KR20040107130A

KR20040107130A - 도전성 금속섬유와 기능성화합물을 이용한 시트형 발열체및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20040107130A
Application number: KR1020030038006A
Authority: KR
Inventors: 김규탁; 이성호
Original assignee: 김규탁; 이성호
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2004-12-20
Also published as: KR100665705B1

Abstract

본 발명은 시트형 발열체에 있어서, 도전성 금속섬유와 기질로서 비도전성 섬유가 혼합되어 바인더에 의해 결착된 부직포형 발열체와, 선택적으로 발열체에 도포되는, 탄소분말, 황토분말, 숯, 옥, 및 토르말린으로 이루어진 군으로부터 일이상 선택된 기능성화합물과 상기 기능성화합물을 결착하는 바인더와 작업성 향상을 위한 희석재와 증류수 및 기능성화합물 분산용 분산재로 이루어진 혼합물로 도포된 방사체와 상기 발열체 또는 방사체의 양 측면에 아크방지처리가 된 후 형성된 도선과 발열체의 양면에 라미네이팅 물질로 코팅된 절연코팅층이 포함되는 도전성 금속섬유와 기능성화합물을 이용한 시트형 발열체 및 이의 제조방법을 제공한다.

Description

도전성 금속섬유와 기능성화합물을 이용한 시트형 발열체 및 이의 제조방법{ELECTRIC CONDUCTIVE METAL FIBER AND FUNCTIONAL COMPOUND USING SEAT TYPE HEATER AND PREPARING THEREOF}

본 발명은 도전성 금속섬유를 이용한 시트형 발열체 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 도전성 극세섬유를 이용하여 저항의 균일성과 온도분포의 균일성을 갖는 내구성있는 시트형발열체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

종래 사용되는 발열체는 기름 또는 가스 난방과는 달리 사용이 편리하고 실내공기를 오염하지 않고 쾌적한 난방을 할 수 있기 때문에 주거 및 상가용 바닥난방, 전기매트, 온돌침대 등의 발열체로 널리 사용되고 있다. 근자에는 상기 발열체가 주거용 난방뿐만 아니라 농업용, 산업용, 의료용 등의 발열체로서 그 용도를 확장하고 있는 추세이다.

상기 발열체의 발열원으로는 니크롬선을 사용한 선상발열체와 탄소섬유 및 탄소분말을 이용한 시트형 발열체로 대별된다. 선상발열체의 경우 니크롬선 한 가닥으로 열을 발산하기 때문에 급격한 온도 상승, 습기에 의한 부식 등에 의해 니크롬선이 단선돼 발열체의 수명이 다하는 문제점을 갖고 있으며, 선상의 형태를 면상화한 발열체이기 때문에 고른 열 분포를 얻을 수 없는 단점이 있다. 또한 탄소섬유 및 탄소분말을 소재로 한 발열체는 저항열에 의한 도전성 탄소화합물의 열화, 산화 등에 의한 경시변화로 인해 발열체의 발열능력 저하와 수명이 단축되는 경우가 발생할 수 있으며, 미립자 탄소섬유(탄소분말)를 함침 또는 인쇄공정을 통해 발열체를 제조하기에 탄소 도막두께가 일정하나 전기 전도도를 낮출 수 없어 고온발열체를 제조하기 위해 한 쌍 이상의 전극을 사용하여야 하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하고자 하는 많은 시도들 중에서 대한민국 공개특허 제특1987-11498호에서는 면전체가 균일하게 발열하고 소정의 열량을 발생하는 시트형 발열체를 재현성 좋게 제조할 수 있도록 열경화성 수지와 경화제와 증점제로 된 수지조성물에 도전성 섬유가 혼합 분산된 혼합물을 상기 수지조성물을 함침할 수 있는 시이트상물에 적층하고, 상기 수지조성물이 시이트상 성행재료의 상기 혼합물의층에 다시 상기 수지조성물을 함침할 수 있는 시이트상물을 적층하여 가압상태로 가열경화시키는 시트형 발열체의 제조방법이 제안되었다.

상기 시트형 발열체의 제조방법은 종래 시트형 발열체가 합성수지에 도전성 섬유와 열경화성 수지에서 시이트상 성형재료를 만들고 이어서 가압가열하여 성형하는 방법이 가압시 도전성 섬유가 이동해버려, 면전체가 균일하게 발열하지 않거나, 재현성이 나빠서 소정의 열량을 발생하지 못한다는 단점을 개선하는 점은 있으나 전도성 탄소섬유의 산화, 열화에 의한 내구성 감소나 전기 전도도의 제어측면을 전혀 고려하지 못한 점과 발열소재 자체가 하드형이기에 굴곡성과 라미네이팅 소재의 선택을 자유롭게 할 수 없고 열경화형 수지의 사용으로 생산능력 저하와 제조비용의 상승 측면을 전혀 고려하지 못한 점이 있었다.

또한 대한민국 공개특허 제특2002-39608호에서는 탄소섬유를 위사 또는 경사로 하고, 전열특성이 있는 금속사를 경사 또는 위사로 하여 직조한 제품을 방사층으로 사용하는 시트형 발열체가 공개되었다. 그러나 상기 방식에서 금속사의 직조가 기술적으로 용이하지 않고 이에 과도한 제조비용이 발생되며 직물형태의 밀도 형태에 따른 발열특성 및 내구성에 대한 검토가 이루어지지 않았다.

한편, 시트형 발열체는 전극부의 접촉저항에 의한 과열에 대하여 완전할 수 없을 뿐 아니라, 발열체와 전극선 사이의 접촉저항 증가로 접촉면에서 아크열에 의한 온도상승으로 화재위험과 내구성 저하의 문제점이 있다. 또한 아크가 발생하는 경우 제품의 내구성에도 문제를 야기할 수 있어 시트형 발열체의 안정성, 내구성 면에서 다양한 시도가 이루어지고 있다. 대한민국 공개실용신안 제실1987-15658호에서는 양 측면부를 따라 전원공급용 전극대를 구비하며, 표리면을 절연시트에 의하여 전기절연시킨 시트형 발열체의 상기 절연시트의 외면에 양도전 필름을 접착하고 이 양도전 필름에 상기 시트형 발열체에의 전원공급선 또는 온도감지선의 리드선에 형성된 릴레이 스위치의 코일 일단을 접속하고 코일의 타단을 전원공급선의 각각에 다이오드를 통하여 접속한 시트형 발열체의 안전장치가 제안되었다. 상기 개시된 장치는 소정의 목적을 달성할 수 있으나 시트형 발열체에 별도의 장치가 부가되어야 한다는 점과 국부적인 온도상승은 감지할 수 있으나 전방위적으로 국부저항 증가에 의한 고열발생은 감지할 수 없다는 점에서 본질적인 문제의 해결은 될 수 없는 것이다. 특히 시트형 발열체가 바닥 등에 내장되어 있는 경우 시공상의 문제점과 하자보수가 어려운 문제가 있어 시트형 발열체의 근본적인 구조적 해결책이 소망되었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 전도성 금속섬유와 기능성 화합물을 이용하여 발열성능이 우수하고 온도의 균일성과 물성변화가 적은 시트형 발열체를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 인체에 유익한 성분을 투입하여 원적외선 및 음이온 방사량이 극대화되며 전자파 발생이 없는 인체에 안전한 시트형 발열체를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 시트형 발열체의 도선에 아크방지처리를 함으로서발열체상의 통전의 안전성을 확보하고 내구성이 향상된 시트형 발열체를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 도전성 금속섬유가 배향성을 갖고 균일하게 분포되어 최적의 발열효율과 통전안전성이 확보되는 시트형 발열체의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 발열체에 고온발열부와 저온발열부를 동시에 제공함으로서 열효율과 인체가 느끼는 온열감을 이용하여 에너지절약측면도 극대화시키는 시트형 발열체의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 시트형 발열체에 있어서,

도전성 금속섬유와 기질로서 비도전성 섬유가 혼합되어 바인더에 의해 결착된 부직포형 발열체와, 선택적으로 발열체에 도포되는, 탄소분말, 황토분말, 숯, 옥, 및 토르말린으로 이루어진 군으로부터 일이상 선택된 기능성화합물과 상기 기능성화합물을 결착하는 바인더와 작업성 향상을 위한 희석재와 증류수 및 기능성화합물 분산용 분산재로 이루어진 혼합물로 도포된 방사체와 상기 발열체 또는 방사체의 양 측면에 아크방지처리가 된 후 형성된 도선과 발열체의 양면에 라미네이팅 물질로 코팅된 절연코팅층이 포함되는 도전성 금속섬유와 기능성화합물을 이용한 시트형 발열체를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 발열체가 초극세사인 도전성 금속섬유 20 내지 60중량%, 비도전성 섬유 40 내지 80중량% 및 바인더 5 내지 10중량%로 이루어진 발열체를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 방사체가 기능성화합물 20 내지 40중량%, 증류수 50 내지 70중량%, 바인더 5 내지 40 중량%, 분산제 1 내지 5중량% 및 희석제 1 내지 3중량%를 혼합한 혼합물로 도포된 발열체를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 방사체가 발열체의 전장에 또는 일정 간격의 띠상의 문양으로 도포된 발열체를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 발열체상의 섬유들이 배향성을 갖는 발열체를 제공한다.

또한 본 발명은 시트형 발열체의 제조방법에 있어서, 뭉쳐있는 도전성 섬유와 비도전성 섬유를 섬유 개체로 나누는 타면단계와, 상기 타면된 각 섬유는 랜덤 분포가 되도록 혼섬단계와, 상기 혼섬된 도전성 섬유와 비도전성섬유를 웹형태로 제조하는 웹형성단계와, 형성된 웹을 면상의 시트 형태로 결합하는 웹결합단계로 이루어진 발열체형성단계; 상기 형성된 발열체를 200℃ 이상의 고온에서 열변형되는 것을 방지하기 위하여 열처리 단계; 선택적으로 황토분말, 탄소분말, 숯, 옥, 토르말린으로 이루어진 군으로부터 1이상 선택되는 기능성화합물, 증류수, 바인더, 분산제, 희석재로 이루어진 혼합물을 상기 형성된 발열체에 도포하는 방사체형성단계; 상기 형성된 발열체 또는 방사체의 양 측면에 접점부위의 안정성을 부여하기 위한 아크방지처리단계; 및 양 측면에 전선이 도입되고 절연필름으로 상기 발열체 또는 방사체의 양면을 코팅하는 절연코팅단계를 포함하는 도전성 금속섬유와 기능성화합물을 이용한 시트형 발열체의 제조방법를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 발열체형성단계가 초극세사인 도전성 금속섬유 20 내지60중량%, 비도전성 섬유 40 내지 80중량% 및 바인더 5 내지 10중량%로 이루어진 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 방사체형성단계에서 기능성화합물 20 내지 40중량%, 증류수 50 내지 70중량%, 바인더 5 내지 40 중량%, 분산제 1 내지 5중량% 및 희석재 1 내지 3중량%가 혼합한 혼합물로 도포되는 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 방사체가 발열체의 전장에 또는 일정 간격의 띠상의 문양으로 도포되는 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 아크방지처리가 도전성페이스트에 의한 접점부위의 저항값을 낮춤으로써 전극선과 발열체사이에 집중저항과 경계저항을 낮추고, 플렉시블한 시트형 발열체의 특성상 유동성과 금속 산화피막형성을 고려하여 전극을 통전 및 접점 윤활제로 도포 및 함침함과 동시에 접촉저항을 줄이기 위해 전극윗면에 수지가 적층된 것을 사용함으로써 절연필름과의 접착력을 향상하여 코팅하는 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 발열체상의 섬유들이 배향성을 갖는 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 도전성 금속섬유와 기능성화합물을 이용한 시트형 발열체를 제공한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 제조방법의 공정도.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 발열체의 표면도.

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 방사체가 면상 도포된 시트형 발열체의 표면도.

도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 방사체가 띠상의 문양 도포된 시트형 발열체의 표면도.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 1은 본 발명에 바람직한 일실시예에 의한 시트형 발열체의 제조공정으로 나타낸 공정도이고 도 2는 발열체의 제조상태를 도식화한 것이다.

도전성 금속섬유, 비도전성 섬유를 바인더를 결합시켜 섬유상 시트로 제조하는 발열체 형성단계(110)를 거친다. 상기 발열체 형성단계(110)는 뭉쳐있는 도전성 섬유와 비도전성 섬유를 섬유 개체로 나누는 타면단계(112)와, 상기 타면된 각 섬유는 랜던한 분포가 되도록 혼섬단계(114)와, 상기 혼섬된 도전성 섬유와 기타 섬유를 웹(web) 형태로 제조하는 웹형성단계(116)와, 형성된 웹을 면상의 시트 형태로 결합하는 웹결합단계(118)로 이루어진다. 상기 도전성 섬유는 20 내지 60중량%가, 비도전성 섬유 40 내지 80 중량%가, 바인더는 5 내지 10 중량%를 결합시키는 것이 바람직하다. 또한 상기 타면되어 혼합된 섬유는 일 방향으로 배양성을 유지하는 것이 발열특성면에서 바람직하며, 도 2는 X축으로 배향된 것을 나타낸 것이고 본 발명에 있어서 배향성은 X으로 이루어지는 것이 보다 바람직하다.

본 발명에 있어서 사용되는 도전성 금속섬유는 고온에서도 열화 및 산화되지 않으며 인접사간에 접촉이 원활하게 이루어져 균일한 저항과 균일한 온도 발현이 구현될 수 있어야 하며, 열화현상이 없고 내열도 및 전열특성이 우수하고 섬유상으로 1150℃까지 견딜 수 있어 시간 경과에 따른 물성변화가 없는 것이 바람직하다. 따라서 본 발명에 의한 시트형 발열체에 사용되는 도전성 섬유는 섬도 5 내지 15㎛, 길이 5 내지 50mm의 극세 금속사가 바람직하며 전기비저항이 72 내지 100.cm, 내열성(42℃에서 10% 강도저하), 인장강도 106 내지 140 kg/mm²정도의 도전성 섬유가 바람직하다. 특히 시트형 발열체의 발열특성은 도전성 금속사의 함량과 형상에 많은 영향을 받으므로 섬도 5 내지 10㎛, 길이 10 내지 20mm인 극세사가 보다 바람직하며, 상기 비도전성 섬유로서 유리섬유, 아라미드섬유,(또는 합성섬유로서 폴리에스테르 또는 펄프)와의 혼합성이 양호해진다.

또한 바인더는 아크릴 또는 폴리에스테르수지 바인더를 웹상에 결합시켜 부직포 상의 시트로 제조한다. 하기 표 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 발열체 성분표이다.

구 분	재 질	중량비(%)	역 할
초극세 도전성 금속섬유	스테인레스, Cu,Ag, AL 등	20 - 60%	전기저항에 의한 발열작용
비도전성 섬유	유리 및 레이온섬유아라미드섬유, 펄프, 합성섬유(폴리에스테르)	40 - 80%	금속사와 혼합하여 섬유상으로 제조되는 중간재
바인더	아크릴/폴리에스테르 수지, 에폭시, 우레탄, 폴리올리핀계 수지	5 - 10%	도전성 섬유와 비도전성 섬유의 결합재

상기 형성된 발열체는 200℃ 이사의 고온에서 열변형되는 것을 방지하기 위하여 열처리 단계(120)를 거치며 본 단계는 통상의 열처리방식을 사용할 수 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.

상기 열처리 단계(120)를 거친 발열체에 또는 그 상부에 선택적으로 방사체 및 2차 발열층를 형성하는 단계가 이루어질 수 있다. 상기 발열체는 황토분말, 탄소분말, 숯, 옥, 토르말린으로 이루어진 군으로부터 1이상 선택되는 기능성화합물 20 내지 40중량%와, 증류수 50 내지 70중량%와, 아크릴수지, 폴리에스테르수지 등의 바인더 5 내지 40 중량%와, 분산제 1 내지 5중량%와, 희석재 1 내지 3%를 혼합한 혼합물에 상기 발열체를 함침 또는 상기 발열체의 상부에 인쇄하는 방식으로 적층시킬 수 있다. 바람직하게는 스크린 인쇄방식으로 적층할 수 있다. 상기 기능성화합물은 인체에 유익한 원적외선 및 또는 음이온 방사량과 발열효울을 증대시키기 위한 수단으로서 입도는 2 내지 100㎛의 미립분말을 사용하고 상기 바인더와 전체적으로 21 내지 70중량%로 혼합하여 고온발열부와 저온발열부를 동시에 갖도록 할 수 있다. 상기 방사체는 본 발명에 있어서 그 자체로는 인체에 유익한 성분을 방사하는 역할을 할 수 있으며 기능성화합물의 종류와 함량(특히 탄소분말의 성분 등)에 따라 2차 발열체로서의 역할을 할 수 있음을 의미한다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예로서 발열체 상부에 방사체를 적층한 것이다. 상기 합성섬유(특히 폴리에스테르), 유리섬유, 아라미드 섬유 또는 펄프로 이루어진 기질(210)은 도전성 금속섬유(220)와 혼섬되어 부직포(웹 형태)형태로 발열체(200)가 이루어지고, 상기 발열체(200) 상부에는 상기 혼합물의 방사체(310 또는 410)가 적층될 수 있다. 도 3은 상기 방사체(310)가 일정 간격의 띠선의 문양으로 도포되어 있는 것을 나타낸 것으로 상기 도포된 부분과 비도포 부분의 비율은 1 : 1 정도임이 바람직하다. 또한 도 4는 상기 발열체(200)의 전장에 방사체(410)를 도포한 것을 나타낸 것이다. 상기 도포방식에서 어느 방식을 채택할 것인가는 에너지 소모 측면에서 선택적으로 고려될 수 있는 사항이다. 본 발명의바람직한 일실시예에 따른 방사체의 성분은 하기 표 2와 같다.

구 분	재 질	중량비(%)	역 할
기능성화합물	활성탄, 황토, 숯, 카본분말, 토로말린 등	20 - 70%	원적외선/음이온 방사
바인더	아크릴, 폴리에스테르, 에폭시, 폴리프로필렌 수지	5 - 40%	기능성화합물의 결합제 역할
증류수		50 -70%
희석재	이소프로필알코올, 메틸에틸케톤	1 - 3%	작업성 향상
분산재	고중합 알킬암모니움	1 - 5%	기능성화합물분산용

발열체 형성단계(110, 또는 방사체 형성단계 130)를 거친 발열체는 아크방지처리단계(130)를 거친다. 본 단계의 목적은 전원공급 접촉부위의 높은 전류밀도 형성으로 저항열(접촉저항)의 발생을 억제하고 ㎛ 단위의 전극두께로 인한 움직임과 유연성은 전기의 흐름을 저해하는 요소가 되므로 전기의 원활한 흐름을 유지할 수 있도록 통전안전성을 부여하며, 동박 표면에 접점 및 통전 점착물에 의한 금속산화물의 형성을 방지하고 접촉력 향상으로 열이나 움직임에 의한 마찰을 감소시켜 접점부위의 안정성을 부여하기 위함이다. 본 발명에 있어서 아크방지방식은 다양한 방법에 의해 구현될 수 있다. 도전성페이스트에 의한 접점부위의 저항값을 낮춤으로써 전극선과 발열체사이에 집중저항과 경계저항을 낮추고, 플렉시블한 시트형 발열체의 특성상 유동성과 금속 산화피막형성을 고려하여 전극(Coppr foil)을 통전 및 접점 윤활제로 함침하고 동시에 접촉저항을 줄이기 위해 전극윗면에 수지가 적층된 것을 사용함으로써 절연필름과의 접착력을 향상하여 코팅함으로서 접촉저항에 의한 아크발생을 방지할 수 있다.

상기 아크방지처리단계(130)를 거친 발열체는 양 측면에 전선이 도입되고 마지막으로 절연코팅단계(140)를 거친다. 절연성능을 향상시키기 위해 발열체(200)의 표면 및 이면 모두를 코팅하게 되며 절연필름으로는 PET계 수지가 사용될 수 있고 고온처리시에는 MLB 라미네이팅 방식도 가능하다. 이때 상기와 같이 전선으로 사용되는 동박(Copper Foil)은 일면에 수지로 적층된 재질을 사용한다.

실시예 1 : 발열성능

탄소면상 발열체와 본 발명에 의한 시트형 발열체의 발열성능을 비교한 것이다.

시험조건

항 목	탄소면상 발열체	본원 시트형 발열체
도전성 물질 비율	20%	20%
발열체 규격	500 X 1000	500 X 1000
사용전압 (V)	110V	110 V
실내온도 (℃)	20	20

상기 조건으로 양 발열체를 테스트 한 결과 본 발명에 의한 시트형 발열체가 약 40% 정도 발열온도가 높게 측정되었으며 이는 탄소면상 발열체와 비교시 동일한 온도를 기준으로 사용전압을 낮출 수 있어 보다 안정한 시트형 발열체를 제공할 수 있음을 나타낸다. 구체적 결과는 하기 표와 같다.

항 목	탄소시트형 발열체	본원 시트형 발열체
전극저항 (??)	35	21
전 류(A)	4.1	5.13
소비젼력 (W)	373	604
발열온도 (??)	64 - 70	93 - 100

실시예 2 - 실내공기 상승과 발열체 표면온도 측정

탄소발열체와 본원발열체의 실내공기온도 상승에 따른 데이터 측정값이다. 하기 표에서와 같이 발열에 의한 실내공기의 상승은 같은 것으로 측정되었으며, 바닥표면온도는 본원발열체가 약 5℃ 정도 높은 것으로 나타났다. 이는 도전성 금속섬유를 사용한 본원발열체에 고온발열부와 저온발열부로 구획됨으로서 동일한 소비전력의 탄소발열체보다 표면온도를 높게 측정한 것으로 보인다.

	항 목	탄소발열체	본원발열체	측정방법
시 험조 건	실내면적(m³)	3W X 3L X 2.4H	3W X 3L X 2.4H
	가동시간(H)	2	2	연속가동
	소비젼력(kw/h)	1.8	1.8	전력량계
	사용전압(V)	220	220
	실외온도(℃)	-2.6	-2.6	2채널 대기온도계
	가동전 실내온도(℃)	15	15	2채널 대기온도계
결 과	실내온도	바닥표면온도	32 - 35(℃)	38- 40(℃)	6채널, 접점
결 과	실내온도	H=1.9m 온도	22 - 24(℃)	22 - 24(℃)	6채널, 대기

실시예 3 - 시험변화에 따른 발열온도 및 저항값 측정

하기 결과로 본원발열체는 저항이 약 54%로 감소되었고 발열온도는 25 - 40%로 증가되었다. 이는 저전압에서도 고온의 발열체를 제조할 수 있고 발열체 폭에 관계없이 발열온도를 자유롭게 선택할 수 있음을 의미한다.

사용전압 AC 48V

구 분	길이(cm)	타소발열체	본원발열체	측정방법
구 분	길이(cm)	저항(Ω)	발열온도℃)	측정방법	저항(Ω)	발열온도(℃)
전 극거 리(cm)	20	50	33	70-74	18	97-100	접점온도계,Multi Testor
	25		42	54-56	23	77-79
	30		50	43-45	27	60-63
	35		58	39-40	32	52-54
	40		67	35-36	36	44-46
	45		75	32	41	40-43
	50		83	30	45	37-38
	55		92	28	50	35-36
	60		100	-	54	33-34
	65		108	-	59	31

실시예 6 - 발열체에 방사체를 선상으로 도포한 후 저항 값과 발열온도의 측정

탄소를 선상으로 처리한 고온발열부위에서 발열온도가 높게 측정되었으며, 탄소 처리가 되지 않은 저온발열부위에서도 약간의 온도상승이 이루어졌다.

항 목	발열체	방사체
항 목	발열체	고온발열부	저온발열부
도전성물질 비율	도전성 금속 섬유(20%)	도전성 금속섬유 (20%) + 탄소분말(15%)	도전성 금속 섬유(20%)
발열체 규격	500X2000mm	500X2000mm
사용전압(V)	110	110
전극저항(Ω)	37	14
전류(A)	3.1	8.4
소비젼력(W)	354	967
실열온도(℃)	45-50	89-92	53-57
실내온도(℃)	20	20

실시예 5

시험조건 : 발열체에 극선용 동박을 놓고 라미네이팅용 PET 필름으로 코팅함

발열온도 측정조건 :

1. 수평 : 발열체를 바닥에 놓고 양쪽 극선의 온도를 측정

2. 수직 : 발열체를 세워서 양쪽 극선의 온도를 측정

3. 수직 + 천마감 : 발열체를 세워놓고 천으로 보온 마감한 후 극선의 온도 측정

결과

극 선종 류	측정점	온 도 변 화
극 선종 류	측정점	2.14	2.15	2.16	2.17	2.18	2.19	2.20	2.21	아크발생
동박(아크방지처리)	#1	18.4	45.4	47.1	78.8	85.8	82.3	100	101.7	X
동박(아크방지처리)	#2	18.2	43.4	44	79.6	84.8	80.1	101.6	103.1	X
동박+은페이스트	#1	18.3	45.4	46.0	80.1	86.4	87.2	112.4	113.8	X
동박+은페이스트	#2	18.4	44.8	48.2	79.7	87.5	89.4	105.1	109.1	X
동테이프(도전성)	#1	18	46	44.9	82.3	91.5	91.9	122.3	122.8	O
동테이프(도전성)	#2	17.6	45.2	44.7	73.9	83.7	84.3	115.5	115.4	O
동박	#1	17.8	69.5	65.9	106.3	150.1	152.2	-	-	O
동박	#2	18	64.6	66.4	102	124.2	128.6	-	-	O
실내온도			22	48.9	20.2	21.8	21.7	23.7	24.5
시험조건		수 평	수 직	수직 + 천마감

아크방지처리를 하지 않은 동박, 동테이프를 사용한 발열체는 아크발생이 초기에는 없었으나 장시간 가동시 전극선 접점부위에서 높은 전위차에 의한 접촉저항 발생으로 아크가 발생하는 것으로 측정되었으며, 동박의 색깔이 변색되는 현상도 발견되었다. 결국 아크가 발생 또는 진행되고 있는 발열체의 극선에 아크방지처리를 하게 되면 아크는 발생하지 않는다.

실시예 6

보다 정밀한 아크발생방지시험을 하기 위해 상기 실시예 5와는 달리 발열체에 전극용 부재를 올려 놓고 접착테이프로 부분적으로 고정하여 접촉저항을 극대화한 것이다.

1. 발열체에 동박만을 사용한 경우

전원을 공급함과 동시에 아크가 발생되었으며, 이때 접촉저항을 감소시키기 위해 절연소재의 물체를 올려놓고 밀착시켰더니 아크발생이 현저히 줄어들었으나 시간경과에 따라 아크발생이 계속적으로 진행되었다. 절연소재의 물체를 제거하고 아크방지처리를 하여 3차 측정하였다. 측정결과는 아크발생이 없었으며 전극선의 발열온도도 48℃ 이하로 측정되었다.

2. 발열체에 동테이프를 사용한 경우

전원공급과 동시에 아크발생은 없었으나 극선의 발열온도가 55℃로 측정되었으며, 약 1일 경과 후 아크가 발생하였다.

3. 아크방지처리된 동박을 사용한 경우

전원공급 후 1일 후의 측정치와 3일 경과 후의 측정치가 45℃, 50℃로 약10%의 온도상승이 있었으나 이는 발열체에서 발열되는 전도열에 의해 동박의 온도가 상승한 결과로 추정되며, 동박이 변색되거나, 아크가 발생한 흔적은 없는 것으로 판단되었다.

4. 발열체에 도전성페이스트를 인쇄 후 동박을 사용하였을 경우

초기에는 아크방지 처리한 것과 같이 아크발생이 없었으나 동박에 변형을 주거나 마찰, 굽힘 등의 외력을 가할 때에는 일부 시편에서 아크가 발생하는 것으로 측정되었다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 시트형 발열체는 도전성 섬유가 사용됨으로서 발열성능이 우수하고 온도의 균일성과 물성변화가 적은 효과가 있다. 또한 탄소분말, 토르말린, 황토 등이 함께 형성된 방사체가 일체를 이룸으로서 부가적 발열기능과 함께 인체에 유익한 원적외선/음이온 등이 방출되고 전자파가 차폐되어 온열기능이외에 부가적인 기능성 효과를 부가적으로 구비할 수 있는 장점이 있다.

또한 발열체의 섬유들의 배향구조를 도입하고 배향성을 향상시킴으로서 전기전도성을 보강하여 발열성능을 보다 강화한 효과가 있다.

또한 시트형 발열체의 도선에 아크방지처리를 함으로서 아크발생으로 인한 화재예방 및 제품의 내구성 향상에 기여할 수 있으며 통전안정성을 확보하고 전력손실을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한 발열체에 일정 간격의 띠상의 문양으로 기능성 혼합물을 도포함으로써 인체의 온열효과와 소비전력 절감에 뛰어난 효과가 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims

시트형 발열체에 있어서,

도전성 금속섬유와 기질로서 비도전성 섬유가 혼합되어 바인더에 의해 결착된 부직포형 발열체와,

선택적으로 발열체에 도포되는, 탄소분말, 황토분말, 숯, 옥, 및 토르말린으로 이루어진 군으로부터 일이상 선택된 기능성화합물과 상기 기능성화합물을 결착하는 바인더와 작업성 향상을 위한 희석재와 증류수 및 기능성화합물 분산용 분산재로 이루어진 혼합물로 도포된 방사체와

상기 발열체 또는 방사체의 양 측면에 아크방지처리가 된 후 형성된 도선과

발열체의 양면에 라미네이팅 물질로 코팅된 절연코팅층이 포함됨을 특징으로 하는 도전성 금속섬유와 기능성화합물을 이용한 시트형 발열체.
제1항에 있어서,

상기 발열체는 초극세사인 도전성 금속섬유 20 내지 60중량%, 비도전성 섬유 40 내지 80중량% 및 바인더 5 내지 10중량%로 이루어짐을 특징으로 하는 발열체.
제1항에 있어서,

상기 방사체는 기능성화합물 20 내지 40중량%, 증류수 50 내지 70중량%, 바인더 5 내지 40 중량%, 분산제 1 내지 5중량% 및 희석제 1 내지 3중량%를 혼합한혼합물로 도포됨을 특징으로 하는 발열체.
제1항에 있어서,

상기 방사체는 발열체의 전장에 또는 일정 간격의 띠상의 문양으로 도포됨을 특징으로 하는 발열체.
제1항에 있어서,

상기 발열체상의 섬유들이 배향성을 갖는 것을 특징으로 하는 발열체.
시트형 발열체의 제조방법에 있어서,

뭉쳐있는 도전성 섬유와 비도전성 섬유를 섬유 개체로 나누는 타면단계와, 상기 타면된 각 섬유는 랜덤 분포가 되도록 혼섬단계와, 상기 혼섬된 도전성 섬유와 비도전성섬유를 웹형태로 제조하는 웹형성단계와, 형성된 웹을 면상의 시트 형태로 결합하는 웹결합단계로 이루어진 발열체형성단계;

상기 형성된 발열체를 200℃ 이상의 고온에서 열변형되는 것을 방지하기 위하여 열처리 단계;

선택적으로 황토분말, 탄소분말, 숯, 옥, 토르말린으로 이루어진 군으로부터 1이상 선택되는 기능성화합물, 증류수, 바인더, 분산제, 희석재로 이루어진 혼합물을 상기 형성된 발열체에 도포하는 방사체형성단계;

상기 형성된 발열체 또는 방사체의 양 측면에 접점부위의 안정성을 부여하기위한 아크방지처리단계; 및

양 측면에 전선이 도입되고 절연필름으로 상기 발열체 또는 방사체의 양면을 코팅하는 절연코팅단계를 포함함을 특징으로 하는 도전성 금속섬유와 기능성화합물을 이용한 시트형 발열체의 제조방법.
제6항에 있어서,

상기 발열체형성단계는 초극세사인 도전성 금속섬유 20 내지 60중량%, 비도전성 섬유 40 내지 80중량% 및 바인더 5 내지 10중량%로 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서

상기 방사체형성단계에서 기능성화합물 20 내지 40중량%, 증류수 50 내지 70중량%, 바인더 5 내지 40 중량%, 분산제 1 내지 5중량% 및 희석재 1 내지 3중량%가 혼합한 혼합물로 도포됨을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서,

상기 방사체는 발열체의 전장에 또는 일정 간격의 띠상의 문양으로 도포됨을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서,

상기 아크방지처리는 도전성페이스트에 의한 접점부위의 저항값을 낮춤으로써 전극선과 발열체사이에 집중저항과 경계저항을 낮추고, 플렉시블한 시트형 발열체의 특성상 유동성과 금속 산화피막형성을 고려하여 전극을 통전 및 접점 윤활제로 도포 및 함침함과 동시에 접촉저항을 줄이기 위해 전극윗면에 수지가 적층된 것을 사용함으로써 절연필름과의 접착력을 향상하여 코팅함을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서,

상기 발열체상의 섬유들이 배향성을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
제6항 내지 제11항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 도전성 금속섬유와 기능성화합물을 이용한 시트형 발열체.