적용분야

탄소섬유 생산은 아크릴로니트릴 단량체를 중합하여 생성된 폴리아크릴로니트릴(PAN)을 만드는 것에서 시작됩니다. 탄소섬유는 주로 탄소 원자로 결합된 긴 분자 사슬을 가진 유기 고분자로 구성되어 있습니다. 전체 탄소섬유의 약 90%는 PAN 공정을 통해 생산됩니다.

생산의 초기 단계에서는 ‘전구체(precursor)’라 불리는 원재료를 탄소섬유로 전환하는 과정이 이루어집니다. 이 전구체는 길게 늘어난 섬유 형태로 인출된 후, 산화 단계에 들어가기 전에 균일하게 펼쳐져 웹(web) 형태로 배치됩니다. 이러한 단계들을 거치는 전구체의 이동 과정은 탄소섬유 생산 공정에서 매우 중요한 부분을 차지합니다.

이후 산화 단계에서 소재는 색상이 변화하며, 이는 완전 산화 단계에 가까워지고 있음을 나타냅니다. 완전히 산화된 후에는 저온 및 고온로에서 진행되는 탄화 공정을 거칠 준비가 완료됩니다.

안정화 공정은 이후 진행되는 탄화 과정에서 폴리머 사슬의 이완이나 사슬 절단을 방지하기 위해, 폴리머 사슬 간의 가교 결합을 형성하는 과정입니다. 이 공정은 일반적으로 200~300°C의 온도 범위에서 공기 분위기 하에 진행됩니다. 공정 소요 시간은 섬유의 두께에 따라 달라지며, PAN 섬유의 경우 보통 2시간에서 4시간 정도가 소요됩니다.

완전 산화가 이루어진 후, 소재는 저온 및 고온로에서 진행되는 탄화 단계로 넘어갈 준비가 됩니다.

이 공정에서 가장 큰 과제 중 하나는 전구체가 안정화되는 고온 환경에서 온도를 정밀하게 제어하는 것입니다. 이러한 온도 제어는 안정적이고 반복 가능한 생산 공정을 확보하는 데 필수적이며, 궁극적으로 폐기물과 재작업을 최소화한 고품질 탄소섬유 부품 생산으로 이어집니다. 이러한 과제를 해결하기 위해 적외선 온도 측정 기술이 핵심적인 역할을 하며, 비접촉식으로 정확하고 실시간 온도 데이터를 제공함으로써 요구되는 온도 수준을 안정적으로 유지할 수 있도록 지원합니다.

Optris는 탄소섬유 제조 공정의 까다로운 요구 사항을 충족하기 위해 설계된 종합적인 적외선 솔루션 라인업을 제공합니다. 이 중에서도 CThot LT 적외선 온도계는 최대 250°C의 주변 온도를 견딜 수 있어, 고온 환경에서도 정확하게 작동하는 뛰어난 성능을 자랑합니다. CThot LT는 적외선 가열 구간을 통과하는 전구체의 온도를 연속적으로 모니터링하는 데 이상적인 장비입니다.

이 적용 사례에서는 여러 대의 CThot 센서를 장비에 통합하여 소재의 표면 온도를 측정합니다. 이러한 정밀한 측정을 통해 IR 이미터의 가열 출력을 최적화할 수 있으며, 이를 통해 일관된 생산 품질을 확보할 수 있습니다. IR 히터는 단파장 적외선 복사를 사용하여 소재 표면의 얕은 깊이까지 에너지를 전달함으로써, 표면을 빠르게 가열하는 데 매우 효과적입니다. 반면 CThot 시스템은 장파장 적외선 복사를 기반으로 작동합니다. 이 두 시스템은 서로 다른 파장에서 작동하기 때문에 상호 간섭이 발생하지 않습니다. 단파장 IR 히터는 특정 영역을 효율적으로 가열하는 역할을 하며, 장파장 기반의 CThot 시스템은 히터의 복사 에너지에 영향을 받지 않고 정확한 온도 측정을 제공합니다. 이러한 차별화된 특성 덕분에 두 시스템은 성능 저하 없이 동시에 작동할 수 있습니다.

이러한 연속 모니터링을 통해 온도가 항상 최적의 범위 내에서 유지되며, 소재의 특성을 저하시킬 수 있는 과열이나 저온 상태를 효과적으로 방지할 수 있습니다. 이 장비에서 출력되는 아날로그 신호는 기존 제어 시스템과의 원활한 연동을 가능하게 하여, 수집된 정밀한 온도 데이터를 기반으로 가열 요소를 실시간으로 제어할 수 있도록 합니다.

탄소섬유 제조 공정에 Optris 적외선 기술을 적용한 결과, 생산 일관성과 제품 품질이 크게 향상되었습니다. 제조 전 과정에서 안정적이고 정밀한 온도를 유지함으로써, 제조업체는 폐기물과 재작업의 발생을 줄일 수 있었고, 그 결과 비용 절감과 효율성 향상을 달성했습니다. 극한 환경에서도 뛰어난 내구성과 정확도를 자랑하는 Optris 솔루션은 자동차 산업에서 요구되는 엄격한 품질 기준을 유지하는 데 신뢰할 수 있는 선택지로 입증되었습니다. 높은 주변 온도를 견디면서도 정확한 실시간 데이터를 제공하는 Optris의 기술력은 시장에서 차별화되는 핵심 요소입니다. 또한 사용자 친화적인 인터페이스와 기존 시스템과의 손쉬운 연동은 Optris를 탄소섬유 생산 공정의 온도 측정 분야에서 선호되는 파트너로 만들고 있습니다. 정밀한 온도 제어, 견고한 하드웨어, 그리고 Optris가 제공하는 종합적인 기술 지원의 결합은 제조업체가 일관되게 고품질 탄소섬유 부품을 생산할 수 있도록 보장합니다.