KR100381920B1 - 라미네이터를 이용한 정온계수 화학 가교 공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 라미네이터를 이용하여 정온계수 소자의 화학가교 공정에 관한 것으로, 상세하게는 정온계수 시트 가교 공정에서 여러 개의 롤로 구성된 라미네이터를 S자 형태로 이동하면서 전극성 호일과 접착되는 동시에 화학가교가 연속적으로 이루어지는 라미네이터를 이용한 정온계수 화학 가교 공정에 관한 것이다.

본 발명에 의하면 종래의 라미네이터와 프레스를 이용하여 각각 이루어진 정온계수 소자와 전극성 금속 호일의 접착과 화학가교 공정이 동시에 진행됨으로써 공정 단계가 감소하며 화학가교 공정을 연속적으로 수행할 수 있어서 생산량을 증대시킬 수 있으며 프레스 가교 공정보다 두께의 편차를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 라미네이터를 이용하여 정온계수 컴파운드와 전극용 금속 호일을 접착하는 동시에 화학가교 공정을 수행함으로써 연속공정이 가능하고 두께 조절의 정확성을 높일 수 있다.

Description

라미네이터를 이용한 정온계수 화학 가교 공정{Chemical crosslinking process of PTC using a laminator}

본 발명은 라미네이터를 이용하여 정온계수 소자의 화학가교 공정에 관한 것으로, 상세하게는 정온계수 시트 가교 공정에서 여러 개의 롤로 구성된 라미네이터를 S자 형태로 이동하면서 전극성 호일과 접착되는 동시에 화학가교가 연속적으로 이루어지는 라미네이터를 이용한 정온계수 화학 가교 공정에 관한 것이다.

일반적으로, 정온계수(Positive Temperature Coefficient : PTC) 특성을 갖는 고분자 재료, 즉 전도성 중합체 조성물은 이미 오래 전부터 공지되었으며, 정온 전선, 과전류 차단용 전기장치, 열센서, 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 정온계수 특성을 나타내는데, 정온계수 특성은 상온의 낮은 온도에서는 저항이 낮아 전도성을 가지지만 온도 상승에 따라 비교적 좁은 온도 영역에서 전기 저항이 급증하는 성질을 말한다.

결정성 고분자 수지와 전도성 충진제를 혼합하여 얻은 전도성 고분자 물질은 상온과 같은 낮은 온도에서는 전도성을 가지지만 수지의 용융점 부근에서는 고분자 결정이 와해되면서 수지 전체의 부피 팽창이 전도성 충진제간의 이격을 조장하여저항이 증가하는 정온계수 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 부온계수(Negative Temperature Coefficient : NTC) 현상이 발생한다.

이러한 부온계수 현상은 과전류가 인가된 상태에서 계속 높은 저항을 유지함으로써 과전류를 차단하는 회로 보호용 전기 장치에서는 치명적인 결과를 가져온다.

한편, 부온계수 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(radition 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 정온계수 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, 여러 개의 롤로 이루어진 라미네이터를 사용하여 S자 형태로 이동하면서 정온계수 콤파운드와 전극용 금속호일을 접착하는 동시에 화학가교 공정을 수행함으로써 종래의 프레스 가교 공정보다 생산성과 품질의 균일성면에서 우수한 여러 개의 라미네이터를 이용한 정온계수 화학 가교 공정을 그 목적으로 한다.

도 1은 정온계수 조성물(compound) 제조공정을 도시한 개략도.

도 2는 정온계수 시트(sheet)의 제조 공정을 도시한 개략도.

도 3은 본 발명의 라미네이터를 이용한 제조 공정을 도시한 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

11 : 트윈스크루 압출기, 12 : 고분자수지 공급기,

13 : 전도성 충진제 공급기, 14 : 가교조제 공급기

15 : 정온계수 콤파운드 가락(strand),

16 : 펠렛타이저(pelletizer), 17 : 정온계수 조성물,

21, 30 : 단일스크루 압출기, 22 : 정온계수 콤파운드 공급기,

23 : 시트다이, 24 : 금속 호일,

25 : 롤 라미네이터(roll laminator), 26 : 정온계수 시트(sheet),

31 : 라미네이터, 32 : 롤,

33 : 가교된 정온계수 시트,

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 정온계수 조성물의 제조 공정과, 정온계수 시트를 제조하는 정온계수 시트 제조 공정과, 제조된 상기 정온계수 시트를 가교하는 정온계수 시트 가교 공정과, 가교된 정온계수 시트를 펀칭하는 펀칭공정으로 이루어지는 과전류 차단용 정온계수 폴리머 퓨즈를 제조하는데 있어서, 상기 정온계수 시트 가교 공정은 상기 정온계수 시트 제조 공정에서 제조된 상기 정온계수 시트를 라미네이터를 S자 형태로 통과시켜 전극성 금속호일의 접착과 가열과 냉각함으로써 화학가교 공정을 연속적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 라미네이터는 다수 개의 상기 롤로 구비되며, 롤의 지름은 30~80㎝이며, 상기 롤로 전극성 금속호일의 접착과 가열, 냉각을 하는 것을 특징으로 하며, 라미네이터는 상기 롤의 온도를 조절하여 가열 구간과 냉각 구간을 설정하며 상기 가열구간이 상기 냉각구간 보다 더 긴 것을 특징으로 하며, 롤은 속도조절기를 사용하여 분당 회전속도를 조절하며, 상기 롤의 간격은 두께 조절기로 제어하는 것을 특징으로 한다.

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

본 발명의 정온계수 시트 연속 가교 공정에서는 여러 개의 롤로 이루어진 라미네이터를 이용하여 정온계수 시트의 양면에 전극용 금속 호일을 접착하는 동시에 화학가교 공정을 연속적으로 수행하며, 마지막으로 가교된 정온계수 시트를 적당한 크기와 모양으로 펀칭하는 공정으로 구성된다.

도 1은 정온계수 조성물(compound) 제조공정을 도시한 것으로, 구성은 트윈스크루 압출기(11)에 고분자수지 공급기(12), 전도성 충진제 공급기(13), 가교조제 공급기(14)가 구비되며 출력된 정온계수 조성물 가락(strand)(15)을 작은 입자 모양으로 만들기 위해 펠렛타이저(pelletizer)(16)에 공급시켜 정온계수 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 컴파운딩 압축하여 출력된 PCT 조성물 가락(15)을 펠렛타이저(16)에 공급하여 정온계수 조성물(17)을 제조하는 공정이다.

도 2는 정온계수 시트의 제조 공정을 도시한 것으로, 구성은 단축스크루 압출기(21), 정온계수 콤파운드 공급기(22), 시트다이(23), 금속호일(24),롤 라미네이터(25), 정온계수 시트(26)로 이루어진다.

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

도 3은 본 발명의 여러 개의 롤(32)로 구성된 라미네이터(31)를 사용하여 정온계수 시트(26)의 양면에 전극용 금속 호일을 접착하는 동시에 화학가교 공정을 연속적으로 수행하는 것을 도시한 개략도로 설명하면 다음과 같다.

단일 스크루 압출기(30)로 용융 압출하여 시트다이를 거쳐나온 정온계수 시트(26)는 적정 온도로 예열 또는 냉각된 여러 개의 롤(32)로 이루어진라미네이터(31)를 S자 형태로 이동하면서 전극성 호일과 접착되는 동시에 가열과 냉각 구간에서 화학가교가 이루어진다. 또한, 롤(32) 사이의 간격은 두께 조절기를 이용하여 적정 수준으로 조절함으로써 원하는 두께의 제품을 얻을 수 있다.

라미네이터(31)로 사용되는 각각의 롤(32)의 지름은 30~80㎝이며, 롤(32)의 갯수는 10~20개이다. 롤(32)의 매 분당 속도를(RPM) 속도조절기로 조정하여 선속을 변화시킬 수 있으며, 각각의 롤(32)에는 가열장치 또는 냉각장치가 설치되어 있어서 가열 구간과 냉각 구간으로 설정이 가능하다. 가열 구간이 냉각 구간 보다는 더 길게 설정된다.

롤의 반지름	롤의 갯수	선속	시트 체류기간
20㎝	11개	62.8 ㎝/min	15분
25㎝	11개	78.5 ㎝/min	15분
30㎝	13개	78.5 ㎝/min	20분
40㎝	11개	94.2 ㎝/min	20분

표 1은 다수의 롤(32)로 이루어진 라미네이터(31)를 사용하여 정온계수 시트(26)의 양면에 전극용 금속 호일을 접착하는 동시에 화학가교 공정을 연속적으로 실시할 때의 예를 도시한 것이다. 표 1의 롤(32)의 반지름, 롤(32)의 갯수, 선속, 시트 체류시간등의 공정 변수에 따른 라미네이터(31)의 사용 예를 나타낸다.

한편, 정온계수 특성을 갖는 과전류 차단용 폴리머 퓨즈의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.

과전류 차단용 폴리머 퓨즈를 제조하는 과정에는 정온계수 조성물의 제조 공정과, 정온계수 시트 제조 공정과, 정온계수 시트 연속 가교 공정과, 펀칭공정으로 이루어지며 설명하면 다음과 같다.

먼저, 정온계수 조성물의 제조 공정은 결정성 고분자, 접착성 수지, 전도성 충진제, 가교 조제 및 산화 방지제를 결정성 고분자의 용융점 이상에서 트윈 스크루 압출기(11)로 컴파운딩 압출하여 출력된 정온계수 콤파운드 가락(15)을 펠렛타이저(pelletizer)(16)에 공급하여 정온계수 조성물(17)을 제조하는 것이다.

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

한편, 본 발명에 따른 정온계수 시트 연속 가교 공정은 상술한 정온계수 시트 제조 공정에서 얻어진 정온계수 시트(26)를 여러 개의 롤로 이루어진 라미네이터(31)에서 S자 형태로 이동하면서 가열과 냉각을 실시함으로써 가교된 정온계수 시트(33)를 제조하는 연속적인 화학 가교 공정이다.

단일 스크루 압출기(30)로 용융 압출하여 시트 다이를 거쳐나온 정온계수 시트(26)는 적정 온도로 예열 또는 냉각된 여러 개의 롤(32)로 이루어진 라미네이터(31)를 S자 형태로 이동하면서 전극성 금속호일과 접착되는 동시에 가열과 냉각 구간에서 화학가교가 이루어 진다. 또한, 롤(32) 사이의 간격은 두께 조절기를 이용하여 적정 수준으로 조절함으로써 원하는 두께의 제품을 얻을 수 있다.

본 발명의 정온계수 시트 연속 가교 공정에서는 금속호일이 정온계수 시트(26)에 잘 접착하도록 하면서 동시에 가교가 진행되도록 하기 위해서는 온도와 시간, 압력을 적절히 조절해야 하는데 이때 공정변수는 온도, 롤(32) 사이의 간격, 선속 등이다. 롤(32) 사이의 간격을 줄이면 가해지는 압력이 증가하고, 선속을 줄이면 가교 시간이 증가하므로 이를 이용하여 적절한 압력과 가교 시간을 구현할 수 있다. 또한, 선속과 롤(32) 사이의 간격은 두께에도 영향을 미치므로 적당한 온도와 시간으로 가교를 진행시키면서 동시에 두께를 조절하는 것이 중요하다.

라미네이터(31)로 사용되는 각각의 롤(32)의 지름은 30~80㎝이며, 롤(32)의 갯수는 10~20개이다. 롤(32)의 매 분당 회전 속도를 조절할 수 있으며, 각각의 롤(32)에는 가열 또는 냉각장치가 설치되어서 가열 구간과 냉각구간으로 설정이 가능하며, 가열구간이 냉각구간보다 더 길게 설정된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 다수 개의 롤(32)로 구성된 라미네이터(31)를 사용하여 금속호일의 접착, 가열과 냉각으로 연속적으로 화학가교 공정을 동시에 실시할 수 있으며, 롤(32)의 선속과 롤(32)간의 간격, 롤(32)의 온도, 롤(32)의 지름을 변화시켜 가교된 정온계수 특성을 나타내는 가교된 정온계수 시트(33)를 제조하는 것이다.

이상과 같이, 본 발명은 종래의 라미네이터와 프레스를 이용하여 각각 이루어진 정온계수 소자와 전극성 금속 호일의 접착과 화학가교 공정이 동시에 진행됨으로써 공정 단계가 감소하며 화학가교 공정을 연속적으로 수행할 수 있어서 생산량을 증대시킬 수 있으며 프레스 가교 공정보다 두께의 편차를 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 라미네이터를 이용하여 정온계수 시트와 전극용 금속 호일을 접착하는 동시에 화학가교 공정을 연속적으로 수행함으로써 가교된 정온계수 시트를 제조하는데 두께 조절의 정확성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

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

   상기 정온계수 시트 가교 공정은 상기 정온계수 시트 제조 공정에서 제조된 상기 정온계수 시트를 라미네이터에 S자 형태로 통과시켜 전극성 금속호일의 접착과 가열과 냉각함으로써 화학가교 공정을 연속적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 라미네이터를 이용한 정온계수 화학 가교 공정.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 라미네이터는 전극성 금속호일의 접착과 가열과 냉각을 연속적으로 수행하는 10~20개의 롤로 구성되며, 상기 롤의 지름은 30~80㎝인 것을 특징으로 하는 라미네이터를 이용한 정온계수 화학 가교 공정.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 라미네이터는 그 각각의 롤에 설치된 가열장치 또는 냉각장치를 이용하여 가열구간 또는 냉각구간을 설정하며, 상기 가열구간이 상기 냉각구간 보다 더 긴 것을 특징으로 하는 라미네이터를 이용한 정온계수 화학 가교 공정.
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