선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 국외적으로 준탄소섬유에 대한 정보는 매우 드문 편이다. 따라서, 본 연구의 목적은 안정화 PAN 섬유를 이용하여 여러 준탄화공정을 통해 준 탄소섬유를 제조하고 그 물성을 조사하는 것이다. 준 탄소 공정은 800 °C 이하의 저온영역과 1000 °C 이상의 고온 영역으로 나누어 행하였으며, 최종 준탄화온도, 승온속도, 체류시간, 승온단계, 분위기가스 등을 변화시켜가며 얻어진 준탄소섬유에 대한 물리적 특성, 열안정성, 미세구조, 기계적 특성, 전기저항성 및 원소분석 실험을 행하였다.
- 아울러, 안정화 PAN 섬유로부터 준탄소섬유를 거쳐 탄소섬유까지의 인장탄성률과 전기저항성 사이의 상호 관계가 제시되었다. 또한, 본 연구 결과는 준탄화공정 조건뿐만 아니라 불활성가스의 순도가 준탄소섬유의 열전도도에도 중요한 영향을 주리라는 것을 제시하고 있다.
- 세 원인 중에서 첫 번째와 두 번째 이유가 가장 지배적인 것으로 판단된다. 본 연구의 목적 중의 하나는 탄소섬유의 전기저항성을 높이기 위한 것이다. 그러므로 이를 위하여 앞으로 가장 적절한 준 탄화공정 조건을 찾는 것이 해결해야 할 과제이다.
가설 설정
- 첫째, 공정 방법에서의 차이이다. 상업용 탄소섬유는 장력이 계속 가해지는 연속 공정하에서 얻어진 것인 반면, 본 연구에서 제조된 준탄소섬유는 생산공정 초기에 발췌된 안정화 PAN 섬유를 장력 없이 불연속으로 처리한 것이다.
제안 방법
- 물리적 특성. 각 열처리 공정을 행하기 전과 후에 대한 섬유의 중량 변화 및 열수축 정도를 측정하였다. 중량 변화는 소수점 4째 자리까지 측정이 가능한 분석 저울을 사용하였으며, 열처리 전에 미리 표시해둔 지점 사이의 길이 변화를 캘리퍼스로 측정하여 열처리 전 .
- 준 탄소 공정은 800 °C 이하의 저온영역과 1000 °C 이상의 고온 영역으로 나누어 행하였으며, 최종 준탄화온도, 승온속도, 체류시간, 승온단계, 분위기가스 등을 변화시켜가며 얻어진 준탄소섬유에 대한 물리적 특성, 열안정성, 미세구조, 기계적 특성, 전기저항성 및 원소분석 실험을 행하였다. 각 조건에서 얻어진 준 탄소섬유에 대한 결과는 열처리전 안정화 PAN 섬유와 상업용 탄소섬유의 물성과 비교 분석하였다.
- 열안정성. 공급받은 안정화 PAN 섬유와 각 열처리 공정에 따라 얻어진 준탄소섬유에 대한 열 안정성을 각각 불활성분위기 (99.999% NJ와 공기 분위기에서 열중량분석기 (DuPont TGA 951)를 사용하여 관찰하였다. 승온속도는 10 'C/min이었고, 질소가스의 주입속도는 약 80cc/mm이었다.
- 안정화 PAN 섬유, 각 열처리 공정에서 얻은 준탄소섬유 및 상업용 탄소섬유에 대한 전기저항성을 측정하였다. 광학현미경용 glass slide에 약 50 mm의 단섬유 필라멘트를 일직선이 되도록 펴서 놓고 접착제로 고정시킨 다음, 단섬유 양단에 전류를 흘려 보내면서 전위차계를 이용하여 전기저항성을 측정하였다. 전기저항성 값 cm)을 계산하기 위하여 사용된 각 섬유의 직경은 동일한 섬유의 여러 필라멘트에 대하여 섬유로부터 전자 현미 경 으로부터 측정 된 평 균값을 적 용하였다.
- 6 800 °C 이하의 저온영역이 준탄소섬유의 물리적 특성 및 열안정성에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 비탄소 (non-carbon) 성분의 휘발이 예상되는 600 °C 와 800 °C 영역을 최종 열처리온도로 선정하여 시편을 준비하였다. 그리고 잔여 질소 성분이 추가 적으로 휘발되는 것으로 보고되고' 있는 1000 °C 이상을 고온 영 역 으로 설 정 하여 준탄소섬 유를 제 조하였다.
- 그리고 이들의 전기저항성은 탄화공정 조건에 따라 조절이 가능한 것으로 판단되었다. 또한, 사용된 질소가스의 순도가 전기저항성에 큰 영향을 주었으며, 그 원인 올 미세구조 측면에서 해석하였다. 특히, 1000 'C 이상에서도 비탄소 성분 중 가장 늦게 휘발되는 질소 함량의 조절이 준탄소섬유의 전기저항성올 제어하는데 중요한 역할을 하는 것으로 판단되었다.
- 단섬유의 전기저항성 측정. 안정화 PAN 섬유, 각 열처리 공정에서 얻은 준탄소섬유 및 상업용 탄소섬유에 대한 전기저항성을 측정하였다. 광학현미경용 glass slide에 약 50 mm의 단섬유 필라멘트를 일직선이 되도록 펴서 놓고 접착제로 고정시킨 다음, 단섬유 양단에 전류를 흘려 보내면서 전위차계를 이용하여 전기저항성을 측정하였다.
- 원소분석. 안정화 PAN 섬유, 여러 공정 조건에서 얻어진 준탄소섬유 및 상업용 탄소섬유에 대한 원소분석은 Thermoquest사의 원소분석기 (EA1110)를사용하여 행하였다. 준탄화공정 조건에 따라 변화되는 탄소, 질소, 산소 그리고 수소의 함량 변화를 조사하였다.
- 따라서, 본 연구의 목적은 안정화 PAN 섬유를 이용하여 여러 준탄화공정을 통해 준 탄소섬유를 제조하고 그 물성을 조사하는 것이다. 준 탄소 공정은 800 °C 이하의 저온영역과 1000 °C 이상의 고온 영역으로 나누어 행하였으며, 최종 준탄화온도, 승온속도, 체류시간, 승온단계, 분위기가스 등을 변화시켜가며 얻어진 준탄소섬유에 대한 물리적 특성, 열안정성, 미세구조, 기계적 특성, 전기저항성 및 원소분석 실험을 행하였다. 각 조건에서 얻어진 준 탄소섬유에 대한 결과는 열처리전 안정화 PAN 섬유와 상업용 탄소섬유의 물성과 비교 분석하였다.
- 안정화 PAN 섬유, 여러 공정 조건에서 얻어진 준탄소섬유 및 상업용 탄소섬유에 대한 원소분석은 Thermoquest사의 원소분석기 (EA1110)를사용하여 행하였다. 준탄화공정 조건에 따라 변화되는 탄소, 질소, 산소 그리고 수소의 함량 변화를 조사하였다.
- 각 열처리 공정을 행하기 전과 후에 대한 섬유의 중량 변화 및 열수축 정도를 측정하였다. 중량 변화는 소수점 4째 자리까지 측정이 가능한 분석 저울을 사용하였으며, 열처리 전에 미리 표시해둔 지점 사이의 길이 변화를 캘리퍼스로 측정하여 열처리 전 .후의 열수축 변화를 계산하였다.
- 탄소섬유 제조에 사용되는 온도영역에서 비탄소 성분의 휘발, 화학구조의 변화, 중량감소, 열수축 등 화학적 그리고 물리적 변화에 민감한 열처리온도를 800 °C 이하의 저온영역과 1000 °C 이상의 고온 영역으로 나누어 여러 준탄화공정 조건에서 준 탄소섬유를 제조하고 그 물성을 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 열처 리 전. 후의 시편에 대 하여 주사전자현미경 (SEM, Hitachi S-2400)을 이용하여 열처리 공정에 따른 섬유직경의 변화와 표면상태를 측정하였다. 섬유의 평균직경은 10〜15개 필라멘트로부터 길이 방향과 두께방향에서 관찰된 섬유의 직경을 평균하여 계산하였다.
- 중량 변화는 소수점 4째 자리까지 측정이 가능한 분석 저울을 사용하였으며, 열처리 전에 미리 표시해둔 지점 사이의 길이 변화를 캘리퍼스로 측정하여 열처리 전 .후의 열수축 변화를 계산하였다.
대상 데이터
- 있다.1.6 800 °C 이하의 저온영역이 준탄소섬유의 물리적 특성 및 열안정성에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 비탄소 (non-carbon) 성분의 휘발이 예상되는 600 °C 와 800 °C 영역을 최종 열처리온도로 선정하여 시편을 준비하였다. 그리고 잔여 질소 성분이 추가 적으로 휘발되는 것으로 보고되고' 있는 1000 °C 이상을 고온 영 역 으로 설 정 하여 준탄소섬 유를 제 조하였다.
- 재 료. 본 연구에서는 태광산업(주)에서 공급받은 안정화 PAN 섬유를 준탄소섬유 제조를 위한 출발재료로 사용하였다. 안정화 PAN 섬유는 PAN계 탄소섬유 제조를 위한 연속공정 중 200〜300 °C의 초기열처리 온도에서 행하는 안정화 단계에서 얻어진 것이다.
- 999 %의 고순도 질소분위기 하에서 수행하였다. 아울러, 섬유의 직경과 표면 및 인장강도와 전기저항성에 미치는 불활성 가스 순도의 영향을 비교 관찰하기 위하여 99.9% 순도의 일반 질소가스도 사용하였다. 본 실험에 사용한 열처리공정 조건은 다 4과 같다.
데이터처리
- 후의 시편에 대 하여 주사전자현미경 (SEM, Hitachi S-2400)을 이용하여 열처리 공정에 따른 섬유직경의 변화와 표면상태를 측정하였다. 섬유의 평균직경은 10〜15개 필라멘트로부터 길이 방향과 두께방향에서 관찰된 섬유의 직경을 평균하여 계산하였다.
이론/모형
- 고온 준탄화 영역에서 1075 1C를 최종 열처리 온도로 선정한 이유는 1982 년에 Schmidt 와 Craig 에 弱 의해서 보고된 연구 결과를 토대로 하였다. 그 걸과에 의하면, 1075 °C 조건에서 제조된 PAN계 탄소섬유로 구성된 페놀수지 복합재료는 실제 탄소섬유 제조온도에 근접하는 1350 °C에서 제조된 탄소섬유 페놀수지 복합재료보다 열전도도가 약 40% 낮아 우수한 절연성과 삭마 (ablation) 특성을 보이는 것으로 조사되었다.
- 단섬유의 인장 특성. 안정화 PAN 섬유, 각 열처리 공정에서 얻은 준탄소섬유 및 상업용 탄소섬유에 대한 기계적 물성을 조사하기 위하여 ASTM D3379-75에16 의거한 단섬유 인장실험을 Ins tron 사의 만능시험기 (UTM 4467)를 사용하여 행하였다. 이때 cross-head 속도는 1 mm/min이었으며, 250 g 의 load cell을 이용하였다.
성능/효과
- 1. 안정화 PAN 섬유와 탄소섬유 사이에서 준 탄화공정 조건에 따라 제조된 준탄소섬유에 함유되어 있는 탄소, 산소, 질소 및 수소의 함량이 조절될 수 있다. 이들 주요 성분의 변화가 본 연구에서 관찰된 여러 물성에 매우 중요한 영 향을 주었다.
- 2. 준탄소섬유의 중량감소 및 열수축같은 물리적 특성뿐만 아니라 열안정성도 준탄화공정의 최종 열처리 온도, 승온속도, 열처리 단계 그리고 체류 시간에 의존하였다. 상대적으로 빠른 속도와 800。(3에서의 체류는 열적으로 안정한 준탄소섬유를 얻는데 바람직하지 않은 것으로 사료되었다.
- 3. 안정화 PAN 섬유로부터 제조된 준 탄소섬유의 평균직경은 준탄화공정에 따라 약 31〜38%까지 크게 감소하였으며, 승온속도나 체류시간보다는 최종열처리 온도에 더욱 의존하였다. 또한, 준탄화공정 시불 활성 분위기를 제공해 주는 질소가스의 순도는 준 탄소섬유 직경과 표면에 중요한 영향을 주었다.
- 4. 본 연구에 사용된 준탄화공정 싸이클에 근거하여, 준탄소섬유의 인장강도와 인장탄성률은 기존 탄소섬유의 각각 약 50%와 79%까지 접근이 가능하며, 최적화된 공정 조건의 확립을 통하여 더욱 향상될 수 있올 것으로 판단되었다.
- 5. 준탄소섬유의 전기저항성은 절연성의 안정화 PAN 섬유에 비하여 크게 떨어졌으며 전도성의 탄소섬유보다는 2〜4배 정도 큰 것으로 확인되었다. 그리고 이들의 전기저항성은 탄화공정 조건에 따라 조절이 가능한 것으로 판단되었다.
- 800 'C 까지 열처리한 안정화 PAN 섬유가 600 °C 까지 열처리한 것보다 600 °C 이상에서의 열 안정성이 우수하였으며 승온속도가 느린 것이 열안정성 향상에 더욱 효과적인 것으로 조사되었다. 이는 열처리 온도가 느릴수록 섬유가 경험하는 열처리조건에 노출되는 시간이 길어 이 온도에서 휘발 가능성이 있는 저분자량 성분들이 제거되면서 화학적으로도 더욱 안정한 구조로 전환될 가능성이 크기 때문이다.
- 중량감소 속도는 일반적인 산화분위기에서 관찰되는 탄소섬유의 경향을 따르고 있다. 결과적으로 적절한 준탄화공정 조건에서 제조된 준 탄소섬유의 열안정성은 기존의 탄소섬유보다는 다소 떨어지나 비교적 우수한 것으로 조사되었으며, 열 안정성 역시 준탄화공정 조건의 최적화에 의하여 제어될 수 있음이 제시되었다.
- 보고된 연구 결과를 토대로 하였다. 그 걸과에 의하면, 1075 °C 조건에서 제조된 PAN계 탄소섬유로 구성된 페놀수지 복합재료는 실제 탄소섬유 제조온도에 근접하는 1350 °C에서 제조된 탄소섬유 페놀수지 복합재료보다 열전도도가 약 40% 낮아 우수한 절연성과 삭마 (ablation) 특성을 보이는 것으로 조사되었다.
- 그러나, 탄소섬유의 기계적 물성과 비교할 때, 준탄소섬유의 인장강도는 cycle 1과 3의 경우에는 기존 탄소섬유의 약 50%, cycle 2에서는 약 40% 이고, cycle 4에서는 약 33%로 가장 낮은 것으로 조사되었다. 한편, 인장탄성률은 cycle 1과 3은 각각 탄소섬유의 약 79%, cycle 4는 약 64%, 그리고 cycle 2에서는 약 48% 밖에 미치지 못하였다.
- 이는 순도가 낮을수록 준탄화공정 시 탄화로 내부와 시편 주위가 불완전한 불활성분위기에 노출될 가능성이 크므로 고온에서 안정화 PAN 섬유의 표면이 준탄화 또는 탄화되는 과정에서 불균일해지거나 미세결함이 형성될 수 있기 때문이다. 동일한 cycle 2의 조건하에서 순도가 99.9%인 질소가스를 사용하여 제조한 준탄소섬유의 전기저항성이 99.999% 순도의 질소가스를 사용하였을 때보다 약 10배 가까이 증가되었다. 탄소섬유의 인장특성, 전기저항성 및 열전도도의 상호관계를20.
- 966 GPa), 인장 탄성률은 약 25933 kgf/mm2 (252 GPa), 그리고 신장률은 약 2%인 것으로 측정되었다. 따라서, 준 탄소섬유의 인장특성의 향상을 위해서 승온속도는 40 t/h 그리고 800 °C에서의 체류시간은 가능하면 짧게 하거나 전혀 하지 않는 것이 바람직한 것으로 판단된다. 탄소섬유의 인장탄성률은 연속 탄화공정 동안 가해지는 장력에 의한 분자들의 우선배향 및 결정체들의 규칙적인 배열같은 물리적 변화에 크게 의존하는 반면, 인장강도는 반응가스, 휘발가스 둥 화학적 변화에 의한 섬유표면에 존재하는 불완전 구조, 보이드 또는 미세균열같은 미세결함이나 표면손상에 의해 크게 저하될 수 있다.
- " 이 반응기들은 나중에 준 탄화 또는 탄화공정 동안 사다리형 고분자 내에 방향족 사슬들을 융화시켜 섬유의 방향족 구조를 증가시키는데 기여한다. 또한, 승온속도가 느릴수록 그리고 체류시간이 길수록 질소, 산소, 수소로부터 탄소로 전환되는 비율이 증가하였다. 원소분석 결과는 준 탄소섬유 내에 포함되어 있는 주요 성분인 탄소, 산소, 질소 및 수소의 함량이 안정화 PAN 섬유와 탄소섬유 사이에서 준탄화공정의 조건에 따라 조절될 수 있음을 제시하여 준다.
- 안정화 PAN 섬유로부터 제조된 준 탄소섬유의 평균직경은 준탄화공정에 따라 약 31〜38%까지 크게 감소하였으며, 승온속도나 체류시간보다는 최종열처리 온도에 더욱 의존하였다. 또한, 준탄화공정 시불 활성 분위기를 제공해 주는 질소가스의 순도는 준 탄소섬유 직경과 표면에 중요한 영향을 주었다.
- 그 이유는 안정화 PAN 섬유가 준탄소섬유 또는 탄소섬유로 전환될 때, 대부분의비탄소 휘발 성분들이 1000 °C 이하에서 발생하면서 형성되는 화학구조의 변화 때문이라 여겨진다. 또한, 탈수소화 반응과 일부의 탈질소화 반응을 거쳐 탄화현상이 활발하게 진행되는 것으로 알려져 있는 800 °C 부근 영역에서 일정 시간 동안의 체류는 섬유의 질량 변화에 매우 민감하게 작용하며, 체류시간이 길어질수록 질량 감소는 더욱 큰 것으로 판단된다.
- 모든 열처리공정 후 섬유직경은 약 30% 정도 감소되었다. 이것은 안정화 PAN 섬유를 구성하고 있는 화학구조가 사다리형 고분자사슬 형태로 고리화되면서 방향족 구조가 더욱 증가하였기 때문이다.
- 것이다. 본 실험에 사용한 상업용 PAN계 탄소섬유의 전기저항성 값은 1.5X10-3q.cm로, 제조업체에서 제공한 값과18 정확하게 일치하는 것으로 보아 측정이 잘 이루어 진 것으로 확인되었다. 이 결과는 상업화된 국외의 다른 유사 등급의 PAN계 탄소섬유의 전기저항성 값 (1.
- 더우기, 업체에서 상업화를 위하여 그동안 최적화된 공정에 의해 물성이 극대화되었을 것으로 예상된다. 셋째로, 기존의 탄소섬유는 표면처리와 사이징처리가된 상태로 생산하고 있다. 그러나, 준탄소섬유는 최종 열처리 후 표면처리나 사이징처리를 하지 않은 것이다.
- 이는 가스의 순도는 준탄소섬유 또는 탄소섬유의 표면결함에 결정적인 역할을 할 수 있기 때문이다. 순도가 낮을수록 준탄화공정 동안 탄화로 내부와 시편 주위가 불완전한 불활성분위기에 노출될 가능성이 크므로, 고온에서 안정화 PAN 섬유의 표면이 준탄화 또는 탄화되는 과정에서 불균일해지거나 미세결함이 형성될 수 있고, 섬유직경에도 결정적인 영향을 주는 것으로 조사되었다. Figure 7의 주사전자현미경 결과에서 보여주는 바와 같이, 동일한 cycle 2의 조건하에서 99.
- 안정화 PAN 섬유의 전기저항성은 L59 Q・cm로탄소섬유 값의 약 1000배 이상에 해당하는 매우 높은 값을 보여 주었다. 그 이유는 안정화 PAN 섬유는 구조적으로 방향족 특성이 매우 낮기 때문이다.
- 또한, 승온속도가 느릴수록 그리고 체류시간이 길수록 질소, 산소, 수소로부터 탄소로 전환되는 비율이 증가하였다. 원소분석 결과는 준 탄소섬유 내에 포함되어 있는 주요 성분인 탄소, 산소, 질소 및 수소의 함량이 안정화 PAN 섬유와 탄소섬유 사이에서 준탄화공정의 조건에 따라 조절될 수 있음을 제시하여 준다. 특히, 1000 °C 이상에서도 진행되는 질소 성분의 휘발을 조절하는 것은 준 탄소 섬유 및 탄소섬유의 전기저항성과 전기전도도를 제어하는데 중요한 역할을 하는 것으로 판단된다.
- 열처리온도가 증가할수록 섬유의 열수축률은 증가하기 때문에 섬유길이는 감소한다. 이상의 결과로부터 안정화 PAN 섬유로부터 얻어진 준탄소섬유의 물리적 특성은 최종 열처리 온도, 승온속도 그리고 체류시간에 크게 의존한다고 결론지을 수 있다.
- 상대적으로 빠른 속도와 800。(3에서의 체류는 열적으로 안정한 준탄소섬유를 얻는데 바람직하지 않은 것으로 사료되었다. 준탄소섬유의 열 안정성은 최종 열처리온도가 증가함에 따라 향상되었으며 온도가 낮을수록 승온속도에 더욱 민감하였다.
- 준탄소섬유의 전기저항성은 승온속도나 사용한 불활성 가스의 순도에도 상당한 영향을 받는 것으로 조사되었다. Cycle 2와 cycle 1 및 3을 비교해 볼 때, 승온속도는 20 °C/h보다는 40 °C/h가 섬유의 전기저항성을 낮추는데 다소 기여하였다.
- 준탄화공정에 의해 질소, 산소, 수소의 함량은 크게 줄어든 반면에 탄소 함량은 크게 증가하였다. 준탄소섬유의 탄소 함량은 사용된 준 탄화공정에 따라 차이가 있으며 기존 탄소섬유보다 약 10% 가량 낮은 것으로 조사되었다. 안정화 PAN 섬유의 표면에는 히드록실, 카보닐, 카복실 같은 몇몇 산소를 포함하고 있는 반웅기들이 존재하므로 상대적으로 산소 함량이 많다.
- 표에 요약된 값들은 C, H, 0 그리고 N 이외의 극소량의 화학성분은 무시한 상태에서 원소분석기를 사용하여 측정된 근사치를 나타낸다. 준탄화공정에 의해 질소, 산소, 수소의 함량은 크게 줄어든 반면에 탄소 함량은 크게 증가하였다. 준탄소섬유의 탄소 함량은 사용된 준 탄화공정에 따라 차이가 있으며 기존 탄소섬유보다 약 10% 가량 낮은 것으로 조사되었다.
- 9 이러한 1차 중량감소는 준탄소섬유에 대한 cycle 1, 2, 3의 경우에는 거의 발생되지 않았고 옴 도가 증가함에 따라 중량감소가 서서히 진행되었다. 질소분위기에서 조사된 결과와 같이, 공기 분위기에서도 cycle 2가 준탄소섬유 중에서 가장 우수한 열 안정성을 보여주었다. 이는 탄화과정 중 약 600 °C까지휘발물질에 의한 질량이동이 천천히 진행되는데, 승온속도가 빠르면 질량이동도 빠르게 발생하기 때문인것으로 판단된다.
- 또한, 1075 °C 까지 상승하는 동안 경험하는 저온 영역에서 탄소와 일부 질소성분을 제외한 대부분 의성분들이 물, 암모니아, 일산화탄소, 이산화탄소, 질소, 그리고 탄화수소 형태의 휘발물질로 제거되는 과정에서 발생하는 열수축의 결과이다. 최종 열처리 온도 1075 °C에서 제조된 준탄소섬유의 직경은 1400 -1500 1C에서 제조된 것으로 알려져 있는 상업용 탄소섬유의 것보다는 다소 큰 것으로 조사되었다. 이는 섬유의 열수축과 직경감소를 초래하는 저분자량 성분의 대부분이 1075 °C 이전에 제거되었음을 나타낸다.
- 600 °C 정도의 열처리공정에서도 안정화 PAN 섬유의 물리적 특성은 크게 변화되었다. 최종 열처리온도가 높을수록 섬유의 중량과 길이가 더 크게 감소하였으며, 섬유직경도 다소 줄어들었다. 또한, 승온속도가 느릴수록 그 영향은 더욱 컸다.
- 한편, 인장탄성률은 cycle 1과 3은 각각 탄소섬유의 약 79%, cycle 4는 약 64%, 그리고 cycle 2에서는 약 48% 밖에 미치지 못하였다. 탄소섬유의 인장강도는 408.5 kgf/mm2 (3.966 GPa), 인장 탄성률은 약 25933 kgf/mm2 (252 GPa), 그리고 신장률은 약 2%인 것으로 측정되었다. 따라서, 준 탄소섬유의 인장특성의 향상을 위해서 승온속도는 40 t/h 그리고 800 °C에서의 체류시간은 가능하면 짧게 하거나 전혀 하지 않는 것이 바람직한 것으로 판단된다.
- 999% 순도의 질소가스를 사용하였을 때보다 약 10배 가까이 증가되었다. 탄소섬유의 인장특성, 전기저항성 및 열전도도의 상호관계를20.21 고려해 볼 때, 본 연구 결과는 준탄화공정 조건뿐만 아니라 불활성 가스의 순도가 나아가서는 섬유의 열전도도에도 중요한 영향을 주리라는 것을 제시하고 있다. 특히, 탄소 또는 혹연구조로의 전환이 불완전한 600-1300 °C 같은 준 탄화 영역에서 그 중요성은 더욱 강조된다.
- 또한, 사용된 질소가스의 순도가 전기저항성에 큰 영향을 주었으며, 그 원인 올 미세구조 측면에서 해석하였다. 특히, 1000 'C 이상에서도 비탄소 성분 중 가장 늦게 휘발되는 질소 함량의 조절이 준탄소섬유의 전기저항성올 제어하는데 중요한 역할을 하는 것으로 판단되었다. 아울러, 안정화 PAN 섬유로부터 준탄소섬유를 거쳐 탄소섬유까지의 인장탄성률과 전기저항성 사이의 상호 관계가 제시되었다.
후속연구
- 그러므로 1200 °C 이하에서 연속공정으로 행하여지는 열분해 과정을 최적화시킨다면, 중저가의 탄소화섬유 또는 준 탄소섬유를 얻을 수 있을 것으로 예상된다. 그 웅용 분야도 단열효과 향상이 필요하면서 탄소섬유 수준의 고온 저항성도 요구되나, 구조재료로서의 강도는 요구되지 않아 반드시 고가의 탄소섬유를 사용할 필요가 없는 각종 부품이나 내 열재 및 열차폐재 또는 반도체 분야 등으로 확대될 가능성이 있을 것으로 판단된다.”
- 상업용 탄소섬유는 장력이 계속 가해지는 연속 공정하에서 얻어진 것인 반면, 본 연구에서 제조된 준탄소섬유는 생산공정 초기에 발췌된 안정화 PAN 섬유를 장력 없이 불연속으로 처리한 것이다. 둘째로, 최종 열처리 온도가 탄소섬유는 약 1400〜1500 °C 인 것에 반하여, 본연구에서는 섬유의 전기전도도를 낮추기 위하여 1075 °C 까지만 열처리하였기 때문에 부분탄화된 섬유에서 분자의 배향이 불완전하거나, 최종 온도가 낮은 관계로 일부의 질소원자가 탈질소화 반응에 참여하지 않고 구조 상에 잔존하고 있을 가능성이 크다. 더우기, 업체에서 상업화를 위하여 그동안 최적화된 공정에 의해 물성이 극대화되었을 것으로 예상된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.