KR101168906B1 - Constant heater using ptc-positive temperature coefficient constant heater-ink polymer - Google Patents

Constant heater using ptc-positive temperature coefficient constant heater-ink polymer Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A constant temperature heating device using PTC(Positive Temperature Coefficient) heating ink is provided to improve the stability of quality by minimizing the variation of an initial resistance after heating. CONSTITUTION: A pair of PET films(110a,110b) has heat resistance and insulation properties. A pair of metal electrodes(120a,120b) are attached to the edge of a bottom PET film with adhesives(123). An ester group nonwoven fabric(130) is received in the bottom PET film to prevent the movement of the pair of metal electrodes. The ester group nonwoven fabric prevents a crack in a boundary between the bottom PET film and the pair of the metal electrodes. A dry coated film is formed between the metal electrode and the ester group nonwoven fabric with polymer PCT heating ink(140).

Description

고분자 PTC 정온발열잉크를 이용한 정온발열체{Constant Heater Using PTC-Positive Temperature Coefficient Constant Heater-ink Polymer}Constant Heater Using PTC-Positive Temperature Coefficient Constant Heater-ink Polymer}

본 발명은 난방용 필름타입의 정온발열체에 관한 것으로, 특히 자기온도제어특성을 갖는 고분자 PTC 정온발열잉크를 이용한 정온발열체에 관한 것이다.
The present invention relates to a constant temperature heating element of a film type for heating, and more particularly, to a constant temperature heating element using a polymer PTC constant temperature heating ink having a self temperature control characteristic.

전 세계적으로 화석연료 등 에너지 자원의 고갈에 따른 에너지 절약형 난방용 발열소재 및 이를 이용한 발열체의 개발과 적용이 시급한 상황이며, 현재 일반 주택 및 산업 전반에 걸쳐 난방용으로 사용되고 있는 선상발열체(Wire Heater)와 면상발열체(Film Heater)는 각 발열체의 제조에 적용된 발열소재의 단점으로 인해 제품의 안전성 및 신뢰성 확보가 어려운 실정이다.There is an urgent need to develop and apply energy-saving heating heating materials and heating elements using them, due to the depletion of energy resources such as fossil fuels.Wire heaters are currently used for heating in general houses and industries. Heater (Film Heater) is a situation that is difficult to secure the safety and reliability of the product due to the disadvantages of the heating material applied to the manufacturing of each heating element.

니크롬계 및 철 니크롬계와 같은 발열소재로 제조된 선상발열체는 선상발열로 인해 열효율이 낮아 상대적으로 소비전력이 높고, 직렬연결로 인해 어느 한 곳의 회로 오픈으로 발열체 전체가 열이 나지 않는 등 유지 보수의 어려움이 있으며, 집열 등 국부과열과 같은 이상발열현상으로 발열체의 손상 및 화재의 위험성이 크고 제품의 안전성이 결여되어 있다.The linear heating elements made of heating materials such as nichrome and iron chromium are relatively low in thermal efficiency due to the linear heating and consume relatively high power, and the entire heating element is not heated due to open circuit in one place due to series connection. There is difficulty in repairing, abnormal heat generation such as local overheating such as heat collection, high risk of damaging heating element and fire, and lack of product safety.

그리고 카본계 페이스트의 인쇄공정으로 제조되는 면상발열체는 카본블랙 또는 그라파이트와 같은 전도성 입자를 저항 발열원으로 적용하고 있어 반복적인 사용으로 인해 저항값이 변화하고, 집열 등 국부과열과 같은 이상발열현상으로 발열체의 손상 및 화재의 위험성이 크고 제품의 안전성이 결여되어 있다.In addition, the planar heating element manufactured by the carbon paste printing process uses conductive particles such as carbon black or graphite as a resistive heating source, and thus the resistance value changes due to repeated use, and the heating element due to abnormal heating such as local overheating such as heat collection. There is a high risk of damage and fire and there is a lack of product safety.

특히, 선상발열체와 면상발열체의 가장 큰 문제점인 집열 등 국부과열과 같은 이상발열현상에 의한 발열체의 손상 및 화재의 발생 경로는 다음과 같다. 즉, 이상현상발생(보온, 축열, 과열)으로 축열부의 온도가 상승되면 국부과열 등의 발열체 및 마감재에 손상이 발생하여 화재발생의 원인이 되고 있다.In particular, the path of occurrence of damage to the heating element and the occurrence of fire due to abnormal heating such as local overheating such as heat collection, which is the biggest problem of the linear heating element and the planar heating element, is as follows. That is, when the temperature of the heat accumulator rises due to abnormal phenomenon (heat insulation, heat storage, overheating), damage occurs to heating elements and finishes such as local overheating, which causes fire.

현재, 난방용으로 사용되고 있는 선상발열체와 면상발열체는 이러한 발열체가 가지고 있는 이상발열현상의 위험성을 제거하기 위하여 별도의 과열방지 센서 등 온도제어 시스템을 장착하고 있다. Currently, the linear heating element and the planar heating element that are used for heating are equipped with a temperature control system such as a separate overheat prevention sensor in order to remove the risk of abnormal heating phenomenon of the heating element.

그러나 집열에 의한 국부과열과 같은 부분 고온현상으로 발생되는 발열체의 손상과 화재의 위험성을 극복하기에는 역부족인 상황이다.However, it is not enough to overcome the risk of fire damage and heating element caused by partial high temperature such as local overheating due to heat collection.

또한, 자동차공업 및 각종 전자공업의 발달에 따라 저전압에서 사용가능한 BaTiO3계 반도체 소자인 고분자 PTC(Positive Temperature Coefficient, 정온도계수)의 용도와 그 양이 날로 증가하고 있으나 대부분의 수입에 의존하고 있는 실정이다.In addition, with the development of automobile industry and various electronic industries, the use and quantity of high-temperature PTC (Positive Temperature Coefficient), a BaTiO 3- based semiconductor device that can be used at low voltage, is increasing day by day, but most depend on imports. It is true.

고분자 PTC는 결정성 고분자수지에 전도성 물질이 분산되어져 있어 상온 및 정상상태에서는 도체(저저항 상태)로 작용하지만 과부하 또는 과열과 같은 비정상적인 상태에서는 결정성 고분자의 열용융 및 미세 체적팽창에 의한 비결정화가 이루어지면서 고분자 수지와 전도성 물질간의 격자거리가 이격 되어 특정온도 이상의 범위에서 비전도성(고저항상태)으로 급격한 자발적 전이가 일어나 전자회로에 인가되는 전류를 순간적으로 차단하여 전자회로를 보호하는 기능을 가지고 있으며, 비정상 조건이 제거되고 고분자 PTC의 온도가 낮아지면 원래의 낮은 저항치로 복귀하여 회로의 정상작동이 가능하다.Polymer PTC acts as a conductor (low resistance state) at room temperature and in normal state because conductive material is dispersed in crystalline polymer resin, but in abnormal state such as overload or overheating, it is amorphous by thermal melting and micro-volume expansion of crystalline polymer. As the lattice distance between the polymer resin and the conductive material is separated, a sudden spontaneous transition occurs in a non-conductive (high resistance state) range above a certain temperature, and the current is applied to the electronic circuit. If the abnormal condition is removed and the temperature of the polymer PTC is lowered, it can return to the original low resistance value and the circuit can be operated normally.

상기한 특성을 이용하여 발열소재로 고분자 PTC를 적용하면 저온에서는 낮은 저항으로 전류를 흐르게 하여 짧은 시간 내에 발열을 할 수가 있고, 특정온도 영역에서 저항이 급격히 상승(전류 차단율 15~30%)하여 발열체에 공급되는 전기에너지에 의한 줄열(Joule's Heat)과 외부로 발산되는 열이 평형을 이루어 저전력 소모특성(기존 발열체의 70~85%)의 정온발열상태를 이루게 되며, 기존 선상발열체 및 면상발열체의 문제점인 집열 등 국부과열과 같은 이상발열현상에 의한 발열체의 손상 및 화재의 위험성을 극복 할 수 있다.By applying the polymer PTC as a heating material by using the above characteristics, it can generate heat in a short time by flowing a current with low resistance at low temperature, and the resistance rises rapidly in a specific temperature range (current cutoff rate of 15 to 30%) The balance of Joule's Heat and the heat dissipated by the electric energy supplied to the device achieves the equilibrium heating state of low power consumption characteristics (70 ~ 85% of the existing heating elements), and the problem of existing linear heating elements and planar heating elements. It can overcome the risk of fire damage and heating element caused by abnormal heating such as local overheating such as phosphorus heat collection.

그러나 상기 PTC 특성을 만족하기 위해서는 PTC 소자 제조 시 소성 온도의 범위를 넓히고 반도체의 전기 전도도를 변화시키기 위해서는 의도적으로 넣어주는 불순물인 도펀트(Dopant) 첨가량 조절에 의한 PTC 특성 향상과 상온 저항의 저저항화 등의 여러 가지 문제점 해결이 중요하다. However, in order to satisfy the PTC characteristics, the PTC characteristics are improved by controlling the amount of dopant, which is an intentionally added impurity, in order to widen the firing temperature during the manufacture of the PTC device and to change the electrical conductivity of the semiconductor. It is important to solve various problems.

한편, 본 출원인에 의해 등록된 특허 제10-1128033호(2012.03.12)에 의하면, CNT 발열잉크를 이용한 전면도포 방식의 플라스틱필름 탄소발열체 제조 방법이 제안된 바 있다. On the other hand, according to Patent No. 10-1128033 (2012.03.12) registered by the applicant, a method of manufacturing a plastic film carbon heating element of the front coating method using a CNT heating ink has been proposed.

그러나 상기 등록특허 기술은 탄소발열체를 구성하는 금속전극과 플라스틱(PET) 필름 및 금속전극과 발열소재(탄소혼합물)간의 접착력을 크게 향상시켜 전체적으로 제품의 안정성과 내구성을 높여 제품의 수명을 연장시킬 수 있는 반면에, 탄소발열체 스스로가 온도제어를 하는 자기온도제어특성을 갖지 못한다. However, the registered patent technology can greatly improve the adhesive strength between the metal electrode and the plastic (PET) film and the metal electrode and the heating material (carbon mixture) constituting the carbon heating element to increase the stability and durability of the product as a whole to extend the life of the product On the other hand, the carbon heating element itself does not have the magnetic temperature control characteristic of temperature control.

따라서 본 발명은 기 등록된 특허를 응용ㆍ개량하여 정(正)온도계수 특성을 가진 반도체 물질에 전도성 미립자인 다중벽 탄소나노튜브(MWNT)를 융합시킨 전혀 새로운 정온발열체를 제안한다.
Accordingly, the present invention proposes a completely new constant temperature heating element in which a multi-walled carbon nanotube (MWNT), which is a conductive fine particle, is fused to a semiconductor material having positive temperature coefficient characteristics by applying and improving a registered patent.

따라서 본 발명은 전술한 문제점을 극복하기 위해 고안된 것으로서, 보다 상세하게는, 고분자 정온도계수(PTC, Positive Temperature Coefficient) 회로보호소자 제조기술과 다중벽 탄소나노튜브(MWNT, Multi-Walled Carbon NanoTube)의 분산기술이 융합된 고분자 PTC 정온발열잉크를 이용한 자기온도제어 및 저전력 소모 특성의 Flexible Nano PTC 정온발열체를 갖도록 한 고분자 PTC 정온발열잉크를 이용한 정온발열체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
Therefore, the present invention is designed to overcome the above-mentioned problems, and more specifically, a positive temperature coefficient (PTC) circuit protection device manufacturing technology and multi-walled carbon nanotubes (MWNT) It is an object of the present invention to provide a constant temperature heating element using a high molecular weight PTC constant temperature heating ink which has a flexible nano PTC constant temperature heating element having a self-temperature control and low power consumption characteristics using a polymer PTC constant temperature heating ink fused with a dispersing technology.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 고분자 PTC 정온발열잉크를 이용한 정온발열체에 있어서, 상기 정온발열체는, 얇은 면상과 내열성 및 절연성을 갖고 일정한 규격으로 제작하되, 상기 정온발열체의 상ㆍ하부 커버 역할을 하는 한 쌍의 PET 필름(110a, 110b)과; 상기 하부 PET 필름(110b)의 가장자리에 매트(Matt) 처리 및 도금박막 처리된 Ni, Ag, Sn, Zn 중에서 어느 하나가 선택되어 에스테르(Ester)계 화합물이 함유된 변성우레탄계 접착제(121)와 TDI(Toluene Diisocianate)계 경화제(122)가 배합된 접착제(123)에 의해 부착되는 한 쌍의 금속전극(120a,120b)과; 상기 하부 PET 필름(110b)과 한 쌍의 금속전극(120a,120b)의 경계부분에서 발생되는 균열을 방지하고 상기 한 쌍의 금속전극의 유동을 방지하기 위해 상기 하부 PET 필름(110b) 전면에 안착되는 에스테르계 부직포(130)와; 상기 금속전극(120a,120b)과 에스테르계 부직포(130)간에 건조 도막을 형성하여 접착력을 강화시키고 전도특성과 자기온도제어특성을 갖도록 정(正)온도계수 특성을 가진 반도체 물질인 PTC 소자(141)와 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT or MWNT, Multi-walled Carbon Nanotube, 142)가 융합된 전도성 고분자 조성물과 TDI계 경화제(122)와 페록시드(Peroxide)계 가교제가 배합된 고분자 PTC 정온발열잉크(140)가 포함되는 것을 특징으로 하는 고분자 PTC 정온발열잉크를 이용한 정온발열체를 제공한다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, in a constant temperature heating element using a polymer PTC constant temperature heating ink, the constant temperature heating element is manufactured in a constant size with a thin surface and heat resistance and insulation, but the phase of the constant temperature heating element A pair of PET films 110a and 110b serving as lower covers; The modified urethane-based adhesive 121 and TDI containing an ester compound by selecting any one of Ni, Ag, Sn, and Zn having a matte treatment and a plated thin film on the edge of the lower PET film 110b. A pair of metal electrodes 120a and 120b attached by the adhesive 123 to which the (Toluene Diisocianate) -based curing agent 122 is combined; It is seated on the front surface of the lower PET film (110b) to prevent cracks generated at the boundary between the lower PET film (110b) and the pair of metal electrodes (120a, 120b) and to prevent the flow of the pair of metal electrodes. Ester-based nonwoven fabric 130 and; PTC device 141, which is a semiconductor material having a positive temperature coefficient characteristic so as to form a dry coating film between the metal electrodes (120a, 120b) and the ester-based nonwoven fabric 130 to enhance adhesion and have conductivity and magnetic temperature control characteristics ) Polymer PTC constant temperature heating ink in which conductive polymer composition fused with multi-walled carbon nanotube (MWCNT or MWNT, Multi-walled Carbon Nanotube, 142), TDI curing agent 122 and peroxide crosslinking agent It provides a constant temperature heating element using a polymer PTC constant temperature heating ink, characterized in that 140).

본 발명의 일실시 예에 의하면, 상기 고분자 PTC 정온발열잉크는, 비드밀(Bead Mill) 분산 공정을 거친 후 디졸버(dissolver)로 균일하게 교반시키되, 고분자 PTC 정온발열잉크의 밀베이스(Mill Base) 조성물 100g, 81.97wt%에 폴리에스테르계 바인더용 TDI(Toluene Diisocianate)계 가교제 10g, 8.20wt%와 폴리올레핀계 바인더용 가교제인 DCP(Dicumyl Peroxide) 2g, 1.64wt%와 자일렌(Xylene) 10g, 8.20wt%가 투입되는 것을 특징으로 한다.According to one embodiment of the present invention, the polymer PTC constant temperature heating ink, after the bead mill (Bead Mill) dispersing process is uniformly stirred with a dissolver (dissolver), but the mill base (Mill Base) of the polymer PTC constant temperature heating ink 10g, 8.20wt% of TDI (Toluene Diisocianate) crosslinking agent for polyester binder, and 100g, 81.97wt% of composition, 2g of DCP (Dicumyl Peroxide), 1.64wt% and 10g of xylene, 8.20 wt% is characterized in that the input.

본 발명의 일실시 예에 의하면, 상기 정온발열체는, 샘플 사이즈 W500mm×L250mm×T0.075mm, AC 220V인가 시 초기저항 변화율(Rate of change)은 -3.45%이고, 히팅전 저항(Resistance before heating)은 1449Ω이며, 히팅후 저항(Resistance after heating)은 1399Ω인 것을 특징으로 한다.According to one embodiment of the invention, the constant temperature heating element, the sample size W500mm × L250mm × T0.075mm, the initial resistance change rate (Rate of change) when applying AC 220V is -3.45%, Resistance before heating (Resistance before heating) Is 1449 kW, and resistance after heating is 1399 kW.

본 발명의 일실시 예에 의하면, 상기 정온발열체에 대한 트립 전류(Trip Current)는, 상기 PTC 정온발열체의 시공면적에 제한이 없도록 하기 위해 AC 220V인가 시 전열면적(Heating Area)이 0.135M2일 때 0.12A, 2.16M2에서는 1.92A, 33M2에서는 29.33A의 트립 전류(Trip Current)가 유지되는 것을 특징으로 한다.According to one embodiment of the present invention, the trip current for the constant temperature heating element (Trip Current), the heat transfer area (Heating Area) is 0.135M 2 days when AC 220V in order not to limit the construction area of the PTC constant temperature heating element time At 0.12A, 2.16M 2 At 1.92A and 33M 2 , a trip current of 29.33A is maintained.

본 발명의 일실시 예에 의하면, 상기 정온발열체에 대한 소비전력(Power Consumption)은, 상기 정온발열체의 샘플 사이즈 W500mm*L250mm*T0.075mm, AC 220V, 활성영역(Active Area) 0.125M2, 발열체 주위온도(Ambient Temp.) 17℃ 및 발열체 표면온도(Heating Temp.)가 40℃로 발열 시, 40W인 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, the power consumption for the constant temperature heating element (Power Consumption), the sample size of the constant temperature heating element W500mm * L250mm * T0.075mm, AC 220V, active area (Active Area) 0.125M 2 , heating element When the ambient temperature (Ambient Temp.) 17 ℃ and the heating element surface temperature (Heating Temp.) Is heated to 40 ℃, it is characterized in that 40W.

본 발명의 일실시 예에 의하면, 상기 정온발열체에 대한 가속 및 경시변화는, 상기 정온발열체의 샘플 사이즈 W500mm×L250mm×T0.075mm를 오븐 내에 설치한 후, 오븐 온도 80℃에서 PTC 정온발열체에 전원을 인가하여 정온발열 및 이상과열 방지를 위한 초기 저항은 상온18℃, 1.364kΩ인 것을 특징으로 한다.According to one embodiment of the present invention, the acceleration and the chronological change of the constant temperature heating element, after installing the sample size W500mm × L250mm × T0.075mm of the constant temperature heating element in an oven, the power to the PTC constant temperature heating element at the oven temperature of 80 ℃ By applying the initial resistance for constant temperature heating and abnormal overheating is characterized in that the room temperature 18 ℃, 1.364kΩ.

본 발명의 일실시 예에 의하면, 상기 정온발열체에 대한 저항 변화율은, 상기 정온발열체의 샘플 사이즈 W500mm×L250mm×T0.075mm를 오븐 내에 설치한 후, 오븐 온도를 20℃에서 150℃까지 매10℃씩 상승시킬 때마다 PTC 정온발열체의 저항변화에 따른 초기 저항은 상온 18℃, 1.283kΩ인 것을 특징으로 한다.
According to one embodiment of the present invention, the resistance change rate for the constant temperature heating element, after the sample size W500mm × L250mm × T0.075mm of the constant temperature heating element is installed in the oven, the oven temperature is 20 ℃ to 150 ℃ every 10 ℃ Each time the temperature rises, the initial resistance according to the resistance change of the PTC constant temperature heating element is 18 ° C. and 1.283 kΩ.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고분자 PTC 정온발열잉크를 이용한 정온발열체는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.Constant temperature heating element using the polymeric PTC constant temperature heating ink according to a preferred embodiment of the present invention can be expected the following effects.

본 발명에 의하면, 정(正)온도계수 특성을 가진 반도체 물질과 다중벽 탄소나노튜브 분산기술이 융합된 자기온도제어특성을 갖는 고분자 PTC 정온발열체를 구성함으로써,According to the present invention, by constructing a high-molecular PTC constant temperature heating element having a self-temperature control characteristic in which a semiconductor material having a positive temperature coefficient characteristics and a multi-wall carbon nanotube dispersion technology is fused,

(1) 다중벽 탄소나노튜브가 고도 분산된 고분자 PTC 정온발열잉크가 적용된 정온발열체는 자기온도제어특성에 의해 발열체의 손상과 이로 인한 화재의 위험성 제거하고 기존 발열체의 70~85%의 저전력 소비 특성을 가진다.(1) The thermostatic heating element to which the high-molecular weight PTC thermostatic ink with high dispersion of multi-walled carbon nanotubes is applied removes the risk of damage to the heating element and the fire caused by the self-temperature control characteristics, and the low power consumption of 70-85% of the existing heating element. Has

(2) MWCNT(or MWNT)의 적용으로 기존 탄소계 전도성 입자(카본블랙 및 그라파이트)의 고함량 충전에 따른 문제점을 해결하여 발열체의 유연성(Flexibility)을 향상시키고, 발열체의 반복적인 사용으로 인한 발열 후 초기 저항값의 변화를 최소화시켜 발열특성을 보다 균일하게 형성하여 제품에 대한 품질 안정성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
(2) The application of MWCNT (or MWNT) solves the problems caused by the high content filling of existing carbon-based conductive particles (carbon black and graphite) to improve flexibility of the heating element, and generates heat due to repeated use of the heating element. After minimizing the change in the initial resistance value, the heat generation characteristics are more uniformly formed, thereby ensuring the quality stability and reliability of the product.

도 1은 PTC 소자의 자기온도제어특성을 개략적으로 설명하기 위한 도면
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고분자 PTC 정온발열잉크를 이용한 정온발열체에 대한 정온발열체의 구성을 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고분자 PTC 정온발열잉크를 이용한 정온발열체에 대한 정온발열체의 시제품과 타 제품과의 비교 특성시험 평가 결과인 저항변화(Resistance Variation)를 나타낸 그래픽
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고분자 PTC 정온발열잉크를 이용한 정온발열체에 대한 정온발열체의 시제품과 타 제품과의 비교 특성시험 평가 결과인 트립 전류(Trip Current)를 나타낸 그래픽
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고분자 PTC 정온발열잉크를 이용한 정온발열체에 대한 정온발열체의 시제품과 타 제품과의 비교 특성시험 평가 결과인 소비전력(PowerConsumption)을 나타낸 그래픽
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고분자 PTC 정온발열잉크를 이용한 정온발열체에 대한 정온발열체의 시제품과 타 제품과의 비교 특성시험 평가 결과인 가속시험 및 경시변화시험(Acceleration Test&Aging Test)을 나타낸 그래픽
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고분자 PTC 정온발열잉크를 이용한 정온발열체에 대한 정온발열체 시제품의 온도에 따른 저항 변화 테스트(R-T Test)를 나타낸 그래픽
1 is a view for schematically explaining a magnetic temperature control characteristic of a PTC device;
Figure 2 is a view showing the configuration of a constant temperature heating element for a constant temperature heating element using a high temperature PTC PTC heating polymer according to a preferred embodiment of the present invention
Figure 3 is a graphic showing the resistance variation (Resistance Variation) as a result of the evaluation of the comparative characteristics test between the prototype of the constant temperature heating element and the other products for the constant temperature heating element using the polymer PTC constant temperature heating ink according to a preferred embodiment of the present invention
Figure 4 is a graphic showing the trip current (Trip Current) as a result of the evaluation of the comparative characteristics test between the prototype of the constant temperature heating element and the other products for the constant temperature heating element using the polymer PTC constant temperature heating ink according to a preferred embodiment of the present invention
Figure 5 is a graphic showing the power consumption (PowerConsumption) that is the result of the evaluation of the comparative characteristics test of the prototype of the constant temperature heating element and the other products for the constant temperature heating element using the polymer PTC constant temperature heating ink according to a preferred embodiment of the present invention
6 is an acceleration test and an aging test (Acceleration Test & Aging Test) that is a result of evaluating a comparative characteristic test of a prototype of a constant temperature heating element and another product for a constant temperature heating element using a polymer PTC constant temperature heating ink according to a preferred embodiment of the present invention graphic
Figure 7 is a graphic showing the resistance change test (RT Test) according to the temperature of the thermothermal element prototype for the constant temperature heating element using the polymeric PTC constant temperature heating ink according to a preferred embodiment of the present invention

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

먼저, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고분자 PTC 정온발열잉크를 이용한 정온발열체에 대한 고분자 PTC 정온발열잉크(페이스트) 제조 방법부터 상세하게 설명한다.
First, the method for preparing a polymer PTC constant temperature heating ink (paste) for a constant temperature heating element using the polymer PTC constant temperature heating ink according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.

[1] 고분자 PTC 정온발열잉크(페이스트)용 바인더 제조 방법[1] method for producing binders for polymeric PTC constant temperature heating ink (paste)

고분자 PTC 정온발열잉크(페이스트)용 바인더의 제조는, 정온발열잉크의 인쇄(코팅) 기재인 폴리에스테르계 플라스틱 필름(PET 필름) 또는 부직포와 접착력 및 인쇄성을 부여하기 위한 폴리에스테르계 바인더와 정온발열잉크에 있어 PTC 특성을 부여하기 위한 결정성 고분자로 구성된 폴리올레핀(Polyolefine)계 바인더의 혼합으로 이루어지며, 아래 표 1.의 조성으로 반응기 내에서 기계적 교반에 의해 제조된다.The manufacture of the binder for a polymeric PTC thermosetting ink (paste) is a polyester-based plastic film (PET film) or a non-woven fabric which is a printing (coating) substrate of a thermosetting ink and a polyester binder and a constant temperature for imparting adhesive force and printability. It consists of a mixture of polyolefin (Polyolefine) -based binder composed of a crystalline polymer for imparting PTC properties in the exothermic ink, it is prepared by mechanical stirring in the reactor in the composition of Table 1.

Figure 112012052277370-pat00001
Figure 112012052277370-pat00001

상기 표 1의 ①에 대한 폴리에스테르계 바인더 제조 방법은 다음과 같다.The polyester binder manufacturing method for ① of Table 1 is as follows.

폴리에스테르계 바인더는, 폴리에스테르계 플라스틱 필름(PET 필름) 또는 부직포와의 상용성과 접착력이 우수하고 내약품성, 내굴곡성 및 인쇄성(작업성)이 양호한 폴리에스테르 수지를 주성분으로 한 폴리에스테르계 바인더는 아래 표 2.의 조성으로 가열이 가능한 반응기 내에서 기계적 교반에 의해 제조된다.The polyester binder is a polyester binder mainly composed of a polyester resin having excellent compatibility and adhesion with a polyester plastic film (PET film) or a nonwoven fabric and having good chemical resistance, flexibility, and printability (workability). Is prepared by mechanical stirring in a reactor capable of heating with the composition of Table 2.

Figure 112012052277370-pat00002
Figure 112012052277370-pat00002

상기 표 1의 ②에 대한 폴리올레핀계 바인더 제조 방법은 다음과 같다.The polyolefin-based binder manufacturing method for ② of Table 1 is as follows.

폴리올레핀계 바인더는, PTC 특성을 부여하기 위하여 결정성 고분자인 폴리올레핀(Polyolefine)계 수지로서 폴리에틸렌(PE, Polyethylene), 폴리프로필렌(PP, Polypropylene) 및 에틸렌초산비닐(EVA, Ethylene Vinyl Acetate)을 아래 표 3.의 조성으로 가열이 가능한 반응기 내에서 기계적 교반에 의해 제조된다.Polyolefin binder is a polyolefin resin which is a crystalline polymer in order to impart PTC characteristics. Polyethylene (PE, Polyethylene), Polypropylene (PP, Polypropylene) and Ethylene Vinyl Acetate (EVA) It is prepared by mechanical stirring in a reactor capable of heating with a composition of 3.

Figure 112012052277370-pat00003
Figure 112012052277370-pat00003

[2] 고분자 PTC 정온발열잉크(페이스트)의 밀베이스(Mill Base) 조성물 제조 방법[2] method for preparing mill base composition of polymeric PTC thermothermal ink (paste)

다중벽 탄소나노튜브(MWCNT or MWNT, Multi-walled Carbon Nanotube) 등 전도성 미립자와 고분자 PTC 정온발열잉크(페이스트)용 바인더의 혼합 조성은 아래 표 4.와 같으며, 반응기 내에서 기계적 교반으로 밀베이스(Mill Base) 조성물이 형성되고 실온에서 24시간~48시간 동안 MWCNT or MWNT 등 전도성 미립자의 바인더로의 침윤(Wetting)시간을 가진다.The mixed composition of conductive particulates such as multi-walled carbon nanotubes (MWCNT or MWNT, Multi-walled Carbon Nanotube) and binders for high-temperature PTC heating paste (paste) is shown in Table 4. (Mill Base) The composition is formed and has a wetting time to the binder of the conductive fine particles such as MWCNT or MWNT for 24 hours to 48 hours at room temperature.

Figure 112012052277370-pat00004
Figure 112012052277370-pat00004

[3] 고분자 PTC 정온발열잉크(페이스트) 밀베이스(Mill Base) 조성물의 분산(Wet-Grinding Bead Milling) 방법[3] Wet-Grinding Bead Milling Method of Polymer PTC Constant Temperature Heating Ink (Paste) Mill Base Composition

상기 표 4.와 같은 밀베이스(Mill Base)로 혼합된 조성물은, 용기 내부에 용기 용적의 50~80%의 세라믹 비드(Ceramic Bead)와 회전축에 붙은 10매 정도의 원판(Disc)이 장착된 비드밀(Bead Mill)의 입력펌프(Feed Pump)에 의해 용기의 주입구에 보내진다. The composition mixed with the mill base as shown in Table 4. The ceramic beads of 50 to 80% of the volume of the container and about 10 discs attached to the rotating shaft are mounted in the container. It is sent to the inlet of the vessel by the feed pump of the bead mill.

보내진 밀베이스는, 원판의 회전(주속 500~800m/min)에 의한 원심력으로 비드와 밀베이스가 용기의 내벽으로 향해 튀어나가 충돌하여 다시 돌아오는 사이에 비드와 다중벽 카본나노튜브(MWNT) 등 전도성 미립자의 유동속도 차이에 의한 강력한 전단력으로 안료가 분산되면서, 용기의 분리기구(Screen 또는 Gap)에 의해 비드와 밀베이스가 분리되어 밀베이스만이 외부로 유출되고 압송펌프(Take away Pump)로 흡입되어 마감탱크로 보내어 진다. The sent mill base is a bead and a multi-walled carbon nanotube (MWNT) between the bead and the mill base protruding toward the inner wall of the container by the centrifugal force caused by the rotation of the disc (500-800 m / min circumference). As the pigment is dispersed by the strong shear force due to the difference in the flow rate of the conductive particles, the beads and the mill base are separated by the separation mechanism (Screen or Gap) of the container, so that only the mill base is discharged to the outside and is taken to the take away pump. Suction is sent to the finish tank.

이러한 공정을 통하여, 다중벽 카본나노튜브(MWNT) 등 전도성 미립자의 집합체 및 응집체를 기계적 분리에 의해 1차 입자의 상태로까지 풀어 놓는 분쇄 및 상기 분쇄된 입자가 액상 바인더로 이동하여 각 입자가 안정적으로 분산되는 과정을 갖는다.
Through this process, the pulverization of releasing aggregates and aggregates of conductive fine particles such as multi-walled carbon nanotubes (MWNT) to the state of primary particles by mechanical separation, and the pulverized particles are transferred to the liquid binder so that each particle is stable. It has a process to be distributed to.

[4] 고분자 PTC 정온발열잉크(페이스트)의 밀베이스(Mill Base) 조정(Let Down) 방법[4] Mill Base Adjustment of Polymer PTC Constant Temperature Heating Ink (Paste)

상기 비드밀(Bead Mill) 분산 공정을 거친 고분자 PTC 정온발열잉크(페이스트) 밀베이스 조성물의 조정 및 각 바인더계의 가교(Cross Linking)를 위한 조성은 표 5.와 같이 나타내었다.The composition for the adjustment of the polymeric PTC constant temperature heating ink (paste) millbase composition and the cross linking of each binder system after the bead mill dispersion process are shown in Table 5.

최량(最良)의 조정(Let Down)을 위한 조건은, 기계적 조건으로 밀베이스를 강력하게 교반하면서 조정을 위한 전색제(Vehicle, 가교제 등)를 조금씩 서서히 가하고, 조정을 위한 전색제와 밀베이스간의 온도와 점도(또는 그 어느 것의 한쪽)의 지나친 차이를 피하며, 조성적 조건으로 조정을 위한 전색제가 밀베이스와 조성적 큰 차이가 없도록 하고 혼합 용제를 사용할 때 약한 용제는 용제분이 많은 전색제상에 배분한다(단, 결합제가 희석 허용 한계를 넘는 밀베이스의 경우는 제외한다).The conditions for the best (Let Down) is a mechanical condition, while slowly stirring the mill base strongly (mechanically, a vehicle, a crosslinking agent, etc.) for adjustment, the temperature between the developer and the mill base for adjustment Avoid excessive differences in viscosity (or either one), and make sure that the compositional agent does not have a large difference in composition from the millbase, and that the weaker solvent is distributed over the solvent-rich colorant when using mixed solvents. (Except for millbases where the binder exceeds the dilution limit).

Figure 112012052277370-pat00005
Figure 112012052277370-pat00005

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고분자 PTC 정온발열잉크(페이스트)의 제조 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, a method for manufacturing a polymeric PTC thermothermal ink (paste) according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.

<실시 예 : 1><Example: 1>

(1) 고분자 PTC 정온발열잉크(페이스트)용 폴리에스테르계 바인더 제조(1) Preparation of polyester binder for polymer PTC constant temperature heating ink (paste)

먼저, 폴리비닐클로라이드(polyvinyl chloride) 50g, 5.03wt%와 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate) 50g, 5.03wt%를 아세톤(Acetone) 280g, 28.14wt%에 완전히 용해될 때까지 70℃로 가열하면서 교반하였다. First, 50 g of polyvinyl chloride, 5.03 wt% and 50 g of polyvinyl acetate, 5.03 wt% were stirred while heating to 70 ° C. until completely dissolved in 280 g of acetone and 28.14 wt%. .

다음은, 폴리에스테르(polyester) 300g, 30.15wt%를 톨루엔(Toluene) 240g, 24.12wt%와 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone) 60g, 6.03wt%의 혼합용제에 투입한 후 50℃로 유지하면서 완전히 용해될 때 까지 교반시킨다.Next, 300 g of polyester and 30.15 wt% were added to 240 g of toluene, 24.12 wt% of mixed solvent of 60 g and 6.03 wt% of methyl ethyl ketone, and then maintained at 50 ° C. completely. Stir until dissolved.

그리고, 상기 아세톤(Acetone)에 녹인 폴리비닐클로라이드(polyvinyl chloride)와 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate)의 용액 380g과 소포제 5g, 0.5wt%와 레벨링제 10g, 1.0wt%를 투입하고 완전히 혼합될 때까지 교반하여 고분자 PTC 정온발열잉크(페이스트)용 폴리에스테르계 바인더를 제조한다. 이를 표 6.에 나타내었다.Then, 380 g of a solution of polyvinyl chloride and polyvinyl acetate dissolved in acetone, 5 g, antifoaming agent, 0.5 wt%, and 10 g, 1.0 wt% of leveling agent were added and mixed until completely mixed. Agitated to prepare a polyester binder for polymer PTC constant temperature heating ink (paste). This is shown in Table 6.

Figure 112012052277370-pat00006
Figure 112012052277370-pat00006

<실시 예 : 2><Example: 2>

(2) 고분자 PTC 정온발열잉크(페이스트)용 폴리올레핀계 바인더 제조(2) Preparation of polyolefin binder for polymer PTC constant temperature heating ink (paste)

먼저, 폴리에틸렌(polyethylene) 30g, 2.84wt%와 폴리프로필렌(polypropylene) 10g, 0.95wt%와 에틸렌비닐아세테이트 코폴리머 (ethylene-vinyl acetate copolymer) 100g, 9.48wt%를 자일렌(Xylene) 900g, 85.31wt%에 100℃로 가열하면서 교반하여 완전히 용해시켜 냉각한다. First, 30 g of polyethylene, 2.84 wt%, 10 g of polypropylene, 0.95 wt%, 100 g of ethylene-vinyl acetate copolymer, 9.48 wt%, 900 g of xylene, 85.31 wt% It is stirred while heating to 100 ° C in%, completely dissolved and cooled.

다음은, 소포제 5g, 0.47wt%와 레벨링제 10g, 0.95wt%를 투입하고 완전히 혼합될 때까지 교반하여 고분자 PTC 정온발열잉크(페이스트)용 폴리올레핀계 바인더를 제조한다. 이를 표 7.에 나타내었다.Next, 5 g, 0.47 wt% of an antifoaming agent and 10 g, 0.95 wt% of a leveling agent were added thereto, and stirred until completely mixed to prepare a polyolefin-based binder for a polymer PTC constant temperature heating ink (paste). This is shown in Table 7.

Figure 112012052277370-pat00007
Figure 112012052277370-pat00007

<실시 예 : 3><Example: 3>

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 전술한 (1)폴리에스테르계 바인더 제조 및 (2)폴리올레핀계 바인더 제조를 통한 고분자 PTC 정온발열잉크(페이스트)용 바인더 제조 방법에 대하여 설명한다. Hereinafter, a method for preparing a binder for polymer PTC constant temperature heating ink (paste) through the preparation of the above-described (1) polyester binder and (2) polyolefin-based binder according to an embodiment of the present invention will be described.

상기 표 6.에서 제조된 폴리에스테르계 바인더 150g, 12.17wt%와 상기 표 7.에서 제조된 폴리올레핀계 바인더 1050g, 85.16wt%와 분산제 20g, 1.62wt%와 침강방지제 7g, 0.57wt%와 등비조절제 6g, 0.49wt%를 혼합하여 균일한 용액이 될 때까지 교반하여 고분자 PTC 정온발열잉크(페이스트)용 바인더를 제조하였다. 이를 표 8.에 나타내었다.150g, 12.17wt% of the polyester binder prepared in Table 6. 1050g, 85.16wt% and 20g, 1.62wt% and 7g, 0.57wt% of the polyolefin-based binder prepared in Table 7. 6 g and 0.49 wt% were mixed and stirred until a uniform solution was prepared, thereby preparing a binder for polymer PTC thermothermal ink (paste). This is shown in Table 8.

Figure 112012052277370-pat00008
Figure 112012052277370-pat00008

<실시 예 : 4><Example: 4>

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 고분자 PTC 정온발열잉크(페이스트)의 밀베이스(Mill Base) 조성물에 대하여 설명한다.Hereinafter, the mill base composition of the polymeric PTC constant temperature heating ink (paste) according to an embodiment of the present invention will be described.

고분자 PTC 정온발열잉크(페이스트)용 바인더 900g, 88.06wt%와 다중벽 카본나노튜브(muti-wall carbon nanotube) 10g, 0.98wt%과 아세틸렌 카본블랙(acetylene carbon black) 102g, 9.98wt%와 자일렌(Xylene) 10g, 0.98wt%의 밀베이스(Mill Base) 조성물을 디졸버(dissolver)로 교반하여 균일하게 혼합한 후 24시간~48시간 동안 다중벽 카본나노튜브(MWNT) 등 전도성 미립자의 바인더로의 침윤시간(Wetting)을 가짐으로서 고분자 PTC 정온발열잉크(페이스트)의 밀베이스(Mill Base) 조성물을 만든다. 이를 표 9.에 나타내었다. 900g, 88.06wt% of binder for polymer PTC heating ink (paste), 10g, 0.98wt% of multi-wall carbon nanotube, 102g of acetylene carbon black, 9.98wt% of xylene (Xylene) 10g, 0.98wt% Mill Base composition by stirring with a dissolver and uniformly mixed with a binder of conductive particles such as multi-walled carbon nanotubes (MWNT) for 24 hours to 48 hours By having a wetting time of the polymer PTC constant temperature heating ink (paste) to make a Mill Base (Mill Base) composition. This is shown in Table 9.

Figure 112012052277370-pat00009
Figure 112012052277370-pat00009

<실시 예 : 5><Example: 5>

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 고분자 PTC 정온발열잉크의 밀베이스(Mill Base) 조성물의 분산 공정에 대하여 설명한다.Hereinafter, the dispersion process of the mill base composition of the polymeric PTC constant temperature heating ink according to an embodiment of the present invention will be described.

먼저, 상기 표 9.의 밀베이스(Mill Base) 조성물은, 용기 내부에 용기 용적의 70%의 세라믹 비드(Ceramic Bead)와 회전축에 붙은 10매 정도의 원판(Disc)이 장착된 비드밀(Bead Mill)의 입력펌프(Feed Pump)에 의해 용기의 주입구에 보내진다. First, the Mill Base composition of Table 9. The bead mill is equipped with a ceramic bead of 70% of the container volume and about 10 discs attached to the rotating shaft inside the container. It is sent to the inlet of the vessel by the feed pump of the mill.

다음은, 상기 보내진 밀베이스(Mill Base) 조성물은, 원판의 회전(주속 700±70m/min)에 의한 원심력으로 비드(Bead)와 밀베이스(Mill Base)가 용기의 내벽으로 향해 튀어나가 충돌하여 다시 돌아오는 사이에 비드(Bead)와 다중벽 카본나노튜브(MWNT) 등 전도성 미립자의 유동속도 차이에 의한 강력한 전단력으로 안료가 분산되면서, 용기의 분리기구(Screen 또는 Gap)에 의해 비드(Bead)와 밀베이스(Mill Base)가 분리되어 밀베이스(Mill Base)만이 외부로 유출되고 압송펌프(Take away Pump)로 흡입되어 마감탱크로 보내어 진다. Next, the sent Mill Base composition, the bead (Bill) and Mill Base (Mill Base) by the centrifugal force by the rotation of the disc (circumference 700 ± 70m / min) collide with the inner wall of the container, While the pigment is dispersed with strong shear force due to the difference in the flow rate of conductive particles such as beads and multi-walled carbon nanotubes (MWNT), the beads are separated by a screen or a gap of the container. Mill base is separated and only mill base is leaked to outside and suctioned by take away pump and sent to finish tank.

이러한 공정을 통해서, 다중벽 카본나노튜브(MWNT) 등 전도성 미립자의 집합체 및 응집체를 기계적 분리에 의한 1차 입자의 상태로까지 풀어 놓는 분쇄 및 상기 분쇄된 입자가 액상 바인더로 이동하여 각 입자가 안정적으로 분산되는 과정을 갖는다.
Through this process, the pulverization of releasing aggregates and aggregates of conductive fine particles such as multi-walled carbon nanotubes (MWNT) to the state of primary particles by mechanical separation, and the pulverized particles move to a liquid binder, thereby making each particle stable. It has a process to be distributed to.

<실시 예 : 6><Example: 6>

이하, 전술한 <실시 예 1> 내지 <실시 예 5>를 통한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고분자 PTC 정온발열잉크를 이용한 정온발열체에 대한 고분자 PTC 정온발열잉크(140)의 제조 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a description will be given of a method for producing a polymeric PTC constant temperature heating ink 140 for a constant temperature heating element using the polymeric PTC constant temperature heating ink according to a preferred embodiment of the present invention through the above-described <Example 1> to <Example 5> do.

상기 비드밀(Bead Mill) 분산 공정을 거친 고분자 PTC 정온발열잉크의 밀베이스 조성물 100g, 81.97wt%에 폴리에스테르계 바인더용 TDI(Toluene Diisocianate)계 가교제 10g, 8.20wt%와 폴리올레핀계 바인더용 가교제인 DCP(Dicumyl Peroxide) 2g, 1.64wt%와 자일렌(Xylene) 10g, 8.20wt%을 투입하여 디졸버(dissolver)로 균일하게 교반하여 고분자 PTC 정온발열잉크(페이스트)를 제조하였다. 이를 표 10.에 나타내었다.10 g, 8.20 wt% of a TDI (toluene diisocianate) crosslinking agent for polyester binders and a crosslinking agent for a polyolefin binder in 100 g, 81.97 wt% of the millbase composition of the polymer PTC constant temperature heating ink which has undergone the bead mill dispersion process DCP (Dicumyl Peroxide) 2g, 1.64wt% and xylene (10g), 8.20wt% was added to uniformly stirred with a resolver (dissolver) to prepare a polymer PTC constant temperature heating ink (paste). This is shown in Table 10.

Figure 112012052277370-pat00010
Figure 112012052277370-pat00010

이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고분자 PTC 정온발열잉크를 이용한 정온발열체에 대하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, referring to FIGS. 1 to 7, a constant temperature heating element using a polymer PTC constant temperature heating ink according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.

먼저, 도 1을 참조하여, 고분자 PTC 정온발열체의 자기온도제어특성에 대하여 설명한다.First, with reference to FIG. 1, the magnetic temperature control characteristic of the polymeric PTC constant temperature heating element is demonstrated.

고분자 PTC 정온발열체는, 아래의 식(1)으로 표현되는 전체적인 내부에너지 균형에 기초하고 있다.The polymeric PTC constant temperature heating element is based on the overall internal energy balance represented by the following formula (1).

mCp(ΔT/Δt)=I2R-U(T-Ta) (1)mCp (ΔT / Δt) = I 2 RU (T-Ta) (1)

여기서 I : 전류, R : PTC 저항, Δt : 경과시간, m : PTC 질량, Cp : 열용량, ΔT : PTC 온도변화, T : PTC 온도, Ta : 주위온도, U : 열전달 계수이다.Where I: current, R: PTC resistance, Δt: elapsed time, m: PTC mass, Cp: heat capacity, ΔT: PTC temperature change, T: PTC temperature, Ta: ambient temperature, U: heat transfer coefficient.

위 식(1)에 의하면, 소자 내부에서 발생하는 열량(I2R)은 외부의 공기로 방열되는 열량 (U(T-Ta))을 제외하고는 mCp(ΔT/Δt)항으로 나타나는 양만큼의 온도가 상승된다. 이를 간략히 하기 위해 외기의 온도변화가 없는 것으로 가정하면, (ΔT/Δt)항은 0이 되고 이에 따라 위 식 (1)은 아래와 같이 표현할 수 있다.According to Equation (1), the amount of heat (I 2 R) generated inside the device is equal to the amount represented by the mCp (ΔT / Δt) term except for the heat amount U (T-Ta) radiated to the outside air. The temperature of is raised. For the sake of simplicity, assuming that there is no temperature change in the outside air, the term (ΔT / Δt) becomes 0 and accordingly, Equation (1) can be expressed as follows.

I2R=U(T-Ta) (2)I 2 R = U (T-Ta) (2)

따라서 일반적인 상태에서는 PTC 정온발열체 소자의 자기발열은 외부로 방열되며, 상대적으로 저온상태가 되는데 유입되는 전류의 양이 점점 증가되면 PTC 정온발열체 소자의 발열량이 많아지게 되며 그 온도 또한 높아질 것이다. Therefore, in the general state, the self-heating of the PTC constant temperature heating element is radiated to the outside, and the temperature becomes relatively low. When the amount of current flowing in is gradually increased, the calorific value of the PTC constant temperature heating element is increased and the temperature thereof is also increased.

그러나 이때 발생되는 열량이 상당히 크지 않다면 발열량 모두가 방열 되어 전류의 유입이 증가하거나 외부의 온도가 상승하면 저항의 급격한 증가가 일어나는 시점인 상태가 된다. 이 상태 이후 유입전류나 외부 온도의 미세한 증가는 급격한 저항 변화를 가져오게 된다.However, if the amount of heat generated is not very large, all of the heat is dissipated so that the inflow of current increases or the temperature rises to a point where a sudden increase in resistance occurs. After this state, a slight increase in inrush current or external temperature leads to a rapid change in resistance.

PTC 정온발열체는 트립(Trip) 소자 이라고도 한다. 이러한 저항의 급격한 증가는 회로로 유입되는 전류의 양을 극소화시키고 기기의 회로를 과전류로부터 보호한다. PTC 정온발열체 소자가 트립된 상태에서 공급되는 전력이 충분히 크다면 트립된 상태로 존재하나, 소자에 공급되는 전압의 감소나 유입 전력이 감소한다면 PTC 정온발열체는 정상 작동 상태로 환원될 것이다.PTC constant temperature heating element is also called trip element. This rapid increase in resistance minimizes the amount of current flowing into the circuit and protects the device's circuit from overcurrent. If the PTC heating element is tripped and the power supplied is large enough, it will remain tripped, but if the voltage supplied to the device or the incoming power is reduced, the PTC heating element will return to normal operation.

따라서 본 발명의 핵심적인 기술구성 수단은, 한 쌍의 PET(Polyethylene Terephthalate) 필름(110a, 110b), 한 쌍의 금속전극(120a,120b), 에스테르계 부직포(130) 및 고분자 PTC 정온발열잉크(140)로 이루어진다.Therefore, the core technical construction means of the present invention, a pair of PET (Polyethylene Terephthalate) film (110a, 110b), a pair of metal electrodes (120a, 120b), ester nonwoven fabric 130 and a high-temperature PTC constant temperature heating ink ( 140).

도 2를 참조하여, 한 쌍의 PET(Polyethylene Terephthalate) 필름(110a, 110b)은, 정온발열체의 상ㆍ하부 커버 역할을 하는 수단으로, 내열 및 절연성을 갖는 얇은 면상의 PET 필름 수단으로서 일정한 규격을 갖는다. PET는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephtalate)로서 플라스틱 성형 재료의 하나이다. 유리섬유로 강화한 PET성형재료는 열경화성 수지에 비길 만큼 물성이 좋아 전자 부품, 자동차 전장 부품, 열기구 등에 사용되고 비강화 성형재료는 Blow 성형용으로 많이 사용되고 있다. 또한 PET의 무독성, 무취, 투명도 등이 높아 현재 식품 용기로 많이 이용되고 있다. 특성을 보면 내열성은 용융점 265℃, 열변형은 온도 240℃, 연속 내열은 150℃이다. 일반 PET 제품의 전기적 특성은 다른 폴리에스터들과 같지만 특수 PET 제품은 전기적 아크에 강하고, 크랙 발생에 강하다. 내약품성, 치수안정성 및 내후성이 좋고 스트레스 크랙성이 우수하다. Referring to Figure 2, a pair of polyethylene terephthalate (PET) film (110a, 110b) is a means that serves as a top and bottom cover of the constant temperature heating element, a thin surface PET film means having heat resistance and insulation has a certain standard Have PET is polyethylene terephtalate and is one of the plastic molding materials. PET molding materials reinforced with glass fibers have good physical properties compared to thermosetting resins, and are used in electronic parts, automotive electronic parts, hot air balloons, and the like, and non-reinforced molding materials are frequently used for blow molding. In addition, PET is non-toxic, odorless, high transparency, and is currently used as a food container. In terms of characteristics, the heat resistance is 265 ° C., the heat deformation is 240 ° C., and the continuous heat is 150 ° C. The electrical properties of ordinary PET products are the same as those of other polyesters, but specialty PET products are resistant to electric arcs and cracks. It has good chemical resistance, dimensional stability and weather resistance and excellent stress cracking resistance.

도 2를 참조하여, 한 쌍의 금속전극(120a,120b)은, 난방용 필름타입 면상발열체의 발열을 위해 전원이 인가되는 전극 수단으로, 상기 하부 PET 필름(110b)의 가장자리에 에스테르계(Ester) 화합물이 함유된 변성우레탄계 접착제(121)와 TDI(Toluene Diisocianate)계 경화제(122)가 배합된 접착제에 의해 부착된다. Referring to FIG. 2, the pair of metal electrodes 120a and 120b are electrode means to which power is applied to generate heat of the film-type planar heating element for heating, and an ester-based (Ester) at the edge of the lower PET film 110b. The modified urethane-based adhesive 121 containing the compound and the toluene diisocianate (TDI) -based curing agent 122 are attached by the combined adhesive.

여기서 본 발명의 실시예에 따른 상기 에스테르계 화합물이 함유된 변성우레탄계 접착제(121)와 TDI(Toluene Diisocianate)계 경화제(122)를 80:20~90:10% 배합 구성비로 제조하여 상기 하부 PET 필름(110b) 상에 도포한다. 그 이유는, 난방용 필름타입의 면상발열체 내부의 전원 공급용 금속전극(120a,120b) 및 고분자 PTC 정온발열잉크(140)가 도포되는 기재(Substrate)인 에스테르계 부직포(130)를 상기 하부 PET 필름(110b) 상에 단단하게 접착 고정시킬 뿐만 아니라 난방용 필름타입의 면상발열체가 비정상적으로 작동, 즉 집열(혹은 축열)에 의해 80~120℃로 과열될 경우 한 쌍의 금속전극(120a,120b)과 에스테르계 부직포(130)가 접착제에 의해 얇은 판 형태로 서로 접착 고정되어 하나의 층을 이루지 못하고 얇은 조각으로 갈라지는 디-라미네이션 현상(De-lamination effect)을 방지하기 위함이다.Here, the modified urethane-based adhesive 121 and the TDI (Toluene Diisocianate) -based curing agent 122 containing the ester compound according to the embodiment of the present invention are manufactured in an 80:20 to 90: 10% blending composition ratio of the lower PET film. Apply on 110b. The reason is that the lower PET film is an ester-based nonwoven fabric 130, which is a substrate on which the power supply metal electrodes 120a and 120b and the polymer PTC constant temperature heat ink 140 are applied. In addition to the adhesive firmly fixed on the (110b) and the planar heating element of the heating film type is abnormally operated, that is, overheated to 80 ~ 120 ℃ by heat (or heat storage) and a pair of metal electrodes (120a, 120b) and This is to prevent the de-lamination effect of the ester-based nonwoven fabric 130 being adhesively fixed to each other in the form of a thin plate by an adhesive so as not to form a single layer but split into thin pieces.

또한 상기 한 쌍의 금속전극(120a,120b)의 표면은 매트(Matt) 가공 처리되고 산화방지를 위해 도금박막 처리된다. 또한 상기 한 쌍의 금속전극은 Ni, Ag, Sn, Zn 중에서 어느 하나가 선택된다.In addition, the surfaces of the pair of metal electrodes 120a and 120b may be matt processed and plated thin to prevent oxidation. In addition, any one of the pair of metal electrodes is selected from Ni, Ag, Sn, and Zn.

도 2를 참조하여, 에스테르계 부직포(130)는, 상기 하부 PET 필름(110b)과 금속전극(120a,120b)의 경계부분에서 발생되는 균열을 방지하고 한 쌍의 금속전극의 유동을 방지하기 위한 수단으로, 상기 하부 PET 필름(110b) 전체면(혹은 전면)에 안착된다.Referring to Figure 2, the ester-based nonwoven fabric 130, to prevent the cracks generated at the boundary between the lower PET film (110b) and the metal electrode (120a, 120b) and to prevent the flow of a pair of metal electrode By means, it is seated on the entire surface (or front) of the lower PET film 110b.

여기서 본 발명의 실시예에 따른 상기 에스테르계 부직포(130)를 안착시키는 이유는, 접착제로 절연된 한 쌍의 금속전극(120a,120b) 위에 에스테르계 부직포(130)를 사용하지 않고 고분자 PTC 정온발열잉크(140)를 직접 도포할 경우, 크랙(혹은 균열)이 발생되어 전원인가시나 난방용 필름타입의 면상발열체가 발열 시 스파크 발생 등의 예상치 못할 큰 화재의 위험성을 초래하게 된다. 결과적으로 에스테르계 부직포(130)는 고분자 PTC 정온발열잉크(140)의 건조 도막을 안정적으로 유지해주는 지지체 역할을 하게 된다. The reason for seating the ester-based nonwoven fabric 130 according to an embodiment of the present invention, the polymer PTC constant temperature heating without using the ester-based nonwoven fabric 130 on a pair of metal electrodes (120a, 120b) insulated with an adhesive When the ink 140 is directly applied, cracks (or cracks) are generated, which causes an unexpected big fire risk such as spark generation when power is applied or when the planar heating element of the film type for heating is generated. As a result, the ester-based nonwoven fabric 130 serves as a support for stably maintaining a dry coating film of the polymer PTC constant temperature heating ink 140.

도 2를 참조하여, 고분자 PTC 정온발열잉크(140)는, 상기 한 쌍의 금속전극(120a,120b)과 에스테르계 부직포(130)간에 건조 도막을 형성하여 접착력을 강화시키고 전도특성과 자기온도제어특성을 갖는 전도성 고분자 조성물로서, 정(正)온도계수 특성을 가진 반도체 물질인 PTC 소자(141)와 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT or MWNT, Multi-walled Carbon Nanotube, 142)가 융합된 전도성 고분자 조성물과 TDI계 경화제(143)와 Peroxide계 가교제가 배합된다.Referring to FIG. 2, the polymer PTC constant temperature heating ink 140 forms a dry coating film between the pair of metal electrodes 120a and 120b and the ester nonwoven fabric 130 to enhance adhesion and control conductivity and magnetic temperature. As a conductive polymer composition having a characteristic, a conductive polymer composition in which a PTC device 141, which is a semiconductor material having positive temperature coefficient characteristics, and a multi-walled carbon nanotube (MWCNT or MWNT, Multi-walled Carbon Nanotube, 142) are fused together And a TDI curing agent 143 and a Peroxide crosslinking agent.

여기서 상기 PTC 소자(141)는, 정(正)온도계수 특성을 가진 반도체 물질에 전도성 미립자인 WMCNT(Multi-walled Carbon NanoTube)를 고도 분산하여 만든 전자부품소재로서 전기 에너지를 인가하면 발열을 하고, 어느 정도 발열하여 온도가 상승하면 전기저항을 상승시켜 전류의 흐름을 억제할 뿐만 아니라, 온도가 떨어지면 다시 전기저항이 낮아져 전류의 흐름이 좋아져서 발열하는 자기온도제어 기능을 가지고 있는 일종의 고분자 PCT 정온발열잉크(ink)이다. Herein, the PTC device 141 is an electronic component material made by highly dispersing conductive fine particles WMCNT (semiconductor particles) having high temperature coefficient characteristics and generates heat when electrical energy is applied. It is a kind of polymer PCT constant temperature heating that has a self-temperature control function that generates heat by raising the electric resistance to a certain level and suppressing the flow of electric current by raising the electric resistance, and when the temperature drops, the electric resistance is lowered to improve the flow of current. Ink.

또한, 다중벽 탄소나노튜브(142)는, 탄소에 의해서 만들어진 육원환(六員環) 네트워크(혹은 그래피 시트)가 동축관상으로 배치된 구조를 갖고 있다. 탄소나노튜브가 단층 혹은 단일벽일 경우, 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT, Single-wall Carbon Nanotube)라 하고, 다층 혹은 다중벽일 경우는 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT, Multi-wall Carbon Nanotube)라 말한다. 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)는 나노 스케일의 디바이스로서 이용되는 연구와 전기적 성질에 관한 용도개발이 한창 진행되고 있는 반면에, 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)는 섬유공학의 관점으로 카본 나노파이버라 불리며 섬유상의 첨가제로서 이종 재료와의 복합화에 의한 대단한 개질 효과가 있다. 이것은 MWCNT가 SWCNT와 비교하여 경제성이 우수하고 또한 알루미늄의 약 절반의 중량이면서 섬유 방향으로의 인장 강도가 다이아몬드를 능가하는 등 경량, 강인성, 고전도성, 고열전도성이라는 특성을 살려 폭넓은 분야로의 응용이 가능하다. In addition, the multi-walled carbon nanotube 142 has a structure in which a six-membered ring network (or a drawing sheet) made of carbon is arranged coaxially. When the carbon nanotubes are single layer or single wall, they are called single-wall carbon nanotubes (SWCNT), and when multi-walled or multi-walled carbon nanotubes are called multi-wall carbon nanotubes (MWCNT). While single-wall carbon nanotubes (SWCNTs) are being used as nanoscale devices, research and development on their electrical properties are in full swing, while multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) are called carbon nanofibers from a fiber engineering perspective. As a fibrous additive, there is a great modification effect by compounding with dissimilar materials. This is because MWCNT is more economical than SWCNT, and it is about half the weight of aluminum and its tensile strength in the fiber direction surpasses that of diamond, so it is applied to a wide range of applications by utilizing the characteristics of light weight, toughness, high conductivity, and high thermal conductivity. This is possible.

또한, 상기 TDI계 경화제(143)는, 접착제와 고분자 PTC 정온발열잉크(140)간의 내열성 증가로 인한 난방용 필름타입의 정온발열체의 열적 손상을 미연에 방지하기 위함이다. In addition, the TDI-based curing agent 143 is to prevent the thermal damage of the heating film-type constant temperature heating element due to the increased heat resistance between the adhesive and the polymer PTC constant temperature heating ink 140.

한편, 본 출원인에 의해 제안된 바 있는 대한민국 등록특허 제10-1128033호(2012.03.12)의 CNT 발열잉크의 제조 공정에 의하면, 에스테르계 바인더 253g, 25.3wt%에 에틸아세테이트(Ethyl Acetate) 600g, 60wt%와 분산제 30g, 3wt%와 소포제 1g, 0.1wt%와 레벨링제 3g, 0.3wt%와 침강방지제 3g, 0.3wt%을 투입하여 교반한 용액에 카본나노튜브 10g, 1wt%와 카본블랙 100g, 10wt%을 첨가한 후, 디졸버(dissolver)로 균일하게 혼합하여 CNT발열잉크의 밀베이스(Mill Base) 조성물을 준비하고, 고분자 PTC 정온발열잉크(페이스트)의 밀베이스 조성물의 분산에 적용된 비드밀링 공정을 동일하게 적용하여 표 11.과 같이 CNT발열잉크를 제조하였다.On the other hand, according to the manufacturing process of the CNT heating ink of the Republic of Korea Patent No. 10-1128033 (2012.03.12) proposed by the applicant, 600 g of ethyl acetate (Ethyl Acetate) in 253g, 25.3wt% of the ester-based binder 60 wt% of carbon nanotubes, 30 g of dispersant, 3 g of antifoam, 1 g of 0.1 wt%, 3 g of leveling agent, 3 g of 0.3 wt%, 3 g of anti-settling agent, and 0.3 wt% of the carbon nanotube were added into the solution. After the addition of 10wt%, uniformly mixed with a dissolver to prepare a Mill Base composition of the CNT heating ink, and bead milling applied to the dispersion of the mill base composition of the polymeric PTC constant temperature heating ink (paste) Using the same process to prepare a CNT exothermic ink as shown in Table 11.

그러나 표 11.과 같은 CNT 발열잉크는 전기적인 안정성 확보는 물론 난방용 필름타입 탄소발열체의 전도특성을 크게 향상시켜 난방필름 계통의 제품 품질을 좋게 하는 반면에, 본 발명의 실시 예와 같이, 정(正)온도계수 특성을 가진 반도체 물질에 전도성 미립자인 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT or MWNT, Multi-walled Carbon Nanotube)를 고도 분산하여 융합시킨 저전력 소모 및 자기온도제어특성의 Flexible Nano PTC 정온발열체(혹은 정온발열체)를 갖도록 한 점에서 현저한 차이가 있다.However, the CNT heating ink as shown in Table 11 improves the electrical properties of the film-type carbon heating element for heating as well as improves the product quality of the heating film system, whereas, as in the embodiment of the present invention, Flexible Nano PTC constant temperature heating element with low power consumption and self temperature control characteristics by highly dispersing and fusing conductive particulate multi-walled carbon nanotubes (MWCNT or MWNT, Multi-walled Carbon Nanotube) in semiconductor materials with temperature coefficient characteristics There is a remarkable difference in that it has a constant temperature heating element).

Figure 112012052277370-pat00011
Figure 112012052277370-pat00011

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 PTC 정온발열잉크를 이용한 정온발열체의 시제품과 타 제품과의 특성시험 비교평가 결과를 설명한다.Hereinafter, a comparative evaluation result of a characteristic test between a prototype of a constant temperature heating element using a PTC constant temperature heating ink according to an embodiment of the present invention and another product will be described.

먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 PTC 정온발열체(혹은 정온발열체)의 저항변화 관계를 테스트한 결과를 표 12.와 도 3에 나타내었다.First, the results of testing the resistance change relationship of the PTC heating element (or the heating element) according to an embodiment of the present invention are shown in Table 12. and FIG.

Figure 112012052277370-pat00012
Figure 112012052277370-pat00012

상기 표 12.과 도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 PTC 정온발열체(혹은 정온발열체)의 PTC 특성과 유효성을 평가하는 가장 중요한 항목으로 본 발명(Korea NDT PTC)과 비교 테스트 대상은 일본 A사 PTC 정온발열체(전면도포타입) 및 본 출원인이 기등록한 특허로 발명된 CNT발열잉크로 제조된 일반 전면도포타입 발열체를 대상으로 하고 있다.As shown in Table 12. and FIG. 3, the most important item for evaluating the PTC characteristics and effectiveness of the PTC heating element (or the heating element) according to the embodiment of the present invention is a comparative test subject of the present invention (Korea NDT PTC). Is a general front coating type heating element manufactured by Japanese company A's PTC constant temperature heating element (front coating type) and CNT heating ink invented by a patent registered by the present applicant.

이는 발열 후, 초기저항(발열 전 저항)으로의 복귀특성을 나타낸 것으로 제품의 품질안정성(승온속도, 발열온도, 소비전력)에 영향을 미친다. This shows the return characteristics to initial resistance (resistance before heat generation) after heating and affects the quality stability (heating rate, heating temperature, power consumption) of the product.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 PTC 정온발열체(혹은 정온발열체)의 Sample Size는 W500mm×L250mm×T0.075mm, AC 220V인가 시 저항 변화율(Rate of change)은 -3.45%, 발열전 저항(Resistance before heating) 1449Ω, 발열후 복귀저항(Resistance after heating) 1399Ω로 발열체의 저항변화율이 작을수록 품질 안정성이 뛰어남을 의미한다.Therefore, the sample size of the PTC constant temperature heating element (or the constant temperature heating element) according to the embodiment of the present invention is W500mm × L250mm × T0.075mm, and when AC 220V, the rate of change is -3.45%, resistance before heat generation (Resistance before) 1449Ω of heating and 1399Ω of resistance after heating, which means that the smaller the resistance change rate of the heating element, the better the quality stability.

다음은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PTC 정온발열체(혹은 정온발열체)의 트립 전류(Trip Current) 관계를 표 13. 및 도 4에 나타내었다.Next, the trip current relationship of the PTC constant temperature heating element (or the constant temperature heating element) according to the preferred embodiment of the present invention is shown in Table 13.

Figure 112012052277370-pat00013
Figure 112012052277370-pat00013

상기 표 13.과 도 4에 의하면, PTC 정온발열체가 발열을 시작하기 위해 필요로 하는 최소한의 트립 전류가 너무 높을 시 전기용량의 한계 등으로 인해 PTC 정온발열체(혹은 정온발열체)가 시공되는 면적에 제한이 걸린다.According to Table 13 and FIG. 4, the PTC constant temperature heating element (or the constant heating element) is constructed in an area where the PTC constant temperature heating element (or the constant temperature heating element) is constructed due to the limitation of the capacitance when the minimum trip current required to start the heating is too high. There is a limit.

따라서 본 발명의 실시 예에서는 AC 220V인가 시 Heating Area가 0.135M2일때 0.12A, Heating Area 2.16M2에서는 1.92A, 발열면적(Heating Area)이 33M2에서는 29.33A의 트립 전류(Trip Current)를 유지하여 PTC 정온발열체의 시공면적에 제한이 없도록 하였다. Therefore, in the embodiment of the present invention when the heating area is 0.135M 2 when AC 220V 0.12A, Heating Area 2.16M 2 At 1.92A and heating area of 33M 2 , the trip current of 29.33A was maintained so that the construction area of PTC constant temperature heating element was not limited.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 PTC 정온발열체의 소비전력(Power Consumption) 관계를 표 14. 및 도 5에 나타내었다.In addition, the power consumption relationship of the PTC constant temperature heating element according to the preferred embodiment of the present invention is shown in Table 14.

Figure 112012052277370-pat00014
Figure 112012052277370-pat00014

상기 표 14.와 도 5에 의하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 소비전력(Power Consumption)의 평가조건 및 그 결과는, Heating Temp. 40℃, AC 220V, Active Area 0.125M2, Ambient Temp. 17℃, Sample Size : W500mm*L250mm*T0.075mm 동일 인가전압, 동일면적 및 동일 주위온도에서 발열체 표면온도 40℃ 발열 시 본 발명의 출원인 (NDT)의 PTC 정온발열체가 22(W)로 가장 낮은 소비전력을 보이고 있다.According to Table 14 and Figure 5, the evaluation conditions and the results of the power consumption (Power Consumption) according to a preferred embodiment of the present invention, Heating Temp. 40 ℃, AC 220V, Active Area 0.125M 2 , Ambient Temp. 17 ℃, Sample Size: W500mm * L250mm * T0.075mm The heating element surface temperature 40 ℃ at the same applied voltage, same area and same ambient temperature, the PTC constant temperature heating element of the applicant of the present invention (NDT) has the lowest as 22 (W) It shows power consumption.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 PTC 정온발열체(혹은 정온발열체)의 가속시험 및 경시변화시험(Acceleration Test & Aging Test) 방법은, 오븐 내에 PTC 정온발열체를 설치한 후 오븐 온도 80℃에서 PTC 정온발열체에 전원을 인가하여 정온발열 및 이상과열 방지 특성을 확인하였다. 이때 초기저항은 상온18℃ 1.364kΩ이고 PTC 정온발열체(혹은 정온발열체)의 Sample Size는 W500mm×L250mm×T0.075mm이다. 그 관계를 표 15. 및 도 6에 나타내었다.In addition, the accelerated test and the Acceleration Test & Aging Test method of the PTC constant temperature heating element (or the constant temperature heating element) according to the preferred embodiment of the present invention, after installing the PTC constant temperature heating element in the oven at 80 ℃ PTC The constant temperature heating and abnormal overheat prevention characteristics were confirmed by applying power to the constant temperature heating element. At this time, the initial resistance is 1.364kΩ at 18 ℃, and the sample size of PTC constant temperature heating element (or constant temperature heating element) is W500mm × L250mm × T0.075mm. The relationship is shown in Table 15. and FIG.

Figure 112012052277370-pat00015
Figure 112012052277370-pat00015

상기 표 15.와 도 6에 의하면, 본 출원인(NDT)에 의한 발명 실시 예의 PTC 정온발열체와 타 제품의 PTC 정온발열체 또는 일반발열체에 대한 주위온도 80℃의 조건하에서 통전되었을 때 발열체의 온도가 어떻게 올라가는지를 보여주고 있다.According to Table 15 and Figure 6, how the temperature of the heating element is energized under the conditions of the ambient temperature of 80 ℃ for the PTC constant temperature heating element of the invention embodiment according to the applicant (NDT) and PTC constant temperature heating element or general heating element of other products It is showing if it is going up.

본 발명(Korea NDT PTC)의 PTC 정온발열체와 A사 PTC 정온발열체의 가속 경시변화 테스트에서는 소비되는 전력에 의한 온도상승이 거의 보이지 않는다는 것을 쉽게 알 수 있다.In the accelerated aging test of the PTC constant temperature heating element of the present invention (Korea NDT PTC) and PTC constant temperature heating element of Company A, it can be easily seen that the temperature rise due to the consumed power is hardly seen.

그 이유는, 온도가 상승하면서 전기저항이 증가하고 전류량을 감소시키며 발열량을 감소시킨다. 이러한 PTC의 자기제어(또는 정온발열)특성 때문에 과열 및 과전류를 막을 수 있다.The reason is that as the temperature rises, the electrical resistance increases, the amount of current decreases and the amount of heat generated decreases. Due to the self-regulating (or constant temperature heating) characteristics of PTC, overheating and overcurrent can be prevented.

살펴 보건데, 타 제품의 일반발열체는 그러한 조건하에서 적합한 PTC 효과를 얻을 수 없고 연소로 결국 파괴됨을 알 수 있었다.It was found that the general heating elements of other products could not obtain a proper PTC effect under such conditions and would eventually be destroyed by combustion.

일반적인 기준은, 20℃의 주위온도에서 디바이스(PTC 정온발열체 또는 일반발열체)에 통전시킴으로써 PTC 효과가 테스터 된다.The general criterion is that the PTC effect is tested by energizing the device (PTC constant temperature heating element or general heating element) at an ambient temperature of 20 ° C.

그러나 위 표 15. 및 도 6의 테스트 결과는, 가속 경시변화 테스트로서 20℃ 보다 더 가혹한 분위기에서 실행되어지고 동시에 PTC의 적합성과 유효성을 결정하는 것이다.However, the test results of Table 15. and FIG. 6 above are accelerated time-varying tests to be conducted in a harsher environment than 20 ° C, and at the same time determine the suitability and effectiveness of PTC.

그리고, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 PTC 정온발열체의 온도에 따른 저항 변화 테스트(R-T Test) 방법은, 오븐 내에 PTC 정온발열체를 설치한 후, 오븐 온도를 20℃에서 150℃까지 10℃씩 상승시키면서 PTC 정온발열체의 저항변화를 측정하였다. 이때 오븐에 PTC 정온발열체를 설치하기 전 실내온도 18℃에서의 정온발열체의 초기저항은 1.283kΩ이고 PTC 정온발열체의 Sample Size는 W500mm×L250mm×T0.075mm이다. PTC 정온발열체를 오븐 내에 설치한 후 오븐 온도 20℃에서 정온발열체의 저항은 1.3kΩ으로 초기저항보다 약간 증가하였으며, 오븐온도가 증가할수록 정온발열체의 저항이 지속적으로 증가하여 오븐온도 150℃에서는 정온발열체의 저항이 3.25kΩ으로 PTC Intensity(R@150℃/R@20℃)가 2.5에 다다랐고 오븐의 히팅을 중지하고 정온발열체를 상온에서 방치한 후 1시간 뒤에 정온발열체의 복귀저항은 실내온도 18℃에서 1.25kΩ이었으며, 이에 따른 저항변화율은 2.57%이었다. 그 관계를 표 16. 및 도 7에 나타내었다.In addition, the resistance change test (RT Test) method according to the temperature of the PTC constant temperature heating element according to the preferred embodiment of the present invention, after installing the PTC constant temperature heating element in the oven, the oven temperature is increased by 10 ° C from 20 ° C to 150 ° C While measuring the resistance change of the PTC heating element. At this time, the initial resistance of the constant temperature heating element at room temperature 18 ℃ before installing the PTC constant temperature heating element in the oven is 1.283kΩ and the sample size of the PTC constant temperature heating element is W500mm × L250mm × T0.075mm. After the PTC heating element was installed in the oven, the resistance of the heating element was 1.3 kΩ at the oven temperature of 20 ° C, slightly higher than the initial resistance.The resistance of the heating element continuously increased as the oven temperature increased. PTC Intensity (R @ 150 ℃ / R @ 20 ℃) reached 2.5, and the resistance of the heating element returned to room temperature 18 hours after stopping the oven heating and leaving the heating element at room temperature. The temperature was 1.25 k 에서 and the change in resistance was 2.57%. The relationship is shown in Table 16. and FIG.

Figure 112012052277370-pat00016
Figure 112012052277370-pat00016

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고분자 PTC 정온발열잉크를 이용한 정온발열체에 대한 작용을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the action of the thermothermal element using the polymeric PTC thermothermal ink according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명은 고분자 PTC 제조기술과 전도성 미립자인 다중벽 탄소나노튜브(MWNT)를 융합시킨 자기온도제어특성을 갖도록 한 고분자 PTC 정온발열잉크를 이용한 정온발열체이다. The present invention is a constant temperature heating element using a polymer PTC constant temperature heating ink which has a self temperature control characteristic in which a polymer PTC manufacturing technology and conductive particulate multi-walled carbon nanotubes (MWNT) are fused.

상기 정온발열체는, 얇은 면상과 내열성 및 절연성을 갖고 정온발열체의 상ㆍ하부 커버 역할을 하는 한 쌍의 PET 필름(110a, 110b)과, 상기 하부 PET 필름(110b)의 가장자리에 매트(Matt) 및 도금박막 처리된 Ni, Ag, Sn, Zn 중에서 어느 하나가 선택되어 에스테르(Ester)계 화합물이 함유된 변성우레탄계 접착제(121)와 TDI(Toluene Diisocianate)계 경화제(122)가 배합된 접착제(123)에 의해 부착되는 한 쌍의 금속전극(120a,120b)과, 상기 하부 PET 필름(110b)과 금속전극(120a,120b)의 경계부분에서 발생되는 균열을 방지하기 위해 상기 하부 PET 필름(110b) 전면에 안착되는 에스테르계 부직포(130) 및 상기 금속전극(120a,120b)과 에스테르계 부직포(130)간에 건조 도막을 형성하여 접착력을 강화시키고 전도특성과 자기온도제어특성을 갖도록 정(正)온도계수 특성을 가진 반도체 물질인 PTC 소자(141)와 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT or MWNT, Multi-walled Carbon Nanotube, 142)가 융합된 전도성 고분자 조성물과 TDI계 경화제(122)와 Peroxide계 가교제가 배합된 고분자 PTC 정온발열잉크(140)를 포함함으로써, 상기 고분자 PTC 정온발열잉크(140)의 자기온도제어특성에 의해 난방용 필름타입의 정온발열체의 이상발열현상에 의한 발열체의 손상 및 화재의 위험성을 극복할 수 있고, 또한 다중벽 탄소나노튜브(MWNT)가 융합되어 있으므로 정온발열체의 발열 후 초기저항으로의 복귀특성이 우수하여 제품에 대한 품질 안정성과 신뢰성을 확보할 수 있는 독특한 특징이 있다.The constant temperature heating element is a pair of PET film (110a, 110b) having a thin surface and heat resistance and insulation and acts as an upper and lower cover of the constant temperature heating element, and a mat (Matt) and the edge of the lower PET film (110b) Any one of Ni, Ag, Sn, and Zn plated thin film is selected, and an adhesive 123 including a modified urethane adhesive 121 containing an ester compound and a TDI (Toluene Diisocianate) curing agent 122 is blended. A pair of metal electrodes 120a and 120b attached to each other and the front surface of the lower PET film 110b to prevent cracks occurring at the boundary between the lower PET film 110b and the metal electrodes 120a and 120b. Positive temperature coefficient to form a dry coating film between the ester nonwoven fabric 130 and the metal electrodes (120a, 120b) and the ester nonwoven fabric 130 that is seated on the substrate to enhance adhesion and have conductivity and magnetic temperature control characteristics. PTC device, a semiconductor material having characteristics (1 41) and a polymer PTC constant-temperature heating ink 140 in which a conductive polymer composition fused with MWNT or MWNT, Multi-walled Carbon Nanotube, 142, and a TDI-based curing agent 122 and a peroxide-based crosslinking agent were mixed. By including the self-temperature control characteristics of the polymer PTC constant temperature heating ink 140, it is possible to overcome the risk of damage to the heating element and fire caused by abnormal heating of the film-type constant temperature heating element for heating, and also multi-walled carbon nanotubes. Since the (MWNT) is fused, it has a unique characteristic to ensure the quality stability and reliability of the product by excellent return characteristics to the initial resistance after the heating of the constant temperature heating element.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

110a,110b : PET(Polyethylene Terephthalate) 필름
120a,120b : 금속 전극
121 : 에스테르(Ester)계 화합물이 함유된 변성우레탄계 접착제
122 : TDI(Toluene Diisocianate)계 경화제
123 : 접착제
130 : 에스테르(Ester)계 부직포
140 : 고분자 PTC(Positive Temperature Coefficient) 정온발열잉크
141 : PTC 소자
142 : 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT or MWNT, Multi-walled Carbon Nanotube)
110a, 110b: PET (Polyethylene Terephthalate) Film
120a, 120b: metal electrode
121: modified urethane adhesive containing ester compound
122: Toluene Diisocianate (TDI) Curing Agent
123: Adhesive
130: ester nonwoven fabric
140: Positive Temperature Coefficient (PTC) Constant Temperature Heating Ink
141: PTC device
142: MWNT, MWNT, Multi-walled Carbon Nanotube

Claims (7)

고분자 PTC 정온발열잉크를 이용한 정온발열체에 있어서,
상기 정온발열체는, 얇은 면상과 내열성 및 절연성을 갖고 일정한 규격으로 제작하되, 상기 정온발열체의 상ㆍ하부 커버 역할을 하는 한 쌍의 PET 필름(110a, 110b)과;
상기 하부 PET 필름(110b)의 가장자리에 매트(Matt) 처리 및 도금박막 처리된 Ni, Ag, Sn, Zn 중에서 어느 하나가 선택되어 에스테르(Ester)계 화합물이 함유된 변성우레탄계 접착제(121)와 TDI(Toluene Diisocianate)계 경화제(122)가 배합된 접착제(123)에 의해 부착되는 한 쌍의 금속전극(120a,120b)과;
상기 하부 PET 필름(110b)과 한 쌍의 금속전극(120a,120b)의 경계부분에서 발생되는 균열을 방지하고 상기 한 쌍의 금속전극의 유동을 방지하기 위해 상기 하부 PET 필름(110b) 전면에 안착되는 에스테르계 부직포(130)와;
상기 금속전극(120a,120b)과 에스테르계 부직포(130)간에 건조 도막을 형성하여 접착력을 강화시키고 전도특성과 자기온도제어특성을 갖도록 정(正)온도계수 특성을 가진 반도체 물질인 PTC 소자(141)와 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT or MWNT, Multi-walled Carbon Nanotube, 142)가 융합된 전도성 고분자 조성물과 TDI계 경화제(122)와 페록시드(Peroxide)계 가교제가 배합된 고분자 PTC 정온발열잉크(140)가 포함되는 것을 특징으로 하는 고분자 PTC 정온발열잉크를 이용한 정온발열체.
In a constant temperature heating element using a polymer PTC constant temperature heating ink,
The constant temperature heating element has a thin surface, heat resistance and insulation, and is manufactured to a predetermined standard, but a pair of PET films (110a, 110b) serving as an upper and lower cover of the constant temperature heating element;
The modified urethane-based adhesive 121 and TDI containing an ester compound by selecting any one of Ni, Ag, Sn, and Zn having a matte treatment and a plated thin film on the edge of the lower PET film 110b. A pair of metal electrodes 120a and 120b attached by the adhesive 123 to which the (Toluene Diisocianate) -based curing agent 122 is combined;
It is seated on the front surface of the lower PET film (110b) to prevent cracks generated at the boundary between the lower PET film (110b) and the pair of metal electrodes (120a, 120b) and to prevent the flow of the pair of metal electrodes. Ester-based nonwoven fabric 130 and;
PTC device 141, which is a semiconductor material having a positive temperature coefficient characteristic so as to form a dry coating film between the metal electrodes (120a, 120b) and the ester-based nonwoven fabric 130 to enhance adhesion and have conductivity and magnetic temperature control characteristics ) Polymer PTC constant temperature heating ink in which conductive polymer composition fused with multi-walled carbon nanotube (MWCNT or MWNT, Multi-walled Carbon Nanotube, 142), TDI curing agent 122 and peroxide crosslinking agent 140) a constant temperature heating element using a polymer PTC constant temperature heating ink, characterized in that it is included.
제1 항에 있어서,
상기 고분자 PTC 정온발열잉크는, 비드밀(Bead Mill) 분산 공정을 거친 후 디졸버(dissolver)로 균일하게 교반시키되, 고분자 PTC 정온발열잉크의 밀베이스(Mill Base) 조성물 100g, 81.97wt%에 폴리에스테르계 바인더용 TDI(Toluene Diisocianate)계 가교제 10g, 8.20wt%와 폴리올레핀계 바인더용 가교제인 DCP(Dicumyl Peroxide) 2g, 1.64wt%와 자일렌(Xylene) 10g, 8.20wt%가 투입되는 것을 특징으로 하는 고분자 PTC 정온발열잉크를 이용한 정온발열체.
The method according to claim 1,
The polymer PTC constant temperature heating ink is uniformly stirred with a dissolver after a bead mill dispersion process, and 100 g, 81.97 wt% of a Mill Base composition of the polymer PTC constant temperature heating ink is 10 g, 8.20 wt% of a TDI (Toluene Diisocianate) cross-linking agent for ester binders and 2 g, 1.64 wt% of DCP (Dicumyl Peroxide), a crosslinking agent for polyolefin binders, and 10 g, 8.20 wt% of xylene (Xylene) are introduced. Constant temperature heating element using a high-temperature PTC constant temperature heating ink.
제1 항에 있어서,
상기 정온발열체는, 샘플 사이즈 W500mm×L250mm×T0.075mm, AC 220V인가 시 초기저항 변화율(Rate of change)은 -3.45%이고, 히팅전 저항(Resistance before heating)은 1449Ω이며, 히팅후 저항(Resistance after heating)은 1399Ω인 것을 특징으로 하는 고분자 PTC 정온발열잉크를 이용한 정온발열체.
The method according to claim 1,
The constant temperature heating element has a sample size of W500mm × L250mm × T0.075mm, AC 220V, initial resistance change rate (Rate of change) is -3.45%, resistance before heating is 1449Ω, resistance after heating (Resistance) after heating) is a constant temperature heating element using a polymer PTC constant temperature heating ink, characterized in that 1399Ω.
제1 항에 있어서,
상기 정온발열체에 대한 트립 전류(Trip Current)는, 상기 PTC 정온발열체의 시공면적에 제한이 없도록 하기 위해 AC 220V인가 시 전열면적(Heating Area)이 0.135M2일 때 0.12A, 2.16M2에서는 1.92A, 33M2에서는 29.33A의 트립 전류(Trip Current)가 유지되는 것을 특징으로 하는 고분자 PTC 정온발열잉크를 이용한 정온발열체.
The method according to claim 1,
The trip current for the constant temperature heating element has a heating area of 0.135M 2 when AC 220V is applied so that the construction area of the PTC constant temperature heating element is not limited. At 0.12A, 2.16M 2 1.92A, 33M 2 Constant temperature heating element using a polymer PTC constant temperature heating ink, characterized in that the trip current (Trip Current) of 29.33A is maintained.
제1 항에 있어서,
상기 정온발열체에 대한 소비전력(Power Consumption)은, 상기 정온발열체의 샘플 사이즈 W500mm*L250mm*T0.075mm, AC 220V, 활성영역(Active Area) 0.125M2, 발열체 주위온도(Ambient Temp.) 17℃ 및 발열체 표면온도(Heating Temp.)가 40℃로 발열 시, 40W인 것을 특징으로 하는 고분자 PTC 정온발열잉크를 이용한 정온발열체.
The method according to claim 1,
Power Consumption for the constant temperature heating element, the sample size of the constant temperature heating element W500mm * L250mm * T0.075mm, AC 220V, Active Area 0.125M 2 , ambient temperature (Ambient Temp.) 17 ℃ And a heating element surface temperature (Heating Temp.) Of heating at 40 ° C., wherein the heating element is a constant temperature heating element using the polymeric PTC constant temperature heating ink.
제1 항에 있어서,
상기 정온발열체에 대한 가속 및 경시변화는, 상기 정온발열체의 샘플 사이즈 W500mm×L250mm×T0.075mm를 오븐 내에 설치한 후, 오븐 온도 80℃에서 PTC 정온발열체에 전원을 인가하여 정온발열 및 이상과열 방지를 위한 초기 저항은 상온18℃, 1.364kΩ인 것을 특징으로 하는 고분자 PTC 정온발열잉크를 이용한 정온발열체.
The method according to claim 1,
Acceleration and change over time for the heating element, after installing the sample size W500mm × L250mm × T0.075mm of the heating element in the oven, by applying power to the PTC heating element at the oven temperature of 80 ℃ to prevent constant heating and abnormal overheating Initial resistance for the constant temperature heating element using a high temperature PTC constant temperature heating ink, characterized in that 18 ℃, 1.364kΩ.
제1 항에 있어서,
상기 정온발열체에 대한 저항 변화율은, 상기 정온발열체의 샘플 사이즈 W500mm×L250mm×T0.075mm를 오븐 내에 설치한 후, 오븐 온도를 20℃에서 150℃까지 매10℃씩 상승시킬 때마다 PTC 정온발열체의 저항변화에 따른 초기 저항은 상온 18℃, 1.283kΩ인 것을 특징으로 하는 고분자 PTC 정온발열잉크를 이용한 정온발열체.
The method according to claim 1,
The change rate of resistance to the constant temperature heating element is obtained by setting the sample size W500mm × L250mm × T0.075mm of the constant temperature heating element in the oven and then raising the oven temperature every 10 ° C from 20 ° C to 150 ° C. Initial resistance according to the resistance change is a constant temperature heating element using a high temperature PTC constant temperature heating ink, characterized in that 18 ℃, 1.283kΩ.
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