KR20130026275A - 면상 발열체 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 면상 발열체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 섬유사와 탄소사를 합사하여 도전성 코팅액으로 코팅한 발열성 섬유를 위사로 포함하고 도전성 섬유를 경사로 포함하여 직조하여 직류 전원만으로도 충분한 발열 효과를 갖는 면상 발열체와 그 제조방법에 관한 것이다.이를 통하여 인체에 안전하면서 충분한 저항값과 발열 기능을 갖는 면상 발열체 및 그를 활용한 온열제품을 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 면상 발열체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 섬유사와 탄소사를 합사하여 도전성 코팅액으로 코팅한 발열성 섬유를 위사로 포함하고 도전성 섬유를 경사로 포함하여 직조하여 직류 전원만으로도 충분한 발열 효과를 갖는 면상 발열체와 그 제조방법에 관한 것이다.
면상 발열체는 일반적으로 전기 인가에 의하여 방사열을 발생시키는 얇은 시트 내지 보드 형태의 발열체로서, 환경 오염이 적고 온도 조절이 용이하여 발열을 필요로 하는 온열 매트, 침대 매트리스, 온열 이불 등의 다양한 난방 장치에 활용된다. 또한 건물의 난방 장치, 산업용 설비의 난방 장치 및 농업용 설비, 도로의 제설 수단 등은 물론이고, 각종 방한용 의류, 가전제품, 건강보조 용품 등 많은 분야에서 사용이 증가하고 있다.
면상 발열체의 발열원으로는 종래 니크롬이나, 동니켈 합금과 같은 금속 발열선이 주로 사용되어 왔으나, 금속 발열선은 해당 부분만 발열되어 온도분포가 불균일하게 형성되고, 전체가 연결되므로 어느 한 부분이라도 끊어지면 전체 발열선에 전기가 통하지 않게 되어 전체 기능을 상실하는 문제점이 있었다.
상기 금속 발열선을 이용한 종래 면상 발열체의 문제점을 해결하기 위하여, 금속 발열선 대신에 탄소사를 발열선으로 사용하는 면상 발열체가 제안되었다. 상기 탄소사를 이용한 면상 발열체에서는 복사에 의한 가열이 가능하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 탄소사는 원적외선 방사율이 매우 우수하기 때문에 부가적으로 원적외선의 여러 가지 유용한 효과를 이용할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 탄소사를 이용한 면상 발열체 중에서 직조에 의한 직물 형태의 면상 발열체가 가장 생산성이 높고 제품의 유연성이나 내구성이 우수하다. 직조에 의한 면상 발열체는 경사나 위사 중 어느 한 쪽은 일반 섬유사를 사용하고 다른 한 쪽에는 탄소사 또는 탄소사와 일반 섬유사를 함께 사용하여 직조하여 발열부를 형성하고, 발열부의 양측 가장자리에는 도전사를 배열하여 탄소사와 교차시켜서, 도전사에 전원을 연결하여 전원을 인가하였을 때 저항이 큰 탄소사에서 발열이 이루어지도록 한다.
그러나 탄소사는 1K당 전기 저항이 500 Ω/m 미만으로 발열체로 사용하기에 한계가 있고 또한 끊김 현상이 발생하여 자유로운 구김이 요망되는 직물 제품으로 적용하기는 어려운 점이 있었다. 상기 문제점을 해결하기 위하여 높은 전기 저항 특성과 항온 특성을 가지어 전력 사용을 최소화할 수 있는 장점을 갖는 탄소 코팅사가 널리 활용되었으며, 이와 관련하여 특허 제534295호와 실용신안등록 제389288호 등은 탄소 코팅사를 위사로 하고 동선 또는 전기 공급선을 경사로 하여 직조하여 면상 발열체를 개시하고 있다.
한편 면상 발열체는 그 사용 과정에서 섬유 사이의 마찰이나 물리·기계적 충격에 의하여 도전 부분을 감싸는 피복 등이 벗겨서 노출되는 경우 감전 사고가 발생할 수 있는 위험이 있다. 이를 감안하여 전기용품 규격에 관한 최근의 개정 고시는 감전 사고가 발생하더라도 치명적인 위험이 적은 직류 전원만을 사용하도록 정하였다.
그러나 상기 탄소 코팅사의 우수한 효과를 기대하기 위해서는 전도체를 탄소로 사용하고 전도체의 배열을 좁게 하여야 하는데, 이 경우 탄소 코팅의 균일한 도포가 이루어지지 않아 전류값을 안정시키고 발열에 충분한 소정의 저항값을 갖기 위해서는 교류 전원만이 적합하고 직류 전원은 사용할 수 없다는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 섬유사 및 탄소사를 합사하여 도전성 코팅액으로 코팅한 발열성 섬유를 위사로 사용하여, 우수한 발열 기능을 갖는 탄소사를 활용하면서도, 섬유사를 합사하여 강도를 증가시켜서 탄소사의 취급시 발생할 수 있는 쉽게 끊어지는 단점을 해결하고, 도전성 코팅액으로 강도를 더욱 증가시키고, 직류 전원에서도 전류값을 안정시키고 발열에 충분한 소정의 저항값을 갖는 면상 발열체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 도전성 섬유(30)를 포함하는 경사 및 발열성 섬유(10)를 포함하는 위사로 직조된 면상 발열체에 있어서, 상기 경사는 상기 도전성 섬유(30)가 한 쌍을 이루면서 소정의 간격으로 배치되어 직류 전원이 인가되고, 상기 위사는 섬유사(11)에 합사된 탄소사(12)를 도전성 코팅액으로 코팅한 발열성 섬유(10)와 상기 발열성 섬유(10)가 소정의 간격으로 이격되도록 발열성 섬유(10) 사이에 위치하는 보조사(20)로 구성되며, 상기 위사는 상기 경사로부터 전원이 인가되면 상기 발열성 섬유에 열이 발생하도록 상기 경사와 상기 위사가 직조되는 것을 특징으로 하는 면상 발열체를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 면상 발열체의 위사로 직조되는 발열성 섬유(10)의 간격은 저항 1mΩ 당 0.01 내지 10㎝ 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 면상 발열체의 발열성 섬유(10)에 있어 탄소사(12)에 합사되는 섬유사(11)는 100 내지 700 데니아의 폴리에스테르인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 면상 발열체의 도전성 코팅액은 우레탄 수지, 폴리아마이드 수지, 카본 블랙, 흑연 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 면상 발열체의 도전성 코팅액 내 우레탄 수지, 폴리아마이드 수지, 카본블랙, 흑연 및 용매의 포함 비율은 순서대로 도전성 코팅액 총 중량 대비 5 내지 50 중량%, 0.1 내지 20중량%, 0.1 내지 20 중량%, 0.1 내지 30 중량%, 5 내지 50 중량%인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 면상 발열체에 인가되는 직류 전원의 전압은 5 V 내지 48 V 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 도전성 섬유는 금속선 또는 금속사인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 탄소사(12)를 섬유사(11)에 합사하고 도전성 코팅액에 코팅하여 발열성 섬유(10)를 제조하는 단계; 및 상기에서 제조된 발열성 섬유(10)를 소정의 간격으로 이격하고 상기 발열성 섬유(10) 사이에 보조사(20)를 배치하여 위사로 하고, 한 쌍으로 이루어지는 도전성 섬유(30)를 경사로 하여 직조하는 단계를 포함하는 면상 발열체 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 면상 발열체 제조방법의 도전성 코팅액에 코팅하는 과정은 상기 도전성 코팅액에 침지하는 단계 및 건조하는 단계를 포함하는 공정을 1회 내지 5회 반복하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 면상 발열체 제조방법의 도전성 코팅액은 우레탄 수지, 폴리아마이드 수지, 카본 블랙, 흑연 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 면상 발열체 제조방법의 도전성 코팅액 내 우레탄 수지, 폴리아마이드 수지, 카본블랙, 흑연 및 용매의 포함 비율은 순서대로 도전성 코팅액 총 중량 대비 5 내지 50 중량%, 0.1 내지 20중량%, 0.1 내지 20 중량%, 0.1 내지 30 중량%, 5 내지 50 중량%인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 면상 발열체 제조방법의 도전성 섬유는 금속선 또는 금속사인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 면상 발열체 및 그 제조방법에 따르면, 직류 전원이 공급되는 하에서도 충분하고도 효율적인 발열 효능을 갖는 면상 발열체를 얻을 수 있다. 따라서 인체에 안전하면서 충분한 발열 기능을 갖는 면상 발열체 및 그를 활용한 온열제품을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 발열성 섬유(10)에 관한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 발열성 섬유(10)의 일 실시예에 대한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 발열성 섬유(10)의 변형예에 대한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 면상 발열체의 일 실시예에 대한 세부 조직을 단순화하여 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 면상 발열체를 사용한 발열 패드의 대락적인 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 면상 발열체의 변형예에 대한 세부 조직을 단순화하여 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 a-a' 단면을 대략적으로 도시한 단면도이다.
도 8은 도 6의 b-b' 단면을 대략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 발열성 섬유(10)의 일 실시예에 대한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 발열성 섬유(10)의 변형예에 대한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 면상 발열체의 일 실시예에 대한 세부 조직을 단순화하여 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 면상 발열체를 사용한 발열 패드의 대락적인 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 면상 발열체의 변형예에 대한 세부 조직을 단순화하여 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 a-a' 단면을 대략적으로 도시한 단면도이다.
도 8은 도 6의 b-b' 단면을 대략적으로 도시한 단면도이다.
상기 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 면상 발열체는 도전성 섬유(30)를 포함하는 경사 및 발열성 섬유(10)를 포함하는 위사로 직조된 면상 발열체에 있어서, 상기 경사는 상기 도전성 섬유(30)가 한 쌍을 이루면서 소정의 간격으로 배치되어 직류 전원이 인가되고, 상기 위사는 섬유사(11)에 합사된 탄소사(12)를 도전성 코팅액으로 코팅한 발열성 섬유(10)와 상기 발열성 섬유가 소정의 간격으로 이격되도록 발열성 섬유 사이에 위치하는 보조사(20)로 구성되며, 상기 위사는 상기 경사로부터 전원이 인가되면 상기 발열성 섬유(10)에 열이 발생하도록 상기 경사와 상기 위사가 직조되는 구성을 특징으로 한다. 이하 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 구성을 더욱 상세하게 살펴보도록 한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 발열성 섬유(10)에 관한 것이다. 상기 발열성 섬유(10)에 사용되는 섬유사(11)는 도전성이나 발열성이 거의 없는 통상의 의류용 내지 산업용 섬유사를 의미한다. 따라서 면, 마 등의 천연 섬유, 나일론, 폴리에스테르, 폴리프로필렌 등의 합성 섬유, 레이온, 아세테이트 등의 재생 섬유나 반합성 섬유 등이 모두 적용 가능하며, 특별히 종류를 한정하지 않는다. 상기 섬유사(11)를 탄소사에 합사하여 탄소사의 부서지기 쉬운 단점을 보완한다. 본 발명에 따른 면상 발열체의 발열성 섬유에 사용되는 섬유사는 100 내지 700 데니아의 폴리에스테르인 것을 특징으로 하며, 본 발명의 실시예에서는 내열성이 우수한 300 내지 500 데니아의 폴리에스테르를 사용하였다.
상기 발열성 섬유(10)에 사용되는 탄소사(12)는 다양한 형태의 탄소사 제조방법이 알려져 있다. 예컨대 각종 무기 광물질이 포함된 탄소 가루를 페이스트화하여 이를 멀티 필라멘트 섬유사에 도포하는 방법, 탄소와 텅스텐, 망간 및 스테인레스 등을 고온 용융한 상태에서 실로 뽑은 방법, PAN 섬유를 탄화하여 제조하는 방법 등이다. 상기 탄소사(12)는 전원이 인가되는 경우 발열 기능을 부여한다.
상기 발열성 섬유(10)에 사용되는 합사되는 섬유사(11)와 탄소사(12)의 가닥수는 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 자유로이 선택할 수 있다. 예컨대, 한 가닥씩 합사될 수도 있고(도 1 및 도 2 참조), 다수의 섬유사(11)와 다수의 탄소사(12)가 합사되어 한 가닥의 발열성 섬유(10)를 구성할 수 있다(도 3 참조).
본 발명에 따른 면상 발열체의 상기 발열성 섬유(10)에서 합사된 섬유사(11)와 탄소사(12)의 외면에 도전성 코팅층(13)이 존재하고, 상기 도전성 코팅층(13)을 구성하는 도전성 코팅액은 우레탄 수지, 폴리아마이드 수지, 카본 블랙, 흑연 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 한다. 보다 바람직하게는 상기 도전성 코팅액 내 우레탄 수지, 폴리아마이드 수지, 카본블랙, 흑연 및 용매의 포함 비율은 순서대로 도전성 코팅액 총 중량 대비 5 내지 50 중량%, 0.1 내지 20중량%, 0.1 내지 20 중량%, 0.1 내지 30 중량%, 5 내지 50 중량%인 것을 특징으로 한다. 상기 발열성 섬유의 고유 저항은 상기 도전성 코팅액의 카본 블랙의 사용량에 따른 탄소 농도로 조절하게 되는데, 탄소 농도가 높으면 전기 저항이 작아지고, 탄소 농도가 낮으면 전기 저항이 커진다. 상기의 조성 범위 내의 도전성 코팅액을 사용하는 경우 코팅액이 섬유에 골고루 침습되고, 탄소가 고르게 코팅되고, 적합한 저항을 갖게 되어 효율적인 발열 성능을 발휘한다.
본 발명에 따른 면상 발열체는, 도전성 섬유(30)가 한 쌍을 이루면서 소정의 간격으로 배치되어 직류 전원이 인가된다. 상기 도전성 섬유(30)는 전류의 통전이 가능하다면 제한 없이 적용될 수 있는 것으로, 예컨대 동선, 주석 도금 동선, 은선, 알루미늄선 등의 도전성의 금속선 형태와 일반 섬유사를 심사로 하여 도전성 금속선을 상기 심사와 합사하여 도전성 금속선이 일반 섬유사를 피복하는 형태로 이루어진 금속사 등이 모두 사용될 수 있다. 다만 발열성 섬유에서의 효율적인 발열을 위하여, 상기 도전성 섬유는 상기 발열성 섬유 보다 저항이 낮은 것을 사용하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명에 따른 면상 발열체의 일 실시예에 대한 직조 조직을 단순화하여 도시한 도면이다. 상기 위사는 상기 경사로부터 전원이 인가되면 상기 발열성 섬유(10)에 열이 발생하도록 직조된다.
이를 위하여 상기 도전성 섬유(30)는 한 쌍을 이루어 면상 발열체 전체 폭에 있어 가장 자리에 위치할 수 있고(도 4 참조), 두 쌍 이상이 위치하여 면상 발열체의 폭 중간 부분에도 위치할 수 있다(도 5 참조). 상기와 같이 배치된 도전성 섬유(30) 각각에 + 극과 - 극을 연결하는 것은 통상의 기술에 속하며, 나아가 보다 효율적인 발열을 위하여 본 출원 발명자의 다른 공개특허 제2011-0021026호에 개시된 방법을 활용할 수 있다.
상기 도전성 섬유(30)에는 직류 전원이 인가되며, 예를 들어 DC 24V 등이 적용될 수 있다. 전자기장은 특히 환자와 같이 외부 환경에 민감한 신체에 악영향을 미칠 수 있는데, 직류 전원을 인가함으로써 전자기장으로부터 신체를 보호할 수 있고 누전 또는 감전에 대하여 안전하게 대응할 수 있게 된다. 특히 바람직하게는, 본 발명에 따른 면상 발열체에 인가되는 직류 전원의 전압은 5 V 내지 48 V 인 것을 특징으로 한다.
한편, 도 5에 기재되어 있는 바처럼 두 쌍 이상의 도전성 섬유(30)를 배치하면서 + 극과 - 극을 서로 교차하여 연결하는 경우, 전류의 흐름이 서로 반대가 되어 각각의 도전성 섬유(30) 주위에 형성되는 자계 및 전계의 방향이 상쇄되는 효과를 얻을 수 있어 전자기파의 방출이 감소되는 효과도 별도로 얻을 수 있다. 직류 전원의 공급을 위하여 필요한 경우 교류 전원을 직류 전원으로 바꾸어 주는 변압기를 연결할 수 있다(도면 미도시).
본 발명에 따른 면상 발열체의 실시예에 따르면, 도전성 섬유(30)를 포함하는 경사 및 발열성 섬유(10)를 포함하는 위사로 직조된 형태로서, 상기 직조는 경사와 위사 각각 1본씩 서로 교차하는 형태의 평직은 물론 일반적인 직물 형태의 모든 직조 방법이 사용 가능하며, 그와 같은 다양한 직조 방법은 해당 기술 분양의 통상의 기술자에게 자명하게 알려져 있다.
본 발명에 따른 면상 발열체의 위사는 섬유사(11)에 합사된 탄소사(12)를 도전성 코팅액으로 코팅한 발열성 섬유(10)와 상기 발열성 섬유(10)가 소정의 간격으로 이격되도록 발열성 섬유(10) 사이에 위치하는 보조사(20)로 구성된다.
상기 발열성 섬유(10) 사이에 위치하는 보조사(20)는 특별한 종류에 한정되지 않고, 면, 마 등의 천연 섬유, 나일론, 폴리에스테르, 폴리프로필렌 등의 합성 섬유, 레이온, 아세테이트 등의 재생 섬유나 반합성 섬유 등이 모두 적용 가능하다.
상기 발열성 섬유(10)의 간격은 최종으로 사용하고자 하는 용도나 목적하는 온도, 최종 제품의 면적 등에 따라 달라진다. 특히, 본 발명에 따른 면상 발열체의 상기 발열성 섬유(10)의 간격은 저항 1mΩ 당 0.01 내지 10 ㎝ 인 것을 특징으로 한다. 상기 범위 내에 존재하는 경우 9 V 내지 48 V, 예컨대 24 V의 직류전원이 인가되는 조건하에서 최적의 효율로 발열할 수 있다.
상기 쌍으로 존재하는 도전성 섬유(30) 사이에는 보조경사(40)를 더 부가하여 직조할 수 있다. 상기 보조경사(40)에 사용되는 섬유는 특별한 종류에 한정되지 않고, 면, 마 등의 천연 섬유, 나일론, 폴리에스테르, 폴리프로필렌 등의 합성 섬유, 레이온, 아세테이트 등의 재생 섬유나 반합성 섬유 등이 모두 적용 가능하다.
상기 도 5 및 도 6 참조하면 본 발명의 실시예는 발열성 섬유(10)와 보조사(20)를 1 : 5의 비율로 배열한 형태를 보여주고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 배터리의 용량이나 희망하는 최고 온도 등을 고려하여 변형할 수 있다. 다만 발열성 섬유(10)의 간격이 너무 낮으면 발열량이 낮으므로 원하는 면밀도와 발열량을 감안하여 간격을 조정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 탄소사(12)를 섬유사(11)에 합사하고 도전성 코팅액에 코팅하여 발열성 섬유(10)를 제조하는 단계: 및 상기에서 제조된 발열성 섬유(10)를 소정의 간격으로 이격하고 상기 발열성 섬유 사이에 보조사(20)를 배치하여 위사로 하고, 한 쌍으로 이루어지는 도전성 섬유(30)를 경사로 하여 직조하는 단계를 포함하는 면상 발열체 제조방법을 제공한다. 상기 합사, 침지 및 건조 단계는 통상의 기술자에게 알려져 있는 일반적인 방법을 사용할 수 있다. 예컨대 일반적으로 사용되는 침지조에 상기 도전성 코팅액을 담고, 섬유사(11)와 탄소사(12)가 합사된 상태로 그 코팅액 속을 담그어 져서 1 내지 5분간 진행하고, 이후 100 내지 180℃ 에서 1 내지 5분간 통과시키면서 연속적인 공정으로 행할 수 있다.
본 발명에 따른 면상 발열체 제조방법의 도전성 코팅액에 코팅하는 과정은 상기 도전성 코팅액에 침지하는 단계 및 건조하는 단계를 포함하는 공정을 1회 내지 5회 반복하는 것을 특징으로 한다. 일반적으로 침지하는 단계 및 건조하는 단계를 1회 실시하는 경우보다 2회 실시하는 것이 저항이 낮아지게 된다. 따라서 상기 코팅 횟수 조절을 통하여 높은 전기 저항을 갖도록 하여 최종 발온 온도를 낮추어 30 내지 70℃의 항온 특성을 유지하게 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 면상 발열체 제조방법의 도전성 코팅액은 우레탄 수지, 폴리아마이드 수지, 카본 블랙, 흑연 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 면상 발열체 제조방법의 도전성 코팅액 내 우레탄 수지, 폴리아마이드 수지, 카본블랙, 흑연 및 용매의 포함 비율은 순서대로 도전성 코팅액 총 중량 대비 5 내지 50 중량%, 0.1 내지 20 중량%, 0.1 내지 20 중량%, 0.1 내지 30 중량%, 5 내지 50 중량%인 것을 특징으로 한다. 상기 발열성 섬유의 고유 저항은 상기 도전성 코팅액의 카본 블랙의 사용량에 따른 탄소 농도로 조절하게 되는데, 탄소 농도가 높으면 전기 저항이 작아지고, 탄소 농도가 낮으면 전기 저항이 커진다. 상기의 조성 범위 내의 도전성 코팅액을 사용하는 경우 코팅액이 섬유에 골고루 침습되고, 탄소가 고르게 코팅되고, 적합한 저항을 갖게 되어 효율적인 발열 성능을 발휘한다. 따라서 상기 도전성 코팅액의 조절을 통하여 높은 전기 저항을 갖도록 하여 최종 발온 온도를 낮추어 30 내지 70℃의 항온 특성을 유지하게 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 면상 발열체 제조방법의 경사로 사용되는 상기 도전성 섬유(30)는 전류의 통전이 가능하다면 제한 없이 적용될 수 있는 것으로, 예컨대 동선, 주석 도금 동선, 은선, 알루미늄선 등의 도전성의 금속선 형태와 일반 섬유사를 심사로 하여 도전성 금속선을 상기 심사와 합사하여 도전성 금속선이 일반 섬유사를 피복하는 형태로 이루어진 금속사 등이 모두 사용될 수 있다. 다만 발열성 섬유에서의 효율적인 발열을 위하여, 상기 도전성 섬유는 상기 발열성 섬유 보다 저항이 낮은 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 면상 발열체는 그 사용 목적, 용도 등에 따라 다양하게 변형하여 사용할 수 있다. 예컨대 면상 발열체의 내구성, 작업성 또는 착용감의 향상의 위하여 그 일면 또는 양면에 고분자 수지에 의해 얇은 막 형태로 형성되는 수지층을 더 구비하거나, 쿠션 작용 또는 보온 작용을 수행하도록 스폰지 형태나 직물지 형태로 형성된 부가 패드층을 더 구비할 수도 있다. 또한 필요한 경우에는 면상 발열체를 상하로 반복 적층하여 복수의 층을 갖도록 다층 구조로 구성할 수 있다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다만, 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다 할 것이다.
1. 발열성 섬유를 제조하는 공정
우레탄 수지, 폴리아마이드 수지, 카본 블랙, 흑연, 용매를 각각 5 내지 50 중량%, 0.1 내지 20 중량%, 0.1 내지 20 중량%, 0.1 내지 30 중량%, 5 내지 50 중량%의 비율로 혼합하고, 분산제 0.5 중량% 및 가소제 0.5 중량%를 첨가하면서 혼련 교반하여 균일하게 분산된 도전성 코팅액을 제조하였다. 상기 용매로는 에틸아세테이트와 알코올을 사용하였다. 구체적인 조성비는 하기 표 1에 기재된 바와 같다.
| 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | 실시예5 | 실시예6 | |
| 우레탄 수지 | 20 | 20 | 30 | 30 | 40 | 40 |
| 폴리아마이드 수지 | 15 | 15 | 15 | 15 | 5 | 5 |
| 카본 블랙 | 10 | 15 | 10 | 15 | 10 | 15 |
| 흑연 | 10 | 10 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 에틸아세테이트 | 20 | 20 | 15 | 15 | 15 | 15 |
| 알코올 | 20 | 15 | 20 | 15 | 20 | 15 |
| 분산제 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| 가소제 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 총합 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
폴리에스테르사(300 데니아, 500 데니아)와 탄소사(carbon fiber,1K)를 합사하여 상기 도전성 코팅액에 침지한 후, 180℃ 5분간 건조하였다. 상기 침지 공정 및 건조 공정을 2회 추가로 반복하였다. 이하 실시예에서는 실시예 3을 사용하였다.
2. 면상 발열체로 직조하는 공정
상기에서 제조한 발열성 섬유와 폴리에스테사를 위사로 하고, 동선 필라멘트를 경사로 사용하였다.
일 실시예는 4 가닥의 동선 필라멘트를 경사로 하여 수직으로 일정 간격을 두고 배치한 후, 그 사이를 상기에서 제조한 발열성 섬유 1가닥을 위사로 하고, 이후 5가닥의 폴리에스테르 섬유를 보조사(20)로 배치하여 위사로 직조하는 과정을 반복하였다(도 5 참조).
또 다른 변형예는 상기 실시예와 동일하게 4 가닥의 동선 필라멘트를 경사로 하고, 발열성 섬유 1 위사당 5가닥의 보조사를 위사로 직조하는 구성을 하되, 보조경사(50)를 두었다. 보조경사(40)로는 폴리에스테르를 사용하였고, 동선 필라멘트 사이에 5가닥의 보조경사를 배치하였다(도 6, 도 6a, 도 6b 참조).
상기 두 가지 실시예 모두 직조 방법은 위사와 경사가 서로 1:1로 교차하는 평직 방법을 따랐다.
3. 온열 매트의 제조
상기 실시예에서 제조한 면상 발열체를 사용하여 온열매트를 제조하였다(도 5 참조). 4개가 배치된 동선 필라멘트에 양극과 음극을 순서대로 교차하여 전원을 연결하고, 전원공급부 및 전압조절기를 연결하였다. 또한 상기 면상 발열체의 위 아래로 쿠션층을 부가하고, 직류전환기 및 온도조절기를 연결하였다(미도시).
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항 들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
10 발열성 섬유
11 섬유사
12 탄소사
13 도전성 코팅층
20 보조사
30 도전성 섬유
40 보조경사
11 섬유사
12 탄소사
13 도전성 코팅층
20 보조사
30 도전성 섬유
40 보조경사
Claims (12)
- 도전성 섬유를 포함하는 경사 및 발열성 섬유를 포함하는 위사로 직조된 면상 발열체에 있어서,
상기 경사는 상기 도전성 섬유가 한 쌍을 이루면서 소정의 간격으로 배치되어 직류 전원이 인가되고,
상기 위사는 섬유사에 합사된 탄소사를 도전성 코팅액으로 코팅한 발열성 섬유와 상기 발열성 섬유가 소정의 간격으로 이격되도록 발열성 섬유 사이에 위치하는 보조사로 구성되며,
상기 위사는 상기 경사로부터 전원이 인가되면 상기 발열성 섬유에 열이 발생하도록 상기 경사와 상기 위사가 직조되는 것을 특징으로 하는 면상 발열체.
- 제1항에 있어서,
상기 위사로 직조되는 발열성 섬유의 간격은 저항 1mΩ 당 0.01 내지 10㎝ 인 것을 특징으로 하는 면상 발열체.
- 제1항에 있어서,
상기 발열성 섬유에 있어 탄소사에 합사되는 섬유사는 100 내지 700 데니아의 폴리에스테르인 것을 특징으로 하는 면상 발열체.
- 제1항에 있어서,
상기 도전성 코팅액은 우레탄 수지, 폴리아마이드 수지, 카본 블랙, 흑연 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 면상 발열체.
- 제4항에 있어서,
상기 도전성 코팅액 내 상기 우레탄 수지, 폴리아마이드 수지, 카본블랙, 흑연 및 용매의 포함 비율은 순서대로 도전성 코팅액 총 중량 대비 5 내지 50 중량%, 0.1 내지 20중량%, 0.1 내지 20 중량%, 0.1 내지 30 중량%, 5 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 면상 발열체.
- 제1항에 있어서,
상기 직류 전원의 전압은 5V 내지 48V 인 것을 특징으로 하는 면상 발열체.
- 제1항에 있어서,
상기 도전성 섬유는 금속선 또는 금속사인 것을 특징으로 하는 면상발열체.
- 탄소사를 섬유사에 합사하고 도전성 코팅액에 코팅하여 발열성 섬유를 제조하는 단계; 및
상기에서 제조된 발열성 섬유를 소정의 간격으로 이격하고, 상기 발열성 섬유 사이에 보조사를 배치하여 위사로 하고, 한 쌍으로 이루어지는 도전성 섬유를 경사로 하여 직조하는 단계를 포함하는 면상 발열체 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 도전성 코팅액에 코팅하는 과정은 상기 도전성 코팅액에 침지하는 단계 및 건조하는 단계를 포함하는 공정을 1회 내지 5회 반복하는 것을 특징으로 하는 면상 발열체 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 도전성 코팅액은 우레탄 수지, 폴리아마이드 수지, 카본 블랙, 흑연 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 면상 발열체 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 도전성 코팅액 내 상기 우레탄 수지, 폴리아마이드 수지, 카본블랙, 흑연 및 용매의 포함 비율은 순서대로 도전성 코팅액 총 중량 대비 5 내지 50 중량%, 0.1 내지 20중량%, 0.1 내지 20 중량%, 0.1 내지 30 중량%, 5 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 면상 발열체 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 도전성 섬유는 금속선 또는 금속사인 것을 특징으로 하는 면상발열체 제조방법.
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|---|---|---|---|---|
| WO2016186393A1 (ko) * | 2015-05-15 | 2016-11-24 | 대유씨티 주식회사 | 발열시트 제조방법 및 이의 제조장치 |
| KR101703479B1 (ko) * | 2016-04-13 | 2017-02-06 | 박영근 | 페그마타이트 등을 포함한 직물발열체, 난방커튼 및 이의 제조방법 |
| WO2022119293A1 (en) * | 2020-12-02 | 2022-06-09 | Heat K Inc. | Planar heater |
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2011
- 2011-09-05 KR KR1020110089782A patent/KR20130026275A/ko not_active Application Discontinuation
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| WO2017179863A3 (ko) * | 2016-04-13 | 2017-12-07 | 박영근 | 페그마타이트 등을 포함한 직물발열체, 난방커튼 및 이의 제조방법 |
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