산소 Radical을 이용한 PAN-Precursor 산화반응에 대한 연구

국문 초록 (Abstract)

탄소섬유는 크게 Pitch계, PAN계, Rayon계 3가지로 구분되어진다. 특히 3가지 탄소섬유 중 PAN계 탄소섬유는 Acrylonitrile 기반으로 중합방사 공정을 통해 탄소섬유의 기반이 되는 Precursor 섬유를 제조한 후 220℃, 240℃, 260℃, 280℃의 온도에서 산화안정화 공정을 하여 난연성 및 방향성을 가지는 섬유를 제조할 수 있으며, 제조된 섬유를 다시 ~1500℃의 온도에서 열처리를 하면 최종 탄서섬유를 PAN계 탄소섬유를 제조할 수 있다. 1960년경 오사카 공업시험소의 신토아오키가 처음 PAN
계 탄소섬유를 개발 및 보고한 이후 세계 여러 나라 및 기관에서 PAN계 탄소섬유를 연구개발 중이다. 하지만 탄소섬유의 제조 원가가 다소 높기 때문에 상용화에 어려움을 격고 있어, 현재는 제조비용을 절감할 수 있는 기술이 절실하다.
따라서, 본 연구에서는 탄소섬유 제조 비용을 절감하기 위해 Oxygenradical을 적용하여 기존 약 120분의 산화안정화 시간을 단축 가능한 기술을 연구하였다. 제조된 안정화 섬유는 XRD (X-ray Diffraction) 와 밀도 구배관을 통해 안정화 섬유의 고리화 지수 및 밀도를 분석하였으며, 제조된 안정화 섬유로 탄화하여 탄소섬유의 인장강도 및 탄성율은 만능재료시험기 (Universal Testing Machine)와 같은 분석 장비를 통하여 그 특성을 분석하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Oxidative stabilization fiber was produced by using the equipment of oxidative stabilization of pilot scale in the condition of 220℃, 240℃, 260℃ and 280℃. The process speed was decreased by using oxygen radical. Oxygen radical accelerated oxidative stabilization reaction, so Cyclizion value and density of hot air 2m/min and hot
air + oxygen radical 4m/min was almost similar. Also, Tensile strength and elastic modulus of carbonization fiber produced at feeding speed 4m/min were 2.82Gpa and 134Gpa respectively. And then, Tensile strength and elastic modulus of carbonization fiber made with oxygen radical were 3.24Gpa and 155Gpa respectively.
Overall, The producing speed and physical characteristic of fibers were improved by using oxygen radical.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 제 2 장 이론적 배경 6
• 2.1 탄소섬유 종류 및 특성 6
• 2.2 PAN계 프리커서의 특징 8
• 2.3 안정화 반응 10
• 제 3 장 실험 결과 및 고찰 13
• 3.1 장비구성 13
• 3.2 산화안정화 Reference Test 16
• 3.3 산소라디칼 효과분석 19
• 3.4 산소라디칼 Effect Optimization 21
• 3.5 탄화섬유 특성 평가 31
• 제 4 장 결 론 38
• References 40
• Abstract 44
• 감사의 글 45