Stabilized polyacrylonitrile (PAN) fibers can be transformed into quasi-carbon fibers with different properties depending on heat-treatment processing parameters at lower temperatures than temperature for the fabrication of carbon fibers. It has been investigated from the preliminary work that appropriate quasi-carbonization processes at about 1100℃ strongly influence various properties of quasi-carbon fiber/polymer composite as well as quasi-carbon fiber itself. The objective of the present work is to prepare quasi-carbon fibers from stabilized PAN fibers using various quasi-carbonization cycles and to examine their properties. Two temperature regions, up to 800℃ and above 1000℃, were used for quasi-carbonization processes. The chemical composition, physical properties, thermal stability, microstructure, mechanical properties and electrical resistivity of the quasi-carbon fibers prepared with different final heat-treatment temperatures, heating rates, holding times, heating steps, and purging gas purity were extensively examined. The results were also compared with those from stabilized PAN fiber and commercial PAN-based carbon fiber. The present study showed that a variety of properties of quasi-carbon fibers significantly depended on several quasi-carbonization process parameters.

안정화 폴리아크릴로니트릴(PAN) 섬유는 탄소섬유 제조에서 요구되는 온도보다 낮은 조건에서 여러 가지 열처리공정 인자에 따라 다른 물성을 갖는 준탄소섬유로 변환될 수 있다. 최근의 초기연구 결과에 의하면 약 1100℃ 부근에서 적절한 준탄화공정은 준탄소섬유의 물성과 준탄소섬유/고분자 복합재료의 물성에 매우 중요하게 작용하는 것으로 조사되었다. 따라서, 본 연구의 목적은 안정화 PAN 섬유를 이용하여 여러 준탄화공정을 통해 준탄소섬유를 제조하고 그 물성을 조사하는 것이다. 준탄소공정은 800℃까지의 저온영역과 1000℃이상의 고온영역으로 나누어 행하였으며, 최종 준탄화온도, 승온속도, 체류시간, 승온단계, 분위기가스 등을 변화시켜가며 얻어진 준탄소섬유에 대한 화학조성, 물리적 특성, 열안정성, 미세구조, 기계적 특성 및 전기저항성을 조사하였다. 각 조건에서 얻어진 준탄소섬유에 대한 결과는 열처리전 안정화 PAN 섬유와 상업용 PAN계 탄소섬유의 물성과 비교 분석하였다. 본 연구의 결과는 조사된 물성이 주어진 여러 가지 준탄화공정 인자에 크게 의존하였음을 보여주었다.

Keywords: stabilized PAN fiber; quasi-carbon fiber; quasi-carbonization; thermal stability; microstructure; tensile properties; electrical resistivity