KR102052717B1 - 탄소나노튜브(cnt)가 포함된 발열 패드 및 그 제조방법 - Google Patents

탄소나노튜브(cnt)가 포함된 발열 패드 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102052717B1
KR102052717B1 KR1020190048034A KR20190048034A KR102052717B1 KR 102052717 B1 KR102052717 B1 KR 102052717B1 KR 1020190048034 A KR1020190048034 A KR 1020190048034A KR 20190048034 A KR20190048034 A KR 20190048034A KR 102052717 B1 KR102052717 B1 KR 102052717B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sheet
wiring portion
wiring
lower sheet
heating pad
Prior art date
Application number
KR1020190048034A
Other languages
English (en)
Inventor
류도영
Original Assignee
송재범
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
Application filed by 송재범 filed Critical 송재범
Priority to KR1020190048034A priority Critical patent/KR102052717B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102052717B1 publication Critical patent/KR102052717B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D7/00—Producing flat articles, e.g. films or sheets
    • B29D7/01—Films or sheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/003—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor characterised by the choice of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/22—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of indefinite length
    • B29C43/24—Calendering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/32—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C43/44—Compression means for making articles of indefinite length
    • B29C43/46—Rollers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/40—General aspects of joining substantially flat articles, e.g. plates, sheets or web-like materials; Making flat seams in tubular or hollow articles; Joining single elements to substantially flat surfaces
    • B29C66/47—Joining single elements to sheets, plates or other substantially flat surfaces
    • B29C66/472—Joining single elements to sheets, plates or other substantially flat surfaces said single elements being substantially flat
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/02—Details
    • H05B3/03—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heater elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heater elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H05B3/14—Heater elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/34—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater flexible, e.g. heating nets or webs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/02—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C43/18—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles incorporating preformed parts or layers, e.g. compression moulding around inserts or for coating articles
    • B29C2043/189—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles incorporating preformed parts or layers, e.g. compression moulding around inserts or for coating articles the parts being joined
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2507/00—Use of elements other than metals as filler
    • B29K2507/04—Carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2995/00—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
    • B29K2995/0012—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds having particular thermal properties
    • B29K2995/0013—Conductive
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/017—Manufacturing methods or apparatus for heaters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2214/00—Aspects relating to resistive heating, induction heating and heating using microwaves, covered by groups H05B3/00, H05B6/00
    • H05B2214/04—Heating means manufactured by using nanotechnology

Abstract

본 발명에 따른 발열 패드는 탄소나노튜브 및 바인더를 포함하는 하부 시트; 상기 하부 시트 상에 소정의 간격으로 이격되어 배치되는 제 1 배선부 및 제 2 배선부; 및 탄소나노튜브 및 바인더를 포함하되, 적어도 상기 제 1 배선부 및 상기 제 2 배선부를 커버하여 상기 하부 시트 상에 배치되고 상기 하부 시트와 압착된 상부 시트;를 포함하되, 상기 제 1 배선부 및 상기 제 2 배선부의 길이방향 단부는 상기 하부 시트 및 상기 상부 시트로부터 노출되며, 상기 제 1 배선부 및 상기 제 2 배선부의 연장방향은 상기 상부 시트 및 상기 하부 시트 중 적어도 하나의 시트의 표면에 형성된 텍스쳐부의 연장방향에 교차한다.

Description

탄소나노튜브(CNT)가 포함된 발열 패드 및 그 제조방법 {Heating Pad Comprising CNT and Method For Manufacturing the Same}
본 발명은 탄소나노튜브가 포함된 발열 패드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 탄소나노튜브가 바인더에 함침되어 열을 발생시키는 발열 패드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 발열체란 전기에너지를 열에너지로 바꾸어 그 열을 외부로 복사하여 에너지를 전달하는 물체이다. 이러한 발열체는 각종 가전제품 또는 산업분야 일반에 걸쳐 널리 사용되고 있고, 재질에 따라 금속저항체, 비금속저항체, 기타 저항체로 구분된다. 최근 에너지 절약과 환경 문제에 대한 새로운 인식으로 인해 많은 국가에서 발열체의 제조 및 응용분야에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.
그러나, 금속 저항체는 고온에서 변형이 적고 가공성이 좋으며 내산화성이 좋은 장점이 있으나 고압에서 발열하므로 전류가 흐를 때 발생하는 자장이 인체에 유해할 수 있다. 또한, 통상적으로 고압의 교류 전원을 사용하므로 전압이 높아서 그 자체로 안전상 위험하다는 문제점이 있다. 특히, 기타 저항체 중의 한 종류인 세라믹에 바륨, 티탄외 첨가물을 넣어 만든 종래의 저항체는 전류가 흐를 때 발생하는 자장이 인체에 유해한 점과 소모 전력이 높다는 단점이 있다.
한편, 흑연 발열체는 여러가지 우수한 장점을 보유하고 있음에도 불구하고 고형화하는 성형과정에서 고압 또는 고온의 특수한 장비와 기술이 필요하여 경제성이 떨어지고 고형화한 크기가 작으며 원하는 형상으로 제작하려면 공작기계를 사용하여 가공해야 하므로 이차 가공비가 소요된다.
또한, 흑연 분말은 성형된 후에도 미세 분말이 표면에서 묻어나는 문제점이 있다.
종래에는 면상의 발열체를 구현하기 위하여, 사행으로 배열된 저항체를 패브릭 내부에 삽입하여 패브릭에 벨크로를 부착하여 벨크로를 통하여 발열체가 필요한 부분을 가열 또는 온열하였으나, 이 경우 저항체가 반복적 벤딩에 의해 쉽게 단선이 되는 문제점이 있었고 저항체를 둘러싸는 고무가 건고되면서 가루가 날리는 문제점도 있었다. 뿐만 아니라, 패브릭 소재를 재봉하는 과정에서 형상을 구현하는데 한계가 있었고, 모든 가공이 재봉 과정을 거치는 수작업 위주여서 제작 단가가 높은 문제점도 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 탄소나노튜브를 포함하는 면상의 발열 패드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 면상의 발열 패드에서 열이 발생되는 구간들간에 온도 편차를 감소시킬 수 있는 구조 및 회로 연결관계를 가진 발열 패드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 면상의 발열 패드의 저항을 용이하게 제어할 수 있는 발열 패드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 발열 패드를 제조하는 방법은 탄소나노튜브와 바인더의 혼합물이 교반된 페이스트를 압연하여 시트를 형성하는 단계; 원통 형상의 롤러를 사용하는 압연 공정에 의해 상기 시트 표면에 형성된 텍스쳐부의 연장방향에 교차하는 방향으로 상기 시트상의 양측을 따라 각각 연장되는 제 1 배선부 및 제 2 배선부를 배치하는 단계; 및 상기 시트 상에 추가의 시트를 가열 압착하는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 압연하여 시트를 형성하는 단계는 압연하는 롤러의 축방향에 나란하게 상기 시트의 표면에 상기 텍스쳐부를 형성한다.
특히, 상기 배선부의 연장방향은 상기 텍스쳐부의 연장방향에 수직하게 교차하게 된다.
여기서, 상기 텍스쳐부는 압연하는 상기 롤러에 의해 형성되는 압연 마크이다.
본 발명의 다른 특징에 따른 발열 패드는 탄소나노튜브 및 바인더를 포함하는 하부 시트; 상기 하부 시트 상에 소정의 간격으로 이격되어 배치되는 제 1 배선부 및 제 2 배선부; 및 탄소나노튜브 및 바인더를 포함하되, 적어도 상기 제 1 배선부 및 상기 제 2 배선부를 커버하여 상기 하부 시트 상에 배치되고 상기 하부 시트와 압착된 상부 시트;를 포함하되, 상기 제 1 배선부 및 상기 제 2 배선부의 길이방향 단부는 상기 하부 시트 및 상기 상부 시트로부터 노출되며, 상기 제 1 배선부 및 상기 제 2 배선부의 연장방향은 상기 상부 시트 및 상기 하부 시트 중 적어도 하나의 시트의 표면에 형성된 텍스쳐부의 연장방향에 교차한다.
여기서, 상기 배선부의 연장방향은 상기 텍스쳐부에 수직하게 교차한다.
상기 텍스쳐부는 상기 상부 시트 및 하부 시트의 표면에 형성된 압연 마크이다.
또한, 상기 배선부는 다수의 전기전도성 배선이 꼬여 형성된 스트랜드를 포함한다.
상기 배선부는 상기 하부 시트 및 상기 상부 시트에 함침된다.
상기 하부 시트 및 상기 상부 시트는 상기 배선부에 인접하여 핀 삽입공을 추가로 포함한다.
상기 핀 삽입공은 상기 배선부의 연장방향을 따라 상기 배선부의 적어도 하나의 측면에 배치된다.
상기 하부 시트와 상기 상부 시트 사이에, 상기 제 1 배선부와 상기 제 2 배선부의 사이에 상기 제 1 배선부 및 상기 제 2 배선부에 나란한 적어도 하나의 추가적인 배선부를 추가로 포함한다.
상기 하부 시트 및 상기 상부 시트 사이에, 상기 제 1 배선부와 상기 제 2 배선부 사이에 절연체를 포함한다.
상기 절연체는 절연체홀을 포함한다.
한편, 상기 하부 시트 및 상기 상부 시트 중 적어도 하나의 표면을 관통하여 형성된 적어도 하나의 관통홀을 추가로 포함하되, 상기 관통홀은 상기 제 1 배선부 및 상기 제 2 배선부 사이에 배치된다.
여기서, 본 발명의 일실시예에 따른 발열 패드는 상기 상부 시트의 상면과 상기 하부 시트의 하면에 소정의 높이로 돌출된 적어도 하나의 발열띠 또는 적어도 하나의 발열돌기를 추가로 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 발열 패드에서 상기 바인더는 Si 를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 발열 패드 조립체는 탄소나노튜브 및 바인더를 포함하는 하부 시트; 상기 하부 시트 상에 소정의 간격으로 이격되어 배치되되 길이방향으로 근위단과 그 반대편의 원위단을 각각 구비하는 제 1 배선부 및 제 2 배선부; 및 탄소나노튜브 및 바인더를 포함하되, 적어도 상기 제 1 배선부 및 상기 제 2 배선부를 커버하여 상기 하부 시트 상에 배치되고 상기 하부 시트와 압착된 상부 시트;를 포함하되, 상기 제 1 배선부 및 상기 제 2 배선부의 각각의 길이방향 으로 연장된 근위단과 원위단은 상기 하부 시트 및 상기 상부 시트로부터 노출되며, 상기 제 1 배선부 및 상기 제 2 배선부의 연장방향은 상기 상부 시트 및 상기 하부 시트 중 적어도 하나의 시트의 표면에 형성된 텍스쳐부의 연장방향에 교차하도록 된 발열 패드 및 상기 발열 패드에 전원을 공급하는 전원을 포함하되, 상기 제 1 배선부 길이방향 근위단 및 제 2 배선부의 길이방향 근위단은 상기 전원에 연결되고, 상기 제 1 배선부의 길이방향 원위단 및 상기 제 2 배선부의 길이방향 원위단은 추가적인 배선에 의해 상기 제 1 배선부의 길이방향 근위단 및 제 2 배선부의 길이 방향 근위단에 각각 전기적으로 연결된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 발열 패드 조립체에서는 상기 제 1 배선부 길이방향 원위단 및 제 2 배선부의 길이방향 근위단은 상기 전원에 각각 연결된다.
본 발명에 따른 발열 패드 제조방법 및 이에 의해 구현된 발열 패드에 따르면 다음과 같은 효과가 구현되다.
첫째, 탄소나노튜브 혼합물 페이스트를 롤러 압연하여 시트로 만들 때 롤러 압연에 의해 시트 표면에 생기는 텍스쳐부에 교차하도록 배선을 배치함으로써 한 쌍의 배선간을 연결하는 저항체에서 롤러 압연에 의해 다져진 치밀한 조직에서 저항값이 되기 때문에 정밀한 저항값 제어가 가능하게 되어 우수한 발열 패드를 구현할 수 있게 된다.
둘째, 면상 발열체에 배선을 배치하고 상부 시트와 하부 시트를 가열 압착하는 과정에서 배선이 설계와는 다르게 시트의 측면으로 노출되지 않도록 고정핀이 배선의 위치를 잡아줌으로써 배선이 안정적으로 시트에 함침될 수 있게 된다.
셋째, 면상 발열체 자체가 충분한 가요성을 가지므로 보온 또는 가열을 하고자 하는 부착 대상의 형상에 능동적으로 대처할 수 있다.
넷째, 면상 발열체의 각 지점에서 발생되는 열이 균일하게 되도록 저항값의 제어가 용이하게 된다.
다섯째, 면상 발열체에 열전달 면적의 증개를 위한 발열 구조물이 형성되어 있으므로 면상 발열체에서 생성된 열이 피가열 대상인 물체에 신속하게 전달될 수 있게 된다.
여섯째, 면상 발열체를 이어서 연장하거나 잘라서 사용하는 것이 쉬우므로 형상 가변성이 높고 저항값 제어가 용이하다.
일곱째, 배선부는 전기전도성 배선의 다수 꼬여서 형성된 스트랜드이어서, 배선부는 하부 시트와 상부 시트에 의해 압착될 때 함침되게 되므로, 배선부와 시트 간의 전기적 접촉 면적이 커지게 되고, 외력에 대한 분리 저항성이 더 커지게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 발열 패드 제조방법의 각 단계를 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발열 패드 제조방법의 롤러 압연 단계를 설명하는 설명도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 발열 패드 제조방법에 사용되는 금형에서 발열 패드가 제조되는 과정을 설명하는 분해 사시도이다.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 발열 패드가 하부 금형에 놓인 평면도이고, 도 4b는 그 수직 단면도이며, 도 4c는 완성된 발열 패드의 조립도이다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발열 패드가 하부 금형에 놓인 평면도이고, 도 5b는 그 수직 단면도이며, 도 5c는 완성된 발열 패드의 조립도이다.
도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 발열 패드가 하부 금형에 놓인 평면도이고, 도 6b는 그 수직 단면도이며, 도 6c는 완성된 발열 패드의 조립도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 발열 패드 제조 방법에 의해 제조된 발열 패드의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발열 패드의 분해 사시도이다.
도 9는 도 8의 발열 패드의 조립 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발열 패드의 분해 사시도이다.
도 11은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 발열 패드의 분해 사시도이다.
도 12a 내지 도 12d는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 발열 패드의 조립된 사시도이다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 일실시예에 때른 발열 패드의 전원 연결에 대한 일실시예 및 또다른 실시예의 설명도이다.
본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다. 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 있어서 설명된 내용을 토대로 이해되어야 할 것이다. 본 발명에서 사용된 "제 1" 및 "제 2"의 용어는 대응되는 구성요소를 서로 구별하기 위하여 사용될 것이지, 구성요소들간의 중요성이나 작동 순서를 나타내는 것은 아니다.
본 발명에 따른 발열체 페이스트는 탄소나노튜브와 바인더 물질을 포함하여 형성되는데, 특히, 실리콘(Si)를 포함하여 형성된다. 추가로 본 발명에 따른 발열체 페이스트는 바인더로서 Si 이외에 다른 에폭시, 우레탄 등 각각의 물질 등을 포함하여 형성될 수 있다.
탄소나노튜브는 기계적 강도 및 성질과 열전도 특성이 우수한 발열물질로서, 그 길이가 수십 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터에 이를 정도로 비등방성의 구조를 갖는 소재이다. 탄소나노튜브에서 하나의 탄소원자는 3개의 다른 탄소원자와 결합되어 있고, 육각형의 벌집무늬를 이루고 있는 그라핀 시트가 튜브 형상으로 감겨 있는 구조를 가진다.
이러한 구조적 특성에 따라 탄소나노튜브는 역학적으로도 견고하며(철의 100배 정도), 화학적인 안정도도 뛰어날 뿐만 아니라, 전기저항이 10-4 ~ 10-1 Ω정도로 반도체 특성을 가지며, 일반적인 탄소소재인 흑연이나 탄소섬유 등에 비해 낮은 밀도를 가진다. 또한 직경에 대한 길이비(L/R)가 높아 고분자 수지 내에 분산시 소량의 첨가로 서로 그물망 구조(Network Structure)를 이루어 전기전도 네트웍 형성이 용이하여 뛰어난 전기 전도성을 얻을 수 있다는 장점이 있다.
여기서, 탄소나노튜브는 본 발명에 따른 발열체 100중량%에 대하여 0.5~18 중량% 포함될 수 있다. 탄소나노튜브가 0.5 중량% 미만으로 포함되면 발열체의 전기전도성이 낮아져 저항이 증가하므로 발열체의 발열효율이 좋지 못한 문제와 전자파 차폐제, 전자파 흡수제, 방열판, 방음제, 음극제 효과가 떨어질 수 있으며 18중량%를 초과하면 세라믹, 실리콘, 에폭시, 우레탄 각각의 물질과의 결합력이 낮아져 강도가 저하되어 내구성이 약하고 성형이 용이하지 못한 단점이 있다. 따라서, 탄소나노튜브가 0.5~18중량%로 포함되는 경우에 발열체가 충분한 전기전도도 및 열전도성을 가지게 되며, 우수한 가공성 및 성형성과 함께 기계적 강도 또한 저하되지 않는다.
한편, 탄소나노튜브는 튜브의 벽을 이루는 그라핀 시트의 개수에 따라서 단일벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브로 구분되고 여러 개의 탄소나노튜브가 다발의 형태로 존재할 수도 있다. 본 발명에서 사용되는 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(single walled carbon nanotuve: SWNT), 이중벽 탄소나노튜브(double-walled carbon nanotube: DWNT), 얇은 다중벽 탄소나노튜브(thin multi-walled carbon nanotube), 또는 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube: MWNT) 중에서 선택되는 적어도 하나일 수 있으며 바람직하게는 다중벽 탄소나노튜브를 사용할 수 있다.
또한, 탄소나노튜브는 직경이 1 내지 20nm 일 수 있으며, 길이가 1 내지 100마이크로미터 일 수 있다. 탄소나노튜브의 길이가 1 마이크로미터 미만이면 내구성이 저하되고 전기전도성이 낮아져 발열이 충분히 이루어지지 않은 문제점이 있고, 100 마이크로미터를 초과하면 발열체의 표면이 고르지 않은 문제점이 있다.
본 발명에서 발열체를 제조하기 위하여 탄소나노튜브와 바인더 물질은 일정 비율로 서로 혼합된다. 이때 탄소나노튜브는 분말형태로 준비되어 바인더 물질에 분산될 수 있다. 우선, 발열체를 제조하기 위하여 탄소나노튜브와 바인더 물질이 혼합되기 전에 탄소나노튜브가 열처리될 수 있는데, 이는 탄소나노튜브에 포함된 수분을 제거하기 위한 것으로 100~120℃에서 빠르게 가열한다. 빠르게 가열하여 수분을 제거함으로써 바인더 물질에 대한 혼합성과 분산성을 높이고 수분을 제거하여 제조되는 발열체의 성능을 향상시킬 수 있다. 아울러, 탄소나노튜브는 바인더 물질에 분산되기 전에 별도의 분산 과정을 더 거칠 수 있다. 즉, 탄소나노튜브는 탄소나노튜브 분산과정을 거쳐 분산된 탄소나노튜브로서 바인더 물질에 고르게 분산되는 것이다.
도 1에는 본 발명의 일실시예에 따른 발열 패드를 제조하기 위한 방법의 순서도가 도시된다. 탄소나노튜브는 탄소나노튜브 간의 반데르발스힘에 의한 응집이 발생하기 쉬워 복수개의 탄소나노튜브로 이루어지는 번들 또는 응집체 구조로 형성되어 있는 경우가 많으며, 따라서 이와 같은 탄소나노튜브 응집체를 탄소나노튜브 분산 과정을 거쳐 분산한 후 사용해야 한다.
탄소나노튜브의 분산방법으로는 용액 중에서 탄소나노튜브를 분산시키는 방법으로서, 초음파 처리 등의 물리적 분산 처리 방법이 있다. 예를 들어, 용매에 탄소나노튜브를 넣고, 초음파 처리를 통하여 탄소나노튜브를 용매 중에 분산시키는 방법이 이용될 수 있다. 이때, 초음파 처리에서 계면 활성제 등의 물질을 용매에 부가하여 탄소나노튜브의 친용매성(친수성)을 높이는 것도 가능하다.
본 발명에서 탄소나노튜브는 바인더 물질과 혼합되기 전에 산성 용액하에서 초음파 처리될 수 있는데, 산성 용액은 질산, 황산, 염산 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 이때 분산은 10분 내지 120분 동안 진행될 수 있다. 예를 들어 질산 내에서 50 내지 60Hz 의 초음파 하에 2시간 이하 동안 진행될 수 있다. 이는 2시간 넘게 초음파 처리를 할 경우 오히려 탄소나노튜브의 결정성이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 분산시 상기와 같이 산성 용액하에서 탄소나노튜브에 분산을 수행하면 탄소나노튜브의 분산성 및 바인더 물질과의 혼합성을 향상시킬 수 있다. 본 명세서에서는 탄소나노튜브를 분산하는 방법으로 탄소나노튜브를 산성 용액하에서 초음파 처리하는 방법을 기술하였지만 이에 한정되지 않고 탄소나노튜브를 분산하는 방법이며 어떤 방법을 수행하여도 무방함은 물론이다.
탄소나노튜브 분산 과정을 거쳐 분산된 탄소나노튜브는 스크류에 의한 교반 작업(S2)으로 분산 처리된 탄소나노튜브와 바인더 물질은 일정량 혼합되어 혼합물을 형성하게 된다. 상기 혼합물에 분산되는 탄소나노튜브의 양은 0.5~18중량%일 수 있으며, 바인더의 물질은 모노머 형태일 수 있고, 탄소나노튜브는 분산된 분말 형태일 수 있다.
탄소나노튜브와 바인더 물질에 초음파 조사하고 교반함으로써 바인더 물질에 탄소나노튜브를 고르게 분산시킨다. 구체적으로 초음파 장치를 통해 플라스크에 초음파를 조사하면서 교반장치를 작동시켜 분산을 진행시킨다. 이때 초음파 조사시간은 5분~6시간일 수 있다. 초음파 조사시간이 6시간을 초과하면 탄소나노튜브가 파괴될 수 있다는 문제점이 있고, 5분 미만이면 분산이 제대로 이루어지지 않는 문제점이 있다.
초음파를 조사하여 탄소나노튜브를 바인더 물질에 분산하면 혼합물의 점도를 낮춰 발열체 제조의 작업성을 향상시키는 효과가 있으며, 또한 분산 전후를 비교하면, 동일한 조성비에서 분산 후의 점도가 분산 전의 점도보다 1.5~2배 가량 낮게 나타나므로 동일한 점도를 구현하기 위해서 탄소나노튜브의 조성비를 1.5~2배 증가시킬 수 있다는 장점이 있어 발열체에 포함되는 탄소나노튜브의 양이 증가하여 발열체의 발열효율이 향상된다는 효과가 있다. 또한, 초음파를 조사하여 탄소나노튜브와 바인더 물질을 분산하여 혼합하면, 탄소나노튜브와 세라믹, 실리콘, 에폭시, 우레탄 각각의 물질의 혼합성을 높여주어 발열체의 표면을 매끈하게 하고, 저항을 낮춰 전기전도성을 높이므로 발열체의 효율을 상승시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 교반 작업을 통하여 탄소나노튜브와 바인더 물질을 혼합함으로써 원활한 혼합을 이루는 효과가 있다.
이후, 탄소나노튜브와 바인더 물질이 혼합된 혼합물 페이스트는 롤러를 롤러를 이용한 압연 과정을 거쳐서 발열체 시트로 성형된다(S3).
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 롤러압연 과정의 간단한 개략도이다. 도 2를 참고하면, 탄소나노튜브와 바인더의 혼합물은 원통 형상으로 되고 회전축이 나란하게 상하로 배치된 상부 롤러(R1)와 하부 롤러(R2) 사이를 통과하면서 압착되어 시트 형태로 형성되게 된다. 필요할 경우 시트를 재단하기 위한 별도의 과정이 수행될 수도 있다.
시트 형태로 롤러 압연하는 과정에서, 시트(102, 104)의 표면에는 롤러(R1, R2)의 축방향에 나란한 방향으로 텍스쳐부(16)가 형성되게 된다. 상기 텍스쳐부(16)는 시트 표면이 압연된 마크로서 길다란 형상으로 다수 형성된다. 롤러 압력에 의한 마크가 형성되는 텍스쳐부(16)에는 탄소나노튜브 및 바인더 혼합물의 조직이 치밀하게 된다. 따라서 텍스쳐부(16)의 연장방향으로는 시트의 조직이 치밀한 부분이 연속적으로 이어지게 되고, 해당 방향으로는 저항값이 낮아지게 되어 최종적인 저항값 제어가 예측가능하게 용이하게 된다. 상기 텍스쳐부(16)가 시트 표면에서 얼마나 깊은 깊이로 형성되는지는 마주하는 롤러(R1, R2)의 표면간의 이격 거리에 영향을 받게 된다. 압연 롤러 과정은 필요에 의해 가열 과정과 동시에 이루어질 수도 있다.
상기와 같이 제조된 본 발명의 발열체는 기본적으로 판상의 시트 형태로 제조될 수 있고, 표면적이 넓어 효율이 좋은 발열체가 될 수 있다. 발열 효율을 더욱 증진시키기 위하여 판상의 시트 형태의 표면에 돌출된 발열 구조가 형성된 수도 있다. 이에 대해서는 별도의 실시예로서 후술하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 발열 패드 제조방법에 사용되는 금형에서 발열 패드가 제조되는 과정을 설명하는 분해 사시도이다.
롤러 압연 과정(S3)에 의해 시트 형태로 성형된 발열체 시트는, 도 3에 도시된 바와 같이, 하부 몰드(M1)에 놓이는 하부 시트(102)가 되거나, 상부 몰드(M2)에 놓이는 상부 시트(104)가 될 수 있다.
도 1 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 발열 패드 제조방법은 하부 시트(102)를 하부 몰드(M1)에 놓고(S4), 이후 하부 시트(102)의 표면에 배선을 배치하는 단계(S5)를 포함한다. 배선이 배치된 후에는 배선 및 하부 시트(102)를 커버하도록 상부 시트(104)가 배치된다(S6). 이후, 하부 시트(102)와 상부 시트(104) 사이에 배선이 배치된 상태에서 몰드(M1, M2)에 의해 열 압착 단계(S7)가 수행된다. 마지막으로 몰드에서 하부 시트와 상부 시트가 가열 압착된 상태로 분리되어 꺼내어진 후 가열 압착된 시트 조립체는 건조 과정(S8)을 거치게 된다.
배선을 배치하는 단계(S5)에서, 배선은 하부 시트(102)의 양측을 따라 각각 연장되는 제 1 배선부(112a) 및 제 2 배선부(112b)를 포함한다. 여기서, 상기 제 1 배선부(112a) 및 제 2 배선부(112b)는 다수의 전기전도성 배선이 꼬여 형성된 스트랜드이다. 따라서, 각각의 배선부는 전기전도성 배선이 서로 얽기설기 연결되어 있는 구조로 된다.
상기 제 1 배선부(112a) 및 이에 나란하게 배치되는 제 2 배선부(112b)는 상기 하부 시트(102)의 표면에 형성된 텍스쳐부(106)에 교차되는 방향으로 연장되어 배치된다. 보다 구체적으로 상기 제 1 배선부(112a) 및 제 2 배선부(112b)는 상기 하부 시트(102)의 표면에 형성된 텍스쳐부(106)에 수직하게 교차하여 연장된다.
하부 시트(102) 상에 제 1 배선부(112a) 및 제 2 배선부(112b)를 단순히 배치하고 상부 시트(104)를 커버한 후 몰드(M1, M2)를 압착하면, 배선부가 압착되는 과정에서 상부 시트(104)와 하부 시트(102)의 측방향, 즉 배선부의 연장방향에서 옆으로 이탈되어 노출될 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 이 사건 출원발명에 따른 발열 패드 제조 방법에서는 상기 제 1 배선부(112a)와 상기 제 2 배선부(112b)의 옆에, 보다 구체적으로는 배선부가 연장되는 방향을 따라 시트의 측면에 배선부의 이탈을 방지하는 고정핀(P1)을 설치하는 단계를 추가로 포함한다.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 발열 패드가 하부 금형에 놓인 평면도이고, 도 4b는 그 수직 단면도이며, 도 4c는 완성된 발열 패드의 조립도이다.
상기 고정핀(P1)은 하부 몰드(M1)의 바닥의 몰드 공간부의 소정의 위치에 고정되어 상측으로 돌출되어 있을 수도 있고, 하부 몰드(M1)에 하부 시트(102)를 배치한 후 소프트한 하부 시트(102)의 표면 상의 소정의 위치에 삽입될 수도 있다.
도 4a를 참고하면, 상기 고정핀(P1)은 제 1 배선부(112a) 및 제 2 배선부(112b)의 측면을 따라 외측방향으로 소정의 간격으로 배치된다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 고정핀(P1)의 일부는 상기 하부 시트에 삽입되고 나머지 일부는 상부 시트에 삽입되어 배선부가 시트의 측면으로 이탈하게 되는 것을 방지한다.
발열 패드가 몰드에서 성형이 된 후 몰드에서 제거되면 도 4c에 도시된 바와 같이 고정핀(P1)이 있던 자리에는 고정홀(h1)이 형성된다. 상기 고정홀(h1)은 발열 패드의 외관상 드러날 수도 있고, 외관상으로는 드러나지 않고 하부 시트(102)와 상부 시트(104) 중 적어도 하나의 일부분 또는 전부를 관통하여 형성될 수도 있다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발열 패드가 하부 금형에 놓인 평면도이고, 도 5b는 그 수직 단면도이며, 도 5c는 완성된 발열 패드의 조립도이다. 도 5a 내지 도 5c를 참고하면, 몰드에서 하부 시트(102)와 상부 시트(104)를 가열 압착하는 과정에서 배선부가 시트의 측면 외측뿐만 아니라 측면 내측 방향으로도 이탈하는 것을 방지하기 위하여 고정핀(P1, P2)이 배선부의 양측면에 배치된다. 앞서 설명한 실시예와 마찬가지로, 발열 패드가 몰드에서 성형이 된 후 몰드에서 제거되면 도 5c에 도시된 바와 같이 고정핀(P1, P2)이 있던 자리에는 고정홀(h1, h2)이 각각 형성된다. 상기 고정홀(h1, h2)은 발열 패드의 외관상 드러날 수도 있고, 하부 시트(102)와 상부 시트(104) 중 적어도 하나의 일부분 또는 전부를 관통하여 형성될 수도 있다.
도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 발열 패드가 하부 금형에 놓인 평면도이고, 도 6b는 그 수직 단면도이며, 도 6c는 완성된 발열 패드의 조립도이다. 도 6a 내지 도 6c를 참고하면, 몰드에서 하부 시트(102)와 상부 시트(104)를 가열 압착하는 과정에서 배선부가 시트의 측면 외측 방향으로 이탈하는 것을 방지하기 위하여 블록 형태의 고정핀(P3)이 배선부의 일측(시트의 측면 외측 방향)에 배치된다. 앞서 설명한 실시예와 마찬가지로, 발열 패드가 몰드에서 성형이 된 후 몰드에서 제거되면 도 6c에 도시된 바와 같이 고정핀(P3)이 있던 자리에는 고정홀(h3)이 형성된다. 상기 고정홀(h3)은 발열 패드의 외관상 드러날 수도 있고, 하부 시트(102)와 상부 시트(104) 중 적어도 하나의 일부분 또는 전부를 관통하여 형성될 수도 있다.
도 1의 열 압착 단계(S7)에서, 제 1 배선부(112a) 및 제 2 배선부(112b)는 하부 시트(102) 및 상부 시트(104)에 함침된다. 따라서, 상기 하부 시트(102) 및 상기 상부 시트(104)를 구성하는 혼합물 성분은 배선부의 스트랜드 사이의 공간으로 진입하게 되며, 상보적으로 배선부의 스트랜드는 하부 시트 및 상부 시트를 파고 들어 진입하게 된다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 발열 패드 제조 방법에 의해 제조된 발열 패드의 사시도이다. 도 7에서 발열 패드(100)는 상면이 정사각형인 육면체인 것으로 도시되고 있으나, 발열 패드의 상면의 가로 세로 길이의 비율은 예시적인 것일 뿐이며, 다양한 길이 비로 형성될 수 있다. 도 7은 상기 발열 패드(100)의 두께(하부 시트와 상부 시트의 압착 결합된 전체 높이) 역시 예시적으로 도시하고 있을 뿐이며, 도시된 두께 비율 이외에도 다양한 두께 비율로 발열 패드(100)가 형성될 수 있다. 완성된 발열 패드(100)에서 제 1 배선부(112a)와 제 2 배선부(112b)는 그 근단부와 그 맞은 편의 원단부가 각각 하부 시트 및 상부 시트로부터 돌출되어 노출된다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발열 패드의 분해 사시도이다. 도 8을 참고하면, 하부 시트(102) 상에 제 1 배선부(112a) 및 제 2 배선부(112b)가 배치되는 점에서는 앞서 설명된 실시예와 동일하다. 다만, 앞서 설명한 실시예와 달리 상부 시트가 하부 시트(102)의 전체를 커버하는 것이 아니라, 제 1 배선부(112a)를 적어도 커버할 수 있는 제 1 상부 시트부(104a)가 상기 제 1 배선부(112a)의 연장방향을 따라 제 1 배선부를 커버한다. 마찬가지로 제 2 배선부(112b)를 적어도 커버할 수 있는 제 2 상부 시트부(104b)가 상기 제 2 배선부(112b)의 연장방향을 따라 제 2 배선부를 커버한다.
도 9는 도 8의 발열 패드의 조립 사시도이다. 상기 하부 시트(102)의 표면은 그 전체가 상부 시트에 덮이는 것이 아니고 상기 제 1 배선부(112a) 및 제 2 배선부(112b)의 사이의 공간은 노출된 상태로 된다. 이 경우, 상부 시트 전체가 하부 시트를 덮도록 하는 것에 비하여 상부 시트의 재료를 절감할 수 있는 효과가 있으며, 하부 시트가 가열한 부착물의 외곽에 보다 밀접하게 접착하게 되는 효과도 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발열 패드의 분해 사시도이다. 도 10에 따르면, 하부 시트(102)와 상부 시트(104) 사이에서, 상기 제 1 배선부(112a)와 상기 제 2 배선부(112b)가 배치된 그 사이에 추가의 배선부(112c, 112d)가 배치된다. 추가의 배선부(112c, 112d) 역시 상기 제 1 배선부(112a) 및 제 2 배선부(112b)와 나란하게 배치된다. 추가의 배선부는 롤러 압연 과정에서 하부 시트(102)와 상부 시트(104)에 형성된 텍스쳐부(1060의 연장 방향에 교차하여 배치되며, 보다 자세하게는 수직하게 배치된다. 상기 추가의 배선부(112c, 112d)가 배치됨으로써 발열 패드의 저항값을 제어할 수 있게 된다.
도 11은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 발열 패드의 분해 사시도이다. 도 11에 따르면, 하부 시트(102)와 상부 시트(104) 사이에서, 상기 제 1 배선부(112a)와 상기 제 2 배선부(112b)의 사이의 공간에 절연체(114)가 삽입된다. 상기 절연체(114)는 전기 절연체이며, 그 표면 내부에 다수의 절연체 홀(116)을 포함한다. 상기 절연체 홀(116)은 절연체(114)를 상부 표면에서 하부 표면으로 관통하고 있다. 상기 제 1 배선부(112a)와 상기 제 2 배선부(112b)는 하부 시트(102)의 폭(W2) 보다 작은 폭(W1)을 두고 서로 이격되어 배치되되, 상기 절연체(114)의 폭(W3)은 폭(W2)보다 작게 형성된다. 따라서, 상기 절연체(114)는 상기 제 1 배선부(112a)로부터로 이격되고, 제 2 배선부(112b)로부터도 이격된다.
상기 하부 시트(102)와 상기 상부 시트(104)가 가열 압착되는 과정에서 시트를 형성하는 일부분은 상기 절연체(114)의 절연체 홀(116) 내부로 함침될 수 있다. 상기 절연체(114)의 크기, 두께, 절연체 홀(116)의 크기를 조절함으로써 발열 패드의 저항값을 제어할 수 있게 된다.
도 12a 내지 도 12d는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 발열 패드의 조립된 사시도이다. 도 12a 및 도 12b를 참고하면, 상기 하부 시트(102) 및 상기 상부 시트(104) 중 적어도 하나의 표면을 관통하여 적어도 하나의 관통홀(120)이 형성된다. 하부 시트(102)와 상부 시트(104)를 모두 관통하는 관통홀은 하부 시트와 상부시트에서 정렬되도록 배치될 수도 있다. 제조 과정에서 볼 경우, 상기 관통홀(120)은 발열 패드(100d)가 성형된 이후에 별도의 관통홀 성형 공정에 의해 형성될 수 있다.
도 12a를 참고하면, 상기 관통홀(120)은 텍스쳐부(106)의 연장방향에 나란하게 다수 배치될 수 있다. 선택적인 실시예로서, 도 12b를 참고하면, 상기 관통홀(120)은 상기 텍스쳐부(106)의 연장방향에 경사지게 열을 이루어 배치될 수도 있다.
도 12c에 도시된 바와 같이, 상기 상부 시트(104)의 상부 표면에는 소정의 간격으로 길다랗게 형성된 별도의 발열띠(130)가 배치될 수 있다. 상기 발열띠(130)는 상기 상부 시트(104)와 일체로 된다. 상기 발열띠(130)는 상기 제 1 배선부(112a) 및 상기 제 2 배선부(112b)에 나란하게 연장되어 배치될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 상기 발열띠(130)는 하부 시트(102)의 하면에도 돌출되어 배치될 수 있다.
선택적인 실시예로서, 도 12d에 도시된 바와 같이, 상기 상부 시트(104)의 상부 표면에는 소정의 간격으로 매트릭스 형상으로 형성된 별도의 발열 돌기(140)가 배치될 수 있다. 상기 발열 돌기(140)는 상기 상부 시트(104)와 일체로 된다. 상기 발열 돌기(140)의 열은 상기 제 1 배선부(112a) 및 상기 제 2 배선부(112b)에 나란하게 연장되어 배치될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 상기 발열 돌기(140)는 하부 시트(102)의 하면에도 돌출되어 배치될 수 있다. 발열띠 또는 발열 돌기의 크기, 배치 빈도 등을 조절함으로써, 발열 패드에서 발열되는 열의 방출 속도를 제어할 수 있게 된다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 일실시예에 때른 발열 패드의 전원 연결에 대한 일실시예 및 또다른 다른 실시예의 설명도이다. 도 13a를 참고하면, 제 1 배선부(112a)의 길이방향의 근위단(도 13a에서 오른쪽 단자부) 및 제 2 배선부(112b)의 길이방향의 근위단은 전원부(200)에 전기적으로 연결된다. 이때, 제 1 배선부(112a)의 길이방향의 원위단(도 13a에서 왼쪽 단자부) 및 제 2 배선부(112b)의 길이방향의 원위단은 추가적인 배선에 의해 제 1 배선부(112a)의 길이방향의 근위단 및 제 2 배선부의 길이방향의 근위단에 각각 접점(204, 214)에서 전기적으로 연결되어 있다. 도 13b를 참고하면, 상기 제 1 배선부(112a)의 길이방향의 원위단(도 13b에서 왼쪽 단자부) 및 상기 제 2 배선부(112b)의 길이방향의 근위단(도 13b에서 오른쪽 단자부)은 전원부(200)에 전기적으로 연결되게 된다.
이건 발명에서 구체적인 실시예를 상세히 설명하였으나, 이건 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 이건 발명은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 다양한 변형의 실시가 가능하며 이러한 변형은 이건 발명의 범위에 포함된다.
해석과 관련하여, 이건 발명은 이건 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있다.
개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 이건 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 차이점은 이건 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
자체적 의미가 특별히 이건 발명에서 정의되지 않은 용어의 경우 일반적인 의미로 넓게 해석되어야 하며, 균등적 범위의 다른 용어를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 발열 패드 102 : 하부 시트
104 : 상부 시트 106 : 텍스쳐부
104a : 제 1 상부 시트부 104b : 제 2 상부 시트부
112a : 제 1 배선부 112b : 제 2 배선부
112c : 제 3 배선부 112d : 제 4 배선부
114 : 절연체 116 : 절연체 홀
120 : 관통홀 130 : 발열띠
140 : 발열돌기 200 : 전원부
P1, P2, P3 : 고정핀

Claims (18)

  1. 발열 패드를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은,
    탄소나노튜브와 바인더의 혼합물이 교반된 페이스트를 압연하여 시트를 형성하는 단계;
    원통 형상의 롤러를 사용하는 압연 공정에 의해 상기 시트 표면에 형성된 텍스쳐부의 연장방향에 교차하는 방향으로 상기 시트상의 양측을 따라 각각 연장되는 제 1 배선부 및 제 2 배선부를 배치하는 단계; 및
    상기 시트 상에 추가의 시트를 가열 압착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 패드를 제조하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압연하여 시트를 형성하는 단계는 압연하는 롤러의 축방향에 나란하게 상기 시트의 표면에 상기 텍스쳐부를 형성하는 것을 특징으로 하는 발열 패드를 제조하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 배선부의 연장방향은 상기 텍스쳐부의 연장방향에 수직하게 교차하는 것을 특징으로 하는 발열 패드를 제조하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 텍스쳐부는 압연하는 상기 롤러에 의해 형성되는 압연 마크인 것일 특징으로 하는 발열 패드를 제조하는 방법.
  5. 탄소나노튜브 및 바인더를 포함하는 하부 시트;
    상기 하부 시트 상에 소정의 간격으로 이격되어 배치되는 제 1 배선부 및 제 2 배선부; 및
    탄소나노튜브 및 바인더를 포함하되, 적어도 상기 제 1 배선부 및 상기 제 2 배선부를 커버하여 상기 하부 시트 상에 배치되고 상기 하부 시트와 압착된 상부 시트;를 포함하되,
    상기 제 1 배선부 및 상기 제 2 배선부의 길이방향 단부는 상기 하부 시트 및 상기 상부 시트로부터 노출되며,
    상기 제 1 배선부 및 상기 제 2 배선부의 연장방향은 상기 상부 시트 및 상기 하부 시트 중 적어도 하나의 시트의 표면에 형성된 텍스쳐부의 연장방향에 교차하는 것을 특징으로 하는 발열 패드.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 배선부의 연장방향은 상기 텍스쳐부에 수직하게 교차하는 것을 특징으로 하는 발열 패드.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 텍스쳐부는 상기 상부 시트 및 하부 시트의 표면에 형성된 압연 마크인 것을 특징으로 하는 발열 패드.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 배선부는 다수의 전기전도성 배선이 꼬여 형성된 스트랜드를 포함하되,
    상기 배선부는 상기 하부 시트 및 상기 상부 시트에 함침되어 있는 것을 특징으로 하는 발열 패드.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 하부 시트 및 상기 상부 시트는 상기 배선부에 인접하여 핀 삽입공을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 패드.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 핀 삽입공은 상기 배선부의 연장방향을 따라 상기 배선부의 적어도 하나의 측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 발열 패드.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 하부 시트와 상기 상부 시트 사이에, 상기 제 1 배선부와 상기 제 2 배선부의 사이에 상기 제 1 배선부 및 상기 제 2 배선부에 나란한 적어도 하나의 추가적인 배선부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 패드.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 하부 시트 및 상기 상부 시트 사이에, 상기 제 1 배선부와 상기 제 2 배선부 사이에 절연체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 패드.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 절연체는 절연체홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 패드.
  14. 제 5 항에 있어서,
    상기 하부 시트 및 상기 상부 시트 중 적어도 하나의 표면을 관통하여 형성된 적어도 하나의 관통홀을 추가로 포함하되,
    상기 관통홀은 상기 제 1 배선부 및 상기 제 2 배선부 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 발열 패드.
  15. 제 5 항에 있어서,
    상기 상부 시트의 상면과 상기 하부 시트의 하면에 소정의 높이로 돌출된 적어도 하나의 발열띠 또는 적어도 하나의 발열돌기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 패드.
  16. 제 5 항에 있어서,
    상기 바인더는 Si 를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 패드.
  17. 탄소나노튜브 및 바인더를 포함하는 하부 시트;
    상기 하부 시트 상에 소정의 간격으로 이격되어 배치되되 길이방향으로 근위단과 그 반대편의 원위단을 각각 구비하는 제 1 배선부 및 제 2 배선부; 및
    탄소나노튜브 및 바인더를 포함하되, 적어도 상기 제 1 배선부 및 상기 제 2 배선부를 커버하여 상기 하부 시트 상에 배치되고 상기 하부 시트와 압착된 상부 시트;를 포함하되,
    상기 제 1 배선부 및 상기 제 2 배선부의 각각의 상기 근위단 및 원위단은 상기 하부 시트 및 상기 상부 시트로부터 노출되며,
    상기 제 1 배선부 및 상기 제 2 배선부의 연장방향은 상기 상부 시트 및 상기 하부 시트 중 적어도 하나의 시트의 표면에 형성된 텍스쳐부의 연장방향에 교차하도록 된 발열 패드 및
    상기 발열 패드에 전원을 공급하는 전원부를 포함하는 발열 패드 조립체에 있어서,
    상기 제 1 배선부의 길이방향의 근위단 및 제 2 배선부의 길이방향의 근위단은 상기 전원부에 연결되고,
    상기 제 1 배선부의 길이방향의 원위단 및 상기 제 2 배선부의 길이방향의 원위단은 추가적인 배선에 의해 상기 제 1 배선부의 길이방향의 근위단 및 제 2 배선부의 길이 방향의 근위단에 각각 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 발열 패드 조립체.
  18. 탄소나노튜브 및 바인더를 포함하는 하부 시트;
    상기 하부 시트 상에 소정의 간격으로 이격되어 배치되되 길이방향으로 근위단과 그 반대편의 원위단을 각각 구비하는 제 1 배선부 및 제 2 배선부; 및
    탄소나노튜브 및 바인더를 포함하되, 적어도 상기 제 1 배선부 및 상기 제 2 배선부를 커버하여 상기 하부 시트 상에 배치되고 상기 하부 시트와 압착된 상부 시트;를 포함하되,
    상기 제 1 배선부 및 상기 제 2 배선부의 각각의 상기 근위단 및 원위단은 상기 하부 시트 및 상기 상부 시트로부터 노출되며,
    상기 제 1 배선부 및 상기 제 2 배선부의 연장방향은 상기 상부 시트 및 상기 하부 시트 중 적어도 하나의 시트의 표면에 형성된 텍스쳐부의 연장방향에 교차하도록 된 발열 패드 및
    상기 발열 패드에 전원을 공급하는 전원부를 포함하는 발열 패드 조립체에 있어서,
    상기 제 1 배선부 길이방향의 상기 원위단 및 제 2 배선부의 길이방향의 상기 근위단은 상기 전원부에 각각 연결된 것을 특징으로 하는 발열 패드 조립체.
KR1020190048034A 2019-04-24 2019-04-24 탄소나노튜브(cnt)가 포함된 발열 패드 및 그 제조방법 KR102052717B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190048034A KR102052717B1 (ko) 2019-04-24 2019-04-24 탄소나노튜브(cnt)가 포함된 발열 패드 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190048034A KR102052717B1 (ko) 2019-04-24 2019-04-24 탄소나노튜브(cnt)가 포함된 발열 패드 및 그 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102052717B1 true KR102052717B1 (ko) 2019-12-06

Family

ID=68837035

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190048034A KR102052717B1 (ko) 2019-04-24 2019-04-24 탄소나노튜브(cnt)가 포함된 발열 패드 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102052717B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102226912B1 (ko) * 2020-04-17 2021-03-11 송재범 면상 발열체를 제조하는 방법, 이에 의해 제조된 면상 발열체, 면상 발열체를 포함하는 히터
KR102226911B1 (ko) * 2020-04-17 2021-03-11 송재범 면상 발열체를 제조하는 방법, 이에 의해 제조된 면상 발열체, 면상 발열체를 포함하는 히터
KR102263098B1 (ko) * 2020-04-17 2021-06-09 송재범 발열 조립체 및 포함하는 히터

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100695339B1 (ko) * 2005-12-14 2007-03-16 이석형 운모 면상발열체의 제조방법
KR20100129946A (ko) * 2009-06-02 2010-12-10 (주)휴먼앤아이디어 핫 메쉬 플레이트를 이용한 차량용 히팅 커버
KR20110124614A (ko) * 2010-05-11 2011-11-17 김영철 카본섬유 발열체 및 이를 이용한 발열시트 제조방법
KR20120124103A (ko) * 2011-05-03 2012-11-13 김경현 탄소나노튜브 파우더가 첨가된 직류식 다용도 찜찔 시트
KR20130122327A (ko) * 2012-04-30 2013-11-07 주식회사 대유신소재 면상발열체를 이용한 발열체 패드의 제조방법 및 발열체 패드가 적용된 발열시트
KR20180033660A (ko) * 2016-09-26 2018-04-04 지유엠아이씨 주식회사 탄소섬유 발열선을 이용한 화물트럭용 24v 온열매트
KR101843400B1 (ko) * 2017-02-28 2018-05-15 전자부품연구원 필름 히터용 전극 조성물, 필름 히터용 배선 기판, 이를 이용한 필름 히터 및 이의 제조 방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100695339B1 (ko) * 2005-12-14 2007-03-16 이석형 운모 면상발열체의 제조방법
KR20100129946A (ko) * 2009-06-02 2010-12-10 (주)휴먼앤아이디어 핫 메쉬 플레이트를 이용한 차량용 히팅 커버
KR20110124614A (ko) * 2010-05-11 2011-11-17 김영철 카본섬유 발열체 및 이를 이용한 발열시트 제조방법
KR20120124103A (ko) * 2011-05-03 2012-11-13 김경현 탄소나노튜브 파우더가 첨가된 직류식 다용도 찜찔 시트
KR20130122327A (ko) * 2012-04-30 2013-11-07 주식회사 대유신소재 면상발열체를 이용한 발열체 패드의 제조방법 및 발열체 패드가 적용된 발열시트
KR20180033660A (ko) * 2016-09-26 2018-04-04 지유엠아이씨 주식회사 탄소섬유 발열선을 이용한 화물트럭용 24v 온열매트
KR101843400B1 (ko) * 2017-02-28 2018-05-15 전자부품연구원 필름 히터용 전극 조성물, 필름 히터용 배선 기판, 이를 이용한 필름 히터 및 이의 제조 방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102226912B1 (ko) * 2020-04-17 2021-03-11 송재범 면상 발열체를 제조하는 방법, 이에 의해 제조된 면상 발열체, 면상 발열체를 포함하는 히터
KR102226911B1 (ko) * 2020-04-17 2021-03-11 송재범 면상 발열체를 제조하는 방법, 이에 의해 제조된 면상 발열체, 면상 발열체를 포함하는 히터
KR102263098B1 (ko) * 2020-04-17 2021-06-09 송재범 발열 조립체 및 포함하는 히터

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102052717B1 (ko) 탄소나노튜브(cnt)가 포함된 발열 패드 및 그 제조방법
Chu et al. Electrical and thermal properties of carbon-nanotube composite for flexible electric heating-unit applications
US11168440B2 (en) Method for producing composite material
KR101144888B1 (ko) 유연성을 갖는 열전 변환재, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 열전 소자
CN108495385A (zh) 一种含石墨烯的柔性膜及其制备方法
KR101575500B1 (ko) 면상발열천
WO2004082333A1 (en) Seat-like heating units with porous plate-shaped electrode
KR101896103B1 (ko) 탄소나노튜브와 전도성 고분자 복합체로 혼합 제작되어 활용과 효율이 높은 조성물
KR20090023263A (ko) 면상 발열체 및 이를 구비한 난방장치
KR20180022398A (ko) 발열패드 및 이를 이용한 시스템
KR101316935B1 (ko) 면상발열체 및 이의 제조방법
Kang et al. Influence of the incorporation of small conjugated molecules on the thermoelectric properties of carbon nanotubes
Liang et al. Effects of multiwalled carbon nanotubes and reduced graphene oxide of different proportions on the electrothermal properties of cationic cellulose nanofibril-based composites
KR101639600B1 (ko) 고온 열처리를 통한 고전도성 페이스트 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 고전도성 페이스트 조성물
KR20130122327A (ko) 면상발열체를 이용한 발열체 패드의 제조방법 및 발열체 패드가 적용된 발열시트
KR101467353B1 (ko) 하이브리드 면상 발열 복합재
KR101843400B1 (ko) 필름 히터용 전극 조성물, 필름 히터용 배선 기판, 이를 이용한 필름 히터 및 이의 제조 방법
KR20170097340A (ko) 탄소나노튜브를 이용한 면상발열체 필름
KR102226912B1 (ko) 면상 발열체를 제조하는 방법, 이에 의해 제조된 면상 발열체, 면상 발열체를 포함하는 히터
KR101804873B1 (ko) 플렉시블 면상발열체의 제조 방법 및 이에 따라 제조되는 플렉시블 면상발열체
Puri et al. Synthesis of conductive polyurethane/graphite composites for electromagnetic interference shielding
KR102259236B1 (ko) 탄소나노튜브를 포함하는 면상 발열체 페이스트 조성물, 이를 포함하는 면상 발열체 및 탄소나노튜브 기반 동파방지용 필름히터
KR20130140236A (ko) 산화아연과 탄소소재 복합체를 이용한 플렉서블 히터 및 그의 제조방법
JP7265238B2 (ja) フレキシブルシート状発熱素子
KR20200124850A (ko) 탄소나노튜브 복합소재 발열체 및 그의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant