KR920010713B1 - 사상발열체의 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

사상발열체의 제조방법

제1도는 본 발명에 사용될 수 있는 구금 단면도.

제2도는 본 발명에 의한 제조되는 사상발열체의 단면도.

제3도는 본 발명의 공정개략도.

제4도는 내구성 향상을 위한 후공정 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 심부로서 도전성 미립자가 분삼 함유되지 않은 고분자 중합체

2 : 초부로서 도전성 미립자가 분산 함유된 고분자 중합체

3 : 도전성 미립자 4 : 냉각존

5 : 가이드로울러 6 : 제1연신로울러

7 : 제2연신로울러 8 : 권취로울러

9 : 폴리우레탄수지용액조 10 : 다이

11 : 건조기 12 : 권취로울러

본 발명은 사상(絲狀) 발열체의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도전성 미립자를 분산 함유한 도전성 고분자 중합체와 도전성 미립자가 포함되지 않은 고분자 중합체를 각각 용융시키고 이를 압출기를 통해 심초 형상의 방사구금 장치로 방사후 연신하고 후가공처리하므로서 가소성이 우수하고 장시간 사용에도 내구성이 뛰어난 사상발열체를 얻을 수 있는 제조방법을 제공하려는 것이다.

종래부터 기계류의 보온 내지 가열용으로 금속도선으로 된 가소성 발열선이 사용되어 왔으며, 특히 전기 모포, 카페트등의 생활용품에 널리 보급되어 그 편리함으로 앞으로 더욱 수요가 증가될 전망이다.

그러나 이들 발열체에는 스테인레스선, 니크롬선 등의 금속세선으로 된 저항체가 사용되어 왔으며, 발열체를 이용하는 제품들이 가소성을 요구하는 경우에는 매우 가는 저항선을 스파이랄 구조로 한 것을 사용하거나 포지위에 카본을 수지바인더로 부착시킨 것을 사용하였다.

그러나 이들 어느것이나 내굴곡성, 내마찰성이 부족하여 가소성이 불량하여 이에 대한 개선이 요구되고 있다.

선출원 일본 공개특허 소 51-109321호에서는 가소성이 풍부한 사상발열체를 얻기 위하여 나일론 콘쥬게이트 필라멘트를 가열에 의해 연화시키거나 팽윤제로 팽윤시켜 카본블랙 입자를 필라멘트 표층부에 고착시켜 사상발열체를 얻을려고 하였으나 이 방법에 의한 사상발열체는 길이당 저항치가 너무 높고, 또한 저항치의 변동이 심하여 발열소자로서는 적당하지 않은 것이었다.

다른 방법으로는 보강재인 심사에 아크릴수지등의 접착제를 도포한 후 도전성 미립자를 접착시키는 방법인 선출원 일본 공개특허 소 40-15750호가 있으나 이 방법으로는 카본입자를 균일하게 고착시키는 것이 어려워서 저항치의 편차가 커져 공업적으로 안정하게 제조하기 어려운 단점이 있다.

또한 직쇄저밀도 폴리에틸렌과 폴리프로필렌 혹은 고밀도 폴리에틸렌에 카본입자가 그라파이트 입자를 분산시킨 도전성 수지를 필름으로 성형하여 면상발열체로 하는 방법인 선출원 일본 공개특허 소 58-223209호가 있으나 이 방법은 발열체로서 내굴곡성, 내마찰성이 떨어지며 가소성이 부족하여 용도가 한정되어 있다.

그밖에 선출원 일본 공개특허 소 63-270869호는 심사위에 도전성 미립자를 현탁시킨 합성수지 용액을 계량장치에 의해 계량하고 다이를 통해 부착시키고 건조고착에 의해 사상발열체를 만드는 방법이지만 심사와 합성수지 용액의 성분이 달라 심사와 합성수지의 상용성이 불량하여 장기간 사용시 두성분의 계면에서 박리현상이 발생하기 쉬운 단점이 있다.

따라서 본 발명에서는 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 도전성 미립자를 분산 함유한 도전성 고분자 중합체를 도전성 미립자가 포함되지 않은 고분자 중합체와 함께 심초형으로 용융방사함으로써 가소성이 우수하고 장시간 사용에도 내구성이 뛰어난 사상발열체를 얻을 수 있는 제조방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명의 제조방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도전성 미립자를 분산 함유하는 고분자 중합체와 도전성 미립자를 포함하지 않은 고분자 중합체를 각각 용융시키고 이를 압출기를 통해 심초형상의 방사구금 장치에서 도전성 미립자를 함유하지 않은 고분자 중합체는 심부로, 도전성 미립자를 함유한 고분자 중합체는 초부로 보내 방사, 연신하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 사상발열체의 제조방법이다.

본 발명에 이용되는 고분자 중합체로는 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리비닐알콜, 폴리염화비닐등 통상의 합성섬유 고분자 중합체가 사용된다.

이중에서도 특히 폴리아미드나 폴리에스테르계 고분자 중합체가 바람직하다.

또한 도전성 미립자가 함유된 고분자 중합체와 포함되지 않은 고분자 중합체가 서로 이종의 것이어도 좋으나 두 고분자 중합체사이의 상용성, 방사, 연신시의 조업성 및 사상발열체로 된 후의 성능 즉, 내굴곡성, 내마찰성, 장기간 사용에 의한 계면에서의 분리현상 방지등의 면에서 동종의 고분자 중합체를 사용하는 것이 더 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 도전성 미립자로는 카본블랙 또는 금속분말에서 선택되는 1종 이상의 것으로서, 금속분말로는 니켈, 구리, 주석, 알미늄 등의 분말등이 사용된다.

카본블랙의 경우는 통상 미립자로 시판되는 것을 사용할 수 있으며, 입자크기는 0.1~40㎛의 것이 사용된다.

이때 카본블랙의 입자크기가 40㎛보다 클 경우는 분산성이 나빠서 사절등의 문제를 일으킨다.

또한 고분자 중합체에 배합되는 양으로서는 초부를 형성하는 고분자 중합체에 대하여 5~60중량%, 바람직하게는 7~30중량%이다.

배합량이 5중량% 미만이면 저항치가 너무 높게 되어 단위면적당 발열량이 저하되고 60중량%를 넘으면 방사하기가 어려울뿐만 아니라 방사가 되더라도 연신시 초부에 균열이 생기거나 절단되어 사상발열체로서 사용하기 어렵게 된다.

이때 그라파이트를 적당히 포함시켜 도전성을 상승시킬 수 있다.

본 발명에서 사용되는 방사구금으로서는 통상의 복합방사에 사용되는 심초상의 것으로 제1도에 나타낸 것을 사용한다.

또한 초부의 형태를 변화시킴으로써 사상발열체의 단면을 용도에 맞게 다양하게 변화시킬 수 있다.

제2도에서 1은 심부를 구성하는 도전성 미립자를 분산 함유하지 않은 고분자 중합체이고, 2는 초부를 형성하는 도전성 미립자를 분산 함유하는 고분자 중합체로서 발열층으로서 작용되게 되며, 3은 도전성 미립자를 나타낸다.

본 발명에 있어서 구금을 통과하여 방사된 사상발열체는 냉각후 권취하여 별도의 연신공정을 거치거나 또는 방사직후 연속하여 연신공정을 거칠 수 있다.

그러나 생산성면에서 방사직후 연신공정을 거치는 것이 더 바람직하다.

본 발명에서 연신은 로울러계의 표면 속도차를 이용하는 통상의 연신 방법을 사용할 수 있으며, 제3도의 그 일례를 나타낸다.

즉, 방사직후 냉각존, 가이드로울러를 거쳐 제1연신로울러 및 제2연신로울러에서 연신비 3.1~6.5로 통상의 연신을 하여 권취로울러에 권취한다.

제1연신로울러 및 제2연신로울러의 온도는 사용된 고분자 중합체에 따라 적절하게 조절, 사용할 수 있으며, 통상의 폴리에틸렌테레프탈레이트인 경우에는 각각 70~150℃, 120~230℃로 조절하는 것이 바람직하다.

이렇게 하여 만들어진 사상발열체는 다음의 후공정을 거침으로서 내마모성을 더욱 높여 내구성을 향상시킬 수 있다.

즉, 에스테르계 폴리우레탄 수지를 메틸에틸케톤과 디메틸포름아미드를 중량비 80 : 20의 혼합 용매에 용해시킨 수지용액에 본 발명의 사상발열체를 침지시켜 수지용액을 도포한 후 사상발열체보다 직경이 10~1,000㎛ 정도의 큰 다이를 통과시키면서 여분의 수지를 제거한 후 건조장치를 통과시켜 건조 고착시킨다.

본 발명으로 제조된 사상발열체의 저항치는 고분자 중합체에 분산 함유된 도전성 미립자의 함유량 및 초부의 단면적에 의해 적절히 조절할 수 있으며, 발열성능면에서 보면 1~100kΩ/m, 바람직하게는 3~55kΩ/m가 좋다.

저항치가 1kΩ/m 미만이면 단위길이당 발열량이 너무 크고 또 100kΩ/m를 초과하면 단위길이당 발열량이 너무 적기 때문에 본 발명의 사상발열체의 주요 용도의 하나인 균일하게 가열 가능한 발열체로서 적당치 못하다.

이하 실시예 및 비교예에 따라 본 발명을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

[실시예]

평균입자 크기가 40㎛인 카본블랙을 고분자 중합체에 대하여 40중량%, 평균입자 크기가 10㎛인 그라파이트가 10중량% 분산 함유된 폴리에스테르 마스터칩과 카본블랙, 그라파이트가 분산 함유되지 않은 상기 폴리에스테르 마스터칩을 각각 고온 용기에 넣고 가열 용융시킨 후 제1a도와 같은 형상의 단면을 가진 방사구금을 통하여 방사속도 450m/min으로 방사하고 이어서 95℃의 제1연신로울러와 185℃의 제2연신로울러를 통하여 총연신 3.4배로 연신하였다.

이렇게 하여 얻어진 필라멘트의 섬도는 250데니어이었으며, 이를 폴리에스테르형 폴리우레탄 수지를 메틸에틸케톤과 디메틸포름아미드 혼합용매에 용해시킨 수지용액에 침지시킨 후 전기 사상발열체보다 직경이 200㎛ 큰 다이를 통과시키고 이어서 180℃로 가열된 길이 2m의 건조기를 통하여 건조 고착시켰다.

얻어진 사상발열체를 25cm 간격으로 절단하여 50개에 대하여 저항치를 측정하였다.

또한 절단굴곡회수 및 절단마모회수를 측정하여 표 1에 나타내었다.

[실시예 2~4]

카본블랙과 그라파이트의 함유량을 표 1과 같이 변화시키고, 그외는 실시예 1과 동일한 방법으로 사상발열체를 제조하였다.

[비교예 1]

평균입자 크기 40㎛인 카본블랙을 고분자 중합체에 대하여 4중량% 함유된 폴리에스테르 마스터칩을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 사상발열체를 제조하였다.

[비교예 2]

카본블랙을 고분자 중합체에 대하여 70중량% 함유시킨 폴리에스테르 마스터칩을 사용하여 비교예 1과 같은 방법으로 제조하였다.

[비교예 3]

카본블랙이 고분자 중합체에 대하여 40중량% 함유된 폴리에스테르 마스터칩을 사용하여 통상의 원형단면 방사구금 장치를 통하여 방사하고 실시예 1과 동일조건으로 연신하여 사상발열체를 제조하였다.

[표 1]

Claims (1)

1. 카본블랙, 니켈, 구리, 주석, 알미늄 등의 금속분말중 적어도 1종 이상의 도전성 미립자를 분산 배합시킨 고분자 중합체 5~60중량%를 초성분으로 하고 도전성 미립자가 배합되지 않은 고분자 중합체를 심성분으로 하여 용융방사하여 심초상으로 형성시킨 후 연신하고, 후가공처리로 폴리우레탄 수지에 침지하여 제조하는 것을 특징으로 하는 사상발열체의 제조방법.