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Polymer(Korea), Vol.29, No.2, 211-215, March, 2005
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탄소섬유용 레이온섬유의 안정화공정 후 중량, 직경 및 열안정성에 미치는 인계 난연제의 영향
Effect of Phosphorous-Based Flame Retardants on the Weight, Diameter, and Thermal Stability after Stabilization Processes of Rayon Fibers for Carbon Fibers
윤성봉, 조동환†, 박종규1
  • 금오공과대학교 고분자공학과
  • 1국방과학연구소 복합재료연구실
Sung Bong Yoon, Donghwan Cho†, and Jong Kyoo Park1
  • Department of Polymer Science and Engineering, Kumoh National Institute of Technology, Gumi, Gyungbuk 730-701, Korea
  • 1Composites Research Lab., Agency for Defense Development, P. O. Box 35-4, Daejeon, Korea
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초록
안정화공정은 선구물질(precursor) 섬유를 화학적, 물리적, 열적 그리고 구조적으로 안정한 탄소섬유로 전환 시키는데 반드시 필요한 공정이다. 특히, 400 ℃ 이하에서 행하는 안정화공정 단계에서 발생하는 심각한 중량감소와 열수축을 동반하는 레이온섬유의 경우 그 중요성은 더욱 강조된다. 레이온섬유의 안정화공정은 안정화온도뿐 아니라 승온속도, 화학전처리, 분위기가스 등 공정인자에 중요하게 의존한다. 본 연구에서는 안정화공정 승온속도 및 세 종류의 인계 난연제 처리의 유·무 및 농도 변화에 따라 얻어진 레이온섬유에 대하여 안정화공정 동안 열처리로 내부에서 발생하는 중량감소, 섬유직경 변화 그리고 안정화공정을 거친 레이온섬유의 열안정성을 조사하였다. 레이온섬유의 중량, 직경 및 열안정성은 승온속도 및 난연제 종류와 함량에 의존하였으며, 3 vol% 이하의 농도에서 인산으로 전처리하여 안정화공정을 수행하는 것이 레이온섬유에 대하여 후속 탄화공정을 준비하기에 가장 적절할 것으로 판단되었다.
Stabilization process is absolutely necessary to convert the precursor fibers into chemically, physically, thermally and structurally stable carbon fibers. Especially, it is critically important for rayon fibers experiencing severe weight loss and thermal shrinkage occurring at the stabilization stage below 400 ℃. The stabilizatino of rayon fibers strongly depends not only on stabilization temperature but also on heating rate, chemical pre-treatment, atmosphere, and so on. In the present study, the weight loss, fiber diameter change occurred in the furnace during the stabilization process for rayon fibers produced with various heating rates and in the absence and presence of phosphorous-based flame retardants and the thermal stability of the stabilized fibers were investigated. The result indicates that the weight, diameter and thermal stability of the rayon fibers are significantly affected by the type and amount of the flame retardant used. It is also suggested that the pre-treatment of rayon fibers with a concentration lower than 3 vol% of phosphoric acid is most desirable for further carbonization process of stabilized rayon fibers.
Keywords:rayon fiber;stabilization process;weight loss;fiber diameter;thermal stability;carbon fiber
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