KR20040016072A - 면상 발열체용 수지 조성물 및 그 조성물을 이용하여제조된 면상 발열체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반산업용, 농수산, 원예, 축산농가 등에서 난방용 또는 건조용으로 사용되는 면상발열체에 관한 것으로, 고분자수지 100중량부에 대하여 흑연분말 60∼70중량부, 원적외선 방사체 10∼20중량부, 분산제 2∼4중량부 및 용제 2∼20중량부를 포함함을 특징으로 하는 면상발열체용 수지 조성물과 그 수지조성물을 이용하여 제조된 면상발열체를 제공함으로서, 면상발열체의 전면에 걸쳐 균일한 온도분포를 나타냄과 동시에 원적외선을 방출하여 건강에 유익함을 줄 수 있을 뿐만 아니라 장시간 사용시에도 과열 없이 항상 일정한 온도를 유지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

면상 발열체용 수지 조성물 및 그 조성물을 이용하여 제조된 면상 발열체{Resin composition for panel heater and panel heater using the composition}

본 발명은 일반산업용, 농수산, 원예, 축산농가 등에서 난방용 또는 건조용으로 사용되는 면상발열체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 면상발열체의 전면에 걸쳐 일정한 온도분포를 나타냄과 동시에 원적외선을 방출하여 건강에 유익함을 줄 수 있을 뿐만 아니라 장시간 사용시에도 과열 없이 항상 일정한 온도를 유지할 수 있는 면상발열체용 수지조성물과, 그 수지조성물을 이용하여 제조된 면상발열체에 관한 것이다.

최근 들어 일반산업, 농수산, 원예 또는 축산농가 등에서 난방 또는 건조용으로 면상발열체를 사용하는 빈도가 급속히 높아지고 있다. 상기 면상발열체는 도전성재료에 전압을 걸어주었을 때 저항에 의해 발생하는 열을 이용하는 것으로서, 일반적으로 직물이나 합성수지의 기판에 면상으로 도전성 재료를 포함하는 발열층을 형성하여 제조된다.

면상발열체를 제조하기 위하여 사용되는 도전성 재료는 금속발열체와 비금속발열체로 나누어 볼 수 있으며, 근래에는 안정성을 고려하여 대부분 비금속발열체를 사용하고 있다.

특히, 비금속발열체중에서도 전도성 카본을 도전성 재료로 주로 사용하고 있는데, 상기 전도성 카본을 평판에 소정의 두께로 도포하여 발열층을 형성하고, 상기 발열층에 전압을 걸어주기 위한 전극을 형성한 후 그 상단에 절연층을 형성하여면상발열체를 제조하여 왔다.

그러나, 종래의 방법에 의해 제조된 면상발열체의 경우 발열층의 저항치가 균일하지 못하여 발열온도가 매우 불안정하고, 그에 따라 면상 발열체의 위치에 따른 온도편차가 매우 심한 단점을 가지고 있다. 즉, 면상발열체의 두께는 일정하지만 저항치가 달라 발열상태가 고르지 못하여 같은 면상이라 할지라도 발열온도의 편차가 심하다는 단점을 가지고 있다. 이로 인하여 발열온도가 낮은 부위보다 높은 부위의 발열체가 먼저 노후되어 면상발열체의 수명이 단축되는 등의 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 면상발열체의 전면에 걸쳐 균일한 온도분포를 나타냄과 동시에 원적외선을 방출하여 건강에 유익함을 줄 수 있을 뿐만 아니라 장시간 사용시에도 과열 없이 항상 일정한 온도를 유지할 수 있는 면상발열체용 수지 조성물과, 그 수지 조성물을 이용하여 제조된 면상발열체를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 면상발열시트의 단면도.

도 2는 도 1에 도시한 면상발열시트를 이용하여 제조된 면상발열체의 사시도.

도 3은 도 2에 도시한 면상발열체의 단면도.

도 4은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 면상발열체의 온도분포도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 면상발열체의 온도분포도.

도 6는 종래 방법에 의해 제조된 면상발열체의 온도분포도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 면상발열체

11 : 면상발열시트

111 : 발열층 112 : 시트기재

12 : 전극

13 : 보호절연재

14 : 마감절연층

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 고분자수지 100중량부에 대하여 흑연분말 60∼70중량부, 원적외선 방사체 10∼20중량부, 분산제 2∼4중량부 및 용제 2∼20중량부를 포함함을 특징으로 하는 면상발열체용 수지 조성물을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 흑연분말이 인상흑연 20∼40중량부와 토상흑연 20∼40중량부 및 인조흑연 10∼20중량부로 이루어짐을 특징으로 하는 면상발열체용 수지 조성물을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 수지 조성물을 유리섬유나 면포에 도포하여 발열층을 형성한 것을 특징으로 하는 면상발열시트를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 면상발열시트의 발열층에 전압을 걸어주기 위한 전극이 형성되고, 상기 면상발열시트의 외측 둘레를 따라 보호절연재가 형성되고, 상기 면상발열시트와 보호절연재의 상단 및 하단에 마감절연층이 형성됨을 특징으로 하는 면상발열체를 제공한다.

이하 본 발명을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 면상발열체를 제조하기 위한 수지 조성물 특히, 면상 발열체의 발열층을 구성하는 수지 조성물을 제공한다. 상기 수지 조성물은 고분자수지 100중량부에 대하여 흑연분말 60∼70중량부, 원적외선 방사체 10∼20중량부, 분산제 2∼4중량부 및 용제 2∼20중량부를 포함한다.

고분자수지는 바인더 역할을 하는 것으로서 통상의 면상 발열체에 사용되는 것을 사용할 수 있으며, 예를 들어 페놀, 아미드, 불포화폴리에스테르, 에폭시, 우레탄, 염화고무, 아크릴, 염화비닐, 니트로셀룰로스, 아세틸셀룰로스에서 선택된 것을 사용할 수 있다. 이때, 사용되는 고분자수지에 맞는 경화제를 선택하여 통상의 사용범위 내에서 추가로 투입하여 사용할 수 있다.

본 발명에서는 고분자수지 100중량부에 대하여 흑연분말 60∼70중량부 첨가하게 되는데, 상기 흑연은 열과 전기를 잘 전달하고 열팽창이 작고 내열충격성이 우수하며, 고온에서의 강도가 높고 화학적으로 안정하기 때문에 여러 분야에서 활용되고 있다. 특히, 흑연은 전압이 일정하면 항상 발열온도가 일정하기 때문에 온도조절이 용이할 뿐만 아니라 온도편차가 매우 작다는 이점이 있다.

흑연분말의 첨가량이 고분자수지 100중량부에 대하여 60중량부 미만일 경우 전기저항 값이 커져 발열온도가 낮아지는 단점이 있으며, 흑연분말의 첨가량이 70중량부를 초과할 경우 저항이 너무 낮아짐에 따라 전기용량이 커져 위험하고, 또 상대적으로 고분자수지의 함량이 줄어들어 흑연과 흑연사이의 수지결합이 부족하여 사용중 부서지기 쉬운 상태로 되어 제품수명이 단축되는 등의 문제점이 발생하게 되므로 상기 범위 내에서 첨가하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 충분한 강도와 전도성 또는 저항을 확보하기 위하여 흑연분말로 인상흑연과 토상흑연 및 인조흑연을 혼합하여 사용하였는데, 인상흑연은 우수한 윤활성 부여와 높은 원적외선 방사기능을 갖는 주도전체 역할을 하며, 토상흑연은 충진제 역할을 하는 부도전체 역할을 하며, 인조흑연은 고순도(99.5%이상)로 우수한 도전성을 갖고 있어 인상흑연과 토상흑연의 입자간 틈새를 연결시켜주어 부족한 도전성을 보충하여 균일한 온도분포를 갖게하는 역할을 한다.

인상흑연은 그 첨가량이 20중량부 미만일 경우 전기저항값이 커져 발열온도가 낮아지는 문제점이 발생하게 되고, 그 첨가량이 40중량부를 초과할 경우 표면 윤활성이 너무좋아 면상발열체 제조시 마감절연층과의 접착력이 낮아져 쉽게 분리이탈되는 문제점이 발생하게 되므로, 인상흑연은 20∼40중량부 첨가하는 것이 바람직하다.

토상흑연은 그 첨가량이 20중량부 미만일 경우 전기저항값이 떨어지는 문제점이 발생하게 되고, 그 첨가량이 40중량부를 초과할 경우 입자간 결합력이 떨어져외부의 작은 충격에도 금이 발생하고 부서지는 문제점이 발생하게 되므로, 토상흑연은 20∼40중량부 첨가하는 것이 바람직하다.

인조흑연은 그 첨가량이 10중량부 미만일 경우 전기저항이 상승하고, 제조된 면상발열체의 온도분포가 균일하지 못하다는 문제점이 발생하게 되고, 그 첨가량이 20중량부를 초과할 경우 상대적으로 고분자수지의 함량이 줄어들어 코팅작업이 어려운 문제점이 발생하게 되므로, 인조흑연은 10중량부 내지 20중량부 첨가하는 것이 바람직하다.

이때, 상기한 토상흑연과 인상흑연 및 인조흑연은 그 입도가 0.1㎛ 이하일 경우 흑연분말의 비산으로 인하여 작업성이 떨어지는 문제점이 발생하게 되고, 그 입도가 20㎛를 초과할 경우 저항이 올라가 발열이 낮고 균일한 온도분포가 어렵다. 문제점이 발생하게 되므로, 흑연분말의 입도는 0.1∼20㎛의 것을 사용하는 것이 좋다.

보다 바람직하게는 토상흑연과 인상흑연은 5∼20㎛, 인조흑연은 0.1∼5㎛의 입도를 갖는 것이 바람직하다. 이것은 인조흑연이 토상흑연과 인상흑연의 입자와 입자사이의 틈새에 충진될 수 있도록 함으로서 상기 인조흑연이 토상흑연과 인상흑연을 연결시켜 주어 제조된 면상발열체의 온도분포가 일정하게 될 수 있도록 하기 위함이다.

본 발명에서는 면상발열체용 수지 조성물이 열을 발생시킴과 동시에 다량의 원적외선을 방출하여 건강에 유익함을 줄 수 있도록 하기 위하여 원적외선 방사체 10∼20중량부를 첨가하게 된다.

상기 원적외선 방사체는 그 첨가량이 10중량부 미만일 경우 원적외적 방사 효율이 저하되는 문제점이 있으며, 그 첨가량이 20중량부를 초과할 경우 코팅막의 인장이 약해 외부의 충격에 금이가고 부서져 지속적인 발열에 전기 저항값이 올라가고 문제점이 발생하게 되므로 상기 범위내에서 원적외선 방사체를 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 원적외선 방사체로는 통상적으로 사용되는 황토나 맥반석 분말 등을 사용할 수 있으며, 수지 조성물 내에서의 분산 및 혼합이 용이하게 이루어질 수 있도록 입도가 0.1∼20㎛인 것을 사용하는 것이 좋다.

본 발명에서는 수지 조성물 내에서 원적외선 방사체와 흑연분말의 분산성을 향상시키기 위하여 분산제를 투입하게 되는데, 상기 분산제로는 통상적으로 사용되는 것을 첨가할 수 있으며, 그 첨가량은 2∼4중량부이면 충분하다. 상기 분산제로는 실린계 또는 티타늄계 분산제를 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 수지 조성물은 용제를 포함하며 용제로는 부틸셀로솔부, 에틸셀로솔부, 에틸아세테이트, 사이클로헥사논, 자이렌, 디아세틸알코올, 롤투엔, 케톤류, 미네랄 스피리트등이 사용할 수 있다. 용제는 수지 조성물의 사용시 휘발되므로 그 첨가량을 반드시 제한할 필요는 없으며, 필요에 따라 가감하여 사용할 수 있다. 본 발명에서는 2∼20중량부 첨가하였다.

본 발명에 따른 면상 발열체용 수지 조성물은 필요에 따라 통상의 소포제, 레벨링제, 산화방지제 등을 더 첨가하여 사용할 수 있다.

상기와 같은 조성을 갖는 본 발명에 따른 수지 조성물은 유리섬유나 면포에20∼1000㎛의 두께로 도포하여 발열층을 형성할 경우 단위면적당 저항이 10¹∼10³오옴의 범위를 갖도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 면상발열시트의 단면도로서, 도시된 바와 같이 면상발열시트(11)는 전술한 본 발명의 수지조성물을 유리섬유나 면포 등의 시트기재(112)에 도포하여 발열층(111)을 형성할 수 있는데, 이때 조성물의 도포 두께는 반드시 제한할 필요는 없으나, 전기효율을 고려하여 20∼1000㎛의 두께로 도포하는 것이 바람직하다. 이렇게 제조된 면상발열시트(11)는 면상발열체 제조용으로 사용할 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 면상발열시트를 이용하여 제조된 면상발열체의 사시도이고, 도 3은 도2에 도시된 면상발열체의 단면도로서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 면상발열시트(11)의 발열층(111)에 전압을 걸어주기 위한 전극(12)이 형성되고, 상기 면상발열시트(11)의 외측 둘레를 따라 보호절연재(13)가 형성되고, 상기 면상발열시트(11)와 보호절연재(13)의 상단 및 하단에 마감절연층(14)이 형성된다.

상기한 구성을 갖는 면상발열체(10)는 전극(12)에 전압을 걸어주게 되면 열이 발생하게 되는데, 본 발명에서는 혼합 흑연분말을 사용함에 따라 발열체 전면에 걸쳐 균일한 발연온도 분포를 보임과 동시에 저항이 일정하여 발열온도가 일정하게 된다.

따라서, 상기 면상발열체(10)는 일반산업용, 농수산, 원예, 축산농가 등에서 난방용 또는 건조용으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 원적외선을 방출하여 건강에유익함을 주게 된다.

이하 본 발명을 하기 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

아크릴수지 1000g에 입도가 각각 5∼10㎛의 인상흑연 130g과 토상흑연 180g 및 0.1∼5㎛ 인조흑연 75g을 투입하고, 여기에 입도 0.1∼10㎛의 맥반석분말 85g과 분산제25g 및 케톤 200g을 투입한 후 혼합하여 면상발열체용 수지 조성물을 제조하였다. 이렇게 제조된 수지 조성물을 유리섬유에 50㎛의 두께로 코팅한 후 140±2℃에서 15분간 건조하여 면상발열시트를 제조하였다. 이렇게 제조된 면상발열시트를 25mm×150mm 의 크기로 잘라 양끝단에서 저항을 측정한 결과 400오옴을 확인할 수 있었으며, 상기 면상발열시트를 이용하여 도 2에 나타낸 형태와 같이 양 끝단면에 동전극을 형성하고, 상기 면상발열시트 상단 및 하단에 PET 필름을 놓고 열융착하여 면상발열체(600mm×600mm)를 제조하였으며, 상기 면상발열체를 220V의 전압을 걸어주어 30분 후에 각부분의 온도를 측정하였으며, 그 결과 도 4과 같은 온도 분포를 얻었다. 도 4에서 보는 바와 같이 온도분포가 균일하고, 온도편차가 60±2℃로서 온도편차가 매우 적음을 확인할 수 있다. 또한 상기 면상발열체의 원적외선 방사율 측정결과 92%로 높은 방사율을 나타냄을 확인할 수 있었다.

<실시예 2>

에폭시수지 1000g에 입도가 각각 5∼10㎛의 인상흑연 110g과 토상흑연 160g및 0.1∼5㎛ 인조흑연 90g을 투입하고, 여기에 입도 0.1∼10㎛의 황토분말 90g과 분산제25g, 케톤 200g 및 에틸아민(경화제) 50g을 투입한 후 혼합하여 면상발열체용 수지 조성물을 제조하였다. 이렇게 제조된 수지 조성물을 유리섬유에 50㎛의 두께로 코팅한 후 140±2℃에서 15분간 건조하여 면상발열시트를 제조하였다. 이렇게 제조된 면상발열시트를 25mm×150mm 의 크기로 잘라 양끝단에서 저항을 측정한 결과 700오옴을 확인할 수 있었으며, 상기 면상발열시트를 이용하여 도 2에 나타낸 형태와 같이 양 끝단면에 동전극을 형성하고, 상기 면상발열시트 상단 및 하단에 PET 필름을 놓고 열융착하여 면상발열체(600mm×600mm)를 제조하였으며, 상기 면상발열체를 220V의 전압을 걸어주어 30분 후에 각부분의 온도를 측정하였으며, 그 결과 도 5와 같은 온도 분포를 얻었다. 도 5에서 보는 바와 같이 온도분포가 균일하고, 온도편차가 65±2℃로서 온도편차가 매우 적음을 확인할 수 있다. 또한 상기 면상발열체의 원적외선 방사율 측정결과 93%로 높은 방사율을 나타냄을 확인할 수 있었다.

<비교예 1>

아크릴수지 1000g에 입도 1∼10㎛의 인상흑연 350g과 분산제25g 및 케톤 200g을 투입한 후 혼합하여 면상발열체용 수지 조성물을 제조하였다. 이렇게 제조된 수지 조성물을 유리섬유에 50㎛의 두께로 코팅한 후 140±2℃에서 15분간 건조하여 면상발열시트를 제조하였다. 이렇게 제조된 면상발열시트를 25mm×150mm 의 크기로 잘라 양끝단에서 저항을 측정한 결과 1200오옴을 확인할 수 있었으며, 상기 면상발열시트를 이용하여 도 2에 나타낸 형태와 같이 양 끝단면에 동전극을 형성하고, 상기 면상발열시트 상단 및 하단에 PET 필름을 놓고 열융착하여 면상발열체(600mm×600mm)를 제조하였으며, 상기 면상발열체를 220V의 전압을 걸어주어 30분 후에 각부분의 온도를 측정하였으며, 그 결과 도 6과 같은 온도 분포를 얻었다. 도 6에서 보는 바와 같이 종래의 방법으로 실시한 면상발열체의 경우 온도분포가 균일하지 않고, 온도편차가 21±5℃로서 온도편차가 매우 큼을 알 수 확인할 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전면에 걸쳐 일정한 온도분포를 나타냄과 동시에 원적외선을 방출하여 건강에 유익함을 줄 수 있을 뿐만 아니라 장시간 사용시에도 과열없이 항상 일정한 온도를 유지할 수 있는 면상발열체 제조용 수지조성물과, 그 수지조성물을 이용하여 제조된 면상발열체을 제공하는 유용한 발명이다.

Claims (5)

1. 고분자수지 40∼60중량부와, 흑연분말 30∼35중량부, 원적외선 방사체 5∼10중량부, 분산제 1∼2중량부 및 용제 1∼10중량부를 포함함을 특징으로 하는 면상발열체용 수지 조성물.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 흑연분말이 입도 5∼20㎛의 인상흑연 10∼20중량부와 입도 5∼20㎛의 토상흑연 10∼20중량부 및 입도 0.1∼5㎛의 인조흑연 5∼10중량부로 이루어짐을 특징으로 하는 면상발열체용 수지 조성물.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 원적외선 방사체가 황토 또는 맥반석임을 특징으로 하는 면상발열체용 수지 조성물.
4. 청구항 3의 수지 조성물을 유리섬유나 면포에서 선택되는 시트기재에 도포하여 발열층을 형성한 것을 특징으로 하는 면상발열시트.
5. 청구항 4의 면상발열시트의 발열층에 전압을 걸어주기 위한 전극이 형성되고, 상기 면상발열시트의 외측 둘레를 따라 보호절연재가 형성되고, 상기 면상발열시트와 보호절연재의 상단 및 하단에 마감절연층이 형성됨을 특징으로 하는 면상발열체.