WO2024101548A1 - 차량용 온열 시트 및 이의 제조 방법 - Google Patents

차량용 온열 시트 및 이의 제조 방법 Download PDF

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WO2024101548A1
WO2024101548A1 PCT/KR2023/003941 KR2023003941W WO2024101548A1 WO 2024101548 A1 WO2024101548 A1 WO 2024101548A1 KR 2023003941 W KR2023003941 W KR 2023003941W WO 2024101548 A1 WO2024101548 A1 WO 2024101548A1
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metal
carbon fiber
coated carbon
vehicle
heated seat
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PCT/KR2023/003941
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이종길
허수형
김정수
강지훈
김재화
최승호
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주식회사 비에스엠신소재
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Publication date
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    • B60N—SEATS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES; VEHICLE PASSENGER ACCOMMODATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B60N2/56—Heating or ventilating devices
    • B60N2/5678—Heating or ventilating devices characterised by electrical systems
    • B60N2/5685—Resistance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • H05B3/342—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater flexible, e.g. heating nets or webs heaters used in textiles

Definitions

  • the present invention relates to a heated seat for a vehicle and a method of manufacturing the same.
  • a seat heating system is built into the seats of a car to generate heat by supplying electricity to protect the driver and passengers from the cold.
  • This sheet heating system is a planar heating element in which conductor core wires coated with an insulating material are arranged in a zigzag pattern on the mounting surface of a pad made of flame-retardant non-woven fabric, etc., and both ends of the arranged heating wire strands are connected to power lines, respectively. is formed from
  • These heating wires must have excellent mechanical properties such as tensile strength and bending resistance to prevent damage from mechanical, chemical, and thermal stress caused by the occupant's load and vehicle body vibration when used inside a car seat.
  • the heating wire In order to improve the mechanical properties such as bending resistance of the heating wire, other alloying elements are added to the copper (Cu) of the conductor core wire that makes up the heating wire to alloy it, or when a plurality of heating wires are twisted together at a certain pitch and gathered into a bundle form, the heating wire Mechanical properties may be improved, but flexibility may decrease or resistance of the conductor core may increase, making it difficult to control the heat generation amount of the heating cable.
  • Republic of Korea Patent Publication No. 10-2019-0024713 is presented as a similar prior document.
  • the purpose of the present invention is to provide a heated vehicle seat that is excellent in durability, bending resistance, flexibility, etc., and is easy to control heat generation, and a method of manufacturing the same.
  • One aspect of the present invention for achieving the above object is a heating unit where a heating cable including metal-coated carbon fiber wrapped around a metal-coated carbon fiber base material with glass fiber is disposed;
  • a heated seat for a vehicle including a body portion to which the heating cable is attached,
  • the glass fiber relates to a heated seat for a vehicle that surrounds a metal-coated carbon fiber base material at a predetermined angle along the outer peripheral surface of the metal-coated carbon fiber base material.
  • the angle may be 30 to 60° based on the longitudinal axis of the metal-coated carbon fiber substrate.
  • the metal-coated carbon fiber may satisfy the following relational equation 1.
  • D 0 and D 90 are the diameters of the metal-coated carbon fibers, respectively, D 0 is the fiber diameter in one direction ( ⁇ m), and D 90 is the fiber diameter in the vertical direction in the one direction ( ⁇ m).
  • the metal-coated carbon fiber substrate may be a bundle of 100 to 50,000 monofilaments, and the monofilaments may be carbon fibers coated with a first metal and a second metal.
  • the first metal may be nickel or copper
  • the second metal may be nickel.
  • the heating cable may include metal-coated carbon fiber, a first heat-resistant resin layer, a metal braid layer, and a second heat-resistant resin layer sequentially from the inside, and as a specific example, the first heat-resistant resin layer
  • the resin layer and the second heat-resistant resin layer are independently made of polyamide (PA), polyethylene (PE), polypropylene (PP), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polycarbonate (PC), and polyvinyl chloride (PVC).
  • polyvinyl alcohol PVA
  • polystyrene PS
  • polybutylene terephthalate PBT
  • polyethylene terephthalate PET
  • polymethyl methacrylate PMMA
  • acrylonitrile-styrene copolymer resin SAN
  • thermoplastic resins such as acrylonitrile-styrene-acrylate copolymer resin (ASA), polyphenylene ether (PPE), polyphenylene sulfide (PPS), and polyetheretherketone (PEEK)
  • rubber resins such as natural rubber, ethylene-propylene-diene monomer (EPDM), styrene butadiene, ethylene propylene, chloroprene, hypalon, silicone, and ethylene vinyl acetate.
  • another aspect of the present invention includes attaching a heating portion on the body portion,
  • the heating unit is a heating cable containing metal-coated carbon fiber wrapped around a metal-coated carbon fiber base with glass fiber, arranged according to a pattern, and the glass fiber is formed at a predetermined angle along the outer peripheral surface of the metal-coated carbon fiber base. It relates to a method of manufacturing a heated seat for a vehicle, which wraps a fiber substrate.
  • the heated seat for a vehicle according to the present invention uses metal-coated carbon fiber whose outer peripheral surface is wrapped with glass fiber, so that the diameter and center point of the metal-coated carbon fiber can be kept constant, thereby precisely generating heat at the target level. It has the advantage of being controllable and having excellent physical properties such as durability, bending resistance, and flexibility.
  • Figure 1 is an actual photograph of a heating cable manufactured with 3,000 strands of metal-coated carbon fiber (3K MCF), 6K MCF, and 12K MCF, respectively, according to an example of the present invention.
  • Figure 2 is an exemplary diagram of metal-coated carbon fiber according to the present invention.
  • Figure 3 is an optical microscope image of a cross section of the heating cable manufactured according to Preparation Example 5.
  • Figure 4 is an optical microscope image of a cross section of a heating cable manufactured according to Comparative Manufacturing Example 1.
  • Figure 5 is an actual photograph of a heating cable patterned according to Production Example 1.
  • Figure 6 is an infrared thermal imaging camera image of a heated vehicle seat manufactured according to Production Example 1 before and after a fatigue failure test.
  • Figure 7 is an image comparing the heating rate and temperature of the heated vehicle seat manufactured according to Production Example 1.
  • Figure 8 is comparative data on the temperature increase rate of a vehicle heated seat manufactured according to Production Example 1 and a mass-produced heated sheet manufactured using a metal (Cu) heating wire.
  • One aspect of the present invention includes a heating unit where a heating cable including metal-coated carbon fiber wrapped around a metal-coated carbon fiber substrate with glass fiber is disposed; A heated seat for a vehicle including a body portion to which the heating cable is attached,
  • the glass fiber relates to a heated seat for a vehicle that surrounds a metal-coated carbon fiber base material at a predetermined angle along the outer peripheral surface of the metal-coated carbon fiber base material.
  • the heated seat for a vehicle uses metal-coated carbon fiber whose outer peripheral surface is wrapped with glass fiber, so that the diameter and center point of the metal-coated carbon fiber can be kept constant, thereby maintaining the target level of heat generation. It has the advantage of being able to be controlled precisely and having excellent physical properties such as durability, bending resistance, and flexibility.
  • the heated seat for a vehicle may be largely composed of a heating portion and a body portion to which the heating portion is attached.
  • the heating unit arranges the heating cable according to a pattern, and may have a zigzag pattern as shown in Figures 5 to 7, and the heating cable may be patterned in a series structure or a parallel structure. there is.
  • the heating cable according to the present invention may sequentially include metal-coated carbon fiber, a first heat-resistant resin layer, a metal braided layer, and a second heat-resistant resin layer from the inside.
  • the metal-coated carbon fiber according to an example of the present invention may have the outer peripheral surface of the metal-coated carbon fiber base material wrapped with glass fiber at a predetermined angle and at a predetermined interval.
  • the angle may be 30 to 60°, more preferably 40 to 60°, and even more preferably 50 to 60° with respect to the longitudinal axis of the metal-coated carbon fiber substrate. In this range, it is good to keep the diameter and center point of the metal-coated carbon fiber more constant when manufacturing heating cables.
  • the metal-coated carbon fiber may satisfy the following relational equation 1.
  • D 0 and D 90 are the diameters of the metal-coated carbon fibers, respectively, D 0 is the fiber diameter in one direction ( ⁇ m), and D 90 is the fiber diameter in the vertical direction in the one direction ( ⁇ m).
  • the metal-coated carbon fiber may have a concentric structure in which the metal-coated carbon fiber base material is not tilted in a specific direction and the diameter and center point are kept constant, and through this, heat generation can be precisely controlled at a target level. More preferably, ⁇ D 0 -D 90 ⁇ /D 0 ⁇ 100 may be 5 or less, more preferably 3 or less, and in this case, the lower limit may be 0. On the other hand, if the shape of the metal-coated carbon fiber base does not have a concentric structure and is severely distorted, the degree of heat generation may vary in each section of the heating cable, which is not good.
  • the metal-coated carbon fiber substrate according to an example of the present invention can be used without limitation as long as it is a carbon fiber coated with metal on the outer diameter of the carbon fiber through a plating process, but the heat generation characteristics and mechanical strength to be manufactured in the present invention are limited.
  • carbon fiber that is single or double coated with metal through electroless plating or electrolytic plating.
  • it may be a metal-coated carbon fiber obtained by electroless plating with nickel or copper and then electrolytically plating nickel, but it is not necessarily limited thereto.
  • the thickness of the metal coating produced by the plating may be 50 to 800 nm.
  • the electrical resistance of the metal-coated carbon fiber may vary depending on the thickness of the metal coating, and a desirable electrical resistance may be 0.1 to 10 ⁇ /m, but is not limited thereto.
  • the metal-coated carbon fiber substrate may be a bundle of 100 to 50,000 monofilament strands, preferably 1K (1,000 monofilament strands), 3K (3,000 monofilament strands), 6K (6,000 monofilament strands), and 12K (monofilament strands).
  • Metal-coated carbon fiber substrates of 12,000 strands) and 48K (48,000 monofilament strands) can be used, and more preferably 3K (3,000 monofilament strands) to 6K (6,000 monofilament strands) and 12K (monofilament 12,000 strands).
  • Metal-coated carbon fiber substrate can be used.
  • the glass fiber according to an example of the present invention is literally a material made by pulling glass thin and long like a fiber.
  • the diameter of the glass fiber may be 1 to 20 ⁇ m, more preferably 3 to 15 ⁇ m, but is necessarily limited to this. It doesn't work.
  • the glass fiber may be one strand or a plurality of two or more strands, and preferably 3 to 20 strands of glass fiber are used to maintain the diameter and center point of the metal-coated carbon fiber more consistently when manufacturing the heating cable. It's good to have it.
  • Such metal-coated carbon fiber includes the steps of a) preparing a metal-coated carbon fiber base material; and b) wrapping glass fiber at a predetermined angle along the outer peripheral surface of the metal-coated carbon fiber substrate.
  • step a) of preparing a metal-coated carbon fiber substrate can be performed.
  • the metal-coated carbon fiber substrate according to an example of the present invention can be used without limitation as long as it is a carbon fiber coated with a metal on the outer diameter of the carbon fiber through a plating process, but the heat generating properties to be manufactured in the present invention In order to satisfy the mechanical strength, it is preferable to use carbon fiber double coated with metal through electroless plating and electrolytic plating.
  • step a) includes a-1) electroless plating carbon fiber with a first metal; and a-2) electroplating the electroless plated carbon fiber with a second metal.
  • the types of the first metal and the second metal may be the same or different, and preferably the first metal may be nickel or copper, and the second metal may be nickel.
  • the electroless and electrolytic process of the present invention can be performed through the method presented in Domestic Patent No. 10-1427309, but is not limited thereto.
  • Step a-1) may be performed by passing the carbon fiber through an electroless plating solution containing pure water, a first metal salt, complexing agent, reducing agent, stabilizer, and pH adjuster, and step a-2) may be performed. It can be performed continuously following step a-1) by applying a constant voltage (CV) of 5 to 15 V using a second metal salt and a pH buffer, but is not limited to the above method.
  • CV constant voltage
  • steps a-1) and a-2 Before steps a-1) and a-2), (i) degreasing and softening the carbon fibers by passing them through an aqueous solution containing a surfactant, an organic solvent, and a non-ionic surfactant; (ii) The carbon fiber resulting from step (i) is dissolved in an aqueous solution containing sodium bisulfite (NaHSO 3 ), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), ammonium persulfate ((NH 4 ) 2 S 2 O 8 ) and pure water.
  • NaHSO 3 sodium bisulfite
  • sulfuric acid H 2 SO 4
  • ammonium persulfate (NH 4 ) 2 S 2 O 8 ) and pure water.
  • the pre-treated carbon fiber can be used through a pre-treatment process including. However, it is not limited to this.
  • the thickness of the metal coating produced by the plating may be 50 to 800 nm, and more preferably 100 to 500 nm.
  • the electrical resistance of the metal-coated carbon fiber may vary depending on the thickness of the metal coating, and a desirable electrical resistance may be 0.1 to 10 ⁇ /m, but is not limited thereto.
  • step b) wrapping the glass fiber at a predetermined angle along the outer peripheral surface of the metal-coated carbon fiber substrate can be performed.
  • the angle of step b) may be 30 to 60°, more preferably 40 to 60°, and even more preferably 50 to 60° with respect to the longitudinal axis of the metal-coated carbon fiber substrate.
  • the distance may be the distance between the centers of the glass fibers spaced apart from the glass fibers, and may be specifically, for example, 50 to 300 ⁇ m. In this range, it is good to keep the diameter and center point of the metal-coated carbon fiber base more constant when manufacturing heating cables.
  • step b) can be performed by applying a tension of 5 to 10 N/tex to the metal-coated carbon fiber substrate.
  • a tension of 5 to 10 N/tex is not applied to the metal-coated carbon fiber bundle, thereby preventing damage to the conductor, and the diameter and center point of the metal-coated carbon fiber substrate can be kept more constant.
  • the tension is less than 5 N/tex, the center point of the heating wire may deviate excessively from the concentric point, and if it exceeds 10 N/tex, the fibers of the metal-coated carbon fiber base may break due to friction between the metal-coated carbon fiber base and glass fiber. This is not good because the conductor resistance may increase due to (micro-disconnection) or damage to the metal coating layer.
  • step b) can wrap the glass fiber at a rotation speed of 50 to 300 cycles/min, and more preferably, the glass fiber can be wrapped at a rotation speed of 100 to 200 cycles/min. In this range, damage may not occur to the metal-coated carbon fiber bundle.
  • the first heat-resistant resin layer and the second heat-resistant resin layer according to an example of the present invention can be used without particular limitations as long as they are materials having insulation and heat resistance.
  • the first heat-resistant resin layer and The second heat-resistant resin layer is independently made of polyamide (PA), polyethylene (PE), polypropylene (PP), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polycarbonate (PC), polyvinyl chloride (PVC), and polyvinyl.
  • PA polyamide
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • ABS acrylonitrile butadiene styrene
  • PC polycarbonate
  • PVC polyvinyl chloride
  • PVA polystyrene
  • PS polystyrene
  • PBT polybutylene terephthalate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PMMA acrylonitrile-styrene copolymer resin
  • ASA styrene-acrylate copolymer resin
  • PPE polyphenylene ether
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PEEK polyether ether ketone
  • rubber resins such as natural rubber, ethylene-propylene-diene monomer (EPDM), styrene butadiene, ethylene propylene, chloroprene, hypalon, silicone, and ethylene vinyl acetate.
  • the metal braided layer according to an example of the present invention is intended to reinforce the shear force of the metal-coated carbon fiber and protect the conductor from external shock, and may be braided with metal wires such as copper, stainless steel, or tin-plated wire.
  • Such a heating cable includes the following steps: A) manufacturing metal-coated carbon fiber; B) manufacturing a cable wire by coating the metal-coated carbon fiber with a first heat-resistant resin through a first sheath process; C) braiding the cable wire into a metal wire through a braiding process; and D) manufacturing a heating cable by coating the braided cable wire with a second heat-resistant resin through a secondary sheath process.
  • a twisting process can be performed in which insulated cable conductors are twisted into two or more strands to manufacture a cable bundle.
  • the body part is for attaching a heating part, and any material commonly used in the industry can be used without particular limitation. Specifically, for example, it may be a flame retardant treated non-woven fabric.
  • the heated seat for a vehicle may further include a power line, a crimp terminal, a sensor, a controller, etc. for electrical connection.
  • Another aspect of the present invention relates to a method of manufacturing the above-described heated seat for a vehicle.
  • the method for manufacturing a heated seat for a vehicle according to an example of the present invention includes the step of attaching a heating portion on the body portion,
  • the heating unit is a heating cable containing metal-coated carbon fiber wrapped around a metal-coated carbon fiber base material with glass fiber, arranged according to a pattern,
  • the glass fiber may surround the metal-coated carbon fiber substrate at a predetermined angle along the outer peripheral surface of the metal-coated carbon fiber substrate.
  • the pattern work can be performed by patterning the heating cable with an embroidery machine, and after attaching the heating wire to the body part, the wires and connectors are connected to provide vehicle heating. Sheets can be manufactured.
  • the heated seat for a vehicle and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described in more detail through examples.
  • the following examples are only a reference for explaining the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.
  • a nickel-coated carbon fiber bundle (nickel coating layer thickness 100 nm, MCF) was manufactured using the metal-plated carbon fiber manufacturing method according to Patent No. 10-1427309.
  • glass fibers (20 strands, diameter 5 ⁇ m) were wound around the outer circumferential surface of the MCF at a rotation speed of 100 cycles/min.
  • the length of the metal-coated carbon fiber base was A metal-coated carbon fiber heating cable was manufactured by adjusting it to be twisted 30° based on the direction axis.
  • a metal-coated carbon fiber heating cable was manufactured by performing all processes in the same manner as in Example 1 except that the angle of the glass fiber was adjusted differently.
  • a metal-coated carbon fiber heating cable was manufactured by performing all processes in the same manner as in Example 6, except that the tension applied to the nickel-coated carbon fiber substrate was adjusted differently.
  • nickel-coated carbon fiber substrate nickel-coated layer thickness: 100 nm
  • a metal-coated carbon fiber heating cable was manufactured without winding glass fiber.
  • Polyamide 6 (PA6) resin (density 1.14 g/cm3, melting point 220°C, tensile strength 83 MPa, Izod impact strength 7.5 Kgf ⁇ cm/ cm, heat distortion temperature 65°C) was extruded and coated, then a copper wire was braided around its outer diameter, and a heating cable specimen was manufactured by extrusion molding and covering the PA6 resin again.
  • the properties of the specimens prepared in this way were evaluated according to the following method.
  • Diameter measurement Measure the diameter of the metal-coated carbon fiber in one direction (D 0, ⁇ m) and the fiber diameter (D 90 , ⁇ m) in the vertical direction in one direction, respectively, and calculate the difference (%) according to equation 1. It is shown in Table 2 below.
  • Example 11 In the case of a heating cable using metal-coated carbon fiber wrapped around glass fiber on a metal-coated carbon fiber base according to the present invention, the center point is well established, and the size difference in diameters in the two directions perpendicular to each other is reduced compared to Comparative Example 1, and accordingly, the electrical resistance It was confirmed that this decreased. However, in Example 11, the amount of tension applied to the metal-coated carbon fiber substrate was too large, resulting in fiber breakage (fine breakage) or damage to the metal coating layer of the metal-coated carbon fiber substrate. A problem occurred in which the electrical resistance became higher than that of Comparative Example 1.
  • the heating cable manufactured in Example 5 was patterned and attached to a flame retardant nonwoven fabric with different patterns as shown in FIGS. 5 to 7 using an embroidery machine, and then wires and connectors were connected to manufacture a heated seat for a vehicle.
  • Figure 6 is an infrared thermal imaging camera image before and after the fatigue destruction test of the vehicle heated seat manufactured according to Production Example 1, confirming that the heating cable is not disconnected and the target level of heat is precisely maintained even after the 180,000 fatigue destruction tests. I was able to.
  • Figure 7 shows the temperature rise distribution of heat generated in an actual environment by inserting a heated vehicle seat manufactured according to Production Example 1 into a vehicle seat with a ventilated seat finished.
  • Figure 8 is data showing the faster temperature increase rate of the MCF heating cable manufactured according to Production Example 1 compared to the existing metal (Cu) heating wire under the condition of having the same power consumption as the existing metal heating wire.
  • the time to reach the target temperature of 50°C is 85 seconds in Production Example 1, whereas when using a metal heating wire, it is DC 111 seconds and AC 226 seconds, which is longer than that of the mass-produced heated seat using a conventional metal heating wire. It was confirmed that the response speed was remarkably fast.
  • the time to reach the target temperature and power consumption of the thermal sheet manufactured according to Production Example 1 were significantly shortened compared to the mass-produced product. Furthermore, according to the flammability test method MS300-08:2014, the flame retardancy of the heated sheet manufactured in Production Example 1 was evaluated under the conditions of temperature 21 ⁇ 5 °C, relative humidity 55 ⁇ 5%, and 24 hours of standing time, and the results were 5 All of the specimens were confirmed to have flame retardancy by being evaluated with a combustion distance of 0 mm, combustion time of 0 seconds, and combustion speed SE (self-extinguishing property).

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Abstract

본 발명은 금속코팅 탄소섬유 기재를 유리섬유로 감싼 금속코팅 탄소섬유를 포함하는 히팅케이블이 배치된 발열부; 및 상기 히팅케이블이 부착되는 몸체부;를 포함하는 차량용 온열 시트로, 상기 유리섬유는 금속코팅 탄소섬유 기재의 외주면을 따라 소정 틀어진 각도로 금속코팅 탄소섬유 기재를 감싸는 것인 차량용 온열 시트와 이의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

차량용 온열 시트 및 이의 제조 방법
본 발명은 차량용 온열 시트 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 시트 등에는 추위로부터 운전자 및 탑승자를 보호하기 위해 전기의 공급에 의한 발열이 가능하도록 시트 열선 시스템이 내장된다. 이러한 시트 열선 시스템은 도체심선이 절연소재에 의해 코팅된 열선 가닥이 방염처리된 부직포 등으로 이루어진 패드의 장착면 상에 지그재그로 배열되고, 배열된 열선 가닥의 양 말단이 각각 전원선과 접속되는 면상 발열체로부터 형성된다.
이러한 열선은 자동차의 시트 등에 내장 사용시 탑승자의 하중과 차체 진동에 의한 기계적, 화학적, 열적 스트레스 등으로부터 손상되는 것을 방지하기 위해 인장강도, 내굴곡성 등의 기계적 특성이 우수해야 한다.
또한, 앞서 기술한 바와 같이 지그재그로 배열됨으로써 면상 발열체를 형성하기 위해서는 유연성 역시 우수해야 한다.
그러나, 열선의 내굴곡성 등의 기계적 특성을 향상시키기 위해 이를 구성하는 도체심선의 구리(Cu)에 다른 합금원소를 첨가하여 합금하거나 복수의 열선을 일정 피치로 서로 꼬아 다발 형태로 집합시키는 경우 열선의 기계적 특성은 향상될 수 있지만, 유연성이 저하되거나 상기 도체심선의 저항이 증가하여 상기 열선케이블의 발열량의 제어가 곤란할 수 있다.
따라서, 내구성, 내굴곡성, 유연성 등이 우수하고, 추가로 저항 조절에 의한 발열의 제어가 용이한 차량용 온열 시트의 개발이 필요한 실정이다.
한편, 이에 대한 유사 선행문헌으로는 대한민국 공개특허 10-2019-0024713호가 제시되어 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 내구성, 내굴곡성, 유연성 등이 우수하고, 발열 제어가 용이한 차량용 온열 시트 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만 상기 목적은 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 금속코팅 탄소섬유 기재를 유리섬유로 감싼 금속코팅 탄소섬유를 포함하는 히팅케이블이 배치된 발열부; 및 상기 히팅케이블이 부착되는 몸체부;를 포함하는 차량용 온열 시트로,
상기 유리섬유는 금속코팅 탄소섬유 기재의 외주면을 따라 소정 틀어진 각도로 금속코팅 탄소섬유 기재를 감싸는 것인, 차량용 온열 시트에 관한 것이다.
상기 일 양태에 있어, 상기 각도는 금속코팅 탄소섬유 기재의 장방향축을 기준으로 30 내지 60°일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 금속코팅 탄소섬유는 하기 관계식 1을 만족하는 것일 수 있다.
[관계식 1]
│D0-D90│/D0 × 100 ≤ 10
(상기 관계식 1에서 D0 및 D90은 각각 금속코팅 탄소섬유의 직경으로, D0는 일방향의 섬유 직경(㎛)이며, D90은 상기 일방향의 수직방향의 섬유 직경(㎛)이다.)
상기 일 양태에 있어, 상기 금속코팅 탄소섬유 기재는 모노필라멘트 100 내지 50,000 가닥의 다발일 수 있으며, 상기 모노필라멘트는 제1금속 및 제2금속으로 탄소섬유를 코팅한 것일 수 있다. 보다 구체적인 일 예시로, 상기 제1금속은 니켈 또는 구리이며, 제2금속은 니켈일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 히팅케이블은 내부로부터 순차적으로, 금속코팅 탄소섬유, 제1내열수지층, 금속편조층 및 제2내열수지층을 포함하는 것일 수 있으며, 구체적인 일 예시로 상기 제1내열수지층 및 제2내열수지층은 서로 독립적으로 폴리아마이드(PA), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리카보네이트(PC), 폴리염화비닐(PVC), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리스티렌(PS), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 수지(SAN), 아크릴로니트릴-스티렌-아크릴레이트 공중합체 수지(ASA), 폴리페닐렌에테르(PPE), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 및 폴리에테르에테르케톤(PEEK)인 열가소성 수지; 및 천연고무, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 스티렌부타디엔, 에틸렌프로필렌, 클로로프렌, 하이파론, 실리콘 및 에틸렌 비닐 아세테이트인 고무류 수지;에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 몸체부 상에 발열부를 부착하는 단계;를 포함하며,
상기 발열부는 금속코팅 탄소섬유 기재를 유리섬유로 감싼 금속코팅 탄소섬유를 포함하는 히팅케이블을 패턴에 따라 배치한 것이고, 상기 유리섬유는 금속코팅 탄소섬유 기재의 외주면을 따라 소정 틀어진 각도로 금속코팅 탄소섬유 기재를 감싸는 것인, 차량용 온열 시트의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 차량용 온열 시트는 금속코팅 탄소섬유 기재의 외주면이 유리섬유로 감싸진 금속코팅 탄소섬유를 사용함으로써 금속코팅 탄소섬유의 직경과 중심점을 일정하게 유지할 수 있어 목표하는 수준의 발열을 정밀하게 제어할 수 있으며, 내구성, 내굴곡성, 유연성 등의 물성이 우수하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따라 3,000 가닥 금속코팅 탄소섬유(3K MCF)와 6K MCF , 12K MCF로 각각 제조된 히팅케이블의 실사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 금속코팅 탄소섬유의 일 예시도이다.
도 3은 제조예 5에 따라 제조된 히팅케이블의 단면의 광학현미경 이미지이다.
도 4는 비교제조예 1에 따라 제조된 히팅케이블의 단면의 광학현미경 이미지이다.
도 5는 제작예 1에 따라 패턴화된 히팅케이블의 실사진이다.
도 6은 제작예 1에 따라 제조된 차량용 온열 시트의 피로 파괴 테스트 전후 적외선 열화상 카메라 이미지이다.
도 7은 제작예 1에 따라 제조된 차량용 온열 시트의 승온 속도 및 온도를 비교한 이미지이다.
도 8은 제작예 1에 따라 제조된 차량용 온열 시트와 금속(Cu) 열선을 사용하여 제조된 양산품 온열 시트의 승온 속도 비교 자료이다.
이하 본 발명에 따른 차량용 온열 시트 및 이의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 일 양태는 금속코팅 탄소섬유 기재를 유리섬유로 감싼 금속코팅 탄소섬유를 포함하는 히팅케이블이 배치된 발열부; 및 상기 히팅케이블이 부착되는 몸체부;를 포함하는 차량용 온열 시트로,
상기 유리섬유는 금속코팅 탄소섬유 기재의 외주면을 따라 소정 틀어진 각도로 금속코팅 탄소섬유 기재를 감싸는 것인, 차량용 온열 시트에 관한 것이다.
이처럼, 본 발명에 따른 차량용 온열 시트는 금속코팅 탄소섬유 기재의 외주면이 유리섬유로 감싸진 금속코팅 탄소섬유를 사용함으로써 금속코팅 탄소섬유의 직경과 중심점을 일정하게 유지할 수 있어 목표하는 수준의 발열을 정밀하게 제어할 수 있으며, 내구성, 내굴곡성, 유연성 등의 물성이 우수하다는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 일 예에 따른 차량용 온열 시트의 각 구성 성분에 대하여 보다 상세히 설명한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 예에 따른 차량용 온열 시트는 크게 발열부와 상기 발열부가 부착되는 몸체부로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 발열부는 히팅케이블을 패턴에 따라 배치한 것으로, 도 5 내지 7에 도시된 바와 같이 지그재그 패턴을 가질 수 있으며, 히팅케이블은 직렬 구조 또는 병렬 구조로 패턴화될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 히팅케이블은 내부로부터 순차적으로, 금속코팅 탄소섬유, 제1내열수지층, 금속편조층 및 제2내열수지층의 구성을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 예에 따른 금속코팅 탄소섬유는 소정의 각도 및 소정 간격으로 금속코팅 탄소섬유 기재의 외주면이 유리섬유로 감싸진 것일 수 있다.
구체적인 일 예시로, 상기 각도는 금속코팅 탄소섬유 기재의 장방향축을 기준으로 30 내지 60°일 수 있으며, 보다 좋게는 40 내지 60°, 더욱 좋게는 50 내지 60°일 수 있다. 이와 같은 범위에서 히팅케이블 제조 시 금속코팅 탄소섬유의 직경과 중심점을 보다 일정하게 유지할 수 있어 좋다.
바람직하게, 상기 금속코팅 탄소섬유는 하기 관계식 1을 만족하는 것일 수 있다.
[관계식 1]
│D0-D90│/D0 × 100 ≤ 10
(상기 관계식 1에서 D0 및 D90은 각각 금속코팅 탄소섬유의 직경으로, D0는 일방향의 섬유 직경(㎛)이며, D90은 상기 일방향의 수직방향의 섬유 직경(㎛)이다.)
즉, 상기 금속코팅 탄소섬유는 금속코팅 탄소섬유 기재가 특정 방향으로 쏠리지 않고 직경과 중심점이 일정하게 유지된 동심원 구조를 가진 것일 수 있으며, 이를 통해 목표하는 수준의 발열을 정밀하게 제어할 수 있다. 보다 바람직하게, │D0-D90│/D0 × 100은 5 이하, 더욱 좋게는 3 이하일 수 있으며, 이때 하한은 0일 수 있다. 반면, 금속코팅 탄소섬유 기재의 형태가 동심원 구조를 가지지 못 하고 심하게 찌그러질 경우 히팅케이블의 구역 마다 발열 정도가 다를 수 있어 좋지 않다.
한편, 본 발명에 일 예에 따른 금속코팅 탄소섬유 기재는, 탄소섬유의 외경에 도금 공정을 통해 금속이 코팅된 탄소섬유라면 제한 없이 이용이 가능하나, 본 발명에서 제조하고자 하는 발열 특성 및 기계적 강도를 만족하기 위해서는, 무전해 도금 및 또는 전해 도금을 통해 금속이 단일 또는 이중으로 코팅된 탄소섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로 예를 들면 니켈 또는 구리로 무전해 도금한 후 니켈을 전해 도금한 금속코팅 탄소섬유일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 아울러, 상기 도금에 의해 생성된 금속코팅의 두께는 50 내지 800 ㎚일 수 있다. 상기 금속코팅의 두께에 따라 금속코팅 탄소섬유의 전기저항이 상이하게 나타날 수 있고, 바람직한 전기저항은 0.1 내지 10 Ω/m일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 금속코팅 탄소섬유 기재는 모노필라멘트 100 내지 50,000 가닥의 다발일 수 있으며, 바람직하게는 1K(모노필라멘트 1,000 가닥), 3K(모노필라멘트 3,000 가닥), 6K(모노필라멘트 6,000 가닥), 12K(모노필라멘트 12,000 가닥), 48K(모노필라멘트 48,000 가닥)인 금속코팅 탄소섬유 기재를 사용할 수 있고, 보다 바람직하게는 3K(모노필라멘트 3,000 가닥) 내지 6K(모노필라멘트 6,000 가닥), 12K(모노필라멘트 12,000 가닥)인 금속코팅 탄소섬유 기재를 사용할 수 있다.
본 발명에 일 예에 따른 유리섬유는 말 그대로 유리를 섬유처럼 가늘고 길게 뽑은 소재로, 상기 유리섬유의 직경은 1 내지 20 ㎛일 수 있으며, 보다 좋게는 3 내지 15 ㎛일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
아울러, 상기 유리섬유는 한 가닥 또는 둘 이상의 복수의 가닥일 수 있으며, 바람직하게는 3 내지 20 가닥의 유리섬유를 사용하는 것이 히팅케이블 제조 시 금속코팅 탄소섬유의 직경과 중심점을 보다 일정하게 유지할 수 있어 좋다.
이와 같은 금속코팅 탄소섬유는 a) 금속코팅 탄소섬유 기재를 준비하는 단계; 및 b) 상기 금속코팅 탄소섬유 기재의 외주면을 따라 소정 틀어진 각도로 유리섬유를 감싸는 단계;를 통해 제조된 것일 수 있다.
먼저, a) 금속코팅 탄소섬유 기재를 준비하는 단계를 수행할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 일 예에 따른 금속코팅 탄소섬유 기재는, 탄소섬유의 외경에 도금 공정을 통해 금속이 코팅된 탄소섬유라면 제한 없이 이용이 가능하나, 본 발명에서 제조하고자 하는 발열 특성 및 기계적 강도를 만족하기 위해서는, 무전해 도금 및 전해 도금을 통해 금속이 이중으로 코팅된 탄소섬유를 사용하는 것이 바람직하다.
구체적인 일 예시로, 상기 a)단계는, a-1) 탄소섬유를 제1금속으로 무전해도금하는 단계; 및 a-2) 상기 무전해도금된 탄소섬유를 제2금속으로 전해도금하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 제1금속 및 제2금속의 종류는 서로 같거나 또는 다를 수 있고, 바람직하게는 제1금속은 니켈 또는 구리, 제2금속은 니켈일 수 있다. 본 발명의 무전해 및 전해 공정은 국내 등록특허 제10-1427309호에 제시된 방법을 통해 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 a-1)단계는 순수(pure water), 제1금속염, 착화제, 환원제, 안정제 및 pH 조절제를 포함하는 무전해 도금액에 탄소섬유를 통과시켜 수행될 수 있고, 상기 a-2)단계는 a-1)단계에 이어 연속적으로 수행되는 것으로 제2금속염 및 pH 완충제를 이용하여 정전압(CV, constant voltage) 5 내지 15 V를 가하여 수행될 수 있으나, 상기 방법에 제한되는 것은 아니다.
상기 a-1)단계 및 a-2)단계 이전에, (ⅰ) 탄소섬유를 계면활성제, 유기 용매 및 비이온 계면활성제를 포함하는 수용액에 통과시켜 탄소섬유를 탈지 및 연화시키는 단계; (ⅱ) 상기 단계 (ⅰ)의 결과물인 탄소섬유를 아황산수소나트륨(NaHSO3), 황산(H2SO4), 과황산 암모늄((NH4)2S2O8) 및 순수를 포함하는 수용액에 통과시켜 중화, 세정 및 조질(conditioning) 작용을 하는 에칭 공정을 실시하는 단계; (ⅲ) 상기 단계 (ⅱ)의 결과물인 탄소섬유를 PdCl2 수용액에 통과시켜 센시타이징(sensitizing) 공정을 실시하는 단계; 및 (ⅳ) 상기 단계 (ⅲ)의 결과물인 탄소섬유를 황산(H2SO4) 수용액에 통과시켜 활성화(activating) 공정을 실시하는 단계;를 포함하는 전처리 공정을 통해 전처리된 탄소섬유를 사용할 수 있으나, 역시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 도금에 의해 생성된 금속코팅의 두께는 50 내지 800 ㎚일 수 있으며, 보다 좋게는 100 내지 500 ㎚일 수 있다. 상기 금속코팅의 두께에 따라 금속코팅 탄소섬유의 전기저항이 상이하게 나타날 수 있고, 바람직한 전기저항은 0.1 내지 10 Ω/m일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이와 같이, 금속코팅 탄소섬유 기재가 준비되면, b) 상기 금속코팅 탄소섬유 기재의 외주면을 따라 소정 틀어진 각도로 유리섬유를 감싸는 단계를 수행할 수 있다.
이때, 상기 b)단계의 각도는 금속코팅 탄소섬유 기재의 장방향축을 기준으로 30 내지 60°일 수 있으며, 보다 좋게는 40 내지 60°, 더욱 좋게는 50 내지 60°일 수 있다. 또한, 상기 간격은 유리섬유와 이격 배치된 유리섬유의 중심간 거리일 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 50 내지 300 ㎛일 수 있다. 이와 같은 범위에서 히팅케이블 제조 시 금속코팅 탄소섬유 기재의 직경과 중심점을 보다 일정하게 유지할 수 있어 좋다.
아울러, 상기 b)단계는 금속코팅 탄소섬유 기재에 5 내지 10 N/tex의 장력을 인가하여 수행될 수 있다. 이와 같은 범위에서 b)단계 수행 시 금속코팅 탄소섬유 다발에 휨 변형이 가해지지 않아 도체가 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 금속코팅 탄소섬유 기재의 직경과 중심점을 보다 일정하게 유지할 수 있다. 반면, 장력이 5 N/tex 미만이면 발열선의 중심점이 동심점으로부터 과하게 벗어날 수 있으며, 10 N/tex를 초과할 경우 금속코팅 탄소섬유 기재와 유리섬유 간의 마찰로 인해 금속코팅 탄소섬유 기재의 섬유 끊김(미세 단선)이나 금속코팅층이 손상되는 현상으로 인해 도체 저항이 높아지는 현상이 발생할 수 있어 좋지 않다.
또한, 상기 b)단계는 50 내지 300 사이클/분의 회전속도로 유리섬유를 감쌀 수 있으며, 보다 좋게는 100 내지 200 사이클/분의 회전속도로 유리섬유를 감쌀 수 있다. 이와 같은 범위에서 금속코팅 탄소섬유 다발에 손상이 발생하지 않을 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 예에 따른 상기 제1내열수지층 및 제2내열수지층은 절연성 및 내열성을 가지는 소재라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 상기 제1내열수지층 및 제2내열수지층은 서로 독립적으로 폴리아마이드(PA), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리카보네이트(PC), 폴리염화비닐(PVC), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리스티렌(PS), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 수지(SAN), 아크릴로니트릴-스티렌-아크릴레이트 공중합체 수지(ASA), 폴리페닐렌에테르(PPE), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 및 폴리에테르에테르케톤(PEEK)인 열가소성 수지; 및 천연고무, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 스티렌부타디엔, 에틸렌프로필렌, 클로로프렌, 하이파론, 실리콘 및 에틸렌 비닐 아세테이트인 고무류 수지;에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 금속편조층은 금속코팅 탄소섬유의 전단력을 보강하고, 도체를 외부 충격으로부터 보호하기 위한 것으로, 구리, 스테인리스 또는 주석도금선 등의 금속선으로 편조된 것일 수 있다.
이와 같은 히팅케이블은 A) 금속코팅 탄소섬유를 제조하는 단계; B) 1차 시스(sheath) 공정을 통해 상기 금속코팅 탄소섬유에 제1내열수지를 피복시켜 케이블 선재를 제조하는 단계; C) 편조 공정을 통해 상기 케이블 선재를 금속선으로 편조하는 단계; 및 D) 2차 시스 공정을 통해 상기 편조된 케이블 선재에 제2내열수지를 피복시켜 히팅케이블을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
필요에 따라서는 원하는 단위 길이 당 저항을 제조할 수 없을 경우, 절연된 케이블 도체를 2 가닥 이상으로 꼬아 케이블 다발로 제조하는 대연 공정을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 예에 있어, 상기 몸체부는 발열부를 부착하기 위한 것으로, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 방염처리된 부직포 등일 수 있다.
이 외에도 본 발명의 일 예에 따른 차량용 온열 시트는 전기적 연결을 위한 전원선, 압착단자, 센서, 제어기 등을 더 포함할 수 있음을 물론이다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 전술한 차량용 온열 시트의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 예에 따른 차량용 온열 시트의 제조 방법은 몸체부 상에 발열부를 부착하는 단계;를 포함하며,
상기 발열부는 금속코팅 탄소섬유 기재를 유리섬유로 감싼 금속코팅 탄소섬유를 포함하는 히팅케이블을 패턴에 따라 배치한 것이며,
상기 유리섬유는 금속코팅 탄소섬유 기재의 외주면을 따라 소정 틀어진 각도로 금속코팅 탄소섬유 기재를 감싸는 것일 수 있다.
이때, 상기 발열부 및 몸체부는 전술한 바와 동일함에 따라 중복 설명은 생략하며, 패턴 작업은 히팅케이블을 자수기로 패턴화하여 수행될 수 있으며, 몸체부에 발열선 부착 후 전선 및 커넥터를 연결하여 차량용 온열 시트를 제조할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 차량용 온열 시트 및 이의 제조 방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.
[제조예 1]
3,000(3K) 가닥의 탄소섬유를 이용해, 등록특허 제10-1427309호에 따른 금속도금 탄소섬유 제조방법으로 니켈코팅 탄소섬유 다발(니켈코팅층 두께 100 ㎚, MCF)을 제조하였다.
상기 니켈코팅 탄소섬유 기재에 1 N/tex의 장력을 인가하면서 100 사이클/분의 회전속도로 MCF의 외주면에 유리섬유(20 가닥, 직경 5 ㎛)를 감았으며, 이때 금속코팅 탄소섬유 기재의 장방향축을 기준으로 30°가 틀어지도록 조절하여 금속코팅 탄소섬유 히팅 케이블을 제조하였다.
[제조예 2 내지 7]
하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 유리섬유의 각도를 달리 조절한 것 외 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 수행하여 금속코팅 탄소섬유 히팅 케이블을 제조하였다.
[제조예 8 내지 11]
하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 니켈코팅 탄소섬유 기재에 가해지는 장력을 달리 조절한 것 외 모든 공정을 실시예 6과 동일하게 수행하여 금속코팅 탄소섬유 히팅 케이블을 제조하였다.
[비교제조예 1]
실시예 1과 동일한 방법으로 니켈코팅 탄소섬유 기재(니켈코팅층 두께 100 ㎚)를 준비한 후, 유리섬유를 감지 않고 금속코팅 탄소섬유 히팅케이블을 제조하였다.
모노필라멘트
가닥 수		 각도
(°)		 장력
(N/tex)
제조예 1 3K 30 5
제조예 2 3K 40 5
제조예 3 3K 50 5
제조예 4 3K 53 5
제조예 5 3K 57 5
제조예 6 3K 60 5
제조예 7 3K 65 5
제조예 8 3K 57 1
제조예 9 3K 57 3
제조예 10 3K 57 10
제조예 11 3K 57 15
비교제조예 1 3K - -
[실시예 1 내지 11 및 비교예 1]
상기 제조예 1 내지 11 및 비교제조예 1에서 제조된 금속코팅 탄소섬유에 폴리아마이드 6(PA6) 수지(밀도 1.14 g/㎤, 융점 220℃, 인장강도 83 ㎫, Izod 충격강도 7.5 Kgf·㎝/㎝, 열변형온도 65℃)를 압출 성형하여 피복한 다음 그 외경에 구리선을 편조하고, 다시 한 번 상기 PA6 수지를 압출 성형하여 피복함으로써 히팅케이블 시편을 제조하였다. 이와 같이 제조된 시편은 하기 방법에 따라 그 특성을 평가하였다.
1) 직경 측정: 금속코팅 탄소섬유의 일방향의 직경(D0, ㎛)과 일방향의 수직방향의 섬유 직경(D90, ㎛)을 각각 측정하고, 관계식 1에 따라 차이율(%)를 계산하여 하기 표 2에 나타내었다.
2) 전기저항(Ω/m): 히팅케이블용 금속코팅 탄소섬유의 미터 당 저항(Ω/m)을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
금속코팅 탄소섬유 직경 차이율
(%)		 전기저항
(Ω/m)
D0 (㎛) D90 (㎛)
실시예 1 714.85 622.61 12.90 1.49
실시예 2 706.74 631.32 10.67 1.47
실시예 3 691.46 657.37 4.93 1.42
실시예 4 687.13 665.94 3.08 1.41
실시예 5 682.45 673.21 1.35 1.40
실시예 6 691.67 658.23 4.83 1.43
실시예 7 703.22 636.85 9.44 1.49
실시예 8 718.63 619.57 13.78 1.50
실시예 9 695.29 652.54 6.15 1.49
실시예 10 679.38 669.19 1.50 1.41
실시예 11 685.17 672.64 1.83 1.53
비교예 1 722.96 606.86 16.06 1.52
본 발명에 따라 금속코팅 탄소섬유 기재에 유리섬유를 감싼 금속코팅 탄소섬유를 사용한 히팅케이블의 경우 중심점이 잘 잡혀 서로 직교하는 두 방향의 직경의 크기 차이가 비교예 1 대비 작아졌으며, 그에 따라 전기저항이 감소하는 것을 확인할 수 있었다.다만, 실시예 11의 경우 금속코팅 탄소섬유 기재에 가해지는 장력의 크기가 너무 커 금속코팅 탄소섬유 기재의 섬유 끊김(미세 단선)이나 금속코팅층이 손상되는 현상으로 인해 비교예 1보다도 전기저항이 높아지는 문제가 발생하였다.
[제작예 1]
상기 실시예 5에서 제조된 히팅케이블을 도 5 내지 7에 도시된 바와 같이 패턴을 달리하여 방염처리된 부직포 상에 자수기로 패턴화하여 부착한 후 전선 및 커넥터를 연결하여 차량용 온열 시트를 제조하였다.
도 6은 제작예 1에 따라 제조된 차량용 온열 시트의 피로 파괴 테스트 전후 적외선 열화상 카메라 이미지로, 18만회 피로 파괴 테스트 후에도 히팅케이블이 단선되지 않고 목표하는 수준의 발열이 정밀하게 유지되고 있음을 확인할 수 있었다.
도 7은 통풍 시트가 마감된 자동차용 시트에 제작예 1에 따라 제조된 차량용 온열 시트를 삽입하여 실제 환경에서 발열되는 온도 상승 분포를 확인하였다.
도 8은 기존 금속(Cu) 열선 대비, 제작예 1에 따라 제조된 MCF 히팅케이블이 기존 사용되고 있는 금속열선에 비해 동일한 전력소모량을 가지는 조건에서 빠른 승온 속도를 보여 주고 있는 자료이다.
도 8을 참조하면, 목표 온도 50℃ 도달 시간이 제작예 1은 85 초인 반면, 금속 열선을 사용한 경우 DC 111 초, AC 226 초로, 기존 금속 열선을 사용한 양산품 온열 시트 대비 본원 발명의 차량용 온열 시트의 응답속도가 현저하게 빠른 것을 확인할 수 있었다.
아울러, 제작예 1에 따라 제조된 차량용 온열 시트와 양산품 온열 시트의 소비전력(60±2℃ 제어)을 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 3 및 4와 같다.
Cushion Part 제작예 1 양산품 비교
승온 승온 시간(초) 210 630 67% 단축
총 소비전력(W) 10,784 30,454 -
제어 제어 시간(W) 1,590 1,170 -
총 소비전력(W) 55,189 48,309 -
합계
(승온+제어)		 평가 시간 1,800 1,800 -
총 소비전력(W) 65,970 78,768 16% 감소
평균소비전력(W) 36.65 43.76 16% 감소
Back Part 제작예 1 양산품 비교
승온 승온 시간(초) 291 540 46% 단축
총 소비전력(W) 9,911 17,825 -
제어 제어 시간(W) 1,509 1,260 -
총 소비전력(W) 41,905 37,145 -
합계
(승온+제어)		 평가 시간 1,800 1,800 -
총 소비전력(W) 51,822 54,972 6% 감소
평균소비전력(W) 28.79 30.54 6% 감소
상기 표 3 및 4에 나타난 바와 같이, 제작예 1에 따라 제조된 온열 시트는 양산품 대비 목표 온도 도달시간 및 소비전력이 크게 단축되었다. 나아가, 연소성 시험 방법인 MS300-08:2014에 의거하여 온도 21±5℃, 상대습도 55±5%, 방치시간 24시간 조건으로 제작예 1에서 제조된 온열 시트의 난연성을 평가하였으며, 그 결과 5개의 시편 모두 연소거리 0 ㎜, 연소시간 0초, 연소속도 SE(자기소화성)로 평가받아 난연성을 가짐을 확인할 수 있었다.
이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 금속코팅 탄소섬유 기재를 유리섬유로 감싼 금속코팅 탄소섬유를 포함하는 히팅케이블이 배치된 발열부; 및
    상기 히팅케이블이 부착되는 몸체부;를 포함하는 차량용 온열 시트로,
    상기 유리섬유는 금속코팅 탄소섬유 기재의 외주면을 따라 소정 틀어진 각도로 금속코팅 탄소섬유 기재를 감싸는 것인, 차량용 온열 시트.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 각도는 금속코팅 탄소섬유 기재의 장방향축을 기준으로 30 내지 60°인, 차량용 온열 시트.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 금속코팅 탄소섬유는 하기 관계식 1을 만족하는 것인, 차량용 온열 시트.
    [관계식 1]
    │D0-D90│/D0 × 100 ≤ 10
    (상기 관계식 1에서 D0 및 D90은 각각 금속코팅 탄소섬유의 직경으로, D0는 일방향의 섬유 직경(㎛)이며, D90은 상기 일방향의 수직방향의 섬유 직경(㎛)이다.)
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 금속코팅 탄소섬유 기재는 모노필라멘트 100 내지 50,000 가닥의 다발인, 차량용 온열 시트.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 모노필라멘트는 제1금속 및 제2금속으로 탄소섬유를 코팅한 것인, 차량용 온열 시트.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1금속은 니켈 또는 구리이며, 제2금속은 니켈인, 차량용 온열 시트.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 히팅케이블은 내부로부터 순차적으로, 금속코팅 탄소섬유, 제1내열수지층, 금속편조층 및 제2내열수지층을 포함하는 것인, 차량용 온열 시트.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제1내열수지층 및 제2내열수지층은 서로 독립적으로 폴리아마이드(PA), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리카보네이트(PC), 폴리염화비닐(PVC), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리스티렌(PS), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 수지(SAN), 아크릴로니트릴-스티렌-아크릴레이트 공중합체 수지(ASA), 폴리페닐렌에테르(PPE), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 및 폴리에테르에테르케톤(PEEK)인 열가소성 수지; 및 천연고무, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 스티렌부타디엔, 에틸렌프로필렌, 클로로프렌, 하이파론, 실리콘 및 에틸렌 비닐 아세테이트인 고무류 수지;에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는, 차량용 온열 시트.
  9. 몸체부 상에 발열부를 부착하는 단계;를 포함하며,
    상기 발열부는 금속코팅 탄소섬유 기재를 유리섬유로 감싼 금속코팅 탄소섬유를 포함하는 히팅케이블을 패턴에 따라 배치한 것이며,
    상기 유리섬유는 금속코팅 탄소섬유 기재의 외주면을 따라 소정 틀어진 각도로 금속코팅 탄소섬유 기재를 감싸는 것인, 차량용 온열 시트의 제조 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 각도는 금속코팅 탄소섬유 기재의 장방향축을 기준으로 30 내지 60°인, 차량용 온열 시트의 제조 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 금속코팅 탄소섬유는 하기 관계식 1을 만족하는 것인, 차량용 온열 시트의 제조 방법.
    [관계식 1]
    │D0-D90│/D0 × 100 ≤ 10
    (상기 관계식 1에서 D0 및 D90은 각각 금속코팅 탄소섬유의 직경으로, D0는 일방향의 섬유 직경(㎛)이며, D90은 상기 일방향의 수직방향의 섬유 직경(㎛)이다.)
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