KR101804872B1 - Manufacturing method of carbon fiber for sheet heater and carbon fiber for sheet heater manufactured thereby - Google Patents
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Abstract
면상발열체용 탄소섬유초지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 큐빅, 산화철 및 탄소분말을 적정 비율로 혼합하여 탄소섬유원사를 제조하여 전기에 반응하는 성질을 제어하고 펄스 전압을 이용하여 제지펄프 내에서 탄소섬유원사의 배향을 용이하게 유도함으로써, 초지의 종방향과 횡방향에서 서로 상이한 발열특성을 구현하며, 원적외선 방사량을 극대화하는 동시에 발열특성을 향상시킬 수 있는, 면상발열체용 탄소섬유초지의 제조 방법 및 상기 면상발열체용 탄소섬유초지의 제조 방법에 따라 제조되는 면상발열체용 탄소섬유초지에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a carbon fiber grass for planar heating element, more specifically, a carbon fiber yarn is produced by mixing cubic, iron oxide and carbon powder in an appropriate ratio to control electricity-responsive properties, A method of manufacturing a carbon fiber grass for a planar heating element, which is capable of maximizing the amount of far-infrared radiation and improving the heat generation property by easily inducing orientation of the fiber yarn, realizing heat generation characteristics different from each other in longitudinal and transverse directions, The present invention relates to carbon fiber grasses for planar heating elements, which are produced by the method for producing carbon fiber grasses for planar heating elements.
Description
본 발명은 면상발열체용 탄소섬유초지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 큐빅, 산화철 및 탄소분말을 적정 비율로 혼합하여 탄소섬유원사를 제조하여 전기에 반응하는 성질을 제어하고 펄스 전압을 이용하여 제지펄프 내에서 탄소섬유원사의 배향을 용이하게 유도함으로써, 초지의 종방향과 횡방향에서 서로 상이한 발열특성을 구현하며, 원적외선 방사량을 극대화하는 동시에 발열특성을 향상시킬 수 있는, 면상발열체용 탄소섬유초지의 제조 방법 및 상기 면상발열체용 탄소섬유초지의 제조 방법에 따라 제조되는 면상발열체용 탄소섬유초지에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon fiber grass for planar heating elements, more particularly, to a carbon fiber yarn by mixing cubic, iron oxide and carbon powder in an appropriate ratio to control electrical properties, The present invention provides a carbon fiber grass material for planar heating element capable of maximizing the amount of far-infrared radiation and improving the heat generation characteristics by realizing the heat generation characteristic different from each other in the longitudinal direction and the transverse direction by easily inducing the orientation of the carbon fiber yarn And a method for producing the carbon fiber grass for a planar heating element according to the present invention.
종래 기술에 따른 면상발열체는 탄소섬유를 펄프부재 내에 분산시킨 탄소섬유직물이나 흑연판상의 분말이나 탄소분말을 분산시킨 전도성 고분자 발열시트가 사용되고 있다. 이처럼 탄소섬유를 펄프부재 내에 분산시킨 탄소섬유직물과 전도성 고분자시트를 이용한 면상발열체의 구조는 탄소섬유직물이나 전도성 고분자 시트의 상하 표면층에 전기절연과 방수를 위한 고분자 절연층이 라미네이팅되어 있는 형태로 구성되어 있다. 따라서, 탄소섬유직물과 전도성 고분자 시트를 이용한 면상발열체에서는 발열체의 전체 면에서 균일 발열이 가능하여 니크롬 등의 발열선을 이용한 선상발열체의 문제점인 발열선 부위만의 발열로 인한 불균일한 온도분포에 의해 발생하는 불쾌감을 해결할 수 있다.Background Art [0002] Conventional planar heating elements use a carbon fiber fabric or a graphite plate powder in which carbon fibers are dispersed in a pulp member, or a conductive polymer heating sheet in which carbon powder is dispersed. The structure of the surface heating element using the carbon fiber fabric and the conductive polymer sheet in which the carbon fiber is dispersed in the pulp member is composed of the upper and lower surface layers of the carbon fiber fabric or the conductive polymer sheet laminated with a polymer insulation layer for electrical insulation and waterproofing . Therefore, in a planar heating element using a carbon fiber fabric and a conductive polymer sheet, uniform heating can be performed on the entire surface of the heating element, which is caused by uneven temperature distribution due to heat generated only in the heating element, which is a problem of the linear heating element using a heating wire such as nichrome The discomfort can be solved.
또한, 탄소섬유직물과 전도성 고분자 시트에서 모두 전도성 필러로 원적외선 방사 특성이 뛰어난 탄소섬유나 탄소분말이 사용되고 있는데, 탄소섬유직물이나 전도성 고분자 시트를 이용한 면상발열체는 가열하고자 하는 물체에 부착하여 사용하는 접촉가열 방식뿐만 아니라, 물체와 일정거리 유지하며 가열할 수 있는 원적외선 방사 면상발열체로 이용될 수 있다.In the carbon fiber fabric and the conductive polymer sheet, carbon fiber or carbon powder excellent in the far-infrared radiation characteristic is used as the conductive filler. The surface heating element using the carbon fiber fabric or the conductive polymer sheet is a contact It can be used not only as a heating method but also as a far-infrared radiation surface heating element which can be heated while maintaining a certain distance from an object.
원적외선 방사 면상발열체에서 원적외선 방사량을 증가시키기 위해, 다양한 원적외선 방사 물질을 탄소섬유나 탄소분말과 함께 사용할 수 있다. 특히, 대한민국 등록특허 제10-1201053호에는 큐빅이나 인조다이아몬드와 탄소섬유를 포함하는 면상발열체가 개시되어 있는데, 큐빅이나 인조다이아몬드는 원적외선 방사량이 우수하지만 전기가 통하지 않는 부도체라 탄소섬유와 함께 사용 시 탄소섬유의 전기전도도를 저하시켜 발열효율이 떨어지게 된다. 이에, 발열특성 저하를 최소화하기 위해서는 큐빅이나 인조다이아몬드의 사용량을 줄여야 하므로, 원적외선 방사 효과가 크지 않다는 문제점이 있다.Far Infrared Ray Radiation In order to increase the amount of far infrared radiation in a heating element, various far infrared ray emitting materials can be used together with carbon fiber or carbon powder. Particularly, Korean Patent No. 10-1201053 discloses a planar heating element including cubic or artificial diamond and carbon fiber. The cubic or artificial diamond is excellent in far-infrared radiation but is not electrically conductive. The electric conductivity of the carbon fiber is lowered and the heat generation efficiency is lowered. Therefore, in order to minimize deterioration of the heat-generating property, the amount of cubic zirconia or artificial diamond must be reduced, so that the effect of far-infrared radiation is not large.
하나의 면상발열체에서 종방향 또는 횡방향의 전기적 특성이 상호 다르게 연출할 수 있다면, 전력 공급 방향의 선택만으로 간단히 면상발열체의 온도를 제어할 수 있을 것이다. 이론상, 탄소섬유 면상발열체에서 펄프부재 내에 분산시킨 탄소섬유에 방향성을 부여하여 면상발열체의 종/황방향에서 발열특성을 다르게 제어할 수 있다. 그러나, 실제로는 탄소섬유 방향성 부여 시 펄프부재가 장애물로 작용하여 탄소섬유가 배향되는데 어려움이 있으며, 따라서 방향성을 부여와 동시에 탄소섬유를 펄프부재 내에 균질하게 분산시키는 기술은 아직 한계가 있다.If the electrical characteristics in the longitudinal direction or the transverse direction can be different from each other in one planar heating element, the temperature of the planar heating element can be controlled simply by selecting the power supply direction. In theory, the carbon fiber dispersed in the pulp member in the carbon fiber plane heating element can be imparted with a directionality, so that the heating characteristics in the species / sulfur direction of the plane heating element can be controlled differently. However, in practice, the pulp member acts as an obstacle when orienting the carbon fibers, which makes it difficult to orient the carbon fibers. Therefore, there is a limit to the technology of uniformly dispersing the carbon fibers in the pulp member at the same time as imparting the directionality.
따라서 이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 첫 번째 목적은 산화철 및 탄소분말을 적정 비율로 혼합하여 탄소섬유원사를 제조하여 전기에 반응하는 성질을 제어함으로써, 초지의 종방향과 횡방향에서 서로 상이한 발열특성을 구현하는 동시에 원적외선 방사량을 극대화하여 발열특성을 향상시킬 수 있는, 면상발열체용 탄소섬유초지의 제조 방법을 제공하는 것이다.Therefore, a first object of the present invention to solve such problems is to provide a carbon fiber yarn by mixing iron oxide and carbon powder in an appropriate ratio to control the properties of the carbon fiber yarn to react with electricity, And a method of manufacturing carbon fiber grasses for planar heating elements capable of maximizing the amount of far-infrared radiation and improving heat generation characteristics.
또한, 두 번째 목적은 상기 면상발열체용 탄소섬유초지의 제조 방법에 따라 제조되는 면상발열체용 탄소섬유초지를 제공하는 것이다.A second object of the present invention is to provide carbon fiber grass for planar heating elements, which is produced according to the method for producing carbon fiber grass for planar heating elements.
그러나 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 첫 번째 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 큐빅 및 산화철을 혼합하고 분쇄하여 나노입자분말을 형성하는 단계, 상기 나노입자분말 약 1 중량부 내지 약 10 중량부와 탄소분말 약 50 중량부 내지 약 80 중량부를 용융하여 혼합한 후, 약 1 ㎛ 내지 약 20 ㎛ 두께로 탄소섬유원사를 제조하는 단계, 상기 탄소섬유원사를 절단하여 제지펄프 용액에 혼입하여 탄소섬유-함유 제지펄프 용액을 제조하는 단계, 상기 탄소섬유-함유 제지펄프 용액에 전압을 인가하는 단계, 및 전압이 인가된 탄소섬유-함유 제지펄프 용액을 초지용 망으로 흘려 탄소섬유초지를 제조하는 단계를 포함하는, 면상발열체용 탄소섬유초지의 제조 방법을 제공한다.In order to accomplish the above first object, the present invention provides a method for producing a nanoparticle powder, comprising mixing and pulverizing cubic and iron oxide to form a nanoparticle powder, about 1 to about 10 parts by weight of the nanoparticle powder, about 50 to about 80 Preparing a carbon fiber yarn having a thickness of about 1 m to about 20 m after melting the carbon fiber yarn, mixing the carbon fiber yarn with the paper pulp solution to prepare a carbon fiber-containing paper pulp solution, Applying a voltage to the carbon fiber-containing paper pulp solution, and flowing the carbon fiber-containing paper pulp solution to which the voltage is applied, into a papermaking net to produce a carbon fiber grass paste. Of the present invention.
상기 전압은 펄스 형태로 인가되는 것일 수 있다.The voltage may be applied in pulse form.
상기 전압의 펄스 시간이 약 10 ns 내지 약 80 ns인 것일 수 있다.The pulse time of the voltage may be from about 10 ns to about 80 ns.
상기 전압은 약 55 V 내지 약 80 V의 크기를 가진 것일 수 있다.The voltage may be of the order of magnitude of about 55 V to about 80 V.
상기 나노입자분말은 큐빅과 산화철이 약 1 : 약 0.1 내지 약 10의 중량비로 혼합된 것일 수 있다.The nanoparticle powder may be a mixture of cubic and iron oxide in a weight ratio of about 1: about 0.1 to about 10.
상기 나노입자분말은 무연탄, 피치, 및 규사로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것일 수 있다.The nanoparticle powder may further comprise at least one selected from the group consisting of anthracite coal, pitch, and silica sand.
상기 탄소섬유원사는 약 0.1 mm 내지 약 1 mm의 길이로 절단되어 상기 제지펄프 용액에 혼입되는 것일 수 있다.The carbon fiber raw material may be cut into a length of about 0.1 mm to about 1 mm and mixed into the paper pulp solution.
상기 전압을 인가하는 단계는 전압 인가와 동시에 상기 탄소섬유-함유 제지펄프 용액에 진동을 더 가하는 것을 포함할 수 있다.The step of applying the voltage may include applying a voltage to the carbon fiber-containing paper pulp solution at the same time as applying the voltage.
상기 두 번째 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 면상발열체용 탄소섬유초지의 제조 방법에 의해 제조되는 면상발열체용 탄소섬유초지에 있어서, 상기 면상발열체용 탄소섬유초지는 종방향 및 횡방향 중 어느 하나의 방향에서의 탄소섬유들 간의 접촉수와 다른 방향에서의 탄소섬유들 간의 접촉수의 비율이 약 100 : 약 50 내지 약 60 인 것임을 특징으로 하는 면상발열체용 탄소섬유초지를 제공한다.In order to achieve the second object, the present invention provides a carbon fiber grass for a planar heating element, wherein the carbon fiber grass for a planar heating element is produced by a method of producing the carbon fiber grass for a planar heating element, Wherein the ratio of the number of contacts between the carbon fibers in one direction and the number of contacts between the carbon fibers in the other direction is from about 100: about 50 to about 60.
상기에서 설명한 본 발명의 면상발열체용 탄소섬유초지의 제조 방법에 의하면, 큐빅, 산화철 및 탄소분말을 적정 비율로 혼합하여 탄소섬유원사를 제조하여 전기에 반응하는 성질을 제어하고 펄스 전압을 이용하여 제지펄프 내에서 탄소섬유원사의 배향을 용이하게 유도함으로써, 배향 탄소섬유원사가 균질하게 분산되고, 초지의 종방향과 횡방향에서 각각의 탄소섬유들 간의 접촉수의 비율이 약 100 : 약 50 내지 약 60으로 상이한 면상발열체용 탄소섬유초지를 제공할 수 있다. 상기 면상발열체용 탄소섬유초지는 종방향과 횡방향에서의 탄소섬유들 간의 접촉수 비율이 서로 상이하여 종방향과 횡방향에서 서로 상이한 발열특성을 구현하는 동시에 원적외선 방사량을 극대화할 수 있다.According to the above-described method for producing a carbon fiber grass of the present invention, carbon fiber yarns are produced by mixing cubic, iron oxide and carbon powder at an appropriate ratio to control electrical properties, The orientation of the carbon fiber yarns in the pulp is easily induced so that the oriented carbon fiber yarns are homogeneously dispersed and the ratio of the number of contacts between the respective carbon fibers in the longitudinal direction and the transverse direction of the grass is about 100: Lt; RTI ID = 0.0 > 60% < / RTI > The carbon fiber grass for the plane heating element has a different ratio of the number of contacts between the carbon fibers in the longitudinal direction and the transverse direction, so that the heat generation characteristic that is different from each other in the longitudinal direction and the transverse direction can be realized and the far-infrared radiation amount can be maximized.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 면상발열체용 탄소섬유초지의 제조 방법을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 면상발열체용 탄소섬유초지의 제조 방법에서 전압인가장치에서 전압이 인가된 탄소섬유-함유 제지펄프 용액이 초지용 망으로 흘러 습지를 형성하는 모습을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실험예에서 탄소섬유초지에서 온도 측정 위치를 도시한 것이다.Fig. 1 shows a method for producing a carbon fiber grass for a planar heating element according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a state in which a carbon fiber-containing paper pulp solution to which a voltage is applied in a voltage applying apparatus flows into a papermaking net to form a wet paper according to an embodiment of the present invention will be.
3 shows the temperature measurement position in the carbon fiber grass in the experimental example of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
본 발명의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.It is to be understood that the terms or words used in the specification and claims are not to be construed in a conventional or dictionary sense and that the inventor may properly define the concept of a term in order to best describe its invention And should be construed in accordance with the principles and meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention.
본 발명의 명세서 전체에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. In the specification of the present invention, when a component is referred to as "comprising ", it means that it can include other components as well as other components, .
본 발명의 명세서 전체에 있어서, "A 및/또는 B"는, A 또는 B, 또는 A 및 B를 의미한다.In the specification of the present invention, "A and / or B" means A or B, or A and B.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명하였으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention has been specifically described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited thereto.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 면상발열체용 탄소섬유초지의 제조 방법을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 면상발열체용 탄소섬유초지의 제조 방법은, 큐빅 및 산화철을 혼합하고 분쇄하여 나노입자분말을 형성하는 단계, 상기 나노입자분말 약 1 중량부 내지 약 10 중량부와 탄소분말 약 50 중량부 내지 약 80 중량부를 용융하여 혼합한 후, 약 1 ㎛ 내지 약 20 ㎛ 두께로 탄소섬유원사를 제조하는 단계, 상기 탄소섬유원사를 절단하여 제지펄프 용액에 혼입하여 탄소섬유-함유 제지펄프 용액을 제조하는 단계, 상기 탄소섬유-함유 제지펄프 용액에 전압을 인가하는 단계, 및 전압이 인가된 탄소섬유-함유 제지펄프 용액을 초지용 망으로 흘려 탄소섬유초지를 제조하는 단계를 포함한다.Fig. 1 shows a method for producing a carbon fiber grass for a planar heating element according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a method for producing a carbon fiber grass for a planar heating element according to an embodiment of the present invention comprises mixing and pulverizing cubic and iron oxides to form a nanoparticle powder, mixing the nanoparticle powder with about 1 part by weight About 10 parts by weight of carbon powder and about 50 parts by weight to about 80 parts by weight of carbon powder are melted and mixed to prepare a carbon fiber yarn having a thickness of about 1 μm to about 20 μm, the carbon fiber yarn is cut into a paper pulp solution Containing paper pulp solution, applying a voltage to the carbon fiber-containing paper pulp solution, and flowing the carbon fiber-containing paper pulp solution to which the voltage is applied, into a papermaking net, . ≪ / RTI >
본 발명에서 사용되는 제지펄프 용액은 닥나무, 삼지 닥나무, 또는 안피나무 등의 인피섬유에 물을 가하여 제조된 것일 수 있다. 이렇게 제조된 제지펄프 용액 100 중량부에 대하여 상기 탄소섬유원사는 약 10 중량부 내지 약 100 중량부로 포함될 수 있다. 이때, 탄소섬유원사를 균질하게 혼합하기 위해 교반 동작이 동반되어야 하며, 탄소섬유는 카본블랙에 비해 제지펄프 용액과 혼화성을 가져 잘 혼합되지만 탄소섬유들간의 응집현상이 나타날 수 있어, 교반을 통해 응집현상을 막는 것이 바람직하다. 탄소섬유원사가 10 중량부 미만으로 제지펄프 용액에 포함될 경우, 통전 성능이 저조할 수 있으며, 탄소섬유원사의 함유량이 증가할수록 통전 성능은 증가하지만 100 중량부를 초과할 경우 통전 성능 증가효과에 비해 생산단가가 증가되어 바람직하지 않다.The papermaking pulp solution used in the present invention may be one prepared by adding water to bast fiber such as mackerel, mackerel mackerel, or mackerel. The carbon fiber raw material may be included in an amount of about 10 parts by weight to about 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the paper pulp solution. At this time, in order to homogeneously mix the carbon fiber yarn, stirring operation must be accompanied. The carbon fiber is mixed well with the paper pulp solution as compared with the carbon black, so that the carbon fiber can be agglomerated between the carbon fibers, It is desirable to prevent aggregation. When the content of the carbon fiber yarn is less than 10 parts by weight, the power supply performance may be poor. When the content of the carbon fiber yarn is increased, the electric conductivity is increased. However, when the amount is more than 100 parts by weight, The unit price is increased, which is not preferable.
상기 탄소섬유원사는 약 0.1 mm 내지 약 10 mm의 길이로 절단되어 상기 제지펄프 용액에 혼입될 수 있다.The carbon fiber yarn may be cut to a length of about 0.1 mm to about 10 mm and incorporated into the paper pulp solution.
탄소섬유원사의 길이는 탄소섬유 방향성 부여를 위해 중요한 요인으로, 제지펄프 용액에 혼입되는 탄소섬유원사는 길이가 약 0.1 mm 내지 약 10 mm 또는 약 0.1 mm 내지 약 5 mm 또는 약 0.1 mm 내지 약 1 mm 또는 약 0.1 mm 내지 약 0.4 mm인 것일 수 있으며, 약 0.1 mm 내지 약 1 mm인 것이 바람직하고, 약 0.1 mm 내지 약 0.4 mm인 것이 더욱 바람직하다. 탄소섬유가 10 mm보다 길 경우 제지펄프와 얽히기 쉬워 전기적 신호에 반응하여 탄소섬유가 배향하는데 제약이 따르게 된다.The length of the carbon fiber yarn is an important factor for imparting carbon fiber orientation, wherein the carbon fiber yarn incorporated into the paper pulp solution has a length of from about 0.1 mm to about 10 mm, or from about 0.1 mm to about 5 mm, or from about 0.1 mm to about 1 mm or from about 0.1 mm to about 0.4 mm, preferably from about 0.1 mm to about 1 mm, and more preferably from about 0.1 mm to about 0.4 mm. When the length of the carbon fiber is longer than 10 mm, it tends to be entangled with the paper pulp, thereby restricting the orientation of the carbon fiber in response to the electrical signal.
상기 면상발열체용 탄소섬유초지는 종방향 및 횡방향 중 어느 하나의 방향으로 통전 시의 탄소섬유들 간의 접촉수와 다른 방향에서의 탄소섬유들 간의 접촉수의 비율이 약 100: 약 50 내지 약 60 인 것일 수 있다. 탄소섬유초지에 존재하는 탄소섬유들은 서로 접촉하면 얽혀 위치하여 탄소섬유초지에 종방향 또는 횡방향으로 전류를 흐르게 할 경우, 탄소섬유의 접촉에 의해 전류가 흐르게 되는데 이 접촉 부위에서 전기저항이 생겨 발열이 나타나게 된다. 이에 따라, 종방향 또는 횡방향의 전극 사이에서 전류가 흐르는 동안 탄소섬유들 간의 접촉수가 많을수록 발열량은 증대된다. 본 발명의 일 구현예에 따른 면상발열체용 탄소섬유초지의 제조 방법은 초지의 종방향 및 횡방향 중 어느 하나의 방향에서 높은 발열량을 나타내고, 다른 방향에서 이보다 낮은 발열량을 나타내는 것이 바람직하다. 이렇게 종방향과 횡방향이 서로 상이한 발열량을 나타낼 경우, 필요에 따라 전극을 선택하여 용이하게 원하는 온도로 조절할 수 있다. Wherein the ratio of the number of contacts between the carbon fibers at the time of energization in one of the longitudinal direction and the transverse direction and the number of contacts between the carbon fibers in the other direction is about 100: Lt; / RTI > When carbon fibers existing in the carbon fiber grass are intertwined with each other and current flows in the longitudinal direction or the transverse direction on the carbon fiber grass, electric current flows due to the contact of the carbon fiber, Is displayed. Accordingly, the greater the number of contacts between the carbon fibers during the current flow between the electrodes in the longitudinal direction or the transverse direction, the greater the calorific value. It is preferable that the method of producing carbon fiber grass for planar heating element according to an embodiment of the present invention exhibits a high calorific value in one of the longitudinal direction and the lateral direction of the grass and exhibits a calorific value lower than the other in the other direction. When the longitudinal and transverse directions are different from each other, the electrode can be selected and easily adjusted to a desired temperature when necessary.
상기 면상발열체용 탄소섬유초지는 종방향 및 횡방향 중 어느 하나의 방향에서의 발열특성을 100 으로 볼 때, 다른 방향에서의 발열특성은 상대적으로 약 50 내지 60 정도를 발현하는 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않을 수 있다.The carbon fiber grass for the plane heating element preferably has a heat generation characteristic in a direction of 100 or more and a heat generation characteristic of about 50 to 60 in a different direction. But may not be limited.
본 발명에서는 종방향 또는 황방향으로 통전 시 탄소섬유들 간의 접촉수가 달라지게 하기 위하여, 탄소섬유를 포함하는 제지펄프 용액에 특정 전압의 전기 신호를 인가하는 것을 특징으로 한다. 이때, 탄소섬유에 함유되는 성분을 달리하여 전기에 반응하는 정도를 제어함으로써, 탄소섬유의 방향성을 조절할 수 있다. 탄소섬유-함유 제지펄프 용액에 전압을 인가하는 것은 교반을 거쳐 균질하게 혼합된 탄소섬유-함유 제지펄프 용액을 전압인가장치로 이동시킨 다음에 실시된다. 이때는 교반 과정을 동반하지 않도록 한다. 전압인가장치 내에서 상기 탄소섬유-함유 제지펄프 용액은 펄스 전압에 의해 일 방향으로 전류가 흐르며, 이때 전기에 반응한 탄소섬유가 전류가 흐르는 방향과 동일하게 배열되어 탄소섬유들이 길이방향으로 늘어선채 서로 소정 부분에서 접촉하여 배치된다. 상기 펄스 전압은 약 10 내지 80 ns 동안 약 55 내지 80 V의 크기로 수회에 걸쳐 반복적으로 상기 탄소섬유-함유 제지펄프 용액에 인가될 수 있으며, 바람직하게는 약 45 내지 55 ns 동안 약 65 내지 70 V의 크기로 수회에 걸쳐 반복적으로 상기 탄소섬유-함유 제지펄프 용액에 인가될 수 있다. 상기 탄소섬유-함유 제지펄프 용액에 인가되는 전압의 전류방향에 의해 탄소섬유의 방향성이 결정된다.The present invention is characterized in that an electric signal of a specific voltage is applied to a paper pulp solution containing carbon fibers in order to change the number of contacts between carbon fibers during conduction in the longitudinal direction or the sulfur direction. At this time, the directionality of the carbon fiber can be controlled by controlling the degree of reactivity to the electricity by varying the components contained in the carbon fiber. Applying a voltage to the carbon fiber-containing papermaking pulp solution is carried out after transferring the homogeneously mixed carbon fiber-containing paper pulp solution to the voltage application device via agitation. At this time, do not accompany the stirring process. In the voltage applying device, the carbon fiber-containing paper pulp solution flows in one direction by the pulse voltage, and the carbon fibers reacted with electricity are arranged in the same direction as the current flows, so that the carbon fibers are aligned in the longitudinal direction And are disposed in contact with each other at a predetermined portion. The pulsed voltage may be repeatedly applied to the carbon fiber-containing paper pulp solution over a number of times to a size of about 55 to 80 V for about 10 to 80 ns, preferably about 65 to 70 ns for about 45 to 55 ns, V to the carbon fiber-containing paper pulp solution repeatedly over several times. The direction of the carbon fiber is determined by the current direction of the voltage applied to the carbon fiber-containing paper pulp solution.
이때, 전압 인가와 동시에 상기 탄소섬유-함유 제지펄프 용액에 진동을 더 가함으로써, 제지펄프에 의해 물리적으로 배향이 저지되고 있는 탄소섬유의 배향을 용이하게 유도할 수 있다. 상기 진동은 상기 탄소섬유-함유 제지펄프 용액의 과도한 이동이나 흐름이 발생하지 않는 범위 내의 저주파수의 진동이 바람직하며, 구체적으로는 약 10 Hz 내지 약 100 Hz의 주파수로 진동하는 것이 바람직하며, 약 40 Hz 내지 약 45 Hz의 주파수로 진동하는 것이 더욱 바람직하다. 주파수가 100 Hz를 크게 초과할 경우 제지펄프의 이동에 의해 탄소섬유의 배향을 방해할 수 있다.At this time, by further applying vibration to the carbon fiber-containing paper pulp solution at the same time as the voltage is applied, the orientation of the carbon fibers which are physically prevented by the paper pulp can be easily induced. The vibration is preferably a low-frequency vibration within a range that does not cause excessive movement or flow of the carbon fiber-containing paper pulp solution, more specifically, it is preferable to vibrate at a frequency of about 10 Hz to about 100 Hz, Lt; RTI ID = 0.0 > Hz. ≪ / RTI > If the frequency exceeds 100 Hz, the orientation of the carbon fibers may be disturbed by the movement of paper pulp.
제지펄프 용액 중에 분산되어 있는 탄소섬유에 방향성을 부여하는 것은, 제지펄프가 탄소섬유원사와 얽혀 있기 때문에 매우 어렵다. 본 발명에서는 특정 크기의 전압을 펄스 형태로 상기 탄소섬유-함유 제지펄프 용액에 반복 인가함으로써, 제지펄프에 얽힌 탄소섬유원사를 미세하게 이동시켜 풀어내고 탄소섬유가 방향성을 갖도록 유도할 수 있는 것이다. 강한 전압이 짧은 시간 동안 탄소섬유-함유 제지펄프 용액 내에 흐르게 되면 용액이 진동하게 되는데, 본 발명에서는 여기에 추가적으로 저주파수의 진동에너지를 부가하여 탄소섬유원사의 이동을 도와 탄소섬유의 배향이 용이해진다.It is very difficult to give directionality to the carbon fibers dispersed in the paper pulp solution because the paper pulp is entangled with the carbon fiber yarn. In the present invention, by repeatedly applying a voltage of a specific size to the carbon fiber-containing paper pulp solution in the form of a pulse, the carbon fiber yarn entangled in the paper pulp can be finely moved and loosened to induce the carbon fiber to have a directionality. When a strong voltage is applied to the carbon fiber-containing paper pulp solution for a short time, the solution vibrates. In addition, low-frequency vibration energy is added to the carbon fiber-containing paper pulp solution to facilitate movement of the carbon fiber yarn.
도 2는 상기 전압인가장치 (10)에서 전압이 인가된 탄소섬유-함유 제지펄프 용액이 초지용 망 (20)으로 흘러 습지 (100)를 형성하는 모습을 도시한 것이다. 상기 습지 (100)는 탄소섬유초지의 선행단계의 결과로, 습지는 압축 및 건조 과정을 거쳐 초지로 발전된다.FIG. 2 shows a state in which the carbon fiber-containing paper pulp solution to which the voltage is applied in the
본 발명에 있어서, 상기 면상발열체용 탄소섬유초지에 포함된 탄소섬유는 큐빅과 산화철의 함량을 조절하는 것이 중요하다. 큐빅과 산화철 모두 원적외선을 방사하여, 이들을 함께 사용하면 원적외선 방사량이 상승하는 효과를 발휘할 수 있다. 상기 나노입자분말은 큐빅과 산화철이 약 1: 약 0.1 내지 약 10의 중량비 또는 약 1: 1의 중량부로 혼합될 수 있다. 특히, 부도체인 큐빅의 함량이 높아지면 탄소섬유의 전기전도도를 저하시켜 탄소섬유의 방향성을 구현하기 어려워지며, 큐빅의 함량이 낮아지면 원적외선 방사에 대한 상승효과를 얻을 수 없게 된다. 산화철이 만약 과량 존재한다면 탄소섬유의 방향성이 과하게 증가하여 양방향 통전이 아닌, 종방향 또는 횡방향 중 일방향으로만 전류가 흘러 다른 방향으로는 전류가 흐르지 않게 될 수 있으며, 산화철이 소량 존재하면 탄소섬유의 전기전도성이 감소하여 방향성을 구현하기 어려워질 수 있다.In the present invention, it is important to control the content of cubic and iron oxide in the carbon fiber contained in the carbon fiber grass for the planar heating element. Both cubic and ferric iron emit far-infrared rays, and when they are used together, the effect of increasing the amount of far-infrared radiation can be exhibited. The nanoparticle powder may be mixed with cubic and iron oxide in a weight ratio of about 1: about 0.1 to about 10, or about 1: 1. Particularly, when the content of cubic as the non-conductive material is increased, the electrical conductivity of the carbon fiber is lowered and it becomes difficult to realize the directionality of the carbon fiber. If the cubic content is lowered, the synergy effect on the far-infrared radiation can not be obtained. If the amount of iron oxide is excessively increased, the direction of the carbon fiber excessively increases, so that the current flows only in one direction of the longitudinal direction or the lateral direction rather than the bidirectional current flow, and current may not flow in the other direction. The electrical conductivity of the conductive layer may be reduced and it may become difficult to realize the directivity.
또한, 상기 면상발열체용 탄소섬유초지에 포함된 탄소섬유가 상술한 중량비로 혼합된 큐빅과 산화철을 포함할 경우, 제지펄프 용액 중에서 탄소섬유들간의 응집현상을 막아 탄소섬유의 분산성을 향상시킬 수 있게 된다. In addition, when the carbon fibers contained in the carbon fiber grass for the planar heating element include cubic and iron oxide mixed in the weight ratio described above, the aggregation of the carbon fibers in the paper pulp solution is prevented to improve the dispersibility of the carbon fibers .
원적외선 방사량 향상을 위해, 상기 나노입자분말은 무연탄, 피치, 및 규사로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다.In order to improve the amount of far-infrared radiation, the nanoparticle powder may further include at least one selected from the group consisting of anthracite, pitch, and silica sand.
본 발명의 면상발열체용 탄소섬유초지 중에 탄소섬유가 전체적으로 균일하게 분산되어 있을 경우, 상기 면상발열체용 탄소섬유초지는 단위면적당 전기저항이 균일하게 발생되어 전체적으로 균등한 온도로 발열될 수 있으며, 또한 탄소섬유 및 큐빅 나노입자에 의한 원적외선 복사를 극대화할 수 있다. 상기 면상발열체용 탄소섬유초지를 통전하면, 원적외선이 복사되는데, 탄소섬유와 큐빅 나노입자에서 함께 복사되어 복사효율에서 상승효과가 있으며, 복사된 원적외선은 다시 탄소섬유를 구성하는 탄소원자들 사이에서 공명하게 되고, 나아가 균일하게 분산되어 연결된 탄소섬유들 사이에서도 공명하게 되어 원적외선 방사량 극대화가 가능하다.When the carbon fibers are uniformly dispersed throughout the carbon fiber grass sheet for surface heating element of the present invention, the carbon fiber grass sheet for surface heating element can uniformly generate electric resistance per unit area, It is possible to maximize the far-infrared ray radiation by fiber and cubic nanoparticles. When the carbon fiber grass for the plane heating element is energized, the far-infrared rays are radiated, and the carbon fibers and the cubic nano-particles are simultaneously radiated to increase the radiation efficiency. The copied far-infrared rays again generate resonance Furthermore, even the carbon fibers dispersed homogeneously become resonant between the connected carbon fibers, thereby maximizing the far-infrared radiation amount.
아울러, 본 발명은, 상기 면상발열체용 탄소섬유초지의 제조 방법에 의해 제조되는 면상발열체용 탄소섬유초지에 있어서, 상기 면상발열체용 탄소섬유초지는 종방향 및 횡방향 중 어느 하나의 방향에서의 탄소섬유들 간의 접촉수와 다른 방향에서의 탄소섬유들 간의 접촉수의 비율이 약 100 : 약 50 내지 약 60 인 것임을 특징으로 하는 면상발열체용 탄소섬유초지를 제공한다.In addition, the present invention relates to a carbon fiber grass for a planar heating element, wherein the carbon fiber grass for a planar heating element is produced by a method for producing a carbon fiber grass for the planar heating element, Wherein the ratio of the number of contacts between the fibers to the number of contacts between the carbon fibers in the other direction is about 100: about 50 to about 60.
상기 면상발열체용 탄소섬유초지에 함유되는 탄소섬유원사는 탄소분말 약 50 중량부 내지 약 80 중량부에 대하여 나노입자분말 약 1 중량부 내지 약 10 중량부를 포함하는 것일 수 있다. 나노입자분말이 1 중량부 미만으로 포함될 경우, 탄소섬유원사는 원적외선 방사에서의 상승효과를 기대할 수 없으며 탄소섬유 분산성이 우수하지 못할 수 있고, 10 중량부를 초과한 양의 나노입자분말이 탄소분말 50 내지 80 중량부에 포함될 경우, 큐빅의 함량이 과하게 높아져 탄소섬유의 전도전도도 저하를 초래하게 된다.The carbon fiber raw material contained in the carbon fiber grass for the planar heating element may include about 1 to about 10 parts by weight of the nanoparticle powder per about 50 to about 80 parts by weight of the carbon powder. When the nanoparticle powder is contained in an amount of less than 1 part by weight, the synergistic effect of the carbon fiber raw material in the far-infrared radiation can not be expected and the carbon fiber dispersibility may not be excellent. When the amount of the nanoparticle powder exceeds 10 parts by weight, If the carbon fiber is included in an amount of 50 to 80 parts by weight, the content of cubic bitumen becomes excessively high, leading to a decrease in the conductivity of the carbon fiber.
탄소섬유들 간의 접촉은 통전을 가능하게 하며, 접촉수가 많을수록, 발열온도가 상승하게 된다. 상기 탄소섬유초지에 종방향 또는 횡방향으로 한쌍의 전극을 배치하고 한쌍의 전극 사이에 전압이 인가되면, 음극에서 나온 전자가 서로 연결된 탄소섬유들을 거쳐 양극으로 전달되는데, 탄소섬유들간의 접촉부위에서 전기저항이 발생하여 발열이 나타나게 된다. Contact between the carbon fibers enables energization, and the higher the number of contacts, the higher the exothermic temperature. When a pair of electrodes are arranged in the longitudinal direction or the transverse direction on the carbon fiber grass paper and electrons emitted from the cathode are transmitted to the anode through the carbon fibers connected to each other when a voltage is applied between the pair of electrodes, A resistance is generated and a heat is generated.
상기 면상발영체용 탄소섬유초지는 종방향과 횡방향에서 서로 상이한 발열특성을 구현할 수 있다. 탄소섬유들간의 접촉수가 많을수록 전기저항이 증가하여 보다 높은 온도의 발열을 나타낼 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따른 면상발열체용 탄소섬유초지는 종방향 및 횡방향 중 어느 하나의 방향에서 고온, 예를 들어, 약 95℃ 내지 약 110℃까지 발열될 수 있으며, 다른 방향에서는 이보다 저온, 예를 들어 약 50℃ 내지 약 60℃까지 발열될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.The carbon fiber grass paper for planar bristles can realize different heat generation characteristics in the longitudinal direction and the transverse direction. The greater the number of contacts between the carbon fibers, the higher the electrical resistance and the higher the heat generation. The carbon fiber grass for a plane heating element according to an embodiment of the present invention may generate heat at a high temperature, for example, from about 95 ° C to about 110 ° C in one of the longitudinal direction and the transverse direction, For example, from about 50 캜 to about 60 캜, but the present invention is not limited thereto.
상기 면상발영체용 탄소섬유초지는 종방향과 횡방향간의 온도 차이가 약 40℃ 이상, 예를 들어, 약 40℃ 내지 약 70℃ 또는 약 45℃ 내지 약 60℃인 것이 바람직하다.It is preferable that the carbon fiber grass of the present invention has a temperature difference between the longitudinal direction and the transverse direction of at least about 40 ° C, for example, about 40 ° C to about 70 ° C or about 45 ° C to about 60 ° C.
이하, 본원에 대하여 실시예를 이용하여 좀 더 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following Examples are given for the purpose of helping understanding of the present invention, but the present invention is not limited to the following Examples.
< < 실시예Example 및 And 비교예의Comparative example 제조 > Manufacturing>
실시예Example 1 One
1. One. 탄소섬유원사의Of carbon fiber yarn 제조 Produce
큐빅 10 중량부, 산화철 (Fe3O4) 10 중량부, 무연탄 1 중량부, 피치 1 중량부, 규사 1 중량부를 혼합하고, 순차적으로 조쇄기, 중간분쇄기 및 마이크로 분쇄기를 이용하여 입경이 1 ㎛ 이하인 나노입자가 되도록 분쇄하여 나노입자분말을 얻었다.10 parts by weight of cubic zirconia, 10 parts by weight of iron oxide (Fe 3 O 4 ), 1 part by weight of anthracite coal, 1 part by weight of pitch and 1 part by weight of silica sand were sequentially mixed and pulverized by a pulverizing machine, Or less to obtain a nanoparticle powder.
코크스와 피치의 혼합물을 2000℃ 아크로 안에서 가열하여 용융한 후, 실온으로 냉각한 다음 마이크로 분쇄기로 입경이 1 ㎛ 이하가 되도록 분쇄하여 탄소분말을 얻었다.The mixture of coke and pitch was melted by heating at 2000 ° C in an arc furnace, cooled to room temperature, and pulverized to a particle diameter of 1 μm or less by a microfibrillator to obtain a carbon powder.
상기 탄소분말을 800℃로 가열하여 불순물을 제거하고 실온으로 냉각하였다. 불순물이 제거된 탄소분말 60 중량부를 황산과 질산의 혼합 용액에 투입하고 용해시켰으며, 여기에 상기 나노입자분말 10 중량부를 혼합한 후, 고압제트 노즐로 분사하여 10 ㎛ 두께의 탄소섬유원사를 제조하였다. 제조된 탄소섬유원사는 세정기를 통과시키고 권취기를 사용하여 원사보빈에 감아두었다가, 원하는 길이로 절단하여 사용한다.The carbon powder was heated to 800 DEG C to remove impurities and cooled to room temperature. 60 parts by weight of the carbon powder from which impurities were removed was added to a mixed solution of sulfuric acid and nitric acid to dissolve the mixture. 10 parts by weight of the nanoparticle powder was mixed with the mixed solution and sprayed with a high-pressure jet nozzle to prepare a 10- Respectively. The produced carbon fiber yarn is passed through a washing machine, wound around a yarn bobbin by a winder, and cut into a desired length.
2. 2. 탄소섬유초지의Carbon fiber grassland 제조 Produce
0.4 mm 길이로 절단된 탄소섬유원사 50 중량부를 극세분말 제지펄프 용액 100 중량부에 혼입하여 균질하게 혼합하였다.50 parts by weight of the carbon fiber yarn cut to 0.4 mm length was mixed into 100 parts by weight of the ultra fine powdered paper pulp solution and homogeneously mixed.
탄소섬유를 포함하는 제지펄프 용액에 50 ns 동안 55 V로 인가하는 펄스 전압을 수회 반복하여 걸고 탄소섬유가 전류의 방향과 평행한 방향으로 배향되게 하였다. 이때, 펄스 전압이 인가되는 동안 40 Hz 저주파수의 진동을 함께 가하였다.The pulsed voltage applied to the paper pulp solution containing carbon fibers at 55 V for 50 ns was repeated several times to orient the carbon fibers in a direction parallel to the direction of the current. At this time, 40 Hz low frequency vibration was applied while the pulse voltage was applied.
방향성을 갖게 된 탄소섬유를 포함하는 제지펄프 용액을 초지용 망 위로 흘려 습지를 형성하였으며, 이 습지를 압착용 롤로 탈수하고 건조시킨 후 가로/세로 각 20 cm의 크기로 재단하여 탄소섬유초지를 얻었다.The paper pulp solution containing the carbon fiber having the directionality was poured onto the papermaking net to form a wet paper. The wet paper was dewatered by a press roll, dried and cut to a size of 20 cm in width / length to obtain carbon fiber grass .
실시예Example 2 2
큐빅 10 중량부, 산화철 1 중량부를 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 탄소섬유원사의 제조과정과 동일하게 탄소섬유원사를 제조한 다음, 실시예 1의 탄소섬유초지의 제조과정과 동일한 방법으로 탄소섬유초지를 제조하였다.Carbon fiber yarn was produced in the same manner as in the production of the carbon fiber yarn of Example 1 except that 10 parts by weight of cubic zirconia and 1 part by weight of iron oxide were used in the same manner as in the production of the carbon fiber grass of Example 1, Grassland was prepared.
실시예Example 3 3
큐빅 1 중량부, 산화철 10 중량부를 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 탄소섬유원사의 제조과정과 동일하게 탄소섬유원사를 제조한 다음, 실시예 1의 탄소섬유초지의 제조과정과 동일한 방법으로 탄소섬유초지를 제조하였다.Carbon fiber yarn was produced in the same manner as in the production of the carbon fiber yarn of Example 1 except that 1 part by weight of cubic zirconia and 10 parts by weight of iron oxide were used in the same manner as in the production of the carbon fiber grass of Example 1, Grassland was prepared.
실시예Example 4 4
탄소섬유원사의 길이를 1 mm로 한 것을 제외하고 실시예 1의 탄소섬유원사의 제조과정과 동일하게 탄소섬유원사를 제조한 다음, 실시예 1의 탄소섬유초지의 제조과정과 동일한 방법으로 탄소섬유초지를 제조하였다.A carbon fiber yarn was produced in the same manner as in the production of the carbon fiber yarn of Example 1 except that the length of the carbon fiber yarn was changed to 1 mm, Grassland was prepared.
실시예Example 5 5
탄소섬유원사의 길이를 5 mm로 한 것을 제외하고 실시예 1의 탄소섬유원사의 제조과정과 동일하게 탄소섬유원사를 제조한 다음, 실시예 1의 탄소섬유초지의 제조과정과 동일한 방법으로 탄소섬유초지를 제조하였다.The carbon fiber yarn was produced in the same manner as in the production of the carbon fiber yarn of Example 1 except that the length of the carbon fiber yarn was changed to 5 mm. Grassland was prepared.
실시예Example 6 6
펄스 전압 인가 시 저주파수의 진동을 가하지 않고 실시예 1의 탄소섬유초지의 제조과정과 동일한 방법으로 탄소섬유초지를 제조하였다.Carbon fiber grass was prepared in the same manner as in the production of the carbon fiber grass of Example 1 without applying low frequency vibration when a pulse voltage was applied.
실시예Example 7 7
펄스 전압을 70 V로 인가한 것을 제외하고 실시예 1의 탄소섬유원사의 제조과정과 동일하게 탄소섬유원사를 제조한 다음, 실시예 1의 탄소섬유초지의 제조과정과 동일한 방법으로 탄소섬유초지를 제조하였다.Carbon fiber yarn was produced in the same manner as in the manufacturing process of the carbon fiber yarn of Example 1 except that the pulse voltage was applied at 70 V. The carbon fiber grass was produced in the same manner as in the manufacturing process of the carbon fiber grass of Example 1 .
실시예Example 8 8
펄스 전압이 인가되는 동안 45 Hz 저주파수의 진동을 함께 가한 것을 제외하고 실시예 1의 탄소섬유원사의 제조과정과 동일하게 탄소섬유원사를 제조한 다음, 실시예 1의 탄소섬유초지의 제조과정과 동일한 방법으로 탄소섬유초지를 제조하였다.The carbon fiber yarn was produced in the same manner as in the production of the carbon fiber yarn of Example 1 except that the vibration of 45 Hz low frequency was applied while the pulse voltage was applied, Carbon fiber grass was prepared.
실시예Example 9 9
펄스 전압이 인가되는 동안 5 Hz 저주파수의 진동을 함께 가한 것을 제외하고 실시예 1의 탄소섬유원사의 제조과정과 동일하게 탄소섬유원사를 제조한 다음, 실시예 1의 탄소섬유초지의 제조과정과 동일한 방법으로 탄소섬유초지를 제조하였다.A carbon fiber yarn was produced in the same manner as in the manufacturing process of the carbon fiber yarn of Example 1 except that a vibration of 5 Hz low frequency was applied while the pulse voltage was applied, Carbon fiber grass was prepared.
실시예Example 10 10
펄스 전압이 인가되는 동안 110 Hz 주파수의 진동을 함께 가한 것을 제외하고 실시예 1의 탄소섬유원사의 제조과정과 동일하게 탄소섬유원사를 제조한 다음, 실시예 1의 탄소섬유초지의 제조과정과 동일한 방법으로 탄소섬유초지를 제조하였다.The carbon fiber yarn was produced in the same manner as in the production of the carbon fiber yarn of Example 1 except that the vibration of 110 Hz frequency was applied while the pulse voltage was applied, Carbon fiber grass was prepared.
비교예Comparative Example 1 One
산화철을 사용하지 않고 큐빅을 포함하는 나노입자분말을 제조하여 탄소섬유원사를 제조한 것을 제외하고 실시예 1의 탄소섬유원사의 제조과정과 동일하게 탄소섬유원사를 제조한 다음, 실시예 1의 탄소섬유초지의 제조과정과 동일한 방법으로 탄소섬유초지를 제조하였다.A carbon fiber yarn was produced in the same manner as in the production of the carbon fiber yarn of Example 1, except that a nanoparticle powder containing cubic bicrystal was prepared without using iron oxide to prepare a carbon fiber yarn, Carbon fiber grass was produced by the same method as that of fiber grass.
비교예Comparative Example 2 2
나노입자분말을 사용하지 않고 탄소분말만을 사용하여 탄소섬유원사를 제조한 것을 제외하고 실시예 1의 탄소섬유원사의 제조과정과 동일하게 탄소섬유원사를 제조한 다음, 실시예 1의 탄소섬유초지의 제조과정과 동일한 방법으로 탄소섬유초지를 제조하였다.The carbon fiber yarn was produced in the same manner as in the production of the carbon fiber yarn of Example 1 except that the carbon fiber yarn was produced using only the carbon powder without using the nano-particle powder, Carbon fiber grass was prepared in the same manner as in the manufacturing process.
비교예Comparative Example 3 3
나노입자분말 15 중량부를 탄소분말 60 중량부와 혼합한 것을 제외하고 실시예 1의 탄소섬유원사의 제조과정과 동일하게 탄소섬유원사를 제조한 다음, 실시예 1의 탄소섬유초지의 제조과정과 동일한 방법으로 탄소섬유초지를 제조하였다.A carbon fiber yarn was produced in the same manner as in the production of the carbon fiber yarn of Example 1 except that 15 parts by weight of the nanoparticle powder was mixed with 60 parts by weight of the carbon powder, Carbon fiber grass was prepared.
비교예Comparative Example 4 4
탄소섬유원사의 길이를 15 mm로 한 것을 제외하고 실시예 1의 탄소섬유원사의 제조과정과 동일하게 탄소섬유원사를 제조한 다음, 실시예 1의 탄소섬유초지의 제조과정과 동일한 방법으로 탄소섬유초지를 제조하였다.A carbon fiber yarn was produced in the same manner as in the production of the carbon fiber yarn of Example 1 except that the length of the carbon fiber yarn was changed to 15 mm, Grassland was prepared.
비교예Comparative Example 5 5
펄스 전압을 40 V로 인가한 것을 제외하고 실시예 1의 탄소섬유원사의 제조과정과 동일하게 탄소섬유원사를 제조한 다음, 실시예 1의 탄소섬유초지의 제조과정과 동일한 방법으로 탄소섬유초지를 제조하였다.Carbon fiber yarn was produced in the same manner as in the manufacturing process of the carbon fiber yarn of Example 1 except that the pulse voltage was applied at 40 V. The carbon fiber grass was produced in the same manner as in the manufacturing process of the carbon fiber grass of Example 1 .
비교예Comparative Example 6 6
펄스 전압을 100 V로 인가한 것을 제외하고 실시예 1의 탄소섬유원사의 제조과정과 동일하게 탄소섬유원사를 제조한 다음, 실시예 1의 탄소섬유초지의 제조과정과 동일한 방법으로 탄소섬유초지를 제조하였다.The carbon fiber yarn was produced in the same manner as in the production of the carbon fiber yarn of Example 1 except that the pulse voltage was applied at 100 V, .
실험예Experimental Example 1: One: 통전Energization 특성 평가 Character rating
실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 5에서 제조된 탄소섬유초지 각각에 은 페이스트를 이용해 전극을 인쇄하는데, 종방향으로 한쌍의 전극, 횡방향으로 한쌍의 전극을 배치하여 발열시트를 형성한 후, 실내온도가 20℃인 밀폐공간 안에 발열시트를 두고, 상기 발열시트의 종방향 또는 횡방향 전극으로 2분간 에너지밀도 700 W/m2의 전력을 가한 다음 탄소섬유초지 상에서의 표면온도를 측정하였다. 각 탄소섬유초지별로 5군데 서로 상이한 위치 (도 2의 ① 내지 ⑤의 위치)에서 각각 온도를 측정하였으며, 평균값을 내어 하기 표 1에 나타내었다.Each of the carbon fiber grasses produced in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 5 was printed with silver paste using a pair of electrodes in the longitudinal direction and a pair of electrodes in the transverse direction to form a heating sheet , A heating sheet was placed in a closed space having an indoor temperature of 20 ° C and an electric energy of 700 W / m 2 was applied to the longitudinal or transverse electrodes of the heating sheet for 2 minutes, and then the surface temperature on the carbon fiber grass was measured . The temperatures were measured at five different locations (
(총 5분 후: 95.5℃)(Total after 5 minutes: 95.5 ° C)
(총 5분 후: 63.1℃)(Total after 5 minutes: 63.1 DEG C)
(32.4℃)(32.4 DEG C)
*비교예 2의 경우 2분 통전하고 1차 온도를 측정한 다음, 다시 3분간 에너지밀도 700 W/m2의 전력을 가하고 2차 온도를 측정하였다. 2차 측정 온도는 괄호 안에 표기하였다.In the case of Comparative Example 2, power was applied for 2 minutes, primary temperature was measured, energy density was 700 W / m 2 for 3 minutes, and secondary temperature was measured. The secondary measurement temperature is indicated in parentheses.
통전 실험 결과, 실시예 1 내지 10의 탄소섬유초지는 종방향 또는 횡방향 전극으로 전류를 흐르게 할 경우, 초지의 5군데 모두에서 서로 차이가 1℃ 이하로 유사한 값의 온도가 측정되었다. 실시예 1 내지 3과 같이 큐빅과 산화철의 함량을 조절한 경우, 실시예 4 및 5와 같이 탄소섬유원사의 길이를 조절한 경우, 실시예 6과 같이 전압 인가와 함께 진동을 가하지 않은 경우, 실시예 7과 같이 펄스 전압의 크기를 조절한 경우, 실시예 8 내지 10과 같이 진동 주파수를 조절한 경우에도 탄소섬유의 배향은 원활히 진행되어 종/횡방향으로 발열특성 차이가 40℃ 이상으로 뚜렷해지게 구현할 수 있었다. 실시예의 경우, 전체적으로 균등한 온도가 확인되었으며, 이러한 결과로부터 실시예 1 내지 10은 탄소섬유원사가 초지 중에 잘 분산되어 있음을 알 수 있다. 이에 비해, 비교예들의 경우 탄소섬유원사의 분산이 잘 이뤄지지 않은 것으로 확인이 되었으며, 특히, 비교예 2는 각 위치별 온도차이가 5℃ 이상이었다.As a result of the energization test, the carbon fiber grasses of Examples 1 to 10 were measured to have a similar temperature difference of less than 1 캜 at all five points of grassland when electric current was applied to the longitudinal or transverse electrodes. When the contents of cubic and iron oxide were adjusted as in Examples 1 to 3, when the length of the carbon fiber yarn was adjusted as in Examples 4 and 5, when vibration was not applied together with voltage application as in Example 6, When the magnitude of the pulse voltage was adjusted as in Example 7, even when the vibration frequency was adjusted as in Examples 8 to 10, the orientation of the carbon fibers progressed smoothly, and the difference in heat generation characteristics in longitudinal / I can implement it. In the case of the examples, a uniform temperature was confirmed as a whole. From these results, it can be seen that the carbon fiber yarns of Examples 1 to 10 are well dispersed in the grass. On the other hand, in the comparative examples, it was confirmed that the carbon fiber yarn was not well dispersed, and in Comparative Example 2, the temperature difference was more than 5 ° C for each position.
탄소섬유원사가 큐빅을 포함하는 비교예 1은 종방향과 횡방향으로 각각 통전 시의 온도 차이가 크지 않았는데, 이는 펄스 전압에 반응한 탄소섬유의 배향이 원활이 이루어지지 않았기 때문으로 여겨진다. 비교예 1의 탄소섬유초지는 부도체인 큐빅을 포함함으로 큐빅 나노입자분말에 의해 탄소섬유의 전기전도도가 저하된 것으로, 제지펄프 용액 중에서 분산된 탄소섬유가 인가된 펄스 전압에 제대로 반응하지 못한 것이다. 이러한 결과로부터, 실시예 1 내지 10 또한 큐빅 나노입자를 포함하지만 종/횡방향의 발열특성 차이가 43.5℃ 내지 60.1℃로 뚜렷이 나타난 것은, 전기전도성을 갖는 산화철을 큐빅과 함께 사용함에 따라, 탄소섬유의 전기전도성 저하가 방지되어 제지펄프 용액 중에 분산되어 있던 탄소섬유가 펄스 전압에 반응하여 잘 배향된 결과임을 알 수 있다. 이에 따라, 탄소섬유원사에서 큐빅과 산화철의 공존이 탄소섬유의 배향성을 결정하는 데 주요 인자들 중 하나임을 알 수 있다.In Comparative Example 1 in which the carbon fiber yarn contained cubic zirconium, the temperature difference during energization in the longitudinal direction and in the transverse direction was not large, which is considered to be because the orientation of the carbon fiber in response to the pulse voltage was not smooth. The carbon fiber grass of Comparative Example 1 contains cubic, which is an insulator, so that the electrical conductivity of the carbon fiber is lowered by the cubic nano-particle powder, and the carbon fiber dispersed in the paper pulp solution does not respond properly to the applied pulse voltage. From these results, Examples 1 to 10 also revealed cubic nanoparticles but differed in heat generation characteristics in the longitudinal / transverse directions from 43.5 DEG C to 60.1 DEG C, as the iron oxide having electric conductivity was used together with cubic, It is understood that the carbon fibers dispersed in the paper pulp solution are well-oriented in response to the pulse voltage. Thus, it can be seen that the coexistence of cubic and iron oxide in carbon fiber yarn is one of the main factors in determining the orientation of carbon fiber.
비교예 1의 종방향과 횡방향에서의 온도 모두 실시예 1 내지 10의 종방향 온도에 비해 낮은 것은 원적외선 방사량이 실시예들에 비해 떨어진 결과로 볼 수 있다. 비교예 1은 큐빅만을 포함하는 나노입자분말을 사용한 것으로, 산화철을 포함하고 있지 않지만, 실시예 1 내지 10은 큐빅과 산화철의 공존에 따라 원적외선 방사량이 상승하여 결국 통전 시 발열효율이 향상된 것이다.The temperature in both the longitudinal direction and the lateral direction of Comparative Example 1 is lower than the longitudinal temperatures of Examples 1 to 10, which is a result that the far-infrared radiation amount is lower than those of the Examples. Comparative Example 1 uses nanoparticle powder containing only cubic, which does not contain iron oxide. In Examples 1 to 10, the far infrared ray radiation amount increases according to the coexistence of cubic and iron oxide, and ultimately, the heat generation efficiency during energization is improved.
비교예 2는 최종 온도에 도달하는 시간이 길어, 실시예 1 내지 10에 비해 발열효율이 떨어지는 것으로 확인이 되었다. 또한, 비교예 2의 탄소섬유초지는 각 부위별 온도차이가 커, 나노입자분말을 사용하지 않고 탄소분말로만 이루어진 탄소섬유원사가 제지펄프 용액 중에서 분산이 잘 이뤄지지 않았던 것으로 보여진다. 이에 반해, 실시예 1 내지 10의 경우, 큐빅 및 산화철의 비율을 조절하여 탄소섬유원사를 형성한 결과, 제지펄프 용액 중에 탄소섬유원사의 분산성이 보다 향상된 것으로 파악된다. 아울러, 실시예 1 내지 10은 탄소섬유원사의 분산성이 좋아 탄소섬유들 사이에서 원적외선 공명현상이 증대되어 원적외선 방사량이 극대화되면서 발열효율이 향상된 것이다.It was confirmed that the heat generation efficiency in Comparative Example 2 was lower than that in Examples 1 to 10 because the time for reaching the final temperature was long. In addition, the carbon fiber grass of Comparative Example 2 had a large temperature difference at each site, and carbon fiber yarn composed of only carbon powder without using nanoparticle powder was not dispersed well in paper pulp solution. In contrast, in Examples 1 to 10, carbon fiber yarns were formed by controlling the ratio of cubic and iron oxides. As a result, it was found that the dispersibility of the carbon fiber yarn in the paper pulp solution was improved. In Examples 1 to 10, since the dispersibility of the carbon fiber yarn is good, the far infrared ray resonance phenomenon between the carbon fibers is increased, and the far infrared ray radiation amount is maximized, and the heat generation efficiency is improved.
비교예 3은 탄소섬유원사 중 나노입자분말의 함량이 높은 경우로, 이 경우 비교예 1과 유사하게 발열효율이 좋지 않은 것으로 확인되었다. 이는 나노입자분말 함량 증가와 함께 큐빅 함량의 증가로 탄소섬유의 전기전도도가 저하된 결과이다. 또한, 이때 종방향과 횡방향에서 발열특성은 다소 상이하였지만 그 차이가 미미하여 뚜렷하게 상이한 발열특성을 갖는다고 보기는 어려웠다.In Comparative Example 3, the content of the nanoparticle powder in the carbon fiber yarn was high. In this case, it was confirmed that the heat generation efficiency was not good similarly to Comparative Example 1. This is a result of decreasing the electrical conductivity of the carbon fiber due to the increase of the cubic content with the increase of the nanoparticle powder content. In this case, although the heating characteristics in the longitudinal direction and the lateral direction were somewhat different, it was difficult to see that the difference was small and had distinctly different heating characteristics.
비교예 4는 탄소섬유원사의 길이가 15 mm로 긴 것으로, 탄소섬유원사가 긴 경우 제지펄프와 심하게 얽혀 펄스 전압에 반응하여 탄소섬유가 배향하는데 제약이 따르는 것으로 예상된다. 비교예 4에서는 종방향과 횡방향에서 발열특성 차이가 있는 것으로 확인 되었지만, 그 차이가 미미하여 뚜렷하게 상이한 발열특성을 갖는다고 보기는 어렵다.In Comparative Example 4, the length of the carbon fiber yarn is as long as 15 mm, and when the length of the carbon fiber yarn is long, it is expected that the carbon fiber is severely intertwined with the paper pulp so that the carbon fiber is oriented in response to the pulse voltage. In Comparative Example 4, it was confirmed that there was a difference in heat generation characteristics in the longitudinal direction and in the lateral direction, but it is difficult to see that the difference is small and thus has distinctly different heat generation characteristics.
비교예 5는 인가되는 펄스 전압의 크기가 40 V인 것으로, 전압의 크기가 충분치 않아 탄소섬유의 배향이 실시예 1 내지 10에 비해 현저히 잘 이뤄지지 않은 것으로 확인되었다.In Comparative Example 5, it was confirmed that the magnitude of the applied pulse voltage was 40 V, the voltage was insufficient in size, and the orientation of the carbon fiber was not remarkably improved as compared with Examples 1 to 10.
실험예Experimental Example 2: 원적외선 방사량 측정 2: Far-infrared radiation measurement
실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 탄소섬유초지 각각에서 방출되는 원적외선을 측정하였다. 원적외선 측정은 한국원적외선협회 FT-IR 분광분석기를 이용하여 시험방법 KFIA-FI-1005에 의거하여 실시되었으며, 100℃에서 5~20 ㎛ 파장에 대해 방사율 및 방사에너지를 측정하였다.Far infrared rays emitted from each of the carbon fiber grasses produced in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 were measured. The far-infrared ray measurement was carried out according to the test method KFIA-FI-1005 using a FIR spectrometer of Korea Far Infrared Spectroscopy and the emissivity and radiant energy were measured at a wavelength of 5 to 20 μm at 100 ° C.
표 2를 참조하면, 실시예 1 내지 6은 5 내지 20 ㎛ 범위의 원적외선을 방사하는 것으로 확인되었으며, 방사율은 대략적으로 90% 이상으로 높은 수준을 나타내었다. 이에 반해, 비교예들은 방사율과 방사에너지 모두 낮게 나타났다.Referring to Table 2, Examples 1 to 6 were confirmed to emit far infrared rays in the range of 5 to 20 占 퐉, and the emissivity was as high as about 90% or more. On the contrary, the comparative examples showed low emissivity and radiant energy.
전술한 바와 같이, 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention. You will understand. It is therefore to be understood that the embodiments described above are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.
10 : 전압인가장치
20 : 초지용 망
30 : 종방향 전극
40 : 횡방향 전극
100 : 습지
200 : 초지10: voltage applying device
20: Grid Network
30: longitudinal electrode
40: transverse electrode
100: Wetlands
200: grassland
Claims (9)
상기 나노입자분말 1 내지 10 중량부와 탄소분말 50 내지 80 중량부를 용융하여 혼합한 후, 1 내지 20 ㎛ 두께로 탄소섬유원사를 제조하는 단계;
상기 탄소섬유원사를 절단하여 제지펄프 용액에 혼입하여 탄소섬유-함유 제지펄프 용액을 제조하는 단계;
상기 탄소섬유-함유 제지펄프 용액에 전압을 인가하는 단계; 및
전압이 인가된 탄소섬유-함유 제지펄프 용액을 초지용 망으로 흘려 탄소섬유초지를 제조하는 단계
를 포함하는, 면상발열체용 탄소섬유초지의 제조 방법.
Mixing and pulverizing cubic and iron oxide to form a nanoparticle powder;
1 to 10 parts by weight of the nanoparticle powder and 50 to 80 parts by weight of carbon powder are melted and mixed to prepare a carbon fiber yarn having a thickness of 1 to 20 μm;
Cutting the carbon fiber yarn and mixing it into a paper pulp solution to produce a carbon fiber-containing paper pulp solution;
Applying a voltage to the carbon fiber-containing paper pulp solution; And
A step of flowing a carbon fiber-containing paper pulp solution to which a voltage is applied to a papermaking net to prepare carbon fiber grass
Wherein the carbon fiber-reinforced composite material is a carbon fiber.
상기 전압은 펄스 형태로 인가되는 것임을 특징으로 하는 면상발열체용 탄소섬유초지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the voltage is applied in a pulse form. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 전압의 펄스 시간이 10 내지 80 ns인 것임을 특징으로 하는 면상발열체용 탄소섬유초지의 제조 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein a pulse time of the voltage is 10 to 80 ns.
상기 전압은 55 내지 80 V의 크기를 가진 것임을 특징으로 하는 면상발열체용 탄소섬유초지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the voltage is in the range of 55 to 80 volts.
상기 나노입자분말은 큐빅과 산화철이 1: 0.1 내지 10의 중량비로 혼합된 것임 특징으로 하는 면상발열체용 탄소섬유초지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the nanoparticle powder is a mixture of cubic and iron oxide in a weight ratio of 1: 0.1 to 10.
상기 나노입자분말은 무연탄, 피치, 및 규사로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것인, 면상발열체용 탄소섬유초지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the nanoparticle powder further comprises at least one selected from the group consisting of anthracite coal, pitch, and silica sand.
상기 탄소섬유원사는 0.1 내지 1 mm의 길이로 절단되어 상기 제지펄프 용액에 혼입되는 것인, 면상발열체용 탄소섬유초지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the carbon fiber raw material is cut to a length of 0.1 to 1 mm and mixed into the paper pulp solution.
상기 전압을 인가하는 단계에서는 전압 인가와 동시에 상기 탄소섬유-함유 제지펄프 용액에 진동을 더 가하는 것을 포함하는 것인, 면상발열체용 탄소섬유초지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of applying the voltage further comprises applying a voltage to the carbon fiber-containing paper pulp solution at the same time as applying the voltage, thereby producing the carbon fiber grass paper.
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2000150117A (en) * | 1998-11-10 | 2000-05-30 | Itabashi Mokkosho:Kk | Manufacture of conductive heating paper |
| KR101201053B1 (en) * | 2012-04-16 | 2012-11-14 | 김선일 | Planar heating element |
-
2016
- 2016-05-25 KR KR1020160064032A patent/KR101804872B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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