KR102133343B1 - 효율 개선형 ptc 난방필름 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 효율 개선형 PTC 난방필름 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 난방 재료로 사용하는 과정에서 PTC 효과에 따른 국부과열현상 발생이 방지되어 제품의 안전성을 향상시키기 위한 것이다.
이를 실현하기 위한 본 발명 난방필름은, 사각형의 판 형상을 이루는 제1평판(10)과; 상기 제1평판(10)의 상면에 일정 폭의 띠 형태를 이루어 일정 간격으로 형성되되, 아크릴수지와 카본입자 및 세라믹 중공체의 혼합 조성을 이루는 다수의 카본 띠(20)와; 상기 카본 띠(20)와 동일한 방향으로 제1평판(10) 상에 각각 형성되되, 카본 띠(20)와 간섭되지 않는 위치의 양측에 각각 형성되는 수직전극(30)과; 상기 양측 수직전극(30)에 일단부가 교번하는 형태로 연결되는 다수의 수평전극(40)과; 상기 양측 수직전극(30) 상부에 각각 겹쳐지도록 설치되는 구리판(50)과; 상기 카본 띠(20)와, 수직전극(30), 수평전극(40) 및 구리판(50)의 외부 노출을 방지하기 위해 결합되는 제2평판(60)과; 상기 제2평판(60)의 상면에 박막으로 코팅 형성되되, 플루오로수지와 우레탄아크릴레이트의 혼합 조성을 이루는 보호 코팅층(61);을 포함하는 구성을 이루는 것을 특징으로 한다.
이를 실현하기 위한 본 발명 난방필름은, 사각형의 판 형상을 이루는 제1평판(10)과; 상기 제1평판(10)의 상면에 일정 폭의 띠 형태를 이루어 일정 간격으로 형성되되, 아크릴수지와 카본입자 및 세라믹 중공체의 혼합 조성을 이루는 다수의 카본 띠(20)와; 상기 카본 띠(20)와 동일한 방향으로 제1평판(10) 상에 각각 형성되되, 카본 띠(20)와 간섭되지 않는 위치의 양측에 각각 형성되는 수직전극(30)과; 상기 양측 수직전극(30)에 일단부가 교번하는 형태로 연결되는 다수의 수평전극(40)과; 상기 양측 수직전극(30) 상부에 각각 겹쳐지도록 설치되는 구리판(50)과; 상기 카본 띠(20)와, 수직전극(30), 수평전극(40) 및 구리판(50)의 외부 노출을 방지하기 위해 결합되는 제2평판(60)과; 상기 제2평판(60)의 상면에 박막으로 코팅 형성되되, 플루오로수지와 우레탄아크릴레이트의 혼합 조성을 이루는 보호 코팅층(61);을 포함하는 구성을 이루는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 난방필름에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 PTC 특성을 나타내는 발열 소재를 이용하여 온도 제어가 이루어지는 난방필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 온도 상승에 따라 저항값이 상승하여 저항의 온도함수가 양의 값인 특성을 나타내는 것을 능동적 온도 계수, 즉 PTC(Positive Temperature Coefficient) 특성이라 한다.
상기 PTC 특성을 가진 카본-폴리에틸렌계 고분자 혼합재료는, 발열량에 따라 온도 범위가 달라지나, 고온에서 저항값이 상승하므로, 집열에 의한 과도한 온도상승 방지 및 과열 억제의 특성을 나타내어 난방에 적합한 재료로 알려져 있어 바닥 난방용의 얇은 면상발열체로서 사용되고 있다.
면상 발열체는 박막형태로 양단에 얇은 전극을 삽입하여 전원을 연결하고, 공급된 전류 및 소재가 가지고 있는 저항성분으로 인하여 열을 발생시키는 소재로서, 유연성이 뛰어나 이차원적인 넓은 면에 걸쳐 고르게 열을 발생시키는 것이 가능하여, 화석에너지 대체에 의한 경제적, 친환경적인 효과를 얻을 수 있는 차세대 난방장치용 열원으로 다양한 형태의 난방시스템(바닥, 벽, 천장 등) 및 산업용 히터 부품으로 주목 받고 있다.
그러나 이는 센서 주위의 발열 온도 값을 기준으로 시스템 전체의 온도를 조절하는 방식으로서, 센서 부위를 제외한 일정부분이 축열(집열)되어 마감재 및 제품 손상을 일으킬 우려가 있다. 즉, 온도센서가 위치한 곳의 온도만을 측정하여 발열체를 제어하므로, 외부 단열의 정도와 주위 온도에 따라 온도센서가 근접한 곳과 근접하지 않은 곳의 현저한 온도차이가 발생할 수 있어, 온도센서가 없는 부분에 이불이나 방석 등 발산되는 열을 차단하는 성질을 가진 물건이 장시간 놓이게 되면 주위 제어온도에 비해 급격히 온도가 상승되어 제품의 성능 저하나 마감재 손상이 발생할 수 있다.
따라서 집열에 의한 과도한 온도상승 방지 및 과열 억제를 통한 에너지 절감을 위해 PTC 특성을 이용한 면상발열체를 난방필름에 적용하고 있다.
이러한 종래 일 예로 대한민국 특허등록공보 10-1180037호에서는 다수의 카본사와 실버페이스트를 교차시킨 구조의 난방필름을 통해 집열에 의한 난방필름의 파손 발생 및 전력 낭비의 해소를 꾀하고 있다.
또한, 대한민국 공개특허공보 10-2009-0005760호에서는 셀프 스위치 기능을 가지는 카본 페이스트 조성물을 면상 발열체에 적용하여 특정 온도 이상 과열되면 카본 저항체 내부의 상변화를 통해 자체 저항값이 상승되어 회로에 흐르는 과전류를 차단하도록 하고 있다.
이러한 난방필름 등의 면상 발열체의 품질을 좌우하는 가장 중요한 요인은 PTC 효율(PTC intensity)이다. PTC 효과가 나타나는 요인이 고분자 재료의 녹는점(Tm)에서의 상변화에 기인하는 점에서 상기 PTC 효율은 실온에서의 저항값에 대한 고분자 재료의 녹는점에서의 저항 값의 증가율에 해당한다고 볼 수 있다.
PTC 효율은 전도성 조성물의 조성, 고분자의 연화점, 체적 팽창률, 탄소 입자의 크기, 함량 등 다양한 요인에 의해 달라질 수 있으며, 고분자 결정도의 최적화를 통해 103의 값을 나타내는 등 극대화가 가능하다.
그러나 상기 전도성 조성물을 난방필름에 적용할 경우에는 PTC 효율이 100% 미만에 불과하여 집열시 난방필름의 국부 가열이 발생하는 문제가 해결되지 못하고 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, PTC 효율이 높은 난방필름 및 이의 제조방법을 통해 난방필름의 안정성을 향상시킬 수 있도록 하는데 목적이 있다.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명 난방필름의 구성은, 사각형의 판 형상을 이루는 제1평판과; 상기 제1평판의 상면에 일정 폭의 띠 형태를 이루어 일정 간격으로 형성되되, 아크릴수지와 카본입자 및 세라믹 중공체의 혼합 조성을 이루는 다수의 카본 띠와; 상기 카본 띠와 동일한 방향으로 제1평판 상에 각각 형성되되, 카본 띠와 간섭되지 않는 위치의 양측에 각각 형성되는 수직전극과; 상기 양측 수직전극에 일단 부가 교번하는 형태로 연결되는 다수의 수평전극과; 상기 양측 수직전극 상부에 각각 겹쳐지도록 설치되는 구리판과; 상기 카본 띠와, 수직전극, 수평전극 및 구리판의 외부 노출을 방지하기 위해 결합되는 제2평판과; 상기 제2평판의 상면에 박막으로 코팅 형성되되, 플루오로수지와 우레탄아크릴레이트의 혼합 조성을 이루는 보호 코팅층;을 포함하는 구성을 이루는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 이루기 위한 본 발명 난방필름의 제조방법은, 사각의 판 형상을 이루는 제1평판 상면에 카본 잉크를 도포하여 카본 띠를 형성한 후, 상기 카본 띠가 형성된 제1평판 상에 실버 페이스트를 도포하여 수직 및 수평전극을 형성하고, 상기 수직 및 수평전극이 형성된 제1평판 상에 구리판을 인쇄한 후, 일측면에 보호코팅층이 박막으로 형성된 제2평판을 결합시키는 과정을 통해 PTC 난방필름의 제조가 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명의 난방필름은, 난방 재료로 사용하는 과정에서 PTC 효과에 따른 국부과열현상 발생이 방지되어 제품의 안전성을 향상시킴과 함께 난방효율이 개선되는 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 PTC 난방필름 분해도.
도 2는 본 발명의 난방필름 분해 단면도.
도 3은 본 발명 난방필름에서 수직 및 수평전극 배치상태 평면도.
도 4는 본 발명에서 세라믹 중공체 확대 단면도.
도 5는 본 발명 난방필름의 전극 배치상태 사시도.
도 6은 본 발명 난방필름의 전극 배치상태 평면 구조도.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 요부 확대 단면도.
도 2는 본 발명의 난방필름 분해 단면도.
도 3은 본 발명 난방필름에서 수직 및 수평전극 배치상태 평면도.
도 4는 본 발명에서 세라믹 중공체 확대 단면도.
도 5는 본 발명 난방필름의 전극 배치상태 사시도.
도 6은 본 발명 난방필름의 전극 배치상태 평면 구조도.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 요부 확대 단면도.
이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.
본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시 예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
따라서, 도면에서 표현한 구성요소의 형상 등은 더욱 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기술의 기능 및 구성에 관한 상세한 설명은 생략될 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 난방효율 개선형 PTC 난방필름의 구성을 도 1 내지 도 6을 통해 살펴보면 다음과 같다.
본 실시 예에서의 난방필름은, 기초판 역할을 하도록 사각형의 판 형상을 이루는 제1평판(10)과, 상기 제1평판(10)의 상면 양측에 일정 폭의 띠 형태를 이루어 일정 간격으로 형성되는 다수의 카본 띠(20)와, 상기 카본 띠(20)와 동일한 방향으로 제1평판(10) 상의 양측에 각각 형성되는 수직전극(30)과, 상기 양측 수직전극(30)에 일단 부가 교번하는 형태로 연결되는 다수의 수평전극(40)과, 상기 양측 수직전극(30) 상부에 각각 겹쳐지도록 설치되는 구리판(50)과, 상기 카본 띠(20)와, 수직전극(30), 수평전극(40) 및 구리판(50)의 외부 노출을 방지하기 위해 결합되는 제2평판(60)으로 구성된다.
특히, 상기 제2평판(60)의 상면에는 플루오로수지와 탄성재료인 우레탄아크릴레이트의 혼합 조성을 이루는 보호 코팅층(61)이 박막으로 코팅 형성된 것을 확인할 수 있다.
또한, 카본 띠(20)는 주위의 온도가 높아지면 저항값이 높아져 필요 이상의 열량이 발생되지 않도록 하는 작용을 하는 수행하는 것으로서, 바람직하게는 폴리에틸렌수지 또는 아크릴수지와 카본입자 및 PTC 효율 개선을 위한 세라믹 중공체 그리고 내구성 강화를 위한 이산화티탄 미립자의 혼합 조성을 이루게 된다. 본 발명에서의 세라믹 중공체(S)는 필요에 따라 단열 기능을 수행할 수 있도록 도 4에서와 같이 속이 빈 탁구공 형상을 이루는 것을 확인할 수 있다.
또한, 본 실시 예에서의 수직전극(30) 및 수평전극(40)은 실버 페이스트 재료가 사용된다.
한편, 본 실시 예에서의 제1평판(10)은 박막(100~500㎛)의 PET 성형필름이 사용되고, 제2평판(60)은 박막(100~500㎛)의 PET, PE 또는 EVA(에틸렌초산비닐 공중합체) 성형필름 중 하나 또는 복수가 선택적으로 단층 또는 적층형태의 구성을 이룸이 바람직하다.
이와 같은 구성을 이루는 본 발명 난방필름의 제조과정 및 이에 따른 작용효과를 살펴보기로 한다.
먼저, 사각의 판 형상을 이루는 제1평판(10) 상면에 카본 잉크를 도포하여 카본 띠(20)를 형성한다.
이때, 도포되는 카본 잉크의 조성은 아크릴수지 40~70중량%와 카본입자 20~50중량%, 세라믹 중공체 1~10중량%, 이산화티탄 미립자 1~10중량%의 비율로 혼합 조성을 이룸이 바람직하다.
이후, 상기 카본 띠(20)가 형성된 제1평판 상에 실버 페이스트를 도포하여 양측에 수직전극(30)을 카본 띠(20) 보다 외측의 위치에 형성시킴과 함께, 양측 수직전극(30)과 교번하며 일단부가 연결될 수 있도록 실버 페이스트를 도포하여 수평전극(40)을 형성하게 된다.
그리고 상기 수직전극(30)이 형성된 부위의 제1평판(10) 상에 구리판(50)을 일정 폭으로 인쇄한 후, 제2평판(60)을 결합시켜서 일체형 구조를 이루도록 제조가 이루어지게 된다.
이때, 제2평판(60)은 일측면에 보호코팅층(61)이 박막으로 형성된 것으로, 이러한 과정을 통해 PTC 난방필름의 제조가 이루어지게 된다.
이와 같이 제조된 본 발명의 PTC 난방필름은 카본 띠(20)에서 저온일 경우는 카본입자끼리 접촉하여 통전되어 발열이 발생하며, 온도가 상승하면서 일정 온도 이상이 되어 아크릴수지가 상변환을 일으키고 열팽창을 하면 카본입자 상호간의 연결이 단절되면서 접촉성이 약화되어 저항값이 증가하면서 통전이 중지되게 되는 것이다.
특히, 이러한 온도 변화에 따른 상변환 열팽창 과정에서 세라믹 중공체는 단열특성을 갖고 있기 때문에 급격한 열팽창 현상을 방지하여 PTC특성에 따른 통전 제어가 안정적으로 이루어질 수 있게 된다. 또한 이산화티탄 미립자는 내구성 강화에 따른 크랙현상을 방지할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명에서의 난방필름은, 강화마루 또는 장판이나 데코타일 등의 마감재료로 사용되는 과정에서 PTC 효과에 따른 국부과열현상 발생이 방지됨과 함께 전체적으로 일정한 온도가 유지되어 제품의 안전성을 향상시킴과 함께 난방효율이 개선되는 효과를 나타낸다.
한편, 도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 구조를 나타낸 것으로서, 제2평판(60)에 형성된 보호 코팅층(61)에는 다수의 통공(6a)이 일정 간격으로 형성된 것을 확인할 수 있다.
또한, 이때에는 보호 코팅층(61)에 열가소성 엘라스토머 및 유리섬유가 추가로 첨가됨이 바람직하다.
이와 같은 구성을 이루게 되면, 통공(6a) 구조에 따른 난방필름의 유연성이 개선됨과 함께 열전달 효율이 향상되어질 수 있게 된다.
또한, 보호 코팅층(61)에 추가로 첨가된 고분자 재료인 열가소성 엘라스토머는 코팅층의 내열성 및 탄성력 강화에 따른 보호 기능을 향상시키며, 유리섬유는 코팅층의 내구성을 강화시킴과 함께 전체적으로 균일한 두께를 유지시킬 수 있는 이점을 나타낸다.
그리고 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명의 난방필름 구조가 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 수 있음은 자명한 일이다.
예를 들면, 상기 실시 예에서는 제1평판 재료로 PET 필름이 사용되는 것으로 설명되었으나, 필요에 따라서는 폴리에틸렌(PE) 등과 같은 합성수지 재료가 사용될 수도 있게 된다.
또한, 카본입자는 카본 나노튜브, 카본 블랙, 흑연 중 어느 하나 또는 그 이상의 조합일 수 있다.
그러나 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 내에 포함된다 해야 할 것이다.
10 : 제1평판 20 : 카본 띠
30 : 수직전극 40 : 수평전극
50 : 구리판 60 : 제2평판
61 : 보호코팅층
30 : 수직전극 40 : 수평전극
50 : 구리판 60 : 제2평판
61 : 보호코팅층
Claims (5)
- 사각형의 판 형상을 이루는 제1평판(10)과;
상기 제1평판(10)의 상면 양측에 일정 폭의 띠 형태를 이루어 일정 간격으로 형성되며, 아크릴수지 40~70중량%, 카본입자 20~50중량%, 세라믹 중공체 1~10중량%, 이산화티탄 미립자 1~10중량%가 혼합 조성을 이루는 다수의 카본 띠(20)와;
상기 카본 띠(20)와 동일한 방향으로 제1평판(10) 상에 각각 형성되되, 카본 띠(20)와 간섭되지 않는 위치의 양측에 각각 형성되는 수직전극(30)과;
상기 양측 수직전극(30)에 일단부가 교번하는 형태로 연결되는 다수의 수평전극(40)과;
상기 양측 수직전극(30) 상부에 각각 겹쳐지도록 설치되는 구리판(50)과;
상기 카본 띠(20)와, 수직전극(30), 수평전극(40) 및 구리판(50)의 외부 노출을 방지하기 위해 결합되는 제2평판(60)과;
상기 제2평판(60)의 상면에 박막으로 코팅 형성되되, 플루오로수지와 우레탄아크릴레이트의 혼합 조성을 이루는 보호 코팅층(61);
을 포함하는 구성을 이루는 것을 특징으로 하는 효율 개선형 PTC 난방필름. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 보호 코팅층(61)에는 다수의 통공(6a)이 일정 간격으로 형성되어진 것을 특징으로 하는 효율 개선형 PTC 난방필름. - 청구항 3에 있어서,
상기 보호 코팅층(61)에는 열가소성 엘라스토머 및 유리섬유가 추가로 첨가된 것을 특징으로 하는 효율 개선형 PTC 난방필름. - 청구항 1, 청구항 3 및 청구항 4 중 어느 한 항의 난방필름을 제조함에 있어서,
사각의 판 형상을 이루는 제1평판 상면에 카본 잉크를 도포하여 카본 띠를 형성한 후, 상기 카본 띠가 형성된 제1평판 상에 실버 페이스트를 도포하여 수직 및 수평전극을 형성하고, 상기 수직 및 수평전극이 형성된 제1평판 상에 구리판을 인쇄한 후, 일측면에 보호코팅층이 박막으로 형성된 제2평판을 결합시키는 과정을 통해 PTC 난방필름의 제조가 이루어지는 것을 특징으로 하는 효율개선형 PTC 난방필름 제조방법.
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| KR1020190114168A KR102133343B1 (ko) | 2019-09-17 | 2019-09-17 | 효율 개선형 ptc 난방필름 및 이의 제조방법 |
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