KR20120028946A - Conductive coating fiber and fabric thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A conductive coating fiber fabric is provided to prevent overheat by dispersing load current and to solve electric contact resistance problem. CONSTITUTION: A method for fabricating a conductive coating fiber fabric comprises: a step of opening warp yarn(1) by opening a heald of a weaving machine; a step of inserting weft thread(2) to the opened warp yarn by picking motion; a step of pushing the inserted weft thread to the front of the woven fabric. A thread for coating is coiled in 100-1000 times per 1m.

Description

도전성 코팅 섬유와 그의 직물{conductive coating fiber and fabric thereof}Conductive coating fiber and fabric thereof

본 발명은 면상 발열체의 안전성과 내구성을 확보하기 위해서 탄소 나노튜브가 피복된 섬유로 익조직의 직물로 직물화시킨 도전성 코팅 섬유 직물에 관한 것이다.The present invention relates to a conductive coated fiber fabric fabricated with a fabric of a blade structure with carbon nanotube-coated fibers in order to ensure the safety and durability of the surface heating element.

면상 발열체는 전원을 인가하면 발열하는 얇은 시트 모양의 발열체를 의미한다.The planar heating element refers to a thin sheet-like heating element that generates heat when power is applied.

면상 발열체는 전기 저항선의 재질에 따라 분류할 수 있다.Planar heating elements can be classified according to the material of the electrical resistance wire.

우선 금속 저항 선으로서, 체적 저항률이 10×10-6Ω?㎝ 내지 200×10-6Ω?㎝ 범위의 합금선을 가지고 "S"자 모양으로 평면화하여 일 직선 상의 양단에 전원을 인가하는 직렬 구조 방식이다. 그러나 부하 전류가 일 직선 상으로만 흐르고 있으므로서, 선 상 표면에 화학적 변화나 물리적 응력 변형이 일어나면 저항 증가로 분배 전압이 편재화되어 과열과 화재의 위험성이 내재하고 있는 단점이 있다.First of all, as a metal resistance wire, an alloy wire having a volume resistivity in the range of 10 × 10 −6 Ω · cm to 200 × 10 −6 Ω ㎝ and flattened in an “S” shape to apply power to both ends on one straight line. It is a structural way. However, since the load current flows only in one straight line, when chemical change or physical stress deformation occurs on the line surface, the distribution voltage is localized due to the increase in resistance, and thus there is a risk of overheating and fire.

그래서, 직렬 구조 방식의 문제점을 개선하고자, 전기 저항선의 체적 저항률이 10-4Ω?㎝ 내지 102Ω?㎝ 범위에 있는 탄소 섬유 또는 전기 전도성 복합 물질 등으로 직물화하거나 필름화하고, 상기 직물 또는 필름 양단에 전극선을 형성하는 병렬 구조 방식인 발열체이다. 즉, 카본블랙, 탄소나노튜브, 금속 분말 등과 같은 도전 입자와 에폭시수지, 우레탄수지, 폴리에스터수지, 실리콘수지 등과 같은 결합 수지로 조성된 복합 물질을 섬유 상에 코팅하여 직조하는 직물 발열체, 필름 또는 직물 상에 접착하는 필름 발열체로 구성된다.Thus, in order to improve the problem of the tandem structure, the volume resistivity of the electrical resistance wire is fabricated or filmed with carbon fiber or an electrically conductive composite material, etc., in the range of 10 −4 Pa.cm to 10 2 Pa.cm. Or it is a heating element which is a parallel structure system which forms an electrode wire in both ends of a film. That is, a fabric heating element, film or the like that is woven by coating a composite material composed of conductive particles such as carbon black, carbon nanotubes, metal powder, etc. and a binder resin such as epoxy resin, urethane resin, polyester resin, silicone resin or the like. It consists of a film heating element adhering on the fabric.

그러나, 탄소 섬유에 대하여 마모, 굴곡, 왜곡 등의 외력에 상당히 약하여 섬유 축에 직각 방향의 힘을 받는다면 부러지기 쉬운 결점이 있고, 상기 복합 물질은 각각 이종 물질 간의 계면 사이로 산성?알칼리, 수분, 오일, 가소제 등이 침투되거나 열 경화에 의해 전기 저항율의 경시 변화로 내구성에 문제가 있었다.However, the carbon fiber is very weak to external forces such as abrasion, bending, distortion, and the like and is easily broken when subjected to a force perpendicular to the fiber axis, and the composite material has acid, alkali, moisture, Oil, a plasticizer, or the like penetrated or there was a problem in durability due to changes in the electrical resistivity over time due to thermal curing.

또한, 탄소 섬유나 전기 전도성 복합 물질과 전원을 인가하는 전극 선과의 교착 점에 열 이력이나 충격에 의해 접촉 저항이 발생하여 과열과 아크가 발생하는 문제점이 있다.In addition, there is a problem in that overheating and arcing occur because contact resistance is generated by thermal history or impact at an intersection point of a carbon fiber or an electrically conductive composite material and an electrode wire to which a power is applied.

본 발명은 면상 발열체의 집중 열에 의한 과열과 전기 접촉 저항에 의한 아크 발생, 전기 저항의 경시변화를 해결하고자 함이다.The present invention is to solve the overheating due to the concentrated heat of the surface heating element, the arc generation due to the electrical contact resistance, and the change over time of the electrical resistance.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 도전성 코팅 섬유 직물에 있어서, 제직기 종광의 개구 운동에 의해 날실(1)을 상하 그룹으로 개구시키고, 개구된 날실 속을 북침 운동에 의해 씨실(2)을 위입하고, 바디가 개구 내에 위입된 씨실을 제직된 직물 앞까지 밀어주어 날실과 씨실의 조직을 완성시키는 바디침 운동의 연속 반복으로 제직되어 직물이 형성되고, 상기 직물의 날실은 익조직으로 형성되고, 씨실은 중심 실(21) 상에 피복용 실(22)을 커버링하고, 상기 직물의 양측에 여러 가닥의 날실을 전기 도체 선(3)으로 대체 배열하고, 상기 직물 상에 전기 전도성 복합 물질로 피복되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, in the present invention, in the conductive coated fiber fabric, the warp yarn 1 is opened in the upper and lower groups by the opening motion of the weaving machine heald, and the weft yarn 2 is opened by the drum motion in the opened warp yarn. The fabric is formed by weaving and weaving the weft in which the body is enclosed in the opening to the front of the woven fabric to complete the warp and weft tissue to form a fabric, the warp of the fabric being formed into the blade tissue Weft yarns covering the sheathing yarn 22 on the central yarn 21, replacing several strands of warp yarns on both sides of the fabric with electrical conductor wires 3, and onto the fabric with an electrically conductive composite material. It is characterized by being coated.

전기 발열체의 높은 전기 저항율에 따른 부하의 전기적 병렬 구조로 부하 전류의 분산 효과로 과열이 발생하지 않고 면상 발열의 균일한 온도 분포와, 전기 전도성 복합 물질이 피복된 씨실은 중심 실 상에 피복용 실을 나선형으로 커버링하고 있어서 굴곡 및 응력에 의한 전기적 접촉저항 문제를 해결할 수가 있다.The electrical parallel structure of the load according to the high electrical resistivity of the electric heating element, the uniform temperature distribution of the surface heat generation and the weft coated with the electrically conductive composite material, without overheating due to the dispersion effect of the load current, are coated on the center thread. Is spirally covered to solve the problem of electrical contact resistance caused by bending and stress.

도 1은 본 발명에 따른 도전성 코팅 섬유 직물의 직물 상태도.
도 2는 본 발명에 따른 도전성 코팅 섬유의 커버링한 씨실의 사시도.1 is a fabric state diagram of a conductive coated fiber fabric according to the present invention.
2 is a perspective view of a covered weft of conductive coated fibers in accordance with the present invention.

본 발명은 도전성 코팅 섬유 직물에 있어서, 제직기 종광의 개구 운동에 의해 날실(1)을 상하 그룹으로 개구시키고, 개구된 날실 속을 북침 운동에 의해 씨실(2)을 위입하고, 바디가 개구 내에 위입된 씨실을 제직된 직물 앞까지 밀어주어 날실과 씨실의 조직을 완성시키는 바디침 운동의 연속 반복으로 제직되어 직물이 형성되고, 상기 직물의 날실은 익조직으로 형성되고, 씨실은 중심 실(21) 상에 피복용 실(22)을 커버링하고, 상기 직물의 양측에 여러 가닥의 날실을 전기 도체 선(3)으로 대체 배열하고, 상기 직물 상에 전기 전도성 복합 물질로 피복되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, in the conductive coated fiber fabric, the warp yarns 1 are opened in the upper and lower groups by the opening motion of the loom heald and the weft yarns 2 are enclosed in the opening by the drum motion. Weaved weft yarns are pushed to the front of the woven fabric to form the fabric by successive repetition of body needle movement to complete the organization of the warp and weft, the warp of the fabric is formed of the blade structure, the weft yarn is the central yarn (21) Covering the sheath 22 on the fabric, and alternately arranging several strands of warp on both sides of the fabric with electrical conductor lines 3, and covering the fabric with an electrically conductive composite material.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1과 도 2는 본 발명에 따른 도전성 코팅 섬유 직물의 직물 상태도와 도전성 코팅 섬유의 커버링한 씨실의 사시도로서, 도전성 코팅 섬유 직물에 있어서, 제직기 종광의 개구 운동에 의해 날실(1)을 상하 그룹으로 개구시키고, 개구된 날실 속을 북침 운동에 의해 씨실(2)을 위입하고, 바디가 개구 내에 위입된 씨실을 제직된 직물 앞까지 밀어주어 날실과 씨실의 조직을 완성시키는 바디침 운동의 연속 반복으로 제직되어 직물이 형성되고, 상기 직물의 날실은 익조직으로 형성되고, 씨실은 중심 실(21) 상에 피복용 실(22)을 커버링하고, 상기 직물의 양측에 여러 가닥의 날실을 전기 도체 선(3)으로 대체 배열하고, 상기 직물 상에 전기 전도성 복합 물질로 피복되는 것을 특징으로 한다.1 and 2 are a perspective view of the fabric state of the conductive coated fiber fabric according to the present invention and the covered weft of the conductive coated fiber, in the conductive coated fiber fabric, the warp yarn 1 up and down by the opening movement of the weaving machine heald. A series of body needle movements that open into a group, enter the weft yarn 2 through the northing motion through the opening warp, and push the weft yarn enclosed in the opening to the front of the woven fabric to complete the organization of the warp and weft yarns. Weaving is repeated to form a fabric, the warp of the fabric is formed into a blade structure, the weft covering the coating yarn 22 on the center yarn 21, and the electric warp of several strands on both sides of the fabric Alternately arranged with conductor lines 3, characterized in that the fabric is coated with an electrically conductive composite material.

직물(textile fabric)은 실로부터 제직(製織,weaving) 또는 편성(編成, knitting) 등에 의해 실을 서로 지지시킴으로써 형성된다. 실이 인접 실들 위로 그리고 아래로 안내되는 제직 및 편성 방법은 각기 다르다.Textile fabrics are formed by supporting the threads from each other by weaving or knitting from the threads. Weaving and knitting methods in which the thread is guided up and down the adjacent yarns are different.

제직은 날실와 씨실이 서로 아래위로 교차하여 어떤 넓이의 평면체가 된 천이다. 직기로 짜여지며 날실와 씨실의 교차 방법에 따라 여러 가지 직물 조직이 된다.Weaving is a fabric in which warp and weft cross each other up and down to form a flat body of any width. It is woven into looms and is made into various fabrics depending on how the warp and weft intersect.

제직 공정의 주운동은 직물에 따라 날실을 2개 층으로 분리하여 개구(shed)라고 하는 터널(tunnel)을 형성하는 과정인 개구 운동(shedding motion), 직물 폭에 따라 씨실을 개구 된 날실 사이를 통과시키는 북침 운동(picking motion), 그리고 개구를 통과한 씨실을 바디로써 제직된 직물 앞까지 밀어주어 날실과 씨실의 조직을 완성시키는 바디침 운동(beating motion)으로 구성된다. 또한 제직을 연속적으로 하려면 날실을 경사빔에서 풀어 필요한 속도와 적당한 일정 장력으로써 제직 부분에 공급하는 송출운동(let-off)과 필요한 씨실 간격 만큼 일정한 양의 직물을 제직 부분에서 빼내어 직물을 롤러에 감는 권취운동(take-up)이 필요하다.The main motion of the weaving process is the shedding motion, which is the process of separating the warp into two layers according to the fabric and forming a tunnel called shed, and weaving the weft through the warp according to the width of the fabric. It consists of a picking motion to pass through and a beating motion to push the weft through the opening to the front of the woven fabric as a body to complete the warp and weft tissue. In order to continue the weaving, the warp is released from the warp beam, and a certain amount of fabric is removed from the weaving area by the required speed and proper tension to the weaving part (let-off) and the required weft spacing, and the fabric is wound on the roller. Take-up is necessary.

상기 직물의 날실은 익조직으로 형성되는 것이 바람직하고, 씨실은 중심 실(21) 상에 피복용 실(22)을 커버링한 씨실인 것을 특징으로 한다.The warp of the fabric is preferably formed of a blade structure, weft is characterized in that the weft yarn covering the coating yarn 22 on the center yarn (21).

상기 직물의 양측에 여러 가닥의 날실을 전기 도체 선(3)으로 대체 배열되는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that the warp of several strands on both sides of the fabric is arranged to be replaced by an electrical conductor line (3).

상기 전기 도체 선은 전기 전도성 복합 물질이 피복된 섬유인 씨실에 전원 인가용 전극 선의 역할을 한다.The electrical conductor wire serves as an electrode wire for applying power to the weft, which is a fiber coated with an electrically conductive composite material.

상기 전기 도체 선의 재질은 구리 선, 알루미늄 선, 스테인리스강 선 등이 바람직하다.The material of the electrical conductor wire is preferably a copper wire, an aluminum wire, a stainless steel wire, or the like.

상기 전기 도체 선은 직물의 익조직으로 형성하는 것이 바람직하다.The electrical conductor wire is preferably formed of the blade structure of the fabric.

본 발명의 직물 조직은 익조직(레노직)이 바람직하다. 익조직은 날실이 서로 평행하지 않고, 2본의 날실이 서로 꼬여져 8자형을 만들면서 씨실을 삽입한다. 그러므로서, 그물망 모양의 익직물이 형성된다.As for the textile structure of this invention, a blade structure (lenojig) is preferable. The wing tissues are not parallel to each other, and two warp threads are twisted together to form an 8-shaped weft. Thus, a mesh-like crop is formed.

특히, 전기 도체 선이 서로 꼬여진 개구 속에서 전기 전도성 복합 물질이 피복된 섬유가 접촉하고 있어, 전기 도체 선과 전기 전도성 복합 물질이 피복된 섬유 간에 접촉?압착강도를 유지하고 있다.In particular, the fibers coated with the electrically conductive composite material are in contact with each other in the openings in which the electrically conductive wires are twisted with each other, thereby maintaining the contact and compressive strength between the electrically conductive wires and the fibers coated with the electrically conductive composite material.

상기 커버링한 씨실의 재질은 한정하지 않지만, 특히 유리섬유, 용융실리카 섬유, 고규산질섬유, 알루미나-실리카 섬유, 알루미나 섬유, 지르코니아 섬유, 폴리에스터섬유, 아라미드섬유, 불소섬유, 초고장력 PVA와 같은 슈퍼섬유, 나일론 등이 바람직하다. 특히, 유리섬유는 연사된 실을 여러 가닥으로 합사되어진 실이 바람직하다. 실에 꼬임이 있어야 내굴곡성이 좋아지기 때문이다.The material of the covered weft is not limited, but in particular, such as glass fiber, molten silica fiber, high silica fiber, alumina-silica fiber, alumina fiber, zirconia fiber, polyester fiber, aramid fiber, fluorine fiber, super high tension PVA Fiber, nylon, etc. are preferable. In particular, the glass fiber is preferably a yarn in which the yarn is twisted in several strands. This is because the twist resistance is good when the thread is twisted.

상기 씨실은 중심 실에 나선형으로 권선하는 것은 상기 직물의 양단에 배열된 전기 도체 선간에 굴곡이나 응력에도 전기적 접촉 저항을 유지하고자 함이다.The helical winding of the weft spirally to the central yarn is intended to maintain electrical contact resistance even under bending or stress between electrical conductor wires arranged at both ends of the fabric.

또한, 전기 전도성 복합 물질이 피복된 섬유가 중심 실 상에 나선 상으로 커버링됨으로써 전기 전도성 복합 물질도 나선 상으로 피복되어 내굴곡성이 향상될 수 있고, 기계적인 충격에도 견딜 수 있다. 특히, 전기 전도성 복합 물질이 피복된 섬유로 안전한 전기 발열체를 제공할 수 있다.In addition, since the fiber coated with the electrically conductive composite material is spirally covered on the central yarn, the electrically conductive composite material is also coated with the spiral to improve the bending resistance and to withstand mechanical impact. In particular, the fiber coated with the electrically conductive composite material can provide a safe electric heating element.

또한, 상기 전기 전도성 복합 물질이 피복된 섬유와 전기 도체 선과의 접촉저항을 낮추고, 전기 절연을 위해서, 상기 직물을 다음 물질로 전기 절연 피복 처리한 직물 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.In addition, the electrically conductive composite material is characterized in that it has a fabric structure in which the contact resistance between the fiber and the electrical conductor wire coated with the electrically conductive composite material is lowered, and the fabric is electrically insulating coated with the following material for electrical insulation.

상기 물질 종류는 본 발명에 따른 실리콘, 불소, EPDM, 폴리에스테르, 역청질, 올레오레진, 페놀, 알키드, PVC 수지 등이 바람직하다. 특히, 실리콘 고무, EPDM 고무, 불소 고무가 바람직하다.The kind of the material is preferably silicone, fluorine, EPDM, polyester, bituminous, oleoresin, phenol, alkyd, PVC resin and the like according to the present invention. In particular, silicone rubber, EPDM rubber and fluororubber are preferable.

상기 실리콘 고무, EPDM 고무와 불소 고무는 무극성 고분자로서 전기 절연성이 양호하고, 전기 전도성 복합 물질이 피복된 섬유는 도전층의 바인더가 접착성이 좋은 극성 수지 부분으로도 구성되어 있어서 약품(산성이나 알칼리 성분)에 취약한 점을 무극성 수지로 피복되어 있어서 내약품성을 발휘할 수 있다. 또한, 바인더가 접착성이 좋은 극성 수지로 구성되어 있어서, 오일 성분과 같은 이물질 환경에서도 저항 변화가 없어 경시 변화 문제를 해결할 수 있다.The silicone rubber, the EPDM rubber and the fluorine rubber are nonpolar polymers and have good electrical insulation properties, and the fiber coated with the electrically conductive composite material is composed of a polar resin portion of which the binder of the conductive layer has good adhesion. The weak point to the component) is coated with a non-polar resin, thereby exhibiting chemical resistance. In addition, since the binder is made of a polar resin having good adhesion, there is no change in resistance even in a foreign matter environment such as an oil component, thereby solving the problem of change over time.

따라서 본 발명에 따른 전기 전도성 복합 물질이 피복된 섬유로 이루어진 도전성 코팅 섬유 직물은 전기 도체 선과 전기 전도성 복합 물질이 피복된 섬유와의 견고한 전기적 접속으로 안전한 발열체를 제공할 수 있다.Therefore, the conductive coated fiber fabric made of the fiber coated with the electrically conductive composite material according to the present invention can provide a safe heating element by a solid electrical connection between the electric conductor wire and the fiber coated with the electrically conductive composite material.

본 발명에 따른 도전성 코팅 섬유는 중심 실(21) 상에 피복용 실(22)을 커버링한 섬유 상에 전기 전도성 복합 물질이 피복되는 것을 특징으로 한다.The conductive coated fiber according to the present invention is characterized in that the electrically conductive composite material is coated on the fiber covering the coating seal 22 on the central seal 21.

상기 중심 실과 피복용 실의 섬도는 중심 실의 섬도 100에 대해 피복용 실의 섬도 80 내지 5가 바람직하고, 특히, 50 내지 10이 가장 바람직하다.As for the fineness of the said center thread and the coating thread, the fineness of the coating thread is preferably 80 to 5 with respect to the fineness of the central thread 100, and in particular, 50 to 10 is most preferred.

상기 피복용 실의 섬도는 전기 전도성 복합 물질의 피복 층의 두께가 최소 수치를 결정하는 기준도 되지만, 전기 전도성 복합 물질의 피복 층이 나선상으로 코팅되는 역할도 한다.The fineness of the coating yarn serves as a criterion for determining the minimum value of the thickness of the coating layer of the electrically conductive composite material, but also serves to spirally coat the coating layer of the electrically conductive composite material.

상기 나선상으로 피복된 도전 층은 내굴곡성 및 응력에 대한 저항성, 그리고 전기적 접촉 저항 문제를 해결할 수 있는 효과도 있다.The spirally coated conductive layer also has the effect of solving the problems of bending resistance, stress resistance, and electrical contact resistance.

상기 중심 실 상에 나선형으로 피복용 실이 커버링되는 회전수는 1m 당 100회 내지 1000회가 바람직하다. 100회 미만은 날실의 미끄러짐 저항이 약해서 전기적 접촉 저항 문제가 발생하고, 1000회 초과는 코팅된 섬유의 내굴곡성이 떨어지고, 또한, 도전 층의 절단이 이루어질 수 있다.The rotational speed at which the coating yarn is spirally covered on the central yarn is preferably 100 to 1000 times per meter. Less than 100 times the slip resistance of the warp is weak, causing electrical contact resistance problems, more than 1000 times the bend resistance of the coated fiber is poor, and also the cutting of the conductive layer can be made.

상기 전기 전도성 복합 물질은 도전 입자와 바인더로 구성되고, 도전 입자는 탄소나노튜브, 도전성 카본블랙, 흑연 등의 탄소계 입자이고, 바인더는 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 고분자 계면활성제, 아크릴계 수지, 초산비닐계 수지, 폴리에스터계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리우레탄계 수지 등이다. 상기들의 바인더는 어느 하나 또는 이종 이상 조합하여 사용할 수 있다.The electrically conductive composite material is composed of conductive particles and a binder, the conductive particles are carbon-based particles such as carbon nanotubes, conductive carbon black, graphite, and the like, but the binder is not particularly limited, for example, polymer surfactant, acrylic type Resins, vinyl acetate resins, polyester resins, polyamide resins, polyurethane resins, and the like. These binders can be used in any one or two or more kinds.

또는, 상기한 탄소나노튜브는 카본블랙과 혼용함으로써, 도전 특성인 정전 용량을 제어할 수 있는 특징이 있다. 즉, 도전 통로를 다수의 네트워크 상으로하여 출력의 안정화를 도모할 수 있다.Alternatively, the carbon nanotubes can be mixed with carbon black to control electrostatic capacitance, which is a conductive property. In other words, the output can be stabilized by conducting conductive paths over a plurality of networks.

카본블랙의 비율은 탄소나노튜브 100중량부에 대해 50 내지 500 중량부가 바람직하다.The proportion of carbon black is preferably 50 to 500 parts by weight based on 100 parts by weight of carbon nanotubes.

탄소나노튜브의 분산 방법 중에 전처리 방법은 어느 방법으로 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 초음파처리에 의한 탄소나노튜브의 절단, 산 처리된 탄소나노튜브의 외부 표면에 기능화를 통한 정전기적 분산, 각종 용매, 계면활성제, 고분자 물질을 이용한 분산 등을 통한 물리?화학적인 전처리 방법을 사용할 수 있다.The pretreatment method is not limited to any of the methods for dispersing carbon nanotubes, but for example, cutting of carbon nanotubes by sonication, electrostatic dispersion through functionalization on the outer surface of acid-treated carbon nanotubes, and various solvents Physical and chemical pretreatment through dispersion using surfactants, polymeric materials, and the like can be used.

화학적 방법으로는 나노튜브 표면에 관능기를 도입하여 결합제와 화학적 공유결합을 형성시키는 방법이고, 물리적 방법으로는 비록 공유결합 강도의 5%정도 밖에 되지 않지만 더 많은 위치와 결합할 수 있는 수소결합이나 반데르 발스(van der Waals) 결합 같은 2차 결합을 이용하는 것이다.The chemical method is to introduce a functional group on the surface of the nanotube to form a chemical covalent bond with the binder. In the physical method, although it is only about 5% of the covalent bond strength, the hydrogen bond or semi-bond can be bonded to more positions. Use secondary bonds, such as van der Waals bonds.

산 처리법은 통상 황산, 질산 등을 이용하며, 황산과 질산을 3:1 정도로 혼합하여 사용하기도 한다. 산 처리 강도에 따라서 온도를 높이거나 초음파를 가하기도 한다. 탄소나노튜브에 강산이 접촉하게 되면, 탄소나노튜브의 가장 약한 부분(즉, 반응성이 우수한 부분)이 가장 먼저 결함이 생기게 된다. 결함 부분에는 보통 카르복실 그룹(-COOH)이나 하이드록실 그룹(-OH) 등이 생긴다. Acid treatment typically uses sulfuric acid, nitric acid, and the like, and may be used by mixing sulfuric acid and nitric acid at about 3: 1. Depending on the acid treatment strength, the temperature may be increased or ultrasonic waves may be applied. When a strong acid comes into contact with the carbon nanotubes, the weakest portion of the carbon nanotubes (that is, the highly reactive portions) is the first defect. The defective portion usually contains a carboxyl group (-COOH), a hydroxyl group (-OH), or the like.

초음파처리는 용매에 탄소나노튜브를 넣고 초음파 처리하여 분산력을 높이기 위한 단순한 일반적인 방법이다.Sonication is a simple general method to increase dispersibility by putting carbon nanotubes in a solvent and sonicating.

그 중에서 물리적 방법에 의한 개질은 van der Waals 힘을 이용하거나 고분자로 미리 탄소나노튜브를 둘러싸는 마이셀(micelle)을 형성하는 방법으로 탄소나노튜브를 분산시키는 방법이 있다.Among them, the modification by physical method is a method of dispersing carbon nanotubes by using van der Waals force or forming micelles that surround carbon nanotubes with polymer in advance.

또한, 건식방법은 플라즈마 처리를 통해 탄소나노튜브에 알데하이드 기능기를 도입하는 방법과, 반응성이 강한 오존 분위기 하에 두고 탄소나노튜브의 말단부와 옆벽을 기능화 시키는 오존처리, UV를 이용한 UV-오존처리 등을 통하여 표면을 기능화 시키는 방법 등이 있다.In addition, the dry method includes a method of introducing an aldehyde functional group into the carbon nanotubes through plasma treatment, an ozone treatment for functionalizing the terminal and side walls of the carbon nanotubes under a highly reactive ozone atmosphere, and UV-ozone treatment using UV. Through the functionalization of the surface, and the like.

오존 처리는 비활성인 탄소나노튜브 표면에 하이드록실 그룹(-OH), 카르복실 그룹(-COOH) 등의 관능기를 탄소나노튜브의 표면에 도입하여 다중벽 탄소나노튜브 표면을 기능화시키는 방법이다.Ozone treatment is a method of functionalizing a multi-walled carbon nanotube surface by introducing functional groups such as hydroxyl group (-OH) and carboxyl group (-COOH) on the surface of the carbon nanotube on the surface of the inert carbon nanotube.

탄소 나노튜브(carbon nanotube)는 매우 큰 비표면적, 직경 대비 길이 비, 뛰어난 탄성 강도, 우수한 전기적 특성과 뛰어난 열전달 특성 등을 가지고 있어, 전기 발열체로서의 안전한 도전 통로를 확보할 수 있다.Carbon nanotubes have a very large specific surface area, a ratio of length to diameter, excellent elastic strength, excellent electrical properties and excellent heat transfer characteristics, and thus can secure a safe conductive path as an electric heating element.

탄소 나노튜브는 흑연 판(graphite sheet)이 나노 크기의 직경으로 원형으로 말린 상태이고, 흑연 판이 말리는 각도, 형태에 따라 전기적으로 금속성과 반도체의 특징을 보이고, 성장 방법과 성장 조건에 따라 단층벽 탄소 나노튜브와 이중벽 탄소 나노튜브 그리고 다중벽 탄소 나노튜브 등으로 구분된다. 탄소 나노튜브의 구조는 흑연 판을 말아 올리는 각도에 따라 armchair, zigzag 그리고 chiral 형태로 구분한다. 다중벽 탄소 나노튜브는 구리와 비슷한 전기 전도도를 가진다. 또한 육각형 구조로 원통형의 관모양으로 강철보다 약 100배 가량 강한 강도와 유연성을 가진다.Carbon nanotubes have a graphite sheet circularly rolled to a nano-sized diameter, and exhibit the characteristics of electrically metallic and semiconducting materials according to the angle and shape of the graphite sheet. Nanotubes, double-walled carbon nanotubes, and multi-walled carbon nanotubes. The structure of the carbon nanotubes is divided into armchair, zigzag and chiral forms according to the angle of rolling up the graphite plate. Multi-walled carbon nanotubes have electrical conductivity similar to copper. In addition, the hexagonal structure has a cylindrical tube shape, which has about 100 times stronger strength and flexibility than steel.

본 발명에 따른 탄소 나노튜브는 한정 되어지는 것은 아니지만, 전기적인 특성을 고려하면 금속성을 나타내는 armchair 구조와 다중벽 탄소 나노튜브가 바람직하다.Carbon nanotubes according to the present invention is not limited, but considering the electrical properties, the armchair structure and multi-walled carbon nanotubes exhibiting metallicity are preferred.

따라서, 본 발명은 탄소 나노튜브의 높은 전기 전도도와 종횡비(aspect ratio)로 3차원적인 네트워크 형태의 도전층을 섬유 표면 상에 형성시킬 수 있다.Therefore, the present invention can form a three-dimensional network-shaped conductive layer on the fiber surface with the high electrical conductivity and aspect ratio of the carbon nanotubes.

탄소 나노튜브의 평균 직경은 예를 들면, 0.5 내지 1 마이크로미터, 특히 1 내지 100 나노미터 정도에서 선택할 수 있고, 평균 길이는 예를 들면, 1 내지 1000 마이크로미터, 특히, 5 내지 300 마이크로미터 정도에서 선택할 수 있다.The average diameter of the carbon nanotubes can be selected, for example, from 0.5 to 1 micrometer, in particular from 1 to 100 nanometers, and the average length is from 1 to 1000 micrometers, in particular from 5 to 300 micrometers. You can choose from.

또한, 상기 바인더의 비율은 탄소 나노튜브의 표면을 완전하게 피복시키는 것 없이 탄소 나노 튜브를 섬유 표면에 원활히 부착하게 하는 점에서, 탄소 나노튜브 100 중량부에 대해서, 예를 들면 50 내지 1600 중량부, 바람직하게는 80 내지 1200 중량부 정도이다.In addition, since the ratio of the binder allows the carbon nanotubes to adhere smoothly to the fiber surface without completely covering the surface of the carbon nanotubes, for example, 50 to 1600 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbon nanotubes. Preferably, it is about 80-1200 weight part.

탄소 나노튜브를 분산하기 위한 분산매로서는 예를 들면, 범용의 극성 용매(물, 알코올류, 아미드류, 환상 에테르류, 케톤류 등), 범용의 소수성 용매(지방족 또는 방향족 탄화수소류, 지방족 케톤류 등), 또는 상기들의 혼합 용매 등이 사용할 수 있다.As a dispersion medium for dispersing carbon nanotubes, for example, general-purpose polar solvents (water, alcohols, amides, cyclic ethers, ketones, etc.), general-purpose hydrophobic solvents (aliphatic or aromatic hydrocarbons, aliphatic ketones, etc.), Or a mixed solvent of the above can be used.

상기 전기 전도성 복합 물질을 섬유 상에 피복 처리 방법은 특히 제한되지 않으며, 예를 들면, 섬유를 용액 중에 침지하는 방법, 터치식 롤러를 이용한 사이징 장치, 닥터, 패드, 분무 장치, 실 프린트 장치 등의 피복 장치를 이용하여 전기 전도성 복합 물질을 피복 처리하는 방법 등을 들 수 있다.The method of coating the electrically conductive composite material on the fiber is not particularly limited. For example, a method of immersing the fiber in a solution, a sizing device using a touch roller, a doctor, a pad, a spray device, a seal printing device, and the like may be used. And a method of coating the electrically conductive composite material using the coating device.

상기 피복처리는 1회의 조작이나 동일 조작을 복수 회 되풀이 하여도 좋다.The coating treatment may be repeated once or a plurality of times.

건조 공정으로는 피복 처리를 한 섬유에서 액체 매체를 제거하여 건조하는 것이고, 섬유 표면에 탄소 나노튜브가 도전 층으로 균일하게 얇은 층 상태로 부착하는 것을 특징으로 한다.In the drying step, the liquid medium is removed from the coated fiber and dried, and the carbon nanotubes are uniformly attached to the fiber surface as a conductive layer in a thin layer state.

본 발명에 따른 상기한 탄소 나노튜브가 피복된 섬유는 피복된 도전 층의 체적 저항률이 10-2 내지 103Ω?㎝인 것을 특징으로 한다.The carbon nanotube coated fiber according to the present invention is characterized in that the volume resistivity of the coated conductive layer is 10 −2 to 10 3 Pa · cm.

상기 체적 저항률은 전기 전도성 복합 물질을 1 세제곱센티미터의 용적에 넣어 건조시킨 블록단위에서 측정된 수치이다.The volume resistivity is a value measured in blocks of the electrically conductive composite material dried in a volume of 1 cubic centimeter.

상기 체적 저항률을 초과하면, 정전 용량이 커져서 전기 발열체로서의 출력 안정화를 기대할 수 없다.When the volume resistivity is exceeded, the capacitance increases, and output stabilization as an electric heating element cannot be expected.

또한, 상기 체적 저항률에 미달되면, 상용 전압에서의 전기 발열체의 부하 전류의 분산 효과를 내는 전기적 병렬 구조로 할 수가 없다. If the volume resistivity is lower than the above, it is impossible to have an electrical parallel structure that produces a dispersion effect of the load current of the electric heating element at a commercial voltage.

본 발명에 따른 면상 발열체인 도전성 코팅 섬유 직물의 금속 저항선 보다 높은 전기 저항율에 따른 부하의 전기적 병렬 구조로 부하 전류의 분산 효과로 면상 발열의 균일한 온도 분포와 반복적인 굴곡에도 견디는 탄소 나노튜브가 피복된 섬유로 결속된 구조로써, 안전하고 내구성 있는 발열체를 제공할 수 있다.Carbon nanotubes that withstand the uniform temperature distribution and repetitive bending of the surface heating due to the dispersion of the load current by the electrical parallel structure of the load according to the electrical resistivity higher than the metal resistance wire of the conductive coating fiber fabric of the surface heating element according to the present invention With the structure bound by the fiber, it is possible to provide a safe and durable heating element.

즉, 전기 발열체의 부하 구조인 직렬과 병렬의 큰 차이는 전극 단자 간의 부하 길이로 좌우되며, 부하 길이가 길수록 전압 분배가 불균일해 진다. 직렬 구조는 부하 길이가 길고도, 한 선 상만으로 전류가 흐르므로 외부 응력에 의한 집열이 발생할 수 있다.That is, a large difference between the series and parallel, which are the load structures of the electric heating element, depends on the load length between the electrode terminals, and as the load length becomes longer, the voltage distribution becomes uneven. Since the series structure has a long load length and a current flows only on one line, heat collection by external stress may occur.

따라서, 병렬구조에 의한 부하 전류 분산 효과와 함께 부하 길이가 짧은 전압 분배로 균일한 온도 분포를 실현할 수 있다.Therefore, a uniform temperature distribution can be realized by voltage distribution with a short load length as well as a load current distribution effect by the parallel structure.

<실시 예><Examples>

(1) 3-(dimethylstearylammonio)propanesulfonate(양쪽성 계면활성제)2.0g, 글리세(수화 안정제) 5ml 및 탈이온수 495ml을 혼합하고 계면활성제의 수용액(pH 6.5)을 조제함.(1) 2.0 g of 3- (dimethylstearylammonio) propanesulfonate (amphoteric surfactant), 5 ml of glycerol (hydration stabilizer) and 495 ml of deionized water were mixed and an aqueous solution of the surfactant (pH 6.5) was prepared.

(2) 상기 (1)으로 얻은 계면 활성제의 수용액 500ml 및 탄소 나노튜브{한화나노텍(주)의 다중벽 탄소나노튜브(CM-95)} 25g 을 볼 밀로 교반함.(2) A ball mill was stirred with 500 ml of the aqueous solution of the surfactant obtained in the above (1) and 25 g of carbon nanotubes (multi-walled carbon nanotubes (CM-95) of Hanwha NanoTech Co., Ltd.).

(3) 상기 (2)가 생성된 탄소 나노튜브 함유 액상물질에 상기 (1)과 같이 조제한 계면활성제의 수용액 500ml을 추가하고, 또한, 폴리에스터계 바인더(베이스코리아사제 EW-210)를 고형 성분 환산으로 50g 첨가하고, 비드 밀로 분산액을 제조함. (3) 500 ml of an aqueous solution of the surfactant prepared in the same manner as in (1) was added to the carbon nanotube-containing liquid substance in which (2) was produced, and a polyester-based binder (EW-210 manufactured by BASE KOREA) was added as a solid component. 50g was added in conversion and the dispersion was prepared by the bead mill.

(4) 중심 실인 폴리에스터 섬유(섬도 1000데니어) 상에 피복용 실인 폴리에스터 섬유(섬도 150데니어)를 커버링(회전수 500회/m)함.(4) The polyester fiber (fineness 150 denier) which is a coating | covering thread is covered (rotating speed 500 times / m) on the polyester fiber (fineness 1000 denier) which is a central thread.

(5) 상기 (3)의 분산액을 상기 (4)의 커버링된 섬유 상에 함침시켜 150℃으로 5분간 건조하여 탄소 나노튜브가 피복된 섬유를 제조함.(5) The dispersion of (3) was impregnated onto the covered fiber of (4) and dried at 150 ° C. for 5 minutes to produce a fiber coated with carbon nanotubes.

(6) 상기 (5)의 피복된 섬유의 전기 저항치가 1센티미터당 2500 내지 3000 오옴을 맞추기 위해 수회 반복함.(6) The electrical resistance of the coated fiber of (5) is repeated several times to match 2500 to 3000 ohms per centimeter.

(7) 상기 (6)에서 제조한 커버링한 실을 씨실로 사용하고, 날실은 폴리에스터 500데니어(섬도) 2가닥을 한 올로 직조하고, 상기 양 측의 날씰을 0.32mm 직경의 동선 10가닥씩 대체 배열하고, 직물 폭은 30센티미터로 제직하고, 직물 밀도는 1인치당 3칸으로 제직함.(7) The covered yarn prepared in (6) above is used as a weft yarn, and the warp yarn is woven into two strands of polyester 500 denier (fineness), and the edge seals on both sides are each 10 strands of 0.32 mm diameter copper wire. Alternate arrangement, weaving width 30 cm, fabric density 3 weaving per inch.

(8) 상기 (7)에서 직조된 직물 상에 실리콘 고무로 피복(피복층의 두께는 0.5mm 정도)시킴.(8) Covering the woven fabric in (7) with silicone rubber (the thickness of the coating layer is about 0.5 mm).

상기 (1)에서 (8)까지 공정으로 제조된 탄소 나노튜브 발열체의 소비 전력은 1미터당 70와트(정격전압 220V) 정도였다. 220V 전원 인가시 50℃ 정도로 상승함(주변 온도 20℃)The power consumption of the carbon nanotube heating element manufactured by the process (1) to (8) was about 70 Watts per meter (rated voltage 220V). It rises to 50 ℃ when 220V power is applied (ambient temperature 20 ℃)

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술되었지만 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시 예의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.Although described in detail with respect to preferred embodiments of the present invention as described above, those of ordinary skill in the art, without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims Various modifications may be made to the invention. Therefore, changes in the future embodiments of the present invention will not depart from the technology of the present invention.

1: 날실
2: 씨실
3: 전기 도체 선
21: 중심 실
22: 피복용 실1: warp
2: weft
3: electrical conductor wire
21: center thread
22: coating thread

Claims (7)

도전성 코팅 섬유 직물에 있어서, 제직기 종광의 개구 운동에 의해 날실(1)을 상하 그룹으로 개구시키고, 개구된 날실 속을 북침 운동에 의해 씨실(2)을 위입하고, 바디가 개구 내에 위입된 씨실을 제직된 직물 앞까지 밀어주어 날실과 씨실의 조직을 완성시키는 바디침 운동의 연속 반복으로 제직되어 직물이 형성되고, 상기 직물의 날실은 익조직으로 형성되고, 씨실은 중심 실(21) 상에 피복용 실(22)을 커버링하고, 상기 직물의 양측에 여러 가닥의 날실을 전기 도체 선(3)으로 대체 배열하고, 상기 직물 상에 전기 전도성 복합 물질로 피복되는 것을 특징으로 하는 도전성 코팅 섬유 직물.In the conductive coated fiber fabric, the warp yarns 1 are opened in the upper and lower groups by the opening motion of the loom heald, the weft yarns 2 are enclosed in the open warp yarns by the north needle movement, and the bodies are enclosed in the openings. Is woven in a continuous repetition of the body needle movement to complete the tissue of the warp and weft by pushing the woven fabric in front of the woven fabric, the warp of the fabric is formed of the blade structure, the weft yarn on the center thread 21 A conductive coated fiber fabric which covers the sheath 22 and replaces several strands of warp yarns on both sides of the fabric with electrical conductor lines 3 and is coated with an electrically conductive composite material on the fabric. . 도전성 코팅 섬유 직물에 있어서, 제직기 종광의 개구 운동에 의해 날실(1)을 상하 그룹으로 개구시키고, 개구된 날실 속을 북침 운동에 의해 씨실(2)을 위입하고, 바디가 개구 내에 위입된 씨실을 제직된 직물 앞까지 밀어주어 날실과 씨실의 조직을 완성시키는 바디침 운동의 연속 반복으로 제직되어 직물이 형성되고, 상기 직물의 날실은 익조직으로 형성되고, 씨실은 중심 실(21) 상에 피복용 실(22)을 커버링하고, 상기 직물의 양측에 여러 가닥의 날실을 전기 도체 선(3)으로 대체 배열하고, 상기 씨실 상에 전기 전도성 복합 물질로 피복되고, 상기 직물 상에 전기 절연 물질로 피복되는 것을 특징으로 하는 도전성 코팅 섬유 직물.In the conductive coated fiber fabric, the warp yarns 1 are opened in the upper and lower groups by the opening motion of the loom heald, the weft yarns 2 are enclosed in the open warp yarns by the north needle movement, and the bodies are enclosed in the openings. Is woven in a continuous repetition of the body needle movement to complete the tissue of the warp and weft by pushing the woven fabric in front of the woven fabric, the warp of the fabric is formed of the blade structure, the weft yarn on the center thread 21 Covering the sheath 22, alternately arranging several strands of warp on both sides of the fabric with electrical conductor wires 3, coated with an electrically conductive composite material on the weft, and electrically insulating material on the fabric. A conductive coated fiber fabric, characterized in that the coating. 도전성 코팅 섬유에 있어서, 중심 실(21) 상에 피복용 실(22)을 커버링한 섬유 상에 전기 전도성 복합 물질이 피복되는 것을 특징으로 하는 도전성 코팅 섬유.A conductive coating fiber, characterized in that an electrically conductive composite material is coated on a fiber covering the coating yarn (22) on the center yarn (21). 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전기 전도성 복합 물질이 피복된 도전층의 체적 저항률이 10-2Ω?㎝ 내지 103Ω?㎝인 것을 특징으로 하는 도전성 코팅 섬유 직물.The conductive coated fiber fabric according to claim 1 or 2, wherein a volume resistivity of the conductive layer coated with the electrically conductive composite material is in the range of 10 -2 Pa.cm to 10 3 Pa.cm. 제 3항에 있어서, 상기 전기 전도성 복합 물질이 피복된 도전층의 체적 저항률이 10-2Ω?㎝ 내지 103Ω?㎝인 것을 특징으로 하는 도전성 코팅 섬유.The conductive coating fiber according to claim 3, wherein the conductive layer coated with the electrically conductive composite material has a volume resistivity of 10 -2 Pa.cm to 10 3 Pa.cm. 제 3항에 있어서, 중심 실 상에 나선형으로 피복용 실이 커버링되는 회전수는 1m 당 100회 내지 1000회 인 것을 특징으로 하는 도전성 코팅 섬유. The conductive coating fiber according to claim 3, wherein the number of rotations in which the covering yarn is spirally covered on the center yarn is 100 to 1000 times per meter. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 중심 실 상에 나선형으로 피복용 실이 커버링되는 회전수는 1m 당 100회 내지 1000회 인 것을 특징으로 하는 도전성 코팅 섬유 직물.The conductive coated fiber fabric according to claim 1 or 2, wherein the number of rotations of the covering yarn spirally on the central yarn is 100 to 1000 times per meter.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20190140149A (en) * 2018-06-11 2019-12-19 장용수 Flow Medium for Fabricating Fiber Reinforced Plastic and Vacuum Assisted Molding Process Using for the Same

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