KR102075114B1 - Carbon nanotube coating and heat treatment for manufacturing lyocell-based carbon fiber - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 라이오셀계 탄소섬유 제조를 위한 탄소 나노 튜브 코팅 및 열처리에 관한 것으로서, 구체적으로, 탄소섬유 제조용 라이오셀 섬유, 탄소섬유의 제조방법, 흑연섬유의 제조방법, 그들의 제조방법에 의해 제조된 탄소섬유 및 흑연섬유에 관한 것이다.The present invention relates to carbon nanotube coating and heat treatment for the production of lyocell-based carbon fibers, specifically, lyocell fibers for carbon fiber production, a method for producing carbon fibers, a method for producing graphite fibers, carbon produced by their production method It relates to fibers and graphite fibers.
일반적으로 탄소섬유는 유기섬유 전구체를 가열하여 얻어진 탄소함유율 약 90% 이상의 섬유를 의미하는데, 경량, 고강도, 고내열성 등의 특성을 가지고 있어 토목 건축 분야, 그린 에너지 분야, 고속 운송기기 분야, 유전채굴 분야, 우주 항공 분야에 이르기까지 다양한 산업 분야로 폭넓게 그 적용범위가 확대되고 있다. 특히, 최근에는 항공기 부품소재로서 탄소섬유의 적용과 함께 각종 첨단 소재분야로 그 사용량의 증대가 예상되고 있다.In general, carbon fiber refers to a fiber having a carbon content of about 90% or more obtained by heating an organic fiber precursor, and has characteristics such as light weight, high strength, and high heat resistance, and thus, civil engineering, green energy, high speed transportation equipment, and dielectric mining The scope of application extends to a wide range of industries, from sectors to aerospace. In particular, in recent years, the use of carbon fiber as an aircraft component material is expected to increase its usage in various advanced materials.
탄소섬유는 전구체(precursor)의 종류에 따라 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile; PAN)계, 석유나 석탄의 탄화수소 잔류물인 피치(pitch)계, 셀룰로오스계 탄소섬유로 구분된다.Carbon fibers are classified into polyacrylonitrile (PAN) -based, pitch-based hydrocarbon residues of petroleum or coal, and cellulose-based carbon fibers according to the kind of precursors.
셀룰로오스계 탄소섬유는 주로 레이온 전구체로부터 제조되는데, 제조방법으로는 직물상이나 펠트상의 레이온을 약 900 ℃ 까지 천천히 회분 방식으로 탄화하거나, 2,500 ℃ 이상까지 가열하여 흑연화하는 방법이 있었다. 그러나, 만들어진 탄소섬유의 기계적 특성이 좋지 못하여 페놀수지를 보강한 CFRP(Carbon Fiber reinforced Plastic)로 만들거나, 단열재, 여과재, 흡착재 등으로 사용되었다. 그 후 탄화시간을 단축시키기 위하여 레이온사를 미리 인산염이나 질산염 용액에 침지하여 팽창시키는 화학처리법을 개발함으로써 비로소 연속 프로세스가 가능하게 되었으나, 프로세스가 고가이고, 저수율 때문에 PAN계 탄소섬유나 피치계 탄소섬유로 대체되었으며, 현재는 극히 소량으로만 생산되는 것으로 알려져 있다.Cellulose-based carbon fiber is mainly produced from a rayon precursor, the production method was a method of carbonizing the fabric or felt rayon slowly to about 900 ℃ in a batch method, or by heating to 2,500 ℃ or more to graphitize. However, due to the poor mechanical properties of the carbon fiber produced, it was made of CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) reinforced with phenolic resin, or used as a heat insulating material, a filter material, and an adsorbent. After that, the continuous process was finally possible by developing a chemical treatment method in which rayon yarn was immersed in a phosphate or nitrate solution in order to shorten the carbonization time. It is now known to be produced in very small quantities.
비스코스레이온계 섬유 또는 이의 섬유구조물을 인산화 반응과 탄화 반응 및 활성화 반응시킴으로써, 마이크로기공(micro pore)과 메조기공(meso pore) 등의 미세기공이 발달되어 우수한 흡착효과를 가지는 고기능성 활성 탄소섬유와 그 제조방법이 개시되어 있다. 그러나, 레이온계 탄소섬유는 제조공정에서 공해물질을 용제로서 이용하기 때문에 근본적으로 환경오염의 문제를 야기한다.By the phosphorylation reaction, carbonization reaction and activation reaction of the viscose rayon-based fiber or its fibrous structure, micro-pores such as micro pores and meso pores are developed to form highly functional activated carbon fibers with excellent adsorption effect. The manufacturing method is disclosed. However, since rayon-based carbon fiber uses pollutants as a solvent in the manufacturing process, it causes a problem of environmental pollution.
셀룰로오스계 탄소섬유 전구체로서 라이오셀 섬유는 환경적 오염 문제 해결이 가능하며, 섬유의 고배향, 고물성화가 가능하여 내구성, 치수안정성 등이 우수한 장점을 가지고 있는데, 리그닌을 함유하는 라이오셀 섬유를 전구체 섬유로 하여 탄소섬유를 제조하는 방법이 있다.As a cellulose-based carbon fiber precursor, lyocell fibers can solve environmental pollution problems, have high orientation, high physical properties, and have excellent durability and dimensional stability. The lyocell fibers containing lignin are precursors. There is a method of producing carbon fibers using fibers.
한편, 일반적으로 탄소섬유는 안정화 공정(stabilization) 및 탄화 공정(carbonization)을 거쳐 제조되는데, 상기 안정화 공정은 이후 탄화 공정에 필요한 높은 열처리 온도를 견딜 수 있는 안정한 화학구조를 부여하는데 그 목적이 있으므로 특히 열에 약한 셀룰로오스계 탄소섬유에서는 가장 중요한 핵심 공정이라 할 수 있다. 이러한 안정화 공정 및 탄화 공정 중에 열처리를 위하여, 일반적으로 가열된 가스상 매체를 포함하는 가열로 내에 섬유를 투입하여 가열하는 방법이 이용되어 왔으며, 일 예로, 마이크로파 조사에 의해 섬유를 가열하여 탄소섬유를 제조하는 방법이 개시되어 있다.On the other hand, carbon fibers are generally manufactured through a stabilization process and a carbonization process, and the stabilization process is particularly intended to provide a stable chemical structure capable of withstanding the high heat treatment temperature required for the carbonization process. In heat-sensitive cellulose-based carbon fiber is the most important key process. For the heat treatment during the stabilization process and the carbonization process, generally, a method of injecting and heating fibers into a heating furnace including a heated gaseous medium has been used. For example, carbon fibers are manufactured by heating the fibers by microwave irradiation. A method is disclosed.
그러나, 내염화 공정(안정화 공정), 탄화 공정 및 흑연화 공정 시 다량의 에너지를 소비함으로써 가열 효율이 떨어지고, 또한 전구체 섬유의 균일한 가열이 곤란한 문제점이 있었다.However, there is a problem in that heating efficiency is lowered by consuming a large amount of energy during the flameproofing process (stabilization process), carbonization process and graphitization process, and uniform heating of precursor fibers is difficult.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 표면에 탄소나노튜브가 코팅되어 전압 인가 시 자기가열 특성을 나타냄으로써, 탄소섬유 또는 흑연섬유 제조 시 가열 효율이 우수하고, 균일한 가열이 가능한 탄소섬유 제조용 라이오셀 섬유를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention, by coating the carbon nanotubes on the surface to exhibit the self-heating characteristics when voltage is applied, the heating efficiency is excellent and uniformity in the production of carbon fibers or graphite fibers It is to provide a lyocell fiber for producing carbon fiber that can be heated.
본 발명의 다른 목적은, 내염화 처리, 탄화 처리 및 흑연화 처리시 소요시간을 대폭 감소시킴으로써 생산성이 향상되고, 우수한 기계적 물성 및 전기 전도성을 갖는 탄소섬유 및 흑연섬유의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing carbon fibers and graphite fibers having improved productivity and excellent mechanical properties and electrical conductivity by greatly reducing the time required during the flameproofing, carbonization and graphitization treatments.
본 발명의 또 다른 목적은, 우수한 기계적 물성 및 전기 전도성을 갖는 탄소섬유 및 흑연섬유를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide carbon fibers and graphite fibers having excellent mechanical properties and electrical conductivity.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 측면에 따른 탄소섬유 제조용 라이오셀 섬유는, 라이오셀 섬유; 및 상기 라이오셀 섬유 표면에 코팅된 탄소나노튜브;를 포함하고, 전압 인가 시 자기가열 특성을 나타낸다. The lyocell fiber for producing carbon fiber according to an aspect of the present invention, the lyocell fiber; And carbon nanotubes coated on the surface of the lyocell fiber, and exhibit self-heating characteristics when a voltage is applied.
일 실시형태에 있어서, 상기 라이오셀 섬유의 직경은, 1 nm 내지 50 ㎛이고, 상기 라이오셀 섬유 표면에 코팅된 탄소나노튜브의 길이는, 1 ㎛ 내지 500 ㎛ 이고, 상기 라이오셀 섬유 표면에 코팅된 탄소나노튜브의 두께는, 0.2 nm 내지 3 ㎛인 것일 수 있다.In one embodiment, the diameter of the lyocell fibers, 1 nm to 50 ㎛, the length of the carbon nanotube coated on the surface of the lyocell fibers, 1 ㎛ to 500 ㎛, coated on the surface of the lyocell fibers The thickness of the carbon nanotubes may be 0.2 nm to 3 μm.
일 실시형태에 있어서, 상기 라이오셀 섬유 표면에 코팅된 금속 소재를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, it may further comprise a metal material coated on the surface of the lyocell fiber.
본 발명의 일 측면에 따른 탄소섬유의 제조방법은, 라이오셀 섬유를 준비하는 단계; 상기 라이오셀 섬유의 표면에 탄소나노튜브-함유 조성물을 코팅하는 단계; 상기 탄소나노튜브-함유 조성물이 코팅된 상기 라이오셀 섬유를 내염화 처리하는 단계; 및 상기 내염화 처리된 상기 라이오셀 섬유를 불활성 분위기 하에서 탄화 처리하는 단계;를 포함한다.Method for producing a carbon fiber according to an aspect of the present invention, preparing a lyocell fiber; Coating a carbon nanotube-containing composition on the surface of the lyocell fiber; Flameproofing the lyocell fiber coated with the carbon nanotube-containing composition; And carbonizing the lyocell fiber subjected to the flameproofing under an inert atmosphere.
일 실시형태에 있어서, 상기 내염화 처리하는 단계 및 상기 탄화 처리하는 단계 중 적어도 어느 하나의 단계는, 상기 라이오셀 섬유에 코팅된 상기 탄소나노튜브-함유 조성물에 인가되는 전압에 의한 자기발열에 의해 수행되는 것일 수 있다.In one embodiment, at least one of the flameproofing step and the carbonization step is performed by self-heating by a voltage applied to the carbon nanotube-containing composition coated on the lyocell fibers. May be performed.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브-함유 조성물은, 탄소나노튜브; 및 물 또는 유기용매;를 포함하고, 상기 탄소나노튜브는 상기 탄소나노튜브-함유 조성물 중 1 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다.In one embodiment, the carbon nanotube-containing composition, carbon nanotubes; And water or an organic solvent, wherein the carbon nanotubes may be 1 wt% to 5 wt% in the carbon nanotube-containing composition.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브-함유 조성물은, 금속 소재;를 더 포함하고, 상기 금속 소재는, 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 크롬, 철, 망간, 티타늄, 아연 및 주석으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 금속 소재는 상기 탄소나노튜브-함유 조성물 중 1 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다.In one embodiment, the carbon nanotube-containing composition further comprises a metal material, wherein the metal material is gold, silver, copper, aluminum, nickel, chromium, iron, manganese, titanium, zinc and tin At least one selected from the group consisting of, wherein the metal material may be from 1% to 5% by weight of the carbon nanotube-containing composition.
일 실시형태에 있어서, 상기 라이오셀 섬유의 표면에 코팅되는 탄소나노튜브의 양은, 상기 라이오셀 섬유 중량 대비 1 중량% 내지 4 중량%인 것일 수 있다.In one embodiment, the amount of carbon nanotubes coated on the surface of the lyocell fiber may be 1% to 4% by weight based on the weight of the lyocell fiber.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브-함유 조성물이 코팅된 상기 라이오셀 섬유는, 비저항이 0.09 Ω·cm 내지 1.9 Ω·cm이고, 온도저항계수(Temperature Coefficient of Resistance; TCR)가 560 × 10-6/℃ 내지 40 × 10-4/℃인 것일 수 있다.In one embodiment, the lyocell fiber coated with the carbon nanotube-containing composition has a specific resistance of 0.09 Pa.cm to 1.9 Pa.cm, and a Temperature Coefficient of Resistance (TCR) of 560 × 10. It may be from -6 / ℃ to 40 × 10 -4 / ℃.
일 실시형태에 있어서, 상기 내염화 처리하는 단계는, 200 ℃ 내지 400 ℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있다.In one embodiment, the step of flame-resistant treatment may be performed at a temperature of 200 ℃ to 400 ℃.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄화 처리하는 단계는, 600 ℃ 내지 1,700 ℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있다.In one embodiment, the step of carbonizing may be performed at a temperature of 600 ℃ to 1,700 ℃.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 탄소섬유는, 상기의 탄소섬유의 제조방법에 의해 제조된다.Carbon fiber according to another aspect of the present invention is produced by the above method for producing carbon fiber.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 흑연섬유의 제조방법은, 라이오셀 섬유를 준비하는 단계; 상기 라이오셀 섬유의 표면에 탄소나노튜브-함유 조성물을 코팅하는 단계; 상기 탄소나노튜브-함유 조성물이 코팅된 상기 라이오셀 섬유를 내염화 처리하는 단계; 상기 내염화 처리된 상기 라이오셀 섬유를 불활성 분위기 하에서 탄화 처리하는 단계; 및 상기 탄화처리된 상기 라이오셀 섬유를 흑연화 처리하는 단계;를 포함한다.Graphite fiber manufacturing method according to another aspect of the present invention, preparing a lyocell fiber; Coating a carbon nanotube-containing composition on the surface of the lyocell fiber; Flameproofing the lyocell fiber coated with the carbon nanotube-containing composition; Carbonizing the lyocell fibers treated with flameproofing under an inert atmosphere; And graphitizing the carbonized lyocell fiber.
일 실시형태에 있어서, 상기 내염화 처리하는 단계, 상기 탄화 처리하는 단계 및 상기 흑연화 처리하는 단계 중 적어도 어느 하나의 단계는, 상기 라이오셀 섬유에 코팅된 상기 탄소나노튜브-함유 조성물에 인가되는 전압에 의한 자기발열에 의해 수행되는 것일 수 있다.In one embodiment, at least one of the flameproofing, carbonizing and graphitizing is applied to the carbon nanotube-containing composition coated on the lyocell fibers. It may be performed by self-heating by the voltage.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브-함유 조성물은, 탄소나노튜브; 및 물 또는 유기용매;를 포함하고, 상기 탄소나노튜브는 상기 탄소나노튜브-함유 조성물 중 1 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다.In one embodiment, the carbon nanotube-containing composition, carbon nanotubes; And water or an organic solvent, wherein the carbon nanotubes may be 1 wt% to 5 wt% in the carbon nanotube-containing composition.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브-함유 조성물은, 금속 소재;를 더 포함하고, 상기 금속 소재는, 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 크롬, 철, 망간, 티타늄, 아연 및 주석으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 금속 소재는 상기 탄소나노튜브-함유 조성물 중 1 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다.In one embodiment, the carbon nanotube-containing composition further comprises a metal material, wherein the metal material is gold, silver, copper, aluminum, nickel, chromium, iron, manganese, titanium, zinc and tin At least one selected from the group consisting of, wherein the metal material may be from 1% to 5% by weight of the carbon nanotube-containing composition.
일 실시형태에 있어서, 상기 라이오셀 섬유의 표면에 코팅되는 탄소나노튜브의 양은, 상기 라이오셀 섬유 중량 대비 1 중량% 내지 4 중량%인 것일 수 있다.In one embodiment, the amount of carbon nanotubes coated on the surface of the lyocell fiber may be 1% to 4% by weight based on the weight of the lyocell fiber.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브-함유 조성물이 코팅된 상기 라이오셀 섬유는, 비저항이 0.09 Ω·cm 내지 1.9 Ω·cm이고, 온도저항계수(Temperature Coefficient of Resistance; TCR)가 560 × 10-6/℃ 내지 40 × 10-4/℃인 것일 수 있다.In one embodiment, the lyocell fiber coated with the carbon nanotube-containing composition has a specific resistance of 0.09 Pa.cm to 1.9 Pa.cm, and a Temperature Coefficient of Resistance (TCR) of 560 × 10. It may be from -6 / ℃ to 40 × 10 -4 / ℃.
일 실시형태에 있어서, 상기 내염화 처리하는 단계는, 200 ℃내지 400 ℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있다.In one embodiment, the step of the flame-resistant treatment may be performed at a temperature of 200 ℃ to 400 ℃.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄화 처리하는 단계는, 600 ℃ 내지 1,700 ℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있다.In one embodiment, the step of carbonizing may be performed at a temperature of 600 ℃ to 1,700 ℃.
일 실시형태에 있어서, 상기 흑연화 처리하는 단계는, 1,800 ℃ 내지 3,000 ℃의 온도에서 것일 수 있다.In one embodiment, the step of graphitizing may be at a temperature of 1,800 ℃ to 3,000 ℃.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 흑연섬유는, 상기 흑연섬유의 제조방법에 의해 제조된다.Graphite fiber according to another aspect of the present invention is produced by the method for producing the graphite fiber.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 제조용 라이오셀 섬유는, 표면에 탄소나노튜브를 포함하여 전압 인가 시 자기가열 특성을 나타냄에 따라 탄소섬유 제조에 적합한 탄소섬유 제조용 라이오셀 섬유를 제공할 수 있다.The lyocell fiber for carbon fiber manufacture according to an embodiment of the present invention may provide a lyocell fiber for producing carbon fiber, which is suitable for producing carbon fiber, as carbon nanotubes on the surface thereof exhibit self-heating characteristics when voltage is applied. .
본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 및 흑연섬유의 제조방법에 의하여, 내염화 처리, 탄화 처리, 흑연화 처리 등의 공정 소요시간이 대폭 감소되어 생산성이 향상되고, 에너지 소비가 줄어들며, 균일한 가열이 가능하다.By the method for producing carbon fiber and graphite fiber according to an embodiment of the present invention, the process time required for the flameproofing, carbonization treatment, graphitization treatment, etc. is greatly reduced, productivity is improved, energy consumption is reduced, uniform Heating is possible.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 및 흑연섬유는 탄소나노튜브에 의해 기계적 물성 및 전기전도성이 향상된 탄소섬유 및 흑연섬유를 얻을 수 있다.Carbon fiber and graphite fiber according to an embodiment of the present invention can obtain a carbon fiber and graphite fiber with improved mechanical properties and electrical conductivity by carbon nanotubes.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유의 제조방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 흑연섬유의 제조방법의 순서도이다.1 is a flow chart of a method of manufacturing carbon fiber according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flow chart of a method for producing a graphite fiber according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, terms used in the present specification are terms used to properly express preferred embodiments of the present invention, which may vary according to a user, an operator's intention, or customs in the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of the terms should be made based on the contents throughout the specification. Like reference numerals in the drawings denote like elements.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout the specification, when a member is located "on" another member, this includes not only when one member is in contact with another member but also when another member is present between the two members.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it may further include other components, not to exclude other components.
본 발명은 국방에 이용되는 군 분야에 적용되는 우주 항공 분야의 항공기 부품에 적용되는 탄소소재에 대한 기술이다.The present invention is a technique for a carbon material applied to the aircraft components of the aerospace field applied to the military field used for defense.
이하, 본 발명의 탄소섬유 제조용 라이오셀 섬유, 탄소섬유의 제조방법, 흑연섬유의 제조방법, 그들의 제조방법에 의해 제조된 탄소섬유 및 흑연섬유에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the lyocell fiber for producing carbon fiber, the method for producing carbon fiber, the method for producing graphite fiber, and the carbon fiber and graphite fiber produced by their production method will be described in detail with reference to Examples and drawings. . However, the present invention is not limited to these embodiments and drawings.
본 발명의 일 측면에 따른 탄소섬유 제조용 라이오셀 섬유는, 라이오셀 섬유; 및 상기 라이오셀 섬유 표면에 코팅된 탄소나노튜브;를 포함하고, 전압 인가 시 자기가열 특성을 나타낸다.The lyocell fiber for producing carbon fiber according to an aspect of the present invention, the lyocell fiber; And carbon nanotubes coated on the surface of the lyocell fiber, and exhibit self-heating characteristics when a voltage is applied.
일 실시형태에 있어서, 상기 라이오셀 섬유 표면에 탄소나노튜브가 코팅되어 전압 인가 시 자기가열(self-heating) 특성을 나타낼 수 있다. 탄소나노튜브는, 전기전도도, 강도, 열전도성, 탄성 등이 매우 우수한 소재로서, 라이오셀과 나노복합체로 형성시킴으로써 기존 라이오셀을 단독 전구체 섬유로 하여 제조된 탄소섬유에 비하여 월등히 우수한 물성을 갖는 탄소섬유를 제공할 수 있다.In one embodiment, the carbon nanotubes are coated on the surface of the lyocell fiber to exhibit self-heating characteristics when a voltage is applied. Carbon nanotubes are materials with excellent electrical conductivity, strength, thermal conductivity, elasticity, and the like. Carbon nanotubes are formed of lyocells and nanocomposites, and have excellent physical properties compared to carbon fibers prepared using conventional lyocells as sole precursor fibers. Fiber may be provided.
상기 라이오셀은 목재 펄프에서 추출한 셀룰로오스로 만든 소재로, 본 발명에서 사용되는 라이오셀은 공지의 방법으로 제조될 수 있으며, 적용하려는 용도 등에 따라 적합한 섬도의 것을 선택할 수 있다.The lyocell is a material made of cellulose extracted from wood pulp. The lyocell used in the present invention may be prepared by a known method, and may be selected to have a fineness according to the intended use.
일 실시형태에 있어서, 라이오셀 섬유는, 셀룰로오스가 주성분인 천연펄프 용제로서 N-메틸모르폴린-N-옥사이드(N-methylmorpholine-N-oxide; NMMO)를 사용하여 제조된 건습식 방사섬유가 사용될 수 있다.In one embodiment, the lyocell fiber is a wet and dry spinning fiber prepared using N-methylmorpholine-N-oxide (NMMO) as a natural pulp solvent, the main cellulose is used. Can be.
일 실시형태에 있어서, 상기 라이오셀 섬유의 직경은, 1 nm 내지 50 ㎛인 것일 수 있다. 상기 라이오셀 섬유의 직경이 0.1 nm 미만인 경우 섬유가 너무 미세하여 탄소나노튜브가 코팅되기 어려울 수 있고, 50 ㎛ 초과인 경우 탄소섬유의 두께가 너무 두꺼워질 수 있다. In one embodiment, the diameter of the lyocell fiber may be 1 nm to 50 ㎛. When the diameter of the lyocell fiber is less than 0.1 nm, the fiber may be too fine to coat the carbon nanotubes, and when the diameter of the lyocell fiber is greater than 50 μm, the thickness of the carbon fiber may be too thick.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 길이가 1 ㎛ 내지 500 ㎛ 범위인 것일 수 있다. 상기 탄소나노튜브의 길이는 섬유의 비저항, 온도저항계수, 인장강도 등의 전기적, 열적, 기계적 특성에 영향을 미친다. 따라서, 복수의 탄소나노튜브들의 길이를 가능한한 균일하게 하는 것이 바람직한데, 그 길이 편차를 10 % 이내로 하는 것이 보다 바람직하다.In one embodiment, the carbon nanotubes may be in the range of 1 ㎛ to 500 ㎛ length. The length of the carbon nanotubes affects electrical, thermal and mechanical properties such as specific resistance, temperature resistance coefficient, and tensile strength of the fiber. Therefore, it is preferable to make the length of the plurality of carbon nanotubes as uniform as possible, more preferably within 10% of the length deviation.
일 실시형태에 있어서, 상기 라이오셀 섬유 표면에 코팅된 탄소나노튜브의 두께는, 0.2 nm 내지 3 ㎛인 것일 수 있다. 상기 라이오셀 섬유 표면에 코팅된 탄소나노튜브의 두께가 0.2 nm 미만인 경우 전압을 인가 하여도 자기가열 특성이 미미하게 발휘될 수 있고, 3 ㎛ 초과인 경우 경제성 측면에서 바람직하지 못하다.In one embodiment, the thickness of the carbon nanotubes coated on the surface of the lyocell fiber may be 0.2 nm to 3 ㎛. When the thickness of the carbon nanotubes coated on the surface of the lyocell fiber is less than 0.2 nm, even if a voltage is applied, the self heating characteristics may be exhibited insignificantly.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브 또는 다중벽 탄소나노튜브가 이용될 수 있다.In one embodiment, the carbon nanotubes may be used single-walled carbon nanotubes or multi-walled carbon nanotubes.
일 실시형태에 있어서, 상기 라이오셀 섬유 표면에 코팅된 금속 소재를 더 포함할 수 있다. 상기 금속 소재는 발생한 열을 축열하는 효과를 가질 뿐만 아니라, 섬유와 탄소나노튜브 간의 결합력을 향상시키는 기능을 할 수 있다. 상기 금속 소재는, 예를 들어, 분말 또는 콜로이드 형태의 금속 나노 입자를 포함하는 것일 수 있다. 상기 금속 나노 입자는, 예를 들어, 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 크롬, 철, 망간, 티타늄, 아연, 주석과 같은 전이금속의 금속나노입자를 포함할 수 있다. In one embodiment, it may further comprise a metal material coated on the surface of the lyocell fiber. The metal material may not only have an effect of accumulating heat generated, but also may improve a bonding force between the fiber and the carbon nanotubes. The metal material may include, for example, metal nanoparticles in powder or colloidal form. The metal nanoparticles may include, for example, metal nanoparticles of transition metals such as gold, silver, copper, aluminum, nickel, chromium, iron, manganese, titanium, zinc, and tin.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 제조용 라이오셀 섬유는, 표면에 탄소나노튜브를 포함하여 전압 인가 시 자기가열 특성을 나타냄에 따라 탄소섬유 제조에 적합한 탄소섬유 제조용 라이오셀 섬유를 제공할 수 있다.The lyocell fiber for carbon fiber manufacture according to an embodiment of the present invention may provide a lyocell fiber for producing carbon fiber, which is suitable for producing carbon fiber, as carbon nanotubes on the surface thereof exhibit self-heating characteristics when voltage is applied. .
본 발명의 일 측면에 따른 탄소섬유의 제조방법은, 라이오셀 섬유를 준비하는 단계; 상기 라이오셀 섬유의 표면에 탄소나노튜브-함유 조성물을 코팅하는 단계; 상기 탄소나노튜브-함유 조성물이 코팅된 상기 라이오셀 섬유를 내염화 처리하는 단계; 및 상기 내염화 처리된 상기 라이오셀 섬유를 불활성 분위기 하에서 탄화 처리하는 단계;를 포함한다.Method for producing a carbon fiber according to an aspect of the present invention, preparing a lyocell fiber; Coating a carbon nanotube-containing composition on the surface of the lyocell fiber; Flameproofing the lyocell fiber coated with the carbon nanotube-containing composition; And carbonizing the lyocell fiber subjected to the flameproofing under an inert atmosphere.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 제조방법의 순서도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 제조방법은, 라이오셀 섬유 준비 단계 (110), 코팅 단계 (120), 내염화 처리 단계 (130) 및 탄화 처리 단계 (140)를 포함한다.1 is a flow chart of a carbon fiber manufacturing method according to an embodiment of the present invention. 2, the carbon fiber manufacturing method according to an embodiment of the present invention, lyocell
일 실시형태에 있어서, 상기 라이오셀 섬유 준비 단계 (110)는, 라이오셀 섬유를 준비하는 것일 수 있다. 상기 라이오셀은 목재 펄프에서 추출한 셀룰로오스로 만든 소재로, 본 발명에서 사용되는 라이오셀은 공지의 방법으로 제조될 수 있으며, 적용하려는 용도 등에 따라 적합한 섬도의 것을 선택할 수 있다.In one embodiment, the lyocell
일 실시형태에 있어서, 라이오셀 섬유는, 셀룰로오스가 주성분인 천연펄프 용제로서 N-메틸모르폴린-N-옥사이드(N-methylmorpholine-N-oxide; NMMO)를 사용하여 제조된 건습식 방사섬유가 사용될 수 있다.In one embodiment, the lyocell fiber is a wet and dry spinning fiber prepared using N-methylmorpholine-N-oxide (NMMO) as a natural pulp solvent, the main cellulose is used. Can be.
일 실시형태에 있어서, 상기 코팅 단계 (120)는, 상기 라이오셀 섬유의 표면에 탄소나노튜브-함유 조성물을 코팅하는 것일 수 있다.In one embodiment, the
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브-함유 조성물은, 탄소나노튜브; 및 물 또는 유기용매;를 포함하는 것일 수 있다. 상기 탄소나노튜브 조성물은 탄소나노튜브를 물 또는 유기용매 중에 분산시켜 분산액의 형태로 제조할 수 있는데, 제조공정 상의 편의성, 제조원가 등을 고려할 때, 물을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 유기용매는, 예를 들어, 알코올, 아세톤, 메틸에틸케톤 등과 같은 케톤, 에테르, 에스테르 등을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the carbon nanotube-containing composition, carbon nanotubes; And water or an organic solvent. The carbon nanotube composition may be prepared in the form of a dispersion by dispersing the carbon nanotubes in water or an organic solvent. In consideration of convenience in manufacturing process, manufacturing cost, and the like, it is more preferable to use water. The organic solvent may include, for example, ketones such as alcohol, acetone, methyl ethyl ketone, and the like, ethers, esters, and the like.
일 실시형태에 있어서, 공정의 편의성 및 경제성을 고려하여, 상기 탄소나노튜브는 상기 탄소나노튜브-함유 조성물 중 1 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다. 상기 탄소나노튜브가 상기 탄소나노튜브-함유 조성물 중 1 중량% 미만인 경우 탄소나노튜브가 라이오셀 섬유에 충분히 코팅되지 않고, 충분한 자기가열 효과를 낼 수 없고, 5 중량% 초과인 경우 경제성 측면에서 바람직하지 못하다. In one embodiment, in consideration of the convenience and economics of the process, the carbon nanotubes may be from 1% to 5% by weight of the carbon nanotube-containing composition. When the carbon nanotubes are less than 1% by weight in the carbon nanotube-containing composition, the carbon nanotubes are not sufficiently coated on the lyocell fibers, do not have sufficient self-heating effect, and when the carbon nanotubes are more than 5% by weight, it is preferable in terms of economics. I can't.
일 실시형태에 있어서, 탄소나노튜브 외에 필요에 따라 금속 소재가 추가적으로 포함될 수 있는데, 금속소재는 발생한 열을 축열하는 효과를 가질 뿐만 아니라, 섬유와 탄소나노튜브 간의 결합력을 향상시키는 기능을 할 수 있다. 상기 금속 소재는, 예를 들어, 분말 또는 콜로이드 형태의 금속 나노 입자를 포함하는 것일 수 있다. 상기 금속 나노 입자는, 예를 들어, 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 크롬, 철, 망간, 티타늄, 아연, 주석과 같은 전이금속의 금속나노입자를 포함할 수 있다. In one embodiment, a metal material may be additionally included as needed in addition to the carbon nanotubes. The metal material may not only have an effect of accumulating heat generated, but also may improve a bonding force between the fiber and the carbon nanotubes. . The metal material may include, for example, metal nanoparticles in powder or colloidal form. The metal nanoparticles may include, for example, metal nanoparticles of transition metals such as gold, silver, copper, aluminum, nickel, chromium, iron, manganese, titanium, zinc, and tin.
일 실시형태에 있어서, 상기 금속 소재는 상기 탄소나노튜브-함유 조성물 중 1 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다. 상기 금속 소재는 상기 탄소나노튜브-함유 조성물 중 1 중량% 미만인 경우 라이오셀 섬유와 탄소나노튜브 간의 결합력을 향상시킬 수 없고, 5 중량% 초과인 경우 경제성 측면에서 바람직하지 못하다.In one embodiment, the metal material may be from 1% to 5% by weight of the carbon nanotube-containing composition. When the metal material is less than 1% by weight in the carbon nanotube-containing composition, the bonding force between the lyocell fibers and the carbon nanotubes cannot be improved, and when the metal material is more than 5% by weight, it is not preferable in terms of economy.
일 실시형태에 있어서, 금속 소재를 추가로 적용할 경우, 탄소나노튜브와 함께 하나의 분산액으로 만들어 동시에 적용하거나, 별개의 분산액으로 만들어 별도의 단계로 적용할 수 있다.In one embodiment, when the metal material is further applied, it may be applied simultaneously by making one dispersion together with carbon nanotubes, or may be made into separate dispersions and applied in separate steps.
일 실시형태에 있어서, 라이오셀 섬유 표면에 탄소나노튜브 조성물을 코팅하는 방법은 특별하게 제한되지는 않으나, 탄소나노튜브 조성물을 라이오셀 섬유에 살포 또는 분무하거나, 라이오셀 섬유를 탄소나노튜브 조성물에 침지하는 방법을 이용할 수 있다. 코팅 후 건조 또는 가열에 의해 라이오셀 섬유에 대한 탄소나노튜브 조성물의 부착력을 향상시킬 수 있다.In one embodiment, the method of coating the carbon nanotube composition on the lyocell fiber surface is not particularly limited, but spraying or spraying the carbon nanotube composition on the lyocell fiber, or the lyocell fiber on the carbon nanotube composition Dipping method can be used. The adhesion of the carbon nanotube composition to the lyocell fibers may be improved by drying or heating after coating.
일 실시형태에 있어서, 상기 라이오셀 섬유의 표면에 코팅되는 탄소나노튜브의 양은, 상기 라이오셀 섬유 중량 대비 1 중량% 내지 4 중량%인 것일 수 있다. 상기 라이오셀 섬유의 표면에 코팅되는 탄소나노튜브의 양이 1 중량% 미만이면 탄소나노튜브의 양이 너무 적어 라이오셀 섬유의 표면에 균일하게 코팅되지 못하므로 충분한 자기가열 효과를 낼 수 없고, 4 중량%를 초과하면 코팅층이 너무 두꺼워지며 경제성 측면에서 바람직하지 못하다.In one embodiment, the amount of carbon nanotubes coated on the surface of the lyocell fiber may be 1% to 4% by weight based on the weight of the lyocell fiber. If the amount of carbon nanotubes coated on the surface of the lyocell fiber is less than 1% by weight, the amount of carbon nanotubes is too small, so that the surface of the lyocell fibers may not be uniformly coated. If the weight percentage is exceeded, the coating layer becomes too thick and is not preferable in terms of economy.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브-함유 조성물이 코팅된 상기 라이오셀 섬유는, 비저항이 0.09 Ω·cm 내지 1.9 Ω·cm이고, 온도저항계수(Temperature Coefficient of Resistance; TCR)가 560 × 10-6/℃ 내지 40 × 10-4/℃인 것일 수 있다. 상기 범위의 비저항 및 온도저항계수가 자기발열 특성 측면에서 바람직하다.In one embodiment, the lyocell fiber coated with the carbon nanotube-containing composition has a specific resistance of 0.09 Pa.cm to 1.9 Pa.cm, and a Temperature Coefficient of Resistance (TCR) of 560 × 10. It may be from -6 / ℃ to 40 × 10 -4 / ℃. The specific resistance and temperature resistance coefficient in the above range are preferable in terms of self-heating characteristics.
일 실시형태에 있어서, 상기 내염화 처리 단계 (130)는, 상기 탄소나노튜브-함유 조성물이 코팅된 상기 라이오셀 섬유를 내염화 처리하는 단계이다. 상기 내염화 처리 단계는 후속되는 탄화 처리에 대비하여 라이오셀 섬유에 내염성을 부여할 뿐만 아니라, 라이오셀 섬유와 탄소나노튜브 간의 결합력을 향상시키는 역할을 한다.In one embodiment, the flameproofing
일 실시형태에 있어서, 상기 내염화 처리하는 단계는, 200 ℃ 내지 400 ℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 내염화 처리 온도가 200 ℃ 미만인 경우 내염 효과가 미미하고, 400 ℃ 초과인 경우 섬유가 열분해될 우려가 있어 바람직하지 않다.In one embodiment, the step of flame-resistant treatment may be performed at a temperature of 200 ℃ to 400 ℃. If the flameproofing temperature is less than 200 ° C, the flameproof effect is insignificant, and if the flameproofing temperature is higher than 400 ° C, the fiber may be thermally decomposed, which is not preferable.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄화 처리 단계 (140)는, 상기 내염화 처리된 상기 라이오셀 섬유를 불활성 분위기 하에서 탄화 처리하는 단계이다.In one embodiment, the
일 실시형태에 있어서, 상기 탄화 처리하는 단계는, 600 ℃ 내지 1,700 ℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 탄화 처리 온도가 600 ℃ 미만인 경우에는 탄화율이 낮아져서 바람직하지 않고, 1,700 ℃를 초과하는 경우에는 흑연화가 발생하게 된다.In one embodiment, the step of carbonizing may be performed at a temperature of 600 ℃ to 1,700 ℃. If the carbonization temperature is less than 600 ° C, the carbonization rate is lowered, which is not preferable. If the carbonization temperature is higher than 1,700 ° C, graphitization occurs.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄화 처리하는 단계는, 10 시간 내지 30 시간 동안 수행되는 것일 수 있다. 상기 탄화 처리 시간이 10 시간 미만인 경우에는 충분한 탄화공정이 이루어지지 않아서 바람직하지 않고, 30 시간을 초과하는 경우에는 탄화수율이 떨어져서 바람직하지 않다.In one embodiment, the carbonizing may be performed for 10 hours to 30 hours. If the carbonization time is less than 10 hours, it is not preferable that a sufficient carbonization process is not performed. If the carbonization time is more than 30 hours, the carbonization yield is not preferable.
일 실시형태에 있어서, 상기 내염화 처리하는 단계 및 상기 탄화 처리하는 단계 중 적어도 어느 하나의 단계는, 상기 라이오셀 섬유에 코팅된 상기 탄소나노튜브-함유 조성물에 인가되는 전압에 의한 자기발열에 의해 수행되는 것일 수 있다. 탄소나노튜브 자체의 저항가열을 통하여 상기 라이오셀 섬유를 발열시키게 된다. 라이오셀 섬유가 표면의 탄소나노튜브에 의해 직접 가열됨에 따라, 공정 소요시간이 대폭 감소되어 생산성이 향상되고, 에너지 소비가 줄어들며, 균일한 가열이 가능하고, 또 탄소나노튜브에 의해 기계적 물성 및 전기전도성이 향상된 탄소섬유를 얻을 수 있다.In one embodiment, at least one of the flameproofing step and the carbonization step is performed by self-heating by a voltage applied to the carbon nanotube-containing composition coated on the lyocell fibers. May be performed. The lyocell fiber is heated by resistance heating of the carbon nanotubes themselves. As lyocell fibers are directly heated by carbon nanotubes on the surface, the process time is greatly reduced, resulting in improved productivity, reduced energy consumption, uniform heating, and mechanical properties and electricity by carbon nanotubes. Carbon fibers with improved conductivity can be obtained.
일 실시형태에 있어서, 상기 인가되는 전압의 크기는 섬유의 섬도, 가열 온도 등에 따라 달라질 수 있다.In one embodiment, the magnitude of the applied voltage may vary depending on the fineness of the fibers, the heating temperature, and the like.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유의 제조방법에 의하여, 내염화 처리, 탄화 처리, 흑연화 처리 등의 공정 소요시간이 대폭 감소되어 생산성이 향상되고, 에너지 소비가 줄어들며, 균일한 가열이 가능하다.By the carbon fiber manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the process time required for the flame-resistant treatment, carbonization treatment, graphitization treatment, etc. is greatly reduced, productivity is improved, energy consumption is reduced, and uniform heating is possible. Do.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 탄소섬유는, 상기의 탄소섬유의 제조방법에 의해 제조된다.Carbon fiber according to another aspect of the present invention is produced by the above method for producing carbon fiber.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소섬유의 제조방법에 의해 자기발열하는 탄소나노튜브에 의해 기계적 물성 및 전기전도성이 향상된 탄소섬유를 얻을 수 있다.In one embodiment, a carbon fiber with improved mechanical properties and electrical conductivity can be obtained by the carbon nanotubes self-heating by the carbon fiber manufacturing method.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 흑연섬유의 제조방법은, 라이오셀 섬유를 준비하는 단계; 상기 라이오셀 섬유의 표면에 탄소나노튜브-함유 조성물을 코팅하는 단계; 상기 탄소나노튜브-함유 조성물이 코팅된 상기 라이오셀 섬유를 내염화 처리하는 단계; 상기 내염화 처리된 상기 라이오셀 섬유를 불활성 분위기 하에서 탄화 처리하는 단계; 및 상기 탄화처리된 상기 라이오셀 섬유를 흑연화 처리하는 단계;를 포함한다.Graphite fiber manufacturing method according to another aspect of the present invention, preparing a lyocell fiber; Coating a carbon nanotube-containing composition on the surface of the lyocell fiber; Flameproofing the lyocell fiber coated with the carbon nanotube-containing composition; Carbonizing the lyocell fibers treated with flameproofing under an inert atmosphere; And graphitizing the carbonized lyocell fiber.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유의 제조방법의 순서도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 제조방법은, 라이오셀 섬유 준비 단계 (210), 코팅 단계 (220), 내염화 처리 단계 (230), 탄화 처리 단계 (240) 및 흑연화 처리 단계 (250)를 포함한다.Figure 2 is a flow chart of a method for producing a carbon fiber according to an embodiment of the present invention. 2, the carbon fiber manufacturing method according to an embodiment of the present invention, lyocell
일 실시형태에 있어서, 상기 라이오셀 섬유 준비 단계 (210)는, 라이오셀 섬유를 준비하는 것일 수 있다. 상기 라이오셀은 목재 펄프에서 추출한 셀룰로오스로 만든 소재로, 본 발명에서 사용되는 라이오셀은 공지의 방법으로 제조될 수 있으며, 적용하려는 용도 등에 따라 적합한 섬도의 것을 선택할 수 있다.In one embodiment, the lyocell
일 실시형태에 있어서, 라이오셀 섬유는, 셀룰로오스가 주성분인 천연펄프 용제로서 N-메틸모르폴린-N-옥사이드(N-methylmorpholine-N-oxide; NMMO)를 사용하여 제조된 건습식 방사섬유가 사용될 수 있다.In one embodiment, the lyocell fiber is a wet and dry spinning fiber prepared using N-methylmorpholine-N-oxide (NMMO) as a natural pulp solvent, the main cellulose is used. Can be.
일 실시형태에 있어서, 상기 코팅 단계 (220)는, 상기 라이오셀 섬유의 표면에 탄소나노튜브-함유 조성물을 코팅하는 것일 수 있다.In one embodiment, the
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브-함유 조성물은, 탄소나노튜브; 및 물 또는 유기용매;를 포함하는 것일 수 있다. 상기 탄소나노튜브 조성물은 탄소나노튜브를 물 또는 유기용매 중에 분산시켜 분산액의 형태로 제조할 수 있는데, 제조공정 상의 편의성, 제조원가 등을 고려할 때, 물을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 유기용매는, 예를 들어, 알코올, 아세톤, 메틸에틸케톤 등과 같은 케톤, 에테르, 에스테르 등을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the carbon nanotube-containing composition, carbon nanotubes; And water or an organic solvent. The carbon nanotube composition may be prepared in the form of a dispersion by dispersing the carbon nanotubes in water or an organic solvent. In consideration of convenience in manufacturing process, manufacturing cost, and the like, it is more preferable to use water. The organic solvent may include, for example, ketones such as alcohol, acetone, methyl ethyl ketone, and the like, ethers, esters, and the like.
일 실시형태에 있어서, 공정의 편의성 및 경제성을 고려하여, 상기 탄소나노튜브는 상기 탄소나노튜브-함유 조성물 중 1 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다. 상기 탄소나노튜브가 상기 탄소나노튜브-함유 조성물 중 1 중량% 미만인 경우 탄소나노튜브가 라이오셀 섬유에 충분히 코팅되지 않고, 충분한 자기가열 효과를 낼 수 없고, 5 중량% 초과인 경우 경제성 측면에서 바람직하지 못하다. In one embodiment, in consideration of the convenience and economics of the process, the carbon nanotubes may be from 1% to 5% by weight of the carbon nanotube-containing composition. When the carbon nanotubes are less than 1% by weight in the carbon nanotube-containing composition, the carbon nanotubes are not sufficiently coated on the lyocell fibers, do not have sufficient self-heating effect, and when the carbon nanotubes are more than 5% by weight, it is preferable in terms of economics. I can't.
일 실시형태에 있어서, 탄소나노튜브 외에 필요에 따라 금속 소재가 추가적으로 포함될 수 있는데, 금속소재는 발생한 열을 축열하는 효과를 가질 뿐만 아니라, 섬유와 탄소나노튜브 간의 결합력을 향상시키는 기능을 할 수 있다. 상기 금속 소재는, 예를 들어, 분말 또는 콜로이드 형태의 금속 나노 입자를 포함하는 것일 수 있다. 상기 금속 나노 입자는, 예를 들어, 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 크롬, 철, 망간, 티타늄, 아연, 주석과 같은 전이금속의 금속나노입자를 포함할 수 있다.In one embodiment, a metal material may be additionally included as needed in addition to the carbon nanotubes. The metal material may not only have an effect of accumulating heat generated, but also may improve a bonding force between the fiber and the carbon nanotubes. . The metal material may include, for example, metal nanoparticles in powder or colloidal form. The metal nanoparticles may include, for example, metal nanoparticles of transition metals such as gold, silver, copper, aluminum, nickel, chromium, iron, manganese, titanium, zinc, and tin.
일 실시형태에 있어서, 상기 금속 소재는 상기 탄소나노튜브-함유 조성물 중 1 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다. 상기 금속 소재는 상기 탄소나노튜브-함유 조성물 중 1 중량% 미만인 경우 라이오셀 섬유와 탄소나노튜브 간의 결합력을 향상시킬 수 없고, 5 중량% 초과인 경우 경제성 측면에서 바람직하지 못하다.In one embodiment, the metal material may be from 1% to 5% by weight of the carbon nanotube-containing composition. When the metal material is less than 1% by weight in the carbon nanotube-containing composition, the bonding force between the lyocell fibers and the carbon nanotubes cannot be improved, and when the metal material is more than 5% by weight, it is not preferable in terms of economy.
일 실시형태에 있어서, 금속 소재를 추가로 적용할 경우, 탄소나노튜브와 함께 하나의 분산액으로 만들어 동시에 적용하거나, 별개의 분산액으로 만들어 별도의 단계로 적용할 수 있다.In one embodiment, when the metal material is further applied, it may be applied simultaneously by making one dispersion together with carbon nanotubes, or may be made into separate dispersions and applied in separate steps.
일 실시형태에 있어서, 라이오셀 섬유 표면에 탄소나노튜브 조성물을 코팅하는 방법은 특별하게 제한되지는 않으나, 탄소나노튜브 조성물을 라이오셀 섬유에 살포 또는 분무하거나, 라이오셀 섬유를 탄소나노튜브 조성물에 침지하는 방법을 이용할 수 있다. 코팅 후 건조 또는 가열에 의해 라이오셀 섬유에 대한 탄소나노튜브 조성물의 부착력을 향상시킬 수 있다.In one embodiment, the method of coating the carbon nanotube composition on the lyocell fiber surface is not particularly limited, but spraying or spraying the carbon nanotube composition on the lyocell fiber, or the lyocell fiber on the carbon nanotube composition Dipping method can be used. The adhesion of the carbon nanotube composition to the lyocell fibers may be improved by drying or heating after coating.
일 실시형태에 있어서, 상기 라이오셀 섬유의 표면에 코팅되는 탄소나노튜브의 양은, 상기 라이오셀 섬유 중량 대비 1 중량% 내지 4 중량%인 것일 수 있다. 상기 라이오셀 섬유의 표면에 코팅되는 탄소나노튜브의 양이 1 중량% 미만이면 탄소나노튜브의 양이 너무 적어 라이오셀 섬유의 표면에 균일하게 코팅되지 못하므로 충분한 자기가열 효과를 낼 수 없고, 4 중량%를 초과하면 코팅층이 너무 두꺼워지며 경제성 측면에서 바람직하지 못하다.In one embodiment, the amount of carbon nanotubes coated on the surface of the lyocell fiber may be 1% to 4% by weight based on the weight of the lyocell fiber. If the amount of carbon nanotubes coated on the surface of the lyocell fiber is less than 1% by weight, the amount of carbon nanotubes is too small, so that the surface of the lyocell fibers may not be uniformly coated. If the weight percentage is exceeded, the coating layer becomes too thick and is not preferable in terms of economy.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브-함유 조성물이 코팅된 상기 라이오셀 섬유는, 비저항이 0.09 Ω·cm 내지 1.9 Ω·cm이고, 온도저항계수(Temperature Coefficient of Resistance; TCR)가 560 × 10-6/℃ 내지 40 × 10-4/℃인 것일 수 있다. 상기 범위의 비저항 및 온도저항계수가 자기발열 특성 측면에서 바람직하다.In one embodiment, the lyocell fiber coated with the carbon nanotube-containing composition has a specific resistance of 0.09 Pa.cm to 1.9 Pa.cm, and a Temperature Coefficient of Resistance (TCR) of 560 × 10. It may be from -6 / ℃ to 40 × 10 -4 / ℃. The specific resistance and temperature resistance coefficient in the above range are preferable in terms of self-heating characteristics.
일 실시형태에 있어서, 상기 내염화 처리 단계 (230)는, 상기 탄소나노튜브-함유 조성물이 코팅된 상기 라이오셀 섬유를 내염화 처리하는 단계이다. 상기 내염화 처리 단계는 후속되는 탄화 처리에 대비하여 라이오셀 섬유에 내염성을 부여할 뿐만 아니라, 라이오셀 섬유와 탄소나노튜브 간의 결합력을 향상시키는 역할을 한다.In one embodiment, the flameproofing
일 실시형태에 있어서, 상기 내염화 처리하는 단계는, 200 ℃ 내지 400 ℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 내염화 처리 온도가 200 ℃ 미만인 경우 내염 효과가 미미하고, 400 ℃ 초과인 경우 섬유가 열분해될 우려가 있어 바람직하지 않다.In one embodiment, the step of flame-resistant treatment may be performed at a temperature of 200 ℃ to 400 ℃. If the flameproofing temperature is less than 200 ° C, the flameproof effect is insignificant, and if the flameproofing temperature is higher than 400 ° C, the fiber may be thermally decomposed, which is not preferable.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄화 처리 단계 (240)는, 상기 내염화 처리된 상기 라이오셀 섬유를 불활성 분위기 하에서 탄화 처리하는 단계이다.In one embodiment, the
일 실시형태에 있어서, 상기 탄화 처리하는 단계는, 600 ℃ 내지 1,700 ℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 탄화 처리 온도가 600 ℃ 미만인 경우에는 탄화율이 낮아져서 바람직하지 않고, 1,700 ℃를 초과하는 경우에는 흑연화가 발생하게 된다.In one embodiment, the step of carbonizing may be performed at a temperature of 600 ℃ to 1,700 ℃. If the carbonization temperature is less than 600 ° C, the carbonization rate is lowered, which is not preferable. If the carbonization temperature is higher than 1,700 ° C, graphitization occurs.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄화 처리하는 단계는, 10 시간 내지 30 시간 동안 수행되는 것일 수 있다. 상기 탄화 처리 시간이 10 시간 미만인 경우에는 충분한 탄화공정이 이루어지지 않아서 바람직하지 않고, 30 시간을 초과하는 경우에는 탄화수율이 떨어져서 바람직하지 않다.In one embodiment, the carbonizing may be performed for 10 hours to 30 hours. If the carbonization time is less than 10 hours, it is not preferable that a sufficient carbonization process is not performed. If the carbonization time is more than 30 hours, the carbonization yield is not preferable.
일 실시형태에 있어서, 상기 흑연화 처리 단계 (250)는, 상기 탄화처리된 상기 라이오셀 섬유를 흑연화 처리하는 단계이다.In one embodiment, the graphitization step 250 is a step of graphitizing the carbonized lyocell fibers.
일 실시형태에 있어서, 흑연화 처리를 통하여 열전도도, 절연성 또는 내열 특성 등을 제어할 수 있다. In one embodiment, thermal conductivity, insulation, heat resistance, and the like can be controlled through the graphitization treatment.
일 실시형태에 있어서, 상기 흑연화 처리하는 단계는, 1,800 ℃ 내지 3,000 ℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 흑연화 처리 온도가 1,800 ℃미만인 경우 흑연화도가 떨어져서 바람직하지 않고, 3,000 ℃를 초과하는 경우 경제성 대비 흑연화 효과가 떨어져서 바람직하지 않다.In one embodiment, the step of graphitizing may be performed at a temperature of 1,800 ℃ to 3,000 ℃. When the graphitization treatment temperature is less than 1,800 ° C, the graphitization degree is not preferable, and when the graphitization temperature is higher than 3,000 ° C, the graphitization effect is inferior to economical efficiency.
일 실시형태에 있어서, 상기 흑연화 처리하는 단계는, 상기 온도 범위에서 체류시간을 0 내지 10 시간으로 하여 수행되는 것일 수 있다. 상기 온도 범위에서의 체류시간이 0 시간이라 함은 상기 흑연화 온도까지 승온시켰다가 바로 냉각시키는 것을 의미하며, 체류시간이 10 시간이라 함은 상기 흑연화 온도에서 10 시간 동안 유지시켰다가 냉각시키는 것을 의미한다. 상기 흑연화 온도에서의 체류시간이 10 시간을 초과하는 경우에는 최종 탄화수율이 떨어져서 바람직하지 않다.In one embodiment, the step of graphitizing may be performed with a residence time in the temperature range of 0 to 10 hours. The residence time in the temperature range of 0 hours means that the temperature is raised to the graphitization temperature and immediately cooled, and the residence time of 10 hours means that it is maintained for 10 hours at the graphitization temperature and then cooled. it means. If the residence time at the graphitization temperature exceeds 10 hours, the final carbonization yield is not preferable, which is undesirable.
일 실시형태에 있어서, 상기 내염화 처리하는 단계, 상기 탄화 처리하는 단계 및 상기 흑연화 처리하는 단계 중 적어도 어느 하나의 단계는, 상기 라이오셀 섬유에 코팅된 상기 탄소나노튜브-함유 조성물에 인가되는 전압에 의한 자기발열에 의해 수행되는 것일 수 있다. 라이오셀 섬유가 표면의 탄소나노튜브에 의해 직접 가열됨에 따라, 공정 소요시간이 대폭 감소되어 생산성이 향상되고, 균일한 가열이 가능하고, 기계적 물성 및 전기전도성이 우수한 흑연섬유를 얻을 수 있다. 또한 로 전체를 가열하지 않고도 섬유자체의 온도를 올리는 방식을 사용함으로써 장비가 간단해지고 에너지가 절감되는 효과가 있다.In one embodiment, at least one of the flameproofing, carbonizing and graphitizing is applied to the carbon nanotube-containing composition coated on the lyocell fibers. It may be performed by self-heating by the voltage. As the lyocell fibers are directly heated by the carbon nanotubes on the surface, the process time is greatly reduced, thereby improving productivity, enabling uniform heating, and obtaining graphite fibers having excellent mechanical properties and electrical conductivity. In addition, by using the method of raising the temperature of the fiber itself without heating the entire furnace, the equipment is simplified and the energy is saved.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 흑연섬유는, 상기 흑연섬유의 제조방법에 의해 제조된다.Graphite fiber according to another aspect of the present invention is produced by the method for producing the graphite fiber.
본 발명의 일 실시예에 따른 흑연섬유는 탄소나노튜브에 의해 기계적 물성 및 전기전도성이 향상된 흑연섬유를 얻을 수 있다.Graphite fiber according to an embodiment of the present invention can obtain a graphite fiber with improved mechanical properties and electrical conductivity by carbon nanotubes.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 탄소섬유를 직조하여 제조된 탄소섬유 직물을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a carbon fiber fabric produced by weaving the carbon fiber.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 흑연섬유를 직조하여 제조된 흑연섬유 직물을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a graphite fiber fabric prepared by weaving the graphite fiber.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유 직물 또는 흑연섬유 직물은, 상기와 같은 탄소섬유의 제조방법 또는 흑연섬유의 제조방법에 의해 제조된 탄소섬유 또는 흑연섬유를 직조하여 직물을 제조할 수 있다. Carbon fiber fabric or graphite fiber fabric according to an embodiment of the present invention, weaving the carbon fiber or graphite fiber prepared by the carbon fiber or graphite fiber manufacturing method as described above can be produced a fabric.
일 실시형태에 있어서, 먼저 출발물질인 라이오셀 섬유는, 셀룰로오스가 주성분인 천연펄프 용제로서 N-메틸모르폴린-N-옥사이드(N-methylmorpholine-N-oxide; NMMO)를 사용하여 제조된 건습식 방사섬유를 직조하여 평직, 능직 또는 주자직 직물구조로 만든다. 이후, 제직된 직물을 아세톤과 같은 유기용제를 이용하여 세척하는 세척공정을 거치면서 불순물을 제거하고, 섬유의 잔류응력을 완화시킨다. 그 후, 탄소나노튜브 및 물을 혼합한 탄소나노튜브-함유 조성물에 침지시켜 라이오셀 섬유 표면에 탄소나노튜브가 코팅시켰다. 탄소나노튜브가 코팅된 라이오셀 섬유는, 내염화 공정, 탄화 공정을 거치면서 탄소직물로 전환된다. 그 후에 탄소직물에 남아있는 타르나 불순물들을 제거하는 세척공정을 거쳐서 본 발명의 일 실시예에 따른 라이오셀계 탄소직물을 제조한다. 추가적으로 흑연화 처리하여 흑연섬유 직물을 제조할 수 있다.In one embodiment, the lyocell fiber, which is a starting material, is a wet-and-dry type prepared using N-methylmorpholine-N-oxide (NMMO) as a natural pulp solvent in which cellulose is a main component. Spinning fibers are woven into a plain, twill or runner fabric structure. Subsequently, impurities are removed while the woven fabric is washed with an organic solvent such as acetone, and the residual stress of the fiber is relieved. Thereafter, the carbon nanotubes were coated on the surface of the lyocell fiber by immersion in a carbon nanotube-containing composition mixed with carbon nanotubes and water. The lyocell fiber coated with carbon nanotubes is converted into a carbon fabric through a flameproofing process and a carbonization process. Thereafter, a lyocell-based carbon fabric according to an embodiment of the present invention is prepared through a washing process of removing tar or impurities remaining on the carbon fabric. Further graphitization may be performed to produce graphite fiber fabrics.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the contents of the present invention are not limited to the following examples.
탄소섬유의 제조Manufacture of Carbon Fiber
실시예 1Example 1
단일벽 탄소나노튜브 4 중량%와 물 96 중량%를 혼합하여 탄소나노튜브 조성물을 제조하고, 350 dtex의 라이오셀 섬유를 상기 탄소나노튜브 조성물에 1시간 동안 침지하여 섬유 표면에 탄소나노튜브가 코팅된 라이오셀 섬유를 제조하였다.A carbon nanotube composition was prepared by mixing 4% by weight of single-walled carbon nanotubes and 96% by weight of water, and carbon nanotubes were coated on the surface of the fiber by immersing 350 dtex of lyocell fibers in the carbon nanotube composition for 1 hour. Lyocell fibers were prepared.
제조된 라이오셀 섬유에 전압을 인가하여 350 ℃에서 4 시간 내염화 처리한 후, 불활성 분위기 하에서 1,600 ℃ 온도로 탄화 처리하여 탄소섬유를 제조하였다.After applying a voltage to the prepared lyocell fiber and flame-resistant treatment at 350 ℃ for 4 hours, and carbonized at 1,600 ℃ temperature in an inert atmosphere to prepare a carbon fiber.
실시예 2Example 2
단일벽 탄소나노튜브 4 중량%, 니켈 나노입자 4 중량%, 물 92 중량%를 혼합하여 탄소나노튜브 조성물을 제조하고, 350 dtex의 라이오셀 섬유를 상기 탄소나노튜브 조성물에 1 시간 동안 침지하여 섬유 표면에 탄소나노튜브와 니켈 나노입자가 코팅된 라이오셀 섬유를 제조하였다. 상기 라이오셀 섬유에 전압을 인가하여 350 ℃에서 2 시간 내염화 처리한 후, 불활성 분위기 하에서 1,600 ℃ 온도로 탄화 처리하여 탄소섬유를 제조하였다. 실시예 1에 비하여, 내염화 처리 시간이 반으로 감소하였다.A carbon nanotube composition was prepared by mixing 4% by weight of single-walled carbon nanotubes, 4% by weight of nickel nanoparticles, and 92% by weight of water, and 350 dtex of lyocell fibers were immersed in the carbon nanotube composition for 1 hour. A lyocell fiber coated with carbon nanotubes and nickel nanoparticles was prepared on a surface thereof. After applying a voltage to the lyocell fiber and flame-resistant at 350 ° C. for 2 hours, carbonization was performed at 1,600 ° C. under an inert atmosphere to prepare carbon fiber. Compared to Example 1, the flameproofing treatment time was halved.
비교예Comparative example
350 dtex의 라이오셀 섬유를 준비하여 350 ℃에서 20 시간 내염화 처리한 후, 불활성 분위기 하에서 1,600 ℃ 온도로 탄화 처리하여 탄소섬유를 제조하였다. 실시예 1에 비하여, 내염화 처리 시간이 5 배가 더 소요되었다.A 350 dtex lyocell fiber was prepared and subjected to a salt-resistant treatment at 350 ° C. for 20 hours, and then carbonized at 1,600 ° C. under an inert atmosphere to prepare carbon fiber. Compared to Example 1, the flameproofing treatment time was 5 times longer.
흑연섬유의 제조Manufacture of Graphite Fibers
실시예 3Example 3
실시예 1에서 얻어진 탄소섬유에 전압을 인가하여 2,500 ℃에서 탄화 처리함으로써 흑연섬유를 제조하였다.Graphite fiber was prepared by applying a voltage to the carbon fiber obtained in Example 1 and carbonizing at 2,500 ℃.
실시예 1 및 2의 탄소섬유 및 실시예 3의 흑연섬유는, 비교예의 탄소섬유에 비하여, 내염화 처리, 탄화 처리, 흑연화 처리 등의 공정 소요시간이 대폭 감소된 것을 알 수 있고, 이에 따라 에너지 소비가 줄어들며, 균일한 가열이 가능한 것을 알 수 있다. 제조된 탄소섬유 및 흑연섬유는, 탄소나노튜브에 의해 기계적 물성 및 전기전도성이 향상된 것을 확인하였다.The carbon fibers of Examples 1 and 2 and the graphite fibers of Example 3, compared to the carbon fibers of the comparative example, it can be seen that the time required for processing such as flame-resistant treatment, carbonization treatment, graphitization treatment, etc. significantly reduced. It can be seen that energy consumption is reduced and uniform heating is possible. The prepared carbon fibers and graphite fibers were confirmed to have improved mechanical properties and electrical conductivity by carbon nanotubes.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or the described components may be combined or combined in a different form than the described method, or replaced or substituted by other components or equivalents. Appropriate results can be achieved. Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the claims that follow.
Claims (21)
상기 라이오셀 섬유 표면에 코팅된 탄소나노튜브;
를 포함하고,
전압 인가 시 자기가열 특성을 나타내고,
상기 라이오셀 섬유 표면에 코팅된 금속 소재를 더 포함하고,
상기 금속 소재는, 분말 또는 콜로이드 형태의 금속 나노 입자를 포함하고,
상기 금속 소재는, 금, 은, 구리, 크롬, 아연 및 주석으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
탄소섬유 제조용 라이오셀 섬유.
Lyocell fibers; And
Carbon nanotubes coated on the surface of the lyocell fibers;
Including,
Self-heating characteristics when voltage is applied
Further comprising a metal material coated on the surface of the lyocell fiber,
The metal material includes metal nanoparticles in powder or colloidal form,
Wherein the metal material, at least one selected from the group consisting of gold, silver, copper, chromium, zinc and tin,
Lyocell fibers for the production of carbon fibers.
상기 라이오셀 섬유의 직경은, 1 nm 내지 50 ㎛이고,
상기 라이오셀 섬유 표면에 코팅된 탄소나노튜브의 길이는, 1 ㎛ 내지 500 ㎛ 이고,
상기 라이오셀 섬유 표면에 코팅된 탄소나노튜브의 두께는, 0.2 nm 내지 3 ㎛인 것인,
탄소섬유 제조용 라이오셀 섬유.
The method of claim 1,
The diameter of the lyocell fiber is 1 nm to 50 ㎛,
The length of the carbon nanotube coated on the surface of the lyocell fiber, 1 ㎛ to 500 ㎛,
The thickness of the carbon nanotubes coated on the surface of the lyocell fiber is 0.2 nm to 3 μm,
Lyocell fibers for the production of carbon fibers.
상기 라이오셀 섬유의 표면에 탄소나노튜브-함유 조성물을 코팅하는 단계;
상기 탄소나노튜브-함유 조성물이 코팅된 상기 라이오셀 섬유를 내염화 처리하는 단계; 및
상기 내염화 처리된 상기 라이오셀 섬유를 불활성 분위기 하에서 탄화 처리하는 단계;
를 포함하고,
상기 탄소나노튜브-함유 조성물은, 탄소나노튜브; 및 물 또는 유기용매;를 포함하고,
상기 탄소나노튜브-함유 조성물은, 금속 소재;를 더 포함하고,
상기 금속 소재는, 분말 또는 콜로이드 형태의 금속 나노 입자를 포함하고,
상기 금속 소재는, 금, 은, 구리, 크롬, 아연 및 주석으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
탄소섬유의 제조방법.
Preparing lyocell fibers;
Coating a carbon nanotube-containing composition on the surface of the lyocell fiber;
Flameproofing the lyocell fiber coated with the carbon nanotube-containing composition; And
Carbonizing the lyocell fibers treated with flameproofing under an inert atmosphere;
Including,
The carbon nanotube-containing composition may include carbon nanotubes; And water or an organic solvent;
The carbon nanotube-containing composition further comprises a metal material;
The metal material includes metal nanoparticles in powder or colloidal form,
The metal material, at least one selected from the group consisting of gold, silver, copper, chromium, zinc and tin,
Method for producing carbon fiber.
상기 내염화 처리하는 단계 및 상기 탄화 처리하는 단계 중 적어도 어느 하나의 단계는,
상기 라이오셀 섬유에 코팅된 상기 탄소나노튜브-함유 조성물에 인가되는 전압에 의한 자기발열에 의해 수행되는 것인,
탄소섬유의 제조방법.
The method of claim 4, wherein
At least one of the step of the flameproofing treatment and the carbonization treatment,
To be carried out by self-heating by the voltage applied to the carbon nanotube-containing composition coated on the lyocell fibers,
Method for producing carbon fiber.
상기 탄소나노튜브는 상기 탄소나노튜브-함유 조성물 중 1 중량% 내지 5 중량%인 것인,
탄소섬유의 제조방법.
The method of claim 4, wherein
Wherein the carbon nanotubes are 1% by weight to 5% by weight of the carbon nanotube-containing composition,
Method for producing carbon fiber.
상기 금속 소재는 상기 탄소나노튜브-함유 조성물 중 1 중량% 내지 5 중량%인 것인,
탄소섬유의 제조방법.
The method of claim 4, wherein
Wherein the metal material is from 1% to 5% by weight of the carbon nanotube-containing composition,
Method for producing carbon fiber.
상기 라이오셀 섬유의 표면에 탄소나노튜브-함유 조성물을 코팅하는 단계에서,
상기 라이오셀 섬유의 표면에 코팅되는 탄소나노튜브의 양은, 상기 라이오셀 섬유 중량 대비 1 중량% 내지 4 중량%인 것인,
탄소섬유의 제조방법.
The method of claim 4, wherein
In the step of coating the carbon nanotube-containing composition on the surface of the lyocell fiber,
The amount of carbon nanotubes coated on the surface of the lyocell fiber is 1 to 4 wt% based on the weight of the lyocell fiber,
Method for producing carbon fiber.
상기 탄소나노튜브-함유 조성물이 코팅된 상기 라이오셀 섬유는,
비저항이 0.09 Ω·cm 내지 1.9 Ω·cm이고, 온도저항계수(Temperature Coefficient of Resistance; TCR)가 560 × 10-6/℃ 내지 40 × 10-4/℃인 것인,
탄소섬유의 제조방법.
The method of claim 4, wherein
The lyocell fiber coated with the carbon nanotube-containing composition,
Resistivity is 0.09 Ω · cm to 1.9 Ω · cm, Temperature Coefficient of Resistance (TCR) is 560 × 10 -6 / ℃ to 40 × 10 -4 / ℃,
Method for producing carbon fiber.
상기 내염화 처리하는 단계는, 200 ℃ 내지 400 ℃의 온도에서 수행되는 것인,
탄소섬유의 제조방법.
The method of claim 4, wherein
The flameproofing step is to be carried out at a temperature of 200 ℃ to 400 ℃,
Method for producing carbon fiber.
상기 탄화 처리하는 단계는, 600 ℃ 내지 1,700 ℃의 온도에서 수행되는 것인,
탄소섬유의 제조방법.
The method of claim 4, wherein
Wherein the carbonization step, it is carried out at a temperature of 600 ℃ to 1,700 ℃,
Method for producing carbon fiber.
Carbon fiber produced by the method for producing a carbon fiber of any one of claims 4-11.
상기 라이오셀 섬유의 표면에 탄소나노튜브-함유 조성물을 코팅하는 단계;
상기 탄소나노튜브-함유 조성물이 코팅된 상기 라이오셀 섬유를 내염화 처리하는 단계;
상기 내염화 처리된 상기 라이오셀 섬유를 불활성 분위기 하에서 탄화 처리하는 단계; 및
상기 탄화처리된 상기 라이오셀 섬유를 흑연화 처리하는 단계;
를 포함하고,
상기 탄소나노튜브-함유 조성물은, 탄소나노튜브; 및 물 또는 유기용매;를 포함하고,
상기 탄소나노튜브-함유 조성물은, 금속 소재;를 더 포함하고,
상기 금속 소재는, 분말 또는 콜로이드 형태의 금속 나노 입자를 포함하고,
상기 금속 소재는, 금, 은, 구리, 크롬, 아연 및 주석으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
흑연섬유의 제조방법.
Preparing lyocell fibers;
Coating a carbon nanotube-containing composition on the surface of the lyocell fiber;
Flameproofing the lyocell fiber coated with the carbon nanotube-containing composition;
Carbonizing the lyocell fibers treated with flameproofing under an inert atmosphere; And
Graphitizing the carbonized lyocell fiber;
Including,
The carbon nanotube-containing composition may include carbon nanotubes; And water or an organic solvent;
The carbon nanotube-containing composition further comprises a metal material;
The metal material includes metal nanoparticles in powder or colloidal form,
Wherein the metal material, at least one selected from the group consisting of gold, silver, copper, chromium, zinc and tin,
Method for producing graphite fiber.
상기 내염화 처리하는 단계, 상기 탄화 처리하는 단계 및 상기 흑연화 처리하는 단계 중 적어도 어느 하나의 단계는,
상기 라이오셀 섬유에 코팅된 상기 탄소나노튜브-함유 조성물에 인가되는 전압에 의한 자기발열에 의해 수행되는 것인,
흑연섬유의 제조방법.
The method of claim 13,
At least one of the flameproofing step, the carbonization step and the graphitization step,
To be carried out by self-heating by the voltage applied to the carbon nanotube-containing composition coated on the lyocell fibers,
Method for producing graphite fiber.
상기 탄소나노튜브는 상기 탄소나노튜브-함유 조성물 중 1 중량% 내지 5 중량%인 것인,
흑연섬유의 제조방법.
The method of claim 13,
Wherein the carbon nanotubes are 1% by weight to 5% by weight of the carbon nanotube-containing composition,
Method for producing graphite fiber.
상기 금속 소재는 상기 탄소나노튜브-함유 조성물 중 1 중량% 내지 5 중량%인 것인,
탄소섬유의 제조방법.
The method of claim 13,
Wherein the metal material is from 1% to 5% by weight of the carbon nanotube-containing composition,
Method for producing carbon fiber.
상기 라이오셀 섬유의 표면에 탄소나노튜브-함유 조성물을 코팅하는 단계에서,
상기 라이오셀 섬유의 표면에 코팅되는 탄소나노튜브의 양은, 상기 라이오셀 섬유 중량 대비 1 중량% 내지 4 중량%인 것인,
흑연섬유의 제조방법.
The method of claim 13,
In the step of coating the carbon nanotube-containing composition on the surface of the lyocell fiber,
The amount of carbon nanotubes coated on the surface of the lyocell fiber is 1 to 4 wt% based on the weight of the lyocell fiber,
Method for producing graphite fiber.
상기 탄소나노튜브-함유 조성물이 코팅된 상기 라이오셀 섬유는,
비저항이 0.09 Ω·cm 내지 1.9 Ω·cm이고, 온도저항계수(Temperature Coefficient of Resistance; TCR)가 560 × 10-6/℃ 내지 40 × 10-4/℃인 것인,
흑연섬유의 제조방법.
The method of claim 13,
The lyocell fiber coated with the carbon nanotube-containing composition,
Resistivity is 0.09 Ω · cm to 1.9 Ω · cm, Temperature Coefficient of Resistance (TCR) is 560 × 10 -6 / ℃ to 40 × 10 -4 / ℃,
Method for producing graphite fiber.
상기 내염화 처리하는 단계는, 200 ℃ 내지 400 ℃의 온도에서 수행되는 것인,
흑연섬유의 제조방법.
The method of claim 13,
The flameproofing step is to be carried out at a temperature of 200 ℃ to 400 ℃,
Method for producing graphite fiber.
상기 탄화 처리하는 단계는, 600 ℃ 내지 1,700 ℃의 온도에서 수행되는 것인,
흑연섬유의 제조방법.
The method of claim 13,
Wherein the carbonization step, it is carried out at a temperature of 600 ℃ to 1,700 ℃,
Method for producing graphite fiber.
상기 흑연화 처리하는 단계는, 1,800 ℃ 내지 3,000 ℃의 온도에서 수행되는 것인,
흑연섬유의 제조방법.The method of claim 13,
The graphitizing step is to be carried out at a temperature of 1,800 ℃ to 3,000 ℃,
Method for producing graphite fiber.
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