KR20120014960A

KR20120014960A - 단열 구조의 카본 면상발열체와 그 제조방법

Info

Publication number: KR20120014960A
Application number: KR1020100077080A
Authority: KR
Inventors: 김경중
Original assignee: 김경중
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2010-08-11
Publication date: 2012-02-21

Abstract

본 발명의 단열성 카본 면상발열체는 자체에 형성된 단열홈에 의해, 제품이나 건축/토목 등의 발열부에 설치시 단열재를 사용하지 않아도 되거나, 박판의 단열재를 추가하는 것만으로 그 장착비나 시공비를 현저히 줄일 수 있으며, 형성 단열홈을 이용하여 벽체/ 바닥체에 시공시 일측과 몰탈이나 미장재를 용이하게 실시할 수 있다.

Description

단열 구조의 카본 면상발열체와 그 제조방법 { Heating element }

카본발열체(카본블렉/ 플러렌/ 탄소나보튜브)응용기술, PTC 발열체 응용기술, 발열체 제조기술

카본발열체는 30년 전 미국에서 최초개발 되었으나, 나노기술 및 페이스트 제조기술이 떨어져 활용되지 못하였으나, 현대에 이르러 전극을 실버(Ag)/ 구리(Cu) 등을 이용하고, 발열부를 카본 페이스트/ 카본섬유 등을 이용하여 산업의 많은 발열요소에 사용하고 있다.

이 발열체는 카본이 수지에 잘 융합되고 전기에 대하여 발열하는 재질 특성을 이용하여, 얇은 PET, PE 등의 시트 위에 선, 면으로 구성시켜 주로 필름형태로 제공되고 있으며 난방용 발열체로 많이 사용하고 있다. 통상적으로 이를 "면상발열체"라 하며, 면사 등의 섬유 위에 카본을 함침시켜 발열체로 구성시킨 제품을 "카본섬유발열체"라 하고, 카본섬유 및 카본페이스트를 실리콘이나 PVC재질로 전선같이 몰딩하여 제공하는 발열체를 "히팅 케이블"이라 한다.

또한 카본발열체 중의 하나로, 고분자 전기전자 소재인 폴리머 응용소재를 미립자의 전도성 물질(카본블랙, 금속분말, 흑연 등)과 용매에 분산 혼합한 "발열 조성물"로, 적정 온도 내에서만 발열(온도가 높아지면 저항값이 증가하여 스스로 발열을 멈춤)하는 "PTC 발열소재"가 제공되고 있다.

카본발열체의 주 소재로는 카본블렉/ 플러렌/ 탄소나보튜브가 사용되며, {잉크/ 도포재/ 함침제/ 융해재/ 융합제}로 개발되어 제공되고 있다.

종래에 사용되고 있는 면상발열체를 제품/ 벽체보온/ 온돌바닥/ 동결방지 아스팔트/ 운동장 바닥 /온실 등에 장착하거나 시공하려면 하부 또는 발열면 반대쪽으로 단열시트를 깔아 주어야 한다.

본 발명은 면상발열체 제조공법을 달리하여, 열발산 능력이 우수하며, 카본 발열체 자체 만으로도, 단열효과가 탁월한 "단열성 카본 면상발열체"를 제작 제공하려 한다.

단열성 카본 면상발열체를 제공하며,

1) 합성수지(PET, PE 등)/ 파나플렉스/ 직조물/ 직조후 코팅천/ 후지/ 인조가죽 등의 평판 시트 또는 롤시트 소재 위에,

2) 은/구리 등의 도전체 잉크로 인쇄하여, 리드전극을 형성하고,

3) 형성된 리드전극 위로 카본발열체를 인쇄 형성하며,

4) 형성된 카본발열체 위로, 상부 피복제를 코팅{UV 코팅, PET/ PE 필름 압접착, 우레탄/에폭시 도포, 우레탄/에폭시 스프레이 등}한 후,

5) 평판 프레싱/ 롤 프레싱(롤 압연) 등을 수행하여 단열홈을 형성하여,

6) 판형 시트나 롤 시트로 단열성 카본 면상발열체를 제공한다.

본 발명의 단열성 카본 면상발열체는 제품이나 건축/토목 등의 발열부에 설치시 단열재를 사용하지 않아도 되거나, 박판의 단열재를 추가하는 것 만으로, 그 장착비나 시공비를 현저히 줄일 수 있으며, 형성 단열홈을 이용하여 벽체/ 바닥체에 시공시 일측과 몰탈이나 미장재를 용이하게 실시할 수 있다.

도 1: 종래의 면상발열체 - A
도 2: 종래의 면상발열체 - B
도 3: 종래의 면상발열체 - C
도 4: 종래의 면상발열체 - D
도 5: 종래의 면상발열체 - E
도 6: 본 발명, 하방 단열형 열 프레싱 면상발열체 - 시트형 설계도
도 7: 본 발명, 하방 단열형 열 프레싱 면상발열체 - 시트형의 구조
도 8: 본 발명, 하방 단열형 열 프레싱 면상발열체 - 롤 타입 설계도
도 9: 본 발명, 하방 단열형 열 프레싱 면상발열체의 제조공정

가. 종래의 면상발열체의 고찰

[도 1]은 종래의 면상발열체 A형으로;

1.PET 등의 롤 또는 판형의 시트재 상부로, 2.카본 페이스트를 선상이나 면상으로 도포하거나 인쇄한 후, 3.동/은 등의 리드전극을 인쇄하거나 박판으로 붙이고, 4.절연과 카본발열체 보호를 위해 카본발열체와 리드전극 위로, PET/ PE 등의 시트재를 압접착하여 제공되고 있으며,

[도 2]은 종래의 면상발열체 B형으로;

1.PET 등의 롤 또는 판형의 시트재 상부로, 2.박지/부직포 등의 카본흡착제를 붙인 후, 3.카본 페이스트를 선상이나 면상으로 도포하거나 인쇄한 후, 4.동/은 등의 리드전극을 인쇄하거나 박판으로 붙이고, 5.카본발열체와 리드전극 위로, 박지/부직포 등을 한차례 더 부착한 후, 6.절연과 카본발열체 보호를 위해 카본발열체와 리드전극위로, PET/ PE 등의 시트재를 압접착하여 제공되고 있으며,

[도 3]은 종래의 면상발열체 C형으로;

1.PET 등의 롤 또는 판형의 시트재 상부로, 2.탄소를 함침시켜 직조시킨 카본발열체를 부착한 후, 3.동/은 등의 리드전극을 코일선이나 박판으로 붙이고, 4a.절연과 카본발열체 보호를 위해 직조 카본발열체와 리드전극 위로, PET/ PE 등의 시트재를 압접착하여 제공하거나, 4b.절연과 카본발열체 보호를 위해 직조 카본발열체와 리드전극 위로, 우레탄/ 에폭시등의 피복제를 도포하여 제공되고 있으며,

[도 4]는 종래의 면상발열체 D형으로;

1.PET 등의 롤 또는 판형의 시트재 상부로, 2.박지/부직포 등을 붙인 후, 3.탄소를 함침시켜 직조시킨 카본발열체를 부착한 후, 4.동/은 등의 리드전극을 코일선이나 박판으로 붙이고, 5.카본발열체와 리드전극 위로, 박지/부직포 등을 한차례 더 부착한 후(본 과정이 생략된 제품도 있음), 6a.절연과 카본발열체 보호를 위해 직조 카본발열체와 리드전극 위로, PET/ PE 등의 시트재를 압접착하여 제공하거나, 6b.절연과 카본발열체 보호를 위해 직조 카본발열체와 리드전극 위로, 우레탄/ 에폭시등의 피복제를 도포하여 제공되고 있으며,

[도 5]는 종래의 면상발열체 D형으로;

1.PET 등의 롤 또는 판형의 시트재 상부로, 2.탄소를 함침시켜 직조시킨 카본발열체를 부착한 후, 3.동/은 등의 리드전극을 코일선이나 박판으로 붙이고, 4a.절연과 카본발열체 보호를 위해 직조 카본발열체와 리드전극 위로, PET/ PE 등의 시트재를 압접착하여 제공하거나, 4b.절연과 카본발열체 보호를 위해 직조 카본발열체와 리드전극 위로, 우레탄/ 에폭시등의 피복제를 도포한후, 5.롤 또는 판형의 시트재 하부에 단열재를 부착하여 제공하고 있다.

그러나 상기와 같은 종래 방식의 면상발열체는, [도 1~4]의 면상발열체를 제품이나 건축/토목 등의 발열부에 설치시에 별도의 단열재를 부착하여야 하며, [도 5]의 면상발열체는 그 제작비용과 보관/운반비용이 과다해 진다.

반면에 본 발명의 단열성 카본 면상발열체는 자체에 형성된 단열홈에 의해, 제품이나 건축/토목 등의 발열부에 설치시 단열재를 사용하지 않아도 되거나, 박판의 단열재를 추가하는 것만으로, 보관비/ 운반비와 장착비/ 시공비를 현저히 줄일 수 있고, 형성 단열홈을 이용하여 벽체/ 바닥체에 시공시 일측과 몰탈이나 미장재를 용이하게 실시할 수 있으며,

그 구성과 제조공정은 다음과 같다.

나: 단열성 카본 면상발열체의 구성

[도 6.7,8]은,

본 발명, 판 시트와 롤 시트 단열성 카본 면상발열체의 구조로,

a.저층부 시트재(10)인 평판 시트 또는 롤시트 소재 위에, b.은/구리 등의 리드전극(20)이 형성되어 있으며, c.형성된 리드전극(20) 위로 카본발열체(30)가 형성되어 있고, d.형성된 카본발열체 위로, 상부 피복제(40)가 형성 되어 있으며, e.형성된 사각의 카본발열체 중앙으로 단열홈(70)이 형성되어 있다. 도면부호(50)은 전원단자를 연결하기 위한 구멍이다. 형성시키는 리드전극(20)/ 카본발열체(30)/ 단열홈(70)의 디자인은 변경실시가 가능하며 판형시트의 경우는 외관 디자인의 변경 실시도 가능하다.

다: 단열성 카본 면상발열체의 제조방법

[도 9]과 같이,

1) 소재투입

합성수지(PET, PE 등)/ 파나플렉스/ 직조물/ 직조후 코팅천/ 후지/ 인조가죽 등의 평판 시트 또는 롤시트 소재 위에,

2) 리드전극 인쇄공정

그라비아 인쇄나 실크인쇄 등으로 수행할 수 있으며,

은/구리 등의 도전체 잉크로 인쇄하여 리드전극을 형성하고,

3) 건조공정

4) 카본발열체 인쇄공정

그라비아 인쇄나 실크인쇄 등으로 수행할 수 있으며,

형성된 리드전극 위로 접착성분이 첨가된 카본발열체를 인쇄 형성하며,

5) 건조공정

6) 상부 피복제 코팅공정

형성된 카본발열체 위로, 상부 피복제를 코팅{UV 코팅, PET/ PE 필름 압접착, 우레탄/에폭시 도포, 우레탄/에폭시 스프레이 등 중 선택 실시}한 후,

7) 냉각 또는 건조공정 (상부 피복제를 PET/ PE 필름 등 압접착할 시는 생략 할 수 있음)

8) 적정온도로 가열하며, 평판 프레싱 또는 롤 프레싱(롤 압연)하여 단열홈을 형성하여,

9) 판형 시트나 롤형 시트로 단열성 카본 면상발열체를 제공한다.

10:시트재, 20:리드전극, 30:카본발열체, 40:외피제, 50:전원단자 연결구멍, 70:단열 홈, 80:하부 부직포, 81:상부 부직포, 90:섬유사 또는 직조물 100:하부 단열재

Claims

판 시트형, 하방 단열형 열프레싱 면상발열체의 구성은;
[도 6,7]과 같이,
a.저층부 시트재(10)인 평판 시트 또는 롤시트 소재 위에, b.은/구리 등의 리드전극(20)이 형성되어 있으며, c.형성된 리드전극(20) 위로 카본발열체(30)가 형성되어 있고, d.형성된 카본발열체 위로, 상부 피복제(40)가 형성 되어 있으며, e.형성된 사각의 카본발열체 중앙으로 단열홈(70)이 형성되어 있고, 전원단자 연결구멍(50)이 형성된, "판 시트형 단열성 카본 면상발열체"
롤 시트형, 하방 단열형 열프레싱 면상발열체의 구성은;
[도 8]과 같이,
a.저층부 시트재(10)인 평판 시트 또는 롤시트 소재 위에, b.은/구리 등의 리드전극(20)이 형성되어 있으며, c.형성된 리드전극(20) 위로 카본발열체(30)가 형성되어 있고, d.형성된 카본발열체 위로, 상부 피복제(40)가 형성 되어 있으며, e.형성된 사각의 카본발열체 중앙으로 단열홈(70)이 형성되어 있고, 전원단자 연결구멍(50)이 형성된 "롤 시트형 단열성 카본 면상발열체"
청구항 1, 2항에서,
형성시키는 리드전극(20)/ 카본발열체(30)/ 단열홈(70)의 디자인은 변경실시가 가능하며 판형시트의 경우는 외관 디자인의 변경 실시도 가능한 "단열성 카본 면상발열체"
하방 단열형 열프레싱 면상발열체의 제조방법은;
[도 9]과 같이,
1) 소재투입
합성수지(PET, PE 등)/ 파나플렉스/ 직조물/ 직조후 코팅천/ 후지/ 인조가죽 등의 평판 시트 또는 롤시트 소재 위에,
2) 리드전극 인쇄공정
그라비아 인쇄나 실크인쇄 등으로 수행할 수 있으며,
은/구리 등의 도전체 잉크로 인쇄하여 리드전극을 형성하고,
3) 건조공정
4) 카본발열체 인쇄공정
그라비아 인쇄나 실크인쇄 등으로 수행할 수 있으며,
형성된 리드전극 위로 접착성분이 첨가된 카본발열체를 인쇄 형성하며,
5) 건조공정
6) 상부 피복제 코팅공정
형성된 카본발열체 위로, 상부 피복제를 코팅{UV 코팅, PET/ PE 필름 압접착, 우레탄/에폭시 도포, 우레탄/에폭시 스프레이 등 중 선택 실시}한 후,
7) 냉각 또는 건조공정 (상부 피복제를 PET/ PE 필름 등 압접착할 시는 생략 할 수도 있음)
8) 적정온도로 가열하며, 평판 프레싱 또는 롤 프레싱(롤 압연)하여 단열홈을 형성하여,
9) 판형 시트나 롤형 시트로 단열성 카본 면상발열체를 제공하는 "단열성 카본 면상발열체"
청구항 4항에서,
리드전극과 카본발열체의 인쇄는, 그라비아 인쇄/ 실크인쇄 등으로 제작되는 "단열성 카본 면상발열체"
청구항 4항에서,
카본발열체의 발열용 조성물(잉크/도포제/융합재 등)의 주 소재로, 카본블렉/ 플러렌/ 탄소나보튜브/ 흑연분말 중의 하나를 사용하거나, 혼합 사용하거나, 상기 주 소재와 촉매성분을 혼합하여 제조한 발열용 조성물을 사용하는 "단열성 카본 면상발열체"
청구항 6항에서,
카본발열체에 사용되는 발열용 조성물에, PTC 발열 조성물을 더 포함하는 "단열성 카본 면상발열체"
필요에 따라, 판형 단열성 카본 면상발열체나 롤형 단열성 카본 면상발열체의 저층부 시트(10)면 아래로, 열 반사재나 단열재를 추가적으로 접착하여 제공하는 "단열성 카본 면상발열체"