KR950014782B1 - Forming method for conductivity high molecular sheet - Google Patents

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Abstract

The electroconductive polymer sheet is manufactured by heating the polymer sheet at 40deg.C around the melting point(Tm) of the polymer by applying a voltage in order to control the electric resistance exactly. The applied voltage is controlled automatically for the sheet to have a constant resistance by monitoring the applied electric current. The used equipment comprises sheet-forming machine such as extruder(1), continuous heating furnace(4), voltage applying electrode(5), ammeter and automatic voltage controller(6), cooler(7), resistance monitoring electrode(8), and winding bobbin(10).

Description

도전성 고분자 시트의 제조방법Manufacturing method of conductive polymer sheet

제1도는 본 발명의 도전성 고분자 시트 제조장치의 개략도.1 is a schematic view of a conductive polymer sheet manufacturing apparatus of the present invention.

제2도는 본 발명의 도전성 고분자 시트의 제조에 사용된 재료의 온도-저항 특선곡선.2 is a temperature-resistance curve of the material used to make the conductive polymer sheet of the present invention.

제3도는 본 발명의 도전성 고분자 시트의 제조에 사용된 재료의 전압-전류곡선.3 is a voltage-current curve of a material used to prepare the conductive polymer sheet of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 압출기 2 : 도전성 시트1: extruder 2: conductive sheet

3 : 성형롤러 4 : 연속가열로3: forming roller 4: continuous heating furnace

5 : 전압인가전극 6 : 전류측정기 및 자동전압조절기5: voltage applying electrode 6: current measuring instrument and automatic voltage regulator

7 : 냉각장치 8 : 저항모니터링 전극7 cooling device 8 resistance monitoring electrode

9 : 저항측정기 10 : 권취보빈9: resistance measuring instrument 10: winding bobbin

본 발명은 면상 발열체, 스트립형 발열체 등의 제조에 사용되는 도전성 고분자 시트의 제조방법에 관한 것으로, 특히 시트의 전기적 특성을 정확히 조절할 수 있도록 하는 제조공정의 개선에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a conductive polymer sheet used in the production of a planar heating element, a strip-type heating element, and more particularly, to an improvement in a manufacturing process for precisely controlling the electrical characteristics of the sheet.

자율온도제어형 고분자 콤파운드를 이용하는 면상발열체, 스트립형 발열체는 주위 온도의 변화에 따라 발열량이 자동적으로 증감되어 온도 조절장치가 따로 필요없기 때문에 날로 용도가 확대되고 있는 제품이다.Planar heating element and strip type heating element using autonomous temperature controlled polymer compound are widely used because the heating value is automatically increased and decreased according to the change of ambient temperature, and there is no need for temperature control device.

이의 제조에 필요한 자율온도제어형 고분자 콤파운드는 결정성 고분자에 도전성 카본블랙을 고르게 분산시킨 것으로서 가장 중요한 기술적 문제는 전기 전도도를 원하는 수준으로 정확히 조절하는 것과 적정한 열처리를 통하여 도전통로를 형성시켜서 안정한 발열이 이루어질 수 있도록 하는 것이다.The autonomous temperature controlled polymer compound required for the production of the conductive carbon black is evenly dispersed in the crystalline polymer. The most important technical problem is to control the electrical conductivity accurately to a desired level and to form a conductive passage through proper heat treatment to achieve stable heat generation. To make it possible.

이론적으로는 도전성 카본블랙의 함량을 변화시켜서 원하는 전기 전도도를 얻을 수 있지만 콤파운드 제조 공정상에 많은 편차 발생요소를 포함하고 있어서 적정 오차범위내의 전도도를 갖는 콤파운드를 제조하기가 힘든 것이 사실이다.Theoretically, the desired electrical conductivity can be obtained by changing the content of the conductive carbon black, but it is true that it is difficult to produce a compound having a conductivity within an appropriate error range because it contains many deviation generating elements in the compound manufacturing process.

이러한 이유로 종래에는 실제 발열체의 제조 공정에서는 비교적 넓은 오차범위내의 콤파운드를 이용하여 제품을 성형하는 열처리 공정을 통하여 전기 전도도를 적정수단으로 조정하는 공정을 이용하여 왔다.For this reason, in the conventional manufacturing process of the actual heating element, a process of adjusting the electrical conductivity with a proper means through a heat treatment process for molding a product using a compound within a relatively wide error range has been used.

본 발명은 도전성 고분자 시트의 제조에 있어서 압출 또는 기타 방법의 시트 성형과 동시에 연속적으로 열처리 공정까지 완료하도록 한 것으로, 특히 열처리 공정에서 제품의 전기 전도도를 정확히 조정할 수 있는 방법을 제공하고자 하는 것이다.The present invention is to complete the heat treatment process continuously at the same time as the sheet molding of extrusion or other methods in the manufacture of the conductive polymer sheet, and particularly to provide a method that can accurately adjust the electrical conductivity of the product in the heat treatment process.

본 발명의 도전성 고분자 시트 제조장치는 크게 압출기(1), 롤러에 의하여 시트(2)를 성형하는 성형롤러(3), 터널형 연속 가열로(4), 가열된 시트에 전압을 인가할 수 있는 롤러형 전압인가 전극(5), 전압을 자동 조절할 수 있는 자동전압 조절기(6), 냉각장치(7), 냉각 후 저항을 모니터링할 수 있는 한쌍의 롤러형 저항 모니터링 전극(8), 저항측정기(9), 권취보빈(10)으로 구성되어 있다.The conductive polymer sheet manufacturing apparatus of the present invention is capable of applying a voltage to the extruder (1), the forming roller (3) for forming the sheet (2) by the roller, the tunnel-type continuous heating furnace (4), the heated sheet Roller-type voltage application electrode (5), automatic voltage regulator (6) that can automatically adjust the voltage, cooling device (7), a pair of roller-type resistance monitoring electrode (8), resistance meter (for monitoring resistance after cooling) 9) and a winding bobbin 10.

터널형 연속가열로(4)를 통과하면서 고분자의 용융온도 이상으로 가열된 고분자 시트는 어느 정도의 미세 전류가 흐를 수 있는 전도도 상태에 있게 되는데, 한쌍의 롤러형 전압인가 전극(5) 사이를 통과할 때 롤러형 전압인가 전극(5) 사이에 전압을 인가해 주면 자체발열에 의하여 국부적으로 온도가 상승되고 열처리 효과가 가속되며 도전통로가 형성되게 된다.The polymer sheet heated above the melting temperature of the polymer while passing through the tunnel-type continuous heating furnace 4 is in a conductivity state in which a certain amount of microcurrent can flow, passing through a pair of roller-type voltage applied electrodes 5. When a voltage is applied between the roller-type voltage applying electrodes 5, the temperature is locally increased by self-heating, the heat treatment effect is accelerated, and a conductive passage is formed.

이때의 인가전압과 흐른 전류를 모니터링하면 열처리 정도를 알 수 있고 냉각후 제품의 전기 전도도를 예측할 수 있게 된다.By monitoring the applied voltage and the current flowing at this time, the degree of heat treatment can be known and the electrical conductivity of the product can be predicted after cooling.

또한 원재료의 전기 전도도에 편차가 있을 경우에는 전류값을 피드백하여 인가 전압을 변화시켜 줌으로써 일정한 전기 전도도를 가지도록 열처리할 수 있다.In addition, when there is a deviation in the electrical conductivity of the raw material can be heat-treated to have a constant electrical conductivity by feeding back the current value to change the applied voltage.

제품이 냉각된 후에는 저항 모니터링 전극(8)을 이용하여 제품의 저항을 연속 모니터링 함으로써 제품의 전기 전도도와 균일성을 확인할 수 있다.After the product is cooled, the resistance of the product can be continuously monitored using the resistance monitoring electrode 8 to check the electrical conductivity and uniformity of the product.

본 발명의 도전성 고분자 시트 제조장치를 제1도의 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.Referring to the conductive polymer sheet manufacturing apparatus of the present invention based on the drawings of FIG.

압출기(1)에서 압출되어진 도전성 시트(2)는 성형롤러(3)에서 원하는 일정한 두께를 가지도록 성형되며 이어 연결된 연속가열로(4)를 통과하게 된다.The conductive sheet 2 extruded from the extruder 1 is molded to have a desired thickness in the forming roller 3 and then passes through the continuous heating furnace 4 connected thereto.

연속가열로(4)는 도전성 고분자 시트(2)에 사용된 고분자의 용융온도 근처의 온도로 세팅되는데 이때의 세팅온도는 용융온도(Tm)를 기준으로 40℃ 내외의 온도범위를 가질 수 있도록 한다.Continuous heating furnace (4) is set to a temperature near the melting temperature of the polymer used in the conductive polymer sheet (2), the setting temperature at this time to have a temperature range of about 40 ℃ based on the melting temperature (Tm). .

연속 가열로(4) 내부에는 도전성 고분자 시트(2)의 아래 위로 한쌍의 롤러형 전극이 설치되어서 도전성 고분자 시트(2)에 전압을 인가할 수 있는 전압인가 전극(5)이 하나 이상 설치되어 있으며 이들은 전류측정기 및 자동전압조절기(6)에 연결되어 실제 흐르는 전류를 측정하고 전류값의 변화를 피드백(feed back)하여 전압을 자동조절하므로서 통과하는 시트의 저항이 항상 일정하게 유지되도록 한다.In the continuous heating furnace 4, a pair of roller-type electrodes are provided above and below the conductive polymer sheet 2, and at least one voltage applying electrode 5 capable of applying a voltage to the conductive polymer sheet 2 is provided. They are connected to the current meter and the automatic voltage regulator 6 to measure the actual flowing current and feed back the change in the current value to automatically regulate the voltage so that the resistance of the sheet passing through is always kept constant.

연속가열로(4) 및 전입인가 전극(5)을 통과하면서 일정 저항값으로 열처리된 도전성 고분자 시트(2)는 냉각장치(7)에서 냉각된 후 저항 모니터링 전극(8)을 통과할 때 냉각된 후의 상온 저항을 연속 모니터링하여 도전성 시트(2)가 실제로 원하는 저항 수준으로 제조되었는지 균일한지를 확인하게 된다.The conductive polymer sheet 2 heat-treated to a constant resistance value while passing through the continuous heating furnace 4 and the transfer electrode 5 is cooled when passing through the resistance monitoring electrode 8 after being cooled in the cooling device 7. The subsequent room temperature resistance is continuously monitored to determine whether the conductive sheet 2 is actually manufactured to a desired resistance level and is uniform.

여기에서 본 발명의 제조장치의 작동원리를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.Here will be described in more detail the operating principle of the manufacturing apparatus of the present invention.

본 발명의 도전성 고분자 시트의 제조에 사용되는 도전성 고분자 재료는 상온에서의 전기 전도도가 10-5-10-8s/㎝ 범위의 것이 사용되는데 이와같은 재료의 온도-저항 특성은 제2도에 도시한 바와같으며 용융온도(Tm) 이상의 온도에서는 저항이 다시 낮아지기 때문에 미세전류가 흐를 수 있는 저항범위가 된다.The conductive polymer material used in the production of the conductive polymer sheet of the present invention has an electrical conductivity in the range of 10 -5 -10 -8 s / cm at room temperature. The temperature-resistance characteristics of such a material are shown in FIG. As described above, since the resistance is lowered again at a temperature above the melting temperature (Tm), it becomes a resistance range through which a microcurrent can flow.

이때 인가전압에 따른 전류곡선은 제3도와 같이 인가전압이 증가할 수록 전류는 급격히 증가하는 모습을 보이는데 빗금친 부분이 발열체로써 사용되어지는 저항범위이다.At this time, the current curve according to the applied voltage shows a sharp increase in the current as the applied voltage increases as shown in FIG. 3, and the hatched portion is a resistance range used as a heating element.

이와같이 전압증가에 따라 전류가 급격히 증가하는 이유는 낮은 전압에서는 오옴의 법칙에 따라 일정 저항체로서 작동하지만 전압 및 전류가 증가하면 자체 발열에 따라 시트자체의 온도가 주위의 연속 가열로(4) 보다 높아지고 열처리 효과가 가속되며, 도전통로가 급격히 형성되기 때문이다.The reason why the current increases rapidly as the voltage increases is that at low voltages, it operates as a constant resistor according to Ohm's law, but when the voltage and current increase, the temperature of the sheet itself becomes higher than the surrounding continuous furnace 4 due to self-heating. This is because the heat treatment effect is accelerated and the conductive passage is rapidly formed.

이때 빗금친 부분 이상의 전압이 가해지면 국부적 쇼트가 발생할 가능성이 많아지므로 세밀하고 정확한 전압조절이 필요하다.At this time, if a voltage over the hatched portion is applied, a local short is more likely to occur, so precise and accurate voltage adjustment is required.

이와같은 장치를 이용하면 인가전압과 전극사이에 흐르는 전류로부터 시트의 저항을 쉽게 계산할 수 있고 열처리 상황을 모니터링 할 수 있다. 만일 시트의 전기적 특성이 길이방향으로 변화가 있다면 전류값이 변화할 수 있고 이것은 저항의 불균일성을 나타내므로 전류값을 피드백(feed back)하여 인가전압을 조절하면 시트의 저항을 균일하게 조정할 수 있다.With such a device, the resistance of the sheet can be easily calculated from the applied voltage and the current flowing between the electrodes and the heat treatment can be monitored. If there is a change in the electrical characteristics of the sheet in the longitudinal direction, the current value may change, and this represents a nonuniformity of the resistance, so that the resistance of the sheet may be uniformly adjusted by feeding back the current value and adjusting the applied voltage.

저항 조정능력을 향상시키기 위해서는 제1도에 나타낸 바와같이, 전압인가 전극의 수를 늘려서 종합적으로 콘트롤하고 최종의 전압인가 전극 통과시의 저항을 원하는 수준으로 조절하면 된다.In order to improve the resistance adjusting capability, as shown in FIG. 1, the number of voltage-applied electrodes may be increased for overall control, and the resistance at the time of passing the final voltage-applied electrodes may be adjusted to a desired level.

상기와 같이 고분자의 용융온도 부근의 고온으로 가열된 상태에서 전압을 인가하여 가속 열처리하는 방식은 종래의 단순가열 열처리 방식이 비교적 오랜 가열시간을 필요로 했던 것에 비해 전극통과 시점에서 순간적으로 열처리 완료되므로 공정시간을 크게 단축시키고 에너지 소비를 절감할 수 있는 장점이 있다.As described above, the method of accelerated heat treatment by applying a voltage in a state heated to a high temperature near the melting temperature of the polymer is instantaneously heat treated at the time of passing through the electrode as compared with the conventional simple heat treatment method requiring a relatively long heating time. There is an advantage that can greatly reduce the process time and reduce the energy consumption.

또한 열처리 상황은 연속 모니터링하고 일정 저항값을 가지도록 피드백 방식으로 조정하므로 길이방향으로 균일한 도전성 시트를 얻을 수 있다.In addition, since the heat treatment is continuously monitored and adjusted in a feedback manner to have a constant resistance value, a uniform conductive sheet can be obtained in the longitudinal direction.

이상에서와 같은 본 발명의 도전성 시트 제조방법 및 제조장치를 이용함으로써 시트성형과 동시에 연속 열처리 공정까지 이루어지도록 하여 제조공정을 줄여서 생산성을 크게 향상시킬 수 있고 전압인가에 의한 전류값을 모니터링 하고 피드백하여 인가전압을 재조정하는 공정에 의하여 시트의 전기 전도도를 균일하게 제조할 수 있다.By using the conductive sheet manufacturing method and manufacturing apparatus of the present invention as described above to achieve a continuous heat treatment process at the same time as the sheet molding to reduce the manufacturing process can greatly improve the productivity and monitor and feed back the current value by applying voltage The electrical conductivity of the sheet can be made uniform by the process of readjusting the applied voltage.

또한 일반적인 가열에 의한 열처리는 비교적 오랜 가열시간이 필요한 반면, 본 발명의 가열 및 전입인가에 의한 열처리는 짧은 시간내에 열처리를 끝낼 수 있어서 생산성 향상 및 에너지 절감효과가 있다.In addition, heat treatment by general heating requires a relatively long heating time, while heat treatment by heating and transfer application of the present invention can finish heat treatment within a short time, thereby improving productivity and saving energy.

Claims (7)

도전성 고분자 시트의 제조방법에 있어서 시트를 형성한 후 시트를 구성하는 고분자 재료의 용융온도(Tm)를 기준으로 40℃ 내외의 온도로 가열된 상태에서 시트에 전압을 인가하여 열처리하고 제품의 저항을 조정하는 것을 특징으로 하는 도전성 고분자 시트의 제조방법.In the method of manufacturing a conductive polymer sheet, after the sheet is formed, the sheet is heated to a temperature of about 40 ° C based on the melting temperature (Tm) of the polymer material constituting the sheet, and heat is applied by applying a voltage to the sheet. The manufacturing method of the conductive polymer sheet characterized by adjusting. 제1항에 있어서, 전압 인가전극(5) 사이에 도전성 시트(2)를 통하여 흐르는 전류를 모니터링하고 전류와 인가전압으로부터 계산되는 시트의 저항이 일정한 값을 유지하도록 피드백하여 인가전압을 자동 조정하는 것을 특징으로 하는 도전성 고분자 시트의 제조방법.The method according to claim 1, wherein the applied voltage is automatically adjusted by monitoring the current flowing through the conductive sheet 2 between the voltage applying electrodes 5 and feeding back the resistance of the sheet calculated from the current and the applied voltage to maintain a constant value. Method for producing a conductive polymer sheet, characterized in that. 도전성 고분자 시트를 제조하기 위하여 압출기(1) 또는 카렌더기 등의 시트 성형장치와 이에 연결 설치되어 있는 연속가열로(4), 전압인가 전극(5), 전류측정기 및 자동전압 조절기(6), 냉각장치(7), 저항 모니터링 전극(8), 저항측정기(9), 권취보빈(10)으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고분자 시트의 제조방법.In order to manufacture the conductive polymer sheet, a sheet forming apparatus such as an extruder 1 or a calender machine, a continuous heating furnace 4 connected thereto, a voltage applying electrode 5, a current meter and an automatic voltage regulator 6, cooling A method for producing a polymer sheet, comprising a device (7), a resistance monitoring electrode (8), a resistance meter (9), and a winding bobbin (10). 제3항에 있어서, 전압인가 전극(5)은 연속가열로(4) 내부에 1개 이상 설치되어 있으며 각각의 전압인가 전극은 한쌍의 평행하고 서로 절연된 롤러형 전극으로서 도전성 시트가 그 사이로 통과하며 접촉하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 도전성 고분자 시트 제조장치.4. A voltage applying electrode (5) according to claim 3, wherein at least one voltage applying electrode (5) is provided inside the continuous heating furnace (4) and each voltage applying electrode is a pair of parallel and insulated roller type electrodes passing through the conductive sheet therebetween. And conductive polymer sheet manufacturing apparatus characterized in that the contact. 제3항에 있어서, 전류측정기 및 자동전압 조정기(6)는 전압 인가전극(5)을 통하여 도전성 시트(2)에 흐르는 전류를 측정할 수 있고 전류와 인가전압으로부터 계산되는 시트의 저항이 미리 세팅된 값과 일치하도록 인가전압을 자동 조절하도록 되어 있어서 균일한 저항값의 도전성 시트를 제조할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 도전성 고분자 시트 제조방법.4. The current meter and the automatic voltage regulator 6 can measure the current flowing through the conductive sheet 2 through the voltage applying electrode 5 and preset the resistance of the sheet calculated from the current and the applied voltage. A method for producing a conductive polymer sheet, characterized in that it is configured to automatically adjust the applied voltage to match the set value so as to produce a conductive sheet having a uniform resistance value. 제3항에 있어서, 저항 모니터링 장치는 한쌍의 서로 평행하고 절연된 롤러형 전극으로 구성된 저항 모니터링 전극(8)과 저항 측정기(9)로 구성되어 있으며 열처리가 완료된 후 냉각장치에서 상온으로 냉각된 도전성 고분자 시트에 두께 방향으로 접촉하여 시트의 저항을 연속 모니터링할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 도전성 고분자 시트의 제조장치.4. The resistance monitoring device according to claim 3, wherein the resistance monitoring device is composed of a resistance monitoring electrode 8 composed of a pair of parallel and insulated roller-type electrodes and a resistance meter 9, and the conductivity cooled to room temperature in a cooling device after the heat treatment is completed. An apparatus for producing a conductive polymer sheet, characterized in that configured to continuously monitor the resistance of the sheet by contacting the polymer sheet in the thickness direction. 제3항에 있어서, 전압인가 전극(5)이 여러쌍 설치되어 있는 것으로써 최종의 전압인가 전극에 흐르는 전류 및 저항값을 기준으로 제품저항을 조정하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 도전성 고분자 시트의 제조장치.4. The conductive polymer sheet according to claim 3, wherein a plurality of pairs of voltage applying electrodes 5 are provided to adjust the product resistance based on the current and resistance values flowing through the final voltage applying electrode. Device.
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