KR20020005166A - 세라믹 탄소섬유지 면상발열체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원적외선 방사 탄소섬유 발열지 및 이를 이용한 면상발열체에 관한 것으로, 특히 하나의 발열지 내에 분산시킨 탄소섬유의 배향성을 조절하여 하나의 발열지에서 종/횡방향의 전기적 특성을 달리함으로써 이를 이용한 발열지의 사용에 따른 다양한 융통성을 가질 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 특히 평판면의 평면상에서 종 또는 횡방향의 열적 특성을 갖도록 배향성 배열을 갖는 탄소섬유(2)가 펄프재(1)에 배치 성형되어져 있는 발열지와, 이 발열지의 양측 표면상에서 적층되어 전기적 절연 특성을 갖기 위한 고분자 절연부재(10)로 이루어져 있는 면상발열체를 제공하는데 있다.

이러한 본 발명에 의하면 면상발열체가 필요에 따라 다양한 열적 특성을 얻을 수 있는 이점을 가질 수 있다.

Description

원적외선 방사 탄소섬유 발열지 및 이를 이용한 면상발열체{Carbonite fiber heating Paper and board}

본 발명은 원적외선 방사 탄소섬유 발열지 및 이를 이용한 면상발열체에 관한 것으로, 특히 하나의 발열지 내에 분산시킨 탄소섬유의 배향성을 조절하여 하나의 발열지에서 종/횡방향의 전기적 특성을 달리함으로써 이를 이용한 발열지의 사용에 따른 다양한 융통성을 얻을 수 있도록 한 것이다.

일반적인 면상발열체는 전기 통전에 의해 발생하는 방사열을 이용하고 있어 온도조절이 용이하고 공기가 오염되지 않아 위생적이며 소음이 없기 때문에 히팅 매트나 히팅 패드, 침대 매트리스, 보온 이불이나 담요, 아파트나 일반주택 등의주거용 난방장치 등에 폭넓게 이용되고 있다.

또, 사무실이나 상점 등 상업용 건물의 난방장치, 작업장이나 창고, 막사 등의 산업용 난방장치와 각종 산업용 가열장치, 비닐 하우스와 농산물 건조시스템과 같은 농업용 설비, 도로나 주차장의 눈을 녹이거나 결빙을 방지할 수 있는 각종 동결방지장치를 비롯하여 레저용, 방한용, 가전제품, 거울이나 유리의 김서림 방지장치, 건강보조용, 축산용 등에도 이용되고 있다.

상기 면상발열체의 발열원으로는 니크롬 발열선이나 동니켈 합금 발열선, 알루미늄 등의 금속 박판을 에칭한 발열선, 카본블랙 후막 등이 사용되고 있으며, 니크롬 발열선이나 동니켈 합금 발열선 및 알루미늄 등의 금속 박판을 에칭하여 만든 발열선들은 전기가 한 선을 통해 흐르기 때문에 어느 한 부분이라도 끊어지면 전체 발열선에 전기가 통하지 않게 되어 면상발열체가 작동을 하지 않게 된다.

또, 상기 면상발열체에서 발열선이 단락되는 경우에는 그 부분에서 전기저항이 크게 감소하여 심하게 발열되기 때문에 화재의 위험성이 있으므로, 발열선의 단락을 방지하기 위해서는 발열선의 표면을 충분한 두께의 전기부도체로 완전히 절연을 시켜야 하나, 전기부도체는 열 부도체이므로 열전도 특성이 나쁘기 때문에 면상발열체의 발열효율이 크게 저하된다.

이외에도 니크롬 발열선, 동니켈 합금 발열선이나 알루미늄 등의 금속 박판을 에칭하여 만든 발열선을 이용한 면상발열체는 발열선 부위만의 부분발열이기 때문에 면상발열체의 온도분포가 불균일하며, 면상발열체의 전 면적에서 발열되는 효과를 얻기 위해서는 발열선 온도는 실제 원하는 온도보다 훨씬 더 올라가야 한다.

이에 따라 화상이나 화재의 위험이 있을 수 있으며 발열선의 절연피복막이 실제 원하는 온도보다 훨씬 고온에서도 견딜 수 있는 재질로 제한을 받고 두께가 두꺼워져야 하기 때문에 면상발열체의 효율을 저하시키게 된다. 또한 니크롬, 동니켈 합금이나 알루미늄 등의 금속들은 원적외선의 방사율이 낮기 때문에 이들을 이용한 면상발열체는 전기에너지에서 열에너지로의 변환효율이 낮다는 근본적인 문제점이 있다.

상기 카본블랙 후막 발열체의 경우에는 원적외선 방사특성은 니크롬 발열선, 동니켈 합금 발열선이나 알루미늄 등의 금속박 발열선보다는 우수하나, 페인팅 공정으로 제조한 카본블랙 후막 발열체에서는 두께 균일성에 문제가 있을 수 있으며 스크린 프린팅 공정으로 제조시에는 후막처리할 수 있는 단일 발열체의 크기가 제한된다.

또, 상기 카본블랙 후막 발열체는 후막용 페이스트를 카본블랙 분말과 바인더를 혼합하여 만들기 때문에 바인더의 휘발이나 연소 정도에 따라 후막의 전기비저항이 변하며, 이에 따라 후막 발열체의 전기비저항이 시간에 따라 변하는 문제점이 발생할 수 있다. 또한 카본블랙 후막 발열체를 장시간 사용시에는 바인더가 거의 휘발되어 후막 발열체에 균열이 발생하며 이에 따라 전기저항이 급격히 증가하기 때문에 발열특성이 현저히 저하하여 사용이 불가능한 문제점이 발생할 수 있다.

이와 같은 니크롬 발열선, 동니켈 합금 발열선 및 알루미늄 등의 금속박 발열선과 카본블랙 후막 발열체가 지니고 있는 문제점을 해결하기 위해 고분자 내에 전도성 필러를 분산시킨 전도성 고분자 발열시트 및 이를 이용한 면상발열체가 미국특허 제 3,878,362호, 제 4,733,057호, 제 5,111,025호 및 제 4,904,850호에 나타나 있다.

이와 같은 전도성 고분자 발열시트에서는 전도성 필러로서 주로 입자 형상의 카본블랙 분말을 분산시켰으며, 이외에도 입자 형상의 금속분말, 인듐 산화물이나 주석 산화물 및 인듐-주석 산화물과 같은 전도성 산화물 분말을 분산시키거나 또는 이들을 조합하여 분산시킬 수 있다고 제안되었다. 이중에서 금속분말을 분산시킨 경우에는 금속분말 표면에 전기부도체인 산화물 층이 형성됨에 따라 전도성 고분자 발열시트의 전기저항이 크게 증가하여 거의 발열이 되지 않을 수 있다.

인듐 산화물이나 주석 산화물 및 인듐-주석 산화물과 같은 전도성 산화물 분말은 고가이며 전기비저항이 다른 전도성 필러에 비해 높기 때문에 이들을 분산시켜 만든 전도성 고분자 발열시트는 발열특성이 불량하게 된다. 따라서 전도성 고분자 발열시트에 분산시키기 위한 전도성 필러로는 전기전도도가 높은 카본블랙이 적합하다.

카본블랙 분말을 분산시킨 고분자 발열시트가 우수한 발열특성을 나타내기 위해서는 고분자 발열시트 내에서 카본블랙 분말들간의 연속적인 접촉으로 높은 전기전도성이 확보되어야 한다.

그러나, 동일한 함량을 분산시 길이가 긴 섬유 형상에 비해 구와 유사한 입자 형상에서는 접촉 발생이 어렵기 때문에, 발열시트의 전체 면에 걸쳐 입자 형상의 카본블랙 분말들간의 접촉을 확보하기 위해서는 기본적으로 섬유 형상의 필러에 비해 훨씬 많은 양의 카본블랙 분말을 분산시켜야 한다. 이에 따라 고분자 발열시트 내에 분산시키는 카본블랙 분말의 함량을 변화시킬 수 있는 범위가 크게 제한을 받게 되어 발열특성을 다양하게 변화시키는데 제약을 받는 등의 문제점이 있다. 또한 상기의 전도성 고분자 발열시트에서는 카본블랙 분말을 분산시키는 고분자부재로서 주로 폴리에스터, 폴리에칠렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐을 사용하나 온도가 올라감에 따라 이들이 연화되어 변형되기 때문에 이들로 이루어진 면상발열체의 최대사용온도가 100℃ 부근으로 제약을 받는 등의 문제점이 있을 수 있다.

본 발명의 목적은 원적외선 방사특성이 뛰어나며 분산시 서로간의 접촉이 용이하게 발생할 수 있는 형상인 탄소섬유를 펄프 및 기타 제지를 만드는데 필요한 성분들의 혼합물 내에 분산시키고 탄소섬유의 배향성을 조절함으로써 종방향과 횡방향으로 서로 다른 발열특성을 나타내는 원적외선 방사 탄소섬유 발열지 및 이를 이용한 면상발열체를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기의 원적외선 방사 탄소섬유 발열지 내에 열전도도가 제지용 펄프보다 훨씬 우수한 AlN, SiC, Si, BN 등의 세라믹 섬유나 세라믹 분말 또는 이들의 조합을 탄소섬유와 함께 분산시킴으로써 발열온도의 균일성을 최적화시킨 원적외선 방사 탄소섬유 발열지 및 이를 이용한 면상발열체를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기의 탄소섬유의 배향성이 조절된 발열지 및 탄소섬유와 함께 열전도도가 우수한 세라믹을 분산시킨 발열지를 사용하여 원적외선 방사 면상발열체를 제조시 발열지에 라미네이팅하는 고분자 절연층 내에 열전도성이 우수한 AlN, SiC, Si, BN 등의 세라믹 섬유나 세라믹 분말 또는 이들의 조합을 분산시켜 고분자 절연층의 열전도도를 증가시킴으로써 발열효율과 신뢰성을 향상시킨 면상발열체를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 원적외선 방사 탄소섬유 발열지의 평면도

도 2는 도 1의 요부 단면도

도 3은 본 발명에 의한 탄소섬유 발열지의 종방향 양단에 전극을 형성한 참

고도

도 4는 본 발명에 의한 탄소섬유 발열지의 횡방향 양단에 전극을 형성한 참

고도

도 5는 본 발명에서 세라믹 섬유를 탄소섬유와 함께 분산시킨 면상발열지의

평면도

도 6은 도 5의 요부 단면도

도 7은 본 발명에서 세라믹 분말을 탄소섬유와 함께 분산시킨 면상 발열지를

나타낸 또 다른 실시예도

도 8은 도 7의 요부 단면도

도 9는 본 발명에서 면상발열지를 이용한 면상발열체를 예시하는 참고도

도 10은 도 9의 요부 단면도

도 11은 본 발명의 탄소섬유 면상발열체를 이용한 탄소섬유 면상발열지에서

고분자 절연층 내에 세라믹 섬유를 포함시킨 형태를 나타낸 참고도

도 12는 본 발명의 탄소섬유 면상발열체에서 고분자 절연층 내에 세라믹 분

말을 분산시킨 면상발열체의 단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *

1. 탄소섬유 2. 펄프재

3. 전극부 5. 소밀부

6. 조밀부 7,11. 열전도섬유

8,12. 열전도분말 9. 탄소섬유발열지

10. 고분자 절연부재

본 발명은 특히 상기예의 목적을 구현할 수 있도록 평판면의 평면상에서 종 또는 횡방향의 열적 특성을 갖도록 배향성 배열을 갖는 탄소섬유가 펄프재에 배치 성형되어 이루어져 있는 면상발열지에 특징이 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은 상기 탄소섬유 발열지의 종방향이나 횡방향으로 적어도 한 쌍 이상의 전극을 형성하고 평판상의 윗면과 밑면에 각기 적어도 한 층 이상의 고분자 절연부재를 라미네이팅하여 이루어지는 원적외선 방사 면상발열체에 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 상기 탄소섬유 발열지 내에 열전도도가 우수한 열전도 매체(일례로, AlN, SiC, Si, BN 등의 세라믹 섬유나 세라믹 분말 또는 이들을 조합한 섬유나 분말 및 이들의 섬유와 분말의 조합)이 포함되어져 있는 원적외선 방사 탄소섬유 발열지에 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 열전도 매체가 포함된 탄소섬유 발열지에 종방향이나 횡방향으로 적어도 한 쌍 이상의 전극을 형성하고 윗면과 밑면에 각기 적어도 한 층 이상의 고분자 절연층을 라미네이팅하여 이루어지는 원적외선 방사 면상발열체에 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 상기 탄소섬유 발열지의 종방향이나 횡방향으로적어도 한 쌍 이상의 전극을 형성하고 평판상의 윗면과 밑면에 각기 적어도 한 층 이상의 고분자 절연부재를 라미네이팅하여 이루어지는 원적외선 방사 면상발열체의 고분자 절연부재에는 열전도도가 우수한 열전도 매체를 포함시킨 원적외선 방사 면상발열체에 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 상기 탄소섬유 발열지와 고분자 절연부재 내에는 제각기 열전도 매체가 포함되어져 있는 원적외선 방사 면상발열체에 있다.

이하에서 이를 첨부된 도면과 함께 좀더 구체적으로 설명하여 봄으로서 본 발명의 보다 상세한 특징들이 이해될 수 있을 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 원적외선 방사 탄소섬유 발열지를 나타내고 있다.

여기서는 직경 5∼50 μm, 길이 0.5∼20 mm로 직경에 비해 길이가 훨씬 긴 탄소섬유(1)가 발열지의 펄프재(2) 내에 발열지의 종방향으로 어느 정도의 배향성을 갖고 분산되어 있다.

상기 탄소섬유 발열지는 이것을 분산시키기 위한 발열시트 기재로 고분자 대신 제지로 되어 있고, 이는 주로 펄프로 구성된 제지들이 불화탄소 고분자, 폴리에틸렌, PVC, 폴리에스터, 폴리프로필렌 등의 고분자와는 달리 연화되지 않기 때문에 면상발열체의 사용가능한 온도가 더 높아질 수 있고, 고분자에 비해 열팽창계수가 훨씬 작기 때문에 발열시 면상발열체의 크기 변화가 거의 없으며, 얇은 두께에서도 기계적 강도가 더 우수하기 때문이다.

또, 발열시트의 전도성 필러는 탄소섬유로 되어 있고, 탄소섬유는 분산시 입자 형상의 카본블랙 분말에 비해 서로간의 접촉이 훨씬 용이하게 발생하기 때문에 분산시키는 탄소섬유의 함량을 훨씬 넓은 범위에서 변화시킬 수 있어 다양한 발열특성을 갖는 발열시트의 제조가 가능하다.

상기 탄소섬유 발열지의 면저항 또는 전기비저항은 발열지 내의 탄소섬유(1)와 펄프부재(2)의 함량비 및 발열지의 두께에 따라 변하며 본 발명의 실시예로서 발열지의 두께를 40 μm로 고정하고 탄소섬유(1)의 함량을 조절함으로써 발열지의 종방향으로의 면저항을 2∼1200 Ω/□의 매우 넓은 범위에서 조절하는 것이 가능하였다.

도 3은 이러한 탄소섬유 발열지에 전기를 가하기 위해 탄소섬유 발열지의 종방향으로 양단에 전극(3)을 형성하고 있고 도 4는 동일한 탄소섬유 발열지의 횡방향으로 양단에 전극(3)을 구비시킨 형태를 나타내었다.

이때, 탄소섬유 발열지의 단위면적당 발열특성은 발열지의 면저항 또는 전기비저항, 전극(3) 사이의 거리(4)와 전극(3)에 인가하는 전압에 의존한다.

상기 탄소섬유 발열지를 이용한 원적외선 방사 면상발열체를 다양한 난방장치나 가열 시스템에 적용하기 위해서는 용도에 따라 서로 다른 발열특성을 갖는 탄소섬유 발열지가 요구되며, 이는 발열지 내의 탄소섬유 함량, 전극(3) 사이의 거리(4) 및 전극(3)에 인가하는 전압을 조절함으로써 해결할 수 있다.

다른 한가지 방안으로는 본 발명에서와 같이 탄소섬유의 배향성을 조절하여 발열지의 종방향과 횡방향으로의 면저항 또는 전기비저항을 달리함으로써 탄소섬유의 함량, 전극(3) 사이의 거리(4) 및 전극(3)에 인가하는 전압을 변화시키지 않고도 동일한 발열지를 사용하여 서로 다른 발열특성을 갖는 면상발열체의 제조가 가능하다.

이와 같이 탄소섬유의 배향성을 조절한 발열지에서는 횡방향에 비해 종방향으로 탄소섬유간의 더 많은 접촉이 이루어지기 때문에 횡방향에 비해 종방향으로 더 낮은 면저항 또는 전기비저항을 나타내게 되어 종방향으로 더 큰 발열특성을 나타내게 된다. 또한 탄소섬유의 배향 정도가 증가할수록 종방향으로의 면저항 또는 전기비저항이 감소하여 횡방향으로의 면저항 또는 전기비저항은 증가하게 된다.

본 발명의 실시예로서 면저항이 각기 148.0 Ω/□, 60.4 Ω/□ 및 13.5 Ω/□인 발열지에 대해 탄소섬유의 배향성을 변화시킨 후, 10 cm×10 cm, 20 cm×20 cm, 40 cm×40 cm 크기로 절단하여 도 3 및 도 4와 같이 종방향과 횡방향으로 각기 전극(3)을 설치하여 면저항을 측정한 결과 종방향에 대한 횡방향의 면저항의 비가 1.1배에서 3.5배 범위에서 변화되었다.

상기의 원적외선 방사 탄소섬유 발열지의 종방향이나 횡방향 중에서 주로 어느 한 방향으로의 발열특성을 이용하여 면상발열체를 구성하며, 용도에 따라서는 이와 수직방향으로의 발열특성을 이용함으로써 동일한 탄소섬유 발열지를 가지고도 서로 다른 발열특성을 갖는 원적외선 방사 면상발열체의 구성이 가능하다.

한편, 도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 원적외선 방사 탄소섬유 발열지의 또다른 실시예로서, 이는 열전도도가 우수한 열전도 매체로서 세라믹 섬유를 탄소섬유와 함께 분산시킨 형태의 원적외선 방사 탄소섬유 발열지를 나타내고 있다.

도 1과 같은 탄소섬유 발열지는 국부적으로 탄소섬유의 분산이 불균일하게발생할 수 있다. 이와 같은 경우 펄프만이 있거나 탄소섬유가 성기게 배열되어 있는 부위(5; 이하 소밀(小密)부라 약칭한다)에 비해 탄소섬유가 조밀하게 분산되어 있는 부위(6; 이하 조밀(粗密)부라 약칭한다)의 온도가 훨씬 더 높아지게 된다.

그리고, 탄소섬유 발열지를 이용한 면상발열체를 제조시 기본적으로 전기절연을 위해 발열지의 표면에 고분자 절연층을 라미네이팅 하고 있고, 이러한 면상발열체의 절연층으로 사용되는 고분자들은 온도가 올라가면 팽창을 한다.

따라서, 탄소섬유가 조밀하게 분산되어 있어 온도가 훨씬 더 높은 조밀부(6)에 라미네이팅이 된 고분자 절연층 부위는 옆으로 더 많이 팽창을 하려 하나 펄프만이 있거나 탄소섬유가 성기게 배열되어 있어 온도가 낮은 소밀부(5)에 라미네이팅이 된 고분자 절연층에 의해 옆으로의 팽창이 억제된다.

이에 따라 온도가 높은 조밀부(6)에 라미네이팅 되는 고분자 절연층 내에 압축응력이 발생하여 고분자 절연층과 발열지가 국부적으로 박리될 수 있으며 이 부위에서 절연파괴 등이 발생하여 면상발열체의 발열특성의 저하가 유발될 수 있다.

본 발명에서는 도 5 내지 도 8에 나타낸 것과 같이 발열지 내에 열전도도가 제지용 펄프보다 우수한 열전도 매체로서 AlN, SiC, Si, BN 등의 세라믹 섬유에 의한 열전도 섬유(7)나 열전도 분말(8) 또는 이들을 조합한 형태를 탄소섬유와 함께 분산시킴으로써 탄소섬유가 조밀하게 분산되어 있는 조밀부(6)에서 발생하는 열이 펄프만이 있거나 탄소섬유가 성기게 배열되어 있는 소밀부(5)로 빠르게 전달되도록 하여 탄소섬유 발열지의 전면적에서 온도를 균일하게 할 수 있다.

상기 탄소섬유 발열지의 펄프부재(2) 열전도도는 1.0 W/m-K 이하로 매우 낮은데 비해 AlN은 230 W/m-K, SiC는 270 W/m-K, Si는 84 W/m-K, BN은 600 W/m-K의 매우 높은 열전도도를 갖고 있다.

본 발명에서 열전도 매체인 열전도 섬유(7)는 발열지 내에서의 분산성을 고려시 탄소섬유와 유사한 직경 5∼50 μm, 길이 0.5∼20 mm가 적합하나, 이 범위에서 벗어나는 크기의 열전도 섬유(7)도 적용이 가능함은 물론이다.

본 발명에서 적용하는 세라믹 분말에 의한 열전도 분말(8)은 발열지 내에서의 분산성을 고려시 약 1 μm 이하의 직경을 갖는 것이 적합하나, 이보다 큰 세라믹 분말의 적용도 가능하다.

본 발명에서는 열전도 매체로서 AlN, SiC, Si, BN 등의 세라믹 섬유와 분말 또는 이들을 조합한 형태를 예로 들었으나, 이외에도 여타의 세라믹 섬유나 분말 또는 이들의 조합한 형태의 열전도도가 제지용 펄프재(1)의 열전도도보다 높으면 적용이 가능하다.

도 9 및 도 10은 본 발명에 의한 탄소섬유 발열지를 이용한 원적외선 방사 면상발열체를 나타내었다.

상기 원적외선 방사 면상발열체는 상기 탄소섬유의 배향성을 조절한 발열지(9) 또는 열전도도가 우수한 열전도 매체가 구비된 발열지(9)의 종방향이나 횡방향으로 적어도 한 쌍 이상의 전극(3)을 형성하고 고분자 절연부재(10)가 발열지(9)의 상/하 표층에 라미네이팅 되어져 있다.

상기 원적외선 방사 면상발열체는 탄소섬유 발열지(9)의 윗면과 밑면에 각기 한 층의 고분자 절연부재(10)가 구비되어져 있으나, 용도에 따라서는 서로 다른 재질의 고분자 필름들을 두 개 이상 적층하여 라미네이팅할 수도 있다.

상기 면상발열체의 고분자 절연부재(10)는 폴리에스터, 아크릴, ABS, 셀루로우즈, 불화탄소, 폴리에칠렌, 폴리프로필렌, 폴리스타일렌, 고무, 폴리염화비닐 (PVC), 폴리비닐플루오라이드, 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리우레탄, 에폭시, 에폭시 수지함침 유리직물 등을 사용할 수 있다.

도 11은 상기 면상발열체의 고분자 절연부재(10) 내에 열전도도가 우수한 열전도 매체로서 세라믹 섬유를 분산시킨 면상발열체를 나타내고 있고, 도 12는 상기열전도 매체가 세라믹 분말을 사용한 면상발열체를 나타내고 있으며, 상기 고분자 절연부재(10)의 고분자들의 열전도도는 0.1∼0.4 W/m-K 범위로 매우 낮다. 따라서 도 9 및 도 10과 같은 면상발열체의 탄소섬유 발열지(9)에서 발생하는 열이 고분자 절연부재(10)를 통하여 용이하게 전달되지 않기 때문에 면상발열체의 발열효율이 저하되며, 발열지(9)와 고분자 절연부재(10) 사이의 계면에 열이 축적되어 장시간 사용시 계면박리로 면상발열체의 손상이 발생할 수도 있다.

본 발명에서는 도 11 및 도 12와 같이 탄소섬유 발열지에 라미네이팅하는 고분자 절연층을 이루는 절연부재 내에 열전도도가 고분자보다 우수한 AlN, SiC, Si, BN 등의 열전도 섬유(11)나 열전도 분말(12) 또는 이들의 조합을 균일하게 분산시켜 고분자 절연층의 열전도도를 크게 증가시킴으로써 상기의 발열효율 저하를 방지할 수 있으며, 상기 절연부재용 고분자들의 열전도도는 0.1∼0.4 W/m-K 정도로 매우 낮은데 비해 AlN은 230 W/m-K, SiC는 270 W/m-K, Si는 84 W/m-K, BN은 600 W/m-K의 매우 높은 열전도도를 나타낸다.

본 발명에서 적용하는 열전도 섬유(11)는 고분자 절연층 내에서의 균일한 분산을 고려하여 직경 5∼50 μm, 길이 0.5∼20 mm가 적합하나, 이 범위에서 벗어나는 크기의 세라믹 섬유도 적용이 가능하며, 열전도 분말(12)의 경우에는 고분자 절연층 내에서의 균일한 분산을 고려하여 약 1 μm 이하의 직경을 갖는 분말이 적합하나, 이보다 큰 세라믹 분말의 적용도 가능하며, 본 발명에서는 열전도 매체로서 AlN, SiC, Si, BN 등의 세라믹 섬유와 분말 또는 이들을 조합한 형태를 예로 들었으나, 이외에도 여타의 세라믹 섬유나 분말 또는 이들의 조합한 형태의 열전도도가 고분자부재(10)의 열전도도보다 높으면 적용이 가능하다.

이러한 본 발명은 면상 발열지를 이루고 있는 탄소 섬유가 일정한 방향성을 갖고 배치되어져 있어 동일한 면상 발열지에서 종 또는 횡방향으로 서로 상이한 발열특성을 얻을 수 있는 효과가 있으며, 열전도 세라믹이 탄소섬유 발열지에 배치되어져 있어 탄소섬유 발열지의 전면적에서 온도 균일성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한 열전도 세라믹이 면상 발열체의 고분자 절연층에 배치되어져 있어 발열효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 평판면의 평면상에서 종 또는 횡방향의 열적 특성을 갖도록 배향성 배열을 갖는 탄소섬유(2)가 펄프부재(1)에 배치 성형되어져 있는 펄프부재(1)로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 면상발열지
2. 제 1항에 있어서, 상기 탄소섬유 발열지의 종방향이나 횡방향에는 적어도 한 쌍 이상의 전극을 형성하고 탄소섬유 발열지의 윗면과 밑면에는 적어도 한 층 이상의 고분자 절연부재(10)가 라미네이팅 되어져 있는 것을 특징으로 하는 원적외선 방사 면상발열체.
3. 제 1항에 있어서, 상기 탄소섬유 발열지 내에는 탄소섬유 밀도가 높은 조밀부(6)와 밀도가 낮은 소밀부(5)와의 열적 불균일을 방지하기 위한 섬유상 또는 분말상의 열전도 매체가 포함되어져 있는 것을 특징으로 하는 원적외선 방사 탄소섬유 발열지.
4. 제 2항에 있어서, 상기 탄소섬유 발열지는 열전도 매체가 포함되어져 있는 것을 특징으로 하는 원적외선 방사 면상발열체.
5. 제 2항에 있어서, 상기 고분자 절연부재(10)는 열전도 매체가 포함되어져 있는 것을 특징으로 하는 원적외선 방사 면상발열체.
6. 제 2항에 있어서, 상기 탄소섬유 발열지와 고분자 절연부재(10) 내에는 각기 열전도 매체가 포함되어져 있는 것을 특징으로 하는 원적외선 방사 면상발열체.