KR102111965B1 - 발열 섬유 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 발열섬유(10)는 양단에 전기가 인가될 수 있는 실 형태의 수평사(100); 및 상기 수평사(100)와 교차하도록 배치되는 수직사(200);를 포함하는 발열섬유(10)로서, 상기 수평사(100)는 전도성 금속을 포함하는 전도성 금속코어층(110); 상기 전도성 금속코어층(110)을 감싸도록 구비되고, 다수의 홀이 불규칙하게 형성되어 있고, 상기 홀에는 은(Ag) 입자 및 구리(Cu) 입자가 혼합된 전도성 혼합입자가 삽입되어 있는 다공성 제올라이트 박막층(120); 상기 다공성 제올라이트 박막층(120)을 감싸도록 구비되고, 탄소층이 코팅된 막대 형태의 유리섬유 필라멘트(131)가 내부에 함침된 열가소성 수지혼합물을 포함하는 제1수지층(130); 및 상기 제1수지층(130)을 감싸도록 구비되고 열가소성 수지 및 PEDOT/PSS를 포함하는 제2수지층(140);을 포함하며, 이는 필요에 따라 외부 전기에너지의 인가에 의하여 열을 발생시킬 수 있음과 동시에 외부 전기에너지의 인가 없이도 접촉하는 대상체의 체온 등에 의하여 열을 발생시킬 수 있고, 이와 같이 발생된 열에너지를 오랫동안 효율적으로 저장하는 것이 가능하며, 전기에너지 인가 방식에 의하여 발열시킬 때 발생되는 전자파를 최소화할 수 있는 장점을 갖는다.

Description

발열 섬유 {HEATING TEXTILES}
본 발명은 발열 섬유에 관한 것이며, 더욱 구체적으로 외부 전기의 인가에 의하여 발열될 수 있음과 동시에 외부 전기의 인가 없이도 접촉한 대상체의 체온 등에 의하여도 열을 발생시키고 축적시킬 수 있으며, 특히 외부에서 전기를 인가하여 열을 발생시킬 경우 인가되는 전기에 의해 발생하는 전자파의 발생을 최소화함과 동시에, 열에너지의 저장 효율을 극대화시킬 수 있는 발열 섬유에 관한 것이다.
최근 들어, 의류 또는 난방기 소재 등에 사용될 수 있는 다양한 발열 섬유가 개발되고 있다.
이와 같은 발열 섬유는 체온 또는 외부 전기에너지 등과 같은 외부의 에너지가 인가됨으로써 섬유가 열을 발생시키고 이와 같이 발생된 열에너지가 오랫동안 저장될 수 있는 기능성 섬유이다.
하기 특허문헌 1은 온도조절 기능을 갖는 발열섬유 시이트를 개시하고 있으나, 이는 외부에서 공급되는 전기에너지에 의하여 발생되는 전자파의 수치가 상대적으로 높고, 발생되는 열에너지가 소실되는 시간이 너무 짧아 효율적인 축열이 어렵다는 문제가 있으며, 외부의 전기에너지 인가 없이는 열을 발생시켜 축적시키는 것이 불가능하다는 한계가 있다.
따라서, 필요에 따라 외부 전기에너지의 인가에 의하여 열을 발생시킬 수 있음과 동시에 외부 전기에너지의 인가 없이도 접촉하는 대상체의 체온 등에 의하여 열을 발생시킬 수 있고, 이와 같이 발생된 열에너지를 오랫동안 효율적으로 저장하는 것이 가능하며, 전기에너지 인가 방식에 의하여 발열시킬 때 발생되는 전자파를 최소화할 수 있는 신규한 발열 섬유의 개발이 절실히 요구되는 실정이다.
특허문헌 1: 대한민국 등록특허공보 제10-0504676호 (2005.07.21)
이에 본 발명에서는 양단에 전기가 인가될 수 있는 실 형태의 수평사(100); 및 상기 수평사(100)와 교차하도록 배치되는 수직사(200);를 이용하되, 상기 수평사(100)는 전도성 금속을 포함하는 전도성 금속코어층(110); 상기 전도성 금속코어층(110)을 감싸도록 구비되고, 다수의 홀이 불규칙하게 형성되어 있고, 상기 홀에는 은(Ag) 입자 및 구리(Cu) 입자가 혼합된 전도성 혼합입자가 삽입되어 있는 다공성 제올라이트 박막층(120); 상기 다공성 제올라이트 박막층(120)을 감싸도록 구비되고, 탄소층이 코팅된 막대 형태의 유리섬유 필라멘트(131)가 내부에 함침된 열가소성 수지혼합물을 포함하는 제1수지층(130); 및 상기 제1수지층(130)을 감싸도록 구비되고 열가소성 수지 및 PEDOT/PSS를 포함하는 제2수지층(140);을 포함하도록 함으로써 상기 문제점을 해결할 수 있음을 발견하였고, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.
따라서, 본 발명의 하나의 관점은 필요에 따라 외부 전기에너지의 인가에 의하여 열을 발생시킬 수 있음과 동시에 외부 전기에너지의 인가 없이도 접촉하는 대상체의 체온 등에 의하여 열을 발생시킬 수 있고, 이와 같이 발생된 열에너지를 오랫동안 효율적으로 저장하는 것이 가능하며, 전기에너지 인가 방식에 의하여 발열시킬 때 발생되는 전자파를 최소화할 수 있는 신규한 발열 섬유를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 발열섬유(10)는 양단에 전기가 인가될 수 있는 실 형태의 수평사(100); 및 상기 수평사(100)와 교차하도록 배치되는 수직사(200);를 포함하는 발열섬유(10)로서, 상기 수평사(100)는 전도성 금속을 포함하는 전도성 금속코어층(110); 상기 전도성 금속코어층(110)을 감싸도록 구비되고, 다수의 홀이 불규칙하게 형성되어 있고, 상기 홀에는 은(Ag) 입자 및 구리(Cu) 입자가 혼합된 전도성 혼합입자가 삽입되어 있는 다공성 제올라이트 박막층(120); 상기 다공성 제올라이트 박막층(120)을 감싸도록 구비되고, 탄소층이 코팅된 막대 형태의 유리섬유 필라멘트(131)가 내부에 함침된 열가소성 수지혼합물을 포함하는 제1수지층(130); 및 상기 제1수지층(130)을 감싸도록 구비되고 열가소성 수지 및 PEDOT/PSS를 포함하는 제2수지층(140);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 발열섬유(10)에 있어서, 상기 수직사(200)는 절연성 합성수지로 이루어진 제1수지코어층(210); 상기 제1수지코어층(210)을 감싸도록 구비되며, 내부에 축열포낭(221)이 구비된 축열포낭층(220); 및 상기 축열포낭층(220)을 감싸도록 구비되며 절연성 합성수지로 이루어진 제2수지코어층(230);을 포함하며, 상기 제2수지코어층(230)에는 일단이 제2수지코어층(230)의 표면 밖으로 돌출되고 타단은 상기 축열포낭층(220)에 일부가 삽입구비되는 다수의 은(Ag)필라멘트(240)가 일정 간격으로 이격 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 발열섬유(10)에 있어서, 상기 축열포낭(221) 내부에는 외부에너지 흡수에 따라 물질의 상태가 변하는 상변화물질이 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 발열섬유(10)에 있어서, 상기 수평사(100) 및 수직사(200)가 교차되는 지점에서 상기 은(Ag)필라멘트(240)가 제2수지층(140) 내부에 일부 삽입구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 발열섬유는 필요에 따라 외부 전기에너지의 인가에 의하여 열을 발생시킬 수 있음과 동시에 외부 전기에너지의 인가 없이도 접촉하는 대상체의 체온 등에 의하여 열을 발생시킬 수 있고, 이와 같이 발생된 열에너지를 오랫동안 효율적으로 저장하는 것이 가능하며, 전기에너지 인가 방식에 의하여 발열시킬 때 발생되는 전자파를 최소화할 수 있는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 발열섬유의 구조를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 발열섬유를 구성하는 수평사(100)의 적층 구조를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 발열섬유를 구성하는 수직사(200)의 적층 구조를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 발열섬유를 구성하는 수직사(200)의 세부 내부 구성을 개념적으로 설명하기 위한 적층 단면도이다.
본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하기 전에, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니되며, 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예의 구성은 본 발명의 바람직한 하나의 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 발열섬유의 구조를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 발열섬유를 구성하는 수평사(100)의 적층 구조를 개념적으로 나타내는 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 발열섬유를 구성하는 수직사(200)의 적층 구조를 개념적으로 나타내는 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 발열섬유를 구성하는 수직사(200)의 세부 내부 구성을 개념적으로 설명하기 위한 적층 단면도이다.
우선 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명예에 따른 발열섬유(10)는 양단에 전기가 인가될 수 있는 실 형태의 수평사(100) 및 상기 수평사(100)와 교차하도록 배치되는 수직사(200)를 포함한다.
상기 수평사(100)는 후술하는 바와 같이 내부에 전도성 금속으로 이루어진 전도성 금속코어층(110)을 구비함으로써, 도면에는 도시되지 않았으나 외부 전기인가에 의하여 전류가 흐를 수 있다.
도 2 및 3에는 각각 본 발명의 발열섬유(10)를 구성하는 수평사(100) 및 수직사(200)의 단면구조가 도시되어 있다.
도 2를 참고하면, 상기 수평사(100)는 전도성 금속을 포함하는 전도성 금속코어층(110); 상기 전도성 금속코어층(110)을 감싸도록 구비되고, 다수의 홀이 불규칙하게 형성되어 있고, 상기 홀에는 은(Ag) 입자 및 구리(Cu) 입자가 혼합된 전도성 혼합입자가 삽입되어 있는 다공성 제올라이트 박막층(120); 상기 다공성 제올라이트 박막층(120)을 감싸도록 구비되고, 탄소층이 코팅된 막대 형태의 유리섬유 필라멘트(131)가 내부에 함침된 열가소성 수지혼합물을 포함하는 제1수지층(130); 및 상기 제1수지층(130)을 감싸도록 구비되고 열가소성 수지 및 PEDOT/PSS를 포함하는 제2수지층(140);을 포함하여 구성된다.
상기 전도성 금속코어층(110)은 구리(Cu) 또는 철(Fe)과 같은 전도성 금속을 연신시켜 제작할 수 있으며, 단면 직경은 0.1 내지 1㎜의 크기로 형성하는 것이 가능하다.
상기 전도성 금속코어층(110)의 표면은 매끈하게 형성하는 것이 가능하나, 표면 저항을 높여 발열되도록 표면에 거친 조도를 형성하는 것도 가능하다.
한편, 상기 전도성 금속코어층(110) 둘레에는 제올라이트 박막층(120)이 전도성 금속코어층(110)을 감싸도록 구비된다.
상기 제올라이트 박막층(120)은 제올라이트(zeolite) 성분으로 이루어져 있으며, 그 내부에는 다수의 홀이 그물구조처럼 불규칙하게 형성된다.
상기 제올라이트 박막층(120)은 100 내지 1,000㎚의 평균 입경을 갖는 제올라이트 분말을 고온으로 용융시키고 이를 스퍼터링 (sputtering) 방식으로 상기 전도성 금속코어층(110)에 고르게 부착시키는 방식으로 형성시키는 것이 가능하다.
이 때, 제올라이트 분말을 스퍼터링으로 부착시키는 과정에서 사용되는 노즐의 분사입경이 점점 증가하는 것을 사용하여 노즐에서 제올라이트 분말이 분사될 때, 압력 감소로 빠르게 흩어지도록 함으로써, 최종적으로 형성된 제올라이트 박막층(120)에 다수의 홀이 불규칙하게 형성되도록 하는 것이 가능하다.
이와 같이 형성된 제올라이트 박막층(120)은 평균 1 내지 50㎛의 두께로 형성될 수 있으며, 상기 다수의 홀의 홀 직경은 약 100 내지 500㎚의 크기로 형성하는 것이 가능하다.
제올라이트 박막층(120)의 두께는 스퍼터링 시간을 조절함으로써 제어가 가능하고, 상기 다수의 홀의 홀 직경은 전술한 스퍼터링 분사노즐의 직경확장 비율 및 분사압력을 조절함으로써 제어하는 것이 가능하다.
상기 다수의 홀 중 일부는 상기 제올라이트 박막층(120)을 완전히 관통하도록 형성되며, 다른 일부는 완전히 관통되지 못하는 상태로 형성되기도 한다.
한편, 이와 같이 형성된 제올라이트 박막층(120)의 홀에 은(Ag) 입자 및 구리(Cu) 입자를 흡착시키는 공정을 수행한다.
이와 같은 은(Ag) 입자 및 구리(Cu) 입자는 평균 입경이 10 내지 30㎚을 갖는 것을 사용한다.
이와 같은 평균 입경을 갖는 은(Ag) 입자 및 구리(Cu) 입자를 혼합한 전도성 혼합입자를 고압 분사기를 이용하여 상기 제올라이트 박막층(120)에 분사하여 상기 제올라이트 박막층(120)의 다수의 홀 사이 사이에 은(Ag) 입자 및 구리(Cu) 입자가 고르게 침투할 수 있도록 한다.
은(Ag) 입자 및 구리(Cu) 입자를 다수의 홀 사이 사이에 침투시킨 후에, 순간적인 고열을 제올라이트 박막층(120) 표면에 가하여 홀의 최외곽 입구의 형상을 일부 변형시킴으로써 침투된 은(Ag) 입자 및 구리(Cu) 입자가 상기 홀에 완전히 침투된 채로 견고하게 유지되도록 하는 과정을 추가적으로 거치는 것이 가능하다.
한편, 이와 같이 형성된 상기 다공성 제올라이트 박막층(120)의 둘레에는 유리섬유 필라멘트(131)가 내부에 함침된 제1수지층(130)이 형성된다.
상기 제1수지층(130)은 폴리에틸렌 (PE), 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리비닐알코올(PVC) 등과 같은 열가소성 수지에 후술하는 유리섬유 필라멘트(131)가 함침된 용융액을 이용하여 형성한다.
상기 유리섬유 필라멘트(131)는 직경×길이가 약 1㎛×10㎛인 원통형 막대기둥 형상으로 형성될 수 있으며, 그 표면에는 약 100 내지 1,000㎚두께로 탄소피막층이 코팅되어 있다.
이와 같은 유리섬유 필라멘트(131)를 폴리에틸렌 (PE), 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리비닐알코올(PVC) 등과 같은 열가소성 수지 용액에 고르게 분산시켜 유리섬유 필라멘트(131) 분산 수지 용융액을 준비한다.
그 후, 상기 다공성 제올라이트 박막층(120)이 표면에 형성된 전도성 금속코어층(110)을 상기 유리섬유 필라멘트(131) 분산 수지 용융액에 함침시킨 후 건조키켜, 상기 다공성 제올라이트 박막층(120)이 표면에 약 10 내지 100㎛의 두께로 제1수지층(130)을 형성한다.
이와 같이 형성된 제1수지층(130) 내부에는 탄소층이 코팅된 막대 형태의 유리섬유 필라멘트(131)가 고르게 분산되어 함침 고정된 상태이다.
이 때, 다수의 유리섬유 필라멘트(131) 간의 간격은 약 1 내지 2㎛ 정도로 유지되도록 분포시키는 것이 바람직하다.
한편, 제1수지층(130)의 표면에는 상기 제1수지층(130)을 감싸도록 구비되며, 열가소성 수지 및 PEDOT/PSS를 포함하는 제2수지층(140)이 형성된다.
제2수지층(140)은 폴리에틸렌 (PE), 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리비닐알코올(PVC) 등과 같은 열가소성 수지 용액에 PEDOT/PSS (폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)폴리스티렌설포네이트(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)polystyrenesulfonate)를 고르게 분산시킨 혼합수지용액을 이용하여 형성한다.
즉, 상기 제1수지층(130)까지 형성된 원사를 상기 혼합수지용액에 함침/건조시킴으로써 상기 제2수지층(140)을 형성하는 것이 가능하며, 제2수지층(140)의 두께는 약 50 내지 500㎛로 형성하는 것이 바람직하다.
이러한 과정을 거쳐 수평사(100)가 완성된다.
다음으로 수직사(200)에 대하여 설명한다.
도 3에는 수직사(200)의 단면구조가 개략적으로 도시되어 있다.
수직사(200)는 절연성 합성수지로 이루어진 제1수지코어층(210); 상기 제1수지코어층(210)을 감싸도록 구비되며, 내부에 축열포낭(221)이 구비된 축열포낭층(220); 및 상기 축열포낭층(220)을 감싸도록 구비되며 절연성 합성수지로 이루어진 제2수지코어층(230);으로 구성된다.
상기 제1수지코어층(210)은 약 1㎜로 형성하는 것이 가능하며, 폴리에틸렌 (PE), 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리비닐알코올(PVC) 등과 같은 절연성 수지로 형성된다.
상기 제1수지코어층(210) 표면에는 상기 제1수지코어층(210)을 감싸도록 구비되며, 내부에 축열포낭(221)이 구비된 축열포낭층(220)이 형성된다.
도 4는 수직사(200)의 단면구조, 특히 축열포낭(221)이 구비된 축열포낭층(220)을 상세히 설명하기 위한 단층 개념도이다.
상기 축열포낭(221)은 폴리에틸렌 (PE), 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리비닐알코올(PVC) 등과 같은 합성수지로 형성하는 것이 가능하며, 그 내부에는 외부 열에너지의 흡수에 따라 물질의 상태가 변하는 상변화물질(PMC)이 들어있다.
상기 상변화물질로는 공지의 다양한 상변화물질을 사용하는 것이 가능하며, 예를 들어 고려신소재산업(주)의 BioPCM을 사용하는 것이 가능하다.
한편, 축열포낭(221)은 다음과 같은 과정을 통하여 준비하는 것이 가능하다.
우선, 폴리에틸렌 (PE), 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리비닐알코올(PVC) 등과 같은 합성수지를 이용하여 평균 두께가 약 10 내지 50㎛인 합성수지 박막을 준비한다.
이와 같이 준비된 합성수지 박막을 건조시킨 후, 상기 박막의 한 쪽 표면에 상변화물질을 분사한다.
그 후, 상변화물질이 분사되지 않은 쪽의 합성수지 박막 표면에 스프레이 건 등을 이용하여 고압의 바람을 분사한다.
이와 같이 고압의 바람을 분사하는 과정에서 합성수지 박막이 여러 미세 조각으로 잘려지게 되며, 잘려진 여러 조각의 미세 박막은 그 테두리가 서로 점착되고 내부에 상변화물질을 포함한 포낭(vesicle) 형태로 가공된다.
이와 같이 포낭(vesicle) 형태로 가공하는 과정에서 미세 박막의 테두리가 서로 잘 점착되도록 85 내지 90℃의 고온 챔버 내에서 고압 분사과정을 수행하는 것이 가능하다.
이와 같이 준비된 축열포낭(221)을 상기 제1수지코어층(210)의 표면에 부착시킨다.
도 4에는 축열포낭(221)이 단층으로 도시되어 있으나, 축열포낭(221)은 단층으로 형성되어 축열포낭층(220)을 형성하거나 또는 축열포낭(221)이 여러겹 복층으로 형성되어 축열포낭층(220)을 형성하는 것이 가능하다.
이와 같이 축열포낭층(220)을 형성하는 과정은 합성수지를 서로 접착시킬 수 있는 공지의 접착제를 사용하는 것이 가능하다.
다음으로, 제2수지코어층(230)을 설명한다.
우선 제2수지코어층(230)을 형성하기 위하여 미리 준비된 틀 등에 직경×길이가 약 50㎛×1,000㎛으로 준비된 다수의 은(Ag)필라멘트(240)를 일정간격 이격되도록 수직으로 고정하여 위치시킨다.
그 후, 이와 같이 준비된 다수의 은(Ag)필라멘트(240) 양 끝단이 노출되도록 폴리에틸렌 (PE), 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리비닐알코올(PVC) 등과 같은 합성수지 용융액을 이용하여 합성수지 막을 형성한다.
이러한 과정을 통하여 은(Ag)필라멘트(240) 양 끝단이 노출된 채로 단단히 박혀있는 합성수지막이 준비된다.
다음으로 이러한 합성수지막을 상기 축열포낭층(220)에 진공을 이용하여 흡착고정시켜 피막을 형성한다.
이러한 과정에서 상기 은(Ag)필라멘트(240)의 일 끝단이 상기 축열포낭(221)에 삽입될 수 있게 되며, 은(Ag)필라멘트(240)의 다른 끝단은 노출된 상태로 된다.
이러한 과정을 통하여 수직사(200)가 완성된다.
다음으로 수평사(100)와 수직사(200)를 이용하여 직조하여 발열 섬유(10)를 제작하는 과정을 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 수평사(100)와 수직사(200)는 서로 교차되도록 배치될 수 있다.
이는 통상의 직조과정을 통하여 천을 직조하는 과정을 제작되는 것이 가능하다.
이와 같이 수평사(100)와 수직사(200)를 이용하여 서로 교차되도록 직조하는 과정에서 노출된 상태였던 은(Ag)필라멘트(240)의 다른 끝단이 수평사(100)의 제2수지층(140) 내부에 박히게 된다.
이하, 본 발명에 따른 발열섬유와 기타 비교예를 통하여 본 발명의 발열섬유가 갖는 효과를 설명한다.
실시 제조예 1 (수평사의 제조)
단면직경 0.5㎜로 구리(Cu)를 연신시켜 구리 전선을 제조한 후, 500㎚의 평균 입경을 갖는 제올라이트 분말을 고온으로 용융시키고 이를 스퍼터링 (sputtering) 방식으로 상기 구리 전선에 고르게 부착시킴으로써 다수의 홀이 불규칙하게 형성된 제올라이트 박막층을 형성하였다.
그 후, 이와 같이 형성된 제올라이트 박막층의 홀에 평균 입경이 20㎚인 은(Ag) 입자 및 구리(Cu) 입자를 혼합한 전도성 혼합입자를 고압 분사기를 이용하여 분사함으로써 제올라이트 박막층의 다수의 홀 사이 사이에 은(Ag) 입자 및 구리(Cu) 입자를 고르게 침투시켰다.
그 다음, 이를 직경×길이가 약 1㎛×10㎛이고 표면에 약 500㎚두께로 탄소피막이 형성된 원통형 막대기둥 형상의 유리섬유 필라멘트가 고르게 분산된 폴리에틸렌 (PE) 용융수지에 함침 및 건조시켜 약 50㎛의 두께로 제1수지층을 형성하였다.
다음으로, 이와 같이 제1수지층까지 형성된 원사를 폴리에틸렌 (PE) 수지 용액에 PEDOT/PSS가 고르게 분산된 혼합수지용액에 함침 및 건조시켜 약 300㎛ 두께의 제2수지층을 형성함으로써 수평사를 제조하였다.
비교 제조예 1 (수평사의 제조) - 제올라이트 박막층 미형성
단면직경 0.5㎜로 구리(Cu)를 연신시켜 구리 전선을 제조하였다.
그 후, 이와 같이 제조된 구리전선을 직경×길이가 약 1㎛×10㎛이고 표면에 약 500㎚두께로 탄소피막이 형성된 원통형 막대기둥 형상의 유리섬유 필라멘트가 고르게 분산된 폴리에틸렌 (PE) 용융수지에 함침 및 건조시켜 약 50㎛의 두께로 제1수지층을 형성하였다.
다음으로, 이와 같이 제1수지층까지 형성된 원사를 폴리에틸렌 (PE) 수지 용액에 PEDOT/PSS가 고르게 분산된 혼합수지용액에 함침 및 건조시켜 약 300㎛ 두께의 제2수지층을 형성함으로써 수평사를 제조하였다.
비교 제조예 2 (수평사의 제조)- 제1수지층 미형성
단면직경 0.5㎜로 구리(Cu)를 연신시켜 구리 전선을 제조한 후, 500㎚의 평균 입경을 갖는 제올라이트 분말을 고온으로 용융시키고 이를 스퍼터링 (sputtering) 방식으로 상기 구리 전선에 고르게 부착시킴으로써 다수의 홀이 불규칙하게 형성된 제올라이트 박막층을 형성하였다.
그 후, 이와 같이 형성된 제올라이트 박막층의 홀에 평균 입경이 20㎚인 은(Ag) 입자 및 구리(Cu) 입자를 혼합한 전도성 혼합입자를 고압 분사기를 이용하여 분사함으로써 제올라이트 박막층의 다수의 홀 사이 사이에 은(Ag) 입자 및 구리(Cu) 입자를 고르게 침투시켰다.
그 다음, 이와 같이 준비된 원사를 폴리에틸렌 (PE) 수지 용액에 PEDOT/PSS가 고르게 분산된 혼합수지용액에 함침 및 건조시켜 약 300㎛ 두께의 제2수지층을 형성함으로써 수평사를 제조하였다.
실시 제조예 2 (수직사의 제조)
폴리에틸렌 (PE) 수지를 섬유가닥 형상으로 가공하여 약 0.5㎜의 직경을 갖는 제1수지코어층을 형성하였다.
다음으로 폴리에틸렌 (PE) 수지를 이용하여 평균 두께가 약 50㎛가 되도록 합성수지 박막을 준비하였다.
이와 같이 준비된 합성수지 박막을 건조시킨 후, 상기 박막의 한 쪽 표면에 상변화물질 (고려신소재산업(주)의 BioPCM)을 분사하여, 내부에 상변화물질을 포함한 포낭(vesicle) 형태의 다수의 축열포낭을 준비하였다.
이와 같이 준비된 축열포낭을 상기 제1수지코어층의 표면에 부착시켰다.
다음으로, 제2수지코어층을 형성하기 위하여, 미리 준비된 틀 등에 직경×길이가 약 50㎛×1,000㎛으로 준비된 다수의 은(Ag)필라멘트를 일정간격 이격되도록 수직으로 고정하여 위치시켰으며, 이와 같이 준비된 다수의 은(Ag)필라멘트 양 끝단이 노출되도록 폴리에틸렌 (PE) 합성수지 용융액을 이용하여 합성수지 막을 형성하였으며, 이러한 과정을 통하여 은(Ag)필라멘트 양 끝단이 노출된 채로 단단히 박혀있는 합성수지막을 준비하였다.
다음으로 이러한 합성수지막을 상기 축열포낭층에 진공을 이용하여 흡착고정시켜 피막을 형성함으로써 은(Ag)필라멘트의 일 끝단은 상기 축열포낭에 삽입되고 은(Ag)필라멘트(240)의 다른 끝단은 노출된 상태인 수직사를 제조하였다.
비교 제조예 3 (수직사의 제조) - 축열포낭층 미형성
폴리에틸렌 (PE) 수지를 섬유가닥 형상으로 가공하여 약 0.5㎜의 직경을 갖는 제1수지코어층을 형성하였다.
다음으로 폴리에틸렌 (PE) 수지를 이용하여 평균 두께가 약 50㎛가 되도록 합성수지 박막을 준비하였다.
다음으로, 제2수지코어층을 형성하기 위하여, 미리 준비된 틀 등에 직경×길이가 약 50㎛×1,000㎛으로 준비된 다수의 은(Ag)필라멘트를 일정간격 이격되도록 수직으로 고정하여 위치시켰으며, 이와 같이 준비된 다수의 은(Ag)필라멘트 양 끝단이 노출되도록 폴리에틸렌 (PE) 합성수지 용융액을 이용하여 합성수지 막을 형성하였으며, 이러한 과정을 통하여 은(Ag)필라멘트 양 끝단이 노출된 채로 단단히 박혀있는 합성수지막을 준비하였다.
다음으로 이러한 합성수지막을 상기 제1수지코어층에 진공을 이용하여 흡착고정시켜 피막을 형성함으로써 은(Ag)필라멘트의 일 끝단은 상기 제1수지코어층에삽입되고 은(Ag)필라멘트(240)의 다른 끝단은 노출된 상태인 수직사를 제조하였다.
비교 제조예 4 (수직사의 제조) - 은(Ag)필라멘트 미형성
폴리에틸렌 (PE) 수지를 섬유가닥 형상으로 가공하여 약 0.5㎜의 직경을 갖는 제1수지코어층을 형성하였다.
다음으로 폴리에틸렌 (PE) 수지를 이용하여 평균 두께가 약 50㎛가 되도록 합성수지 박막을 준비하였다.
이와 같이 준비된 합성수지 박막을 건조시킨 후, 상기 박막의 한 쪽 표면에 상변화물질 (고려신소재산업(주)의 BioPCM)을 분사하여, 내부에 상변화물질을 포함한 포낭(vesicle) 형태의 다수의 축열포낭을 준비하였다.
이와 같이 준비된 축열포낭을 상기 제1수지코어층의 표면에 부착시켰다.
다음으로, 제2수지코어층을 형성하기 위하여, 폴리에틸렌 (PE) 합성수지 용융액을 이용하여 합성수지 막을 형성하였다.
다음으로 이러한 합성수지막을 상기 축열포낭층에 진공을 이용하여 흡착고정시켜 피막을 형성함으로써 수직사를 제조하였다.
실시예 1
상기 실시 제조예 1의 수평사 및 실시 제조예 2의 수직사를 교차 직조하여 가로×세로가 1m×1m인 발열섬유를 제작하였다.
비교예 1
상기 비교 제조예 1의 수평사 및 비교 제조예 3의 수직사를 교차 직조하여 가로×세로가 1m×1m인 발열섬유를 제작하였다.
비교예 2
상기 비교 제조예 1의 수평사 및 비교 제조예 4의 수직사를 교차 직조하여 가로×세로가 1m×1m인 발열섬유를 제작하였다.
비교예 3
상기 비교 제조예 2의 수평사 및 비교 제조예 3의 수직사를 교차 직조하여 가로×세로가 1m×1m인 발열섬유를 제작하였다.
비교예 4
상기 비교 제조예 2의 수평사 및 비교 제조예 2의 수직사를 교차 직조하여 가로×세로가 1m×1m인 발열섬유를 제작하였다.
[발열 효과 측정 실험 1] - 전기 에너지 인가
상기 실시예 1과 비교예 1 내지 4를 통하여 제작된 발열섬유를 이용하여, 외부 전기 에너지 인가시의 발열 성능을 측정하는 실험을 수행하였다.
실시예 1과 비교예 1 내지 4를 통하여 제작된 발열섬유의 수평사 양 끝단에 5V의 직류 전기를 병렬로 5분 동안 인가하였으며, 1분 단위로 발열섬유 표면의 온도를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 0분 1분 2분 3분 4분 5분
실시예 1 15 36 38 41 45 47
비교예 1 15 22 25 27 28 30
비교예 2 15 23 24 25 27 28
비교예 3 15 24 25 26 27 27
비교예 4 15 22 24 26 28 30
(단위: ℃)
[발열 효과 측정 실험 2] - 체온 이용
상기 실시예 1과 비교예 1 내지 4를 통하여 제작된 발열섬유를 이용하여, 실험 참가자의 몸통을 감싸도록하고, 체온에 의한 발열 성능을 측정하는 실험을 수행하였다.
한 명의 실험 참가자가 실험을 수행하였으며, 1분 단위로 발열섬유 표면의 온도를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
각각의 테스트가 끝난후 충분한 휴식으로 통하여 최초의 체온을 회복한 것을 확인하고 다음 실험을 수행하는 방법으로 진행하였다.
구분 0분 1분 2분 3분 4분 5분
실시예 1 15 36 41 43 45 48
비교예 1 15 33 35 35 36 36
비교예 2 15 33 34 34 35 35
비교예 3 15 32 33 34 34 35
비교예 4 15 31 32 33 34 34
(단위: ℃)
[전자파 측정 실험] (전기 에너지 인가시)
상기 실시예 1과 비교예 1 내지 4를 통하여 제작된 발열섬유를 이용하여, 외부 전기 에너지 인가시의 발생되는 전자파를 측정하는 실험을 수행하였다.
실시예 1과 비교예 1 내지 4를 통하여 제작된 발열섬유의 수평사 양 끝단에 5V의 직류 전기를 병렬로 5분 동안 인가하였으며, 1분 단위로 발열섬유 표면에서 발생하는 전자파 (전기장(V/m) 및 자기장 (mG))를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
구분 0분 1분 2분 3분 4분 5분
실시예 1 12/10 210/121 250/151 254/160 255/161 255/160
비교예 1 12/11 1,011/335 1,255/401 1,355/450 1,520/455 1,560/500
비교예 2 12/10 1,030/350 1,131/360 1,320/420 1,530/450 1,565/489
비교예 3 13/11 1,212/361 1,330/402 1,401/412 1,541/462 1,612/512
비교예 4 12/11 1,125/375 1,321/390 1,430/451 1,601/501 1,721/524
(구분 및 단위: 전기장(V/m)/자기장(mG))
[축열 성능 실험]
상기 실시예 1과 비교예 1 내지 4를 통하여 제작된 발열섬유를 이용하여, 외부 전기 에너지 인가시의 발열 성능을 측정하는 실험을 수행하였다.
실시예 1과 비교예 1 내지 4를 통하여 제작된 발열섬유의 수평사 양 끝단에 5V의 직류 전기를 병렬로 5분 동안 인가한 후, 전기 인가를 해제하였고, 그 후 1분 단위로 발열섬유 표면의 온도를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
구분 0분 1분 2분 3분 4분 5분
실시예 1 47 47 46 45 44 43
비교예 1 30 25 20 18 15 15
비교예 2 28 26 19 17 16 15
비교예 3 27 25 18 16 15 15
비교예 4 30 26 21 18 16 15
(단위: ℃)
10: 발열섬유 100: 수평사
110: 전도성 금속코어층 120: 다공성 제올라이트 박막층
130: 제1수지층 140: 제2수지층
200: 수직사 210: 제1수지코어층
220: 축열포낭층 221: 축열포낭
230: 제2수지코어층 240: 은(Ag)필라멘트

Claims (4)

  1. 양단에 전기가 인가될 수 있는 실 형태의 수평사(100); 및
    상기 수평사(100)와 교차하도록 배치되는 수직사(200);를 포함하는 발열섬유(10)로서,
    상기 수평사(100)는
    전도성 금속을 포함하는 전도성 금속코어층(110);
    상기 전도성 금속코어층(110)을 감싸도록 구비되고, 다수의 홀이 불규칙하게 형성되어 있고, 상기 홀에는 은(Ag) 입자 및 구리(Cu) 입자가 혼합된 전도성 혼합입자가 삽입되어 있는 다공성 제올라이트 박막층(120);
    상기 다공성 제올라이트 박막층(120)을 감싸도록 구비되고, 탄소층이 코팅된 막대 형태의 유리섬유 필라멘트(131)가 내부에 함침된 열가소성 수지혼합물을 포함하는 제1수지층(130); 및
    상기 제1수지층(130)을 감싸도록 구비되고 열가소성 수지 및 PEDOT/PSS를 포함하는 제2수지층(140);을 포함하는 발열섬유(10).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 수직사(200)는
    절연성 합성수지로 이루어진 제1수지코어층(210);
    상기 제1수지코어층(210)을 감싸도록 구비되며, 내부에 축열포낭(221)이 구비된 축열포낭층(220); 및
    상기 축열포낭층(220)을 감싸도록 구비되며 절연성 합성수지로 이루어진 제2수지코어층(230);을 포함하며,
    상기 제2수지코어층(230)에는 일단이 제2수지코어층(230)의 표면 밖으로 돌출되고 타단은 상기 축열포낭층(220)에 일부가 삽입구비되는 다수의 은(Ag)필라멘트(240)가 일정 간격으로 이격 구비되어 있는 발열섬유(10).
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 축열포낭(221) 내부에는 외부에너지 흡수에 따라 물질의 상태가 변하는 상변화물질이 구비되어 있는 발열섬유(10).
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 수평사(100) 및 수직사(200)가 교차되는 지점에서 상기 은(Ag)필라멘트(240)가 제2수지층(140) 내부에 일부 삽입구비되는 발열섬유(10).




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