KR102425640B1 - 내굴곡성 및 유연성이 우수한 열선 케이블 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내굴곡성 및 유연성이 우수한 열선 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 서로 상충관계에 있는 인장강도, 내굴곡성 등의 기계적 특성과 유연성이 동시에 우수하고, 또한 발열의 제어가 용이하며, 그리고 난연성이 우수하고, 나아가 구조적으로 안정되고 외관이 뛰어나며, 한편 환경친화적이고 제조비용이 절감될 수 있는 열선 케이블에 관한 것이다.

Description

내굴곡성 및 유연성이 우수한 열선 케이블{Heating cable with excellent elasticity and flexibility}
본 발명은 내굴곡성 및 유연성이 우수한 열선 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 서로 상충관계에 있는 인장강도, 내굴곡성 등의 기계적 특성과 유연성이 동시에 우수하고, 또한 발열의 제어가 용이하며, 그리고 난연성이 우수하고, 나아가 구조적으로 안정되고 외관이 뛰어나며, 한편 환경친화적이고 제조비용이 절감될 수 있는 열선 케이블에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 시트 등에는 추위로부터 운전자 및 탑승자를 보호하기 위해 전기의 공급에 의한 발열이 가능하도록 열선 케이블이 내장된다. 이러한 열선 케이블은 복수의 도체심선이 개별적으로 절연소재에 의해 코팅된 열선 가닥들이 다발 형태로 집합된 후 피복소재로 감싸여진 구조를 갖고, 방염처리된 부직포 등으로 이루어진 장착면 상에 지그재그로 배열됨으로써 면상 발열체를 형성하게 된다.
이러한 열선 케이블은 자동차의 시트 등에 내장 사용시 탑승자의 하중과 차체 진동에 의한 기계적, 화학적, 열적 스트레스 등으로부터 손상되는 것을 방지하기 위해 인장강도, 내굴곡성 등의 기계적 특성이 우수해야 한다. 또한, 앞서 기술한 바와 같이 지그재그로 배열됨으로써 면상 발열체를 형성하기 위해서는 유연성 역시 우수해야 한다.
그러나, 열선 케이블의 인장강도, 내굴곡성 등의 기계적 특성을 향상시키기 위해 이를 구성하는 도체심선의 구리(Cu)에 다른 합금원소를 첨가하여 합금하거나 복수의 열선을 일정 피치로 서로 꼬아 다발 형태로 집합시키는 경우 열선 케이블의 기계적 특성은 향상될 수 있지만, 유연성이 저하되거나 상기 도체심선의 저항이 증가하여 상기 열선 케이블의 발열량의 제어가 곤란한 수 있다.
나아가, 최근에는 상기 열선 케이블로부터 형성되는 면상 발열체가 전체 면적에서 더욱 균일한 발열을 수행할 것이 요구되고 있고, 이러한 요구를 만족시키기 위해 상기 열선 케이블이 지그재그로 배열될 때 인접한 케이블간 간격이 더욱 좁아지고 있다. 그러나, 인접한 케이블간 간격이 좁아질수록 상기 케이블의 단선 등에 의한 과열시 화재가 유발될 가능성이 더욱 높아지게 되므로, 상기 열선 케이블은 난연성이 우수해야 한다.
종래 열선 케이블은 다발 형태로 집합된 복수의 열선 가닥이 분리되는 것을 방지하고 외부로부터의 충격이나 압력으로부터 상기 열선을 보호하는 피복부의 소재로서 테프론(teflon) 등의 불소수지를 사용한 바 있다. 그러나, 상기 불소수지는 상기 열선 케이블의 폐기를 위한 소각시 유독가스를 배출하는 등 환경문제를 유발하는 문제가 있다.
또한, 상기 열선 케이블의 목적한 난연성을 구현하기 위해 이의 피복부를 구성하는 수지에 난연제가 첨가되는데, 이러한 난연제가 첨가됨으로써 인장강도 등의 기계적 특성이 저하되는 것을 고려하여 인장강도가 매우 우수한 수지를 사용하는 경우 유연성이 크게 불충분하거나 비용이 크게 증가하는 문제가 있다.
따라서, 서로 상충관계에 있는 인장강도, 내굴곡성 등의 기계적 특성과 유연성이 동시에 우수하고, 또한 발열의 제어가 용이하며, 그리고 난연성이 우수하고, 나아가 구조적으로 안정되고 외관이 뛰어나며, 한편 환경친화적이고 제조비용이 절감될 수 있는 열선 케이블이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 서로 상충관계에 있는 인장강도, 내굴곡성 등의 기계적 특성과 유연성이 동시에 우수하며, 발열량의 제어가 용이한 열선 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 난연성이 우수한 동시에 첨가되는 난연제에 의해 인장강도, 유연성 등이 저하되는 것을 회피하거나 억제할 수 있는 열선 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가, 본 발명은 구조적으로 안정적이고 외관이 뛰어나며, 환경친화적이고 제조비용이 절감될 수 있는 열선 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
복수의 도체심선 및 상기 복수의 도체심선의 집합을 감싸는 절연층을 포함하고 서로 접하여 복합되는 복수의 열선집합; 상기 복수의 열선집합을 감싸는 피복부; 및 상기 서로 접하여 복합되는 복수의 열선집합에 의해 형성되는 폐곡선 내부의 빈 공간인 내부공간을 포함하고, 상기 복수의 도체심선은 집합 피치로 서로 꼬여지고 상기 복수의 열선집합은 복합 피치로 서로 꼬여지며, 상기 도체심선은 구리(Cu)와 주석(Sn)의 합금을 포함하고, 상기 합금의 총 중량을 기준으로, 상기 주석(Sn)의 함량이 0.5 내지 1 중량%인 제1 도체심선 및 상기 주석(Sn)의 함량이 1.5 내지 2 중량%인 제2 도체심선을 포함하며,
아래 수학식 1에 따른 전체 저항(R)이 0.25 내지 1.56 Ω/m인, 열선 케이블을 제공한다.
[수학식 1]
R = ((A저항 × B저항)/(A저항 + B저항)) × 연입율(λ)
상기 수학식 1에서,
A저항은 제1 도체심선의 저항/제1 도체심선의 갯수이고,
B저항은 제2 도체심선의 저항/제2 도체심선의 갯수이며,
연입율(λ)은 아래 수학식 2에 따른다.
[수학식 2]
Figure 112022031052166-pat00001
상기 수학식 2에서,
N은 복합 피치/복합 피치 직경이다.
여기서, 상기 도체심선의 직경은 0.045 내지 0.055 mm이고, 상기 제1 도체심선은 4 내지 12개이며, 상기 제2 도체심선은 30 내지 38개이고, 상기 제1 도체심선 한 가닥의 저항은 12.1 내지 14.7 Ω/m이고, 상기 제2 도체심선 한 가닥의 저항은 22.9 내지 28.05 Ω/m인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.
또한, 상기 열선집합 하나를 구성하는 상기 도체심선은 4 내지 7개이고, 집합 피치 직경은 0.17 내지 0.23 mm이며, 상기 열선집합은 4개 이상이고, 상기 복합 피치 직경은 0.55 내지 0.8 mm인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.
그리고, 상기 집합 피치는 3 내지 7 mm이고, 상기 복합 피치는 2 내지 5 mm인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.
나아가, 상기 피복부의 두께는 0.2 내지 0.25 mm이고, 상기 열선 케이블 전체의 직경이 0.8 내지 1.0 mm인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.
한편, 상기 도체심선은 열처리되지 않은 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.
또한, 상기 절연층은 폴리우레탄 바니시의 코팅에 의해 형성되고, 상기 절연층의 두께가 0.005 내지 0.01 mm인, 열선 케이블을 제공한다.
그리고, 상기 피복부는 고분자 수지 및 난연제를 포함하는 피복 조성물로부터 형성되는 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.
여기서, 상기 고분자 수지는 폴리아미드12(PA12), 열가소성 폴리엘라스토머(TPE), 또는 이들 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.
또한, 상기 난연제의 함량은 상기 피복 조성물의 총 중량을 기준으로 15 내지 25 중량%인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.
그리고, 상기 난연제는 유기 인계 난연제, 멜라민계 난연제, 인산 에스테르계 난연제 및 비할로겐계 난연제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 난연제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.
한편, 상기 내부공간에는 고인장 탄소섬유, 고인장 유리섬유 및 아라미드 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 고인장 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열선 케이을 제공한다.
본 발명에 따른 열선 케이블은 도체심선의 소재와 갯수, 도체심선의 집합과 복합 구조를 정밀하게 조절함으로써, 서로 상충관계에 있는 인장강도, 내굴곡성 등의 기계적 특성과 유연성이 동시에 향상되고, 나아가 발열량의 제어가 용이한 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 열선 케이블은 피복부에 난연제가 첨가되어 난연성이 우수한 동시에, 상기 난연제의 첨가에도 불구하고 인장강도, 내굴곡성 등의 기계적 특성이 우수한 효과를 나타낸다.
그리고, 본 발명에 따른 열선 케이블은 특정 구조에 의해 구조적으로 안정되고 외관이 뛰어나며, 피복부를 환경친화적이고 상대적으로 저가인 소재로 구성함으로써 환경문제를 유발하지 않고 제조비용이 절감되는 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 열선 케이블의 하나의 실시예에 따른 횡단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 열선 케이블의 종단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 열선 케이블의 하나의 실시예에 따른 횡단면도를 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 열선 케이블의 종단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열선 케이블은 전기의 공급시 발열하는 저항선인 복수의 도체심선(110) 및 상기 복수의 도체심선(110)의 집합을 전체적으로 감싸는 절연층(120)을 포함하고 서로 접하여 복합되는 복수의 열선집합(100); 상기 복수의 열선집합(100)을 감싸는 피복부(200); 및 상기 서로 접하여 복합되는 복수의 열선집합(100)에 의해 형성되는 폐곡선 내부의 빈 공간인 내부공간(300)을 포함할 수 있다.
상기 도체심선(110)은 구리(Cu)와 주석(Sn)의 합금으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 도체심선(110)은 주석(Sn) 이외에 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 은(Ag) 등의 합금원소를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 도체심선(110)의 총 중량을 기준으로 상기 도체심선(110)에 포함된 주석(Sn)의 함량은 0.5 내지 7 중량%일 수 있다.
상기 주석(Sn)의 함량이 0.5 중량% 미만인 경우 상기 도체심선(110)의 인장강도, 내굴곡성 등의 기계적 특성이 저하되어 외부의 충격이나 압력에 의해 상기 열선 케이블이 단선될 수 있는 반면, 상기 주석(Sn)의 함량이 7 중량% 초과인 경우 상기 도체심선(110)의 유연성이 저하됨으로써 상기 열선 케이블의 작업성이 불충분할 수 있고, 또한 저항이 증가하여 과도한 발열이 발생하는 등 발열량을 제어하는 것이 곤란할 수 있다.
상기 도체심선(110)을 포함하는 상기 열선 케이블은 적절한 발열 특성을 나타내기 위해 전체 저항(R)이 0.25 내지 1.56 Ω/m일 수 있다. 여기서, 상기 열선 케이블의 전체 저항(R)이 0.25 Ω/m 미만인 경우 발열량이 불충분할 수 있는 반면, 1.56 Ω/m 초과인 경우 과도한 발열로 자동차 탑승자의 화상이나 화재를 유발할 수 있다.
한편, 상기 복수의 도체심선(110)은 주석(Sn)의 함량이 상이한 2종 이상의 도체심선을 포함할 수 있고, 예를 들어, 상기 복수의 도체심선(110)은 주석(Sn)의 함량이 0.5 내지 1 중량%인 제1 도체심선 및 주석(Sn)의 함량이 1.5 내지 2 중량%인 제2 도체심선을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 도체심선 한 가닥의 저항은 12.1 내지 14.7 Ω/m이고, 상기 제2 도체심선 한 가닥의 저항은 22.9 내지 28.05 Ω/m일 수 있다.
상기 복수의 도체심선(110)이 상기 제1 도체심선 및 제2 도체심선을 포함하는 경우, 상기 열선 케이블 전체 저항(R)에 따른 상기 제1 도체심선 및 제2 도체심선 각각의 저항 및 개수는 아래 수학식 1을 만족할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도체심선의 갯수는 4 내지 12개이고, 상기 제2 도체심선의 갯수는 30 내지 38개일 수 있다.
[수학식 1]
R = ((A저항 × B저항)/(A저항 + B저항)) × 연입율(λ)
상기 수학식 1에서,
A저항은 제1 도체심선의 저항/제1 도체심선의 갯수이고,
B저항은 제2 도체심선의 저항/제2 도체심선의 갯수이며,
연입율(λ)은 아래 수학식 2에 따른다.
[수학식 2]
Figure 112022031052166-pat00002
상기 수학식 2에서,
N은 복합 피치/복합 피치 직경이다.
상기 열선 케이블의 상기 적절한 저항을 구현하기 위해, 상기 도체심선(110)의 직경은 약 0.045 내지 0.055 mm이고, 상기 도체심선(110)의 전체 갯수는 28 내지 42일 수 있다. 또한, 상기 열선 케이블의 저항은 이를 구성하는 상기 복수의 도체심선(110) 전체의 단면적에 의해 결정되므로, 상기 도체심선(110)의 직경과 갯수는 서로 반비례할 수 있다.
구체적으로, 상기 도체심선(110)의 직경이 0.045 mm 미만인 경우 상기 도체심선(110)의 단선이 빈번히 일어나는 문제가 있는 반면, 상기 도체심선(110)의 직경이 0.055 mm 초과인 경우 목적한 저항을 구현하기 위해 상기 도체심선(110)의 갯수가 28 개 미만으로 되며, 이러한 경우 열선 케이블의 유연성이 크게 저하될 수 있다. 나아가, 상기 도체심선(110)이 28 내지 42 개의 복수인 경우 열선 케이블의 유연성을 향상시키는 측면 뿐만 아니라 표피효과에 의해 전력효율이 우수한 측면도 있다.
상기 도체심선(110)은 열처리되지 않을 수 있다. 통상의 금속재질의 심선은 강도가 크기 때문에 굴곡 등의 작업을 요하는 경우 유연성을 향상시키기 위해 열처리될 수 있다. 그러나, 상기 도체심선(110)의 열처리시 인장강도 및 내굴곡성이 저하되는 문제가 있다. 따라서, 상기 도체심선(110)은 열처리되지 않음으로써 우수한 인장강도 및 내굴곡성을 나타내고, 앞서 기술한 바와 같이, 직경을 줄이고 갯수를 늘림으로써 유연성을 향상시키는 방식으로 유연성을 추가로 향상시킬 수 있다.
상기 절연층(120)은 복수의 도체심선(110) 중 일부가 외부의 충격, 압력 등에 의해 단선됨으로써 상기 열선 케이블에 국부적으로 과도한 발열 또는 화재가 유발되는 것을 억제하는 기능을 수행한다. 구체적으로, 상기 도체심선(110)의 집합이 상기 절연층(120)에 의해 피복되어 있지 않은 경우, 즉 단선된 도체심선(110)과 단선되지 않은 도체심선(110)이 서로 접촉하여 상기 단선된 도체심선(110)에도 전류가 흐른다면, 도체심선(110)의 단선 부위에서 전체 도체심선(110)의 단면적 감소로 인해 저항이 증가하여 상기 열선 케이블에 국부적으로 과도한 발열이 유발되고, 이로써 탑승자 등이 화상을 입거나 화재가 발생할 수 있다.
따라서, 상기 도체심선(110) 집합이 상기 절연층(120)에 의해 피복됨으로써 단선된 도체심선(110)에는 전류가 흐르지 않도록 하여, 상기 도체심선(110)의 단선 부위에서의 저항이 증가하고 이로 인해 국부적으로 과도한 발열이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 상기 절연층(120)은 인장강도가 우수하고 얇은 피막의 형성에 유리한 폴리우레탄 바니시의 코팅에 의해 형성될 수 있고, 두께는 예를 들어 약 0.005 내지 0.007 mm일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 도체심선(110)의 집합에 상기 절연층(120)이 피복된 열선집합(100)은 복수개가 복합됨으로써 하나의 열선 케이블을 형성하게 된다. 본 발명에 따른 열선 케이블은 적절한 저항을 가짐으로써 적절한 발열 특성을 구현하는 동시에 구조적으로 안정되어 표면이 평평한 우수한 외관을 나타내기 위해, 상기 열선집합(100)을 형성하는 상기 도체심선(110)의 개수가 4 내지 7개일 수 있고, 상기 열선집합(100)의 개수가 4개 이상, 바람직하게는 6개일 수 있다.
또한, 상기 열선집합(100)을 형성하는 복수개의 도체심선(110)은 꼬임 피치, 즉 집합 피치 3 내지 7 mm로 꼬인 상태로 집합되고, 상기 열선집합(100)은 꼬임 피치, 즉 복합 피치 2 내지 5 mm로 꼬인 상태로 복합될 수 있다. 또한, 상기 열선집합(100) 하나를 구성하는 도체심선(110)들의 꼬임에 의해 형성되는 가상의 원의 직경, 즉 집합 피치 직경은 약 0.17 내지 0.23 mm일 수 있고, 상기 복합된 열선집합(100)들의 꼬임에 의해 형성되는 가상의 원의 직경, 즉 복합 피치 직경은 약 0.55 내지 0.8 mm일 수 있다. 그리고, 상기 열선 케이블 전체의 직경은 약 0.8 내지 1.0 mm일 수 있다.
여기서, 상기 열선(10)의 집합 피치가 3 mm 미만이거나 상기 열선집합(100)의 복합 피치가 2 mm 미만으로 과도하게 짧은 경우 상기 열선 케이블의 내굴곡성은 향상되나 생산성이 크게 저하되고 특히 도체심선(110)의 저항이 크게 증가하여 과도한 발열이 발생하는 등 발열량을 제어하는 것이 곤란할 수 있으며 유연성도 크게 저하될 수 있는 반면, 상기 도체심선(110)의 집합 피치가 7 mm 초과이거나 상기 열선집합(100)의 복합 피치가 5 mm 초과로 과도하게 긴 경우 상기 열선 케이블의 내굴곡성이 불충분할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 복수의 열선집합(100)은 전체적으로 피복부(200)에 의해 감싸져 있다. 상기 피복부(200)는 상기 열선집합(100)의 외측에만 존재하고 상기 복수의 열선집합(100)이 서로 접하여 형성되는 폐곡선 내부의 빈 공간인 내부공간(300)에는 존재하지 않는다.
상기 피복부(200)는 상기 열선 케이블 표면에서의 열발산 분포가 균일하게 이루어지도록 할 뿐만 아니라, 외력, 휘어짐, 꼬임 등에도 불구하고 상기 복수의 열선집합(100)이 복합된 구조를 안정적으로 고정시키는 동시에, 외부의 충격이나 압력으로부터 상기 도체심선(110) 및 상기 열선집합(100)을 보호하는 역할을 수행할 수 있다. 여기서, 상기 피복부(200)의 두께는 약 0.13 내지 0.17 mm일 수 있다.
상기 피복부(200)는 고분자 수지와 난연제가 혼합된 피복 조성물로부터 형성될 수 있다. 상기 고분자 수지는 인장강도가 35 내지 85 MPa이고, 굴곡강도가 70 내지 120 MPa일 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자 수지는 폴리아미드12(PA12), 열가소성 폴리엘라스토머(TPE) 등일 수 있다.
상기 고분자 수지의 인장강도가 35 MPa 미만인 경우 상기 피복부(200)에 충분한 난연성을 부여하기 위해 난연제를 다량 첨가하는 경우 상기 피복부(200)의 기계적 특성이 크게 저하되어 외부의 충격이나 압력으로부터 상기 도체심선(110) 및 상기 열선집합(100)을 충분히 보호할 수 없는 반면, 상기 고분자 수지의 굴곡강도가 120 MPa 초과인 경우, 상기 열선 케이블의 유연성이 불충분할 수 있다.
상기 난연제는 브롬계 난연제, 염소계 난연제 같은 할로겐계 난연제, 유기 인계 난연제 등의 유기계 난연제와 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 삼산화 안티몬, 산화 안티몬, 적린계 난연제, 붕소계 난연제, 실리카계 난연제, 멜라민계 난연제, 인산 에스테르계 난연제, 무기 인계 난연제 등의 무기계 난연제를 포함할 수 있다.
다만, 상기 난연제가 브롬계 또는 염소계 난연제와 같은 할로겐계 난연제인 경우 납땜 작업시 또는 폐기를 위한 소각시 다이옥신 같은 환경 호르몬을 배출함으로써 환경문제를 유발하고 작업성을 저하시키는 문제가 있다. 따라서, 상기 난연제는 비할로겐계 난연제인 것이 바람직하고, 특히 상기 고분자 수지와의 상용성을 고려하여 유기 인계 난연제, 멜라민계 난연제, 인산 에스테르계 난연제 등의 유기계 및 비할로겐계 난연제인 것이 바람직하다.
상기 난연제의 함량은 상기 피복 조성물의 총 중량을 기준으로 15 내지 25 중량%일 수 있다. 상기 난연제의 함량이 15 중량% 미만인 경우 상기 열선 케이블의 난연성이 불충분할 수 있는 반면, 25 중량% 초과인 경우 상기 열선 케이블을 포함하는 면상 발열체의 난연성이 불충분하고, 상기 열선 케이블의 인장강도, 내굴곡성, 유연성 등이 저하될 수 있다.
구체적으로, 상기 열선 케이블의 난연성은 상기 열선 케이블 자체의 난연성과 상기 열선 케이블이 장착된 면상 발열체의 난연성이 모두 우수해야 한다. 본 발명자들을 상기 피복 조성물에 첨가되는 난연제의 함량이 증가할수록 상기 열선 케이블 자체의 난연성이 향상되므로 상기 난연제의 함량은 15 중량% 이상이어야 하나, 상기 난연제의 함량이 25 중량% 초과인 경우 이러한 열선 케이블이 장착된 면상 발열체의 난연성은 오히려 저하됨을 최초로 실험적으로 확인했다.
추측컨데, 상기 열선 케이블이 상부면에 지그재그로 배열 및 고정된 면상 발열체는 이러한 면상 발열체를 자동차 시트 등에 부착하기 위해 하부면에 접착테이프 패드가 형성되어 있고, 상기 열선 케이블의 특정 지점에서 발화되는 경우 화염이 상기 피복 조성물 및 상기 접착테이프를 연료로 하여 상기 열선 케이블을 따라 확산되는데, 상기 피복 조성물에 첨가된 난연제의 함량이 일정 수준, 즉 25 중량% 이하인 경우 상기 피복 조성물의 점도가 낮아 화염이 확산되는 과정에서 낙하함으로써 화염의 확산이 중단되는 것으로 보인다.
반면, 상기 피복 조성물에 첨가된 난연제의 함량이 일정 수준, 즉 25 중량% 초과인 경우 상기 피복 조성물의 점도가 높아 화염이 상기 열선 케이블을 따라 안정적으로 확산되는 것으로 보인다.
본 발명에 있어서, 상기 내부공간(300)은 상기 복수의 열선집합(100)이 복합된 구조를 안정적으로 유지할 수 있도록 하는 동시에, 상기 열선 케이블에 의한 열발산 분포가 균일하게 이루어질 수 있도록 한다.
상기 내부공간(300) 일부에 상기 피복 조성물이 침투하는 경우 상기 열선 케이블이 꼬이거나 강한 외력을 받을때 상기 내부공간(300)에 침투한 피복 조성물의 함량이 상기 꼬이는 방향 또는 외력이 가해지는 방향에 따라 변하기 때문에 상기 열선집합(100)의 구조 및 배열에 변형이 생기게 될 수 있다.
또한, 상기 내부공간(300) 내부에는 추가적으로 상기 열선 케이블의 장력을 향상시키기 위한 고인장 소재, 예를 들어, 고인장 탄소섬유, 고인장 유리섬유, 아라미드 섬유 등의 소재로 이루어진 장력 부재가 삽입될 수 있다.
[실시예]
1. 제조예
아래 표 1에 나타난 바와 같은 구성의 열선 케이블 시편을 각각 제조했다.
실시예1 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
도체 제1 도체심선(개) 8 42 8 8 8
제2 도체심선(개) 34 - 34 34 34
도체직경(mm) 0.055
전체저항(Ω/m) 0.55
절연층 폴리우레탄 바니쉬
집합구조 열선집합당 도체심선 7개
복합구조 열선집합 6개
피복층 수지 폴리아미드12(PA12)
난연제(중량%) 20 20 10 30 35
- 제1 도체심선 : 주석(Sn) 함량이 0.7 중량%인 구리(Cu)+주석(Sn) 심선
- 제2 도체심선 : 주식(Sn) 함량이 1.8 중량%인 구리(Cu)+주석(Sn) 심선
- 난연제 : 인계 난연제
2. 물성 평가
1) 내굴곡성 평가
실시예 1 및 비교예 1 각각의 열선 케이블 시편에 하중 910 g을 적용하여 180°벤딩 시험을 반복적으로 수행한 후, 도체심선의 단선율(단선된 도체심선 갯수/도체심선 총 갯수*100)이 20%가 될 때의 벤딩 횟수를 측정했고, 벤딩 횟수가 15만번 미만이면 내굴곡성이 불충분한 것으로 간주했다. 상기 벤딩 시험의 결과는 아래 표 2에 나타난 바와 같다.
실시예 1 비교예 1
벤딩 횟수 약 25만회 약 7만회
- 벤딩 횟수 : 도체심선의 단선율(단선된 도체심선 갯수/도체심선 총 갯수*100)이 20%가 될 때의 벤딩 횟수
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 주석(Sn)이 함량이 상이한 2종의 도체 심선의 특정 조합에 의해 형성한 실시예 1의 열선 케이블은 1종의 도체 심선을 사용한 비교예 1의 열선 케이블에 비해 동일한 저항을 구현함을 전제로 내굴곡성이 현저히 향상된 것으로 확인되었다.
2) 난연성 평가
실시예 1 및 비교예 2 내지 4 각각의 열선 케이블을 면상 부직포의 상부면에 지그재그로 배열 및 고정함으로써 제조한 면상 발열체의 일말단을 가열하여 연소시험을 수행했고, 열선 케이블을 따라 진행되는 연소길이가 50 mm를 초과하지 않아야 합격이다. 상기 연소시험은 상기 면상 발열체의 하부면에 접착테이프 패드가 존재하는 경우와 존재하지 않는 경우 각각 8개에 대해 수행했다. 상기 연소시험 결과는 아래 표 3에 나타난 바와 같다.

 연소길이 평가
접착테이프 패드 존재 × 접착테이프 패드 존재 ○
실시예 1 8개 합격 8개 합격
비교예 2 5개 합격/3개 불합격 8개 합격
비교예 3 8개 합격 6개 합격/2개 불합격
비교예 4 8개 합격 4개 합격/4개 불합격
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 피복 조성물에 포함된 난연제의 함량이 정밀하게 제어된 실시예 1의 열선 케이블은 열선 케이블 자체의 난연성 뿐만 아니라, 상기 열선 케이블이 배치된 면상 발열체의 난연성도 우수한 반면, 난연제의 함량이 불충분한 비교예 2의 열선 케이블은 열선 케이블 자체의 난연성이 불충분하고, 난연제의 함량이 과량인 비교예 3 및 4의 열선 케이블은 열선 케이블 자체의 난연성은 우수하나 이러한 열선 케이블이 배치된 면상 발열체의 난연성이 불충분한 것으로 확인되었다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
100 : 열선집합 200 : 피복부
300 : 내부공간

Claims (12)

  1. 복수의 도체심선 및 상기 복수의 도체심선의 집합을 감싸는 절연층을 포함하고 서로 접하여 복합되는 복수의 열선집합; 상기 복수의 열선집합을 감싸는 피복부; 및 상기 서로 접하여 복합되는 복수의 열선집합에 의해 형성되는 폐곡선 내부의 빈 공간인 내부공간을 포함하고,
    상기 복수의 도체심선은 집합 피치로 서로 꼬여지고 상기 복수의 열선집합은 복합 피치로 서로 꼬여지며,
    상기 도체심선은 구리(Cu)와 주석(Sn)의 합금을 포함하고, 상기 합금의 총 중량을 기준으로, 상기 주석(Sn)의 함량이 0.5 내지 1 중량%인 제1 도체심선 및 상기 주석(Sn)의 함량이 1.5 내지 2 중량%인 제2 도체심선을 포함하며,
    상기 피복부는 상기 복수의 열선집합의 외측에만 존재하고 상기 내부공간에는 존재하지 않으며,
    상기 도체심선의 직경은 0.045 내지 0.055 mm이고, 상기 제1 도체심선은 4 내지 12개이며, 상기 제2 도체심선은 30 내지 38개이고, 상기 제1 도체심선 한 가닥의 저항은 12.1 내지 14.7 Ω/m이고, 상기 제2 도체심선 한 가닥의 저항은 22.9 내지 28.05 Ω/m이며,
    아래 수학식 1에 따른 전체 저항(R)이 0.25 내지 1.56 Ω/m인, 열선 케이블.
    [수학식 1]
    R = ((A저항 × B저항)/(A저항 + B저항)) × 연입율(λ)
    상기 수학식 1에서,
    A저항은 제1 도체심선의 저항/제1 도체심선의 갯수이고,
    B저항은 제2 도체심선의 저항/제2 도체심선의 갯수이며,
    연입율(λ)은 아래 수학식 2에 따른다.
    [수학식 2]
    Figure 112022031052166-pat00003

    상기 수학식 2에서,
    N은 복합 피치/복합 피치 직경이다.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열선집합 하나를 구성하는 상기 도체심선은 4 내지 7개이고, 집합 피치 직경은 0.17 내지 0.23 mm이며, 상기 열선집합은 4개 이상이고, 상기 복합 피치 직경은 0.55 내지 0.8 mm인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 집합 피치는 3 내지 7 mm이고, 상기 복합 피치는 2 내지 5 mm인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블.
  5. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피복부의 두께는 0.2 내지 0.25 mm이고, 상기 열선 케이블 전체의 직경이 0.8 내지 1.0 mm인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블.
  6. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도체심선은 열처리되지 않은 것을 특징으로 하는, 열선 케이블.
  7. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연층은 폴리우레탄 바니시의 코팅에 의해 형성되고, 상기 절연층의 두께가 0.005 내지 0.007 mm인, 열선 케이블.
  8. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피복부는 고분자 수지 및 난연제를 포함하는 피복 조성물로부터 형성되는 것을 특징으로 하는, 열선 케이블.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 고분자 수지는 폴리아미드12(PA12), 열가소성 폴리엘라스토머(TPE), 또는 이들 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열선 케이블.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 난연제의 함량은 상기 피복 조성물의 총 중량을 기준으로 15 내지 25 중량%인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 난연제는 유기 인계 난연제, 멜라민계 난연제, 인산 에스테르계 난연제 및 비할로겐계 난연제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 난연제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열선 케이블.
  12. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부공간에는 고인장 탄소섬유, 고인장 유리섬유 및 아라미드 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 고인장 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열선 케이블.
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