KR100783184B1 - Ａｃ 겸용 ｄｃ 발열직물의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 면 또는 혼방직물을 카본블랙에 침지하고 P.E.T 또는 우레탄 수지로 합지하여 코팅하고 직물에 일정한 저항치를 부여하여 평직 또는 능직으로 직조한 발열직물의 변조직에 전극선으로서 복수개의 석동선을 사용하여 직조한 AC 겸용 DC 발열직물의 제조방법에 관한 것으로서, PET 필름과 탄소원단을 합지하고 폴리에틸렌 용액으로 압출한 후 코팅함으로써, 직물자체가 도전성 직물이 되므로 열에너지 효율을 높이고 전력을 감소시키며 또한 원적외선을 방출하고 시공 및 취급이 용이하다.
발열직물 * 카본블랙 * 석동선
Description
도 1은 실시 예 1에서 제조한 본 발명에 의한 AC 겸용 DC 발열직물을 보여준다.
본 발명은 난방용 발열직물의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 면 또는 혼방직물에 카본블랙(carbon black ; 탄소분말)을 침지하고 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET ; Polyethyleneterephthalate)등으로 합지하여 코팅함으로서 직물에 일정한 저항치를 부여하고 평직 또는 능직으로 직조한 발열직물의 변조직에 전극선으로서 복수개의 석동선을 사용하여 직조한 AC 겸용 DC 발열직물의 제조방법에 관한 것이다.
일반적인 면상발열체는 전기 통전에 의해 발생하는 방사열을 이용하고 있어 온도조절이 용이하고 공기가 오염되지 않아 위생적이며 소음이 없기 때문에 히팅 매트, 히팅 패드, 침대 매트리스, 보온 이불이나 담요 및 아파트나 일반주택 등의 주거용 난방장치 등에 폭넓게 이용되고 있다. 또한, 사무실이나 상점 등 상업용 건 물의 난방장치, 작업장이나 창고, 막사 등의 산업용 난방장치와 각종 산업용 가열장치, 비닐 하우스와 농산물 시설재배 및 건조시스템과 같은 농업용 설비, 도로나 주차장의 눈을 녹이거나 결빙을 방지할 수 있는 각종 동결방지장치를 비롯하여 레저용, 방한용, 가전제품, 거울이나 유리의 김서림 방지장치, 건강보조용, 축산용 등에도 이용되고 있다.
상기 면상발열체의 발열원으로는 니크롬, 동니켈 합금과 같은 금속 발열선이 주로 사용되고 있으나, 이와 같은 니크롬 등의 금속 발열선들은 전기가 한 선을 통해 흐르기 때문에 어느 한 부분이라도 끊어지면 전체 발열선에 전기가 통하지 않게 되므로 발열체로서의 기능을 상실하는 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 위에 열거한 금속 발열선을 이용한 면상발열체는 발열선 부위만 발열되어지는 부분 발열방식이므로, 온도 분포가 불균일하게 형성되는 문제점이 있다. 또한 니크롬 등의 금속들은 원적외선의 방사율이 낮아 대상물체의 가열이 대류에 의해 이루어지기 때문에 복사에 의한 가열에 비해 에너지 효율이 낮으며, 원적외선의 효과를 이용할 수 없다는 문제점이 있다.
이러한 금속 발열선을 이용하는 종래 면상발열체에서의 문제점을 해결하기 위해, 니크롬 등의 금속발열선을 이용하는 대신에 탄소섬유사로 직조한 탄소섬유사 발열직물을 이용하는 방법이 제안되었다.
탄소섬유사는 원적외선 방사율이 매우 우수하기 때문에 탄소섬유사 발열직물을 이용한 면상발열체에서는 복사에 의한 가열이 가능하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있으며, 부가적으로 원적외선의 여러 가지 유용한 효과를 이용할 수 있다는 장 점이 있다.
탄소섬유사 발열직물을 이용한 원적외선 방사 면상발열체를 다양한 난방장치나 가열 시스템에 적용하기 위해서는 용도에 따라 서로 다른 발열특성을 갖는 탄소섬유사 발열직물이 요구되어지는데, 탄소섬유사 발열직물의 단위면적당 발열특성은 단위면적당 탄소섬유사의 양과 탄소섬유사 자체의 저항에 의존한다.
그러나, 탄소섬유사 발열직물에서는 탄소섬유사 경사와 위사 사이에 공간이 없는 형태로 직조되어 있기 때문에 단위면적당 탄소섬유사의 양 변화가 불가능하여 다양한 발열특성을 갖는 제품의 제조가 어려웠다. 또한 전기통전시 탄소섬유사 경사와 위사 사이의 마찰에 의한 스파크(spark)발생으로 전기적 안정성을 이루기 어려운 문제점이 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위한 노력으로 대한민국등록특허공보 제10-0491225호에는 탄소섬유사 발열직물의 종방향이나 횡방향으로 적어도 한 쌍 이상의 전극을 형성하고, 탄소섬유사 발열직물에 전기를 가하기 위해 탄소섬유사 발열직물의 일방향 양단부에 전극을 구비한 탄소섬유사 발열직물이 개시되어 있다. 상기 탄소섬유사 발열직물의 전극으로는 도전성 접착제가 도포된 동 테이프 등의 금속 접착테이프와 은전극 페이스트와 같은 도전 페이스트를 사용하고 있으나, 도전성 접착제가 도포된 동 테이프를 전극으로 구비한 탄소섬유사 발열직물로 제직한 면상발열체는 그 사용온도가 동 테이프의 도전성 접착제에 의해 제약을 받을 수 있다. 즉, 면상발열체의 온도를 동 테이프의 도전성 접착제의 녹는 점 이상으로 올리면 동 테이프가 탄소섬유사 발열직물에서 분리되어 더 이상 전극의 역할을 수행하지 못할 것이므로 면상발열체가 발열되지 않을 수 있다.
이에 본 발명자는 면 또는 혼방직물에 카본블랙을 침지하고 직물에 일정한 저항치를 부여하여 평직 또는 능직으로 직조한 발열직물의 변조직에 전극선으로서 복수개의 석동선을 사용하여 직조한 AC 겸용 DC 발열직물을 제조함으로써 상기의 종래 발열직물들의 문제를 해결하고 보다 경제적이며 친환경적인 발열직물을 제조할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 면 또는 혼방직물에 카본블랙을 침지하고 PET필름과 우레탄 수지 등으로 합지하고 코팅하여 절연작업을 함으로서 직물에 일정한 저항치를 부여하고 평직 또는 능직으로 직조한 발열직물의 변조직에 전극선으로서 복수개의 석동선을 사용하여 직조한 AC 겸용 DC 발열직물의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 면 또는 혼방직물에 카본블랙을 침지하고 PET 수지공법과 우레탄 수지 공법등으로 합지하고 코팅하여 절연작업을 함으로서 직물에 일정한 저항치를 부여하여 평직 또는 능직으로 직조한 발열직물의 변조직에 전극선으로서 복수개의 석동선을 사용하여 직조한 AC 겸용 DC 발열직물의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의한 AC 겸용 DC 발열직물의 제조방법은
1) 면 또는 혼방직물을 직조하는 단계;
2) 탄소 배합 및 밀 작업하는 단계;
3) 침지하는 단계; 및
4) 코팅하는 단계;
를 포함한다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 AC 겸용 DC 발열직물의 제조과정을 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.
1) 먼저, 면 또는 혼방직물을 직조하는 과정은 하기와 같다:
① 변조직은 전극선으로서 복수개의 석동선과 원사를 20,S/2로 연사하여 직조한다.
② 원조직은 평직 또는 능직으로 직조한다.
즉, 상기와 같이 직조하되, 원사는 면사 또는 혼방사를 20,S/2으로 연사하고 반복 8칸 다음 2칸 떼고 반복하며, 이때 위사의 밀도는 8 내지 20/in이다.
2) 탄소 배합 및 밀 작업 과정은 하기와 같다:
① 40 내지 70℃의 물을 준비한다.
② 폴리비닐알콜(PVA) 원액 20 내지 25중량%를 80℃이상의 물에 분산하여 녹인다.
③ 상기 2)의 ①과 ②에 전체 중량에 대하여 소포제 0.5 내지 3.0중량%, 분산제 1 내지 10중량% 및 카본블랙 20 내지 25중량%을 차례로 넣어 배합한 후 섬유 침투제 1 내지 10중량%를 넣는다.
④ 상기 2)의 ① 내지 ③과 밀 작업이 끝난 후 바인더 10중량%를 배합한다.
⑤ E.V.A와 함께 상기 2)의 ① 내지 ③의 밀작업을 끝난 다음 바인더 5 내지 7중량%를 넣어준다.
본 발명에서는 폴리비닐알콜(PVA)을 조성물 총 중량에 대하여 20 내지 25중량%가 바람직하며, 20중량% 미만인 경우는 접착에 대한 문제가 있고 25중량%를 초과하는 경우에는 카본블랙에 클릭이 생기는 문제가 있다.
본 발명에서 사용하는 소포제는 원료 배합시 발생하는 거품을 제거하기 위한 것으로서, 본 발명에서는 설피놀 DF-37(Surfynol DF-37)을 조성물 총 중량에 대하여 0.5 내지 3.0중량%로 사용하며, 그 함량이 0.5중량% 미만인 경우는 거품이 생기는 문제가 있고 3.0중량%를 초과하는 경우에는 전도성에 문제가 있다.
본 발명에서는 분산제로서 ULTRA-LUBE(콤파운드 윤활제)를 사용하며, 그 함량은 조성물 총 중량에 대하여 1 내지 10중량%가 바람직하며, 그 함량이 1중량% 미만인 경우 카본블랙이 분산되지 않는 문제점이 있고 10중량%를 초과하는 경우에는 저항에 지장을 주는 문제가 있다.
본 발명에서는 카본블랙으로서 케천 블랙 EC(KETJENBLACK EC)를 사용하며, 그 함량은 조성물 총 중량에 대하여 20 내지 25중량%가 바람직하며, 그 함량이 20중량% 미만인 경우는 전도체의 약화로 저항이 미달되는 문제가 있고 25중량%를 초과하는 경우에는 침지 작업에 문제가 있고 저 저항으로 인한 소비전력이 높아지는 문제점이 있다.
본 발명에서는 침투제로서 SD-100을 사용하며, 그 함량은 조성물 총 중량에 대하여 1 내지 10중량%가 바람직하며, 그 함량이 1중량% 미만인 경우는 직물에 침투가되지 않아 전도성이 떨어지는 문제점이 있고 10중량%를 초과하는 경우에는 원가 상승 요인이 발생하는 문제가 있다.
본 발명에서는 바인더로서 아크릴산-에스테르계 바인더를 사용하며, 그 함량은 조성물 총 중량에 대하여 10 내지 20중량%가 바람직하며, 그 함량이 10중량% 미만인 경우는 접착성에 문제가 있고 20중량%를 초과하는 경우에는 전도체의 저항변형과 클릭이 가는 문제가 있다.
3) 상기 과정에서 직조한 원단은 물레방아식의 롤러를 거친 후 실리콘 롤러를 거쳐서 1차, 2차 카본블랙에 침지한다. 이렇게 2차 카본블랙에 침지하는 단계를 거쳐야만 전력(W)을 맞출 수 있고 카본블랙의 접착력과 저항변화가 적으며 수명이 반영구적이다.
4) 상기 침지 작업을 마친 원단을 건조한 다음 코팅한다. 본 발명에서는 두 가지 방법으로 상기 원단을 코팅할 수 있다.
첫 번째는 PET 필름과 탄소원단을 합지하는 PET 코팅 방법이다. 이때, 0.5T의 PET 필름과 탄소 원단을 합지하면서 폴리에틸렌(PE) 용액을 300㎛으로 압출한다. 그런 다음 이번에는 반대로 0.25T의 PET 필름과 폴리에틸렌 용액을 200㎛으로 코팅하여 절연 작업한다.
두 번째는 우레탄 수지 코팅으로, 1차 우레탄 수지 필름 0.45T와 탄소 원단을 합지하여 코팅한 다음 1차 합지 코팅한 상기 원단을 0.25T 우레탄 필름과 다시 합지하여 작업한 후 절연 작업을 한다.
상기 코팅작업은 원단의 두께에 따라 필름 두께가 달라질 수 있으며, 이러한 필름 두께를 결정하는 것은 당업자가 반복 실시를 통하여 용이하게 실시할 수 있는 사항이다.
이러한 방법으로 제조된 본 발명에 의한 AC 겸용 DC 발열직물은 하기와 같은 특징을 가진다:
① 직물은 카본블랙으로 코팅 가공하여 발열하는 신소재 직물이다.
② 소비 전력이 크게 감소하여 경제적이다.
③ 원적외선을 방출한다.
④ 동절기에는 난방용으로 하절기에는 음전위(음이온)로 전환할 수 있다.
⑤ 인체에 유해한 전자파가 별도의 장치없이 발생하지 않는다.
⑥ 습시 공사(시멘트 또는 황토 몰타르)에 시공할 수 있다.
⑦ 건식 공사(장판) 밑에 바로 시공하여 필요에 따라 이동할 수 있다.
⑧ 시공이 간편하여 누구나 취급이 용이하다.
⑨ 부분난방이 가능하다.
⑩ 원하는 길이로 사용할 수 있다.
⑪ 절연, 방염, 난염 처리가 완벽하다.
⑫ 두께가 얇고 가볍다.
본 발명에 의한 AC 겸용 DC 발열직물 원단에 열가소성 우레탄 수지(Thermo Plastic poly Urethane, TPU)를 0.4 내지 0.6mm로 라미네이팅 처리하여 건식난방용, 옥매트용, 전기장판용, 침대용, 난방벽지용, 찜질기용, 음전위판 및 음이온발생기에 사용하는 TPU 매트로 제조할 수 있다.
또한 본 발명에 의한 AC 겸용 DC 발열직물을 PVC 또는 폴리에틸렌에 0.6 내지 0.8mm로 양면 접착하여 난방용 장판 등으로 제조할 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 의한 AC 겸용 DC 발열직물을 이용하여 제조한 발열 매트들은 3중 안전설계로 누전, 감전, 화재에 안전하며 전자파 발생을 억제할 수 있도록 설계된 직조시스템이다. 또한 180 내지 230W/㎡의 전력 소모로 부분난방이 가능하며, 절단, 찢어짐 등에도 고장이 발생하지 않고 훼손의 염려가 적으며 전자파 발생을 억제하는 직조시스템으로 카본(숯)에서 나오는 원적외선이 인체에 작용하여 체온 조절, 노폐물 배출 등의 효능이 우수하다.
이하, 본 발명의 내용을 실시 예에 의해 보다 상세하게 설명하기로 한다. 다만 이들 실시 예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시되는 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 이들 실시 예에 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 아니된다.
[실시 예 1]
변조직은 전극선으로서 복수개의 석동선과 면사를 20,S/2로 연사하여 직조하였다. 원조직은 평직으로 직조하였다. 면사를 20,s/2로 연사하여 반복 8칸 다음 2칸 떼고 반복하며, 이때 위사의 밀도는 8 내지 20/in이었다.
40 내지 70℃의 물 400kℓ의 물을 준비한 다음 폴리비닐알콜(PVA) 원액 20kℓ를 80℃ 이상의 물 100kℓ에 분산하여 녹였다. 상기에서 준비한 물과 PVA 혼합액에 소포제 3kg, 분산제 3kg 및 카본블랙 60kg을 차례로 넣어 배합한 후 섬유 침투제 3kg을 넣었다. 상기 혼합액의 밀 작업이 끝난 후 바인더 60kg을 배합한 다음 E.V.A와 밀작업을 끝낸 후 바인더 40kg을 넣었다.
직조한 원단은 물레방아식의 롤러를 거친 후 실리콘 롤러를 거쳐서 1차, 2차 카본블랙에 침지한 다음 0.5T의 PET필름과 탄소원단을 합지하면서 폴리에틸렌 용액을 300㎛으로 압출한 후 이번에는 반대로 0.25T의 PET 필름과 폴리에틸렌 용액을 200㎛으로 코팅하여 절연 작업함으로서 본 발명에 따른 AC 겸용 DC 발열직물을 완성하였으며 이를 도 1에 도시하였다. 도 1을 살펴보면, 본 발명에 의한 AC 겸용 DC 발열직물은 발열직물의 변조직에 전극선으로서 복수개의 석동선을 가지도록 직조하였으며, 이들 석동선을 통하여 전원을 공급받아 열을 발생시키고 발생된 열이 카본블랙을 통해 직물 전체로 전도되는 구조를 가진다.
[시험 예 1] 전기 소모량 비교
본 발명에 의한 실시 예 1의 발열직물과 타제품A(전기패널), 타제품 B 및 등유의 전기 소모량을 비교 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 구분 | 실시 예 1 | 타제품A | 타제품B | 등유 | 비고 |
| 전기용량(W/㎡) | 130 | 185 | 140 | - | 10H 통전율 70% |
| 1일 소모량 | 0.9 KW | 1.3 KW | 1 KW | 0.19 ㎡ | |
| 월 소모량 | 90 KW | 129 KW | 99 KW | 19 ㎡ | |
| 난방비(원/평) | 8,100 | 11,610 | 8,910 | 11,210 | |
| 단가지수(%) | 100 | 143 | 110 | 138 |
상기 표 1의 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명에 의한 실시 예 1의 발열직물이 시판되고 있는 타제품과 비교하여 전기용량, 전력 소모량 및 난방비 측면에서 경제적임을 확인할 수 있었다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 면 또는 혼방직물에 카본블랙을 침지하고 직물에 일정한 저항치를 부여하여 원단을 평직 또는 능직으로 직조한 발열직물의 변조직에 전극선으로서 복수개의 석동선을 사용하여 직조함으로써 종래의 면상발열체와 탄소섬유사 발열직물의 장점을 모두 가지면서 이들의 단점을 극복한 새로운 AC 겸용 DC 발열직물을 제조할 수 있었다. 또한 본 발명에 의한 발열직물은 PET 필름과 탄소원단을 합지하고 폴리에틸렌 용액으로 압출한 후 코팅함으로서 면 또는 혼방직물의 전체적인 도포로 인해 직물자체가 도전성 직물이 되므로 열에너지효율이 높으며 원적외선의 방출로 인해 실내공기에 많은 도움을 줄 수 있다.
Claims (2)
- 삭제
- 1) 면 또는 혼방직물을 직조하는 단계;2) 하기 단계들을 포함하는 탄소 배합 및 밀 작업하는 단계;① 40 내지 70℃의 물을 준비하는 단계;② 폴리비닐알콜(PVA) 원액 20 내지 25중량%를 80℃이상의 물에 분산하여 녹이는 단계;③ 상기 2)의 ①과 ②에 전체 중량에 대하여 소포제 0.5 내지 3.0중량%, 분산제 1 내지 10중량% 및 카본블랙 20 내지 25중량%을 차례로 넣어 배합한 후 섬유 침투제 1 내지 10중량%를 넣는 단계;④ 상기 2)의 ① 내지 ③과 밀 작업이 끝난 후 바인더 10중량%를 배합하는 단계; 및⑤ E.V.A와 함께 상기 2)의 ① 내지 ③의 밀 작업을 끝난 다음 바인더 5 내지 7중량%를 넣어주는 단계;3) 직조한 원단을 카본블랙에 침지하여 물레방아식의 롤러를 거친 후 실리콘 롤러를 거쳐서 1차, 2차 카본블랙에 침지하는 단계; 및4) 코팅하는 단계;를 포함하여 직조한 것을 특징으로 하는, AC 겸용 DC 발열직물의 제조방법.
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