KR100464718B1 - 발열섬유재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄력성 발열 제품에서 기존의 탄소섬유를 발열재로 사용한 발열섬유재 이외의 전기저항치수를 용도에 맞추어 임의 조절이 가능하게 하고 발열섬유재에 전류가 통과할 때 열방사효율을 높여주는 특징과 가격이 저렴한 광물질 섬유표면에 액상으로 된 탄소 콜로이드 용액을 코팅시켜 경제성도 함께 보강한 탄력성 발열제품의 발열섬유재 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

Description

발열섬유재 및 그 제조방법{The method for manufacturing of heating fiber}

본 발명은 발열제품의 발열섬유재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 전기매트, 전기장판, 전기담요, 온열치료기기, 건축난방용 바닥이나 벽면, 결빙방지를 위한 도로, 운동장, 골프장 등에 사용되는 광물질 섬유 (유리섬유, 바잘트 섬유 등의 실, 천, 부직포 등)의 표면에 액상으로 된 콜로이드 탄소용액을 얇은 두께로 코팅시킨 발열재품의 발열섬유재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래의 발열제품에서 발열재는 금속발열재의 사용이 많았으나 현재는 탄력성 발열섬유재의 사용이 늘어나면서 발열섬유로 일반탄소섬유를 이용하고 있다.

대한민국공개특허공보 공개번호 제2001-0091225호에는 화학중합공정에서 나일론 및 폴리에스터등의 고분자단량체와 폴리비닐알콜이 일정비율로 물에 녹아 있는 용액에 롤러를 통하여 침적시킨 후 도펀트와 산화제를 스프레이하고, 물과 아세톤으로 세척하여 전기중합공정에서 전기중합후 다시 물과 아세톤으로 세척하는 빠르고 간편하게 대량으로 발열섬유를 제조하는 방법이 기재되어 있으며, 또한 상기 언급된 것 이외의 발열재를 사용하는 발열제품용 발열섬유재가 제안되었으나,

상기와 같은 종래의 탄소섬유를 발열섬유재는 일반 탄소섬유(실, 천, 부직포 등)에 코팅된 발열탄소섬유는 전기저항이 주로 탄소섬유 형성과정의 온도와 관계가 되므로 필요한 용도에 맞추어 제품의 규격을 결정하고자 할때에 전기저항의 치수를 임의로 조절할 수 없으며, 발열섬유로 일반 탄소섬유 (실, 천, 부직포 등)를 사용했으므로 일반 탄소섬유는 전류가 섬유통과시에 섬유전체 굵기를 통과하므로 전류통과 용적이 커서 열전도율이 낮아져 열방사 효율이 낮아지고, 더욱 종래의 탄소섬유는 섬유 자체의 제조과정에서 제조비용이 높아 제품가격이 고가여서 발열제품의 발열재로 사용했을 때 원가 상승으로 경제성이 낮아지는 문제점을 가지고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자, 본 발명은 종래의 발열제품에 사용한 발열섬유재인 탄소섬유 이외의 광물질섬유에 액상으로 된 콜로이드 탄소용액을 코팅시킨 발열섬유재에 있어서 코팅의 방식을 통해서 코팅의 두께를 임의조절이 가능케하고 코팅시키는 탄소 종류를 원하는 대로 선택하여 사용할 수 있으며 얇게 코팅된 코팅두께를 통해 전류가 통과하므로 열방사 효율을 높여주는 발열제품의 발열섬유재 및 그 제조방법을 제공하는 것을 본 발명이 이루고자 하는 과제인 것이다.

도1은 본 발명의 탄소섬유(a) 및 사기 탄소섬유에 코팅된 발열섬유재 상세도(b)

도2 및 도3은 본 발명의 시트상태의 발열섬유재 및 연결상세도

<도면의 부호설명>

섬유(1), 코팅층(2), 전도성페인트(3), 발열섬유재(T)

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 발열섬유재 광물질 섬유 (유리섬유, 바잘트 섬유 등의 실, 천, 부직포 등)의 표면에 액상으로 된 콜로이드 탄소용액을 얇은 두께로 코팅시킨 발열섬유재로서 코팅공정에서 용도에 따라 탄소의 종류도 선택하여 사용할 수 있고 용도에 따른 규격에 맞추어 전기저항의 치수를 임의 변경시킬 경우, 코팅의 두께와 코팅층을 조절하여 전기저항의 치수를 정할 수 있고 광물질섬유 표면에 얇게 탄소 콜로이드 용액으로 코팅된 전도성 탄소부분을 통해 전류가 통과되므로 열방사 효율증대로 소비 전력을 절감시켜주고. 경제성 면에서는 기존의 일반탄소섬유는 제조원가가 고가이므로 저가의 광물질 섬유에 저비용으로 탄소를 코팅한 제조방법으로 제조 원가가 상대적으로 훨씬 저가로 경제적인 발열제품의 발열섬유재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

보다 구체적으로는 본 발명에 있어서 기존 탄소 섬유 이외의 발열섬유재로 일반탄소 섬유재보다 원가가 저렴한 광물질 섬유 (유리섬유, 바잘트 섬유 등의 실, 천, 부직포 형태)에 액상으로 된 콜로이드 탄소용액을 얇은 층으로 코팅시킨 코팅 방식을 통해 몇 개의 층으로 두께를 조절하여 제조하는 특징을 갖는 것이다.

본 발명의 일반탄소섬유를 이용한 발열섬유재 이외의 발열섬유재로서 전기절연이 되고 단열성 재료인 광물질 섬유 (유리섬유, 바잘트섬유 등의 실, 천, 부직포)를 기본적 탄력성 섬유재로 사용한다.

이들 섬유는 종래의 탄소 섬유와 전도성 부분을 제외한 나머지 사용목적에 적합한 특성을 갖춘 재료이다.

본 발명은 광물질 섬유 (유리섬유, 바잘트섬유 등의 실, 천, 부직포)에 액상으로 된 콜로이드 탄소용액을 얇은 층으로 코팅시켜 발열섬유재의 기능을 향상시킨 것을 특징으로 한다. 필요한 내열온도와 경제성을 고려하여 광물질 섬유(유리섬유, 바잘트 섬유 등) 종류를 선택할 수 있다. 유리섬유를 사용하는 경우에는 400℃ 이하에서 사용하고, 바잘트 섬유의 경우는 700℃ 이하에서 사용하면 된다.

상기 기술한 바와 같이 본 발명은 광물질 섬유의 표면에 액상탄소를 얇은 층으로 코팅시킨 섬유가 발열 섬유의 재료로 구성된다.

통상의 탄소섬유나 광물질섬유는 생산시 평균직경이 8 - 15 ㎛이다. 본 발명에서 광물질섬유 표면에 얇은 층으로 액상으로 된 콜로이드 탄소용액을 코팅시키는 두께는 1~3.5㎛이다.

광물질 섬유의 표면에 액상으로 된 콜로이드 탄소용액을 코팅 시킨 두께가 1~3.5㎛ 일 때 전도성 부분의 면적 (throat area)치수가 , 탄소섬유 굵기의 면적 치수와 동일하다.

면적의 증대율은 코팅두께에 비례되므로 광물질 섬유표면에 액상탄소를 코팅시킨 후 섬유의 표면적이 40%정도 (△S ~ π (D-d)) 증대된다. 도1(a)와 도1(b)의 경우와 같이 표면적이 정해지면 전기저항의 치수도 정해지며 발열재로서 도1(b)가 열방사효율이 증가된다. 광물질섬유 (유리섬유, 바잘트섬유등의 실, 천, 부직포)의 표면에 코팅재료는 액상으로 된 탄소 콜로이드 용액으로 한다. 콜로이드 용액은 증류수나 아세톤 또는 알콜을 사용하는 것이 바람직하다.

탄소콜로이드 용액의 종류는 여러종류가 있으며, 탄소분자의 비표면과 용액의 fixed residue(고체침전물)의 고유전기 저항의 차이로 분류한다.

fixed residue(고체침전물)의 비저항은 100- 2000om x m 사이에서 변화된다. 발열재에 필요한 전기저항의 치수에 맞추어 용액의 종류를 선택하면 된다. 코팅의 두께와 전기저항의 치수는 콜로이드 용액의 농도와 코팅의 층을 몇 개층으로 할 것인가를 계산하여 결정한다. 광물질 섬유 표면에 콜로이드 탄소 용액을 코팅하는 공정은 섬유를 제조하는 공정에서 윤활유 코팅 대신 콜로이드 탄소용액을 코팅시킬 수도 있고 섬유제품화된 실, 천, 부직포 등에 코팅시킬 수도 있다.

기 제조된 제품을 이용할 경우에는 광물질표면에 코팅되여 있는 윤활유 (광물질 섬유 제작시 윤활유를 섬유표면에 코팅시킴)를 제거시켜야 된다. 제거방법은 광물질 섬유종류에 따라 350℃ - 400℃정도 가열을 통해 제거시킨다.

광물질 섬유 (유리섬유, 바잘트 섬유 등의 실 , 천, 부직포)표면에 액상으로 된 탄소콜로이드 용액을 코팅시키는 방법은 다음과 같다.

-용액에 침전시키는 방식

- 용액을 스프레이 하는방식

- 용액을 붓이나 도구로 발라주는 방식

상기 코팅된 발열섬유재는 코팅후 100℃이하 온도에서 건조공정을 거친다. 건조공정에서 품질의 균일성을 위해 느린속도로 회전시켜주면서 건조시키는 것이 좋다. 또한 광물질 섬유의 표면에 탄소분자의 밀착을 위하여 100℃이하에서 1차 건조시킨 후 300℃에서 열처리한다.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예1(유리섬유)

유리섬유를 400℃ 이하로 가열된 탄소 콜로이드 용액이 내장된 탄소콜로이드탱크에 통과시켜, 코팅된 발열섬유재는 코팅시킨 다음, 건조실로 이송시켜 100℃이하 1차 건조시킨 후, 300℃에서 열처리하여 1차코팅을 완료시킨 다음, 다시 상기 탄소콜로이드탱크에 통과시켜 상기와 동일한 공정으로 2차코팅시켜, 사용자가 원하는 규격에 따라 탄소코팅층의 두께(코팅의 두께는 1회에 2㎛)와 전기저항치수로 코팅하여 발열섬유를 제조하였다.

실시예2(유리섬유)

유리섬유를 탄소 콜로이드 용액을 분무하는 탄소콜로이드분무실을 통과시켜, 유리섬유에 탄소콜로이드용액을 분무코팅시킨 다음, 건조실로 이송시켜 100℃이하 1차 건조시킨 후, 300℃에서 열처리하여 1차코팅을 완료시킨 다음, 다시 상기 탄소콜로이드분무실에 통과시켜 상기와 동일한 공정으로 2차코팅시켜, 사용자가 원하는규격에 따라 탄소코팅층의 두께(코팅의 두께는 1회에 2.5㎛)와 전기저항치수로 코팅하여 발열섬유를 제조하였다.

실시예3(바잘트섬유)

바잘트섬유를 700℃ 이하로 가열된 탄소 콜로이드 용액이 내장된 탄소콜로이드탱크에 통과시켜, 코팅된 발열섬유재는 코팅시킨 다음, 건조실로 이송시켜 100℃이하 1차 건조시킨 후, 300℃에서 열처리하여 1차코팅을 완료시킨 다음, 다시 상기 탄소콜로이드탱크에 통과시켜 상기와 동일한 공정으로 2차코팅시켜, 사용자가 원하는 규격에 따라 탄소코팅층의 두께(코팅의 두께는 1회에 3㎛)와 전기저항치수로 코팅하여 발열섬유를 제조하였다.

실시예4(바잘트섬유)

바잘트섬유의 표면에 탄소 콜로이드 용액을 상부에서 섬유가 유입되면 자동으로 분무하는 탄소콜로이드분무실을 통과시켜, 유리섬유에 탄소콜로이드용액을 분무코팅시킨 다음, 건조실로 이송시켜 100℃이하 1차 건조시킨 후, 300℃에서 열처리하여 1차코팅을 완료시킨 다음, 다시 상기 탄소콜로이드분무실에 통과시켜 상기와 동일한 공정으로 2차코팅시켜, 사용자가 원하는 규격에 따라 탄소코팅층의 두께(코팅의 두께는 1회에 2㎛)와 전기저항치수로 코팅하여 발열섬유를 제조하였다.

본 발열재를 발열제품에 사용할때 여러방식이 있으나 아래 2종류의 방식도 있다.

도2는 본 발명의 시트상 발열섬유재를 평행적으로 연결시키는 방식을 도시한 것이며, 섬유(1)표면에 코팅된 탄소 코팅층(2)으로 구성된 시트상의 발열섬유재 (T)를 시트상으로 적층시킨 다음, 상기 적층된 시트상 발열섬유재(T) 사이에 전도성페인트(3)층을 형성하여 열을 전도시키는 방법을 나타낸 것으로서, 이 방법으로 연결시킬 경우 재품에 배열되는 발열섬유재 수량의 조절을 통해 필요한 전기 저항치수를 임의로 조절하기가 용이하다.

도3은 본 발명의 시트상 발열섬유재를 연속적으로 연결시키는 방식으로, 섬유(1)표면에 코팅된 탄소 코팅층(2)으로 구성된 시트상의 발열섬유재(T)를 시트상으로 적층시킨 다음, 상기 적층된 시트상 발열섬유재(T)의 양측 일단에 또다른 발열섬유재(T)로 연결하여 열을 전도시키는 방법을 나타낸 것으로서,

이런 방법으로 연결시킬 경우 전기 저항치수를 조절하기 위하여 코팅의 두께 및 코팅층을 충분히 시험하여 조건에 맞추어야 하는 단점도 있으나 전류가 통과하면서 전자파와 자기파가 상쇄되여 전자파를 줄여주는 효과도 발생된다.

상기와 같은 본 발명은 필요한 전기저항치수를 조절하기 위하여 코팅방식에서 코팅의 층과 두께를 조절하여 전기저항치수를 정할 수 있으며, 얇은 코팅두께로 전류가 통과하므로 열방사 효율이 좋고 전력소비도 줄일수 있고, 기존 탄소 섬유를 이용한 발열섬유재는 고가이나 본제품은 저가의 광물질 섬유표면에 탄소콜로이드용액만을 코팅했으므로 원가가 저렴하여 경제성이 있는 장점이 있는 것이다.

Claims (4)

1. 발열섬유재의 제조방법에 있어서, 광물질 섬유에 액상으로 된 콜로이드 탄소용액을 얇은 층으로 코팅시켜 몇 개의 층으로 두께(코팅의 두께는 1회에 1~3.5㎛)를 조절하여 제조함을 특징으로 하는 발열섬유재의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 광물질섬유는 유리섬유이며, 상기 유리섬유를 400℃ 이하로 가열된 탄소 콜로이드 용액이 내장된 탄소콜로이드탱크에 통과시켜, 코팅된 발열섬유재는 코팅시킨 다음, 건조실로 이송시켜 100℃이하 1차 건조시킨 후, 300℃에서 열처리하여 1차코팅을 완료시킨 다음, 다시 상기 탄소콜로이드탱크에 통과시켜 상기와 동일한 공정으로 2차코팅시켜, 사용자가 원하는 규격에 따라 탄소코팅층의 두께(코팅의 두께는 1회에 1~3.5㎛)와 전기저항치수로 코팅하여 제조함을 특징으로 하는 발열섬유재의 제조방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 광물질섬유는 바잘트섬유이며, 상기 바잘트섬유의 표면에 탄소 콜로이드 용액을 분무하는 탄소콜로이드분무실을 통과시켜, 유리섬유에 탄소콜로이드용액을 분무코팅시킨 다음, 건조실로 이송시켜 100℃이하 1차 건조시킨 후, 300℃에서 열처리하여 1차코팅을 완료시킨 다음, 다시 상기 탄소콜로이드분무실에 통과시켜 상기와 동일한 공정으로 2차코팅시켜, 사용자가 원하는 규격에 따라 탄소코팅층의 두께(코팅의 두께는 1회에 1~3.5㎛)와 전기저항치수로 코팅하여제조함을 특징으로 하는 발열섬유재의 제조방법.
4. 발열섬유재에 있어서, 광물성섬유(1)표면에 1-3층 코팅의 두께는 1회에 1~3.5㎛로 다수 코팅된 탄소 코팅층(2)으로 구성되어 있음을 특징으로 하는 발열섬유재.