KR101754924B1 - 가요성 탄소발열패드의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가요성 탄소발열패드의 제조방법에 관한 것으로, 전구체섬유를 탄화처리하여 탄소발열섬유로 생성시키는 탄소사생성단계와, 상기 탄소발열섬유에 폴리에스테르섬유를 혼방하여, 그물망형태의 제직구조를 갖는 탄소발열망으로 생성시키는 제직단계와, 상기 탄소발열망에 유상체형태의 규소수지를 침투시키고, 가열 및 건조하여 코팅시키는 코팅단계 및 코팅된 탄소발열망의 양면을 보온펠트가 감싸도록 상기 탄소발열망과 상기 보온펠트를 압축롤러에 투입하고, 상기 탄소발열망과 상기 보온펠트를 가열 및 압출하여 가요성의 탄소발열패드로 생성시키는 압출단계를 포함하는 가요성 탄소발열패드의 제조방법이 개시된다.

Description

가요성 탄소발열패드의 제조방법 {A METHODE FOR FLEXIBLE CARBON HEATING-PAD}

본 발명은 가요성 탄소발열패드에 관한 것으로, 축열기능을 통해 저전력에서도 높은 효율을 가질 뿐만 아니라, 경량 및 가요성을 특징으로 하여 생산 및 시공에 편의성을 높인 가요성 탄소발열패드의 제조방법에 관한 것이다.

발열보드는 탄소 및 금속으로 이루어진 발열선이 내장된 판재형태의 난방장치로서, 석유 및 가스 자원을 이용한 난방시설에 비해 월등한 효율을 보이며 시공이 간편함을 이유로 하여, 최근 각종 건축 및 건설분야에 있어서 주목받고 있는 기술 중 하나이다.

허나, 종래의 발열보드의 경우 탄소 및 금속을 발열선으로 삼는 전기패널이나 전기필름들로 구성되는 것이 일반적이라, 초기 온도 상승에 비교적 많은 에너지가 소모되고, 온도 유지를 위해 지속적으로 에너지를 공급해줘야 했다.

비록 석유 및 가스 자원을 이용한 난방시설에 비해서는 에너지소모가 낮은 편이긴 하나, 종래 발열보드 역시 적지 않는 전기에너지가 소모된다는 것은 부정할 수 없는 사실이다.

또한 종래 발열보드는 앞서 언급한 이유와 일맥상통하여 내습성이 약해 부식이 발생 수 있고, 하중강도가 낮아 파손의 위험이 있으며 전자파가 발생한다는 문제점이 또한 존재했다.

한편 종래의 발열보드는 발열선을 각종 부재들로 감싸 적층한 후, 열프레스기로 압축시켜 단단한 보드의 형태로 생산되었기 때문에, 중량이 무거울 뿐만 아니라 생산 및 시공 시 일정 크기를 갖도록 재단하는 규격화 작업이 필요했다.

이로 인해 종래의 발열보드는 넓은 면적을 시공함에 있어 다수의 보드를 운반하여 정렬시켜야 했고, 전기적으로 일일이 연결해줘야 했기 때문에 작업이 번거로울 뿐만 아니라 시공시간 또한 꽤나 요구된다는 문제점이 있었다.

특히, 좁은 통로나 좁은 공간을 통해 발열보드를 실어 나를 시에는 굽혀지거나 휘어지지는 않는 발열보드의 성질로 인해 위와 같은 문제점이 더욱더 부각되었다.

따라서, 전술한 종래 발열보드의 문제점을 해결하고, 롤형태로 생산 및 운반할 수 있어 시공면적에 관계없이 간편한 시공이 가능해지며, 실내뿐만 아니라 최근 주목받고 있는 지중난방에도 얼마든지 적용할 수 있는 가요성 패드타입의 새로운 난방장치의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 축열기능을 통해 저전력에서도 높은 효율을 가질 뿐만 아니라, 경량 및 가요성을 특징으로 하여 생산 및 시공에 편의성을 높인 가요성 탄소발열패드를 제조하는 방법을 제공함에 있다.

한편, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 전술한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 가요성 탄소발열패드의 제조방법은, 전구체섬유를 탄화처리하여 탄소발열섬유로 생성시키는 탄소사생성단계; 상기 탄소발열섬유에 폴리에스테르섬유를 혼방하여, 그물망형태의 제직구조를 갖는 탄소발열망으로 생성시키는 제직단계; 상기 탄소발열망에 유상체형태의 규소수지를 침투시키고, 가열 및 건조하여 코팅시키는 코팅단계; 및 코팅된 탄소발열망의 양면을 보온펠트가 감싸도록 상기 탄소발열망과 상기 보온펠트를 압축롤러에 투입하고, 상기 탄소발열망과 상기 보온펠트를 가열 및 압출하여 가요성의 탄소발열패드로 생성시키는 압출단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 압출단계는, 코팅된 탄소발열망의 너비방향에 따른 양 측면에 동박부스바를 접합시키고, 상기 코팅된 탄소발열망의 양면에 융착필름을 부착하여 히팅필름을 생성시키는 히팅필름생성과정; 상기 히팅필름의 양면을 상기 보온펠트가 감싸도록 상기 히팅필름과 상기 보온펠트를 상기 압축롤러에 투입하는 투입과정; 및 상기 압축롤러에 투입된 상기 히팅필름과 상기 보온펠트에 열을 가해 상기 히팅필름의 융착필름을 융해시키고, 융해된 융착필름에 의해 상기 탄소발열망과 상기 보온펠트가 접합되는 융착과정을 포함할 수 있다.

한편, 상기 압출단계는, 코팅된 탄소발열망의 너비방향에 따른 양 측면에 동박부스바를 접합시키고, 상기 동박부스바가 접합된 탄소발열망의 양면을 융착필름, 상기 보온펠트, 상기 융착필름, 마감부재가 각 층을 이루며 순차적으로 감싸도록, 상기 압축롤러에 상기 탄소발열망, 상기 융착필름, 상기 보온펠트, 상기 마감부재를 상기 압축롤러에 동시에 투입시킬 수도 있다.

이때, 상기 압출단계는, 상기 탄소발열망의 경사 및 위사가 교차되어 형성된 격자 내로 관통하여, 상기 탄소발열망의 너비방향에 따른 양 측면을 고정하는 돌기부가 구비된 텐션샤프트에 의해 상기 탄소발열망이 지지된 상태에서 상기 압축롤러로 투입될 수 있다.

그리고, 상기 탄소사생성단계는, 아라미드사로 구성된 상기 전구체섬유에 탄소액상을 함침시키는 함침과정; 상기 탄소액상이 함침된 상기 아라미드사를 가열하여 탄화시키는 열처리과정; 탄화된 상기 아라미드사의 저항값을 측정하는 저항값측정과정; 및 저항값이 측정된 아라미드사의 저항값이 기 설정된 범위 내에 위치하도록 조절하고, 상기 아라미드사에 동박선을 합사하여 전기적 연결이 가능한 탄소발열섬유로 생성시키는 합사과정을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 코팅단계는, 피더샤프트에 롤형태로 감겨있는 상기 탄소발열망을 함침롤러에 공급하여, 유상체형태의 규소수지를 상기 탄소발열망 상에 도포시키는 도포과정; 규소수지가 도포된 탄소발열망을 가열로에 투입하여 가열 및 건조시키는 가열과정; 및 가열 및 건조된 탄소발열망을 검수롤러에 통과시켜 적합 및 불량여부를 판단하고, 스풀에 롤형태로 감아내는 검수과정을 포함할 수 있다.

이때, 상기 가열과정은, 상기 탄소발열망의 길이방향 또는 너비방향 중 적어도 어느 한 방향을 따라 장력이 인가된 상태에서 진행될 수 있다.

이에 따라, 상기 가열과정은, 상기 가열로로 투입되는 상기 탄소발열망의 이송경로 상에 회전 가능하게 배치되며, 상기 탄소발열망을 지지하여 상기 가열로로 투입시키는 텐션샤프트의 회전속도를 상기 스풀에 감겨진 상기 탄소발열망이 풀리는 속도보다 빠르게 하여, 상기 스풀로부터 상기 가열로로 투입되는 상기 탄소발열망에 길이방향을 따라 장력을 인가시킨 상태에서 수행될 수 있다.

아울러, 상기 가열과정은, 상기 가열로로 투입되는 상기 탄소발열망의 이송경로 상에 회전 가능하게 배치되며, 상기 탄소발열망의 경사 및 위사가 교차되어 형성된 격자 내로 관통하여, 상기 탄소발열망의 너비방향에 따른 양 측면을 고정하는 돌기부가 구비된 텐션샤프트에 의해 상기 탄소발열망이 지지된 상태로 상기 가열로로 투입될 수 있다.

나아가, 상기 가열과정은, 상기 텐션샤프트의 둘레를 따라 형성된 복수 개의 돌기로 구성되며, 상기 돌기는 상기 탄소발열망의 이송방향을 향하는 일측의 기울기가 타측에 비해 완만한 경사를 갖도록 형성된 돌기부에 의해, 상기 탄소발열망의 너비방향에 따른 양 측면이 고정되어 진행될 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 가열과정은, 상기 가열로로 투입되는 상기 탄소발열망의 이송경로 상에 회전 가능하게 배치되며, 축의 둘레가 양단에서 가운데로 갈수록 점차적으로 굵어지게 형성된 지지샤프트에 의해 상기 탄소발열망이 지지된 상태로 상기 가열로로 투입될 수도 있다.

전술한 구성을 가지는 본 발명에 따른 복합활성탄소섬유 부직포의 제조방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

축열기능을 통해 저전력에서도 높은 효율을 가질 뿐만 아니라, 경량 및 가요성을 특징으로 하여 생산 및 시공에 편의성을 높인 가요성 탄소발열패드를 제조할 수 있다는 이점이 있다.

한편, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가요성 탄소발열패드의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 장력이 인가된 상태에서 가열로로 투입되는 탄소발열망을 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 탄소발열망의 양 측면을 고정하는 텐션샤프트 및 돌기부를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 탄소발열망의 처짐을 방지하는 지지샤프트를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 히팅필름생성과정을 나타낸 도면이다.
도 8 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 압출단계를 통해 생성되는 가요성 탄소발열패드를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 생성된 탄소발열패드의 단면을 나타낸 도면이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서 동일한 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

또한 본 실시예를 설명함에 있어서 도면에 도시된 구성은 상세한 설명에 대한 이해를 돕기 위한 예시일 뿐, 이로 인해 권리범위가 제한되지 않음을 명시한다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 가요성 탄소발열패드의 제조방법은 탄소사생성단계(S1), 제직단계(S2), 코팅단계(S3), 압출단계(S4)를 포함할 수 있다.

먼저, 탄소사생성단계(S1)는 이후 이루어지는 공정에서 사용될 탄소발열섬유를 생성하는 단계로서, 전구체섬유에 액상의 탄소를 함침시키고 이를 열처리하여 탄화시킴으로써 탄소발열섬유를 생성시킬 수 있다.

여기서 전구체섬유는 아라미드계 섬유를 기초로 하는 섬유일 수 있다. 아라미드 섬유는 인장강도 및 내열이 뛰어나며 가늘게 방사했을 시에도 강인성 및 고탄성을 유지할 수 있어, 탄소발열섬유의 전구체섬유로서 매우 적합한 특성을 갖는다 볼 수 있다.

다만, 본 실시예에 따른 전구체섬유는 아라미드계 섬유를 기초로 하는 것에 한정되지 않으며, 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile; 약칭 PAN)계, 피치(Picth)계, 레이온계 등의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 포함하는 섬유로 구성될 수도 있다.

한편, 본 실시예에 따른 탄소사생성단계(S1)는 도 2에 도시된 바와 같이 함침과정(S1-1), 열처리과정(S1-2), 저항값측정과정(S1-3) 및 합사과정(S1-4)를 포함하여 이루어질 수 있다.

함침과정(S1-1)은 아라미드사로 구성된 전구체섬유에 탄소액상을 함침시키는 과정으로서, 탄소액상이 담겨있는 믹싱기에 아라미드사를 통과시키거나, 아라미드사에 탄소액상을 분사시키는 방법을 이용할 수 있다.

그리고 탄소액상이 함침된 아라미드사는 노즐기를 거치면서 여분의 탄소액상을 걸러내고, 탄소섬유의 두께가 일정하게 유지되도록 조절될 수 있다.

열처리과정(S1-2)은 탄소액상이 함침된 아라미드사를 가열하여 탄화시키는 과정이며, 열처리과정(S1-2)을 통해 탄소섬유는 전류가 인가될 시 저항값에 따라 열을 발산하게 되는 탄소섬유로 전환될 수 있다.

저항값측정과정(S1-3)은 탄화된 아라미드사의 저항값을 측정하는 과정으로서, 저항측정기를 통하여 열처리과정(S1-2)을 거쳐 탄화된 아라미드사의 저항값이 기 설정된 범위에 위치하는 측정하는 과정일 수 있다.

여기서 기 설정된 범위라 함은 이후 공정을 통해 탄화된 아라미드사가 탄소발열섬유로 생성되었을 때, 상기 탄소발열섬유가 전기적으로 연결되고 전류가 인가되었을 시 발산하는 열의 온도범위를 유도하는 유도값이라 할 수 있다.

보다 구체적으로 기 설정된 저항값의 범위가 높을수록 탄소발열섬유의 전력소비 및 방열온도 범위도 상승하게 되며, 반대로 기 설정된 저항값의 범위가 낮을수록 탄소발열섬유의 전력소비 및 방열온도 범위도 낮아지게 된다.

즉, 본 실시예에 따른 탄소사생성단계(S1)에서는 저항값측정과정(S1-3) 및 이후 언급할 합사과정(S1-4)에서의 저항값조절을 통해, 탄소발열섬유의 방열온도의 범위를 사용 용도 및 목적에 맞게 설정할 수 있다.

합사과정(S1-4)에서는 저항값이 측정된 아라미드사의 저항값이 기 설정된 범위를 벗어났을 경우 이를 기 설정된 범위에 위치되도록 조절하고, 아라미드사에 동박선을 합사하여 전기적 연결이 가능한 탄소발열섬유로 생성시킬 수 있다.

이때, 상기 동박선은 구리, 니켈 등 전도성을 갖는 금속을 섬유에 도금시켜 전기가 흐를 수 있도록 마련된 섬유를 말한다.

이처럼 본 실시예에 따른 탄소사생성단계(S1)는 전술한 바와 같은 공정을 거침으로써, 동박선이 합사되어 전기적 연결이 가능한 탄소발열섬유를 생성시킬 수 있다.

이어서, 재직단계(S2)는 탄소사생성단계(S1)를 통해 생성된 탄소발열섬유에 폴리에스테르섬유를 혼방하여, 그물망형태의 제직구조를 갖는 탄소발열망으로 생성시킬 수 있다.

여기서 탄소발열망은 경사 및 위사가 서로 교차하여 격자무늬를 형성하는 그물망형태의 제직구조를 갖도록 제직되며, 격자의 크기 즉, 경사간의 간격 및 위사간의 간격들은 추후 생산된 탄소발열패드의 용도 및 목적에 맞춰 유동적으로 변경될 수 있다.

이때, 탄소발열섬유에 혼방되는 섬유는 폴리에스테르섬유 외에도 추가적으로 동박선이 더해져 혼방될 수도 있으며, 탄소발열섬유, 폴리에스테르섬유 및 동박선이 직조된 제직구조를 갖는 탄소발열망이 생성될 수 있다.

다음으로, 코팅단계(S3)에서는 앞서 재직단계(S2)를 통해 생성된 탄소발열망에 유상체(油狀體)형태의 규소수지를 침투시키고, 가열 및 건조하여 상기 탄소발열망 상에 상기 규소수지를 코팅시킬 수 있다.

이와 같이 탄소발열망 상에 규소수지를 코팅하는 이유는, 이후 진행될 히팅필름의 생성 또는 탄소발열패드의 생성 시 융착필름, 보온펠트와 같은 부재의 중심에 탄소발열망이 위치하게 되는데, 이때 탄소발열망의 격자형태가 그대로 유지되어야 하기 때문이다.

즉, 탄소발열망의 경사간의 간격, 그리고 위사간의 간격들이 일정간격으로 유지된 상태에서 탄소발열패드로 압출되어야, 탄소발열패드의 사용 시 균일한 온도분포를 얻을 수 있으며, 탄소발열섬유간의 접촉으로 인한 전기적 결함 및 부분적인 온도상승을 방지할 수 있기 때문이다.

한편, 본 실시예에 따른 코팅단계(S3)는 도 2에 도시된 바와 같이 도포과정(S3-1), 가열과정(S3-2), 검수과정(S3-3)를 포함하여 이루어질 수 있다.

도포과정(S3-1)에서는 피더샤프트에 롤형태로 감겨있는 탄소발열망을 함침롤러에 공급하여, 유상체형태의 규소수지를 상기 탄소발열망 상에 도포시킬 수 있다.

여기서 피더샤프트는 앞서 제직단계(S2)를 통해 생산되어 롤형태로 감겨있는 탄소발열망이 거치되는 축으로서, 상기 피더샤프트에 거치된 롤형태의 탄소발열망은 회전을 통해 풀려지며 함침롤러로 연결 및 이송될 수 있다.

그리고 함침롤러는 유상체형태의 규소수지를 머금고 있거나, 탄소발열망을 지지한 상태서 규소수지를 탄소발열망을 향해 분사하는 방법을 통해 상에 규소수지를 탄소발열망 상에 도포함으로써, 규소수지를 탄소발열망을 구성하고 있는 탄소발열섬유에 침투시킬 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 도포과정(S3-1)에서 규소수지를 탄소발열망에 도포하는 이유는 다음과 같을 수 있다.

규소수지(실리콘)은 절연물질이자 내열성이 높으며, 사실상 반영구적인 물질에 가깝기 때문에, 규소수지의 코팅을 통해 탄소발열섬유의 내구성, 안정성을 크게 높일 수 있다.

종래 발열보드 등에 사용되는 발열섬유(선) 등은 대부분이 라미네이트 필름, 아크릴 수지, 우레탄, 폴리프롤필렌 등을 사용해 코딩하는 것이 일반적이며, 이 경우 습기에 취약하고 경화현상에 의해 제품의 수명이 길지 못하다는 단점이 존재했다.

뿐만 아니라 코팅제의 특성상 발열섬유가 열을 발산하는 과정에서, 열의 절달하는 파장이 단파장으로 전달된다.

이에 반해, 본 발명에 따르면 규소수지가 코팅된 탄소발열섬유의 경우 열이 장파장으로 전달되기 때문에, 투과력이 높아 공기 중 열전달이 보다 쉽게 이루어질 수 있다는 이점이 있다.

나아가, 적외선의 경우 살균, 소독, 의료 및 치료 목적으로도 사용되고 있는 전자기파이기 때문에, 일반적인 단파장 전자기파에 비해 인체에 무해하다는 부수적인 효과도 얻을 수 있다.

가열과정(S3-2)에서는 규소수지가 도포된 탄소발열망을 가열로에 투입하여 가열 및 건조시키는 과정으로서, 탄소발열망의 제직구조 즉, 경사 및 위사들간의 간격이 보다 단단하게 유지될 수 있도록, 탄소발열망에 도포 및 침투된 규소수지를 굳히는 공정일 수 있다.

그리고 검수과정(S3-3)에서는 가열 및 건조된 탄소발열망을 검수롤러에 통과시켜 탄소발열망의 제품상태에 대한 적합 및 불량여부를 판단하고, 스풀에 롤형태로 감아낼 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 가열과정(S3-2)은 앞서 언급했던 바와 같이 탄소발열망의 제직구조 즉, 경사간의 간격 및 위사간의 간격들이 일정간격으로 유지된 상태에서 건조되어야 함이 중요할 수 있다.

이에 따라 본 실시예에 따른 가열과정(S3-2)에서는 탄소발열망의 길이방향 또는 너비방향 중 적어도 어느 한 방향을 따라 장력이 인가된 상태에서 진행될 수 있다.

이러한 가열과정(S3-2)은 다양한 형태로 수행될 수 있는데, 본 실시예에 따른 가열과정(S3-2)에 대한 다음과 같은 방법들을 통해 탄소발열망의 제직구조를 유지시킨 상태에서 가열과정(S3-2)을 수행할 수 있다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 가열과정(S3-2)은 가열로(hf)로 투입되는 탄소발열망(10)의 이송경로 상에 회전 가능하게 배치되며, 탄소발열망(10)을 지지하여 가열로(hf)로 투입시키는 텐션샤프트(100)의 회전속도(r1)를 스풀(200)에 감겨진 탄소발열망(10)이 풀리는 속도(r2)보다 빠르게 하여, 스풀(200)로부터 가열로(hf)로 투입되는 탄소발열망(10)에 길이방향을 따라 장력을 인가시킨 상태에서 수행될 수 있다.

즉, 텐션샤프트(100)와 스풀(200)의 회전비를 미세하게 다르게 함으로써, 텐션샤프트(100)의 회전에 의해 탄소발열망(10)이 이송방향으로 당겨지도록 하여 탄소발열망(10)을 팽팽하게 유지시킬 수 있다.

이로 인해 탄소발열망(10)은 제직구조의 격자형태 및 경사, 위사간의 상호간격이 일정하게 유지된 상태로 가열로(hf)에 투입될 수 있다.

또한 도 4에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 가열과정(S3-2)에서는 텐션샤프트(100)에 구비된 돌기부에 의해 탄소발열망(10)은 양 측면이 지지된 상태로 가열로(hf)로 투입될 수 있다.

여기서 텐션샤프트(100)는 앞서 설명했던 실시예와 마찬가지로 가열로(hf)로 투입되는 탄소발열망(10)의 이송경로 상에 회전 가능하게 배치될 수 있다.

그리고 돌기부는 탄소발열망(10)의 경사(11) 및 위사(12)가 교차되어 형성된 격자(l) 내로 관통하여, 탄소발열망(10)의 너비방향에 따른 양 측면을 고정할 수 있다.

아울러 본 실시예에 따른 돌기부(110)는 도 5에 도시된 바와 같이 텐션샤프트(100)의 둘레를 따라 형성된 복수 개의 돌기(110)들로 구성되며, 이러한 돌기(110)는 탄소발열망(10)의 이송방향(d1), 즉 텐션샤프트(100)의 회전방향(d2)을 향하는 일측의 기울기가 타측에 비해 완만한 경사를 갖도록 형성될 수 있다.

이에 따라 본 실시예에 따른 가열과정(S3-2)에서는 탄소발열망(10)의 너비방향에 따른 양 측면이 고정되어, 탄소발열망(10)이 너비방향을 따라 팽팽하게 당겨진 상태에서 가열로(hf)로 투입될 수 있다.

또한 텐션샤프트(100)의 회전방향(d2)을 향하는 돌기(110)의 일측 기울기가 완만하게 형성되기 때문에, 돌기부가 텐션샤프트(100)의 회전에 의해 탄소발열망(10)의 격자(l) 내로 삽입될 때, 자연스러운 유입이 가능해질 뿐만 아니라 돌기(110)에 의해 탄소발열망(10)이 찢기는 것을 방지할 수 있다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 가열과정(S3-2)에서는 탄소발열망(10)이 지지샤프트(300)에 의해 지지된 상태로 가열로(hf)로 투입될 수 있다.

여기서 지지샤프트(300)는 가열로(hf)로 투입되는 탄소발열망(10)의 이송경로 상에 회전 가능하게 배치되며, 축의 둘레가 양단에서 가운데로 갈수록 점차적으로 굵어지게 형성될 수 있다.

이에 따라, 탄소발열망(10)은 가열로(hf)로 투입되는 이송과정에서 위와 같은 형상을 갖는 지지샤프트(300)에 의해 지지됨으로써, 너비방향에 따른 가운데부분이 중력에 의해 처지거나 주저앉게 되는 것이 방지될 수 있다.

이로 인해 탄소발열망(10)의 처짐 및 기울어짐에 의해 격자형태를 갖는 제직구조가 흐트러지짐 또한 방지할 수 있다.

이처럼 본 실시예에 따른 가열과정(S3-2)은 전술한 바와 같은 방법들을 통해 탄소발열망의 제직구조를 유지시킨 상태에서 가열과정(S3-2)을 수행함으로써, 탄소발열망(100)이 제직구조의 격자형태 및 경사, 위사간의 상호간격을 일정하게 유지한 상태로 가열로(hf)로 투입될 수 있다

이어서, 압출단계(S4)에서는 전술한 코팅단계(S3)를 통해 코팅된 탄소발열망의 양면을 보온펠트가 감싸도록 탄소발열망과 보온펠트를 압축롤러에 투입하고, 탄소발열망과 보온펠트를 가열 및 압출하여 가요성 탄소발열패드를 생성시킬 수 있다.

이러한 압출단계(S4)는 도 2에 도시된 바와 같이 히팅필름생성과정(S4-1), 투입과정(S4-2), 융착과정(S4-3)를 포함하여 이루어질 수 있다.

히팅필름생성과정(S4-1)에서는 도 7에 도시된 바와 같이 코팅된 탄소발열망(10)의 너비방향에 따른 양 측면에 동박부스바(14)를 접합시키고, 코팅된 탄소발열망(10)의 양면에 융착필름(22)을 부착하여 히팅필름(20)을 생성시킬 수 있다.

여기서 동박부스바(14)는 탄소발열망(10)을 구성하는 탄소발열섬유들을 전기적으로 병렬 연결시키기 위해 탄소발열망(10)에 덧대어 지는 박막형태의 금속재로서, 구리 및 니켈 등을 포함하는 전도성 금속재로 이루어질 수 있다.

또한 융착필름(22)은 탄소발열망(10)의 양면에 부착되어 탄소발열망(10)과 동박부스바(14)를 완전히 접합시킬 뿐만 아니라, 탄소발열망(10)의 제직구조를 견고하게 유지시키는 커버역할을 수행할 수 있다.

이러한 융착필름(22)은 이후 압축롤러에 의해 가압된 상태에서 열이 가해짐에 따라 융해되며, 융해된 융착필름(22)은 탄소발열망(10)과 보온펠트를 견고하게 접합시킬 뿐만 아니라, 탄소발열망(10)을 한 번 더 코팅함으로써 탄소발열망(10)의 내수성, 내열성, 및 절연성을 한층 더 높일 수 있다.

이와 같은 융착필름(22)은 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리이미드 등을 포함하는 합성수지로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 탄소발열패드의 용도 및 목적에 맞춰 얼마든지 다양한 소재로 구성될 수 있음을 명시한다.

투입과정(S4-2)에서는 도 8에 도시된 바와 같이 히팅필름(20)의 양면을 보온펠트(32)가 감싸도록 히팅필름(20)과 보온펠트(32)를 압축롤러(400)에 투입할 수 있다.

융착과정(S4-3)에서는 압축롤러(400)에 투입된 히팅필름(20)과 보온펠트(32)에 열을 가해 히팅필름(20)의 융착필름(22)을 융해시키고, 융해된 융착필름(22)에 의해 탄소발열망(10)과 보온펠트(32)가 접합될 수 있다.

여기서 압축롤러(400)는 상, 하로 배열된 두 개의 회전 롤러가 한 쌍을 이루도록 구성되고, 이러한 압출롤러(400)들은 복수 개로 마련되기 때문에 히팅필름(20) 및 보온펠트(32)가 원하는 두께의 탄소발열패드(30)로 생성될 때까지 단계적으로 가열 및 압출시킬 수 있다.

이에 따라 탄소발열패드(30)를 생성함에 있어서 연속적인 가열 및 압출 공정이 가능해지며, 압출단계(S4)를 통해 생성되는 탄소발열패드(30)은 충분히 휘어질 수 있는 가요성을 갖기 때문에 롤형태로 감아내어 생산할 수 있다.

나아가, 도 9에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 압출단계(S4)는 코팅된 탄소발열망(10)의 너비방향에 따른 양 측면에 동박부스바(도 7의 14 참조)를 접합시키고, 압축롤러(400)에 동박부스바가 접합된 탄소발열망(10), 융착필름(22), 보온펠트(32), 융착필름(34), 마감부재(36)를 동시에 투입시켜 수행될 수도 있다.

이로 인해 도 10에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 압출단계(S4)를 거쳐 생성된 가요성 탄소발열패드(30)는 동박부스바가 접합된 탄소발열망(10)의 양면을 융착필름(22), 보온펠트(32), 융착필름(34), 마감부재(36)가 각 층을 이루며 순차적으로 적층되어 있는 형태의 단면을 가질 수 있다.

여기서 탄소발열망(10)를 감싸도록 투입되는 융착필름(22)은 탄소발열망(10)의 내수성, 내식성 및 절연성을 향상시키는 1차 인슐레이션부재의 역할을 하게 되며, 보온펠트(32)를 감싸도록 투입되는 융착필름(34)는 2차 인슐레이션부재의 역할을 수행할 수 있다.

한편, 탄소발열망(10), 융착필름(22), 보온펠트(32), 마감부재(36) 등이 각 층을 이루는 순서 및 횟수는 생산된 가요성 탄소발열패드의 용도 및 목적에 따라 얼마든지 현장에 유동적으로 변경하여 생산할 수 있다.

또한 본 실시예에 따른 압출단계(S4)에서는 탄소발열망(10)의 너비방향에 따른 양 측면을 고정하는 돌기부가 구비된 텐션샤프트에 의해 탄소발열망(10)이 지지된 상태에서 압축롤러(400)로 투입될 수 있다.

여기서 상기 텐션샤프트는 앞서 본 실시예에 따른 코팅단계(S3)의 과열과정(S3-2)에서 전술했던 텐션샤프트(도 4의 100 참조)와 동일한 구성으로 마련될 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 앞서 언급한 바와 같기 때문에 생략하도록 하겠다.

본론으로 돌아와, 이처럼 본 실시예에 따른 압출단계(S4)에서는 탄소발열망(10)의 너비방향에 따른 양 측면이 텐션샤프트(100)를 통해 고정된 상태에서 압축롤러(400)에 투입될 수 있다.

이에 따라 앞서 가열과정(S3-2)에 이어 한 번 더 탄소발열망(10)은 제직구조의 격자형태 및 경사, 위사간의 상호간격이 일정하게 유지된 상태로 압축롤러(400)에 투입될 수 있다.

전술한 바와 같은 일련의 공정들을 통해 생성되는 본 발명에 따른 가요성 탄소발열패드는, 탄소발열망으로부터 방열되는 열에너지가 융착필름 및 보온펠트 등의 다층구조에 의해 내부에 축적될 수 있는 축열기능을 가질 수 있다.

이로 인해 탄소발열망에서 방열되는 열에너지 중 5% 내지 25%의 열에너지가 탄소발열패드 내에 머무르게 되기 때문에, 초기 온도상승에 걸리는 시간 및 에너지를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 온도유지를 위해 소모되는 에너지 또한 절감시킬 수 있다는 이점이 있다.

한편, 이러한 축열기능을 갖췄음에도 본 실시예에 따른 탄소발열패드는 규소수지를 코팅함으로써, 탄소발열망을 통해 장파장의 전자기파를 발산하기 때문에, 충분한 투과력을 갖고 보온펠트 등을 통과하여 열을 전달할 수 있다.

이와 같은 절전효과에 따라 가정 및 산업시설 내의 난방시설뿐만 아니라, 시설하우스, 축산농가 등의 지중난방분야에 이르기까지 마감소재 및 시공면적에 구애를 받지 않고 적용할 수 있다.

아울러 경량 및 가요성을 특징으로 하여 생산 및 시공의 편의성 또한 갖출 수 있다는 이점이 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 일 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.

그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

S1: 탄소사생성단계 10: 탄소발열망
S1-1: 함침과정 14: 동박부스바
S1-2: 열처리과정 20: 히팅필름
S1-3: 저항값측정과정 22, 34: 융착필름
S1-4: 합사과정 30: 탄소발열패드
S2: 제직단계 32: 보온펠트
S3: 코팅단계 36: 마감부재
S3-1: 도포과정 100: 텐션샤프트
S3-2: 가열과정 110: 돌기
S3-3: 검수과정 200: 스풀
S4: 압출단계 300: 지지샤프트
S4-1: 히팅필름생성과정 400: 압축롤러
S4-2: 투입과정 hf: 가열로
S4-3: 융착과정

Claims (11)

1. 전구체섬유를 탄화처리하여 탄소발열섬유로 생성시키는 탄소사생성단계;
   상기 탄소발열섬유에 폴리에스테르섬유를 혼방하여, 그물망형태의 제직구조를 갖는 탄소발열망으로 생성시키는 제직단계;
   상기 탄소발열망에 유상체형태의 규소수지를 침투시키고, 가열 및 건조하여 코팅시키는 코팅단계; 및
   코팅된 탄소발열망의 양면을 보온펠트가 감싸도록 상기 탄소발열망과 상기 보온펠트를 압축롤러에 투입하고, 상기 탄소발열망과 상기 보온펠트를 가열 및 압출하여 가요성의 탄소발열패드로 생성시키는 압출단계를 포함하고,
   상기 코팅단계는,
   피더샤프트에 롤형태로 감겨있는 상기 탄소발열망을 함침롤러에 공급하여, 유상체형태의 규소수지를 상기 탄소발열망 상에 도포시키는 도포과정;
   규소수지가 도포된 탄소발열망을 가열로에 투입하여 가열 및 건조시키는 가열과정; 및
   가열 및 건조된 탄소발열망을 검수롤러에 통과시켜 적합 및 불량여부를 판단하고, 스풀에 롤형태로 감아내는 검수과정을 포함하며,
   상기 가열과정은,
   상기 탄소발열망의 길이방향 또는 너비방향 중 적어도 어느 한 방향을 따라 장력이 인가된 상태에서 진행되는 것을 특징으로 하는,
   가요성 탄소발열패드의 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 압출단계는,
   코팅된 탄소발열망의 너비방향에 따른 양 측면에 동박부스바를 접합시키고, 상기 코팅된 탄소발열망의 양면에 융착필름을 부착하여 히팅필름을 생성시키는 히팅필름생성과정;
   상기 히팅필름의 양면을 상기 보온펠트가 감싸도록 상기 히팅필름과 상기 보온펠트를 상기 압축롤러에 투입하는 투입과정; 및
   상기 압축롤러에 투입된 상기 히팅필름과 상기 보온펠트에 열을 가해 상기 히팅필름의 융착필름을 융해시키고, 융해된 융착필름에 의해 상기 탄소발열망과 상기 보온펠트가 접합되는 융착과정을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   가요성 탄소발열패드의 제조방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 압출단계는,
   코팅된 탄소발열망의 너비방향에 따른 양 측면에 동박부스바를 접합시키고, 상기 동박부스바가 접합된 탄소발열망의 양면을 융착필름, 상기 보온펠트, 상기 융착필름, 마감부재가 각 층을 이루며 순차적으로 감싸도록, 상기 압축롤러에 상기 탄소발열망, 상기 융착필름, 상기 보온펠트, 상기 마감부재를 상기 압축롤러에 동시에 투입시키는 것을 특징으로 하는,
   가요성 탄소발열패드의 제조방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 압출단계는,
   상기 탄소발열망의 경사 및 위사가 교차되어 형성된 격자 내로 관통하여, 상기 탄소발열망의 너비방향에 따른 양 측면을 고정하는 돌기부가 구비된 텐션샤프트에 의해 상기 탄소발열망이 지지된 상태에서 상기 압축롤러로 투입되는 것을 특징으로 하는,
   가요성 탄소발열패드의 제조방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 탄소사생성단계는,
   아라미드사로 구성된 상기 전구체섬유에 탄소액상을 함침시키는 함침과정;
   상기 탄소액상이 함침된 상기 아라미드사를 가열하여 탄화시키는 열처리과정;
   탄화된 상기 아라미드사의 저항값을 측정하는 저항값측정과정; 및
   저항값이 측정된 아라미드사의 저항값이 기 설정된 범위 내에 위치하도록 조절하고, 상기 아라미드사에 동박선을 합사하여 전기적 연결이 가능한 탄소발열섬유로 생성시키는 합사과정을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   가요성 탄소발열패드의 제조방법.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 가열과정은,
   상기 가열로로 투입되는 상기 탄소발열망의 이송경로 상에 회전 가능하게 배치되며, 상기 탄소발열망을 지지하여 상기 가열로로 투입시키는 텐션샤프트의 회전속도를 상기 스풀에 감겨진 상기 탄소발열망이 풀리는 속도보다 빠르게 하여, 상기 스풀로부터 상기 가열로로 투입되는 상기 탄소발열망에 길이방향을 따라 장력을 인가시킨 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는,
   가요성 탄소발열패드의 제조방법.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 가열과정은,
   상기 가열로로 투입되는 상기 탄소발열망의 이송경로 상에 회전 가능하게 배치되며, 상기 탄소발열망의 경사 및 위사가 교차되어 형성된 격자 내로 관통하여, 상기 탄소발열망의 너비방향에 따른 양 측면을 고정하는 돌기부가 구비된 텐션샤프트에 의해 상기 탄소발열망이 지지된 상태로 상기 가열로로 투입되는 것을 특징으로 하는,
   가요성 탄소발열패드의 제조방법.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 가열과정은,
    상기 텐션샤프트의 둘레를 따라 형성된 복수 개의 돌기로 구성되며, 상기 돌기는 상기 탄소발열망의 이송방향을 향하는 일측의 기울기가 타측에 비해 완만한 경사를 갖도록 형성된 돌기부에 의해, 상기 탄소발열망의 너비방향에 따른 양 측면이 고정되어 진행되는 것을 특징으로 하는,
    가요성 탄소발열패드의 제조방법.
    
11. 제1항에 있어서,
    상기 가열과정은,
    상기 가열로로 투입되는 상기 탄소발열망의 이송경로 상에 회전 가능하게 배치되며, 축의 둘레가 양단에서 가운데로 갈수록 점차적으로 굵어지게 형성된 지지샤프트에 의해 상기 탄소발열망이 지지된 상태로 상기 가열로로 투입되는 것을 특징으로 하는,
    가요성 탄소발열패드의 제조방법.

Images