📌 220V 전압, 220W/㎡ 발열량을 가지는 필름 난방 설계

 

📌 220V 전압, 220W/㎡ 발열량을 가지는 필름 난방 설계 (코팅 방식 포함)

220V 전압에서 220W/㎡ 발열량을 가지는 수성 그래핀 카본 페이스트 기반 필름 난방 시스템을 설계하기 위해 저항값, 코팅 방식, 전극 연결을 최적화해야 합니다.

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🔹 1️⃣ 목표 저항값(Ω/㎡) 계산

전력 공식(Ohm’s Law)을 사용하여 목표 저항값을 계산합니다.

✔ 전력 공식 (Power Calculation):

$$P = \frac{V^2}{R}$$ $$R = \frac{V^2}{P}$$ $$R = \frac{220^2}{220} = 220Ω/㎡$$

✅ 결론:
220V에서 220W/㎡ 출력을 내기 위해서는 **저항값이 220Ω/㎡**여야 합니다.

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🔹 2️⃣ 카본 페이스트 조성 (220Ω/㎡ 설정)

220Ω/㎡ 저항을 맞추기 위해 그래핀 + 카본 블랙의 비율을 최적화해야 합니다.

✅ 페이스트 주요 성분 및 비율

성분	함량(%)	역할
그래핀(Graphene, 1~5층)	5~10%	전도성 향상, 균일한 열전도
카본 블랙(Carbon Black)	15~30%	저항값 조절, 균일한 발열
PVA 또는 PU 바인더	10~20%	필름 강도 및 유연성 유지
분산제(Triton X-100, SDS)	1~2%	카본 입자 분산 최적화
증류수(DI Water)	50~65%	수성 페이스트 희석

📌 그래핀 함량을 5~10% 범위로 조절하여 저항값을 220Ω/㎡로 최적화
📌 점도 조절: 2000~5000 cP 유지 (스크린 프린팅 및 롤 코팅 최적화)

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🔹 3️⃣ 코팅 방식 선택 (Printing & Coating)

✅ (1) 스크린 인쇄(Screen Printing)

✔ 정밀한 저항값 조절 가능 → 균일한 발열 패턴 유지
✔ 100~200 Mesh 스크린 사용 → 카본 페이스트 균일 코팅 가능
✔ 두께 조절 가능 (10~50μm) → 220Ω/㎡ 설정 용이

📌 추천: 스크린 프린팅을 적용하여 균일한 필름 두께 유지

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✅ (2) 그래비어 인쇄(Gravure Printing)

✔ 대량 생산 가능 → 연속적인 패턴 코팅 가능
✔ 균일한 코팅 두께 유지 → 필름 난방의 품질 안정성 높음
✔ 롤 코팅과 결합하면 산업용 대량 생산 가능

📌 추천: 25~50μm 코팅 두께 유지 → 220Ω/㎡ 저항 설정 가능

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✅ (3) 롤 코팅(Roll Coating)

✔ 대면적 코팅 가능 (넓은 바닥 난방 필름 적합)
✔ 코팅 두께 조절 가능 → 저항값 미세 조정 가능
✔ 건조 후 저항값 측정하여 조정 가능

📌 추천: 20~40μm 두께 유지 → 220Ω/㎡ 세팅 가능

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🔹 4️⃣ 건조 및 열처리 (Drying & Curing)

✅ 건조 온도: 80150°C (저온에서 서서히 건조)
✅ 건조 시간: 30120분 (필름 두께 및 코팅 방식에 따라 조절)
✅ 열처리를 통해 페이스트가 완전히 경화되고 내구성이 증가

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🔹 5️⃣ 보호 코팅(절연층 적용)

필름 난방의 내구성을 높이기 위해 절연 보호 코팅(라미네이션)이 필수적입니다.

✅ 보호 코팅 재료

코팅 재료	특성	적용 예시
PU(폴리우레탄) 코팅	유연성, 내구성 우수	바닥 난방 필름
실리콘(Silicone) 코팅	방수, 고온 내성	고온 난방 필름
PET(폴리에스터) 필름 라미네이션	전기 절연	표준 난방 필름

📌 난방 필름의 전기 안전성을 위해 반드시 보호 코팅을 적용해야 함.

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🔹 6️⃣ 전극 연결 (Bus Bar)

✅ 전극 재료 선택
✔ 구리(Cu) 테이프 → 저항이 낮고 일반적인 난방 필름용
✔ 은(Ag) 전극 페이스트 → 고내구성 필름 난방 (고급형)

✅ 전극 부착 방법
✔ 구리 테이프 + 전도성 접착제 → 경제적인 방법
✔ 은 페이스트 + 스크린 인쇄 → 높은 내구성과 균일한 접촉 가능

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🔹 7️⃣ 최종 결론: 220Ω/㎡, 220V, 220W/㎡ 난방 필름 적용 최적화

✔ 전압 설정:

• 220V → 220W/㎡ (표준 바닥 난방 및 천장 난방용 적합)

✔ 카본 페이스트 조성:

• 그래핀(510%) + 카본 블랙(1530%) + 바인더(10~20%)

✔ 코팅 방식:

• 스크린 프린팅 (정밀 패턴 가능)
• 그래비어 인쇄 (대량 생산 가능)
• 롤 코팅 (대면적 난방 필름 가능)

✔ 보호 코팅:

• PU 코팅 → 유연성 증가
• PET 라미네이션 → 절연 보호

✔ 전극 연결:

• 구리(Cu) 테이프 + 전도성 접착제
• 은(Ag) 페이스트 + 스크린 인쇄 (고급형)