드라이스펀 웻포밍 대 드라이 공정 대 웨트 공정

탄소섬유는 "신소재의 왕"으로 불리며 항공우주, 자동차 제조, 스포츠 용품 및 기타 다양한 분야에 폭넓게 활용되고 있습니다. 하지만 알고 계셨나요? 탄소섬유 내에서도 제조 공정은 크게 다를 수 있습니다. 오늘 우리는 탄소섬유 생산을 위한 세 가지 핵심 기술 — 드라이제트스핀닝(dry jet-spinning), 드라이다이어스핀닝(dry spinning), 웻스핀닝(wet spinning)을 종합적으로 분석하고, 주요 국내외 기업들이 이러한 기술을 어떻게 선택하는지 살펴보겠습니다.

드라이제트-웻스핀닝 (고성능 탄소섬유의 주류 선택)

정의

드라이스프레이 웻스핀닝은 그 이름에서 알 수 있듯이 '드라이 스핀닝'과 '웻 스핀닝' 공정의 특성을 결합한 기술입니다. 이 기술은 주로 고성능 PAN계 탄소섬유 프리커서를 제조하는 데 사용됩니다.

공정 흐름
(1) 방사용 용액 준비: 폴리아크릴로니트릴(PAN)을 특정 용매에 녹여 점성이 있는 방사용 용액을 만듭니다.
(2) 건조 분사 단계: 방사 용액이 스피너렛 판을 통해 압출되며, 처음에는 공기층을 통과합니다(일반적으로 수 밀리미터에서 수 센티미터).
(3) 습식 방사 단계: 섬유 다발이 응고 욕조로 들어가며, 여기서 급속히 응고되고 형성됩니다.
(4) 후속 처리: 세척, 신축, 오일 코팅, 건조와 같은 공정을 거쳐 최종적으로 탄소섬유 전구체가 형성됩니다.

기술적 우위
(1) 더 균일한 섬유 구조: 공기층 내의 장력이 분자 사슬 정렬을 개선합니다
(2) 매끄러운 표면: 표면 결함을 줄여 최종 탄소섬유의 기계적 특성을 향상시킵니다
(3) 높은 생산 효율: 방사 속도가 습식 방사의 2~3배에 달합니다
(4) 고성능 섬유 생산에 적합: T700, T800 및 그 이상 등급의 탄소섬유와 같은

습식 방사(전통적이고 성숙한 기술)

정의

습식 방사는 탄소섬유 전구체를 산업적으로 생산하기 위한 가장 초기의 방법입니다. 기술적으로는 성숙하지만, 특정한 제한 사항이 있습니다.
폴리머를 적절한 용매에 용해시켜 농축 용액(방사 욕조)을 형성한다. 이 용액은 방사판의 미세한 기공을 통해 압출되며, 비용매가 포함된 응고욕에 직접 주입된다. 욕조 내에서 방사 스트림의 용매와 욕조 내 비용매 사이에서 상호 확산이 발생한다. 이로 인해 폴리머가 침전 및 응고되어 초기 섬유를 형성한다.

공정 흐름
(1) 방사 용액 준비: PAN을 용매(예: DMF, DMSO)에 용해
(2) 직접 응고: 방사판에서 압출된 방사 용액이 직접 응고욕으로 주입
(3) 상분리 응고: 상호 확산 과정을 통한 응고 달성
(4) 후처리: 세정, 연신, 건조 등

기술 특성
(1) 제한된 단면 형상: 주로 원형 또는 타원형
(2) 상대적으로 낮은 방사 속도: 일반적으로 50–150 m/min
(3) 표면 결함 발생 가능성: 표면 기공 및 홈이 생기기 쉬움
(4) 비교적 간단한 장비: 중저성능 탄소섬유 생산에 적합

건조방사 (특수 탄소섬유 선택)

정의

건조방사는 특정 특수 탄소섬유 생산에서 특히 사용되는, 탄소섬유 프리커서를 제조하는 또 다른 중요한 방법이다.
건조방사는 폴리머 용액을 스핀너릿을 통해 압출하여 핫에어 안에서 직접 용매를 증발시켜 섬유를 형성하는 방식이다(예: 스판덱스 생산). 그러나 탄소섬유 산업 내에서는 흔히 '건조방사 습식성형(DSWL, dry-spun wet-laid)'의 줄임말로 잘못 사용되기도 한다.

공정 흐름
(1) 용액 준비: 폴리머를 휘발성 용매에 용해
(2) 압출 및 용매 증발: 용액을 스핀너릿판을 통해 직접 핫에어가 채워진 방사 터널 안으로 압출
(3) 용매 회수: 증발된 용매를 재사용을 위해 회수
(4) 섬유 수집: 완전히 고화된 섬유를 감아서 수거

기술 특성
(1) 다양한 섬유 단면 형상: 비정형 단면을 가진 섬유 생산이 가능함
(2) 복잡한 용매 회수 시스템: 정교한 용매 회수 장비가 필요함
(3) 특정 폴리머에 적합: 예를 들어 일부 변형된 PAN 또는 다른 탄소섬유 프리커서 폴리머

세 가지 주요 기술에 대한 종합 비교표

주요 기업 기술 로드맵 비교

미래 개발 동향

(1) 건식분사 습식방사 기술 최적화: 고속 방사를 구현하고 보다 안정적인 품질을 달성함으로써 고효율 탄소섬유의 비용을 추가로 절감하기 위해 진보 중입니다.
(2) 습식방사 공정 업그레이드: 공정 개선을 통해 습식방사 섬유의 성능을 향상시켜 적용 범위를 확대 응용 필드.
(3) 공정 통합 혁신: 서로 다른 공정의 장점을 결합하여 새로운 복합 방사 기술을 개발
(4) 친환경 제조: 생산 과정에서의 환경 영향을 줄이기 위해 생분해성 용매 시스템을 개발

탄소섬유의 가볍고도 강한 특성은 정교하게 다듬어진 제조 공정에서 비롯됩니다. 전통적인 습식방사의 완성도에서부터 전문화된 응용을 지닌 건식방사, 그리고 고퍼포먼스 돌파구를 제공하는 건습식방사에 이르기까지 각각의 기술은 모두 재료 과학자들의 창의성이 집약된 결과입니다.

이러한 기술적 차이를 이해하면 탄소섬유 간의 광범위한 가격 차이를 설명할 수 있을 뿐 아니라, 중국 탄소섬유 산업이 따라잡기에서 동등한 경쟁으로 전환하는 과정에서 겪은 힘든 여정과 놀라운 성과를 조명할 수 있다. 소재 강국이 되기 위한 여정에서, 모든 기술적 돌파구는 주목과 박수를 받을 만하다.