• 한국섬유공학회:학술대회논문집
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• 한국섬유공학회 2003년도 가을 학술발표회 논문집
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• pp.134-137
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• 2003

탄소섬유나 활성탄소섬유(activated carbon fiber, ACF)는 일반적으로 출발물질에 따라 polyacrylonitrile(PAN)계, 아크릴(acryl)계, 피치(pitch)계, 페놀(phenol)계 등으로 분류할 수 있다. 보통 습식, 용융 혹은 용융분사(melt-blown) 방사 방법에 의해 섬유 형태로 형성한 다음 산화성 가스 분위기에서 불융화 과정을 거쳐 열에 대한 안정성을 부여하여 불활성 분위기에서 탄소화하여 탄소섬유를 제조하거나, 수증기나 이산화 탄소와 같은 산화성 분위기에서 활성화하여 활성탄소섬유를 제조한다. (중략)

• Composites Research
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• 제37권3호
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• pp.162-169
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• 2024

본 논문에서는 습식 방사 공정을 통한 PAN(polyacrylonitrile)계 전구체 섬유의 형태학적 제어 및 2종의 흑연화 촉진제(Ca, Ni)가 도입된 PAN계 탄소섬유의 흑연화 거동을 조사하였다. 흑연화 촉진제는 습식방사된 PAN 계 전구체 섬유의 열수 연신시 형성된 기공으로 도입되었으며, 결정구조 및 라만 분석을 통해 흑연화 촉진효과를 검토하였다. 1500℃의 상대적으로 낮은 온도에서는 흑연화에 큰 영향을 주지 않은 반면에, 2400℃의 고온에 서는 흑연화 촉진제 미처리 섬유와 비교하여 I_D/I_G 비율이 최대 2배까지 감소하는(GF-AS 0.54: GF-Ni100 0.28) 경향을 나타냈다. 흑연화도(degree of graphitization)는 Ca 흑연화 촉진제와 비교하여 Ni 흑연화 촉진제가 더 큰 영향을 끼침을 I_D/I_G 비율을 비교하여(GF-Ca100 0.42: GF-Ni100 0.28) 확인할 수 있었다. 또한, 2D band의 존재로부터 흑연평면구조가 다층으로 구성되어 있음을 알 수 있었다. 흑연결정의 결정면간거리(d₀₀₂)에 대한 흑연화 촉진제 효과는 미비하였으나, 특히 Ca 흑연화 촉진제 처리된 흑연섬유(GF-Ca100)의 경우 최대 ~5 nm 결정 크기가 증가함이 확인되었다.

• 공업화학
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• 제24권4호
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• pp.370-374
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• 2013

본 연구에서는 염화아연의 첨가에 따른 다공성 탄소나노섬유의 제조 시 기공발달에 미치는 영향을 알아보기 위해 10wt%로 제조된 폴리아크릴로나이트릴/디메틸포름아미드 용액을 전기방사 방법을 통해 나노섬유 부직포로 제조하였다. 염화아연에 의해 활성화된 다공성 탄소나노섬유의 표면구조는 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)을 이용해 관찰하였으며, $N_2/77$ K 등온 흡착특성은 Brunauer-Emmett-Teller (BET)식과 Horvath-Kawazoe (H-K)식을 이용하여 기공특성 분석을 시도하였다. 실험결과 제조된 다공성 탄소나노섬유의 $N_2$ 등온흡착선들은 International Union of Pore and Applied Chemistry (IUPAC)의 분류에서 Type I으로서 주로 미세공들로 이루어져 있음을 알 수 있었다. 염화아연에 의해 활성화된 다공성 탄소나노섬유의 비표면적은 600~980 $m^2/g$으로 분석되었으며, 세공용적은 0.24~0.40 $cm^3/g$로 각각 분석되었다. 또한 주사전자현미경의 분석 결과 활성화로 인하여 표면에 형성되어 있는 많은 세공과 균열이 관찰되었으며, 이러한 결과로부터 염화아연의 첨가가 다공성 탄소나노섬유의 비표면적 증가에 유효한 역할을 하는 것으로 확인되었다.

• 한국세라믹학회지
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• 제34권1호
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• pp.56-62
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• 1997

탄화된 PAN 섬유, 페놀수지, 세라믹 결합체를 혼합하여 탄소섬유-세라믹복합체를 제조한 후 활성화시켜 PAN 섬유의 탄화온도에 따른 활성탄소섬유-세라믹복합체의 비표명적과 굽힘 강도변화를 연구하였다. 안정화 PAN 섬유를 80$0^{\circ}C$와 100$0^{\circ}C$에서 각각 탄화시켜 얻은 두 종류의 탄소섬유를 복합체 제작시편의 원료로 사용하였다. 탄소섬유-세라믹복합체를 10~90분간 CO2로 85$0^{\circ}C$에서 활성화시켜 얻은 두 종류의 활성복합체에 대한 물성 측정결과, 80$0^{\circ}C$로 PAN 섬유를 탄화시켜 만든 활성복합체의 burn-off이 37%에서 76%로 증가될 때 비표면적은 493m2/g에서 1090m2/g으로 증가하였으며, 굽힘강도는 4.5 MPa에서 1.4MPa로 감소하였다. 이 값들은 안정화 PAN 섬유의 탄화온도를 100$0^{\circ}C$로하여 활성복합체 시편이 나타내는 값보다 약 2배 정도 큰 값이었다. 비표면적, 굽힘강도 측정결과와 미세조직 관찰결과, PAN 섬유의 탄화온도가 활성복합체의 비표면적과 굽힘강도에 미치는 영향은 활성화시 탄소섬유와 페놀수지탄화체 또는 세라믹 필름간에 발생되는 결합력과 상대적인 수축율에 의해 결정되는 활성복합체의 구조특성에 기인된 것으로 해석하였다.

• 폴리머
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• 제25권4호
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• pp.575-586
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• 2001

안정화 폴리아크릴로니트릴(PAN) 섬유는 탄소섬유 제조에서 요구되는 온도보다 낮은 조건에서 여러 가지 열처리공정 인자에 따라 다른 물성을 갖는 준탄소섬유로 변환될 수 있다. 최근의 초기연구 결과에 의하면 약 1100$^{\circ}C$ 부근에서 적절한 준탄화공정은 준탄소섬유의 물성과 준탄소섬유/고분자 복합재료의 물성에 매우 중요하게 작용하는 것으로 조사되었다. 따라서, 본 연구의 목적은 안정화 PAN 섬유를 이용하여 여러 준탄화공정을 통해 준탄소섬유를 제조하고 그 물성을 조사하는 것이다. 준탄소공정은 800$^{\circ}C$까지의 저온영역과 1000$^{\circ}C$ 이상의 고온영역으로 나누어 행하였으며, 최종 준탄화온도, 승온속도, 체류시간, 승온단계, 분위기가스 등을 변화시켜가며 얻어진 준탄소섬유에 대한 화학조성, 물리적 특성, 열안정성, 미세구조, 기계적 특성 및 전기저항성을 조사하였다. 각 조건에서 얻어진 준탄소섬유에 대한 결과는 열처리전 안정화 PAN 섬유와 상업용 PAN계 탄소섬유의 물성과 비교 분석하였다. 본 연구의 결과는 조사된 물성이 주어진 여러 가지 준탄화공정 인자에 크게 의존하였음을 보여주었다.

• Composites Research
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• 제31권6호
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• pp.385-391
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• 2018

본 연구에서는 oxi-PAN 섬유를 이용하여 각각의 온도와 각 온도에서의 섬유에 부가되는 장력을 조절하여 탄소섬유를 제조하고 단섬유 인장실험과 라만 분광분석을 수행하여 결과를 바탕으로 oxi-PAN 섬유의 탄화 조건에 따른 구조적 변화와 그에 따른 물성의 변화를 관찰하고자 하였다. 라만 분광분석을 통해 계산된 $I_D/I_G$ 측정값들은 탄소섬유의 탄성율과 동일한 변화양상을 보여주었으며 특히 탄화온도는 일반적으로 고온일수록 흑연구조가 발달하여 섬유의 탄성율이 증가하는 양상이 나타난다고 알려져 있으나 결과를 통해 분석한 바에 따르면 일정한 장력(${\geq}25MPa$) 이상에서만 그러한 결과가 관찰되는 것으로 나타났다. 이와는 대조적으로 인장강도의 경우 라만분광분석 결과와의 연관성을 찾을 수 없었으며 또한 부가되는 장력에 의해 증가혹은 감소하는 상반된 경향이 다양하게 나타나 특정 변수에 따른 영향을 판단하기 어려웠다. 따라서 본 연구의 결과를 통해 특히 고탄성율의 탄소섬유의 제조를 위한 oxi-PAN 섬유의 탄화 온도 최적화를 위해서는 최적의 섬유장력 조건 또한 중요하게 고려되어야 함을 알 수 있었다.

• Carbon letters
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• 제12권1호
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• pp.21-25
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• 2011

A novel electrode for an NO gas sensor was fabricated from electrospun polyacrylonitrile fibers by thermal treatment to obtain carbon fibers followed by chemical activation to enhance the activity of gas adsorption sites. The activation process improved the porous structure, increasing the specific surface area and allowing for efficient gas adsorption. The gas sensing ability and response time were improved by the increased surface area and micropore fraction. High performance gas sensing was then demonstrated by following a proposed mechanism based on the activation effects. Initially, the pore structure developed by activation significantly increased the amount of adsorbed gas, as shown by the high sensitivity of the gas sensor. Additionally, the increased micropore fraction enabled a rapid sensor response time due to improve the adsorption speed. Overall, the sensitivity for NO gas was improved approximately six-fold, and the response time was reduced by approximately 83% due to the effects of chemical activation.

• 공업화학
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• 제18권3호
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• pp.205-212
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• 2007

본 연구는 polyacrylonitrile (PAN)를 dimethyl formamide (DMF)에 용해시켜 전압조건을 8~20 kV, PAN 농도조건을 5~15 wt%, 그리고 tip-to-collector distance (TCD)를 15 cm로 다양한 조건에서 전기방사를 실시하였다. 나노섬유는 $250^{\circ}C$에서 1 h 동안 안정화시켰으며, $800{\sim}1000^{\circ}C$에서 1 h 동안 탄화시켰다. 안정화와 탄화 전후의 나노섬유의 구조 특성은 FT-IR 장비를 이용하여 연구하였으며 나노섬유의 직경분포와 모폴로지 특성을 알기 위해서 SEM 분석장비를 이용하였다. 나노섬유웹의 전기화학적 특성은 순환전류 전압곡선 특성 실험을 통해 고찰하였다. 실험 결과로부터 전기방사한 나노섬유의 직경의 크기는 일반적으로 방사용액의 농도와 인가전압에 영향을 받는다는 것을 확인할 수 있었으며 섬유의 평균 직경은 고분자의 농도 10 wt% 이상 증가함에 따라 감소하며 15 kV의 전압과 15 cm의 TCD 조건에서 섬유의 직경분포가 균일하고 평균직경이 작은 것으로 나타났다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제30권10호
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• pp.2253-2258
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• 2009

wet spun polyacrylonitrile (PAN) fiber precursors. The process variables chosen were treatment temperature, applied tension in stabilization process. The temperature profile of the stabilization was set on the basis of exothermic peaks of the differential scanning calorimetry (DSC) result. Both tensile strength and modulus increased with holding at onset temperatures of the exothermic peaks for extended duration, and with a higher heating rate up to the onset temperatures at a given applied tension among the experimental conditions. The increase in load monotonously increased the tensile modulus, on the other hand, the tensile strength was maximum at the load of 15 mg/filament (T15). The load 20 mg/ filament (T20) was considered to be exceeded to form oriented crystalline structure, possibly introducing more defects in the fiber than under load of T15. The sample CP3-T15 O5 H30 showed the best tensile properties among the samples experimented whose tensile properties are compatible with the commercialized grade of general purpose carbon fibers even at low carbonization temperature such as $800\;{^{\circ}C}$ (the carbonization temperature in the commercial process. 1300∼$1500\;{^{\circ}C}$).

• 폴리머
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• 제27권3호
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• pp.235-241
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• 2003

항균 활성이 없는 폴리아크릴로나이트릴계 활성 탄소 섬유에 항균 활성을 부여하기 위해 반응성이 큰 전이금속인 구리를 전해도금 방식으로 도입시켜, 활성 탄소 섬유의 항균 활성 및 기공 특성에 미치는 영향을 고찰해 보았다. 항균 활성 시험은 병원성 제균으로서 그람 양성균인 황색 포도상 구균 (Staphylococcus aureus)과 비병원성의 그람 음성균인 대장균 (Klebsiella pnemoniae)을 대상으로 그 효과를 측정하였으며, 활성 탄소 섬유의 기공 특성은 BET식, Boer의 t-plot, 그리고 H-K식을 이용하여 확인하였다. 도입되는 구리의 양이 많아질수록 활성 탄소 섬유의 비표면적, 총 기공 부피, 미세기공 부피 등이 감소되는 것이 관찰되었으며, 반면 항균 활성은 S. aureus 및 K. pnemoniae에서 증가되었다.