탄소섬유 제조공정이 어떻게 되나요?

Question

미래신기술이라고 예상하는 탄소섬유가 생산성이 떨어져 아직 산업 전반에 퍼지지 않은 거 같은데 어떤 공정을 거치기에 만들기가 이렇게 힘든지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 브레이브입니다.

탄소 섬유는 항공 우주, 자동차, 스포츠 장비 등 다양한 산업 분야에서 수많은 잠재적 응용 분야가 있는 강하고 가벼운 소재입니다. 그러나 복잡하고 비용이 많이 드는 제조 공정으로 인해 광범위한 채택이 제한되었습니다. 탄소 섬유 생산에는 다음 단계가 포함됩니다.

1. 전구체 생산: 탄소 섬유는 일반적으로 합성 폴리머인 폴리아크릴로니트릴(PAN) 전구체로 만들어집니다. PAN은 섬유로 방사된 다음 산화를 통해 안정화됩니다.

2. 안정화/산화: 전구체 섬유는 200°C ~ 300°C(392°F ~ 572°F) 범위의 온도에서 공기 중에서 가열됩니다. 이 공정은 폴리머 사슬 사이의 가교 형성을 촉진하고 섬유를 안정화시켜 후속 탄화 공정에서 용융되는 것을 방지합니다.

3. 탄화: 안정화된 섬유는 비탄소 원소를 제거하기 위해 불활성 분위기(예: 질소 또는 아르곤)에서 일반적으로 약 1000°C ~ 1500°C(1832°F ~ 2732°F)의 고온으로 가열됩니다. 이 프로세스는 섬유를 수축시키고 일반적으로 약 90-95%의 높은 탄소 함량을 초래합니다.

4. 흑연화(선택 사항): 어떤 경우에는 섬유를 훨씬 더 높은 온도(최대 3000°C 또는 5432°F)로 가열하여 결정 구조를 개선하고 기계적 특성을 더욱 강화합니다.

5. 표면 처리: 복합 응용 분야에서 탄소 섬유와 매트릭스 재료(예: 에폭시 수지) 사이의 결합을 개선하기 위해 섬유는 표면 처리를 거칩니다. 이것은 일반적으로 접착력을 향상시키는 더 거친 표면을 만들기 위한 산화 또는 에칭을 포함합니다.

6. 사이징 및 감기: 표면 처리 후 섬유는 손상으로부터 보호하고 매트릭스 재료와의 적절한 호환성을 보장하기 위해 사이징제로 코팅됩니다. 그런 다음 섬유는 추가 처리 또는 보관을 위해 스풀에 감깁니다.