KR102116546B1 - 그래핀/pvdf-hfp 복합체를 이용한 회로 패턴이 형성된 텍스타일이 적용된 전기발열 장갑 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 이용한 회로 패턴이 형성된 전기발열 텍스타일에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직물 상에 상기 직물의 신장성에 따라 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 이용한 회로 패턴을 선택적으로 형성하여 발열 특성을 나타내는 직물 발열체 텍스타일에 관한 것이다.
Description
본 발명은 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 이용한 회로 패턴이 형성된 전기발열 텍스타일에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직물 상에 상기 직물의 신장성에 따라 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 이용한 회로 패턴을 선택적으로 형성하여 발열 특성을 나타내는 직물 발열체 텍스타일에 관한 것이다.
섬유는 의복으로 사용될 때 사용되는 환경에 따라 다양한 기능성을 필요로 한다. 특히 온도가 낮은 환경에서 의복은 주위 환경으로부터 체온을 유지해주는 보온 기능을 필요로 하며, 더 나아가 보다 온도가 낮은 한랭 환경에서는 온도를 올려주어 외부의 추위로부터 인체를 보호하는 적극적인 발열 기능이 필요해진다.
일반적으로는, 의복에 발열 기능을 적용함과 동시에 필요한 특성이 유연성 및 신축성이다. 상기 세가지 기능을 부여한 기능성 의복을 개발하기 위한 연구가 수행되고 있다.
최근에는 전도성 나노 재료를 이용한 선상발열체 또는 면상발열체를 이용하는 전기발열 기능 부여 방법이 높은 발열 효과를 기대할 수 있어 극한 환경에 적용 가능하므로 많이 사용되고 있다. 그러나, 이와 같은 방법은 직물 전체를 코팅해야 하므로 경제성이 저하되는 문제점이 있었다.
이를 해결하기 위해, 전도성 잉크를 이용한 선형 패턴의 전기발열 텍스타일이 연구개발되었으나, 다양한 직물에는 적용하기에는 어려움이 있었다.
따라서, 직물의 특성에 따라 적용 가능한 회로 패턴별 전기발열 텍스타일의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 이용한 회로 패턴이 형성된 전기발열 텍스타일에 있어서 상기한 문제점을 해결하고자 예의 연구 검토한 결과,
우수한 유연성 및 전기전도성을 나타내는 그래핀(Graphene)을 포함한 전도성 잉크를 이용하여, 직물의 신장성에 따라 회로 패턴을 스트라이프(Stripe), 스퀘어(Square), 라운드(Round) 등의 형태로 선택적으로 형성하여, 우수한 발열 특성을 나타내는 직물 발열체 텍스타일을 제조할 수 있음을 알아내고, 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 그래핀(Graphene)을 포함한 전도성 잉크를 이용하여 회로 패턴의 형태별 및 크기별로 다양한 온도 범위에서 발열 특성을 나타내는 텍스타일을 제공하기 위한 것이다.
한편으로, 본 발명은
직물; 및
상기 직물 상에 형성되는 회로 패턴;을 포함하되,
상기 회로 패턴은 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 포함하는 전도성 잉크를 이용하여 형성되고,
상기 회로 패턴의 형태는 상기 직물의 길이 방향 또는 넓이 방향으로의 신장성에 따라서 결정되며,
상기 회로 패턴의 형태 및 크기에 따라 발열 온도를 조절하는, 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 이용한 회로 패턴이 형성된 전기발열 텍스타일을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 회로 패턴은 스트라이프(Stripe), 스퀘어(Square) 또는 라운드(Round) 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 직물의 신장성이 50 내지 400 %인 경우 상기 회로 패턴은 스퀘어(Square) 또는 라운드(Round) 형태로 구성되고, 상기 직물의 신장성이 5 내지 50 %인 경우 상기 회로 패턴은 스트라이프(Stripe) 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 텍스타일의 발열 온도가 하나의 회로 패턴에서 45 내지 55 ℃ 및 55 내지 65 ℃인 두 개의 온도 분포를 나타내는 경우 상기 회로 패턴은 스퀘어(Square) 또는 라운드(Round) 형태로 구성되고, 상기 텍스타일의 발열 온도가 하나의 회로 패턴에서 55 내지 65 ℃인 한 개의 온도 분포만 나타내는 경우 상기 회로 패턴은 스트라이프(Stripe) 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 회로 패턴은 하나의 직물에 복수개로 형성될 수도 있고, 서로 다른 형태의 패턴이 하나의 직물에 동시에 복수개 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 텍스타일은 회로 패턴의 형태에 따라 두 개의 온도를 제어하여 발열 특성을 나타내는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 텍스타일의 발열 온도 및 표면 저항은 스퀘어, 라운드, 스트라이프 패턴 형태 순으로 낮아지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 텍스타일은 상기 회로 패턴의 전체 크기가 감소할 수록 표면 저항은 감소되고, 발열 온도는 상승하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 텍스타일이 장갑, 부츠 및 후드로 구성된 군에서 선택된 1종에 적용되는 경우, 상기 회로 패턴은 라운드(Round) 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 이용한 회로 패턴이 형성된 전기발열 텍스타일은, 그래핀(Graphene)을 포함한 전도성 잉크를 이용하여 우수한 유연성 및 전기전도성을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라, 상기 전도성 잉크를 이용하여 스트라이프(Stripe), 스퀘어(Square), 라운드(Round) 등의 형태로 선택적으로 회로 패턴을 형성하여 우수한 발열 특성을 나타낼 수 있다.
또한, 하나의 직물에 발열 온도가 각각 상이한 회로 패턴을 복수개 형성함으로써, 하나의 직물에서 두 가지 온도 분포를 가지는 직물 발열체 특성을 나타낼 수 있으므로 이를 조절하여 체온 유지를 필요로 하는 소방 및 해양용 보호복, 겨울 레저용 의류 제품 등에 적용 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 전기발열 텍스타일의 회로 패턴에서 열이 발생하는 부분을 표시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 회로 패턴별 전기발열 텍스타일의 표면 저항 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 회로 패턴별 전기발열 텍스타일이 적용된 장갑을 나타낸 그림이다.
도 4, 5 및 6은 본 발명의 실시예에 따른 회로 패턴별 전기 발열 텍스타일의 전압 변화에 따른 전류 변화 및 전기 발열 특성을 나타낸 IR 이미지이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 회로 패턴별 전기발열 텍스타일의 표면 저항 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 회로 패턴별 전기발열 텍스타일이 적용된 장갑을 나타낸 그림이다.
도 4, 5 및 6은 본 발명의 실시예에 따른 회로 패턴별 전기 발열 텍스타일의 전압 변화에 따른 전류 변화 및 전기 발열 특성을 나타낸 IR 이미지이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 이용한 회로 패턴이 형성된 전기발열 텍스타일은,
면 직물; 및
상기 면 직물 상에 형성되는 회로 패턴;을 포함하되,
상기 회로 패턴은 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 포함하는 전도성 잉크를 이용하여 형성되고,
상기 회로 패턴의 형태는 상기 면 직물의 길이 방향 또는 넓이 방향으로의 신장성에 따라서 결정되며,
상기 회로 패턴의 형태 및 크기에 따라 발열 온도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용되는 그래핀/PVDF-HFP 복합체는 극한 환경에서 사용되는 직물 발열체에 적용하기 위해 유연하면서도 기계적 및 열적 특성이 우수하고, 높은 전기전도도를 가지는 그래핀을 전도성 나노 필러로서 사용하고, 유기용매에 성형성이 우수하고 박막 제조가 용이한 고분자인 폴리(비닐리덴 플로오라이드-코-헥사플루오로프로필렌)) (Poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), PVDF-HFP)를 매트릭스로 사용하여 제조하였다.
그래핀(graphene)은 차세대 전자소자로서 응용이 기대되는 소재로 주목받고 있으며 최근 대량 생산화가 보고되고 있는 재료이며, 이상적인 이차원의 결정질 특성으로 다른 탄소 소재보다 뛰어난 전기전도도, 열전도도 및 기계적 물성이 높고, 내화학성이나 내열성이 강하며, 밀도가 낮고 기계적 유연성을 갖고 있다.
상기 PVDF-HFP 고분자를 유기 용매에 용해하여 교반시킨 뒤, 그래핀을 첨가하여 교반시키면 15 내지 20 wt%의 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 제조할 수 있다. 구체적으로는, PVDF-HFP 매트릭스 내에서 그래핀 입자들이 퍼콜레이션 현상으로 인하여 전도성 경로를 형성하게 되면 전기적 특성이 향상하게 되는데, 선행연구에서는 1, 2, 4, 8 및 16 wt%의 그래핀/PVDF-HFP 복합용액을 제조하여 전기적 특성과 전기발열 특성을 확인하였다. 이 때 8 wt% 이상의 그래핀 함량에서 상기 두 가지 특성이 나타남을 확인하였고, 15 내지 20 wt%의 범위에서 특히 16 wt% 그래핀/PVDF-HFP 복합체의 전기적 특성이 보다 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 회로 패턴은 스트라이프(Stripe), 스퀘어(Square) 또는 라운드(Round) 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 스퀘어 형태는 직교하게 연속적으로 절곡되는 디지털 파형과 유사한 형태이고, 라운드 형태는 Sin 함수 그래프와 유사한 형태이다. 각 회로 패턴의 예는 아래 표 1과 같다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 직물의 신장성이 50 내지 400 %인 경우 상기 회로 패턴은 스퀘어(Square) 또는 라운드(Round) 형태로 구성되고, 상기 직물의 신장성이 5 내지 50 %인 경우 상기 회로 패턴은 스트라이프(Stripe) 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다.
직물 재료의 신장성이 회로에 형성되는 패턴 형태에 영향을 미칠 수 있다. 전기발열체는 웨어러블 디바이스 중의 하나로 이를 사용하기 위해서는 신장성과 유연성을 필요로 하므로, 재료의 신장성은 전기발열체의 신장성에 영향을 미치게 된다. 일반적인 전기발열체 중 전도성 와이어를 사용하는 경우, 선형의 전도성 와이어를 권선형으로 제조하여 사용한다. 그러나, 이와 같은 선형의 전도성 와이어는 유연성 및 신장성이 좋지 않기 때문에, 이를 권선형으로 제조하여 곡선 부분이 신장되어 유연성을 가질 수 있도록 하나, 유연하지 않은 재료이기 때문에 권선형 와이어를 사용하여도 한계가 있다.
이를 보완하기 위하여 직물에 직접 전도성 나노 복합체를 코팅하여 면상발열체를 제조하는 방법이 사용되었다. 기본적으로 유연성을 가지고 있는 직물 위에 은나노와이어, 금 나노입자, 또는 탄소나노튜브, 그래핀 등의 전도성 나노재료들을 폴리우레탄계 고분자 등 유연성과 탄성을 가진 재료와 함께 복합체를 제조하여 여러 가지 코팅 방법으로 면상발열체를 제조하게 된다. 그러나 이 경우, 직물 전체가 코팅되기 때문에 뻣뻣해지고, 직물과 같은 유연성을 부여하는데 어려움이 있다.
코팅 직물의 유연성을 향상시키기 위해서 스트라이프 패턴형으로 코팅된 전기발열 텍스타일에 대한 연구가 진행되었고, 그 결과 면상발열체에 비해 국부적으로 코팅이 되기 때문에 같은 전기발열 성능을 나타내면서도 향상된 유연성을 가지며, 나노 복합 재료의 사용이 줄어들기 때문에 비용절감도 가능하다는 장점을 나타낸다. 또한 스트라이프 패턴형으로 코팅된 전기발열 텍스타일은 유연한 직물에 코팅되어도 일정 신장 이상에서는 형태적으로 신장성에 한계가 있으나, 스퀘어 및 라운드 패턴형으로 코팅된 전기발열 텍스타일의 경우 같은 폭 내에서 스트라이프 패턴형보다 인장시 신장가능한 영역이 많이 존재하기 때문에 신장성이 더 우수해질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 텍스타일은 회로 패턴의 형태별로 다양한 온도 범위에서 발열 특성을 나타내는 것을 특징으로 한다.
상기 회로 패턴은 하나의 직물에 복수개로 형성될 수도 있고, 서로 다른 형태의 패턴이 하나의 직물에 동시에 복수개 형성될 수도 있다. 따라서, 상기 회로 패턴의 형태에 따라 각각 발열 정도가 다르기 때문에, 하나의 직물에서 두 가지 온도 분포를 나타낼 수 있으므로 온도를 조절하여 선택적으로 의류 제품에 적용 가능하다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 텍스타일의 발열 온도가 하나의 회로 패턴에서 45 내지 55 ℃ 및 55 내지 65 ℃인 두 개의 온도 분포를 나타내는 경우 상기 회로 패턴은 스퀘어(Square) 또는 라운드(Round) 형태로 구성되고, 상기 텍스타일의 발열 온도가 하나의 회로 패턴에서 55 내지 65 ℃인 한 개의 온도 분포만 나타내는 경우 상기 회로 패턴은 스트라이프(Stripe) 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 각 회로 패턴에서 보다 우수한 발열 특성을 나타내는 부분이 특정되어 있다. 예를 들면, 스퀘어 형태(10)에서의 절곡부(20) 및 라운드 형태(30)에서의 변곡부(40)에서 발열 정도가 보다 우수하다(도 1 참조). 따라서, 발열 온도는 스퀘어 > 라운드 > 스트라이프 순으로 낮아진다. 또한, 스퀘어 > 라운드 > 스트라이프 순으로 표면 저항이 감소한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 텍스타일은 회로 패턴의 크기별로도 다양한 온도 범위에서 발열 특성을 나타내는 것을 특징으로 한다.
상기 회로 패턴의 전체 크기(폭)가 감소할 수록 비표면적이 감소하므로 표면 저항은 감소되고, 반면 발열 온도는 상승한다. 또한, 상기 회로 패턴의 전체 높이가 낮아질 수록 절곡부 또는 변곡부가 응집되어 발열 온도가 높아진다.
본 발명의 일 실시형태에서, 회로 패턴 크기가 작아짐에 따라서 발열 특성이 향상될 수 있다.
직물의 크기가 커지면 패턴의 크기도 비례적으로 커지며, 이 때 한 라인에 존재하는 회로 패턴의 수, 직물 내 존재하는 회로 패턴 라인의 수 및 선폭의 두께는 고정된다.
본 발명의 일 실시형태에서, 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 이용하여 직물 상에 회로 패턴을 코팅 형성할 때, 상기 코팅 방법으로는 나이프 엣지법을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 나이프 엣지법으로 상기 직물 상에 회로 패턴을 코팅하고 24시간 동안 상온에서 건조 후 고온고압 공정(Hot-press process)을 진행하는데, 이때, 140 내지 150 ℃의 온도, 3.0 내지 4.0 MPa 의 압력 조건에서 3분 내지 5분 동안 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 코팅 두게는 0.10 mm ± 0.02 mm인 것이 바람직하다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오직 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업자에게 있어서 자명하다.
본 발명의 실시예에 사용된 그래핀(Carbon nanotech Co. Ltd.)은 화학적 박리법(Chemical exfolication proprieray method)으로 제조되었고, PVDF-HFP(SOLEF 21508, Solvay Co. Ltd)는 1.78g/cm3의 밀도를 가지는 칩의 형태를 사용하였으며, 용매로는 아세톤(Junsei Chemical Co. Ltd.)을 사용하였다. 미처리 직물은 난연 면으로 밀도가 0.062g/cm3인 것을 사용하였다.
제조예 1: 그래핀/PVDF-HFP 복합체의 제조
아세톤 100 mL에 Poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) (PVDF-HFP) 칩 15 g을 투입하고 25 ℃에서 24 시간 동안 교반하여 15 wt%의 PVDF-HFP 용액을 제조하였다. 그런 다음, 상기 용액에 그래핀 16 wt%을 투입하고 25 ℃에서 7일 동안 교반하여 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 제조하였다.
실시예 1: 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 이용한 Stripe 패턴 전기발열 텍스타일의 제조
상기 제조예 1에서 제조된 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 이용하여 10.0 cm X 10.0 cm 크기의 난연 면 직물 상에 면상 및 스트라이프(Stripe) 패턴의 회로선 7개를 코팅하여 전기발열 텍스타일을 제조하였다. 이때, 코팅은 나이프 엣지법(Knife-edge)을 이용하여 수행하였고, 선폭은 1 cm가 되도록 하고, 코팅 두께는 0.1 mm로 고정하였다.
실시예 2 내지 3: 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 이용한 Stripe 패턴 전기발열 텍스타일의 제조
각각 7.5 cm X 7.5 cm 및 5.0 cm X 5.0 cm 크기의 난연 면 직물 상에 선폭이 각각 0.75 cm 및 0.5 cm가 되도록 하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전기발열 텍스타일을 제조하였다.
실시예 4: 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 이용한 Square 패턴 전기발열 텍스타일의 제조
상기 제조예 1에서 제조된 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 이용하여 10.0 cm X 10.0 cm 크기의 난연 면 직물 상에 면상 및 스퀘어(Square) 패턴의 회로선 7개를 코팅하여 전기발열 텍스타일을 제조하였다. 이때, 코팅은 나이프 엣지법(Knife-edge)을 이용하여 수행하였고, 선폭은 1 cm가 되도록 하고, 코팅 두께는 0.1 mm로 고정하였다.
실시예 5 내지 6: 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 이용한 Square 패턴 전기발열 텍스타일의 제조
각각 7.5 cm X 7.5 cm 및 5.0 cm X 5.0 cm 크기의 난연 면 직물 상에 선폭이 각각 0.75 cm 및 0.5 cm가 되도록 하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 4와 동일한 방법으로 전기발열 텍스타일을 제조하였다.
실시예 7: 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 이용한 Round 패턴 전기발열 텍스타일의 제조
상기 제조예 1에서 제조된 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 이용하여 10.0 cm X 10.0 cm 크기의 난연 면 직물 상에 면상 및 라운드(Round) 패턴의 회로선 7개를 코팅하여 전기발열 텍스타일을 제조하였다. 이때, 코팅은 나이프 엣지법(Knife-edge)을 이용하여 수행하였고, 선폭은 1 cm가 되도록 하고, 코팅 두께는 0.1 mm로 고정하였다.
실시예 8 내지 9: 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 이용한 Round 패턴 전기발열 텍스타일의 제조
각각 7.5 cm X 7.5 cm 및 5.0 cm X 5.0 cm 크기의 난연 면 직물 상에 선폭이 각각 0.75 cm 및 0.5 cm가 되도록 하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 7과 동일한 방법으로 전기발열 텍스타일을 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 9의 회로 패턴별 전기발열 텍스타일을 아래 표 2에 정리하였다.
구분 | Stripe | Square | Round | ||||||
실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | 실시예5 | 실시예6 | 실시예7 | 실시예8 | 실시예9 | |
샘플 길이(cm) |
10 | 7.5 | 5 | 10 | 7.5 | 5 | 10 | 7.5 | 5 |
이미지 | |||||||||
샘플 크기(cm) |
0.25X10 | 0.25X7.5 | 0.25X5 | 0.25X24 | 0.25X18 | 0.25X12 | 0.25X15 | 0.25X12 | 0.25X9 |
샘플 면적(cm2) |
2,500 | 1,875 | 1,250 | 6,250 | 4,500 | 3,000 | 3,750 | 3,000 | 2,250 |
비교예 1: 전기발열 텍스타일의 제조
본 발명에 따른 그래핀/PVDF-HFP 복합체로 제조된 전기발열 텍스타일과의 비교를 위해 그래핀/수분산폴리우레탄을 사용하여 전도성 복합체를 제조하였다.
비교예 1에 사용된 샘플은 10.0 cm X 10.0 cm, 7.5 cm X 7.5 cm, 5.0 cm X 5.0 cm 및 2.5 cm X 2.5 cm 크기의 면 및 폴리에스테르 직물 상에 면상으로 나이프 엣지법을 이용하여 전기발열 텍스타일을 제조하였다.
실험예 1: 직물 면적 및 코팅 선폭의 변화에 따른 전기적 특성 및 전기발열 특성 분석
상기 실시예 1 내지 9에서 제조된 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 이용한 회로 패턴별 전기발열 텍스타일의 전기적 특성은 멀티미터기(ST850A, Saehan Tester. Co. Ltd.)를 이용하여 표면 저항을 측정하였고, 전기발열 특성은 직류전원 공급 장치(CPS-2450B, CHUNGPAEMT. Co. Ltd.)를 사용하여 표면 온도를 측정하였다.
전기발열 특성을 측정하기 위해, 텍스타일의 각 시험편의 양 끝에 전도성 테이프를 붙인 후, 직류전원 공급 장치에 집게 전선을 연결시킨 다음 상기 시험편의 표면온도를 적외선열화상카메라(FLIR i5 FLIR systems INC., USA)를 이용하여 측정하였다. 이때, 인가전압은 5 V에서 50 V까지 5 V 간격으로 인가하여 직물 표면 온도를 측정하였다.
상기 실시예 1 내지 9 에 따른 세가지 회로 패턴별 전기발열 텍스타일의 표면 저항 측정 결과는 아래 표 3 및 도 3에 나타내었다.
구분 | 표면 저항(Ω/sq) | ||
샘플 길이(cm) | |||
5.0 | 7.5 | 10.0 | |
Square | 4.3X104±6.0X103 | 8.4X104±7.5X103 | 1.8X105±2.9X104 |
Round | 2.3X104±2.2X103 | 4.6X104±7.6X103 | 8.8X104±1.4X104 |
Stripe | 1.0X104±3.0X103 | 2.8X104±1.2X103 | 7.3X104±2.3X104 |
표 2를 참조로, Square , Round 및 Stripe 순으로 표면 저항이 감소하는 것을 확인하였고, 시료의 폭이 10 cm, 7.5 cm 및 5.0 cm 순으로 감소할수록 표면 저항이 감소하는 것을 확인하였다.
도 4 내지 6은 상기 실시예 1 내지 9에서 제조된 세 가지 회로 패턴별 전기발열 텍스타일의 전압 변화에 따른 전류 변화 및 전기 발열 특성을 나타낸 것이다.
도 4는 시료 폭이 10.0 cm인 경우, 도 5는 시료 폭이 7.5 cm인 경우, 도 6은 시료 폭이 5.0 cm 인 경우를 나타내었다.
도 4 내지 6을 참조로, 전기발열 성능은 시료의 폭이 10.0 cm, 7.5 cm 및 5.0 cm 순으로 감소할수록 발열온도가 상승하였다. 발열 텍스타일에서 체온 유지를 위해 사용되는 온도 범위는 약 50 ℃로, 5.0 cm 폭의 경우 15V 내지 20V를 인가하였을 때 50 ℃ 이상의 발열 온도를 나타낼 수 있음을 확인하였다.
또한, Square 및 Round 패턴의 시료는 한 패턴에서 두 개의 온도 분포가 나타나는 것을 알 수 있는데, 이는 두 개의 온도 분포가 제어 가능한 전기발열 텍스타일로서 적합하게 사용될 수 있음을 나타낸다.
실험예 2: 전기적 특성 및 전기발열 특성 비교
비교예 1에 따른 면 직물에 코팅된 전기발열 텍스타일의 표면저항률은 1.5 × 104 Ω /sq에서 1.1 × 104 Ω /sq로, 폴리에스테르 직물에 코팅된 전기발열 텍스타일의 표면저항률은 1.3 × 104 Ω /sq에서 6.2 × 103 Ω /sq로 감소하였다.
또한, 상기 비교예 1에 따른 면 직물에 코팅된 전기발열 텍스타일에 50 V를 인가하였을 때의 표면온도는 25.1± 2.2 ℃에서 50.4± 4.8 ℃로 약 2배 증가하였고, 폴리에스테르 직물에 코팅된 전기발열 텍스타일의 표면온도는 32.4± 3.7 ℃에서 73.2± 3.6 ℃로 약 2.3배 향상되었다.
본 발명에서는 의복으로 적용하기에 알맞은 발열 온도인 50 ℃를 기준으로 하여 각 회로 패턴 및 크기별로 상기 발열 온도를 나타낼 수 있는 인가전압을 제시하였다. 10.0 cm × 10.0 cm, 7.5 cm × 7.5 cm 및 5.0 cm × 5.0 cm 스트라이프 형태의 전기발열 텍스타일에 50 V를 인가하였을 경우, 각각 약 73 ℃, 124 ℃ 및 180 ℃ 이상을 나타내었고, 스퀘어 및 라운드 형태의 전기발열 텍스타일의 변곡부의 경우, 각각 약 82.0 ℃, 127 ℃ 및 180 ℃이상을 나타내었다.
따라서, 비교예 1과 비교하였을 때, 동일한 인가전압인 50 V를 인가할 경우 실시예의 발열온도가 약 3배 증가하는 것으로 확인되었다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아님은 명백하다. 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 특허청구범위와 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
10: 스퀘어 형태 패턴
20: 절곡부
30: 라운드 형태 패턴
40: 변곡부
20: 절곡부
30: 라운드 형태 패턴
40: 변곡부
Claims (9)
- 손바닥, 손등 및 손가락을 감싸는 장갑에 있어서,
상기 손바닥, 손등 및 손가락을 감싸는 직물; 및
상기 손바닥 측면의 손가락 부위 직물 내측(inner)에 나이프 엣지법으로 코팅하고 140 내지 150 ℃의 온도, 3.0 내지 4.0 MPa의 압력 조건에서 3 내지 5분 동안 고온고압 공정을 통해 형성되는 회로 패턴;을 포함하되,
상기 회로 패턴은 상기 직물이 유연성을 갖도록 하기 위하여 16 wt%의 그래핀(Graphene)을 15 wt%의 PVDF-HFP 용액에 혼합한 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 포함하는 전도성 잉크를 이용하여 형성되고,
상기 직물의 길이 방향 또는 넓이 방향으로의 신장성에 따라 발열 특성이 유지되도록 상기 회로 패턴 형태가 결정되는 것을 특징으로 하되,
상기 직물의 신장성이 50 내지 400 %인 경우 상기 회로 패턴은 같은 폭 내에서 인장시 신장 가능한 영역이 많은 스퀘어(Square) 또는 라운드(Round) 형태로 구성되고,
상기 직물의 신장성이 5 내지 50 %인 경우 상기 회로 패턴은 같은 폭 내에서 인장시 신장 가능한 영역이 적은 스트라이프(Stripe) 형태로 구성되며,
상기 회로 패턴의 형태 및 크기에 따라 발열 온도를 50 내지 180 ℃로 조절하되,
상기 장갑의 손등 측면 직물 외측(outer)에 구비된 사각 형상의 배터리를 통하여 15 내지 20 V의 인가전압을 가하는 경우 상기 회로 패턴은 체온 유지를 위한 발열 온도 50 ℃ 이상을 나타내며,
상기 장갑을 극한 환경에서 사용하는 경우 상기 회로 패턴의 전체 크기를 감소시키고 50 V의 인가전압을 가하여 발열 온도를 180 ℃까지 상승시키는 것을 특징으로 하는, 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 이용한 회로 패턴이 형성된 텍스타일이 적용된 전기발열 장갑. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 회로 패턴은 하나의 직물에 복수개로 형성될 수도 있고, 서로 다른 형태의 패턴이 하나의 직물에 동시에 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는, 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 이용한 회로 패턴이 형성된 텍스타일이 적용된 전기발열 장갑.
- 제1항에 있어서, 상기 발열 온도가 하나의 회로 패턴에서 50 내지 55 ℃ 및 55 내지 65 ℃인 두 개의 온도 분포를 나타내는 경우 상기 회로 패턴은 스퀘어(Square) 또는 라운드(Round) 형태로 구성되고, 상기 발열 온도가 하나의 회로 패턴에서 55 내지 65 ℃인 한 개의 온도 분포만 나타내는 경우 상기 회로 패턴은 스트라이프(Stripe) 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는, 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 이용한 회로 패턴이 형성된 텍스타일이 적용된 전기발열 장갑.
- 제1항에 있어서, 상기 직물은 회로 패턴의 형태에 따라 두 개의 온도를 제어하여 발열 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는, 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 이용한 회로 패턴이 형성된 텍스타일이 적용된 전기발열 장갑.
- 제1항에 있어서, 상기 회로 패턴의 발열 온도는 스퀘어, 라운드, 스트라이프 패턴 형태 순으로 낮아지는 것을 특징으로 하는, 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 이용한 회로 패턴이 형성된 텍스타일이 적용된 전기발열 장갑.
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