KR20120023161A

KR20120023161A - 도전성 편성물

Info

Publication number: KR20120023161A
Application number: KR1020120008655A
Authority: KR
Inventors: 박상구
Original assignee: 박상구
Priority date: 2012-01-29
Filing date: 2012-01-29
Publication date: 2012-03-12

Abstract

본 발명은 도전성 편성물에 있어서, 편성의 주 운동인 급사운동, 편침의 상승과 하강 운동, 편침의 개폐운동으로 다수의 날실(1)은 편환(knitting stitch)이 만들어지고, 상기 편환의 상호 결합으로 구성된 편성물이 이루어지고, 상기 편성물에 씨실(2)이 삽입 편성되고, 상기 씨실은 연속적인 선이고, 상기 씨실은 중심 실(21) 상에 피복용 실(22)을 커버링하고, 상기 편성물의 양측에 전기 도체 선이 날실 방향으로 삽입 편성되고, 상기 피복용 실은 전기 저항 선인 것을 특징으로 한다.

Description

도전성 편성물{conductive knitting fabric}

본 발명은 면상 발열체의 안전성과 내구성을 확보하기 위해서 편성(knitting) 조직에 전기 전도성을 가진 씨실을 삽입한 도전성 편성물에 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, 폴리에스터수지, 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 있었다.

본 발명은 면상 발열체의 집중 열에 의한 과열과 전기 접촉 저항에 의한 아크 발생, 전기 저항의 경시변화를 해결하고자 함이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 도전성 편성물에 있어서, 편성의 주 운동인 급사운동, 편침의 상승과 하강 운동, 편침의 개폐운동으로 다수의 날실(1)은 편환(knitting stitch)이 만들어지고, 상기 편환의 상호 결합으로 구성된 편성물이 이루어지고, 상기 편성물에 씨실(2)이 삽입 편성되고, 상기 씨실은 연속적인 선이고, 상기 씨실은 중심 실(21) 상에 피복용 실(22)을 커버링하고, 상기 편성물의 양측에 전기 도체 선이 날실 방향으로 삽입 편성되고, 상기 피복용 실은 전기 저항 선인 것을 특징으로 한다.

전기 발열체의 전기적 병렬 구조로 부하 전류의 분산 효과로 과열이 발생하지 않고 면상 발열의 균일한 온도 분포와, 전기 전도성 복합 물질이 피복된 씨실은 중심 실 상에 피복용 실을 나선형으로 커버링하고 있어서 굴곡 및 응력에 의한 전기적 접촉저항 문제를 해결하고, 기존에 전극 처리 방법인 필름 발열체의 접착과 직조 발열체의 교착이 아닌 편환 구조인 매듭 방식으로 견고한 전기적 접촉을 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 도전성 편성물의 씨실을 삽입한 편성 조직도.
도 2는 본 발명에 따른 도전성 편성물의 커버링한 씨실의 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 도전성 편성물의 전기 도체 선과 씨실을 삽입한 편성 조직도.

본 발명은 도전성 편성물에 있어서, 편성의 주 운동인 급사운동, 편침의 상승과 하강 운동, 편침의 개폐운동으로 다수의 날실(1)은 편환(knitting stitch)이 만들어지고, 상기 편환의 상호 결합으로 구성된 편성물이 이루어지고, 상기 편성물에 씨실(2)이 삽입 편성되고, 상기 씨실은 연속적인 선이고, 상기 씨실은 중심 실(21) 상에 피복용 실(22)을 커버링하고, 상기 편성물의 양측에 전기 도체 선(3)이 날실 방향으로 삽입 편성되고, 상기 피복용 실은 전기 저항 선인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1과 도 2 및 도3은 본 발명에 따른 도전성 편성물의 씨실을 삽입한 편성 조직도와 도전성 편성물의 커버링한 씨실의 사시도, 도전성 편성물의 전기 도체 선과 씨실을 삽입한 편성 조직도로서, 편성의 주 운동인 급사운동, 편침의 상승과 하강 운동, 편침의 개폐운동으로 다수의 날실(1)은 편환(knitting stitch)이 만들어지고, 상기 편환의 상호 결합으로 구성된 편성물이 이루어지고, 상기 편성물에 씨실(2)이 삽입 편성되고, 상기 씨실은 연속적인 선이고, 상기 씨실은 중심 실(21) 상에 피복용 실(22)을 커버링하고, 상기 편성물의 양측에 전기 도체 선(3)이 날실 방향으로 삽입 편성되고, 상기 피복용 실은 전기 저항 선인 것을 특징으로 한다.

경편성물(warp knitting fabric)은 정경(整經)되어 평행으로 늘어선 많은 날실에 의해 세로 방향으로 편환(knitting stitch)을 만들어가는 편성물(knitting fabric)이다.

일반적으로 경편기는 전체 폭 위에 캐리어 샤프트 들이 지지되며, 캐리어 암에 의해 니들바와 슬라이드바, 가이드바, 싱카바 등이 설치되며, 각각의 캐리어 샤프트는 기계베이스로부터 돌출되어 경편공구바의 전후방 운동을 가능케 하는 다수의 푸시 로드에 의해 전후방으로 이동되는 구성으로 이루어진다.

특히 라셀 경편기는 한 개 혹은 두 개의 침상으로 된 래치편침을 사용하며, 많은 가이드바, 또는 자카드 장치에 의해 변화 편조직을 만드는 경편기로서, 다수의 가이드 니들이 설치된 가이드바의 좌우 왕복 운동과 편침의 상하 승강 작동에 의해 편성물의 패턴이 형성된다.

편성물에서 길이 방향은 즉, 세로 방향의 편환 열을 웨일(wale)이라 하고, 폭 방향은 즉, 가로 방향의 편환 열을 코스(course)라고 한다.

경편성 조직을 편성하기 위해서 가이드 바는 래핑(lapping 또는 shogging) 운동과 스윙(swing) 운동을 해야 한다.

경편성물은 다수의 날실이 각각 형성하는 고리가 웨일 방향으로 진행되는 편성물로써, 경편의 편성(knitting) 원리는 1계열의 실이 편환(knitting stitch)을 만들고 이들 편환이 세로 방향으로 인터 루핑(inter looping)된 편성 조직을 경편 조직이라 한다.

일반적으로 편성물의 편성 원리는 바늘에 실을 공급하기 위해 급사운동을 하는 급사구와 이 실로 편환을 형성시키기 위한 편성 운동을 하는 바늘이 주요한 편성 기구이다. 이른바 편성이란 편환을 떠가면서 연속된 천을 이루는 것을 말한다.

이것은 바늘의 편성 운동에 의하며, 이에 앞서 바늘에 실을 계속하여 공급해주는 급사운동이 선행됨은 물론이다. 바늘의 운동은 두 가지 운동이 복합하여 일어난다. 그 하나는 바늘 몸 전체의 상하 운동(또는 전후 운동)이고, 다른 하나는 훅(hook)의 개폐 운동이다. 편성의 주 운동인 급사운동, 편침의 상승과 하강 운동, 편침의 개폐운동으로 이루어진다. 실들이 서로 교차하지 않고 마치 고리와 같은 환 모양의 것들이 서로 얽혀서 천을 만들고, 이 환을 일컬어 편환(knitting stitch)이라 한다.

구체적인 예로서, 라셀 편기의 편환 형성 요소는 편침(needle), 가이드(guide), 스티치 코움(stitch comb), 트릭 플레이트(trick plate)로 구성되고, 편침은 래치침(latch needle)을 사용하며, 가이드는 보통 1인치 블록에 주입되어 가이드 바에 접압되어서 편침에 편사를 공급하는 역할을 하고, 스티치 코움은 보통 1인치 블록에 주입하여 제작되어 래치가 튀어 오르는 것을 방지하기 위하여 선단의 구멍에는 와이어가 통하고 있고, 트릭 플레이트는 편환 형성이 트릭 플레이트 상단에서 이루어지고 래치침은 침구 사이를 상하 운동을 하므로 편침과의 관계는 대단히 중요한 역할이 이루어진다.

편환의 형성은 래치침, 가이드, 스티치 코움, 트릭 플레이트의 4가지 편성 요소의 상호 작용에 의해서 7단계 동작 순서로 이루어진다.

1단계는 녹-오버(knock-over) 상태로서, 래치침은 최저위치에 있고 스티치 코움은 앞쪽으로 움직이고 가이드는 앞쪽 위치에 있다.

2단계는 래치의 열림 상태로서, 래치침은 상승하고 스티치 코움은 앞쪽 위치에 머물며 실을 파지하고, 최후의 루프가 래치를 열게하여 언더 래핑은 완료된다.

3단계는 래치의 상승 상태로서, 래치침이 상승함에 따라 구 편환은 래치를 열면서 래치 와이어에 의해 래치가 닫히는 것을 방지하며, 가이드 바는 백 스윙을 한다.

4단계는 오버 래핑으로서, 모든 가이드 바는 최후부 위치에서 백 스윙이 종료됨과 동시에 편환을 형성한 뒤, 오버 래핑이 시작되고 스티치 코움은 편침에서 후퇴한다.

5단계는 실의 파지 상태로서, 가이드 바의 실은 편침 상부에 걸리어 훅 내로 미끄러져 들어가며 편침은 하강하기 시작하고 가이드 바는 오버 래핑한 다음 프런트 스윙을 한다.

6단계는 래치의 닫힘 상태로서, 가이드 바가 프런트 스윙함에 따라 래치침은 하강하고, 트릭 플레이트에 지지되어 있던 구 편환은 래치를 닫으면서 닫혀진 래치 위에 얹힌다.

7단계는 녹-오버 위치로서, 편침이 최저 위치로 하강하면 구 편환이 트릭 플레이트의 작용으로 편침에서 탈출하고, 훅 속에서 신 편환이 형성되고, 녹-오버 직전에 가이드 바는 언더 래핑을 시작한다.

본 발명에 따른 도전성 편성물의 편성 조직은 삽입 편성 조직으로 구성되며, 구체적인 실시 예로서, 라셀 편기에 의한 씨실 삽입 편성 조직의 각 위치별 편성 동작은 다음과 같다.

첫째, 편사 제어 요소에 의해 씨실은 편침의 전면으로 운반한다.

둘째, 편침은 상승하며 가이드는 훅(hook) 쪽으로 스윙 운동을 한다.

셋째, 편사 제어 요소는 후퇴하고 새로운 씨실은 다음 편성을 위하여 편사 제어 요소 위로 끌어 내린다.

넷째, 편침은 하강하여 녹-오버를 한다.

경편성(warp knitting) 조직을 예를 들면, 사슬 편성 조직(chain stitch)은 편사를 같은 편침에만 연속적으로 공급하여 편성하므로 편환 열이 기둥 모양을 이루며 다른 웨일과 연결되지 않기 때문에 다른 편성 조직과 조합으로 포지를 형성하고, 트리콧 편성 조직(tricot stitch)은 1매 가이드 바 편기로 편성되는 싱글 트리콧 편조직과 2매 가이드 바 편기로 편성되는 플레인 트리콧 편조직이 있고, 코오드 편성 조직(cord stitch)은 1매 가이드 바 편기로 편성되는 싱글 코오드 편조직과 2매 가이드 바 편기로 편성되는 더블 코오도 편성 조직 들이 있다.

본 발명에 따른 도 1은 도전성 편성물을 이루는 하나의 예로서, 사슬 편성 조직에 씨실을 삽입한 1축 구조 편성 조직을 나타낸 편성 조직도이다.

또 다른 실시 예로서, 도 3은 2축 구조 편성 조직으로서, 경편성물에 삽입사가 경?위 방향으로 직교되어 편성되고, 전기 도체 선과 씨실이 편환 속에서 결합한 구조물이다.

본 발명은 2축 구조 편성 조직인 도전성 편성물로서, 연속적인 씨실인 전기 저항 선이 삽입 편성되고, 상기 편성물의 양측에 전기 도체 선이 날실 방향으로 삽입 편성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 다축 구조물의 편환 구조로서, 11시 방향과 1시 방향의 바이어스사 이외에 경?위의 2축을 적층하여 조합한 구조이고, 다축 구조 편성물은 수지와의 조합에 의하여 기능이 탁월한 복합재료인 전기 용품을 만들 수 있다.

본 발명에 따른 도전성 편성물은 형태 안정성 및 전기적 안전성을 추구하기 위하여 삽입사형 라셀 편기에 의한 편성 기술로 편성물을 이루었다.

상기 전기 도체 선은 전기 저항 선인 씨실에 전원 인가용 전극 선의 역할을 한다.

상기 전기 도체 선의 재질은 구리 선, 알루미늄 선, 스테인리스강 선 등이 바람직하다.

상기 전기 저항 선은 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 금속 저항 선, 탄소 섬유, 금속 섬유, 탄화규소 섬유, 전기 전도성 복합 물질이 피복된 섬유 등이 바람직하다.

상기 금속 저항 선은 니켈크롬 선, 철크롬 선, 구리니켈 선, 스테인리스강 선 등이 바람직하다.

상기 금속 저항 선을 중심 실에 나선형으로 권선하는 것은 상기 편성물의 양측에 배열된 전기 도체 선간에 전기 저항 선의 권선 수를 조절하여 전기 저항을 맞추고, 금속 저항 선과 전기 도체 선간에 직교상이 아닌 나선상으로 교차하여 접촉 면적을 크게하여 전기적 접촉 저항을 낮추고자 함이다.

상기 커버링한 씨실의 중심 실의 재질은 한정하지 않지만, 특히 유리섬유, 용융실리카 섬유, 고규산질섬유, 알루미나-실리카 섬유, 알루미나 섬유, 지르코니아 섬유, 폴리에스터섬유, 아라미드섬유, 불소섬유, 초고장력 PVA와 같은 슈퍼섬유, 나일론 등이 바람직하다. 특히, 유리섬유는 연사된 실을 여러 가닥으로 합사되어진 실이 바람직하다. 실에 꼬임이 있어야 내굴곡성이 좋아지기 때문이다.

또한, 상기 씨실은 중심 실에 나선형으로 권선하는 것은 상기 편성물의 양측에 배열된 전기 도체 선간에 굴곡이나 응력에도 전기적 접촉 저항을 유지하고자 함이다.

또한, 전기 전도성 복합 물질이 피복된 섬유가 나선 상으로 커버링됨으로써, 내굴곡성이 향상될 수 있고, 기계적인 충격에도 견딜 수 있다. 특히, 전기 전도성 복합 물질이 피복된 섬유로 안전한 전기 발열체를 제공할 수 있다.

또는, 본 발명은 중실 실(21) 상에 피복용 실(22)이 커버링된 씨실(2) 상에 전기 전도성 복합 물질이 피복됨으로써, 전기 전도성 복합 물질도 나선 상으로 피복되어 내굴곡성이 향상될 수 있고, 기계적인 충격에도 견딜 수 있다. 특히, 전기 전도성 복합 물질이 피복된 섬유로 안전한 전기 발열체를 제공할 수 있다.

또한, 상기 전기 저항 선과 전기 도체 선과의 접촉 저항을 낮추고, 전기 절연을 위해서, 상기 편성물을 다음 물질로 전기 절연 피복 처리한 편성물 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 물질 종류는 실리콘, 불소, EPDM, 폴리에스테르, 역청질, 올레오레진, 페놀, 알키드, PVC 수지 등이 바람직하다. 특히, 실리콘 고무, EPDM 고무, 불소 고무가 바람직하다.

상기 실리콘 고무, EPDM 고무와 불소 고무는 무극성 고분자로서 전기 절연성이 양호하고, 전기 전도성 복합 물질이 피복된 섬유는 도전층의 바인더가 접착성이 좋은 극성 수지 부분으로도 구성되어 있어서 약품(산성이나 알칼리 성분)에 취약한 점을 무극성 수지로 피복되어 있어서 내약품성을 발휘할 수 있다. 또한, 바인더가 접착성이 좋은 극성 수지로 구성되어 있어서, 오일 성분과 같은 이물질 환경에서도 저항 변화가 없어 경시 변화 문제를 해결할 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 전기 전도성 복합 물질이 피복된 섬유로 이루어진 도전성 편성물은 전기 도체 선과 전기 전도성 복합 물질이 피복된 섬유와의 편환 구조로 견고한 전기적 접속으로 안전한 발열체를 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 전기 전도성 복합 물질이 피복된 섬유는 중심 실(21) 상에 피복용 실(22)을 커버링한 섬유 상에 전기 전도성 복합 물질이 피복되는 것을 특징으로 한다.

상기 전기 전도성 복합 물질이 피복된 섬유의 피복용 실(22)의 재질은 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 유리섬유, 용융실리카 섬유, 고규산질섬유, 알루미나-실리카 섬유, 알루미나 섬유, 지르코니아 섬유, 폴리에스터섬유, 아라미드섬유, 불소섬유, 초고장력 PVA와 같은 슈퍼섬유, 나일론 등이 바람직하다.

상기 중심 실과 피복용 실의 섬도는 중심 실의 섬도 100에 대해 피복용 실의 섬도 80 내지 5가 바람직하고, 특히, 50 내지 10이 가장 바람직하다.

상기 피복용 실의 섬도는 전기 전도성 복합 물질의 피복 층의 두께가 최소 수치를 결정하는 기준도 되지만, 전기 전도성 복합 물질의 피복 층이 나선상으로 코팅되는 역할도 한다.

상기 나선상으로 피복된 도전 층은 내굴곡성 및 응력에 대한 저항성, 그리고 전기적 접촉 저항 문제를 해결할 수 있는 효과도 있다.

상기 중심 실 상에 나선형으로 피복용 실이 커버링되는 회전수는 1m 당 100회 내지 1000회가 바람직하다. 100회 미만은 날실의 미끄러짐 저항이 약해서 전기적 접촉 저항 문제가 발생하고, 1000회 초과는 코팅된 섬유의 내굴곡성이 떨어지고, 또한, 도전 층의 절단이 이루어질 수 있다.

상기 전기 전도성 복합 물질은 도전 입자와 바인더로 구성되고, 도전 입자는 탄소나노튜브, 도전성 카본블랙, 흑연 등의 탄소계 입자이고, 바인더는 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 고분자 계면활성제, 아크릴계 수지, 초산비닐계 수지, 폴리에스터계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리우레탄계 수지 등이다. 상기들의 바인더는 어느 하나 또는 이종 이상 조합하여 사용할 수 있다.

또는, 상기한 탄소나노튜브는 카본블랙과 혼용함으로써, 도전 특성인 정전 용량을 제어할 수 있는 특징이 있다. 즉, 도전 통로를 다수의 네트워크 상으로하여 출력의 안정화를 도모할 수 있다.

카본블랙의 비율은 탄소나노튜브 100중량부에 대해 50 내지 500 중량부가 바람직하다.

탄소나노튜브의 분산 방법 중에 전처리 방법은 어느 방법으로 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 초음파처리에 의한 탄소나노튜브의 절단, 산 처리된 탄소나노튜브의 외부 표면에 기능화를 통한 정전기적 분산, 각종 용매, 계면활성제, 고분자 물질을 이용한 분산 등을 통한 물리?화학적인 전처리 방법을 사용할 수 있다.

화학적 방법으로는 나노튜브 표면에 관능기를 도입하여 결합제와 화학적 공유결합을 형성시키는 방법이고, 물리적 방법으로는 비록 공유결합 강도의 5%정도 밖에 되지 않지만 더 많은 위치와 결합할 수 있는 수소결합이나 반데르 발스(van der Waals) 결합 같은 2차 결합을 이용하는 것이다.

산 처리법은 통상 황산, 질산 등을 이용하며, 황산과 질산을 3:1 정도로 혼합하여 사용하기도 한다. 산 처리 강도에 따라서 온도를 높이거나 초음파를 가하기도 한다. 탄소나노튜브에 강산이 접촉하게 되면, 탄소나노튜브의 가장 약한 부분(즉, 반응성이 우수한 부분)이 가장 먼저 결함이 생기게 된다. 결함 부분에는 보통 카르복실 그룹(-COOH)이나 하이드록실 그룹(-OH) 등이 생긴다.

초음파처리는 용매에 탄소나노튜브를 넣고 초음파 처리하여 분산력을 높이기 위한 단순한 일반적인 방법이다.

그 중에서 물리적 방법에 의한 개질은 van der Waals 힘을 이용하거나 고분자로 미리 탄소나노튜브를 둘러싸는 마이셀(micelle)을 형성하는 방법으로 탄소나노튜브를 분산시키는 방법이 있다.

또한, 건식방법은 플라즈마 처리를 통해 탄소나노튜브에 알데하이드 기능기를 도입하는 방법과, 반응성이 강한 오존 분위기 하에 두고 탄소나노튜브의 말단부와 옆벽을 기능화 시키는 오존처리, UV를 이용한 UV-오존처리 등을 통하여 표면을 기능화 시키는 방법 등이 있다.

오존 처리는 비활성인 탄소나노튜브 표면에 하이드록실 그룹(-OH), 카르복실 그룹(-COOH) 등의 관능기를 탄소나노튜브의 표면에 도입하여 다중벽 탄소나노튜브 표면을 기능화시키는 방법이다.

탄소 나노튜브(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.

탄소 나노튜브는 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 탄소 나노튜브와 이중벽 탄소 나노튜브 그리고 다중벽 탄소 나노튜브 등으로 구분된다. 탄소 나노튜브의 구조는 흑연 판을 말아 올리는 각도에 따라 armchair, zigzag 그리고 chiral 형태로 구분한다. 다중벽 탄소 나노튜브는 구리와 비슷한 전기 전도도를 가진다. 또한 육각형 구조로 원통형의 관모양으로 강철보다 약 100배 가량 강한 강도와 유연성을 가진다.

본 발명에 따른 탄소 나노튜브는 한정 되어지는 것은 아니지만, 전기적인 특성을 고려하면 금속성을 나타내는 armchair 구조와 다중벽 탄소 나노튜브가 바람직하다.

따라서, 본 발명은 탄소 나노튜브의 높은 전기 전도도와 종횡비(aspect ratio)로 3차원적인 네트워크 형태의 도전층을 섬유 표면 상에 형성시킬 수 있다.

탄소 나노튜브의 평균 직경은 예를 들면, 0.5 내지 1 마이크로미터, 특히 1 내지 100 나노미터 정도에서 선택할 수 있고, 평균 길이는 예를 들면, 1 내지 1000 마이크로미터, 특히, 5 내지 300 마이크로미터 정도에서 선택할 수 있다.

또한, 상기 바인더의 비율은 탄소 나노튜브의 표면을 완전하게 피복시키는 것 없이 탄소 나노 튜브를 섬유 표면에 원활히 부착하게 하는 점에서, 탄소 나노튜브 100 중량부에 대해서, 예를 들면 50 내지 1600 중량부, 바람직하게는 80 내지 1200 중량부 정도이다.

탄소 나노튜브를 분산하기 위한 분산매로서는 예를 들면, 범용의 극성 용매(물, 알코올류, 아미드류, 환상 에테르류, 케톤류 등), 범용의 소수성 용매(지방족 또는 방향족 탄화수소류, 지방족 케톤류 등), 또는 상기들의 혼합 용매 등이 사용할 수 있다.

상기 전기 전도성 복합 물질을 섬유 상에 피복 처리 방법은 특히 제한되지 않으며, 예를 들면, 섬유를 용액 중에 침지하는 방법, 터치식 롤러를 이용한 사이징 장치, 닥터, 패드, 분무 장치, 실 프린트 장치 등의 피복 장치를 이용하여 전기 전도성 복합 물질을 피복 처리하는 방법 등을 들 수 있다.

상기 피복처리는 1회의 조작이나 동일 조작을 복수 회 되풀이 하여도 좋다.

건조 공정으로는 피복 처리를 한 섬유에서 액체 매체를 제거하여 건조하는 것이고, 섬유 표면에 탄소 나노튜브가 도전 층으로 균일하게 얇은 층 상태로 부착하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기한 탄소 나노튜브가 피복된 섬유는 피복된 도전 층의 체적 저항률이 10^-2 내지 10³Ω?㎝인 것을 특징으로 한다.

상기 체적 저항률은 전기 전도성 복합 물질을 1 세제곱센티미터의 용적에 넣어 건조시킨 블록단위에서 측정된 수치이다.

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 도전성 편성물은 부하의 전기적 병렬 구조로 부하 전류의 분산 효과로 면상 발열의 균일한 온도 분포와 반복적인 굴곡에도 견디는 전기 저항 선과 전기 도체 선과의 편환 방식으로 결속된 구조로써, 안전하고 내구성 있는 발열체를 제공할 수 있다.

즉, 전기 발열체의 부하 구조인 직렬과 병렬의 큰 차이는 전극 단자 간의 부하 길이로 좌우되며, 부하 길이가 길수록 전압 분배가 불균일해 진다. 직렬 구조는 부하 길이가 길고도, 한 선 상만으로 전류가 흐르므로 외부 응력에 의한 집열이 발생할 수 있다.

따라서, 병렬구조에 의한 부하 전류 분산 효과와 함께 부하 길이가 짧은 전압 분배로 균일한 온도 분포를 실현할 수 있다.

또는, 본 발명은 도전성 편성물에 있어서, 편성의 주 운동인 급사운동, 편침의 상승과 하강 운동, 편침의 개폐운동으로 다수의 날실(1)은 편환(knitting stitch)이 만들어지고, 상기 편환의 상호 결합으로 구성된 편성물이 이루어지고, 상기 편성물에 씨실(2)이 삽입 편성되고, 상기 씨실은 연속적인 선이고, 상기 씨실은 중심 실(21) 상에 피복용 실(22)을 커버링하고, 상기 중심 실은 자성 물질인 철?코발트?니켈 중에서 어느 하나인 선 또는 어느 하나 이상인 합금 선이고, 상기 피복용 실은 전기 절연 물질이 피복된 전기 도체 선인 것을 특징으로 한다.

상기 커버링한 씨실의 중심 실은 강자성체인 철, 코발트, 니켈 3원소 중에서 어느 하나 또는 어느 하나 이상인 합금 선이고, 상기 커버링한 씨실의 피복용 실은 전기 절연 물질이 피복된 전기 도체 선으로써, 예를 들면, 구리 또는 알루미늄 선을 절연성 에나멜로 표면을 입힌 에나멜 선인 것을 특징으로 한다.

상기 에나멜 선을 권선(winding wire)으로 한 것을 특징으로 한다.

상기 권선은 중심 실에 감는 피복 절연 전선으로서, 도체는 도전율이 높은 구리나 알루미늄을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 자성 손실 인자인 강자성체는 자석에 달라붙는 성질을 갖는 물질을 말하며, 철?코발트?니켈 및 그 합금이 대표적이다. 강자성체에서는 개개의 원자가 자석과 같은 역할을 하는데, 이들 원자들은 외부의 자기장이 걸려 있지 않은 상황에서는 불규칙하게 정렬해 있기 때문에 전체적으로 자석과 같은 효과는 없다. 그러나 외부에서 자석을 갖다 대면 그 원자들이 외부 자기장의 방향으로 배열하려 하기 때문에 자석에 달라붙게 된다.

이러한 자성체에 강한 자기장을 가하면 이러한 자기구역들이 정렬하여 강한 자화도를 갖게 된다.

일반적으로 강자성체 내부에 자화의 방향이 서로 다르게 나누어진 영역을 말하며 자구(磁區)라고도 한다. 일반적으로 결정성 물질은 결정 격자에 자기적 성질을 띠는 전자가 존재하는데 강자성체는 이러한 자기전하가 서로 상호작용을 일으켜 같은 방향으로 정렬하는 성질을 갖는다. 자연상태에서 이러한 자기 정렬성은 무질서도를 유지하려는 열역학적 경향과 함께 작용하여 전체적으로는 무질서한 분포를 갖지만 부분적으로는 정렬된 상태를 갖도록 한다. 이때 부분적으로 정렬된 영역들을 자기구역이라고 하며 자기구역 간의 경계를 자벽(磁壁, magnetic domain wall)이라고 한다.

자기구역은 자기장을 크게 하면 각 자기구역 내의 자화가 자기장 방향으로 회전, 정렬하여 자화가 최대치에 이르게 된다.

철손은 시간적으로 변화하는 자기화력 때문에 열이 발생하여 생기는 철심의 전력손실로 히스테리시스손과 와전류손으로 구성된다.

저주파 영역에서는 자벽이동에 의한 히스테리시스손이 지배적이지만 고주파 영역에서는 와전류손이 지배적이다.

자성체의 자기손실은 히스테리시스손실, 와전류손실, 잔류손실로 구분된다. 히스테리시스손은 자화, 탈자화되는 과정에서 자벽(domain wall)이 개재물이나 결함과의 상호작용에 의해 비가역적 변화를 함으로써 발생되는 손실이다. 이 손실을 증가시키기 위해서는 자기이방성, 자기응력을 최대화시켜야 하며 각종 결함이나 응력을 포함하는 것이 중요하다. 잔류손실은 주파수에 따른 자기완화와 자기공명에 의한 손실을 말한다. 즉 주파수가 높아질수록 자벽의 이동과 자화의 회전이 원활하지 못함에 따라 일어나는 손실이다.

와전류손실은 자성체에 교류자장이 인가될 때 반대방향의 유기전압에 의해 발생하는 와전류에 의한 손실이다. 와전류손실은 주파수의 제곱에 비례하고 전기저항에 반비례하기 때문에 고유의 전기저항을 낮게 하여 와전류 손실을 극대화시킨다.

본 발명에 따른 전도성 편성물의 실시 예로서 전자파흡수 면상 발열체에 응용할 수 있다.

그러므로 본 발명에 따른 전도성 편성물은 씨실의 시작점과 씨실의 끝점 간에 중심 실을 자성체 폐회로로 접속하면, 공간 전자파에 의해 교류 전류가 유도되도록 상기 강자성체인 중심 실을 연결하여 자성체 폐회로를 구성하고, 씨실의 피복용 실인 권선에 발생한 유도 교류 전류를 발생시킬 수도 있다.

그러므로, 상기 전도성 편성물을 복합적으로 조합하면 공간의 전자파를 흡수하여 발열체로 응용할 수 있는 것이다.

상기 자성체 폐회로는 자장을 구성하는 자속선을 강자성체인 중심 실에 폐곡선으로 구성하기 위함이다. 외부 자기장을 흡수한 강자성체인 중심 실이 자로를 형성하여 자속선을 모으므로써 공간 전자파를 흡수하는 것을 특징으로 한다.

상기 공간 전자파가 강자성체인 중심 실에 집속되고, 패러데이의 전자유도법칙에 따라 집속된 교번 자기장에 의한 권선에 유도 전류가 발생한다.

즉, 외부 자기장이 강자성체 물질에 가해졌을 때 물질내의 자기모멘트가 상호작용에 의하여 서로 평행하게 배열하면서 가해진 자기장을 강하게 흡수하여 일어나는 현상이다.

따라서 본 발명에 따른 편성물 구조를 갖는 도전성 편성물은 공간에 유해한 전자파를 이용한 재생 에너지를 확보할 수 있는 효과도 있다.

또는, 본 발명에 따른 도전성 편성물에 있어서, 편성의 주 운동인 급사운동, 편침의 상승과 하강 운동, 편침의 개폐운동으로 다수의 날실(1)은 편환(knitting stitch)이 만들어지고, 상기 편환의 상호 결합으로 구성된 편성물이 이루어지고, 상기 편성물에 씨실(2)이 삽입 편성되고, 상기 씨실은 연속적인 선이고, 상기 편성물의 양측에 전극 선이 날실 방향으로 삽입 편성되고, 상기 씨실과 전극 선을 열 전기쌍이 일어나는 두 종류의 금속 선으로 구성함으로써, 편성물 양측에 두 금속 선의 접합점이 무수히 형성되고, 상기 금속 조합은 구리와 콘스탄탄, 철과 콘스탄탄, 콘스탄탄과 크로멜 조합 중에서 어느 하나의 조합인 것을 특징으로 한다.

상기 전극 선은 구리와 콘스탄탄, 철과 콘스탄탄, 콘스탄탄과 크로멜 등과 같은 열 전기쌍을 이루는 조합된 두 종류의 금속 선 중에서 어느 하나 인 것으로 전원 인가용 및 발전 수급용의 역할을 한다.

상기 열 전기쌍을 이루는 두 금속의 조합으로 구성된 편성물 양측에 온도차를 만들어 주면 도전성 편성물의 전극 선에서 기전력이 발생하고, 반대로 도전성 편성물의 전극 선에 직류 전원을 인가하면 상기 편성물의 양측에 온도차가 일어난다.

즉, 상기 편성물의 씨실과 전극 선을 열 전기쌍이 일어나는 두 종류의 금속 선으로 구성함으로써, 편성물 양측에 두 금속 선의 접합점이 무수히 형성되는 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명에 따른 도전성 편성물은 씨실과 전극 선과의 견고한 전기적 접속으로 안전한 열전 냉각이나 열전 발전을 제공할 수 있다.

상기 씨실은 씨실의 시작점과 끝점이 연속한 하나의 실로 직조되는 것이 바람직하다.

연속한 씨실과 전극 선과 교착이 이루어짐으로써, 반복적인 열충격과 물리적 응력에서도 전기적 접촉 저항이 일정하게 유지되어 안정적인 전기 용품을 제공할 수 있다.

열 전기쌍(thermocouple)은 열 기전력을 발생하는 소자로서, 두 종류 금속 선의 양끝을 환상으로 연결한 것으로 양 접합부의 온도가 같은 때에는 전류가 흐르지 않지만 온도가 다르면 열 기전력이 발생하여 열 전류가 흐른다. 이때 열 기전력을 측정하면 한편의 접합부의 온도를 알 수 있다. 열 전기쌍은 임의의 다른 종류의 금속의 조합으로 구성할 수 있지만, 조합된 금속 간의 전위차가 큰 것이 바람직하다.

열전열의 의미는 두 금속을 비교하여 열 기전력 크기에 따라 금속을 열거할 때 서열을 열전열(thermoelectric series)이라 한다.

서로 다른 금속 선을 연결하고 양쪽 접합부의 온도를 달리하면 제베크효과(열전효과)에 의해 전류가 흐른다. 즉, 물질마다 전자의 위치에너지가 다르고 가열에 의해 에너지를 얻은 전자들이 위치에너지가 낮은 쪽으로 이동하여 전류가 발생한다. 다음 금속 중에서 두 종류를 택하여 두 접합부 간에 온도차를 만들어 주면 온도가 높은 쪽 접합부에서 열전열 앞쪽에 있는 원소에서 뒤에 있는 원소 쪽으로 전류가 흐르다. 이 열전열에서 두 금속 사이가 멀어질수록 두 물질 사이의 전자들의 위치에너지 차가 커져 기전력의 크기는 커진다.

한 실시 예로서, 구리와 콘스탄탄을 연결하여 열 전기쌍을 만들 경우 한쪽 접점을 온도가 높은 곳에 위치하면 콘스탄탄에서 구리 쪽으로 전류가 흐르게 된다. 보통 온도가 낮은 접점에서 전압을 측정하므로 콘스탄탄 쪽이 음(-)이 되고, 구리 쪽이 양(+)이 된다. 구리 대신 철을 접합하면 구리보다 열전열 사이가 멀어져 더 높은 전압이 측정된다. 즉, 구리와 콘스탄탄의 열기전력은 40 ㎶/K 이고, 철과 콘스탄탄의 열기전력은 51 ㎶/K 이다.

콘스탄탄과 크로멜의 열기전력이 60 ㎶/K 이므로 가장 바람직하다.

다음은 각 금속 또는 합금의 열전열을 나타낸 것이다.

비스무트(Bi), 콘스탄탄(구리와 니켈의 합금), 니켈(Ni), 칼륨(K), 나트륨(Na), 탄탈(Ta), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 우라늄(U), 구리(Cu), 망가니즈(Mg), 타이타늄(Ti), 수은(Hg), 납(Pb), 주석(Sn), 크롬(Cr), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 텅스텐(W), 카드뮴(Cd), 몰리브뎀(Mo), 철(Fe), 크로멜(니켈과 크롬의 합금), 안티모니(Sb), 저마늄(Ge), 실리콘(Si), 텔루륨(Te).

본 발명은 상기와 같이 열전 효과를 일으키는 금속 또는 합금 선을 이용하여 열 전기쌍을 형성시키고, 상기 열 전기쌍의 접합점을 무수히 할수 있는 편성물 형태로 구성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 금속의 내구성과 가공성의 용이함을 고려하여 열 전기쌍 소자의 조합은 구리와 콘스탄탄, 철과 콘스탄탄, 콘스탄탄과 크로멜인 것이 바람직하다.

또한, 상기 편성물이 적층되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 편성물의 크기와 적층으로 무수한 열 전기쌍의 접합점을 구성할 수 있어 열전 냉각이나 열전 발전을 도모할 수 있는 특징도 있다.

<실시 예>

(1) 3-(dimethylstearylammonio)propanesulfonate(양쪽성 계면활성제)2.0g, 글리세(수화 안정제) 5ml 및 탈이온수 495ml을 혼합하고 계면활성제의 수용액(pH 6.5)을 조제함.

(2) 상기 (1)으로 얻은 계면 활성제의 수용액 500ml 및 탄소 나노튜브{한화나노텍(주)의 다중벽 탄소나노튜브(CM-95)} 25g 을 볼 밀로 교반함.

(3) 상기 (2)가 생성된 탄소 나노튜브 함유 액상물질에 상기 (1)과 같이 조제한 계면활성제의 수용액 500ml을 추가하고, 또한, 폴리에스터계 바인더(베이스코리아사제 EW-210)를 고형 성분 환산으로 50g 첨가하고, 비드 밀로 분산액을 제조함.

(4) 중심 실인 폴리에스터 섬유(섬도 1000데니어) 상에 피복용 실인 폴리에스터 섬유(섬도 150데니어)를 커버링(회전수 500회/m)함.

(5) 상기 (3)의 분산액을 상기 (4)의 커버링된 섬유 상에 함침시켜 150℃으로 5분간 건조하여 탄소 나노튜브가 피복된 섬유를 제조함.

(6) 상기 (5)의 피복된 섬유의 전기 저항치가 1센티미터당 2500 내지 3000 오옴을 맞추기 위해 수회 반복함.

(7) 상기 (6)에서 제조한 커버링한 실을 씨실로 사용하고, 날실은 폴리에스터 500데니어(섬도)로 편성하고, 상기 편성물의 양 측에 전기 도체 선인 0.32mm 직경의 동선을 삽입 편성하고, 편성물 폭은 30센티미터로 편성하고, 편성물 밀도는 1인치당 3칸으로 편성함.

(8) 상기 (7)에서 편성된 편성물 상에 실리콘 고무로 피복(피복층의 두께는 0.5mm 정도)시킴.

상기 (1)에서 (8)까지 공정으로 제조된 발열체의 소비 전력은 1미터당 70와트(정격전압 220V) 정도였다. 220V 전원 인가시 50℃ 정도로 상승함(주변 온도 20℃)

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술되었지만 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시 예의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

1: 날실
2: 씨실
3: 전기 도체 선
21: 중심 실
22: 피복용 실

Claims

도전성 편성물에 있어서, 편성의 주 운동인 급사운동, 편침의 상승과 하강 운동, 편침의 개폐운동으로 다수의 날실(1)은 편환(knitting stitch)이 만들어지고, 상기 편환의 상호 결합으로 구성된 편성물이 이루어지고, 상기 편성물에 씨실(2)이 삽입 편성되고, 상기 씨실은 연속적인 선이고, 상기 씨실은 중심 실(21) 상에 피복용 실(22)을 커버링하고, 상기 편성물의 양측에 전기 도체 선이 날실 방향으로 삽입 편성되고, 상기 피복용 실은 전기 저항 선인 것을 특징으로 하는 도전성 편성물.
도전성 편성물에 있어서, 편성의 주 운동인 급사운동, 편침의 상승과 하강 운동, 편침의 개폐운동으로 다수의 날실(1)은 편환(knitting stitch)이 만들어지고, 상기 편환의 상호 결합으로 구성된 편성물이 이루어지고, 상기 편성물에 씨실(2)이 삽입 편성되고, 상기 씨실은 연속적인 선이고, 상기 씨실은 중심 실(21) 상에 피복용 실(22)을 커버링하고, 상기 편성물의 양측에 전기 도체 선이 날실 방향으로 삽입 편성되고, 상기 씨실은 전기 전도성 복합 물질로 피복된 섬유인 것을 특징으로 하는 도전성 편성물.
도전성 편성물에 있어서, 편성의 주 운동인 급사운동, 편침의 상승과 하강 운동, 편침의 개폐운동으로 다수의 날실(1)은 편환(knitting stitch)이 만들어지고, 상기 편환의 상호 결합으로 구성된 편성물이 이루어지고, 상기 편성물에 씨실(2)이 삽입 편성되고, 상기 씨실은 연속적인 선이고, 상기 씨실은 중심 실(21) 상에 피복용 실(22)을 커버링하고, 상기 중심 실은 자성 물질인 철?코발트?니켈 중에서 어느 하나인 선 또는 어느 하나 이상인 합금 선이고, 상기 피복용 실은 전기 절연 물질이 피복된 전기 도체 선인 것을 특징으로 하는 도전성 편성물.
도전성 편성물에 있어서, 편성의 주 운동인 급사운동, 편침의 상승과 하강 운동, 편침의 개폐운동으로 다수의 날실(1)은 편환(knitting stitch)이 만들어지고, 상기 편환의 상호 결합으로 구성된 편성물이 이루어지고, 상기 편성물에 씨실(2)이 삽입 편성되고, 상기 씨실은 연속적인 선이고, 상기 편성물의 양측에 전극 선이 날실 방향으로 삽입 편성되고, 상기 씨실과 전극 선을 열 전기쌍이 일어나는 두 종류의 금속 선으로 구성함으로써, 편성물 양측에 두 금속 선의 접합점이 무수히 형성되는 것을 특징으로 하는 도전성 편성물.
제 4항에 있어서, 상기 금속 조합은 구리와 콘스탄탄, 철과 콘스탄탄, 콘스탄탄과 크로멜 조합 중에서 어느 하나의 조합인 것을 특징으로 하는 도전성 편성물.