KR102591167B1 - Heating Wire Cable And Heating Sheet Having The Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열선 케이블 및 이를 포함하는 발열시트에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 인장강도 및 내굴곡성이 우수한 동시에 이와 상충관계에 있는 유연성이 우수하고, 경량이며, 종래 열선 케이블에서 도체의 일부 단선에 따른 해당 부위의 저항 급증으로 과열 현상이 일어나는 핫스팟을 억제할 수 있는 열선 케이블 및 이를 포함하는 발열시트에 관한 것이다.The present invention relates to a heating cable and a heating sheet including the same. Specifically, the present invention has excellent tensile strength and bending resistance, and at the same time has excellent flexibility, which is a trade-off between these, is lightweight, and suppresses hot spots where overheating occurs due to a surge in resistance in the corresponding area due to disconnection of a portion of the conductor in a conventional heating wire cable. It relates to a heating cable that can be used and a heating sheet including the same.
Description
본 발명은 열선 케이블 및 이를 포함하는 발열시트에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 인장강도 및 내굴곡성이 우수한 동시에 이와 상충관계에 있는 유연성이 우수하고, 경량이며, 종래 열선 케이블에서 도체의 일부 단선에 따른 해당 부위의 저항 급증으로 과열 현상이 일어나는 핫스팟을 억제할 수 있는 열선 케이블 및 이를 포함하는 발열시트에 관한 것이다.The present invention relates to a heating cable and a heating sheet including the same. Specifically, the present invention has excellent tensile strength and bending resistance, and at the same time has excellent flexibility, which is a trade-off between these, is lightweight, and suppresses hot spots where overheating occurs due to a surge in resistance in the corresponding area due to disconnection of a portion of the conductor in a conventional heating wire cable. It relates to a heating cable that can be used and a heating sheet including the same.
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 발열체인 발열시트를 형성하게 된다.In general, heating cables are built into car seats to generate heat by supplying electricity to protect drivers and passengers from the cold. This heating wire cable has a structure in which a plurality of conductor core wires are individually coated with an insulating material, gathered in a bundle form, and then wrapped with a covering material, and are arranged in a zigzag pattern on a mounting surface made of flame retardant non-woven fabric, etc. A heating sheet, which is a planar heating element, is formed.
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.These heating cables must have excellent mechanical properties such as tensile strength and bending resistance to prevent damage from mechanical, chemical, and thermal stress caused by the occupant's load and vehicle body vibration when used inside a car seat. In addition, as described above, in order to form a planar heating element by arranging in a zigzag manner, flexibility must also be excellent.
그러나, 열선 케이블의 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 곤란할 수 있다.However, in order to improve the mechanical properties such as bending resistance of the heating wire cable, other alloying elements are added to the copper (Cu) of the conductor core wire that makes up the cable to alloy it, or when a plurality of heating wires are twisted together at a certain pitch and gathered into a bundle form. Although the mechanical properties of the cable may be improved, flexibility may decrease or the resistance of the conductor core may increase, making it difficult to control the heat generation amount of the hot wire cable.
구체적으로, 자동차의 시트 등에 적용되는 상기 열선 케이블은 발열온도가 통상 70℃ 이하의 범위여야 하고, 이를 위해 입력 전류에 맞게 열선 케이블 전체저항을 조절할 필요가 있는데, 이러한 열선 케이블 전체저항을 더욱 조절하기 위해서는 각각의 도체심선의 직경을 작게 하여 각각의 도체심선의 단면적을 줄이고 도체심선의 가닥수로 저항을 조절하는 것이 유리하나, 도체심선의 직경을 줄이는 경우 열선의 인장강도, 내굴곡성 등의 기계적 특성이 저하되고, 이로써 작업성이 저하되는 문제가 있다. 반면, 열선의 인장강도, 내굴곡성 등의 기계적 특성을 향상시키기 위해 상기 도체심선의 직경을 증가시키는 경우 저항조절이 어려울 뿐만 아니라 열선 케이블의 유연성이 저하될 수 있다.Specifically, the heating temperature of the heating cable applied to automobile seats, etc. must generally be in the range of 70°C or less, and for this purpose, it is necessary to adjust the overall resistance of the heating cable to suit the input current. To further adjust the overall resistance of the heating cable, For this purpose, it is advantageous to reduce the cross-sectional area of each conductor core wire by reducing the diameter of each conductor core wire and adjust the resistance by the number of strands of the conductor core wire. However, when the diameter of the conductor core wire is reduced, the mechanical properties such as tensile strength and bending resistance of the hot wire There is a problem that this decreases, and thus workability decreases. On the other hand, when the diameter of the conductor core wire is increased to improve the mechanical properties such as tensile strength and bending resistance of the heating wire, not only may it be difficult to control resistance, but the flexibility of the heating wire cable may be reduced.
또한, 종래 구리 합금의 도체가 적용되는 경우 열선 케이블의 무게가 증가하여 자동차 경량화 추세에 부합하지 못하는 문제가 있으며, 특히 종래 구리 합금 도체는 내굴곡성을 향상시키는데 한계가 있어 일부 도체 소선이 단선되어 해당 부위의 저항이 급증함에 따라 과도한 발열이 발생하는 핫스팟으로 운전자 등에 화상을 입히거나 화재의 원인이 될 수 있는 문제가 있다.In addition, when conventional copper alloy conductors are applied, there is a problem that the weight of the heating cable increases, making it unable to comply with the trend of lightweighting automobiles. In particular, conventional copper alloy conductors have limitations in improving bending resistance, so some conductor wires are disconnected, resulting in As the resistance of the area rapidly increases, excessive heat is generated as a hot spot, which can cause burns to the driver or cause a fire.
따라서,인장강도 및 내굴곡성이 우수한 동시에 이와 상충관계에 있는 유연성이 우수하고, 경량이며, 종래 열선 케이블에서 도체의 일부 단선에 따른 해당 부위의 저항 급증으로 과열 현상이 일어나는 핫스팟을 억제할 수 있는 열선 케이블 및 이를 포함하는 발열시트이 절실히 요구되고 있는 실정이다.Therefore, it is a hot wire that has excellent tensile strength and bending resistance, and at the same time has excellent flexibility in a trade-off relationship, is lightweight, and can suppress hot spots where overheating occurs due to a surge in resistance in the relevant area due to disconnection of a portion of the conductor in the conventional hot wire cable. There is an urgent need for cables and heating sheets containing them.
본 발명은 인장강도 및 내굴곡성이 우수한 동시에 이와 상충관계에 있는 유연성이 우수한 열선 케이블 및 이를 포함하는 발열시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide a heating cable with excellent tensile strength and bending resistance and excellent flexibility in a trade-off relationship, and a heating sheet including the same.
또한, 본 발명은 경량이며, 종래 열선 케이블에서 도체의 일부 단선에 따른 해당 부위의 저항 급증으로 과열 현상이 일어나는 핫스팟을 억제할 수 있는 열선 케이블 및 이를 포함하는 발열시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention aims to provide a heating cable and a heating sheet including the same that are lightweight and can suppress hot spots where overheating occurs due to a rapid increase in resistance in the corresponding area due to a break in a portion of the conductor in a conventional heating cable.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,In order to solve the above problems, the present invention,
열선 케이블로서, 탄소섬유 집합체 및 상기 탄소섬유 집합체를 감싸는 절연층을 포함하고, 상기 탄소섬유 집합체는 상기 열선 케이블의 길이방향으로 연장된 복수개의 탄소섬유 가닥들이 연합된 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.A heating wire cable, comprising a carbon fiber assembly and an insulating layer surrounding the carbon fiber assembly, wherein the carbon fiber assembly is a union of a plurality of carbon fiber strands extending in the longitudinal direction of the heating cable. to provide.
여기서, 상기 탄소섬유 집합체 또는 이에 포함되는 탄소섬유 가닥들이 도금된 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.Here, a heating cable is provided, wherein the carbon fiber assembly or the carbon fiber strands included therein are plated.
또한, 상기 도금은 구리(Cu)나 니켈(Ni) 또는 구리-니켈(Cu-Ni)에 의한 도금인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.In addition, a heating wire cable is provided, wherein the plating is plating using copper (Cu), nickel (Ni), or copper-nickel (Cu-Ni).
그리고, 상기 도금 두께는 0.1 내지 0.5 ㎛인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.In addition, a heating wire cable is provided, wherein the plating thickness is 0.1 to 0.5 ㎛.
한편, 상기 탄소섬유 집합체는 구리 또는 구리 합금으로 이루어진 도체 심선을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.Meanwhile, the carbon fiber assembly provides a heating cable, characterized in that it additionally includes a conductor core wire made of copper or a copper alloy.
나아가, 상기 탄소섬유 집합체에 포함되는 복수개의 탄소섬유 가닥들은 1,000 내지 24,000개인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.Furthermore, a heating wire cable is provided, wherein the number of carbon fiber strands included in the carbon fiber assembly is 1,000 to 24,000.
한편, 상기 탄소섬유 집합체는 복수개의 탄소섬유 가닥들이 2 내지 30 mm의 피치로 꼬아서 집합된 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.Meanwhile, the carbon fiber assembly provides a heating cable, characterized in that a plurality of carbon fiber strands are twisted and assembled at a pitch of 2 to 30 mm.
그리고, 상기 절연층은 실리콘을 베이스 수지로 포함하는 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.In addition, the insulating layer provides a heating cable, characterized in that it contains silicon as a base resin.
또한, 상기 절연층은 상기 탄소섬유 집합체의 표면에 배치되는 탄소섬유 가닥들 사이로 부분적으로 침투하는 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.In addition, the insulating layer provides a heating cable, characterized in that it partially penetrates between the carbon fiber strands disposed on the surface of the carbon fiber assembly.
나아가, 상기 절연층 위에 피복층을 추가로 포함하고, 상기 피복층은 고분자 수지와 난연제가 혼합된 피복 조성물로부터 형성되는 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.Furthermore, a heating wire cable is provided, further comprising a coating layer on the insulating layer, wherein the coating layer is formed from a coating composition in which a polymer resin and a flame retardant are mixed.
여기서, 상기 고분자 수지는 인장강도가 35 내지 85 MPa이고, 굴곡강도가 70 내지 120 MPa인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.Here, the polymer resin provides a heating cable, characterized in that the tensile strength is 35 to 85 MPa and the bending strength is 70 to 120 MPa.
또한, 상기 난연제의 함량은 상기 피복 조성물의 총 중량을 기준으로 15 내지 25 중량%인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.In addition, it provides a heating cable, characterized in that the content of the flame retardant is 15 to 25% by weight based on the total weight of the coating composition.
한편, 상기 열선 케이블이 배치된 발열부 및 상기 열선 케이블이 부착되는 몸체부를 포함하는 발열 시트를 제공한다.Meanwhile, a heating sheet is provided including a heating portion where the heating cable is disposed and a body portion to which the heating cable is attached.
여기서, 전체적으로 한 가닥의 열선 케이블이 복수회 굴곡되어 배치되는 직렬 타입 또는 복수개의 열선 케이블이 병렬로 연결되는 병렬 타입인 발열 시트를 제공한다.Here, a heating sheet is provided that is either a series type in which a single strand of heating cable is bent a plurality of times and arranged or a parallel type in which a plurality of heating cables are connected in parallel.
본 발명에 따른 열선 케이블은 종래 열선 케이블의 도체 소재인 구리 또는 구리 합금을 대체하여 탄소섬유를 적용함으로써 인장강도 및 내굴곡성이 우수한 동시에 이와 상충관계에 있는 유연성이 우수한 효과를 나타낸다.The heating cable according to the present invention uses carbon fiber instead of copper or copper alloy, which is the conductor material of conventional heating cables, and thus exhibits excellent tensile strength and bending resistance, while also exhibiting excellent flexibility in a trade-off relationship.
또한, 본 발명에 따른 열선 케이블은 탄소섬유 도체에 의해 경량이고 종래 열선 케이블에서 도체의 일부 단선에 따른 해당 부위의 저항 급증으로 과열 현상이 일어나는 핫스팟을 억제할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.In addition, the heating cable according to the present invention is lightweight due to the carbon fiber conductor and has an excellent effect in suppressing hot spots where overheating occurs due to a rapid increase in resistance in the corresponding area due to disconnection of a portion of the conductor in the conventional heating cable.
도 1은 본 발명에 따른 열선 케이블의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 발열시트의 사시도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 발열시트의 다양한 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.Figure 1 schematically shows the cross-sectional structure of a heating cable according to the present invention.
Figure 2 schematically shows a perspective view of a heating sheet according to the present invention.
Figure 3 schematically shows various embodiments of the heating sheet shown in Figure 2.
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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosure will be thorough and complete, and so that the spirit of the invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
도 1은 본 발명에 따른 열선 케이블의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.Figure 1 schematically shows the cross-sectional structure of a heating cable according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열선 케이블(100)은 탄소섬유 집합체(10) 및 이를 감싸는 절연층(20)을 포함할 수 있다. 상기 탄소섬유 집합체(10)는 전류가 흐를때 보유한 저항에 의해 발열을 구현하는 구성으로서, 상기 열선 케이블(100)의 길이 방향으로 연장된 탄소섬유 약 1K 내지 24K(약 1,000 내지 24,000 가닥)가 집합됨으로써 형성될 수 있고, 일정한 피치, 예를 들어, 2 내지 30 mm의 피치로 꼬아서 집합됨으로써 형성될 수 있다.As shown in FIG. 1, the heating cable 100 according to the present invention may include a carbon fiber assembly 10 and an insulating layer 20 surrounding the carbon fiber assembly 10. The carbon fiber assembly 10 is a configuration that generates heat by resistance when current flows, and is made up of about 1K to 24K (about 1,000 to 24,000 strands) of carbon fibers extending in the longitudinal direction of the heating cable 100. It can be formed by twisting and gathering at a certain pitch, for example, a pitch of 2 to 30 mm.
상기 탄소섬유 집합체(10)는 종래 열선 케이블의 구리 또는 구리 합금 도체에 비해 약 10배 이상 향상된 인장강도 및 약 4배 이상 향상된 내굴곡성을 보유하는 동시에 유연성도 크게 우수하며 약 5% 이상 경량인 장점이 있다. 또한, 상기 탄소섬유 집합체(10) 자체의 높은 체적저항에 의해 상기 열선 케이블에 전원 인가시 신속히 목적한 온도로 승온이 가능한 속온특성, 예를 들어, 50℃/60초(10V/2A) 이상의 속온특성을 보유하는 장점이 있다.The carbon fiber assembly 10 has the advantage of having a tensile strength that is about 10 times more improved and a bending resistance that is about 4 times more improved than that of the copper or copper alloy conductor of a conventional heating cable, while also being significantly superior in flexibility and being about 5% lighter. There is. In addition, due to the high volume resistance of the carbon fiber assembly 10 itself, it has a fast temperature characteristic that allows the temperature to be quickly raised to the desired temperature when power is applied to the heating cable, for example, a fast temperature of 50°C/60 seconds (10V/2A) or higher. There is an advantage to having characteristics.
또한, 상기 탄소섬유 집합체(10)는 이를 포함하는 열선 케이블의 용도에 따라 저항을 낮추기 위해 상기 탄소섬유 집합체(10) 또는 이에 포함되는 탄소섬유 가닥들이 구리(Cu), 니켈(Ni), 구리-니켈(Cu-Ni) 등의 금속에 의해 도금되거나, 상기 탄소섬유 집합체(10) 내부에 구리 또는 구리 합금으로 이루어진 도체 심선을 추가로 포함할 수 있다.In addition, the carbon fiber assembly 10 or the carbon fiber strands included therein are made of copper (Cu), nickel (Ni), copper- It may be plated with a metal such as nickel (Cu-Ni), or a conductor core wire made of copper or copper alloy may be additionally included inside the carbon fiber assembly 10.
특히, 상기 탄소섬유 집합체(10) 또는 이에 포함되는 탄소섬유 가닥들의 도금은 상기 탄소섬유 가닥 또는 집합체를 에폭시 수지 등의 사이징제와 금속 분말이 혼합된 조성물에 함침시킴으로써 수행할 수 있고, 이로써 도금과 탄소섬유 가닥들의 밀착력을 추가로 향상시킬 수 있다. 상기 사이징제의 함량은 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 1 중량%일 수 있고, 상기 도금 두께는 약 0.1 내지 0.5 ㎛일 수 있다.In particular, plating of the carbon fiber assembly 10 or the carbon fiber strands included therein can be performed by impregnating the carbon fiber strand or assembly in a composition containing a mixture of a sizing agent such as an epoxy resin and a metal powder, thereby plating and The adhesion of the carbon fiber strands can be further improved. The content of the sizing agent may be 0.1 to 1% by weight based on the total weight of the composition, and the plating thickness may be about 0.1 to 0.5 ㎛.
여기서, 상기 도금 두께가 0.1 ㎛ 미만인 경우 상기 열선 케이블의 전기전도도의 저하에 의해 발열 조절이 어려울 수 있는 반면, 0.5 ㎛ 초과인 경우 상기 열선 케이블의 무게가 불필요하게 증가하는 문제가 발생할 수 있다.Here, if the plating thickness is less than 0.1 ㎛, it may be difficult to control heat generation due to a decrease in the electrical conductivity of the heating cable, whereas if it is more than 0.5 ㎛, a problem may occur in which the weight of the heating cable is unnecessarily increased.
상기 구리-니켈(Cu-Ni)로 도금된 탄소섬유 가닥의 도금 두께에 따른 특성은 아래 표 1에 나타난 바와 같고, 구리-니켈(Cu-Ni)로 도금된 탄소섬유 가닥의 사이징제 함량에 따른 특성은 아래 표 2에 나타난 바와 같고, 이를 포함하는 탄소섬유 집합체(10)가 적용된 열선 케이블의 특성은 아래 표 3에 나타난 바와 같다.The characteristics of the carbon fiber strand plated with copper-nickel (Cu-Ni) according to the plating thickness are as shown in Table 1 below, and the characteristics according to the sizing agent content of the carbon fiber strand plated with copper-nickel (Cu-Ni) are as shown in Table 1 below. The characteristics are as shown in Table 2 below, and the characteristics of the heating cable to which the carbon fiber assembly 10 containing this is applied are as shown in Table 3 below.
- case 1 : 사이징제 에폭시 수지 0.4 중량%- Case 1: Sizing agent epoxy resin 0.4% by weight
- case 2 : 사이징제 에폭시 수지 0.2 중량%- Case 2: Sizing agent epoxy resin 0.2% by weight
특히, 상기 표 2에 나타난 바와 같이, 상기 탄소섬유 가닥에 도금을 수행한 경우 사이징제 함량이 낮으면 그에 따라 저항이 높음을 확인할 수 있다.In particular, as shown in Table 2, when plating is performed on the carbon fiber strand, it can be confirmed that the resistance is high when the sizing agent content is low.
상기 절연층(20)은 상기 탄소섬유 집합체(10) 위에 절연 조성물을 코팅, 압출 등을 수행함으로써 형성될 수 있고, 상기 탄소섬유 집합체(10)는 수천~수만 가닥의 탄소섬유 가닥들이 집합됨으로써 형성되기 때문에 상기 탄소섬유 집합체(10)의 표면에 배치되는 탄소섬유 가닥들 사이로 상기 절연층(20)이 부분적으로 침투할 수 있다.The insulating layer 20 may be formed by coating or extruding an insulating composition on the carbon fiber assembly 10, and the carbon fiber assembly 10 is formed by gathering thousands to tens of thousands of carbon fiber strands. Therefore, the insulating layer 20 may partially penetrate between the carbon fiber strands disposed on the surface of the carbon fiber assembly 10.
상기 절연 조성물은 실리콘, 폴리우레탄 등의 베이스 수지를 포함할 수 있고, 상기 열선 케이블의 전단력, 유연성 등을 고려할 때 폴리우레탄 수지에 비해 상대적으로 유연성, 취성 등이 우수한 실리콘을 포함하는 것이 바람직하다.The insulating composition may include a base resin such as silicone or polyurethane, and when considering the shear force and flexibility of the heating cable, it is preferable to include silicone, which has relatively superior flexibility and brittleness compared to polyurethane resin.
상기 절연층(20)을 형성하는 절연 조성물에 베이스 수지로 포함될 수 있는 실리콘 A 내지 D의 물성은 아래 표 4 및 5에 나타난 바와 같다.The physical properties of silicones A to D that can be included as a base resin in the insulating composition forming the insulating layer 20 are as shown in Tables 4 and 5 below.
상기 표 4 및 5에서 혼합비율은 절연 조성물에 포함되는 용매인 자일렌과 실리콘 수지의 중량비이다.The mixing ratio in Tables 4 and 5 is the weight ratio of xylene, a solvent included in the insulating composition, and silicone resin.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열선 케이블은 상기 절연층(20) 위에 피복부(30)가 추가로 구비될 수 있다.As shown in FIG. 1, the heating cable according to the present invention may be additionally provided with a covering portion 30 on the insulating layer 20.
상기 피복부(30)는 상기 열선 케이블 표면에서의 열발산 분포가 균일하게 이루어지도록 할 뿐만 아니라, 상기 열선 케이블의 외력, 휘어짐, 꼬임 등에도 불구하고 상기 탄소섬유 집합체(10)의 집합된 구조를 안정적으로 고정시키는 동시에, 외부의 충격이나 압력으로부터 상기 탄소섬유 집합체(10)를 보호하는 역할을 수행할 수 있다.The covering portion 30 not only ensures uniform heat dissipation distribution on the surface of the heating cable, but also maintains the assembled structure of the carbon fiber assembly 10 despite external force, bending, twisting, etc. of the heating cable. It can stably fix the carbon fiber assembly 10 and protect it from external shock or pressure.
상기 피복부(30)는 고분자 수지와 난연제가 혼합된 피복 조성물로부터 형성될 수 있다. 상기 고분자 수지는 인장강도가 35 내지 85 MPa이고, 굴곡강도가 70 내지 120 MPa일 수 있고, 예를 들어, 폴리아미드12(PA12), 열가소성 폴리엘라스토머(TPE) 등일 수 있고, 상기 피복부(30)는 상기 피복 조성물의 코팅, 압출 등에 의해 형성되거나 상기 피복 조성물로 이루어진 튜브 형태로 형성될 수 있다.The coating portion 30 may be formed from a coating composition in which a polymer resin and a flame retardant are mixed. The polymer resin may have a tensile strength of 35 to 85 MPa and a flexural strength of 70 to 120 MPa, for example, polyamide 12 (PA12), thermoplastic polyelastomer (TPE), etc., and the coating portion 30 ) may be formed by coating, extrusion, etc. of the coating composition, or may be formed in the form of a tube made of the coating composition.
여기서, 상기 고분자 수지의 인장강도가 35 MPa 미만인 경우 상기 피복부(30)에 충분한 난연성을 부여하기 위해 난연제를 다량 첨가하는 경우 상기 피복부(30)의 기계적 특성이 크게 저하되어 외부의 충격이나 압력으로부터 상기 탄소섬유 집합체(10)를 충분히 보호할 수 없는 반면, 상기 고분자 수지의 굴곡강도가 120 MPa 초과인 경우, 상기 열선 케이블의 유연성이 불충분할 수 있다.Here, when the tensile strength of the polymer resin is less than 35 MPa and a large amount of flame retardant is added to provide sufficient flame retardancy to the coating portion 30, the mechanical properties of the coating portion 30 are greatly reduced, making it susceptible to external shock or pressure. On the other hand, if the flexural strength of the polymer resin exceeds 120 MPa, the flexibility of the heating cable may be insufficient.
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.The flame retardants include brominated flame retardants, halogen-based flame retardants such as chlorine-based flame retardants, organic flame retardants such as organophosphorus-based flame retardants, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, antimony trioxide, antimony oxide, red phosphorus-based flame retardants, boron-based flame retardants, silica-based flame retardants, melamine-based flame retardants, It may include inorganic flame retardants such as phosphoric acid ester-based flame retardants and inorganic phosphorus-based flame retardants.
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.However, if the flame retardant is a halogen-based flame retardant such as a brominated or chlorinated flame retardant, there is a problem that environmental problems such as dioxin are emitted during soldering or incineration for disposal, causing environmental problems and deteriorating workability. Therefore, the flame retardant is preferably a non-halogen-based flame retardant, and in particular, considering compatibility with the polymer resin, it is preferably an organic or non-halogen-based flame retardant such as an organophosphorus flame retardant, a melamine-based flame retardant, or a phosphoric acid ester-based flame retardant.
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 피복부(30)의 기계적 특성이 과도하게 저하될 수 있다. 상기 피복부(30)의 두께는 예를 들어 약 0.2 내지 0.25 mm일 수 있고, 이로 인해 상기 열선 케이블의 전체 직경은 약 0.5 내지 1.5 mm일 수 있다.The content of the flame retardant may be 15 to 25% by weight based on the total weight of the coating composition. If the flame retardant content is less than 15% by weight, the flame retardancy of the heating cable may be insufficient, while if it is more than 25% by weight, the mechanical properties of the coating portion 30 may be excessively deteriorated. The thickness of the coating portion 30 may be, for example, about 0.2 to 0.25 mm, and thus the overall diameter of the heating cable may be about 0.5 to 1.5 mm.
본 발명에 따른 열선 케이블의 단면은 원형이거나 원형에 가까울수록 바람직하다. 예를 들어, 상기 열선 케이블의 진원도, 즉 상기 열선 케이블의 임의의 단면에서 최장 직경 대비 최단 직경의 비율이 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상일 수 있다. 상기 열선 케이블의 진원도가 80% 미만인 경우 상기 열선 케이블이 적용된 발열시트의 사용시 외압, 충격 등에 의해 상기 열선 케이블이 국부적으로 파손되거나 발열이 불균일할 수 있다.The cross-section of the heating cable according to the present invention is preferably circular or closer to circular. For example, the roundness of the hot wire cable, that is, the ratio of the shortest diameter to the longest diameter at any cross section of the hot wire cable, may be 80% or more, preferably 90% or more. If the roundness of the heating cable is less than 80%, the heating cable may be locally damaged or heat generation may be uneven due to external pressure, impact, etc. when using a heating sheet to which the heating cable is applied.
도 2는 본 발명에 따른 발열시트의 사시도를 개략적으로 도시한 것으로, 본 발명에 따른 발열시트는 자동차 열선시트 뿐만 아니라 방석, 침대시트, 농업용 필름, 보온병, 웨어러블 디바이스(wearable device), 항공기, 현수교 등 산업용 발열기구 등 다양한 용도로 사용될 수 있다.Figure 2 schematically shows a perspective view of the heating sheet according to the present invention. The heating sheet according to the present invention is used not only for automobile heating sheets, but also for cushions, bed sheets, agricultural films, thermoses, wearable devices, aircraft, and suspension bridges. It can be used for various purposes such as industrial heating devices.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 발열시트(1000)는 발열부(100)와 몸체부(200)를 포함할 수 있고, 상기 몸체부(200)는 상기 열선 케이블이 부착될 수 있는 부직포 또는 내열필름 등으로 구성되고, 상기 발열부(100)는 몸체부(200)의 일면에 본 발명에 따른 열선 케이블을 직렬 또는 병렬로 연결하여 구성할 수 있다. 여기서, 상기 열선 케이블의 탄소섬유 집합체(10)는 납땜성이 떨어지므로, 상기 열선 케이블에 전원을 인가하기 위한 전원선, 전원인가선 등과 열선케이블 연결부위에 도전성 은(Ag) 페이스트를 사용하여 납땜부 형성이 가능하다.As shown in FIG. 2, the heating sheet 1000 according to the present invention may include a heating portion 100 and a body portion 200, and the body portion 200 has a heating cable to which the heating cable can be attached. It is made of non-woven fabric or heat-resistant film, and the heating unit 100 can be configured by connecting the heating cable according to the present invention to one surface of the body unit 200 in series or parallel. Here, since the carbon fiber assembly 10 of the heating cable has poor solderability, conductive silver (Ag) paste is used to solder the connection portion of the heating cable with the power line, power supply line, etc. for applying power to the heating cable. Wealth formation is possible.
도 3은 도 2에 도시된 발열시트의 다양한 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.Figure 3 schematically shows various embodiments of the heating sheet shown in Figure 2.
구체적으로, 도 3a는 발열시트(1000)의 발열부(100)에 포함되는 열선 케이블이 직렬로 배치된 직렬 타입이고, 도 3b는 발열시트(1000)의 발열부(100)에 포함되는 열선 케이블이 병렬로 배치된 병렬 타입이다. 직렬 타입은 병렬 타입에 비해 제조비용이 절감되는 장점이 있는 반면 병렬 타입은 직렬 타입에 비해 촘촘한 열선 케이블 배열에 의해 발열 조절이 용이한 장점이 있다.Specifically, Figure 3a shows a serial type in which the heating cables included in the heating part 100 of the heating sheet 1000 are arranged in series, and Figure 3b shows the heating cables included in the heating part 100 of the heating sheet 1000. This is a parallel type arranged in parallel. The serial type has the advantage of reducing manufacturing costs compared to the parallel type, while the parallel type has the advantage of easier heat control due to the denser heating cable arrangement than the serial type.
상기 직렬 타입의 경우 열선 케이블의 길이가 길어 저항이 증가하기 때문에 도금된 탄소섬유 가닥들 또는 구리나 구리 합금 소선이 포함되어 자체 체적 저항이 감소된 탄소섬유 집합체(10)가 적용될 수 있고, 상기 병렬 타입의 경우 열선 케이블의 길이가 짧기 때문에 도금되지 않은 탄소섬유 가닥들로만 이루어진 상기 탄소섬유 집합체(10)가 적용될 수 있으며, 다만 열선 케이블들의 병렬 연결을 위하여 구리 또는 구리 합금으로 이루어진 전원인가선을 추가로 포함할 수 있다.In the case of the series type, since the length of the heating cable is long and the resistance increases, a carbon fiber assembly 10 containing plated carbon fiber strands or copper or copper alloy wires to reduce its own volume resistance can be applied, and the parallel In the case of this type, since the length of the heating cable is short, the carbon fiber assembly 10 consisting only of unplated carbon fiber strands can be applied, but a power supply wire made of copper or copper alloy is additionally used for parallel connection of the heating cables. It can be included.
[실시예][Example]
아래 표 6에 나타난 구성으로 열선 케이블을 제조했다.A heating cable was manufactured with the configuration shown in Table 6 below.
또한, 상기 실시예 #1 내지 #3의 열선 케이블이 각각 적용된 시제품 #1 내지 #3의 굴곡특성(내굴곡성), 핫스팟 발생 여부 등을 평가했고, 평가결과는 아래 표 7에 나타난 바와 같다.In addition, the bending characteristics (bending resistance) and occurrence of hot spots of prototype products #1 to #3 to which the heated cables of Examples #1 to #3 were applied were evaluated, and the evaluation results are shown in Table 7 below.
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.Although this specification has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art may make various modifications and changes to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims described below. It will be possible to implement it. Therefore, if the modified implementation basically includes the elements of the claims of the present invention, it should be considered to be included in the technical scope of the present invention.
10 : 탄소섬유 집합체 20 : 절연층
30 : 피복층10: Carbon fiber assembly 20: Insulating layer
30: coating layer
Claims (14)
탄소섬유 집합체 및 상기 탄소섬유 집합체를 감싸는 절연층을 포함하고,
상기 탄소섬유 집합체는 상기 열선 케이블의 길이방향으로 연장된 복수개의 탄소섬유 가닥들이 2 내지 30 mm의 피치로 꼬아서 연합되며,
상기 탄소섬유 집합체 또는 이에 포함되는 탄소섬유 가닥들이 에폭시 수지와 금속 분말이 혼합된 조성물에 함침됨으로써 도금되고,
상기 조성물의 총 중량을 기준으로 상기 에폭시 수지의 함량은 0.1 내지 1 중량%인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블.As a heated cable,
It includes a carbon fiber assembly and an insulating layer surrounding the carbon fiber assembly,
The carbon fiber assembly is formed by twisting and combining a plurality of carbon fiber strands extending in the longitudinal direction of the heating cable at a pitch of 2 to 30 mm,
The carbon fiber assembly or the carbon fiber strands included therein are plated by impregnating them with a composition containing a mixture of epoxy resin and metal powder,
A heating cable, characterized in that the content of the epoxy resin is 0.1 to 1% by weight based on the total weight of the composition.
상기 도금은 구리(Cu)나 니켈(Ni) 또는 구리-니켈(Cu-Ni)에 의한 도금인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블.According to paragraph 1,
A heating cable, characterized in that the plating is plating with copper (Cu), nickel (Ni), or copper-nickel (Cu-Ni).
상기 도금 두께는 0.1 내지 0.5 ㎛인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블.According to paragraph 3,
A heating cable, characterized in that the plating thickness is 0.1 to 0.5 ㎛.
상기 탄소섬유 집합체는 구리 또는 구리 합금으로 이루어진 도체 심선을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 열선 케이블.According to paragraph 1,
A heating cable, characterized in that the carbon fiber assembly further includes a conductor core wire made of copper or a copper alloy.
상기 탄소섬유 집합체에 포함되는 복수개의 탄소섬유 가닥들은 1,000 내지 24,000개인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블.According to any one of claims 1 and 3 to 5,
A heating cable, characterized in that the plurality of carbon fiber strands included in the carbon fiber assembly is 1,000 to 24,000.
상기 절연층은 실리콘을 베이스 수지로 포함하는 것을 특징으로 하는, 열선 케이블.According to any one of claims 1 and 3 to 5,
A heating cable, characterized in that the insulating layer includes silicon as a base resin.
상기 절연층은 상기 탄소섬유 집합체의 표면에 배치되는 탄소섬유 가닥들 사이로 부분적으로 침투하는 것을 특징으로 하는, 열선 케이블.According to any one of claims 1 and 3 to 5,
A heating cable, characterized in that the insulating layer partially penetrates between the carbon fiber strands disposed on the surface of the carbon fiber assembly.
상기 절연층 위에 피복층을 추가로 포함하고,
상기 피복층은 고분자 수지와 난연제가 혼합된 피복 조성물로부터 형성되는 것을 특징으로 하는, 열선 케이블.According to any one of claims 1 and 3 to 5,
Additionally comprising a coating layer on the insulating layer,
A heating cable, characterized in that the coating layer is formed from a coating composition mixed with a polymer resin and a flame retardant.
상기 고분자 수지는 인장강도가 35 내지 85 MPa이고, 굴곡강도가 70 내지 120 MPa인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블.According to clause 10,
A heating cable, characterized in that the polymer resin has a tensile strength of 35 to 85 MPa and a bending strength of 70 to 120 MPa.
상기 난연제의 함량은 상기 피복 조성물의 총 중량을 기준으로 15 내지 25 중량%인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블.According to clause 10,
A heating cable, characterized in that the content of the flame retardant is 15 to 25% by weight based on the total weight of the coating composition.
전체적으로 한 가닥의 열선 케이블이 복수회 굴곡되어 배치되는 직렬 타입 또는 복수개의 열선 케이블이 병렬로 연결되는 병렬 타입인 발열 시트.According to clause 13,
A heating sheet that is either a series type in which a single strand of heating cable is bent multiple times and a parallel type in which multiple heating cables are connected in parallel.
Applications Claiming Priority (2)
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| KR20170109678 | 2017-08-29 |
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