KR20170068365A - 내굴곡성 및 유연성이 우수한 열선 케이블 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내굴곡성 및 유연성이 우수한 열선 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 인장강도, 내굴곡성 등의 기계적 특성 및 이와 상충관계에 있는 유연성이 우수한 동시에, 저항조절에 의한 발열제어가 용이하며, 작업성이 우수한 열선 케이블에 관한 것이다.
Description
본 발명은 내굴곡성 및 유연성이 우수한 열선 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 인장강도, 내굴곡성 등의 기계적 특성 및 이와 상충관계에 있는 유연성이 우수한 동시에, 저항조절에 의한 발열제어가 용이하며, 작업성이 우수한 열선 케이블에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 시트 등에는 추위로부터 운전자 및 탑승자를 보호하기 위해 전기의 공급에 의한 발열이 가능하도록 열선 케이블이 내장된다. 이러한 열선 케이블은 복수의 도체심선이 개별적으로 절연소재에 의해 코팅된 열선 가닥들이 다발 형태로 집합된 후 피복소재로 감싸여진 구조를 갖고, 방염처리된 부직포 등으로 이루어진 장착면 상에 지그재그로 배열됨으로써 면상 발열체를 형성하게 된다.
상기 열선 케이블은 전원과 통전시 상기 열선 케이블 단부를 납땜하여 절연소재 코팅 및 피복소재를 제거하고 연결하는데, 상기 절연소재의 녹는점이 높으면 납땜시 상기 절연소재가 충분히 용융되지 못하고 녹지 않은 절연소재가 납땜부에 잔류하여 통전이 제대로 되지 못할 뿐만 아니라 작업성이 떨어지는 문제가 있으며, 상기 절연소재를 용융시키기 위하여 납땜온도를 높이는 경우에는 도체심선이 녹는 문제가 있다.
또한, 자동차의 시트 등에 적용되는 상기 열선 케이블은 발열온도가 통상 70℃ 이하의 범위여야 하고, 이를 위해 입력 전류에 맞게 열선 케이블 전체저항을 조절할 필요가 있는데, 이러한 열선 케이블 전체저항을 더욱 조절하기 위해서는 각각의 도체심선의 직경을 작게 하여 각각의 도체심선의 단면적을 줄이고 도체심선의 가닥수로 저항을 조절하는 것이 유리하나, 도체심선의 직경을 줄이는 경우 열선의 인장강도, 내굴곡성 등의 기계적 특성이 저하되고, 이로써 작업성이 저하되는 문제가 있다. 반면, 열선의 인장강도, 내굴곡성 등의 기계적 특성을 향상시키기 위해 상기 도체심선의 직경을 증가시키는 경우 저항조절이 어려울 뿐만 아니라 열선 케이블의 유연성이 저하될 수 있다.
따라서, 인장강도, 내굴곡성 등의 기계적 특성 및 이와 상충관계에 있는 유연성이 우수한 동시에, 저항조절에 의한 발열제어가 용이하며, 작업성이 우수한 열선 케이블이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 인장강도, 내굴곡성 등의 기계적 특성 및 이와 상충관계에 있는 유연성이 우수한 열선 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 발열제어가 용이한 열선 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 작업성이 우수한 열선 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
도체심선 및 상기 도체심선을 감싸는 에나멜 절연층을 포함하는 복수개의 열선; 상기 복수개의 열선이 둘레에 배치되는 중심 인장선; 및 상기 복수개의 열선을 감싸는 피복부를 포함하고, 상기 도체심선은 직경이 0.025 내지 0.050 mm이고, 상기 에나멜 절연층은 융점이 250 내지 350℃인, 열선 케이블을 제공한다.
여기서, 상기 에나멜 절연층은 상기 도체심선보다 융점이 낮은 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.
또한, 상기 에나멜 절연층은 폴리에스테르이미드 에나멜 코팅에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.
한편, 상기 열선은 항복응력이 800 내지 1150 MPa이고, 파단응력이 1050 내지 1350 MPa이며, 상기 에나멜 절연층의 두께가 0.005 내지 0.007 mm인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.
그리고, 상기 피복부는 고분자 수지와 난연제가 혼합된 피복 조성물로부터 형성되고 상기 복수개의 열선 사이의 공간에 충진되고, 두께가 0.2 내지 0.25 mm이며, 상기 고분자 수지는 인장강도가 35 내지 85 MPa이고, 굴곡강도가 70 내지 120 MPa인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.
여기서, 상기 고분자 수지는 폴리아미드12(PA12), 열가소성 폴리엘라스토머(TPE) 또는 이들 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.
또한, 상기 난연제는 유기 인계 난연제, 멜라민계 난연제 및 인산 에스테르계 난연제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 난연제를 포함하고, 상기 난연제의 함량은, 상기 피복 조성물의 총 중량을 기준으로, 15 내지 25 중량%인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.
그리고, 상기 열선 케이블의 저항은 0.25 내지 1.25 Ω/m인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 열선 케이블의 하나의 실시예에 따른 횡단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 열선 케이블의 종단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 열선 케이블의 종단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 열선 케이블의 하나의 실시예에 따른 횡단면도를 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 열선 케이블의 종단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열선 케이블은 전기의 공급시 발열하는 저항선인 도체심선(110) 및 상기 도체심선(110)을 개별적으로 감싸는 절연층(120)을 포함하고 후술하는 중심 인장선(200) 둘레에 전체적으로 다발 형태로 집합된 복수개의 열선(100), 열선 케이블 중심에 배치되고 상기 복수개의 열선이 둘레에 배치되는 중심 인장선(200), 및 상기 복수의 열선(100)을 감싸는 피복부(300)를 포함할 수 있다.
상기 도체심선(110)은 구리(Cu) 합금으로 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 열선 케이블은 적절한 발열 특성을 나타내기 위해 예를 들어 0.25 내지 1.25 Ω/m의 저항을 가질 수 있다. 상기 열선 케이블의 저항이 0.25 Ω/m 미만인 경우 발열량이 불충분할 수 있는 반면, 1.25 Ω/m 초과인 경우 과도한 발열로 자동차 탑승자의 화상이나 화재를 유발할 수 있다.
상기 열선 케이블의 상기 적절한 저항을 구현하기 위해, 상기 도체심선(110)의 직경은 약 0.025 내지 0.050 mm, 바람직하게는 0.025 내지 0.035 mm 또는 약 0.035 내지 0.045 mm, 더욱 바람직하게는 약 0.03 내지 0.04 mm일 수 있다. 여기서, 상기 도체심선(110)의 직경이 0.025 mm 미만인 경우 상기 도체심선의 단선이 빈번히 일어나는 문제가 있는 반면, 0.050 mm 초과인 경우 열선 케이블의 유연성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 도체심선(110)의 저항은 약 7.67 내지 13.27 Ω/m일 수 있고, 상기 도체심선(110)의 갯수는 13 내지 121개 이상일 수 있다. 또한, 상기 도체심선(110)은 항복응력이 750 내지 1100 MPa, 바람직하게는 800 내지 1050 MPa이고, 파단응력이 1000 내지 1300 MPa, 바람직하게는 1050 내지 1250 MPa일 수 있다.
상기 절연층(120)은 복수의 도체심선(110) 중 일부가 외부의 충격, 압력 등에 의해 단선됨으로써 상기 열선 케이블에 국부적으로 과도한 발열 또는 화재가 유발되는 것을 억제하는 기능을 수행한다. 구체적으로, 상기 도체심선(110)이 상기 절연층(120)에 의해 피복되어 있지 않다면, 즉 단선된 도체심선(110)과 단선되지 않은 도체심선(110)이 서로 접촉하여 상기 단선된 도체심선(110)에도 전류가 흐른다면, 도체심선(110)의 단선 부위에서 전체 도체심선(110)의 단면적 감소로 인해 저항이 증가하여 상기 열선 케이블에 국부적으로 과도한 발열이 유발되고, 이로써 탑승자 등이 화상을 입거나 화재가 발생할 수 있다.
따라서, 상기 도체심선(110) 각각이 상기 절연층(120)에 의해 피복됨으로써 단선된 도체심선(110)에는 전류가 흐르지 않도록 하여, 상기 도체심선(110)의 단선 부위에서의 저항이 증가하고 이로 인해 국부적으로 과도한 발열이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 상기 절연층(120)은 납땜 온도보다 낮은 융점을 갖는 절연 소재로 형성될 수 있고, 상기 절연 소재의 융점은 예를 들어 250 내지 350℃일 수 있다.
상기 절연층(120)을 형성하는 절연 소재의 융점이 350℃ 초과인 경우 열선 케이블의 납땜시 상기 절연층(120)이 충분히 용융되지 못하여 녹지 않은 절연 소재가 납땜부에 이물질로 잔류하게 되므로 통전이 제대로 되지 못할 뿐만 아니라, 작업성이 떨어지는 문제가 있다. 또한, 상기 절연 소재의 융점이 상기 도체심선(110)을 구성하는 구리 합금 등보다 낮아야 납땜시 상기 도체심선(110)이 용융되는 것을 방지할 수 있다.
상기 절연 소재는, 예를 들어, 얇은 피막의 형성에 유리한 폴리우레탄 바니시 코팅, 폴리우레탄 바니시 코팅에 비해 인장강도가 우수하고 밀착성, 유연성 등이 우수한 폴리에스테르이미드 에나멜 코팅 등에 의해 형성될 수 있고, 두께는 예를 들어 약 0.005 내지 0.007 mm일 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 열선 케이블은 상기 도체심선(110)의 직경을 감소시켜 유연성을 향상시키는 동시에, 상기 도체심선(110)의 직경이 감소함에 따라 인장강도가 감소하는 것은 상기 절연층(120)으로서 인장강도가 우수한 폴리에스테르이미드 에나멜 코팅으로 형성함으로서 보완할 수 있다.
여기서, 상기 도체심선(110) 및 상기 절연층(120)에 의해 형성되는 열선은 항복응력이 800 내지 1150 MPa, 파단응력이 1050 내지 1350 MPa일 수 있다. 상기 항복응력 및 파단응력이 기준 미달인 경우 열선 케이블의 내굴곡성이 저하되는 문제가 있는 반면, 기준 초과인 경우 열선 케이블의 제조단가가 상승하는 문제가 있다.
본 발명에 있어서, 상기 도체심선(110)의 표면에 상기 절연층(120)이 피복됨으로써 형성되는 열선(100)은 후술하는 중심 인장선(200) 둘레로 복수개가 다발 형태로 집합되는데, 특히 이러한 복수개의 열선(100)은 일정한 피치로 서로 꼬여짐으로써 집합될 수 있다. 여기서, 상기 복수개의 열선(100)의 꼬임 피치는 예를 들어 4 내지 16 mm일 수 있다.
상기 열선(100)의 꼬임 피치가 4 mm 미만으로 과도하게 짧은 경우 상기 열선 케이블의 내굴곡성은 향상되나 생산성이 크게 저하되고 특히 열선(100)의 저항이 크게 증가하여 과도한 발열이 발생하는 등 발열량을 제어하는 것이 곤란할 수 있으며 유연성도 크게 저하될 수 있는 반면, 상기 꼬임 피치가 16 mm 초과로 과도하게 긴 경우 상기 열선 케이블의 내굴곡성이 불충분할 수 있다. 또한, 상기 집합된 복수의 열선(100) 전체의 직경은 약 0.4 내지 0.6 mm, 바람직하게는 약 0.4 내지 0.5 mm일 수 있다.
본 발명에 따른 열선 케이블은 이의 중심에 중심 인장선(200)을 포함할 수 있다. 상기 중심 인장선(200)은 상기 열선 케이블의 인장강도, 내굴곡성 등의 기계적 특성을 향상시키는 동시에, 상기 열선 케이블이 균일한 원형의 단면을 가질 수 있도록 상기 열선 케이블을 구조적으로 안정시키는 기능을 수행한다.
상기 중심 인장선(200)은 하나 이상의 고인장 부재, 예를 들어, 고인장 섬유, 바람직하게는 고인장 탄소섬유, 고인장 유리섬유, 아라미드 섬유 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 고인장 부재를 복수개 포함할 수 있다. 또한, 상기 복수개의 고인장 부재를 수지에 함침하거나, 수지(resin)로 코팅하여 로드(rod) 형태로 구성하여 고인장 부재가 열선(110)들 사이로 돌출되어 노출되는 것을 억제함으로써, 열선케이블의 유연성 저하, 외관불량 내지 불균일한 발열을 방지할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 집합된 복수의 열선(100)은 전체적으로 피복부(300)에 의해 감싸져 있다. 상기 피복부(300)는 상기 복수의 열선(100)의 외측 뿐만 아니라 상기 복수의 열선(100) 사이의 공간에도 충진될 수 있다. 상기 피복부(300)는 상기 열선 케이블 표면에서의 열발산 분포가 균일하게 이루어지도록 할 뿐만 아니라, 외력, 휘어짐, 꼬임 등에도 불구하고 상기 복수의 열선(100)의 집합된 구조를 안정적으로 고정시키는 동시에, 외부의 충격이나 압력으로부터 상기 열선(100)을 보호하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 피복부(300)는 고분자 수지와 난연제가 혼합된 피복 조성물로부터 형성될 수 있다. 상기 고분자 수지는 인장강도가 35 내지 85 MPa이고, 굴곡강도가 70 내지 120 MPa일 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자 수지는 폴리아미드12(PA12), 열가소성 폴리엘라스토머(TPE) 등일 수 있다.
상기 고분자 수지의 인장강도가 35 MPa 미만인 경우 상기 피복부(300)에 충분한 난연성을 부여하기 위해 난연제를 다량 첨가하는 경우 상기 피복부(300)의 기계적 특성이 크게 저하되어 외부의 충격이나 압력으로부터 상기 열선(100)을 충분히 보호할 수 없는 반면, 상기 고분자 수지의 굴곡강도가 120 MPa 초과인 경우, 상기 열선 케이블의 유연성이 불충분할 수 있다.
상기 난연제는 브롬계 난연제, 염소계 난연제 같은 할로겐계 난연제, 유기 인계 난연제 등의 유기계 난연제와 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 삼산화 안티몬, 산화 안티몬, 적린계 난연제, 붕소계 난연제, 실리카계 난연제, 멜라민계 난연제, 인산 에스테르계 난연제, 무기 인계 난연제 등의 무기계 난연제를 포함할 수 있다.
다만, 상기 난연제가 브롬계 또는 염소계 난연제와 같은 할로겐계 난연제인 경우 납땜 작업시 또는 폐기를 위한 소각시 다이옥신 같은 환경 호르몬을 배출함으로써 환경문제를 유발하고 작업성을 저하시키는 문제가 있다. 따라서, 상기 난연제는 비할로겐계 난연제인 것이 바람직하고, 특히 상기 고분자 수지와의 상용성을 고려하여 유기 인계 난연제, 멜라민계 난연제, 인산 에스테르계 난연제 등의 유기계 및 비할로겐계 난연제인 것이 바람직하다.
상기 난연제의 함량은 상기 피복 조성물의 총 중량을 기준으로 15 내지 25 중량%일 수 있다. 상기 난연제의 함량이 15 중량% 미만인 경우 상기 열선 케이블의 난연성이 불충분할 수 있는 반면, 25 중량% 초과인 경우 상기 피복부(300)의 기계적 특성이 과도하게 저하될 수 있다. 상기 피복부(300)의 두께는 예를 들어 약 0.2 내지 0.25 mm일 수 있고, 이로 인해 상기 열선 케이블의 전체 직경은 약 0.8 내지 1 mm일 수 있다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
100 : 열선 200 : 중심 인장선
300 : 피복부
300 : 피복부
Claims (8)
- 도체심선 및 상기 도체심선을 감싸는 에나멜 절연층을 포함하는 복수개의 열선;
상기 복수개의 열선이 둘레에 배치되는 중심 인장선; 및
상기 복수개의 열선을 감싸는 피복부를 포함하고,
상기 도체심선은 직경이 0.025 내지 0.050 mm이고, 상기 에나멜 절연층은 융점이 250 내지 350℃인, 열선 케이블. - 제1항에 있어서,
상기 에나멜 절연층은 상기 도체심선보다 융점이 낮은 것을 특징으로 하는, 열선 케이블. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 에나멜 절연층은 폴리에스테르이미드 에나멜 코팅에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 열선 케이블. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 열선은 항복응력이 800 내지 1150 MPa이고, 파단응력이 1050 내지 1350 MPa이며, 상기 에나멜 절연층의 두께가 0.005 내지 0.007 mm인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 피복부는 고분자 수지와 난연제가 혼합된 피복 조성물로부터 형성되고 상기 복수개의 열선 사이의 공간에 충진되고, 두께가 0.2 내지 0.25 mm이며, 상기 고분자 수지는 인장강도가 35 내지 85 MPa이고, 굴곡강도가 70 내지 120 MPa인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블. - 제5항에 있어서,
상기 고분자 수지는 폴리아미드12(PA12), 열가소성 폴리엘라스토머(TPE) 또는 이들 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열선 케이블. - 제5항에 있어서,
상기 난연제는 유기 인계 난연제, 멜라민계 난연제 및 인산 에스테르계 난연제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 난연제를 포함하고, 상기 난연제의 함량은, 상기 피복 조성물의 총 중량을 기준으로, 15 내지 25 중량%인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 열선 케이블의 저항은 0.25 내지 1.25 Ω/m인 것을 특징으로 하는, 열선 케이블.
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