KR19990068469A

KR19990068469A - 다기능성면상발열체제조방법

Info

Publication number: KR19990068469A
Application number: KR1019990018736A
Authority: KR
Inventors: 문수창
Original assignee: 윤철진; 주식회사 디포텍
Priority date: 1999-05-24
Filing date: 1999-05-24
Publication date: 1999-09-06
Also published as: KR100316792B1

Abstract

내열 절연성 플라스틱 (열가소성 폴리우레탄, 폴리에티렌, 피브이씨, 포화 폴리에스테르) 속에 원적외선 방사, 항균, 음이온 방사 기능성 무기 물질을 미세 분말(0.3~0.7㎛)로서 혼합하여 100~250㎛ 두께의 필름상태로 압출 성형하여 만든 필름 원판 위에, 전기 저항성 도료와 전기도전성 도료를 스크린 인쇄기법으로 인쇄 도포, 건조한 다음 다시 가열 로라를 통해 2개의 사용될 플라스틱 필름을 각 플라스틱 수지의 용융 온도로 맞추어 가열 가압 하여 한 개의 내 굴절성을 가지면서도 통합된 플라스틱 구조층 으로 구성하여 발열, 절연, 방수, 원적외선 방사, 항균, 음이온 방사등의 여러 기능을 갖게한 플라스틱 면상발열체 구성제조방법의 발명에 관한 것이다.

Description

다 기능성 면상발열체 제조방법{The manufacturing process of Multi funtional plastic film heater}

본 발명의 목적은 열선히터가 가지는 급열, 불안정성 문제를 제거하고 2개의 절연층과 전극, 발열층을 1개의 두께 층으로 통합시켜서 1개 층의 필름으로 발열과 절연, 방수, 원적외선방사, 음이온 방사, 항균기능까지를 동시에 발휘 할 수 있는 다 기능성 면상발열체를 발명하는데 목적이 있다.

일반적으로 발열면적이 협소한 열선(WIRE) 히터가 가지는 급열로 인한 화재위험성, 열선간격 유지 불안으로 인한 불안정성 또는 열선의 좁은 표면을 통해 나오는 열 전달 효율성 문제 등을 개선하기 위하여 열 저항 표출면적을 넓게 하여 나온 방식의 히터가 면상 발열체이다. 이러한 면상발열체는 크게 도전 발열부와 절연부로 나누어져 있고, 도전발열부는 +, - 극성을 전하는 2개의 전극부와 전극사이로 맞닿아 있는 전기 발열 저항면으로 구성되어지며 발열부는 +, - 의 양극성을 2개의 전극부로부터 도전 받아 저항표면적을 통하여 발열하게 되는 것이다. 이러한 도전과 발열면을 감싸고 있는 양쪽 절연층 면은, 누전 및 감전을 방지하는 절연성 플라스틱을 주로 많이 사용하고 있다.

일반적으로 면상발열체를 제조하는 방법으로 도1의 (가), (나)와 같이 절연성 플라스틱 필름인 폴리에스테르나 연질 염화비닐(P. V. C)필름 표면 위에 동(Cu)이나 알루미늄(Al) 등을 접착하거나 무전해 도금방법으로 금속 저항성 물질을 증착 하여 금속성 도전면을 구성하고 그 면위에 겹쳐서 저항성 카본 등을 진공 증착 하여 두께를 올린 다음 전기저항 발열면을 직렬로 통전하여 직접 발열하게 하는 방식이 있고, 또는 도3의 (가), (나)와 같이 섬유 직조시에 니크롬등 전기 저항치가 높은 금속세선을 가로와 세로로, 직조 한 다음 연질 플라스틱을 절연 층으로 엷게 코팅하여 구성하는 방식이 있고, 또는 도2의 (가), (나)와 같이 도전성 카본을 폴리에틸렌 원료 속에 혼합하여 1.5mm 정도의 두께로 폴리에틸렌 시트형태로 카렌다식 압출 성형을 하면서 동시에 플라스틱 양끝의 속 면에 동(Cu)테이프나 직조된 편조선(WIRE)을 넣어서 이중압출(Co-Extrusion)을 하여 제조하는 방법 등이 연구되어 왔다.

첫째, 이러한 도1, 2, 3과 같은 종래의 압출 성형, 진공증착, 직조 하는 등의 여러 방식의 면상발열체들이 가지는 가장 큰 결점 중의 하나는 전극부와 발열부의 저항면적이 일정하게 유지되어야 하므로 한 면적에서 전극부의 길이가 길어지면 전극부 자체 저항치가 높아지므로 발열부의 저항온도가 불규칙하게 떨어지게 된다. 따라서 면상발열체의 길이는 제한 될 수 밖 에 없다.

둘째, 면상발열체는 어느 방식이나 전극, 발열부와 그 발열부에서 발생하는 감전 및 누전을 방지하기 위하여 양면을 절연성 재질로서 피복 되어야 한다. 따라서 앞서 기술한 도2, 3과 같은 압출 성형, 직조방식등의 면상발열체는 전극 발열부보다 더 넓게 별도의 절연층을 구성을 해야 하나 제조 기법상 전극부 노출이 불가피하며, 또한 필요한 면적에 따라서 반드시 절단하여 사용하여야 한다. 이 경우 불가피하게 전극부나 발열부의 전도 저항면이 외부공기에 노출되게 되므로 누전 및 감전을 방지하기 위하여 2차적으로 별도의 절연층 마감을 반드시 해야 하므로 별도의 절연마감 가공 공정이 추가되어야 한다.

첫째, 다중 발열회로 구성으로 발열효율성 증가

일반적으로는 일정면적 과 일정전압 하에서 1개의 직렬회로부가 구성되어 고정된 위치에서나 일정온도를 감지하여 단순히 ON-OFF 제어만이 가능하지만 본 발명은 도4와 같이 표기한 바와 같이 일정면적과 일정전압 하에서 여러 개의 발열면적을 나누어서 구성하고 먼저 발열되는 부분의 설정온도 감지에 따라 나머지 발열부분의 온도제어를 하게 하여, 고열과 저열부분의 온도를 선택 사용할 수 있게 하였으므로 불필요한 곳에 전력 낭비를 방지 하고자 한다.

둘째, 발열 저항부의 PTC(저항온도계수 측정)특성에 의한 온도자율제어기능

발열 저항물질의 온도 특성 중에서 발열면의 자체 전기 저항으로 온도가 상승하게 되면 저항치가 올라가게 된다. 이때 온도 상승에 따른 저항치 변화감지로 자기 제어기능을 하고자 한다.

셋째, 형태의 다양성

일반적인 방안은 전극부와 발열면적이 직선방향으로 형성되므로 전극부의 자체저항치 즉, 체면적을 변화시킬 수 없으므로 일정한 체면적 형태 구성만이 가능하지만 본 발명은 도5와 같이 불규칙한 곡면형태나 곡선, 형태로 저항면적을 설계, 조정할 수도 있으므로 다양한 형태로서 온도를 표현할 수 있는 형태로 다양하게 구성할 수 있도록 하고자 한다. 또한, 압출 성형식, 직조식, 진공증착식등으로 구성된 면상발열체의 발열회로 배열방식이 대부분 직선 직렬방식으로 제작되므로 전극부의 길이가 길어지는 경우 전극부의 자체 저항치 증가로 인하여 발열면적의 넓이와 길이에 제한이 있다. 그러나, 본 발명은 저항치 조정이나 체면적의 설계조정으로 전극부의 저항치 면적조정이 가능하므로 폭과 길이에 제한이 없도록 하고자 한다.

넷째, 1개의 복합재료 층에서 절연, 발열, 방수, 원적외선, 방사, 항균, 음이온 방사등 다양한 기능연출

본 발명은, 필요에 따라, 도6의 1과 5의 절연층 필름제조시 항균성, 원적외선과 음이온을 방사하는, 무기재료등을 미세한 분말상태로 가공, 혼합하여 압출 성형할 수 있고, 가열, 가압 공정을 통해 2개의 전극, 발열부 층과 절연층 표면을 함께 용융하여 결국 1개의 통합 층으로 구성하게 했으므로 0.5mm이하의 1개의 복합된 두께 층에서 다양한 기능성을 발휘하도록 하고자 한다.

도1의 (가)는 전기 도금식 또는 무전해 도금식으로 전극 발열부를 구성한 직렬 구조의 면상발열체 구조도.

도1의 (나)는 도1의 (가)의 단면도.

도2의 (가)는 압출 성형식 면상발열체의 구조도.

도2의 (나)는 도2의 (가)의 단면도.

도3의 (가)는 섬유직조식 면상발열체의 구조도.

도3의 (나)는 도3의 (가)의 단면도.

도4는 본 발명에 의한 다중회로 전극, 발열부의 구조도.

도5는 본 발명에 의한 부정형 형태의 다기능 면상발열체의 구조도.

도6은 도5와 6의 변상발열체들의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1. 절연층 A 2. 절연층 B

3. 발열부 4. 전극 (도전)부

5. 절연층 C

첫째, 면상발열체는 크게 내부의 전극 발열층과 외부의 절연층으로 구성되어진다. 먼저 본 발명에 의한 도6의 5의 절연층은 연질염화 비닐, 열가소성 폴리우레탄, 포화 폴리에스테르 등의 원재료 수지를 75 ~ 80% 중량부로 하고 그 원재료 수지 와 함께 원적외선과 음이온방사를 위하여 무기계 화합물인 이산화 실리콘(Si O₂) 10 ~ 15% 중량부 산화칼슘(Ca O) 3 ~ 5% 중량부, 산화바륨(Ba O)이나 이산화 티타늄(Ti O₂)3 ~ 5% 중량부, 그리고 제오라이트 5 ~ 8%를 0.3 ~ 0.5㎛ 크기로 미세하게 분말로 조성 한 후 원재료 수지와 혼합하여 조성물을 만들고 투입하여 압출 성형하여 두께 0.1 ~ 0.15mm의 필름상태로 만든다. 이렇게 하여 다 기능성 절연층 필름을 구성한다.

둘째, 본 발명의 발열층 구성은 우선 도6의 4인 전극 도전부는 은(Ag)을 0.3 ~ 0.5㎛크기로 미세한 분말상태로 만들고 그 중량분은 55 ~ 60%로 하고 에틸렌 그리콜 모노 부틸 에테르를 40 ~ 45% 용제로 하여 혼합하면 20℃, 220V전압 하에서 0.17Ω/㎠ 의표면 저항치를 가지는 액상 수지를 조성한다. 그리고, 발열을 목적으로 하는 도 6의 3인 저항체는 카본을 0.3 ~ 0.7㎛ 크기로 분쇄한 후 35~ 55% 중량부로 하고 기타 같은 크기의 이산화 실리콘(Si O₂) 10 ~ 15% 중량부로 하고 송유(PINE OIL)를 40 ~ 50% 중량부를 용제로 혼합하면 1,000cps 정도의 겔 상태의 액상 수지로 조성하면 20℃ 220V 전압 하에서 100 ∼7,000Ω/㎠에 해당하는 표면 저항치를 가지는 발열부를 얻는다. 따라서 일차적으로 발열저항 액상수지를 스크린 인쇄방법으로 일차적으로 만든 절연성 필름 위에 도포한 후 약 120 내지 150℃ 온도에서 열풍과 함께 건조 숙성하여 발열층을 구성한다. 이미 구성된 발열층의 양쪽 끝을 따라 이미 조성된 전극 저항 액상수지를 길게 같은 스크린인쇄방법으로 대칭 되도록 도포 인쇄한 후 발열층 건조 방법과 같이 같은 조건으로 건조 숙성한다.

셋째, 첫째단계에서 조성된 도6의 1, 3, 4의 두께 0.1 ~ 0.15mm 절연성 필름과 둘째 단계에서 발열 면이 조성된 같은 두께의 발열층인 도6의 3의 필름을 양면으로 겹친 후 금속봉 속에 가열 히터가 장착되어 있고 그 외부가 내열성 실리콘 또는 불소 수지로 감싸져 있는 가열 롤러(Heating Roller) 사이로 각 절연성 필름의 용융온도에 따라 통과시키면서 각 수지의 용융온도에 의하여 2개의 절연필름 표면이 용융되어 1개의 통합된 두께 층으로 합지되어 도4, 도5와 같이 한 개의 두께 층으로 성형되어 지므로 결국 0.5㎛미만의 1개의 층으로 내전압 1,000 볼트(Voltage) 전압 하에서 500 MΩ이상의 내전압성을 가지면서 절연, 발열, 방수, 내열, 원적외선, 음이온 방사 및 항균성 등을 함께 등을 발휘하는 다 기능성 면상발열체를 구성한다.

넷째, 앞서 기술한바와 같이 인쇄 스크린 방식으로 구성된 본 발명의 특징적 작용은 전극부와 발열 저항부의 각 저항치를 필요에 따라 달리 하거나, 같은 면적 안에서도 발열부의 체적면을 조절 하므로서 발열되는 온도 즉, 전력계수 와트(Watt)를 조정할 수 있다, 즉, 저항 (R) =공식에 준하므로 저항 발열부의 넓이와 길이를 변하게 하므로 서 발열면의 온도를 변하게도 할 수 있고, 또한 전력 계수 와트 (Watt) =의 공식에 준하므로 저항계수를 변하게 하므로 서 발열 면의 온도를 변하게 할 수 있다. 또한 전극부의 저항치도 상기 공식에 따라 전극선의 길이가 길어지므로 서 증가하는 전극부 자체저항계수를 길어질수록 면적을 넓게 인쇄 도포 되게 하므로 서 전극부의 길이에 따른 저항증가를 감소시킬 수 있으므로 형태와 길이에서 제한 받지 않는 자유로운 형태의 면상발열체를 구성할 수 있다.

다섯째, 도4에서 알 수 있듯이 일정면적 안에서 저항 면의 넓이와 길이가 다른 발열회로부를 구성하게 됨으로 각 일정위치에서 발열되는 온도를 시간차에 따라 온도 가감 조정을 하게 하므로 서 온도 이득 차를 이용한 전력에너지 소비효율을 필요에 따라 조절하게 하므로 서 열 소비효율을 약 10 ~ 30%정도 높일 수 있다.

전극부를 구성하는 은(Ag)의 최 외각 전자구조는 전기충격에 의한 전하이동상태가 비교적 안정적인 것에 반해, 카본(C)등 전기저항성이 큰 물질의 최 외각 전자구조는 전기극성충격에 의해 전자가 안정된 위치에서 적은 전기충격에서 쉽게 이동하는 상태의 전자에너지 구조를 형성하고 있으므로 카본을 감싸고 있는 전자들 즉, 전하는 전자충돌상태로 인하여 대량 발열 현상을 쉽게 야기하는 현상과 같은 에너지량을 갖고 있어도 표면적이 넓은 쪽이 같은 시간 내에서 표면에너지 방출과 전달이 많고 빠른 원리를 이용 한 것이 본 발명의 면상발열체의 기본적, 전기 발열작용 원리이다.

본 발명은 주로 플라스틱의 장점을 살려 절연, 발열, 원적외선, 음이온 방사, 항균기능을 함께 발휘할 수 있도록 함으로 방수, 가열, 방한, 보온, 가열, 난방, 융설 목적으로 쓰여져 열전달 효율성 증가, 안정성 증대, 에너지 절약 효과, 활성 에너지방사 등으로 다용도로 사용할 수 있는 다목적효과를 얻을 수 있다.

Claims

절연성이 우수한 열가소성 플라스틱필름 (폴리에틸렌, 염화비닐, 폴리프로필렌, 포화폴리에스테르, 폴리우레탄)등의, 성형시 원료속에 주원료수지를 75 ~ 80% 중량부로 하고, 원적외선방사, 항균, 음이온방사를 위해 이산화 실리콘(Si O₂) 10 ∼ 15% 중량부, 산화칼슘(Ca O) 3 ∼ 5% 중량부, 산화바륨(Ba O)이나 이산화티타늄(Ti O₂) 3 ∼ 5% 중량부, 제오라이트 5 ∼ 8% 중량부를 0.3 ∼ 0.5㎛ 크기의 미세 분말의 혼합된 상태로 압출성형하여 필름 절연층을 형성하고 그 절연층위에 발열층 구성 즉, 전극선, 도전부를 은(Ag)을 0.3∼ 0.5㎛ 크기로 미세한 분말상태로 만들고 그 중량분은 55 ∼ 60%로 하고 에틸렌 그리콜모노 부틸 에테르를 40 ∼ 45% 용제로 하여 혼합하면 20℃ 220V전압 하에서 1Ω/cm²이하의 표면 저항치를 가지는 전극 조성물을 만든다. 그리고, 발열을 목적으로 하는 저항체는 카본(C)또는 티탄산 칼륨(K)을 0.3 ∼ 0.7㎛ 크기로 분쇄한 후 35 ∼ 45% 중량부로 하고 기타 같은 크기의 이산화 실리콘(Si O₂) 10∼15% 중량부로 하고 송유(PINE OIL)를 40 ∼55% 중량부를 용제로 혼합하면 1,000cps 정도의 겔 상태의 액상 수지로 조성하면 20℃ 220V 전압 하에서 100 ∼ 7,000Ω/㎠ 에 해당하는 표면 저항치를 가지는 발열부 조성물을 얻는다. 따라서 일차적으로 발열저항 액상수지를 스크린인쇄방법으로 200 MESH의 얇은 천을 통하여 도포 건조한 후 만든 절연성 필름 위에 도포 한 후 약 120 내지 150℃ 온도에서 열풍과 함께 건조 숙성하여 발열층을 구성하고 이미 구성된 발열층의 양쪽 끝을 따라 이미 조성된 전극 저항 액상수지를 양쪽으로 길게 같은 스크린인쇄방법으로 대칭 되도록 도포 한 후 발열층 건조 방법과 같이 같은 조건으로 건조 숙성한다. 전극 발열층이 없는 다기능성소재로서 압출 성형된 별도의 두께 0.1 ∼ 0.15 mm 절연성 필름과 발열면이 조성된 발열층 필름을 양면으로 겹친 후 금속봉 속에 가열 히터가 장착되어 있고 그 외부가 내열성실리콘 또는 불소 수지로 감싸져 있는 가열 롤러(Heating Roller) 사이로 각 절연성 필름의 용융 온도에 따라 통과시키면 각 수지의 용융온도에 의하여 2개의 절연필름 표면이 용융되어 약 500㎛ 이하의 1개의 통합된 복합 플라스틱재료 층으로 합지 되어 결국 약 500㎛ 미만의 내 전압 1,000 볼트(Voltage) 전압 하에서 500 MΩ이상의 내 전압성을 가지면서 절연, 발열, 방수, 내열, 원적외선, 음이온 방사 및 항균성 등을 함께 발휘하는 다기능을 할 수 있게 한 면상발열체 제조 방법
일정면적과 전압 하에서 3개이상의 발열 저항치가 다른 발열 회로부와 온도 장치 위치를 형성시키고 중앙부분이 온도 상승하여, 일정온도에 이르면 중앙부분의 발열회로는 즉시 차단되고 나머지 양면의 발열회로가 작동케 하여 시간차에 따른 에너지 이득 차를 얻게 하여 에너지 소비 효율성을 높게 하는 병렬 다중회로를 가지는 스크린 인쇄회로 구성 방식의 면상발열체 제조방법
면상발열체의 길이가 길어짐에 따라 전극부 도선의 길이에 다라 자체 저항치를 낮게끔 체적을 조정하여 사용길이를 길게 사용할 수 있는 스크린 인쇄회로 구성식면상발열체의 제조방법