KR102221812B1 - 팽창흑연시트를 이용한 열전도성 시트 및 이의 제조방법 - Google Patents

팽창흑연시트를 이용한 열전도성 시트 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 팽창흑연시트를 이용한 발열시트 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열전도율이 높아 신체 일부분의 열을 신체의 다른 부분으로, 예컨대, 발바닥의 열을 발끝으로 전달하여 발끝을 따뜻하게 유지시켜줄 수 있으며, 부서지기 쉬운 팽창흑연시트의 단점을 보완하여 상부와 하부가 서로 분리되어 뜰뜨는 현상을 방지할 수 있는, 팽창흑연시트를 이용한 열전도성 시트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 팽창흑연시트를 이용한 열전도성 시트는 흑연을 고온에서 가열하여 팽창화시킨후 시트화한 팽창흑연시트; 상기 팽창흑연시트의 상부와 결합되는 상부마감재; 상기 상부마감재의 일면에 도포되어 상기 팽창흑연시트와 상기 상부마감재를 결합시키는 접착제; 상기 팽창흑연시트에 일정간격으로 다수개 형성되는 관통공; 및 상기 관통공에 채워져 기둥역할을 함과 동시에, 상기 팽창흑연시트의 하부와 결합되는 하부마감재;를 포함한다.

Description

팽창흑연시트를 이용한 열전도성 시트 및 이의 제조방법{Heating sheet using expanded graphite sheet, and its making method}
본 발명은 팽창흑연시트를 이용한 발열시트 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열전도율이 높아 신체 일부분의 열을 신체의 다른 부분으로, 예컨대, 발바닥의 열을 발끝으로 전달하여 발끝을 따뜻하게 유지시켜줄 수 있으며, 부서지기 쉬운 팽창흑연시트의 단점을 보완하여 상부와 하부가 서로 분리되어 뜰뜨는 현상을 방지할 수 있는, 팽창흑연시트를 이용한 열전도성 시트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 추운 겨울철에 야외에 외출하는 일반인이나 야외 현장에서 근무하는 근무자나, 군인들은 양말을 아무리 두껍게 몇겹으로 겹쳐 신더라도 발가락이나 발뒤꿈치 등 발끝부분에는 신체의 혈류의 전달량이 적어 추위를 많이 느낀다. 즉, 추위를 가장 많이 느끼는 부분이 발가락과 같은 발끝부분임으로 겨울철에 이 부분을 따뜻하게 할 필요가 있다.
한편, 일반적으로 팽창흑연시트는 천연 흑연，열분해 흑연，키쉬 흑연 등의 흑연을 황산，질산 등의 혼합 용액으로 처리하고, 수세，건조 후, 팽창 로(爐)에서 고온에서 팽창화 처리하고，이것을 롤 등으로 압연에 의해 시트화한 것을 말한다.
팽창흑연시트는 내열성이 뛰어나고, 기액(氣液) 불침투성이 우수하므로 패킹, 가스켓，핫프레스 이형시트，카본 도가니 안창，전자기기 등의 방열 부재 등에 사용되고 있다 .
두께방향에 비해서 면방향의 열전도율이 큰，즉, 열이방성을 가지는 팽창흑연시트는 열원으로부터의 열을 다른 장소로 이동시키기 위한 부재로서 사용되고 있으며, 그 면방향의 열전도율이 커질수록 열의 이동을 빠르게 할 수 있음으로, 면방향의 열전도율이 큰 재료로 알려져 있다.
일반적인 팽창흑연시트의 제조방법은 발포흑연분말에 바인더를 혼합하여 프레스 성형틀에 채우는 단계, 프레스로 적정한 성형압력을 가하는 단계, 이를 다시 롤링가공하여 일정 두께의 최종 팽창흑연시트를 제조하게 된다. 이렇게 제조된 팽창흑연시트는 적용될 부위에 맞게 적절한 크기로 절단된 후 상부 및 하부에 천, EVA 스폰지, 충격흡수재 등의 마감재를 접착하여 신발 깔창 등과 같은 발열시트로 사용된다.
그러나 이와 같이 제조된 팽창흑연시트를 이용한 발열시트는 부서지기 쉬운 팽창흑연의 특성으로 인하여 보행자의 체중 이나 보행시 지속적으로 가해지는 충격과 같은 외력에 의해 팽창흑연시트의 변형, 파쇄 및 파열이 발생할 수밖에 없으며，이러한 변형, 파쇄 및 파열로 인해 팽창흑연시트의 접착면이 떨어지고 이에 따라 상부 마감재와 하부 마감재가 뜰떠 서로 분리되는 현상이 발생하며, 분리된 부위로 팽창흑연 시트가 빠져나오는 등 제품의 불량을 야기시키는 문제가 있었다.
대한민국 특허청 등록특허공보 등록번호 제10-0958444호
본 발명의 목적은 열전도율이 높은 팽창흑연시트를 이용하되 부서지기 쉽고 박리되기 쉬운 팽창흑연시트의 문제점을 해결하기 위해서 신발의 밑창으로 장시간 사용하더라도 팽창흑연시트가 쉽게 부서지지 않고 쉽게 박리되지 않는, 팽창흑연시트를 이용한 열전도성 시트 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 외부의 에너지 공급이 없더라도 발끝과 같은 신체를 따뜻하게 유지할 수 있는 열전도성이 우수한 열전도성 시트 및 이를 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 팽창흑연시트를 이용한 열전도성 시트는 흑연을 고온에서 가열하여 팽창화시킨후 시트화한 팽창흑연시트; 상기 팽창흑연시트의 상부와 결합되는 상부마감재; 상기 상부마감재의 일면에 도포되어 상기 팽창흑연시트와 상기 상부마감재를 결합시키는 접착제; 상기 팽창흑연시트에 일정간격으로 다수개 형성되는 관통공; 및 상기 관통공에 채워져 기둥역할을 함과 동시에, 상기 팽창흑연시트의 하부와 결합되는 하부마감재;를 포함하며, 상기 하부마감재는 사출 발포에 의해 상기 관통공에 하부마감재 소재를 채워 기둥을 형성함과 동시에 팽창흑연시트에 결합된다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 팽창흑연시트를 감싸는 보호필름을 추가로 포함한다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 상부마감재는 천, 가죽, 섬유 중에서 선택되며, 상기 하부마감재는 PU 발포체, EVA 발포체, 플라스틱 발포체 중에서 선택된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 팽창흑연시트를 이용한 열전도성 시트의 제조방법은 흑연을 고온에서 가열하여 팽창화시킨후 시트화한 팽창흑연시트를 준비하는 단계; 상기 팽창흑연시트에 일정간격으로 다수개의 관통공을 형성하는 단계; 상부 마감재의 일면에 접착제를 도포하여 상기 팽창흑연시트의 상부면에 부착하는 단계; 및 상기 상부마감재가 부착된 상기 팽창흑연시트를 금형에 넣고 닫은 후 상기 팽창흑연시트의 하부면 방향으로 하부마감재 소재를 주입하고 발포시켜 상기 하부마감재 소재가 상기 팽창흑연시트의 관통공에 채워져 기둥을 형성함과 동시에 상기 팽창흑연시트를 상기 하부마감재에 단단히 결합시키는 단계;를 포함한다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 팽창흑연시트를 이용한 열전도성 시트는 팽창흑연시트에 일정간격으로 형성된 관통공에 하부마감재 소재(ex. PU(polyurethane) 발포체)를 채워 하부마감재소재가 기둥을 형성하고, 이 기둥이 팽창흑연시트를 고정시켜 잡아준다. 이에 따라, 열전도성 시트를 장시간 사용하더라도 팽창흑연시트가 쉽게 부서지거나 쉽게 박리되지 않아, 상부 마감재와 하부 마감재가 들떠 서로 분리되는 문제를 해결할 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 본 발명의 열전도성 시트는 상하부가 들떠 분리되는 단점을 해결할 수 있어 장시간 사용할 수 있으며, 제품의 가장 큰 문제점을 해결함으로써 제품의 완성도를 높일 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 열전도성 시트는 열전도율이 높은 팽창흑연시트가 중앙에 삽입되어 있음으로 외부의 에너지 공급이 없더라도 발끝과 같은 신체를 따뜻하게 유지할 수 있어, 신발깔창, 방석 등에 사용될 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 팽창흑연시트를 이용한 열전도성 시트의 일실시예로서, 열전도성 시트가 신발 밑창으로 사용된 경우의 부분 분리도, 부분 절개단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 발명의 바람직한 실시예에 따른, 팽창흑연시트를 이용한 열전도성 시트의 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 발명의 바람직한 실시예에 따른, 팽창흑연시트를 이용한 열전도성 시트의 제조과정을 도시하는 순서도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 팽창흑연시트를 이용한 열전도성 시트의 일실시예로서, 열전도성 시트가 신발 밑창으로 사용된 경우의 부분 분리도, 부분 절개단면도. 도 2는 본 발명의 바람직한 발명의 바람직한 실시예에 따른, 팽창흑연시트를 이용한 열전도성 시트의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명은 팽창흑연이 열전도율이 높아 신체의 보온성을 유지할 수 있는 장점을 이용하여 팽창흑연을 시트화한 후, 장시간 사용하더라도 팽창흑연이 부서지거나 파쇄되는 문제를 해결할 수 있는 열전도성 시트이다.
본 발명의 열전도성 시트는 팽창흑연시트(10), 접착제(30), 상부마감재(40), 하부마감재(50)를 포함한다.
팽창흑연시트(10)는 본 발명의 열전도성 시트의 가장 핵심적인 소재로서, 흑연을 고온에서 가열하여 팽창화시킨 후 시트화한 것을 말한다. 팽창흑연시트는 열전도율이 높아 보온성이 높다는 장점은 있으나, 쉽게 부서진다는 단점이 있다. 이를 위해서, 팽창흑연시트(10)는 얇은 보호필름(20)으로 감싸져 있다. 보호필름(20)은 팽창흑연시트가 부서지는 것을 방지하고 검은색인 팽창흑연시트가 외부의 타물체에 묻는 것을 방지하는 역할을 한다. 보호필름(20)은 PE 등의 열가소성 수지 또는 불소수지가 사용될 수 있다. 보호필름(20)은 압축 및 인장강도가 크고 유연성이 양호하여 팽창흑연시트의 취성을 보강하고 변형을 방지하기 위한 것임으로, 바람직하게는 불소수지가 사용된다.
팽창흑연시트는 면방향 열전도율이 200 내지 300 w/mk 이고，두께방향 열전도율이 5 내지 10 w/mk이고, 면방향 비저항이 6 내지 7 이고，두께 방향 비저항이 1000 내지 1300 인 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
팽창흑연시트(10)의 두께는 대략 0.2 내지 3mm 내외의 얇은 시트형상이며, 보포필름(20)은 이 보다 얇은 0.01 내지 0.1mm의 두께의 얇은 시트이다.
비록 팽창흑연시트의 외부에 보호필름으로 코팅되어 있다하더라도 상부와 하부에 천이나 EVA발포체 등의 마감재를 접착하여 열전도성 시트로 제조한 경우, 장시간 사용하면 쉽게 부서지는 특성 때문에 팽창흑연시트가 부서지고, 상부 마감재와 하부마감재가 서로 들떠 분리되는 현상이 발생된다.
이를 해결하기 위해서, 본 발명에서는 팽창흑연시트(10)에 일정간격으로 다수개 형성되는 관통공(H)을 형성하고, 상기 관통공(H)에 pu 발포체, EVA 발포체, 플라스틱 발포체와 같은 발포체를 채워 상기 발포체가 기둥역할을 하도록 하여 팽창흑연시트가 부서지거나 열전도성시트의 상하부가 들떠 분리되는 문제를 해결하였다. 발포체는 하부마감재의 재료로 사용되는 재료이다.
하부마감재(50)는 팽창흑연시트와 결합시키는 역할을 할 뿐만아니라, 팽창흑연시트가 부서지지 않도록 고정시켜주는 기둥 역할을 수행하는 것이다.
관통공은 지름이 대략 1 내지 5mm정도의 크기를 지닌다.
팽창흑연시트의 상부와 결합되는 상부마감재(40)는 천, 가죽, 섬유 등이 사용될 수 있으며, 사용자의 필요에 따라 다양한 재료가 부착될 수 있음은 물론이다.
팽창흑연시트의 하부와 결합되는 하부마감재(50)는 PU 발포체, EVA 발포체, 플라스틱 발포체 등과 같이 상부마감재에 비하여 보다 두껍우면서도, 상기 관통공에 주입되어 기둥역할을 할 수 있는 재료가 사용된다.
바람직하게는 본 발명의 열전도성 시트가 상부마감재는 천이 사용되고, 하부마감재는 PU 발포체가 사용될 수 있으나, 이는 일예에 불과하며 사용자에 의해 마감재는 다양한 재료의 조합이 가능함은 물론이다.
본 발명의 열전도성 시트는 열전도율이 높다는 장점이 있음으로, 신발 밑창, 신발 깔창, 신발 인솔, 방석, 방한모의 안감 등 신체의 온기를 유지할 수 있는 곳에 다양하게 적용가능하다.
도 3은 본 발명의 바람직한 발명의 바람직한 실시예에 따른, 팽창흑연시트를 이용한 열전도성 시트의 제조과정을 도시하는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 먼저, 흑연을 고온에서 가열하여 팽창화시킨후 시트화한 팽창흑연시트를 준비한다(A). 바람직하게는 상기 팽창흑연시트는 보호필름(20)으로 코팅되어 감싸져 있다.
다음으로, 상기 팽창흑연시트(10)에 일정간격으로 다수개의 관통공(H)을 형성한다(B). 관통공의 단면은 원형, 사각 등 다양한 형태로 가능하나, 관통공이 추후 접착제에 의해 기둥 역할을 함으로, 원형의 단면 형상을 지니는 것이 가장 바람직하다 할 것이다. 관통공(H)은 속이 빈 원통형상의 치공구를 팽창흑연시트에 타격함으로써 형성할 수 있다.
다음으로, 상부 마감재의 일면에 접착제를 도포하는 단계(C)이다. 즉, 팽창흑연시트와 결합될 상부 마감재의 일면에 접착제를 도포한다. 이는 상부마감재와 팽창흑연시트와의 접착제 결합을 위한 것임으로, 팽창흑연시트의 일면에 접착제를 도포한다든지 팽창흑연시트와 상부마감재에 각각 접착제를 도포한다든지 등은 모두 동일한 작업이라 할 것이며, 어디에 접착제를 도포하는지는 사용자가 필요에 따라 적절히 선택할 수 있는 사항이라 할 것이다.
다음으로, 접착제가 도포된 면을 이용하여 팽창흑연시트와 상부마감재와 접착시키는 단계(D)이다.
다음으로, 상기 상부마감재가 부착된 상기 팽창흑연시트를 금형에 넣고 닫은 후 상기 팽창흑연시트의 하부면 방향으로 하부마감재 소재를 주입(사출)하고 발포시켜 상기 팽창흑연시트를 상기 하부마감재에 단단히 결합시키는 단계(E)이다. 이 단계에서, 하부마감재(50)는 팽창흑연시트와 결합될 뿐만아니라, 일부가 상기 팽창흑연시트의 관통공(H)으로 들어가 기둥을 형성하게 된다. 이렇게 하부마감재의 일부가 관통공에 들어가 형성된 기둥은 팽창흑연시트에서 일정간격으로 다수개 형성되어 팽창흑연시트를 고정시켜 잡아줌으로, 열전도성 시트를 장시간 사용하더라도 팽창흑연시트가 쉽게 부서지거나 쉽게 박리되지 않아, 상부 마감재와 하부 마감재가 들떠 서로 분리되는 종래의 문제를 해결할 수 있는 것이다.
바람직하게는, 하부 마감재(50)는 PU 발포체, EVA 발포체, 플라스틱 발포체 중에서 선택될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 신발 깔창 등에 사용되어 충격을 흡수함과 동시에 팽창흑연시트의 관통공에 삽입되어 기둥을 형성할 수 있는 재료이면 적용가능하다.
금형은 상형과 하형으로 나누어지며, 상부마감재가 접착제에 의해 부착된 팽창흑연시트는 금형 내에 고정시킨 후, 상형을 닫는다. 그런후, 팽창흑연시트의 하부면 방향으로 하형에 하부마감재를 주입한 후, 사출 발포시킨다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.
10: 팽창흑연시트
20: 보호필름
30: 접착제
40: 상부 마감재
50: 하부 마감재
H: 관통공

Claims (6)

  1. 흑연을 고온에서 가열하여 팽창화시킨후 시트화한 팽창흑연시트;
    상기 팽창흑연시트의 상부와 결합되는 상부마감재;
    상기 상부마감재의 일면에 도포되어 상기 팽창흑연시트와 상기 상부마감재를 결합시키는 접착제;
    상기 팽창흑연시트에 일정간격으로 다수개 형성되는 관통공; 및
    상기 관통공에 채워져 기둥역할을 함과 동시에, 상기 팽창흑연시트의 하부와 결합되는 하부마감재;를 포함하되,
    상기 하부마감재는 사출 발포에 의해 상기 관통공에 하부마감재 소재를 채워 기둥을 형성함과 동시에 팽창흑연시트에 결합되는 것을 특징으로 하는 팽창흑연시트를 이용한 열전도성 시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 팽창흑연시트를 감싸는 보호필름을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창흑연시트를 이용한 열전도성 시트.
  3. 제1항에 있어서
    상기 상부마감재는 천, 가죽, 섬유 중에서 선택되며,
    상기 하부마감재는 PU 발포체, EVA 발포체, 플라스틱 발포체 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 열전도성 시트.
  4. 팽창흑연시트를 이용한 열전도성 시트의 제조방법에 있어서,
    흑연을 고온에서 가열하여 팽창화시킨후 시트화한 팽창흑연시트를 준비하는 단계;
    상기 팽창흑연시트에 일정간격으로 다수개의 관통공을 형성하는 단계;
    상부 마감재의 일면에 접착제를 도포하여 상기 팽창흑연시트의 상부면에 부착하는 단계; 및
    상기 상부마감재가 부착된 상기 팽창흑연시트를 금형에 넣고 닫은 후 상기 팽창흑연시트의 하부면 방향으로 하부마감재 소재를 주입하고 발포시켜 상기 하부마감재 소재가 상기 팽창흑연시트의 관통공에 채워져 기둥을 형성함과 동시에 상기 팽창흑연시트를 상기 하부마감재에 단단히 결합시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창흑연시트를 이용한 열전도성 시트의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 팽창흑연시트를 감싸는 보호필름을 추가로 포함하되, 상기 관통공은 상기 보호필름과 상기 팽창흑연시트와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 팽창흑연시트를 이용한 열전도성 시트의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서
    상기 상부마감재는 천, 가죽, 섬유 중에서 선택되며,
    상기 하부마감재는 PU 발포체, EVA 발포체, 플라스틱 발포체 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 팽창흑연시트를 이용한 열전도성 시트의 제조방법.
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