보고서 정보
주관연구기관 |
금오공과대학교 Kumoh National Institute of Technology |
연구책임자 |
조동환
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발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 1996-04 |
주관부처 |
과학기술부 |
사업 관리 기관 |
금오공과대학 |
등록번호 |
TRKO200200016692 |
DB 구축일자 |
2013-04-18
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키워드 |
산화아크릴로니트릴 섬유.섬유/매트릭스 복합재료.내열/내산화 특성.인산코팅.미세구조.탄화.oxidized polyacrylonitrile fiber.fiber/matrix composite.thermal/oxidative resistance.phosphoric acid coating.microstructure.carbonization.
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초록
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OXI-PAN섬유라고 불리우는, oxidized PAN 섬유 또는 안정화PAN 섬유는 PAN계 탄소섬유를 생산하는 과정에서 얻어지는 중간물질이다. 이 섬유는PAN precursor를 장력하에 200∼300℃의 산화분위기에 노출시킨 후 얻을 수 있기 때문에,탄소섬유와 비교하여 제조공정이 간단하며, 제조단가도 훨씬 낮다. 이 재료는 그들이 갖은독특한 특성 때문에 내장섬유, 방열 또는 방화복, 브레이크라이닝 등에 이용되고 있다. 더우기, 이 안정화공정의 최적화는 최종물질인 탄소섬유 또는 흑연섬유 및 탄소복합재료의 여러가
OXI-PAN섬유라고 불리우는, oxidized PAN 섬유 또는 안정화PAN 섬유는 PAN계 탄소섬유를 생산하는 과정에서 얻어지는 중간물질이다. 이 섬유는PAN precursor를 장력하에 200∼300℃의 산화분위기에 노출시킨 후 얻을 수 있기 때문에,탄소섬유와 비교하여 제조공정이 간단하며, 제조단가도 훨씬 낮다. 이 재료는 그들이 갖은독특한 특성 때문에 내장섬유, 방열 또는 방화복, 브레이크라이닝 등에 이용되고 있다. 더우기, 이 안정화공정의 최적화는 최종물질인 탄소섬유 또는 흑연섬유 및 탄소복합재료의 여러가지 물성에 매우 중요한 인자로 작용한다. 그러나, 페놀수지 같은 고분자수지와 함께OXI-PAN 섬유로 만들어진 복합재료는 높은 수축률, 취약성, 약한 강도 및 심각한 failure같은 몇몇 물리적 단점들을 갖고 있다. 또한, 열분해시 섬유와 매트릭스 양쪽에서 공탄화가 발생한다.따라서, 본 연구에서는 OXI-PAN 섬유표면에 희석인산용액을 사용하여 코팅처리한OXI-PAN 섬유, OXI-PAN섬유/페놀수지 몰딩컴파운드 및 복합재료의 열적특성, 내산화특성 그리고 탄화거동을 주로 열중량분석기기와 주사전자현미경을 사용하여 폭넓게 조사하였다. 이들 결과는 코팅하지 않은 경우와 비교, 분석하였으며, 그로부터 다음과 같은 결론을얻을 수 있었다. 열안정성 시험으로부터 조사된 바와같이, OXI-PAN 섬유와 OXI-PAN섬유/페놀수지 몰딩컴파운드 및 복합재료의 산화저항성은 인산으로 OXI-PAN 섬유를 코팅해서 제조한 것이 그렇지 않은 것보다, 특히 600℃ 이상의 고온에서, 더욱 우수하였다. 그효과는 OXI-PAN 섬유의 측면과 단면에서 관찰된 미세구조 거동 변화와 일치하였다. 열처리동안 인산으로부터 변화된 인성분은 섬유의 longitudinal 방향에서 뿐만 아니라transversal 방향에서도 존재하고 있음이 확인되었다. 이는 섬유표면에서 내부로 인성분의확산 또는 이동으로 설명할 수 있었다. OXI-PAN섬유/페놀수지 greenbody의 열분해시,섬유나 매트릭스 양쪽에서 동반되는 공탄화현상은 탄화된 복합재료의 제조에는 물론, 그들의 물리적 특성과 미세구조 거동에도 영향을 주는 것으로 조사되었다. 이들 결과는 부피수축률, 밀도, 기공률 및 미세구조 변화 관점에서 논의되었다. 또한, 탄화조건에서도 인산코팅은 OXI-PAN 섬유의 직경의 감소를 억제하고, 열안정성을 향상시키므로 재료의 탄화수율을 증가시키는데도 어느정도기여할 수 있으리라 판단되었다.본 연구에서 인산코팅이 OXI-PAN 섬유의 열안정성을 향상시키는 결과만을 토대로사용한 2.0%의 농도는 비교적 높게 적용된 것으로 조사되었다. 그러므로, 연구결과에서제시한 바와같이, 열안정성, 산화저항성, 그리고 물리적 특성 및 섬유/매트릭스 계면에서의미세구조적 거동에 미치는 효과를 고려할 때, 보다 낮은 인산코팅 농도의 사용은 OXI-PAN섬유/페놀수지 복합재료 뿐만 아니라, 이들로부터 제조되는 탄소-탄소 복합재료의 열적, 물리적 및 계면특성과 나아가서는 기계적 특성의 향상에도 긍정적인 효과를 기대할 수 있을것으로 예상된다.
Abstract
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Oxidized or stabilized PAN fiber, which is referred to asOXI-PAN fiber, is an intermediate material that can be obtained after an exposure ofPAN precursors to 200∼300℃ in oxidative atmosphere under tension in the middle ofPAN-based carbon fiber manufacturing processes. Therefore, the p
Oxidized or stabilized PAN fiber, which is referred to asOXI-PAN fiber, is an intermediate material that can be obtained after an exposure ofPAN precursors to 200∼300℃ in oxidative atmosphere under tension in the middle ofPAN-based carbon fiber manufacturing processes. Therefore, the process is simplerand the cost is much less than carbon fiber. Owing to its unique features, thismaterial has been used as interior fibers, heat or fire protection clothing, break lining,etc. The optimization of stabilization process is significant to many final properties ofcarbon fiber and the carbon composite material. However, the composite made ofOXI-PAN fiber with polymeric resin like phenolic has some physical drawbacks such ashigh thermal shrinkage, weak strength, brittleness, and catastrophic failure, and alsoexperiences co-carbonization between the fiber and matrix during pyrolysis.Accordingly, thermal properties, oxidation resistance and carbonization behaviors ofOXI-PAN fiber, OXI-PAN fiber/phenolic molding compound and the composite made ofthe fiber coated with phosphoric acid had been extensively examined with the uncoatedcounterpart using thermogravimetric and analyzer and scanning electron microscope.As the result, the thermal oxidative resistance of the fiber, the molding compound andthe composite are better in the coated cases than in the unocated, especially above 600℃. The result agreed with the microstructural behaviors observed from the surfaceand cross-section of the fiber. It was found that phosphorus compound transformedfrom phosphoric acid heat treatment exists not only on the longitudinal region but alsoon the transversal region of the fiber. This may be explained by diffusion ormigration of the compound from the exterior to the interior of the fiber. It wasobserved that during the pyrolysis of OXI-PAN fiber/phenolic greenbody theco-carbonization by both fiber and matrix influences both the fabrication of carbonizedcomposite and its physical properties and microstructural behaviors. The result wasdiscussed in terms of volume shrinkage, density, porosity and microstructure. Also, thecoating on the OXI-PAN fiber surface some what inhibites the reduction of fiberdiameter upon carbonization of the composite and increases the thermal stability.Hence, it was thought that this effect would contribute to increasing the carbon yield.The 2.0% coating based upon the result of thermal stability of OXI-PAN fiber inthe present study was relatively high. Therefore, it may be concluded that use of alower coating level would be positive to improve thermal, physical, interfacial, andfurther mechanical properties of the composite and the carbon-carbon composite madefrom it, considering the overall result provided in the present report.
목차 Contents
- 목 차...6
- I. 서 론...7
- II. 연구방법 및 실험...13
- 1. 재 료...13
- 2. 시편준비...14
- 2-1. 희석인산용액을 이용한 OXI-PAN섬유의 표면코팅...14
- 2-2. OXI-PAN섬유/페놀수지 molding compound 제조...14
- 2-3. OXI-PAN섬유/페놀수지 복합재료 제조...15
- 3. 열안정성 시험...15
- 4. 열처리 및 탄화...15
- 5. 미세구조 관찰...18
- III. 결과 및 고찰...18
- 1. OXI-PAN 섬유의 내열 및 내산화 특성 향상...18
- 2. OXI-PAN 섬유/페놀수지 molding compound의 열안정성...28
- 3. OXI-PAN 섬유/페놀수지 복합재료의 내열 및 내산화 특성 향상...34
- 4. OXI-PAN 섬유/페놀수지 복합재료의 탄화거동 및 미세구조 관찰...34
- IV. 결 론...48
- V. 인용문헌...51
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