KR200307294Y1

KR200307294Y1 - Electrothermal filament containing carbonblack

Info

Publication number: KR200307294Y1
Application number: KR20-2002-0032598U
Authority: KR
Inventors: 시-유안 이
Original assignee: 시-유안 이
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2003-04-18

Abstract

그라프트 공중합체를 형성하기 위해 단량체에 카본 블랙을 그라프트시키고,그라프트 공중합체를 전도성 코어를 형성하기 위해 필라멘트 주위에 코팅하며, 코어를 보호하고 절연시키기 위해 전도성 코어 주위에 멤브레인을 적층하여 제조된 카본 블랙을 함유한 전열 필라멘트에 관한 것이다.Manufactured by grafting carbon black on monomers to form graft copolymers, coating graft copolymers around filaments to form conductive cores, and laminating membranes around conductive cores to protect and insulate cores It relates to a heat transfer filament containing the carbon black.

Description

Electrothermal filament containing carbon black {ELECTROTHERMAL FILAMENT CONTAINING CARBONBLACK}

본 고안은 카본 블랙(carbon black)을 함유한 전열 필라멘트(electrothermal filament)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 그라프트 공중합체 기술(graft copolymer technique)에 의해 카본 블랙을 함유하는 전열 필라멘트에 관한 것이다.The present invention relates to an electrothermal filament containing carbon black, and more particularly to an electrothermal filament containing carbon black by a graft copolymer technique.

섬유분야에서 아주 많은 기술개선들이 이루어져 왔기 때문에, 의류는 소비자들을 끌어들이기 위하여 더 많은 특징들을 가져야 한다. 방수나 보온성과 같은 다양한 특징들이 완성된 의류에 추가되는데, 열을 보존할 수 있는 의류를 제조하는 방법은 섬유 제작자들에게 있어서 특별하고도 가치있는 것이다불안정한 전기적 성질을 가진 수많은 전기 전도성 섬유들이 개발되었다. 그들 중 대부분은 전도성 필라멘트(전도성 섬유), 전도성 플레이트 또는 반(半)전도성 멤브레인(membrane)과 같은 전도성 매개체와 결합된 의류들이다. 그러나, 그러한 전도성 매개체와 결합된 합성의류는 매우 무겁고 유연하지가 않아서, 의류를 입고 취급하기가 불편할 뿐만 아니라 재단사가 원하는 형상으로 재단하기도 어렵다. 비록 전도성 멤브레인을 갖는 의류가 다른 전도성 매개체를 결합한 다른 의류들보다는 탄력성이 있지만, 그 전도성 멤브레인을 결합한 의류는 여전히 좋은 방수효율을 가지지 못하고, 세탁 후에는 쉽게 열화되어 더 이상 전기를 도통시키지 못한다. 다른 전기 전도성 섬유들은 비전도성 섬유의 표면에 금속층을 도금하거나, 내부에 전기 전도성 카본 블랙이 함유된 수지나 고무로 이루어진 전도성 코팅층을 섬유상에 형성함으로써 만들어진다. 그러한 것들의 단점들은 복잡하고 어려운 제조공정들을 거친다는 점이고, 또는 화학 처리제를 사용하여 세탁하는 중에 그리고 실질적인 착용 및 반복된 세탁으로 인해 쉽게 전기 전도성이 없어진다는 점이다.Since so many technological advances have been made in the textile sector, clothing must have more features to attract consumers. Various features, such as waterproofing and warmth, are added to the finished garment, and the method of making heat-preserving garments is of particular value to textile makers. Numerous electrically conductive fibers with unstable electrical properties have been developed. . Most of them are garments combined with conductive media such as conductive filaments (conductive fibers), conductive plates or semi-conductive membranes. However, synthetic clothing combined with such a conductive medium is not very heavy and flexible, which makes it difficult to wear and handle clothing, and also difficult to tailor to the shape desired by the tailor. Although garments with conductive membranes are more resilient than other garments incorporating other conductive media, garments with the conductive membranes still do not have good water resistance and are easily degraded after washing and no longer conduct electricity. Other electrically conductive fibers are made by plating a metal layer on the surface of the nonconductive fiber or by forming a conductive coating layer made of a resin or rubber containing electrically conductive carbon black thereon on the fiber. Disadvantages of such are that they undergo complicated and difficult manufacturing processes, or they become easily electrically conductive during laundering with chemical treatment agents and due to substantial wear and repeated laundering.

본 고안의 주된 목적은 반복되는 세탁 후에도 우수한 탄력성을 갖고 지속적으로 전기 전도성을 유지하는 전기 전도성 필라멘트로서, 카본 블랙을 함유한 전열 필라멘트를 제공하는 데 있다.The main object of the present invention is to provide an electrothermal filament containing carbon black as an electrically conductive filament that maintains excellent electrical conductivity and continuously maintains electrical conductivity even after repeated washing.

도 1은 본 고안에 따른 카본 블랙(carbon black)을 함유한 전열 필라멘트를 제조하는 방법을 도시한 블록 다이어그램.1 is a block diagram showing a method for manufacturing a heat transfer filament containing carbon black according to the present invention.

도 2는 도 1을 수행하는 공정을 개략적으로 도시한 공정도.FIG. 2 is a process diagram schematically illustrating the process of performing FIG. 1. FIG.

도 3은 본 고안에 따른 카본 블랙을 함유한 전열 필라멘트를 도시한 측단면도.Figure 3 is a side cross-sectional view showing a heat transfer filament containing carbon black according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 필라멘트 11 : 제 1탱크10: filament 11: first tank

12 : 롤러 13 : 제 2탱크12 roller 13 second tank

15 : 제 3탱크 17 : 경화용 롤러 조립체15: third tank 17: curing roller assembly

18 : 멤브레인 스핀들 19 : 최종 롤러18: membrane spindle 19: final roller

20 : 그라프트 공중합체 21 : 전도성 코어25 : 멤브레인 30 : 전열 필라멘트20 graft copolymer 21 conductive core 25 membrane 30 electrothermal filament

101 : 스핀들 181 : 압축 휠101: spindle 181: compression wheel

상기 본 고안의 목적을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 고안에 따른 카본 블랙을 함유한 전열 필라멘트는 단량체에 카본 블랙을 그라프트시킴으로써 형성되는 그라프트 공중합체; 상기 그라프트 공중합체로 코팅되며 두 개의 단부들을 갖는 필라멘트; 상기 그라프트 공중합체를 갖는 상기 필라멘트 상에 절연재로서 적층된 멤브레인; 및 상기 필라멘트의 대향하는 상기 단부들에 각각 부착되는 두 개의 전극;을 포함한다.In order to solve the object of the present invention, the heat transfer filament containing carbon black according to the present invention is a graft copolymer formed by grafting carbon black to the monomer; A filament coated with the graft copolymer and having two ends; A membrane laminated as an insulating material on the filament having the graft copolymer; And two electrodes each attached to the opposite ends of the filament.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 카본 블랙을 함유한 전열 필라멘트를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the heat transfer filament containing carbon black according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 고안에 따른 카본 블랙을 함유한 전열 필라멘트를 제조하는 방법은 재료를 얻는 단계, 그라프트 공중합체를 형성하기 위하여 단량체에 카본 블랙을 그라프트시키는 단계, 그라프트 공중합체를 필라멘트에 코팅하는 단계, 필라멘트 상에 멤브레인(membrane)을 적층하는 단계 및 각각의 전열 필라멘트에 두 개의 전극을 부착하는 단계를 포함한다.Referring to Figure 1, the method for producing an electrothermal filament containing carbon black according to the present invention is to obtain a material, the step of grafting carbon black to the monomer to form a graft copolymer, the graft copolymer Coating on the filaments, laminating a membrane on the filaments, and attaching two electrodes to each electrothermal filament.

카본 블랙을 함유한 전열 필라멘트를 제조하는 방법을 실행하기 위해 필요한 재료들로는 미세분말로 된 카본 블랙, 그라프트하기 위한 단량체, 개시제(initiator), 종결제(terminating agent), 질소 가스 및 멤브레인 롤(roll) 등이다. 카본 블랙은 미세 입자이고 전도성 물질이다. 상기 그라프트하기 위한 단량체는 스티렌(styrene)이고, 개시제는 0.5∼2%의 과산화 벤조일(benzoyl peroxide)이며, 종결제는 아세톤(acetone)이다. 멤브레인은 폴리에틸렌(PE)이나 열가소성 우레탄(TPU)계 탄성고무(elastomer)와 같은 부드럽고 유연한 재질이다.Materials needed to implement the method for producing carbon black electrothermal filaments include finely divided carbon black, monomers for grafting, initiators, terminating agents, nitrogen gas and membrane rolls. ). Carbon black is a fine particle and a conductive material. The monomer for grafting is styrene, the initiator is benzoyl peroxide of 0.5 to 2%, and the terminator is acetone. The membrane is a soft and flexible material such as polyethylene (PE) or thermoplastic urethane (TPU) -based elastomer.

단량체에 카본 블랙을 그라프트시키기 위하여, 카본 블랙은 그라프트하기 위한 단량체 및 개시제와 혼합된다. 카본 블랙과 스티렌은 각각 8∼15%와 80∼90%이고, 그 나머지 함량은 개시제이다. 그라프트 단계의 마지막에 그라프트 반응을 중단시키기 위해 종결제가 카본 블랙과 단량체의 혼합물에 첨가된다.In order to graf the carbon black to the monomer, the carbon black is mixed with the monomer and initiator for grafting. Carbon black and styrene are 8-15% and 80-90%, respectively, and the remaining content is an initiator. At the end of the graft step, a terminator is added to the mixture of carbon black and monomer to stop the graft reaction.

카본 블랙, 그라프트하기 위한 단량체(스티렌) 및 개시제(과산화 벤조일)는 그라프트 공중합체를 형성하기 위해 반응탱크내에서 혼합된다. 그후에, 질소 가스가 탱크내의 온도를 60℃로 유지시키기 위해 반응탱크내로 유입된다. 그라프트 반응은 6∼8시간 소요된다. 그라프트 반응의 마지막에 종결제(아세톤)가 그라프트 반응을 중단시키기 위해 반응탱크에 첨가되어, 그라프트 공중합체 내의 카본의 양을 조절한다. 결과적으로, 그라프트 공중합체의 양이 조절되어 안정하게 된다. 그라프트 반응은 다음의 화학 반응식으로 표현된다:Carbon black, monomers for grafting (styrene) and initiators (benzoyl peroxide) are mixed in the reaction tank to form the graft copolymer. Thereafter, nitrogen gas is introduced into the reaction tank to maintain the temperature in the tank at 60 ° C. The graft reaction takes 6-8 hours. At the end of the graft reaction, a terminator (acetone) is added to the reaction tank to stop the graft reaction, controlling the amount of carbon in the graft copolymer. As a result, the amount of the graft copolymer is controlled to be stable. The graft reaction is represented by the following chemical equation:

카본블랙 + C₆H₅-(C₂H₂), (6∼8시간동안 60℃로 반응)Carbon black + C ₆ H _5- (C ₂ H ₂ ), (reaction at 60 ° C for 6-8 hours)

카본블랙-(C₂H₂)-C₆H₅ Carbon Black- (C ₂ H ₂ ) -C ₆ H ₅

이 반응에 따르면, 카본 블랙은 카본 블랙의 자유 라디칼(free radical)에 의해 단량체에 그라프트되어, 카본 블랙 미세 입자의 외주면 주위에 단량체로된 하나의 층을 코팅한다. 그에 따라, 각각의 카본 블랙 미세 입자는 카본 블랙 미세 입자들 사이의 응결을 방지하기 위하여 다른 미세 입자들에 반발하게된다.According to this reaction, the carbon black is grafted onto the monomer by the free radicals of the carbon black to coat one layer of monomer around the outer circumferential surface of the carbon black fine particles. Thus, each carbon black fine particle is caused to repel other fine particles to prevent condensation between the carbon black fine particles.

필라멘트를 그라프트 공중합체로 코팅하기 위하여, 필라멘트는 그라프트 공중합체를 관통하며, 그 결과 그 필라멘트를 카본 블랙을 함유한 하나의 층으로 코팅한다. 도 2를 참조하면, 스핀들(101)에 감겨진 필라멘트(10)는 제 1탱크(11) 내의 그라프트 공중합체(20)를 통과하여 롤러(12)들에 걸려 있다. 필라멘트(10)가 제 1탱크(11)내의 그라프트 공중합체(20)를 통과할 때, 그라프트 공중합체는 필라멘트(10)에 침투하여 필라멘트(10)를 코팅한다. 필라멘트(10)가 제 1탱크(11)내의 그라프트 공중합체를 지나간 후에, 한쌍의 롤러(12)는 그라프트 공중합체(20)의 초과량을 필라멘트(10)로부터 짜낸다. 그 후에 필라멘트(10)는 제 2탱크(13) 및 제 3탱크(15)내의 그라프트 공중합체(20)를 통과하여 필라멘트(10) 상의 그라프트 공중합체의 두께를 증대시킴으로써, 카본 블랙이 필라멘트(10) 상에 충분하도록 한다. 그라프트 공중합체(20)를 필라멘트(10)에 코팅한 후에 필라멘트(10)를 경화용 롤러 조립체(17)로 이동하여 그라프트 공중합체를 필라멘트(10) 상에 완전히 경화시킨다.In order to coat the filament with the graft copolymer, the filament penetrates the graft copolymer, which results in coating the filament with one layer containing carbon black. Referring to FIG. 2, the filament 10 wound around the spindle 101 passes through the graft copolymer 20 in the first tank 11 and hung on the rollers 12. When the filament 10 passes through the graft copolymer 20 in the first tank 11, the graft copolymer penetrates into the filament 10 and coats the filament 10. After the filament 10 has passed the graft copolymer in the first tank 11, the pair of rollers 12 squeeze the excess amount of the graft copolymer 20 from the filament 10. The filament 10 is then passed through the graft copolymer 20 in the second tank 13 and the third tank 15 to increase the thickness of the graft copolymer on the filament 10, thereby reducing carbon black Enough on (10). After coating the graft copolymer 20 on the filament 10, the filament 10 is moved to the curing roller assembly 17 to completely cure the graft copolymer on the filament 10.

그라프트 공중합체를 필라멘트 상에 경화시킨 후에, 두 장(sheet)의 멤브레인(25)을 필라멘트(10)의 대향하는 양측부에 각각 설치된 두 개의 멤브레인 스핀들(18)로부터 이동시킨다. 멤브레인(25)들은 한 쌍의 압축 휠(181)에 의해 필라멘트(10)에 적층된다. 필라멘트(10) 상의 멤브레인(25)은 카본 블랙이 필라멘트(10)로부터 쉽게 이탈되는 것을 방지하고, 전열 필라멘트를 완성하기 위해 절연층을 제공한다. 최종적으로, 전열 필라멘트는 최종 롤러(19)에 감겨진다.After the graft copolymer is cured on the filaments, two sheets of membrane 25 are moved from two membrane spindles 18 respectively provided on opposite sides of the filament 10. The membranes 25 are laminated to the filament 10 by a pair of compression wheels 181. The membrane 25 on the filament 10 prevents carbon black from easily leaving the filament 10 and provides an insulating layer to complete the heat transfer filament. Finally, the electrothermal filaments are wound on the final roller 19.

도 3을 참조하면, 각각의 전열 필라멘트(30)는 그라프트 공중합체로 이루어진 전도성 코어(21)와 그 코어(21) 주위를 둘러싸는 멤브레인(25)으로 구성된다. 전도성 코어(21)는 멤브레인(25)으로부터 돌출되어 형성된 두개의 단부를 갖고, 두 개의 전극(35)들이 상기 전도성 코어(21)의 대향하는 단부들에 각각 부착된다. 전열 필라멘트(30)는 전류가 상기 전도성 코어(21)를 관통하여 흐를 때 열을 발생시킨다.Referring to FIG. 3, each electrothermal filament 30 consists of a conductive core 21 made of graft copolymer and a membrane 25 surrounding the core 21. The conductive core 21 has two ends formed to protrude from the membrane 25, and two electrodes 35 are respectively attached to opposite ends of the conductive core 21. The electrothermal filament 30 generates heat when a current flows through the conductive core 21.

상기에 언급된 바와 같이, 카본 블랙을 함유한 전열 필라멘트는 다음과 같은 장점을 갖는다.As mentioned above, electrothermal filaments containing carbon black have the following advantages.

1. 카본 블랙이 그라프트 단량체에 그라프트되기 때문에, 카본 블랙은 극성을 띠고 단량체에 그라프트된 후에 반발효과를 발생시킨다. 그 후 필라멘트 상에 코팅될 때 균일하게 분포된다. 따라서, 전열 필라멘트는 카본 블랙을 적게 사용하고도 전열 필라멘트를 균일하게 가열시키는데 우수한 전도성을 가진다.1. Since carbon black is grafted to the graft monomer, the carbon black is polar and generates a repulsive effect after being grafted to the monomer. It is then evenly distributed when coated on the filaments. Therefore, the electrothermal filaments have excellent conductivity for uniformly heating the electrothermal filaments even with less carbon black.

2. 전도성 코어 주위에 코팅된 부드럽고 유연한 멤브레인은 내측의 카본 블랙을 둘러싸고 있기 때문에, 카본 블랙이 세탁 중에 필라멘트로부터 분리되는 것을 방지한다. 부가적으로, 전열 필라멘트의 유연성도 멤브레인의 적층 후에 향상된다.2. The soft, flexible membrane coated around the conductive core surrounds the inner carbon black, thus preventing the carbon black from detaching from the filament during washing. In addition, the flexibility of the heat transfer filaments is also improved after lamination of the membrane.

3. 전도성 코어를 형성하기 위해 카본 블랙을 사용하는 전열 필라멘트는 중량이 가벼우며 효율적으로 열을 발생시킨다. 그러므로, 전열 필라멘트로 만들어진 의류는 중량이 가벼우면서도 착용 중에도 우수한 보온 특성을 갖는다.3. Electrothermal filaments that use carbon black to form conductive cores are light in weight and efficiently generate heat. Therefore, garments made of electrothermal filaments are light in weight and have excellent thermal insulation properties while worn.

Claims

Graft copolymers formed by grafting carbon black to monomers;

A filament coated with the graft copolymer and having two ends;

A membrane laminated as an insulating material on the filament having the graft copolymer; And

And two electrodes each attached to opposite ends of the filament.