KR20230000897A - Apparatus and method of manufacturing nano-copper plane heater element with positive temperature coefficient - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 기술 분야는 나노구리 면상발열체 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 정온 특성을 지니는 고분자 폴리머(예로, PE, PP, EVA, EEA 등)와 전도성 폴리머 및 환원성 금속염을 혼합하여 전면이나 패턴으로 전기 방사하고 나노구리용액 속에서 전기 도금하여 면상발열체를 제조한 나노구리 면상발열체 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.The technical field of the present invention relates to an apparatus and method for manufacturing a nano-copper planar heating element, in particular, a high-molecular polymer having constant temperature characteristics (eg, PE, PP, EVA, EEA, etc.), a conductive polymer, and a reducing metal salt are mixed to form a full surface or pattern. It relates to an apparatus and method for manufacturing a nano-copper planar heating element in which a planar heating element is manufactured by electrospinning and electroplating in a nano-copper solution.
한국등록특허 제10-1180037호(2012.08.30. 등록)는 독립적인 셀에 의하여 온도를 제어하는 난방필름에 관하여 개시되어 있는데, 카본을 사용한 면상발열 난방필름에 있어서, 사각형의 판 형상인 제1평판; 직사각형의 긴 띠 형상으로 제1평판의 상면에 일정 간격으로 설치되는 다수의 카본사; 다수의 카본사 중 첫 번째 카본사에서 제1평판의 일단 방향으로 일정 거리 이격되어 설치되는 제1수직실버페이스트와, 다수의 카본사 중 마지막 카본사에서 제1평판의 타단 방향으로 일정 거리 이격되어 설치되는 제2수직실버페이스트와, 카본사와 제1수직실버페이스트의 길이방향과 수직되는 방향으로 설치되는 것으로, 일단이 제1수직실버페이스트에 결합되고 타단은 다수의 카본사를 지나 마지막 카본사에 결합되는 제1수평실버페이스트와, 카본사와 제2수직실버페이스트의 길이 방향과 수직되는 방향으로 설치되는 것으로, 일단이 제2수직실버페이스트에 결합되고 타단은 다수의 카본사를 지나 첫 번째 카본사에 결합되는 제2수평실버페이스트로 이루어진 실버페이스트; 제1수직실버페이스트와 제2수직실버페이스트 위에 각각 같은 길이로 겹쳐지도록 설치되는 구리판; 및 제1평판과 같은 크기의 평판으로 하면이 제1평판 상면과 결합되되 내부에 카본사, 실버페이스트 및 구리판이 있도록 설치되는 제2평판으로 구성되는 것을 특징으로 한다. 개시된 기술에 따르면, 독립적인 셀 방식으로 발열하는 난방필름에 의하여 집열에 의한 난방필름이 파손되지 않음으로 화재 발생 위험이 없으며, 카본회로는 능동적 온도 계수(Positive Temperature Coefficient; PTC) 소재를 이용한 회로임으로 주변의 온도에 따라 자동으로 온도를 조정함으로써, 불필요한 전력 사용량을 줄일 수 있어 경제적이다. 그러나 독립 셀을 구성하기 위하여 가로방향으로 설치되는 실버페이스트가 다량으로 소비되어 제조원가가 상승되어 상용화 하는데 단점이 여전히 많다.Korean Patent Registration No. 10-1180037 (registered on August 30, 2012) discloses a heating film that controls temperature by independent cells. In a planar heating film using carbon, a first quadrangular plate shape reputation; A plurality of carbon yarns installed at regular intervals on the upper surface of the first flat plate in a long rectangular strip shape; A first vertical silver paste installed at a predetermined distance from the first carbon yarn among the plurality of carbon yarns in the direction of one end of the first plate, and spaced apart from the last carbon yarn among the plurality of carbon yarns by a predetermined distance in the direction of the other end of the first plate It is installed in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the second vertical silver paste and the carbon yarns and the first vertical silver paste, one end is coupled to the first vertical silver paste and the other end passes through a plurality of carbon yarns to the last carbon yarn. It is installed in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the first horizontal silver paste and the carbon yarn and the second vertical silver paste to be combined, one end being coupled to the second vertical silver paste and the other end passing through a plurality of carbon yarns to the first carbon yarn Silver paste consisting of a second horizontal silver paste coupled to; copper plates installed on the first vertical silver paste and the second vertical silver paste so as to overlap each other with the same length; And it is characterized in that it consists of a second flat plate, which is a flat plate of the same size as the first flat plate, and is installed so that the lower surface is coupled to the upper surface of the first flat plate and has carbon yarn, silver paste and copper plate inside. According to the disclosed technology, the heating film by collecting heat is not damaged by the heating film generating heat in an independent cell method, so there is no risk of fire, and the carbon circuit is a circuit using a positive temperature coefficient (PTC) material. By automatically adjusting the temperature according to the ambient temperature, it is economical to reduce unnecessary power consumption. However, a large amount of silver paste installed in the horizontal direction is consumed to configure the independent cell, and the manufacturing cost is increased, so there are still many disadvantages in commercialization.
한국공개특허 제10-2000-0028327호(2000.05.25. 공개)는 면상 발열체의 발열선 및 입력단에서의 전류의 흐름에 의하여 발생되는 자기장의 형성을 방지할 수 있도록 하여 인체에 유해한 전자파를 완전하게 제거할 수 있도록 한 전자파를 제거한 면상 발열체 및 그 제조방법에 관하여 개시되어 있다. 개시된 기술에 따르면, 상, 하부에 일정한 간격으로 각각 분리되고, 서로 반대 방향의 전류가 입력되는 상부 입력단 및 하부 입력단과; 상부 입력단에 일정한 간격으로 연결되고, 이 상부 입력단과 동일한 방향의 전류 흐름을 갖는 제1발열선과; 하부 입력단에 일정한 간격으로 연결되고, 제1발열선과 일정한 간격을 두고서 제1발열선과 서로 반대 방향의 전류 흐름을 갖는 제2발열선을 포함하는 것을 특징으로 함으로써, 인체에 유해한 전자파를 완전하게 제거할 수 있으므로, 전자파에 의한 폐해를 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 전자파의 규제도 벗어날 수 있다.Korean Patent Publication No. 10-2000-0028327 (published on May 25, 2000) completely removes electromagnetic waves harmful to the human body by preventing the formation of a magnetic field generated by the flow of current at the heating wire and input end of a plane heating element A planar heating element from which electromagnetic waves are removed and a method for manufacturing the same are disclosed. According to the disclosed technology, an upper input end and a lower input end separated from each other at regular intervals in the upper and lower parts and inputting currents in opposite directions to each other; a first heating wire connected to the upper input terminal at regular intervals and having a current flow in the same direction as the upper input terminal; It is characterized in that it includes a second heating wire connected to the lower input terminal at regular intervals and having a current flow in the opposite direction to the first heating wire at regular intervals, thereby completely removing electromagnetic waves harmful to the human body. Therefore, harm caused by electromagnetic waves can be prevented in advance, and restrictions on electromagnetic waves can be circumvented.
상술한 바와 같은 종래기술에서는, 염화비닐제 외피를 가지는 가요성 카본 발열체의 경우에 오래 전부터 알려져 왔으며, 이런 종류의 발열체는 예를 들면, 침구의 보온이나 지붕의 눈 녹임 등에 사용되고 있으며, 그 외에 니크롬선을 S자형으로 배선한 침구나 니크롬선을 내장한 마루 난방패널 등도 다방면으로 사용되고 있으며, 금속박(金屬箔)을 프린트하여 발열원으로 한 발열체도 사용되고 있다. 그러나 금속 구성의 발열체는, 높은 에너지 소비가 있고, 안전성과 내구성이 보증되지 않는 등의 단점이 있다.In the prior art as described above, the case of a flexible carbon heating element having a vinyl chloride sheath has been known for a long time, and this kind of heating element is used, for example, for keeping bedding warm or melting snow on a roof, and other nichrome Bedding wired in an S shape, floor heating panels with built-in nichrome wire, etc. are also used in various fields, and heating elements printed with metal foil as a heat source are also used. However, the heating element having a metal structure has disadvantages such as high energy consumption and safety and durability not being guaranteed.
상술한 바와 같은 종래기술에서는, 탄소입자를 포함하는 실리콘수지로 필름판을 형성한 발열체의 경우에, 탄소입자의 분포 및 온도제어장치를 통한 발생온도분포가 균일하지 않은 단점이 있기 때문에, 면발열체의 면내 온도를 균일하게 유지하는 것이 곤란할 뿐 아니라, PTC 기능이 없어 화재의 위험성이 있으며, 저항이 높아 전자파가 발생하지 않는 직류전원을 사용하기는 부적합한 단점도 가지고 있다.In the prior art as described above, in the case of a heating element in which a film plate is formed of a silicon resin containing carbon particles, since there is a disadvantage that the distribution of carbon particles and the temperature distribution generated through the temperature control device are not uniform, the surface heating element It is not only difficult to keep the in-plane temperature uniform, but there is a risk of fire because there is no PTC function, and it is inappropriate to use a DC power source that does not generate electromagnetic waves due to its high resistance.
상술한 바와 같은 종래기술에서는, 합성수지계의 씨실에 탄소입자와 고무계 수지를 혼합하여 카본액을 도포해서 건조시킨 발열씨실과 합성수지씨실의 날실을 짜서 만들어 염화비닐외피로 피복한 면상발열체의 경우에, 합성섬유씨실을 이용한 발열실이 실의 주위에 피막 상으로 카본액을 부착하고 있기 때문에, 이와 같은 탄소입자와 수지의 혼합액을 도포한 발열실을 이용한 면상발열체는 접어 구부리거나, 힘이나 가중(加重)을 받았을 때에는 손상되는 단점을 가지고 있다.In the prior art as described above, in the case of a planar heating element made by weaving the warp of the synthetic resin weft and the heating weft obtained by mixing carbon particles and rubber-based resin and applying a carbon liquid to the synthetic resin weft, and covering with a vinyl chloride sheath, Since the heating yarn using the synthetic fiber weft yarn adheres the carbon solution in the form of a film around the yarn, the planar heating element using the heating yarn coated with such a mixture of carbon particles and resin is not bent, ) has the disadvantage of being damaged when received.
상술한 바와 같은 종래기술에서는, 면발열체 및 면상발열체 어느 것이나 면발열체상의 국부적인 이상 온도 상승을 방지하는 기능을 가지고 있는 것은 아니고, 이상 온도상승에 의한 열화(劣化)와 함께 가열용 전원에 대한 쇼트회로가 발생하는 경우가 있어, 이용자에게 화상을 입히고, 또한 경우에 따라 화재를 발생시키는 위험도 있는 단점을 가지고 있다.In the prior art as described above, neither the surface heating element nor the surface heating element has a function to prevent a local abnormal temperature rise on the surface heating element, and a short circuit to the power supply for heating together with deterioration due to the abnormal temperature rise There is a case where a circuit is generated, causing burns to the user, and also has a disadvantage in that there is a risk of causing a fire in some cases.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전술한 바와 같은 단점을 해결하기 위한 것으로, 정온 특성을 지니는 고분자 폴리머(예로, PE, PP, EVA, EEA 등)와 전도성 폴리머 및 환원성 금속염을 혼합하여 전면이나 패턴으로 전기 방사하고 나노구리용액 속에서 전기 도금하여 면상발열체를 제조한 나노구리 면상발열체 제조 장치 및 방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to solve the above-mentioned disadvantages, by mixing a high-molecular polymer (eg, PE, PP, EVA, EEA, etc.) with constant temperature characteristics, a conductive polymer and a reducing metal salt to form a front surface or pattern. It is to provide an apparatus and method for manufacturing a nano-copper planar heating element by electrospinning and electroplating in a nano-copper solution to prepare a planar heating element.
상술한 과제를 해결하는 수단으로는, 본 발명의 한 특징에 따르면, PET 필름에 고분자 폴리머와 전도성폴리머 및 금속염을 혼합하여 방사용액을 제조하는 방사용액제조부; 상기 방사용액제조부에서 제조한 방사용액을 전기 방사하여 나노섬유를 형성하는 나노섬유형성부; 상기 나노섬유형성부에서 형성한 나노섬유가 부착된 필름을 나노구리용액 속에서 무전해 도금시켜 주는 무전해도금부; 및 상기 무전해도금부에서 무전해 도금한 필름을 건조시켜 동박과 라미네이트 필름을 동시에 열압착 롤러로 통과시켜 열압착하여 동박을 부착하면서 절연을 동시에 실시하는 열압착부를 포함하는 나노구리 면상발열체 제조 장치를 제공한다.As a means for solving the above problems, according to one feature of the present invention, a spinning solution production unit for preparing a spinning solution by mixing a polymer and a conductive polymer and a metal salt in a PET film; Nanofiber forming unit for forming nanofibers by electrospinning the spinning solution prepared in the spinning solution production unit; an electroless plating unit for electrolessly plating the nanofiber-attached film formed in the nanofiber forming unit in a nano-copper solution; And drying the electroless plated film in the electroless plating unit to pass the copper foil and the laminate film through a thermal compression roller at the same time to thermally compress the copper foil while attaching the nano-copper planar heating element manufacturing device including a thermal compression bonding unit that simultaneously performs insulation to provide.
일 실시 예에서, 상기 방사용액제조부는, PE, PP, EVA, EEA 중 하나를 상기 고분자 폴리머로 사용하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the spinning solution production unit is characterized in that one of PE, PP, EVA, EEA is used as the high-molecular polymer.
일 실시 예에서, 상기 방사용액제조부는, 환원성 금속염인 은을 상기 금속염으로 사용하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the spinning solution production unit is characterized in that using a reducing metal salt of silver as the metal salt.
일 실시 예에서, 상기 방사용액제조부는, 유기환원용매, 금속염 및 탄소섬유전구체를 혼합하여 방사용액을 제조하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the spinning solution production unit is characterized in that for preparing a spinning solution by mixing an organic reducing solvent, a metal salt and a carbon fiber precursor.
일 실시 예에서, 상기 방사용액제조부는, 고분자 폴리머를 폴리아크릴로니트릴에 혼합시켜 상기 탄소섬유전구체를 생성하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the spinning solution production unit is characterized in that the carbon fiber precursor is produced by mixing a high-molecular polymer with polyacrylonitrile.
일 실시 예에서, 상기 방사용액제조부는, 폴리아크릴로니트릴을 75~95%, PE를 5-25%로 혼합시켜 상기 탄소섬유전구체를 생성하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the spinning solution production unit is characterized in that the carbon fiber precursor is produced by mixing 75 to 95% of polyacrylonitrile and 5 to 25% of PE.
일 실시 예에서, 상기 방사용액제조부는, 방사용액 100중량%에 대하여, 5 내지 30중량%의 탄소섬유전구체를 사용하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the spinning solution production unit is characterized by using 5 to 30% by weight of the carbon fiber precursor with respect to 100% by weight of the spinning solution.
일 실시 예에서, 상기 방사용액제조부는, 방사용액 100중량%에 대하여, 1 내지 75중량%의 금속염을 사용하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the spinning solution production unit is characterized by using a metal salt of 1 to 75% by weight relative to 100% by weight of the spinning solution.
일 실시 예에서, 상기 방사용액제조부는, 고분자 폴리머와 전도성 폴리머 그리고 유기환원성 용매, 금속염을 혼합하여 방사용액을 제조해서 에이징시켜 주는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the spinning solution production unit is characterized by giving aging by preparing a spinning solution by mixing a high-molecular polymer, a conductive polymer, an organic reducing solvent, and a metal salt.
일 실시 예에서, 상기 방사용액제조부는, 상기 방사용액의 에이징 시에 에이징 온도를 유기환원성 용매의 용융점 이상으로 하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the spinning solution production unit is characterized in that the aging temperature at the time of aging of the spinning solution is equal to or higher than the melting point of the organic reducing solvent.
일 실시 예에서, 상기 나노섬유형성부는, 패턴이 부착된 필름을 사용하거나, 패턴이 있는 스크린을 사용해서 전기 방사하여 패턴을 지니도록 하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the nanofiber forming unit is characterized in that it has a pattern by electrospinning using a film with a pattern attached or using a screen with a pattern.
일 실시 예에서, 상기 나노섬유형성부는, 전기 방사 시에, 용매의 환원 효과에 의해 나노섬유의 표면에 금속염에 의한 금속을 석출하도록 하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the nanofiber-forming unit is characterized in that, during electrospinning, the metal by the metal salt is deposited on the surface of the nanofiber by the reducing effect of the solvent.
일 실시 예에서, 상기 나노섬유형성부는, PET 필름에 일정 패턴을 부여하기 위하여, 전기 방사 시에 패턴이 있는 스크린과 필름이 밀착되도록, 압착 롤러를 따라 벨트 형식으로 패턴이 있는 스크린이 압착 롤러를 따라 반복적으로 순환되도록 하면서 전기 방사를 실시하거나, 패턴이 있는 필름이 부착된 PET 필름에 전기 방사한 후 패턴 부분만 방사용액을 부착하도록 하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the nanofiber forming unit, in order to impart a certain pattern to the PET film, the patterned screen and the film are in close contact with the patterned screen during electrospinning, along the compression roller in the form of a belt. It is characterized in that electrospinning is performed while being repeatedly circulated according to, or electrospinning is performed on a PET film to which a film with a pattern is attached, and only the pattern portion is attached to the spinning solution.
일 실시 예에서, 상기 무전해도금부는, 구리 도금 시 나노구리이온용액을 사용하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the electroless plating unit is characterized in that a nano copper ion solution is used during copper plating.
일 실시 예에서, 상기 무전해도금부는, 무전해 구리 도금 용액에 나노섬유가 코팅된 필름을 나노구리용액 속에 통과시키는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the electroless plating unit is characterized by passing a film coated with nanofibers in an electroless copper plating solution into a nanocopper solution.
일 실시 예에서, 상기 무전해도금부는, 가이드롤러를 따라 수지가 도포된 필름을, 나노구리용액으로 채워진 무전해 전기도금장치로 공급하여 필름에 구리를 도금시키는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the electroless plating unit supplies the film coated with the resin along the guide roller to an electroless electroplating device filled with a nano-copper solution to plate copper on the film.
일 실시 예에서, 상기 열압착부는, 상기 무전해도금부에서 무전해 도금한 필름을 건조할 시에 건조 온도를 10 내지 100도(℃)로 하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the thermal compression bonding unit is characterized in that the drying temperature is 10 to 100 degrees (℃) when drying the electroless plated film in the electroless plating unit.
일 실시 예에서, 상기 열압착부는, 실버페이스트 사용 없이 동박과 라미네이트 필름을 동시에 열압착 롤러를 통과시키면서 절연과 동시에 동박을 부착시키는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the thermal compression unit is characterized in that the copper foil and the laminate film are simultaneously attached to the copper foil while insulating while simultaneously passing the thermal compression roller without using silver paste.
일 실시 예에서, 상기 열압착부는, 상기 무전해도금부에서 무전해 도금한 필름을 건조로로 통과시킬 때에, 수지가 건조되면서 에이징되도록 하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the thermal compression bonding unit is characterized in that the resin is aged while being dried when passing the electroless plated film in the electroless plating unit through a drying furnace.
일 실시 예에서, 상기 열압착부는, 상기 무전해도금부에서 무전해 도금한 필름의 양끝에 동박필름을 공급하고, 그 위로 라미네이트 필름을 공급하면서 열압착 롤러를 통과시켜, 동박필름과 면상발열체를 열압착하면서 접착하도록 하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the thermal compression unit supplies a copper foil film to both ends of the electroless plated film in the electroless plating unit, and passes a thermal compression roller while supplying a laminate film thereon to heat the copper foil film and the planar heating element. It is characterized in that it is bonded while being compressed.
일 실시 예에서, 상기 방사용액제조부는, 유기환원용매, 금속염, 탄소섬유전구체 및 폴리머를 혼합하여 방사용액을 제조하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the spinning solution production unit is characterized in that for preparing a spinning solution by mixing an organic reducing solvent, a metal salt, a carbon fiber precursor and a polymer.
일 실시 예에서, 상기 열압착부는, 면상발열체에 구리동박을 양 끝으로 배치하고 동박과 라미네이트필름을 열압착 코팅하여, 호스키스 형태로 압착하여 전극대를 형성하고, 상기 전극대에 부착하는 전극단자의 구성을, 리드선 삽입구멍과 함께 2장의 평판이 구비되도록 형성하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the thermal compression unit places copper foil on both ends of the planar heating element, thermally compresses the copper foil and the laminate film, compresses them in the form of a hose kiss to form an electrode, and an electrode attached to the electrode. The configuration of the terminal is characterized in that it is formed so that two flat plates are provided together with the lead wire insertion hole.
일 실시 예에서, 상기 열압착부는, 1장의 평판을 양도판으로 하고, 다른 한쪽 면의 평판을 돌기부도 포함하도록 형성하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the thermal compression unit is characterized in that one flat plate is formed as a positive plate, and the flat plate on the other side is formed to include protrusions as well.
일 실시 예에서, 상기 열압착부는, 돌기부의 경우에, 동박필름을 꿰뚫고 나가, 상기 양도판의 면에 설치하여 있는 돌기삽입구멍을 통과시켜, 돌기선단을 접어 구부려 고정시켜서 설치하는 전극단자 구조로 형성하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the thermocompression bonding part, in the case of the protrusion, penetrates the copper foil film, passes through the protrusion insertion hole provided on the surface of the transfer plate, and bends and fixes the tip of the protrusion to form an electrode terminal structure. characterized by the formation of
일 실시 예에서, 상기 무전해도금부는, 상기 나노섬유형성부에서 전기 방사한 필름에 구리를 도금시켜, 전류를 차단하기 위한 전도성 나노구리선을 구성하는 폴리머를 형성시키는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the electroless plating unit is characterized in that a polymer constituting a conductive nano copper wire for blocking current is formed by plating copper on the film electrospun in the nanofiber forming unit.
상술한 과제를 해결하는 수단으로는, 본 발명의 다른 한 특징에 따르면, 방사용액제조부가 PET 필름에 고분자 폴리머와 전도성폴리머 및 금속염을 혼합하여 방사용액을 제조하는 단계; 나노섬유형성부가 상기 방사용액제조부에서 제조한 방사용액을 전기 방사하여 나노섬유를 형성하는 단계; 무전해도금부가 상기 나노섬유형성부에서 형성한 나노섬유가 부착된 필름을 나노구리용액 속에서 무전해 도금시켜 주는 단계; 및 열압착부가 상기 무전해도금부에서 무전해 도금한 필름을 건조시켜 동박과 라미네이트 필름을 동시에 열압착 롤러로 통과시켜 열압착하여 동박을 부착하면서 절연을 동시에 실시하는 단계를 포함하는 나노구리 면상발열체 제조 방법을 제공한다.As a means for solving the above problems, according to another feature of the present invention, preparing a spinning solution by mixing a polymer and a conductive polymer and a metal salt in the spinning solution manufacturing unit PET film; Forming nanofibers by electrospinning the spinning solution prepared by the nanofiber forming unit in the spinning solution production unit; electrolessly plating the film to which the nanofibers formed in the nanofiber forming unit by the electroless plating unit are electrolessly plated in a nano-copper solution; And a step of drying the electroless plated film in the electroless plating unit by the thermal compression bonding unit, passing the copper foil and the laminate film through a thermal compression roller at the same time, thermally compressing the copper foil, and simultaneously performing insulation while attaching the copper foil. provides a way
본 발명의 효과로는, 정온 특성을 지니는 고분자 폴리머(예로, PE, PP, EVA, EEA 등)와 전도성 폴리머 및 환원성 금속염을 혼합하여 전면이나 패턴으로 전기 방사하고 나노구리용액 속에서 전기 도금하여 면상발열체를 제조한 나노구리 면상발열체 제조 장치 및 방법을 제공함으로써, 발열체의 온도를 온도조절장치 없이도 PTC(positive temperature coefficient) 기능을 수행하여 안전한 온도 이하로 제어하여 화재의 위험성이 없는 기능을 구비한 동시에, 직류전원을 사용하여 전자파가 없도록 할 수 있다는 것이다.As an effect of the present invention, a high-molecular polymer having constant temperature characteristics (eg, PE, PP, EVA, EEA, etc.), a conductive polymer and a reducing metal salt are mixed and electrospun in a full surface or pattern, and electroplated in a nano copper solution to form a surface By providing a nano-copper planar heating element manufacturing apparatus and method for manufacturing a heating element, the temperature of the heating element is controlled to a safe temperature or less by performing a PTC (positive temperature coefficient) function without a temperature control device, so that there is no risk of fire. In other words, it is possible to eliminate electromagnetic waves by using DC power.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 나노구리 면상발열체 제조 장치를 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1에 있는 나노섬유형성부, 무전해도금부 및 열압착부를 설명하는 도면이다.
도 3은 도 1에 있는 방사용액제조부에서 사용한 고분자 폴리머의 PTC 원리를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 1에 있는 나노섬유형성부 및 무전해도금부를 설명하는 도면이다.
도 5는 도 1에 있는 열압착부에서 열압착 형성한 면상발열체의 단면을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 나노구리 면상발열체 제조 방법을 설명하는 도면이다.1 is a view illustrating an apparatus for manufacturing a nano-copper planar heating element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view illustrating a nanofiber forming unit, an electroless plating unit, and a thermal compression bonding unit in FIG. 1 .
Figure 3 is a view explaining the PTC principle of the polymer used in the spinning solution manufacturing unit in Figure 1.
FIG. 4 is a view illustrating the nanofiber forming unit and the electroless plating unit in FIG. 1 .
5 is a view explaining a cross section of a planar heating element formed by thermal compression bonding in the thermal compression bonding unit in FIG. 1 .
6 is a view illustrating a method for manufacturing a nano-copper planar heating element according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, since the description of the present invention is only an embodiment for structural or functional description, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, since the embodiment can be changed in various ways and can have various forms, it should be understood that the scope of the present invention includes equivalents capable of realizing the technical idea. In addition, since the object or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment should include all of them or only such effects, the scope of the present invention should not be construed as being limited thereto.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.The meaning of terms described in the present invention should be understood as follows.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.Terms such as "first" and "second" are used to distinguish one component from another, and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element. It should be understood that when an element is referred to as “connected” to another element, it may be directly connected to the other element, but other elements may exist in the middle. On the other hand, when an element is referred to as being “directly connected” to another element, it should be understood that no intervening elements exist. Meanwhile, other expressions describing the relationship between components, such as “between” and “immediately between” or “adjacent to” and “directly adjacent to” should be interpreted similarly.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions should be understood to include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise, and terms such as “comprise” or “having” refer to a described feature, number, step, operation, component, part, or It should be understood that it is intended to indicate that a combination exists, and does not preclude the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless defined otherwise. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as consistent with meanings in the context of related art, and cannot be interpreted as having ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present invention.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 나노구리 면상발열체 제조 장치 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.Now, with reference to the drawings, a nano-copper planar heating element manufacturing apparatus and method according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 나노구리 면상발열체 제조 장치를 설명하는 도면이며, 도 2는 도 1에 있는 나노섬유형성부, 무전해도금부 및 열압착부를 설명하는 도면이며, 도 3은 도 1에 있는 방사용액제조부에서 사용한 고분자 폴리머의 PTC 원리를 설명하는 도면이며, 도 4는 도 1에 있는 나노섬유형성부 및 무전해도금부를 설명하는 도면이며, 도 5는 도 1에 있는 열압착부에서 열압착 형성한 면상발열체의 단면을 설명하는 도면이다.1 is a view illustrating a nano-copper planar heating element manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view illustrating a nanofiber forming unit, an electroless plating unit, and a thermal compression bonding unit in FIG. 1, and FIG. It is a view explaining the PTC principle of the polymer used in the spinning solution manufacturing unit in 1, Figure 4 is a view explaining the nanofiber forming unit and the electroless plating unit in FIG. 1, Figure 5 is a thermal compression bonding in FIG. It is a drawing explaining the cross section of the planar heating element formed by thermal compression at the part.
도 1 내지 5를 참조하면, 나노구리 면상발열체 제조 장치(10)는, 방사용액제조부(11), 나노섬유형성부(12), 무전해도금부(13), 열압착부(14)를 포함한다.1 to 5, the nano-copper planar heating
방사용액제조부(11)는, PET(polyethylene terephthalate) 필름에 고분자 폴리머와 전도성폴리머 및 금속염을 혼합하여 방사용액을 제조해 준다.The spinning
일 실시예에서, 방사용액제조부(11)는, 정온 특성을 지니는 고분자 폴리머로, PE(polyethylene), PP(polypropylene), EVA(ethylene-vinyl acetate), EEA(ethylene ethyl acrylate) 중 하나를 사용할 수 있다.In one embodiment, the spinning
일 실시예에서, 방사용액제조부(11)는, 열 용융 기능이 있는 고분자 폴리머(예로, PE, PP, EVA, EEA 등)와 전도성 폴리머 및 환원성 금속염(예로, 은)을 혼합하여 방사용액을 제조해 줄 수 있다.In one embodiment, the spinning
일 실시예에서, 방사용액제조부(11)는, 유기환원용매, 금속염(즉, 메탈염) 및 탄소섬유전구체를 혼합하여 방사용액을 제조해 줄 수도 있다.In one embodiment, the spinning
일 실시예에서, 방사용액제조부(11)는, PE, PP, EVA, EEA 등의 고분자 폴리머를 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile; PAN)에 혼합시켜 탄소섬유전구체를 생성할 수 있다.In one embodiment, the spinning
일 실시예에서, 방사용액제조부(11)는, 고분자 폴리머를 PE로 사용하는 경우에, 폴리아크릴로니트릴을 75~95%, PE를 5-25%로 혼합할 수 있다.In one embodiment, the spinning
일 실시예에서, 방사용액제조부(11)는, 방사용액 100중량%에 대하여, 5 내지 30중량%의 탄소섬유전구체를 사용할 수 있다.In one embodiment, the spinning
일 실시예에서, 방사용액제조부(11)는, 방사용액 100중량%에 대하여, 1 내지 75중량%의 금속염을 사용할 수 있다.In one embodiment, the spinning
일 실시예에서, 방사용액제조부(11)는, PTC(positive temperature coefficient) 기능을 부여하기 위한 고분자 폴리머(예로, PE, PP, EVA, EEA 등)와 전도성 폴리머 그리고 유기환원성 용매, 금속염을 혼합하여 도 2에 도시된 전기방사용액(210)을 제조해서 에이징(aging)시켜 줄 수도 있다.In one embodiment, the spinning
일 실시예에서, 방사용액제조부(11)는, 전기방사용액(210)을 에이징할 때에 에이징 온도를 유기환원성 용매의 용융점 이상으로 해 줄 수 있다.In one embodiment, the spinning
일 실시예에서, 방사용액제조부(11)는, 고분자 폴리머의 PTC 원리로, 도 3에 도시된 바와 같이, 온도 상승 시에 고분자가 열팽창하고 구리 입자의 접촉성이 낮아지도록 해 줄 수 있다.In one embodiment, the spinning
나노섬유형성부(12)는, 방사용액제조부(11)에서 제조한 방사용액을 전기 방사하여 나노섬유를 형성해 준다.The
일 실시 예에서, 나노섬유형성부(12)는, 패턴이 부착된 필름을 사용하거나, 패턴이 있는 스크린을 사용해서 전기 방사하여 패턴을 지니도록 할 수도 있다.In one embodiment, the nanofiber-forming
일 실시 예에서, 나노섬유형성부(12)는, 면상발열체 전기 방사의 경우에, 목적에 따라 전면 혹은 일부분에 실시할 수 있는데, 공급되는 필름에 패턴이 있는 필름을 부착하여 제조하거나, 패턴이 있는 필름을 스크린처럼 공급하면서 형성할 수 있다.In one embodiment, the
일 실시 예에서, 나노섬유형성부(12)는, 전기 방사 시에, 용매의 환원 효과에 의해 나노섬유의 표면에 금속염에 의한 금속이 석출되도록 할 수 있다.In one embodiment, the nanofiber-forming
일 실시 예에서, 나노섬유형성부(12)는, 가요성 면발열체의 생산 공정을 설명하는 도 2에 도시된 바와 같이, PET 필름 롤(100)을 준비하고, 원단을 전기방사장치(200)로 공급하되, 이때 가이드롤러(220, 230)를 따라 원단을 공급하게 되며, 방사용액제조부(11)에서 제조한 전기방사용액(210)을 분사하기 위한 복수 개의 노즐(240)을 생산속도에 따라 배치하여, 노즐(240)을 좌우 이동에 의해 교차 코팅시킴으로써, 전면에 고르게 코팅되어 전기 방사된 필름 모형(250)처럼 도포되도록 해 줄 수 있다.In one embodiment, the
일 실시 예에서, 나노섬유형성부(12)는, PET 필름에 도포되는 전기방사용액(210)의 양을 조절할 시에, PET 필름의 이동속도를 조절하거나, 전기방사용액의 농도를 조절하여 전기방사용액(210)의 도포 량을 조절해 줌으로써, 저항을 자유로이 조절할 수 있고 전면이나 패턴으로 방사할 수도 있다.In one embodiment, the
일 실시 예에서, 나노섬유형성부(12)는, 전면이 아닌 부분적인 회로 등의 패턴 발열체의 경우에, 도 4에 도시된 바와 같이, PET 필름에 일정한 패턴을 부여하기 위하여, 전기 방사 시에 패턴이 있는 스크린과 필름이 밀착되도록, 압착 롤러(260)를 따라 벨트 형식으로 패턴이 있는 스크린이 압착 롤러(260)를 따라 반복적으로 순환되도록 하면서 전기 방사를 실시하거나, 패턴이 있는 필름이 부착된 PET 필름에 전기 방사한 후 패턴 부분만 방사용액이 부착되도록 할 수도 있다.In one embodiment, the
무전해도금부(13)는, 나노섬유형성부(12)에서 형성한 나노섬유가 부착된 필름을 나노구리용액 속에서 무전해 도금시켜 준다.The
일 실시 예에서, 무전해도금부(13)는, 구리를 이용하여 도금할 시에 사용하는 구리용액의 경우에, 교반하지 않아도 자체적으로 분산되는 특징을 지닌 나노구리이온용액을 사용하도록 할 수 있다.In one embodiment, the
일 실시 예에서, 무전해도금부(13)는, 무전해 구리 도금 용액에 나노섬유가 코팅된 필름을 나노구리용액 속에 통과시켜, 무전해 도금을 수행할 수 있다.In one embodiment, the
일 실시 예에서, 무전해도금부(13)는, 나노섬유형성부(12)에서 전기 방사한 필름을 도 2에 도시된 무전해 전기도금장치(300)로 전달해서 구리 도금하게 되는데, 일반구리의 경우 분산력이 떨어져 흡착력이 떨어지지만, 분산력과 흡착력이 우수한 나노구리용액(320)을 사용하게 되며, 가이드롤러(310)를 따라 수지가 도포된 필름을, 해당 나노구리용액(320)으로 채워진 무전해 전기도금장치(300)로 공급하게 되며, 이에 초미세하게 분산된 나노구리용액에서 필름에 구리를 고르게 도금시킬 수 있다.In one embodiment, the
일 실시 예에서, 무전해도금부(13)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 나노섬유형성부(12)에서 전기 방사한 필름을 무전해전기도금조(300)에서 도금하도록 할 수 있다.In one embodiment, as shown in FIG. 4 , the
열압착부(14)는, 무전해도금부(13)에서 무전해 도금한 필름을 건조시켜 동박과 라미네이트 필름을 동시에 열압착 롤러로 통과시켜 열압착하여 동박을 부착하면서 절연을 동시에 실시해 준다.The
일 실시 예에서, 열압착부(14)는, 무전해도금부(13)에서 무전해 도금한 필름을 건조할 시에 건조 온도를 10 내지 100도(℃)로 해 줄 수 있다.In one embodiment, the thermal
일 실시 예에서, 열압착부(14)는, 실버페이스트 사용 없이 동박과 라미네이트 필름을 동시에 열압착 롤러를 통과시키면서 절연과 동시에 동박을 부착시킬 수 있으며, 이에 24V 이하의 직류전원을 이용하여 발열이 가능하면서 전자파 발생이 없는 면상발열체를 제조할 수 있다.In one embodiment, the
일 실시 예에서, 열압착부(14)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 무전해도금부(13)에서 무전해 도금한 필름을 건조로(400)로 통과하도록 하며, 건조로(400)를 지나갈 때 수지가 건조되면서 에이징되어 고르게 접착 부착성을 향상시켜 줄 수 있다.In one embodiment, as shown in FIG. 2, the
일 실시 예에서, 열압착부(14)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 건조로(400)를 통과한 원단의 경우에, 절연이 되어 있지 않고 전원을 공급할 수 있는 구조가 되어 있지 않으므로, 필름의 양끝에 동박필름(510)을 공급하고, 그 위로 라미네이트 필름(520)을 공급하면서 열압착 롤러(500)를 통과시켜, 동박필름과 면상발열체가 열압착되면서 고르게 접착되도록 하고, 그 위로 라미네이트 필름(520)이 구리 흡착된 면상발열체면과 동박을 압착 융착시켜 견고히 부착하여 절연되도록 함으로써, 전원의 흐름을 원활하게 한 후, 완제품 와인딩기(600)에서 와인딩 마무리되도록 해 준다.In one embodiment, as shown in FIG. 2, the
일 실시 예에서, 열압착부(14)는, 무전해도금부(13)에서 무전해 도금한 필름을 건조하여 수요처에 적합한 패턴이 있는 면상발열체를 제조하도록 할 수 있다.In one embodiment, the thermal
상술한 바와 같은 구성을 가진 나노구리 면상발열체 제조 장치(10)는, PET 필름에 메탈염 환원 효과를 이용한 나노섬유 무전해 도금 방법의 경우에, 방사용액제조부(11)가 유기환원용매, 금속염, 탄소섬유전구체 및 PTC 기능이 있는 폴리머(예로, PE, PP, EVA, EEA 등)를 혼합하여 방사용액을 제조한 다음에, 해당 제조한 방사용액을 에이징 온도에서 에이징시키며; 나노섬유형성부(12)가 방사용액을 전기 방사하여 나노섬유를 형성하며; 무전해도금부(13)가 나노섬유형성부(12)의 전기 방사로 코팅된 PET 필름을 무전해 나노구리 도금 용액에 주입시켜 나노섬유에 대한 구리 도금을 수행하며; 그리고 열압착부(14)가 무전해도금부(13)에서 도금한 나노섬유를 건조하여 면상발열체를 제조하도록 한다.In the nano-copper planar heating
열압착부(14)는, 해당 제조한 면상발열체에 구리동박을 양 끝으로 배치하고 동박과 라미네이트필름을 열압착 코팅하여, 호스키스처럼 압착하여 전극대를 형성하고, 전극대에 부착하는 전극단자의 구성을 도 5에 도시된 바와 같이, 리드선 삽입구멍과 함께 2장의 평판이 구비되도록 할 수 있다.The
열압착부(14)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 1장의 평판을 양도판으로 하고, 다른 한쪽 면의 평판을 돌기부도 포함하도록 형성한다. 이때, 돌기부는, 도 5에 도시된 바와 같이, 동박필름을 꿰뚫고 나가, 양도판의 면에 설치하여 있는 돌기삽입구멍을 통과시켜, 돌기선단을 접어 구부려 고정시켜서 설치하는 전극단자 구조로 형성하도록 할 수 있다.As shown in FIG. 5, in the thermal
상술한 바와 같은 구성을 가진 나노구리 면상발열체 제조 장치(10)는, 무전해도금부(13)가 나노섬유형성부(12)에서 전기 방사한 필름에 구리를 도금시켜, 전류를 차단하기 위한 전도성 나노구리선을 구성하는 폴리머를 형성시켜 줌으로써, 탄소계 폴리머의 초기 설정 저항이 변화를 발생하는 이상 온도(즉, 80℃∼110℃ 이내의 온도)에서 해당 폴리머가 용융하면서 저항이 증가하여, 전류가 감소하면서 온도 상승이 멈춰지고, 일정 온도 이하로 내려가면 다시 해당 폴리머가 결정화되면서 간격이 감소하며, 저항이 감소하면서 도전되도록 해 주며; 이에 도 3에 도시된 바와 같이, 온도가 상승하더라도, 온도조절장치가 없어도 항상 일정 온도 이하로 유지하도록 해 주어, 화재 발생이 없을 뿐만 아니라, 제조원가가 대단히 낮고, 전면을 고르게 가열시키며 5V 이하에서도 발열이 일어나도록 하며, 소형화가 가능하여 무선으로 소형 배터리만 있어도 100℃ 이상의 발열이 가능하여 가전이나 등산용 제품, 의료용품으로 적용이 가능하다.In the nano-copper planar heating
상술한 바와 같은 구성을 가진 나노구리 면상발열체 제조 장치(10)는, 정온 특성을 지닌 탄소계 면상발열체의 경우, 완전한 제어를 하기 위해서는, 불균일 도포가 발생하기 쉬운 결점을 고려하여, 탄소계 저항체의 이상 온도의 한계점을, 초기 설정 저항이 변화를 일으키는 이상 온도(즉, 80℃∼110℃ 이내의 온도)로 정할 수 있다.Nanocopper planar heating
상술한 바와 같은 구성을 가진 나노구리 면상발열체 제조 장치(10)는, 전기방사용액 제조 시에, PTC 기능이 있는 고분자 폴리머(예로, PE, PP, EVA, EEA등)와 전도성 폴리머를 혼합하고 메탈염을 첨가하여 전기방사용액 내 환원효과를 유도하며, 에이징 과정을 통하여 전기방사용액 안에서 나노입자를 형성하여, 촉매화 처리가 전기 방사와 동시에 연속적으로 균일하게 수행되도록 한 후에, 자체 분산력과 접착력이 있는 나노구리용액에서 무전해 전기도금을 하여 금속코팅을 실시하고 건조하여 동박과 라미네이트 필름을 열융착시켜 면상발열체를 제조할 수 있다.Nanocopper planar heating
상술한 바와 같은 구성을 가진 나노구리 면상발열체 제조 장치(10)는, 정온 특성을 지니는 고분자 폴리머(예로, PE, PP, EVA, EEA 등)와 전도성 폴리머 및 환원성 금속염을 혼합하여 전면이나 패턴으로 전기 방사하고 나노구리용액 속에서 전기 도금하여 면상발열체를 제조함으로써, 발열체의 온도를 온도조절장치 없이도 PTC 기능을 수행하여 안전한 온도 이하로 제어하여 화재의 위험성이 없는 기능을 구비한 동시에, 직류전원을 사용하여 전자파가 없도록 할 수 있다.The nano-copper planar heating
상술한 바와 같은 구성을 가진 나노구리 면상발열체 제조 장치(10)는, PET 필름에 전도성 폴리머와, 환원성이 우수한 은과, 정온 특성을 지니는 고분자 폴리머(예로, PE, PP, EVA, EEA 등)를 혼합하여 에이징한 후, 전면이나 패턴방식으로 전기 방사하고, 전기 방사된 제품을 교반하지 않아도 자연 분산되는 특징을 지닌 나노구리도금액이 채워진 도금조(300)에서 무전해 전기도금을 실시하여 구리를 도금시키고, 도금된 필름을 건조기(400)에서 건조하며, 건조된 필름의 경우에 면상발열체를 완성하기 위하여, 양쪽 끝으로 동박이 공급되면서 전면을 라미네이팅하여 절연함으로써, 고온에 의한 화재 등의 면발열체의 결점이 없는 발화 방지 기능을 구비한 가요성 면상발열체를 제조할 수 있다.Nano-copper planar heating
상술한 바와 같은 구성을 가진 나노구리 면상발열체 제조 장치(10)는, 독립셀 구조를 띄기 위해 가로방향과 세로방향의 두 공정의 도입이 없고, 독립 셀을 형성하기 위하여 적용되는 실버페이스트의 프린팅 없이도, PTC 기능을 띄면서도 경제성이 우수한 난방필름을 생산할 수 있다.The nano-copper planar heating
일반 탄소계 면상발열체의 경우에 저항이 수 KΩ 이상으로 높지만, 상술한 바와 같은 구성을 가진 나노구리 면상발열체 제조 장치(10)는, 전기 방사를 이용한 면상발열체의 경우 저항이 10옴 이하로 대단히 낮아 저전압에서도 고열을 낼 수 있을 뿐 아니라, 테이블 또는 피아노 등의 무거운 가구의 밑에 두어도 저항 변화하지 않으며, 부분적으로 손상되어도 고르게 전부분이 발열하는 면상발열체를 제조할 수 있으며, 또한 발열체 위에 물건이 놓여 있으나 없으나 고르게 온도가 분포되고 일정 온도 이상에서는 저항이 상승하여 발열이 되지 않는 면상발열체로, 주택용 발열체 또는 침구의 보온에 안심하고 적응할 수 있는 PTC 기능이 있는 면상발열체를 제조할 수 있으며, 이에 가정용 난방에서 건강에 해로운 전자파의 발생을 억제하기 위하여 낮은 직류전원을 사용하여 전자파 발생이 되지 않도록 할 수 있다.In the case of a general carbon-based planar heating element, the resistance is as high as several KΩ or more, but the nano-copper planar heating
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 나노구리 면상발열체 제조 방법을 설명하는 도면이다.6 is a view illustrating a method for manufacturing a nano-copper planar heating element according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 방사용액제조부(11)에서는, PET 필름에 고분자 폴리머와 전도성폴리머 및 금속염을 혼합하여 방사용액을 제조해 주게 된다(S100).Referring to FIG. 6, in the spinning
상술한 단계 S100에서 방사용액을 제조함에 있어서, 방사용액제조부(11)에서는, 정온 특성을 지니는 고분자 폴리머로, PE, PP, EVA, EEA 중 하나를 사용할 수 있다.In preparing the spinning solution in the above-described step S100, in the spinning
상술한 단계 S100에서 방사용액을 제조함에 있어서, 방사용액제조부(11)에서는, 열 용융 기능이 있는 고분자 폴리머(예로, PE, PP, EVA, EEA 등)와 전도성 폴리머 및 환원성 금속염(예로, 은)을 혼합하여 방사용액을 제조해 줄 수 있다.In preparing the spinning solution in the above-described step S100, in the spinning
상술한 단계 S100에서 방사용액을 제조함에 있어서, 방사용액제조부(11)에서는, 유기환원용매, 금속염 및 탄소섬유전구체를 혼합하여 방사용액을 제조해 줄 수도 있다.In preparing the spinning solution in step S100 described above, in the spinning
상술한 단계 S100에서 방사용액을 제조함에 있어서, 방사용액제조부(11)에서는, PE, PP, EVA, EEA 등의 고분자 폴리머를 폴리아크릴로니트릴에 혼합시켜 탄소섬유전구체를 생성할 수 있다.In preparing the spinning solution in the above-described step S100, in the spinning
상술한 단계 S100에서 방사용액을 제조함에 있어서, 방사용액제조부(11)에서는, 고분자 폴리머를 PE로 사용하는 경우에, 폴리아크릴로니트릴을 75~95%, PE를 5-25%로 혼합할 수 있다.In preparing the spinning solution in the above-described step S100, in the spinning
상술한 단계 S100에서 방사용액을 제조함에 있어서, 방사용액제조부(11)에서는, 방사용액 100중량%에 대하여, 5 내지 30중량%의 탄소섬유전구체를 사용할 수 있다.In preparing the spinning solution in step S100 described above, in the spinning
상술한 단계 S100에서 방사용액을 제조함에 있어서, 방사용액제조부(11)에서는, 방사용액 100중량%에 대하여, 1 내지 75중량%의 금속염을 사용할 수 있다.In preparing the spinning solution in step S100 described above, in the spinning
상술한 단계 S100에서 방사용액을 제조함에 있어서, 방사용액제조부(11)에서는, PTC 기능을 부여하기 위한 고분자 폴리머(예로, PE, PP, EVA, EEA 등)와 전도성 폴리머 그리고 유기환원성 용매, 금속염을 혼합하여 도 2에 도시된 전기방사용액(210)을 제조해서 에이징시켜 줄 수도 있다.In preparing the spinning solution in the above-described step S100, in the spinning
상술한 단계 S100에서 방사용액을 제조함에 있어서, 방사용액제조부(11)에서는, 전기방사용액(210)을 에이징할 때에 에이징 온도를 유기환원성 용매의 용융점 이상으로 해 줄 수 있다.In preparing the spinning solution in the above-described step S100, in the spinning
상술한 단계 S100에서 방사용액을 제조함에 있어서, 방사용액제조부(11)에서는, 고분자 폴리머의 PTC 원리로, 도 3에 도시된 바와 같이, 온도 상승 시에 고분자가 열팽창하고 구리 입자의 접촉성이 낮아지도록 해 줄 수 있다.In preparing the spinning solution in the above-described step S100, in the spinning
상술한 단계 S100에서 방사용액을 제조함에 있어서, PET 필름에 메탈염 환원 효과를 이용한 나노섬유 무전해 도금 방법의 경우에, 방사용액제조부(11)에서는, 유기환원용매, 금속염, 탄소섬유전구체 및 PTC 기능이 있는 폴리머(예로, PE, PP, EVA, EEA 등)를 혼합하여 방사용액을 제조한 다음에, 해당 제조한 방사용액을 에이징 온도에서 에이징시켜 줄 수 있다.In preparing the spinning solution in step S100 described above, in the case of the nanofiber electroless plating method using the metal salt reduction effect on the PET film, in the spinning
상술한 단계 S100에서 방사용액을 제조한 다음에, 나노섬유형성부(12)에서는, 방사용액제조부(11)에서 제조한 방사용액을 전기 방사하여 나노섬유를 형성해 주게 된다(S200).After preparing the spinning solution in step S100 described above, in the
상술한 단계 S200에서 나노섬유를 형성함에 있어서, 나노섬유형성부(12)에서는, 패턴이 부착된 필름을 사용하거나, 패턴이 있는 스크린을 사용해서 전기 방사하여 패턴을 지니도록 할 수도 있다.In forming the nanofibers in step S200 described above, in the
상술한 단계 S200에서 나노섬유를 형성함에 있어서, 나노섬유형성부(12)에서는, 면상발열체 전기 방사의 경우에, 목적에 따라 전면 혹은 일부분에 실시할 수 있는데, 공급되는 필름에 패턴이 있는 필름을 부착하여 제조하거나, 패턴이 있는 필름을 스크린처럼 공급하면서 형성할 수 있다.In forming the nanofibers in the above-described step S200, in the
상술한 단계 S200에서 나노섬유를 형성함에 있어서, 나노섬유형성부(12)에서는, 전기 방사 시에, 용매의 환원 효과에 의해 나노섬유의 표면에 금속염에 의한 금속이 석출되도록 할 수 있다.In forming the nanofibers in step S200 described above, in the
상술한 단계 S200에서 나노섬유를 형성함에 있어서, 나노섬유형성부(12)에서는, 가요성 면발열체의 생산 공정을 설명하는 도 2에 도시된 바와 같이, PET 필름 롤(100)을 준비하고, 원단을 전기방사장치(200)로 공급하되, 이때 가이드롤러(220, 230)를 따라 원단을 공급하게 되며, 방사용액제조부(11)에서 제조한 전기방사용액(210)을 분사하기 위한 복수 개의 노즐(240)을 생산속도에 따라 배치하여, 노즐(240)을 좌우 이동에 의해 교차 코팅시킴으로써, 전면에 고르게 코팅되어 전기 방사된 필름 모형(250)처럼 도포되도록 해 줄 수 있다.In forming the nanofibers in the above-described step S200, in the
상술한 단계 S200에서 나노섬유를 형성함에 있어서, 나노섬유형성부(12)에서는, PET 필름에 도포되는 전기방사용액(210)의 양을 조절할 시에, PET 필름의 이동속도를 조절하거나, 전기방사용액의 농도를 조절하여 전기방사용액(210)의 도포 량을 조절해 줌으로써, 저항을 자유로이 조절할 수 있고 전면이나 패턴으로 방사할 수도 있다.In forming the nanofibers in the above-described step S200, in the
상술한 단계 S200에서 나노섬유를 형성함에 있어서, 나노섬유형성부(12)에서는, 전면이 아닌 부분적인 회로 등의 패턴 발열체의 경우에, 도 4에 도시된 바와 같이, PET 필름에 일정한 패턴을 부여하기 위하여, 전기 방사 시에 패턴이 있는 스크린과 필름이 밀착되도록, 압착 롤러(260)를 따라 벨트 형식으로 패턴이 있는 스크린이 압착 롤러(260)를 따라 반복적으로 순환되도록 하면서 전기 방사를 실시하거나, 패턴이 있는 필름이 부착된 PET 필름에 전기 방사한 후 패턴 부분만 방사용액이 부착되도록 할 수도 있다.In forming the nanofibers in the above-described step S200, in the
상술한 단계 S200에서 나노섬유를 형성함에 있어서, PET 필름에 메탈염 환원 효과를 이용한 나노섬유 무전해 도금 방법의 경우에, 나노섬유형성부(12)에서는, 방사용액을 전기 방사하여 나노섬유를 형성해 줄 수 있다.In forming the nanofibers in step S200 described above, in the case of the nanofiber electroless plating method using the metal salt reduction effect on the PET film, in the
상술한 단계 S200에서 나노섬유를 형성한 다음에, 무전해도금부(13)에서는, 나노섬유형성부(12)에서 형성한 나노섬유가 부착된 필름을 나노구리용액 속에서 무전해 도금시켜 주게 된다(S300).After forming the nanofibers in step S200 described above, in the
상술한 단계 S300에서 무전해 도금시켜 줌에 있어서, 무전해도금부(13)에서는, 구리를 이용하여 도금할 시에 사용하는 구리용액의 경우에, 교반하지 않아도 자체적으로 분산되는 특징을 지닌 나노구리이온용액을 사용하도록 할 수 있다.In the electroless plating in the above-described step S300, in the
상술한 단계 S300에서 무전해 도금시켜 줌에 있어서, 무전해도금부(13)에서는, 무전해 구리 도금 용액에 나노섬유가 코팅된 필름을 나노구리용액 속에 통과시켜, 무전해 도금을 수행할 수 있다.In the electroless plating in step S300 described above, in the
상술한 단계 S300에서 무전해 도금시켜 줌에 있어서, 무전해도금부(13)에서는, 나노섬유형성부(12)에서 전기 방사한 필름을 도 2에 도시된 무전해 전기도금장치(300)로 전달해서 구리 도금하게 되는데, 일반구리의 경우 분산력이 떨어져 흡착력이 떨어지지만, 분산력과 흡착력이 우수한 나노구리용액(320)을 사용하게 되며, 가이드롤러(310)를 따라 수지가 도포된 필름을, 해당 나노구리용액(320)으로 채워진 무전해 전기도금장치(300)로 공급하게 되며, 이에 초미세하게 분산된 나노구리용액에서 필름에 구리를 고르게 도금시킬 수 있다.In the electroless plating in step S300 described above, in the
상술한 단계 S300에서 무전해 도금시켜 줌에 있어서, 무전해도금부(13)에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 나노섬유형성부(12)에서 전기 방사한 필름을 무전해전기도금조(300)에서 도금하도록 할 수 있다.In the electroless plating in step S300 described above, in the
상술한 단계 S300에서 무전해 도금시켜 줌에 있어서, PET 필름에 메탈염 환원 효과를 이용한 나노섬유 무전해 도금 방법의 경우에, 무전해도금부(13)에서는, 나노섬유형성부(12)의 전기 방사로 코팅된 PET 필름을 무전해 나노구리 도금 용액에 주입시켜 나노섬유에 대한 구리 도금을 수행할 수 있다.In the electroless plating in step S300 described above, in the case of the nanofiber electroless plating method using the metal salt reduction effect on the PET film, in the
상술한 단계 S300에서 무전해 도금시켜 줌에 있어서, 무전해도금부(13)에서는, 나노섬유형성부(12)에서 전기 방사한 필름에 구리를 도금시켜, 전류를 차단하기 위한 전도성 나노구리선을 구성하는 폴리머를 형성시켜 줌으로써, 탄소계 폴리머의 초기 설정 저항이 변화를 발생하는 이상 온도(즉, 80℃∼110℃ 이내의 온도)에서 해당 폴리머가 용융하면서 저항이 증가하여, 전류가 감소하면서 온도 상승이 멈춰지고, 일정 온도 이하로 내려가면 다시 해당 폴리머가 결정화되면서 간격이 감소하며, 저항이 감소하면서 도전되도록 해 주며; 이에 도 3에 도시된 바와 같이, 온도가 상승하더라도, 온도조절장치가 없어도 항상 일정 온도 이하로 유지하도록 해 주어, 화재 발생이 없을 뿐만 아니라, 제조원가가 대단히 낮고, 전면을 고르게 가열시키며 5V 이하에서도 발열이 일어나도록 하며, 소형화가 가능하여 무선으로 소형 배터리만 있어도 100℃ 이상의 발열이 가능하여 가전이나 등산용 제품, 의료용품으로 적용이 가능하도록 해 줄 수 있다.In the electroless plating in step S300 described above, in the
상술한 단계 S300에서 무전해 도금시켜 줌에 있어서, 정온 특성을 지닌 탄소계 면상발열체의 경우, 무전해도금부(13)에서는, 완전한 제어를 하기 위해서, 불균일 도포가 발생하기 쉬운 결점을 고려하여, 탄소계 저항체의 이상 온도의 한계점을, 초기 설정 저항이 변화를 일으키는 이상 온도(즉, 80℃∼110℃ 이내의 온도)로 정할 수 있다.In the electroless plating in step S300 described above, in the case of a carbon-based planar heating element having constant temperature characteristics, in the
상술한 단계 S300에서 무전해 도금시켜 준 후에, 열압착부(14)에서는, 무전해도금부(13)에서 무전해 도금한 필름을 건조시켜 동박과 라미네이트 필름을 동시에 열압착 롤러로 통과시켜 열압착하여 동박을 부착하면서 절연을 동시에 실시해 주게 된다(S400).After electroless plating in step S300 described above, in the thermal
상술한 단계 S400에서 열압착함에 있어서, 열압착부(14)에서는, 무전해도금부(13)에서 무전해 도금한 필름을 건조할 시에 건조 온도를 10 내지 100도(℃)로 해 줄 수 있다.In the thermocompression bonding in step S400 described above, in the
상술한 단계 S400에서 열압착함에 있어서, 열압착부(14)에서는, 실버페이스트 사용 없이 동박과 라미네이트 필름을 동시에 열압착 롤러를 통과시키면서 절연과 동시에 동박을 부착시킬 수 있으며, 이에 24V 이하의 직류전원을 이용하여 발열이 가능하면서 전자파 발생이 없는 면상발열체를 제조할 수 있다.In the thermal compression bonding in step S400 described above, in the thermal
상술한 단계 S400에서 열압착함에 있어서, 열압착부(14)에서는, 무전해도금부(13)에서 무전해 도금한 필름을 건조로(400)로 통과하도록 하며, 건조로(400)를 지나갈 때 수지가 건조되면서 에이징되어 고르게 접착 부착성을 향상시켜 줄 수 있다.In the thermal compression bonding in step S400 described above, in the thermal
상술한 단계 S400에서 열압착함에 있어서, 열압착부(14)에서는, 건조로(400)를 통과한 원단의 경우에, 절연이 되어 있지 않고 전원을 공급할 수 있는 구조가 되어 있지 않으므로, 필름의 양끝에 동박필름(510)을 공급하고, 그 위로 라미네이트 필름(520)을 공급하면서 열압착 롤러(500)를 통과시켜, 동박필름과 면상발열체가 열압착되면서 고르게 접착되도록 하고, 그 위로 라미네이트 필름(520)이 구리 흡착된 면상발열체면과 동박을 압착 융착시켜 견고히 부착하여 절연되도록 함으로써, 전원의 흐름을 원활하게 한 후, 완제품 와인딩기(600)에서 와인딩 마무리되도록 해 준다.In the thermal compression bonding in the above-described step S400, in the thermal
상술한 단계 S400에서 열압착함에 있어서, 열압착부(14)에서는, 무전해도금부(13)에서 무전해 도금한 필름을 건조하여 면상발열체를 제조하도록 하되, 수요처에 적합한 패턴이 있는 면상발열체를 제조하도록 할 수 있다.In the thermal compression bonding in step S400 described above, in the thermal
상술한 단계 S400에서 열압착함에 있어서, 열압착부(14)에서는, 건조기(400)에서 건조한 면상발열체에 구리동박을 양 끝으로 배치하고 동박과 라미네이트필름을 열압착 코팅하여, 호스키스처럼 압착하여 전극대를 형성하고, 전극대에 부착하는 전극단자의 구성을 도 5에 도시된 바와 같이, 리드선 삽입구멍과 함께 2장의 평판이 구비되도록 할 수 있다.In the thermal compression bonding in the above-described step S400, in the thermal
상술한 단계 S400에서 열압착함에 있어서, 열압착부(14)에서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 1장의 평판을 양도판으로 하고, 다른 한쪽 면의 평판을 돌기부도 포함하도록 형성해 줄 수 있다.In the thermal compression bonding in step S400 described above, in the thermal
상술한 단계 S400에서 열압착함에 있어서, 열압착부(14)에서는, 돌기부의 경우에, 도 5에 도시된 바와 같이, 동박필름을 꿰뚫고 나가, 양도판의 면에 설치하여 있는 돌기삽입구멍을 통과시켜, 돌기선단을 접어 구부려 고정시켜서 설치하는 전극단자 구조로 형성하도록 할 수 있다.In the thermal compression bonding in the above-described step S400, in the case of the projections, in the thermal
이상, 본 발명의 실시 예는 상술한 장치 및/또는 운용방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다. 이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.As described above, the embodiments of the present invention are not implemented only through the above-described device and/or operating method, but through a program for realizing functions corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention and a recording medium on which the program is recorded. It may be implemented, and such an implementation can be easily implemented by an expert in the technical field to which the present invention belongs based on the description of the above-described embodiment. Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also included in the scope of the present invention. that fall within the scope of the right.
10: 나노구리 면상발열체 제조 장치
11: 방사용액제조부
12: 나노섬유형성부
13: 무전해도금부
14: 열압착부
100: PET 필름 롤
200: 전기방사장비
210: 전기방사용액
220, 230: 가이드롤러
240: 노즐
250: 전기 방사된 필름 모형
260: 스크린 로라
270: 전기 방사된 패턴 필름 모형
300: 무전해 전기도금
310: 가이드롤러
320: 나노구리용액
330: 구리 도금된 필름 모형
340: 패턴이 있는 면상발열체
400: 건조기
500: 가열압착롤러
510: 동박필름
520: 라미네이트필름
530: 라미네이트된 필름모형
600: 완제품 와인딩기
S100: 방사용액제조단계
S200: 나노섬유형성단계
S300: 무전해도금단계
S400: 열압착단계10: nano-copper planar heating element manufacturing device
11: spinning solution production unit
12: nanofiber forming unit
13: electroless plating unit
14: thermocompression bonding
100: PET film roll
200: electrospinning equipment
210: electrospinning solution
220, 230: guide roller
240: nozzle
250: electrospun film model
260: screen roller
270: electrospun patterned film model
300: electroless electroplating
310: guide roller
320: nano copper solution
330: copper plated film model
340: planar heating element with pattern
400: dryer
500: hot pressing roller
510: copper foil film
520: laminate film
530: laminated film model
600: finished product winding machine
S100: Spinning solution manufacturing step
S200: nanofiber formation step
S300: electroless plating step
S400: Thermal compression step
Claims (5)
상기 방사용액제조부에서 제조한 방사용액을 전기 방사하여 나노섬유를 형성하는 나노섬유형성부;
상기 나노섬유형성부에서 형성한 나노섬유가 부착된 필름을 나노구리용액 속에서 무전해 도금시켜 주는 무전해도금부; 및
상기 무전해도금부에서 무전해 도금한 필름을 건조시켜 동박과 라미네이트 필름을 동시에 열압착 롤러로 통과시켜 열압착하여 동박을 부착하면서 절연을 동시에 실시하는 열압착부를 포함하는 나노구리 면상발열체 제조 장치.
A spinning solution preparation unit for preparing a spinning solution by mixing a high molecular weight polymer, a conductive polymer, and a metal salt on a PET film;
Nanofiber forming unit for forming nanofibers by electrospinning the spinning solution prepared in the spinning solution production unit;
an electroless plating unit for electrolessly plating the nanofiber-attached film formed in the nanofiber forming unit in a nano-copper solution; and
Drying the electroless plated film in the electroless plating unit to pass the copper foil and the laminate film through a thermal compression roller at the same time and thermally compressing the nanocopper planar heating element manufacturing device including a thermal compression bonding unit that simultaneously performs insulation while attaching the copper foil.
PE, PP, EVA, EEA 중 하나를 상기 고분자 폴리머로 사용하는 것을 특징으로 하는 나노구리 면상발열체 제조 장치.
According to claim 1, wherein the spinning solution production unit,
Nanocopper planar heating element manufacturing apparatus, characterized in that using one of PE, PP, EVA, EEA as the polymer.
환원성 금속염인 은을 상기 금속염으로 사용하는 것을 특징으로 하는 나노구리 면상발열체 제조 장치.
According to claim 1, wherein the spinning solution production unit,
Nano-copper planar heating element manufacturing apparatus, characterized in that using silver, which is a reducing metal salt, as the metal salt.
유기환원용매, 금속염 및 탄소섬유전구체를 혼합하여 방사용액을 제조하는 것을 특징으로 하는 나노구리 면상발열체 제조 장치.
According to claim 1, wherein the spinning solution production unit,
An apparatus for producing a nano-copper planar heating element, characterized in that for preparing a spinning solution by mixing an organic reducing solvent, a metal salt and a carbon fiber precursor.
나노섬유형성부가 상기 방사용액제조부에서 제조한 방사용액을 전기 방사하여 나노섬유를 형성하는 단계;
무전해도금부가 상기 나노섬유형성부에서 형성한 나노섬유가 부착된 필름을 나노구리용액 속에서 무전해 도금시켜 주는 단계; 및
열압착부가 상기 무전해도금부에서 무전해 도금한 필름을 건조시켜 동박과 라미네이트 필름을 동시에 열압착 롤러로 통과시켜 열압착하여 동박을 부착하면서 절연을 동시에 실시하는 단계를 포함하는 나노구리 면상발열체 제조 방법.Preparing a spinning solution by mixing a high-molecular polymer and a conductive polymer and a metal salt on the PET film by the spinning solution production unit;
Forming nanofibers by electrospinning the spinning solution prepared by the nanofiber forming unit in the spinning solution production unit;
electrolessly plating the film to which the nanofibers formed in the nanofiber forming unit by the electroless plating unit are electrolessly plated in a nano-copper solution; and
Nano-copper planar heating element manufacturing method comprising the step of drying the electroless plated film in the electroless plating unit by the thermal compression bonding unit, passing the copper foil and the laminate film through a thermal compression roller at the same time, thermally compressing the film, and simultaneously performing insulation while attaching the copper foil. .
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