For polyacrylonitrile (PAN) based carbon fiber (CF) process, we developed a lab scale wet spinning line and a continuous tailor-made stabilization system with ten columns for controlling temperature profile. PAN precursor was spun with a different spinning rate. PAN spun fibers were stabilized with a total duration of 45 to 110 min at a given temperature profile. Furthermore, a stabilization temperature profile was varied with the last column temperature from 230 to $275^{\circ}C$. Stabilized fibers were carbonized in nitrogen atmosphere at $1200^{\circ}C$ in a furnace. Morphologies of spun and CFs were observed using optical and scanning electron microscopy, respectively. Tensile properties of resulting CFs were measured. The results revealed that process conditions such as spinning rate, stabilization time, and temperature profile affect microstructure and tensile properties of CFs significantly.
Hollow Fiber flow field-flow fractionation (HF-FlFFF) has been tested in polyacrylonitrile (PAN) membrane channel in order to compare it with polysulfone (PSf) membrane channel. It has been experimentally shown that the separation time of 0.05-0.304 ${mu}m$ polystyrene latex (PSL) standards in PAN membrane channel is shorter than that in PSf channel by approximately 65%. The optimized separation condition in PAN membrane is ${\dot V}_{out}/{\dot V}_{rad}=1.4/0.12\;mL/min$, which is equal to the condition in PSf membrane channel. In addition both the resolution ($R_s$) and plate height (H) in PAN membrane channel are better than that in PSf membrane channel. The membrane radius was obtained by back calculation with retention time. It shows that the PSf membrane is expanded by swelling and pressure, but the PAN membrane doesn't expand by swelling and pressure.
Polyacrylonitrile was synthesized through suspension polymerization and then sieved to obtain spherical beads with a size of 200~510 ㎛. PAN was copolymerized with 2 mol% MMA monomer which is known to promote cyclization and crosslinking of nitrile group. The resonance cyclization reaction of the nitrile group in the synthesized PAN beads was observed near 170℃ with thermal analysis and FT-IR. The reaction conversion of the nitrile group in spherical beads was 23% during heat treatment, which was lower than that of the well-oriented PAN fiber used as a precursor of carbon fiber. This is because the stereo-regularity of molecular chains in the form of a random coil (spherical bead) is much lower than that of PAN fiber. It was confirmed that the compressive strength of the spherical PAN bead was greatly improved through the resonance cyclization and shrinkage according to the heat treatment, and it was also observed that the pores in PAN beads were formed after the heat treatment.
Carbon fibers (CFs) are considered promising composite materials for various applications. However, the high cost of CFs (as much as $26 per kg) limits their practical use in the automobile and energy industries. In this study, we developed a continuous stabilization process for manufacturing low-cost CFs. We employed a textile-grade polyacrylonitrile (PAN) fiber as a low-cost precursor and UV irradiation technique to shorten the thermal stabilization time. We confirmed that UV irradiation on the textile-grade PAN fibers could lower the initial thermal stabilization temperature and also lead to a higher reaction. These resulted in a shorter overall stabilization time and enhancement of the tensile properties of textile-grade PAN-based CFs. Our study found that only 70 min of stabilization time with UV irradiation was required to prepare textile-grade PAN-based low-cost CFs with a tensile strength of 2.37 ± 0.22 GPa and tensile modulus of 249 ± 5 GPa.
In order to prepare PAN nano fiber web, PAN/DMF solution was prepared and electrospun. The diameter of fiber was depended on the polymer concentration (7.5-15wt%) and the applied voltage (10-16kV). The average diameter of fiber increased with an increase of the polymer concentration and decreased with the applied voltage. At 7.5wt% concentration, many beads were found. So, we prepared a nano PAN fiber by electrospinning at concentration of 10wt% and 16kV. PAN fibers were reduced with litium aluminium hydride and the dyeability to acid dye was checked. The reduced nano PAN fiber showed much better dyeability compared with the reduced ordinary PAN fiber. It was considered that the increase of specific surface area have an important role in dyeing with acid dye.
폴리아크릴로니트릴을 NaOH로 가수분해시키면 carboxylate anion과 carboxanlide기가 생성되며, 물을 흡수할 경우 sodium carboxylate기의 해리로 팽윤이 크게 일어나므로 고흡수성을 지니게 된다. 일찍이 flory[1]는 가교된 고분자 전해질이 고흡수성을 나타내는 겔을 형성할 것으로 예측한 바 있다. 이 가교 결합이 아크릴 섬유의 부분 가수분해에 대한 자료는 새로운 기능을 부여하면서 섬유의 물성을 어느 정도 유지하는데 요구되는 조건을 제시하게되므로 향후 아크릴 섬유의 개질에 활용될 수 있다. (중략)
폴리아크릴로니트릴을 NaOH로 가수분해시키면 carboxylate anion과 carboxamide기가 생성되며, 물을 흡수할 경우 sodium carboxylate기의 해리로 팽윤이 크게 일어나므로 고흡수성을 지니게 된다[l]. 일반적으로 섬유가 팽윤을 하면 수축하며, 가수분해된 폴리아크릴로니트릴 섬유는 흡수되는 물 속의 염의 농도 또는 pH에 따라 팽윤도가 다르기 때문에 가수분해된 시간과 pH조건 변화에 따라서 수축하는 정도가 다르다. 과거의 연구결과에 의하면 아크릴 섬유는 2M HCI에서 최소의 길이로 수축하며, 2M NaOH에서 최대의 길이가 나타난다고 하였다[2]. (중략)
In this paper, we report new technique of preparation of material for flexible displays and E-paper technology. This material represents porous polymeric fiber based on polyacrylonitrile filled by liquid crystal.
Polyacrylonitrile(PAN)-based 탄소섬유와 epoxy resin matrix 내에 장착된 PAN-based 탄소섬유의 전기저항을 탄소섬유와 파괴될 때까지 인장강도를 증가시키며 측정하였다. 탄소섬유가 끊어져 측정 계기가 open-circuit을 나타내기 전까지 탄소섬유의 전기저항 값은 strain이 증가할수록 증가하였으며, epoxy resin은 탄소섬유의 저항값 측정에 거의 영향을 미치지 않았다. 탄소섬유의 저항값 변화는 strain에 대해 정확도 1% 이내로 예측(calibrate)할 수 있었으며 재현성 또한 우수하였다. 따라서 탄소섬유는 재료의 기계적 강도를 증가시키기 위해 사용될 수 있을 뿐만 아니라 구조재료의 파괴를 예측할 수 있는 스마트 센서로서도 사용할 수 있다는 가능성을 확인하였다.
The reinforcing effect of single wall carbon nanotubes (SWNTs) on polyacrylonitrile (PAN) fiber were investigated. The tensile fracture images of the composite fibers demonstrate that SWNTs are well dispersed in PAN matrix as bundles (ropes) ca. 20nm in thickness. It was found that SWNTs play a role not only to reinforce but also to toughen the PAN fiber by increasing breaking strain as well as modulus and strength of the fiebrs. The composite fibers exhibited improved dimensional stability at elevated temperature compared to the neat PAN fiber.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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