KR100381919B1 - 과전류 차단용 피티씨 폴리머 퓨즈 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 과전류 차단용 폴리머 퓨즈에 관한 것으로, 특히 PTC 특성을 갖는 폴리머 퓨즈의 제조 공정중 PTC 시트 가교 공정에서 이축히팅롤을 사용하여 가열 및 냉각하여 PTC 시트(sheet)를 가교시키는 것으로, 연속적으로 화학 가교 공정을 실시할 수 있어 생산성을 향상시키는 폴리머 퓨즈 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명은 과전류 차단용 PTC 폴리머 퓨즈를 제조하기 위한 가교된 PTC 시트의 제조 공정에서, 이축히팅롤을 사용하여 제품의 특성을 유지하며 제품의 상온 저항, 트립전류, 두께, 외관 등을 연속 화학 가교 공정으로 구현하며, 이축 히팅롤의 간격, 회전 속도와 온도 등을 변화시켜 가교 조건을 바꿀 수 있으며, PTC 시트의 인장력을 변화시켜 가교된 PTC 시트의 외관과 두께를 제어할 수 있다.

또한, 간단한 설비로 PTC 시트와 열원간의 접촉면을 최대로 하고, 연속적으로 가교 공정을 할 수 있어서 생산성이 높아진다.

Description

과전류 차단용 피티씨 폴리머 퓨즈 제조 방법{Method for overcurrent protecting PTC polymer fuse}

본 발명은 과전류 차단용 폴리머 퓨즈에 관한 것으로, 상세하게는 PTC 특성을 갖는 폴리머 퓨즈의 제조 공정중 PTC 시트 가교 공정에서 이축히팅롤을 사용하여 가열 및 냉각하여 PTC 시트(sheet)를 가교시키는 것으로, 연속적으로 화학 가교 공정을 실시할 수 있어 생산성을 향상시키는 폴리머 퓨즈 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, PTC(Positive Temperature Coefficient) 특성을 갖는 고분자 재료, 즉 전도성 중합체 조성물은 이미 오래 전부터 공지되었으며, 정온 전선, 과전류 차단용 전기장치, 열 센서, 과전류 레귤레이터 및 저전력 보호회로, 배터리, 회로 보호 소자, 가열기 등에 적용되고 있다. 이러한, 조성물은 중합체 성분을 포함하며 내부에 카본 블랙, 흑연, 초핑 섬유, 니켈입자 또는 금속과 같은 미립 전도성 충진제가 분산되어 있다.

이러한 조성물은 흔히 PTC 특성을 나타내는데, PTC 특성은 상온의 낮은 온도에서는 저항이 낮아 전도성을 가지지만 온도 상승에 따라 비교적 좁은 온도 영역에서는 전기 저항이 급증하는 성질을 말한다.

결정성 고분자 수지와 전도성 충진제를 혼합하여 얻은 전도성 고분자 물질은 상온과 같은 낮은 온도에서는 전도성을 가지지만 수지의 용융점 부근에서는 고분자결정이 와해되면서 수지 전체의 부피 팽창이 전도성 충진제간의 이격을 조장하여 저항이 증가하는 PTC 특성을 갖는다. 이러한 물질이 다시 상온 상태로 돌아오게 되면 낮은 상온 저항 상태를 회복하지만, 용융점이 오래 지속되거나 더 높은 온도로 올라가게 되면 전도성 충진제의 브라운 운동 및 반데르 발스 힘에 의한 재응집으로 수지 저항이 감소하는 이른바 NTC(Negative Temperature Coefficient) 현상이 발생한다. 이러한 현상은 과전류가 인가된 상태에서 계속 높은 저항을 유지함으로써 과전류를 차단하는 회로 보호용 전기 장치에서는 치명적인 결과를 가져온다.

한편, NTC 특성을 억제하기 위해서 가교공정이 사용되고 있으며, 가교방법으로는 화학적 가교 방법과 조사(irradiation) 가교 방법이 보다 일반적으로 사용되고 있다(미국 특허 4237441). 조사가교 방법을 이용한 관련기술을 예로 들면, 대한민국 공개특허공보 제 1998-703168호, 제1999-78186호, 대한민국 등록특허공보 제153409호 등이 있다.

종래의 조사가교 방법은 전자빔과 같은 조사선을 최종 성형된 전도성 고분자 물질에 조사함으로써 결정성 고분자의 분자간 가교를 유도하여 네트워크 구조를 이루게 하는 것으로, 먼저, 전도성 고분자 성형물 내의 일정 부분이 일정시간에 흡수하는 조사량(radiation dose)은 조사원(radiation source)에 노출되는 성형물 표면으로부터의 거리, 조사의 세기, 에너지 및 형태 등에 의존하기 때문에 성형물 내의 가교도를 균일하게 유지하게 위해서는 성형물의 두께는 얇아야 하고 조사원의 에너지는 높아야 하는 제약이 따르는 문제점이 있다.

조사가교 공정은 통상 성형물의 냉각 후 진행되는데 분자의 유동이 없는 상태에서 가교된 후 용융으로 인하여 다시 유동이 생기게 되면 고분자의 구조 변화와 함께 전도성 충진제로 사용된 카본 블랙 입자 등의 이동에 의해 PTC 특성이나 저항값의 재현성이 떨어지는 문제점이 있다.

종래의 화학 가교 방법은 균일하고 효율적인 가교 구조를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면에, 전도성 고분자 물질과 가교 조제의 혼합과정에서 가교가 진행될 수 있어 혼합공정 온도상의 제약이 따르고, 프레스 가교 공정으로 제품의 생산성과 품질의 균일성을 확보하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 가교된 PTC 시트를 제조하는데 있어서, 이축 히팅롤을 사용하여 제품의 특성을 유지하며 상온 저항, 트립전류, 두께, 외관 등을 연속 화학 가교 공정으로 구현하며, 간단한 설비로 PTC 시트와 열원간의 접촉면을 최대로 하면서 PTC 시트를 연속적으로 가교 공정을 할 수 있는 과전류 차단용 피티씨 폴리머 퓨즈 제조 방법을 목적으로 한다.

도 1은 PTC 조성물(compound) 펠렛 제조 공정을 도시한 도면.

도 2는 PTC 시트의 제조 공정을 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 PTC 시트 연속 가교 공정을 도시한 도면.

도 4는 본 발명으로 제조된 폴리머 퓨즈를 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

11 : 트윈스크루 압출기, 12 : 고분자수지 공급기,

13 : 전도성 충진제 공급기, 14 : 가교조제 공급기

15 : PTC 콤파운드 가락(strand), 16 : 펠렛타이저(pelletizer),

17 : PTC 조성물, 21 : 단일스크루 압출기,

22 : PTC 콤파운드 공급기, 23 : 시트다이,

24 : 금속 호일, 25 : 롤 라미네이터(roll laminator),

26 : PTC 시트(sheet), 30, 31 : 이축 히팅롤(heating roll),

32 : 가교된 PTC 시트, 41 : 폴리머 퓨즈(polymer fuse).

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 과전류 차단용 PTC 폴리머 퓨즈를 제조하기 위한 PTC 조성물의 제조 공정과, PTC 시트를 제조하는 PTC 시트 제조 공정과, 제조된 상기 PTC 시트를 가교하는 PTC 시트 가교 공정과, 가교된 PTC 시트를 펀칭하는 펀칭공정에 있어서, 상기 PTC 시트 가교 공정은 상기 PTC 시트를 이축히팅롤에 공급시켜 가교 온도로 가열하고 상온으로 냉각시켜 연속적으로 가교된 PTC 시트를 제조하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 이축히팅롤은 서로 반대 방향으로 회전하며 속도와 온도의 제어가 가능한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 PTC 조성물(compound) 제조공정을 도시한 것으로, 구성은 트윈스크루 압출기(11)에 고분자수지 공급기(12), 전도성 충진제 공급기(13), 가교조제 공급기(14)가 구비되며 출력된 PTC 조성물 가락(strand)(15)을 작은 입자 모양으로 만들기 위해 펠렛타이저(pelletizer)(16)에 공급시켜 PTC 조성물(17)을 제조하는 것이다.

즉, 결정성 고분자, 접착성 수지, 전도성 충진제, 가교 조제 및 산화 방지제를 결정성 고분자의 용융점 이상에서 트윈 스크루 압출기(11)로 컴파운딩하여 압출된 PTC 조성물 가락(15)을 펠렛타이저(16)에 공급하여 PTC 조성물(17)을 제조하는 공정이다.

도2는 PTC 시트(sheet)의 제조 공정을 도시한 것으로, 구성은 단축스크루 압출기(21), PTC 콤파운드 공급기(22), 시트다이(23), 금속호일(24), 롤 라미네이터(25), PTC 시트(26)로 이루어진다.

동작을 설명하면 PTC 조성물의 제조 공정에서 얻은 작은 입자형태의 PTC 조성물(17)을 단일 스크루 압출기(21)에 구비된 PTC 콤파운드 공급기(22)에 공급하여용융 압출하여 출력하면 시트 다이(23)를 거쳐 얇은 PTC 콤파운드 시트로 압출한 후 PTC 콤파운드 시트 양면에 전극용 금속 호일(24)을 롤 라미네이터(25)로 접착하여 냉각하여 PTC 시트(26)를 제조하는 것이다.

도3은 상술한 과정으로 제작된 PTC 시트(26)를 가교시키는 PTC 시트 연속 가교 공정을 도시한 것으로 설명하면 다음과 같다. 구성은 PTC 시트(26), 이축 히팅롤(30, 31), 가교된 PTC 시트(32)로 이루어지며, 이축 히팅롤(30, 31)간은 서로 반대 방향으로 회전하며, 전반부에는 가교 온도로 가열을 하며, 후반부는 상온으로 냉각하는 구역으로 이루어지며, 가열 구간이 냉각 구간보다 두배 정도 길다.

또한, PTC 시트(26)를 양면이 가교 및 냉각을 할 수 있도록 비스듬히 이축 히팅롤(30, 31)에 감은 후 나선형으로 회전하여 서로 다른 두개의 이축 히팅롤(30, 31)을 모두 회전한 후 가교된 PTC 시트(32)를 후단부에서 연속적으로 인취하는 것이다. 이때 이축 히팅롤(30, 31)에서 PTC 시트(26)을 인취하면서 장력을 조절하여 가교된 PTC 시트(32)의 두께를 조절할 수 있다.

PTC 시트 연속 가교 공정의 동작을 설명하면 다음과 같다.

PTC 조성물(compound) 제조 공정과 PTC 시트(sheet)의 제조 공정에서 제조된 PTC 시트(26)를 비스듬히 감은 후 서로 반대로 회전하는 이축히팅롤(30, 31)에서 가열, 냉각시켜, 가교된 PTC 시트(34)를 제조하는 것으로, 제품의 특성을 유지하며 제품의 상온 저항, 트립전류, 두께, 외관 등을 연속 화학 가교 공정으로 구현하며, 연속적으로 가교 공정을 할 수 있어서 생산성이 높게 된다.

이축 히팅롤(30, 31)을 길이 방향으로 볼 때, PTC 시트(26)는 가열구간을 통과하면서 가교되고, 냉각구간을 통과하면서 상온으로 냉각된 후 인취된다. 이축 히팅롤(30, 31)의 회전속도와 온도 등을 변화시켜 가교 조건을 바꿀 수 있으며, PTC 시트의 인장력을 변화시켜 가교된 PTC 시트(32)의 외관과 두께를 제어할 수 있다.

또한, 이축 히팅롤(30, 31) 사이의 간격을 조절함으로써 가교된 PTC 시트(32)의 두께를 조절할 수 있으며, 이축 히팅롤(30, 31)을 거쳐서 나온 가교된 PTC 시트(32)를 인취할 때 장력을 조절하여 두께를 조절할 수 있다.

한편, PTC 특성을 갖는 과전류 차단용 폴리머 퓨즈(41)의 제조 방법은 PTC 조성물의 제조 공정과, PTC 시트 제조 공정과, PTC 시트 연속 가교 공정과, 펀칭공정으로 이루어지며 설명하면 다음과 같다.

먼저, PTC 조성물의 제조 공정은 결정성 고분자, 접착성 수지, 전도성 충진제, 가교 조제 및 산화 방지제를 결정성 고분자의 용융점 이상에서 트윈 스크루 압출기(11)로 컴파운딩하여 압출된 PTC 콤파운드 가락(15)을 펠렛(pellet)타이저(16)에 공급하여 PTC 조성물(17)을 제조하는 것이다.

다음 공정으로 PTC 시트(sheet) 제조 공정은 PTC 조성물의 제조 공정에서 얻은 작은 입자 형태의 PTC 조성물(17)을 PTC 콤파운드 공급기(22)에 넣어서 단일 스크루 압출기(21)로 용융 압출하여 시트 다이(23)로 출력되는 얇은 PTC 조성물 시트로 압출한 후 이 시트 양면에 전극용 금속 호일(24)을 롤 라미네이터(25)로 접착, 냉각하여 PTC 시트(26)를 제조하는 것이다. 이때 금속 호일(24)이 PTC 콤파운드 시트에 잘 접착하도록 하면서 동시에 두께가 일정하도록 하는 것이 중요하다.

한편, 본 발명에 따른 PTC 시트 연속 가교 공정은 상술한 PTC 시트 제조 공정에서 얻어진 PTC 시트(26)를 이축히팅롤(30, 31)을 거쳐서 가열, 냉각함으로써 가교된 PTC 시트(32)를 제조하는 것이다.

이축히팅롤(30, 31)은 서로 반대 방향으로 회전(counter-rotating)하며, PTC 시트(26)는 이축히팅롤(30, 31)의 가열구간에서 가교온도로 가교가 되며, 냉각구간에서는 상온으로 냉각되어 가교된 PTC 시트(32)를 제조하는 것이다.

PTC 시트(26)는 서로 다른 이축 히팅롤(30, 31)에서 교차할 수 있도록 비스듬히 감은 후 일측의 이축 히팅롤(30)을 회전하고 나와서 타측의 이축 히팅롤(31)로 들어가는 방식으로 가열 구간과 냉각구간을 거쳐서 가교된 PTC 시트(32)를 후단부에서 연속적으로 인취하는 것이다. 한편, 가교된 PTC 시트(32)를 인취하는 과정에서 장력을 조절하여 두께를 제어할 수 있다.

또한, 제품의 특성을 유지하며 제품의 상온 저항, 트립전류, 두께, 외관 등을 조절하는 것은 이축 히팅롤(30, 31)의 회전속도, 온도 등을 변화시키면서 가교 조건을 변화시킬 수 있고, 또한, PTC 시트(26)의 인장력을 변화시키면서 가교된 PTC 시트(32)의 외관과 두께 등을 조절할 수 있다. 그리고 이축 히팅롤(30, 31)간의 간격을 조절하여 가교된 PTC 시트(32)의 두께를 제어할 수 있다.

도4는 가교된 PTC 시트(32)를 펀칭 공정을 거쳐서 일정한 크기와 모양으로 펀칭하여 제작된 과전류 차단용 폴리머 퓨즈(41)의 예를 도시한 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 제조된 PTC 시트를 이축 히팅롤(30, 31)을 사용하여 가교된 PTC 시트(32)를 제조하는 것으로, 이축 히팅롤(30, 31)의 회전속도, 온도, 간격 등을 변화시키면서 가교 조건을 변화시킬 수 있고, PTC 시트의 인장력을 변화시키면서 가교된 PTC 시트(34)의 외관과 두께 등을 조절할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 과전류 차단용 피티씨 폴리머 퓨즈를 제조하기 위한 가교된 PTC 시트의 제조 공정에서, 이축히팅롤을 사용하여 제품의 특성을 유지하며 제품의 상온 저항, 트립전류, 두께, 외관 등을 연속 화학 가교 공정으로 구현하며, 이축 히팅롤의 간격, 회전 속도와 온도 등을 변화시켜 가교 조건을 바꿀 수 있으며, PTC 시트의 인장력을 변화시켜 가교된 PTC 시트의 외관과 두께를 제어할 수 있는 효과가 있다.

또한, 간단한 설비로 PTC 시트와 열원간의 접촉면을 최대로 하고, 연속적으로 가교 공정을 할 수 있어서 생산성이 높아지는 효과가 있다.

Claims (6)

1. PTC 조성물의 제조 공정과, PTC 시트를 제조하는 PTC 시트 제조 공정과, 제조된 상기 PTC 시트를 가교하는 PTC 시트 가교 공정과, 가교된 PTC 시트를 펀칭하는 펀칭공정으로 구성되는 과전류 차단용 PTC 폴리머 퓨즈를 제조하는데 있어서,

   상기 PTC 시트 가교 공정은 상기 PTC 시트를 이축히팅롤에 공급시켜 가열하고 상온으로 냉각시켜 연속적으로 가교된 PTC 시트를 제조하는 것을 특징으로 하는 과전류 차단용 피티씨 폴리머 퓨즈 제조 방법.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 이축히팅롤은 서로 반대 방향으로 회전하며 속도와 온도의 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 과전류 차단용 피티씨 폴리머 퓨즈 제조 방법.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 이축히팅롤은 전반부는 가열구간, 후반부는 냉각구간으로 구비되며 상기 가열구간이 상기 냉각구간보다 더 긴 것을 특징으로 하는 과전류 차단용 피티씨 폴리머 퓨즈 제조 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 PTC 시트는 상기 이축히팅롤에 비스듬히 공급하여 상기 이축히팅롤에 삽입하고 서로 다른 상기 이축히팅롤을 교차하면서 나선형으로 회전하여 상기 PTC 시트의 양면이 가교되는 것을 특징으로 하는 과전류 차단용 피티씨 폴리머 퓨즈 제조방법.
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