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KR102672670B1 - Acrylonitrile based spinning solution and method for preparing acrylonitrile based spinning fiber using the same - Google Patents

Acrylonitrile based spinning solution and method for preparing acrylonitrile based spinning fiber using the same Download PDF

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KR102672670B1
KR102672670B1 KR1020190137408A KR20190137408A KR102672670B1 KR 102672670 B1 KR102672670 B1 KR 102672670B1 KR 1020190137408 A KR1020190137408 A KR 1020190137408A KR 20190137408 A KR20190137408 A KR 20190137408A KR 102672670 B1 KR102672670 B1 KR 102672670B1
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acrylonitrile
spinning solution
storage modulus
fiber
based spinning
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조정훈
한혜진
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 투과도가 70 % 이상이고, 방사용액의 상전이 후 55 내지 70 초가 경과된 시점에서의 저장 탄성률의 변화율이 10 내지 12이며, 상기 저장 탄성률은 50 ℃, 주파수 10 rad/s, 변형 스윕 0.05% 조건에서의 측정으로부터 도출된 그래프의 로그스케일 값인 아크릴로니트릴계 방사용액 및 이를 이용한 아크릴로니트릴계 방사섬유의 제조방법에 관한 것이다.The present invention has a transmittance of 70% or more, a change rate of the storage modulus of 10 to 12 at 55 to 70 seconds after the phase transition of the spinning solution, and the storage modulus is 50 ° C., a frequency of 10 rad / s, and a strain sweep of 0.05. It relates to an acrylonitrile-based spinning solution, which is a log scale value of a graph derived from measurement under % conditions, and a method of manufacturing an acrylonitrile-based spinning fiber using the same.

Description

아크릴로니트릴계 방사용액 및 이를 이용한 아크릴로니트릴계 방사섬유의 제조방법{ACRYLONITRILE BASED SPINNING SOLUTION AND METHOD FOR PREPARING ACRYLONITRILE BASED SPINNING FIBER USING THE SAME}Acrylonitrile-based spinning solution and method for manufacturing acrylonitrile-based spinning fiber using the same {ACRYLONITRILE BASED SPINNING SOLUTION AND METHOD FOR PREPARING ACRYLONITRILE BASED SPINNING FIBER USING THE SAME}

본 발명은 아크릴로니트릴계 방사용액 및 이를 이용한 아크릴로니트릴계 방사섬유의 제조방법에 관한 것으로서, 특정 범위의 투과도 및 저장 탄성률의 변화율을 만족하는 아크릴로니트릴계 방사용액 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an acrylonitrile-based spinning solution and a method for manufacturing acrylonitrile-based spinning fibers using the same. It relates to an acrylonitrile-based spinning solution that satisfies a specific range of permeability and rate of change in storage modulus and a method for manufacturing the same. .

탄소섬유는 총 중량에 대하여 탄소 원소가 90 중량% 이상인 섬유 형태의 탄소 재료로서, 아크릴로니트릴계 중합체, 석유계·석탄계 탄화수소 잔류물인 피치(pitch) 또는 레이온으로부터 제조된 섬유 형태의 전구체를 불활성 분위기에서 열분해하여 얻어지는 섬유를 의미한다. 탄소섬유는 내열성, 화학적 안정성, 전기 열전도성, 저열 팽창성에 따른 치수안정성, 저밀도, 마찰 마모 특성, X선 투과성, 전자파 차폐성, 생체친화성, 유연성 등의 우수한 특징을 지니고 있으며, 활성화 조건에 따라서는 매우 우수한 흡착 특성 부여도 가능하다.Carbon fiber is a fibrous carbon material containing more than 90% by weight of carbon element based on the total weight, and is a fibrous precursor made from acrylonitrile-based polymer, pitch or rayon, which is a residue of petroleum or coal-based hydrocarbons, in an inert atmosphere. refers to fiber obtained through thermal decomposition. Carbon fiber has excellent characteristics such as heat resistance, chemical stability, electrical thermal conductivity, dimensional stability due to low thermal expansion, low density, friction and wear characteristics, X-ray transparency, electromagnetic wave shielding, biocompatibility, and flexibility, and depending on activation conditions, Very good adsorption properties can also be imparted.

한편, 탄소섬유는 아크릴로니트릴계 중합체를 아크릴로니트릴계 중합체의 양용매에 용해하여 방사용액을 제조한 후, 응고, 수세, 연신, 및 건조 등의 섬유화 공정을 거쳐 아크릴로니트릴계 섬유 전구체를 제조한 후, 산화 안정화 및 탄화시켜 제조된다. 상술한 섬유화 공정 중 응고는 용매 교환으로 아크릴로니트릴계 중합체를 응고시켜 필요한 형태로 제조하는 기술이다. 용매 교환은 아크릴로니트릴계 중합체로 방사용액을 제조한 후, 이를 얇은 막으로 기재 위해 코팅하거나 섬유 형태로 방사하여 응고용액에 침지시킴으로써 수행된다. 응고용액 속에서 아크릴로니트릴계 중합체의 양용매와 비용매는 확산에 의한 상호 교환이 이루어지며 시간의 흐름에 따라 아크릴로니트릴계 중합체가 응고되어 원하는 형태로 가공되게 된다. 그리고, 응고가 제대로 진행되면, 섬유 표면에서 균일한 물-용매 교환에 의해 원형 단면을 가지고, 스킨-코어 구조가 없는 균일한 아크릴로니트릴계 응고사를 제조할 수 있다. 이러한 구조를 갖는 아크릴로니트릴계 응고사는 산화 안정화 및 탄화 공정에서 결함을 줄일 수 있게 하며, 탄소섬유의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다. Meanwhile, carbon fiber is prepared by dissolving an acrylonitrile-based polymer in a good solvent for the acrylonitrile-based polymer to prepare a spinning solution, and then going through a fiberization process such as coagulation, washing, stretching, and drying to produce an acrylonitrile-based fiber precursor. After manufacturing, it is manufactured by oxidation stabilization and carbonization. Among the above-mentioned fiberization processes, coagulation is a technology that coagulates acrylonitrile-based polymer through solvent exchange to manufacture it into the required form. Solvent exchange is performed by preparing a spinning solution with an acrylonitrile-based polymer and then coating it to form a thin film or spinning it into a fiber form and immersing it in a coagulation solution. In the coagulating solution, the good solvent and non-solvent of the acrylonitrile-based polymer are exchanged by diffusion, and over time, the acrylonitrile-based polymer solidifies and is processed into the desired form. And, if coagulation proceeds properly, a uniform acrylonitrile-based coagulated yarn with a circular cross-section and no skin-core structure can be manufactured by uniform water-solvent exchange on the fiber surface. Acrylonitrile-based coagulated yarn with this structure can reduce defects in oxidation stabilization and carbonization processes and improve the mechanical properties of carbon fiber.

이러한 물-용매 교환에 의해 제조된 제품의 품질은 방사용액의 변질 정도 및 방사용액의 응고현상에 큰 영향을 받는다. 만약 과도하게 변질된 방사용액을 이용하게 되면, 응고공정이 원활하게 진행되었다고 하더라도, 저품질의 탄소섬유가 제조될 수 있다. 또한, 응고공정 전반에 걸쳐 응고속도가 너무 빠르거나, 특정 구간에서만 응고속도가 너무 빠르면 내부에 큰 공극이 생기거나, 스킨-코어 구조를 갖는 방사섬유가 제조될 수 있다. 반면 응고속도가 너무 느리면, 응고가 제대로 이루어지지 않은 상태에서 연신 및 건조 등의 후공정이 진행되므로, 롤러 등에 의해 방사섬유가 손상될 수 있다. 따라서, 응고공정 전에 방사용액의 변질 여부를 확인할 수 있고, 응고속도가 적절한 방사용액을 선별하는 것이 매우 중요하다. The quality of products manufactured by this water-solvent exchange is greatly affected by the degree of deterioration of the spinning solution and the coagulation phenomenon of the spinning solution. If an excessively modified spinning solution is used, low-quality carbon fiber may be produced even if the coagulation process proceeds smoothly. In addition, if the solidification rate is too fast throughout the entire coagulation process or only in a specific section, large voids may be created inside, or spun fibers with a skin-core structure may be manufactured. On the other hand, if the coagulation speed is too slow, post-processes such as stretching and drying are performed without proper coagulation, and the spun fiber may be damaged by rollers, etc. Therefore, it is very important to be able to check whether the spinning solution is deteriorated before the coagulation process and to select a spinning solution with an appropriate coagulation speed.

하지만, 종래의 분석 기술을 이용하면 아크릴로니트릴계 응고사의 원형도, 구조(스킨-코어 구조 여부)로부터 최종 탄소섬유의 기계적 물성을 예측하는 것에는 시간적 지연과 기술적 한계가 있었다.However, using conventional analysis techniques, there were time delays and technical limitations in predicting the mechanical properties of the final carbon fiber from the circularity and structure (skin-core structure) of the acrylonitrile-based coagulated yarn.

KR2013-0056730AKR2013-0056730A

본 발명의 목적은 변질되지 않고, 응고속도도 적절한 아크릴로니트릴계 방사용액을 제공하여, 잔류 용매량 및 주행 모우가 적은 아크릴로니트릴계 섬유 전구체를 제조하고, 기계적 특성이 우수한 탄소섬유를 제조하는 것이다. The object of the present invention is to provide an acrylonitrile-based spinning solution that does not deteriorate and has an appropriate coagulation rate, to produce an acrylonitrile-based fiber precursor with a small amount of residual solvent and running hair, and to produce carbon fiber with excellent mechanical properties. will be.

본 발명은 투과도가 70 % 이상이고, 방사용액의 상전이 후 55 내지 70 초가 경과된 시점에서의 저장 탄성률의 변화율이 10 내지 12이며, 상기 저장 탄성률은 50 ℃, 주파수 10 rad/s, 변형 스윕 0.05% 조건에서의 측정으로부터 도출된 그래프의 로그스케일 값인 아크릴로니트릴계 방사용액을 제공한다.The present invention has a transmittance of 70% or more, a change rate of the storage modulus of 10 to 12 at 55 to 70 seconds after the phase transition of the spinning solution, and the storage modulus is 50 ° C., a frequency of 10 rad / s, and a strain sweep of 0.05. An acrylonitrile-based spinning solution is provided, which is the log scale value of the graph derived from measurement under % conditions.

또한, 본 발명은 투과도가 70 % 이상이고, 방사용액의 상전이 후 55 내지 70 초가 경과된 시점에서의 저장 탄성률의 변화율이 10 내지 12이며, 상기 저장 탄성률은 50 ℃, 주파수 10 rad/s, 변형 스윕 0.05% 조건에서의 측정으로부터 도출된 그래프의 로그스케일 값인 아크릴로니트릴계 방사용액을 방사하는 단계를 포함하는 아크릴로니트릴계 방사섬유의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention has a permeability of 70% or more, a change rate of the storage modulus of 10 to 12 at 55 to 70 seconds after the phase transition of the spinning solution, and the storage modulus is 50 ℃, frequency 10 rad/s, deformation A method for producing an acrylonitrile-based spinning fiber is provided, including the step of spinning an acrylonitrile-based spinning solution, which is the log scale value of the graph derived from measurement under sweep 0.05% conditions.

본 발명을 따른 방사용액은 변질되지 않고, 응고속도도 적절하므로, 잔류 용매량 및 주행 모우가 적은 아크릴로니트릴계 섬유 전구체로 제조될 수 있고, 기계적 특성이 우수한 탄소섬유로 제조될 수 있다. Since the spinning solution according to the present invention does not deteriorate and has an appropriate coagulation speed, it can be manufactured from an acrylonitrile-based fiber precursor with a small amount of residual solvent and running hair, and can be manufactured from carbon fiber with excellent mechanical properties.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 저장 탄성률 측정 장치를 개략적으로 도시한 요부 사시도이다.
도 2는 도 1의 용기부에 작동부가 설치된 상태를 개략적으로 도시한 요부 단면도이다.
도 3은 도 2의 용기부에 응고용액이 주입된 상태를 개략적으로 도시한 요부 단면도이다.
1 is a perspective view schematically showing a storage modulus measurement device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a main sectional view schematically showing the state in which the operating part is installed in the container part of Figure 1.
Figure 3 is a main sectional view schematically showing the state in which the coagulation solution is injected into the container part of Figure 2.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail to facilitate understanding of the present invention.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Terms or words used in this specification and claims should not be construed as limited to their common or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way. It must be interpreted with meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it is.

본 발명에서 투과도는 450 ㎚에서 자외선 및 가시광선 분광 분석법으로 측정할 수 있으며, 상세하게는 450 ㎚에서 자외선-가시광선 분광광도계(제조사: Agilent Technologies, 상품명: Cary100)로 측정할 수 있다.In the present invention, the transmittance can be measured by ultraviolet and visible light spectrophotometry at 450 nm, and in detail, it can be measured by an ultraviolet-visible spectrophotometer (manufacturer: Agilent Technologies, product name: Cary100) at 450 nm.

본 발명에서 저장 탄성률의 변화율은 레오미터(제조사: TA instruments, 상품명: DHR-2)에 직접 제작한 응고속도 측정장치를 결합한 장비를 이용하여 도출될 수 있다.In the present invention, the rate of change of storage modulus can be derived using equipment that combines a rheometer (manufacturer: TA instruments, product name: DHR-2) with a directly manufactured solidification rate measurement device.

본 발명에서 아크릴로니트릴계 중합체는 아크릴로니트릴계 단량체가 단독으로 중합된 아크릴로니트릴계 단독 중합체(homo polymer)이거나; 아크릴로니트릴계 단량체와, 카르복시산계 단량체 및 알킬 (메트)아크릴레이트계 단량체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 공단량체가 공중합한 아크릴로니트릴계 공중합체(copolymer)일 수 있다. In the present invention, the acrylonitrile-based polymer is an acrylonitrile-based homopolymer in which acrylonitrile-based monomers are independently polymerized; It may be an acrylonitrile-based copolymer copolymerized with an acrylonitrile-based monomer and one or more comonomers selected from the group consisting of carboxylic acid-based monomers and alkyl (meth)acrylate-based monomers.

본 발명에서 아크릴로니트릴계 중합체의 양용매(good solvent)란 아크릴로니트릴계 중합체 친화성 용매를 의미한다. 상기 양용매는 아크릴로니트릴계 중합체를 용해시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정하지 않는다. 상기 양용매는 디메틸설폭사이드, N,N-디메틸포름아미드 및 디메틸아세트아미드로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, 이 중 디메틸설폭사이드 및 N,N-디메틸포름아미드로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.In the present invention, a good solvent for an acrylonitrile-based polymer refers to a solvent that has affinity for an acrylonitrile-based polymer. The good solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the acrylonitrile-based polymer. The good solvent may be selected from the group consisting of dimethyl sulfoxide, N,N-dimethylformamide, and dimethylacetamide, and among these, it is preferred to be selected from the group consisting of dimethyl sulfoxide and N,N-dimethylformamide.

본 발명에서 아크릴로니트릴계 중합체의 비용매(non-solvent)란 아크릴로니트릴계 중합체와 접촉하면 아크릴로니트릴계 중합체가 응고되어 석출되는 아크릴로니트릴계 중합체 비친화성 용매를 의미한다. 상기 비용매는 아크릴로니트릴계 중합체의 응고를 촉진할 수 있는 것이라면 특별히 한정하지 않는다. 상기 비용매는 물일 수 있다.In the present invention, the non-solvent of an acrylonitrile-based polymer refers to a solvent that is incompatible with an acrylonitrile-based polymer, in which the acrylonitrile-based polymer coagulates and precipitates when in contact with the acrylonitrile-based polymer. The non-solvent is not particularly limited as long as it can promote coagulation of the acrylonitrile-based polymer. The non-solvent may be water.

1. 아크릴로니트릴계 방사용액1. Acrylonitrile-based spinning solution

본 발명의 일실시예에 따른 아크릴로니트릴계 방사용액은 투과도가 70 % 이상이고, 방사용액의 상전이 후 55 내지 70 초가 경과된 시점에서의 저장 탄성률의 변화율이 10 내지 12이며, 상기 저장 탄성률은 50 ℃, 주파수 10 rad/s, 변형 스윕 0.05% 조건에서의 측정으로부터 도출된 그래프의 로그 스케일 값이다.The acrylonitrile-based spinning solution according to an embodiment of the present invention has a transmittance of 70% or more, and the rate of change in storage elastic modulus at 55 to 70 seconds after the phase transition of the spinning solution is 10 to 12, and the storage elastic modulus is This is the log scale value of the graph derived from measurements under the conditions of 50 ℃, frequency 10 rad/s, and deformation sweep 0.05%.

본 발명자들은 탄소섬유의 기계적 물성은 아크릴로니트릴계 중합체의 분자 구조와 아크릴로니트릴계 방사섬유의 모폴러지에 영향을 받고, 기계적 물성이 우수한 탄소섬유를 제조하기 위해서는 아크릴로니트릴계 중합체의 분자 구조 및 아크릴로니트릴계 방사섬유의 모폴로지를 조절해야 한다는 것을 알아내었다. 또한, 아크릴로니트릴계 방사용액의 투과도가 아크릴로니트릴계 방사용액의 변질 정도를 나타내는 지표이고, 아크릴로니트릴계 방사용액의 저장 탄성률의 변화율이 방사용액의 응고속도를 나타내는 지표라는 것도 알아내었다. 또한, 적정 수준의 투과도 및 저장 탄성률의 변화율을 갖는 방사용액을 이용하면 고품질의 아크릴로니트릴계 섬유 전구체 및 탄소섬유를 제조할 수 있다는 것을 알아내었고, 이에 본 발명을 완성하게 되었다. The present inventors found that the mechanical properties of carbon fiber are influenced by the molecular structure of the acrylonitrile-based polymer and the morphology of the acrylonitrile-based spun fiber, and that in order to manufacture carbon fiber with excellent mechanical properties, the molecular structure of the acrylonitrile-based polymer And it was found that the morphology of the acrylonitrile-based spun fiber must be controlled. In addition, it was found that the permeability of the acrylonitrile-based spinning solution is an indicator of the degree of deterioration of the acrylonitrile-based spinning solution, and the rate of change of the storage modulus of the acrylonitrile-based spinning solution is an indicator of the solidification speed of the spinning solution. In addition, it was discovered that high-quality acrylonitrile-based fiber precursors and carbon fibers could be produced by using a spinning solution with an appropriate level of change in permeability and storage modulus, and thus the present invention was completed.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 아크릴로니트릴계 방사용액에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, an acrylonitrile-based spinning solution according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명의 일실시예에 따른 아크릴로니트릴계 방사용액은 투과도가 70 % 이상이고, 저장 탄성률의 변화율은 10 내지 12이다. 상기 아크릴로니트릴계 방사용액은 투과도가 75 %인 것이 바람직하고, 상기 저장 탄성률의 변화율은 11 내지 12인 것이 바람직하다. The acrylonitrile-based spinning solution according to an embodiment of the present invention has a transmittance of 70% or more and a change rate of storage modulus of 10 to 12. The acrylonitrile-based spinning solution preferably has a transmittance of 75%, and the storage modulus change rate is preferably 11 to 12.

아크릴로니트릴계 방사용액에 포함된 아크릴로니트릴계 중합체는 시간이 흘러 지나감에 따라 수분 및 온도에 영향을 받아 변질될 수 있다. 상세하게는 아크릴로니트릴계 중합체의 아크릴로니트릴계 단량체 단위가 아미드계 단량체 단위로 변질되고, 이러한 아미드계 단량체 단위는 산화 안정화 공정 및 탄화 공정에서 소실되어 탄소섬유에 결함으로 작용하게 될 수 있다. 하지만, 아크릴로니트릴계 방사용액이 변질되더라도, 투과도가 70 % 이상이면, 아미드계 단량체 단위로부터 유래된 결함이 최소화되어 기계적 특성이 우수한 탄소섬유가 제조될 수 있다. 또한, 잔류 용매량 및 주행 모우가 적은 아크릴로니트릴계 섬유 전구체가 제조될 수 있고, 결과적으로 기계적 특성이 우수한 탄소섬유가 제조될 수 있다. 그리고, 상술한 저장 탄성률의 변화율을 만족하면, 상기 아크릴로니트릴계 방사용액의 응고속도가 적절하게 유지되어, 잔류 용매량이 적고, 후 공정 중에 아크릴로니트릴계 응고사가 손상되지 않아 주행 모우가 적은 아크릴로니트릴계 섬유 전구체가 제조될 수 있고, 결과적으로 기계적 특성이 우수한 탄소섬유가 제조될 수 있다. 하지만, 저장 탄성률의 변화율이 상술한 범위 보다 적으면, 응고속도가 너무 느려서 아크릴로니트릴계 응고사가 제대로 된 섬유 형태를 갖추기 전에 연신 등의 후공정이 진행되게 되므로, 롤러 등에 의해 많은 손상을 입게 된다. 이로 인해 아크릴로니트릴계 섬유 전구체에 주행 모우가 많이 발생하게 되어, 기계적 특성이 저하된 탄소섬유가 제조될 수 있다. 또한, 저장 탄성률의 변화율이 상술한 범위 보다 크면, 응고속도가 너무 빨라서 표면만 응고되고 내부는 응고되지 않은 스킨-코어 구조를 갖는 아크릴로니트릴계 응고사가 제조되게 되고, 아크릴로니트릴계 응고사의 내부에 용매가 갇히게 되어 잔류 용매량이 과도하게 많은 아크릴로니트릴계 섬유 전구체가 제조될 수 있다. 결과적으로 기계적 특성이 저하된 탄소섬유가 제조될 수 있다. 또한, 스킨-코어 구조의 아크릴로니트릴계 응고사는 연신이 잘 되지 않으므로, 연신 공정 중에 끊어지거나, 기계적 특성이 저하된 탄소섬유로 제조될 수 있다.The acrylonitrile-based polymer contained in the acrylonitrile-based spinning solution may be affected by moisture and temperature and deteriorate over time. Specifically, the acrylonitrile-based monomer units of the acrylonitrile-based polymer are degenerated into amide-based monomer units, and these amide-based monomer units are lost during the oxidation stabilization process and carbonization process, which may act as defects in the carbon fiber. However, even if the acrylonitrile-based spinning solution is deteriorated, if the transmittance is 70% or more, defects derived from amide-based monomer units are minimized, and carbon fibers with excellent mechanical properties can be manufactured. In addition, an acrylonitrile-based fiber precursor with a small amount of residual solvent and a small amount of running hair can be produced, and as a result, carbon fiber with excellent mechanical properties can be produced. In addition, if the rate of change of the storage modulus described above is satisfied, the coagulation speed of the acrylonitrile-based spinning solution is maintained appropriately, the amount of residual solvent is small, and the acrylonitrile-based coagulated yarn is not damaged during the post-process, so the acrylonitrile-based coagulated yarn has less running hair. Ronitrile-based fiber precursors can be produced, and as a result, carbon fibers with excellent mechanical properties can be produced. However, if the change rate of the storage modulus is less than the above-mentioned range, the coagulation speed is too slow and post-processes such as stretching are performed before the acrylonitrile-based coagulated yarn takes the proper fiber form, resulting in a lot of damage from rollers, etc. . As a result, a lot of running hair is generated in the acrylonitrile-based fiber precursor, and carbon fiber with reduced mechanical properties can be manufactured. In addition, if the rate of change of the storage modulus is greater than the above-mentioned range, the solidification speed is so fast that only the surface is solidified and the inside is not solidified, resulting in the production of acrylonitrile-based coagulated yarn with a skin-core structure, and the inside of the acrylonitrile-based coagulated yarn Since the solvent is trapped, an acrylonitrile-based fiber precursor with an excessive amount of residual solvent may be manufactured. As a result, carbon fiber with reduced mechanical properties can be manufactured. In addition, acrylonitrile-based coagulated yarn with a skin-core structure does not stretch well, so it may break during the stretching process or be manufactured as carbon fiber with deteriorated mechanical properties.

상기 저장 탄성률의 변화율은 하기 식 1로부터 도출되는 것이 바람직하다.The rate of change of the storage modulus is preferably derived from Equation 1 below.

<식 1><Equation 1>

저장 탄성율의 변화율 = [(Y1 - Y2)/(X1 - X2)] × 1,000 Rate of change of storage modulus = [(Y 1 - Y 2 )/(X 1 - X 2 )] × 1,000

X1: 방사용액의 상전이가 개시되는 시점부터 55 내지 70 초가 경과된 시점X 1 : 55 to 70 seconds have passed since the phase transition of the spinning solution begins

X2: 방사용액의 상전이가 개시되는 시점X 2 : The point at which the phase transition of the spinning solution begins

Y1: X1 시점에서의 방사용액의 저장 탄성률의 로그 스케일(간격: 10)의 값Y 1 : Log scale (interval: 10) value of the storage modulus of the spinning solution at the time of X 1

Y2: X2 시점에서의 방사용액의 저장 탄성률의 로그 스케일(간격: 10)의 값Y 2 : Log scale (interval: 10) value of the storage modulus of the spinning solution at the time of X 2

여기서, 상기 로그 스케일은 그래프 상의 로그 눈금(간격: 10)을 의미할 수 있다.Here, the log scale may refer to the log scale (interval: 10) on the graph.

한편, 상기 아크릴로니트릴계 방사용액의 저장 탄성률은 레오미터를 포함하는 저장 탄성률 평가 장치를 이용하여 측정할 수 있다. Meanwhile, the storage modulus of the acrylonitrile-based spinning solution can be measured using a storage modulus evaluation device including a rheometer.

도 1은 저장 탄성률 측정 장치를 개략적으로 도시한 요부 사시도이고, 도 2는 도 1의 용기부에 작동부가 설치된 상태를 개략적으로 도시한 요부 단면도이고, 도 3은 도 2의 용기부에 응고용액이 주입된 상태를 개략적으로 도시한 요부 단면도이다.Figure 1 is a perspective view schematically showing the storage elastic modulus measuring device, Figure 2 is a cross-sectional view of the main part schematically showing the operating part installed in the container part of Figure 1, and Figure 3 is a coagulating solution in the container part of Figure 2. This is a cross-sectional view of the main part schematically showing the injection state.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 저장 탄성률 평가 장치(100)는, 상승 또는 하강되는 승강바(20)가 설치된 본체(10)와, 상기 승강바(20)에 설치되며 내부에 응고용액(60) 및 필터(50)가 수용되는 수용공간(31)이 형성된 용기부(30)와, 승강바(20)에 연결되며 하부에는 수용공간(31)에서 상승 또는 하강되어 방사용액(40) 상에 위치할 수 있는 승강 플레이트(21)가 설치되는 작동부(40)와, 본체(10)에 설치되어 상기 방사용액(40)의 저장 탄성률을 측정하는 제어부(60)를 포함한다.Referring to Figures 1 to 3, the storage modulus evaluation device 100 includes a main body 10 on which a lifting bar 20 that rises or falls is installed, and a coagulating solution 60 installed on the lifting bar 20. ) and the container portion 30 in which the receiving space 31 where the filter 50 is accommodated is formed, and is connected to the lifting bar 20, and is raised or lowered in the lower part of the receiving space 31 and placed on the spinning solution 40. It includes an operating unit 40 on which a positionable lifting plate 21 is installed, and a control unit 60 installed on the main body 10 to measure the storage modulus of the spinning solution 40.

상기 방사용액(40)은 필터(50)의 일면 상에 로딩된 상태로 저장 탄성률의 측정이 이루어질 수 있다. 이에 대해서는 이하에서 상세하게 설명한다.The storage modulus can be measured while the spinning solution 40 is loaded on one surface of the filter 50. This will be explained in detail below.

본체(10)는 아크릴로니트릴계 방사용액의 유변물성을 측정하는 레오미터를 말하는 것으로서, 내부에는 아크릴로니트릴계 방사용액(40)이 수용된 상태로 저장 탄성률의 측정이 이루어질 수 있다. 이러한 본체(10)에는 아크릴로니트릴계 방사용액(40)이 수용된 상태로 저장 탄성률의 측정이 이루어질 수 있는 측정 공간이 형성될 수 있고, 이러한 측정 공간(11)에는 상승 또는 하강 작동되는 승강바(20)가 설치될 수 있다.The main body 10 refers to a rheometer that measures the rheological properties of an acrylonitrile-based spinning solution, and the storage modulus can be measured with the acrylonitrile-based spinning solution 40 accommodated therein. In this main body 10, a measurement space can be formed in which the storage modulus can be measured while the acrylonitrile-based spinning solution 40 is accommodated, and in this measurement space 11, a lifting bar that is operated to raise or lower ( 20) can be installed.

승강바(20)는 본체(10)에 설치된 구동부(미도시)에 의해 측정 공간(11)에서 상승 또는 하강 가능하게 설치될 수 있다. 이러한 승강바(20)의 하부에는 응고용액(60) 및 필터(50)가 수용되는 용기부(30)가 설치될 수 있다. 상기 필터(50)는 양용매 및 비용매가 용이하게 통과할 수 있으면서 아크릴로니트릴계 중합체는 통과하기 어려운 페이퍼 필터(51) 및 글래스 필터(52)를 포함할 수 있다.The lifting bar 20 can be installed to be raised or lowered in the measurement space 11 by a driving unit (not shown) installed on the main body 10. A container portion 30 in which the coagulation solution 60 and the filter 50 are accommodated may be installed at the lower part of the lifting bar 20. The filter 50 may include a paper filter 51 and a glass filter 52 through which good solvents and non-solvents can easily pass, but through which acrylonitrile-based polymers have difficulty passing.

작동부(40)는 승강바(20)에 연결되며 하부에는 수용공간(31)의 내부에서 상승 또는 하강되는 승강 플레이트(41)가 설치될 수 있다. 승강 플레이트(41)는 필터(50)와 대응되는 크기로 형성될 수 있다. 승강 플레이트(41)는 필터(50)와의 간격이 100 ㎛ 내지 1 ㎜, 또는 200 내지 500 ㎛가 될 때까지 하강될 수 있으며, 이 중 200 내지 500 ㎛가 될 때까지 하강되는 것이 바람직하다. 상술한 조건을 만족하면, 아크릴로니트릴계 방사용액의 응고공정에서 제조한 방사섬유와 동일하거나 유사한 사폭을 갖는 응고물을 제조할 수 있기 때문이다. 또한, 응고물의 직경 차이에서 기인하는 응고현상의 차이를 최소화할 수 있으므로 보다 정확하게 실제 응고현상을 예측할 수 있게 된다.The operating unit 40 is connected to the lifting bar 20, and a lifting plate 41 that rises or lowers within the receiving space 31 may be installed at the lower part. The lifting plate 41 may be formed in a size corresponding to the filter 50. The lifting plate 41 may be lowered until the gap with the filter 50 is 100 ㎛ to 1 mm, or 200 to 500 ㎛, of which it is preferable to be lowered until the gap is 200 to 500 ㎛. This is because if the above-mentioned conditions are satisfied, a coagulated product having the same or similar thread width as the spun fiber produced in the coagulation process of the acrylonitrile-based spinning solution can be produced. In addition, since differences in the coagulation phenomenon resulting from differences in the diameter of the coagulant can be minimized, it is possible to more accurately predict the actual coagulation phenomenon.

제어부(60)는 아크릴로니트릴계 방사용액의 저장 탄성률을 측정할 수 있고, 시간에 따른 아크릴로니트릴계 방사용액의 저장 탄성률의 변화도 측정할 수 있다.The control unit 60 can measure the storage modulus of the acrylonitrile-based spinning solution and can also measure changes in the storage modulus of the acrylonitrile-based spinning solution over time.

상기 아크릴로니트릴계 방사용액의 저장 탄성률은 5 내지 80 ℃의 온도, 0.01 내지 500 rad/s의 주파수, 0.1 내지 5%의 변형 스윕, 0.01 내지 500-1의 전단속도의 조건 하에서 측정될 수 있고, 10 내지 60 ℃의 온도, 0.01 내지 20 rad/s의 주파수, 0.3 내지 1 %의 변형 스윕, 0.01 내지 0.1-1의 전단속도의 조건 하에서 측정되는 것이 바람직하다. 상술한 조건을 만족하면, 보다 정확하게 실제 응고현상을 예측할 수 있게 된다.The storage modulus of the acrylonitrile-based spinning solution can be measured under the conditions of a temperature of 5 to 80 ℃, a frequency of 0.01 to 500 rad/s, a strain sweep of 0.1 to 5%, and a shear rate of 0.01 to 500 -1 . , it is preferably measured under the conditions of a temperature of 10 to 60 ℃, a frequency of 0.01 to 20 rad/s, a strain sweep of 0.3 to 1%, and a shear rate of 0.01 to 0.1 -1 . If the above-mentioned conditions are satisfied, it is possible to more accurately predict the actual coagulation phenomenon.

한편, 상기 아크릴로니트릴계 방사용액은 pH가 8.9 내지 10.3일 수 있고, 바람직하게는 9 내지 10일 수 있다. 상술한 범위를 만족하면, 잔류 용매량 및 주행 모우가 적은 아크릴로니트릴계 섬유 전구체를 제조할 수 있고, 기계적 특성이 우수한 탄소섬유를 제조할 수 있다. 상기 아크릴로니트릴계 방사용액은 상술한 pH를 만족하기 위하여, 암모니아수를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the acrylonitrile-based spinning solution may have a pH of 8.9 to 10.3, preferably 9 to 10. If the above-mentioned range is satisfied, an acrylonitrile-based fiber precursor with a small amount of residual solvent and a small amount of running hair can be manufactured, and carbon fiber with excellent mechanical properties can be manufactured. The acrylonitrile-based spinning solution may further include ammonia water in order to satisfy the above-mentioned pH.

상기 아크릴로니트릴계 방사용액은 아크릴로니트릴계 중합체 및 아크릴로니트릴계 중합체의 양용매를 포함할 수 있다. The acrylonitrile-based spinning solution may include an acrylonitrile-based polymer and a good solvent for the acrylonitrile-based polymer.

2. 아크릴로니트릴계 방사섬유의 제조방법2. Manufacturing method of acrylonitrile-based spun fiber

본 발명의 다른 일실시예에 따른 아크릴로니트릴계 방사섬유의 제조방법은 자외선 및 가시광선 분광분석법에 의거하여 측정한 투과도가 70 % 이상이고, 방사용액의 상전이 후 55 내지 70 초가 경과된 시점에서의 저장 탄성률의 변화율이 10 내지 12이며, 상기 저장 탄성률은 50 ℃, 주파수 10 rad/s, 변형 스윕 0.05% 조건에서의 측정으로부터 도출된 그래프의 로그스케일 값인 아크릴로니트릴계 방사용액을 방사하는 단계를 포함한다.The method for producing an acrylonitrile-based spun fiber according to another embodiment of the present invention has a transmittance of 70% or more as measured based on ultraviolet and visible light spectroscopy, and 55 to 70 seconds have elapsed after the phase transition of the spinning solution. Spinning an acrylonitrile-based spinning solution in which the rate of change of the storage modulus is 10 to 12, and the storage modulus is the log scale value of the graph derived from measurements under the conditions of 50 ° C., frequency 10 rad / s, and strain sweep 0.05%. Includes.

상기 아크릴로니트릴계 방사용액은 본 발명의 일실시예에 따른 아크릴로니트릴계 방사용액일 수 있으며, 이에 대한 설명은 ‘1. 아크릴로니트릴계 방사용액’에서 상술한 바와 같다.The acrylonitrile-based spinning solution may be an acrylonitrile-based spinning solution according to an embodiment of the present invention, and the description thereof is ‘1. As described above in ‘Acrylonitrile-based spinning solution’.

상기 방사는 상기 방사장비를 이용할 수 있고, 상기 방사장비는 방사용액을 방사하여 방사섬유로 제조할 수 있는 것이 아니라면, 특별히 한정하지 않는다. 상기 방사는 응고, 수세, 연신 및 건조 공정을 모두 포함하는 것을 의미할 수 있다.The spinning can be done using the spinning equipment, and the spinning equipment is not particularly limited unless it can be manufactured into spun fiber by spinning a spinning solution. The spinning may mean including all coagulation, washing, stretching, and drying processes.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement it. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

실시예Example 1 내지 1 to 실시예Example 4 및 4 and 비교예Comparative example 1 내지 1 to 비교예Comparative example 6 6

<방사용액의 제조><Manufacture of spinning solution>

아크릴로니트릴(AN), 및 이타콘산(IA)을 하기 표에 기재된 조성대로 혼합하여 단량체 혼합물을 제조하였다. 상기 단량체 혼합물 100 중량부를 디메틸설폭사이드 318 중량부에 균일하게 용해시켜 반응용액을 제조하였다.Acrylonitrile (AN) and itaconic acid (IA) were mixed according to the composition shown in the table below to prepare a monomer mixture. A reaction solution was prepared by uniformly dissolving 100 parts by weight of the monomer mixture in 318 parts by weight of dimethyl sulfoxide.

상기 반응용액을 교반기가 장착된 반응기에 투입하고 질소 치환한 후, 상기 반응기의 내부 온도를 1 ℃/분의 속도로 60 ℃까지 승온시켰다. 개시제로 아조비스이소부티로니트릴(AIBN) 0.6 중량부를 투입하고, 8 시간 동안 용액 중합을 수행한 후, 반응기 내부 온도를 1 ℃/분의 속도로 70 ℃까지 승온시켜, 6 시간 동안 용액 중합을 수행하였다. 그 후 반응을 종료하고, 아크릴로니트릴계 공중합체 용액을 수득하였다.The reaction solution was put into a reactor equipped with a stirrer and purged with nitrogen, and then the internal temperature of the reactor was raised to 60°C at a rate of 1°C/min. 0.6 parts by weight of azobisisobutyronitrile (AIBN) was added as an initiator, and solution polymerization was performed for 8 hours. Then, the temperature inside the reactor was raised to 70 °C at a rate of 1 °C/min, and solution polymerization was carried out for 6 hours. carried out. Afterwards, the reaction was terminated, and an acrylonitrile-based copolymer solution was obtained.

상기 아크릴로니트릴계 중합체 용액에 디메틸설폭사이드를 추가 투입하여, 아크릴로니트릴계 중합체의 농도가 약 20 중량%인 중합체 용액을 제조하였다.Dimethyl sulfoxide was additionally added to the acrylonitrile-based polymer solution to prepare a polymer solution having an acrylonitrile-based polymer concentration of about 20% by weight.

이어서, 상기 중합체 용액에 이타콘산(IA) 1 당량에 대하여 하기 표에 기재된 당량으로 NH3를 투입 또는 미투입하여 하기 표에 기재된 pH를 갖는 방사용액을 제조하였다.Next, NH 3 was added or not added to the polymer solution in an equivalent amount shown in the table below based on 1 equivalent of itaconic acid (IA) to prepare a spinning solution having a pH shown in the table below.

<투과도의 측정><Measurement of transmittance>

2면 투명 셀(12.5 ㎜ × 12.5 ㎜ × 45 ㎜, 2 ㎖)에 아크릴로니트릴계 중합체 용액을 2/3 이상 채웠다. 상기 2면 투명 셀을 2,500 rpm의 속도로, 10 분 동안 원심 분리하여, 내부에 있는 기포를 제거하였다. 상기 중합체 용액을 자외선-가시광선 분광광도계(제조사: Agilent Technologies, 상품명: Cary100)로 450nm 파장에서 투과도를 측정하였다.A two-sided transparent cell (12.5 mm × 12.5 mm × 45 mm, 2 mL) was filled with more than 2/3 of the acrylonitrile-based polymer solution. The two-sided transparent cell was centrifuged at a speed of 2,500 rpm for 10 minutes to remove air bubbles inside. The transmittance of the polymer solution was measured at a wavelength of 450 nm using an ultraviolet-visible spectrophotometer (manufacturer: Agilent Technologies, product name: Cary100).

<저장탄성율의 측정><Measurement of storage modulus>

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같은 저장 탄성률 측정 장치를 준비하였다.A storage modulus measurement device as shown in FIGS. 1 to 3 was prepared.

상기 저장 탄성률 측정 장치(100)의 용기부(30)에 글래스 필터(52), 상기 글래스 필터(52) 상에 페이퍼 필터(51)를 위치시키고, 상기 페이퍼 필터(51) 상에 방사용액 0.06 g을 로딩하였다. 그리고, 상기 저장 탄성률 측정 장치의 승강 플레이트(21)와 페이퍼 필터(51) 사이의 간격이 500 ㎛이 되도록 승강바(20)를 하강하였다. 이어서, 상기 용기부(30)에 물과 디메틸설폭사이드를 5:5로 포함하는 응고용액(60)을 페이퍼 필터(51)의 경계면에 닿도록 주입하고, 상기 방사용액(40)에 응고용액(60)이 일방으로 통과시키면서 방사용액의 저장 탄성률을 측정하였다.A glass filter 52 is placed in the container 30 of the storage modulus measurement device 100, a paper filter 51 is placed on the glass filter 52, and 0.06 g of spinning solution is placed on the paper filter 51. was loaded. Then, the lifting bar 20 was lowered so that the gap between the lifting plate 21 and the paper filter 51 of the storage modulus measuring device was 500 ㎛. Next, the coagulating solution 60 containing water and dimethyl sulfoxide in a 5:5 ratio is injected into the container part 30 so that it touches the boundary surface of the paper filter 51, and the coagulating solution (60) is added to the spinning solution 40. 60) The storage modulus of the spinning solution was measured while passing through one side.

여기서, 저장 탄성률의 측정 조건은 50 ℃, 주파수 10 rad/s, 변형 스윕 0.05 %이었다.Here, the storage modulus measurement conditions were 50°C, frequency 10 rad/s, and strain sweep 0.05%.

이어서, 상기 저장 탄성률의 값을 로그 스케일로 y축, 시간은 선형 스케일로 x축에 표시되는 그래프를 Trios Software 장비(제조사: TA instruments, 상품명: TRIOS)로 출력하였다. Subsequently, a graph showing the value of the storage modulus on a logarithmic scale on the y-axis and time on a linear scale on the x-axis was output using Trios Software equipment (manufacturer: TA instruments, product name: TRIOS).

상기 그래프로부터 하기 식 1의 변수인 X1, X2, Y1, Y2를 도출하였고, 이를 하기 식 1에 대입하여, 저장 탄성률의 변화율을 산출하였고, 그 값을 하기 표에 기재하였다. 한편, 상기 저장 탄성률의 변화율은 반올림하여 소수점 첫째 자리까지 기재하였다. From the above graph , the variables X 1 , Meanwhile, the rate of change of the storage modulus was rounded off and reported to the first decimal place.

<식 1><Equation 1>

저장 탄성률의 변화율 =[(Y1 - Y2)/(X1 - X2)] × 1,000Rate of change of storage modulus = [(Y 1 - Y 2 )/(X 1 - X 2 )] × 1,000

X1: 방사용액의 상전이가 개시되는 시점부터 62초가 경과된 시점X 1 : 62 seconds have passed since the phase transition of the spinning solution began

X2: 방사용액의 상전이가 개시되는 시점X 2 : The point at which the phase transition of the spinning solution begins

Y1: X1 시점에서의 방사용액의 저장 탄성률의 로그 스케일(간격: 10)의 값Y 1 : Log scale (interval: 10) value of the storage modulus of the spinning solution at the time of X 1

Y2: X2 시점에서의 방사용액의 저장 탄성률의 로그 스케일(간격: 10)의 값Y 2 : Log scale (interval: 10) value of the storage modulus of the spinning solution at the time of X 2

구분division 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 중합체polymer AN(몰%)AN (mole%) 9999 9999 9999 9999 IA(몰%)IA (mole%) 1One 1One 1One 1One 방사용액spinning solution IA 1 당량에 대한 NH3의 당량Equivalent of NH 3 to 1 equivalent of IA 1One 1One 1One 1One 저장기간(일)Storage period (days) 55 22 1One 0.25(6 시간)0.25 (6 hours) pHpH 8.38.3 8.88.8 99 99 투과도(%)Transmittance (%) 4242 6565 7070 7878 저장 탄성률의 변화율Rate of change of storage modulus 약 12.4approx 12.4 약 11.8approx 11.8 약 11.5approx 11.5 약 11.6approx 11.6 X1 X 1 9999 9999 9999 9999 X2 X 2 3737 3737 3737 3737 Y1 Y 1 3.733.73 3.693.69 3.673.67 3.663.66 Y2 Y 2 2.962.96 2.962.96 2.962.96 2.942.94

구분division 비교예 3Comparative Example 3 비교예 4Comparative Example 4 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 비교예 5Comparative Example 5 비교예 6Comparative Example 6 중합체polymer AN(몰%)AN (mole%) 9999 9999 9999 9999 9999 9999 IA(몰%)IA (mole%) 1One 1One 1One 1One 1One 1One 방사용액spinning solution IA 1 당량에 대한 NH3의 당량Equivalent of NH 3 to 1 equivalent of IA 22 1.71.7 1.41.4 1.11.1 0.80.8 -- 저장기간(일)Storage period (days) 1One 1One 1One 1One 1One 1One pHpH 11.211.2 10.510.5 9.99.9 9.29.2 8.58.5 6.16.1 투과도(%)Transmittance (%) 7272 7171 7272 7070 7575 8585 저장 탄성률의 변화율Rate of change of storage modulus 약 7.4About 7.4 약 9.2about 9.2 약 10.2approx 10.2 약 11.3approx 11.3 약 13.1approx 13.1 약 18.9approx 18.9 X1 X 1 9999 9999 9999 9999 9999 9999 X2 X 2 3737 3737 3737 3737 3737 3737 Y1 Y 1 2.982.98 3.193.19 3.573.57 3.643.64 3.753.75 4.54.5 Y2 Y 2 2.522.52 2.622.62 2.942.94 2.942.94 2.942.94 3.333.33

실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2를 참조하면, 방사용액의 저장기간이 길어질수록, 방사용액의 투과도가 저하되는 것을 확인할 수 있었다. Referring to Example 1, Example 2, Comparative Example 1, and Comparative Example 2, it was confirmed that the longer the storage period of the spinning solution, the lower the transmittance of the spinning solution.

비교예 3, 비교예 4, 실시예 3, 실시예 4, 비교예 5 및 비교예 6을 참조하면, 방사용액의 pH가 낮아질수록 저장 탄성률의 변화율이 커지는 것을 확인할 수 있었다.Referring to Comparative Example 3, Comparative Example 4, Example 3, Example 4, Comparative Example 5, and Comparative Example 6, it was confirmed that the rate of change in storage modulus increased as the pH of the spinning solution decreased.

실시예Example 5 내지 5 to 실시예Example 8, 8, 비교예Comparative example 7 내지 7 to 비교예Comparative example 12 12

<아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 제조><Manufacture of acrylonitrile-based fiber precursor>

하기 표에 기재된 방사용액을 50 ℃까지 승온시킨 후, 방사구금(홀 지름: 65 ㎛, 홀 수: 3,000)을 이용하여 물 50 중량% 및 디메틸설폭사이드 50 중량%를 순환용매를 포함하는 응고조(온도: 60 ℃)에 토출하고 응고시켜, 응고사를 제조하였다. After raising the temperature of the spinning solution shown in the table below to 50°C, 50% by weight of water and 50% by weight of dimethyl sulfoxide were added to a coagulation tank containing a circulating solvent using a spinneret (hole diameter: 65 ㎛, number of holes: 3,000). It was discharged at (temperature: 60°C) and coagulated to produce coagulated yarn.

이어서, 상기 응고사를 제1 수세조(온도: 60 ℃), 제2 수세조(온도: 60 ℃), 제3 수세조(온도: 70 ℃), 제4 수세조(온도: 70 ℃), 제5 수세조(온도: 80 ℃) 및 제6 수세조(온도: 80 ℃)에서 순차적으로 수세하였다. 상기 수세된 응고사를 로울러를 이용하여 제1 및 제2 열수조(온도: 95 ℃)에서 열수 연신하여, 제1 연신사를 제조하였다. 이어서, 상기 제1 연신사를 유제 처리하고, 110 내지 140 ℃로 건조하여 제1 건조사를 제조하였다. 상기 제1 건조사를 스팀으로 연신하여 제2 연신사를 제조하였다. 이어서, 상기 제2 연신사를 150 내지 180 ℃로 열고정하여 아크릴로니트릴계 섬유 전구체를 제조하였다. Subsequently, the coagulated yarn was washed in the first washing tank (temperature: 60 °C), the second washing tank (temperature: 60 °C), the third washing tank (temperature: 70 °C), and the fourth washing tank (temperature: 70 °C). It was sequentially washed in the 5th water washing tank (temperature: 80°C) and the 6th water washing tank (temperature: 80°C). The water-washed coagulated yarn was hot-drawn in the first and second hot water baths (temperature: 95°C) using a roller to produce a first drawn yarn. Subsequently, the first drawn yarn was treated with an emulsion and dried at 110 to 140° C. to prepare a first dried yarn. The first dried yarn was drawn with steam to produce a second drawn yarn. Subsequently, the second drawn yarn was heat-set at 150 to 180° C. to prepare an acrylonitrile-based fiber precursor.

<아크릴로니트릴계 섬유의 제조><Manufacture of acrylonitrile-based fiber>

상기 아크릴로니트릴계 섬유 전구체를 제1 산화로(온도: 150 ℃), 제2 산화로(온도: 180 ℃), 제3 산화로(온도: 200 ℃), 제4 산화로(온도: 230 ℃)에서 순차적으로 산화 안정화를 하여 아크릴로니트릴계 섬유를 제조하였다.The acrylonitrile-based fiber precursor was oxidized in a first oxidation furnace (temperature: 150 °C), a second oxidation furnace (temperature: 180 °C), a third oxidation furnace (temperature: 200 °C), and a fourth oxidation furnace (temperature: 230 °C). ), acrylonitrile-based fibers were manufactured by sequential oxidation stabilization.

<탄소섬유의 제조><Manufacture of carbon fiber>

아크릴로니트릴 섬유를 질소 분위기에 있는 제1 탄화로에서 300 ℃ 내지 800 ℃로 예비 탄화하였다. 또한 질소 분위기에 있는 제2 탄화로에서 800 ℃ 내지 1,500 ℃로 탄화하였다.Acrylonitrile fibers were pre-carbonized at 300°C to 800°C in a first carbonization furnace in a nitrogen atmosphere. Additionally, it was carbonized at 800°C to 1,500°C in a second carbonization furnace in a nitrogen atmosphere.

실험예Experiment example 1 One

실시예 및 비교예의 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 물성을 하기에 기재한 방법으로 측정하고, 하기 표에 기재하였다.The physical properties of the acrylonitrile-based fiber precursors of Examples and Comparative Examples were measured by the method described below, and are listed in the table below.

① 잔류 용매량(ppm): 아크릴로니트릴계 섬유 전구체 5 g을 90 ℃의 물에 24 시간 동안 침지시켰다. 그 후, 물을 회수한 후, 액체크로마토그래피법을 이용하여 물에 포함된 디메틸설폭사이드의 함량을 측정하였다.① Residual solvent amount (ppm): 5 g of acrylonitrile-based fiber precursor was immersed in water at 90°C for 24 hours. After recovering the water, the content of dimethyl sulfoxide in the water was measured using liquid chromatography.

② 주행 모우(ea/min): 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 스팀연신 공정 후의 정상 주행 중인 섬유에서 측정을 실시하였다. 2 분 동안 주행 섬유에 랜턴의 빛을 조사하여 육안으로 관찰하여 주행 모우를 측정하였다. 총 3 번 측정하여 평균치를 기재하였다.② Running hair (ea/min): Measurements were made on fibers that were running normally after the steam stretching process of the acrylonitrile-based fiber precursor. The running hair was measured by irradiating the light of a lantern to the running fiber for 2 minutes and observing it with the naked eye. Measurements were made a total of three times and the average value was recorded.

실험예Experiment example 2 2

실시예 및 비교예의 탄소섬유의 물성을 하기에 기재한 방법으로 측정하고, 하기 표에 기재하였다.The physical properties of the carbon fibers of Examples and Comparative Examples were measured by the method described below, and are listed in the table below.

③ 강도(㎬): 탄소섬유 다발을 수지에 함침시켜 300 ㎜ 길이로 잘라 양끝에 수지를 이용하여 탭을 부착하여 스트랜드 시편을 제작하였다. 이때 스트랜드 시편의 수지 함침율이 40 중량%가 되도록 함침량을 조절하고 시편의 측정 길이는 150 ㎜로 제작하였다. 시편을 인장강도시험기(제조사: INSTRON, 상품명: 5982)를 이용하여 측정하였다. 측정 속도는 10 ㎜/분으로 설정하여 7회 측정하였다. 인장강도 및 인장탄성률의 측정은 7 개의 시편에 대하여 측정하였으며, 그 평균치를 기재하였다.③ Strength (㎬): A carbon fiber bundle was impregnated with resin, cut into 300 mm lengths, and tabs were attached to both ends using resin to produce a strand specimen. At this time, the amount of impregnation was adjusted so that the resin impregnation rate of the strand specimen was 40% by weight, and the measured length of the specimen was 150 mm. The specimen was measured using a tensile strength tester (manufacturer: INSTRON, product name: 5982). The measurement speed was set at 10 mm/min and measurements were performed 7 times. Tensile strength and tensile modulus were measured on seven specimens, and the average values were recorded.

구분division 비교예 7Comparative Example 7 비교예 8Comparative Example 8 실시예 5Example 5 실시예 6Example 6 방사용액spinning solution 종류type 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 pHpH 8.38.3 8.88.8 99 99 투과도(%)Transmittance (%) 4242 6565 7070 7878 저장 탄성률의 변화율Rate of change of storage modulus 12.412.4 11.811.8 11.511.5 11.611.6 아크릴로니트릴계 섬유 전구체Acrylonitrile-based fiber precursor 잔류 용매량(ppm)Residual solvent amount (ppm) 410410 400400 360360 320320 주행 모
우(ea/min)
driving mode
Woo(ea/min)
2525 77 1One 0.50.5
탄소섬유carbon fiber 강도(㎬)Strength (㎬) 3.13.1 3.53.5 4.14.1 4.24.2

구분division 비교예 9Comparative Example 9 비교예 10Comparative Example 10 실시예 7Example 7 실시예 8Example 8 비교예 11Comparative Example 11 비교예 12Comparative Example 12 방사용액spinning solution 종류type 비교예 3Comparative Example 3 비교예 4Comparative Example 4 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 비교예 5Comparative Example 5 비교예 6Comparative Example 6 pHpH 11.211.2 10.510.5 9.99.9 9.29.2 8.58.5 6.16.1 투과도(%)Transmittance (%) 7272 7171 7272 7070 7575 7777 저장 탄성률의 변화율Rate of change of storage modulus 7.47.4 9.29.2 10.210.2 11.311.3 13.113.1 18.918.9 아크릴로니트릴계 섬유 전구체Acrylonitrile-based fiber precursor 잔류 용매량(ppm)Residual solvent amount (ppm) 1,3001,300 850850 410410 370370 1,2001,200 3,1003,100 주행 모우
(ea/min)
driving mow
(ea/min)
2121 1111 33 22 1313 1212
탄소섬유carbon fiber 강도(㎬)Strength (㎬) 3.23.2 3.53.5 4.04.0 4.14.1 3.33.3 2.92.9

비교예 7, 비교예 8, 실시예 5 및 실시예 6을 참조하면, 방사용액의 저장 탄성률의 변화율이 10 내지 12를 만족할 경우, 투과도가 70 % 이상인 실시예 5 및 실시예 6이, 투과도가 70 % 미만인 비교예 7 및 비교예 8 대비 아크릴로니트릴계 섬유 전구체의 잔류 용매량 및 주행 모우가 적으며, 탄소섬유의 강도도 우수한 것을 확인할 수 있다.Referring to Comparative Example 7, Comparative Example 8, Example 5 and Example 6, when the rate of change of the storage modulus of the spinning solution satisfies 10 to 12, Examples 5 and 6, which have a transmittance of 70% or more, have a transmittance of It can be seen that the residual solvent amount and running hair of the acrylonitrile-based fiber precursor are small compared to Comparative Examples 7 and 8, which are less than 70%, and the strength of the carbon fiber is also excellent.

비교예 9, 비교예 10, 실시예 7, 실시예 8, 비교예 11 및 비교예 12를 참조하면, 방사용액이 투과도가 70 % 이상일 경우, 저장 탄성률의 변화율이 10 내지 12인 실시예 7 및 실시예 8이, 저장 탄성률의 변화율이 10 미만인 비교예 9 및 비교예 10 대비 잔류 용매량 및 주행 모우가 적으며, 탄소섬유의 강도도 우수한 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 7 및 실시예 8이, 저장 탄성률의 변화율이 12를 초과하는 비교예 11 및 비교예 12 대비 잔류 용매량 및 주행 모우가 적으며, 탄소섬유의 강도도 우수한 것을 확인할 수 있었다.Referring to Comparative Example 9, Comparative Example 10, Example 7, Example 8, Comparative Example 11 and Comparative Example 12, when the spinning solution has a transmittance of 70% or more, Example 7 and Example 7 where the change rate of storage modulus is 10 to 12 It can be seen that Example 8 has a lower amount of residual solvent and less running hair than Comparative Examples 9 and 10, which have a storage modulus change rate of less than 10, and that the strength of the carbon fiber is also excellent. In addition, it was confirmed that Examples 7 and 8 had less residual solvent and less running hair than Comparative Examples 11 and 12, which had a change rate of storage modulus of more than 12, and that the strength of the carbon fiber was also excellent.

Claims (7)

투과도가 70 % 이상이고, 방사용액의 상전이 후 55 내지 70 초가 경과된 시점에서의 저장 탄성률의 변화율이 10 내지 12이며, 상기 저장 탄성률은 50 ℃, 주파수 10 rad/s, 변형 스윕 0.05% 조건에서의 측정으로부터 도출된 그래프의 로그스케일 값인 아크릴로니트릴계 방사용액.
The transmittance is 70% or more, the rate of change of the storage elastic modulus at 55 to 70 seconds after the phase transition of the spinning solution is 10 to 12, and the storage elastic modulus is 50 ℃, frequency 10 rad/s, and strain sweep 0.05%. Acrylonitrile-based spinning solution, which is the log scale value of the graph derived from the measurement of .
청구항 1에 있어서,
상기 투과도는 75 % 이상인 아크릴로니트릴계 방사용액.
In claim 1,
An acrylonitrile-based spinning solution having a transmittance of 75% or more.
청구항 1에 있어서,
상기 저장 탄성률의 변화율이 11 내지 12인 것인 아크릴로니트릴계 방사용액.
In claim 1,
An acrylonitrile-based spinning solution wherein the rate of change of the storage modulus is 11 to 12.
청구항 1에 있어서,
상기 아크릴로니트릴계 방사용액은 pH가 8.9 내지 10.3인 것인 아크릴로니트릴계 방사용액.
In claim 1,
The acrylonitrile-based spinning solution has a pH of 8.9 to 10.3.
청구항 1에 있어서,
상기 아크릴로니트릴계 방사용액은 pH가 9 내지 10인 것인 아크릴로니트릴계 방사용액.
In claim 1,
The acrylonitrile-based spinning solution has a pH of 9 to 10.
청구항 1에 있어서,
상기 아크릴로니트릴계 방사용액은 아크릴로니트릴계 중합체 및 아크릴로니트릴계 중합체의 양용매를 포함하는 것인 아크릴로니트릴계 방사용액.
In claim 1,
The acrylonitrile-based spinning solution is an acrylonitrile-based spinning solution containing an acrylonitrile-based polymer and a good solvent for the acrylonitrile-based polymer.
투과도가 70 % 이상이고, 방사용액의 상전이 후 55 내지 70 초가 경과된 시점에서의 저장 탄성률의 변화율이 10 내지 12이며, 상기 저장 탄성률은 50 ℃, 주파수 10 rad/s, 변형 스윕 0.05% 조건에서의 측정으로부터 도출된 그래프의 로그스케일 값인 아크릴로니트릴계 방사용액을 방사하는 단계를 포함하는 아크릴로니트릴계 방사섬유의 제조방법.The transmittance is 70% or more, the rate of change of the storage elastic modulus at 55 to 70 seconds after the phase transition of the spinning solution is 10 to 12, and the storage elastic modulus is 50 ℃, frequency 10 rad/s, and strain sweep 0.05%. A method of producing an acrylonitrile-based spinning fiber comprising the step of spinning an acrylonitrile-based spinning solution whose log scale value is the graph derived from the measurement of.
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