KR102025608B1 - 발수성과 절연성이 향상된 히터용 면상발열체 - Google Patents
발수성과 절연성이 향상된 히터용 면상발열체 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 발수성과 절연성이 향상된 히터용 면상발열체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열선층 및 상기 열선층의 상부면 및 하부면에 형성되는 유리섬유층으로 이루어진다.
상기의 구조로 이루어지는 히터용 면상발열체는 내열성이 향상될 뿐만 아니라, 유리섬유층이 형성되어 절연성, 내구성 및 발수성이 우수하다.
상기의 구조로 이루어지는 히터용 면상발열체는 내열성이 향상될 뿐만 아니라, 유리섬유층이 형성되어 절연성, 내구성 및 발수성이 우수하다.
Description
본 발명은 발수성과 절연성이 향상된 히터용 면상발열체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내열성이 향상될 뿐만 아니라, 유리섬유층이 형성되어 절연성, 내구성 및 발수성이 우수한 히터용 면상발열체에 관한 것이다.
발열체는 주택이나 건물 등의 난방에 사용될 뿐 아니라 자동차의 히터나 열선에도 적용 사용되고 있으며, 휴대용으로도 그 수요가 꾸준히 확장되고 있다.
발열체의 소재로는 주로 금속이나 카본 블랙을 이용하여 구현되며, 선(wire)방식의 발열체는 선의 위치에 따라 온도 상승의 불균일성이 크고, 발열 효율도 떨어지는 단점이 있으며, 면상 발열체는 상기 선 방식의 발열체를 개선한 것으로 발열속도와 효율뿐만 아니라 균일한 발열성능을 나타내는 효과가 있다.
또한, 면상발열체는 통상의 열선방식에 비해 면적으로 발열이 진행되므로 발열률이 우수하며, 전력소모율이 적고 유해전자파의 발생이 거의 없으며 평활성과 내구성을 가지고 있어 상당히 유용하게 사용된다.
그러나 종래의 면상발열체는 베이스시트의 양단에 여백부가 형성되도록 가로방향으로는 액상의 카본페이스트를 적정 간격으로 도포하여 카본층을 형성하고, 카본층 양단 세로방향으로는 열전도를 향상시키기 위해 도전성 실버페이스트를 도포하여 실버층을 형성한 후 상기 실버층에 구리박판을 적층한 다음 마감시트를 베이스시트에 라미네이팅하여 제조되는데, 구리박판에 인가된 전류가 실버층을 통해 카본층에 흐르게 되면서 카본층에 저항열이 발생되는 것으로, 롤로를 통해 베이스시트에 가로방향으로 액상의 카본페이스트를 도포할 때, 카본페이스트액이 미세하게 베이스시트 여백부에도 도포되는데, 이로 인해 전류가 통전될 때 베이스시트과 마감시트사이의 틈을 통해 면상발열체 측면으로 전류가 누설되는 현상이 발생하게 되어 전력이 낭비될 뿐만 아니라 누설전류로 인한 안전사고가 발생할 수 있는 문제점이 있었다.
또한, 종래에 면상발열체는 발수성능이 낮고 수분에 취약한 구조로 이루어져 수중에서는 사용이 불가한 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 내열성이 향상될 뿐만 아니라, 유리섬유층이 형성되어 절연성, 내구성 및 발수성이 우수한 히터용 면상발열체를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 열선층 및 상기 열선층의 상부면 및 하부면에 형성되는 유리섬유층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발수성과 절연성이 향상된 히터용 면상발열체를 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 열선층과 상기 유리섬유층 사이에는 절연층이 더 형성되며, 상기 절연층은 불소수지 또는 폴리이미드 필름의 양면에 불소수지를 적층하여 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 열선층은 0.003 내지 0.3 밀리미터 두께의 스테인리스 강 또는 인코넬로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 유리섬유층은 0.075 내지 0.5 밀리미터의 두께로 형성되는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 유리섬유층은 유리섬유가 함침된 불소수지로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 불소수지는 폴리테트라플루오로에틸렌, 퍼플루오로알콕시 및 플루오로에틸렌프로필렌으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명에 따른 내구성 및 발수성이 우수한 히터용 면상발열체는 내열성이 향상될 뿐만 아니라, 유리섬유층이 형성되어 절연성, 내구성 및 발수성이 우수한 히터용 면상발열체를 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내구성 및 발수성이 우수한 히터용 면상발열체를 나타낸 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내구성 및 발수성이 우수한 히터용 면상발열체를 나타낸 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내구성 및 발수성이 우수한 히터용 면상발열체를 나타낸 분해사시도이다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명에 따른 발수성과 절연성이 향상된 히터용 면상발열체는 열선층(10) 및 상기 열선층(10)의 상부면 및 하부면에 형성되는 유리섬유층(20)으로 이루어진다.
상기 열선층(10)은 본 발명에 따른 히터용 면상발열체가 발열을 할 수 있도록 하는 층으로, 상기 열선층(10)으로 전원이 공급되면 전류가 열선층을 타고 흐르면서 전기저항 등에 의해 열이 발생된다.
상기와 같은 역할을 하는 열선층(10)은 0.003 내지 0.3 밀리미터 두께의 스테인리스 강(SUS, stainless steel) 또는 인코넬(inconel)로 이루어지는 것이 바람직한데, 상기 열선층의 두께가 0.003 밀리미터 미만이면 외력에 의해 열선층(10)이 쉽게 변형 또는 파손될 수 있으며, 상기 열선층(10)의 두께가 0.3 밀리미터를 초과하게 되면 열선층(10)의 발열효율성이 저하되며 제조비용을 증가시키고, 면상 발열체의 무게를 지나치게 증가시키게 된다.
상기 인코넬은 니켈을 주체로 하여 15%의 크로뮴, 6∼7%의 철, 2.5%의 타이타늄, 1% 이하의 알루미늄, 망가니즈 및 규소를 첨가한 내열합금으로, 내열성이 좋고, 900℃ 이상의 산화기류(酸化氣流) 속에서도 산화하지 않고, 황을 함유한 대기에도 침지되지 않는다.
또한, 상기 인코넬은 신장(伸長), 인장강도 및 항복점(降伏點) 등 여러 성질도 600℃ 정도까지 대부분 변화하지 않는 등 기계적 성질에 우수하며, 유기물, 염류용액에 대해서도 부식하지 않는데, 상기의 조성에 1%의 나이오븀을 첨가한 인코넬 X라고 하는 것이 대표적인 제품이다.
상기 유리섬유층(20)은 상기 열선층(10)의 상부면 및 하부면에 0.075 내지 0.5 밀리미터의 두께로 형성되며, 유리섬유가 함침된 불소수지로 이루어지는데, 본 발명에 따른 히터용 면상발열체에 절연성 및 발수성능을 향상시키는 역할을 한다.
또한, 일반적인 폴리이미드를 적용한 면상발열체는 300℃ 이하에서 사용이 가능하지만 본 발명에 따른 히터용 맨상발열체는 발수특성이 강한 불소수지에 유리섬유를 함침하여 제조되기 때문에, 일반적인 사용온도가 300℃를 초과하는 350℃이며, 450℃의 온도에서도 변형 또는 탄화되지 않고 물성을 유지할 수 있다.
상기와 같이 발수특성이 강한 불소수지에 유리섬유를 함침하여 제조되는 유리섬유층(20)은 300℃의 온도를 초과하는 고온에서도 물성이 변화없이 유지된다.
일반적으로 전자제품의 경우, 장시간 이용되기 때문에 일정한 고열이나 압력, 그리고 습도가 높은 대기중에 노출되도 물성이 감소되거나 변하지 않아야 한다. 또한, 산소나 수분 등의 가스가 투과되면 회로의 파손 및 오작동의 원인이 되며 수명을 단축시킬 수 있기 때문에, 고분자 소재가 전자제품에 응용되기 위해서는 까다로운 기준을 통과해야만 한다. 일반적으로, 전자제품으로 사용 가능한 고분자 재료의 응용 가능 목표치는 사용가능 온도가 300℃이상, 열팽창계수(CTE)가 20ppm/℃이하, 인장강도(Mpa)가 0.5 이상, 열내구성이 12시간 이상 및 과전압이 1시간 이상을 만족해야하는데, 상기의 유리섬유층(20)은 상기에 나열된 조건을 모두 만족한다.
이때, 상기 불소수지는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, Polytetrafluoroethylene), 퍼플루오로알콕시(PFA, Perfluoroalkoxy) 및 플루오로에틸렌프로필렌(FEP, Fluoroethylenepropylene)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기와 같이 열선층(10)의 상부면 및 하부면에 유리섬유층(20)을 형성하는 과정은 유리섬유를 불소수지에 함침한 후에 상기 열선층(10)의 성부면 및 하부면에 적층하고, 1 내지 10MPa의 압력과 100 내지 200℃의 온도에서 30 내지 60분 동안 경화시키는 과정으로 이루어진다.
또한, 상기 열선층(10)과 상기 유리섬유층(20) 사이에는 절연층(30)이 더 형성될 수도 있으며, 상기 절연층(30)은 불소수지로 이루어지거나 폴리이미드 필름의 양면에 불소수지를 적층하여 이루어질 수 있는데, 상기와 같은 절연층(30)이 형성되면 본 발명에 따른 히터용 면상발열체의 절연성 및 발수성능이 더욱 향상된다.
상기 절연층(30)으로 불소수지를 사용하는 경우에는 절연층의 두께가 0.002 내지 0.15mm로 형성되는 것이 바람직하며, 불소수지로는 폴리테트라플루오로에틸렌, 퍼플루오로알콕시 및 플루오로에틸렌프로필렌로 이루어진 그룹에서 선택된 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 절연층(30)으로 폴리이미드 필름의 양면에 불소수지를 적층하여 적용하는 경우에는 두께가 0.01 내지 0.2 밀리미터인 폴리이미드 필름의 양면에 불소수지를 0.002 내지 0.15 밀리미터의 두께로 도포한 후에 경화시킨 것을 사용하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 폴리이미드 필름의 양면에 불소수지를 도포하고 경화하는 과정은 폴리이미드 필름의 양면에 불소수지를 도포하고 1 내지 10MPa의 압력과 100 내지 200℃의 온도에서 30 내지 60분 동안 경화시키는 과정으로 이루어진다.
상기와 같이 폴리이미드 필름의 양면에 불소수지를 도포하여 절연층(20)을 형성하는 경우에는 양면을 폴리테트라플루오로에틸렌이나 퍼플루오로알콕시 중 하나를 선택하여 적용하거나, 양면을 모두 플루오로에틸렌프로필렌으로 적용하는 것이 바람직하다.
이하에서는, 본 발명에 따른 발수성과 절연성이 향상된 히터용 면상발열체의 제조방법 및 그 제조방법을 통해 제조된 히터용 면상발열체의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.
<실시예 1>
0.15 밀리미터 두께의 스테인리스 강으로 열선층을 형성하고, 상기 열선층의 상부면 및 하부면에 0.25 밀리미터 두께의 유리섬유층(유리섬유가 함침된 폴리테트라플루오로에틸렌)을 적층하고 5MPa의 압력과 150℃의 온도에서 45분 동안 경화하여 발수성과 절연성이 향상된 히터용 면상발열체를 제조하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 상기 열선층과 상기 유리섬유층 사이에 0.1 밀리미터 두께의 불소수지(폴리테트라플루오로에틸렌)로 이루어진 절연층을 형성하여 발수성과 절연성이 향상된 히터용 면상발열체를 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 상기 열선층과 상기 유리섬유층 사이에 절연층(0.1 밀리미터 두께의 폴리이미드 수지의 양면에 폴리테트라플루오로에틸렌을 0.5 밀리미터의 두께로 형성)을 형성하여 발수성과 절연성이 향상된 히터용 면상발열체를 제조하였다.
<실시예 4>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 상기 열선층과 상기 유리섬유층 사이에 절연층(0.1 밀리미터 두께의 폴리이미드 수지의 양면에 플루오로에틸렌프로필렌을 0.5 밀리미터의 두께로 형성)을 형성하여 발수성과 절연성이 향상된 히터용 면상발열체를 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 4를 통해 제조된 발수성과 절연성이 향상된 히터용 면상발열체의 사용온도, 온도균일도, 인장강도, 과전압, 열 내구성, 열팽창계수 및 탄성율을 측정하여 시험규격과 시험결과를 아래 표 1 내지 2에 나타내었다.
<표 1> 시험방법 및 시험규격
<표 2> 시험결과
위에 표 2에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1 내지 4를 통해 제조된 발수성과 절연성이 향상된 히터용 면상발열체는 우수한 물성을 나타내는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 발수성과 절연성이 향상된 히터용 면상발열체는, 내열성이 향상될 뿐만 아니라, 유리섬유층이 형성되어 절연성, 내구성 및 발수성이 우수하기 때문에, 히터와 같은 난방장치 외에도 전자제품, 침구류 및 레저용품 등에 폭넓게 사용할 수 있다.
10 ; 열선층
20 ; 유리섬유층
30 ; 절연층
20 ; 유리섬유층
30 ; 절연층
Claims (6)
- 열선층; 및
상기 열선층의 상부면 및 하부면에 형성되는 유리섬유층;으로 이루어지며,
상기 열선층과 상기 유리섬유층 사이에는 절연층이 더 형성되고,
상기 절연층은 폴리이미드 필름의 양면에 불소수지를 적층하여 이루어지며,
상기 열선층은 0.003 내지 0.3 밀리미터 두께의 인코넬로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발수성과 절연성이 향상된 히터용 면상발열체.
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 유리섬유층은 0.075 내지 0.5 밀리미터의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 발수성과 절연성이 향상된 히터용 면상발열체.
- 청구항 1에 있어서,
상기 유리섬유층은 유리섬유가 함침된 불소수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발수성과 절연성이 향상된 히터용 면상발열체.
- 청구항 1에 있어서,
상기 불소수지는 폴리테트라플루오로에틸렌, 퍼플루오로알콕시 및 플루오로에틸렌프로필렌으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발수성과 절연성이 향상된 히터용 면상발열체.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020180146187A KR102025608B1 (ko) | 2018-11-23 | 2018-11-23 | 발수성과 절연성이 향상된 히터용 면상발열체 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102482260B1 (ko) | 2022-06-28 | 2022-12-29 | 염한균 | 반도체 정전척 히터용 면상발열체 조성물 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100659499B1 (ko) | 2006-01-27 | 2006-12-20 | 주식회사 디에스티 | 면상발열체 |
| JP2016110757A (ja) * | 2014-12-03 | 2016-06-20 | 坂口電熱株式会社 | フッ素樹脂フィルム面状ヒータ |
| KR20180032324A (ko) * | 2016-09-22 | 2018-03-30 | 주식회사 다인 | 유연시트히터 |
-
2018
- 2018-11-23 KR KR1020180146187A patent/KR102025608B1/ko active IP Right Grant
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