KR200433719Y1

KR200433719Y1 - 면상발열체

Info

Publication number: KR200433719Y1
Application number: KR2020060021411U
Authority: KR
Inventors: 권택민
Original assignee: 권택민
Priority date: 2006-08-10
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2016-08-10

Abstract

본 발명은 전극부재와 발열 저항층이 견고하게 접착되도록 하여 접촉불량에 의한 화재발생 우려가 없고 전기적 안정성이 증대된 면상발열체의 제조방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명에서는 금속박 또는 금속선으로 된 전극부재와 도전성 잉크가 코팅된 발열 저항층 사이에 도전성 핫멜트 접착제를 코팅하여 면상발열체를 제조하는 것을 특징으로 한다. 전극부재와 발열 저항층 사이에 존재하는 도전성 핫멜트 접착제는 면상발열체의 고온합지 (Hot Lamination) 과정에서 용융되어 전극부재와 발열저항층이 물리화학적으로 접착되도록 하여 종래의 전기적 접촉불량 문제를 근원적으로 해결 할 수 있도록 하게 한다.

면상발열체, 전극, 접착, 저항층, 도전성 핫멜트 접착제, 금속박

Description

면상발열체 {Planar Heating Panel}

도 1 은 종래기술에 따른 면상발열체를 간략하게 나타낸 사시도

도 2 는 종래기술에 따른 도 1 의 면상발열체의 단면도

도 3 은 종래기술에 따른 도 2 점선 부위의 확대도

도 4 는 본 발명에 따른 면상발열체를 간략하게 나타낸 사시도
도 5 는 본 발명에 따른 도 4의 면상발열체의 단면도
도 6 은 본 발명에 따른 도 4 점선 부위의 확대도
도 7, 8, 9 은 본 발명에 따른 면상발열체의 제조공정도

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 발열 저항층 (카본 잉크 인쇄층) 2 : 실버페이스트 코팅층
3 : 전극부재 (동박 테이프) 4 : 절연 접착용 고분자 필름
5 : 고분자 필름 (폴리에스테르 필름) 6 : 공기층
7 : 도전성 핫멜트 접착제 코팅부 8 : 고분자필름(폴리에스테르필름)

9 : 접착제가 코팅된 고분자 필름 (EVA가 코팅된 폴리에스테르 필름)

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면상발열체는 평면상의 유연 발열체로 종래의 니크롬선을 이용한 것과는 달리 여러 가닥의 저항선을 사용하는데 한가닥의 저항선이 끊어지더라도 발열특성이 유지되는 장점이 있다 이런 이유로 면상발열체는 전기장판으로 바닥에 깔거나 판재와 일체적으로 판넬을 형성하여 난방용 마루판, 벽판으로 널리 이용되고 있다.

현재 면상발열체는 외관상 여러 가지 형태로 제조되고 있으나 개념적으로 구분하자면 필름인쇄형과 발열섬유직조형의 두가지 방법으로 제조된다고 할 수 있겠다. 필름인쇄형은 도 1 에서 예시한 것처럼 폴리에스테르 필름이나 폴리우레탄 필름과 같은 유연한 고분자 필름 위에 도전성 잉크를 인쇄하여 발열 저항층으로 사용하고 도전성 잉크가 인쇄된 양단에 금속선이나 금속박등으로 된 전극을 배치한 후 절연용 고분자필름을 다시 합지하여 제조되는 형태이다. 발열섬유 직조형은 대한민국 실용신안등록 번호 제20-0100534 에서 예시한 것처럼 도전성 잉크가 코팅된 발열섬유를 위사로 하고 위사의 양단부에 전극부재인 금속선을 경사로 넣어 먼저 직조한 다음 유연성 고분자 필름과 함께 합지한 형태이다.

상기에서 설명한 종래의 기술에서 제조한 면상발열체에서는 발열 저항부재와 전극부재 (즉 도전성잉크 인쇄부-금속박, 도전성 잉크 코팅사-금속선) 간의 접촉은 물리화학적으로 견고하게 접착된 상태의 것이 아니라 절연용 고분자 필름의 합지시 발생하는 압력에 의해 밀착 상태에 있는 것으로 접촉저항이 매우 크고 외부의 응력이 있을 경우, 저항부재와 전극부재 사이에 국부적인 접촉, 비접촉 상태가 반복되 면서 전기 스파크를 일으키게 되어 화재의 위험성이 매우 컸다.

이런 단점을 개선하기 위하여 대한민국 실용신안등록 번호 제20-0100534 에서는 전극부재로 다수의 구멍이 펀칭되어 있는 동박 테이프를 사용하는 방법을 제시하고 있다. 이 기술에서는 도전성 잉크가 인쇄된 발열부 양단에 다수의 구멍이 펀칭되어 있는 동박 테이프를 접합한 후 도전성 잉크를 동박 테이프 위에 다시 코팅함으로써 펀칭된 구멍이 도전성 잉크로 메꾸어 지면서 전극부재와 발열부 간의 견고한 접착을 시도하고 있다. 그러나 이와 같은 방법에서는 동박 테이프를 도전성 카본이 인쇄된 발열부 양단에 접착시킨 후 도전성 잉크를 펀칭된 동박 테이프 위에 다시 코팅해야 하는 번거러움이 있고 동박 테이프가 접착된 필름을 다시 코팅함에 있어 동박이 접착된 부위와 아닌 부위간의 두께 편차로 인한 제조 공정상의 어려움이 있어 현실적 실현 가능성이 매우 낮다.

대한민국 특허등록번호 제10-0468651, 대한민국 실용신안 등록번호 제20-0408349, 20-0375245 등에는 발열 저항부재와 전극부재간의 긴밀한 접촉을 위해 전기저항이 매우 낮은 실버부를 발열저항층과 전극부재 사이에 도입하는 방안을 제시하고 있다. 이 기술에서는 도전성 카본 잉크가 인쇄된 발열 저항부 양단에 실버 페이스트를 코팅하고 그 위에 동박 테이프가 놓이도록 하는 것을 특징으로 한다. 이 방법에서는 발열부와 실버 페이스트 코팅부 간의 접촉은 물리화학적으로 견고한 접착이 이루어 질 수 있고 동박 테이프와 실버 페이스트 간의 접촉 면적이 증대됨 으로써 전기적 접촉불량 문제는 일부 개선될 수 있으나 실버 페이스트 코팅층과 동박 테이프 간에는 실질적인 접착이 이루어 지지 않아 전기적 접촉불량 문제를 해소할 수 있는 근본적인 방안은 되지 못한다고 할 수 있다.

종래의 기술 중에서 가장 널리 사용되고 있는 면상발열체 제조 기술은 실버부를 발열저항층과 전극부재 사이에 도입하여 제조하는 것이다. 이 기술에서는 도 1에 나타낸 바와 같이 폴리에스테르 필름이나 폴리우레탄 필름과 같은 유연한 고분자 필름 위에 도전성 카본 잉크를 횡방향으로 인쇄하여 발열 저항부를 형성하고 이 양단에 실버페이스트를 종방향으로 코팅한 다음 그 위에 동박 테이프가 놓이도록 한 후 접착제가 코팅된 절연용 필름을 덮고 가압 열접착을 하여 면상발열체 필름을 제조하게 된다. 도 2 에는 이 방법으로 제조된 면상발열체 필름의 단면도를 나타내었다. 이와 같이 종래의 기술에 따라 제조된 면상발열체에서는 도 3에서 예시한 바와 같이 발열부위에 실버페이스트를 코팅하고 경화 처리함으로써 실버페이스트 코팅부 간의 접촉은 화학적으로 긴밀한 접착이 이루어 질 수 있으며 동박 테이프와 실버페이스트 간의 접촉 면적이 증대됨으로써 전기적 접촉불량 문제는 일부 개선될 수 있었다. 그러나 실버페이스트 코팅층과 동박 테이프간에는 실질적인 접착이 이루어 지지 않고 “공기층”이 존재하여 전기적 접촉불량 문제를 해소할 수 있는 근본적인 방안은 되지 못한다고 할 수 있다.

삭제

본 발명에서는 면상발열체의 전기적 안정성을 증대시키기 위하여 발열 저항부재와 전극부재 간의 물리적, 화학적 접착력을 증대시키고 접촉저항을 감소시킬 수 있는 방안과 이 방안에 부합하는 소재의 구성과 이에 따른 면상발열체의 제조공정을 제공한다.

현재 보편적으로 사용되는 난방용 면상발열체는 약 0.1 - 0.2 mm 두께의 폴리에스테르 필름위에 도전성 카본 잉크를 발열 저항층으로 인쇄하고 건조한 다음 이 카본 잉크의 양단에 실버 페이스트를 전극으로 코팅 건조한 필름과 동박 테이프 및 에틸렌비닐아세테이트(EVA)와 같은 접착제가 코팅된 폴리에스테르 필름을 약 85 - 200 ℃ 사이에서 고온합지 (Hot Lamination) 함으로써 제조된다. 또 이와 같이 제조된 난방용 면상발열체는 통상 60 ℃ 이하에서 사용된다.
종래의 기술에 따른 면상발열체에서는 전기 전도성을 가지는 실버페이스트의 고분자 수지가 열경화성인 것을 사용하거나 열가소성이라 하더라도 고온합지 온도에서 동박테이프와 같은 전극부재에 대해 용융접착력이 없는 고분자 수지를 사용하였기 때문에 실버페이스트 코팅층과 동박 테이프간에 접착이 이루어 지지 않게 되고 이로 인해 공기층이 존재 하게 되었다.

본 발명의 면상발열체는 금속박 또는 금속선으로 된 전극부재와 도전성 잉크가 코팅된 발열 저항층 사이에 도전성 핫멜트 접착제를 코팅하여 면상발열체를 제조하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 말하는 핫멜트 접착제는 용융점 이하에는 고체이나 용융점 이상에서는 용융 액화상태가 되어 다른 물질과 물리 화학적 접착이 이루어지는 물질을 말하는데 전극부재와 발열 저항층 사이에 존재하는 도전성 핫멜트 접착제는 면상발열체의 고온합지 (Hot Lamination) 과정에서 용융되어 전극부재와 발열 저항층이 물리화학적으로 접착되도록 하여 종래의 전기적 접촉불량 문제를 근원적으로 해결할 수 있도록 하게 한다.
도 4 -6 에는 본 발명에 따른 면상발열체의 구성도를 나타내었는데 종래의 기술과는 달리 전도성 핫멜트 접착제를 사용함으로써 고온합지 과정중에 전도성 핫멜트 접착제가 용융되어 전극부재(동박테이프)에 완전 접착되게 함으로써 도 6에서와 같이 전극부재와 전도성 핫멜트 접착제 사이에 공기층이 존재하지 않고 완전한 접착이 이루어지게 되고 종래의 전기적 접촉불량 문제를 근원적으로 해결 할 수 있도록 하게 한다.

본 발명의 도전성 핫멜트 접착제는 주로 고분자 핫멜트 접착제 수지와 전기전도성 입자 분말로 구성된다. 고분자 핫멜트 접착제 수지는 열가소성수지, 가소제, 점착부여제, 등의 혼합물로 구성되며 열가소성 수지는 폴리아미드, 폴리아크릴레트, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리비닐알콜, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐클로라이드와 같은 고분자 수지나 에틸렌비닐아세테이트(EVA)와 같은 고분자의 공중합체류, 또는 이들 고분자 수지의 물리적 혼합물을 포괄하는 것을 말하며 이들 중 어떤 수지 또는 수지의 혼합물을 선택하여 사용하여도 무방하나 구성된 핫멜트 접착제 수지의 용융점은 면상발열체의 최대 운전 온도 이상이고 합지온도 이하의 것이 바람직하다. 따라서 핫멜트 접착제 수지의 용융점은 60 ℃이상이고 200 ℃ 이하의 것이 바람직하다.

본 발명의 도전성 핫멜트 접착제에서 전기전도성 입자 분말은 은분말, 구리분말, 은이 코팅된 구리분말, 또는 카본블랙, 흑연 분말등 어떤 것을 사용하여도 무방하나 전기전도성 입자분말/고분자 수지의 중량 비율이 0.8 이상 5 이하로 하는 것이 바람직하다. 만약 전기전도성 입자분말/고분자 수지의 중량 비율이 0.8 이하가 되게 되면 도전성 핫멜트 접착제의 전기전도도가 너무 낮아지게 되고 5 이상이 되면 핫멜트 접착 수지의 분율이 작아 접착력이 떨어지게 되기 때문이다

본 발명의 도전성 핫멜트 접착제 코팅액은 핫멜트 접착제 수지를 유기용제에 녹인 용액에 전기전도성 입자를 분산시켜서 제조하거나, 핫멜트 접착제 수지의 에멀션에 전기전도성 입자를 분산시켜서 제조한다. 이때 사용하는 유기용제로는 핫멜트 접착제 수지를 용해시킬 수 있는 것이라면 어떤 것을 사용하더라도 무방하다.

본 발명에서 발열 저항층과 금속전극부재의 접착은

가) 도 7 에 예시한 것과 같이 제조된 도전성 핫멜트 접착제 코팅액을 도전성 잉크가 코팅된 발열 저항층 위에 전극부재로서 코팅 건조하고 추후 고온합지 과정을 통해 금속 전극부재와 접착시키는 방법

나) 도 8 에 예시한 것과 같이 제조된 도전성 핫멜트 접착제 코팅액을 전극부재에 직접코팅 건조한 후 도전성 잉크가 코팅된 발열 저항층과 고온합지 하는 방법

다) 도 9 에 예시한 것과 같이 제조된 도전성 핫멜트 접착제 코팅액을 도전성 잉크가 코팅된 발열 저항층 위에 전극부재로서 코팅 건조하고 또 금속 전극부재에도 도전성 핫멜트 접착제를 코팅 건조한 후 고온합지 과정을 통해 접착시키는 방법

을 생각해 볼 수 있으나 가장 바람직 하기는 세 번째 방법을 통해 접착시키는 것이 될 것이다

본 발명의 효과를 다음의 실시예를 통해 보다 명확히 설명한다.

실시예 1 :

면상발열체의 제조시 본 발명에 따른 금속성 전극부재와 발열 저항층간의 접착력 향상 효과를 시험하기 위하여 다음과 같이 시편을 제조하여 접착 강도 변화를 평가하여 보았다

50 중량부의 비닐클로라이드-비닐아세테이트 공중합체 수지와 50 중량부의 폴리우레탄 수지를 700 중량부의 혼합유기용제에 용해시킨 후 여기에 120 중량부의 카본블랙을 첨가 분산하여 발열 저항층을 형성하는 도전성 잉크를 제조하였다. 이 도전성 잉크로 형성되는 발열 저항층의 체적비저항은 약 0.4 ohm-cm 로 난방용 면상 발열체 제조에 적당한 저항값을 가졌다

용융점이 약 110 ℃ 정도인 폴리비닐아세테이트 수지 10 중량부를 메틸에틸케톤 35 중량부에 완전히 용해시킨 후 평균입경이 0.007 mm 인 판상형 은 분말 40 중량부와 침강방지제 0.1 중량부를 넣고 볼밀에서 분산시켜 도전성 핫멜트 접착제 코팅액을 제조하였다. 이 도전성 핫멜트 접착제의 체적비저항은 0.0003 ohm-cm 로 발열저항층에 비해 전기전도도가 매우 탁월하여 전극부재로 이용되기에 충분하였 다.

상기에서 제조한 발열 저항층을 형성하는 도전성 잉크를 폭 10mm 두께 0.125 mm, 길이 50 mm 인 폴리에스테르 필름 테이프 위에 약 0.006 mm 두께로 코팅하고 완전 건조한 뒤 그 위에 도전성 핫멜트 접착제 코팅액을 0.003 mm 두께로 코팅하고 완전 건조하였다. 이렇게 코팅된 테이프 위에 같은 크기이며 두께가 약 0.05 mm인 압연 동박테이프가 겹치도록 한 후 130 ℃에서 10 kg/cm의 선압으로 고온합지 하였다. 이 시료에 대해 접착강도 평가를 실시하였으며 박리 계면을 관찰하였다.

실시예 2 :

실시예 1에서 제조한 발열 저항층을 형성하는 도전성 잉크를 폭 10mm 두께 0.125 mm, 길이 50 mm 인 폴리에스테르 필름 테이프 위에 약 0.006 mm 두께로 코팅하고 완전 건조하였다. 폴리에스테르 필름과 같은 크기이며 두께가 약 0.05 mm인 압연 동박 테이프 위에 실시예 1 에서 제조한 도전성 핫멜트 접착제 코팅액을 0.003 mm 두께로 코팅하고 완전 건조하였다. 이렇게 코팅된 두 테이프 겹치도록 한 후 130 ℃에서 10 kg/cm의 선압으로 고온합지 한 후 접착강도 평가를 실시하였으며 박리 계면을 관찰하였다.

실시예 3 :

실시예 1에서 제조한 발열저항층을 형성하는 도전성 잉크를 폭 10mm 두께 0.125 mm, 길이 50 mm 인 폴리에스테르 필름 테이프 위에 약 0.006 mm 두께로 코팅하고 완전 건조한 뒤 그 위에 실시예 1에서 제조한 도전성 핫멜트 접착제 코팅액을 0.0015 mm 두께로 코팅하고 완전 건조하였다. 폴리에스테르 필름과 같은 크기이며 두께가 약 0.05 mm인 압연 동박 테이프 위에 실시예 1 에서 제조한 도전성 핫멜트 접착제 코팅액을 0.0015 mm 두께로 코팅하고 완전 건조하였다. 이렇게 코팅된 두 테이프 겹치도록 한 후 130 ℃에서 10 kg/cm의 선압으로 고온합지 한 후 접착강도 평가를 실시하였으며 박리 계면을 관찰하였다.

비교예 1 - 3 :

비교예 1-3 에서는 본 발명의 도전성 핫멜트 접착제를 사용하지 않고 열경화형인 애치슨사의 일렉트로다그 실버 페이스트 725A 를 사용하여 실시예 1-3 에서와 같이 시편을 제조하였다. 애치슨사의 일렉트로다그 실버 페이스트는 체적비저항이 0.0002 ohm-cm 로 발열저항층에 비해 전기전도도가 매우 탁월하여 전극부재로 이용되기에 충분하였다.

표 1 에는 상기에서 평가한 실험 결과를 나타내었는데 본 발명에 따라 제조된 시료들은 면상발열체가 운전되는 온도범위 내에서 금속 전극과 카본 발열 저항층 사이에 강한 접착력을 나타냄을 알 수 있다.

실시예 4

본 발명에 따라 실제 필름인쇄형 면상발열체를 제조하여 평가해 보았다. 실시예 1 에서 제조한 발열 저항층을 형성하는 도전성 잉크를 폭 500 mm, 길이 1000 mm, 두께 0.1 mm의 폴리에스테르 필름 위에 건조 후 두께가 약 0.006 mm 가 되도록 도포하고 100 ℃에서 10분간 완전 건조하여 발열 저항층을 제조하였다. 이 발열 저항층의 양단에 실시예 1에서 제조한 도전성 핫멜트 접착제 코팅액을 폭 10 mm, 두께 0.0015 mm로 코팅한 후 완전 건조하였다. 실시예 1 에서 제조한 도전성 핫멜트 접착제 코팅액을 0.0015 mm 두께로 코팅하고 완전 건조한 두 개의 동박 테이프(두께 0.05 mm, 폭 10 mm, 길이 1000mm)를 발열 저항층 위에 코팅된 도전성 핫멜트 접착제 코팅부위에 겹치도록 하고 그 위에 에틸렌비닐아세테이트 접착제가 코팅된 폴리에스테르 필름 (폭 500 mm, 길이 1000 mm, 두께 0.15 mm)으로 발열저항층 코팅된 필름을 덮은 후 130 ℃에서 10 kg/cm의 선압으로 고온합지 하여 면상발열체를 제조하였다.

이렇게 제조한 면상발열체의 전체 저항치는 약 220 ohm 이었으며 면상발열체 위에 사람이 올라가거나 걸어다녀도 저항값의 변화가 나타나지 않아 전극부재와 발열 저항층간의 접촉저항이 안정됨을 나타내었다.

본 발명은 면상발열체에서 발열이 일어나는 저항부재과 통전을 위한 전극부재 사이의 물리적, 화학적 접착력을 증대시키고 접촉저항을 감소시킬 수 있는 방법을 제공함으로써 전기적 안정성이 증대된 면상발열체를 제조하게 된다

Claims

금속박 또는 금속선으로 된 전극부재와 도전성 잉크가 코팅된 발열 저항층 사이에 도 1-3과 같이 도전성 핫멜트 접착제 층을 둠으로써 전극부재, 도전성 핫멜트 접착제 및 발열저항층 사이에 공기층이 없이 실질적인 물리화학적 접착이 이루어져 전기적 안정성이 증대된 면상발열체를 제조하는 것.
청구항 1의 도전성 핫멜트 접착제는 용융점이 60 ℃이상이고 200 ℃ 이하인 것.
청구항 1의 도전성 핫멜트 접착제는 주로 고분자 핫멜트 접착제 수지와 전기전도성 입자 분말로 구성되며 전기전도성 입자분말/고분자 수지의 중량 비율이 0.8 이상 5 이하인 것
청구항 1의 발열저항층과 금속 전극부재의 접착은

가) 제조된 도전성 핫멜트 접착제 코팅액을 도전성 잉크가 코팅된 발열 저항층위에 전극부재로서 코팅 건조하고 추후 고온합지 과정을 통해 금속 전극부재와 접착시키는 방법

나) 제조된 도전성 핫멜트 접착제 코팅액을 금속 전극부재에 직접코팅 건조한 후 와 도전성 잉크가 코팅된 발열 저항층과 고온합지 하는 방법

다) 제조된 도전성 핫멜트 접착제 코팅액을 도전성 잉크가 코팅된 발열 저항층 위에 전극부재로서 코팅 건조하고 또 금속 전극부재에도 코팅 건조한 후 고온합지 과정을 통해 접착시키는 방법

들 중 한가지 방법으로 이루어 지는 것