KR20110088047A - 방수, 투습, 및 제전성을 가진 면상 발열체 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 합성섬유, 재생섬유 또는 천연섬유로 형성된 하부원단, 상기 하부원단의 상부에 적층되고 전도성 물질 또는 전도성 물질과 바인더의 혼합물로 형성된 발열층, 상기 발열층의 상부에 적층되고 절연성 물질로 형성된 절연층, 및 상기 절연층의 상부에 적층되고 합성섬유, 재생섬유 또는 천연섬유로 형성된 상부원단으로 구성되고 복수 개의 관통 구멍을 가지는 발열원단; 및 상기 발열원단의 상부원단 상부에 적층되고 방수 및 투습 특성을 가진 재료로 형성된 박막의 방수투습층;을 포함하는 면상발열체를 제공한다. 본 발명에 따른 면상발열체는 발열원단에 복수 개의 관통구멍이 형성되어 있고 발열원단 상부 또는 하부에 방수투습층이 형성되어 있어서 몸 안에서 발생하는 습기를 몸 밖으로 쉽게 방출할 수 있고 외부의 비 또는 눈 등이 몸 안으로 들어오는 것을 방지하기 때문에, 등산복과 같은 아웃도어 의류에 적용시 사용자에게 편안함과 쾌적함을 제공하고 동시에 보온 기능을 수행할 수 있다. 또한, 발연원단의 양단을 구성하는 상부원단 또는 하부원단에 제전층이 형성되어 있어서, 아웃도어 의류에 흔히 발생하는 정전기를 쉽게 제거하여 사용자에게 보다 나은 안전성을 제공한다.
Description
본 발명은 방수, 투습, 및 제전성을 가진 면상 발열체 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수 개의 관통 구멍을 가지는 발열원단과 방수투습층에 의해 방수투습 특성을 가지고 전도성 물질로 이루어진 제전층에 의해 대전방지 특성을 가지는 방수, 투습, 및 제전성을 가진 면상 발열체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
스마트 의류(Smart Wear)는 섬유 패션 제품 내에 신호 전달성 섬유 신기술을 적용하고 각종 디지털 장치들을 내장시킴으로써, 언제 어디에서나 디지털 기능을 사용할 있도록 고안된 신종 제품이다. 즉 섬유 또는 의류의 속성을 유지하면 필요한 디지털 기능들을 섬유재료 및 의류에 탑재시킨 신종의류이다. 이 때문에 일반 직물과 다름없는 촉감과 물성을 나타내는 동시에 디지털 신호를 전달하여야 한다. 따라서 섬유나 의복 자체가 외부 자극을 감지하고 스스로 반응하는 소재의 기능성(Hifunction materials properties) 및 의복 및 직물 자체가 갖지 못한 디지털 기능(Digitalized properties)을 결합한 새로운 개념의 의류를 총칭한다 할 수 있다.
1990년대 중반부터 미국이나 유럽에서 군사용으로 개발하기 시작한 스마트 웨어(Smart Wear)는 현재 의류 분야와 의료 분야 등에서 가장 활발하게 개발되고 있다. 특히 프린팅 전자 기술을 이용한 스마트 소재는 착용형 컴퓨터(wearable computer)의 군사용 섬유제품에 다양하게 사용될 수 있다. 스마트 소재에서 의류의 특성과 전기적 특성을 갖는 전도성 섬유, 직물과 각종 부품을 연결하는 인터커넥션(interconnection) 방법으로 프린팅 전자 기술이 이용될 경우, 직물 기반의 전자 회로 설계가 가능하기 때문에 적용 가치가 높다. 예를 들어 프린팅 전자 기술을 군복에 적용할 경우 무게 경감, 부피 축소의 가능성이 있으며, 이에 따라 부상치유 기능, 통신 기능 등이 일체형으로 된 군복 개발이 가능해진다. 첨단을 지향하는 현대전에서도 군인은 완전무장시 45㎏이 넘는 장비를 짊어져야 하기 때문에 본 기술의 개발이 절실히 요구된다.
최근 스마트웨어는 군복 뿐만 아니라 등산용품, 트레이닝, 스키복, 골프복 등의 스포츠, 레저, 여행 등에 적용되는 기능성 아웃도어 제품, 특히 아웃도어 의류에도 활발히 적용되고 있으며, 이를 위해 연구되는 발열원단은 온도와 습도, 자외선 등 외부 환경과 체온을 측정해 자동으로 발열해 주는 기능을 지닌다. 하지만, 오랜 착용에 의해 몸에서 발산하는 습기가 외부로 방출되지 않는 경우 불쾌감을 유발할 수 있고, 비가 내릴 경우 물방울이 의류를 관통하여 체온을 저하시키는 등의 문제를 유발할 수 있다. 따라서, 피부에 잔류한 땀은 발열기능을 이용하여 증발, 건조시키고 이를 외부로 방출시키며, 동시에 외부의 비 등을 차단시켜 쾌적성과 편안한 착용감을 제공하고 혹한시에도 따뜻한 착용감을 제공할 수 있는 발열원단의 개발이 절실하다. 아울러, 사용자의 편리를 위해 상기의 방수투습 기능 뿐만 아니라, 제전 기능을 가진 발열원단의 개발이 필요하다.
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 본 발명의 일 목적은 방수투습 기능 및 선택적으로 제전 기능을 가진 발열원단으로 이용할 수 있는 면상발열체를 제공하는데에 있다. 아울러, 본 발명의 다른 목적은 상기의 면상발열체를 제조하는 방법을 제공하는데에 있다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 합성섬유, 재생섬유 또는 천연섬유로 형성된 하부원단, 상기 하부원단의 상부에 적층되고 전도성 물질 또는 전도성 물질과 바인더의 혼합물로 형성된 발열층, 상기 발열층의 상부에 적층되고 절연성 물질로 형성된 절연층, 및 상기 절연층의 상부에 적층되고 합성섬유, 재생섬유 또는 천연섬유로 형성된 상부원단으로 구성되고 복수 개의 관통 구멍을 가지는 발열원단; 및 상기 발열원단의 상부원단 상부에 적층되고 방수 및 투습 특성을 가진 재료로 형성된 박막의 방수투습층;을 포함하는 제1 면상발열체를 제공한다.
본 발명에 따른 제1 면상발열체는 방수투습층 상부에 적층되고 내마모성 재료의 원단으로 형성되며 표면이 발수처리된 보호층을 더 포함할 수 있다. 또한, 발열원단을 구성하는 상부원단 또는 하부원단은 표면에 전도성 물질의 제전층이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 합성섬유, 재생섬유 또는 천연섬유로 형성된 하부원단, 상기 하부원단의 상부에 적층되고 전도성 물질 또는 전도성 물질과 바인더의 혼합물로 형성된 발열층, 상기 발열층의 상부에 적층되고 절연성 물질로 형성된 절연층, 및 상기 절연층의 상부에 적층되고 합성섬유, 재생섬유 또는 천연섬유로 형성된 상부원단으로 구성되고 복수 개의 관통 구멍을 가지는 발열원단; 및 상기 발열원단의 하부원단 하부에 적층되고 방수 및 투습 특성을 가진 재료로 형성된 방수투습층;을 포함하는 제2 면상발열체를 제공한다.
본 발명에 따른 제2 면상발열체는 상부원단 상부에 적층되고 내마모성 재료의 원단으로 형성되며 표면이 발수처리된 보호층을 더 포함할 수 있다. 또한, 발열원단을 구성하는 상부원단 또는 하부원단은 표면에 전도성 물질의 제전층이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제1 면상발열체 및 제2 면상발열체에서, 방수투습층을 형성하는 방수 및 투습 특성을 가진 재료는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 퍼플루오로알콕시(Perfluoroalkoxy, PFA), 및 플루오로에틸렌프로필렌(Fluoro ethylene propylene, FEP)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 물질인 것을 특징으로 한다. 또한, 보호층을 형성하는 내마모성 재료는 나일론 섬유 또는 폴리에스테르 섬유인 것을 특징으로 한다. 또한, 제전층을 형성하는 전도성 물질은 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리아닐린(Polyaniline), 폴리티오펜(Polythiophene), 및 탄소나노튜브(Carbon nanotube)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 합성섬유, 재생섬유 또는 천연섬유로 형성된 하부원단, 상기 하부원단의 상부에 적층되고 전도성 물질 또는 전도성 물질과 바인더의 혼합물로 형성된 발열층, 상기 발열층의 상부에 적층되고 절연성 물질로 형성된 절연층, 및 상기 절연층의 상부에 적층되고 합성섬유, 재생섬유 또는 천연섬유로 형성된 상부원단으로 구성된 발열원단의 상부원단 표면 일부 또는 전부에 열가소성 접착제를 도트(Dot) 방식으로 도포하고 열가소성 접착제가 도포되지 않은 발열원단 부분을 천공시켜 복수 개의 관통 구멍을 형성하는 단계; 및 상기 복수 개의 관통 구멍을 가지는 발열원단의 상부원단 상부에 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 퍼플루오로알콕시(Perfluoroalkoxy, PFA), 및 플루오로에틸렌프로필렌(Fluoro ethylene propylene, FEP)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 물질로 형성된 박막을 라미네이팅 방식으로 접착시켜 박막의 방수투습층을 형성하는 단계;를 포함하는 면상발열체의 제1 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 면상발열체의 제1 제조방법은 방수투습층 상부에 나일론 섬유 또는 폴리에스테르 섬유로 형성되고 표면이 발수처리된 원단을 라미네이팅 방식으로 접착시켜 보호층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 또한, 복수 개의 관통 구멍을 형성하기 전에 상기 발열원단을 구성하는 상부원단의 상부 표면 또는 하부원단의 하부 표면에 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리아닐린(Polyaniline), 폴리티오펜(Polythiophene), 및 탄소나노튜브(Carbon nanotube)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 전도성 물질을 도포시켜 제전층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 합성섬유, 재생섬유 또는 천연섬유로 형성된 하부원단, 상기 하부원단의 상부에 적층되고 전도성 물질 또는 전도성 물질과 바인더의 혼합물로 형성된 발열층, 상기 발열층의 상부에 적층되고 절연성 물질로 형성된 절연층, 및 상기 절연층의 상부에 적층되고 합성섬유, 재생섬유 또는 천연섬유로 형성된 상부원단으로 구성된 발열원단의 하부원단 표면 일부 또는 전부에 열가소성 접착제를 도트(Dot) 방식으로 도포하고 열가소성 접착제가 도포되지 않은 발열원단 부분을 천공시켜 복수 개의 관통 구멍을 형성하는 단계; 및 상기 복수 개의 관통 구멍을 가지는 발열원단의 하부원단 하부에 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 퍼플루오로알콕시(Perfluoroalkoxy, PFA), 및 플루오로에틸렌프로필렌(Fluoro ethylene propylene, FEP)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 물질로 형성된 박막을 라미네이팅 방식으로 접착시켜 박막의 방수투습층을 형성하는 단계;를 포함하는 면상발열체의 제2 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 면상발열체의 제2 제조방법은 상기 상부원단의 관통 구멍이 형성되지 않은 표면 일부 또는 전부에 열가소성 접착제를 도트(Dot) 방식으로 도포하고 나일론 섬유 또는 폴리에스테르 섬유로 형성되고 표면이 발수처리된 원단을 라미네이팅 방식으로 접착시켜 보호층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 또한, 복수 개의 관통 구멍을 형성하기 전에 상기 발열원단을 구성하는 상부원단의 상부 표면 또는 하부원단의 하부 표면에 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리아닐린(Polyaniline), 폴리티오펜(Polythiophene), 및 탄소나노튜브(Carbon nanotube)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 전도성 물질을 도포시켜 제전층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 면상발열체는 발열원단에 복수 개의 관통구멍이 형성되어 있고 발열원단 상부 또는 하부에 방수투습층이 형성되어 있어서 몸 안에서 발생하는 습기를 몸 밖으로 쉽게 방출할 수 있고 외부의 비 또는 눈 등이 몸 안으로 들어오는 것을 방지하기 때문에, 등산복과 같은 아웃도어 의류에 적용시 사용자에게 편안함과 쾌적함을 제공하고 동시에 보온 기능을 수행할 수 있다. 또한, 발연원단의 양단을 구성하는 상부원단 또는 하부원단에 제전층이 형성되어 있어서, 아웃도어 의류에 흔히 발생하는 정전기를 쉽게 제거하여 사용자에게 보다 나은 안전성을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 면상발열체의 일 구성요소인 복수 개의 관통 구멍을 가지는 발열원단을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 일 실시예에 따른 제1 면상발열체의 종단면도이고, 도 3은 본 발명에 일 실시예에 따른 제2 면상발열체의 종단면도이다.
도 2는 본 발명에 일 실시예에 따른 제1 면상발열체의 종단면도이고, 도 3은 본 발명에 일 실시예에 따른 제2 면상발열체의 종단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 '약' 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본 명세서에서 사용되는 '원단'이라 함은 제직 또는 편직에 의해 제조되는 물품, 부직포 및 섬유상 웹 등을 모두 포함하는 의미로 사용한다.
도 1은 본 발명에 따른 면상발열체의 일 구성요소인 복수 개의 관통 구멍을 가지는 발열원단을 개략적으로 나타낸 것이다.
발열원단(100)은 하부원단(10), 발열층(30), 절연층(40), 및 상부원단(50)이 순서대로 적층된 구조로 이루어지고, 복수 개의 관통 구멍(60)이 형성되어 있다.
상부원단(50) 및 하부원단(10)은 직물, 편물, 부직포 또는 섬유상의 웹 등의 형태를 가지며, 그 소재와 형성방법에 제한 없이 적용될 수 있다. 예를 들어 폴리에스터/폴리아미드/폴리우레탄 등의 합성섬유, 레이온/아세테이트 등의 셀룰로오스 재생 섬유, 또는 면/양모/등의 천연섬유로 이루어질 수 있다. 또한, 상부원단 또는 하부원단은 바람직하게는 표면에 전도성 물질의 제전층(도면에 도시하지 않음)이 형성된 것을 특징으로 한다. 보다 구체적으로 제전층은 상부원단의 상부 표면 또는 하부원단의 하부 표면에 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리아닐린(Polyaniline), 폴리티오펜(Polythiophene), 및 탄소나노튜브(Carbon nanotube)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 전도성 물질을 도포하여 형성한 박막의 형태를 가지며, 대전 방지 기능을 가진다. 이때 전도성 물질을 상부원단 또는 하부원단의 표면에 도포시키는 방법으로는 함침, 스프레이 코팅, 그라비아(Gravure) 코팅 등이 있다. 상부원단 또는 하부원단의 표면에 제전층이 형성된 경우 복수 개의 관통 구멍은 제전층을 포함한 발열원단에 형성된다.
하부원단(10)은 미시적으로 그 표면이 매우 불균일하며, 섬유간의 간극으로 인해 미세한 기공들이 극도로 많이 존재한다. 따라서 이러한 표면의 균일성을 확보하고 후술할 발열층이 균일한 두께로 형성되도록 하며, 발열층 등을 형성하는 물질이 하부원단의 이면으로 침투하지 못하게 하기 위하여 하부원단의 상부에는 프라이머층(20)이 형성될 수 있다. 다만, 프라이머층은 선택적으로 원단에 형성될 수 있음을 의미하며 원단의 특성에 따라 배제될 수 있음은 물론이다. 프라이머층은 폴리우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 및 실리콘계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 수지로 형성된다. 보다 구체적으로 하부원단이 준비되면, 직물이나 편물의 경우 표면 요철의 단점을 보상하기 위해 두개의 압착 롤러사이로 상기 하부원단을 공급한다. 상기의 과정을 통해 하부원단의 표면은 평활하게 되고, 하부원단의 공극이 상쇄될 수 있으며, 내굴곡성을 보완할 수 있다(카렌더링단계). 이러한 카렌더링단계는 원단의 특성에 따라 선택적으로 수행할 수 있는 공정이다. 상기 카렌더링단계를 거친 또는 카렌더링하지 아니한 하부원단의 표면에는 표면 공극을 보다 적극적으로 제어하고 발열층의 두께균일성을 위해 프라이머층이 선택적으로 형성될 수 있는데, 프라이머층을 형성하는 방법으로는 나이프 롤러방식, 오버롤 코팅, 플로팅 나이프 코팅, 또는 나이프 오버 코팅, 라미네이팅, 프린팅 또는 그리비아 코팅 등이 있다(프라이머층 형성단계).
하부원단의 상부(프라이머층이 있는 경우 프라이머층의 상부)에는 발열층(30)이 형성되는데, 발열층은 그 일부 또는 전부가 미리 설계된 형상을 가지는 일정 패턴의 선 또는 면으로 구성될 수 있다. 발열층은 전도성 물질을 도포하여 형성될 수 있는데, 상기 전도성 물질로는 폴리아닐린, 폴리피롤, 및 폴리티오펜 등에서 선택되는 하나 이상의 전도성 고분자 일 수 있고, 여기에 도전성 카본블랙이 혼합될 수도 있다. 또한, 탄소(carbon), 은(silver), 금, 백금, 팔라듐, 구리, 알루미늄, 주석, 철 및 니켈로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 물질일 수 있다. 발열층은 바람직하게는 전도성 물질 및 바인더의 혼합물을 도포하여 형성될 수 있는데, 이때 전도성 물질은 상기에서 설명한 것과 동일하고, 바인더 소재는 폴리우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 실리콘계 수지, 멜라민계 수지 및 에폭시계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 수지일 수 있다. 한편, 전도성 물질과 바인더의 혼합물은 전도성 물질과 바인더의 함량비가 중량 기준으로 90:10 내지 80:20인 것이 바람직한데, 바인더가 상기 범위를 초과하는 경우 전도기능이 저하되는 문제가 있고 상기 범위 미만인 경우 접착력이 저하되는 단점이 있기 때문이며, 다만 전도성 물질과 바인더 혼합물의 함량비가 상기의 범위에 한정되는 것은 아니다. 보다 구체적으로 살펴보면, 프라이머층이 형성되거나 형성되지 않은 하부원단에 대하여, 그 상부에 미리 설계된 형태에 따라 발열층이 형성된다. 발열층이 도포되는 방식은 코팅, 프린팅, 전사나염 등 다양한 방식이 적용될 수 있다. 특히, 프린팅법에 의할 경우 사용될 전자기기의 부착위치 등에 제한받지 않으면서 설계된 형태에 따라 하부원단 또는 프라이머층에 회로를 설계할 수 있다.
한편, 발열층의 양 단부는 통상적으로 전력 공급선(도면에 도시되지 않음)의 선단과 납땜 등의 접합수단 등에 의해 접속되고, 전력 공급선의 다른 선단은 전력 단자부와 연결된다. 전력 단자부로부터 전력 공급선을 통해 발열층으로 전력이 공급되면 발열층은 발열된다.
발열층의 상부에는 절연층(40)이 형성된다. 절연층은 폴리우레탄계수지, 아크릴계 수지, 실리콘계 수지, 폴리에스테르계 수지, 및 PVC계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 절연성 물질을 발열층 상부에 코팅, 프린팅 또는 라미네이팅하여 형성할 수 있다. 절연층은 발열층에 크랙(Crack)과 같은 손상을 방지하고, 발열원단에 유연성을 부여하며, 열이 외부로 방출되는 것을 방지한다.
절연층의 상부에는 상부원단(50)이 형성되는데, 절연층의 상부에 상부원단을 형성하는 방법으로는 라미네이팅 방법 등이 있다. 라미네이팅 공법은 도포 롤러(Roller) 형태를 달리하여 도트(Dot) 또는 메시(Mesh) 방식으로 접착시키는 ㅂ방식으로 상기 도트 방식은 절연층 상에 접착제를 일정 간격으로 점적하여 상부원단을 접합하는 방식으로 전면 접착 공법에 비해 효율적일 뿐만 아니라 부드러운 촉감 발현에도 탁월하다. 한편, 메시 방식은 일종의 전면 접착 공법으로 접착성이 뛰어난 장점이 있다.
한편, 하부원단(10), 발열층(30), 절연층(40), 및 상부원단(50)이 순서대로 적층된 구조로 이루어진 발열원단(상부원단 또는 하부원단 표면에 제전층이 형성된 경우 제전층을 포함한다.)에는 복수 개의 관통 구멍(60)이 형성된다. 복수 개의 관통 구멍은 발열원단의 일부 또는 전부에 적절하게 형성될 수 있는데, 보다 구체적으로 특정 패턴을 가진 선 또는 면으로 구성된 발열층의 손상을 원천적으로 봉쇄하기 위해 발열층의 선상 패턴 또는 면상 패턴이 없는 위치에 형성될 수도 있고, 아울러 발열층의 선상 패턴 또는 면상 패턴을 포함하는 위치에도 형성될 수 있다. 관통 구멍이 발열층의 선상 패턴 또는 면상 패턴이 없는 위치에 형성되는 경우 발열층의 선상 패턴 또는 면상 패턴을 해치지 않는 범위 내에서 관통 구멍의 크기는 크게 제한되지 않는다. 반면, 관통 구멍이 발열층의 선상 패턴 또는 면상 패턴을 포함하는 위치에 형성되는 경우(바람직하게는 발열원단의 전부에 형성됨) 관통 구멍에 의해 발열층(즉 특정 패턴의 선 또는 면)이 손상되지 않도록 관통 구멍의 크기는 발열층을 구성하는 특정 패턴의 선의 폭 또는 특정 패턴의 면의 폭 보다 더 작도록 미세하게 하는 것이 바람직하고, 이 경우 관통 구멍은 발열층 전면에 균등한 분포로 형성시키는 것이 바람직하다. 일반적으로 관통 구멍의 직경은 약 0.1~10㎜의 범위를 가진다. 발열원단에 관통 구멍을 형성하는 방법은 발열원단의 재질, 성상에 따라서 달라질 수 있고, 펀칭 등의 기계가공으로 행해지는 것이 일반적이다. 발열원단은 그 제조과정에서 사용되는 접착제, 발열층, 및 절연층 등에 의해 습기(수증기) 등의 통풍성이 저하될 수 있는데, 발열원단에 형성된 관통 구멍은 몸에서 발생하는 습기를 외부로 방출시키는 통로 역할을 하여 발열원단 자체에 투습성을 부여한다.
도 2는 본 발명에 일 실시예에 따른 제1 면상발열체의 종단면도이다.
제1 면상발열체(200)는 복수 개의 관통 구멍을 가진 발열원단(100) 및 발열원단 상부(보다 구체적으로는 발열원단의 상부원단 상부)에 적층된 방수투습층(210)으로 구성되고, 바람직하게는 방수투습층 상부에 적층된 보호층(220)을 더 포함할 수 있다.
방수투습층(210)은 방수 및 투습 특성을 가진 재료로 형성된 박막의 형태를 가지는데, 방수 및 투습 특성을 가진 재료는 습기(수증기)를 통과시키고 물을 차단할 수 있는 물질이라면 크게 제한되지 않으며, 바람직하게는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 퍼플루오로알콕시(Perfluoroalkoxy, PFA), 및 플루오로에틸렌프로필렌(Fluoro ethylene propylene, FEP)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 물질이다. 상기의 재료로 형성된 박막은 다공성 고분자 막으로서 비나 물은 튀겨서 침투하지 못하게 하면서 몸에서 나는 땀은 수증기로 되어 바깥으로 배출시킴으로서 쾌적성을 부여하게 된다. 즉, 방수투습층은 신체로부터 발생되는 습기(수증기), 즉 직경이 약 0.0004 ㎛인 수증기 크기만 한 것은 통과하지만, 물방울은 통과되지 않도록 미세공, 즉 0.1 내지 10.0 ㎛정도의 무수히 많은 기공이 있는 형성된 고분자 박막으로 이루어져 있어서, 원활한 투습기능과 뛰어난 방수기능을 동시에 실현할 수 있게 된다.
제1 면상발열체에서 방수투습층은 도트(Dot) 라미네이팅 공법으로 제조되는데, 도트 라미네이트 공법은 원단 상에 접착제를 일정 간격으로 점적하고 여기에 방수 및 투습 특성을 가진 재료로 형성된 박막을 열과 압력으로 접착시키는 방식(라미네이팅)으로서 전면 접착 공법에 비해 효율적일 뿐만 아니라 부드러운 촉감 발현에도 탁월하다. 이때 사용되는 접착제는 에틸렌비닐아세테이트계 수지, 폴리올레핀계 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 아크릴계 수지, 또는 폴리아마이드계 수지 등을 유효성분으로 포함하는 열가소성 접착제로서 바람직하게는 핫멜트(Hot melt) 접착제인 것을 특징으로 한다. 핫멜트 접착제는 물이나 용제를 사용하지 않고 열에 의해 용융시켜 고형분 상태로 접착하는 열가소성 접착제로서 발열원단에 형성된 복수 개의 관통에 영향을 거의 주지 않으면서 도트 라미네이트 공법에 적용하기가 쉽기 때문이다. 보다 구체적으로, 제1 면상발열체의 제조방법은 발열원단의 상부원단 표면 일부 또는 전부에 열가소성 접착제를 도트(Dot) 방식으로 도포하고 열가소성 접착제가 도포되지 않은 발열원단 부분을 천공시켜 복수 개의 관통 구멍을 형성하는 단계; 및 상기 복수 개의 관통 구멍을 가지는 발열원단의 상부원단 상부에 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 퍼플루오로알콕시(Perfluoroalkoxy, PFA), 및 플루오로에틸렌프로필렌(Fluoro ethylene propylene, FEP)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 물질로 형성된 박막을 라미네이팅 방식으로 접착시켜 박막의 방수투습층을 형성하는 단계;를 포함하고, 선택적으로 방수투습층 상부에 나일론 섬유 또는 폴리에스테르 섬유로 형성된 원단을 라미네이팅 방식으로 접착시켜 보호층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 여기서, 발열원단에 복수 개의 관통 구멍을 형성하기 전에 발열원단의 상부원단 표면 일부 또는 전부에 열가소성 접착제를 도트(Dot) 방식으로 도포하는 이유는 미세한 관통 구멍을 형성한 후에 열가소성 접착제를 도포하면 작업의 오차 등에 의해 열가소성 접착제가 관통 구멍으로 흘러내려 관통구멍을 막을 염려가 있기 때문이다. 이때 복수 개의 관통 구멍을 형성하기 전에 상기 발열원단을 구성하는 상부원단의 상부 표면 또는 하부원단의 하부 표면에 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리아닐린(Polyaniline), 폴리티오펜(Polythiophene), 및 탄소나노튜브(Carbon nanotube)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 전도성 물질을 도포시켜 제전층을 형성하여, 제전층을 포함한 발열원단에 관통 구멍을 형성하는 것이 바람직하다.
보호층(220)은 방수투습층 상부에 적층되고 원칙적으로 습기는 통과하되 발수(또는 방수)가 되는 내마모성 재료의 원단으로 형성된다. 보호층은 발열원단 또는 방수투습층을 외부 충격 등에 의해 손상되는 것을 보호하는 역할을 하며 이를 위해 우수한 내마모성 내지 일정 강도를 가진 나일론 섬유 또는 폴리에스테르 섬유로 형성된 원단으로 이루어진다. 아울러, 보호층은 그 표면이 발수제로 발수처리되어 물이 원칙적으로 통과할 수 없게 되고 설령 통과하더라고 그 통과속도가 매우 낮다. 이때 사용되는 발수제로는 불소계 발수제, 실리콘계 발수제, 왁스계 발수제, 또는 알킬에틸렌 발수제 등이 있다. 보호층을 포함하는 면상발열체의 경우 보호층에서 1차적으로 발수(또는 방수) 시키거나 물의 통과 속도를 저하시키고, 2차적으로 투습방습층에서 물을 차단하므로 물이 발열원단을 통과하여 몸 안으로 침투하지 못하게 된다. 보호층을 형성하는 방법으로는 라미네이팅 방식, 보다 바람직하게는 도트 라미네이팅 공법 등이 있다.
도 3은 본 발명에 일 실시예에 따른 제2 면상발열체의 종단면도이다.
제2 면상발열체(300)는 복수 개의 관통 구멍을 가진 발열원단(100) 및 발열원단 하부(보다 구체적으로는 발열원단의 하부원단 하부)에 적층된 방수투습층(310)으로 구성되고, 바람직하게는 발열원단의 상부원단 상부에 적층된 보호층(320)을 더 포함할 수 있다.
방수투습층 및 보호층의 재료, 기능, 발열원단의 상부원단 또는 하부원단 표면에 형성된 제전층 등은 제1 면상발열체와 동일하므로 그 내용의 서술을 생략한다.
제2 면상발열체의 제조방법은 합성섬유, 재생섬유 또는 천연섬유로 형성된 하부원단, 상기 하부원단의 상부에 적층되고 전도성 물질 또는 전도성 물질과 바인더의 혼합물로 형성된 발열층, 상기 발열층의 상부에 적층되고 절연성 물질로 형성된 절연층, 및 상기 절연층의 상부에 적층되고 합성섬유, 재생섬유 또는 천연섬유로 형성된 상부원단으로 구성된 발열원단의 하부원단 표면 일부 또는 전부에 열가소성 접착제를 도트(Dot) 방식으로 도포하고 열가소성 접착제가 도포되지 않은 발열원단 부분을 천공시켜 복수 개의 관통 구멍을 형성하는 단계; 및 상기 복수 개의 관통 구멍을 가지는 발열원단의 하부원단 하부에 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 퍼플루오로알콕시(Perfluoroalkoxy, PFA), 및 플루오로에틸렌프로필렌(Fluoro ethylene propylene, FEP)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 물질로 형성된 박막을 라미네이팅 방식으로 접착시켜 박막의 방수투습층을 형성하는 단계;를 포함하고, 선택적으로 상부원단의 관통 구멍이 형성되지 않은 표면 일부 또는 전부에 열가소성 접착제를 도트(Dot) 방식으로 도포하고 나일론 섬유 또는 폴리에스테르 섬유로 형성되고 발수처리된 원단을 라미네이팅 방식으로 접착시켜 보호층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 보다 바람직한 제2 면상발열체의 제조방법은 합성섬유, 재생섬유 또는 천연섬유로 형성된 하부원단, 상기 하부원단의 상부에 적층되고 전도성 물질 또는 전도성 물질과 바인더의 혼합물로 형성된 발열층, 상기 발열층의 상부에 적층되고 절연성 물질로 형성된 절연층, 및 상기 절연층의 상부에 적층되고 합성섬유, 재생섬유 또는 천연섬유로 형성된 상부원단으로 구성된 발열원단의 상부원단 표면 및 하부원단 표면 일부 또는 전부에 열가소성 접착제를 도트(Dot) 방식으로 도포하고 열가소성 접착제가 도포되지 않은 발열원단 부분을 천공시켜 복수 개의 관통 구멍을 형성하는 단계; 및 상기 복수 개의 관통 구멍을 가지는 발열원단의 하부원단 하부에 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 퍼플루오로알콕시(Perfluoroalkoxy, PFA), 및 플루오로에틸렌프로필렌(Fluoro ethylene propylene, FEP)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 물질로 형성된 박막을 적재하고 상기 복수 개의 관통 구멍을 가지는 발열원단의 상부원단 상부에 나일론 섬유 또는 폴리에스테르 섬유로 형성되고 표면이 발수처리된 원단을 적재한 후 라미네이팅 방식으로 접착시켜 박막의 방수투습층과 보호층을 동시에 형성하는 단계;를 포함한다.
10 : 하부 원단 20 : 프라이머층 30 : 발열층
40 : 절연층 50 : 상부원단 60 : 관통 구멍
210, 310 : 방수투습층 220, 320 : 보호층
40 : 절연층 50 : 상부원단 60 : 관통 구멍
210, 310 : 방수투습층 220, 320 : 보호층
Claims (21)
- 합성섬유, 재생섬유 또는 천연섬유로 형성된 하부원단, 상기 하부원단의 상부에 적층되고 전도성 물질 또는 전도성 물질과 바인더의 혼합물로 형성된 발열층, 상기 발열층의 상부에 적층되고 절연성 물질로 형성된 절연층, 및 상기 절연층의 상부에 적층되고 합성섬유, 재생섬유 또는 천연섬유로 형성된 상부원단으로 구성되고 복수 개의 관통 구멍을 가지는 발열원단; 및
상기 발열원단의 상부원단 상부에 적층되고 방수 및 투습 특성을 가진 재료로 형성된 박막의 방수투습층;을 포함하는 면상발열체.
- 제 1항에 있어서, 상기 방수투습층 상부에 적층되고 내마모성 재료의 원단으로 형성되며 표면이 발수처리된 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면상발열체.
- 제 1항에 있어서, 상기 발열원단을 구성하는 상부원단 또는 하부원단은 표면에 전도성 물질의 제전층이 형성된 것을 특징으로 하는 면상발열체.
- 합성섬유, 재생섬유 또는 천연섬유로 형성된 하부원단, 상기 하부원단의 상부에 적층되고 전도성 물질 또는 전도성 물질과 바인더의 혼합물로 형성된 발열층, 상기 발열층의 상부에 적층되고 절연성 물질로 형성된 절연층, 및 상기 절연층의 상부에 적층되고 합성섬유, 재생섬유 또는 천연섬유로 형성된 상부원단으로 구성되고 복수 개의 관통 구멍을 가지는 발열원단; 및
상기 발열원단의 하부원단 하부에 적층되고 방수 및 투습 특성을 가진 재료로 형성된 방수투습층;을 포함하는 면상발열체.
- 제 1항에 있어서, 상기 상부원단 상부에 적층되고 내마모성 재료의 원단으로 형성되며 표면이 발수처리된 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면상발열체.
- 제 1항에 있어서, 상기 발열원단을 구성하는 상부원단 또는 하부원단은 표면에 전도성 물질의 제전층이 형성된 것을 특징으로 하는 면상발열체.
- 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방수투습층을 형성하는 방수 및 투습 특성을 가진 재료는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 퍼플루오로알콕시(Perfluoroalkoxy, PFA), 및 플루오로에틸렌프로필렌(Fluoro ethylene propylene, FEP)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 면상발열체.
- 제 2항 또는 제 5항에 있어서, 상기 보호층을 형성하는 내마모성 재료는 나일론 섬유 또는 폴리에스테르 섬유인 것을 특징으로 하는 면상발열체.
- 제 3항 또는 제6 항에 있어서, 상기 제전층을 형성하는 전도성 물질은 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리아닐린(Polyaniline), 폴리티오펜(Polythiophene), 및 탄소나노튜브(Carbon nanotube)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 면상발열체.
- 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하부원단 및 발열층 사이에 폴리우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 및 실리콘계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 수지로 형성된 프라이머층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면상발열체.
- 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발열층을 형성하는 전도성 물질은 전도성 고분자, 탄소(carbon), 은(silver), 금, 백금, 팔라듐, 구리, 알루미늄, 주석, 철, 및 니켈로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 면상발열체.
- 제 11항에 있어서, 상기 전도성 고분자는 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리아닐린(Polyaniline), 및 폴리티오펜(Polythiophene)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 고분자인 것을 특징으로 하는 면상발열체.
- 제 11항에 있어서, 상기 발열층을 형성하는 바인더는 폴리우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 실리콘계 수지, 멜라민계 수지 및 에폭시계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 수지인 것을 특징으로 하는 면상발열체.
- 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연층을 형성하는 절연성 물질은 폴리우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 실리콘계 수지, 폴리에스테르계 수지, 및 PVC계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 면상발열체.
- 합성섬유, 재생섬유 또는 천연섬유로 형성된 하부원단, 상기 하부원단의 상부에 적층되고 전도성 물질 또는 전도성 물질과 바인더의 혼합물로 형성된 발열층, 상기 발열층의 상부에 적층되고 절연성 물질로 형성된 절연층, 및 상기 절연층의 상부에 적층되고 합성섬유, 재생섬유 또는 천연섬유로 형성된 상부원단으로 구성된 발열원단의 상부원단 표면 일부 또는 전부에 열가소성 접착제를 도트(Dot) 방식으로 도포하고 열가소성 접착제가 도포되지 않은 발열원단 부분을 천공시켜 복수 개의 관통 구멍을 형성하는 단계; 및
상기 복수 개의 관통 구멍을 가지는 발열원단의 상부원단 상부에 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 퍼플루오로알콕시(Perfluoroalkoxy, PFA), 및 플루오로에틸렌프로필렌(Fluoro ethylene propylene, FEP)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 물질로 형성된 박막을 라미네이팅 방식으로 접착시켜 박막의 방수투습층을 형성하는 단계;를 포함하는 면상발열체의 제조방법.
- 제 15항에 있어서, 상기 방수투습층 상부에 나일론 섬유 또는 폴리에스테르 섬유로 형성되고 표면이 발수처리된 원단을 라미네이팅 방식으로 접착시켜 보호층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면상발열체의 제조방법.
- 제 15항 또는 제 16항에 있어서, 상기 복수 개의 관통 구멍을 형성하기 전에 상기 발열원단을 구성하는 상부원단의 상부 표면 또는 하부원단의 하부 표면에 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리아닐린(Polyaniline), 폴리티오펜(Polythiophene), 및 탄소나노튜브(Carbon nanotube)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 전도성 물질을 도포시켜 제전층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면상발열체의 제조방법.
- 합성섬유, 재생섬유 또는 천연섬유로 형성된 하부원단, 상기 하부원단의 상부에 적층되고 전도성 물질 또는 전도성 물질과 바인더의 혼합물로 형성된 발열층, 상기 발열층의 상부에 적층되고 절연성 물질로 형성된 절연층, 및 상기 절연층의 상부에 적층되고 합성섬유, 재생섬유 또는 천연섬유로 형성된 상부원단으로 구성된 발열원단의 하부원단 표면 일부 또는 전부에 열가소성 접착제를 도트(Dot) 방식으로 도포하고 열가소성 접착제가 도포되지 않은 발열원단 부분을 천공시켜 복수 개의 관통 구멍을 형성하는 단계; 및
상기 복수 개의 관통 구멍을 가지는 발열원단의 하부원단 하부에 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 퍼플루오로알콕시(Perfluoroalkoxy, PFA), 및 플루오로에틸렌프로필렌(Fluoro ethylene propylene, FEP)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 물질로 형성된 박막을 라미네이팅 방식으로 접착시켜 박막의 방수투습층을 형성하는 단계;를 포함하는 면상발열체의 제조방법.
- 제 18항에 있어서, 상기 상부원단의 관통 구멍이 형성되지 않은 표면 일부 또는 전부에 열가소성 접착제를 도트(Dot) 방식으로 도포하고 나일론 섬유 또는 폴리에스테르 섬유로 형성되고 표면이 발수처리된 원단을 라미네이팅 방식으로 접착시켜 보호층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면상발열체의 제조방법.
- 제 18항 또는 제 19항에 있어서, 상기 복수 개의 관통 구멍을 형성하기 전에 상기 발열원단을 구성하는 상부원단의 상부 표면 또는 하부원단의 하부 표면에 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리아닐린(Polyaniline), 폴리티오펜(Polythiophene), 및 탄소나노튜브(Carbon nanotube)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 전도성 물질을 도포시켜 제전층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면상발열체의 제조방법.
- 합성섬유, 재생섬유 또는 천연섬유로 형성된 하부원단, 상기 하부원단의 상부에 적층되고 전도성 물질 또는 전도성 물질과 바인더의 혼합물로 형성된 발열층, 상기 발열층의 상부에 적층되고 절연성 물질로 형성된 절연층, 및 상기 절연층의 상부에 적층되고 합성섬유, 재생섬유 또는 천연섬유로 형성된 상부원단으로 구성된 발열원단의 상부원단 표면 및 하부원단 표면 일부 또는 전부에 열가소성 접착제를 도트(Dot) 방식으로 도포하고 열가소성 접착제가 도포되지 않은 발열원단 부분을 천공시켜 복수 개의 관통 구멍을 형성하는 단계; 및
상기 복수 개의 관통 구멍을 가지는 발열원단의 하부원단 하부에 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 퍼플루오로알콕시(Perfluoroalkoxy, PFA), 및 플루오로에틸렌프로필렌(Fluoro ethylene propylene, FEP)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 물질로 형성된 박막을 적재하고 상기 복수 개의 관통 구멍을 가지는 발열원단의 상부원단 상부에 나일론 섬유 또는 폴리에스테르 섬유로 형성되고 표면이 발수처리된 원단을 적재한 후 라미네이팅 방식으로 접착시켜 박막의 방수투습층과 보호층을 동시에 형성하는 단계;를 포함하는 면상발열체의 제조방법.
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