KR100695339B1 - 운모 면상발열체의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 면상발열체에 관련되는 것으로서 보다 구체적으로는, 합성운모 분말 60~70 중량부와 카본분말 또는 카본극쇄사 5~7 중량부 그리고 페놀계수지 20~30 중량부를 혼합하여 판상으로 성형하는 라미네이팅단계와; 판상으로 성형된 비 건조상태의 성형물을 프레스에 놓고 압착하는 1차프레싱단계와; 상기 프레싱단계를 거친 성형물의 상하 어느 일면 좌우 양단부에 은을 도포하여 전극부를 형성하는 도장단계와; 은이 도포된 전극부 상면에 동선을 이용하여 그물망 구조로 편직된 그물망리드를 부착하는 리드결합단계와; 합성운모 분말 60~70 중량부와 페놀계수지 20~30 중량부를 혼합하여 제조된 비 건조상태의 절연판으로 상기 리드결합단계까지 거친 성형물의 상하면을 덮고 프레스로 압착하는 2차프레싱단계;로 구성됨을 특징으로 하는 운모 면상발열체를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 라미네이팅단계, 1차프레싱단계, 도장단계, 리드결합단계 및 2차프레싱단계를 주요한 구성으로 하여 얇은 판상의 운모 면상발열체를 제공하고자 하는 것이다.

운모, 면상발열체, 그물망리드, 카본, 페놀계수지, 고온발열, 프레싱

Description

운모 면상발열체의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF MICA PLATE-TYPE HEATING ELEMENT}

도1 - 본 발명에 따른 운모 면상발열체의 일 실시예를 보여주는 평면도.

도2 - 본 발명에 따른 운모 면상발열체에 대한 부분단면도.

<도면에 사용된 주요부호에 대한 설명>

100 : 발열원 110 : 기재

120 : 은 전극 130 : 그물망리드

200 : 절연판

본 발명은 면상발열체에 관한 것으로서 특히 운모와 카본 및 페놀계수지를 주성분으로 하여 얇은 판상으로 제조되는 운모 면상발열체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

현재 다수의 면상발열체가 사용되며 이러한 면상발열체로는 PET( Polyethylene Terephthalate)에 카본을 스크린한 형태이거나 에폭시(Epoxy)수지를 함유한 Glass Fiber(유리섬유)에 카본페이퍼를 부착하여 프레스한 것으로서, 이러 한 종래기술들은 전기장판이나 액자형 난로와 같은 형태로 제품화되고 있으나, 대부분 온도범위가 제한되어 100℃ 이상의 열을 낼 수 있는 제품은 한정되어 있다. 고온을 내기 위해 제안된 기술로서 운모판에 열선이나 금속판을 부착시켜 고온을 형성하게 하고 있으나, 인입 전력량은 많은데 비하여 열선이나 금속판의 국부 발열로 전체 면적에 대해 고온으로 유지하는데 어려움이 있어 다리미와 같은 면적부가 작은 제품에 제한적으로 사용되고 있다. 즉, 운모판과 열선 등을 사용한 종래의 대면적을 가지는 발열제품에서는 소비전력량이 과다하여 상용화하기에는 무리가 있는 실정이다.

한편, 특허출원되어 공지된 종래기술로서 특허출원번호 1995-022249호의 "원적외선 방사 발열체"가 있으며, 이것은 점토와 고온에서 원적외선 방출이 이루어지는 원석분말체와, 내열성이 좋고 발열량이 많은 카본 분말체가 물로 혼합되어 교반된 후 성형되어 고온에서 구워지는 원적외선 방사 발열체이며, 상기 원석분말체로는 운모석, 맥반석,새로나 광석, 보령 쥐티석을 사용하도록 하는 기술이다.

상기 종래기술에서는 물을 사용하여 혼합하므로 건조시간도 많이 소요되고 400~900℃의 고온에서 구워내므로 건조과정에서 건조로 전체의 온도가 일정하게 유지되지 않을 경우에는 카본이 열적 변화에 따라 이동하게 되어 건조 후 전류가 인가 되었을 때 면적당 저항값에 차이가 발생하여 경시 변화에 따라 특정부위에 열이 집중적으로 발생하여 심한 온도편차를 나타내며, 고온을 형성함에 따라 카본이 쉽게 산화됨으로서 제품의 내구성에 심각한 문제점을 나타내게 된다. 즉, 카본의 분포도는 면상발열체의 내구성을 좌우하는 중요한 인자가 되므로 카본을 골고루 분 포되게 제조하는 것이 무엇보다 중요하게 되는 것이다.

그리고 종래의 기술에서는 과전류가 흐르는 경우 자체적인 제어가 이루어지 지 않으며 따라서 과전류로 인하여 형성되는 주울열의 상승으로 카본의 손상 및 화재의 위험이 있었다.

한편, 시판되고 있는 면상발열체들은 합성수지로 된 절연체로서 발열체를 감싸며 발열체도 두께가 비교적 두꺼우므로 고온이 형성되는 경우 절연체가 발열체와 이격되고 이로 인해 변형이 유발되어 외부 공기가 내부로 유입되는 현상이 발생되어 발열체의 급격한 산화를 초래하고 성능저하를 가져오게 되는 문제점도 있었다.

따라서 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 운모성분과 카본성분을 혼합함에 있어 물을 사용치않고 페놀계수지를 사용하므로서 건조시간을 단축시키며 고온에서도 안정화될 수 있도록 하고, 카본성분이 전체에 걸쳐 고루 분산될 수 있도록 하기 위해 고온,고압의 프레스로 압착하여 발열원의 두께를 최소화하여 전면적에 걸쳐 저항값이 일정한 운모 면상발열체의 제조방법을 제공하고자 한다.

그리고 본 발명에서는 합성운모,카본 및 페놀계수지로 형성되는 기재의 전극부로서 은을 사용함으로써 발열원이 하나의 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자로서 기능토록 하여 과전류가 유입되는 경우 저항치가 급격하게 증가되어 전류의 흐름을 제어하도록 함으로서 안정적이고 내구성이 높은 운모 면상발열체의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 고온에서도 구조적으로 안정한 면상발열체를 제공하기 위해 발열원의 두께를 얇게함과 동시에 열에 안정하도록 합성운모와 페놀계수지로 제조되는 절연판으로 발열원을 밀폐시키도록 하는 운모 면상발열체의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 합성운모 분말 60~70 중량부와 카본분말 또는 카본극쇄사 5~7 중량부 그리고 페놀계수지 20~30 중량부를 혼합하여 판상으로 성형하는 라미네이팅단계와; 판상으로 성형된 비 건조상태의 성형물을 프레스에 놓고 압착하는 1차프레싱단계와; 상기 프레싱단계를 거친 성형물의 상하 어느 일면 좌우 양단부에 은을 도포하여 전극부를 형성하는 도장단계와; 은이 도포된 전극부 상면에 동선을 이용하여 그물망 구조로 편직된 그물망리드를 부착하는 리드결합단계와; 합성운모 분말 60~70 중량부와 페놀계수지 20~30 중량부를 혼합하여 제조된 비 건조상태의 절연판으로 상기 리드결합단계까지 거친 성형물의 상하면을 덮고 프레스로 압착하는 2차프레싱단계;로 구성됨을 특징으로 하는 운모 면상발열체의 제조방법에 관한 것이다.

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그리고 상기 1차프레싱단계는 압력이 1,800톤이고 온도는 500~600℃인 프레스에서 압착함을 특징으로 하며, 더 나아가 상기 1차프레싱단계 후의 성형물을 30~40℃의 숙성실에서 숙성시킨 후 재단하는 단계를 더 포함하게 됨을 특징으로 하는 운모 면상발열체의 제조방법에 관한 것이다.

이하 본 발명에 관해 보다 구체적으로 설명하기로 하며, 첨부되는 도1은 본 발명에 따른 운모 면상발열체의 일 실시예를 보여주는 것이고, 먼저 운모 면상발열체에 관해 설명하기로 한다.

상기 운모 면상발열체는 발열원(100)과 절연판(200)을 큰 구성요소로 하며, 상기 발열원(100)은 기재(110)와 은 전극(120) 그리고 그물망리드(130)로 이루어진다. 상기 기재(110)는 얇은 판상의 형태를 가지며 합성운모 분말과 페놀계수지 및 카본 분말 혹은 카본극쇄사를 혼합하여 제조된 것이며, 상기 기재(110)는 고온,고압의 프레스를 이용하여 얇게 압착되어 성형되며, 바람직한 기재(110)의 두께는 0.1 ~ 0.3mm로 함이 적합하다. 이처럼 기재의 두께를 얇게 하는 것은 카본분말(혹은 카본극쇄사)이 전면적에 걸쳐 골고루 분산될 수 있도록 하기 위함이며, 또한 가능한 얇게 제조됨으로써 고온하에서 열적변화에 안정하도록 하기 위함이다. 기재의 두께를 0.1~0.3mm로 한정한 것은 0.1mm 미만으로 제조하는데에는 기술적인 어려움이 있기 때문이고, 0.3mm를 초과하는 경우에는 지적한 특성을 충분히 달성하는데에 한계가 있기 때문이다.

본 발명에서 상기 페놀계수지는 합성운모 분말과 카본을 결합되게 하는 접합 제 역할을 하는 것으로서 특히, 페놀계수지는 고온에서도 안정한 특성을 가지는 바, 본 발명이 달성하고자 하는 고온발열을 위한 면상발열체에 가장 적합한 수지가 될 수 있다.

이어서 상기 기재(100)의 좌우 양단부에 은 전극(120)이 형성되며, 상기 은 전극은 은(순도:99.9999%) 성분을 기재의 상면에 도포하는 것으로 은 전극이 구비된다. 기재의 크기에 따라 달라질 수 있지만, 은 전극의 폭은 5~10mm 범위로 형성시키도록 함이 경제적이다.

그리고 상기 은 전극(120) 상면에는 그물망리드(130)가 설치되는데 상기 그물망리드를 통하여 전기가 공급되어 은 전극을 거쳐 기재로 전류가 흐르게 된다. 상기 그물망리드(130)는 동선을 사용하여 판상으로 편직된 것이며, 바람직한 동선의 직경은 0.05mm로 하고 20~40가닥으로 편직하도록 한다. 상기 그물망리드(130)를 은 전극 상면에 고정함에 있어서는 다양한 방법이 있겠으나 본 예에서는 스테플러로 듬성듬성 찍어 그물망리드가 은 전극에서 이탈되는 것을 방지할 수 있도록 하였으며, 접촉저항으로 인한 내열성 문제를 고려하여 유동성을 갖도록 하였다.

즉, 일반적으로 금속리드를 전극에 연결함에 있어서는 코오킹 또는 납땜으로 전기적으로 접속하게 되는데 이럴 경우 금속리드가 접속될 피대상물에 손상이 발생될 수 있는 문제점이 있었으며, 높은 접촉저항으로 내열성에 문제가 생기기도 하였다. 이러한 점을 고려하여 본 발명에서는 유동성을 갖는 그물망리드를 사용하여 이러한 문제점을 방지할 수 있도록 한 것이다.

한편, 본 발명에 따른 운모 면상발열체에 있어 상기와 같은 구조로 이루어지 는 발열원은 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자 특성을 가지게 되는데 이런 특성으로 과전류가 흐르게 되더라도 특정 임계온도에 이르면 저항이 급격하게 증가되는 특성으로 전류의 흐름이 차단되어 기재에 일정한 전류가 공급될 수 있도록 하는 특징을 가지게 된다. 이같은 PTC특성을 나타내는 것은 기재의 상면에 은 전극이 형성되므로서 기재를 이루는 카본성분과 은 전극의 상호작용에 기인하게 되며, 이러한 작용관계는 당업자에게 알려진 사실이고 본 발명자가 실험을 통해 얻어 경험칙에 근거하므로 구체적인 이론에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.

이어서 절연판(200)에 대해 설명하기로 하며, 상기 절연판은 합성운모 분말과 페놀계수지를 혼합하여 판상으로 제조된 것이며, 상기 발열원의 상하면을 감싸 외부와 차단되게 발열원을 밀폐되도록 한다. 상기 절연판 역시 가급적 얇게 성형된 것을 사용하며 합성운모를 포함하므로 고온에서도 안정되어 상하 절연판이 벌어지지 않아 구조적으로 안정한 운모 면상발열체를 제공할 수 있게 된다.

상기와 같은 구성을 가지는 운모 면상발열체는 내열성(1100℃까지 견딤)이 우수하고 전기절연성도 좋으며, 매우 낮은 누기성(air-bleeding) 및 높은 빛 투과성을 가지므로 운모로부터 방출되는 원적외선 방사율이 매우 높아(93% 이상) 탁월한 성능을 가지게 되는 특성이 있다.

이하, 본 발명에 따른 운모 면상발열체의 제조방법에 관해 설명하기로 한다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 운모 면상발열체를 제조하는 방법은, 라미네이팅단계와, 1차프레싱단계, 도장단계, 리드결합단계 및 2차프레싱단계로 이루어진다.

상기 라미네이팅단계는 상술한 운모 면상발열체를 구성하는 기재를 제조하는 단계로서 합성운모와 카본 및 폐놀계수지를 혼합한 후 롤라를 이용하여 얇은 판상으로 성형하는 단계이다. 보다 구체적으로 합성운모 분말 60~70중량부에 카본분말 또는 카본극쇄사 5~7중량부 그리고 페놀계수지 20~30중량부를 혼합하며 가급적 얇은 판형태로 기재를 만들도록 한다. 상기 라미네이팅단계를 통해 얻어지는 이상적인 기재의 두께는 0.4mm이하가 되도록 한다.

상기 라미네이팅단계를 완료한 후에는 1차프레싱단계가 뒤따르게 되는데, 여기에서는 프레스에서 라미네이팅단계를 통해 형성된 성형물을 압착하게 된다. 상기 라미네이팅단계를 거친 성형물은 비 건조상태이며 이것을 고온고압의 프레스에 놓고 압착 성형하게 된다. 여기서, 상기 프레스의 압력 및 온도 조건은 1800톤, 500~600℃로 하며 최소한 45분 유지하도록 한다. 종래기술과 달리 본 발명에서는 물을 전혀 사용치 않음으로서 1차프레싱단계를 통해 기재는 신속하게 건조되며 더욱 얇게 성형될 수 있고, 전면적에 걸쳐 카본성분이 골고루 분포되는 상태를 유지할 수 있게 된다.

바람직하게 상기 1차프레싱단계 후에 상기 기재를 30~40℃의 숙성실에서 1시간 숙성시킨 후, 일정한 크기로 재단하는 단계를 거치도록 할 수 있다. 이처럼 숙성실을 거치도록 하는 것은 고온,고압에서 성형된 성형물(기재)의 성분들이 안정화될 수 있는 충분한 시간을 제공하기 위함이며 이 단계에서 기재의 저항값을 측정하여 카본의 분산성을 확인함으로써 불량여부를 체크할 수 있다.

이어서, 상기 1차프레싱단계가 이루어진 후(또는 숙성실을 거친 후)에는 기 재의 상하 어느 일면 좌우 양단부에 은을 도포하여 전극부를 형성하는 도장단계가 수행된다. 기재에 은을 도포함으로서 전극부가 완성되고 전극부의 폭은 기재의 크기에 따라 변경을 가할 수 있다. 바람직한 전극부의 폭은 5~10mm로 하며, 상기 전극부를 형성시킨 후에는 리드결합단계가 이루어진다.

상기 리드결합단계는 은이 도포되어 형성되는 전극부 상면에 동선을 이용하여 그물망 구조로 편직된 그물망리드를 부착시키는 것이다. 상기 그물망리드를 통해 전기가 공급되어 은 전극부로 흐르고 기재를 거치면서 발열이 이루어진다. 상기 그물망리드를 형성함에 있어서는 직경이 0.05mm인 동선 20~40 가닥으로 편평하게 편직한 것을 사용하고 은 전극부에 그물망리드를 고정함에 있어서는 스테플러로 찍어 이탈되지 않을 정도로 결합하면 된다. 즉, 상기 그물망리드는 은 전극부에 대해 완전 고정된 것이 아니며 유동이 가능한 구조를 이루게 된다. 본 예에서는 스테플러를 이용하여 그물망리드를 은 전극부에 부착하였으나 이 외에도 결합제를 이용하여 부착시킬 수도 있다. 그리고 상기 그물망리드를 이루는 동선의 직경이나 가닥수는 상황에 따라 적절히 변화를 줄 수 있는 것이다.

마지막으로 2차프레싱단계가 이어지며, 본 2차프레싱단계는 절연판으로 상기 리드결합단계까지 거친 성형물의 상하면을 덮고 프레스로 압착하여 결합하는 단계이다. 상기 절연판은 합성운모 분말 60~70 중량부와 페놀계수지 20~30 중량부를 혼합하여 얇은 판상으로 제조된 것이며, 비 건조상태인 것 2장으로 리드결합단계까지 거친 성형물의 상하면을 덮고 고온,고압의 프레스로 압착하게 되는 것이다. 본 2차프레싱단계에서의 프레싱 조건은 1차프레싱단계에서와 같이 1800톤, 500~600℃ 인 프레스를 이용하며 대략 10분 정도 동안 프레싱 하도록 한다.

2차프레싱단계를 통해 최종적인 운모 면상발열체가 만들어지며 더욱 바람직하게는 2차프레싱단계 후에 운모 면상발열체를 30~40℃의 숙성실에서 약 30분 가량 두도록 함이 좋다. 2차프레싱단계 후에 숙성실을 거치도록 함은 1차프레싱단계 후에 숙성실을 거치도록 하는 이유와 크게 다르지 않다.

상술한 바와 같은 과정으로 제조되는 운모 면상발열체는 온풍기나 건조기 혹은 액자형 난로와 같은 제품에 적용될 수 있어 산업상 이용 가치가 높은 기술이다.

본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 운모 면상발열체는 종래기술에 비하여 고온에서의 안정성이 탁월하며 전면적에 걸친 고른 발열이 이루어질 수 있고 내구성도 뛰어나고 원적외선 방사량이 높아 인체에도 유익한 면상발열체가 될 수 있다는 효과를 가지며, 또한 본 운모 면상발열체는 PTC 소자의 특성을 가지게 되어 과전류 등에 안전한 운모 면상발열체가 될 수 있다는 효과도 있다.

그리고 운모 면상발열체의 제조방법에 관한 본 발명은 신속하게 운모 면상발열체의 제조가 가능하게 하며 열적안정성 등 우수한 특성을 가지는 면상발열체가 되기 위한 기초 요건인 얇은 두께로의 성형이 가능하게 한다는 효과를 가진다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 합성운모 분말 60~70 중량부와 카본분말 또는 카본극쇄사 5~7 중량부 그리고 페놀계수지 20~30 중량부를 혼합하여 판상으로 성형하는 라미네이팅단계와;

   판상으로 성형된 비 건조상태의 성형물을 프레스에 놓고 압착하는 1차프레싱단계와;

   상기 프레싱단계를 거친 성형물의 상하 어느 일면 좌우 양단부에 은을 도포하여 전극부를 형성하는 도장단계와;

   은이 도포된 전극부 상면에 동선을 이용하여 그물망 구조로 편직된 그물망리드를 부착하는 리드결합단계와;

   합성운모 분말 60~70 중량부와 페놀계수지 20~30 중량부를 혼합하여 제조된 비 건조상태의 절연판으로 상기 리드결합단계까지 거친 성형물의 상하면을 덮고 프레스로 압착하는 2차프레싱단계;로 구성됨을 특징으로 하는 운모 면상발열체의 제 조방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 1차프레싱단계는,

   압력이 1,800톤이고 온도는 500~600℃인 프레스에서 압착함을 특징으로 하는 운모 면상발열체의 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 운모 면상발열체의 제조방법은,

   1차프레싱단계 후의 성형물을 30~40℃의 숙성실에서 숙성시킨 후 재단하는 단계를 더 포함하게 됨을 특징으로 하는 운모 면상발열체의 제조방법.

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