KR101970980B1 - High electric conductive carbon fiber and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
2차원 탄소계 분자들이 서로 공유결합된 것을 특징으로 하는 고전도성 탄소섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.Wherein the two-dimensional carbon-based molecules are covalently bonded to each other, and a method for manufacturing the same.
Description
본 발명은 고전도성 탄소섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로, 2차원 탄소계 분자를 포함하는 방사용액을 방사 후 통전열처리하여 우수한 결정성, 전도성 및 신축성을 갖는 고전도성 탄소섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a highly conductive carbon fiber and a method of manufacturing the same. Specifically, the present invention relates to a highly conductive carbon fiber having excellent crystallinity, conductivity, and stretchability by spinning and heat-treating a spinning solution containing two-dimensional carbon-based molecules, and a method for producing the same.
탄소섬유는 일반적으로 강철보다 1/5 가볍고, 강도는 10배 강할 뿐만 아니라 전도성, 내열성, 치수안정성 및 내화학 약품성 등 우수한 특성을 가지고 있는 고강도 및 고탄성 첨단소재로서 항공우주, 방산 및 반도체 등 고부가 복합재료의 핵심소재로 사용되고 있다. 더불어 탄소섬유는 금속의 고강도 및 전도성, 비철금속 의 고강도 및 경량성, 세라믹의 내열성 및 내화학성, 플라스틱의 경량성의 장점들을 모두 가지고 있고 다른 소재와의 융복합화가 우수하여 전산업에 다양하게 사용되고 있다. 탄소섬유는 경량화를 선도하는 재료로 사용될 수 있기 때문에 환경, 에너지 및 나노분야에서 각광을 받는 차세대 핵심소재로써 탄소섬유의 응용이 활발히 전개될 것으로 예측된다. 이와 같은 탄소섬유는 원료, 섬유화 방법 그리고 열처리 온도에 따라 기계적인 물성과 전도성이 결정될 수 있다. 일반적으로 탄소섬유는 Rayon계와 PAN계는 습식방사, 피치계는 용융방사과정을 거쳐 섬유를 제조 하고 이를 안정화 공정에서 용융온도를 상승시킨 다음 500~1,000℃에서 저온탄화, 1,000~1,500℃에서 고온탄화 및 2,400~3,000℃에서 흑연화 과정을 통하여 용도에 적합한 제품을 생산하게 된다. 상기안정화 공정은 산소와 섬유가 반응하여 탈수소화 반응과 고리화 반응을 일으켜 섬유의 분자 구조를 보다 안정하게 만드는 공정으로 탄소섬유 제조공정에서 열을 이용한 안정화 공정이 전체 공정 시간의 대부분을 차지하므로, 안정화 공정 시간을 줄이려는 다양한 시도가 있어왔다.Carbon fiber is a high-strength and high-elasticity high-tech material that is generally 1/5 lighter than steel and 10 times stronger than steel, and has excellent properties such as conductivity, heat resistance, dimensional stability and chemical resistance. It is used as the core material of the material. In addition, carbon fiber has advantages of high strength and conductivity of metal, high strength and light weight of nonferrous metal, heat resistance and chemical resistance of ceramic, and light weight of plastic, and it is used variously in all industries because of excellent fusion with other materials. Since carbon fiber can be used as a material leading to light weight, it is expected that application of carbon fiber will be actively developed as a core material of next generation receiving the spotlight in environment, energy and nano field. Such carbon fibers can be determined by mechanical properties and conductivity depending on the raw material, the fibrous method and the heat treatment temperature. Generally, carbon fiber is produced by wet spinning of Rayon type and PAN type, melt spinning process of pitch type, and the fiber is prepared by raising the melting temperature in the stabilization process. The carbon fiber is then subjected to low temperature carbonization at 500-1,000 ° C., Carbonization and graphitization at 2,400 ~ 3,000 ℃ to produce products suitable for use. In the stabilization process, oxygen and fiber react with each other to cause a dehydrogenation reaction and a cyclization reaction, thereby stabilizing the molecular structure of the fiber. The stabilization process using heat in the carbon fiber manufacturing process occupies most of the entire process time, Various attempts have been made to reduce the stabilization process time.
이러한 열 안정화 공정 대신에 RF(radio frequency), 마이크로파(Microwave) 또는 펄스(Pulse)전원을 이용하여 발생시킨 플라즈마를 이용하여, 섬유와 반응하는 산소의 반응 속도를 증대시켜 빠른 반응이 일어나도록 하려는 많은 연구가 있었다.In place of the thermal stabilization process, a plasma generated using a radio frequency (RF), a microwave, or a pulsed power source is used to increase the reaction rate of oxygen reacting with the fiber, There was research.
그러나 일반적인 열 안정화 공정 또는 플라즈마 등을 이용한 안정화 공정에 있어서 사용하는 섬유의 다발수가 많을 경우, 다발의 안쪽까지 열이나 산소종이 충분히 깊숙이 침투하여 반응하기 어려워 바깥쪽 섬유가닥에 비해 안쪽 섬유 가닥의 안정화가 완전히 이루어지지 않는 경우가 발생하며 이 경우 탄화 공정 후 완성되는 탄소섬유의 강도가 현저히 저하되는 등 전체적인 품질 저하가 발생하게 된다.However, when the number of bundles of fibers used in a stabilization process using a general thermal stabilization process or a plasma or the like is large, heat or oxygen species penetrate deeply into the bundle and it is difficult to react, so that stabilization of the inner fiber strands And in this case, the quality of the finished carbon fiber is remarkably lowered after the carbonization process, resulting in a deterioration in overall quality.
또한, 탄소섬유를 탄화하여 제조하기 위해서는 고온로에서 대류 가열로 열처리가 이루어진다. 이 공정에서는 균일한 품질과 원가절감을 위해서 수천 톤 이상의 양산공정으로 이루어지며 주로 복합재료의 보강재로 사용되는 것이 일반적이어서 특수한 기능을 필요로 하지 않는다.Further, in order to carbonize the carbon fiber, heat treatment is carried out by convection heating in a high temperature furnace. In this process, mass production process of more than several thousand tons is performed for uniform quality and cost reduction, and it is generally used as a reinforcing material of composite material, so that special function is not required.
그러나 최근에는 나노 탄소재료가 개발되면서 그 특수한 성능을 이용한 응용분야가 예상되고 있다. 그 중에 흡착과 전기 전도성이 중요하게 이용되는 센서분야, 신축특성이 중요한 특성으로 여겨지는 웨어러블분야 및 플렉시블분야 등이 두각을 드러내고 있다. 이러한 분야에선 그 특수 목적에 맞춘 물성이 요구되고 있으며 그 사용분야는 다양하기는 하지만 톤 단위로 큰 물량이 필요한 상황은 아니다.However, recently, as nano carbon materials have been developed, application fields using the specific performance are expected. Among them, sensor field where absorption and electric conductivity are importantly used, wearable field and flexible field where expansion and contraction characteristics are considered as important characteristics are highlighted. In these fields, the material properties required for the specific purpose are required, and although the application fields are various, it is not a situation where a large quantity of tonnes is required.
이렇게 소량의 특수 목적에 맞도록 나노 탄소물질로부터 탄소섬유를 제조하기 위해서는 그 탄화 공정이 단순하고 에너지가 절약되는 공정으로 개발하는 것이 필요한 실정이다.In order to manufacture carbon fiber from nano carbon material to meet such a small amount of special purpose, it is necessary to develop carbon fiber process as simple and energy saving process.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 통전열처리를 통하여 탄소섬유에 인가되는 전압의 변화를 주면서 탄소섬유의 결정성과 물리적인 특성을 간단하게 제어 할 수 있는 고전도성 탄소섬유 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.In order to solve the above-mentioned problems, an object of the present invention is to provide a high-conductivity carbon fiber which can control the crystallinity and physical properties of carbon fibers while changing the voltage applied to the carbon fibers through the energization heat treatment, .
본 발명의 또 다른 목적은 탄화공정이 단순하고 에너지가 절약되는 공정으로 2차원 탄소계 분자의 발열하는 특성으로 열처리하여 우수한 전도성, 강도 및 신축성을 갖는 고전도성 탄소섬유 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a highly conductive carbon fiber having excellent conductivity, strength and stretchability by heat-treating the two-dimensional carbon-based molecule as a heat-generating characteristic in a simple carbonization process and energy saving process, and a method for manufacturing the same .
상기 목적을 달성하기 위하여 연구한 결과, 본 발명에 따른 고전도성 탄소섬유의 제조방법은 a) 2차원 탄소계 분자 방사용액을 방사하여 방사섬유를 얻는 단계; 및 b) 상기 환원된 방사섬유를 불활성 기체 하에서 통전열처리하여 탄소섬유를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.According to the present invention, there is provided a method for producing a highly conductive carbon fiber, comprising the steps of: a) spinning a two-dimensional carbon-based molecular spinning solution to obtain a spinning fiber; And b) subjecting the reduced spinning fiber to a heat treatment under an inert gas atmosphere to produce a carbon fiber.
상기 방사섬유를 불활성 기체 하에서 저온열처리하여 환원하는 단계;를 더 포함할 수 있다.And a step of subjecting the spinning fiber to a low temperature heat treatment under an inert gas to reduce the spinning fiber.
상기 통전열처리는 방사섬유에 50 내지 1,000V의 전압을 인가하는 것일 수 있다.The energization heat treatment may be performed by applying a voltage of 50 to 1,000 V to the spinning fiber.
상기 2차원 탄소계 분자를 포함하는 방사용액 총 중량에 대하여, 2차원 탄소계 분자 0.1 내지 80중량% 포함할 수 있다.And 0.1 to 80% by weight of the two-dimensional carbon-based molecule with respect to the total weight of the spinning solution containing the two-dimensional carbon-based molecule.
상기 저온열처리는 300 내지 500℃에서 수행하는 것일 수 있다.The low temperature heat treatment may be performed at 300 to 500 ° C.
본 발명에 따른 고전도성 탄소섬유는 2차원 탄소계 분자들이 서로 공유결합된 것을 특징으로 할 수 있다.The high-conductivity carbon fibers according to the present invention may be characterized in that two-dimensional carbon-based molecules are covalently bonded to each other.
상기 2차원 탄소계 분자는 판상의 액정상 구조일 수 있다.The two-dimensional carbon-based molecule may be a plate-like liquid crystal phase structure.
상기 공유결합은 통전열처리에 의해 2차원 탄소계 분자들이 sp2 및 sp3로 공유결합된 것일 수 있다.The covalent bond is formed by conducting heat treatment to form two-dimensional carbon-based molecules sp 2 and sp 3 .
상기 고전도성 탄소섬유는 전기전도도가 100 내지 105 S/m이고, 인장탄성률이 100 내지 300GPa으로 신축성을 가질 수 있다.The highly conductive carbon fiber may have elasticity with an electric conductivity of 100 to 10 5 S / m and a tensile elastic modulus of 100 to 300 GPa.
본 발명에 따른 탄소섬유는 통전열처리에 의해 2차원 탄소계 분자들이 서로 공유결합된 탄소섬유에 전압을 인가하여 발열시킴으로써 라디칼 반응을 유도하여 제조됨에 따라 전도성, 결정성 및 강도가 우수하다는 장점이 있다.The carbon fiber according to the present invention has an advantage of being excellent in conductivity, crystallinity and strength as it is produced by applying a voltage to a carbon fiber in which two-dimensional carbon-based molecules are covalently bonded to each other by conduction heat treatment to generate a radical reaction .
또한, 상기 탄소섬유는 탄화 과정에서 전압을 인가하여 통전시킴으로 열을 발생시켜 대류 열처리에 비하여 에너지 소모를 절감하고 소량생산이 가능하게 되어 용도에 적합하게 기계적 물성, 전도성 및 층상구조를 제어할 수 있다는 장점이 있다.In addition, the carbon fiber generates heat by applying voltage during the carbonization process, thereby reducing energy consumption and producing a small amount of the carbon fiber compared to the convection heat treatment, so that the mechanical properties, conductivity and layer structure can be controlled There are advantages.
또한, 2차원 탄소계 분자로부터 제조된 탄소섬유는 판상으로 적층구성을 가지고, 기공이 발달되어 신축성이 우수하다는 장점이 있다.In addition, the carbon fibers produced from the two-dimensional carbon-based molecules have a laminated structure in a plate shape, and the pores are developed, so that the carbon fibers are excellent in stretchability.
또한, 액정성을 가지는 2차원 탄소계 물질로부터 층상 구조(Hierarchical structure)를 갖는 탄소섬유를 제조할 수 있으며, 이는 액정성이 없는 탄소소재로부터 제조된 탄소섬유 대비 현격하게 증가된 전기전도도를 가질 수 있다는 장점이 있다. In addition, a carbon fiber having a hierarchical structure can be produced from a two-dimensional carbonaceous material having a liquid crystal property, which can have a significantly increased electric conductivity as compared with carbon fibers produced from a carbon material having no liquid crystal property .
이하 실시예를 통해 본 발명에 따른 고전도성 탄소섬유 및 이의 제조방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 참조일 뿐 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현 될 수 있다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a highly conductive carbon fiber according to the present invention and a method for producing the same will be described in more detail with reference to the following examples. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention.
또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고, 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고전도성 탄소섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.In order to accomplish the above object, the present invention relates to a highly conductive carbon fiber and a method of manufacturing the same.
본 발명을 구체적으로 설명하면, 다음과 같다.The present invention will be described in detail as follows.
본 발명에 따른 고전도성 탄소섬유의 제조방법은 a) 2차원 탄소계 분자를 포함하는 방사용액을 방사하여 방사섬유를 얻는 단계; 및 b) 상기 환원된 방사섬유를 불활성 기체 하에서 통전열처리하여 탄소섬유를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.A method for producing a highly conductive carbon fiber according to the present invention comprises the steps of: a) spinning a spinning solution containing two-dimensional carbon-based molecules to obtain a spinning fiber; And b) subjecting the reduced spinning fiber to a heat treatment under an inert gas atmosphere to produce a carbon fiber.
본 발명에 따른 상기 2차원 탄소계 분자는 그래핀계 물질일 수 있다. 바람직하게는 그래핀(RG, Reduced Graphene), 환원된 산화 그래핀(RGO, Reduced Graphene Oxide), 그래핀(Graphene) 및 산화 그래핀(GO, Graphene Oxide)등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다. 바람직하게는 우수한 액정상을 나타내기 위하여 2차원 탄소계 분자는 그래핀 산화물을 포함할 수 있다.The two-dimensional carbon-based molecule according to the present invention may be a graphene-based material. Preferably one or a mixture of two or more selected from RG (Reduced Graphene), Reduced Graphene Oxide (RGO), Graphene and Graphene Oxide . Preferably, the two-dimensional carbon-based molecule may include graphene oxide to exhibit an excellent liquid crystal phase.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 산화 그래핀은 그래핀 옥사이드, 산화 그래핀, 산화된 그래핀 등과 같은 의미로 사용될 수 있다. 나아가 이러한 산화 그래핀은 통상적으로 이용되는 산화 그래핀 제조방법을 통하여 제조된 것인 경우 제한이 없으나, 구체적으로 흑연 등의 탄소 물질을 산화시키는 방법으로 제조할 수 있다. 더욱 구체적으로는 그래파이트를 Hummer’s 방법, Brodie’s 방법 또는 Staudenmaier 방법 등의 산화방법을 이용하여 산화시키는 방법으로 제조된 것을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention, the graphene oxide may be used in the same meaning as graphene oxide, oxidized graphene, oxidized graphene, or the like. Further, such an oxide graphene can be produced by a method of oxidizing a carbon material such as graphite, though there is no limitation as long as it is produced through a commonly used oxidative graphene production method. More specifically, there may be used, but not limited to, those produced by a method of oxidizing graphite using an oxidation method such as Hummer's method, Brodie's method or Staudenmaier method.
본 발명의 일 양태에 따라 2차원 탄소계 분자는 산화된 정도가 탄소:산소 원소비가 1:0.1 내지 1:2일 수 있고, 바람직하게는 1:0.2 내지 1:1.5일 수 있고, 더 바람직하게는 1:0.2 내지 1:1일 수 있다. 상기와 같이 탄소:산소 원소비를 갖는 2차원 탄소계 분자로 방사용액을 제조할 경우 낮은 점도를 유지할 수 있어 겔화를 방지하고 더 높은 함량의 2차원 탄소계 분자를 방사용액 내에 함유할 수 있어 바람직하다. According to one embodiment of the present invention, the degree of oxidation of the two-dimensional carbon-based molecule may be 1: 0.1 to 1: 2, preferably 1: 0.2 to 1: 1.5, May be from 1: 0.2 to 1: 1. As described above, when a spinning solution is prepared with a two-dimensional carbon-based molecule having a carbon: oxygen source consumption, low viscosity can be maintained, gelation can be prevented, and a higher content of two-dimensional carbon- Do.
또한, 본 발명의 일 양태에 따라 2차원 탄소계 분자는 앞서 언급한 바와 같이 액정성을 갖는 것일 수 있다. 이처럼 액정성을 가지는 2차원 탄소계 분자로부터 섬유를 제조할 시, 층상 구조(Hierarchical structure)를 갖는 탄소섬유를 제조할 수 있으며, 이는 액정성이 없는 탄소물질로부터 제조된 탄소섬유 대비 전기전도도를 현저하게 향상시킬 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the two-dimensional carbon-based molecule may have liquid crystallinity as mentioned above. When a fiber is produced from a two-dimensional carbon-based molecule having such liquid crystal properties, a carbon fiber having a hierarchical structure can be produced, and the electric conductivity of the carbon fiber produced from a carbon material having no liquid crystal property .
본 발명의 일 양태에 따라 상기 2차원 탄소계 분자는 최장직경과 두께의 비율인 최장직경/두께비가 30 이상일 수 있다. 바람직하게는 10,000 내지 500,000인 것일 수 있다. 더 바람직하게는 10,000 내지 100,000인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 최장직경/두께비인 2차원 탄소계 분자를 사용할 경우 액정성을 나타내기 위한 임계농도로 제조될 수 있어 액정상을 나타내고, 방사용액 내에 분산성이 우수하여 바람직하다. According to an embodiment of the present invention, the two-dimensional carbon-based molecule may have a maximum diameter / thickness ratio of 30 or more, which is a ratio of the longest diameter to the thickness. And preferably 10,000 to 500,000. More preferably 10,000 to 100,000, but is not limited thereto. When the two-dimensional carbon-based molecules having the longest diameter / thickness ratio are used, they can be prepared with a critical concentration for exhibiting liquid crystallinity and thus exhibit a liquid crystal phase and are preferable because of excellent dispersibility in the spinning liquid.
또한, 상기 방사용액은 일 양태에 따라 2차원 탄소계 분자가 용매에 분산된 것일 수 있으며, 상기 용매는 예를 들어 물, 에테르계 용매, 에스테르계용매, 알코올계 용매, 방향족 용매, 지환족 용매, 헤테로방향족 용매, 헤테로지환족 용매, 알칸계 용매, 케톤계 용매, 아민계 용매 및 할로겐화 용매 등에서 선택될 수 있다. 구체적으로는 물, 클로로포름, 아세톤, 메탄올, 에탄올, 메톡시에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 이소부탄올, 벤젠, 톨루엔, 시클로 헥산(cyclohexane), 노말 헥산(n-hexane), 피리딘, 퀴놀린, 에틸렌글리콜, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, N-메틸피롤리돈, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 및 테트라하이드로퓨란, 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트 및 3-메톡시-3-메틸 부틸 아세테이트 등에서 선택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, the spinning solution may be one in which a two-dimensional carbon-based molecule is dispersed in a solvent according to an embodiment, and the solvent may be, for example, water, ether solvent, ester solvent, alcohol solvent, aromatic solvent, , A heteroaromatic solvent, a heteroaliphatic solvent, an alkane solvent, a ketone solvent, an amine solvent, a halogenated solvent, and the like. Specific examples thereof include water, chloroform, acetone, methanol, ethanol, methoxyethanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutanol, benzene, toluene, cyclohexane, n-hexane, pyridine, quinoline, , Dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, acetone, methylethylketone, methylisobutylketone and tetrahydrofuran, ethyl acetate, butyl acetate and 3-methoxy-3-methylbutyl acetate But is not limited thereto.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 방사용액은 2차원 탄소계 분자와 용매 외에 액정성 방향족 화합물을 더 포함할 수 있다. 구체적으로는 상기 방사용액은 2차원 탄소계 분자와 용매를 포함하는 용액과 액정성 방향족 화합물을 포함하는 액정성 방향족 화합물 용액을 혼합한 혼합용액을 사용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the spinning solution may further comprise a liquid crystalline aromatic compound in addition to the two-dimensional carbon-based molecules and the solvent. Specifically, as the spinning solution, a mixed solution obtained by mixing a solution containing a two-dimensional carbon-based molecule and a solvent and a liquid crystalline aromatic compound solution containing a liquid crystalline aromatic compound may be used.
종래에 2차원 탄소계 분자는 용매에 용해하였을 때, 최대 1중량%이상 포함하면 겔화가 발생하여 고농도로 2차원 탄소계 분자를 방사하여 섬유화하는데 어려움이 있었다. 그러나 상기와 같이 방사용액에 액정성 방향족 화합물을 더 포함할 경우 2차원 탄소계 분자를 고농도, 고밀도로 구성할 수 있어 결정성이 높은 탄소섬유가 제조되어 더욱 우수한 전기전도성을 가질 수 있다.Conventionally, when the two-dimensional carbon-based molecules are dissolved in a solvent, gelation occurs when they are contained in an amount of 1 wt% or more at the maximum, which makes it difficult to spin the two-dimensional carbon-based molecules at a high concentration to form fibers. However, when a liquid aromatic aromatic compound is further contained in the spinning solution as described above, the two-dimensional carbon-based molecules can be formed at a high concentration and a high density, so that carbon fibers having high crystallinity can be produced and have excellent electrical conductivity.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 액정성 방향족 화합물은 MALDI-TOF로 측정된 평균분자량이 100 내지 2,000 Da, 바람직하게는 100 내지 1,000 Da인 다환 방향족 화합물일 수 있다. 본 발명에 따른 액정성 방향족 화합물은 상기와 같은 분자량을 가질 경우 2차원 탄소계 분자에 용융특성을 부여하고, 용융온도를 제어할 수 있다. 또한, 상기 액정성 방향족 화합물은 다환 방향족 구조를 가짐에 따라 용융점 이상에서 유동성을 부여할 수 있어 바람직하다.According to one embodiment of the present invention, the liquid crystalline aromatic compound may be a polycyclic aromatic compound having an average molecular weight measured by MALDI-TOF of 100 to 2,000 Da, preferably 100 to 1,000 Da. When the liquid crystalline aromatic compound according to the present invention has a molecular weight as described above, the two-dimensional carbon-based molecules can be given a melting property and the melting temperature can be controlled. In addition, since the liquid crystalline aromatic compound has a polycyclic aromatic structure, fluidity can be imparted at a melting point or higher, which is preferable.
상기 액정성 방향족 화합물은 방향족환이 3개 이상인 다환 방향족 구조를 가질 수 있다. 구체적으로는 3 내지 10개의 방향족환으로 이루어진 다환 방향족 구조일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The liquid crystalline aromatic compound may have a polycyclic aromatic structure having three or more aromatic rings. Specifically, it may be a polycyclic aromatic structure composed of 3 to 10 aromatic rings, but is not limited thereto.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 액정성 방향족 화합물은 구체적인 예를 들어, 석유계 액정성 방향족 화합물인 FCC-DO(fluidized catalytic cracking-decant oil) 및 석탄계 액정성 방향족 화합물인 콜타르 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 액정성 방향족 화합물은 반데르발스 상호작용을 이용하여 2차원 탄소계 분자 층간에 인터칼레이션되면서 액정상이 형성되면, 용융이 가능한 열방성 액정상을 형성시킬 수 있다. 상기 액정성 방향족 화합물의 방향화도는 본 발명에서 한정하지 않으나 탄화수율 향상을 위하여 방향화도가 0.6 내지 0.9 일 수 있다. 상기와 같이 방향화도를 갖는 액정성 방향족 화합물의 경우 통전열처리 시 안정성이 우수하여 높은 결정성으로 탄화 후 우수한 열 및 전기전도특성을 나타낼 수 있어 바람직하다.According to an embodiment of the present invention, the liquid crystalline aromatic compound may be any one selected from among petroleum-based liquid crystalline aromatic compounds such as FCC-DO (fluidized catalytic cracking-decant oil) and coal- But is not limited thereto. When the liquid crystalline aromatic compound is intercalated between the two-dimensional carbon-based molecular layers by using van der Waals interaction and a liquid crystal phase is formed, a melted thermotropic liquid crystal phase can be formed. The degree of orientation of the liquid crystalline aromatic compound is not limited to the present invention but may be from 0.6 to 0.9 in order to improve the hydrocarbon yield. The liquid crystalline aromatic compound having the degree of orientation as described above is excellent in stability during the conduction heat treatment and can exhibit excellent heat and electric conduction characteristics after carbonization with high crystallinity.
본 발명에 따른 상기 FCC-DO는 정유 공정에서 생성된 진공 가스 오일로 유동 촉매 크래킹(fluid catalytic cracking) 공정을 거쳐 LPG, 휘발유, 경유 등을 제조하고 남은 부산물을 말한다.The FCC-DO according to the present invention refers to a by-product remaining after manufacturing LPG, gasoline, light oil, etc. through a fluid catalytic cracking process with vacuum gas oil generated in the refining process.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 콜타르는 석탄을 900 내지 1,200℃에서 건류했을 때 부산물로 생성되는 다갈색 또는 흑색의 점성이 높은 액상 물질로서 조성이 다양하며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상을 선택하여 포함할 수 있다.The coal tar according to an embodiment of the present invention is a black brown or black highly viscous liquid material which is produced as a by-product when coal is carbonized at 900 to 1,200 ° C. The composition is various and one or more of them is selected and included can do.
상기와 같은 액정성 방향족 화합물을 직접 원료로 사용하면서도 용제 추출 및 촉매를 제거하는 공정이 없이 고전도성 및 액정성을 갖는 탄소섬유를 제조할 수 있다.It is possible to produce a carbon fiber having high conductivity and liquid crystallinity without using a liquid crystalline aromatic compound as a raw material directly and without a solvent extraction and a catalyst removal process.
상기 2차원 탄소계 분자와 용매를 포함하는 용액과 액정성 방향족 화합물 용액은 동일한 용매를 사용할 수 있으며, 상이한 용매를 사용할 경우 두 용매간의 상용성이 우수하여 혼합되는 용매를 사용할 수 있다.The solution containing the two-dimensional carbon-based molecule and the solvent and the liquid crystalline aromatic compound solution may use the same solvent, and when different solvents are used, a solvent which is excellent in compatibility between the two solvents can be used.
본 발명에 따른 상기 방사용액은 2차원 탄소계 분자와 액정성 방향족 화합물을 1:0.5 내지 1:5 중량비로 포함할 수 있고, 바람직하게는 2차원 탄소계 분자와 액정성 방향족 화합물은 1:0.5 내지 1:3 중량비로 포함할 수 있다. 상기와 같이 결합되면 방사 시 유동성 및 방사성이 향상되고, 액정상을 나타낼 수 있어 바람직하다.The spinning solution according to the present invention may contain a two-dimensional carbon-based molecule and a liquid-crystalline aromatic compound in a weight ratio of 1: 0.5 to 1: 5, and preferably the two-dimensional carbon-based molecule and the liquid- To 1: 3 by weight. When combined as described above, fluidity and radioactivity during spinning are improved and a liquid crystal phase can be exhibited, which is preferable.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 방사는 습식 방사, 전기 방사 및 용융 방사 등에서 선택될 수 있다.According to one aspect of the present invention, the radiation may be selected from wet spinning, electrospinning and melt spinning.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 습식 방사는 방사용액에 압력을 가하여 작은 방사 구금을 통하여 섬유가 응고되는 응고욕 속으로 방사시켜 응고욕 내에서 응고되도록 하여 응고욕 속으로 용매의 확산에 의한 고화가 진행되어 침출됨에 따라 섬유가 형성되도록 하는 방법이다. According to one aspect of the present invention, the wet spinning is performed by applying a pressure to a spinning solution, spinning it into a coagulating bath where the fibers are coagulated through a small spinneret, and solidifying in a coagulating bath so that solidification by diffusion of the solvent into the coagulating bath So that the fibers are formed as they progress and leach out.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 방사용액의 방사 온도는 -5 내지 50 ℃일 수 있고, 바람직하게는 0 내지 40 ℃ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 방사용액의 방사 시 압력은 1 내지 50 psi 범위일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 응고액의 온도는 방사되는 섬유의 응고를 위하여 -5 내지 50 ℃일 수 있고, 바람직하게는 0 내지 40 ℃, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 응고액은 용매는 증류수, 응고액은 염화칼슘(CaCl2)수용액, N-메틸피롤리돈, 포름아마이드, 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올메틸설폭사이드, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, 세트리모늄 브로마이드, 에틸아세테이트 및 아세톤 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, 상기 방사용액의 용매와 응고액의 종류는 상이한 것을 사용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the spinning temperature of the spinning solution may be -5 to 50 ° C, preferably 0 to 40 ° C, but is not limited thereto. In addition, the spinning pressure of the spinning solution may be in the range of 1 to 50 psi, but is not limited thereto. The temperature of the coagulating solution may be -5 to 50 캜, preferably 0 to 40 캜, for the coagulation of the spinning fiber, but is not limited thereto. The coagulating solution may be prepared by dissolving distilled water in a solvent and water in an aqueous solution of calcium chloride (CaCl 2 ), N-methylpyrrolidone, formamide, water, methanol, ethanol, propanol methylsulfoxide, dimethylformamide, dimethylacetamide Ruthenium bromide, ethyl acetate, acetone, and the like can be used. The solvent of the spinning solution may be different from that of the coagulating solution.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 전기방사는 구체적인 예를 들어, 방사용액에 양(+) 전압을 인가하여 용매는 휘발되고 동시에 2차원 탄소계 분자의 섬유 구조로 제조될 수 있다. 전기 방사된 섬유는 전기장에 의하여 상대적으로 음(-) 전하를 가진 수집기에 의하여 수집된다. 전기 방사시의 양(+) 전압 및 음(-) 전압은 탄소물질 및 용매에 따라 적절히 선택될 수 있다. 또한, 전기방사 시 거리 당 인가전압(kV/cm), 용액 주사량(mL/min, mL/h, l/h), 분사구(nozzle, needle)에 의하여 두께 조절, 제조되는 섬유의 질 등이 결정될 수 있다. 전기방사 시 양(+)의 인가전압은 수집기와 분사구 사이의 거리에 의하여 조절되는데, 예를 들면 특별히 제한되지는 않지만, 6 내지 50 kV, 더욱 바람직하게는 6 내지 15 kV일 수 있고, 상기 분사구와 수집기의 거리는 8 내지 20 cm, 바람직하게는 10 내지 15 cm일 수 있으며, 상기 수집기는 알루미늄 호일 등의 도체일 수 있다. 용액 주사량은 빠르게 주사할 경우 더 높은 양(+)의 인가 전압을 필요로 하며, 시간에 따른 제조량 조절이 가능하다. 또한 분사구의 직경은 일반적으로 0.1 내지 1.4 mm에 이르기까지 다양한 크기의 분사구가 있으나, 전기방사용 분사구의 선택에 따라 제조되는 섬유의 균일성 및 두께가 결정될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the electrospinning may be produced by applying a positive voltage to the spinning solution, for example, to volatilize the solvent while simultaneously forming a fibrous structure of the two-dimensional carbon-based molecule. Electrospun fibers are collected by a collector with a relatively negative charge by an electric field. The positive (+) and negative (-) voltages during electrospinning can be appropriately selected depending on the carbon material and the solvent. In addition, the thickness of the fabric is determined by the applied voltage (kV / cm), the solution injection amount (mL / min, mL / h, l / h), the nozzle . The positive (+) voltage applied during the electrospinning is controlled by the distance between the collector and the jetting port. For example, it may be 6 to 50 kV, and more preferably 6 to 15 kV, And the collector may be 8 to 20 cm, preferably 10 to 15 cm, and the collector may be a conductor, such as aluminum foil. The amount of solution injected requires a higher applied voltage for fast scanning, and the amount of production can be adjusted over time. In addition, although the diameter of the injection port generally ranges from 0.1 to 1.4 mm, the uniformity and the thickness of the fiber to be manufactured can be determined according to the selection of the electric spray nozzle.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 용융방사는 용융 열가소성 물질을 다이(die) 방사구금을 통해서 용융물을 압출함으로써 형성될 수 있다. 이는 제어된 온도의 영역을 통해 하향으로 움직여서 상기 용융물은 열가소성 물질의 용융온도 이하로 냉각되고, 결과적으로 방사 롤러에 접촉하게 된다. 상기 방사 롤러(필라멘트 권취롤;filament take-up roll)는 다이 방사구금에서 방출될 때 용융 필라멘트를 가속시킬 수 있다. 상기 필라멘트 권취롤은 이어서 하나 이상의 추가적 롤러 및 권취롤에 의해 추가적으로 섬유의 컨디셔닝, 연신 및 권취가 수행될 수 있다. 필라멘트 권취롤의 속도에 따라서, 상이한 배향성 수준을 갖는 원사를 제조하는데 상기 공정이 사용될 수 있다. 상기 공정은 매우 길고 본질적으로 연속적인 길이의 섬유를 제조하는데 일반적으로 활용될 수 있다. 또한 용융방사 장치는 실험실적인 모노 필라멘트 방사 장치로부터 산업적인 멀티필라멘트 얀(yarn) 방사 장치에 이르기까지 제한 없이 적용 가능하다.According to one aspect of the present invention, the melt spinning may be formed by extruding the melt thermoplastic material through a die spinneret. This moves down through the region of controlled temperature so that the melt is cooled below the melting temperature of the thermoplastic material and consequently comes into contact with the spinning roller. The spinning roller (filament take-up roll) can accelerate the melt filament when it is released from the die spinneret. The filament wind-up roll can then be further conditioned, stretched and wound up by the one or more additional rollers and wind-up rolls. Depending on the speed of the filament winding roll, the process may be used to produce yarns having different orientation levels. The process can be generally utilized to produce fibers of very long and essentially continuous length. The melt spinning device can also be applied without limitation, from laboratory monofilament spinning devices to industrial multifilament yarn spinning devices.
또한, 본 발명의 일 양태에 따라 상기 방사 방법에 따라 잔류하는 응고제의 제거를 위한 세척 과정이 추가적으로 수행될 수 있으며, 세척액 또는 용매 등의 제거를 위한 건조 과정 또한 추가적으로 수행될 수 있다.Further, according to an embodiment of the present invention, a washing process for removing the coagulant remaining in accordance with the spinning method may be additionally performed, and a drying process for removing the washing solution or the solvent may be additionally performed.
또한, 본 발명의 일 양태에 따라 상기 방사 후 권취속도 2 내지 2,500m/min으로 하여 권취할 수 있는 방사성을 가질 수 있다. 이러한 특성으로 인해 방사 시 잘 단사되지 않는 방사섬유를 형성할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, it is possible to have a spinnability that can be wound at a spinning speed of 2 to 2,500 m / min after spinning. These properties make it possible to form spinning fibers which do not spin well during spinning.
상기와 같이 제조된 본 발명의 일 양태에 따른 탄소섬유의 두께, 즉 단축의 직경은 특별히 제한되지 않으며, 방사를 통한 제조 시 노즐의 직경을 조절함으로써 탄소섬유의 두께를 조절할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 1 내지 500 ㎛, 바람직하게는 5 내지 300 ㎛, 더 바람직하게는 5 내지 150 ㎛일 수 있다. 이와 같은 범위에서 탄소섬유가 우수한 유연성을 가질 수 있다.The thickness of the carbon fiber according to one embodiment of the present invention is not particularly limited, and the thickness of the carbon fiber can be controlled by controlling the diameter of the nozzle during spinning. For example, it may be 1 to 500 μm, preferably 5 to 300 μm, more preferably 5 to 150 μm. In such a range, the carbon fiber can have excellent flexibility.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 a)단계 이후, 상기 방사섬유를 불활성 기체 하에서 저온열처리하여 환원하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, after the step a), the method may further include a step of subjecting the spinning fiber to a low-temperature heat treatment under an inert gas to reduce the spinning fiber.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 저온열처리는 300 내지 500℃에서 1 내지 30분 동안 수행하는 것일 수 있다. 상기와 같이 저온열처리를 할 경우 방사섬유 내 불필요한 작용기를 수소화하여 환원시키고, 탄소섬유를 더욱 고도로 정렬된 구조를 가지도록 할 수 있다.The low temperature heat treatment according to an embodiment of the present invention may be performed at 300 to 500 ° C for 1 to 30 minutes. When the low-temperature heat treatment is performed as described above, unnecessary functional groups in the spinning fiber can be hydrogenated and reduced, and the carbon fibers can have a more highly ordered structure.
상기 저온열처리는 불활성기체 하에서 수행할 수 있으며, 상기 불활성기체는 불필요한 작용기를 수소화하여 2차원 탄소계 분자를 환원시키기 위하여 환원성 기체를 포함하여 혼합된 것일 수 있다. 상기 불활성기체는 질소, 아르곤, 네온 및 헬륨 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 상기 환원성 기체는 수소, 암모니아 및 메탄 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다. The low-temperature heat treatment may be performed under an inert gas, and the inert gas may be mixed with a reducing gas to hydrogenate the unnecessary functional groups to reduce the two-dimensional carbon-based molecules. The inert gas may be any one or two or more selected from nitrogen, argon, neon, and helium, and the reducing gas may be any one or two or more selected from hydrogen, ammonia, and methane.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 b)단계에서 상기 통전열처리는 방사섬유에 50 내지 1,000V의 전압을 인가하는 것, 바람직하게는 50 내지 500V의 전압을 인가하는 것, 더 바람직하게는 100 내지 300V의 전압을 인가하는 것일 수 있다. 상기와 같이 방사섬유의 전압을 인가하는 통전에 의해서 방사섬유 자체를 발열시켜 라디칼 반응을 유도하여 열처리함에 따라 2차원 탄소계 분자 간의 sp2 및 sp3결합, 특히 sp2 결합의 비율이 높게 형성되어 탄소섬유의 결정성을 향상시켜 우수한 강도와 전기전도성을 확보할 수 있다. In the step b) according to an embodiment of the present invention, the energization heat treatment is performed by applying a voltage of 50 to 1,000 V, preferably a voltage of 50 to 500 V, more preferably a voltage of 100 to 300 V Lt; / RTI > As described above, the radiated fibers themselves are heated by the application of the voltage of the spinning fiber to induce the radical reaction, and the sp 2 and sp 3 bonds, especially the sp 2 bonds, between the two-dimensional carbon- The crystallinity of the carbon fiber can be improved and excellent strength and electrical conductivity can be ensured.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 b)단계에서 상기 통전열처리는 방사섬유에 1 내지 100A의 전류가 인가되는 것, 바람직하게는 1 내지 50A의 전류가 인가되는 것 더 바람직하게는 1 내지 20A의 전류가 인가되는 것일 수 있다. 상기와 같이 방사섬유를 상술한 전압으로 인가하였을 때, 상기 전류 값을 나타낼 수 있고, 이로 인하여 방사섬유 자체가 발열되면서 라디칼 반응을 유도하여 열처리함에 따라 2차원 탄소계 분자 간의 sp2 및 sp3결합, 특히 sp2 결합의 비율이 높게 형성되어 탄소섬유의 결정성을 향상시켜 우수한 강도와 전기전도성을 확보할 수 있다. In the step b) according to an embodiment of the present invention, the energization heat treatment is performed by applying a current of 1 to 100 A to the spinning fiber, preferably applying a current of 1 to 50 A, more preferably a current of 1 to 20 A Lt; / RTI > When the spinning fiber is applied with the voltage as described above, it can show the current value. As a result, the spinning fiber itself generates heat and induces a radical reaction. As a result, the sp 2 and sp 3 bonds , In particular, the ratio of sp 2 bonds is formed to be high, so that the crystallinity of the carbon fiber can be improved and excellent strength and electrical conductivity can be ensured.
또한, 종래에는 탄소섬유를 제조하기 위하여 고온로에서 대류 가열을 통하여 열처리하였으나, 대류 열처리의 경우는 균일한 품질 및 원가절감을 위하여 수천 톤 이상의 양산공정으로 제조하였다. 이에 반해, 상기와 같이 통전열처리함에 따라 방사섬유의 발열로 인한 열이 발생하여 대류 열처리에 비하여 에너지 소모를 절감할 수 있으며, 소량생산이 가능하여 용도에 적합하게 강도, 전도성 및 결정성을 제어하여 특성화된 탄소섬유를 제조할 수 있어 바람직하다.Conventionally, carbon fiber was heat treated by convection heating in a high temperature furnace, but in case of convection heat treatment, it was manufactured by mass production process of several thousand tons or more for uniform quality and cost reduction. On the other hand, as described above, as a result of the heat treatment, the heat generated by the heat of the spinning fiber is generated to reduce energy consumption as compared with the convection heat treatment, and it is possible to produce a small amount, It is possible to produce the characteristic carbon fiber.
또한, 일 양태에 따라 상기 전압은 5초 내지 1분 동안 인가하는 것, 바람직하게는 5 내지 40초동안 인가하는 것일 수 있다. 상기의 시간동안 전압을 인가할 경우 높은 발열온도를 나타냄에 따라 더욱 우수한 결정성을 확보할 수 있어 바람직하다.Also, according to one embodiment, the voltage may be applied for 5 seconds to 1 minute, preferably 5 to 40 seconds. When a voltage is applied for the above-mentioned time, a high heat-generating temperature is exhibited, and thus a more excellent crystallinity can be ensured.
상기 b)단계에서는 불활성 기체 하에서 수행할 수 있으며, 이 때의 불활성기체는 질소, 아르곤, 네온 및 헬륨 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 불활성 기체로 이루어질 수 있다. 상기 b)단계의 불활성기체는 상기 저온열처리단계에서의 불활성기체와 동일 또는 상이한 불활성기체를 사용할 수 있다.In step (b), the reaction may be carried out under an inert gas, and the inert gas may be one or more inert gases selected from nitrogen, argon, neon, helium, and the like. The inert gas in step b) may be an inert gas which is the same as or different from the inert gas in the low temperature heat treatment step.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 액정상 2차원 탄소계 분자 방사용액 총 중량에 대하여, 2차원 탄소계 분자 0.1 내지 30중량%, 바람직하게는 1 내지 20중량%, 더 바람직하게는 1.5 내지 10중량% 포함할 수 있다. 상기와 같이 2차원 탄소계 분자를 포함할 경우 액정성 및 고밀도의 2차원 탄소계 분자를 가짐으로써, 배향도 및 결정화도를 향상시켜 더욱 높은 전기전도성을 발현할 수 있는 탄소섬유를 제조할 수 있어 바람직하다. According to an embodiment of the present invention, 0.1 to 30% by weight, preferably 1 to 20% by weight, more preferably 1.5 to 10% by weight, based on the total weight of the liquid crystal two-dimensional carbon- %. When the two-dimensional carbon-based molecules are included as described above, it is possible to produce carbon fibers capable of exhibiting higher electrical conductivity by enhancing the degree of orientation and crystallinity by having liquid crystalline and high-density two-dimensional carbon-based molecules .
본 발명의 일 양태에 따라 방사용액을 균일하게 혼합하기 위해서 초음파처리방법, 기계적 교반방법, 이들의 혼합된 방법 등으로 균일하고 안정적으로 2차원 탄소계 분자가 용매에 분산될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 일 양태에 따라 방사용액 내에 함유된 불순물을 제거하기 위하여 투석 또는 원심분리를 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an aspect of the present invention, two-dimensional carbon-based molecules can be uniformly and stably dispersed in a solvent by an ultrasonic treatment method, a mechanical stirring method, a mixed method thereof and the like in order to uniformly mix the spinning solution, It is not. In addition, dialysis or centrifugation may be used to remove impurities contained in the spinning solution according to an embodiment, but the present invention is not limited thereto.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 방사용액으로 방사하여 제조된 탄소섬유는 2차원 탄소계 분자의 장점과 액정의 장점을 동시에 얻을 수 있는 것으로, 액정의 고유한 특징인 자기장, 흐름장 등의 외부장을 이용하여 그 방향성을 조절할 수 있다. 또한, 거시적으로 이방적인 광학적, 유전적, 기계적 특성 등을 나타낼 수 있어 2차원 탄소계 분자의 활용도를 넓힐 수 있으며, 새로운 공정을 확립할 수 있다.The carbon fiber produced by spinning with the spinning solution according to an embodiment of the present invention can simultaneously obtain the advantages of the two-dimensional carbon-based molecule and the advantages of the liquid crystal. The carbon fiber, which is a characteristic of the liquid crystal, Can be used to adjust the directionality of the film. In addition, it can exhibit macroscopic anisotropic optical, genetic and mechanical properties, which can broaden the utilization of two-dimensional carbon-based molecules and establish new processes.
다음으로, 본 발명에 따른 고전도성 탄소섬유는 구체적으로 예를 들면 다음과 같다.Next, the highly conductive carbon fiber according to the present invention is specifically described as follows.
본 발명에 따른 고전도성 탄소섬유는 2차원 탄소계 분자들이 서로 공유결합된 것을 특징으로 할 수 있다.The high-conductivity carbon fibers according to the present invention may be characterized in that two-dimensional carbon-based molecules are covalently bonded to each other.
본 발명의 일 양태에 따른 2차원 탄소계 분자는 앞서 언급한 바와 같이 액정성 및 층상 구조(Hierarchical structure)를 갖는 탄소섬유로 제조될 수 있으며, 이는 액정성이 없는 2차원 탄소계 분자로부터 제조된 탄소섬유 대비 전기전도도가 우수하다.The two-dimensional carbon-based molecules according to an embodiment of the present invention may be made of carbon fibers having a liquid crystalline structure and a hierarchical structure as described above, Excellent electrical conductivity compared to carbon fiber.
본 발명에 따른 상기 고전도성 탄소섬유 간의 상기 공유결합은 통전열처리에 의해 2차원 탄소계 분자들이 sp2 및 sp3로 공유결합된 것일 수 있다. 상기와 같이 통전열처리에 의해 공유결합되면 탄소섬유의 표면에서 발생되는 열을 이용하여 고온열처리되면서 2차원 탄소계 분자 간의 층간구조가 제어되고, 결정성이 우수하여 전기전도성이 향상될 수 있다. 특히, 상기 통전열처리를 통하여 sp2 결합의 비율이 높아져 결정성 및 전기전도성이 현저히 향상될 수 있다.The covalent bond between the highly conductive carbon fibers according to the present invention may be one in which two-dimensional carbon-based molecules are covalently bonded to sp 2 and sp 3 by an electric conduction heat treatment. When covalent bonding is performed by the conductive heat treatment as described above, the heat generated from the surface of the carbon fiber is used for high temperature heat treatment to control the interlayer structure between the two-dimensional carbon-based molecules, and the crystallinity can be improved to improve the electric conductivity. Particularly, the ratio of sp 2 bonds is increased through the energization heat treatment, and crystallinity and electrical conductivity can be remarkably improved.
본 발명의 일 양태에 따라 탄소섬유는 상기 통전열처리 시 탄소섬유의 표면이 1,000 내지 1,500℃의 발열온도로 발열됨에 따라 우수한 전도성 및 강도를 확보할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the surface of the carbon fiber is heated to a heat generation temperature of 1,000 to 1,500 캜 during the energization heat treatment, so that excellent conductivity and strength can be secured.
상기와 같은 발열온도로 발열시키기 위하여 저온열처리를 통하여 환원된 방사섬유에 50 내지 1,000V의 전압을 인가할 수 있고, 바람직하게는 50 내지 500V의 전압을 인가할 수 있고, 더 바람직하게는 100 내지 300V의 전압을 인가하여 탄소섬유를 발열시킬 수 있다. 더욱이 일 양태에 따라 더욱 우수한 결정성을 확보하기 위하여 상기 전압은 5초 내지 1분 동안 인가, 바람직하게는 5 내지 40초동안 인가하는 것이 바람직하다.In order to generate heat at the above-mentioned exothermic temperature, a voltage of 50 to 1,000 V can be applied to the reduced radiation fiber through the low-temperature heat treatment, preferably a voltage of 50 to 500 V can be applied, A voltage of 300 V may be applied to heat the carbon fiber. Furthermore, in order to secure better crystallinity according to an embodiment, the voltage is preferably applied for 5 seconds to 1 minute, preferably 5 to 40 seconds.
상기와 같이 전압을 인가함으로써, 상기 방사섬유에 1 내지 100A의 전류가 인가되는 것, 바람직하게는 1 내지 50A의 전류가 인가되는 것, 더 바람직하게는 1 내지 20A의 전류가 인가되는 것일 수 있다. 상기와 같은 전류를 나타냄으로써 더욱 우수한 결정성 및 전도성을 나타낼 수 있다.By applying a voltage as described above, a current of 1 to 100 A is applied to the spinning fiber, preferably a current of 1 to 50 A is applied, more preferably a current of 1 to 20 A is applied . By showing the current as described above, it is possible to exhibit more excellent crystallinity and conductivity.
또한, 상기 2차원 탄소계 분자는 판상의 액정상 구조일 수 있다. 상기와 같이 판상형 2차원 탄소계 분자들이 적층되어 배열되는 액정상 구조로 형성되면서 탄소섬유 장축 방향으로 2차원 탄소계 분자 간의 기공이 발달되어 탄소섬유의 내부에 다공성 구조를 가져 신축성이 우수한 탄소섬유를 형성할 수 있다. 상기와 같이 신축성을 가짐에 따라 웨어러블(wearable)소자 또는 플렉시블(Flexible)소자 등을 제작할 수 있는 섬유로써 사용할 수 있어 더욱 바람직하다.Further, the two-dimensional carbon-based molecule may be a plate-like liquid crystal structure. As described above, since the pores between the two-dimensional carbon molecules are developed in the direction of the long axis of the carbon fiber, the carbon fibers having a porous structure inside the carbon fibers and having excellent stretchability are formed in a liquid crystal structure in which the plate- . As it has elasticity as described above, it is more preferable that it can be used as a fiber capable of producing a wearable element or a flexible element or the like.
본 발명의 일 양태에 따른 탄소섬유의 두께는 구체적인 예를 들어, 1 내지 500 ㎛, 바람직하게는 10 내지 300 ㎛, 더 바람직하게는 10 내지 150 ㎛일 수 있다. 이와 같은 범위에서 탄소섬유가 우수한 유연성 및 신축성을 가질 수 있다.The thickness of the carbon fiber according to one embodiment of the present invention may be, for example, from 1 to 500 mu m, preferably from 10 to 300 mu m, more preferably from 10 to 150 mu m. In such a range, the carbon fiber can have excellent flexibility and stretchability.
본 발명에 따른 상기 고전도성 탄소섬유는 전기전도도가 100 내지 105 S/m일 수 있고, 바람직하게는 100 내지 1,000 S/m일 수 있다. 또한, 인장탄성률이 100 내지 500GPa일 수 있고, 바람직하게는 100 내지 300GPa으로 신축성을 가질 수 있다. 상기와 같은 물성을 가진 고전도성 탄소섬유는 우수한 전도성과 신축성을 가짐으로써 센서, 웨어러블(Wearable)소자 또는 플렉시블(Flexible)소자 등의 분야에 적용될 수 있다.The high conductivity carbon fiber according to the present invention may have an electric conductivity of 100 to 10 5 S / m, and preferably 100 to 1,000 S / m. Further, the tensile elastic modulus may be 100 to 500 GPa, and preferably 100 to 300 GPa. The highly conductive carbon fiber having such physical properties as described above can be applied to fields such as a sensor, a wearable element, or a flexible element by having excellent conductivity and stretchability.
또한, 본 발명의 일 양태에 따른 2차원 탄소계 물질로 이루어진 탄소섬유는 다공성의 특성을 이용할 수 있는 강점이 있기 때문에 통전 열처리 할 경우 인장력을 조절하여 그 세공특성을 유지 제어가 가능하고 인가전압에 따라 방사섬유에 흐르는 전류 및 표면 발열온도를 다양하게 제어 할 수 있어 다양한 역학적 특성과 전기 전도성을 발현시킬 수 있다. Since the carbon fiber made of the two-dimensional carbon-based material according to an embodiment of the present invention has a strength that can utilize the characteristics of porosity, it is possible to maintain and control the pore characteristics of the carbon fiber by controlling the tensile force in the case of conducting heat treatment, Accordingly, it is possible to variously control the current flowing through the spinning fiber and the surface heating temperature, thereby manifesting various mechanical properties and electrical conductivity.
이하 실시예를 통해 본 발명에 따른 고전도성 탄소섬유 및 이의 제조방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a highly conductive carbon fiber according to the present invention and a method for producing the same will be described in more detail with reference to the following examples. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention.
또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.In addition, the unit of the additives not specifically described in the specification may be% by weight.
[물성측정방법] [Measurement of physical properties]
1. 탄소섬유의 전기전도도 측정1. Measurement of electrical conductivity of carbon fiber
실시예 1 내지 실시예 7 및 비교예 1 내지 2의 탄소섬유유의 전기전도도는 ㈜에이아이티 사의 CMT-SR1000N을 이용하여, 4-point probe 측정방법을 이용하였다.The electrical conductivity of the carbon fiber in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 and 2 was measured using a 4-point probe method using CMT-SR1000N manufactured by ACITECH CORPORATION.
2. 인장강도 및 인장탄성률2. Tensile strength and tensile modulus
ASTM D3822에 의거하여 측정용 시편을 만들어 UTM 5982를 사용, 게이지 길이는 25.4mm, 크로스헤드 속도는 0.254 mm/min로 측정하였다. 인장강도(Tensile Strength) 및 인장탄성률(Tensile modulus)을 측정하였다. Measurement specimens were made according to ASTM D3822 using UTM 5982, gage length was 25.4 mm and crosshead speed was 0.254 mm / min. Tensile Strength and Tensile Modulus were measured.
3. 세공의 공의 크기 및 부피 3. Size and volume of pores
세공에 의한 비표면적과 세공의 크기 분포는 Brunauer-Emmett-Teller (BET), micro-pore (MP) plot, Barrett-Joyner-Halenda (BJH)와 alpha-s 방법으로 평가 하였다.The specific surface area and pore size distribution of the pores were evaluated by Brunauer-Emmett-Teller (BET), micro-pore (MP) plot, Barrett-Joyner-Halenda (BJH) and alpha-s method.
[실시예 1][Example 1]
그래핀 산화물 (스탠다드 그래핀 Co. Hummer’s 법으로 제조, 산화된 정도가 탄소:산소 원소비가 1:0.6) 0.8중량% 테트라하이드로퓨란에 분산한 방사용액을 방사노즐 직경 250μm인 방사노즐을 사용하여 25℃에서 습식 방사하였다. 토출속도를 0.1 m/min으로 25℃의 물과 에탄올이 3:1중량비로 혼합된 수용액과 염화칼슘(CaCl2)의 혼합용액의 응고액 속으로 방사하고 0.1 m/min으로 권취하였다. 권취사를 수세하여 잔류 염화칼슘을 제거한 후 건조시키고 70 ℃ 적외선램프에서 1.3 배 열연신하였다.A spinning solution dispersed in 0.8 wt% tetrahydrofuran was sprayed onto the surface of the spinning nozzle using a spinning nozzle having a diameter of 250 mu m and a graphene oxide (manufactured by Standard Grafflin Co. Hummer's method, degree of oxidation: carbon: oxygen source 1: 0.6) And was wet-radiated at 25 ° C. Dispersion was carried out at a rate of 0.1 m / min into a coagulating solution of a mixed solution of water and ethanol in a ratio of 3: 1 at 25 ° C and a mixed solution of calcium chloride (CaCl 2 ) at a rate of 0.1 m / min. The residual calcium chloride was removed by washing with water, dried, and hot-rolled 1.3 times in an infrared lamp at 70 ° C.
상기 방사섬유를 50:50부피비로 혼합된 수소와 질소 혼합 기체 분위기 하에 400℃에서 10분 동안 저온열처리하여 환원시켰다. 상기 환원된 방사섬유에 120V의 전압을 30초동안 인가하여 통전열처리하여 탄소섬유를 제조하였다. 상기 탄소섬유를 36 m/min으로 권취하였다.The spinning fiber was subjected to a low-temperature heat treatment at 400 ° C for 10 minutes under a mixed gas of hydrogen and nitrogen at a volume ratio of 50:50. A voltage of 120 V was applied to the reduced radiation fibers for 30 seconds to conduct heat treatment to produce carbon fibers. The carbon fiber was wound at 36 m / min.
[실시예 2][Example 2]
상기 실시예 1의 방사용액을 노즐과 연결된 방사용액 공급장치에 공급하였다. 방사용액을 1㏄/min 공급속도로 공급하고, 노즐 내경의 크기는 500μm의 것을 사용하였으며, 인가전압 25kV, 방사노즐과 집전체와의 방사거리 15㎝, 방사속도 4ml/hr, 온도 30℃, 상대습도 60%의 방사 분위기에서 전기방사를 실시하였다.The spinning solution of Example 1 was supplied to a spinning solution supply device connected to the nozzles. The spinning solution was supplied at a feeding rate of 1 cc / min. The nozzle inner diameter was 500 mu m. An applied voltage of 25 kV, a spinning distance of 15 cm from the spinning nozzle to the collector, a spinning rate of 4 ml / Electrospinning was performed in a spinning atmosphere with a relative humidity of 60%.
상기 방사섬유를 50:50부피비로 혼합된 수소와 질소 혼합 기체 분위기 하에 400℃에서 10분 동안 저온열처리하여 환원시켰다. 상기 환원된 방사섬유에 120V의 전압을 30초동안 인가하여 통전열처리하여 탄소섬유를 제조하였다. 상기 탄소섬유를 36 m/min으로 권취하였다.The spinning fiber was subjected to a low-temperature heat treatment at 400 ° C for 10 minutes under a mixed gas of hydrogen and nitrogen at a volume ratio of 50:50. A voltage of 120 V was applied to the reduced radiation fibers for 30 seconds to conduct heat treatment to produce carbon fibers. The carbon fiber was wound at 36 m / min.
[실시예 3][Example 3]
2중량%로 그래핀 산화물(스탠다드 그래핀 Co. Hummer’s 법으로 제조, 산화된 정도가 탄소:산소 원소비가 1:0.6)을 테트라하이드로퓨란에 분산한 그래핀 산화물 분산액을 제조하였다. 상기 방사용액을 원심분리한 후 진공펌프를 이용하여 테트라하이드로퓨란을 완전히 제거하여 방사용액을 제조하여 하기와 같이 용융방사하여 탄소섬유를 제조하였다.A graphene oxide dispersion was prepared in which graphene oxide (manufactured by Standard Grain Co., Hummer's method, degree of oxidation: carbon: oxygen source consumption of 1: 0.6) was dispersed in tetrahydrofuran at 2% by weight. The spinning solution was centrifuged and the tetrahydrofuran was completely removed by using a vacuum pump to prepare a spinning solution. The spinning solution was melt-spinned as follows to prepare carbon fibers.
1. 용융단계1. Melting step
제조예 1로 제조된 방사액을 방사기의 실린더에 충진하고 가열하는데, 350 ℃까지 승온한 후 30분 동안 유지하여 열적인 안정성을 확보한 다음고 300℃에서로 1시간 유지하여 방사액을 용융시켰다.The spinning solution prepared in Preparation Example 1 was filled in a cylinder of a radiator and heated. The temperature was raised to 350 ° C and maintained for 30 minutes to secure thermal stability. The spinning solution was kept at 300 ° C for 1 hour to melt the spinning solution .
2. 방사단계2. Radiation step
방사액의 방사 온도를 300℃로 내려 0.5bar 질소압으로 방사하여 방사섬유를 얻었다. 이 때 사용된 방사구의 지름은 0.5×0.5 mm, 방사된 섬유는 권취 속도 300 m/min까지의 속도로 권취하였다.The spinning temperature of the spinning solution was lowered to 300 캜 and spun at 0.5 bar nitrogen pressure to obtain spinning fiber. The diameter of the spinneret used was 0.5 × 0.5 mm, and the spinning fiber was wound at a speed of up to 300 m / min.
3. 저온열처리 단계3. Low temperature heat treatment step
상기 방사섬유를 50:50부피비로 혼합된 수소와 질소 혼합 기체 분위기 하에 400℃에서 10분 동안 저온열처리하여 환원시켰다.The spinning fiber was subjected to a low-temperature heat treatment at 400 ° C for 10 minutes under a mixed gas of hydrogen and nitrogen at a volume ratio of 50:50.
4. 통전열처리 단계4. Energizing heat treatment step
상기 환원된 방사섬유에 120V의 전압을 30초동안 인가하여 통전열처리하여 탄소섬유를 제조하였다. 상기 탄소섬유를 36 m/min으로 권취하였다.A voltage of 120 V was applied to the reduced radiation fibers for 30 seconds to conduct heat treatment to produce carbon fibers. The carbon fiber was wound at 36 m / min.
[실시예 4][Example 4]
상기 실시예 1에서 통전열처리 시 전압을 110V로 인가한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.The same procedure was performed as in Example 1, except that a voltage of 110 V was applied during energization heat treatment.
[실시예 5][Example 5]
상기 실시예 1에서 통전열처리 시 전압을 220V로 인가한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was conducted except that a voltage of 220 V was applied during the energization heat treatment.
[실시예 6][Example 6]
상기 실시예 1에서 통전열처리 시 전압을 550V로 인가한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.Except that the voltage was applied at 550 V during the energization heat treatment in Example 1 above.
[실시예 7][Example 7]
상기 실시예 1에서 그래핀 산화물이 1중량% 용해된 방사용액을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.Except that a spinning solution in which 1 wt% of graphene oxide was dissolved in Example 1 was used.
[실시예 8][Example 8]
상기 실시예 1에서 저온열처리 과정을 거치지 않고 탄소섬유를 제조한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. The same procedure was performed as in Example 1, except that carbon fibers were prepared without a low temperature heat treatment.
[비교예 1][Comparative Example 1]
상기 실시예 1에서 통전열처리 과정을 거치지 않고 탄소섬유를 제조한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was repeated except that the carbon fibers were prepared without conducting the heat treatment.
상기 실시예 1 내지 8로 제조된 탄소섬유는 우수한 전기전도도, 인장강도 및 인장탄성율을 가지는 것을 확인할 수 있었다.It was confirmed that the carbon fibers prepared in Examples 1 to 8 had excellent electrical conductivity, tensile strength and tensile elastic modulus.
또한, 본 발명에 따른 실시예로 제조된 탄소섬유는 판상으로 적층구성을 가지고, 기공이 발달하여 다공성의 특성을 이용할 수 있는 강점이 있기 때문에 신축성이 우수한 탄소섬유가 제조된 것을 확인하였다.In addition, it was confirmed that the carbon fibers prepared in the examples according to the present invention had a laminated structure in a plate shape, and that the carbon fibers having excellent stretchability were produced because of the strength that pores are developed and the porosity can be utilized.
또한, 본 발명에 따라 제조된 탄소섬유는 고농도, 고밀도로 제조될 수 있음을 확인하였다.Further, it was confirmed that the carbon fiber produced according to the present invention can be produced at a high concentration and a high density.
또한, 본 발명에 따라 제조된 탄소섬유는 50 내지 500V의 전압을 인가하였을 때, 1 내지 20A의 전류값을 나타내면서, 방사섬유가 1,000 내지 1,500℃의 발열온도로 발열되어 탄소섬유의 결정성을 향상시켜 우수한 강도와 전기전도도를 가지는 것을 확인할 수 있었다.In addition, the carbon fiber produced according to the present invention exhibits a current value of 1 to 20 A when a voltage of 50 to 500 V is applied, and radiates the carbon fiber at an exothermic temperature of 1,000 to 1,500 ° C to improve the crystallinity of the carbon fiber And it was confirmed that it has excellent strength and electrical conductivity.
더욱이, 본 발명에 따른 탄소섬유는 저온열처리를 더 거칠 경우 현저히 향상된 전기전도도, 인장강도 및 인장탄성율을 가지는 것을 확인할 수 있었다.Further, it was confirmed that the carbon fiber according to the present invention has remarkably improved electric conductivity, tensile strength and tensile elastic modulus when subjected to a low temperature heat treatment.
또한, 본 발명에 따른 실시예와 비교예를 비교하였을 때, 본 발명의 탄소섬유는 통전열처리를 통하여 인장력을 조절하고, 더욱 우수한 전기전도도, 인장강도 및 인장탄성률을 가질 수 있음을 확인하였다.Also, when comparing the examples according to the present invention with the comparative examples, it was confirmed that the carbon fibers of the present invention can control the tensile force through the heat treatment for electric conduction, and can have more excellent electric conductivity, tensile strength and tensile elastic modulus.
따라서 본 발명의 2차원 탄소계 물질로 이루어진 탄소섬유는 통전 열처리 할 경우 인장력을 조절하여 그 세공특성을 유지 제어가 가능하고 인가전압에 따라 표면 온도를 다양하게 제어 할 수 있어 다양한 역학적 특성과 전기 전도성을 발현 시킬 수 있다.Therefore, the carbon fiber made of the two-dimensional carbon-based material of the present invention can maintain and control the pore characteristics of the carbon fiber by controlling the tensile force when the heat treatment is conducted, and can control various surface temperatures according to the applied voltage. Can be expressed.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 고전도성 탄소섬유 및 이의 제조방법이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. As described above, in the present invention, the high-conductive carbon fiber and the manufacturing method thereof have been described through the specific matters and the limited embodiments. However, the present invention is not limited to the above- It is to be understood that the invention is not limited to those precise embodiments, and various modifications and changes may be made thereto by those skilled in the art.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .
Claims (10)
b) 상기 방사섬유를 불활성 기체 하에서 50 내지 1,000V의 전압을 인가하는 통전열처리하여 탄소섬유를 제조하는 단계;
를 포함하는 고전도성 탄소섬유의 제조방법.a) spinning a spinning solution containing two-dimensional carbon-based molecules to obtain a spinning fiber; And
b) subjecting the spinning fiber to an energization heat treatment in which a voltage of 50 to 1,000 V is applied under an inert gas to produce a carbon fiber;
≪ / RTI >
상기 방사섬유를 불활성 기체 하에서 저온열처리하여 환원하는 단계;를 더 포함하는 고전도성 탄소섬유의 제조방법.The method according to claim 1,
And subjecting the spinning fiber to a low temperature heat treatment under an inert gas to reduce the carbon fiber.
상기 2차원 탄소계 분자를 포함하는 방사용액 총 중량에 대하여, 2차원 탄소계 분자 0.1 내지 80중량% 포함하는 고전도성 탄소섬유의 제조방법.The method according to claim 1,
And 0.1 to 80% by weight of a two-dimensional carbon-based molecule based on the total weight of the spinning solution containing the two-dimensional carbon-based molecule.
상기 저온열처리는 300 내지 500℃에서 수행하는 것인 고전도성 탄소섬유의 제조방법.3. The method of claim 2,
Wherein the low-temperature heat treatment is performed at 300 to 500 ° C.
상기 2차원 탄소계 분자는 판상의 액정상 구조인 고전도성 탄소섬유.The method according to claim 6,
Wherein the two-dimensional carbon-based molecule is a plate-like liquid crystal structure.
상기 고전도성 탄소섬유는 전기전도도가 100 내지 105 S/m이고, 인장탄성률이 100 내지 500GPa으로 신축성을 갖는 고전도성 탄소섬유.The method according to claim 6,
Wherein the highly conductive carbon fiber has elasticity of 100 to 500 GPa and an elastic modulus of 100 to 10 5 S / m.
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