KR102653813B1 - 면상 발열체의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 면상 발열체의 제조방법에 관한 것으로, (a) 고상 폴리머에 제1 탄소 소재를 첨가하는 단계와; (b) 롤 밀링(Roll milling) 공정을 통해 상기 고상 폴리머와 상기 제1 탄소 소재를 혼합하여 제1 혼합체를 형성하는 단계와; (c) 상기 제1 혼합체에 제2 탄소 소재를 첨가하는 단계와; (d) 해머 밀링(Hammer milling) 공정을 통해 상기 제1 혼합체와 상기 제2 탄소 소재를 혼합하여 제2 혼합체를 형성하는 단계와; (e) 상기 제2 혼합체를 경화시켜 면상 발열체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 휘발성 용매와 같은 유해 물질을 사용하지 않으면서도 고효율의 면상 발열체의 제조가 가능하게 된다.
Description
본 발명은 면상 발열체의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 휘발성 용매와 같은 유해 물질을 사용하지 않으면서도 고효율의 면상 발열체의 제조가 가능한 면상 발열체의 제조방법에 관한 것이다.
최근 국내·외적으로 온난화에 의한 기온 이상 현상이 잦아들며 겨울철 한파가 점차적으로 증가하고 있으며 이에 따라 발열제품에 대한 관심과 수요가 증대되어지고 있다.
이러한 발열제품의 경우 산업전반에 사용하는 대형 발열체에서부터 개인이 쉽게 사용가능한 휴대용 발열체에 이르기까지 그 사용의 폭이 다양하며 기존의 경우 대부분 금속을 사용하는 선형 발열이 이루어지고 있으나 동일면적에서 균일한 형태의 발열이 가능한 면상 발열체에 대한 연구가 활발하다.
이와 같은 면상 발열체는 발열이 필요한 다양한 분야에서 사용되고 있으며, 일 예로, 차량의 발열 시트, 의료용 온열 패드, 동파 방지를 위한 파이프 등 다양한 분야에서 널리 이용되고 있다.
최근 탄소 소재를 이용한 면상 발열체의 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이는 탄소 소재는 가벼우면서도 전기 전도도가 높아 면상 발열체의 발열 효율을 높이는데 적합한 소재이기 때문이다.
기존의 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)를 이용한 면상 발열체의 제조 방법은 분산성 확보를 위해 휘발성 용매에 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)를 분산한 후 용매를 공기 중에 증발시켜 잉크로 만들어 프린트하는 과정을 거쳤다.
그런데, 기존의 휘발성 용매를 사용하는 방법의 경우, 이산화탄소 배출 용매에 분산 공정을 포함하기 때문에 작업자의 건강을 해칠 수 있고, 면상 발열체 효율이 낮아 휴대용 배터리 7.4V의 저전력에서는 100℃ 이상으로 발열시키는데 한계가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 휘발성 용매와 같은 유해 물질을 사용하지 않으면서도 고효율의 면상 발열체의 제조가 가능한 면상 발열체의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명의 실시예에에 따라, 면상 발열체의 제조방법에 있어서, (a) 고상 폴리머에 제1 탄소 소재를 첨가하는 단계와; (b) 롤 밀링(Roll milling) 공정을 통해 상기 고상 폴리머와 상기 제1 탄소 소재를 혼합하여 제1 혼합체를 형성하는 단계와; (c) 상기 제1 혼합체에 제2 탄소 소재를 첨가하는 단계와; (d) 해머 밀링(Hammer milling) 공정을 통해 상기 제1 혼합체와 상기 제2 탄소 소재를 혼합하여 제2 혼합체를 형성하는 단계와; (e) 상기 제2 혼합체를 경화시켜 면상 발열체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 면상 발열체의 제조방법에 의해서 달성된다.
여기서, 상기 제1 탄소 소재는 탄소나노튜브를 포함하며; 상기 제2 탄소 소재는 탄소 섬유를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (a) 단계에서 상기 탄소나노튜브는 상기 고상 폴리머 중량의 5 wT % 이내로 첨가될 수 있다.
그리고, 상기 (c) 단계에서 상기 탄소 섬유는 기 설정된 단위로 절단되어 첨가될 수 있다.
그리고, 상기 (b) 단계의 상기 롤 밀링(Roll milling) 공정과, 상기 (d) 단계의 상기 해머 밀링(Hammer milling) 공정을 통해 상기 탄소나노튜브 및 상기 탄소 섬유가 상기 고상 폴리머 내로 분산될 수 있다.
그리고, 상기 고상 폴리머는 실리콘, 우레탄 고무, 아크릴 고무, IIR(Isobutylene Isoprene Rubber), SBR(Styene Butadiene Rubber), HBR(High Butadien Rubber), EPDM(Ethylene Propylene Diene terpolymer), 불소 고무, PET(Polyethylene terephthalate), PP(Polypropylene), PE(Polyethylene), PVC(Polyvinyl Chloride), PS(Polystyrene), PC(Polycarbonate), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer), PA(Polyacetylene), PPy(Polypyrrole), PT(Polythiophene), PPP(Poly(para-phenylene), PEDOT(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):Poly(styrenesulfonate)), PPS(Poly(phenylene sulfide), PPV(Poly(para-phenylene vinylene) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
한편, 상기 목적은 본 발명의 다른 실시예에 따라, 면상 발열체의 제조방법에 있어서, (a) 액상 폴리머에 제1 탄소 소재를 첨가하는 단계와; (b) 해머 밀링(Hammer milling) 공정을 통해 상기 액상 폴리머와 상기 제1 탄소 소재를 혼합하여 혼합체를 형성하는 단계와; (c) 상기 혼합체를 경화시켜 면상 발열체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 면상 발열체의 제조방법에 의해서도 달성된다.
여기서, 상기 (a) 단계에서는 제2 탄소 소재가 추가로 첨가될 수 있다.
또한, 상기 제1 탄소 소재는 탄소나노튜브를 포함하며; 상기 제2 탄소 소재는 탄소 섬유를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 (a) 단계에서 상기 탄소나노튜브는 상기 액상 폴리머 중량의 10 wT % 이내로 첨가될 수 있다.
그리고, 상기 (a) 단계에서 상기 탄소 섬유는 기 설정된 단위로 절단되어 첨가될 수 있다.
그리고, 상기 (b) 단계의 상기 해머 밀링(Hammer milling) 공정을 통해 상기 탄소나노튜브 및 상기 탄소 섬유가 상기 액상 폴리머 내로 분산될 수 있다.
그리고, 상기 액상 폴리머는 실리콘, 라텍스, SBR(Styrene Butadiene Rubber), CR(Chloroprene Rubber), NBR(Nitrile Butadiene Rubber), 우레탄 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드, PET(Polyethylene terephthalate), PP(Polypropylene), PE(Polyethylene), PVC(Polyvinyl Chloride), PS(Polystyrene), PC(Polycarbonate), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer), PA(Polyacetylene), PPy(Polypyrrole), PT(Polythiophene), PPP(Poly para-phenylene), PEDOT(Poly( 3,4-ethylenedioxythiophene):Poly(styrenesulfonate)), PPS(Poly phenylene sulfide), PPV(Poly para-phenylene vinylene) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 휘발성 용매와 같은 유해 물질을 사용하지 않으면서도 고효율의 면상 발열체의 제조가 가능한 면상 발열체의 제조방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 면상 발열체의 제조방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 면상 발열체의 제조방법에 의해 제조된 면상 발열체의 성능을 평가한 결과이고,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 면상 발열체의 제조방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 6 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 면상 발열체의 제조방법에 의해 제조된 면상 발열체의 성능을 평가한 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 면상 발열체의 제조방법에 의해 제조된 면상 발열체의 성능을 평가한 결과이고,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 면상 발열체의 제조방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 6 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 면상 발열체의 제조방법에 의해 제조된 면상 발열체의 성능을 평가한 결과를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
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. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 면상 발열체의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 먼저, 고상 폴리머에 제1 탄소 소재를 첨가한다(S10). 본 발명의 실시예에서는 제1 탄소 소재로 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)가 적용되는 것을 예로 한다.
본 발명의 실시예에서는 고상 폴리머로 실리콘, 우레탄 고무, 아크릴 고무, IIR(Isobutylene Isoprene Rubber), SBR(Styene Butadiene Rubber), HBR(High Butadien Rubber), EPDM(Ethylene Propylene Diene terpolymer), 불소 고무, PET(Polyethylene terephthalate), PP(Polypropylene), PE(Polyethylene), PVC(Polyvinyl Chloride), PS(Polystyrene), PC(Polycarbonate), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer), PA(Polyacetylene), PPy(Polypyrrole), PT(Polythiophene), PPP(Poly(para-phenylene), PEDOT(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):Poly(styrenesulfonate)), PPS(Poly(phenylene sulfide), PPV(Poly(para-phenylene vinylene) 중 어느 하나가 적용되는 것을 예로 한다.
그런 다음, 롤 밀링 (Roll milling) 공정을 통해 고상 폴리머와 제1 탄소 소재인 탄소나노튜브를 혼합하여, 제1 혼합체를 형성한다(S11). 이와 같은 롤 밀링 공정을 통해 고상 폴리머에 첨가된 탄소나노튜브는 고상 폴리머 내로 분산 가능하게 된다.
본 발명의 실시예에서는 롤 밀링 공정이 롤의 표면온도가 20ㅀC 이내의 저온에서 수행되는 것을 예로 하며, 육안으로 확인할 때 폴리머의 색깔이 고르게 검정색을 띌 때 까지 10회 내지 30회 정도를 반복 수행하는 것을 예로 한다. 롤의 온도가20ㅀC를 넘게 되면 롤 밀링 공정에 폴리머가 경화될 수 있다.
종래에는 탄소나노튜브를 롤 밀링 공정을 통해 고상 폴리머에 혼합할 때, 탄소나노튜브의 중량이 5 wT % 이상이면 가공이 쉽지 않아, 최종적으로 제조되는 면상 발열체의 전도도를 높이기 어려웠다.
이에, 본 발명에서는 탄소나노튜브를 고상 폴리머에 롤 밀링을 통해 혼합하여 제1 혼합체를 형성한 후, 제2 탄소 소재를 제1 혼합체에 혼합하는 과정을 거치게 된다.
보다 구체적으로 설명하면, 제1 혼합체에 제2 탄소 소재를 첨가한다(S12). 그런 다음, 해머 밀링(Hammer milling) 공정을 통해 제1 혼합체와 제2 탄소 소재를 혼합하여 제2 혼합체를 형성한다(S13).
본 발명의 실시예에서는 제2 탄소 소재로 탄소 섬유가 적용되는 것을 예로 하는데, 탄소 섬유는 기 설정된 단위, 예컨대 mm 단위로 절단된 상태로 제1 혼합체에 첨가되는 것을 예로 한다.
상기와 같은 과정을 통해, 제2 탄소 소재, 즉, 탄소 섬유가 혼합되면, 해머 밀링(Hammer milling) 공정이 진행되는 과정에서 탄소 섬유가 탄소나노튜브 사이 사이에 위치한 상태로 탄소나노튜브의 전도 경로를 형성하게 되어, 면상 발열체가 전 면적에 걸쳐 고르게 열이 발생하는 효과가 제공된다.
또한, 탄소나노튜브가 고상 폴리머에 고르게 분포되지 못하는 문제점을 탄소 섬유를 통해 해소함으로써, 고효율의 면상 발열체의 제조가 가능하게 된다.
또한, 해머 밀링(Hammer milling) 공정을 통해, 해머로 제1 혼합체를 내리치는 과정의 반복을 통해 탄소나노튜브 및 탄소 섬유의 고른 분포를 구현함과 동시에 생성된 제2 혼합체 내부에 잔존하는 기공을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에서는 헤머 밀링 공정의 작업장의 온도를 24ㅀC 이하의 실온에서 시작하고, 헤머의 내리치는 속도를 1초에 1회 정도의 저속으로 내리치며 20회 내지 50회를 반복하여 가공하는 것을 예로 한다. 헤머 밀링의 속도가 빠르면 탄소나노튜브가 혼합된 폴리머에 열이 발생하여 열경화가 이루어 질 수 있다.
상기와 같이 제조된 제2 혼합체를 경화시키게 되면(S14), 최종적으로 면상 발열체가 형성된다(S15). 본 발명의 실시예에서는 기 설정된 열과 압력을 이용한 프레스(Press) 경화가 적용되는 것을 예로 하는데, 170℃의 온도로 10 분간 프레스 경과가 수행되는 것을 예로 한다.
도 2는 종래의 제조 방법을 통해 제조된 면상 발열체의 단면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법을 통해 제조된 면상 발열체의 단면이다.
도 2에 도시된 면상 발열체는 고상 폴리머와 탄소나노튜브의 혼합체를 밀링 공정을 통해 혼합한 후 경화시켜 제작된 것이다. 도 2의 (a), (b) 및 (c)는 면상 발열체 단면의 SEM 이미지로, 스케일 바(Scale bar)는 각각 1 mm(x 50), 1mm(x 50), 300 ㎛(x 200)이다.
도 3은 도 1에 도시된 제조 방법에 의해 제조된 면상 발열체의 단면에 대한 SEM 이미지로, 스케일 바(Scale bar)는 각각 1 mm(x 50), 1mm(x 50), 300 ㎛(x 200)이다.
도 2 및 도 3에서 확인할 수 있듯이, 해머 밀링(Hammer milling) 공정을 통해 단면 내부의 기공이 효과적으로 제거되었음을 확인할 수 있다.
도 4는 면상 발열체의 전도성 실험 결과를 나타낸 것이다. 도 4의 (a)는 해머 밀링(hammer milling) 공정을 거치지 않은 면상 발열체에 대한 실험 결과이고, 도 4의 (b)는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 면상 발열체에 대한 실험 결과이다.
도 4에서 확인할 수 있듯이, 전류값과 발열량 모두 본 발명의 실시예에 따른 면상 발열체가 기존의 면상 발열체보다 높음을 쉽게 확인할 수 있다.
이하에서는, 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 면상 발열체의 제조방법에 대해 설명한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 면상 발열체의 제조방법에는 액상 폴리머가 사용되는 것을 예로 한다.
먼저, 액상 폴리머에 제1 탄소 소재를 첨가한다(S20). 여기서 본 발명의 다른 실시예에 에서는 제1 탄소 소재로 탄소나노튜브가 적용되며, 액상 폴리머 중량의 10 wT % 이내로 첨가로 한다.
본 발명의 실시예에서는 액상 폴리머로 실리콘, 라텍스, SBR(Styrene Butadiene Rubber), CR(Chloroprene Rubber), NBR(Nitrile Butadiene Rubber), 우레탄 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드, PET(Polyethylene terephthalate), PP(Polypropylene), PE(Polyethylene), PVC(Polyvinyl Chloride), PS(Polystyrene), PC(Polycarbonate), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer), PA(Polyacetylene), PPy(Polypyrrole), PT(Polythiophene), PPP(Poly para-phenylene), PEDOT(Poly( 3,4-ethylenedioxythiophene):Poly(styrenesulfonate)), PPS(Poly phenylene sulfide), PPV(Poly para-phenylene vinylene) 중 어느 하나가 적용되는 것을 예로 한다.
또한, 액상 폴리머에 제1 탄소 소재를 첨가할 때, 제2 탄소 소재와 함께 첨가될 수 있다(S20-1). 여기서, 제2 탄소 소재는 탄소 섬유인 것을 예로 하며, 기 설정된 단위, 예를 들어 mm 단위로 절단되어 첨가되는 것을 예로 한다.
그런 다음, 해머 밀링(Hammer milling) 공정을 통해 액상 폴리머와, 제1 탄소 소재(및 제2 탄소 소재)를 혼합하여 혼합체를 형성한다(S21).
상기와 같은 과정을 통해, 앞서 설명한 실시예에서와 같이, 탄소나노튜브와 탄소 섬유는 액상 폴리머 내에서 분산되는데, 해머 밀링(Hammer milling) 공정이 진행되는 과정에서 탄소 섬유가 탄소나노튜브 사이 사이에 위치한 상태로 탄소나노튜브의 전도 경로를 형성하게 되어, 면상 발열체가 전 면적에 걸쳐 고르게 열이 발생하는 효과가 제공된다.
또한, 해머 밀링(Hammer milling) 공정을 통해, 해머로 내리치는 과정의 반복을 통해 탄소나노튜브 및 탄소 섬유의 고른 분포를 구현함과 동시에 생성된 내부에 잔존하는 기공을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에서는 헤머 밀링 공정의 작업장의 온도를 24ㅀC 이하의 실온에서 시작하고, 헤머의 내리치는 속도를 1초에 1회 정도의 저속으로 내리치며 20회 내지 50회를 반복하여 가공하는 것을 예로 한다. 헤머 밀링의 속도가 빠르면 탄소나노튜브가 혼합된 폴리머에 열이 발생하여 열 경화가 이루어 질 수 있다.
상기와 같이 제조된 혼합체를 경화시키게 되면(S22), 최종적으로 면상 발열체가 형성된다(S23). 본 발명의 실시예에서는 기 설정된 열과 압력을 이용한 프레스(Press) 경화가 적용되는 것을 예로 하는데, 170℃의 온도로 10 분간 프레스 경과가 수행되는 것을 예로 한다.
도 6는 종래의 제조 방법을 통해 제조된 탄소나노튜브 만을 포함한 면상 발열체의 단면이고, 도 7은 도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 제조 방법을 통해 제조된 면상 발열체로, S20-1 과정을 생략한, 즉 탄소 섬유가 포함되지 않고 제조된 면상 발열체의 단면이다.
도 6에 도시된 면상 발열체는 액상 폴리머와 탄소나노튜브의 혼합체를 해머 밀링(Hammer milling) 공정을 거치지 않고 경화시켜 제작한 것이다. 도 6의 (a), (b) 및 (c)는 면상 발열체 단면의 SEM 이미지로, 스케일 바(Scale bar)는 각각 1 mm (x 50), 5 ㎛ (x 10,000), 1 ㎛ (x 50,000)이다.
도 7은 도 5에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법을 통해 제조된 면상 발열체로, 탄소 섬유가 포함되지 않고 제조된 면상 발열체의 단면에 대한 SEM 이미지로, 스케일 바(Scale bar)는 각각 1 mm (x 50), 5 ㎛ (x 10,000), 1 ㎛ (x 50,000)이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 해머 밀링(Hammer milling) 공정을 거치지 않고 경화시킨 면상 발열체의 경우, 분석이 불가할 정도로 전도성을 지닌 부분과 지니지 않는 부분에 대한 밝기 차이가 존재함을 확인할 수 있다.
반면, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 면상 발열체의 경우 밝기 차이가 상대적으로 적게 나타나고 있음을 확인할 수 있는데, 이는 탄소나노튜브가 상대적으로 고르게 분산되었음을 나타내는 것이다.
도 8은 면상 발열체의 전도성 실험 결과를 나타낸 것이다. 도 8의 (a)는 해머 밀링(hammer milling) 공정을 거치지 않은 면상 발열체에 대한 실험 결과이고, 도 8의 (b)는 도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 면상 발열체로, 동일하게 S20-1 과정을 생략한, 즉 탄소 섬유가 포함되지 않고 제조된 면상 발열체에 대한 실험 결과이다.
도 8에서 확인할 수 있듯이, 전류값과 발열량 모두 본 발명의 실시예에 따른 면상 발열체가 기존의 면상 발열체보다 높음을 쉽게 확인할 수 있다.
도 9는 종래의 제조 방법을 통해 제조된 탄소나노튜브/탄소섬유가 포함된 면상 발열체의 단면이고, 도 10은 도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 제조 방법을 통해 제조된 면상 발열체의 단면이다.
도 9에 도시된 면상발열체는 액상 폴리머와 탄소나노튜브의 혼합체를 해머 밀링(Hammer milling) 공정을 거치지 않고 경화시켜 제작한 것이다. 도 9의 (a), (b) 및 (c)는 면상 발열체 단면의 SEM 이미지로, 스케일 바(Scale bar)는 각각 1 mm(x 50), 500 ㎛ (x 100), (c) 1 ㎛ (x 50,000)이다.
도 10은 도 5에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 면상 발열체의 단면에 대한 SEM 이미지로, 스케일 바(Scale bar)는 각각 1 mm(x 50), 500 ㎛ (x 100), (c) 1 ㎛ (x 50,000)이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 해머 밀링(Hammer milling) 공정을 거치지 않고 경화시킨 면상 발열체의 경우, 도 6에 도시된 이미지에 비해 밝기 차이(전도성 차이)로 인한 왜곡 현상이 없었고, 이는 탄소 섬유에 의해 전도도 상승 및 전도도가 균일하게 나타나는 것으로 보인다.
반면 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 면상 발열체의 경우 밝기 차이에 의한 왜곡이 없으며, 도 9와 비교했을 때 해머 밀링(Hammer milling)에 의해 분산성이 개선되어 더 뚜렷한 이미지와 탄소섬유가 고르게 분포한 것을 확인할 수 있다.
도 11은 면상 발열체의 전도성 실험 결과를 나타낸 것이다. 도 11의 (a)는 해머 밀링(Hammer milling) 공정을 거치지 않은 면상 발열체에 대한 실험 결과이고, 도 11의 (b)는 도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 면상 발열체에 대한 실험 결과이다.
도 11에서 확인할 수 있듯이, 전류값과 발열량 모두 본 발명의 실시예에 따른 면상 발열체가 기존의 해머 밀링(Hammer milling) 공정을 거치지 않은 면상 발열체보다 높음을 쉽게 확인할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 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, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (13)
- 면상 발열체의 제조방법에 있어서,
(a) 고상 폴리머에 탄소나노튜브를 첨가하는 단계와;
(b) 롤 밀링(Roll milling) 공정을 통해 상기 고상 폴리머와 상기 탄소나노튜브를 혼합하되, 상기 탄소나노튜브가 상기 고상 폴리머 내에서 분산된 제1 혼합체를 형성하는 단계와;
(c) 상기 제1 혼합체에 탄소 섬유를 첨가하는 단계와;
(d) 해머 밀링(Hammer milling) 공정을 통해 상기 제1 혼합체와 상기 탄소 섬유를 혼합하되, 상기 탄소 섬유가 상기 제1 혼합체 내에서 분산된 제2 혼합체를 형성하는 단계와;
(e) 상기 제2 혼합체를 경화시켜 면상 발열체를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 탄소 섬유는 상기 해머 밀링(Hammer milling) 공정을 통해 상기 탄소나노튜브 사이사이로 분산되어 상기 탄소나노튜브의 전도 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 면상 발열체의 제조방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서 상기 탄소나노튜브는 상기 고상 폴리머 중량의 5 wT % 이내로 첨가되는 것을 특징으로 하는 면상 발열체의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서 상기 탄소 섬유는 기 설정된 단위로 절단되어 첨가되는 것을 특징으로 하는 면상 발열체의 제조방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 고상 폴리머는
실리콘, 우레탄 고무, 아크릴 고무, IIR(Isobutylene Isoprene Rubber), SBR(Styene Butadiene Rubber), HBR(High Butadien Rubber), EPDM(Ethylene Propylene Diene terpolymer), 불소 고무, PET(Polyethylene terephthalate), PP(Polypropylene), PE(Polyethylene), PVC(Polyvinyl Chloride), PS(Polystyrene), PC(Polycarbonate), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer), PA(Polyacetylene), PPy(Polypyrrole), PT(Polythiophene), PPP(Poly(para-phenylene), PEDOT(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):Poly(styrenesulfonate)), PPS(Poly(phenylene sulfide), PPV(Poly(para-phenylene vinylene) 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 면상 발열체의 제조방법.
- 삭제
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