• Composites Research
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• 제34권1호
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• pp.23-29
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• 2021

탄소섬유는 단위 중량 당 높은 강도 및 모듈러스를 갖기 때문에 고성능 복합 재료 제조 시 탄소보강재로 많이 사용된다. 그러나 탄소 섬유를 제조하는 공정에서 많은 시간과 높은 에너지를 소모하여 제조비용이 크게 증가하기 때문에 상용화에 어려움을 겪고 있다. 따라서 생산 비용 절감을 위하여 제조 공정에 사용되는 에너지를 대체할 수 있는 고속의 저 에너지원을 적극적으로 찾아 연구할 필요가 높아졌다. 폴리아크릴로니트릴(PAN) 전구체(Precursor)로 상용화 된 탄소 섬유는 180~300℃의 대기 분위기에서 안정화 과정이 이루어지고, 1600℃ 이하의 불활성 가스 분위기에서 탄화하여 탄소 섬유를 생산할 수 있다. 이 두 공정은 많은 시간과 높은 에너지를 사용하지만, 고성능 탄소 섬유를 생산하는 데 필수적이며 중요하다. 따라서 최근에는 공정 시간을 단축하고 에너지 소비를 줄일 수 있는 플라즈마, 전자 빔 및 마이크로파와 같은 다양한 다른 에너지원을 보조적으로 사용 함으로써 저 에너지·고속 안정화 공정 기술이 시도되고 있다. 본 연구에서는 플라즈마 공정과 열처리를 연속적으로 수행하여 PAN 전구체 안정화 공정을 연구하였으며, 모폴로지, 구조적 변화, 열적 및 물리적 특성 변화를 연구하였다.

• 한국세라믹학회지
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• 제40권5호
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• pp.468-474
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• 2003

안정화 PAN(Polyacronitrile)계 섬유를 이용하여 물리적인 방법과 화학적인 방법으로 활성탄소섬유(Activated Carbon Fibers)를 제조하고, 그 특성을 비교평가 하였다. 본 연구에서는 안정화 PAN계 섬유를 수증기 및 $CO_2$를 이용한 물리적 활성화와 KOH를 이용한 화학적 활성화에 의해 여러 등급의 활성탄소섬유를 제조하였고, 비표면적, 요오드흡착량, 미세구조, 세공구조 등을 측정하였다. 물리적 활성화 방법에는 수증기와 $CO_2$가 사용되었는데, 수증기활성화의 경우 99$0^{\circ}C$의 활성화 온도에서 1635 m$^2$/g의 비표면적을 나타내었고, $CO_2$ 활성화의 경우에는 99$0^{\circ}C$의 활성화 온도에서 671 m$^2$/g의 비표면적을 나타내었다. KOH를 이용한 화학적 활성화 방법에서는 KOH와 안정화 PAN계 탄소섬유의 비가 1.5 : 1인 경우 90$0^{\circ}C$의 활성화 온도에서 3179 m$^2$/g의 비표면적을 나타내었다. 물리적 활성화와 화학적 활성화로 제조된 활성탄소섬유의 질소흡착등온선의 결과로 보면 type I의 형태와 type I에서 type II로의 전이형태의 등온흡착곡선을 나타내었다.

• Carbon letters
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• 제11권4호
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• pp.285-292
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• 2010

Novel unsaturated polyester composites with PAN-based nanofiber, stabilized PAN nanofiber, and carbonized nanofiber webs have been fabricated, respectively, and the effects of the nanofiber web content on their electrical resistivity, the thermal stability, dynamic storage modulus, and fracture surfaces were studied. The result demonstrated that the introduction of just one single layer (which is corresponding to 2 wt.%) of the carbonized nanofiber web to unsaturated polyester resin (UPE) could contribute to reducing markedly the electrical resistivity of the resin reflecting the percolation threshold, to improving the storage modulus, and to increasing the thermal stability above $350^{\circ}C$. The effect on decreasing the resistivity and increasing the modulus was the greatest at the carbonized PAN nanofiber web content of 8 wt.%, particularly showing that the storage modulus was increased about 257~283% in the measuring temperature range of $-25^{\circ}C$ to $50^{\circ}C$. The result also exhibited that the carbonized PAN nanofibers were distributed uniformly and compactly in the unsaturated polyester, connecting the matrix three-dimensionally through the thickness direction of each specimen. It seemed that such the fiber distribution played a role in reducing the electrical resistivity as well as in improving the dynamic storage modulus.

• 폴리머
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• 제35권5호
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• pp.472-477
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• 2011

다중벽 탄소나노튜브(MWNT)의 표면이 산성기로 처리된 MWNT가 polyacrylonitrile(PAN) 섬유의 열적, 기계적 물성에 미치는 영향을 알아 보고자 질산, 황산으로 처리한 MWNT(O-MWNT)를 디아조늄염 반응을 이용하여 MWNT 표면에 이소프탈산(isophthalic acid)을 추가로 도입하였다. O-MWNT와 비교하여 볼 때 이소프탈산으로 처리된 MWNT(IPA-MWNT)가 극성용매 내에서 더 우수한 분산 안정성을 나타내었으며 이를 호모 PAN과 혼합하여 필름을 제조한 후 공기 중에서 열안정화 반응을 모사하였을 때 호모 PAN과 비교시 발열량이 감소하였다. PAN 공중합체와 IPA-MWNT를 혼합한 용액을 전도성 수조 콜렉터를 이용하여 전기방사를 한 결과 연속상의 배향된 섬유제조가 가능하였다. 1 wt%의 IPA-MWNT를 포함한 연속상의 전기방사된 PAN 섬유는 순수한 PAN 섬유와 비교하여 볼 때 인장강도가 100% 증가하였으며, 탄성률은 160% 증가되었다.

• 전기화학회지
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• 제2권2호
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• pp.81-87
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• 1999

Polyacrylonitrile(PAN)섬유를 원료로 여러 가지 조건하에서 탄소섬유를 제조하여 리튬이온 이차전지 음극 활물질로 사용하여, 전지의 충$\cdot$방전 특성과 전기화학적 특성을 고찰하였다. 음극활물질 제조에 있어서 고려한 주요한 변수들은 탄화 열처리 온도(HTT : heat treatment temperature), 탄화시의 가스분위기와 안정화(stabilization)시 섬유 축방향으로 가해주는 장력이며, 제조된 탄소섬유의 물성 및 전기적 특성 역시 조사하였다. 본 연구에서 사용한 열처리 온도 범위는 $700^{\circ}C\~1500^{\circ}C$로서, 처리온도가 상승 할 수록 전도성은 비례하여 향상되었으나, 900"C 범위는 아직 낮은 전도성을 보였다. 또한 처리온도 증가에 따라 충 방전효율은 증가하는 반면, 충 방전용량은 감소되는 경향을 보였다. 그리고 탄화시의 가스 분위기에 따라서 제조되는 음극활물질의 전지특성에 영향을 받았다. 특히, 다른 가스 분위기 하에서 제조된 PAN계 전극들의 측정된 리튬이온의 확산계수 값은 전지의 충$\cdot$방전 특성과 일치하는 결과를 보였다. 탄화시 서로 다른 가스분위기에서 탄소섬유 표면상에 형성된 다양한 기능기그룹(surface functional group)들이 리튬이온과의 비가역적 반응이 진행되는 사실을 간접적으로 확인하게 해준다. 산화분위기에서의 안정화시의 PAN섬유에 가해지는 장력은 가교 결합 중에 형성되는 분자의 배향을 유지시켜 주는 역할을 하는데, 안정화처리 후에도 섬유의 길이변화가 없는 장력조건 (fixed-length condition)에서 충 방전효율 및 용량과 사이클 안정성이 우수한 것으로 나타났다.

• 한국세라믹학회지
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• 제38권10호
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• pp.928-935
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• 2001

본 연구에서는 PAN계 안정화섬유를 원료로 하여 수증기를 이용한 물리적 활성화에 의해 여러 등급의 활성탄소섬유를 제조하고, 비표면적, 요오드 흡착량, 미세구조, 세공구조 등을 측정하여 제조조건에 따른 그 특성변화를 고찰하였다. 수증기를 이용한 물리적 활성화에서 기존의 탄화과정과 활성화과정의 2단계를 이용한 공정과, 탄화공정과 활성화 공정을 동시에 수행하는 1단계 활성화과정을 비교함으로써 저가로 활성탄소섬유를 제조할 수 있는 제조방법을 연구하였다. 2단계 법에서는 안정화 섬유를 $900^{\circ}C$에서 탄화한 후 이를 다시 $900^{\circ}C$에서 활성화하는 방법으로 $1019m^2/g$의 비표면적을 갖는 활성탄소섬유를 얻었으나 1단계 방법에서는 $900^{\circ}C$에서 $1636m^2/g$의 비표면적을 갖는 활성탄소섬유를 제조하였다. 이들 활성탄소섬유 사이에는 비표면적, 요오드 흡착력, 기공분포 등이 서로 차이가 있음에도 불구하고, Brunauer-Deming-Deming-Teller(BDDT)에 의한 분류에서는 제I형을 나타내는 공통점도 가지고 있었다.

• 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.