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폴리아크릴로니트릴 섬유의 열처리 검토

전문가 제언: ○ 최근 탄소섬유의 복합재료가 차기 여객기 보잉 787 기체에 기체 중량의 약 반(23톤) 정도가 사용되고 있으며, 자동차 분야에서도 경량화 대책으로 탄소섬유 사용을 검토하기 시작하였다. 탄소섬유는 금속에 비해 비강도(강도/밀도), 비탄성률(탄성률/밀도)이 크고 경량으로 저 연비에 연결될 수 있기 때문이다.

○ 공업규모로 제조되는 탄소섬유 대부분은 폴리아크릴로니트릴(PAN)과 피치를 원료로 제조되며, PAN계 탄소섬유의 전 세계 생산능력 약 2,800톤/년(2006년) 중 약 70%가 일본에서 생산된다. 낚싯대, 골프 샤프트, 테니스 라켓 등의 스포츠 제품, 대형 여객기의 주요 구조재나 브레이크 재료 등으로 이용이 확대되고 있다. 메소페이스피치(Mesophase Pitch)계 탄소섬유는 강하고, 변형이 어려운 특성과 고 탄성률, 고 열전도율 및 저 열팽창계수의 특성 등으로 전자분야의 방열재료, 항공 우주분야의 구조재, 인공위성의 안테나 재료 용도로서 주목을 받고 있다.

○ 탄소섬유의 제조공정은 다단계로서 매우 엄격하여 미국, 일본, 유럽의 몇 회사 이외에는 아직 대량생산이 되지 않고 있다. 탄소섬유는 첨단장비나 무기 등에 많이 사용되어 각국이 기술 수출을 규제하고 있다. 국내의 탄소섬유 사용량은 약 2,000톤 수준으로 항공기, 레포츠, 첨단산업 등에 이용되고 있다. 이들 산업의 향후 발전과 우주 항공분야의 첨단소재의 자체확보라는 관점에서 국내의 상업적인 생산기술 개발과 제조설비의 확보가 요망된다.

○ 본고는 PAN계 섬유로부터 탄소섬유로 전환하는 세 열처리공정, 즉 안정화, 탄소화 및 흑연화공정에 대한 근래의 연구 결과를 종합적으로 섭렵하여 보고한 것으로, 최근의 연구 방향 파악에 도움이 될 것으로 사료된다.

저자: M.S.A. Rahaman, A.F. Ismail, A. Mustafa
자료유형: 학술정보