WO2016140525A1 - 금속사 장력 조절장치와 이를 이용한 면상발열체 직조방법 - Google Patents

금속사 장력 조절장치와 이를 이용한 면상발열체 직조방법 Download PDF

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박동수
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Definitions

  • the present invention relates to a planar heating element weaving method using a metal yarn tensioning device, and more particularly, in order to supply power to the carbon yarn in the process of weaving the normal fiber and the carbon yarn supplied only to the warp yarn and warp yarns. It relates to a metal yarn tension control device for adjusting the tension of the metal yarn through the tension control device when supplying the metal yarn to the weft yarn and a planar heating element weaving method using the same.
  • Heating element using carbon thread has low resistance, excellent flexibility and no thermal change. In addition, the durability is excellent, there is no change in power consumption, the tensile strength is more than 10 times stronger than iron, lighter than aluminum, it can be widely used in various fields such as heating mats, building heating floors, leisure and medical heating appliances.
  • Heating element using carbon thread carbon thread is used as a plane heating element woven like a fabric.
  • Carbon fiber yarn used in the planar heating element is made of a method of forming a carbon yarn by carbonizing after forming the fiber in a special material.
  • Woven carbon yarn planar heating element can supply general fiber in weft and warp yarn and use carbon weaving yarn as weft or warp yarn. As it is easy to be damaged, it is impossible to use.
  • Metal yarns connected to supply power to the carbon yarns woven at an angle are inserted and used as weft yarns.
  • metal yarns such as copper and cupronickel are ductile and can bend freely. Therefore, the metal yarn is not easily loosened and has no restoring force like ordinary fiber yarn, so it is not bent or twisted and can not be continuously woven.
  • weft weaving the thread is placed in a drum (shuttle) and moved to the left and right, so when you pull the metal thread out of the skein and turn it to the left or right, it becomes tangled or twisted. It is possible.
  • Korean Patent Publication No. 10-2013-0015897 discloses a method of mixing the carbon yarn together with the carbon yarn to have a color in the heating element
  • Korean Patent Application Publication No. 10-2013-0012609 Woven paper for supplying warp and weft and heating wire to weft has been proposed, but the prior art has the problems noted above when carbon yarn is a heating wire.
  • the present invention is to provide a tension adjusting device that can adjust the tension of the metal yarn to use the carbon yarn as a slope and to use the metal yarn as a weft to solve the above problems, to provide a planar heating element weaving method using the same.
  • Metal thread tension control device for achieving the above object is inserted into the guide of the support 41 and the support 41 is formed in the vertical direction and lifted, the weight formed through holes through which the metal yarn passes It includes a weight 44, it is installed on one side of the weaving machine to adjust the tension of the metal yarn is characterized in that for supplying the metal yarn to the weaving machine.
  • the support is formed with a guide groove in the longitudinal direction on the inner surface of the support so that the weight is inserted and lifted, and supplies the metal yarn to the supply roller installed in the weaving machine weaving, the metal yarn is wound and rotated
  • Rotating roller supplied to the supply roller through is formed on one side of the support, characterized in that the supply is provided with a coil is wound on the upper end of the coil is wound at a position spaced apart from the support a predetermined distance.
  • the carbon yarn is formed by heating and carbonizing any one or more of rayon-based, polyacrylonitrile-based, and pitch-based organic fibers.
  • the carbon yarn is characterized in that the carbon content of 90wt% or more.
  • the front surface of the woven fabric formed by weaving the general fiber, carbon yarn and metal yarn is polyethylene (PE: polyethylene), polyvinyl chloride (PVC: Polyvinyl Chloride), polyurethane (PU: polyurethane) and thermoplastic polyurethane (TPU: Thermoplastic Poly Urethane) is characterized in that it further comprises the step of applying and coating any one or more.
  • the present invention can produce a planar heating element that overcomes the weakness of the carbon yarn having a weak bending strength by weaving the carbon yarn with the inclined carbon yarn.
  • Carbon yarn woven planar heating element according to the present invention can be freely cut like a general fabric can be utilized not only for thermal mats, but also for keeping warm clothes, and can be washed like a general textile paper.
  • the tension is adjusted through a tension adjusting device to prevent the drum (shuttle) from pulling the metal yarn from the metal thread instantaneously and bend due to excessive loosening, the tension is inserted, tangled or twisted when the metal yarn is woven. Therefore, there is an advantage of preventing the phenomenon that the metal yarn is not supplied.
  • the woven planar heating element according to the invention can be utilized as a variety of thermal insulation products such as blankets, blankets, mats, cushions, winter clothes, heating curtains.
  • FIG. 1 is a view showing the overall configuration for producing a planar heating element using a metal thread tension adjusting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view illustrating an enlarged portion 'B' of FIG. 1 and cut in the longitudinal direction and the transverse direction.
  • Figure 3 is a photograph showing the carbon yarn used in the planar heating element weaving method using a metal yarn tensioning device according to the present invention.
  • FIG. 4 is an enlarged view illustrating a portion 'A' of FIG. 2.
  • Figure 2 is a flow chart of the planar heating element weaving method using a metal thread tension adjusting device according to the present invention.
  • FIG. 6 is a photograph showing a planar heating element formed using a metal yarn tensioning device according to the present invention.
  • Metal yarn tension control device 40 is installed on one side of the weaving machine for weaving paper, characterized in that to supply the metal yarn to the weaving machine to adjust the tension of the metal yarn.
  • the support 42 is formed in the center along the longitudinal direction guide 42, the guide 42 of the support 41 Is inserted into and lifted, it comprises a weight 44 is inserted into the through-hole 45, the support body 41 and the fixing body 47 is installed on the floor to support the support (41).
  • the support 41 is formed in the vertical direction, the guide 42 is formed along the vertical longitudinal center, and the weight 44 is freely lifted along the guide 42 so as not to be separated from the guide groove ( 43) is formed.
  • the weight 44 may be formed in a shape in which the upper and lower ends or one side thereof is formed in a semicircular shape, or a circular or elliptical shape or a polygonal shape.
  • the hollow of the weight 44 may be formed in the shape of a circle or oval or polygon.
  • the guide groove 43 is formed on the inner surface on which the guide 42 of the support 41 is formed, the 'c' shape or 'symmetrical to both sides so that the weight 44 can be lifted freely without being separated It may be formed in various ways such as a ' ⁇ ' shape or a ' ⁇ ' shape.
  • the support 41 is coupled to and supported by an upper side of the fixture 47 installed on the bottom.
  • the fixing body 47 may be coupled to the transfer wheel formed with a locking body to enable the position fixing on the floor to enable the transfer.
  • the weight 44 is inserted into the guide 42 of the support 41 to be elevated along the guide groove 43, and a hollow through which a center penetrates the metal yarn 30. Penetrates.
  • FIG. 2A of FIG. 2 shows a state in which the support 41, the guide 42, and the weight 44 are seen from the outside of the support
  • 2b is a view showing the support 41 cut in the transverse direction on a plane
  • 2c is a view. It is a side view of the state to which the support stand 41 of the left side was centered around the guide 42.
  • the weight 44 may be formed in a shape in which the upper and lower ends or one side thereof is formed in a semicircular shape, or a circular or elliptical shape or a polygonal shape.
  • the hollow of the weight 44 may be formed in the shape of a circle or oval or polygon.
  • the metal yarn 30 is wound so that when the drum (shuttle) pulls the metal yarn 30, the rotating roller 46 is formed to change direction and act as a buffer.
  • the metal yarn 30 conveyed by the rotation of the rotary roller 46 is a feed roller formed in a weaving machine for weaving the general fiber 10, the carbon yarn 20, and the metal yarn 30 via an attractor 1.
  • the metal yarn 30 is supplied and woven into the woven fabric in which the general fiber 10 and the carbon yarn 20 are woven through (2).
  • the carbon yarn 20 is formed by heating and carbonizing any one or more of rayon-based, polyacrylonitrile-based, and pitch-based fiber yarns according to an organic fiber raw material, and formed by heat carbonization.
  • the head office 20 is formed with a carbon content of 90wt% or more.
  • the first known carbon fiber constituting the carbon company 20 was the instrument that Edison invented carbon filament for incandescent bulbs in the late 19th century. Carbon fiber was developed as a light weight and high rigidity heat-resistant material for space development, military rocket motors and nozzles, but was used as a planar heating element due to the development of weaving technology.
  • the carbon yarn 20 is classified into a polyacrylonitrile (PAN) system, a pitch system, and a rayon system according to the raw material, and the PAN system and the rayon system occupy most of them.
  • PAN-based carbon fiber is made by firing PAN at a temperature of 1,000 to 2,000 ° C. or higher under an inert gas.
  • pitch system the pitch from coal is fiberized and completed through the same process as PAN system, but it is widely used as a high temperature insulation material or reinforcement material because it is cheaper than PAN series.
  • the present invention can use both PAN-based, rayon-based and pitch-based carbon yarns 20.
  • the carbon yarn 20 used in the present invention is formed to a thickness of 0.005 ⁇ 0.010mm, and the actual use is made by twisting the carbon yarn 20 of thousands of strands to produce a thread.
  • the carbon yarn 20 may be woven in various patterns.
  • the crystal structure of the carbon yarn 20 is similar to carbon or carbon powder, so that electricity is supplied to the heating element to utilize the collision of charges.
  • the heating element In the case of manufacturing in the form of plane, the heating element can be evenly generated evenly. It has the advantage of low power consumption.
  • Carbon yarns vary in resistance depending on the carbon content and the thickness and length of unit carbon yarns.
  • a specific resistance value of 810 -3 ⁇ cm can be obtained. have. Therefore, the carbon yarn according to the present invention has the advantage of freely varying the resistance to the number and length of carbon yarn strands with a carbon content of more than 90wt%.
  • the present invention uses this principle to produce a planar heating element using the carbon yarn 20 having low resistance.
  • FIG 4 is an enlarged view of a portion A of the woven planar heating element, while weaving the normal fiber 10 in a warp yarn with a warp yarn and arranging the carbon yarn 20 to be spaced at regular intervals to weave the warp yarn with the general fiber 10.
  • Step (S10) step of adjusting the tension through the tension control device 40 to supply the metal yarn 30 to the weft yarn (S20), loosen the metal yarn 30 in the skein wound the metal yarn 30 Supplying to the weft yarn (S30), the metal yarn 30 is inserted into a weaving of a predetermined number of lines, weaving so that the metal yarn 30 of a predetermined line intersects with the carbon yarn 20 in a spaced apart state.
  • Step S40 is included.
  • a predetermined number of lines of the metal yarn 30 are woven, and the predetermined number of lines Weaving by inserting the normal fiber 10, first insert the metal yarn 30 to be woven in a predetermined number of lines at a position spaced apart from the woven metal yarn 30 by a predetermined interval.
  • the metal yarn constituting the electrode 30 may reduce the resistance of the metal yarn 30 generated when the power is applied to the carbon yarn 20 so that the power may be normally applied to the carbon yarn 20.
  • the power supply line should have a small resistance so that voltage drop does not occur in the power supply line and unnecessary power consumption may be reduced.
  • Small resistance power supply lines are advantageously copper with good electrical conductivity and should be thick.
  • coarse copper wire is difficult to be woven and carbon fiber bending may occur at intersections with carbon yarns, resulting in damage to carbon yarns.
  • Thin metal yarns should be used to weave a number of fine metal wires in parallel to reduce the increased resistance.
  • Woven planar heating element can be utilized in various ways, such as a blanket for blankets, blankets, mats, cushions, winter clothes, heating curtains.
  • coating or general cloth or nonwoven fabric can be padded or attached to suit the application.
  • the woven fabric manufactured by weaving the general fiber 10, the carbon yarn 20, and the metal yarn 30 is bonded to the cover cloth formed of the nonwoven fabric or the normal fiber 10 on both upper and lower sides by bonding or wrapping the cover cloth. Or it may be formed to surround the front of the woven fabric.
  • polyethylene polyethylene
  • PVC polyvinyl chloride
  • PU polyurethane
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • the carbon yarn 20 and the metal yarn 30 of the woven fabric can be prevented from being folded or crumpled due to the cover cloth or coating, and the carbon yarn 20
  • the power is applied to the heating to prevent direct contact due to the cover cloth or coating can prevent the user from injury due to short circuit or overheating.
  • FIG. 6 is a photograph showing a planar heating element woven in accordance with the present invention.
  • the planar heating element manufacturing method according to the present invention can overcome the weakness of the carbon yarn weak bending strength, insert a plurality of fine metal wires to the upper line to reduce the resistance and does not cause damage even at the intersection point with the carbon yarn.
  • the tension is adjusted by the tension adjuster to prevent the drum (shuttle) from pulling the metal yarn from the metal thread instantaneously and bend due to excessive loosening, so that the metal thread can be inserted, tangled or twisted when it is woven.
  • the tension adjuster is adjusted to prevent the drum (shuttle) from pulling the metal yarn from the metal thread instantaneously and bend due to excessive loosening, so that the metal thread can be inserted, tangled or twisted when it is woven.
  • Woven planar heating element according to the present invention can be used as a variety of thermal insulation products, such as blankets, blankets, mats, cushions, winter clothes, heating curtains.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Surface Heating Bodies (AREA)
  • Woven Fabrics (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

본 발명은 위사 및 경사로 공급되는 일반섬유와 경사로만 공급되는 카본사를 직조하는 과정에서, 카본사에 전원을 공급하기 위한 금속사를 위사로 공급할 때 장력 조절장치를 통해 금속사의 장력을 조절하는 금속사 장력 조절장치 및 이를 이용한 면상발열체 직조방법에 관한 것으로서, 수직방향으로 가이드가 형성된 지지대(41) 및 상기 지지대(41)의 가이드에 삽입되어 승강되며, 금속사가 통과하는 관통홀이 형성된 무게추(44)를 포함한 금속사 장력 조절장치에 있어서, 상기 금속사 장력조절장치는 직조기의 일측에 설치되어 금속사의 장력을 조절하여 직조기에 금속사를 위사로 공급하는 것을 특징으로 한다.

Description

금속사 장력 조절장치와 이를 이용한 면상발열체 직조방법
본 발명은 금속사 장력 조절장치를 이용한 면상발열체 직조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 위사 및 경사로 공급되는 일반섬유와 경사로만 공급되는 카본사를 직조하는 과정에서, 카본사에 전원을 공급하기 위한 금속사를 위사로 공급할 때 장력 조절장치를 통해 금속사의 장력을 조절하는 금속사 장력 조절장치 및 이를 이용한 면상발열체 직조방법에 관한 것이다.
카본사(carbon thread)를 이용한 발열체는 저항이 작고 유연성이 뛰어나며 열적변화가 없다. 그리고, 내구성이 우수하고, 소비전력의 변동이 없으며, 인장력이 철보다 10배이상 강하고, 알루미늄보다 가벼워서 온열 매트, 건축용 난방 바닥재, 레저 및 의료용 난방기구 등 다양한 분야에 폭넓게 사용할 수 있다. 카본사(carbon thread)를 이용한 발열체는 직물과 같이 직조한 면상발열체로 활용되고 있다.
상기 면상발열체에서 사용되는 카본섬유사는 특수재질로 섬유를 형성한뒤 탄화시켜 카본사를 형성하는 방법으로 이루어진다.
직조된 카본사 면상발열체는 일반섬유를 위사 및 경사로 공급하고 발열부재인 카본사를 위사 또는 경사로 사용할 수 있으나, 카본사는 인장강도가 강하나 꺽임강도(굽힘강도)가 약해 좌우로 180도 꺾여 공급되는 위사로서는 파손되기 쉽기 때문에 사용이 불가능하다.
경사로 직조되는 카본사에 전원을 공급할 수 있도록 연결되는 금속사는 위사로서 삽입되어 사용된다.
그러나 구리나 백동과 같은 금속사는 연성이 있어 자유롭게 굽혀진다. 따라서 금속사는 일반 섬유사처럼 쉽게 풀어지지 아니하고 복원력도 없기 때문에 구부러지거나 꼬인 상태로 유지되어 연속적으로 직조할 수 없다. 특히, 위사로 사용할 경우는 실타래를 북(셔틀)에 담아 좌우로 이동시키기 때문에 타래에서 금속사를 잡아 당겨 풀어내어 좌우로 회전시키면 엉키거나 꼬여버려 위사로는 직조가 불가능하여 일반적으로 경사로만 직조가 가능하다.
카본사 직조방법의 종래의 기술로서 한국공개특허 제10-2013-0015897호에 발열체에 색상을 가지도록 카본사와 함께 혼합하는 방법이 제시되어 있고, 한국공개특허 제10-2013-0012609호에서는 방적사를 경사와 위사에 공급하고 전열선을 위사로 공급하는 직물지가 제시되어 있지만, 선행기술들은 카본사를 발열선으로 하는 경우에는 위에서 지적한 문제점을 그대로 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 카본사를 경사로 사용하고 금속사를 위사로 사용할 수 있도록 금속사의 장력을 조절할 수 있는 장력 조절장치를 제공하고, 이를 이용한 면상발열체 직조방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 금속사 장력 조절장치는, 수직방향으로 가이드가 형성된 지지대(41) 및 상기 지지대(41)의 가이드에 삽입되어 승강되며, 금속사가 통과하는 관통홀이 형성된 무게추(44)를 포함하고, 직조기의 일측에 설치되어 금속사의 장력을 조절하여 직조기에 금속사를 위사로 공급하는 것을 특징으로 한다.
상기 지지대는 상기 무게추가 삽입되어 승강되도록 상기 지지대의 내측면에 길이방향을 따라 가이드홈이 형성되고, 직조물이 직조되는 직조기에 설치되는 공급롤러로 상기 금속사를 공급하며, 상기 금속사가 권취되어 회전을 통해 상기 공급롤러로 공급되는 회전롤러가 상기 지지대의 일측에 형성되며, 상기 지지대와 일정 거리 이격된 위치에 상기 금속사가 권취된 타래가 상단에 설치되는 공급부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 금속사 장력 조절장치를 이용하여 면상 발열체를 직조하는 방법은,
일반섬유가 위사와 경사로 구분되어 직조될 때 카본사를 경사 방향으로 일정 간격 이격 삽입하여 직조하는 단계;
상기 카본사와 일반섬유를 직조할 때 카본사와 교차되도록 삽입되는 금속사를 타래에서 풀 때 장력을 장력 조절장치를 통해 상기 금속사의 장력을 조절하는 단계;
상기 장력 조절장치를 통해 금속사의 장력을 조절하여 금속사 타래에서 풀어 카본사와 일반섬유를 직조할 때 카본사와 교차되도록 위사로 삽입하는 단계 및
상기 금속사를 일정 수의 라인으로 이루어지도록 상기 카본사와 교차시켜 직조한뒤 상기 금속사를 일정 간격 이격시켜 일정 수의 라인으로 이루어지도록 직조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 카본사는 유기섬유인 레이온(rayon)계, 폴리아크릴로니트릴(PAN)계, 피치(pitch)계 중 어느 하나 이상을 가열 탄화시켜 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 카본사는 탄소함유량이 90wt% 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 일반섬유, 카본사 및 금속사가 직조되어 형성되는 직조물의 상하 양측면에 부직포 또는 일반섬유로 형성되는 덮개천을 접착 또는 상기 직조물의 전면을 감싸며 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 일반섬유, 카본사 및 금속사가 직조되어 형성되는 직조물의 전면에는 폴리에틸렌(PE : polyethylene), 폴리염화비닐(PVC : Polyvinyl Chloride), 폴리우레탄(PU : polyurethane) 및 열가소성폴리우레탄(TPU : Thermoplastic Poly Urethane) 중 어느 하나 이상을 도포하여 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 카본사를 경사로 하고 금속사를 위사로 직조하여 꺽임 강도가 약한 카본사의 약점을 극복한 면상발열체를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 카본사 직조 면상발열체는 일반 직물과 같이 자유롭게 재단을 할 수 있어 온열매트 뿐만 아니라 보온용 의복 등에 활용할 수 있고, 일반 직물지와 같이 세탁 등을 할 수 있다.
또한, 금속사 타래로부터 금속사를 북(셔틀)이 순간적으로 잡아끌어 과도한 풀림으로 인해 구부러져 꼬이는 것을 방지하기 위하여 장력 조절장치를 통해 장력을 조절하므로, 금속사가 직조될 때 늘어져 삽입되거나 엉키거나 꼬이는 현상으로 인해 금속사가 공급되지 못하는 현상을 방지하는 이점이 있다.
또한, 발명에 따른 직조된 면상발열체는 온열용 담요, 장판, 매트, 방석, 방한복, 난방용 커튼 등 다양한 보온용품으로 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 금속사 장력 조절장치를 이용하여 면상발열체를 제조하는 전체구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 'B'부분을 확대하여 종 방향 및 횡 방향으로 절개한 것을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 금속사 장력 조절장치를 이용한 면상발열체 직조방법에서 사용되는 카본사를 나타낸 사진이다.
도 4는 도 2의 'A'부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 금속사 장력 조절장치를 이용한 면상발열체 직조방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따라 금속사 장력 조절장치를 이용하여 형성된 면상발열체를 나타낸 사진이다.
본 발명에 따른 금속사 장력 조절장치(40)는 직물지를 직조하는 직조기의 일측에 설치되어 금속사의 장력을 조절하여 직조기에 금속사를 위사로 공급하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 금속사 장력 조절장치(40)의 구성도로서, 중심에 가이드(42)가 길이방향을 따라 형성되는 지지대(41), 지지대(41)의 가이드(42)에 삽입되어 승강되며, 관통홀(45)에 금속사(30)가 삽입되는 무게추(44) 및 상기 지지대(41)를 지지하며 바닥에 설치되는 고정체(47)를 포함하여 구성된다.
상기 지지대(41)는 수직 방향으로 형성되어 수직 길이방향 중심을 따라 가이드(42)가 형성되고, 무게추(44)가 가이드(42)를 따라 자유롭게 승강되면서 이탈이 되지 않도록 내측면에 가이드홈(43)이 형성된다.
상기 무게추(44)는 상하단 양측 또는 어느 한측이 반원형상으로 형성되는 형상 또는 원형 또는 타원형 또는 다각형의 형상으로 형성될 수 있다. 상기 무게추(44)의 중공은 원형 또는 타원형 또는 다각형의 형상으로 형성될 수 있다.
상기 가이드홈(43)은 지지대(41)의 가이드(42)가 형성되는 내측면에 형성되며, 무게추(44)가 이탈되지 않고 자유롭게 승강될 수 있도록 양측이 대칭되는 'ㄷ'자 형상 또는 '⊂' 형상 또는 '〈' 형상 등 다양하게 형성할 수 있다.
상기 지지대(41)는 바닥에 설치되는 고정체(47)의 상측에 결합되어 지지된다. 상기 고정체(47)는 이송이 가능하도록 바닥에 위치 고정이 가능하도록 잠금체가 형성된 이송용 바퀴가 결합될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 상기 무게추(44)는 지지대(41)의 가이드(42)에 삽입되어 가이드홈(43)을 따라 승강되며, 중심이 관통되는 중공이 형성되어 금속사(30)가 관통된다.
도 2의 2a는 지지대(41)와 가이드(42) 및 무게추(44)를 지지대 외측에서 본 상태를 나타낸 것이고, 2b는 지지대(41)를 평면상 횡 방향으로 절개하여 나타낸 도면이며, 2c는 가이드(42)를 중심으로 좌측의 지지대(41)가 제거된 상태의 측면도이다.
상기 무게추(44)는 상하단 양측 또는 어느 한측이 반원형상으로 형성되는 형상 또는 원형 또는 타원형 또는 다각형의 형상으로 형성될 수 있다. 상기 무게추(44)의 중공은 원형 또는 타원형 또는 다각형의 형상으로 형성될 수 있다.
상기 지지대(41)의 일측 상측에는 금속사(30)가 권취되어 북(셔틀)이 금속사(30)를 당길때 방향을 바꾸고 완충역할을 하게 되는 회전롤러(46)가 형성된다.
상기 회전롤러(46)의 회전으로 이송되는 금속사(30)는 유인기(1)를 거쳐 일반섬유(10)와 카본사(20) 및 금속사(30)를 직조하는 직조기에 형성되는 공급롤러(2)를 통해 일반섬유(10)와 카본사(20)가 직조되는 직조물로 금속사(30)가 공급되어 직조된다.
도 3은 본 발명에 사용된 카본사(20)의 사진이다. 상기 카본사(20)는 유기섬유 원료에 따라 레이온(rayon)계, 폴리아크릴로니트릴(PAN)계, 피치(pitch)계 섬유사 중 어느 하나 이상을 가열 탄화시켜 형성되며, 가열 탄화되어 형성된 카본사(20)는 탄소함유율이 90wt% 이상으로 형성된다.
카본사(20)를 이루는 탄소 섬유가 처음 알려진 것은 19세기말 에디슨이 백열 전구용 탄소 필라멘트 발명했던 것이 계기였다. 탄소 섬유는 우주개발과 군수용 로켓모터와 노즐에 필요한 경량 및 고강성의 내열재료로 개발되었으나, 직조 기술의 발달로 면상 발열체로 사용되었다.
상기 카본사(20)는 원료에 따라 폴리아크릴로니트릴(PAN)계, 피치계, 레이온계로 분류되며 그 중 PAN계와 레이온계가 거의 대부분을 차지한다. PAN계 탄소섬유는 PAN을 비활성 기체하에서 1,000 ~ 2,000℃ 이상의 온도에서 소성하여 만든다. 피치계의 경우 석탄에서 나오는 피치를 섬유화한 뒤 PAN계와 거의 같은 공정을 거쳐서 완성하지만 PAN 계열과 비교해 그 값이 싸기 때문에 고온단열재나 보강재로 널리 사용하고 있다. 레이온계 합성 카본은 리니어 체인 폴리머(=C=C)n로 형성하는 카빈(carbin)을 질소가스 상태에서 2,200℃로 소성하여 열분해로 제조된다.
본 발명은 PAN계나 레이온계 및 피치계 카본사(20) 모두 사용할 수 있다. 본 발명에 사용한 카본사(20)는 0.005 ~ 0.010mm 굵기로 형성되어 실제 사용은 수 천 가닥의 카본사(20)를 꼬아 실(thread)처럼 제조하여 사용한다. 이러한 카본사(20)는 다양한 패턴으로 직조될 수 있다.
상기 카본사(20)의 결정구조는 카본이나 카본분말과 유사하여 발열체에 전기를 통전시켜 전하의 충돌을 활용하며, 면상으로 제조할 경우 면상 발열체에 고르게 분포하여 발열체가 전반적으로 고르게 발열할 수 있으며 전력소모가 적다는 장점이 있다.
카본사는 탄소 함량과 단위 카본사의 굵기와 길이에 따라 저항이 달라지는데, 99wt% 이상의 탄소 함량과 머리카락 굵기(0.1mm)의 1개의 탄소사를 3,000가닥으로 묶으면 810-3 Ωcm의 비저항 값을 얻을 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 카본사는 90wt% 이상의 탄소 함량으로 탄소사 가닥수와 길이로 저항을 자유롭게 가변할 수 있는 장점이 있다.
정전압하에서 소비전력은 수학식 1과 같이 저항의 제곱에 비례하고 저항에 반비례하게 된다.
Figure PCTKR2016002117-appb-M000001
즉, 정전압하에서는 저항이 작을수록 소비전력은 크게 되어 발열량이 증가하게 되며, 본 발명은 이러한 원리를 이용하여 저항이 작은 카본사(20)를 이용하여 면상발열체를 제조하게 된다.
도 4는 직조된 면상발열체의 A부분의 확대도로서, 일반섬유(10)를 위사와 경사로 직조하면서 카본사(20)를 일정 간격 이격되도록 배열하여 경사로 일반섬유(10)와 함께 직조한다.
도 5는 본 발명의 장력 조절장치를 이용한 면상발열체 직조방법 흐름도로서, 일반섬유(10)를 위사와 경사를 공급하면서 카본사(20)를 경사방향을 따라 일정 간격 이격된 상태로 공급하여 직조하는 단계(S10), 금속사(30)를 위사로 공급하기 위하여 장력 조절장치(40)를 통해 장력을 조절하는 단계(S20), 금속사(30)가 권취된 타래에서 금속사(30)를 풀어 위사로 공급하는 단계(S30), 금속사(30)가 일정 수의 라인으로 삽입되어 직조되고, 일정간격 이격된 상태로 일정 라인의 금속사(30)가 카본사(20)와 교차되도록 직조하는 단계(S40)를 포함한다.
상기 일반섬유(10)와 카본사(20)를 직조하는 단계(S10)에서는 일반섬유(10)를 위사와 경사로 구분하여 교차시켜 직조할 때 경사 방향으로 일정 간격 이격시켜 카본사(20)를 일반섬유(10)와 평행하도록 삽입하여 일반섬유(10)와 함께 직조한다.
상기 금속사(30)를 카본사(20)와 교차되도록 삽입하여 직조할 때에는 금속사(30)를 금속사 타래(31)에서 풀어 당길때 금속사(30)를 당기는 힘으로 인해 금속사(30)가 필요 이상으로 풀려 엉키거나 꼬이는 현상을 방지하도록 장력 조절장치(40)로 장력을 조절하는 단계(S20)를 수행하여 장력을 맞추어 놓는다.
상기 장력을 조절하는 단계(S20)에서는 장력 조절장치(40)를 통해 금속사(30)의 장력을 조절하여 금속사(30)가 금속사 타래(31)에서 너무 많이 풀려 엉키거나 꼬이는 등의 문제점을 방지하게 되고, 장력을 유지시켜 일반섬유(10)와 카본사(20) 및 금속사(30)가 직조될 때 금속사(30)가 휘어지거나 늘어지지 않도록 한다.
상기 카본사(20)와 교차되도록 삽입하는 단계(S30)에서는 일반섬유(10)와 카본사(20)를 직조할 때 카본사(20)와 교차되도록 금속사(30)를 북(셔틀)을 통해 당김으로 인해서 금속사 타래(31)에서 풀어 위사로 삽입하게 된다.
이때, 상기 금속사(30)가 타래에서 풀어질 때 금속사(30)의 끝단 위치를 고정하여 북(셔틀)이 잡아당길 수 있도록 하는 유인기(1)가 장력 조절장치(40)와 북(셔틀) 간에 설치된다.
상기 금속사(30)가 위선으로서 경사로 삽입되는 카본사(20)와 교차되도록 삽입되면, 금속사(30)를 일정 수의 라인으로 직조하고, 일정간격 이격시켜 다른 금속사(30)를 일정 수의 라인으로 직조하는 단계(S40)를 통해 일정 수의 라인으로 이루어지는 전극을 형성하게 된다.
상기 금속사(30)를 경사로 형성되는 카본사(20)와 교차되도록 금속사(30)를 위사로 삽입하여 직조할 때 일정 수의 금속사(30) 라인이 직조되도록 하고, 일정 수의 라인은 일반섬유(10)를 삽입하여 직조하며, 먼저 직조된 금속사(30)와 일정 간격 이격되는 위치에 금속사(30)를 일정 수의 라인으로 직조되도록 삽입한다.
전극을 이루는 금속사(30)는 카본사(20)에 전원을 인가할 때 발생되는 금속사(30)의 저항이 감소되어 전원이 정상적으로 카본사(20)에 인가될 수 있도록 한다.
일반적으로 전원 공급선은 저항이 작아야 전원 공급선에서 전압강하가 일어나지 않고 불필요한 전력소모를 줄일 수 있다. 작은 저항의 전원 공급선은 전기 전도도가 우수한 동이 유리하며 굵기가 굵어야 하다. 그러나 굵은 동선은 직조하기가 어렵고 탄소사와 교차하는 곳에서 탄소사의 꺾임이 발생하여 탄소사의 손상을 초래할 수 있으므로 가능한 일반섬유사와 같이 굵기가 가늘어야 한다. 가는 금속사를 사용하여 증가된 저항을 줄이기 위하여 병렬로 다수의 금속 세선을 직조하여야 한다.
본 발명에 따른 직조된 면상발열체는 온열용 담요, 장판, 매트, 방석, 방한복, 난방용 커튼 등 다양하게 활용할 수 있다. 절연과 면상발열체의 손상을 방지하기 위하여 활용 용도에 맞도록 코팅 또는 일반천이나 부직포 등을 덧대거나 부착할 수 있다.
일반섬유(10)와 카본사(20) 및 금속사(30)가 직조되어 제조되는 직조물은 덮개천을 접착 또는 감싸는 단계를 통해 상측과 하측 양측면에 부직포 또는 일반섬유(10)로 형성되는 덮개천이 접착 또는 직조물의 전면을 감싸며 형성되도록 할 수 있다.
상기 직조물의 전면을 코팅하는 코팅 단계를 통해 상기 일반섬유(10), 카본사(20) 및 금속사(30)가 직조되어 형성되는 직조물의 전면에는 폴리에틸렌(PE : polyethylene), 폴리염화비닐(PVC : Polyvinyl Chloride), 폴리우레탄(PU : polyurethane) 및 열가소성폴리우레탄(TPU : Thermoplastic Poly Urethane) 중 어느 하나 이상을 도포하여 코팅할 수도 있다.
상기 직조물에 덮개천을 접착 또는 감싸거나 코팅하게 되면, 직조물의 카본사(20)와 금속사(30)가 접히거나 구겨져서 파손되는 것을 덮개천 또는 코팅으로 인해 방지할 수 있으며, 카본사(20)에 전원이 인가되어 가열될 때 덮개천 또는 코팅으로 인해 직접적인 접촉을 방지하게 되므로 누전이나 과열 등으로 인한 사용자의 부상을 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따라 직조된 면상발열체를 보여주는 사진이다. 본 발명에 따른 면상발열체 제조방법은 꺽임강도가 취약한 카본사의 약점을 극복할 수 있으며, 가는 금속세선을 위선으로 다수 삽입하여 저항을 줄이며 카본사와의 교차지점에서도 손상이 일어나지 않는다.
또한, 종래의 탄소분말 코팅사 또는 프린팅한 면상발열체보다 내구성이 있어 접히거나 구겨져도 손상이 적으며 세탁 등이 가능하다.
금속사 타래로부터 금속사를 북(셔틀)이 순간적으로 잡아끌어 과도한 풀림으로 구부러져 꼬이는 것을 방지하기 위하여 장력 조절장치를 통해 장력을 조절하므로, 금속사가 직조될 때 늘어져 삽입되거나 엉키거나 꼬이는 현상으로 인해 금속사가 공급되지 못하는 현상을 방지하는 이점이 있다.
본 발명에 따른 직조된 면상발열체는 온열용 담요, 장판, 매트, 방석, 방한복, 난방용 커튼 등 다양한 보온용품으로 이용할 수 있다.

Claims (8)

  1. 면상발열체를 직조하는 직조기의 금속사 장력 조절장치에 있어서,
    상기 금속사 장력 조절장치는 직조기의 일측에 설치되어, 수직방향으로 내측면에 가이드홈이 형성된 지지대(41) 및 상기 지지대(41)의 가이드에 삽입되어 승강되며, 금속사가 통과하는 관통홀이 형성된 무게추(44)를 포함하되,
    상기 지지대(41)는 상기 무게추(44)가 삽입되어 승강되도록 상기 지지대(41)의 내측면에 길이방향을 따라 가이드홈(43)이 형성되고,
    직조물이 직조되는 직조기에 설치되는 공급롤러로 상기 금속사를 공급하며, 상기 금속사가 권취되어 회전을 통해 상기 공급롤러로 공급되는 회전롤러(46)가 상기 지지대(41)의 일측에 형성되며,
    상기 지지대(41)와 일정 거리 이격된 위치에 상기 금속사가 권취된 타래(31)가 상단에 설치되는 공급부가 구비되어,
    상기 금속사는 상기 타래로부터 풀어져 구부러져 꼬임을 방지하기 위하여 상기 무게추의 관통홀을 통과하여 상기 직조기에 위사로 공급되는 것을 특징으로 하는 금속사 장력 조절장치.
  2. 제1항의 금속사 장력 조절장치를 이용하여 면상 발열체를 직조하는 방법은,
    일반섬유가 위사와 경사로 구분되어 직조될 때 발열체를 형성하는 카본사를 경사 방향으로 일정 간격 이격 삽입하여 직조하는 단계;
    상기 카본사와 일반섬유를 직조할 때 카본사와 교차되도록 삽입되는 금속사를 타래에서 풀 때 장력을 장력 조절장치를 통해 상기 금속사의 장력을 조절하는 단계;
    상기 장력 조절장치를 통해 금속사의 장력을 조절하여 금속사 타래에서 풀어 카본사와 일반섬유를 직조할 때 카본사와 교차되도록 위사로 삽입하는 단계 및
    상기 금속사를 일정 수의 라인으로 이루어지도록 상기 카본사와 교차시켜 소정 간격으로 전극이 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속사 장력 조절장치를 이용한 면상발열체 직조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 카본사는 유기섬유인 레이온(rayon)계, 폴리아크릴로니트릴(PAN)계, 피치(pitch)계 중 어느 하나 이상을 가열 탄화시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 금속사 장력 조절장치를 이용한 면상발열체 직조방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 카본사는 탄소함유량이 90wt% 이상인 것을 특징으로 하는 금속사 장력 조절장치를 이용한 면상발열체 직조방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 일반섬유, 카본사 및 금속사가 직조되어 형성되는 직조물의 상하 양측면에 부직포 또는 일반섬유로 형성되는 덮개천을 접착 또는 상기 직조물의 전면을 감싸며 형성하는 단계를 더 포함하는 금속사 장력 조절장치를 이용한 면상발열체 직조방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 일반섬유, 카본사 및 금속사가 직조되어 형성되는 직조물의 전면에는 폴리에틸렌(PE : Polyethylene), 폴리염화비닐(PVC : Polyvinyl Chloride), 폴리우레탄(PU : Polyurethane) 및 열가소성폴리우레탄(TPU : Thermoplastic Poly Urethane) 중 어느 하나 이상을 도포하여 코팅하는 단계를 더 포함하는 금속사 장력 조절장치를 이용한 면상발열체 직조방법.
  7. 제2항의 면상발열체 직조방법을 이용하여 제조된 면상발열체로서,
    경사로 직조되는 카본사 및 위사로 직조된 금속사가 특징인 카본사 면상발열체.
  8. 제8항으로 이루어진 카본사 면상발열체를 이용한 온열용 담요, 장판, 매트, 방석, 방한복 및 난방용 커튼 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 보온용품.
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