KR101046988B1 - 발열시트 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발열시트 및 제조방법에 관한 것으로서; 펄프와 2가지 이상의 길이를 가지는 탄소섬유를 혼합 및 분산시켜 종이 형태로 제조하여서 이루어지는 것을 특징으로 하는 발열시트와; 펄프 97 ~ 80중량%와 2가지 이상의 길이를 가지는 탄소섬유 3 ~ 20 중량%를 교반기에 투입하여 혼합 및 분산하는 단계, 상기 혼합 및 분산된 원료용액을 종이제조기에 투입하여 두께 155㎛ 및 평량 55g/㎡인 발열시트를 제조하는 단계, 상기 발열시트의 양측에 서로 대향하도록 적어도 2개의 도전성 페이스트를 점착시켜 메인전극을 형성하는 단계, 상기 메인전극의 단부에 금속도금이 형성되는 보조전극을 연결하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 발열시트의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따르면 발열시트는 길이가 다른 핏치계 탄소섬유 및/또는 판계 탄소섬유를 사용하기 때문에 종래의 발열시트에 비해서 분산성이 우수하고 식물 펄프와도 견고한 구조를 형성하여 발열시트가 균일한 전기저항을 가지게 되어 균일한 발열효과를 얻을 수 있다.

발열시트, 탄소섬유, 펄프

Description

발열시트 및 제조방법 { heating sheet and the manufacturing method }

본 발명은 발열시트 및 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 설명하면 균일한 전기저항을 가지며 안정적인 온도특성을 유지할 수 있는 발열시트 및 그와 같은 발열시트의 제조방법에 관한 것이다.

최근 실내 마루, 원예, 침구, 건강기구, 축사 등에서는 에너지의 효율적인 사용을 위해 발열시트의 사용이 증가하고 있는 추세이다.

이와 같은 발열시트는 다양한 종류가 소개되고 있다.

예를 들어 아크로니트릴계 수지체인 합성펄프와 발열을 위한 탄소섬유로 만들어지는 종이 형태의 발열시트의 경우에는 합성펄프의 표면에 탄소섬유를 부착하는 방법으로 제조되어 발열시트의 전기 저항이 전체적으로 균일하지 않고, 해당 발열시트의 면적을 크게 할 수 없으므로 실용성에 많은 문제가 있다.

또 다른 예로 섬유표면의 적어도 일부가 접착 고형분에 의해 부분적으로 피복되어 있는 탄소섬유와 식물펄프를 이용한 탄소섬유 혼합 발열시트가 개시된 바 있으나, 상기 발열시트에서는 탄소섬유의 분산성을 고려함은 물론, 그 탄소섬유 및 식물섬유의 연관을 견고하게 하기 위해 점착 고형분을 필수적으로 함유하지만, 점착 고형분의 사용에는 한계가 있어 탄소섬유를 분산하는데 장시간이 소요되며 일정하게 재단된 각각의 탄소섬유를 분산시키더라도 서로 전기적인 연결상태가 고르지 못해 발열시트를 제조시에 불량율이 높은 단점을 갖고 있다.

또한, 이와 같은 종래의 발열시트는 전원을 투입하기 위해 설치하는 전극을 통해 전원을 투입하더라도 발열시트의 표면 발열 온도가 균일하지 못하여 발열시트 전체를 균일한 온도로 지속하는 것이 불가능하다.

특히, 전극 자체의 전기저항이 전극간에 위치하는 발열시트의 전기저항에 비해 커지게 되는 경우 전극 자체가 발열하는 결점이 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 균일한 전기저항을 가져 안정적인 온도특성을 유지할 수 있는 발열시트 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 기계적 강도가 우수하고 경제적으로 유리한 탄소섬유를 이용하여 제조되는 발열시트 및 그 제조방법을 제공하는데에도 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명은 원적외선을 발생하는 발열시트 및 그 제조방법을 제공하는데에도 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은;

펄프와 2가지 이상의 길이를 가지는 탄소섬유를 혼합 및 분산시켜 종이 형태로 제조하여서 이루어지는 것을 특징으로 하는 발열시트를 제공한다.

이때, 상기 탄소섬유는 3~ 5㎜ 길이의 탄소섬유와, 5~ 10㎜ 길이의 탄소섬유가 혼합된 상태인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 탄소섬유는 핏치계 탄소섬유, 판계 탄소섬유, 상기 핏치계 탄소섬유 및 판계 탄소섬유를 혼합한 탄소섬유 중에 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 펄프는 식물펄프인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 탄소섬유는 3 ~ 20 중량%이고, 상기 펄프는 97 ~ 80중량%인 것 을 특징으로 한다.

그리고, 상기 발열시트의 양측에 도전성 페이스트를 점착하여 메인전극이 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 메인전극에는 동박의 표면에 금속도금을 한 보조전극이 더 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은; 펄프 97 ~ 80중량%와 2가지 이상의 길이를 가지는 탄소섬유 3 ~ 20 중량%를 교반기에 투입하여 혼합 및 분산하는 단계; 상기 혼합 및 분산된 원료용액을 종이제조기에 투입하여 두께 155㎛ 및 평량 55g/㎡인 발열시트를 제조하는 단계; 상기 발열시트의 양측에 서로 대향하도록 적어도 2개의 도전성 페이스트를 점착시켜 메인전극을 형성하는 단계; 상기 메인전극의 단부에 금속도금이 형성되는 보조전극을 연결하는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 발열시트의 제조방법도 제공한다.

본 발명에 따른 발열시트는 길이가 다른 핏치계 탄소섬유 및/또는 판계 탄소섬유를 사용하기 때문에 종래의 발열시트에 비해서 분산성이 우수하고 식물 펄프와도 견고한 구조를 형성하여 발열시트가 균일한 전기저항을 가지게 되어 균일한 발열효과를 얻을 수 있다.

그리고, 발열시트의 면적을 크게 하거나 또는 모양을 변형시키더라도 극히 안정된 온도특성을 얻을 수 있으며, 접착제 등을 사용하지 않더라도 종이의 강도를 증대시키는 것이 가능하다.

아울러, 탄소섬유의 분산성이 특히 우수하기 때문에 종래 일반적인 발열시트보다 적은 전기량으로 높은 발열 온도를 얻을 수 있게 되어, 동일한 온도의 발열효과를 위해서 전력 소모량을 감소시킴은 물론 탄소섬유의 함유비율이 소량이라도 각각의 탄소섬유가 전기적으로 끊어지지 않고 서로 전기적인 연결상태를 유지하게 되어 제조 불량율이 현저히 적어지는 장점도 있다.

또한, 제조에 있어서 분산시간을 단축할 수 있고, 발열시트가 발열하면서 파장 5 ~ 20㎛의 적외선을 방사하는 효과도 얻을 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 발열시트 및 제조방법을 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

이때, 도 1은 본 발명에 따른 발열시트를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 발열시트의 단면을 도시한 도면이다.

이에 의하면, 본 발명에 따른 발열시트(100)는 탄소섬유(110)와 펄프(120)를 혼합하여 종이 형태로 제조하며, 전원을 투입하기 위해 메인전극(130)과 보조전극(140)을 더 형성하여서 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 발열시트의 각각의 구성을 좀 더 구체적으로 설명한다.

먼저, 상기 탄소섬유(110)는 3 ~ 5㎜ 길이의 탄소섬유와, 5 ~ 10㎜ 길이의 섬유가 혼합된 상태의 것을 사용한다.

특히, 상기 탄소섬유(110)는 적어도 2종류 이상의 다른 길이를 가지는 핏치(pitch)계 탄소섬유를 사용하거나, 적어도 2종류 이상의 다른 길이를 가지는 판(pan)계 탄소섬유를 사용하거나, 또는 상기 핏치(pitch)계 탄소섬유 및 판(pan)계 탄소섬유를 혼합한 상태의 것을 사용한다.

이때, 상기 탄소섬유(110)는 바람직하게는 그 길이가 3.5 ~ 4.5㎜인 것과, 6 ~ 9㎜인 것을 사용한다.

이 경우, 상기 탄소섬유(110)는 길이가 일정한 탄소섬유 1종만을 사용하는 경우에는 탄소섬유(110)를 발열시트(100)를 제조시에 균일하게 분산시키기 어렵고 탄소섬유(110)를 균일하게 분산시키기 위해 장시간 뒤섞어야 하고 각각의 탄소섬유가 끊어져 안정한 전기저항 및 온도특성을 얻지 못하며 섬유사이의 연관이 약하게 되어 강도에도 결점이 발생하게 된다.

또한, 상기 탄소섬유(110)는 3㎜미만의 길이의 것을 사용하는 경우 전기저항 및 온도특성이 불안정하게 되고, 탄소섬유(110)의 길이가 10㎜이상인 경우에는 단부와 단부 사이의 길이에 의한 저항 불균등 및 발열온도 불균형을 유발하여 전체 발열 시트의 온도 특성상 불균등을 유발하게 된다.

물론, 상기 핏치계 탄소섬유 또는 판계 탄소 섬유는 안정감이 있는 것으로, 200 ~ 800㎏/㎜ 정도의 고탄성 탄소섬유를 사용하며, 특히 핏치계 탄소섬유 등을 권장하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 펄프(120)는 식물펄프로서 침엽수 광엽수등의 목재, 면, 황마, 아마, 대마, 볏짚, 대나무를 사용하며, 적어도 한가지 이상을 혼합한 상태의 것을 사용함도 바람직하며, 상기 식물펄프에 합성펄프를 혼합해서 사용함도 바람직하다.

이와 같은 본 발명에 따른 발열시트(100)는 탄소섬유(110) 3 ~ 20 중량%과, 펄프(120) 97 ~ 80중량%를 혼합하며, 상기 탄소섬유(110)와 식물 펄프(120)를 이용하여 제조하는 경우 두께는 150㎛이하로 하고, 평량은 55g/㎡ 이하로 제조하게 된다.

이때, 상기 탄소섬유(110)는 3중량% 미만인 경우 전기저항이 높게 되어 원하는 정도의 발열온도를 얻을 수 없고, 20중량%를 넘는 경우 분산율이 나빠져서 안정적인 전기저항및 온도 특성을 얻지 못하므로 앞서 기술한 범위 내의 함유비율로 할 필요가 있다.

그리고, 상기 펄프(120)가 97중량% 이상인 경우 탄소섬유의 밀도가 낮아 탄소섬유와 탄소섬유간의 이격이 커 전기저항이 커지는 현상이 나타나게 되고, 80중량% 미만인 경우에는 탄소섬유의 밀도가 높아 부분적으로 플라즈마 가 발생하여 시트의 부분 탄화 현상이 나타나게 된다.

또한, 상기 발열시트(100)의 두께는 155㎛ 및 평량이 55g/㎡를 넘는 경우 발열시트(100) 자체가 층간 박리를 일으키고, 유연성이 결여될 우려가 있다.

따라서, 상기 발열시트(100)의 두께는 100㎛이하로 하고, 평량은 36g/㎡이하로 함이 바람직하다.

한편, 상기 발열시트(100)는 전원을 투입하기 위해 발열시트(100)의 양측에 서로 대향하도록 적어도 2개의 도전성 페이스트로 형성되는 메인전극(130)을 형성하고, 그 메인전극(130)에는 금속도금을 통한 동박으로 이루어지는 보조전극(140)을 연결하여 발열시트(100)의 발열온도를 안정화시킬 수 있다.

이때, 상기 메인전극(130)을 도전성 페이스트만 사용한 경우 메인전극(130)의 전기저항이 메인전극들의 사이에 위치하는 발열시트(100)의 전기저항보다도 작아지면 메인전극(130) 자체가 발열할 우려가 있었지만 보조전극(140)을 더 구비하여 이를 방지할 수 있다.

여기서 발열시트(100)에 적어도 2개의 메인전극(130)이 대향하고 있으며, 바람직하게는 2개소 이상임이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 발열시트(100)는 그 자체의 크기 및 모양을 다양하게 변형 실시할 수 있으며, 이 경우 될 수 있는 한 전기 저항치를 작게 설계하는 것이 가능하다.

예를 들면 장방형의 발열시트의 양끝 부근에 메인전극(130)을 형성시에 메인전극(130)간의 거리를 좁혀서 메인전극(130)간의 전기저항을 적게 하여 동일한 전 력을 소모하면서도 보다 고온의 발열 온도를 얻을 수 있다.

이때, 상기 메인전극(130)을 형성하는 도전성 페이스트는 금 페이스트, 은 페이스트, 동 페이스트, 니켈 페이스트, 알루미늄 페이스트 등이 선택적으로 사용되며, 상기 보조전극(140)은 동박의 표면에 형성되는 금속도금은 알루미늄, 구리, 니켈, 스텐레스 등이 선택적으로 사용된다.

이하, 본 발명에 따른 발열시트의 제조 과정을 상세히 설명한다.

탄소섬유(110)와 펄프(120)를 이용하여 혼합발열시트를 제조하는 경우에는, 길이가 다른 핏치계 및/또는 판계 탄소섬유(110)와 펄프(120)를 혼합 및 분산하여 소정의 두께 및 평량을 가지도록 한다.

즉, 길이가 다른 핏치계 및/또는 판계 탄소섬유(110)와 펄프(120)를 공지(公知)의 교반기(미도시됨)로 10 ~ 50분간 물에 혼합하고 분산시키게 된다.

물론, 바람직하게는 교반기로 20 ~ 30분간 회류시켜서 혼합 분산시키게 된다.

물론, 상기 탄소섬유(110)는 길이가 다른 핏치계 탄소섬유 및/또는 판계 탄소섬유와 펄프(120)를 물에 분산 시킨 후 실리콘, 파라핀, 왁스 등을 첨가하는 것도 가능하다.

이 경우 상기 교반기를 거치면서 탄소섬유(110)와 펄프(120)가 혼합 및 분산된 상태의 원료용액을 일반적으로 종이 제조시에 사용하는 공지(公知)의 그물식 종이제조기(미도시됨)에 투입하여 원하는 두께 및 평량으로 발열시트(100)를 제조하 게 된다.

그리고, 상기 발열시트(100)를 공지의 건조기(미도시됨)를 통과시키면서 건조시키게 된다.

물론, 이와 같이 제조된 발열시트(100)는 기계적 강도와 내구성 등을 향상시키기 위해 합성수지재 필름으로 피복함이 바람직하다.

한편, 건조시켜 완성되는 상기 발열시트(100)의 양측에 서로 대향하도록 적어도 2개의 도전성 페이스트를 점착시켜 메인전극(130)을 발열시트(100)에 형성한다.

그리고, 상기 메인전극(130)의 단부에 금속도금이 형성되는 보조전극(140)을 연결한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 발열시트를 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 발열시트의 단면을 도시한 도면이다.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

100: 발열시트 110: 탄소섬유

120: 펄프 130: 메인전극

140: 보조전극

Claims (8)

1. 삭제
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7. 삭제
8. 펄프 97 ~ 80중량%와, 2가지 이상의 길이를 가지는 탄소섬유 3 ~ 20 중량%를 교반기에 투입하여 혼합 및 분산하는 단계;

   상기 혼합 및 분산된 원료용액을 종이제조기에 투입하여 두께 155㎛ 및 평량 55g/㎡인 발열시트를 제조하는 단계;

   상기 발열시트의 양측에 서로 대향하도록 적어도 2개의 도전성 페이스트를 점착시켜 메인전극을 형성하는 단계;

   상기 메인전극의 단부에 금속도금이 형성되는 보조전극을 연결하는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 발열시트의 제조방법.

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