KR20010080861A - A plane carbonic heater - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고저항을 가지는 시트상의 발열체 및 그 제조방법에 관한 것이다. 이와 같은 발열체는 굴곡성이 있어서 대면적화하여도, 그 표면 온도차가 작고 소위 온도분포성이 우수하기 때문에 정상 가열이 가능하게 되고, 그 결과 작은 전력으로, 발열체로서의 목적을 달성하는 것이 가능하다. 즉 본 발명에 의한 발열체는 종래의 국부가열형의 발열체와는 달리 전체 면적이 발열체이고 이와 같은 발열체는 눈을 녹이거나, 벽, 마루방 등으로서 최적인 것이다.The present invention relates to a sheet-like heating element having a high resistance and a method of manufacturing the same. Even if such a heating element is flexible and has a large area, the surface temperature difference is small and the so-called temperature distribution is excellent, so that normal heating is possible, and as a result, it is possible to achieve the purpose as a heating element with small power. In other words, the heating element according to the present invention is different from the conventional localized heating element, and the entire area is a heating element, and such a heating element is optimal for melting snow, wall, floor, and the like.
일반적으로, 면상 발열체라고 칭하는 것의 대부분은 니크롬선을 전기절연판으로 뱀처럼 여러번 굴곡하여 배열되고, 그 위에 더욱이 전기 절연판 등으로 피복하여, 이것을 면상 발열체로 사용하는 것이 많다. 이러한 경우, 면상발열체로서의요구온도는 낮아도, 니크롬선 자체는 고온으로 되고, 니크롬선 이외의 부분은 복사열이나 열전도에 의하여 가열되는 것이 지나지 않는다. 즉, 니크롬선을 이용한 면상 발열체는 부분 가열인 국부가열형의 면상 발열체이고, 국부만이 고온으로 되기 때문에 피복하는 전기절연체가 나무 또는 수지 등의 유기물에서는 발화 또는 스파크가 생기거나, 경우에 따라서는 화재의 위험이 있다. 여기서 이와 같은 경우에는 세라믹판 등의 내열성이나 내화성이 우수한 재료를 사용하지만, 세라믹 재료는 굴곡성이 모자라는 새로운 문제가 대두된다. 그리고 유리섬유 등의 무기섬유의 직물 등의 사용이 고려되지만, 디자인, 중량, 가격 생상성 등을 고려하면 사용이 제한되는 문제가 있다.Generally, most of what is called a planar heating element are arrange | positioned by bending several times like a snake with an electrical insulation plate, and are coat | covered with the electrical insulation plate etc. on this, and use this as a planar heating element in many cases. In this case, even if the required temperature as the planar heating element is low, the nichrome wire itself becomes a high temperature, and portions other than the nichrome wire are only heated by radiant heat or heat conduction. That is, the planar heating element using nichrome wire is a local heating type planar heating element that is partially heated, and since only the localized parts become high temperature, the electrical insulator to be covered may ignite or spark in organic materials such as wood or resin, or in some cases. There is a risk of fire. In such a case, a material having excellent heat resistance and fire resistance, such as a ceramic plate, is used, but a new problem arises that the ceramic material lacks flexibility. In addition, although the use of fabrics such as inorganic fibers such as glass fiber is considered, there is a problem that the use is limited in consideration of design, weight, cost productivity and the like.
또한 니크롬선 이외의 발열체로서 많이 사용되는 것은, 탄소계 발열체가 있다. 면상 발열체로서 많이 사용되는 것은 탄소 섬유이지만, 이들을 선상으로 니크롬선의 경우와 동일하게 사용하면 상기와 같은 동일한 문제가 발생한다. 따라서 탄소섬유의 직물을 사용하는 것이 일반적이지만, 이 경우, 탄소섬유의 모노필라멘트가 좁기 때문에, 전위차에 의하여 열산화되어 절단되기 쉽고, 장기간에 걸쳐 안정한 상태로 사용할 수 없다는 문제점이 있다. 이 때문에 카본블랙 등의 탄소미립자를 수지 등의 바인터와 혼합하여 시트 상으로 형성하고, 이것을 발열체로서 사용하는 방법이 강구되고 있지만, 발열체로서 사용하기 위해서는 탄소압지를 대량 함유시키지 않으면 도전성을 부여할 수 없다는 점, 그리고 탄소섬유입자를 대량으로 함유시키면 성형이 곤란함과 동시에 기계적 강도가 극히 낮아지게 되어, 실용에 제공할 수 없었다. 그 외, 예를 들면 개시된 방법으로서 일본국 특허공개 소화57-151186이 있고, 이러한 방법에서는 탄소섬유의 직물에 열경화성수지를 함침시켜서 성형한 면상발열체에 관한 것이 있지만, 이러한 방법에서 얻어지는 면상발열체는 골곡성이 빈약하고 정해진 형상으로 밖에 사용할 수 없다.In addition, there are carbon-based heating elements that are commonly used as heating elements other than nichrome wire. Carbon fiber is often used as a planar heating element, but when these are used in the same way as in the case of nichrome wire, the same problem as described above occurs. Therefore, it is common to use a woven fabric of carbon fiber, but in this case, since the monofilament of the carbon fiber is narrow, there is a problem in that it is easy to be thermally oxidized and cut by a potential difference and cannot be used in a stable state for a long time. For this reason, a method of mixing carbon fine particles such as carbon black with a binder such as resin to form a sheet and using the same as a heating element has been devised. In addition, when the carbon fiber particles are contained in a large amount, the molding is difficult and the mechanical strength is extremely low. In addition, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 57-151186 is disclosed as a disclosed method, and in this method, a planar heating element obtained by impregnating a thermosetting resin in a fabric of carbon fiber is formed. The curvature is poor and can only be used in a given shape.
현재 사용되고 있는 면상발열체는 어느것도 낮은 저항의 발열체이고, 그 재질의 비저항은 10-4~10-2Ω·cm 이다. 이 때문에, 사이즈가 작은 전력타입의 발열체를 제조하는 것은 곤란하다.Any planar heating element currently used is a low resistance heating element, and the specific resistance of the material is 10 -4 to 10 -2 Ω · cm. For this reason, it is difficult to manufacture a power element of a small power type.
따라서 본 발명은, 종래 기술의 문제점을 해결 내지 대폭 경감하는 것에 의하여, 굴곡성이 우수하고, 온도균일성도 우수한 시트상 면상발열체의 기술을 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.Therefore, a main object of the present invention is to provide a sheet-like planar heating element having excellent bendability and excellent temperature uniformity by solving or greatly reducing the problems of the prior art.
더욱이 본 발명은, 고저항의 시트상 면상발열체의 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.Moreover, an object of this invention is to provide the technique of a high resistance sheet-like planar heating element.
또한 본 발명은 전극의 부착 방법에 의한 고저항의 시트상의 면상발열체의 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.Moreover, an object of this invention is to provide the technique of the sheet-like planar heating element of high resistance by the electrode attachment method.
더욱이 본 발명은 비전력타입의 방열체의 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.Furthermore, an object of the present invention is to provide a technique of a non-power type heat sink.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예를 보인 전극을 부착한 설명도이다.1 to 4 are explanatory diagrams with the electrode showing the embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 ..... 전극 2 ..... 저항체부분1 ..... electrode 2 ..... resistor part
3 ..... 전원부 4 ...... 결선3 ..... Power Supply 4 ......
본 발명자는, 시트상으로 성형이 용이하고, 굴곡성이 우수하며, 발열체로서의 온도분포가 균일하고, 더욱이 소비전력의 낮추는 것을 목적으로서, 여러가지 방안을 강구한 결과, 유동성이 우수한 수지와 소량으로도 일정한 저항분포성을 가지는 탄소입자에서 높은 전기적 저항율을 가지는 시트상으로 성형하고, 상기 시트재에 전극판의 부착방법에 의하여 외관상의 전극간의 저항값을 임의로 하는 것이 가능함을 발견하고, 본 발명의 발열체를 제작하기에 이르렀다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM The present inventors made it easy to shape | mold in a sheet form, it is excellent in flexibility, the temperature distribution as a heat generating body is uniform, and further, in order to reduce power consumption, as a result of devising various measures, it is fixed even in resin and excellent in fluidity. It was found that it is possible to form a sheet having a high electrical resistivity from a carbon particle having a resistance distribution, and to arbitrarily select a resistance value between electrodes in appearance by attaching an electrode plate to the sheet material. It came to production.
즉, 종래의 도전성 입자를 수지로 혼입한 시트상의 면상발열체에서는, 도전효율을 높이기 위해서 충진물로서의 도전성입자를 다량으로 사용하지 않으면 안되고, 성형의 곤란함과 같이 기계적 강도가 낮아지거나 굴곡성도 작아지기 때문에 사용이 제항되었지만, 본 발명에서는 충진물로서의 탄소입자는 소량으로 가능하기 때문에 바인더로서의 고무 또는 수지분이 많고 결과적으로 기계적 강도가 강해지고, 굴곡성도 우수하게 된다. 여기서 사용하는 탄소입자는 특히 한정하지 않지만, 목탄, 석유 및 선탄 피치 등을 소성하여 얻어지는 천연물계의 탄뿐만 아니라 수지를 탄화시킨 수지탄소, 또는 이들을 2500℃ 이상의 고온처리하여 얻어지는 천연 및 인공 흑연도 사용하는 것이 가능하다. 또한 이들 흑연을 산으로 처리한 후열처리하여 얻어지는 팽창흑연도 사용할 수 있다.That is, in the sheet-like planar heating element in which conventional conductive particles are mixed with a resin, a large amount of conductive particles as a filler must be used in order to increase the conductivity, and mechanical strength is lowered or flexibility is reduced, such as difficulty in molding. Although the use of the present invention is limited, in the present invention, since the carbon particles as the filler can be made in small amounts, there are many rubber or resins as the binder, and as a result, the mechanical strength is strong and the flexibility is excellent. The carbon particles used herein are not particularly limited, but natural charcoal obtained by calcining charcoal, petroleum, and charcoal pitch, etc., as well as resin carbon carbonized resin, or natural and artificial graphite obtained by high-temperature treatment of 2500 ° C. or higher are also used. It is possible to do In addition, expanded graphite obtained by post-heat treatment of these graphites with an acid can also be used.
발열체로서 전도성이 필요하기 때문에, 탄소입자는 상호간에 다소는 접촉할 필요가 있다. 충진하는 탄소입자를 작게하기 위해서는, 시트상으로 성형될 때 탄소입자 그것이 전연성을 가지는 것이 보다 바람직하고, 팽창흑연의 소프트카본이 이것에 상당한다.Since conductivity is required as the heating element, the carbon particles need to be in contact with each other somewhat. In order to reduce the carbon particles to be filled, it is more preferable that the carbon particles have malleability when molded into a sheet, and the soft carbon of expanded graphite corresponds to this.
이와 같이 하여 얻어진 시트재는 고저항이기 때문에, 전극 면적을 크게하는 것에 의하여 전극간의 외형의 저항값 및 접촉저항을 작게 하는 것에 의하여, 종래의 탄소입자가 고충진, 저저항형 발열체와는 다른 저충진, 고저항형 발열체을 얻을 수 있다.Since the sheet material obtained in this way has high resistance, the carbonaceous material has a high filling and a low filling different from that of the low resistance heating element by increasing the electrode area to reduce the external resistance and the contact resistance. , A high resistance heating element can be obtained.
발명자의 이와 같은 지각은, 종래의 니크롬와 같은 저저항율의 재질을 사용하여 길이로 외관의 저항값을 제어하는 방법에서는 도저히 예측할 수 없는 것이다.This perception of the inventor is hardly predictable by the method of controlling the resistance value of an external appearance by length using the material of low resistivity like the conventional nichrome.
즉, 본 발명은 하기의 고저항형 면상 탄소발열체에 관한 기술을 제공하는 것이다.That is, this invention provides the technique regarding the following high resistance type planar carbon heating element.
1. 평균입경 50~3000미크론의 탄소입자와 바인더를 혼합하고, 그 저항율이 1~108Ωㆍcm의 범위로 되도록 제조한 조성물을 시트상으로 성형하고, 상기 시트재에 전극을 부착하고, 그 전극간의 외형의 저항값이 10~1000Ω으로 되고, 더욱이 통전시의 시트재 전면의 온도차가 20% 이내로 되도록 저항체일방측표 면적에 대하여 10~200% 전극면적을 부착 또는 전도성 도료를 도포하여 되는 것을 특징으로 하는 면상탠소발열체.1. The carbon particles having an average particle diameter of 50 to 3000 microns and a binder are mixed, and the composition prepared so that the resistivity is in the range of 1 to 10 8 Ω · cm is molded into a sheet, and an electrode is attached to the sheet material, The resistance value of the external shape between the electrodes is 10 to 1000 Ω, and the electrode area is applied or the conductive paint is applied to the resistive one-side surface area so that the temperature difference on the front surface of the sheet material during the energization is within 20%. Planar tanso heating element characterized by.
2. 저항율이 1~108Ω·㎝의 범위로 되도록, 평균 입경 50~3000 미크론의 탄소입자와 바인더를 혼합하고, 이들을 0.1~3.0mm의 시트상으로 형성하고, 상기 시트재에 전극을 부착하고, 그 전극간의 온도차가 20% 이내로 되도록 전극으로서의 금속박을 상기 시트재의 일방측표 면적에 대하여 10~200%의 전극면적으로 되도록 등단격으로 부착하여 되는 것을 특징으로 하는 면상 탄소발열체.2. The carbon particles and the binder having an average particle diameter of 50 to 3000 microns are mixed so that the resistivity is in the range of 1 to 10 8 Pa · cm, these are formed into a sheet of 0.1 to 3.0 mm, and an electrode is attached to the sheet material. And the metal foil serving as the electrode is attached at regular intervals so as to have an electrode area of 10 to 200% with respect to the one-side surface area of the sheet member so that the temperature difference between the electrodes is within 20%.
3. 저항율이 1~108Ω·㎝의 범위로 되도록, 탄소입자와 바인더를 혼합하고, 이것을 0.1~3.0mm의 시트 상으로 형성하고, 전극으로서의 금속박을 상기 시트재의상하에 전면에 부착하여, 전극간의 외형 저항치가 10~1000Ω으로 되고, 더욱이 통전시의 시트재 전면의 온도차가 20% 이내로 되도록 하는 것을 특징을 하는 면상 탄소발열체.3. The carbon particles and the binder are mixed so that the resistivity is in the range of 1 to 10 8 Pa · cm, and this is formed into a sheet of 0.1 to 3.0 mm, and the metal foil as an electrode is attached to the entire surface above and below the sheet material, The planar carbon heating element, characterized in that the external resistance between the electrodes is 10 to 1000 kPa, and the temperature difference on the front surface of the sheet member during the energization is within 20%.
4. 전극으로서 전도성 도표를 도포하여 되는 것을 특징으로 하는 상기 2항 및 3항에 기재된 면상 발열체.4. The planar heating element according to the above 2 and 3, wherein a conductive diagram is applied as an electrode.
5. 탄소입자로서 팽창흑연 및/또는 팽창흑연 분쇄물을 사용하는 것을 특징으로 하는 상기 2항 및/또는 3항 및/또는 4항 기재의 면상탄소발열체.5. The planar carbon heating element according to the above 2 and / or 3 and / or 4, wherein the expanded graphite and / or expanded graphite pulverized product is used as the carbon particles.
본 발명에 있어서는, 탄소입자를 100중량부(본 명세서의 이하의 기재에 있어서 "%" 및 "부"라는 것은, 각각 중량% 및 중량부를 의미한다)에 대하여, 바인더수지 43~250부를 부가하고, 열롤러 등으로 충분히 혼련한 후, 두께 0.1~3mm의 시트를 제작한다. 상기 시트재의 저항율을 측정하고, 저항율에 맞추어서 상기 시트의 면적 및 두께에 대한 전극면적을 결정한다. 즉, 저항율이 낮고 두께가 큰 경우는 전극면적을 작게하고, 저항율이 높고 두께가 얇은 경우에는, 전극면적을 크게하면 전극간의 외형 저항값을 일정하게 하는 것이 가능하다. 저항율이 높은 재료로서는 전극부와 상기 시트재 사이의 접촉저항이 지나치게 높은 것이 있고, 이러한 경우에는 전도성 접착제를 사용하는 것이 가능하다. 전극면적을 크게하면 접촉저항을 감소히킬 수 있고, 또한 접촉저항에 의한 열도 확산하는 것이 가능하기 때문에 소위 열확산효율을 높일 수 있다.In the present invention, 43 to 250 parts of binder resin is added to 100 parts by weight of carbon particles (in the following description of the present specification, "%" and "part" mean weight% and weight part, respectively). After sufficiently kneading with a heat roller or the like, a sheet having a thickness of 0.1 to 3 mm is produced. The resistivity of the sheet member is measured, and the electrode area with respect to the area and thickness of the sheet is determined in accordance with the resistivity. That is, when the resistivity is low and the thickness is large, the electrode area is made small. When the resistivity is high and the thickness is thin, when the electrode area is increased, the external resistance between the electrodes can be made constant. As a material with high resistivity, the contact resistance between an electrode part and the said sheet | seat material is too high, and in this case, it is possible to use a conductive adhesive. When the electrode area is increased, the contact resistance can be reduced, and heat can be diffused by the contact resistance, so that the so-called thermal diffusion efficiency can be increased.
전극부에 전도성 도료를 사용하는 경우는, 전극의 형상은 보다 간단하게 도포될 수 있고, 인쇄하는 방법에 의해서도 상기 시트재 표면에 전극부를 형성하는것이 가능하다.In the case of using a conductive paint on the electrode portion, the shape of the electrode can be applied more simply, and it is possible to form the electrode portion on the surface of the sheet member by a printing method.
종래의 저저항형의 면상발열체의 전극부가 면의 단부에 평행하게 2개로 형성되는 것에 대하여, 본 발명에 있어서는 종래의 면상발열체에 비하여 저항율이 높아서, 도 1 내지 도 3에 도시한 번호 1과 같이 전극재료를 부착하거나 도포하는 방법이 사용된다. 전극재료의 부착 또는 도포하는 방법으로서는 상기 시트재 표면의 일방측 뿐만 아니라 양면에 형성되어도 좋다. 도 4에 도시한 바와 같이 상기 시트재 표면의 양측 전면에 전극재료를 부착하는 것도 가능하다. 특히 저항율이 107Ω·㎝ 이상의 재료에 유효한다.In the present invention, the resistivity of the planar heating element of the conventional low resistance type is formed in two parallel to the end of the surface. In the present invention, the resistivity is higher than that of the planar heating element, and as shown in FIG. 1 to FIG. The method of attaching or applying the electrode material is used. As a method of adhering or applying an electrode material, not only one side of the sheet material surface but also both surfaces may be formed. As shown in Fig. 4, it is also possible to attach the electrode material to both front surfaces of the sheet material surface. It is especially effective for materials having a resistivity of 10 7 Pa · cm or more.
사용하는 탄소분말은 카본블랙, 목탄분, 흑연분말, 팽창흑연분말, 유리상 탄소분말 등 탄소 및 유기화합물의 탄화물이라도 전도성이 있으면 어떠한 것을 사용하는 것도 가능하다. 분말 입경으로서는 특히 한정되는 것은 아니지만, 50~3000미크론이 바람직하고, 보다 바람직하게는 100~2000미크론이 사용될 수 있다. 50미크론 이하에서는 상기 시트재의 탄소분말 배합량을 75% 이상으로 하지 않으면 저항율 108Ω·㎝ 이하로 되지 않기 때문에, 제조가 어렵고, 3000 미크론 이상에서는 탄소분말 배합량은 적어도 저항율의 점에서 만족하는 것이 얻어지지만, 성형이 곤란하거나 배합균일화가 곤란하거나 성형 언밸런스가 발생한다.The carbon powder to be used may be any carbon or organic compound carbide, such as carbon black, charcoal powder, graphite powder, expanded graphite powder or glassy carbon powder, as long as it has conductivity. Although it does not specifically limit as powder particle diameter, 50-3000 microns are preferable, More preferably, 100-2000 microns can be used. At 50 microns or less, if the carbon powder compounding amount of the sheet member is not 75% or more, the resistivity will not be 10 8 Pa · cm or less. Therefore, it is difficult to manufacture. At 3000 micron or more, the carbon powder compounding amount satisfies at least in terms of resistivity. However, molding is difficult, compounding uniformity is difficult, or molding unbalance occurs.
400~1000℃에서 사용하는 경우는, 유리 또는 석고, 세라믹 등의 무기계 바인더를 사용할 수 있지만, 굴곡성이 빈약하다. 이와 같은 무기계 바인더를 사용하여도 충진되는 탄소재료가 팽창흑연분말의 경우은 굴곡성을 개선하는 것이 가능하다.예를 들면 상기한 무기계 바인더를 단일 사용하는 경우에는 취성재료이기 때문에 디플렉션 비율은 통상 1% 이하이지만, 팽창흑연분말을 10% 배합한 것은 디플렉션 비율 1~3% 정도 까지 개선할 수 있고, 본 발명과 같이 70% 배합하면 디플렉션 비율 6~8% 정도까지 굴곡선이 개선된다.When using at 400-1000 degreeC, although inorganic binders, such as glass, a gypsum, and ceramics, can be used, flexibility is poor. Even when such an inorganic binder is used, the bendability of the carbonaceous material filled with expanded graphite powder can be improved. For example, when a single inorganic binder is used, the deflection ratio is usually 1%. Although below, blending 10% expanded graphite powder can improve the deflection ratio by about 1 to 3%, and by blending 70% as in the present invention, the bending line is improved to about 6 to 8% of the deflection ratio.
상기 시트재 표면에 부착되는 전극재료로서는 상기 시트 재료 보다는 전도성이 우수한 것이 바람직하고 일반 금속류, 흑연 등이 해당한다. 보다 바람직하게는 구리, 은, 알미늄 등의 금속박과 같은 도전성이 우수한 것이 좋다. 상기 시트재 표면에 도포하는 경우에는 상기한 금속분말 또는 탄소분말을 도료에 혼합확산시킨 것을 사용하는 것이 가능하다. 이 경우 사용하는 도료는 수성, 유성의 양측도 사용가능하지만, 도포후 신속하게 용제 등이 휘산시킬 수 있는 것이 바람직하다.As the electrode material adhered to the sheet material surface, those having higher conductivity than the sheet material are preferable, and general metals, graphite, and the like correspond. More preferably, it is good that it is excellent in electroconductivity like metal foil, such as copper, silver, and aluminum. When apply | coating to the said sheet | seat material surface, it is possible to use the thing which mixed-diffused said metal powder or carbon powder to paint. In this case, both the aqueous and oily materials can be used, but it is preferable that the solvent or the like can be volatilized quickly after application.
실시예Example
이하에 실시예를 보이고, 본 발명의 특징으로 하는 바를 한층 명백하게 한다. 단 이하의 실시예 및 비교예에 있어서 설정온도의 측정은 제작한 면상발열체의 중심부분을 K열전대에 폴리이미드계 테이프로 부착하였다.An Example is shown to the following and the feature of this invention is made clear. However, in the following Examples and Comparative Examples, the set temperature was measured by attaching the central portion of the planar heating element to a K thermocouple with polyimide tape.
실시예1Example 1
팽창흑연 분쇄물을 840~1680㎛, 평균입경 1260㎛에 채로 분리한 후, 이것을 100부에 대하여 폴리프로필렌 43부를 부가하고, 드라이브렌드한 다음 테스트롤러를 사용하여 200℃로 충분히 혼련한 다음, 평균 두께 0.6mm의 시트를 제작한다. 상기 시트를 13 X 10cm 으로 가위로 절단하고, 도 1과 같이 두께 0.1mm, 폭 1cm의 동박을 폴리이미드계 필름으로 부착한 전극으로 하였다. 이와 같이 하여 제작한 시트상 발열체의 6개소에 K열전대를 부착하고, 각 온도 마다의 온도분포, 소비전력을 에토전기(주)제의 서모테크 모델 5001A를 이용하여 측정하였다.After separating the expanded graphite pulverized product at 840 ~ 1680㎛, average particle diameter 1260㎛, add 43 parts of polypropylene to 100 parts, drive-driven and sufficiently knead at 200 ° C using a test roller, and then average A sheet having a thickness of 0.6 mm is produced. The sheet was cut with scissors at 13 × 10 cm, and as shown in FIG. 1, a copper foil having a thickness of 0.1 mm and a width of 1 cm was attached with a polyimide film. The K thermocouple was attached to six places of the sheet-like heating elements produced in this way, and the temperature distribution and power consumption for each temperature were measured using the Thermotech model 5001A by Eto Electric Co., Ltd.
실시예2Example 2
팽창흑연분쇄물 100부에 대하여 폴리플로필렌 66부로 하고, 전극을 도 4의 모양으로 하는 것 이외에는 실시예 1과 같이 하여 수행하였다.It was carried out in the same manner as in Example 1 except that 66 parts of expanded graphite pulverized product was made of 66 parts of polyflopropylene and the electrode was made into the shape of FIG.
실시예3Example 3
시판 공업용의 고무(에틸렌.프로필렌고무)를 폴리프로필렌 대신에 사용하는 것 이외는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.It carried out similarly to Example 1 except having used commercially available industrial rubber (ethylene.propylene rubber) instead of polypropylene.
실시예4Example 4
시판 공업용 고무(에틸렌, 프로필렌고무)를 폴리프로필렌 대신에 사용하고, 팽창흑연분쇄물 100부에 대하여 에틸렌프롤필렌고무 233부로 하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.Commercially available industrial rubber (ethylene, propylene rubber) was used in place of polypropylene, and was carried out in the same manner as in Example 1 except that 233 parts of ethylene propylene rubber were used for 100 parts of expanded graphite powder.
실시예5Example 5
시판고업용 고무(에틸렌, 플로필렌고무)를 폴리프로필렌 대신에 사용하고, 팽창흑연 분쇄물 100부에 대하여 에틸렌.프로필렌고무 400부로 하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.A commercially available rubber (ethylene, fluoropropylene rubber) was used in place of polypropylene, and was carried out in the same manner as in Example 1 except that 400 parts of ethylene and propylene rubber were used with respect to 100 parts of expanded graphite pulverized product.
실시예6Example 6
실시예 4와 같이 제작한 팽창흑연분 포함 고무시트에 직경 5~50미크론의 범위로 평균입경 15미크론의 동분 100부를 합성고무계 수지도료 100부에 분산혼합한 도전성 도료를 도 1과 같이 전극으로서 도포하고, 건조한 것을 실시예 1과 동일하게 하여 평가하였다.An electrically conductive paint obtained by dispersing and mixing 100 parts of copper powder having an average particle diameter of 15 microns in a range of 5 to 50 microns in diameter in a synthetic rubber resin coating material in 100 parts of a rubber sheet containing expanded graphite powder prepared as in Example 4 was used as an electrode as shown in FIG. And it dried and evaluated similarly to Example 1.
실시예7Example 7
에틸렌.프로필렌고무 대신에 실리콘고무를 사용하고, 실시예 6과 동일한 도전성 도료를 사용하여 전극을 도포하고, 측정온도를 250℃까지로 하는 이외에는 실시예 4와 동일하게 하여 수행하였다.Silicon rubber was used instead of ethylene and propylene rubber, the electrode was coated using the same conductive paint as in Example 6, and the measurement was carried out in the same manner as in Example 4 except that the measurement temperature was set to 250 ° C.
실시예8Example 8
평균입자경 22.5nm의 카본블랙 30부를 70의 물로 페이스트상태로 혼현한 것 100부에 대하여, 수성우레탄 94부, 어니언계 분산제 1부, 실리콘계 소포제 1부, 아크릴계 알카리 층작제 2부, 불소계 습윤제 2부로 되는 발열체용 도료를 제작하였다. 이것을 이미 염비피륨으로 피복한 13 X 10 X 0.1(cm)의 알미늄판으로 200미크론의 두께로 도포하고, 양단(13cm 측)에 폭 1cm의 동박을 상기 발열체용 도료를 함침시킨 목선포와 같이 부착하고, 이것을 전극으로 한다. 이들을 자연건조시킨 것에 의하여 도료다입의 발열체를 얻었다.To 100 parts of 30 parts of carbon black having an average particle diameter of 22.5 nm in paste form with 70 water, 94 parts of aqueous urethane, 1 part of onion-based dispersant, 1 part of silicone-based antifoaming agent, 2 parts of acrylic alkali layering agent, and 2 parts of fluorine-based wetting agent A paint for heating elements was produced. This was coated with a 13 x 10 x 0.1 (cm) aluminum plate already coated with salted pyridium, and 200 microns thick, and copper foils having a width of 1 cm on both ends (13 cm side) were impregnated with a wooden coating cloth impregnated with the coating material for the heating element. It attaches and makes it an electrode. By naturally drying these, a heating element for coating particles was obtained.
실시예9Example 9
실리콘고무 대신 불소고무를 사용하고, 전극으로서 실시예 6에서 사용한 도전성 도료를 도 1과 같이 도포한 후 동일한 부분에 알미늄박을 핫스탬프법으로 불소고무기판에 부착하고, 측정온도의 상한을 300℃ 로 하는 이외는 실시예 4와 동일하게 수행하였다.Fluorine rubber was used instead of silicone rubber, and the conductive paint used in Example 6 was applied as an electrode as shown in Fig. 1, and then aluminum foil was attached to the same portion on the fluorine rubber substrate by hot stamping, and the upper limit of the measurement temperature was 300 ° C. It carried out similarly to Example 4 except having set to.
비교예1Comparative Example 1
실시예 1과 동일한 것의 양단(10cm 측)에만 폭 1cm의 동박전극을 폴리이미드필름테이프로 접합하여 형성한 것은 300V의 전압을 걸어도 전류가 거의 흐르지 않고 실온에 대해서 약 1℃ 상승한 것 뿐이었다.The copper foil electrodes having a width of 1 cm were bonded together with a polyimide film tape only on both ends (10 cm side) of the same one as in Example 1, and only about 1 ° C. was raised relative to room temperature with little current flowing even when a voltage of 300 V was applied.
비교예2Comparative Example 2
실시예 5와 동일한 것의 양단(10cm 측)에만 폭 1cm의 동박전극을 폴리이미드필름테이프로 접합시켜서 형성한 것은 300V의 전압을 걸어도 전류가 거의 흐르지 않고 실온에 대하여 약 5℃ 상승한 것 뿐이었다.The copper foil electrodes having a width of 1 cm were bonded together with polyimide film tape only on both ends (10 cm side) of the same one as in Example 5, and only about 5 ° C. was raised relative to room temperature with little current flowing even when a voltage of 300 V was applied.
비교예3Comparative Example 3
실시예 1과 동일한 팽창흑연분말 100부에 대하여 폴리프로필렌 50부를 가미한 것은 첨가하는 팽창흑연분말이 너무 많아서 성형할 수 없었다.What added 50 parts of polypropylene with respect to 100 parts of expanded graphite powder similar to Example 1 could not be formed because there were too many expanded graphite powders added.
비교예4Comparative Example 4
평균입자경 22.5nm 의 카본블랙 300부와 노보락타입의 페놀수지 100부를 충분하게 혼합하고, 100℃의 열롤러에서 1분간 혼련한 후 실시예 1과 동일하게 성형하고, 전극을 양단(13cm 측)에만 폭 1cm의 전극을 형성한 것을 실시예 1과 동일한 방법으로 평가한다.300 parts of carbon black having an average particle diameter of 22.5 nm and 100 parts of a novolak type phenol resin were sufficiently mixed, kneaded in a 100 ° C. hot roller for 1 minute, and molded in the same manner as in Example 1, and the electrodes were both ends (13 cm side). Only 1 cm wide electrode was evaluated in the same manner as in Example 1.
비교예5Comparative Example 5
실시예 1과 동일한 팽창흑연 분말 100부에 대하여, 시판 공업용 고무(에틸렌.프로필렌) 100부로 되는 고무를 제작하고, 비교예 4와 같이 하여 전극을 형성하여 평가하었다.About 100 parts of expanded graphite powder similar to Example 1, the rubber which consists of 100 parts of commercial industrial rubber (ethylene.propylene) was produced, and the electrode was formed and evaluated like the comparative example 4.
비교예6Comparative Example 6
시판 니크롬선(지름 0.3mm)을 1.12m를 가교 전 실리콘고무 중에 뱀처럼 반복하여 배열한 후 13 X 10 X 1cm의 판에 가교시켜 성형하였다. 니크롬선의 양단에 전압이 걸이고, 각 설정온도에 있어서 온도분표율 및 그 때의 유지전력을 구하였다.A commercially available nichrome wire (diameter 0.3 mm) was formed by repeatedly repeating 1.12 m like a snake in silicone rubber before crosslinking, and then crosslinking and forming a 13 × 10 × 1 cm plate. A voltage was applied to both ends of the nichrome wire, and the temperature fraction and the holding power at that time were obtained at each set temperature.
1) 표준온도분포율(%) = (면상부분의 각측정온도 - 설정온도)의 절대값의 평균설정온도 X 1001) Standard Temperature Distribution Rate (%) = Average Set Temperature of Absolute Value of (Measurement Temperature-Set Temperature)
2) 전류가 흐르기 어렵기 때문에 전압은 300V로 걸었다.2) Because the current is difficult to flow, the voltage is set at 300V.
1) 충진물(흑연)을 넣지 않았을 때의 인장강도를 100으로 한 때의 비교값1) Comparison value when the tensile strength is 100 without filling (graphite)
2) 설정온도까지 도달하지 않음2) It does not reach the set temperature
3) 60℃까지는 도달하였지만, 100℃까지는 도달하는 것이 불가능.3) It reached up to 60 ° C, but it was impossible to reach up to 100 ° C.
본 발명에 의하면, 종래 불가능하였던 고저항의 발열체의 사용이 전극부분의 구성을 강구하는 것에 의하여 가능하게 되었다.According to the present invention, the use of a high resistance heating element, which has not been possible in the past, has been made possible by the constitution of the electrode portion.
본 발명에 의하면, 도전성 물질인 탄소입자를 종래의 발열체 보다도 소량 사용하는 것에 의하여 고저항으로 되지만, 기계적 강도 보존율이 우수하고, 전기 비저항이 높기 때문에 흐르는 전류가 작아도 동일한 온도를 유지하기 위하여 작은 소비전력이 가능하게 되었다. 즉, 종래의 발열체는 저저항으로 하지 않으면 발열체로서의 기능을 발휘할 수 없었기 때문에 도전성 물질을 상당히 다량으로 첨가하지 않으면 않되었고, 그 때문에 강도유지율이 극단적으로 낮아지게 되고, 제조도 한정된 방법으로 밖에 사용할 수 없었지만, 본 발명에 의하면, 강도유지력이 높이는 것이 가능하게 되고, 제조도 종래와 비교하여 호환성이 크기 때문에 성형이 용이하게 된다.According to the present invention, although carbon particles, which are conductive materials, are used in a smaller amount than conventional heating elements, they have a high resistance. However, because of excellent mechanical strength retention and high electrical resistivity, small power consumption is required to maintain the same temperature even if the current flowing is small. This became possible. In other words, the conventional heating element could not function as a heating element unless it had a low resistance, so a large amount of conductive material had to be added, resulting in an extremely low strength retention rate, which can be used outside of a limited method. However, according to the present invention, it is possible to increase the strength holding force, and the molding is easy because the manufacturing is also compatible with the conventional one.
또한 본 발명에 의한 발열체는 종래의 니크롬선을 반복 배열한 면상 발열체에 비하여 전체 면적이 전기저항체이기 때문에 국부 가열현상이 일어나지 않고, 소위 열확산 효율이 우수하게 된다. 이러한 것은, 설정온도에 있어서 표준온도분포율이 작을수록 언밸런스가 작아지게 되고 니크롬선을 반복해열한 국부가열형 면상 발열체에서는 설정온도에 비하여 30~60%의 온도 편차가 발생하지만, 본 발명에 의한 발열체에서는 10~16% 정도로 안정하게 된다.In addition, the heating element according to the present invention has no area heating phenomenon and has excellent so-called thermal diffusion efficiency since the entire area is an electric resistance element as compared with the planar heating element in which the nichrome wire is repeatedly arranged. This means that as the standard temperature distribution ratio becomes smaller at the set temperature, the unbalance becomes smaller and the local heating type planar heating element which repeatedly heats nichrome wire generates a temperature deviation of 30 to 60% compared to the set temperature, but the heating element according to the present invention It is stable at about 10 ~ 16%.
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