KR20220087803A - Apparatus for coagulating doped solution of precursor for a carbon fiber And Method of the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소섬유 전구체 제조용 응고 장치 및 제조 방법에 관한 것으로서, 용매를 수용하는 응고욕(10); 탄소섬유 전구체용 방사용액이 방사되는 노즐(20); 상기 노즐(20)을 폐쇄적으로 감싸고, 상기 용매 표면에 대하여 밀폐 공간(42)을 제공하는 챔버(40); 및 상기 밀폐 공간(42)의 내부의 압력을 조절하는 기압조절장치(44);를 포함하는 탄소섬유 전구체 제조용 응고 장치에 관한 것이다 .또한, 노즐을 이용하여 상기 도포 원액을 비용매를 수용하고 있는 응고욕 내에 방사하여 응고섬유를 제조하는 응고 단계를 포함하며, 상기 응고 단계에서, 상기 노즐 주변의 비용매의 표면을 국부적으로 상승시켜 에어갭을 감소시키는 것을 특징으로 하는, 탄소섬유 전구체 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a coagulation apparatus and a method for manufacturing a carbon fiber precursor, comprising: a coagulation bath (10) containing a solvent; a nozzle 20 to which a spinning solution for a carbon fiber precursor is spun; a chamber 40 that closes the nozzle 20 and provides a closed space 42 with respect to the solvent surface; And it relates to a coagulation device for producing a carbon fiber precursor comprising a; and an air pressure control device 44 for adjusting the pressure inside the closed space 42. In addition, using a nozzle, the coating stock solution is accommodated in a non-solvent A method for producing a carbon fiber precursor comprising a coagulation step of producing coagulated fibers by spinning in a coagulation bath, wherein in the coagulation step, the air gap is reduced by locally raising the surface of the non-solvent around the nozzle. it's about
Description
본 발명은 탄소섬유 전구체 제조용 응고 장치 및 제조 방법에 관한 것으로서, 용매를 수용하는 응고욕(10); 탄소섬유 전구체용 방사용액이 방사되는 노즐(20); 상기 노즐(20)을 폐쇄적으로 감싸고, 상기 용매 표면에 대하여 밀폐 공간(42)을 제공하는 챔버(40); 및 상기 밀폐 공간(42)의 내부의 압력을 조절하는 기압조절장치(44);를 포함하는 탄소섬유 전구체 제조용 응고 장치에 관한 것이다 .또한, 노즐을 이용하여 상기 도포 원액을 비용매를 수용하고 있는 응고욕 내에 방사하여 응고섬유를 제조하는 응고 단계를 포함하며, 상기 응고 단계에서, 상기 노즐 주변의 비용매의 표면을 국부적으로 상승시켜 에어갭을 감소시키는 것을 특징으로 하는, 탄소섬유 전구체 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a coagulation apparatus and a method for manufacturing a carbon fiber precursor, comprising: a coagulation bath (10) containing a solvent; a
아크릴로니트릴(acrylonitrile, PAN)계 중합체로부터 제조되는 탄소섬유는 강도가 매우 우수하여, 탄소섬유의 원료로서 많이 사용되고 있다. 최근에는 전체 탄소섬유의 90%이상이 PAN계 탄소섬유이다. 또한, PAN계 탄소섬유는 2차전지용 탄소 전극 재료 및 탄소 필름 등에도 적용가능성이 있기 때문에, 이에 대한 연구개발도 활발하게 진행되고 있다.Carbon fibers prepared from acrylonitrile (PAN)-based polymers have very good strength and are widely used as raw materials for carbon fibers. Recently, more than 90% of all carbon fibers are PAN-based carbon fibers. In addition, since the PAN-based carbon fiber has applicability to a carbon electrode material for a secondary battery, a carbon film, and the like, research and development for this is being actively conducted.
PAN 중합체로부터 탄소섬유를 제조하는 경우에는 PAN 중합체를 방사하여 얻어진 아크릴 섬유, 즉 탄소섬유용 전구체 섬유를 산화 분위기에서 200~400℃로 내염화 처리를 실시하는데, 이렇게 제조된 섬유를 내염화 섬유라고 한다. 이렇게 얻어진 내염화 섬유를 불활성기체 분위기에서 800~2000℃로 탄화처리하여 탄소섬유를 제조한다.In the case of manufacturing carbon fibers from PAN polymers, acrylic fibers obtained by spinning PAN polymers, that is, precursor fibers for carbon fibers, are subjected to flame-resistant treatment at 200 to 400° C. in an oxidizing atmosphere. do. Carbon fiber is manufactured by carbonizing the obtained flame-resistant fiber at 800 to 2000° C. in an inert gas atmosphere.
탄소섬유용 전구체 섬유의 제조 공정은, 일반적으로 습식 또는 건습식 방사공정을 채택하는데, 이후에 수세공정, 연신공정, 유제부여공정, 건조공정, 권취공정 등을 거치게 된다. 탄소섬유용 전구체 섬유를 건습식 방사로 제조시, 응고욕내 섬유 주행 속도를 증가시키면 응고욕내 기포가 증가하여 응고액 흐름이 불안정해지고 액면 변동도 심화되어 노즐 잠김이 심화된다. 이에 따라 노즐과 응고욕 액면의 거리가 쉽게 변동되어 전구체 섬유 다발의 품위가 현저하게 악화되고 노즐에서의 사절 등이 발생하여 공정성이 악화된다.The manufacturing process of the precursor fiber for carbon fiber generally adopts a wet or dry-wet spinning process, and then goes through a washing process, a drawing process, an emulsion process, a drying process, a winding process, and the like. When the precursor fiber for carbon fiber is manufactured by dry-wet spinning, if the fiber running speed in the coagulation bath is increased, the bubbles in the coagulation bath increase, making the coagulation liquid flow unstable and liquid level fluctuations intensifying, which intensifies nozzle locking. Accordingly, the distance between the nozzle and the coagulation bath liquid level fluctuates easily, and the quality of the precursor fiber bundle is remarkably deteriorated.
이를 개선하기 위하여 첫째, 주행 섬유를 둘러싸는 정류판을 배치하는 방법이 제안되었으나, 이는 정류판에 부착한 기포가 경시적으로 증대하여 응고욕 액면으로 기포가 부상하여 응고액의 액면이 불균일해지고 노즐이 응고욕에 잠기게 되어 단사나 드립과 같은 문제가 발생한다. 둘째, 친수처리 코팅된 원추형 정류판을 설치하는 방법이 제안되었으나, 친수 코팅은 탈락하기 쉽고 코팅을 위한 비용이 증가하여 제조원가가 상승되는 문제가 있다. 셋째, 응고욕 내의 노즐 주위에 볼을 띄워 액면의 변동을 억제하는 방법이 제안되었으나, 액면의 변동을 제한하는 것은 한계가 있다.In order to improve this, first, a method of arranging a rectifying plate surrounding the traveling fiber has been proposed, but this is because the bubbles attached to the rectifying plate increase over time, and the bubbles rise to the coagulating bath liquid level, resulting in non-uniform liquid level of the coagulating liquid and nozzles. They become immersed in this coagulation bath, and problems such as shorts and drips occur. Second, a method of installing a conical rectifier plate coated with a hydrophilic treatment has been proposed, but the hydrophilic coating is easy to fall off and the cost for coating increases, thereby increasing the manufacturing cost. Third, a method of suppressing the fluctuation of the liquid level by floating a ball around the nozzle in the coagulation bath has been proposed, but there is a limit to limiting the fluctuation of the liquid level.
또한, 노즐의 분사위치와 액면 간의 거리를 에어갭(Air Gap)이라고 하는데, 이러한 에어갭을 작게 유지하는 것도 중요하다. In addition, the distance between the injection position of the nozzle and the liquid level is called an air gap, and it is also important to keep this air gap small.
본 발명은 상기의 목적을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 노즐과 비용액 표면 간의 거리인 에어갭을 자유롭게 조절하여 탄소섬유 전구체의 제조 조건을 쉽게 제어할 수 있는 탄소섬유 전구체 섬유를 제조하기 위한 응고 장치를 제공하고자 한다. The present invention has been devised to solve the above object, and a coagulation apparatus for producing a carbon fiber precursor fiber capable of easily controlling the production conditions of the carbon fiber precursor by freely adjusting the air gap, which is the distance between the nozzle and the non-solution surface. would like to provide
본 발명에서는 상기의 목적을 해결하기 위해 다음과 같은 과제 해결 수단을 제공한다. The present invention provides the following problem solving means in order to solve the above object.
탄소섬유 전구체 섬유를 제조하기 위한 응고 장치에 있어서, In the coagulation apparatus for producing a carbon fiber precursor fiber,
용매를 수용하는 응고욕(10);a
탄소섬유 전구체용 방사용액이 방사되는 노즐(20);a
상기 노즐(20)을 폐쇄적으로 감싸고, 상기 용매 표면에 대하여 밀폐 공간(42)을 제공하는 챔버(40); 및a
상기 밀폐 공간(42)의 내부의 압력을 조절하는 기압조절장치(44);를 포함한다. It includes;
상기 기압조절장치(44)는 상기 밀폐 공간(42)을 감압하여, 상기 밀폐 공간(42) 내의 용매 표면이 외부의 용매 표면에 비해 상승하게 하는 것을 특징으로 한다. The
또한, 아크릴로니트릴계 공중합체를 유기용매에 용해하여, 도포 원액을 제조하는 단계;In addition, dissolving the acrylonitrile-based copolymer in an organic solvent to prepare a coating stock solution;
노즐을 이용하여 상기 도포 원액을 비용매를 수용하고 있는 응고욕 내에 방사하여 응고섬유를 제조하는 응고 단계를 포함하며,A coagulation step of producing coagulated fibers by spinning the coating stock solution into a coagulation bath containing a non-solvent using a nozzle,
상기 응고 단계에서, 상기 노즐 주변의 비용매의 표면을 국부적으로 상승시켜 에어갭을 감소시키는 것을 특징으로 하는, In the solidification step, characterized in that the air gap is reduced by locally raising the surface of the non-solvent around the nozzle,
탄소섬유 전구체 제조 방법을 제공한다. A method for producing a carbon fiber precursor is provided.
상기 응고 단계에서, In the coagulation step,
상기 노즐(20)을 폐쇄적으로 감싸고, 상기 용매 표면에 대하여 밀폐 공간(42)을 제공하는 챔버(40) 및 상기 밀폐 공간(42)의 내부의 압력을 조절하는 기압조절장치(44)를 제공하고, 상기 기압조절장치(44)가 상기 밀폐 공간(42)을 감압시켜 상기 에어갭을 감소시키는 것을 특징으로 한다. A
본 발명은 상기의 목적을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 노즐과 비용액 표면 간의 거리인 에어갭을 자유롭게 조절하여 탄소섬유 전구체의 제조 조건을 쉽게 제어할 수 있는 탄소섬유 전구체 섬유를 제조하기 위한 응고 장치를 제공하는 효과가 있다. The present invention has been devised to solve the above object, and a coagulation apparatus for producing a carbon fiber precursor fiber capable of easily controlling the production conditions of the carbon fiber precursor by freely adjusting the air gap, which is the distance between the nozzle and the non-solution surface. has the effect of providing
도 1은 종래의 탄소섬유 전구체 제조용 응고 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 탄소섬유 전구체 제조용 응고 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 탄소섬유 전구체 제조용 응고 장치의 구성도이다. 1 is a block diagram of a conventional coagulation apparatus for producing a carbon fiber precursor.
2 is a block diagram of a coagulation apparatus for producing a carbon fiber precursor according to the present invention.
3 is a block diagram of a coagulation apparatus for producing a carbon fiber precursor according to the present invention.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.Additional objects, features and advantages of the present invention may be more clearly understood from the following detailed description and accompanying drawings.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Prior to the detailed description of the present invention, the present invention can make various changes and can have various embodiments, and the examples described below and shown in the drawings are not intended to limit the present invention to specific embodiments. No, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When an element is referred to as being “connected” or “connected” to another element, it is understood that it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, terms such as "...unit", "...unit", "...module", etc. described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which includes hardware or software or hardware and It can be implemented by a combination of software.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same components are given the same reference numerals regardless of the reference numerals, and the overlapping description thereof will be omitted. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 탄소섬유 전구체 제조 방법 및 응고 장치에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a carbon fiber precursor manufacturing method and a coagulation apparatus according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 탄소섬유 전구체 섬유를 제조하기 위한 응고 장치는, 응고액을 수용하는 응고욕(10); 탄소섬유 전구체용 방사용액이 방사되는 노즐(20); 상기 노즐(20)을 폐쇄적으로 감싸고, 상기 용매 표면에 대하여 밀폐 공간(42)을 제공하는 챔버(40); 및 상기 밀폐 공간(42)의 내부의 압력을 조절하는 기압조절장치(44);를 포함한다. A coagulation apparatus for producing a carbon fiber precursor fiber of the present invention includes a
상기 기압조절장치(44)는 상기 밀폐 공간(42)을 감압하여, 상기 밀폐 공간(42) 내의 응고액 표면이 외부의 응고액 표면에 비해 상승하게 하는 것을 특징으로 한다. The air
또한, 아크릴로니트릴계 공중합체를 유기용매에 용해하여, 도포 원액을 제조하는 단계; 노즐을 이용하여 상기 도포 원액을 비용매를 수용하고 있는 응고욕 내에 방사하여 응고섬유를 제조하는 응고 단계를 포함하며, 상기 응고 단계에서, 상기 노즐 주변의 비용매의 표면을 국부적으로 상승시켜 에어갭을 감소시키는 것을 특징으로 하는, 탄소섬유 전구체 제조 방법을 제공한다. In addition, dissolving the acrylonitrile-based copolymer in an organic solvent to prepare a coating stock solution; a coagulation step of manufacturing coagulated fibers by spinning the coating stock solution into a coagulation bath containing a non-solvent using a nozzle, wherein in the coagulation step, the surface of the non-solvent around the nozzle is locally raised to raise the air gap It provides a method for producing a carbon fiber precursor, characterized in that the reduction.
상기 응고 단계에서, 상기 노즐(20)을 폐쇄적으로 감싸고, 상기 응고액 표면에 대하여 밀폐 공간(42)을 제공하는 챔버(40) 및 상기 밀폐 공간(42)의 내부의 압력을 조절하는 기압조절장치(44)를 제공하고, 상기 기압조절장치(44)가 상기 밀폐 공간(42)을 감압시켜 상기 에어갭을 감소시키는 것을 특징으로 한다. In the coagulation step, a
본 발명에 따라 제조되는 탄소섬유용 전구체 섬유는 아크릴로니트릴계 중합체로부터 얻어지며, 상기 전구체 섬유의 특성은 기본적으로 아크릴로니트릴계 중합체의 조성에 따라 달라진다. 본 발명에 사용되는 아크릴로니트릴계 중합체의 주성분은 아크릴로니트릴 단위로서, 상기 아크릴로니트릴 단위의 함량은 전체 아크릴로니트릴계 중합체에 대하여, 바람직하게는 90중량% 이상, 더욱 바람직하게는 95중량% 이상, 예를 들면, 95 내지 99중량%이다. 여기서, 상기 아크릴로니트릴 단위의 함량이 너무 적으면, 소성 공정으로 얻어지는 탄소섬유의 강도가 저하되는 등, 탄소섬유의 기계적 특성이 저하될 우려가 있다.The precursor fiber for carbon fiber prepared according to the present invention is obtained from an acrylonitrile-based polymer, and the properties of the precursor fiber basically depend on the composition of the acrylonitrile-based polymer. The main component of the acrylonitrile-based polymer used in the present invention is an acrylonitrile unit, and the content of the acrylonitrile unit is preferably 90% by weight or more, more preferably 95% by weight based on the total acrylonitrile-based polymer. % or more, for example 95 to 99% by weight. Here, when the content of the acrylonitrile unit is too small, there is a fear that the mechanical properties of the carbon fiber may be deteriorated, such as the strength of the carbon fiber obtained through the firing process is reduced.
상기 아크릴로니트릴계 중합체는, 필요에 따라, 하나 이상의 공중합 성분(아크릴로니트릴 이외의 다른 보조 성분)을 포함할 수 있으며, 그 함량은 전체 아크릴로니트릴계 중합체에 대하여, 바람직하게는 10중량% 미만, 더욱 바람직하게는 5중량% 미만, 예를 들면, 1 내지 5중량%이다. 상기 공중합 성분으로는, 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 크로톤산, 시트라콘산, 말레인산, 이들의 알킬에스테르(메틸아크릴레이트 등), 디아민 화합물, 트리아민 화합물 등을 예시할 수 있다.The acrylonitrile-based polymer may include, if necessary, one or more copolymerization components (auxiliary components other than acrylonitrile), and the content thereof is preferably 10% by weight based on the total acrylonitrile-based polymer. less than, more preferably less than 5% by weight, for example 1 to 5% by weight. As said copolymerization component, acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, crotonic acid, citraconic acid, maleic acid, these alkylesters (methyl acrylate, etc.), a diamine compound, a triamine compound, etc. can be illustrated.
이러한 아크릴로니트릴계 중합체로부터 탄소섬유용 전구체를 제조하기 위하여, 상기 아크릴로니트릴계 중합체를 유기용매에 용해시켜 도프 원액을 제조하고, 상기 도프 원액을 방사하고, 상기 도프 원액을 방사하여 형성된 응고섬유를 수세, 연신, 건조, 유제 및 권취 단계를 거치게 된다. 일반적으로 탄소섬유용 전구체 섬유 제조 공정은 습식 및 건습식 방사 공정으로 크게 구분되며, 상기 도프 용액을 제조하기 위한 용매로는, 디메틸설폭시드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 디메틸 아세테이트(dimethyl acetate), 염화아연 수용액, 질산, 등 아크릴로니트릴 중합체를 용해시킬 수 있는 통상의 유기용매 및 무기용매를 사용할 수 있고, 상기 용매의 사용량은, 통상 아크릴로니트릴계 중합체 100중량부에 대하여 10내지 30중량부이다. 여기서, 상기 유기용매의 사용량이 너무 적거나 많으면, 중합체의 방사가 곤란하거나, 보이드의 제거가 비효율적으로 수행될 우려가 있다.In order to prepare a precursor for carbon fiber from the acrylonitrile-based polymer, the dope stock solution is prepared by dissolving the acrylonitrile-based polymer in an organic solvent, the dope stock solution is spun, and the solidified fiber formed by spinning the dope stock solution is subjected to washing, stretching, drying, emulsifying and winding steps. In general, the precursor fiber manufacturing process for carbon fibers is largely divided into wet and dry spinning processes. As a solvent for preparing the dope solution, dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethyl acetate, chloride A common organic solvent and inorganic solvent capable of dissolving the acrylonitrile polymer, such as aqueous zinc solution, nitric acid, etc. can be used, and the amount of the solvent used is usually 10 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the acrylonitrile-based polymer. . Here, if the amount of the organic solvent used is too small or too large, there is a fear that the polymer may be difficult to radiate or the removal of voids may be performed inefficiently.
도 1은 탄소섬유용 전구체 섬유의 제조를 위한 응고욕의 개략적인 측면도이다. 도 1에서 본 발명에 따른 응고욕(10)은 방사 노즐(20), 방사 노즐(20)로부터 토출된 섬유가 공기 중을 통과하는 에어갭층(d), 상기 응고욕(10) 표면에서부터 일정 길이만큼 응고욕 중에 배치되어 있는 내부 구조물(12)로 구성되어 있다. 상기 방사 노즐(20)은 배관(21)을 통하여 액상의 폴리아크릴로니트릴계 중합체 용액을 공급받아 섬유 다발 형태로 방사(토출)하는 통상의 방사 노즐로서, 예를 들면 직경은 예를 들면, 약 50 내지 약 200 마이크론이고, 홀이 예를 들면 약 500 내지 약 24,000개 형성되어 있다.1 is a schematic side view of a coagulation bath for the production of precursor fibers for carbon fibers. 1, the
도 1에 음영으로 도시된 바와 같이 도시된 바와 같이, 응고욕(10)은 내부 표면 및 내부 구조물의 표면이 일정한 표면조도를 갖도록 표면가공 처리된다. 이와 같이 내부 표면 및 내부 구조물 표면이 일정한 표면조도를 갖도록 표면가공 처리되면 응고욕(10)에서 발생하는 기포의 발생이 억제되어 기포에 의한 액면 변동을 안정화시킬 수 있다.1, as shown in the shaded bath, the
응고욕(10)은 그 내부 표면의 일부 또는 전부에 표면가공 처리가 실시된다. 또한, 그 내부 구조물 표면의 일부 또는 전부에 표면가공 처리가 실시된다. 본 발명에서 표면가공 처리란 표면에 임의의 가공을 실시하여 표면조도, 즉 표면 거칠기를 특정수준으로 균일하게 만드는 것을 의미한다. 응고욕(10)의 내부 표면은 하부면 또는 옆면 중 적어도 어느 한 면에서 표면조도가 균일해지도록 물리적인 방법에 의해 표면가공 처리될 수 있다.The
이러한 표면가공 처리에 의해, 응고욕에서 발생하는 기포의 발생을 현저하게 감소시키는 것이 가능하고, 기포에 의한 액면 변동을 안정화하여 방사공정성을 향상시켜 우수한 공정 안정성을 얻을 수 있다.By such surface treatment, it is possible to significantly reduce the generation of air bubbles generated in the coagulation bath, and it is possible to obtain excellent process stability by stabilizing liquid level fluctuation due to air bubbles to improve spinning processability.
본 발명에서 응고욕(10) 내부의 내부 구조물은 예를 들어, 방사된 응고섬유(30)를 집속하는 고정형 턴-가이드(turn-guide)일 수 있다. 또한, 응고욕 및 내부 구조물은 폴리카보네이트, 유리, 스테인레스 스틸 등으로 제조될 수 있으며, 바람직하게는 부식을 최소화할 수 있는 스테인레스 스틸로 제조된다.In the present invention, the internal structure inside the
이때, 응고욕 내부 표면 및 내부 구조물 표면의 표면 가공처리는 연마(Polishing) 또는 블라스팅(Blasting) 등의 방법에 의해 실시될 수 있으며, 표면 가공처리 후에는 응고욕 내부 표면 및 내부 구조물 표면의 표면조도가 향상된다.At this time, the surface treatment of the inner surface of the coagulation bath and the surface of the inner structure may be performed by a method such as polishing or blasting, and after surface treatment, the surface roughness of the inner surface of the coagulation bath and the surface of the inner structure is improved
노즐(20)에서 방사되는 탄소섬유용 전구체 섬유(30)는 응고욕(10) 내에서 응고액과 접하게 되는데, 이 때 응고액은 라지토우 탄소섬유용 전구체 섬유(30)의 진행방향과 동일한 방향으로 응고액 흐름이 형성되어 있고, 이로 인하여 섬유의 액저항을 최소화시킬 수 있다.The
본 발명에서 응고액의 수면과 턴-가이드 표면(12)까지의 수직길이는 10cm 내지 60cm로 설정하는 것이 바람직하다. 상기 수직길이를 10cm 미만으로 할 경우에는 노즐로부터 턴-가이드까지의 길이가 너무 짧아 응고사가 충분히 고화되지 못한 상태에서 턴-가이드와 마찰하면서 데니어 편차를 유발하게 된다. 반대로 수직길이가 60cm를 초과할 경우에는 응고액 중에서 섬유다발이 응고액 저항을 많이 받게되어 역시 섬유의 데니어 편차가 발생하면서 불균일한 탄화를 유발시킴으로써 고품질/고균일성의 탄소섬유를 발현하는 것이 불가능하게 된다.In the present invention, the vertical length of the surface of the coagulating liquid and the turn-
상기 응고욕(10)의 비용매로는 중합체 용액의 유기용매와는 잘 호환되지만 중합체를 용해시키지 않아 중합체를 고화시킬 수 있는 용매를 제한없이 사용할 수 있다. 상기 비용매로는 물을 사용할 수 있고, 바람직하게는 물과 유기 용매의 혼합물을 사용할 수 있으며, 필요에 따라 3성분 이상의 용액이 사용될 수도 있다. 상기 비용매에 유기 용매가 사용될 경우 그 함량은 약 35 내지 85중량%로 균일하게 유지하는 것이 바람직하다. 상기 응고욕(10)의 비용매의 온도는 예를 들면, 5 내지 85℃ 범위로 조절할 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 60℃ 범위로 조절할 수 있다. 온도 설정이 상기 범위를 벗어나면, 중합체 용액의 방사가 원활히 이루어지지 않아 방사 공정의 효율성이 저하되고, 비경제적으로 작동한다.As the non-solvent of the
본 발명의 핵심적인 부분을 도 2 및 도 3을 참조하여 자세하게 설명하기로 한다. An essential part of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3 .
본 발명은 응고 단계에서, 상기 노즐(20)을 폐쇄적으로 감싸고, 상기 응고액 표면에 대하여 밀폐 공간(42)을 제공하는 챔버(40) 및 상기 밀폐 공간(42)의 내부의 압력을 조절하는 기압조절장치(44)를 제공하고, 상기 기압조절장치(44)가 상기 밀폐 공간(42)을 감압시켜 상기 에어갭을 감소시키는 것을 특징으로 한다. In the present invention, in the coagulation step, the
챔버(40)는 노즐이 포함된 밀폐 공간(42)을 만드는데, 밀폐 공간의 일면은 응고액의 표면 일부가 되고, 챔버(40)는 1면이 개방된 정육면체 형태 등의 덮개 형상이 바람직하다. 따라서, 개방된 면 방향으로 응고액에 담겨진 형태로 제공된다. 이 경우 밀폐 공간은 외부의 대기압과 완전히 차단되고, 기압조절장치(44)를 통하여 밀폐 공간(42)의 기압을 낮춰서 응고액 표면을 상승시키게 되고, 이 경우 에어갭(d')이 감소하게 된다. The
방사 조건에 따라 이러한 에어갭을 조절해야 하나, 기존 발명에서는 노즐의 높이를 기계적으로 상하 운동시킴으로써 조절하도록 하여 그 제어가 어렵고 기계적 움직임에 따른 반응성이 낮아 정밀한 제어에 어려움이 있었다. Such an air gap should be adjusted according to the radiation conditions, but in the conventional invention, the nozzle height is adjusted by mechanically moving up and down, which makes it difficult to control and the reactivity according to the mechanical movement is low, making precise control difficult.
본 발명에서는 단순하게 노즐과 응고액 표면 간의 거리를 기압을 조절함으로써 에어갭을 정밀하게 제어할 수 있는 장점이 있다. In the present invention, there is an advantage in that the air gap can be precisely controlled by simply adjusting the air pressure of the distance between the nozzle and the surface of the coagulating liquid.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited drawings, those skilled in the art may apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in an order different from the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The embodiments described in this specification and the accompanying drawings are merely illustrative of some of the technical ideas included in the present invention. Accordingly, since the embodiments disclosed in the present specification are for explanation rather than limitation of the technical spirit of the present invention, it is obvious that the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. Modifications and specific embodiments that can be easily inferred by those skilled in the art within the scope of the technical spirit included in the specification and drawings of the present invention should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
10 : 응고욕
20 : 노즐
40 : 챔버
d, d' : 에어갭10: coagulation bath
20: nozzle
40: chamber
d, d' : air gap
Claims (4)
응고액을 수용하는 응고욕(10);
탄소섬유 전구체용 방사용액이 방사되는 노즐(20);
상기 노즐(20)을 폐쇄적으로 감싸고, 상기 응고액 표면에 대하여 밀폐 공간(42)을 제공하는 챔버(40); 및
상기 밀폐 공간(42)의 내부의 압력을 조절하는 기압조절장치(44);를 포함하는,
탄소섬유 전구체 제조용 응고 장치
In the coagulation apparatus for producing a carbon fiber precursor fiber,
a coagulation bath 10 containing a coagulation solution;
a nozzle 20 to which a spinning solution for a carbon fiber precursor is spun;
a chamber 40 that closes the nozzle 20 and provides a closed space 42 with respect to the surface of the coagulating solution; and
Containing;
Coagulation device for carbon fiber precursor production
상기 기압조절장치(44)는 상기 밀폐 공간(42)을 감압하여, 상기 밀폐 공간(42) 내의 응고액 표면이 외부의 응고액 표면에 비해 상승하게 하는 것을 특징으로 하는,
탄소섬유 전구체 제조용 응고 장치
The method according to claim 1,
The air pressure control device 44 depressurizes the closed space 42, characterized in that the surface of the coagulating solution in the closed space 42 rises compared to the surface of the coagulating solution outside,
Coagulation device for carbon fiber precursor production
노즐을 이용하여 상기 도포 원액을 응고액을 수용하고 있는 응고욕 내에 방사하여 응고섬유를 제조하는 응고 단계를 포함하며,
상기 응고 단계에서, 상기 노즐 주변의 응고액의 표면을 국부적으로 상승시켜 에어갭을 감소시키는 것을 특징으로 하는,
탄소섬유 전구체 제조 방법
Dissolving the acrylonitrile-based copolymer in an organic solvent to prepare a coating stock solution;
A coagulation step of producing coagulated fibers by spinning the coating stock solution into a coagulation bath containing a coagulating solution using a nozzle,
In the coagulation step, characterized in that the air gap is reduced by locally raising the surface of the coagulating liquid around the nozzle,
Carbon fiber precursor manufacturing method
상기 응고 단계에서,
상기 노즐(20)을 폐쇄적으로 감싸고, 상기 응고액 표면에 대하여 밀폐 공간(42)을 제공하는 챔버(40) 및 상기 밀폐 공간(42)의 내부의 압력을 조절하는 기압조절장치(44)를 제공하고, 상기 기압조절장치(44)가 상기 밀폐 공간(42)을 감압시켜 상기 에어갭을 감소시키는 것을 특징으로 하는,
탄소섬유 전구체 제조 방법
4. The method according to claim 3,
In the coagulation step,
A chamber 40 that closes the nozzle 20 and provides a closed space 42 with respect to the surface of the coagulating solution and a pressure control device 44 for regulating the pressure inside the closed space 42 is provided. and the air pressure control device 44 depressurizes the sealed space 42 to reduce the air gap,
Carbon fiber precursor manufacturing method
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