WO2024101550A1 - 스노우멜팅용 히팅케이블 및 이를 이용한 스노우멜팅 시스템 - Google Patents

스노우멜팅용 히팅케이블 및 이를 이용한 스노우멜팅 시스템 Download PDF

Info

Publication number
WO2024101550A1
WO2024101550A1 PCT/KR2023/003946 KR2023003946W WO2024101550A1 WO 2024101550 A1 WO2024101550 A1 WO 2024101550A1 KR 2023003946 W KR2023003946 W KR 2023003946W WO 2024101550 A1 WO2024101550 A1 WO 2024101550A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
metal
carbon fiber
coated carbon
snow melting
heating cable
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/003946
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이종길
허수형
김정수
강지훈
김재화
최승호
Original Assignee
주식회사 비에스엠신소재
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020220150595A external-priority patent/KR20240069260A/ko
Application filed by 주식회사 비에스엠신소재 filed Critical 주식회사 비에스엠신소재
Publication of WO2024101550A1 publication Critical patent/WO2024101550A1/ko

Links

Images

Definitions

  • the present invention relates to a heating cable for snow melting and a snow melting system using the same.
  • the snow melting system is designed to establish an efficient snow removal system for vulnerable points as a means of ensuring traffic safety in areas where traffic accidents are expected to occur, such as steep sections of the road, APT parking lot entrances and exits, and tunnel entrances and exits during winter snowfall and freezing. It is a system that buries electric wires or heating pipes at a certain depth below and automatically detects temperature and humidity and supplies power when it snows in winter or the road surface freezes due to temperature differences, thereby melting and melting ice.
  • a number of road snow melting devices as a snow melting system to solve this problem have been disclosed.
  • a heat radiation pipe is buried under the road surface and a fluid, which is a heat source, is applied to the heat radiation pipe.
  • a method of transferring heat generated from a fluid to the road surface by passing it is disclosed.
  • the purpose of the present invention is to provide a heating cable for snow melting that has excellent durability and easy heat control and a snow melting system using the same.
  • One aspect of the present invention for achieving the above object includes a plurality of metal-coated carbon fiber strands wrapped around a metal-coated carbon fiber bundle with first glass fiber; And a second glass fiber wrapped around the plurality of metal-coated carbon fiber strands; a heating cable for snow melting including a heating element including a,
  • the first glass fiber relates to a heating cable for snow melting that wraps a metal-coated carbon fiber bundle at a predetermined angle along the outer peripheral surface of the metal-coated carbon fiber bundle.
  • the angle may be 30 to 60° based on the longitudinal axis of the metal-coated carbon fiber bundle.
  • the metal-coated carbon fiber strand may satisfy the following relational equation 1.
  • D 0 and D 90 are the diameters of the metal-coated carbon fiber strands, respectively, D 0 is the fiber diameter in one direction ( ⁇ m), and D 90 is the fiber diameter in the vertical direction in one direction ( ⁇ m).
  • the metal-coated carbon fiber bundle may be a bundle of 100 to 50,000 monofilaments, and the monofilament may be carbon fiber coated with a first metal and a second metal.
  • the first metal may be nickel or copper
  • the second metal may be nickel.
  • the snow melting heating cable may include a heating element, a first heat-resistant resin layer, a metal braid layer, and a second heat-resistant resin layer sequentially from the inside, and a specific example is the first heat-resistant resin layer.
  • the first heat-resistant resin layer and the second heat-resistant resin layer are independently made of polyamide (PA), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polytetrafluoroethylene (PTFE), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), poly Carbonate (PC), polyvinyl chloride (PVC), polyvinyl alcohol (PVA), polystyrene (PS), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene terephthalate (PET), polymethyl methacrylate (PMMA), acrylic Ronitrile-styrene copolymer resin (SAN), acrylonitrile-styrene-acrylate copolymer resin (ASA), polyphenylene ether (PPE), polyphenylene sulfide
  • thermoplastic resin Phosphorus thermoplastic resin
  • 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 is a snow melting system including a heating cable for snow melting buried in the lower part of the road,
  • the snow melting heating cable includes a plurality of metal-coated carbon fiber strands wrapped around a metal-coated carbon fiber bundle with first glass fiber; And a second glass fiber wrapped around the plurality of metal-coated carbon fiber strands; and a heating element comprising a.
  • the first glass fiber relates to a snow melting system in which the metal-coated carbon fiber bundle is wrapped at a predetermined angle along the outer peripheral surface of the metal-coated carbon fiber bundle.
  • the heating cable for snow melting according to the present invention is made by plying a metal-coated carbon fiber bundle in which the outer peripheral surface of the metal-coated carbon fiber bundle is wrapped with glass fiber and then using a heating element wrapped in glass fiber to determine the diameter and center point of the metal-coated carbon fiber strand. It has the advantage of being able to maintain a constant temperature, allowing precise control of heat generation to the target level, and having excellent physical properties such as durability.
  • the snowmelting system using this can improve road safety by quickly removing ice from the road or preventing freezing through prior heat dissipation, and by using a highly durable snowmelting heating cable, it can reduce the pressure caused by driving the car. There is almost no breakage even under stress, so excellent snow melting properties can be maintained continuously.
  • FIG. 1 is an exemplary diagram of a metal-coated carbon fiber strand according to an example of the present invention.
  • Figure 2 is an infrared thermal imaging camera image of a heating cable for snow melting according to the present invention.
  • FIGS 3 and 4 illustrate different pattern structures of the heating cable for snow melting according to the present invention.
  • One aspect of the present invention includes a plurality of metal-coated carbon fiber strands wrapped around a metal-coated carbon fiber bundle with first glass fiber; And a second glass fiber wrapped around the plurality of metal-coated carbon fiber strands; a heating cable for snow melting including a heating element including a,
  • the first glass fiber relates to a heating cable for snow melting that wraps a metal-coated carbon fiber bundle at a predetermined angle along the outer peripheral surface of the metal-coated carbon fiber bundle.
  • the heating cable for snow melting according to the present invention is made by plying a metal-coated carbon fiber bundle whose outer peripheral surface is wrapped with glass fiber and then using a heating element wrapped again with glass fiber, thereby reducing the diameter of the metal-coated carbon fiber strand. Since the center point can be kept constant, heat generation can be precisely controlled to the target level, and it has the advantage of excellent physical properties such as durability.
  • the snowmelting system using this can improve road safety by quickly removing ice from the road or preventing freezing through prior heat dissipation, and by using a highly durable snowmelting heating cable, it can reduce the pressure caused by driving the car. There is almost no breakage even under stress, so excellent snow melting properties can be maintained continuously.
  • the heating cable for snow melting may sequentially include a heating element, a first heat-resistant resin layer, a metal braided layer, and a second heat-resistant resin layer from the inside.
  • the heating element includes a plurality of metal-coated carbon fiber strands wrapped with a first glass fiber bundle of metal-coated carbon fibers; And a second glass fiber wrapped around the plurality of metal-coated carbon fiber strands, wherein the metal-coated carbon fiber bundle may have the outer peripheral surface of the metal-coated carbon fiber bundle wrapped with the first glass fiber at a predetermined angle and at a predetermined interval. there is.
  • 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 bundle. In this range, it is good to keep the diameter and center point of the metal-coated carbon fiber strands more constant when manufacturing heating cables for snow melting.
  • the metal-coated carbon fiber strand may satisfy the following relational equation 1.
  • D 0 and D 90 are the diameters of the metal-coated carbon fiber strands, respectively, D 0 is the fiber diameter in one direction ( ⁇ m), and D 90 is the fiber diameter in the vertical direction in one direction ( ⁇ m).
  • the metal-coated carbon fiber strand may have a concentric structure in which the metal-coated carbon fiber bundle is not oriented in a specific direction and the diameter and center point are kept constant, and through this, heat generation at the target level can be precisely controlled.
  • ⁇ 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.
  • the degree of heat generation may vary in each section of the heating cable, which is not good.
  • the metal-coated carbon fiber bundle 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.
  • 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. It is also desirable to use carbon fiber double coated with metal through electroless plating and electrolytic plating, but a single coating of nickel is more preferable.
  • it may be metal-coated carbon fiber obtained by electroless plating with nickel or copper and then electrolytically plated with nickel, or it may be metal-coated carbon fiber electrolytically or electrolessly coated with nickel alone.
  • 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 bundle 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 bundles of 12,000 strands) and 48K (48,000 monofilament strands) can be used, more preferably 3K (3,000 monofilament strands) to 6K (6,000 monofilament strands) and 12K (monofilament 12,000 strands).
  • Metal-coated carbon fiber bundles can be used.
  • the first 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 first glass fiber may be 1 to 20 ⁇ m, and more preferably 3 to 15 ⁇ m. , but is not necessarily limited to this.
  • the first 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 ensure that the diameter and center point of the metal-coated carbon fiber strand are more constant when manufacturing the heating cable. It's good to be able to keep it that way.
  • Such a metal-coated carbon fiber bundle includes the following steps: a) preparing a metal-coated carbon fiber bundle; and b) wrapping the first glass fiber at a predetermined angle along the outer peripheral surface of the metal-coated carbon fiber bundle.
  • step a) preparing a metal-coated carbon fiber bundle can be performed.
  • the metal-coated carbon fiber bundle 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 In order to satisfy mechanical strength, it is desirable 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 )
  • 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 first glass fiber at a predetermined angle along the outer peripheral surface of the metal-coated carbon fiber bundle 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 bundle.
  • the interval may be the distance between the first glass fibers and the centers of the first glass fibers spaced apart from each other, and may be specifically, for example, 50 to 300 ⁇ m. In this range, it is good to be able to keep the diameter and center point of the metal-coated carbon fiber strands 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 bundle.
  • a tension of 5 to 10 N/tex In this range, when step b) is performed, bending strain 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 strand can be kept more constant.
  • the tension is less than 5 N/tex, the central 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 bundle may be broken due to friction between the metal-coated carbon fiber bundle and the 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) may wrap the first glass fiber at a rotation speed of 50 to 300 cycles/min, and more preferably, may wrap the first glass fiber 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 metal-coated carbon fiber strands manufactured in this way can be braided in plural pieces and wrapped again with a second glass fiber. That is, the second glass fiber, like the first glass fiber, can wrap around the outer peripheral surface of a plurality of metal-coated carbon fiber strands at a predetermined angle and at a predetermined interval.
  • the angle is the length of the metal-coated carbon fiber strand. It may be 30 to 60° based on the direction axis, more preferably 40 to 60°, and even more preferably 50 to 60°.
  • the interval may be the distance between the centers of the second glass fibers spaced apart from the second glass fibers, and may be specifically, for example, 50 to 300 ⁇ m. In this range, heat control is easy when manufacturing heating cables.
  • the plurality of metal-coated carbon fiber strands may be two or more, and more specifically, for example, may be a braid of 2 to 10 metal-coated carbon fiber strands, and more preferably 4 to 8 metal-coated carbon fiber strands. It may be a combination of strands.
  • the second glass fiber according to an example of the present invention may be the same as the first glass fiber, and the diameter of the second glass fiber may be 1 to 20 ⁇ m, more preferably 3 to 15 ⁇ m. , but is not necessarily limited to this.
  • the second glass fiber may be one strand or a plurality of two or more strands, and preferably 3 to 20 strands of the second glass fiber are used.
  • the first heat-resistant resin layer and the second heat-resistant resin layer 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), polytetrafluoroethylene (PTFE), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polycarbonate (PC), Polyvinyl chloride (PVC), polyvinyl alcohol (PVA), polystyrene (PS), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene terephthalate (PET), polymethyl methacrylate (PMMA), acrylonitrile-styrene copolymer thermoplastic resins such as polymer resin (SAN), acrylonitrile-styrene-acrylate copolymer resin (ASA), polyphenylene ether (PPE), polyphenylene sulfide (PPS)
  • 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 for snow melting includes the following steps: A) manufacturing a heating element; B) manufacturing a cable wire by coating the heating element 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 for snow melting 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.
  • another aspect of the present invention is a snow melting system including a heating cable for snow melting buried in the lower part of the road,
  • the snow melting heating cable includes a plurality of metal-coated carbon fiber strands wrapped around a metal-coated carbon fiber bundle with first glass fiber; And a second glass fiber wrapped around the plurality of metal-coated carbon fiber strands; It includes a heating element comprising a.
  • the first glass fiber relates to a snow melting system in which the metal-coated carbon fiber bundle is wrapped at a predetermined angle along the outer peripheral surface of the metal-coated carbon fiber bundle.
  • the snow melting system using the above-mentioned snow melting heating cable can improve road safety by quickly removing ice from the road or preventing freezing through prior heat dissipation, and by using a highly durable snow melting heating cable. Accordingly, there is almost no disconnection even under the pressure or stress caused by car driving, so excellent snow melting characteristics can be maintained continuously.
  • the snow melting system may further include a power supply unit for supplying power to the heating cable, a power control unit for controlling the supplied power, a heat generation control unit for controlling the degree of heat generation, and a sensor unit for sensing the degree of heat generation.
  • 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.
  • the first glass fiber (20 strands, diameter 5 ⁇ m) was wound around the outer circumferential surface of the MCF at a rotation speed of 100 cycles/min while applying a tension of 1 N/tex to the nickel-coated carbon fiber bundle. At this time, the metal-coated carbon fiber bundle was wound on the outer peripheral surface of the MCF.
  • Metal-coated carbon fiber strands were manufactured by adjusting the strand to be twisted 30° based on the longitudinal axis.
  • metal-coated carbon fiber strands were manufactured by performing all processes in the same manner as in Example 1 except that the angle of the first glass fiber was adjusted differently.
  • metal-coated carbon fiber strands were manufactured by performing all processes in the same manner as in Example 6, except that the tension applied to the nickel-coated carbon fiber bundle was adjusted differently.
  • nickel-coated carbon fiber bundle (nickel-coated layer thickness: 100 nm) in the same manner as in Example 1, metal-coated carbon fiber strands were manufactured without winding the first 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) was added to the metal-coated carbon fiber strands prepared in Preparation Examples 1 to 11 and Comparative Preparation Example 1. /cm, heat distortion temperature 65°C) was extruded and coated, then copper wire was braided on the outer diameter, and a heating cable specimen was manufactured by extrusion molding and covering the PA6 resin again. The properties of the specimen prepared in this way were evaluated according to the following method.
  • Diameter measurement The diameter of the metal-coated carbon fiber in one direction (D 0, ⁇ m) and the fiber diameter in the vertical direction in one direction (D 90 , ⁇ m) were measured. Each was measured, and the difference rate (%) was calculated according to equation 1 and shown in Table 2 below.
  • Example 11 when the first glass fiber was wrapped around the metal-coated carbon fiber bundle, the center point was well established, and the size difference in diameters in the two directions perpendicular to each other was reduced compared to Comparative Example 1, and it was confirmed that the electrical resistance was reduced accordingly.
  • Example 11 the amount of tension applied to the metal-coated carbon fiber bundle was too large, resulting in fiber breakage (micro-disconnection) of the metal-coated carbon fiber bundle or damage to the metal coating layer, resulting in a lower electrical resistance than Comparative Example 1. A growing problem arose.
  • the second glass fiber (20 strand, diameter 5 ⁇ m) was wound, and at this time, the metal-coated carbon fiber strand was adjusted to be twisted 57° with respect to the longitudinal axis to manufacture a heating element.
  • a heating cable specimen for melting snow was manufactured by extruding and covering the heating element with silicone resin (Shin-Etsu KR 242A), then braiding copper wire around the outer diameter, and extruding and covering the heating element again with Teflon resin.
  • the manufactured melting snow heating cable specimen was bent into a square structure as shown in Figure 1 to measure the resistance and heating temperature.
  • DC 12 V was applied to measure the heating temperature, and the peak temperature of the curved section was measured with an IR camera and then averaged. The temperature was calculated. The test was conducted once for 40 hours, and the test was repeated 5 times to calculate the average value.
  • the average resistance of the melting snow heating cable specimen was 0.4 ⁇ , and the average heating temperature was 142.5°C.
  • the resistance was measured by varying the pattern structure of the heating cable specimen for melting snow.
  • the structure in Figure 2 was measured to be 0.54 ⁇ at a heating wire length of 3,500 mm.
  • the structure of 3 was measured to be 0.7 ⁇ at a hot wire length of 4,600 mm.

Landscapes

  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

본 발명은 금속코팅 탄소섬유 다발을 제1유리섬유로 감싼 복수개의 금속코팅 탄소섬유 가닥; 및 상기 복수개의 금속코팅 탄소섬유 가닥을 감싼 제2유리섬유;를 포함하는 발열체를 포함하는 스노우멜팅용 히팅케이블로, 상기 제1유리섬유는 금속코팅 탄소섬유 다발의 외주면을 따라 소정 틀어진 각도로 금속코팅 탄소섬유 다발을 감싸는 것인, 스노우멜팅용 히팅케이블 및 이를 이용한 스노우멜팅 시스템에 관한 것이다.

Description

스노우멜팅용 히팅케이블 및 이를 이용한 스노우멜팅 시스템
본 발명은 스노우멜팅용 히팅케이블 및 이를 이용한 스노우멜팅 시스템에 관한 것이다.
스노우멜팅 시스템은 겨울철 강설 및 결빙시 도로의 급경사 구간이나 APT 주차장 진출입로 및 터널의 입출구등 교통사고 발생이 예상되는 지역에 교통 안전 확보수단으로 취약지점에 대한 효율적인 제설작업 체계를 구축하고자 도로 포장면 아래 일정 깊이에 전열선 또는 히팅파이프를 매설하여 겨울철 눈이 오거나 온도차에 의한 노면 결빙이 발생할 때 자동적으로 온도 및 습도를 감지하여 전원을 공급함으로써 융설 및 융빙을 하는 시스템이다.
일반적으로 도로상에 적설이나 결빙 발생 시 제설차이나 염화칼슘 등을 통한 물리적 제거를 통하여 차량 미끄러짐을 방지하여 사고량발생을 방지하고 있다. 그러나 이러한 제설방식의 경우 적설시 즉시 제설작업이 이루어져야 하고 장시간 눈이 지속되는 경우에는 작업자가 항상 대기하여 제설작업을 수행해야 하는 불편함이 있었다.
또한 제설제를 과다하게 사용하면 차량을 부식시킬 뿐 아니라 건조되면서 미세먼지로 바뀌어 환경오염을 유발시키는 요인이 되기도 한다. 염화칼슘 또한 도로사고의 주범 중 하나인 도로면이 움푹 파이는 포트홀의 원인이 되기도 한다. 염화칼슘은 눈을 녹이는 것 뿐만 아니라 아스팔트의 결합력을 떨어뜨리는 역할을 하게 된다. 이렇게 연약해진 도로는 달리는 차량의 하중에 쉽게 패이게 되는 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 스노우 멜팅 시스템으로서의 도로 융설 장치가 다수 개시되어 있는데 이러한 방법으로는 한국 등록특허공보 제10-1898727호에서와 같이 방열파이프를 도로 지면 하부로 매설하고 방열파이프에 열원인 유체를 통과시켜 유체에서 발생하는 열이 도로 지면에 전달되는 방식이 개시되어 있다.
본 발명은 내구성이 우수하고, 발열 제어가 용이한 스노우멜팅용 히팅케이블 및 이를 이용한 스노우멜팅 시스템을 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 다발을 제1유리섬유로 감싼 복수개의 금속코팅 탄소섬유 가닥; 및 상기 복수개의 금속코팅 탄소섬유 가닥을 감싼 제2유리섬유;를 포함하는 발열체를 포함하는 스노우멜팅용 히팅케이블로,
상기 제1유리섬유는 금속코팅 탄소섬유 다발의 외주면을 따라 소정 틀어진 각도로 금속코팅 탄소섬유 다발을 감싸는 것인, 스노우멜팅용 히팅케이블에 관한 것이다.
상기 일 양태에 있어, 상기 각도는 금속코팅 탄소섬유 다발의 장방향축을 기준으로 30 내지 60°일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 금속코팅 탄소섬유 가닥은 하기 관계식 1을 만족하는 것일 수 있다.
[관계식 1]
│D0-D90│/D0 × 100 ≤ 10
(상기 관계식 1에서 D0 및 D90은 각각 금속코팅 탄소섬유 가닥의 직경으로, D0는 일방향의 섬유 직경(㎛)이며, D90은 상기 일방향의 수직방향의 섬유 직경(㎛)이다.)
상기 일 양태에 있어, 상기 금속코팅 탄소섬유 다발은 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 스노우멜팅용 히팅케이블은 내부로부터 순차적으로, 발열체, 제1내열수지층, 금속편조층 및 제2내열수지층을 포함하는 것인일 수 있으며, 구체적인 일 예시로 상기 제1내열수지층 및 제2내열수지층은 서로 독립적으로 폴리아마이드(PA), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 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 도로의 하부에 매립된 스노우멜팅용 히팅케이블을 포함하는 스노우멜팅 시스템으로,
상기 스노우멜팅용 히팅케이블은 금속코팅 탄소섬유 다발을 제1유리섬유로 감싼 복수개의 금속코팅 탄소섬유 가닥; 및 상기 복수개의 금속코팅 탄소섬유 가닥을 감싼 제2유리섬유;를 포함하는 발열체를 포함하며,
상기 제1유리섬유는 금속코팅 탄소섬유 다발의 외주면을 따라 소정 틀어진 각도로 금속코팅 탄소섬유 다발을 감싸는 것인, 스노우멜팅 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 스노우멜팅용 히팅케이블은 금속코팅 탄소섬유 다발의 외주면이 유리섬유로 감싸진 금속코팅 탄소섬유 다발을 합사한 후 다시 유리섬유로 감싼 발열체를 사용함으로써 금속코팅 탄소섬유 가닥의 직경과 중심점을 일정하게 유지할 수 있어 목표하는 수준의 발열을 정밀하게 제어할 수 있으며, 내구성 등의 물성이 우수하다는 장점이 있다.
또한, 이를 이용한 스노우멜팅 시스템은 도로의 결빙을 신속하게 제거하거나 사전 방열을 통해 결빙을 방지함으로써 도로 안전성을 향상시킬 수 있으며, 내구성이 우수한 스노우멜팅용 히팅케이블을 사용함에 따라 자동차 주행에 따른 압력이나 응력에도 단선이 거의 없어 지속적으로 뛰어난 스노우멜팅 특성을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 금속코팅 탄소섬유 가닥의 일 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스노우멜팅용 히팅케이블의 적외선 열화상 카메라 이미지이다.
도 3 및 4는 본 발명에 따른 스노우멜팅용 히팅케이블의 다른 패턴 구조를 도시화한 것이다.
이하 본 발명에 따른 스노우멜팅용 히팅케이블 및 이를 이용한 스노우멜팅 시스템에 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 다발을 제1유리섬유로 감싼 복수개의 금속코팅 탄소섬유 가닥; 및 상기 복수개의 금속코팅 탄소섬유 가닥을 감싼 제2유리섬유;를 포함하는 발열체를 포함하는 스노우멜팅용 히팅케이블로,
상기 제1유리섬유는 금속코팅 탄소섬유 다발의 외주면을 따라 소정 틀어진 각도로 금속코팅 탄소섬유 다발을 감싸는 것인, 스노우멜팅용 히팅케이블에 관한 것이다.
이처럼, 본 발명에 따른 스노우멜팅용 히팅케이블은 금속코팅 탄소섬유 다발의 외주면이 유리섬유로 감싸진 금속코팅 탄소섬유 다발을 합사한 후 다시 유리섬유로 감싼 발열체를 사용함으로써 금속코팅 탄소섬유 가닥의 직경과 중심점을 일정하게 유지할 수 있어 목표하는 수준의 발열을 정밀하게 제어할 수 있으며, 내구성 등의 물성이 우수하다는 장점이 있다.
또한, 이를 이용한 스노우멜팅 시스템은 도로의 결빙을 신속하게 제거하거나 사전 방열을 통해 결빙을 방지함으로써 도로 안전성을 향상시킬 수 있으며, 내구성이 우수한 스노우멜팅용 히팅케이블을 사용함에 따라 자동차 주행에 따른 압력이나 응력에도 단선이 거의 없어 지속적으로 뛰어난 스노우멜팅 특성을 유지할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 예에 따른 스노우멜팅용 히팅케이블의 각 구성 성분에 대하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 예에 따른 상기 스노우멜팅용 히팅케이블은 내부로부터 순차적으로, 발열체, 제1내열수지층, 금속편조층 및 제2내열수지층을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 예에 따른 발열체는 금속코팅 탄소섬유 다발을 제1유리섬유로 감싼 복수개의 금속코팅 탄소섬유 가닥; 및 상기 복수개의 금속코팅 탄소섬유 가닥을 감싼 제2유리섬유;를 포함하며, 금속코팅 탄소섬유 다발은 소정의 각도 및 소정 간격으로 금속코팅 탄소섬유 다발의 외주면이 제1유리섬유로 감싸진 것일 수 있다.
구체적인 일 예시로, 상기 각도는 금속코팅 탄소섬유 다발의 장방향축을 기준으로 30 내지 60°일 수 있으며, 보다 좋게는 40 내지 60°, 더욱 좋게는 50 내지 60°일 수 있다. 이와 같은 범위에서 스노우멜팅용 히팅케이블 제조 시 금속코팅 탄소섬유 가닥의 직경과 중심점을 보다 일정하게 유지할 수 있어 좋다.
바람직하게, 상기 금속코팅 탄소섬유 가닥은 하기 관계식 1을 만족하는 것일 수 있다.
[관계식 1]
│D0-D90│/D0 × 100 ≤ 10
(상기 관계식 1에서 D0 및 D90은 각각 금속코팅 탄소섬유 가닥의 직경으로, D0는 일방향의 섬유 직경(㎛)이며, D90은 상기 일방향의 수직방향의 섬유 직경(㎛)이다.)
즉, 상기 금속코팅 탄소섬유 가닥은 금속코팅 탄소섬유 다발이 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 가닥의 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 다발은, 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. 구체적으로 예를 들면 니켈 또는 구리로 무전해 도금한 후 니켈을 전해 도금한 금속코팅 탄소섬유일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 무전해 도금 및 전해 도금을 통해 금속이 이중으로 코팅된 탄소 섬유를 사용하는 것도 바람직하나, 니켈 단일 코팅이 더 바람직하다. 구체적으로 예를 들면 니켈 또는 구리로 무전해 도금한 후 니켈을 전해 도금한 금속코팅 탄소섬유일 수 있고, 니켈 단독으로 전해 또는 무전해로 코팅한 금속 코팅 탄소 섬유일 수 있다. 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 다발은 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 다발을 사용할 수 있고, 보다 바람직하게는 3K(모노필라멘트 3,000 가닥) 내지 6K(모노필라멘트 6,000 가닥), 12K(모노필라멘트 12,000 가닥)인 금속코팅 탄소섬유 다발을 사용할 수 있다.
본 발명에 일 예에 따른 제1유리섬유는 말 그대로 유리를 섬유처럼 가늘고 길게 뽑은 소재로, 상기 제1유리섬유의 직경은 1 내지 20 ㎛일 수 있으며, 보다 좋게는 3 내지 15 ㎛일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
아울러, 상기 제1유리섬유는 한 가닥 또는 둘 이상의 복수의 가닥일 수 있으며, 바람직하게는 3 내지 20 가닥의 유리섬유를 사용하는 것이 히팅케이블 제조 시 금속코팅 탄소섬유 가닥의 직경과 중심점을 보다 일정하게 유지할 수 있어 좋다.
이와 같은 금속코팅 탄소섬유 다발은 a) 금속코팅 탄소섬유 다발을 준비하는 단계; 및 b) 상기 금속코팅 탄소섬유 다발의 외주면을 따라 소정 틀어진 각도로 제1유리섬유를 감싸는 단계;를 통해 제조된 것일 수 있다.
먼저, a) 금속코팅 탄소섬유 다발을 준비하는 단계를 수행할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 일 예에 따른 금속코팅 탄소섬유 다발은 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 다발이 준비되면, b) 상기 금속코팅 탄소섬유 다발의 외주면을 따라 소정 틀어진 각도로 제1유리섬유를 감싸는 단계를 수행할 수 있다.
이때, 상기 b)단계의 각도는 금속코팅 탄소섬유 다발의 장방향축을 기준으로 30 내지 60°일 수 있으며, 보다 좋게는 40 내지 60°, 더욱 좋게는 50 내지 60°일 수 있다. 또한, 상기 간격은 제1유리섬유와 이격 배치된 제1유리섬유의 중심간 거리일 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 50 내지 300 ㎛일 수 있다. 이와 같은 범위에서 히팅케이블 제조 시 금속코팅 탄소섬유 가닥의 직경과 중심점을 보다 일정하게 유지할 수 있어 좋다.
아울러, 상기 b)단계는 금속코팅 탄소섬유 다발에 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 가닥의 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 다발과 유리섬유 간의 마찰로 인해 금속코팅 탄소섬유 다발의 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 제1유리섬유를 감쌀 수 있으며, 보다 좋게는 100 내지 200 사이클/분의 회전속도로 제1유리섬유를 감쌀 수 있다. 이와 같은 범위에서 금속코팅 탄소섬유 다발에 손상이 발생하지 않을 수 있다.
이와 같이 제조된 금속코팅 탄소섬유 가닥은 복수개로 합사되어 다시 제2유리섬유로 감싸질 수 있다. 즉, 상기 제2유리섬유는 제1유리섬유와 같이 소정의 각도 및 소정 간격으로 복수개의 금속코팅 탄소섬유 가닥의 외주면을 감쌀 수 있으며, 구체적인 일 예시로, 상기 각도는 금속코팅 탄소섬유 가닥의 장방향축을 기준으로 30 내지 60°일 수 있으며, 보다 좋게는 40 내지 60°, 더욱 좋게는 50 내지 60°일 수 있다. 또한, 상기 간격은 제2유리섬유와 이격 배치된 제2유리섬유의 중심간 거리일 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 50 내지 300 ㎛일 수 있다. 이와 같은 범위에서 히팅케이블 제조 시 발열 제어가 용이하다.
이때, 상기 복수개의 금속코팅 탄소섬유 가닥은 둘 이상일 수 있으며, 보다 구체적으로 예를 들면 2~10개의 금속코팅 탄소섬유 가닥을 합사한 것일 수 있고, 보다 바람직하게는 4~8개의 금속코팅 탄소섬유 가닥을 합사한 것일 수 있다.
아울러, 본 발명에 일 예에 따른 제2유리섬유는 제1유리섬유와 동일할 수 있으며, 상기 제2유리섬유의 직경은 1 내지 20 ㎛일 수 있고, 보다 좋게는 3 내지 15 ㎛일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
아울러, 상기 제2유리섬유는 한 가닥 또는 둘 이상의 복수의 가닥일 수 있으며, 바람직하게는 3 내지 20 가닥의 제2유리섬유를 사용하는 것이 좋다.
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), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 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 스노우멜팅용 히팅케이블은 A) 발열체를 제조하는 단계; B) 1차 시스(sheath) 공정을 통해 상기 발열체에 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 스노우멜팅용 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.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 도로의 하부에 매립된 스노우멜팅용 히팅케이블을 포함하는 스노우멜팅 시스템으로,
상기 스노우멜팅용 히팅케이블은 금속코팅 탄소섬유 다발을 제1유리섬유로 감싼 복수개의 금속코팅 탄소섬유 가닥; 및 상기 복수개의 금속코팅 탄소섬유 가닥을 감싼 제2유리섬유;를 포함하는 발열체를 포함하며,
상기 제1유리섬유는 금속코팅 탄소섬유 다발의 외주면을 따라 소정 틀어진 각도로 금속코팅 탄소섬유 다발을 감싸는 것인, 스노우멜팅 시스템에 관한 것이다.
이처럼, 전술한 스노우멜팅용 히팅케이블을 이용한 스노우멜팅 시스템은 도로의 결빙을 신속하게 제거하거나 사전 방열을 통해 결빙을 방지함으로써 도로 안전성을 향상시킬 수 있으며, 내구성이 우수한 스노우멜팅용 히팅케이블을 사용함에 따라 자동차 주행에 따른 압력이나 응력에도 단선이 거의 없어 지속적으로 뛰어난 스노우멜팅 특성을 유지할 수 있다.
이때, 상기 스노우멜팅용 히팅케이블은 전술한 바와 동일함에 따라 중복 설명은 생략한다.
이 외에도, 상기 스노우멜팅 시스템은 히팅케이블에 전력을 공급하는 전력공급부, 공급된 전력을 제어하는 전력제어부, 발열 정도를 제어하는 발열제어부, 발열 정도를 센싱하는 센서부 등을 더 포함할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 스노우멜팅용 히팅케이블 및 이를 이용한 스노우멜팅 시스템에 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]
모노필라멘트 3,000(3K)개의 탄소섬유를 이용해, 등록특허 제10-1427309호에 따른 금속도금 탄소섬유 제조방법으로 니켈코팅 탄소섬유 다발(니켈코팅층 두께 100 ㎚, MCF)을 제조하였다.
상기 니켈코팅 탄소섬유 다발에 1 N/tex의 장력을 인가하면서 100 사이클/분의 회전속도로 MCF의 외주면에 제1유리섬유(20 가닥, 직경 5 ㎛)를 감았으며, 이때 금속코팅 탄소섬유 다발의 장방향축을 기준으로 30°가 틀어지도록 조절하여 금속코팅 탄소섬유 가닥을 제조하였다.
[제조예 2 내지 7]
하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 제1유리섬유의 각도를 달리 조절한 것 외 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 수행하여 금속코팅 탄소섬유 가닥을 제조하였다.
[제조예 8 내지 11]
하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 니켈코팅 탄소섬유 다발에 가해지는 장력을 달리 조절한 것 외 모든 공정을 실시예 6과 동일하게 수행하여 금속코팅 탄소섬유 가닥을 제조하였다.
[비교제조예 1]
실시예 1과 동일한 방법으로 니켈코팅 탄소섬유 다발(니켈코팅층 두께 100 ㎚)을 준비한 후, 제1유리섬유를 감지 않고 금속코팅 탄소섬유 가닥을 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 - -
상기 제조예 1 내지 11 및 비교제조예 1에서 제조된 금속코팅 탄소섬유 가닥 에 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 다발에 제1유리섬유를 감싼 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 다발에 가해지는 장력의 크기가 너무 커 금속코팅 탄소섬유 다발의 섬유 끊김(미세 단선)이나 금속코팅층이 손상되는 현상으로 인해 비교예 1보다도 전기저항이 높아지는 문제가 발생하였다.
[실시예 1 내지 11 및 비교예 1]
상기 제조예 1 내지 11 및 비교제조예 1에서 제조된 금속코팅 탄소섬유 가닥 6개를 합사한 후, 다시 1 N/tex의 장력을 인가하면서 100 사이클/분의 회전속도로 제2유리섬유(20 가닥, 직경 5 ㎛)를 감았으며, 이때 금속코팅 탄소섬유 가닥의 장방향축을 기준으로 57°가 틀어지도록 조절하여 발열체를 제조하였다.
다음으로, 발열체에 실리콘 수지(신에츠 KR 242A)를 압출 성형하여 피복한 다음 그 외경에 구리선을 편조하고, 다시 한 번 테프론 수지를 압출 성형하여 피복함으로써 멜팅스노우용 히팅케이블 시편을 제조하였다.
제조된 멜팅스노우용 히팅케이블 시편을 도 1에 도시된 바와 같이 사각형 구조로 굽혀 저항 및 발열 온도를 측정하였으며, 발열온도 측정은 DC 12 V를 인가하여, 커브구간을 IR 카메라로 최고점 온도 측정 후 평균 온도를 계산하였다. 시험은 40 시간을 1회로 하여 진행하였으며, 이를 5회 반복하여 평균값을 계산하였다. 그 결과, 멜팅스노우용 히팅케이블 시편의 평균 저항은 0.4 Ω이었으며, 평균 발열온도는 142.5℃이었다.
또한, 도 2와 도 3에 각각 도시한 바와 같이, 멜팅스노우용 히팅케이블 시편의 패턴 구조를 달리하여 저항을 측정하였으며, 그 결과 도 2의 구조는 열선길이 3,500 ㎜에서 0.54 Ω으로 측정되었으며, 도 3의 구조는 열선길이 4,600 ㎜에서 0.7 Ω으로 측정되었다.
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 다발을 제1유리섬유로 감싼 복수개의 금속코팅 탄소섬유 가닥; 및 상기 복수개의 금속코팅 탄소섬유 가닥을 감싼 제2유리섬유;를 포함하는 발열체를 포함하는 스노우멜팅용 히팅케이블로,
    상기 제1유리섬유는 금속코팅 탄소섬유 다발의 외주면을 따라 소정 틀어진 각도로 금속코팅 탄소섬유 다발을 감싸는 것인, 스노우멜팅용 히팅케이블.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 각도는 금속코팅 탄소섬유 다발의 장방향축을 기준으로 30 내지 60°인, 스노우멜팅용 히팅케이블.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 금속코팅 탄소섬유 가닥은 하기 관계식 1을 만족하는 것인, 스노우멜팅용 히팅케이블.
    [관계식 1]
    │D0-D90│/D0 × 100 ≤ 10
    (상기 관계식 1에서 D0 및 D90은 각각 금속코팅 탄소섬유 가닥의 직경으로, D0는 일방향의 섬유 직경(㎛)이며, D90은 상기 일방향의 수직방향의 섬유 직경(㎛)이다.)
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 금속코팅 탄소섬유 다발은 모노필라멘트 100 내지 50,000 가닥의 다발인, 스노우멜팅용 히팅케이블.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 모노필라멘트는 제1금속 및 제2금속으로 탄소섬유를 코팅한 것인, 스노우멜팅용 히팅케이블.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1금속은 니켈 또는 구리이며, 제2금속은 니켈인, 스노우멜팅용 히팅케이블.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 스노우멜팅용 히팅케이블은 내부로부터 순차적으로, 발열체, 제1내열수지층, 금속편조층 및 제2내열수지층을 포함하는 것인, 스노우멜팅용 히팅케이블.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제1내열수지층 및 제2내열수지층은 서로 독립적으로 폴리아마이드(PA), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 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, 스노우멜팅용 히팅케이블.
  9. 도로의 하부에 매립된 스노우멜팅용 히팅케이블을 포함하는 스노우멜팅 시스템으로,
    상기 스노우멜팅용 히팅케이블은 금속코팅 탄소섬유 다발을 제1유리섬유로 감싼 복수개의 금속코팅 탄소섬유 가닥; 및 상기 복수개의 금속코팅 탄소섬유 가닥을 감싼 제2유리섬유;를 포함하는 발열체를 포함하며,
    상기 제1유리섬유는 금속코팅 탄소섬유 다발의 외주면을 따라 소정 틀어진 각도로 금속코팅 탄소섬유 다발을 감싸는 것인, 스노우멜팅 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 각도는 금속코팅 탄소섬유 다발의 장방향축을 기준으로 30 내지 60°인, 스노우멜팅 시스템.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 금속코팅 탄소섬유 가닥은 하기 관계식 1을 만족하는 것인, 스노우멜팅 시스템.
    [관계식 1]
    │D0-D90│/D0 × 100 ≤ 10
    (상기 관계식 1에서 D0 및 D90은 각각 금속코팅 탄소섬유 가닥의 직경으로, D0는 일방향의 섬유 직경(㎛)이며, D90은 상기 일방향의 수직방향의 섬유 직경(㎛)이다.)
PCT/KR2023/003946 2022-11-11 2023-03-24 스노우멜팅용 히팅케이블 및 이를 이용한 스노우멜팅 시스템 WO2024101550A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2022-0150595 2022-11-11
KR1020220150595A KR20240069260A (ko) 2022-11-11 스노우멜팅용 히팅케이블 및 이를 이용한 스노우멜팅 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024101550A1 true WO2024101550A1 (ko) 2024-05-16

Family

ID=91033097

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2023/003946 WO2024101550A1 (ko) 2022-11-11 2023-03-24 스노우멜팅용 히팅케이블 및 이를 이용한 스노우멜팅 시스템

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2024101550A1 (ko)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001267048A (ja) * 2000-01-11 2001-09-28 Tsuneji Sasaki カーボンフィラメントの絶縁方法及びカーボンフィラメントと導体線との同軸処理方法
JP3166391U (ja) * 2010-12-20 2011-03-03 蔡 宜壽 炭素繊維電熱線
KR20120067386A (ko) * 2010-12-13 2012-06-26 김경숙 발열케이블
WO2017200217A1 (ko) * 2016-05-16 2017-11-23 엘에스전선 주식회사 내굴곡성 및 유연성이 우수한 열선 케이블
KR102045302B1 (ko) * 2019-07-04 2019-12-02 주식회사 피치케이블 인장강도가 우수한 고전도 탄소 섬유를 이용한 도로용 히팅 케이블
KR102186877B1 (ko) * 2019-08-21 2020-12-07 한국생산기술연구원 외경이 균일한 내열 탄소섬유 발열 케이블 제조 방법 및 내열 탄소섬유 발열 케이블

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001267048A (ja) * 2000-01-11 2001-09-28 Tsuneji Sasaki カーボンフィラメントの絶縁方法及びカーボンフィラメントと導体線との同軸処理方法
KR20120067386A (ko) * 2010-12-13 2012-06-26 김경숙 발열케이블
JP3166391U (ja) * 2010-12-20 2011-03-03 蔡 宜壽 炭素繊維電熱線
WO2017200217A1 (ko) * 2016-05-16 2017-11-23 엘에스전선 주식회사 내굴곡성 및 유연성이 우수한 열선 케이블
KR102045302B1 (ko) * 2019-07-04 2019-12-02 주식회사 피치케이블 인장강도가 우수한 고전도 탄소 섬유를 이용한 도로용 히팅 케이블
KR102186877B1 (ko) * 2019-08-21 2020-12-07 한국생산기술연구원 외경이 균일한 내열 탄소섬유 발열 케이블 제조 방법 및 내열 탄소섬유 발열 케이블

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2011142642A2 (en) Optical and power composite cable
CN107462959A (zh) 一种骨架式光电混合缆
CN102254625A (zh) 一种集束光电缆的制备方法及其设备
WO2024025065A1 (ko) 발열케이블
JPS5828688B2 (ja) 導体の被覆方法
CN111710468B (zh) 一种同轴电单元的阻燃光电混合缆及其制造方法
KR20160091668A (ko) 케이블의 제조를 위한 연속식 가교 장치
WO2024101550A1 (ko) 스노우멜팅용 히팅케이블 및 이를 이용한 스노우멜팅 시스템
CN111540532A (zh) 一种柔性室内分布系统用光电复合线缆及制造方法
CN111029005B (zh) 一种船舶及海工平台用轻型变频软电缆及其制造方法
CN101707817A (zh) 有机绝缘金属护套伴热电缆及其制造方法
CN107945969A (zh) 一种轨道交通直流牵引组合柔性软电缆及其制备方法
CN104200899B (zh) 一种小弯曲半径抗冲击轻型光纤电力电缆及其工艺流程
CN201965991U (zh) 光纤后安装式光纤复合电缆
CN106448838A (zh) 长寿命高绝缘电缆及其制造方法
KR20240069260A (ko) 스노우멜팅용 히팅케이블 및 이를 이용한 스노우멜팅 시스템
WO2024101549A1 (ko) 온열 벤치 및 온열용 벤치 덮개
US4020213A (en) Manufacturing an insulated conductor and the article produced thereby
CN114822939B (zh) 一种扁型矿用采掘设备用光纤复合电缆
CN106397925A (zh) 充电桩电缆用无卤低烟阻燃交联聚烯烃护套料制备方法
WO2024101548A1 (ko) 차량용 온열 시트 및 이의 제조 방법
CN201657368U (zh) 有机绝缘金属护套伴热电缆
CN106297984A (zh) 长寿命电缆及其制造方法
CN209822308U (zh) 一种新能源单轨铁路系统用单芯电缆
BR112017012757B1 (pt) Condutor revestido