KR20220055337A - Planar heating paper using carbon fiber dispersion technology and Its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 탄소섬유 분산 기술을 활용한 면상발열용 페이퍼 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 탄소섬유 분산 기술을 확보하고 습식(Wet-laid) 제조 방식을 통해 페이퍼를 제조함으로써, 전도성을 가지고 일정한 발열을 유지하며, 형태안정성 및 내구성이 우수한 탄소섬유 분산 기술을 활용한 면상발열용 페이퍼 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a paper for planar heating using carbon fiber dispersion technology and a method for manufacturing the same, and more particularly, by securing carbon fiber dispersion technology and manufacturing the paper through a wet-laid manufacturing method, it has conductivity It maintains constant heat generation and uses carbon fiber dispersion technology with excellent shape stability and durability, and relates to a paper for planar heat generation and a manufacturing method thereof
탄소섬유 발열체의 경우, 기존의 금속 발열체로 적용하기 힘든 저출력, 박막 저온영역대(Watt 밀도 0.5 W/cm2 이하)의 신 개발품으로서, 초기 등장 이후에 다수의 동종업체가 생기기 시작하여 현재 SK케미칼, LS전선 등의 기업과 연구기관 그리고 중소기업/개인 등으로 특허개발 기술 활동을 진행하고 있다.In the case of carbon fiber heating element, it is a new development product with low power, thin film and low temperature range (Watt density of 0.5 W/cm 2 or less) that is difficult to apply as a conventional metal heating element. , LS Cable & System, research institutes, and SMEs/individuals are conducting patent development technology activities.
이처럼 탄소를 이용한 발열체는 저온역의 가열부터 연소가열로 달성할 수 없는 고온까지 폭넓은 온도역을 커버할 수 있다는 점과 가열온도를 고정밀도로 제어, 높은 가열효율을 얻을 수 있으며, 연소에 의해 생기는 CO2, SOx, NOx 등의 배출이 없고 장비의 비용이나 재료 손실을 삭감할 수 있는 장점이 있다.In this way, a heating element using carbon can cover a wide temperature range from low-temperature heating to high-temperature that cannot be achieved by combustion heating, and it can control the heating temperature with high precision to obtain high heating efficiency. There is no emission of CO 2 , SO x , NO x and the like and has the advantage of reducing equipment cost and material loss.
또한, 높은 돌입전류의 발생 없이 고효율의 방열이 가능하기 때문에 국내외에서 기존의 탄소발열체 외에, 탄소-세라믹계, 탄소-폴리머계 발열체의 제조에 몰두하고 있는 실정이다.In addition, since high-efficiency heat dissipation is possible without generating high inrush current, in addition to the existing carbon heating elements at home and abroad, they are concentrating on the manufacture of carbon-ceramic and carbon-polymer heating elements.
또한 이들 탄소계 발열체는 미세조직의 제어에 의해서, PTC(positive temperature coefficient)효과를 응용하여 별도의 컨트롤 시스템 없이, 열팽창 특성을 활용하여 전류의 투입, 차단을하는 효과를 거둘 수 있다는 점에서 발열체로서 상당한 장점이 있는 재료이다.In addition, these carbon-based heating elements are used as heating elements in that they can achieve the effect of inputting and blocking current by utilizing thermal expansion characteristics without a separate control system by applying a positive temperature coefficient (PTC) effect by controlling the microstructure. It is a material with considerable advantages.
한편, 국내 발열 제품 관련 시장은 수 조원 규모로 추산되고 있고, 특히 건물 및 수송용 난방 제품의 경우 전기스토브, 전기장판, 전기 온열기, 전기온풍기 등이 메이져 제품군을 형성하며 연 2~3 천억원 규모의 시장을 형성하고 있다.Meanwhile, the domestic heating product-related market is estimated to be worth several trillion won, and in the case of heating products for buildings and transportation, electric stoves, electric blankets, electric heaters, and electric heaters form a major product group, with annual sales of 200 to 300 billion won. forming a market.
현재 면상발열체의 경우 저온 발열 온도의 제약으로 인해 난방 제품에 부분적으로 활용되고 있으며, 현재 연 200억 수준의 국내 시장을 형성하고 있고, 향후 고효율 발열 제품 개발 시 시장 규모를 크게 증가할 것으로 예상된다.Currently, planar heating elements are partially used for heating products due to the limitation of low-temperature heating temperature, and currently form a domestic market of 20 billion won per year, and the market size is expected to increase significantly when developing high-efficiency heating products.
한편, 한국공개특허 제10-2005-0072656호 "발열성 직물 및 그 제조방법" 이 공개되어 있다.On the other hand, Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2005-0072656 "heat-generating fabric and manufacturing method thereof" has been disclosed.
상기와 같은 종래 탄소섬유를 이용한 면상발열시트는 탄소섬유사와 일반섬유사가 각각 씨줄과 날줄로서 직조되어 이루어진 것으로, 직조된 발열시트의 양단부에 전원선이 배치되면서 전원선을 통해 공급되는 전원에 의해 탄소섬유사가 발열하게 되는 구성으로 이루어져 있는데, 탄소섬유사는 다수열을 이루며 서로 평행하게 배열되고, 이에 대응하여 전원선은 다수열로 배열된 탄소섬유사와 직교하도록 배치되는 것이 일반적이다.The conventional planar heating sheet using carbon fibers as described above is made by woven carbon fiber yarns and general fiber yarns as weft and warp yarns, respectively. The fiber yarns are configured to generate heat, and the carbon fiber yarns form a plurality of rows and are arranged parallel to each other, and in response to this, it is common that the power lines are disposed to be orthogonal to the carbon fiber yarns arranged in multiple rows.
이에 따라, 다수열로 배열된 탄소섬유사 중에서 특정 열의 탄소섬유사의 특정부위가 단락되면 해당 열의 탄소섬유사 전체에 전원이 공급되지 않게 되어 면상 발열시트 전체의 발열도가 낮아지는 문제점이 있었다.Accordingly, when a specific part of the carbon fiber yarn of a specific row is short-circuited among the carbon fiber yarns arranged in multiple rows, power is not supplied to the entire carbon fiber yarn of the corresponding row, and there is a problem in that the heating degree of the entire planar heating sheet is lowered.
또한 가공상 번거로움이 많아 작업성이 안 좋은 문제가 있었다.In addition, there was a problem of poor workability due to a lot of trouble in processing.
따라서, 이러한 문제를 개선할 수 있는 페이퍼 및 이의 제조방법에 대한 기술개발이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for technology development for paper and a method for manufacturing the same that can improve these problems.
상기와 같은 문제를 해결하고자, 본 발명은 탄소섬유 분산 기술을 확보하고 습식(Wet-laid) 제조 방식을 통해 페이퍼를 제조함으로써, 전도성을 가지고 일정한 발열을 유지하며, 형태안정성 및 내구성이 우수한 탄소섬유 분산 기술을 활용한 면상발열용 페이퍼 및 이의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention secures carbon fiber dispersion technology and manufactures paper through a wet-laid manufacturing method. An object of the present invention is to provide a paper for planar heating using a dispersion technology and a method for manufacturing the same.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유 분산 기술을 활용한 면상발열용 페이퍼의 제조방법은 용수에 분산제를 넣고 교반하는 교반단계; 상기 분산제가 첨가된 용수에 탄소섬유를 넣고 분산시키는 제1 분산단계; 상기 탄소섬유가 분산된 용수에 바인더 섬유를 넣고 분산시키는 제2 분산단계; 분산물을 이용하여 습식 공정을 통해 페이퍼를 성형하는 성형단계 및 성형된 페이퍼를 건조하는 건조단계를 포함하는 탄소섬유 분산 기술을 활용한 면상발열용 페이퍼의 제조방법을 제공할 수 있다.In order to solve the above problems, the method for producing paper for planar heating using carbon fiber dispersion technology according to an embodiment of the present invention includes a stirring step of adding a dispersing agent to water and stirring; a first dispersing step of dispersing the carbon fiber into the water to which the dispersing agent is added; a second dispersing step of dispersing the binder fiber into the water in which the carbon fiber is dispersed; It is possible to provide a method for producing paper for sheet heating using a carbon fiber dispersion technology comprising a molding step of molding paper through a wet process using a dispersion and a drying step of drying the molded paper.
또한, 상기 교반단계는 상기 용수 100중량부에 분산제 0.5 내지 1.0중량부를 넣고 교반하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the stirring step, 0.5 to 1.0 parts by weight of a dispersant is added to 100 parts by weight of the water and stirred.
또한, 상기 제1 분산단계는 상기 용수 100중량부에 대하여 탄소섬유 0.05 내지 0.15중량부를 넣고 분산시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the first dispersing step is characterized in that 0.05 to 0.15 parts by weight of carbon fibers are put and dispersed with respect to 100 parts by weight of the water.
또한, 상기 탄소섬유는 1 내지 3.9mm 탄소섬유, 4 내지 6.9mm 탄소섬유 및 7 내지 15mm 탄소섬유 중 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the carbon fiber is characterized in that it includes two or more of 1 to 3.9mm carbon fiber, 4 to 6.9mm carbon fiber, and 7 to 15mm carbon fiber.
또한, 상기 탄소섬유는 1 내지 3.9mm 탄소섬유 20 내지 40중량부 및 4 내지 6.9mm 탄소섬유 60 내지 80중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the carbon fiber is characterized in that it comprises 20 to 40 parts by weight of 1 to 3.9 mm carbon fiber and 60 to 80 parts by weight of 4 to 6.9 mm carbon fiber.
또한, 상기 제2 분산단계는 상기 용수 100중량부에 대하여 바인더 섬유 0.005 내지 0.015중량부를 넣고 분산시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the second dispersing step is characterized in that 0.005 to 0.015 parts by weight of the binder fiber is put and dispersed with respect to 100 parts by weight of the water.
또한, 상기 건조단계는 성형된 페이퍼를 100 내지 110℃로 건조시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the drying step is characterized in that the molded paper is dried at 100 to 110 ℃.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 제조방법에 의해 제조된 면상발열용 페이퍼을 제공할 수 있다.In addition, it is possible to provide a paper for planar heating produced by the manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유 분산 기술을 활용한 면상발열용 페이퍼 및 이의 제조방법은 탄소섬유 분산 기술을 확보하고 습식(Wet-laid) 제조 방식을 통해 페이퍼를 제조함으로써, 전도성을 가지고 일정한 발열을 유지할 수 있다.The paper for planar heating using the carbon fiber dispersion technology according to the embodiment of the present invention as described above and the manufacturing method thereof secure the carbon fiber dispersion technology and manufacture the paper through a wet-laid manufacturing method, thereby increasing conductivity. and can maintain a constant heat.
또한 형태안정성 및 내구성이 우수할 수 있으며, 생산력이 향상되고 가격경쟁력이 높아져 시장경쟁력을 확보할 수 있다.In addition, it can have excellent shape stability and durability, and can secure market competitiveness by improving productivity and increasing price competitiveness.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유 분산 기술을 활용한 면상발열용 페이퍼의 제조방법을 개략적으로 나타낸 흐름도.1 is a flowchart schematically showing a method of manufacturing a paper for sheet heating using a carbon fiber dispersion technology according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다 양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Since the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments will be described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
본 출원에서 사용 한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수 의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 등을 조합한 것이 존재함을 지정하려 는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성요소 등을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a combination of features, numbers, steps, components, etc. described in the specification exists, and includes one or more other features or numbers, It should be understood that the possibility of the presence or addition of combinations of steps, elements, etc. is not precluded in advance.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자 에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not
여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Here, repeated descriptions, well-known functions that may unnecessarily obscure the gist of the present invention, and detailed descriptions of configurations will be omitted. The embodiments of the present invention are provided in order to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art.
이하, 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 도 1을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, it will be described in detail with reference to FIG. 1 for explaining an embodiment of the present invention.
본 발명은 탄소섬유의 분산성을 고르게 하는 탄소섬유 분산 기술을 확보하고, 습식(Wet-laid) 제조 방식을 통해 면상발열용 페이퍼를 제조함으로써, 우수한 형태안정성과 내구성을 전도성을 나타내고 일정한 발열을 유지할 수 있는 페이퍼의 제조방법과 이를 통해 제조된 페이퍼를 제공하고자 한다.The present invention secures carbon fiber dispersion technology that makes the dispersibility of carbon fibers even, and produces paper for planar heating through a wet-laid manufacturing method. An object of the present invention is to provide a method for producing a paper that can be used and the paper produced through the method.
본 발명의 실시예에 따른 면상발열용 페이퍼의 제조방법을 중점으로 설명하기로 한다.The manufacturing method of the paper for planar heating according to an embodiment of the present invention will be mainly described.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유 분산 기술을 활용한 면상발열용 페이퍼의 제조방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.1 is a flowchart schematically showing a method of manufacturing a paper for sheet heating using a carbon fiber dispersion technology according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유 분산 기술을 활용한 면상발열용 페이퍼의 제조방법은 교반단계(S1), 제1 분산단계(S2), 제2 분산단계(S3), 성형단계(S4) 및 건조단계(S5)를 포함할 수 있다.Referring to Figure 1, the manufacturing method of the sheet heating paper using the carbon fiber dispersion technology according to an embodiment of the present invention is a stirring step (S1), a first dispersing step (S2), a second dispersing step (S3), It may include a forming step (S4) and a drying step (S5).
구체적으로, 교반단계(S1)는 용수에 분산제를 넣고 교반하는 단계로, 추후 제1 분산단계(S2)에서 투입되는 탄소섬유가 용이하게 분산될 수 있도록 하기 위한 것이다.Specifically, the stirring step (S1) is a step of adding a dispersing agent to the water and stirring, so that the carbon fibers input in the first dispersing step (S2) can be easily dispersed later.
분산제는 분산성을 향상시켜 섬유의 혼합이 용이하게 이루어지도록 하는 것으로, S1 단계에서 용수 100중량부에 대하여 0.5 내지 1.0중량부가 투입되는 것이 바람직하다. 이는 0.5중량부 미만일 경우 분산성 향상 효과가 미미하고 1.0중량부 초과일 경우 분산제의 분산이 오래걸리며 점도가 강하여 배관이송 등에 문제가 발생할 수 있기 때문이다.The dispersant improves dispersibility to facilitate mixing of fibers, and 0.5 to 1.0 parts by weight is preferably added with respect to 100 parts by weight of water in step S1. This is because, when it is less than 0.5 parts by weight, the effect of improving the dispersibility is insignificant, and when it exceeds 1.0 parts by weight, it takes a long time to disperse the dispersant, and the viscosity is strong, which may cause problems in pipe transport.
이때, 교반시간은 50 내지 70분정도 소요됨이 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다.In this case, the stirring time is preferably about 50 to 70 minutes, but is not limited thereto.
제1 분산단계(S2)는 분산제가 첨가된 용수에 탄소섬유를 넣고 분산시킬 수 있다.In the first dispersing step (S2), carbon fibers may be added to water to which a dispersing agent is added and dispersed.
여기서 탄소섬유는 PAN계 탄소섬유인 것이 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 같은 탄소섬유인 피치계 탄소섬유를 사용할 경우 전도성은 우수하나 페이퍼 생산 시 부서지는 경향이 나타날 수 있기 때문이다.Here, the carbon fiber is preferably a PAN-based carbon fiber, but is not limited thereto. For example, if pitch-based carbon fiber, which is the same carbon fiber, is used, conductivity is excellent, but it may be prone to breakage during paper production.
S2 단계는 용수 100중량부에 대하여 탄소섬유 0.05 내지 0.15중량부를 넣고 분산시킬 수 있는데, 탄소섬유가 0.05중량부 미만일 경우 페이퍼 성형이 어려울 수 있고, 페이퍼의 내구성이 저하될 수 있으며, 0.15중량부 초과일 경우 섬유가 완전히 용해되지 않은 상태, 즉 뭉쳐진 형태로 존재하여 결합력이 떨어져 페이퍼의 품질이 저하될 수 있다.In step S2, 0.05 to 0.15 parts by weight of carbon fiber can be put and dispersed with respect to 100 parts by weight of water. If the carbon fiber is less than 0.05 parts by weight, it may be difficult to form paper, and the durability of the paper may be reduced, and it is more than 0.15 parts by weight. In this case, the fibers are not completely dissolved, that is, exist in the form of agglomerates, and the binding force may decrease, thereby reducing the quality of the paper.
또한, S2 단계에서 분산성을 고르게 하는 기술로서, 탄소섬유를 사용할 시 길이가 서로 다른 탄소섬유를 사용할 수 있다.In addition, as a technique for evening dispersibility in step S2, carbon fibers having different lengths may be used when carbon fibers are used.
예를 들어, 3mm 탄소섬유만 사용할 경우 분산성은 우수하나 저항이 높아 발열 온도가 너무 높게 발생할 수 있고, 12mm 탄소섬유만 사용할 경우 전도성은 우수하나 분산성이 좋지 않아 뭉침이 발생하는 부분이 많아지는 등의 문제가 있기 때문에, 길이가 서로 다른 탄소섬유를 혼합하여 사용함으로써 우수한 분산성을 확보하면서도 고른 발열을 나타내는 페이퍼를 제조하고자 하는 것이다.For example, if only 3mm carbon fiber is used, the dispersibility is excellent but the resistance is high, so the heat generation temperature may be too high. Since there is a problem of carbon fibers of different lengths are mixed and used to secure excellent dispersibility and to manufacture paper that exhibits even heat generation.
보다 자세하게는, 탄소섬유는 1 내지 3.9mm 탄소섬유, 4 내지 6.9mm 탄소섬유 및 7 내지 15mm 탄소섬유 중 2종 이상을 포함할 수 있다.More specifically, the carbon fiber may include two or more of 1 to 3.9mm carbon fiber, 4 to 6.9mm carbon fiber, and 7 to 15mm carbon fiber.
1 내지 3.9mm 탄소섬유의 길이가 1mm 미만일 경우 내구성 및 성형성이 저하될 수 있으며, 3.9mm 초과일 경우 분산성 확보가 어려울 수 있다.If the length of 1 to 3.9 mm carbon fiber is less than 1 mm, durability and moldability may be reduced, and if it exceeds 3.9 mm, it may be difficult to secure dispersibility.
4 내지 6.9mm 탄소섬유의 길이가 4mm 미만일 경우 전도성이 저하되고, 6.9mm 초과일 경우 고른 페이퍼 성형과 고른 발열 발생이 어려울 수 있다.When the length of 4 to 6.9 mm carbon fiber is less than 4 mm, conductivity is lowered, and when it exceeds 6.9 mm, it may be difficult to form paper evenly and generate heat evenly.
7 내지 15mm 탄소섬유의 길이가 7mm 미만일 경우 전도성이 저하되며, 15mm 초과일 경우 분산성이 저하되고 페이퍼 성형에 문제가 발생할 수 있다.If the length of 7 to 15mm carbon fiber is less than 7mm, conductivity is lowered, and when it exceeds 15mm, dispersibility is lowered and a problem in paper molding may occur.
바람직하게는, 탄소섬유는 1 내지 3.9mm 탄소섬유 20 내지 40중량부 및 4 내지 6.9mm 탄소섬유 60 내지 80중량부를 포함할 수 있고, 3mm 탄소섬유 30중량부 및 6mm 탄소섬유 70중량부를 포함하는 것이 보다 바람직할 수 있다.Preferably, the carbon fiber may include 20 to 40 parts by weight of 1 to 3.9mm carbon fiber and 60 to 80 parts by weight of 4 to 6.9mm carbon fiber, and 30 parts by weight of 3mm carbon fiber and 70 parts by weight of 6mm carbon fiber. may be more preferable.
이는 1 내지 3.9mm 탄소섬유가 20중량부 미만일 경우 분산성이 저하될 수 있으며, 40중량부 초과일 경우 저항이 너무 높아질 수 있다.This may reduce the dispersibility if the amount of 1 to 3.9mm carbon fiber is less than 20 parts by weight, and if it exceeds 40 parts by weight, the resistance may be too high.
또한 4 내지 6.9mm 탄소섬유가 60중량부 미만일 경우 전도성이 떨어질 수 있으며, 80중량부 초과일 경우 뭉침이 발생하고 고른 열 분포가 어려울 수 있다.In addition, when the amount of 4 to 6.9 mm carbon fiber is less than 60 parts by weight, conductivity may be reduced, and when it exceeds 80 parts by weight, agglomeration may occur and uniform heat distribution may be difficult.
또한, S2 단계는 탄소섬유가 용수 속에서 다시 엉키는 현상을 저하하기 위해 분산제를 0.5 내지 1.0중량부 첨가할 수 있다.In addition, in step S2, 0.5 to 1.0 parts by weight of a dispersant may be added in order to reduce the phenomenon of carbon fibers being entangled again in water.
또한, S2 단계는 나이프 비터 탱크에서 이루어질 수 있는데, 이는 섬유의 분산을 원활하게 하기 위한 것으로, 믹서기 같은 고RPM 장비를 사용했을 경우 섬유들간의 엉키는 현상이 발생할 수 있기 때문이다.In addition, step S2 may be performed in the knife beater tank, which is to facilitate the dispersion of fibers, since entanglement between fibers may occur when high RPM equipment such as a blender is used.
여기서, S2 단계는 380 내지 420RPM 기준으로 50 내지 70분 정도 분산시킬 수 있으며, 400RPM 기준으로 60분 정도 분산시키는 것이 바람직하다.Here, step S2 may be dispersed for about 50 to 70 minutes based on 380 to 420 RPM, and is preferably dispersed for about 60 minutes based on 400 RPM.
이는 회전속도가 380RPM 미만일 경우 분산성 저하 현상이 발생할 수 있고, 420RPM 초과일 경우 오히려 엉키는 현상이 나타날 수 있기 때문이다.This is because, if the rotational speed is less than 380RPM, the dispersibility may deteriorate, and if it exceeds 420RPM, entanglement may occur.
제2 분산단계(S3)는 S2 단계에서 탄소섬유가 분산된 용수에 바인더 섬유를 넣고 분산시키는 단계로, 용수 100중량부에 대하여 바인더 섬유 0.005 내지 0.015중량부를 넣고 분산시킬 수 있다.The second dispersing step (S3) is a step of dispersing the binder fibers in the water in which the carbon fibers are dispersed in the step S2, and 0.005 to 0.015 parts by weight of the binder fibers can be put and dispersed with respect to 100 parts by weight of the water.
이때, 바인더 섬유가 0.005중량부 미만일 경우 페이퍼 강도가 약해져 페이퍼 형성에 문제가 발생할 수 있고 성형 후 제조 공정이 어려울 수 있으며, 0.015중량부 초과일 경우 생산 공정 중에 건조설비에 페이퍼가 붙어서 떨어지지 않아 손상, 찢김 등이 발생할 수 있다.At this time, if the binder fiber is less than 0.005 parts by weight, the paper strength is weakened, which may cause problems in paper formation, and the manufacturing process after molding may be difficult. Tearing may occur.
이러한 바인더 섬유는 VPB 섬유일 수 있는데, 이에 한정되지 않고, 다양한 섬유가 적용될 수도 있다.The binder fiber may be a VPB fiber, but is not limited thereto, and various fibers may be applied.
또한 바인더 섬유는 5 내지 7mm의 길이를 가지며 1 내지 3 데니아일 수 있고, 6mm의 길이를 가지며 2데니아인 것이 보다 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다. 이는 상기와 같은 조건을 벗어날 경우 결합력 부여 효과가 저하되거나 뭉침이 발생할 수 있기 때문이다.In addition, the binder fiber may have a length of 5 to 7 mm and may be 1 to 3 denier, and more preferably have a length of 6 mm and 2 denier, but is not limited thereto. This is because, when the above conditions are deviated, the binding force imparting effect may be reduced or agglomeration may occur.
또한 S3 단계는 380 내지 420RPM 기준으로 50 내지 70분 정도 분산시킬 수 있으며, 400RPM 기준으로 60분 정도 분산시키는 것이 바람직하다.In addition, step S3 may be dispersed for about 50 to 70 minutes based on 380 to 420 RPM, and it is preferable to disperse for about 60 minutes based on 400 RPM.
이는 회전속도가 380RPM 미만일 경우 분산성 저하 현상이 발생할 수 있고, 420RPM 초과일 경우 오히려 엉키는 현상이 나타날 수 있기 때문이다.This is because, if the rotational speed is less than 380RPM, the dispersibility may deteriorate, and if it exceeds 420RPM, entanglement may occur.
또한, S3 단계는 계면활성제, 기포억제제, 탈기제 및 응집제 중 하나 이상을 더 투입하여 혼합할 수 있다.In addition, in step S3, one or more of a surfactant, an anti-foaming agent, a degassing agent, and a coagulant may be further added and mixed.
계면활성제는 섬유와의 혼합성을 향상시키기 위한 것으로, 비이온계, 양이온계 및 음이온계 중 하나일 수 있으며, 상황에 따라 첨가함량을 조절하는 것이 바람직하다.The surfactant is for improving the miscibility with the fiber, and may be one of nonionic, cationic and anionic, and it is preferable to adjust the added content according to the situation.
기포억제제는 면상발열용 페이퍼의 생산성을 향상시키는 것으로, 0.01 내지 0.05중량부가 투입될 수 있고, 0.03중량부가 투입되는 것이 바람직하다.The bubble inhibitor is to improve the productivity of the paper for sheet heating, and may be added in 0.01 to 0.05 parts by weight, preferably 0.03 parts by weight.
이때, 기포억제제가 0.01중량부 미만일 경우 기포억제효과가 미흡할 수 있으며, 0.05중량부를 초과할 경우 오히려 물성이 저하될 수 있다.In this case, when the amount of the foam inhibitor is less than 0.01 parts by weight, the foam suppression effect may be insufficient, and when it exceeds 0.05 parts by weight, the physical properties may be rather deteriorated.
탈기제는 섬유의 콜로이달에어를 효과적으로 제거하여 S4 단계에서 발생할 수 있는 기포를 제거해 줌으로써 그로 인한 문제를 해소 시켜 주는 것으로, 0.005 내지 0.015중량부가 첨가될 수 있고, 0.01중량부가 첨가되는 것이 바람직하다.The degassing agent effectively removes the colloidal air of the fiber and removes the bubbles that may occur in step S4, thereby solving the problem.
이때, 탈기제가 0.005중량부 미만일 경우 기포 제거 효과 및 탈수 촉진 효과가 미미하고, 0.015중량부를 초과할 경우 효과 및 경제적으로 비효율적일 수 있다.At this time, when the degassing agent is less than 0.005 parts by weight, the bubble removal effect and the dehydration promoting effect are insignificant, and when it exceeds 0.015 parts by weight, the effect and economical efficiency may be ineffective.
이러한 탈기제는 효과적인 탈수 촉진 효과도 나타낼 수 있도록 실리콘계 탈기제를 사용함이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.The degassing agent preferably uses a silicone-based degassing agent so as to exhibit an effective dehydration promoting effect, but is not limited thereto.
응집제는 결합력을 향상시켜주는 것으로, 0.001 내지 0.01중량부가 첨가될 수 있고, 0.005중량부가 첨가되는 것이 바람직하다.The coagulant improves the binding force, and may be added in an amount of 0.001 to 0.01 parts by weight, preferably 0.005 parts by weight.
이때, 응집제가 0.001중량부 미만일 경우 결합력 향상 효과가 미미하고, 0.01중량부를 초과할 경우 생산성이 저하될 수 있다.At this time, when the coagulant is less than 0.001 parts by weight, the effect of improving the binding force is insignificant, and when it exceeds 0.01 parts by weight, the productivity may be reduced.
성형단계(S4)는 S3 단계에서 제조된 분산물을 이용하여 습식 공정을 통해 페이퍼를 성형하는 단계로, 분산물을 Wet-laid 초지기로 지필하여 페이퍼 형태로 형성함으로써 면상발열용 페이퍼를 제조할 수 있다. 그 후 건조단계(S5)를 통해 건조시켜 최종적인 면상발열용 페이퍼를 제조하는데, S5 단계 전 본 발명의 실시예에 따른 기능성 원지 제조방법은 탈수단계(미도시)를 더 포함할 수도 있다.Forming step (S4) is a step of forming paper through a wet process using the dispersion prepared in step S3. Paper for surface heating can be produced by paper-writing the dispersion with a wet-laid paper machine to form a paper shape. there is. Thereafter, the paper is dried through a drying step (S5) to produce the final paper for surface heating, and the functional base paper manufacturing method according to an embodiment of the present invention before the step S5 may further include a dehydration step (not shown).
탈수단계는 S4 단계에서 성형된 페이퍼를 압착시켜 탈수하는 것으로, 박리성을 고려하여 탈수시킬 수 있다.The dehydration step is to dehydrate by pressing the paper molded in step S4, and may be dehydrated in consideration of peelability.
건조단계(S5)는 S4 단계에서 제조된 페이퍼를 건조시켜 최종적인 면상발열용 페이퍼를 획득하는 단계로, 페이퍼를 100 내지 110℃로 건조시킬 수 있다.Drying step (S5) is a step of drying the paper prepared in step S4 to obtain the final paper for surface heating, the paper can be dried at 100 to 110 ℃.
이는 건조온도가 100℃미만일 경우 바인더 섬유가 반응(녹는현상)하지 않아 페이퍼의 결합력 저하로 인하여 면상발열용으로써의 역할을 수행하기 어려우며, 110℃초과일 경우 바인더 섬유의 반응으로 인해 제조설비에 붙어서 떨어지지 않아 페이퍼에 구멍, 찢김 등이 발생할 수 있다.This is because, when the drying temperature is less than 100℃, the binder fiber does not react (melting phenomenon), so it is difficult to perform a role as a planar heat generator due to a decrease in the bonding strength of the paper. If it does not fall off, a hole or tear may occur in the paper.
또한 본 발명의 실시예에 따른 면상발열용 페이퍼의 제조방법은 S4 단계 전에 혼합단계(미도시)를 더 포함할 수 있다.In addition, the method of manufacturing the paper for planar heating according to an embodiment of the present invention may further include a mixing step (not shown) before step S4.
혼합단계는 면상발열용 페이퍼의 제조성, 내구성, 결합력 등을 보다 향상시키기 위하여 황산칼륨 및 호박산이나트륨을 S3 단계에서 제조된 분산물에 혼합시키는 단계로, 분산물에 황산칼륨 0.03 내지 0.06중량부 및 호박산이나트륨 0.02 내지 0.04중량부를 혼합할 수 있다.The mixing step is a step of mixing potassium sulfate and disodium succinate with the dispersion prepared in step S3 in order to further improve the manufacturability, durability, bonding strength, etc. of the sheet heating paper, 0.03 to 0.06 parts by weight of potassium sulfate in the dispersion And 0.02 to 0.04 parts by weight of disodium succinate may be mixed.
여기서 황산칼륨은 면상발열용 페이퍼의 건조단계의 시간을 단축시키며 내구성 향상 효과를 나타내는 것으로, 0.03중량부 초과일 경우 상기와 같은 효과가 미미하고 0.06중량부 초과일 경우 유연성에 영향을 줄 수 있다.Here, potassium sulfate shortens the time of the drying step of the paper for sheet heating and exhibits an effect of improving durability, and when it exceeds 0.03 parts by weight, the above effect is insignificant, and when it exceeds 0.06 parts by weight, it may affect flexibility.
또한 호박산이나트륨은 면상발열용 페이퍼의 결합력을 향상시키는 것으로, 0.02중량부 미만일 경우 상기와 같은 효과를 나타내기 어렵고, 0.04중량부 초과일 경우 건조 시 주름 등이 발생하여 기능성 원지의 품질이 저하될 수 있다.In addition, disodium succinate is to improve the bonding strength of the paper for sheet heating, and when it is less than 0.02 parts by weight, it is difficult to exhibit the same effect as above, and when it is more than 0.04 parts by weight, wrinkles occur during drying, so that the quality of the functional base paper is reduced. can
또한 본 발명의 실시예에 따른 면상발열용 페이퍼의 제조방법은 S4 단계 후 코팅단계(미도시)를 더 포함할 수 있다.In addition, the method of manufacturing the paper for sheet heating according to an embodiment of the present invention may further include a coating step (not shown) after step S4.
코팅단계는 산소 플라즈마 처리를 한 후, 금속염 수용액에 10 내지 30분동안 침지시킨 후 90 내지 110℃에서 100 내지 130℃분동안 건조시킬 수 있다.In the coating step, after oxygen plasma treatment, immersion in an aqueous metal salt solution for 10 to 30 minutes, and then drying at 90 to 110° C. for 100 to 130° C. for minutes.
여기서, 금속염 수용액은 염화나트륨 또는 황산구리 수용액일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.Here, the metal salt aqueous solution may be sodium chloride or copper sulfate aqueous solution, but is not limited thereto.
이러한 추가 코팅단계를 통해 금속이온이 표면에 결합되어 친수성, 전기전도성 및 항미생물성 등의 기능이 향상될 수 있다.Through this additional coating step, metal ions are bound to the surface, so that functions such as hydrophilicity, electrical conductivity and antimicrobial properties can be improved.
상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 면상발열용 페이퍼를 제조할 수 있다.It is possible to manufacture the paper for planar heating produced by the manufacturing method as described above.
이에 면상발열용 페이퍼는 탄소섬유, 바인더 섬유 및 분산제를 포함할 수 있으며, 황산칼륨 및 호박산이나트륨을 더 포함할 수 있다.Accordingly, the paper for sheet heating may include carbon fibers, binder fibers and dispersants, and may further include potassium sulfate and disodium succinate.
또한, 계면활성제, 기포억제제, 탈기제 및 응집제 중 하나 이상을 더 포함할 수 있으며, 코팅단계를 통해 형성된 코팅층이 형성되어 있을 수 있다.In addition, it may further include one or more of a surfactant, a bubble inhibitor, a degassing agent, and a coagulant, and a coating layer formed through the coating step may be formed.
즉, 면상발열용 페이퍼는 용수 100중량부에 탄소섬유 0.05 내지 0.15중량부, 바인더 섬유, 0.005 내지 0.015중량부 및 분산제 0.5 내지 1.0중량부를 혼합하여 제조된 분산물을 통해 제조된 것이다. 또한 분산물은 황산칼륨 0.03 내지 0.06중량부 및 호박산이나트륨 0.02 내지 0.04중량부가 더 혼합될 수 있다.That is, the paper for sheet heating is prepared through a dispersion prepared by mixing 0.05 to 0.15 parts by weight of carbon fiber, 0.005 to 0.015 parts by weight and 0.5 to 1.0 parts by weight of a dispersant to 100 parts by weight of water. In addition, the dispersion may be further mixed with 0.03 to 0.06 parts by weight of potassium sulfate and 0.02 to 0.04 parts by weight of disodium succinate.
이러한 면상발열용 페이퍼는 220V 인가전압에서 70℃이상의 열을 발생시킬 수 있다.This sheet heating paper can generate more than 70 ℃ heat at 220V applied voltage.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유 분산 기술을 활용한 면상발열용 페이퍼 및 이의 제조방법은 탄소섬유 분산 기술을 확보하고 습식(Wet-laid) 제조 방식을 통해 페이퍼를 제조함으로써, 전도성을 가지고 일정한 발열을 유지할 수 있다.As described above, the paper for planar heating using the carbon fiber dispersion technology and the manufacturing method thereof according to the embodiment of the present invention secure the carbon fiber dispersion technology and manufacture the paper through a wet-laid manufacturing method. , it has conductivity and can maintain constant heat generation.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of Examples.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are only illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited by the following examples.
[[ 실험예Experimental example 1] 분산제 함량에 따른 분산성 평가 1] Evaluation of dispersibility according to dispersant content
분산제 함량에 따른 분산성을 평가하기 위하여, 하기 표 1과 같이 제조예 1 내지 5를 만들어 평가하였다.In order to evaluate the dispersibility according to the dispersant content, Preparation Examples 1 to 5 were prepared and evaluated as shown in Table 1 below.
평가 결과, 분산제가 용수 100중량부(1000ml) 대비 1.0중량부 초과할 경우 분산이 오래걸리며 점도가 강한 것을 확인할 수 있었다.따라서, 분산제는 0.5 내지 1.0중량부가 바람직한 것으로 사료된다.As a result of the evaluation, it was confirmed that when the dispersant exceeds 1.0 parts by weight compared to 100 parts by weight (1000 ml) of water, it takes a long time to disperse and the viscosity is strong. Therefore, it is considered that 0.5 to 1.0 parts by weight of the dispersant is preferable.
[[ 실시예Example ]]
[실시예 1][Example 1]
3mm 탄소섬유와 6mm 탄소섬유를 사용하여 본 발명의 제조방법에 따라 페이퍼를 제조하였다.Paper was prepared according to the manufacturing method of the present invention using 3mm carbon fiber and 6mm carbon fiber.
[비교예 1][Comparative Example 1]
3mm 탄소섬유를 사용하여 본 발명의 제조방법에 따라 페이퍼를 제조하였다.Paper was prepared according to the manufacturing method of the present invention using 3mm carbon fiber.
[비교예 2][Comparative Example 2]
12mm 탄소섬유를 사용하여 본 발명의 제조방법에 따라 페이퍼를 제조하였다.Paper was prepared according to the manufacturing method of the present invention using 12 mm carbon fiber.
[[ 실험예Experimental example 2] 페이퍼 평가 2] Paper evaluation
실시예 1 및 비교예 1, 2의 페이퍼를 평가하기 위하여, 발열성(열 분포도), 성형성(뭉침여부 등), 열 전도성을 평가하였다.In order to evaluate the papers of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, exothermicity (heat distribution), moldability (agglomeration, etc.), and thermal conductivity were evaluated.
열 분포도는 열화상카메라를 통해 측정하여 평가하였고, 성형성은 표면과 단면을 주사 전자 현미경(SEM)과 실체 현미경을 통해 평가하였다.The heat distribution was evaluated by measuring using a thermal imaging camera, and the formability was evaluated using a scanning electron microscope (SEM) and a stereo microscope for the surface and cross section.
각 항목에 대하여 ◎ : 뛰어남, ○ : 우수, △ : 보통, X : 나쁨로 평가하였다.For each item, ◎: Excellent, ○: Excellent, △: Average, X: Bad.
그 결과는 하기 표 2와 같다.The results are shown in Table 2 below.
상기 표 2를 보면 알 수 있듯이, 실시예 1이 비교예 1 및 2 보다 모든 항목에서 우수한 것을 확인할 수 있었다.As can be seen from Table 2, it was confirmed that Example 1 was superior to Comparative Examples 1 and 2 in all items.
이상에서 설명하는 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경하여 구현할 수 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.The embodiments of the present invention described above can be implemented by various substitutions, modifications, and changes within the scope without departing from the technical spirit of the present invention, and such implementation can be implemented by those skilled in the art to which the present invention pertains from the description of the above-described embodiments. that can be implemented easily.
Claims (8)
상기 분산제가 첨가된 용수에 탄소섬유를 넣고 분산시키는 제1 분산단계;
상기 탄소섬유가 분산된 용수에 바인더 섬유를 넣고 분산시키는 제2 분산단계;
분산물을 이용하여 습식 공정을 통해 페이퍼를 성형하는 성형단계 및
성형된 페이퍼를 건조하는 건조단계를 포함하는 탄소섬유 분산 기술을 활용한 면상발열용 페이퍼의 제조방법.
A stirring step of adding a dispersing agent to water and stirring;
a first dispersing step of dispersing carbon fibers into the water to which the dispersant is added;
a second dispersing step of dispersing the binder fiber into the water in which the carbon fiber is dispersed;
A forming step of forming paper through a wet process using the dispersion, and
A method of manufacturing paper for sheet heating using carbon fiber dispersion technology including a drying step of drying the molded paper.
상기 교반단계는,
상기 용수 100중량부에 분산제 0.5 내지 1.0중량부를 넣고 교반하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 분산 기술을 활용한 면상발열용 페이퍼의 제조방법.
According to claim 1,
The stirring step is
A method of producing paper for sheet heating using carbon fiber dispersion technology, characterized in that 0.5 to 1.0 parts by weight of a dispersant is added to 100 parts by weight of the water and stirred.
상기 제1 분산단계는,
상기 용수 100중량부에 대하여 탄소섬유 0.05 내지 0.15중량부를 넣고 분산시키는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 분산 기술을 활용한 면상발열용 페이퍼의 제조방법.
According to claim 1,
The first dispersion step is
A method of producing a paper for sheet heating using a carbon fiber dispersion technology, characterized in that 0.05 to 0.15 parts by weight of carbon fibers are put and dispersed with respect to 100 parts by weight of the water.
상기 탄소섬유는,
1 내지 3.9mm 탄소섬유, 4 내지 6.9mm 탄소섬유 및 7 내지 15mm 탄소섬유 중 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 분산 기술을 활용한 면상발열용 페이퍼의 제조방법.
According to claim 1,
The carbon fiber is
1 to 3.9mm carbon fiber, 4 to 6.9mm carbon fiber, and 7 to 15mm carbon fiber method for producing a sheet heating paper using carbon fiber dispersion technology, characterized in that it comprises two or more of the carbon fiber.
상기 탄소섬유는,
1 내지 3.9mm 탄소섬유 20 내지 40중량부 및 4 내지 6.9mm 탄소섬유 60 내지 80중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 분산 기술을 활용한 면상발열용 페이퍼의 제조방법.
5. The method of claim 4,
The carbon fiber is
1 to 3.9mm carbon fiber 20 to 40 parts by weight and 4 to 6.9mm carbon fiber 60 to 80 parts by weight A method of manufacturing a paper for sheet heating using carbon fiber dispersion technology, characterized in that it contains 80 parts by weight.
상기 제2 분산단계는,
상기 용수 100중량부에 대하여 바인더 섬유 0.005 내지 0.015중량부를 넣고 분산시키는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 분산 기술을 활용한 면상발열용 페이퍼의 제조방법.
According to claim 1,
The second dispersion step is
A method of manufacturing a paper for sheet heating using carbon fiber dispersion technology, characterized in that 0.005 to 0.015 parts by weight of binder fibers are put and dispersed with respect to 100 parts by weight of the water.
상기 건조단계는,
성형된 페이퍼를 100 내지 110℃로 건조시키는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 분산 기술을 활용한 면상발열용 페이퍼의 제조방법.
According to claim 1,
The drying step is
A method of manufacturing paper for sheet heating using carbon fiber dispersion technology, characterized in that the molded paper is dried at 100 to 110°C.
A paper for sheet heating produced by the manufacturing method of any one of claims 1 to 7.
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