KR102476834B1 - 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유와 이의 제조 방법, 및 이를 이용하여 제조된 히팅케이블 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속코팅 탄소섬유 기재의 외주면을 따라 소정 틀어진 각도로 금속코팅 탄소섬유 기재를 유리섬유로 감싼 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유와 이의 제조 방법, 및 이를 이용하여 제조된 히팅케이블에 관한 것이다.
Description
본 발명은 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유와 이의 제조 방법, 및 이를 이용하여 제조된 히팅케이블에 관한 것이다.
환경오염과 스마트 시대로 변화함에 따라 온열기능과 함께 빠른 온도 응답성이 필요한 전자제품, 난방용품, 생활용품, 의료용품, 미용용품, 기능성 의류 등 다양한 생활용품에 사용되는 금속 발열전선을 대체할 수 있고, 비교적 저온인 300℃ 이하의 산업용 항온유지 장치에 환경오염 방지와 고효율 제품의 개발이 필요한 시점이다. 특히, 전기자동차 등의 친환경 자동차의 난방이나 연료전지, 수소전기 등 다양한 배터리의 효율을 높이기 위해 고효율 발열케이블 제품의 필요성이 대두되고 있다.
일반적인 금속케이블 이외에 탄소섬유 케이블은 탄소섬유의 높은 인장력을 이용해 고강도 케이블을 제조할 수 있으며, 기존 금속케이블과 비교해 같은 부피에 내열케이블로 제조되어 금속전선과 달리 경량화, 고유연성을 갖는 케이블을 제조할 수 있는 장점이 있어 탄소섬유 전선을 개발하여 발열 케이블로 산업분야에 적용하고 있다.
이러한 발열제품은 현재까지 구리선, 니크롬선, 탄소섬유, 탄소나노튜브(CNT), 세라믹 분말 등을 이용해 적당한 혼합과 분산으로 일정한 전기저항을 유지할 수 있도록 현탁액을 제작해 고분자 섬유나 탄소섬유에 코팅하거나 배합된 분말형 소재를 성형하여 발열제품을 제작하는 게 일반적인 방법이다.
상기 제품들은 소비전력이 높고, 원료의 혼합과 분산이 균일하게 제작하기 어렵기 때문에 국부적인 과열현상이 발생할 수 있고 단락, 화재의 위험성이 내재되어 있다.
상기 발열선과는 달리 탄소섬유를 발열도체로 사용하여 발열케이블을 제조해 사용하고 있으나 탄소섬유의 높은 저항에 따라 짧은 구간 높은 발열온도로 200℃ 이하로 항온유지하기 어렵고 기존 제품과 같이 도체부와 전선의 접지부 저항의 급격한 상승으로 단선 및 화재 발생 위험이 매우 높은 제품으로 장기 내구성 문제가 심각히 대두되고 있는 상황이다.
한편, 이에 대한 유사 선행문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2017-0030126호가 제시되어 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 저전력 구동이 가능하고 내구성이 높으며 화재, 전선단락, 합선 등 안전사고의 위험성이 매우 낮으며 소비전력이 낮은 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유와 이의 제조 방법, 및 이를 이용하여 제조된 히팅케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만 상기 목적은 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 금속코팅 탄소섬유 기재를 유리섬유로 감싼 금속코팅 탄소섬유로, 상기 유리섬유는 금속코팅 탄소섬유 기재의 외주면을 따라 소정 틀어진 각도로 금속코팅 탄소섬유 기재를 감싸는 것인, 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유에 관한 것이다.
상기 일 양태에 있어, 상기 각도는 금속코팅 탄소섬유 기재의 장방향축을 기준으로 30 내지 60°일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유는 하기 관계식 1을 만족하는 것일 수 있다.
[관계식 1]
│D0-D90│/D0 × 100 ≤ 10
(상기 관계식 1에서 D0 및 D90은 각각 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유의 직경으로, D0는 일방향의 섬유 직경(㎛)이며, D90은 상기 일방향의 수직방향의 섬유 직경(㎛)이다.)
상기 일 양태에 있어, 상기 금속코팅 탄소섬유 기재는 모노필라멘트 100 내지 50,000 가닥의 다발일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 a) 금속코팅 탄소섬유 기재를 제조하는 단계; 및 b) 상기 금속코팅 탄소섬유 기재의 외주면을 따라 소정 틀어진 각도로 유리섬유를 감싸는 단계;를 포함하는, 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유의 제조 방법에 관한 것이다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 b)단계의 각도는 금속코팅 탄소섬유 기재의 장방향축을 기준으로 30 내지 60°일 수 있다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 b)단계는 금속코팅 탄소섬유 기재에 5 내지 10 N/tex의 장력을 인가하여 수행되는 것일 수 있다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 b)단계는 50 내지 300 사이클/분의 회전속도로 유리섬유를 감싸는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 양태는 전술한 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유를 이용하여 제조된 히팅케이블에 관한 것이다.
본 발명에 따른 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유는 금속코팅 탄소섬유 기재의 외주면이 유리섬유로 감싸짐으로써 도체인 금속코팅 탄소섬유를 효과적으로 보호할 수 있으며, 히킹케이블 제조 시 금속코팅 탄소섬유의 직경과 중심점을 일정하게 유지할 수 있어 목표하는 수준의 발열을 정밀하게 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따라 3,000 가닥 금속코팅 탄소섬유(3K MCF)와 12K MCF로 각각 제조된 히팅케이블의 실사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유의 일 예시도이다.
도 3은 실시예 5에 따라 제조된 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유와 피복재의 단면의 광학현미경 이미지이다.
도 4는 비교예 1에 따라 제조된 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유와 피복재의 단면의 광학현미경 이미지이다.
도 2는 본 발명에 따른 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유의 일 예시도이다.
도 3은 실시예 5에 따라 제조된 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유와 피복재의 단면의 광학현미경 이미지이다.
도 4는 비교예 1에 따라 제조된 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유와 피복재의 단면의 광학현미경 이미지이다.
이하 본 발명에 따른 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유와 이의 제조 방법, 및 이를 이용하여 제조된 히팅케이블에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 일 양태는 금속코팅 탄소섬유 기재를 유리섬유로 감싼 금속코팅 탄소섬유에 관한 것으로, 상세하게 상기 유리섬유는 금속코팅 탄소섬유 기재의 외주면을 따라 소정 틀어진 각도로 금속코팅 탄소섬유 기재를 감싸는 것인 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유에 관한 것이다.
이처럼, 금속코팅 탄소섬유 기재의 외주면이 유리섬유로 감싸짐으로써 도체인 금속코팅 탄소섬유를 효과적으로 보호할 수 있으며, 히팅케이블 제조 시 금속코팅 탄소섬유의 직경과 중심점을 일정하게 유지할 수 있어 목표하는 수준의 발열을 정밀하게 제어할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 본 발명의 일 예에 따른 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유는 소정의 각도 및 소정 간격으로 금속코팅 탄소섬유 기재의 외주면이 유리섬유로 감싸질 수 있다.
구체적인 일 예시로, 상기 각도는 금속코팅 탄소섬유 기재의 장방향축을 기준으로 30 내지 60°일 수 있으며, 보다 좋게는 40 내지 60°, 더욱 좋게는 50 내지 60°일 수 있다. 이와 같은 범위에서 히팅케이블 제조 시 금속코팅 탄소섬유의 직경과 중심점을 보다 일정하게 유지할 수 있어 좋다.
바람직하게, 상기 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유는 하기 관계식 1을 만족하는 것일 수 있다.
[관계식 1]
│D0-D90│/D0 × 100 ≤ 10
(상기 관계식 1에서 D0 및 D90은 각각 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유의 직경으로, D0는 일방향의 섬유 직경(㎛)이며, D90은 상기 일방향의 수직방향의 섬유 직경(㎛)이다.)
즉, 상기 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유는 금속코팅 탄소섬유 기재가 특정 방향으로 쏠리지 않고 직경과 중심점이 일정하게 유지된 동심원 구조를 가진 것일 수 있으며, 이를 통해 목표하는 수준의 발열을 정밀하게 제어할 수 있다. 보다 바람직하게, │D0-D90│/D0 × 100은 5 이하, 더욱 좋게는 3 이하일 수 있으며, 이때 하한은 0일 수 있다. 반면, 금속코팅 탄소섬유 기재의 형태가 동심원 구조를 가지지 못 하고 심하게 찌그러질 경우 히팅케이블의 구역 마다 발열 정도가 다를 수 있어 좋지 않다.
한편, 본 발명에 일 예에 따른 금속코팅 탄소섬유 기재는, 탄소섬유의 외경에 도금 공정을 통해 금속이 코팅된 탄소섬유라면 제한 없이 이용이 가능하나, 본 발명에서 제조하고자 하는 발열 특성 및 기계적 강도를 만족하기 위해서는, 무전해 도금 및 전해 도금을 통해 금속이 이중으로 코팅된 탄소섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로 예를 들면 니켈 또는 구리로 무전해 도금한 후 니켈을 전해 도금한 금속코팅 탄소섬유일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 아울러, 상기 도금에 의해 생성된 금속코팅의 두께는 50 내지 500 ㎚일 수 있다. 상기 금속코팅의 두께에 따라 금속코팅 탄소섬유의 전기저항이 상이하게 나타날 수 있고, 바람직한 전기저항은 0.1 내지 10 Ω/m일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 금속코팅 탄소섬유 기재는 모노필라멘트 100 내지 50,000 가닥의 다발일 수 있으며, 바람직하게는 1K(모노필라멘트 1,000 가닥), 3K(모노필라멘트 3,000 가닥), 6K(모노필라멘트 6,000 가닥), 12K(모노필라멘트 12,000 가닥), 48K(모노필라멘트 48,000 가닥)인 금속코팅 탄소섬유 기재를 사용할 수 있고, 보다 바람직하게는 3K(모노필라멘트 3,000 가닥) 내지 12K(모노필라멘트 12,000 가닥)인 금속코팅 탄소섬유 기재를 사용할 수 있다.
본 발명에 일 예에 따른 유리섬유는 말 그대로 유리를 섬유처럼 가늘고 길게 뽑은 소재로, 상기 유리섬유의 직경은 1 내지 20 ㎛일 수 있으며, 보다 좋게는 3 내지 15 ㎛일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
아울러, 상기 유리섬유는 한 가닥 또는 둘 이상의 복수의 가닥일 수 있으며, 바람직하게는 3 내지 20 가닥의 유리섬유를 사용하는 것이 히팅케이블 제조 시 금속코팅 탄소섬유의 직경과 중심점을 보다 일정하게 유지할 수 있어 좋다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 전술한 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 상세하게 a) 금속코팅 탄소섬유 기재를 제조하는 단계; 및 b) 상기 금속코팅 탄소섬유 기재의 외주면을 따라 소정 틀어진 각도로 유리섬유를 감싸는 단계;를 포함할 수 있다.
먼저, a) 금속코팅 탄소섬유 기재를 제조하는 단계를 수행할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 일 예에 따른 금속코팅 탄소섬유 기재는, 탄소섬유의 외경에 도금 공정을 통해 금속이 코팅된 탄소섬유라면 제한 없이 이용이 가능하나, 본 발명에서 제조하고자 하는 발열 특성 및 기계적 강도를 만족하기 위해서는, 무전해 도금 및 전해 도금을 통해 금속이 이중으로 코팅된 탄소섬유를 사용하는 것이 바람직하다.
구체적인 일 예시로, 상기 a)단계는, a-1) 탄소섬유를 제1금속으로 무전해도금하는 단계; 및 a-2) 상기 무전해도금된 탄소섬유를 제2금속으로 전해도금하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 제1금속 및 제2금속의 종류는 서로 같거나 또는 다를 수 있고, 바람직하게는 제1금속은 니켈 또는 구리, 제2금속은 니켈일 수 있다. 본 발명의 무전해 및 전해 공정은 국내 등록특허 제10-1427309호에 제시된 방법을 통해 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 a-1)단계는 순수(pure water), 제1금속염, 착화제, 환원제, 안정제 및 pH 조절제를 포함하는 무전해 도금액에 탄소섬유를 통과시켜 수행될 수 있고, 상기 a-2)단계는 a-1)단계에 이어 연속적으로 수행되는 것으로 제2금속염 및 pH 완충제를 이용하여 정전압(CV, constant voltage) 5 내지 15 V를 가하여 수행될 수 있으나, 상기 방법에 제한되는 것은 아니다.
상기 a-1)단계 및 a-2)단계 이전에, (ⅰ) 탄소섬유를 계면활성제, 유기 용매 및 비이온 계면활성제를 포함하는 수용액에 통과시켜 탄소섬유를 탈지 및 연화시키는 단계; (ⅱ) 상기 단계 (ⅰ)의 결과물인 탄소섬유를 아황산수소나트륨(NaHSO3), 황산(H2SO4), 과황산 암모늄((NH4)2S2O8) 및 순수를 포함하는 수용액에 통과시켜 중화, 세정 및 조질(conditioning) 작용을 하는 에칭 공정을 실시하는 단계; (ⅲ) 상기 단계 (ⅱ)의 결과물인 탄소섬유를 PdCl2 수용액에 통과시켜 센시타이징(sensitizing) 공정을 실시하는 단계; 및 (ⅳ) 상기 단계 (ⅲ)의 결과물인 탄소섬유를 황산(H2SO4) 수용액에 통과시켜 활성화(activating) 공정을 실시하는 단계;를 포함하는 전처리 공정을 통해 전처리된 탄소섬유를 사용할 수 있으나, 역시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 도금에 의해 생성된 금속코팅의 두께는 50 내지 500 ㎚일 수 있다. 상기 금속코팅의 두께에 따라 금속코팅 탄소섬유의 전기저항이 상이하게 나타날 수 있고, 바람직한 전기저항은 0.1 내지 10 Ω/m일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이와 같이, 금속코팅 탄소섬유 기재가 준비되면, b) 상기 금속코팅 탄소섬유 기재의 외주면을 따라 소정 틀어진 각도로 유리섬유를 감싸는 단계를 수행할 수 있다.
이때, 상기 b)단계의 각도는 금속코팅 탄소섬유 기재의 장방향축을 기준으로 30 내지 60°일 수 있으며, 보다 좋게는 40 내지 60°, 더욱 좋게는 50 내지 60°일 수 있다. 또한, 상기 간격은 유리섬유와 이격 배치된 유리섬유의 중심간 거리일 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 50 내지 300 ㎛일 수 있다. 이와 같은 범위에서 히팅케이블 제조 시 금속코팅 탄소섬유의 직경과 중심점을 보다 일정하게 유지할 수 있어 좋다.
아울러, 상기 b)단계는 금속코팅 탄소섬유 기재에 5 내지 10 N/tex의 장력을 인가하여 수행될 수 있다. 이와 같은 범위에서 b)단계 수행 시 금속코팅 탄소섬유 기재에 휨 변형이 가해지지 않아 도체가 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 금속코팅 탄소섬유의 직경과 중심점을 보다 일정하게 유지할 수 있다. 반면, 장력이 5 N/tex 미만이면 발열선의 중심점이 동심점으로부터 과하게 벗어날 수 있으며, 10 N/tex를 초과할 경우 금속코팅 탄소섬유 기재와 유리섬유 간의 마찰로 인해 금속코팅 탄소섬유 기재의 섬유 끊김(미세 단선)이나 금속코팅층이 손상되는 현상으로 인해 도체 저항이 높아지는 현상이 발생할 수 있어 좋지 않다.
또한, 상기 b)단계는 50 내지 300 사이클/분의 회전속도로 유리섬유를 감쌀 수 있으며, 보다 좋게는 100 내지 200 사이클/분의 회전속도로 유리섬유를 감쌀 수 있다. 이와 같은 범위에서 금속코팅 탄소섬유 기재에 손상이 발생하지 않을 수 있다.
나아가, 본 발명의 또 다른 일 양태는 전술한 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유를 이용하여 제조된 히팅케이블에 관한 것으로, 유리섬유로 감싸진 금속코팅 탄소섬유 기재를 내열수지 등으로 피복하여 제조된 것일 수 있다.
보다 상세하게, 상기 히팅케이블의 제조 방법은 A) 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유를 제조하는 단계; B) 1차 시스(sheath) 공정을 통해 상기 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유에 1차내열수지를 피복시켜 케이블 선재를 제조하는 단계; C) 편조 공정을 통해 상기 케이블 선재를 금속선으로 편조하는 단계; 및 D) 2차 시스 공정을 통해 상기 편조된 케이블 선재에 2차내열수지를 피복시켜 히팅케이블을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
먼저, 전술한 방법에 따라 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유를 제조한다. 필요에 따라서는 원하는 단위 길이 당 저항을 제조할 수 없을 경우, 절연된 케이블 도체를 2 가닥 이상으로 꼬아 케이블 다발로 제조하는 대연 공정을 수행할 수 있다.
그 후, 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유를 일정한 두께의 1차내열수지 피복으로 압출하는 공정을 수행하여 케이블 선재를 제조하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 1차내열수지는 폴리아마이드(PA), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리카보네이트(PC), 폴리염화비닐(PVC), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리스티렌(PS), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 수지(SAN), 아크릴로니트릴-스티렌-아크릴레이트 공중합체 수지(ASA), 폴리페닐렌에테르(PPE), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 및 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 열가소성 수지나, 또는 천연고무, 스킬렌부타디엔, 에틸렌프로필렌, 클로로프렌, 하이파론, 실리콘 및 에틸렌 비닐 아세테이트 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 고무류 수지일 수 있다.
다음으로, 상기 케이블 선재를 구리, 스테인리스 또는 주석도금선 등의 금속선으로 편조하여 금속코팅 탄소섬유의 전단력을 보강하고. 도체를 외부 충격으로부터 보호할 수 있다.
끝으로, 다시 한 번 더 편조된 케이블 선재에 2차내열수지를 피복시켜 히팅케이블를 제조하는 단계를 수행할 수 있으며, 이때 2차내열수지는 1차내열수지와 동일 또는 상이한 재료일 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유와 이의 제조 방법, 및 이를 이용하여 제조된 히팅케이블에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.
[실시예 1]
3,000(3K) 가닥의 탄소섬유를 이용해, 등록특허 제10-1427309호에 따른 금속도금 탄소섬유 제조방법으로 니켈코팅 탄소섬유 기재(니켈코팅층 두께 100 ㎚)를 제조하였다.
상기 니켈코팅 탄소섬유 기재에 1 N/tex의 장력을 인가하면서 100 사이클/분의 회전속도로 MCF1의 외주면에 유리섬유(20 가닥, 직경 5 ㎛)를 감았으며, 이때 금속코팅 탄소섬유 기재의 장방향축을 기준으로 30°가 틀어지도록 조절하여 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유를 제조하였다.
[실시예 2 내지 7]
하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 유리섬유의 각도를 달리 조절한 것 외 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 수행하여 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유를 제조하였다.
[실시예 8 내지 11]
하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 니켈코팅 탄소섬유 기재에 가해지는 장력을 달리 조절한 것 외 모든 공정을 실시예 6과 동일하게 수행하여 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유를 제조하였다.
[비교예 1]
실시예 1과 동일한 방법으로 니켈코팅 탄소섬유 기재(니켈코팅층 두께 100 ㎚)를 준비한 후, 유리섬유를 감지 않고 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유를 제조하였다.
| 모노필라멘트 가닥 수 |
각도 (°) |
장력 (N/tex) |
|
| 실시예 1 | 3K | 30 | 5 |
| 실시예 2 | 3K | 40 | 5 |
| 실시예 3 | 3K | 50 | 5 |
| 실시예 4 | 3K | 53 | 5 |
| 실시예 5 | 3K | 57 | 5 |
| 실시예 6 | 3K | 60 | 5 |
| 실시예 7 | 3K | 65 | 5 |
| 실시예 8 | 3K | 57 | 1 |
| 실시예 9 | 3K | 57 | 3 |
| 실시예 10 | 3K | 57 | 10 |
| 실시예 11 | 3K | 57 | 15 |
| 비교예 1 | 3K | - | - |
[특성 평가]
상기에서 제조된 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유에 폴리아마이드 6(PA6) 수지(밀도 1.14 g/㎤, 융점 220℃, 인장강도 83 ㎫, Izod 충격강도 7.5 Kgf·㎝/㎝, 열변형온도 65℃)를 압출 성형하여 피복한 다음 그 외경에 구리선을 편조하고, 다시 한 번 상기 PA6수지를 압출 성형하여 피복함으로써 히팅케이블 시편을 제조하였다. 이와 같이 제조된 시편은 하기 방법에 따라 그 특성을 평가하였다.
1) 직경 측정: 금속코팅 탄소섬유의 일방향의 직경(D0, ㎛)과 일방향의 수직방향의 섬유 직경(D90, ㎛)을 각각 측정하고, 관계식 1에 따라 차이율(%)를 계산하여 하기 표 2에 나타내었다.
2) 전기저항(Ω/m): 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유의 미터 당 저항(Ω/m)을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
| 금속코팅 탄소섬유 직경 | 차이율 (%) |
전기저항 (Ω/m) |
||
| D0 (㎛) | D90 (㎛) | |||
| 실시예 1 | 714.85 | 622.61 | 12.90 | 1.49 |
| 실시예 2 | 706.74 | 631.32 | 10.67 | 1.47 |
| 실시예 3 | 691.46 | 657.37 | 4.93 | 1.42 |
| 실시예 4 | 687.13 | 665.94 | 3.08 | 1.41 |
| 실시예 5 | 682.45 | 673.21 | 1.35 | 1.40 |
| 실시예 6 | 691.67 | 658.23 | 4.83 | 1.43 |
| 실시예 7 | 703.22 | 636.85 | 9.44 | 1.49 |
| 실시예 8 | 718.63 | 619.57 | 13.78 | 1.50 |
| 실시예 9 | 695.29 | 652.54 | 6.15 | 1.49 |
| 실시예 10 | 679.38 | 669.19 | 1.50 | 1.41 |
| 실시예 11 | 685.17 | 672.64 | 1.83 | 1.53 |
| 비교예 1 | 722.96 | 606.86 | 16.06 | 1.52 |
본 발명에 따라 금속코팅 탄소섬유 기재에 유리섬유를 감싼 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유의 경우 중심점이 잘 잡혀 서로 직교하는 두 방향의 직경의 크기 차이가 비교예 1 대비 작아졌으며, 그에 따라 전기저항이 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
다만, 실시예 11의 경우 금속코팅 탄소섬유 기재에 가해지는 장력의 크기가 너무 커 금속코팅 탄소섬유 기재의 섬유 끊김(미세 단선)이나 금속코팅층이 손상되는 현상으로 인해 비교예 1보다도 전기저항이 높아지는 문제가 발생하였다.
이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
Claims (9)
- 금속코팅 탄소섬유 기재를 유리섬유로 감싼 금속코팅 탄소섬유로,
상기 유리섬유는 금속코팅 탄소섬유 기재의 외주면을 따라 소정 틀어진 각도로 금속코팅 탄소섬유 기재를 감싸는 것이며,
상기 각도는 금속코팅 탄소섬유 기재의 장방향축을 기준으로 50 내지 60°이고,
상기 유리섬유와 이격 배치된 유리섬유의 중심간 간격은 50 내지 300 ㎛인, 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유. - 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유는 하기 관계식 1을 만족하는 것인, 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유.
[관계식 1]
│D0-D90│/D0 × 100 ≤ 10
(상기 관계식 1에서 D0 및 D90은 각각 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유의 직경으로, D0는 일방향의 섬유 직경(㎛)이며, D90은 상기 일방향의 수직방향의 섬유 직경(㎛)이다.) - 제 1항에 있어서,
상기 금속코팅 탄소섬유 기재는 모노필라멘트 100 내지 50,000 가닥의 다발인, 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유. - a) 금속코팅 탄소섬유 기재를 제조하는 단계; 및
b) 상기 금속코팅 탄소섬유 기재의 외주면을 따라 소정 틀어진 각도로 유리섬유를 감싸는 단계;를 포함하며,
상기 각도는 금속코팅 탄소섬유 기재의 장방향축을 기준으로 50 내지 60°이고,
상기 유리섬유와 이격 배치된 유리섬유의 중심간 간격은 50 내지 300 ㎛인, 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유의 제조 방법. - 삭제
- 제 5항에 있어서,
상기 b)단계는 금속코팅 탄소섬유 기재에 5 내지 10 N/tex의 장력을 인가하여 수행되는 것인, 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유의 제조 방법. - 제 5항에 있어서,
상기 b)단계는 50 내지 300 사이클/분의 회전속도로 유리섬유를 감싸는 것인, 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유의 제조 방법. - 제1항, 제3항 및 제4항에서 선택되는 어느 한 항의 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유를 이용하여 제조된 히팅케이블.
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| KR1020210145728 | 2021-10-28 |
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| KR1020210164261A KR102476834B1 (ko) | 2021-10-28 | 2021-11-25 | 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유와 이의 제조 방법, 및 이를 이용하여 제조된 히팅케이블 |
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| KR20170030126A (ko) | 2015-09-08 | 2017-03-17 | 씨이에스 주식회사 | 균일한 발열량을 갖는 히팅케이블의 제조장치 |
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-
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