KR102674488B1 - 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 아크릴로니트릴계 연신사를 열고정하여 아크릴로니트릴계 섬유 전구체를 제조하는 단계를 포함하고, 상기 열고정을 상기 아크릴로니트릴계 연신사가 다수개의 롤러를 주행하면서 수행하되, 상기 롤러의 속도는 상기 식 1을 만족하는 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 제조방법에 관한 것으로서, 열고정 시 롤러의 속도를 특정 범위로 조절하는 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 제조방법에 관한 것이다.
탄소섬유는 총 중량에 대하여 탄소 원소가 90 중량% 이상인 섬유 형태의 탄소 재료로서, 아크릴로니트릴계 중합체, 석유계·석탄계 탄화수소 잔류물인 피치(pitch) 또는 레이온으로부터 제조된 섬유 형태의 전구체를 불활성 분위기에서 열분해하여 얻어지는 섬유를 의미한다. 탄소섬유는 내열성, 화학적 안정성, 전기 열전도성, 저열 팽창성에 따른 치수안정성, 저밀도, 마찰 마모 특성, X선 투과성, 전자파 차폐성, 생체친화성, 유연성 등의 우수한 특징을 지니고 있으며, 활성화 조건에 따라서는 매우 우수한 흡착 특성 부여도 가능하다.
한편, 탄소섬유는 아크릴로니트릴계 중합체를 아크릴로니트릴계 중합체의 양용매에 용해하여 방사용액을 제조한 후, 응고, 수세, 연신, 건조 및 열고정 등의 섬유화 공정을 거쳐 아크릴로니트릴계 섬유 전구체를 제조한 후, 내염화 및 탄화시켜 제조된다. 섬유화 공정 중 열고정 조건에 따라 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 품질의 차이가 발생하게 되는데, 열고정 조건이 적절하지 않으면, 내염화 전에 아크릴로니트릴계 섬유 전구체를 해사(실을 풀어냄)할 경우, 실의 엉킴 등으로 모우발생량이 증가하고, 이로 인해 탄소섬유의 외관 품질 및 기계적 특성이 현저하게 저하될 우려가 있다.
따라서, 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 해사를 용이하게 하여 탄소섬유의 품질을 높일 수 있는 열고정 조건을 찾는 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 후 공정을 위한 해사 시 모우발생량을 감소시켜 탄소섬유의 외관 품질 및 기계적 특성을 개선시킬 수 있는 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 아크릴로니트릴계 연신사를 열고정하여 아크릴로니트릴계 섬유 전구체를 제조하는 단계를 포함하고, 상기 열고정을 상기 아크릴로니트릴계 연신사가 다수개의 롤러를 주행하면서 수행하되, 상기 롤러의 속도는 하기 식 1을 만족하는 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 제조방법을 제공한다:
<식 1>
1.3 ≤ (X/Y-1) × 100 ≤ 3.2
상기 식 1에서,
X는 상기 열고정 시, 상기 아크릴로니트릴계 연신사가 주행하는 첫번째 롤러의 속도(단위: rpm)이고,
Y는 상기 열고정 시, 상기 아크릴로니트릴계 연신사가 주행하는 마지막 롤러의 속도(단위: rpm)이다.
본 발명은 상술한 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 제조방법으로 아크릴로니트릴계 섬유 전구체를 제조하는 단계; 상기 아크릴로니트릴계 섬유 전구체를 내염화하여 아크릴로니트릴계 섬유를 제조하는 단계; 및 상기 아크릴로니트릴계 섬유를 탄화하여 탄소섬유를 제조하는 단계를 포함하는 탄소섬유의 제조방법을 제공한다.
본 발명을 따른 제조방법으로 제조된 아크릴로니트릴계 섬유 전구체는 해사 시 실의 엉킴 등으로 인한 모우발생량이 현저하게 감소되어, 최종 생산품인 탄소섬유의 모우발생량을 현저하게 감소시킬 수 있으며, 탄소섬유의 외관 품질 및 기계적 특성을 현저하게 개선시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에서 아크릴로니트릴계 중합체는 아크릴로니트릴계 단량체가 단독으로 중합된 아크릴로니트릴계 단독 중합체(homo polymer)이거나; 아크릴로니트릴계 단량체와, 카르복시산계 단량체 및 알킬 (메트)아크릴레이트계 단량체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 공단량체가 공중합한 아크릴로니트릴계 공중합체(copolymer)일 수 있다.
본 발명에서 아크릴로니트릴계 중합체의 양용매(good solvent)란 아크릴로니트릴계 중합체 친화성 용매를 의미한다. 상기 양용매는 아크릴로니트릴계 중합체를 용해시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정하지 않는다. 상기 양용매는 디메틸설폭사이드, N,N-디메틸포름아미드 및 디메틸아세트아미드로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, 이 중 디메틸설폭사이드 및 N,N-디메틸포름아미드로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 아크릴로니트릴계 중합체의 비용매(non-solvent)란 아크릴로니트릴계 중합체와 접촉하면 아크릴로니트릴계 중합체가 응고되어 석출되는 아크릴로니트릴계 중합체 비친화성 용매를 의미한다. 상기 비용매는 아크릴로니트릴계 중합체의 응고를 촉진할 수 있는 것이라면 특별히 한정하지 않는다. 상기 비용매는 물일 수 있다.
본 발명에서 열고정은 아크릴로니트릴계 연신사가 다시 수축 및 연신되지 않도록 열로 아크릴로니트릴계 연신사를 고정시키는 것을 의미할 수 있다.
1. 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 제조
본 발명의 일실시예에 따른 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 제조방법은 아크릴로니트릴계 연신사를 열고정하여 아크릴로니트릴계 섬유 전구체를 제조하는 단계를 포함하고, 상기 열고정을 상기 아크릴로니트릴계 연신사가 다수개의 롤러를 주행하면서 수행하되, 상기 롤러의 속도는 하기 식 1을 만족한다:
<식 1>
1.3 ≤ (X/Y-1) × 100 ≤ 3.2
상기 식 1에서,
X는 상기 열고정 시, 상기 아크릴로니트릴계 연신사가 주행하는 첫번째 롤러의 속도(단위: rpm)이고,
Y는 상기 열고정 시, 상기 아크릴로니트릴계 연신사가 주행하는 마지막 롤러의 속도(단위: rpm)이다.
본 발명자들은 아크릴로니트릴계 연신사의 열고정 시 아크릴로니트릴계 연신사가 주행하는 첫번째 롤러와 마지막 롤러의 속도 차이로 인해, 섬유의 수축 및 연신이 발생하고, 첫번째 롤러와 마지막 롤러의 속도 차이를 특정 범위로 조절한다면 내염화 및 탄화를 위한 해사 시에 아크릴로니트릴계 섬유 전구체 또는 아크릴로니트릴계 섬유의 엉킴 등으로 인한 모우발생량이 현저하게 감소되고, 결과적으로 아크릴로니트릴계 섬유 전구체 또는 아크릴로니트릴계 섬유의 손상이 현저하게 감소되어 외관 품질 및 기계적 특성이 현저하게 개선된 탄소섬유가 제조된다는 것을 알아내었고, 이에 본 발명을 완성하게 되었다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 섬유 전구체의 제조방법은 열고정을 상기 아크릴로니트릴계 연신사가 다수개의 롤러를 주행하면서 수행하되, 상기 롤러의 속도는 상기 식 1을 만족하고, 하기 식 1-1을 만족하는 것이 바람직하고, 하기 식 1-2를 만족하는 것이 보다 바람직하다:
<식 1-1>
1.5 ≤ (X1/Y1-1) × 100 ≤ 3
상기 식 1-1에서,
X1는 상기 열고정 시, 상기 아크릴로니트릴계 연신사가 주행하는 첫번째 롤러의 속도(단위: rpm)이고,
Y1는 상기 열고정 시, 상기 아크릴로니트릴계 연신사가 주행하는 마지막 롤러의 속도(단위: rpm)이다.
<식 1-2>
2.5 ≤ (X2/Y2-1) × 100 ≤ 3
상기 식 1-2에서,
X2는 상기 열고정 시, 상기 아크릴로니트릴계 연신사가 주행하는 첫번째 롤러의 속도(단위: rpm)이고,
Y2는 상기 열고정 시, 상기 아크릴로니트릴계 연신사가 주행하는 마지막 롤러의 속도(단위: rpm)이다.
상기 식 1의 값이 상술한 범위 미만이면, 아크릴로니트릴계 연신사가 다수개의 롤러를 주행할 때, 아크릴로니트릴계 연신사에 포함된 필라멘트가 끊어지는 현상이 과도하게 발생하게 될 수 있다. 또한, 끊어진 필라멘트가 롤러에 감기게 되어 공정성을 현저히 저하시킬 수 있고, 아크릴로니트릴계 섬유 전구체에 모우를 과도하게 발생시킬 수 있다. 또한, 과도하게 발생한 모우로 인해 내염화를 위한 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 해사 시, 아크릴로니트릴계 섬유 전구체가 엉키는 현상이 발생하게 되어 아크릴로니트릴계 섬유 전구체가 손상될 수 있다. 또한, 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 손상으로 인해, 탄소섬유의 외관 품질 및 기계적 특성이 현저하게 저하될 수 있다.
상기 식 1의 값이 상술한 범위를 초과하면, 아크릴로니트릴계 연신사가 열고정 중 다수개의 롤러를 주행할 때, 아크릴로니트릴계 연신사가 처지게 되고, 처짐으로 인해 아크릴로니트릴계 연신사가 롤러에 감겨 아크릴로니트릴계 섬유에 포함된 필라멘트가 끊어질 수 있다. 또한, 끊어진 필라멘트가 롤러에 감기게 되어 공정성을 현저히 저하시키거나 롤러의 작동을 어렵게 만들어 열고정이 중단될 수 있다. 또한, 끊어진 필라멘트는 아크릴로니트릴계 섬유 전구체에 모우를 과도하게 발생시킬 수 있다. 과도하게 발생된 모우로 인해 내염화를 위한 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 해사 시, 아크릴로니트릴계 섬유 전구체가 엉키는 현상이 발생하게 되어 아크릴로니트릴계 섬유 전구체가 손상될 수 있다. 또한, 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 손상으로 인해, 탄소섬유의 외관 품질 및 기계적 특성이 현저하게 저하될 수 있다.
한편, 상기 열고정은 150 내지 190 ℃에서 수행될 수 있고, 165 내지 185 ℃에서 수행되는 것이 바람직하고, 170 내지 180 ℃에서 수행되는 것이 보다 바람직하다. 상술한 범위를 만족하면, 열고정이 충분히 수행된 후에 아크릴로니트릴계 섬유 전구체가 권취되기 때문에, 권취된 후 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 수축이 최소화될 수 있다. 또한, 내염화 전에 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 해사할 때 엉킴 현상이 최소화되어 아크릴로니트릴계 섬유 전구체에 모우가 최소한으로 발생할 수 있다. 하지만, 상술한 범위보다 낮은 온도에서 열고정이 수행되면, 열고정이 충분히 수행되지 않은 상태에서 아크릴로니트릴계 섬유 전구체가 권취될 수 있고, 이로 인해, 권취된 상태에서 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 수축이 일어나, 후 공정을 위한 해사가 용이하게 진행되지 않고, 엉킴현상도 발생할 수 있다. 또한, 엉킴현상으로 인해 아크릴로니트릴계 섬유 전구체에 모우가 과량으로 발생할 수 있다. 상술한 범위보다 높은 온도에서 열고정이 수행되면, 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 고리화 반응이 개시될 수 있고, 이로 인해 아크리롤니트릴계 섬유 전구체가 강직해져 모우가 과량으로 발생할 수 있다. 그리고, 상기 열고정이 180 ℃ 내지 190 ℃에서 수행되는 경우, 식 1의 값을 만족하더라도, 아크릴로니트릴계 섬유 전구체가 강직해질 수 있으나, 식 1의 값을 2.7 내지 3으로 조절한다면, 모우발생량을 최소화시킬 수 있다.
여기서, 상기 열고정은 표면온도가 150 내지 190 ℃인 다수개의 롤러를 주행하면서 수행될 수 있다.
한편, 상기 아크릴로니트릴계 연신사는 상기 아크릴로니트릴계 응고사가 연신되어 제조된 것일 수 있다. 여기서, 상기 아크릴로니트릴계 응고사는 아크릴로니트릴계 중합체 및 아크릴로니트릴계 중합체의 양용매를 포함하는 방사용액을 아크릴로니트릴계 중합체의 비용매를 포함하는 응고용액에 방사하여 제조된 것일 수 있다. 그리고, 상기 연신은 열수연신 및 스팀연신으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 의미할 수 있고, 상기 연신사는 유제 처리될 수 있다.
2.
탄소섬유의
제조방법
본 발명의 다른 일실시예에 따른 탄소섬유의 제조방법은 본 발명의 일실시예에 따른 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 제조방법으로 아크릴로니트릴계 섬유 전구체를 제조하는 단계; 상기 아크릴로니트릴계 섬유 전구체를 내염화하여 아크릴로니트릴계 섬유를 제조하는 단계; 및 상기 아크릴로니트릴계 섬유를 탄화하여 탄소섬유를 제조하는 단계를 포함한다.
상기 내염화는 150 ℃ 내지 350 ℃에서 수행될 수 있고, 200 ℃ 내지 300 ℃에서 수행되는 것이 바람직하다. 상술한 범위를 만족하면, 상기 아크릴로니트릴계 섬유 전구체에 고리화 반응이 일어나 분자구조가 변하여 내염화 성질을 갖는 아크릴로니트릴계 섬유가 제조될 수 있다.
상기 탄화는 350 내지 1,650 ℃에서 수행될 수 있고, 400 내지 1,600 ℃에서 수행되는 것이 바람직하다. 상술한 범위를 만족하면, 아크릴로니트릴계 섬유가 용이하게 탄화되어 탄소섬유로 제조될 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
실시예
및
비교예
<방사용액의 제조>
반응기에 아크릴로니트릴 90 중량%, 이타콘산 5 중량% 및 메틸아크릴레이트 5 중량%를 포함하는 단량체 혼합물을 투입하고, 용매로 디메틸설폭사이드(DMSO)와 개시제로 아조비스이소부티로니트릴(AIBN)를 투입하고 용액 중합하여 아크릴로니트릴계 중합체 용액을 제조하였다. 수득된 아크릴로니트릴계 중합체 용액과 디메틸설폭사이드를 혼합하여, 아크릴로니트릴계 중합체를 21 중량%로 포함하는 아크릴로니트릴계 방사용액을 제조하였다.
<아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 제조>
상기 방사용액을 50 ℃까지 승온시킨 후, 방사구금(홀 지름: 65 ㎛, 홀 수: 3,000)을 이용하여 물 50 중량% 및 디메틸설폭사이드 50 중량%를 순환용매를 포함하는 응고조(온도: 60 ℃)에 토출하고 응고시켜, 응고연신배율(CDR: Congelation Draw Rate)은 0.6 인 아크릴로니트릴계 응고사를 제조하였다.
이어서, 상기 아크릴로니트릴계 응고사를 제1 수세조(온도: 60 ℃), 제2 수세조(온도: 60 ℃), 제3 수세조(온도: 70 ℃), 제4 수세조(온도: 70 ℃), 제5 수세조(온도: 80 ℃) 및 제6 수세조(온도: 80 ℃)에서 순차적으로 수세하였다. 상기 수세된 아크릴로니트릴계 응고사를 롤러를 이용하여 제1 및 제2 열수조(온도: 95 ℃)에서 열수 연신하여, 열수연신배율(HDR: Hot water Draw Rate)이 3.6인 제1 아크릴로니트릴계 연신사를 제조하였다.
이어서, 상기 제1 아크릴로니트릴계 연신사를 유제 처리하고, 110 내지 140 ℃로 건조하여 건조수축율이 8.5 %인 제1 건조사를 제조하였다. 상기 제1 건조사를 스팀으로 연신하여 스팀연신배율(SDR: Steam Draw Rate)이 3.6인 제2 아크릴로니트릴계 연신사를 제조하였다.
이어서, 상기 제2 아크릴로니트릴계 연신사를 표면온도가 하기 표에 기재된 온도인 제1 내지 제5 롤러를 주행시키면서 열고정을 수행하면서 아크릴로니트릴계 섬유 전구체를 제조하였다. 이때, 제2 아크릴로니트릴계 연신사가 주행하는 첫번째 롤러인 제1 롤러와 마지막 롤러인 제5 롤러의 속도를 다르게 하여 식 1의 값(열고정 수축률)을 조정하였으며, 그 값을 하기 표에 기재하였다.
<아크릴로니트릴계 섬유의 제조>
이어서, 상기 아크릴로니트릴계 섬유 전구체를 200 ℃에서 300 ℃까지 승온시키면서, 2 시간 동안 내염화 반응을 수행하여 아크릴로니트릴계 섬유를 제조하였다.
<탄소섬유의 제조>
상기 아크릴로니트릴계 섬유를 탄화로에서 400 ℃에서 1,600 ℃까지 승온시키면서 15 분 동안 탄화하고, 상온에서 자연 냉각시켜 탄소섬유를 제조하였다.
실험예
실시예 및 비교예의 아크릴로니트릴계 섬유 및 탄소섬유의 물성을 하기에 기재된 방법으로 측정하고, 그 결과를 하기 표에 기재하였다.
① 공정성: 아크릴로니트릴계 섬유 전구체가 내염화 반응로 및 탄화로를 통과하면서 다수의 롤러를 거치게 되는데, 공정성 불량으로 인해 아크릴로니트릴계 섬유 전구체 내 필라멘트(섬유를 구성하는 각각의 실)의 끊어짐(단사)이 발생할 경우에 롤러에 필라멘트가 감기게 되는 현상이 발생하며, 일정시간 동안 공정을 진행한 후에 롤러에 얼마나 많은 양의 필라멘트 말림이 발생하는지를 확인하여 그 척도를 아래와 같이 평가하였다.
◎: 매우 우수, ○: 우수. △: 낮음, ×: 매우 낮음
② 모우발생량(개/분): 내염화 반응을 수행하는 산화로 출구에서 나오고 있는 아크릴로니트릴계 섬유를 1분 동안 관측하여 모우(毛羽, 실 뭉침) 수를 세어 기록하였다.
③ 인장강도(㎬): 탄소섬유 다발을 수지에 함침시켜 250 ㎜ 길이로 잘라 양끝에 수지를 이용하여 탭을 부착하여 스트랜드 시편을 제작하였다. 이때 스트랜드 시편의 수지 함침율이 30 내지 60 중량%가 되도록 함침량을 조절하고 시편의 측정 길이는 150 ㎜로 제작하였다. 시편을 인장강도시험기(제조사: INSTRON, 상품명: 5982)를 이용하여 측정하였다. 측정 속도는 10 ㎜/분으로 설정하여 7회 측정하였다. 인장강도의 측정은 7 개의 시편에 대하여 측정하였으며, 그 평균치를 표기하였다.
| 구분 | 비교예 | 실시예 | ||||
| 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | ||
| 제1 내지 제5 롤러의 표면온도(℃) | 180 | 180 | 180 | 180 | 180 | |
| 제1 롤러의 속도(rpm) | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
| 제5 롤러의 속도(rpm) | 100 | 99.5 | 99 | 98.5 | 98 | |
| 제1 롤러와 제5 롤러의 속도 비 | 100:100 | 100:99.5 | 100:99 | 100:98.5 | 100:98 | |
| 식 1의 값 | 0 | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | |
| 공정성 | × | × | △ | ○ | ○ | |
| 탄소 섬유 |
모우발생량(개/분) | 18 | 15 | 10 | 8 | 7 |
| 인장강도(㎬) | 2.9 | 2.9 | 3.4 | 3.7 | 3.7 | |
| 구분 | 실시예 | 비교예 | |||
| 3 | 4 | 4 | 5 | ||
| 제1 내지 제5 롤러의 표면온도(℃) | 180 | 180 | 180 | 180 | |
| 제1 롤러의 속도(rpm) | 100 | 100 | 100 | 100 | |
| 제5 롤러의 속도(rpm) | 97.5 | 97 | 96.5 | 96 | |
| 제1 롤러와 제5 롤러의 속도 비 | 100:97.5 | 100:97 | 100:96.5 | 100:96 | |
| 식 1의 값 | 2.5 | 3.0 | 3.5 | 4.0 | |
| 공정성 | ◎ | ◎ | △ | 아크릴로니트릴계 섬유 전구체 제조 실패 |
|
| 탄소 섬유 |
모우발생량(개/분) | 3 | 4 | 14 | |
| 인장강도(㎬) | 4.0 | 4.0 | 3.7 | ||
| 구분 | 비교예 | 실시예 | |||||
| 6 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | ||
| 제1 내지 제5 롤러의 표면온도(℃) | 150 | 150 | 160 | 170 | 190 | 190 | |
| 제1 롤러의 속도(rpm) | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
| 제5 롤러의 속도(rpm) | 99 | 97.5 | 97.5 | 97.5 | 97.5 | 97.5 | |
| 제1 롤러와 제5 롤러의 속도 비 | 100:99 | 100:97.5 | 100:97.5 | 100:97.5 | 100:97.5 | 100:97 | |
| 식 1의 값 | 1.0 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 3.0 | |
| 공정성 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ◎ | |
| 탄소 섬유 |
모우발생량(개) | 13 | 10 | 9 | 6 | 10 | 3 |
| 인장강도(㎬) | 3.5 | 3.8 | 3.9 | 3.9 | 3.9 | 3.9 | |
표를 참조하면, 식 1의 값이 1.0 내지 3인 실시예 1 내지 실시예 4는 공정성이 우수하고, 탄소섬유의 모우발생량도 8 이하이고, 인장강도도 3.7 ㎬ 이상이므로, 외관 품질 및 기계적 특성이 우수한 탄소섬유가 제조된 것을 확인할 수 있었다. 하지만, 식 1의 값이 각각 0, 0.5 및 1인 비교예 1 내지 비교예 3은 공정 중에 아크릴로니트릴계 섬유의 필라멘트 및 탄소섬유의 필라멘트의 많은 양이 끊어지게 되고, 끊어진 필라멘트가 롤러에 감기게 되어 공정성이 현저하게 저하되었다. 또한, 많은 양의 아크릴로니트릴계 섬유의 필라멘트 및 탄소섬유 필라멘트가 끊어짐에 따라, 모우가 과량으로 발생하게 되었고, 인장강도도 저하되었다. 또한, 식 1의 값이 3.5인 비교예 4는, 비교예 1 내지 비교예 3과 비교해서는 공정성이 우수하였으나, 실시예 1 내지 실시예 4와 비교해서는 공정성이 저하될 뿐만 아니라, 모우도 과량으로 발생하였다. 식 1의 값이 4인 비교예 5는 열고정 중 아크릴로니트릴계 섬유 전구체에 처짐 현상이 발생하여, 아크릴로니트릴계 섬유 전구체가 롤러에 감기게 되어 열고정 공정을 마무리할 수가 없었다. 이로 인해, 아크릴로니트릴계 섬유 전구체가 제조될 수 없었다.
한편, 식 1의 값은 2.5이나 제1 내지 제5 롤러의 표면온도가 상이한 실시예 5 내지 실시예 9를 비교하면, 롤러의 표면온도가 180 ℃가 될 때까지는 표면온도가 높아짐에 따라 모우발생량이 감소되나, 롤러의 표면온도가 180 ℃를 초과하는 경우, 모우발생량은 다시 증가되는 것을 확인할 수 있었다. 이는 열고정 온도가 높아지면, 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 고리화 반응이 개시되며 이로 인해 섬유가 강직해지는 현상이 발생하므로, 모우발생량이 다소 증가한 것으로 예측될 수 있다.
한편, 제1 내지 제5 롤러의 표면온도가 150 ℃인 비교예 6 및 실시예 5를 비교하면, 식 1의 값이 낮을 경우 모우발생량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 제1 내지 제5 롤러의 표면온도가 190 ℃인 실시예 8 및 실시예 9를 비교하면, 식 1의 값이 높을 경우, 공정성이 우수해지고, 모우발생량이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과로부터 제1 내지 제5 롤러의 표면온도가 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 품질에 큰 영향을 미친다는 것을 예측할 수 있다.
Claims (6)
- 아크릴로니트릴계 연신사를 열고정하여 아크릴로니트릴계 섬유 전구체를 제조하는 단계를 포함하고,
상기 열고정을 상기 아크릴로니트릴계 연신사가 다수개의 롤러를 주행하면서 수행하되, 상기 롤러의 속도는 하기 식 1을 만족하는 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 제조방법:
<식 1>
1.3 ≤ (X/Y-1) × 100 ≤ 3.2
상기 식 1에서,
X는 상기 열고정 시, 상기 아크릴로니트릴계 연신사가 주행하는 첫번째 롤러의 속도(단위: rpm)이고,
Y는 상기 열고정 시, 상기 아크릴로니트릴계 연신사가 주행하는 마지막 롤러의 속도(단위: rpm)이다.
- 청구항 1에 있어서,
상기 롤러의 속도는 하기 식 1-1을 만족하는 것인 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 제조방법:
<식 1-1>
1.5 ≤ (X1/Y1-1) × 100 ≤ 3
상기 식 1-1에서,
X1는 상기 열고정 시, 상기 아크릴로니트릴계 연신사가 주행하는 첫번째 롤러의 속도(단위: rpm)이고,
Y1는 상기 열고정 시, 상기 아크릴로니트릴계 연신사가 주행하는 마지막 롤러의 속도(단위: rpm)이다.
- 청구항 1에 있어서,
상기 열고정은 150 내지 190 ℃에서 수행되는 것인 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 열고정은 165 내지 185 ℃에서 수행되는 것인 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 아크릴로니트릴계 연신사는 아크릴로니트릴계 응고사가 연신되어 제조된 것인 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 제조방법.
- 청구항 1에 따른 제조방법으로 아크릴로니트릴계 섬유 전구체를 제조하는 단계;
상기 아크릴로니트릴계 섬유 전구체를 내염화하여 아크릴로니트릴계 섬유를 제조하는 단계; 및
상기 아크릴로니트릴계 섬유를 탄화하여 탄소섬유를 제조하는 단계를 포함하는 탄소섬유의 제조방법.
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- 2019-10-16 KR KR1020190128709A patent/KR102674488B1/ko active IP Right Grant
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