KR101399088B1 - 플라스틱 면상 발열체 성형물 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발열 성형물 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무전해 도금을 통한 저항 발열 섬유 원단을 이용해 면상 발열체 성형물을 제조함으로써, 기존의 발열체 성형물에 비해 공정이 단순하고 원가가 저렴하며 균일한 온도 분포가 가능한 플라스틱 면상 발열체 성형물 제조방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로 본 발명에 대하여 설명하면, 본 발명은 섬유 원단에 저항 발열체로서의 금속을 무전해 도금하여 저항 발열 섬유 원단을 제조하는 단계, 금형 하(下)판 위에 상기 저항 발열 섬유 원단을 위치시키는 단계, 상기 저항 발열 섬유 원단이 위치한 상기 금형 하판 위에 금형 상(上)판을 위치시키는 단계, 및 상기 금형 상판 및 금형 하판 사이에 형성된 공간에 고분자 수지를 충진하는 단계를 포함하는 플라스틱 면상 발열체 성형물 제조방법을 제공한다.
보다 구체적으로 본 발명에 대하여 설명하면, 본 발명은 섬유 원단에 저항 발열체로서의 금속을 무전해 도금하여 저항 발열 섬유 원단을 제조하는 단계, 금형 하(下)판 위에 상기 저항 발열 섬유 원단을 위치시키는 단계, 상기 저항 발열 섬유 원단이 위치한 상기 금형 하판 위에 금형 상(上)판을 위치시키는 단계, 및 상기 금형 상판 및 금형 하판 사이에 형성된 공간에 고분자 수지를 충진하는 단계를 포함하는 플라스틱 면상 발열체 성형물 제조방법을 제공한다.
Description
본 발명은 발열 성형물 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무전해 도금을 통한 저항 발열 섬유 원단을 이용해 면상 발열체 성형물을 제조함으로써, 기존의 발열체 성형물에 비해 공정이 단순하고 원가가 저렴하며 균일한 온도 분포가 가능한 플라스틱 면상 발열체 성형물 제조방법에 관한 것이다.
최근 차량에 적용되는 편의 기술들이 증가하고 있는 추세이며, 그 중 대표적인 것으로 온열 시스템이 있다.
발열 스티어링 휠, 온열 매트, 전·후석 히팅 시트 및 센터콘솔의 냉·온장 기능 부품 등의 다양한 온열 시스템들이 차량에 적용될 수 있으며, 이로 인해 차량에 장착되는 부품의 수가 점차 증가하고 있다.
한편, 하이브리드 전기자동차, 플러그인 하이브리드 전기자동차 및 일반 전기자동차의 개발이 가속화됨에 따라 저연비 실현을 위한 차체 및 부품의 경량화가 무엇보다 중요한 개발과제가 되고 있으나, 냉·난방으로 인한 전력 사용의 과다로 인해 전기자동차의 상품성이 저하되는 문제가 있다.
종래의 차량에 적용되는 온열 시스템 부품의 발열체는 주로 금속 열선이 이용되었다.
금속 열선의 구조는 내열성이 우수한 케블라 심선에 구리열선 또는 구리·니켈 합금 열선을 합사한 후 피복재로 테프론 코팅을 한 것이 주로 이용된다.
그러나 위와 같은 구조를 갖는 발열체는 선상 발열체로서, 안락감, 승온 및 온열 특성이 미흡한 단점이 있으며, 직렬 타입으로 설계되어 발열체 일부가 단선되는 경우 전면적이 발열체로서의 기능을 수행할 수 없는 문제가 있다.
또한 과다한 부품의 탑재로 제조공정이 복잡해지고, 원가 및 제조비용이 증대되는 문제도 발생하게 된다.
상기와 같은 문제들을 극복하기 위해 전도성 고분자 및 카본 등을 이용해 면상 발열을 시도한 기술이 개발되었으나, 발열이 균일하지 않고 피로 누적으로 인한 응력 집중으로 페이스트의 균열이 유도되어 핫스팟 및 과열의 위험성이 존재하는 단점을 갖는다.
결국 균일한 발열 특성, 생산의 효율성 및 안전성을 갖는 새로운 발열체 성형물의 제조기술이 필요한 실정이다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 균일한 발열 특성을 가지는 면상 발열체 성형물 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 온열 시스템을 위한 제조공정을 단순화함으로써, 원가 및 제조비용을 절감할 수 있는 면상 발열체 성형물 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
아울러 다양한 섬유 원단을 고분자 성형물 내부에 존재하도록 하여 보강재 역할을 할 수 있을 뿐 아니라, 국부적 핫스팟의 발생 시 고분자 섬유 원단의 용융으로 금속 도금층의 단선을 유도하여 안전성을 확보할 수 있는 면상 발열체 성형물 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의하면, 섬유 원단에 저항 발열체로서의 금속을 무전해 도금하여 저항 발열 섬유 원단을 제조하는 단계, 금형 하(下)판 위에 상기 저항 발열 섬유 원단을 위치시키는 단계, 상기 저항 발열 섬유 원단이 위치한 상기 금형 하판 위에 금형 상(上)판을 위치시키는 단계, 및 상기 금형 상판 및 금형 하판 사이에 형성된 공간에 고분자 수지를 충진하는 단계를 포함하는 플라스틱 면상 발열체 성형물 제조방법을 제공한다.
본 발명에서 상기 섬유 원단은 직조, 메쉬 또는 부직포 중 선택된 어느 하나 이상의 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 고분자 수지는 열경화성 수지 또는 폴리올레핀(polyolefine)계, 폴리에스터(polyester)계 및 폴리아마이드(polyamide)계를 포함하는 열가소성 수지 중 선택된 물질로 형성되며, 상기 열경화성 수지는 에폭시(epoxy) 및 우레탄(urethane)을 포함하고, 상기 폴리올레핀계는 폴리카보네이트(polycarbonate), ABS(acrylonitrile-butadien-styrene), 폴리프로필렌(polypropylene) 및 폴리에틸렌(polyethylene)을 포함하며, 상기 폴리에스터계는 PBT(polybutylene terephthalate), PET(polyethylene terephthalate) 및 PEN(polyethylene naphthalate)을 포함하고, 상기 폴리아마이드계는 PA6(polyamide6) 및 PA6,6(polyamide6,6)을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 고분자 수지는 탄소나노튜브(carbon nanotube), 탄소섬유(carbon fiber) 또는 금속필러 중 적어도 하나 이상을 혼입하여 형성될 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 저항 발열 섬유 원단은 구리, 니켈, 탄소, 코발드, 금 및 은을 포함하는 금속을 이용해 단층 또는 다층으로 도금되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 저항 발열 섬유 원단의 표면 저항은 도금되는 금속의 두께 및 종류에 따라 0.1 내지 100옴(Ω)의 범위 내에서 조절될 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명에서 고분자 수지의 침투 및 성형품의 휨 방지를 위해 상기 금형 하판 및 금형 상판에 립(lip)이 형성되는 것이 바람직하다.
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면에 의하면, 본 발명의 플라스틱 면상 발열체 성형물 제조방법에 의해 제조된 플라스틱 면상 발열체 성형물을 제공한다.
본 발명은 섬유 원단에 저항 발열체로서의 금속을 도금하여 저항 발열 섬유 원단을 제조함으로써, 균일한 발열 특성을 갖는 면상 발열체 성형물을 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 제조공정이 단순한 면상 발열체 성형물 제조방법을 제공함으로써, 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
아울러 보강재 역할을 수행할 수 있는 다양한 형태의 섬유 원단을 이용하며, 국부적 핫스팟 시 금속 도금층의 단선을 유도할 수 있어 안전성이 향상되는 효과가 있다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일실시예에 따른 섬유 원단의 형태를 나타낸 예시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 플라스틱 면상 발열체 성형물의 제조방법을 나타낸 예시도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 플라스틱 면상 발열체 성형물 제조의 순서도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 플라스틱 면상 발열체 성형물의 제조방법을 나타낸 예시도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 플라스틱 면상 발열체 성형물 제조의 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
단순화된 제조공정을 통해 균일한 발열 특성을 갖도록 하기 위한 본 발명은, 섬유 원단에 저항 발열체로서의 금속을 무전해 도금하여 저항 발열 섬유 원단(100)을 제조하는 단계와, 금형 하(下)판(200) 위에 상기 저항 발열 섬유 원단(100)을 위치시키는 단계와, 상기 저항 발열 섬유 원단(100)이 위치한 상기 금형 하판(200) 위에 금형 상(上)판(300)을 위치시키는 단계와, 상기 금형 상판(300) 및 금형 하판(200) 사이에 형성된 공간에 고분자 수지(400)를 충진하는 단계를 포함하도록 구성된다.
상기와 같은 단계들을 포함하여 도 2에 본 발명의 일실시예에 다른 플라스틱 면상 발열체 성형물의 제조방법이 도시되어 있다.
본 발명의 상기 섬유 원단은 직조 형태, 메쉬 형태 또는 부직포 형태 중 선택된 어느 하나 이상의 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
도 1a 내지 도 1c에 본 발명의 일실시예에 따른 섬유 원단의 형태를 나타낸 예시도가 도시된다.
상기 직조 형태란 경사와 위사로 이루어진 섬유 원단을 말하며, 95 ~ 238의 경사밀도 및 85 ~ 130의 위사밀도를 가지는 직물 형태가 본 발명에 이용될 수 있다.
이에 대한 섬유 원단이 도 1a에 도시된다.
그리고 상기 메쉬 형태에서 메쉬란 체의 구멍이나 입자의 크기를 나타내는 단위로 타일러 표준체(tyler standard sieve)에서는 1인치 길이 안에 들어있는 눈금의 수로 표시한다.
본 발명에서 지칭하는 상기 메쉬 형태란 도 1b에 도시된 바와 같이 경사와 위사 사이에 빈 공간이 형성된 섬유 원단을 말하며, 16 ~ 205의 경사밀도 및 14 ~ 209의 위사밀도를 갖는 직물 형태가 이용될 수 있다.
또한 상기 부직포 형태란 섬유를 직포공정을 거치지 않고 평행 또는 부정방향으로 배열하고 합성수지 접착제로 결합하여 펠트 모양으로 만든 것으로, 솜 또는 비스코스레이온이 주로 사용될 수 있으나 필요에 따라 나일론 등의 합성섬유로도 이용될 수 있다.
도 1c에 부직포 형태의 섬유 원단이 도시되며, 본 발명에서는 12 ~ 180g/㎡ 값을 가지는 형태의 원단이 이용될 수 있다.
본 발명의 상기 저항 발열 섬유 원단(100)은 섬유 원단에 구리, 니켈, 탄소, 코발트, 금 및 은을 포함하는 금속을 이용해 단층 또는 다층으로 도금될 수 있다.
필요에 따라 더욱 다양한 금속을 이용해 도금될 수 있으며, 본 발명에서는 무전해 도금 방식을 취하는 것이 바람직하다.
상기 무전해 도금이란 외부로부터 전기에너지를 공급받지 않고 금속염 수용액 중의 금속이온을 환원제의 힘에 의해 자기 촉매적으로 환원시켜 피처리물의 표면 위에 금속을 석출시키는 방법이다.
상기 피처리물은 본 발명에서 섬유 원단에 해당한다.
이러한 무전해 도금은 화학도금 또는 자기촉매도금이라고도 불리며, 수용액 내의 폼알데하이드나 하이드리진 같은 환원제가 금속이온이 금속분자로 환원되도록 전자를 공급하는데, 이러한 반응은 촉매의 표면에서 일어나게 된다.
가장 상용화된 도금제는 구리, 니켈-인, 니켈-보론 합금이 있으며, 전기도금에 비해 도금층이 치밀하고, 균일한 두께를 가지며, 도체뿐만 아니라 플라스틱이나 유기체와 같은 다양한 소재에 대해서도 적용될 수 있는 특징을 갖는다.
따라서 도금되는 금속의 두께 및 종류에 따라 상기 저항 발열 섬유 원단(100)의 표면 저항은 0.1 ~ 100옴(Ω)의 범위 내에서 조절될 수 있는 특징을 가질 수 있다.
도금 성분과 함량에 따른 직물의 면저항에 대한 실험예가 아래에 도시된다.
실험예
(1) 구리(96중량%) 도금 후 니켈(4중량%) 도금 시 면저항은 0.15Ω/sqr 미만
(2) 구리(87중량%) 도금 후 니켈(13중량%) 도금 시 면저항은 0.27Ω/sqr 미만
(3) 구리(74중량%) 도금 후 니켈(26중량%) 도금 시 면저항은 1.40Ω/sqr 미만
(4) 구리(46중량%) 도금 후 니켈(42중량%) 도금 후 탄소(12중량%) 도금 시 면저항은 2.90Ω/sqr 미만
(5) 니켈(73중량%) 도금 후 탄소(27중량%) 도금 시 면저항은 4.70Ω/sqr 미만
(6) 니켈(56중량%) 도금 후 탄소(44중량%) 도금 시 면저항은 13.50Ω/sqr 미만
뿐만 아니라 섬유 원단의 두께 및 밀도를 이용하여 상기 저항 발열 섬유 원단(100)의 표면 저항의 값을 조절할 수도 있다.
한편, 본 발명의 상기 고분자 수지(400)는 열경화성 수지 또는 열가소성 수지 중 선택된 물질로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 열경화성 수지란 열을 가하여 경화 성형하는 경우 다시 열을 가해도 형태가 변하지 않는 수지로 내열성, 내용제성, 내약품성, 기계적 성질 및 전기절연성이 좋은 특징이 있다.
열경화성 수지로 에폭시 또는 우레탄 등이 있는데, 상기 에폭시는 물과 날씨 변화에 잘 견디며, 빨리 굳고, 접착력이 강한 특징이 있으며, 상기 우레탄은 통상적으로 에틸카르바민산을 뜻하며, 무색의 결정 및 좋은 향을 가지고, 물과 알코올에 잘 녹는 특징이 있다.
또한 상기 열가소성 수지란 열을 가하여 성형한 뒤에도 다시 열을 가하면 형태를 변형시킬 수 있는 수지로 압출성형 또는 사출성형에 효율적으로 이용될 수 있는 장점을 가지는 반면, 내열성과 내용제성은 열경화성 수지에 비해 약한 단점이 있다.
열가소성 수지로 폴리올레핀계, 폴리에스터계 및 폴리아마이드계 수지가 있으며, 상기 폴리올레핀계는 폴리카보네이트, ABS, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 등이 있고, 상기 폴리에스터계는 PBT, PET 및 PEN 등이 있으며, 상기 폴리아마이드계는 PA6 및 PA6,6 등을 포함한다.
아울러 상기 고분자 수지(400)는 탄소나노튜브, 탄소섬유 또는 금속필러 중 적어도 하나 이상을 혼입하여 형성될 수 있으며, 이는 발열 직물과 플라스틱의 열전도 특성 향상을 위해 이용된다.
상기 탄소나노튜브는 탄소 6개로 이루어진 육각형들이 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있는 신소재이며, 상기 탄소섬유는 유기섬유를 비활성 기체 속에서 가열 및 탄화하여 만든 섬유에 해당한다.
본 발명의 상기 금형은 금속성의 형을 뜻하며, 금속으로 만든 주형, 플라스틱 성형용 형 및 금속제 형 등이 존재한다.
본 발명에서는 플라스틱 성형용 형이 주로 이용될 수 있으며, 상기 플라스틱 성형용 형은 성형압이 높은 경우에는 경화한 강이 사용되고, 저압력인 경우에는 구리합금이 이용될 수 있다.
최근 플라스틱의 정밀한 모양의 성형에는 베릴륨구리 금형이 이용될 수 있으며, 모서리 등이 빨리 닳아 모양이 망가지는 것을 방지하기 위해 표면에 크로뮴도금이 가해질 수 있다.
아울러 고분자 수지의 침투 및 성형품의 휨 방지를 위해 상기 금형 하판(200) 및 금형 상판(300)에 립이 형성될 수 있다.
도 2에 표시된 예시에서는 상측 방향으로 형성된 립이 도시되어 있으나, 필요에 따라 상기 립은 하측 방향으로 형성될 수도 있고, 그 외의 다양한 방향으로 다수의 립이 형성될 수 있다.
도 3에는 본 발명의 일실시예에 따른 플라스틱 면상 발열체 성형물 제조의 순서도가 도시된다.
먼저, 직조, 메쉬 또는 부직포 중 선택된 형태의 섬유 원단에 구리, 니켈, 탄소, 코발드, 금 및 은을 포함하는 금속을 무전해 도금하여 저항 발열 섬유 원단(100)을 제조한다(S10).
이후, 금형 하판(200) 위에 상기 저항 발열 섬유 원단(100)을 배치하고(S20), 그 위에 금형 상판(300)을 배치한다(S30).
마지막으로 고분자 수지(400)를 충진하여 플라스틱 면상 발열체 성형물을 제조하게 된다(S40).
결과적으로 본 발명은 여러 가지 형태의 섬유 원단에 선택적으로 금속의 두께 및 종류를 정하여 무전해 도금을 통해 저항 발열 섬유 원단(100)을 제조함으로써, 간단한 공정을 통해 균일한 발열 특성을 갖는 면상 발열체 성형물을 제조할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명은 단순한 공정을 이용함으로써, 비용을 절감하고, 제조효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
아울러 섬유 원단이 보강재 역할을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 온도 제어의 오작동으로 인한 과열 발생 또는 국부적 핫스팟 발생 시 섬유 원단의 용융을 통해 금속 도금층의 단선을 유도함으로써, 안전성이 확보되는 장점이 있다.
이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
100: 저항 발열 섬유 원단
200: 금형 하판
300: 금형 상판
400: 고분자 수지
200: 금형 하판
300: 금형 상판
400: 고분자 수지
Claims (8)
- 섬유 원단에 저항 발열체로서의 금속을 무전해 도금하여 저항 발열 섬유 원단을 제조하는 단계;
금형 하(下)판 위에 상기 저항 발열 섬유 원단을 위치시키는 단계;
상기 저항 발열 섬유 원단이 위치한 상기 금형 하판 위에 금형 상(上)판을 위치시키는 단계; 및
상기 금형 상판 및 금형 하판 사이에 형성된 공간에 고분자 수지를 충진하는 단계; 를 포함하되,
상기 고분자 수지는 열경화성 수지 또는 폴리올레핀(polyolefine)계, 폴리에스터(polyester)계 및 폴리아마이드(polyamide)계를 포함하는 열가소성 수지 중 선택된 물질로 형성되며,
상기 열경화성 수지는 에폭시(epoxy) 및 우레탄(urethane)을 포함하고,
상기 폴리올레핀계는 폴리카보네이트(polycarbonate), ABS(acrylonitrile-butadien-styrene), 폴리프로필렌(polypropylene) 및 폴리에틸렌(polyethylene)을 포함하며,
상기 폴리에스터계는 PBT(polybutylene terephthalate), PET(polyethylene terephthalate) 및 PEN(polyethylene naphthalate)을 포함하고,
상기 폴리아마이드계는 PA6(polyamide6) 및 PA6,6(polyamide6,6)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 면상 발열체 성형물 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 섬유 원단은 직조, 메쉬 또는 부직포 중 선택된 어느 하나 이상의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 면상 발열체 성형물 제조방법.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 고분자 수지는 탄소나노튜브(carbon nanotube), 탄소섬유(carbon fiber) 또는 금속필러 중 적어도 하나 이상을 혼입하여 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 플라스틱 면상 발열체 성형물 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 저항 발열 섬유 원단은 구리, 니켈, 탄소, 코발드, 금 및 은을 포함하는 금속을 이용해 단층 또는 다층으로 도금되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 면상 발열체 성형물 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 저항 발열 섬유 원단의 표면 저항은 도금되는 금속의 두께 및 종류에 따라 0.1 내지 100옴(Ω)의 범위 내에서 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 플라스틱 면상 발열체 성형물 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
고분자 수지의 침투 및 성형품의 휨 방지를 위해 상기 금형 하판 및 금형 상판에 립(lip)이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 면상 발열체 성형물 제조방법.
- 제 1 항, 제 2항, 제 4항 내지 제 7항 중 어느 한 항의 플라스틱 면상 발열체 성형물 제조방법에 의해 제조된 플라스틱 면상 발열체 성형물.
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| KR (1) | KR101399088B1 (ko) |
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| KR101998370B1 (ko) * | 2018-06-01 | 2019-07-09 | 유신정밀공업 주식회사 | 차량 열선용 메탈 코팅 카본 섬유 및 이를 포함하는 차량용 열선 |
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