : Touch Roller & Bath
4 : 질화붕소 수용액 탱크
5 : Zigzag Bar
6 : Hot Roller
7 : 전구체섬유

Claims (7)

1. 95 중량% 이상의 아크릴로니트릴 단량체 및 0.1 중량% 이상의 카르복실기 함유 비닐계 단량체를 용액중합하여 중합체를 제조하는 단계;
   상기 중합체를 노즐을 통해 토출하고 응고시켜 섬유를 형성하는 단계;
   상기 섬유를 스팀연신하는 단계;
   상기 스팀연신한 섬유 표면을 붕소화합물 처리하는 단계;
   상기 처리된 섬유를 권취하여 전구체 섬유를 제조하는 단계; 및,
   상기 전구체 섬유를 흑연화하는 단계를 포함하는 고탄성율 흑연섬유의 제조방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 용액중합하는 단계는 상기 95 내지 99.9 중량%의 아크릴로니트릴 단량체 및 0.1 내지 5 중량%의 카르복실기 함유 비닐계 단량체를 용액중합하는 것을 특징으로 하는 고탄성율 흑연섬유의 제조방법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 스팀연신한 후 섬유의 평균 직경은 8.5 내지 12.0 ㎛인 것을 특징으로 하는 고탄성율 흑연섬유의 제조방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 붕소화합물 처리하는 단계는,
   상기 붕소화합물을 물 또는 알코올에 분산시켜 액체 상태로 상기 섬유에 직접 접촉하는 방식인 것을 특징으로 하는 고탄성율 흑연섬유의 제조방법.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 붕소화합물 처리하는 단계 이후, 120 내지 200℃로 상기 섬유를 열고정(Heat Setting) 하는 것을 특징으로 하는 고탄성율 흑연섬유의 제조방법.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 붕소화합물은 질화붕소 또는 질화붕소 나노튜브(BNNTs)인 것을 특징으로 하는 고탄성율 흑연섬유의 제조방법.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 전구체 섬유에 함유된 붕소량은 0.01 내지 5 중량%인 것을 특징으로 하는 고탄성율 흑연섬유의 제조방법.