Oxidized PAN Fiber/Phenol 복합재의 탄화연구

이진동; 조동환; 김동규; 박인서; 하헌승; 윤병일

Polymer(Korea), Vol.17, No.1, 59-66, January, 1993

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Oxidized PAN Fiber/Phenol 복합재의 탄화연구

A Study on the Carbonization of Oxidized PAN Fiber/Phenol Composites

이진동, 조동환, 김동규, 박인서, 하헌승, 윤병일

초록

PAN계 탄소섬유 제조시 중간물질인 안정화 섬유(stabilized PAN fiber)를 이용하여 탄소/탄소 복합재료를 제조하였다. 제조공정 중에 발생되는 물리적 변화를 관찰한 결과 부피수축 및 중량 감소는 PAN계 탄소섬유를 사용하여 탄소/탄소 복합재를 제조하는 경우 보다 횔씬 크게 발생되었으며 450℃의 탄화온도에서 급격한 변화가 있었다. 복합재의 밀도는 450℃ 구간까지 크게 감소하나 그 이상의 온도에서 부터 점차 증가하기 시작하여 최종적으로 green body 보다 높은 값을 나타내었다. 개기공률(open porosity)도 450℃에서 최대값을 나타내었으나 탄화온도가 높아질수록 미세기공이 주류를 이루었다. OXI-PAN 섬유의 직경은 11.5㎛에서 1300℃ 탄화시 8㎛로 감소하였으며 XRD를 이용하여 관찰한 복합재의 d₀₀₂는 약 3.5Å, Lc는 11.2Å의 값을 보였다. OXI-PAN을 이용하여 탄소/탄소 복합재 제조시 탄소섬유를 이용한 경우의 양상과는 달리 매트릭스와 OXI-PAN 섬유가 동시에 수축이 되며 탄화가 되는 공탄화(co-carbonization) 현상이 발생하여 치밀한 계면 결합이 이루어짐을 미세구조 현상을 통하여 관찰할 수 있었다.

Carbon/carbon composites were fabricated using stabilized PAN fiber which is an intermediate material of PAN-based carbon fiber. According to the results on physical properties occurred during fabrication process, the volume shrinkage and weight loss of OXI-PAN C/C composites were significantly profound up to 450℃ and these changes were larger than those of C/C composites made by PAN-based carbon fiber. The density of composites decreased with increasing temperature up to 450℃ and then increased with increasing carbonization temperature above 450℃. The density of finally carbonized composites was higher than that of green body. The open porosity was maximum at 450℃ and pore size conversion occurred from large to small pores. The diameter of OXI-PAN fiber changed from 11.5㎛ to 8.0㎛ at 1300℃. The d₀₀₂ and Lc values of composites which were measured by XRD were 3.5Å and 11.2Å, respectively. Differently form carbon/carbon composites made of carbon fiber, OXI-PAN carbon/carbon composites showed that both of the matrix and the fiber shrank simultaneously so called co-carbonization, and interface bonding was dense.

[References]

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[Referenced By]

[1] Choury JJ, "Thermostructural Composites Materials: Fabrication and Main Applications," S.E.P. Report (1989)

[2] Fitzer E, Carbon, 25, 163 (1987)

[3] 탄소 섬유의 세계, 공업재료, 38, 13 (1990)

[4] Ko TH, J. Appl. Polym. Sci., 31, 1618 (1991)

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[6] Otani S, Okuda K, Matsuda HS, "Carbon Fiber," 124, Kindai Henshu Ltd. Tokyo (1986)

[7] Markovic V, Marinkovic S, Carbon, 18, 329 (1980)

[8] Takano S, Kinjo T, Urano T, Tlomak P, Ju CP, "Proceedings of the 7th Annual Conference on Composite-Technology," April 10-11, Southern Illinois University at Carbondale, IL, p. 119 (1991)