KR20080099942A - 유연성을 유지하는 탄소섬유 발열체의 제조를 위한표면처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고착제, 희석제 및 미세흑연분말을 포함하며 유연성을 유지하는 탄소섬유 발열체의 제조에 사용되는 표면 처리용 조성물 및 이를 이용한 탄소섬유의 표면 처리 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 의하면 유연성을 유지하면서 저전압에서 발열체로 사용하기에 적합한 탄소섬유 발열체를 제조할 수 있다.

탄소섬유, 발열체, 표면처리방법, 코팅액, 저전압

Description

유연성을 유지하는 탄소섬유 발열체의 제조를 위한 표면처리방법{Surface Treatment Method for the Flexible Carbon Fiber Heating Element}

도 1은 미세흑연분말의 첨가량을 변화시켜 제조한 본 발명의 표면처리 조성물로 코팅한 탄소섬유 표면의 SEM(Scanning Electron Microscope)의 분석사진이다.

도 2는 코팅 조건 변화에 따른 탄소섬유의 온도 변화를 도시한 그래프이다. 흑연분말이 첨가되지 않은 표면처리 조성물로 처리한 탄소섬유는 발열량이 저하되는 데 반해, 본 발명의 미세흑연분말이 첨가된 조성물로 코팅한 탄소섬유는 조성물로 코팅되지 않은 탄소섬유와 동등한 정도로 발열량을 나타냄을 알 수 있다.

도 3은 본 발명의 흑연분말이 첨가된 조성물로 코팅된 탄소섬유 발열체가 적용된 장갑의 시간에 따른 온도 변화를 도시한 그래프이다. 시간의 경과에 따라 적합한 양으로 발열됨을 알 수 있다.

본 발명은 고착제, 희석제 및 미세흑연분말을 포함하며 유연성을 유지하는 탄소섬유 발열체의 제조에 사용되는 표면 처리용 조성물 및 이를 이용한 탄소섬유 의 표면 처리 방법에 관한 것이다.

탄소섬유(carbon fiber)는 최초에 대나무 섬유를 탄화하여 전구의 필라멘트에 사용하였고, 공업적으로 제조되기 시작한 것은 1959년 셀룰로오스계 섬유를 기초로 하여 생산한 것이다. 탄소섬유의 원료로는 셀룰로오스, 아크릴섬유, 비닐론, 피치(pitch) 등이 사용되는데, 원료 및 처리 온도에 따라 분자배열과 결정의 변화가 발생하며, 탄소의 육각 고리가 연이어 층상격자를 형성한 구조이며 금속광택이 있고 흑색이나 회색을 띈다. 탄소섬유는 내열성, 내충격성이 뛰어나며 화학약품에 강하고 해충에 대한 저항이 크며 가열과정에서 산소, 수소, 질소 등의 분자가 빠져 나가 중량이 감소되므로 알루미늄 보다 가볍고 반면에 철에 비해 탄성과 강도가 뛰어나다. 이런 특성으로 인해 스포츠용품, 항공산업, 자동차, 토목건축, 전기전자, 통신, 환경산업의 각 분야에 산업용 소재로 널리 쓰인다.

탄소섬유는 전기 전도도가 우수하여 발열이 요구되는 제품에 저압을 이용하여 발열시킬 수 있는 발열체로도 많이 사용되어 왔다. 발열체로 사용되는 탄소섬유는 대부분 면형태의 필름에 탄소를 입혀서 사용하는 면상 발열체의 형태로 이용되고 있다. 탄소섬유를 발열체로 이용하는 기술에 대해서는 많은 개발이 이루어져 있으나 장갑이나 양말 등에 섬유상태로 직조하는 방법으로 적용하는 데에는 여러 가지 해결되어야 할 문제점이 있다. 즉, 장갑이나 양말 등의 섬유제품에 탄소섬유를 사용할 경우에는 탄소섬유의 유연성이 요구되며, 단선이 발생할 수 있는 문제점이 있다.

탄소 섬유는 아주 미세한 수 ㎛의 섬유 가닥의 형태, 예를 들어 머리카락의 10만분의 1 정도의 미세한 두께의 섬유를 3,000가닥 - 6,000 가닥으로 모아 놓은 것이기 때문에, 이를 그대로 발열체로 사용하게 되면 섬유가 풀어지거나 미세가닥이 끊어지는 등의 문제점이 발생한다. 따라서 탄소섬유를 장갑이나 양말 등의 섬유 제품에서 발열체로 적용하기 위해서는 탄소섬유가 풀어지지 않도록 하나로 모으는 코팅 처리 공정이 필요하다. 또한, 이러한 코팅 공정에 의해 코팅된 탄소섬유가 딱딱해져 유연성을 잃지 않도록 탄소섬유의 유연성도 유지되어야 한다. 또한, 일반적으로 코팅제로 탄소섬유를 코팅하였을 경우에는 코팅 후에 탄소섬유의 저항치가 상승하여 저압의 전압을 인가하였을 때 필요한 발열량을 얻을 수 없는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2003-0068666호에는 바인더 수지와 카본블랙으로 이루어지는 용액에 원사를 함침시켜 탄소코팅된 섬유를 제조하는 방법에 관해 개시하고 있으나, 탄소섬유가 아닌 일반 원사를 카본블랙으로 코팅하는 방법으로서, 얻어지는 탄소코팅된 섬유는 저항치가 100 kΩ/m에 달해 저전압을 인가하는 환경에서 발열체로 사용하기에는 부적합하다.

또한 대한민국 공개특허공보 제10-2005-0081314호에는 천연섬유실, 광물질실, 합성섬유실 등의 섬유실 등에 카본블랙을 코팅하여 탄소코팅 섬유실을 제조하고 이를 이용하여 직물원단을 직조함으로써 면상발열체를 제조하는 방법이 개시되어 있으나, 이 방법은 탄소섬유가 아닌 일반 섬유실에 카본블랙을 코팅하는 방법이다.

또한 대한민국 등록고안 제20-0402037호는 코팅 처리된 탄소섬유 발열체를 개시하고 있으나, 탄소섬유의 저항치를 감소시키기 위해 미세흑연분말을 첨가하여 코팅하는 방법에 대해서는 전혀 개시하고 있지 않다.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발 명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.

본 발명자들은 고착제와 희석제를 포함하는 탄소섬유 표면처리 조성물에 전기 전도도가 우수한 미세흑연분말을 첨가하여 탄소섬유를 코팅하면 탄소섬유의 유연성과 절연성을 유지하면서 동시에 코팅시 발생하는 저항치의 상승 문제를 해결함으로써 코팅된 탄소섬유에 저전압을 인가하여 필요한 발열량을 얻을 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.

따라서 본 발명의 목적은 고착제, 희석제 및 미세흑연분말을 포함하는 유연성을 유지하는 탄소섬유 발열체 제조에 사용되는 탄소섬유 표면 처리용 조성물을 제공하는 것에 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 고착제, 희석제 및 미세흑연분말을 포함하는 탄소섬유 표면 처리용 조성물을 사용하여 탄소섬유 표면을 코팅하는 방법을 제공하는 것에 있다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 상기 탄소섬유 표면 처리 방법에 의해 제조한 탄소섬유 발열체 및 이 발열체로 제조한 발열품을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구의 범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 고착제, 희석제 및 미세흑연분말을 포함하는 유연성을 갖는 탄소섬유 발열체 제조에 사용되는 탄소섬유 표면 처리용 조성물을 제공한다.

본 발명자들은 고착제와 희석제를 포함하는 표면처리 조성물에 전기 전도도가 우수한 미세흑연분말을 첨가하여 탄소섬유를 코팅하면 탄소섬유의 절연성과 유연성을 유지하면서 동시에 코팅시 발생하는 저항치의 상승 문제를 해결함으로써 코팅된 탄소섬유에 저전압을 인가하여도 필요한 발열량을 얻을 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 탄소섬유 표면 처리용 조성물은 장갑, 양말 등의 섬유제품에 발열체로 사용할 수 있는 탄소섬유 발열체 제조시에 사용되는 탄소섬유 표면 처리용 조성물이다. 탄소섬유 발열체를 제조하기 위해서 먼저 요구되는 발열량에 따라 탄소섬유의 길이 및 굵기에 따른 저항치 변화를 측정하여 적합한 길이 및 굵기를 갖는 탄소섬유를 선정한다. 선정된 탄소섬유를 발열체로 사용하기 위해서는 수많은 가 닥의 탄소섬유가 풀어지지 않고 하나로 모아져야 하므로 이를 위해 탄소섬유를 코팅하여야 한다. 또한, 탄소섬유 코팅제를 장갑 등 섬유제품에 사용하기 위해서는 장갑의 굴곡부 및 활동성을 고려하여 유연성이 요구된다. 또한 탄소섬유가 탈락 및 단선되는 것을 방지하기 위해서는 점착성 및 절연성도 요구된다.

이와 같은 목적을 위해 본 발명의 탄소섬유 표면 처리용 조성물은 고착제와 희석제를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 사용되는 고착제는 탄소섬유에 점착성 있게 부착하여 탄소섬유에 절연성과 유연성을 부여할 수 있는 물질이면 어떠한 물질이라도 사용 가능하며 특정의 물질로 한정되지 않는다. 예컨대, 상기 고착제로는 아크릴수지, 알키드수지, 셀룰로오스수지, 에폭시수지, 천연고무, 나일론, 페놀수지, 폴리아미드수지, 폴리부타디엔수지, 폴리에스테르수지, 폴리이미드수지, 폴리프로필렌수지, 폴리우레탄수지, 실리콘수지, 스티렌-부타디엔, 니트릴고무, 폴리설파이드고무, 비닐-에틸렌 수지, 폴리비닐아세테이트 수지, 실리케이트수지 및 폴리실리케이트수지로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명은 상기 고착제가 알키드계 수지인 조성물을 제공한다. 본 발명의 알키드계 수지는 다가알코올과 다가산의 축합에 의해 생성한 고분자 수지로서 폴리에스테르성 수지이다. 본 발명의 알키드계 수지는 통상의 알키드계 수지를 사용할 수 있으며 구체적으로 말레산무수물 또는 프탈산무수물의 산과, 글리세롤이나 펜타에리트리톨 등의 3가 또는 4가의 알코올에, 불포화 오일이나 지방산(아마인유, 오동유, 리놀렌산, 올레산 등)을 혼합한 후 가열하여 제조한다. 본 발명의 알키드계 수지는 1종의 알키드계 수지 또는 2종 이상의 알키드계 수지가 혼합된 복합 알키드계 수지를 사용할 수 있다.

본 발명의 희석제는 상기 고착제에 대해 용제로서 작용하며 고착제의 점성도를 낮출 수 있는 역할을 할 수 있는 물질이면 어떠한 물질도 사용가능하다. 본 발명에서의 희석제는 상기 알키드계 수지와 상용되는 것을 사용할 수 있으며, 예컨대 케톤류 용제, 아세트산에틸 등의 에스테르류 용제, 알코올류 용제, 톨루엔 또는 나프타 등의 용제를 들 수 있다.

본 발명의 조성물은 상기 고착제 1-40 중량％, 상기 희석제 60-99 중량％로 이루어진다. 본 발명의 조성물에서 고착제의 함유량이 커질수록 저항치가 증가하여 저압의 전압에서 발열이 어렵게 된다. 반면에, 고착제의 첨가량을 낮게 하면 점착력이 약해져서 표면 처리 후에 탄소섬유로부터 고착제가 탈락되거나 절연성이 떨어지는 문제점이 발생한다. 따라서 본 발명의 조성물에서 바람직하게 고착제는 1-40 중량％ 함유되며 희석제는 60-99 중량％ 함유된다. 전체 코팅액 조성물에 대해 고착제가 1 중량％ 미만으로 첨가되면 고착제가 탈락되거나 절연성이 유지되지 않는 문제점이 발생하며, 40 중량％를 초과하여 첨가되면 저항치가 과도하게 증가되는 문제점이 발생한다.

본 발명의 조성물에는 전기전도성을 향상시키기 위해 미세흑연분말을 첨가한다. 탄소섬유를 발열체로 사용하여 15 Ⅴ이하의 저전압을 인가하여 사용하려면 발열에 필요한 저항은 약 200 Ω/m 이하가 되어야 한다. 그러나, 고착제를 포함하는 조성물로 탄소섬유를 코팅하게 되면 저항치가 200 Ω/m 이상 까지 증가한다. 이렇 게 저항치가 상승하는 이유는 수 ㎛ 단위의 미세한 탄소가닥이 수천가닥 모여서 이루어진 탄소섬유에 절연성능을 갖는 고착제가 점착되면 전기 전도도를 저하시키기 때문이다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 조성물에 전기전도성이 우수한 미세흑연분말을 첨가한다. 미세흑연분말은 미세한 분말의 형태를 갖기 때문에 점착성도 우수하다. 미세흑연분말을 고착제와 혼합하여 흑연분말의 콜로이드 형태의 조성물 용액으로 만들어 이를 탄소섬유에 코팅하게 되면 분말형태의 미세한 흑연이 탄소섬유 사이로 투입되어 탄소섬유에 점착되게 된다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 미세흑연분말의 평균직경이 0.01-50 ㎛ 인 것을 특징으로 한다. 상기 평균직경이 50 ㎛ 보다 큰 경우에는 발열에 필요한 만큼 전기 전도도가 충분히 높아지지 않는 문제점이 있고 평균직경이 0.01 ㎛ 작은 경우에는 충분한 전기 전도도는 얻을 수 있으나 제조 비용이 증가하는 문제점이 있다.

하기 [표 1]에는 미세흑연분말의 첨가량을 달리하여 제조한 본 발명의 조성물을 사용하여 탄소섬유에 코팅한 후 탄소섬유의 저항치를 측정한 결과를 보여주고 있다.

[표 1] 미세흑연분말 첨가량에 따른 탄소섬유 저항치의 변화

흑연의 첨가량 (g/100㎖ 조성물)	저항치(Ω/m)	비고
0.01	154	흑연 분말을 첨가하지 않은 경우 코팅시 저항치 300Ω/m
0.1	144
0.5	144
1	142
2	140
5	128

상기 [표 1]의 결과로부터 미세흑연분말이 첨가된 본 발명의 조성물로 탄소섬유를 코팅한 경우가 미세흑연분말이 첨가되지 않은 조성물로 코팅한 경우에 비해 저항치가 감소하였음을 알 수 있다. 또한, 미세흑연분말의 첨가량이 증가할수록 저항치가 점차로 감소하고 있음을 알 수 있다. 한편, 미세흑연분말의 첨가량이 증가할수록 저항치가 감소하는 효과가 있는 반면 탄소섬유의 굵기가 두꺼워지고 유연성이 현저하게 감소되는 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 미세흑연분말의 첨가량은 코팅액 조성물 100 ㎖에 대해 0.01-5 g 이고, 보다 바람직하게는 0.1-0.5 g 이다. 본 발명의 조성물에서 상기 미세흑연분말의 첨가량이 전체조성물 100 ㎖에 대해 0.01 g 보다 적으면 원하는 만큼의 저항치의 감소 효과를 얻을 수 없고, 조성물 100 ㎖에 대해 5 g 보다 많으면 탄소섬유의 굵기가 두꺼워지고 유연성이 현저하게 저하되며 이로 인해 고착제가 쉽게 탈락되는 문제점이 발생한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면 다음의 단계를 포함하는 유연성을 유지하는 탄소섬유 발열체 제조를 위한 탄소섬유의 표면처리 방법을 제공한다: (a) 고착제와 희석제를 포함하는 조성물을 제조하는 단계; (b) 상기 단계 (a)에서 제조된 조성물에 미세흑연분말을 첨가하는 단계; (c) 상기 단계 (b)에서 제조된 조성물을 탄소섬유에 코팅하는 단계; 및 (d) 상기 단계 (c)에서 코팅된 탄소섬유를 가열건조하는 단계.

본 발명자들은 탄소섬유를 장갑, 양말 등에 발열체로 사용하는데 있어서 탄 소섬유가닥이 풀어지지 않고 유연성과 절연성을 만족시키도록 고착제를 포함하는 조성물로 코팅하는 공정을 확립하였고, 이 공정에서 코팅에 의해 탄소섬유의 저항치가 증가하여 저전압 인가 환경에서 발열체로 적용하기 어려운 문제점을 발견하였다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 조성물에 전기전도성이 우수한 미세흑연분말을 첨가하여 사용하면 고착제의 코팅으로 인한 저항치의 증가 문제를 해결하여 저전압에서도 사용 가능한 탄소섬유 발열체를 제조할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 방법에서 먼저 고착제와 희석제로 이루어지는 조성물을 제조한다. 본 발명에 사용되는 고착제는 탄소섬유에 점착성 있게 부착하여 탄소섬유에 절연성과 유연성을 부여할 수 있는 물질이면 어떠한 물질이라도 사용 가능하며 특정의 물질로 한정되지 않는다. 예컨대, 상기 고착제로는 아크릴수지, 알키드수지, 셀룰로오스수지, 에폭시수지, 천연고무, 나일론, 페놀수지, 폴리아미드수지, 폴리부타디엔수지, 폴리에스테르수지, 폴리이미드수지, 폴리프로필렌수지, 폴리우레탄수지, 실리콘수지, 스티렌-부타디엔, 니트릴고무, 폴리설파이드고무, 비닐-에틸렌 수지, 폴리비닐아세테이트 수지, 실리케이트수지 및 폴리실리케이트수지로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명은 상기 고착제가 알키드계 수지인 조성물을 제공한다. 본 발명의 알키드계 수지는 다가알코올과 다가산의 축합에 의해 생성한 고분자 수지로서 폴리에스테르성 수지이다. 본 발명의 알키드계 수지는 통상의 알키드계 수지를 사용할 수 있으며 구체적으로 말레산무수물 또는 프탈산무수물의 산과, 글리세롤이나 펜타에리트리톨 등의 3가 또는 4가의 알코올에, 불포화 오일이나 지방산(아마인유, 오동유, 리놀렌산, 올레산 등)을 혼합한 후 가열하여 제조한다. 본 발명의 알키드계 수지는 1종의 알키드계 수지 또는 2종 이상의 알키드계 수지가 혼합된 복합 알키드계 수지를 사용할 수 있다.

본 발명의 희석제는 상기 고착제에 대해 용제로서 작용하며 고착제의 점성도를 낮출 수 있는 역할을 할 수 있는 물질이면 어떠한 물질도 사용가능하다. 본 발명에서의 희석제는 상기 알키드계 수지와 상용되는 것을 사용할 수 있으며, 예컨대 통상적으로 사용되는 케톤류 용제, 아세트산에틸 등의 에스테르류 용제, 알코올류 용제, 톨루엔 또는 나프타 등의 용제를 들 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면 상기 조성물은 상기 고착제 1-40 중량％, 상기 희석제 60-99 중량％를 포함하여 이루어진다. 본 발명의 조성물에서 고착제의 함유량이 커질수록 저항치가 증가하여 저압의 전압에서 발열이 어렵게 된다. 반면에, 고착제의 첨가량을 낮게 하면 점착력이 약해져서 표면 처리후에 탄소섬유로부터 고착제가 탈락되거나 절연성이 떨어지는 문제점이 발생한다. 따라서 본 발명의 조성물에서 고착제는 1-40 중량％ 함유되며 희석제는 60-99 중량％ 함유된다. 전체 코팅액 조성물에 대해 고착제가 1 중량％ 미만으로 첨가되면 고착제가 탈락되거나 절연성이 유지되지 않는 문제점이 발생하며, 40 중량％를 초과하여 첨가되면 저항치가 과도하게 증가되는 문제점이 발생한다.

본 발명의 방법에서는 상기 고착제와 희석제로 제조한 조성물에 전기전도성 이 우수한 미세흑연분말을 첨가한다. 상기 미세흑연분말은 코팅 공정에서 탄소섬유에 점착되어 저항치를 감소시키는 작용을 한다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 미세흑연분말의 첨가량은 상기 표면 처리 조성물 100 ㎖에 대해 0.01-5 g 이고, 보다 바람직하게는 0.1-0.5g이다. 본 발명의 조성물에서 상기 미세흑연분말의 첨가량이 조성물 100 ㎖ 에 대해 0.01 g 보다 작으면 원하는 만큼의 저항치의 감소 효과를 얻을 수 없고, 조성물 100 ㎖ 에 대해 5 g 보다 크면 탄소섬유의 굵기가 두꺼워지고 유연성이 현저하게 저하되며 이로 인해 고착제가 쉽게 탈락되는 문제점이 발생한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 상기 미세흑연분말의 평균직경은 0.01-50 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다. 상기 평균직경이 50 ㎛ 보다 큰 경우에는 발열에 필요한 만큼 전기전도도가 충분히 높아지지 않는 문제점이 있고 평균직경이 0.01 ㎛ 작은 경우에는 충분한 전기 전도도는 얻을 수 있으나 제조비용이 증가하는 문제점이 있다.

이어서, 상기 미세흑연분말이 첨가된 조성물을 탄소섬유에 코팅한다. 탄소섬유에 코팅하는 방법은 일반적인 코팅방법을 사용하여 행하며 특정의 방법으로 한정되는 것은 아니다. 사용 가능한 코팅방법으로는 예컨대 함침법, 스프레이법, 코팅법을 들 수 있으나 바람직하게는 함침법을 사용한다. 함침법에 의해 코팅하는 경우는 상기 제조한 코팅액 조성물에 탄소섬유를 일정시간 침지시킨 후에 꺼내는 방법에 의해 행한다. 침지시간은 특정의 시간으로 한정되지 않으며 탄소섬유에 코팅액이 균일하게 점착되기에 충분한 시간이면 좋다. 상기 함침 조성물에는 계면활성 제, 침투제, 촉매제, 물 및 안료를 추가로 첨가할 수 있다.

이어서, 본 발명의 조성물이 코팅된 탄소섬유를 가열건조를 행한다. 코팅된 탄소섬유를 상온에서 건조하는 경우에는 고착제가 완전히 점착되지 못하여 탄소섬유로부터 탈락되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 가열건조를 행한다. 가열건조에서 가열 온도 및 시간의 조건은 고착제인 알키드계 수지의 내유성, 굴곡성, 내부 경화성을 고려하여 적합한 조건을 선택하며, 특정의 조건으로 한정되지 않는다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면 상기 가열단계는 100-150 ℃에서 1-2 시간 동안 행한다. 가열시간이 1시간 미만인 경우에는 코팅제가 탄소섬유에 충분히 점착되지 않고 탈락될 수 있고 2시간 이상 가열하면 가열하는 시간에 비해 증가된 효과를 얻기 어렵다.

본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 상기 단계 (d) 이후에, 상기 단계 (a)에서 제조한 조성물을 탄소섬유에 다시 코팅한 후 가열 건조하는 2차 코팅 단계를 추가로 포함한다. 2차 코팅 단계에서의 코팅 및 가열건조 방법은 앞서 기술한 방법과 동일한 방법에 의해 행한다. 상기 2차 코팅에 공정에 의해 미세흑연분말이 탄소섬유로부터 탈락하는 것을 방지하고 탄소섬유의 점착성을 더욱 향상시킨다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 유연성을 유지하는 탄소섬유 발열체 제조를 위한 탄소섬유 표면 처리 방법에 의해 제조된 것으로, 미세흑연분말이 코팅되어 있으며, 저항치가 10-200 Ω/m 인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 발열체 제공 한다.

상기 탄소섬유 발열체는 고착제가 코팅되어 있어 유연성과 절연성을 가지며 미세흑연분말에 점착되어 있어 저항값이 10-200 Ω/m 로 낮아 저전압에서도 효율적으로 발열한다. 또한 본 발명의 탄소섬유 발열체는 섬유형태로 제조되어 있어 세밀한 부위 까지 발열이 필요한 경우에도 사용 가능하다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 탄소섬유 발열체로 제조한 것을 특징으로 하는 발열제품을 제공한다. 본 발명의 탄소섬유 발열체는 유연성이 우수하고 저항치가 작아 저전압에서도 사용할 수 있는 특성이 있기 때문에서, 본 발명의 탄소섬유 발열체는 접히거나 굴곡진 부분이 많아 유연성이 요구되는 저전압이 인가되어야 하는 발열 제품에 적합하게 적용될 수 있다. 이러한 발열제품으로서는 예컨대 양말, 장갑 등을 들 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:

(ⅰ) 본 발명은 고착제, 희석제 및 우수한 전기 전도성을 갖는 미세흑연분말을 포함하는 탄소섬유 표면 처리용 조성물과 이 조성물을 이용하여 탄소섬유의 표면을 처리하는 방법을 제공한다.

(ⅱ) 본 발명의 조성물을 이용하여 탄소섬유의 표면을 처리하면 고착제의 코팅에 의해 유연성, 절연성을 가지면서 동시에 미세흑연분말에 의해 저항치가 감소하는 것을 방지하여 저전압에서도 발열체로 사용할 수 있는 탄소섬유 발열체를 제조할 수 있다.

(ⅲ) 본 발명의 발열체는 유연성을 가지며 동시에 저항치가 낮아 저전압에서도 사용가능하여 장갑, 양말 등의 굴곡부분이 많은 섬유제품에 유용하게 사용할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.

실시예

1. 탄소섬유의 선정

적합한 저항치 기준에 따라 3K의 탄소섬유(제조사: MITSUBISHI, 제품Type: TR 30S 3L)를 선정하였다.

2. 탄소섬유 표면 처리용 조성물의 제조

알키드계 수지(제조사:KCC 금강고려화학, 제품명:MV428-W28) 10 중량％, 희석제(제조사: (주)삼중, 제품명: 에폭시 시너) 90 중량％을 혼합하여 탄소섬유 표면 처리용 조성물을 제조하였다. 상기 조성물에 평균직경이 20 ㎛인 미세흑연분말(제조사:고려화학, 제품명:Graphite, Purity:99.9 ％)을 코팅액 조성물 100 ㎖에 대해 0.1 g 이 되도록 첨가하여 미세흑연분말이 균일하게 분산된 콜로이드성 코팅액을 제조하였다.

3. 탄소섬유의 코팅

탄소섬유를 상기 제조한 코팅액 조성물에 일정시간 침지한 후 꺼내어 탄소섬유에 코팅액 조성물을 균일하게 코팅하였다.

4. 코팅된 탄소섬유의 가열건조

상기 조성물로 코팅된 탄소섬유를 오븐에서 130 ℃에서 1 시간 동안 가열하여 건조하였다.

5. 코팅된 탄소섬유의 2차 코팅단계

가열 건조한 코팅된 탄소섬유를 알키드계 수지(제조사: KCC 금강고려화학, 제품명: MV428-W28) 10 중량％, 희석제(제조사: (주)삼중, 제품명: 에폭시 시너) 90 중량％를 혼합하여 제조한 코팅용 조성물에 일정시간 침지한 후 꺼내어 코팅하고, 오븐에서 130 ℃에서 1 시간 동안 가열하여 건조하였다.

6. 코팅된 탄소섬유 발열체를 사용한 장갑의 제조

상기 제조된 탄소섬유 발열체를 장갑의 손등과 손바닥 부분에 넣고 전압을 인가할 수 있는 전극선을 연결하였다. 상기 전극에 12 V의 전압을 인가하였을 때 56 ℃의 발열이 발생하였으며, 장갑에 적용된 탄소섬유 발열체의 저항은 약 90 Ω/m 이었다. 발열량을 측정한 결과는 도 3에 나타내었다.

상기 실시예에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 의한 방법에 의하면 저전압에서 사용 가능한 발열체를 장갑 등에 적용할 수 있다.

위에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 고착제, 희석제 및 미세흑연분말을 포함하며 유연성을 유지하는 탄소섬유 발열체의 제조에 사용되는 표면 처리용 조성물 및 이를 이용한 탄소섬유의 표면 처리 방법을 제공한다. 본 발명의 방법에 의하면 유연성을 유지하면서 저전압에서 발열체로 사용하기에 적합한 탄소섬유 발열체를 제조할 수 있다.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당 업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (10)

1. 고착제 1-40 중량％와 희석제 60-99 중량％로 이루어지는 조성물로서, 미세흑연분말을 추가로 포함하며, 유연성을 갖는 탄소섬유 발열체 제조에 사용되는 탄소섬유 표면 처리용 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 고착제는 알키드계 수지인 것을 특징으로 하는 조성물.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 미세흑연분말의 첨가량은 상기 조성물 100 ㎖에 대해 0.01-5 g 이고, 상기 미세흑연분말의 평균직경은 0.01-50 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 조성물.
4. 다음의 단계를 포함하는 유연성을 유지하는 탄소섬유 발열체 제조를 위한 탄소섬유의 표면 처리 방법:

   (a) 고착제와 희석제를 포함하는 조성물을 제조하는 단계;

   (b) 상기 단계 (a)에서 제조된 조성물에 미세흑연분말을 첨가하는 단계;

   (c) 상기 단계 (b)에서 제조된 조성물을 탄소섬유에 코팅하는 단계; 및

   (d) 상기 단계 (c)에서 코팅된 탄소섬유를 가열건조하는 단계.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 단계 (d) 이후에, (d') 상기 단계 (a)에서 제조한 조성물을 탄소섬유에 재코팅한 후 가열 건조하는 2차 코팅 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 단계 (a)에서 상기 고착제는 알키드계 수지이고, 상기 고착제의 함유량은 1-40 중량％, 상기 희석제의 함유량은 60-99 중량％인 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 단계 (b)에서 상기 미세흑연분말의 첨가량은 상기 조성물 100 ㎖에 대해 0.01-5 g 이고, 상기 미세흑연분말의 평균직경은 0.01-50 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 단계 (d) 또는 (d') 에서 상기 가열건 조 단계가 100-150 ℃ 에서 1-2 시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 4 항 또는 제 5 항의 방법에 의해 제조되고, 미세흑연분말이 코팅되어 있으며, 저항값이 10-200 Ω/m 인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 발열체.
10. 제 9 항의 탄소섬유 발열체를 포함하여 제조된 것을 특징으로 하는 발열품.

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