KR20080030411A - 면상발열체용 건식 탄소섬유 부직포의 제조방법 및 그방법으로 제조된 건식 탄소섬유 부직포 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소섬유를 이용한 건식 부직포 제조방법에 관한 것으로 단섬유 형태의 탄소섬유(팬계 탄소섬유 또는 핏치계 탄소섬유)와 LM섬유(Low Melting Fiber : PE/PET Bicomponent, PE/PP Bicomponent, PP/PET Bicomponent)를 각각 개섬 공정을 거친 뒤에 각각의 섬유를 일정한 비율로 혼합한 뒤 카딩기에 공급하여 무방향성 과 일방향성을 갖는 웹 형태 적층물이 라미네이팅기를 거쳐 카렌딩 작업을 거쳐 건식부직포를 제조하는 것으로 방향성 형태에 따라서 일방향성 섬유의 경우 종방향과 횡방향에 따라 전극을 설치하여 발열체 설계할 수 있으므로 제품에 맞는 면상발열체 정격 소비전력 설계가 용이하며, 보조난방제품의 발열소재로 이용가능하다. 주 제품으로는 AC및 DC용 모두 다 가능하며 기능성 액자히터, 개별난방 히터 제품 등 보조난방제품으로 이용 가치가 높다. 본 발명에 의해 제조된 부직포는 습식부직포인 탄소발열지와 달리 건식방법에 의해 제조된 부직포 타입으로 전기전도성이 우수한 탄소섬유를 열융착섬유인 LM섬유와 같이 고르게 분산시킴으로서 온도 균일성과 고효율 발열 면상발열체를 제조함에 있다. 또한, 탄소섬유의 배향성을 조절하여 종/횡방향과 무방향의 형태로 전력밀도를 조절 할 수 있다.

면상발열체, 탄소섬유, 부직포

Description

면상발열체용 건식 탄소섬유 부직포의 제조방법 및 그 방법으로 제조된 건식 탄소섬유 부직포{Manufacturing method of drying carbon non-woven fabrics for plane heater and drying carbon non-woven fabrics manufactured by thereof}

도1은 종래의 도전성 잉크로 제조된 면상 발열체의 개략도이다.

도2는 본 발명인 면상발열체용 건식 탄소섬유 부직포의 제조방법의 공정 흐름도이다.

도3은 본 발명의 탄소 섬유 건식 부직포를 이용한 전극 설계 예를 나타낸 도면이다.

도4는 본 발명의 탄소 섬유 건식 부직포를 이용한 제품의 실시예 발열액자를 나타낸 도면이다.

본 발명은 면상발열체용 건식 탄소섬유 부직포의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단섬유 형태의 상용 탄소섬유와 단섬유 형태의 LM섬유를 이용하 여 무방향성 및 일방향성 형태를 갖는 웹 구조의 건식 탄소섬유 부직포를 제조하는 방법과 이 부직포를 내열성수지(에폭시 수지, 실리콘 등)와 함께 핫 프레스로 성형하여 AC 및 DC용 면상발열체용 건식 탄소섬유 부직포의 제조방법 및 그 방법으로 제조된 건식 탄소섬유 부직포에 관한 것이다.

일반적인 면상발열체는 통전 시 발생하는 방사열을 이용하는 것으로 발열공간내 공기가 오염되지 않고 소음이 없어 사무실, 주택, 상점, 사우나, 농축산물 보온시설등 다양하게 이용되고 있는 난방소재로서, 상기 면상발열체의 열원으로는 니크롬, 동니켈합금, 알루미늄등의 금속 발열체, 탄소재료를 이용한 비금속 발열체로 분류할 수 있다.

기존의 저항선 발열을 하는 금속 발열체는 발열선 단락 시 전체가 발열되지 않는 단점이 있었고, 탄소재료 중 탄소 파우더를 이용하는 면상 발열체의 경우 코팅 두께 균일성이 문제되어, 전력 밀도 차에 따른 발열 효율 및 제품의 불량의 요인이 되기도 한다.

또한, 종래의 도전성 잉크로 제조된 고온 발열체의 경우 전극 부분의 아킹 현상 및 제조시 프레스 압력차에 따른 저항 변화가 심하며, 이는 발열 효율 및 제조상 불량의 요인이 되는 문제점이 있었다.

상기의 종래 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 단섬유 형태의 상용 탄소섬유와 단섬유 형태의 LM섬유를 이용하여 무방향성 및 일방향성 탄소섬유 부직포및 이 조성물을 이용한 면상발열체를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 길이가 일정한 단섬유 탄소섬유와 길이가 일정한 LM섬유를 탄소섬유 10내지 90%와 LM섬유 90내지 10%의 적정비율로 혼합하여 면상발열체용 탄소섬유 부직포 및 이 이조성물을 이용한 면상발열체를 제공하는데 그 추가의 목적이 있다.

본 발명은 탄소섬유와 LM섬유의 함량을 일정하게 유지하기위해서 탄소 섬유와 LM섬유를 혼합하는 제1단계와 상기 제1단계를 상기 혼합된 섬유를 카딩기에 공급하여 탄소 섬유와 LM섬유의 비율을 조절하여, 카딩공정상에서 탄소섬유와 LM섬유를 서로 균일하게 혼합하여 웹을 형성하는 공정을 거치는 제2단계와 상기 제2단계의 웹형태의 탄소섬유와 LM섬유를 100에서 200℃의 라미테이팅 기계를 통하여 열융착 시키는 라미네이팅 공정을 하는 제3단계와 상기 제3단계의 라미네이팅 공정 후 100℃미만의 가열된 롤러를 통해 웹형태의 부직포를 압착하는 카렌딩 공정의 제4 단계와 상기 제4단계의 카렌팅 공정 후 반제품인 탄소섬유 부직포의 제조 하는 제5단계; 로 이루어지며, 단섬유 형태의 부직포 제조방법 중 건식부직포 제조 방법으로서 탄소섬유와 LM섬유를 각각 개섬 공정을 거친후 카딩기에 공급하여 무방향 또는 일방향을 띄도록 한다.

이하 본 발명의 상세한 설명은 첨부된 도면과 함께 상세히 설명한다.

도2는 본 발명인 면상발열체용 건식 탄소섬유 부직포의 제조방법의 공정 흐름도이다.

탄소섬유와 LM섬유를 혼합하는 1차 단계와, 1차 단계를 카딩공정을 거치는 2차 단계, 2차 단계를 거쳐 3차 단계인 라미네이팅 공정, 3차 단계를 거쳐 4차 단계인 카렌딩 공정 후 반제품인 탄소섬유 부직포의 제조하는 공정이다.

1차 단계에서 탄소섬유와 LM섬유의 함량을 일정하게 유지하기위해서 탄소 섬유와 LM섬유를 풀어 헤치는 개섬 공정을 통해 2차 단계의 카딩기에 공급해주는 과정이다.

2차 단계의 카딩공정에서 탄소 섬유와 LM섬유의 비율을 조절하여, 카딩공정상에서 탄소섬유와 LM섬유를 서로 균일하게 혼합하여 웹을 형성하는 공정이다. 이 과정을 통해 부직포의 방향성을 결정하는데, 일방향성 카딩기를 사용할 경우 일방향 부직포를, 무방향성 카딩기를 사용할 경우 무방향성 부직포를 얻는다.

2차 공정에서 넘어온 웹형태의 탄소섬유와 LM섬유를 100에서 200℃의 라미테이팅 기계를 통하여 열융착 시키는 3차 공정을 거친다. 웹은 피이딩 로울러를 통하여 라미네이터에 공급되면서 LM섬유가 융착되면서 각각의 웹형태가 접착되어 건식형태의 부직포가 제조된다. 이때, 피이딩 로울러의 속도를 조절함으로 웹의 무게를 조절한다. 이 변수가 제조된 부직포의 GSM(gram per square meter)을 결정 하는 중요한 요인이 된다.

3차 공정에서 웹형태의 부직포를 4차 공정인 카렌딩 공정을 거친다. 100℃미만의 가열된 롤러를 통해 웹형태의 부직포를 압착해준다. 이 공정에서 통하여 유연성 있는 부직포를 생성한다.

본 발명을 통해 생산된 부직포를 통하여 도 3과 같이 제품의 특성에 맞는 전극 설계를 하여 발열체로 사용한다. 4차 공정을 거쳐 나온 부직포는 사용 방식에 따라 AC 및 DC용 발열체를 및 전자파 차폐제로 응용이 가능하다.

4차 공정을 통해 제조된 부직포를 이용한 발열체 제품의 제조에는 도 3과 같이 양끝단에 전극 처리하고, 앞/뒷면에 절연수지를 사용하여 절연함으로써, 전기적으로 안전하고, 탄소섬유의 고효율 발열 성능을 갖는 발열체로 제조가 가능하다.

적합한 코팅재로는 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 아크릴, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)가 있으며 이들중에 한가지 이상을 선택하여 사용한다.

도3은 본 발명의 탄소 섬유 건식 부직포를 이용한 전극 설계 예를 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 부직포의 양쪽 끝에 전극부를 도 3과 같이 설치한 후, 발열체 상하로 에폭시 등 절연재를 적층하여 열 압착시켜 제작하는 면상발열체와, 폴리우레탄계 및 PVC계열과 같은 유연한 코팅제를 사용하여 면상발열체를 제조할 수 있다.

또한 상기와 같이 제조된 면상발열체에서 작은 열량을 이용하여 열평형이 우수한 고효율의 발열체를 얻기 위해서, 발열체 제조시 발열면에 알루미늄 박판과 같은 열전도성이 우수한 열전도체를 발열체에 직접 부착하여 열분포 효율을 높인 발열체를 제조하는 것도 가능하다.

본 부직포를 통해 제작된 면상발열체의 전극 타입으로는 구리, 니켈, 스텐레스 등의 박판 형태의 전극으로 사용한다.

도4는 본 발명의 탄소 섬유 건식 부직포를 이용한 제품의 실시예 발열액자를 나타낸 도면으로 제조된 면상 발열체는 용도에 따라, 기능성 발열 액자난로, 사우나 히터 판넬, 개인용 난방기, 웰빙 적외선 족욕기, 발열복 등 용도에 따라 AC 또는 DC용 제품으로 만들 수 있다.

이상의 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명의 범위는 상기에 기재된 실시예 및 하기의 청구범위에 한정되지 않으며, 본 발명에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명으로부터 다양한 변경 및 균등한 실시가 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 탄소섬유와 LM섬유의 복합섬유 웹을 무방향성과 일방향성 형태로 적층시켜 부직포를 제조하며, 탄소의 방향에 따라 각 기 다른 전기적 전력 밀도를 갖는다.

상기 무방향성의 경우는 널리 고르게 분포되지만 규칙성이 없어 전력 밀도 값이 어느 방향으로 측정해도 동일한 밀도 값을 갖는 반면에, 일방향성의 경우는 섬유결 방향에 따라 전력밀도 값이 다르므로, 섬유의 형태와 전극 설계 방식에 따라 다양한 제품을 생산할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 탄소섬유와 LM섬유의 함량을 일정하게 유지하기위해서 탄소 섬유와 LM섬유를 혼합하는 제1단계;

   상기 제1단계를 상기 혼합된 섬유를 카딩기에 공급하여 탄소 섬유와 LM섬유의 비율을 조절하여, 카딩공정상에서 탄소섬유와 LM섬유를 서로 균일하게 혼합하여 웹을 형성하는 공정을 거치는 제2단계;

   상기 제2단계의 웹형태의 탄소섬유와 LM섬유를 100에서 200℃의 라미테이팅 기계를 통하여 열융착 시키는 라미네이팅 공정을 하는 제3단계;

   상기 제3단계의 라미네이팅 공정 후 100℃미만의 가열된 롤러를 통해 웹형태의 부직포를 압착하는 카렌딩 공정의 제4 단계;

   상기 제4단계의 카렌팅 공정 후 반제품인 탄소섬유 부직포의 제조 하는 제5단계; 로 이루어지며,

   단섬유 형태의 부직포 제조방법 중 건식부직포 제조 방법으로서 탄소섬유와 LM섬유를 각각 개섬 공정을 거친후 카딩기에 공급하여 무방향 또는 일방향을 띄도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 면상발열체용 건식 탄소섬유 부직포의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제4 단계는 압착된 부직포의 양끝단에 전극 처리하고, 앞/뒷면에 절연수지를 사용하여 절연하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 면상발열체용 건식 탄소섬유 부직포의 제조방법.
3. 제 1 항의 방법으로 발열면에 알루미늄 박판을 직접 부착하여 열분포 효율을 높인 것을 특징으로 하는 면상발열체용 건식 탄소섬유 부직포.

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