KR20110118757A - 탄소나노튜브 전열망 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소나노튜브 전열망에 있어서, 제직기 종광의 개구 운동에 의해 날실(1)을 상하 그룹으로 개구시키고, 개구된 날실 속을 북침 운동에 의해 캐리어(4)가 씨실(2)을 위입하고, 씨실 출구 측에서 작동하는 래치 바늘(5)을 사용하여 위입 측의 반대 쪽에 있는 씨실 출구 측으로부터 제공되는 캐치 실(6)로 상기 씨실(2)을 둘러싸서 캐리어(4)를 취출하고, 바디가 개구 내에 위입된 씨실을 직전까지 밀어 넣어주는 바디침 운동의 연속 반복으로 제직되어 직물이 형성되고, 상기 직물의 날실은 익조직으로 형성되고, 씨실은 중심 실(21) 상에 피복용 실(22)을 커버링하고, 상기 직물의 양측에 여러 가닥의 날실을 전기 도체 선(3)으로 대체 배열하고, 상기 커버링한 씨실의 중심 실은 일반 섬유 실인 아라미드섬유, 불소섬유, 플론섬유, 초고장력 PVA, 나일론, 폴리에스터섬유, 유리섬유 중에서 어느 하나 또는 어느 하나 이상인 것이고, 상기 커버링한 씨실의 피복용 실은 탄소나노튜브(carbon nanotube)가 코팅된 섬유이고, 상기 직물의 씨실은 씨실의 시작점(2a)과 끝점(2b)이 연속한 하나인 것이고, 상기 직물을 전기 절연 물질로 피복 처리하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 면상 발열체의 안전성과 내구성을 확보하기 위해서 탄소 나노튜브(carbon nanotube)가 코팅된 섬유를 커버링한 씨실을 가지고 익조직의 직물로 직물화시킨 탄소나노튜브 전열망에 관한 것이다.
면상 발열체는 전원을 인가하면 발열하는 얇은 시트 모양의 발열체를 의미한다.
면상 발열체는 전기 저항선의 재질에 따라 분류할 수 있다.
우선 금속 저항 선으로서, 체적 저항률이 10×10-6Ω·㎝ 내지 200×10-6Ω·㎝ 범위의 합금선을 가지고 "S"자 모양으로 평면화하여 일 직선 상의 양단에 전원을 인가하는 직렬 구조 방식이다. 그러나 부하 전류가 일 직선 상으로만 흐르고 있으므로서, 선 상 표면에 화학적 변화나 물리적 응력 변형이 일어나면 저항 증가로 분배 전압이 편재화되어 과열과 화재의 위험성이 내재하고 있는 단점이 있다.
그래서, 직렬 구조 방식의 문제점을 개선하고자, 전기 저항선의 체적 저항률이 10-4Ω·㎝ 내지 102Ω·㎝ 범위에 있는 탄소 섬유 또는 전기 전도성 복합 물질 등으로 직물화하거나 필름화하고, 상기 직물 또는 필름 양단에 전극선을 형성하는 병렬 구조 방식인 발열체이다. 즉, 카본블랙, 탄소나노튜브, 금속 분말 등과 같은 도전 입자와 에폭시수지, 우레탄수지, 폴리에스테르수지, 실리콘수지 등과 같은 결합 수지로 조성된 복합 물질을 섬유 상에 코팅하여 직조하는 직물 발열체, 필름 또는 직물 상에 접착하는 필름 발열체로 구성된다.
그러나, 탄소 섬유에 대하여 마모, 굴곡, 왜곡 등의 외력에 상당히 약하여 섬유 축에 직각 방향의 힘을 받는다면 부러지기 쉬운 결점이 있고, 상기 복합 물질은 각각 이종 물질 간의 계면 사이로 산성·알칼리, 수분, 오일, 가소제 등이 침투되거나 열 경화에 의해 전기 저항율의 경시 변화로 내구성에 문제가 있었다.
또한, 탄소 섬유나 전기 전도성 복합 물질과 전원을 인가하는 전극 선과의 교착 점에 열 이력이나 충격에 의해 접촉 저항이 발생하여 과열과 아크가 발생하는 문제점이 있다.
직물(textile fabric)은 실로부터 제직(製織,weaving) 또는 편성(編成, knitting) 등에 의해 실을 서로 지지시킴으로써 형성된다. 실이 인접 실들 위로 그리고 아래로 안내되는 제직 및 편성 방법은 각기 다르다.
제직은 날실와 씨실이 서로 아래위로 교차하여 어떤 넓이의 평면체가 된 천이다. 직기로 짜여지며 날실와 씨실의 교차 방법에 따라 여러 가지 직물 조직이 된다.
제직 공정의 주운동은 직물에 따라 날실을 2개 층으로 분리하여 개구(shed)라고 하는 터널(tunnel)을 형성하는 과정인 개구 운동(shedding motion), 직물 폭에 따라 씨실을 개구 된 날실 사이를 통과시키는 북침 운동(picking motion), 그리고 개구를 통과한 씨실을 바디로써 제직된 직물 앞까지 밀어주어 날실과 씨실의 조직을 완성시키는 바디침 운동(beating motion)으로 구성된다. 또한 제직을 연속적으로 하려면 날실을 경사빔에서 풀어 필요한 속도와 적당한 일정 장력으로써 제직 부분에 공급하는 송출운동(let-off)과 필요한 씨실 간격 만큼 일정한 양의 직물을 제직 부분에서 빼내어 직물을 롤러에 감는 권취운동(take-up)이 필요하다.
폐구시점은 상하 두 날실이 일직선 상에 오는 시각을 직기의 회전각도로 나타낸 것이다. 일반적으로 직기의 회전각도는 바디침이 이루어지는 순간을 0도로 하여 정의된다. 대부분의 제직조건에서는 폐구가 이루어진 후에 바디침이 일어난다.
제직에 대한 특성의 파라메타는 실의 탄성계수, 실의 직경, 위입 간격, 날실의 기본 장력, 천의 장력, 개구각, 날실과 씨실의 마찰력 등이다.
날실과 씨실이 조직을 형성하기 위해 엮일 때 국부적인 굴곡을 갖게 되며 제직 저항은 탄성 효과와 마찰 효과 두 가지로 구분되며, 이 탄성 효과는 주로 굽힙 효과와 관련되며, 마찰 계수도 연사되거나 커버링된 실로 하면 그렇지 않은 경우 보다 마찰 계수가 증가한다. 즉, 코팅된 실이나 커버링된 실로 직조하면 탄성 계수와 마찰계수가 모두 커서, 실이 끊어지는 문제점 등이 있다.
본 발명은 면상 발열체의 집중 열에 의한 과열과 전기 접촉 저항에 의한 아크 발생, 전기 저항의 경시변화 문제, 열선망 제직시 실이 끊어지는 문제를 해결하고자 함이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 탄소나노튜브 전열망에 있어서, 제직기 종광의 개구 운동에 의해 날실(1)을 상하 그룹으로 개구시키고, 개구된 날실 속을 북침 운동에 의해 캐리어(4)가 씨실(2)을 위입하고, 씨실 출구 측에서 작동하는 래치 바늘(5)을 사용하여 위입 측의 반대 쪽에 있는 씨실 출구 측으로부터 제공되는 캐치 실(6)로 상기 씨실(2)을 둘러싸서 캐리어(4)를 취출하고, 바디가 개구 내에 위입된 씨실을 직전까지 밀어 넣어주는 바디침 운동의 연속 반복으로 제직되어 직물이 형성되고, 상기 직물의 날실은 익조직으로 형성되고, 씨실은 중심 실(21) 상에 피복용 실(22)을 커버링하고, 상기 직물의 양측에 여러 가닥의 날실을 전기 도체 선(3)으로 대체 배열하고, 상기 커버링한 씨실의 중심 실은 일반 섬유 실인 아라미드섬유, 불소섬유, 플론섬유, 초고장력 PVA, 나일론, 폴리에스터섬유, 유리섬유 중에서 어느 하나 또는 어느 하나 이상인 것이고, 상기 커버링한 씨실의 피복용 실은 탄소나노튜브(carbon nanotube)가 코팅된 섬유이고, 상기 직물의 씨실은 씨실의 시작점(2a)과 끝점(2b)이 연속한 하나인 것이고, 상기 직물을 전기 절연 물질로 피복 처리하는 것을 특징으로 한다.
전기 발열체의 높은 전기 저항율에 따른 부하의 전기적 병렬 구조로 부하 전류의 분산 효과로 과열이 발생하지 않고, 도전성 섬유에 의해 경시 변화를 예방할 수 있으며, 하나의 연속한 커버링된 씨실과 직물의 익조직으로 전기적 접촉저항 문제를 해결할 수가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브 전열망의 직물 상태도.
도 2는 본 발명에 따른 탄소나노튜브 전열망의 커버링한 씨실의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 탄소나노튜브 전열망의 커버링한 씨실의 사시도.
본 발명은 탄소나노튜브 전열망에 있어서, 제직기 종광의 개구 운동에 의해 날실(1)을 상하 그룹으로 개구시키고, 개구된 날실 속을 북침 운동에 의해 캐리어(4)가 씨실(2)을 위입하고, 씨실 출구 측에서 작동하는 래치 바늘(5)을 사용하여 위입 측의 반대 쪽에 있는 씨실 출구 측으로부터 제공되는 캐치 실(6)로 상기 씨실(2)을 둘러싸서 캐리어(4)를 취출하고, 바디가 개구 내에 위입된 씨실을 직전까지 밀어 넣어주는 바디침 운동의 연속 반복으로 제직되어 직물이 형성되고, 상기 직물의 날실은 익조직으로 형성되고, 씨실은 중심 실(21) 상에 피복용 실(22)을 커버링하고, 상기 직물의 양측에 여러 가닥의 날실을 전기 도체 선(3)으로 대체 배열하고, 상기 커버링한 씨실의 중심 실은 일반 섬유 실인 아라미드섬유, 불소섬유, 플론섬유, 초고장력 PVA, 나일론, 폴리에스터섬유, 유리섬유 중에서 어느 하나 또는 어느 하나 이상인 것이고, 상기 커버링한 씨실의 피복용 실은 탄소나노튜브(carbon nanotube)가 코팅된 섬유이고, 상기 직물의 씨실은 씨실의 시작점(2a)과 끝점(2b)이 연속한 하나인 것이고, 상기 직물을 전기 절연 물질로 피복 처리하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1과 도 2는 본 발명에 따른 탄소나노튜브 전열망의 직물 상태도와 탄소나노튜브 전열망의 커버링한 씨실의 사시도로서, 니들 직기로 제직기 종광의 개구 운동에 의해 날실(1)을 상하 그룹으로 개구시키고, 개구된 날실 속을 북침 운동에 의해 캐리어(4)가 씨실(2)을 위입하고, 씨실 출구 측에서 작동하는 래치 바늘(5)을 사용하여 위입 측의 반대 쪽에 있는 씨실 출구 측으로부터 제공되는 캐치 실(6)로 상기 씨실(2)을 둘러싸서 캐리어(4)를 취출하고, 바디가 개구 내에 위입된 씨실을 직전까지 밀어 넣어주는 바디침 운동의 연속 반복으로 제직되어 직물이 형성되고, 상기 직물의 날실은 익조직으로 형성되고, 씨실은 중심 실(21) 상에 피복용 실(22)을 커버링하고, 상기 직물의 양측에 여러 가닥의 날실을 전기 도체 선(3)으로 대체 배열하고, 상기 커버링한 씨실의 중심 실은 일반 섬유 실인 아라미드섬유, 불소섬유, 플론섬유, 초고장력 PVA, 나일론, 폴리에스터섬유, 유리섬유 중에서 어느 하나 또는 어느 하나 이상인 것이고, 상기 커버링한 씨실의 피복용 실은 탄소나노튜브가 코팅된 섬유이고, 상기 직물의 씨실은 씨실의 시작점(2a)과 끝점(2b)이 연속한 하나인 것이고, 상기 직물을 에폭시, 폴리우레탄, 실리콘, 폴리에스터, 역청질, 올레오레진, 페놀, 알키드, PVC수지 중에서 어느 하나 또는 어느 하나 이상인 수지로 절연 피복 처리하는 것을 특징으로 한다.
니들 직기(Needle Loom)는 바늘의 삽입 방식으로 씨실이 바늘의 구멍을 통입하여 제직되고 있다.
그러나 씨실이 바늘 구멍을 통입하고 있는 까닭에 커버링된 열선과 같은 탄성 계수와 마찰 계수가 큰 씨실은 제직하는데 제한되고 있어, 바늘 구멍 안에서 두 개의 베어링을 씨실 기준으로 서로 마주보게 착설하여 씨실의 원활한 공급으로 열선망이 직조되는 것을 특징으로 한다.
상기 직물의 날실은 익조직으로 형성되고, 씨실은 중심 실(21) 상에 피복용 실(22)을 커버링한 씨실인 것을 특징으로 한다.
상기 직물의 양측에 여러 가닥의 날실을 전기 도체 선(3)으로 대체 배열되는 것을 특징으로 한다.
상기 전기 도체 선은 탄소나노튜브가 코팅된 섬유인 씨실에 전원 인가용 전극 선의 역할을 한다.
상기 전기 도체 선의 재질은 구리 선, 알루미늄 선, 스테인리스강 선 등이 바람직하다.
상기 전기 도체 선은 직물의 익조직으로 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 직물 조직은 익조직(레노직)이 바람직하다. 익조직은 날실이 서로 평행하지 않고, 2본의 날실이 서로 꼬여져 8자형을 만들면서 씨실을 삽입한다. 그러므로서, 그물망 모양의 익직물이 형성된다.
특히, 전기 도체 선이 서로 꼬여진 개구 속에서 탄소나노튜브가 코팅된 섬유가 접촉하고 있어, 전기 도체 선과 탄소나노튜브가 코팅된 섬유 간에 접촉·압착강도를 유지하고 있다.
상기 커버링한 씨실의 중심 실은 일반 섬유 실로서, 재질은 한정하지는 않지만, 특히 아라미드섬유, 불소섬유, 플론섬유, 초고장력 PVA와 같은 슈퍼섬유 또는 유리섬유, 나일론, 폴리에스터섬유 등이 바람직하다. 특히, 유리섬유는 연사된 실을 여러 가닥으로 합사되어진 실이 바람직하다. 실에 꼬임이 있어야 내굴곡성이 좋아지기 때문이다.
상기 커버링한 씨실의 피복용 실은 탄소나노튜브가 코팅된 섬유인 것을 특징으로 한다.
상기 탄소나노튜브가 코팅된 섬유를 중심 실에 나선형으로 권선하는 것은 상기 직물의 양단에 배열된 전기 도체 선간에 전기 저항 선의 권선 수를 조절하여 전기 저항을 맞추고, 탄소나노튜브가 코팅된 섬유와 전기 도체 선간에 직교상이 아닌 나선상으로 교차하여 접촉 면적을 크게하여 전기적 접촉 저항을 낮추고자 함이다.
또한, 탄소나노튜브가 코팅된 섬유가 중심 실 상에 나선 상으로 커버링됨으로써 내굴곡성이 향상될 수 있고, 기계적인 충격에도 견딜 수 있다. 특히, 탄소나노튜브가 코팅된 섬유로 안전한 전기 용품을 제공할 수 있다.
또한, 상기 탄소나노튜브가 코팅된 섬유와 전기 도체 선과 나선상으로 교착하는 접촉저항을 낮추기 위해서, 상기 직물을 다음 수지로 절연 피복 처리한 직물 구조를 갖는 탄소나노튜브 전열망인 것을 특징으로 한다.
상기 수지 종류는 에폭시, 폴리우레탄, 실리콘, 폴리에스터, 역청질, 올레오레진, 페놀, 알키드, PVC수지 등이 바람직하다.
또는, 상기 래치 바늘은 위입 측에서도 작동하는 래치 바늘을 사용하여 위입 측에서도 제공하는 캐치 실로 상기 씨실을 둘러싸는 것을 특징으로 한다.
즉, 직조의 양단에서 위입된 씨실이 제직기의 양측 편에 배열된 래치 바늘의 캐치 실과 루프화한다.
상기 직물의 양단의 변부를 캐치 실로 루프화 시킴으로써 직물 구조를 갖는탄소나노튜브 전열망을 견고하게 할 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 탄소나노튜브 전열망은 전기 도체 선과 탄소나노튜브가 코팅된 섬유와의 견고한 전기적 접속으로 안전한 발열체를 제공할 수 있다.
상기 씨실은 씨실의 시작점(2a)과 끝점(2b)이 연속한 하나의 실로 직조되는 것이 바람직하다.
연속한 씨실과 전기 도체 선과 교착이 이루어짐으로써, 반복적인 열충격과 물리적 응력에서도 전기적 접촉이 일정하게 유지되어 안정적인 전기 용품을 제공할 수 있다.
또는, 상기 탄소나노튜브가 코팅된 섬유 상에 전기 전도성 복합 물질로 함침시켜 일체화한 것을 특징으로 한다.
상기한 전기 전도성 복합 물질은 카본블랙, 탄소나노튜브, 흑연, 금속 분말과 같은 도전 입자와 결합 수지로 조성된 복합 물질이다.
상기한 결합 수지는 실리콘 고무, 불소 고무, 우레탄 고무, EPDM 고무 등이 바람직하다.
특히, 실리콘 고무가 가장 바람직하다.
실리콘 고무는 내열성이 우수하고, 열 환경에서도 반발 탄성이 우수하기 때문이다. 또한, 실리콘 고무의 원적외선 방사율이 높기 때문이다.
즉, 탄소나노튜브가 코팅된 섬유 상에 전기 전도성 복합 물질로 일체화시킴으로서, 탄소나노튜브가 코팅된 섬유의 형태 안정성과 열에 의한 소성 변형을 예방할 수 있다.
상기한 실리콘 고무와 같은 반발 탄성이 우수한 결합수지로 일체화되면 전기 도체 선과 탄소나노튜브가 코팅된 섬유와의 접촉·압착강도의 확보로, 전기적 접촉을 유지할 수가 있어 기계적 충격이나 열 충격에도 견딜 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 상기한 탄소나노튜브가 코팅된 섬유는 기재 섬유 표면 상에 탄소나노튜브를 코팅하는 것을 특징으로 한다.
상기 기재 섬유는 한정하지 않지만, 특히 폴리비닐알코올섬유, 폴리아미드섬유, 폴리아라미드섬유, 폴리에스터섬유, 아크릴섬유 등이 바람직하다.
탄소나노튜브(carbon nanotube)는 매우 큰 비표면적, 직경 대비 길이 비, 뛰어난 탄성 강도, 우수한 전기적 특성과 뛰어난 열전달 특성 등을 가지고 있어, 전기 발열체로서의 안전한 도전 통로를 확보할 수 있다.
탄소나노튜브는 흑연 판(graphite sheet)이 나노 크기의 직경으로 원형으로 말린 상태이고, 흑연 판이 말리는 각도, 형태에 따라 전기적으로 금속성과 반도체의 특징을 보이고, 성장 방법과 성장 조건에 따라 단층벽 탄소나노튜브와 이중벽 탄소나노튜브 그리고 다중벽 탄소나노튜브 등으로 구분된다. 탄소나노튜브의 구조는 흑연 판을 말아 올리는 각도에 따라 armchair, zigzag 그리고 chiral 형태로 구분한다.
본 발명에 따른 탄소나노튜브는 금속성을 나타내는 armchair 구조와 다중벽 탄소나노튜브가 바람직하다.
따라서, 본 발명은 탄소나노튜브의 높은 전기 전도도와 종횡비(aspect ratio)로 3차원 네트워크 형태의 도전 막을 기재 섬유 표면 상에 형성시킬 수 있다.
상기 탄소나노튜브를 기재 섬유 상에 코팅시키는 바인더로서는 일반적인 접착성 수지인 것이다. 예를 들면, 아크릴계 수지, 초산비닐계 수지, 폴리에스터계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리우레탄계 수지 등이다.
또한, 상기 바인더는 기재 섬유와 같은 종류의 접착성 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 기재 섬유로 폴리에스터섬유를 사용한 경우, 바인더로서는 폴리에스터계 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 탄소나노튜브가 코팅된 섬유의 체적 저항률이 10-2 내지 103Ω·㎝인 것을 특징으로 한다.
상기 체적 저항률을 초과하면, 정전 용량이 커져서 전기 발열체로서의 출력 안정화를 기대할 수 없다.
또한, 상기 체적 저항률에 미달되면, 상용 전압에서의 전기 발열체의 부하 전류의 분산 효과를 내는 전기적 병렬 구조로 할 수가 없다.
본 발명에 따른 면상 발열체인 탄소나노튜브가 코팅된 전열망의 높은 전기 저항율에 따른 부하의 전기적 병렬 구조로 부하 전류의 분산 효과와 반복적인 굴곡에도 견디는 탄소나노튜브가 코팅된 섬유로 결속된 구조로써, 안전하고 내구성 있는 발열체를 제공할 수 있다.
1: 날실
2: 씨실
3: 전기 도체 선
4: 캐리어
5: 래치 바늘
6: 캐치 실
2a: 씨실의 시작점
2b: 씨실의 끝점
21: 중심 실
22: 피복용 실
2: 씨실
3: 전기 도체 선
4: 캐리어
5: 래치 바늘
6: 캐치 실
2a: 씨실의 시작점
2b: 씨실의 끝점
21: 중심 실
22: 피복용 실
Claims (2)
- 탄소나노튜브 전열망에 있어서, 제직기 종광의 개구 운동에 의해 날실(1)을 상하 그룹으로 개구시키고, 개구된 날실 속을 북침 운동에 의해 캐리어(4)가 씨실(2)을 위입하고, 씨실 출구 측에서 작동하는 래치 바늘(5)을 사용하여 위입 측의 반대 쪽에 있는 씨실 출구 측으로부터 제공되는 캐치 실(6)로 상기 씨실(2)을 둘러싸서 캐리어(4)를 취출하고, 바디가 개구 내에 위입된 씨실을 직전까지 밀어 넣어주는 바디침 운동의 연속 반복으로 제직되어 직물이 형성되고, 상기 직물의 날실은 익조직으로 형성되고, 씨실은 중심 실(21) 상에 피복용 실(22)을 커버링하고, 상기 직물의 양측에 여러 가닥의 날실을 전기 도체 선(3)으로 대체 배열하고, 상기 커버링한 씨실의 중심 실은 일반 섬유 실인 아라미드섬유, 불소섬유, 플론섬유, 초고장력 PVA, 나일론, 폴리에스터섬유, 유리섬유 중에서 어느 하나 또는 어느 하나 이상인 것이고, 상기 커버링한 씨실의 피복용 실은 탄소나노튜브(carbon nanotube)가 코팅된 섬유이고, 상기 직물의 씨실은 씨실의 시작점(2a)과 끝점(2b)이 연속한 하나인 것이고, 상기 직물을 전기 절연 물질로 피복 처리하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 전열망.
- 제 1항에 있어서, 상기 탄소나노튜브가 코팅된 섬유는 체적 저항률이 10-2Ω·㎝ 내지 103Ω·㎝인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 전열망.
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|---|---|---|---|
| KR1020110104904A KR20110118757A (ko) | 2011-10-14 | 2011-10-14 | 탄소나노튜브 전열망 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105282883A (zh) * | 2015-11-20 | 2016-01-27 | 浙江大铭新材料股份有限公司 | 内置电路回路的发热布 |
| WO2019176933A1 (ja) * | 2018-03-14 | 2019-09-19 | 株式会社Ｎｂｃメッシュテック | メッシュ部材、篩及びスクリーン版 |
-
2011
- 2011-10-14 KR KR1020110104904A patent/KR20110118757A/ko not_active Application Discontinuation
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