KR100621418B1 - 면상발열체의 제조방법 및 이에 의한 면상발열체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카본을 이용한 면상발열체의 제조방법 및 이 방법에 의한 면상발열체에 관한 것으로서, 종이(펄프), 카본극쇄사, PVA, 멜라민수지를 함유하며 초음파진동 및 자계를 형성시킨 상태에서 카본페이퍼를 만드는 제1공정; 동판을 카본페이퍼의 양단부에 고정시키는 제2공정; 카본페이퍼 및 동판의 상하면에 에폭시수지가 함유된 유리섬유직물을 덮는 제3공정; 멜라민수지로서 유리섬유직물 전체를 도포시키는 제4공정; 열과 압력을 가하는 제5공정; 항온항습조에서 서냉시키는 제6공정으로 구성되며, 특히 제1공정에 있어 카본페이퍼를 제조시에 초음파진동 및 자계를 걸어줌으로서 상기 카본극쇄사가 균일하게 분포됨으로서 안정적인 면상발열체를 제공할 수 있는 효과를 가지는 면상발열체의 제조방법에 관한 것이다.

카본 페이퍼 면상발열체 카본극쇄사 PVA 멜라민수지 유리섬유

Description

면상발열체의 제조방법 및 이에 의한 면상발열체{manufacturing method of calorific plate and thereby calorific plate}

도 1 - 제1실시예에 있어서 제1공정의 혼합조의 개략적인 단면도.

도 2 - 제2실시예에 있어서 제1공정의 개략적인 구성도.

도 3 - 면상발열체의 평면도.

도 4 - 면상발열체의 적층 구조도.

<도면에 사용된 주요부호에 대한 설명>

10 : 혼합조 20 : 초음파진동발생기구

30 : 자석 40 : 침적조

본 발명은 카본을 이용한 면상발열체의 제조방법에 관련되는 것으로서 특히 카본페이퍼를 구성하는 카본극쇄사를 균일하게 분포시킴으로서 전기적으로 안정한 면상발열체의 제공이 가능한 면상발열체의 제조방법에 관한 것이다.

난방 등의 목적을 위하여 각종 발열수단들이 제공되고 있으며 일반적인 발열체로서는 니켈-크롬 합금강의 내면에 내열성 및 절연성을 갖는 산화마그네슘(MgO) 을 봉입하고 외면에는 스텐레스 강관, 구리관 등을 입혀서 사용하고 있다. 이것은 국부적인 고열발생을 이용하여 대류에 의한 열전달의 형태를 하고 있다.

면상발열체로서는 니켈-크롬강을 얇은 박판으로 제조하거나 임의의 전기적 저항 성분을 갖는 도체를 박판으로 제조하여 사용하고 있다. 이러한 발열체는 나름대로 산업 현장에 많이 활용되고 있으나 임의의 형태로 제조하는데 어려움이 많다.

이에 대한 대체 면상발열체로서 최근에는 도전성과 일정 저항 성분을 지닌 도료를 개발하여 이를 저온 적용시에는 부직포, 100℃ 이상의 고온 적용시에는 세라믹 화이바에 도포하는 면상발열체도 제안되고 있다. 그러나 이 도전성 잉크로 도포된 발열체도 일정 굴곡도 이상이 되면 파손 등으로 인하여 제 성능을 발휘하지 못하는 등의 문제점이 있다.

카본을 이용한 면상발열체의 제조방법과 관련하여 종래 기술로서 특허출원번호 10-2002-69585호의 전자파 차단기능을 구비한 면상발열체 제조방법이 있으며, 이것은 바탕지를 카본사 5~50 중량% 함유된 물에 함침시켜 바탕지의 표면에 카본사를 도포한 후 건조시키는 카본사 도포공정과; 카본사가 도포된 바탕지의 표면에 5~10 중량%의 전도성 폴리머를 도포하는 전도성 폴리머 막 형성공정과; 카본블랙 3~5 중량%와, 전도성 폴리머 1~2 중량%, 바인더 1중량%를 물에 혼합한 혼합액에 카본사가 도포되고 전도성 폴리머 막이 형성된 바탕지를 함침하여 카본블랙을 도포한 후 건조하는 카본블랙 도포공정과; 바탕지를 일정한 폭으로 재단하는 재단공정과; 카본블랙이 도포된 바탕지에 다수의 전극선을 설치하는 전극선 설치공정과; 전극선 이 설치된 바탕지를 절연부재로 코팅하는 코팅공정으로 이루어짐을 특징으로 하는 전자파 차단기능을 구비한 면상발열체 제조방법에 관한 것이다.

하지만 이 방법은 바탕지에 카본사를 도포하고 전도성폴리머막 형성시킨 후 다시 카본 블랙으로 도포하므로 공정이 복잡하게 되는 문제점이 있다.

또한 카본블랙의 도포로 인하여 수분흡습이 많아져 저항(Ω)의 경시변화가 발생하여 보관상 많은 주의를 요하는 문제점이 있었다.

그리고 상기 종래 기술에서는 바탕지에 카본사를 도포함에 있어서 카본사를 균일하게 분포시킴에 어려움이 있으며, 이로 인해 국부적인 저항(Ω)의 차이로 인하여 과도한 발열이 발생하여 화재 등의 위험성을 내포하고 있다는 문제점이 있었다.

그리고 이와 같은 카본사 및 카본블랙의 도포방식은 종이 발열체의 앞,뒤면의 저항(Ω)이 다르고 앞,뒤면 모두 전극선을 연결하여야 하는 문제점이 있었다.

따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 도포과정을 단순화 하고 카본극쇄사를 도포시에 초음파 진동 등을 주어 카본극쇄사가 전면적에 걸쳐 균일하게 분포될 수 있도록 하여 보다 안정적인 면상발열체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 종이(펄프), 카본극쇄사, PVA, 멜라민수지를 함유하며 초음파진동 및 자계를 형성시킨 상태에서 카본페이퍼를 만드는 제1공정; 동판을 카본페이퍼의 양단부에 고정시키는 제2공정; 카본페이퍼 및 동판의 상하면에 에폭시수지가 함유된 유리섬유직물을 덮는 제3공정; 멜라민수지로서 유리섬유직물 전체를 도포시키는 제4공정; 열과 압력을 가하는 제5공정; 항온항습조에서 서냉시키는 제6공정;으로 구성되는 면상발열체의 제조방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명에서 상기 제1공정은, 중량대비 종이 80~85%, 카본극쇄사 5~7%, PVA 1~2%, 멜라민수지 2~5% 및 기타 충전제등으로 조성되는 카본페이퍼임을 특징으로 하는 면상발열체의 제조방법에 관한 것이다.

또한, 상기 제5공정은 온도 160℃ 프레스압력 800Kgf/cm² 으로 45분간 프레싱 함을 특징으로 하는 면상발열체의 제조방법에 관한 것이다.

또한, 상기 제6공정은 30℃ ~ 35℃의 항온항습조에서 4시간 동안 숙성시킴을 특징으로 하는 면상발열체의 제조방법에 관한 것이다.

삭제

이하 본 발명에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 전체적으로 6개의 공정으로 이루어지며 제1공정으로 카본페이퍼를 만들게 되고, 제2공정으로 상기 카본페이퍼의 양단부 상면에 동판을 고정시키고, 제3공정으로서 카본페이퍼 및 동판의 상하면에 에폭시수지가 함유된 유리섬유직물 을 덮게되고, 제4공정은 멜라민수지로 유리섬유직물 전체를 도포시키고, 제5공정은 열과 압력을 가하여 압착시키고 제6공정은 항온항습조에서 서냉시키게 되는 과정으로 구성된다.

특히 본 발명은 제1공정인 카본페이퍼를 제조함에 있어서 카본극쇄사가 균일하게 분포될 수 있도록 하기 위해 초음파진동 및 자계를 형성시키도록 함을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 제1실시예를 설명하기로 한다.

본 실시예에서는 카본페이퍼를 만드는 제1공정에 있어서, 혼합조(10) 속에 펄프, 카본극쇄사, PVA, 멜라민수지 및 적당량의 물을 함께 넣도록 하며 프로펠러(15)를 가동시켜 상기 각 요소들이 섞이도록 한다. 또한 상기 혼합조 속에는 초음파진동을 발생시키기 위한 초음파 발생기구(20)가 구비되어져 있다. 한편 보다 바람직하게로는 상기 혼합조 바닥이나 측면에 자석(30)을 설치하여 자계를 형성시키도록 한다.

그리고 상기 펄프 등의 혼합비율은 중량대비 펄프 80~85%, 카본극쇄사 5~7%, PVA(Poly Vinyl Alcohol)1~2%, 멜라민수지 2~5%로 하며 그 외 SIZING제 및 기타 충전제는 1~12%로 적당량 혼합하며 물의 양은 상기 각 요소들이 원활히 혼합될 수 있을 정도로 하면 된다. 즉, 물의 양은 특별히 제한할 필요가 없으며 수분은 카본페이퍼로 성형될 시에 모두 증발하게 된다.

도1은 상기 제1공정에 있어서 혼합조의 개략적인 형태를 보여준다.

상기 혼합조 내에서 펄프 등이 혼합되며 이후 공지의 종이 제작방법에 의해 얇은 종이형태로 성형 건조된다. 바람직한 카본페이퍼의 규격은 40g/m² 으로 제작토록 한다.

카본페이퍼가 만들어진 후에는 제2공정으로서 길다랗게 판상으로 재단된 얇은 동판을 상기 카본페이퍼의 상면 양단부에 고정시키도록 한다. 상기 동판의 고정은 접착제를 이용하면 된다.

이어서, 제3공정으로 동판 및 카본페이퍼 상하면에 에폭시수지가 함유된 유리섬유직물을 덮도록 한다. 본 실시예에서는 상기 카본페이퍼의 상하면과 동판의 상면에 3장씩의 유리섬유직물을 적층하여 덮도록 한다.

유리섬유직물에 함유된 에폭시수지는 이후 공정에서 열을 받게됨에 따라 녹아서 접합하게 된다. 본 실시예에 적용된 유리섬유직물은 한국화이바(주)에서 제조된 Prepreg 7628# 이며 염이 포함되지 않은 것이다.

다음으로, 제4공정으로서 멜라민수지를 제3공정을 거친 것의 외면에 골고루 입히도록 한다. 상기 멜라민수지를 도포하는 것은 내열성향상을 위한 것이다.

다음으로 제5공정에서는 프레스를 이용하여 적당한 열과 압력을 가하여 가압하게 된다. 본 실시예에서는 160℃의 온도에 프레스압력 800Kgf/cm²으로 하여 45분간 가압토록 한다. 프레싱 작업에 의해 카본페이퍼와 유리섬유직물 및 멜라민수지는 일체로 고정되어진다.

마지막으로 제6공정은 프레싱 작업을 거친 것을 꺼내어 항온항습조에서 서냉시키는 것이다. 서냉시킴으로서 급격한 냉각에 따른 변형등을 방지할 수 있다.

본 예에서는 항온항습조의 온도를 30~35℃로 유지시키며 약 4시간 정도 유지시키도록 하고 있다.

본 발명의 제2실시예는 다음과 같다.

첨부되는 도2는 본 실시예에 따를때 제1공정의 개략적인 구성도를 보여준다.

제2실시예에서는 제1실시예와 제1공정을 제외하고는 모두 동일한 방법에 의하며 따라서 여기에서는 제1공정에 대해 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.

카본페이퍼를 제조하기 위해 펄프로 가공된 종이(1)가 다수의 롤러(2)에 의해 안내되어 침적조(40) 속으로 투입되었다가 배출된다. 침적조(40) 내부에는 카본극쇄사, PVA, 멜라민수지 및 물이 혼합되어 있으며 상기 침적조의 내부 좌우 측벽에는 초음파진동 발생기구(20)가 설치되고 바닥에 자석(30)이 설치되어져 있다.

종이는 롤러를 따라 이송되며 침적조에 담궈지면서 표면에 카본극쇄사등이 부착되어진다. 종이에 부착되는 카본극쇄사 등의 양은 중량비로서 카본극쇄사 5~7%, PVA 1~2%, 멜라민수지 2~5% 그리고 SIZING제 및 충전제를 1~12%로 함이 적합하다. 종이 대비 카본극쇄사 등의 양은 원하는 저항(Ω)에 따라 조절하도록 한다.

상술한 제1실시예와 제2실시예에서 제1공정 중 초음파진동과 자계를 형성시키는 것은 카본극쇄사를 균일하게 분포시키기 위한 것이다.

상기 카본극쇄사는 카본 분말을 압출방식에 의해 섬유모양으로 뽑은 것이며 카본페이퍼를 만듬에 있어서는 상기 카본 극쇄사가 상호간에 골고루 연결되어야 한 다. 이것은 상기 카본 극쇄사가 고루 연결되지 않으면 주울열이 한 곳으로 치우치게 되며 이로 인해 국부적인 고 발열이 발생하여 안정성에 문제가 생기기 때문이다.

이와 같은 목적을 위해 본 발명에서는 제1공정 중에 초음파진동을 발생시키고 이와 함께 자석을 이용하여 자계를 형성시키도록 하고 있다.

상술한 바와 같은 방법에 의해 제조되는 면상발열체는 첨부되는 도3과 같은 형태를 가지게 된다. 그리고 도4는 상기 면상발열체의 적층 구조를 보여준다.

가장 심부에 카본페이퍼(5)가 위치되고 그 상면 양단부에 동판(6)이 고정되며 카본페이퍼의 상하면과 동판의 상면에 유리섬유직물(7)이 적층된다. 도4에 보이는 바와 같이 본 예에서는 상기 유리섬유직물(7)이 3장씩 적층 되도록 하고 있다.

그리고 상기 유리섬유직물을 덮도록 멜라민수지(8)가 덮여져 절연층을 이루게 된다.

한편 상기 동판의 좌우 단부에 전선(9)을 연결하게 된다. 전선을 연결할 부위에는 멜라민수지와 유리섬유직물로 덮힌 동판부분을 벗겨내고 전선을 연결토록 해야 한다.

개략적인 작용을 보면 전선을 통해 전원이 공급되면 카본극쇄사가 저항 역할을 하게 되며 따라서 발열되어 열을 방출하게 되고 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 면상발열체는 카본극쇄사가 균일하게 분포되어져 있음으로서 부분적인 고열발생이 방지되어 균일한 발열을 하게된다.

상술한 바와 같은 방법에 따른 본 발명에 의하면 카본페이퍼를 구성하는 카본극쇄사가 전체적으로 균일한 분포로서 배치될 수 있으므로 국부적인 부분에 비 이상적인 발열을 방지할 수 있으며, 따라서 경시변화에 대해 안정적인 면상발열체를 제공할 수 있다는 효과가 있다.

그리고 고른 발열이 이루어지므로 화재의 위험성을 대폭 줄일 수 있으며 원적외선의 방출로 인체에 이로운 영향을 줄 수 있다는 부수적인 효과도 달성할 수 있다.

Claims (6)

1. 펄프, 카본극쇄사, PVA, 멜라민수지를 물과 혼합하며 초음파진동 및 자계를 형성시킨 상태에서 카본페이퍼를 만드는 제1공정;

   동판을 카본페이퍼의 양단부에 고정시키는 제2공정;

   카본페이퍼 및 동판의 상하면에 에폭시수지가 함유된 유리섬유직물을 덮는 제3공정;

   멜라민수지로서 유리섬유직물 전체를 도포시키는 제4공정;

   열과 압력을 가하는 제5공정;

   항온항습조에서 서냉시키는 제6공정;으로 구성되는 면상발열체의 제조방법.
2. 카본극쇄사, PVA, 멜라민수지 및 물은 침적조 속에서 초음파진동 및 자계를 형성시킨 상태에서 혼합되며 종이가 침적되어진 후 배출됨으로서 카본페이퍼가 제조되는 제1공정;

   동판을 카본페이퍼의 양단부에 고정시키는 제2공정;

   카본페이퍼 및 동판의 상하면에 에폭시수지가 함유된 유리섬유직물을 덮는 제3공정;

   멜라민수지로서 유리섬유직물 전체를 도포시키는 제4공정;

   열과 압력을 가하는 제5공정;

   항온항습조에서 서냉시키는 제6공정;으로 구성되는 면상발열체의 제조방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 제1공정은,

   중량대비 종이(펄프) 80~85%, 카본극쇄사 5~7%, PVA 1~2%, 멜라민수지 2~5%및 그 외 SIZING제나 충전제로 조성되는 카본페이퍼임을 특징으로 하는 면상발열체의 제조방법.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 제5공정은,

   온도 160℃ 프레스압력 800Kgf/cm² 으로 45분간 프레싱 함을 특징으로 하는 면상발열체의 제조방법.
5. 제 1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제6공정은,

   30℃ ~ 35℃의 항온항습조에서 4시간 동안 숙성시킴을 특징으로 하는 면상발열체의 제조방법.
6. 삭제

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