JP2022503911A - 電磁鋼板製品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の電磁鋼板製品の製造方法は、接着コーティング組成物を準備する段階、接着コーティング組成物を電磁鋼板の表面に塗布した後、硬化させて接着コーティング層を形成する段階、接着コーティング層が形成された複数の電磁鋼板を積層し、熱融着して熱融着層を形成する段階、および熱融着された電磁鋼板を0.05~20℃/分の冷却速度で冷却させる段階を含むことを特徴とする。
【選択図】図1
Description
一方、絶縁被膜の形成は、製品の仕上げ製造工程に該当する過程である。絶縁被膜に要求される物性は多様である。通常は渦電流の発生を抑制させる電気的特性が要求される。これ以外に、鋼板を所定の形状に打抜加工後、多数を積層して鉄心で作る時に、金型の摩耗を抑制する連続打抜加工性が要求される。
また、鋼板の加工応力を除去して磁気的特性を回復させる応力除去焼鈍(SRA)過程後に鉄心鋼板間に密着しない耐密着性および表面密着性などが要求される。このような基本的な特性以外に、製造会社的な側面ではコーティング溶液の優れた塗布作業性と配合後に長時間使用が可能な溶液安定性なども要求される。
前記で説明したように、無方向性絶縁被膜は、積層される鉄板間の層間絶縁を主な目的としている。しかし、小型電動機器の使用が拡大することに伴い、絶縁性だけでなく、加工性、溶接性、耐食性に有利な被膜性能が主な物性として評価されるようになった。加えて、最近では、表面の特性によってモータコアの加工およびモータの効率に影響を与える接着コーティング溶液のような機能性を有するものが脚光を浴びている。
接着コーティングの一種類である耐火エナメル(Stoving Enamel、常温でのベーキングを必要とするエナメルまたはコーティング組成物)は、コーティング後にホットプレシング(Hot Pressing)によって個別の電磁鋼板を結合させた電気機器(変圧機、発電機およびモータ)に適用されるだけでなく、表面絶縁性を付与するために使用されている。しかし、耐火エナメルは相対的に低い再軟化(Resoftening)温度によって使用が制限されている。電気機器分野で、より応用範囲を広げるためには接着溶液に高い再軟化温度を付与しなければならない。そのためには、優れた耐熱特性を有する耐火エナメルの新規開発が切実に必要な課題である。また、より高い絶縁性、機械的応力に対する耐久性および結合強度のような表面特性の改善も必要な課題である。
また他の従来技術には、レゾール(硬化剤なしでも架橋して所望する物性を有する熱硬化性プラスチック)型の特定のフェノール系樹脂を架橋剤として含有するだけでなく、ジシアンジイミドを含有する水性エポキシ樹脂系を電磁鋼板表面にコーティングしてモータコア積層物を製造する方法がある。架橋はエポキシとフェノール系樹脂の重縮合によって行われる。
また他の従来技術には、粒子、例えばシリカまたはアルミナコロイド粒子を含有する電磁鋼板コーティング用エナメル(Enamel)に関するものがある。前記組成物は、良好な耐スクラッチ性、耐ブロック性、耐薬品性、耐腐食性および高い表面絶縁性のような特性を有するコーティングを生成する。しかし、このようなコーティングは、ボンディング(Bonding)作用がなく、鉄心コアを形成するために追加的な結合手段(溶接、クランピング、インターロッキング、アルミニウムダイカスティングまたはリベッティング)を必要とする。
また他の従来技術には、ガラス(Glass)転移温度(Tg)60℃以上の熱可塑性アクリルエマルジョン(Emulsion)、エポキシエマルジョンなどを主成分とする組成物を塗布および乾燥後に得られた鋼板を積層し、打抜中に金型機器内で加熱加圧して接着積層鉄心を製造する方法がある。この方法は、コーティング工程において、電磁鋼板表面に接着剤を塗布する工程と熱融着工程を省略できるだけでなく、コイルで巻く場合に発生し得るブロッキング(Blocking)が発生しないという利点がある。しかし、前記方法で製造される電磁鋼板は、加熱加圧して得られた実際の積層鉄心においては接着が不完全な部分が存在し、ある場合には接着不良による層間剥離を起こすという虞がある。特に鉄心コアが大きい場合には、下記のような接着不良の問題がより深刻に発生する可能性がある。
また他の従来技術には、アクリル系、エポキシ系、フェノール系、シリコン系などの樹脂を単独または2種以上で接着性樹脂を混合物として利用し、アミン系硬化剤、シリカなどの添加物を添加してガラス転移温度または軟化温度が60℃以上である場合で、良好な接着強度とコイル状態で巻き取る場合に、板の間にスティッキング(Sticking)現象が発生しないという方法がある。しかし、前記技術は、自動車駆動モーターが要求する高温接着性と高温耐油性が劣位にあるという短所を有している。
冷却させる段階で、維持加圧力は500N/mm2以下であり、冷却速度は0.05~1℃/分にできる。
冷却させる段階で、冷却終了温度は10~100℃にできる。
前記接着コーティング組成物は、有機樹脂および有機樹脂に置換された無機ナノ粒子を含む有/無機複合体、および無機物を含むことができる。
より詳しくは、有機樹脂は、水溶性エポキシ樹脂であり、さらに詳しくは、前記水溶性エポキシ樹脂は、エポキシ基が3個以上である多官能性であり、重量平均分子量が1000~50000であり、軟化点(Tg)が70~120℃であり、固体分率が10~50重量%含まれることができる。
無機ナノ粒子は、SiO2、TiO2、ZnO、Al2O3、MgO、CaO、およびZrO2のうちの1種以上を含むことができる。
無機ナノ粒子は、有/無機複合体内に、有機樹脂100重量部に対して1~60重量部置換されることができる。
無機物は、リン酸(H3PO4)または水酸化ナトリウム(NaOH)であることができる。
無機物は、有/無機複合体の固形分100重量部に対して1~70重量部を含むことができる。
接着コーティング層を形成する段階は、200~600℃の温度範囲で行うことができる。
接着コーティング層を形成する段階で、コーティング層内の有機物に対する無機物の比率が0.05~0.6であることができる。
熱融着層を形成する段階は、加圧力が1~2000N/mm2であり、加圧時間が1~180分であり、加圧温度が100~300℃であることができる。
本発明によると、本発明の電磁鋼板製品の製造方法は、熱融着後の冷却条件によって、接着溶液組成物の常温接着力、高温接着力および高温耐油性に優れている。
本発明によると、本発明電磁鋼板製品の製造方法によって製造された製品は、接着力が非常に優れており、個別コアの界面の間(脆弱境界面)にオイルが侵入したり、接着コーティング層がオイルによって溶けないものである。
本発明によると、本発明の電磁鋼板製品の製造方法によって製造された製品は、優れた表面特性および加工特性(耐食性、密着性、耐候性、締結力、溶接性、耐熱性、耐スクラッチ性など)を有するだけでなく、打抜後の熱融着工程によって優れた高温接着性と高温耐油性を有するものである。
本明細書で、ある部分がある構成要素を「含む」という時、これは特に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除外せず、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
本明細書で、使用される専門用語は、単に特定の実施例を言及するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。ここで使用される単数の形態は、文言がこれと明確に反対の意味を示さない限り、複数の形態も含む。明細書で使用される「含む」の意味は、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素および/または成分を具体化し、他の特性、領域、整数、段階、動作、要素および/または成分の存在や付加を除外させるものではない。
本明細書で、マーカッシュ形式の表現に含まれている「これらの組み合わせ」の用語は、マーカッシュ形式の表現に記載された構成要素からなる群より選択される一つ以上の混合または組み合わせを意味するものであって、前記構成要素からなる群より選択される一つ以上を含むことを意味する。
本明細書で、ある部分が他の部分の「上に」あると言及する場合、これは他の部分の「直上に」にあるか、またはその間にまた他の部分が介され得る。対照的に、ある部分が他の部分の「直上に」あると言及する場合、その間にまた他の部分が介されない。
異なって定義しなかったが、ここで使用される技術用語および科学用語を含む全ての用語は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が一般的に理解する意味と同一の意味を有する。通常使用される辞書に定義された用語は、関連技術文献と現在開示された内容に符合する意味を有すると追加解釈され、定義されない限り、理想的または非常に公式的な意味に解釈されない。
また、特に言及しない限り、%は重量%を意味し、1ppmは0.0001重量%である。
本発明の一実施形態による電磁鋼板製品の製造方法は、接着コーティング組成物を準備する段階、接着コーティング組成物を電磁鋼板の表面に塗布した後、硬化させて接着コーティング層を形成する段階、接着コーティング層が形成された複数の電磁鋼板を積層し、熱融着して熱融着層を形成する段階、および熱融着された電磁鋼板を0.05~20℃/分の冷却速度で冷却させる段階を含む。本発明の一実施形態で電磁鋼板は、無方向性または方向性電磁鋼板であり、より詳しくは、無方向性電磁鋼板である。
接着コーティング組成物は、有機樹脂および有機樹脂に置換された無機ナノ粒子を含む有/無機複合体、および無機物を含むものであることができる。
有機樹脂は、より詳しくは、熱可塑性接着樹脂であることができる。。さらに詳しくは、エポキシ系樹脂、エステル系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ウレタン系樹脂、およびエチレン系樹脂の中から選択される1種以上を含むことができる。さらに詳しくは、有機樹脂は、水溶性エポキシ樹脂であることができる。水溶性エポキシ樹脂は、Biphenyl A(BPA)とEpichlorohydrin(ECH)の比率を変化させて分子量を調節することができる。さらに詳しくは、水溶性エポキシ樹脂は、エポキシ基が3個以上である多官能性であることができる。これは耐熱接着性を向上させるためのものである。分子量が1000~50000g/molであり、軟化点(Tg)が70~120℃であり、固体分率が10~50重量%含まれるものであることができる。エポキシ分子量が過度に少ない場合には硬化性が劣り、強度のような塗膜物性が劣ることがあり、反対にエポキシ分子量が過度に大きい場合には、水分散樹脂内の相分離が起こることがあり、無機物ナノ粒子と相溶性が劣ることがある。より詳しくは、エポキシ樹脂の分子量は5000~40000g/molであり、さらに詳しくは分子量が5000~30000g/molでああることができる。そしてエポキシ樹脂は、ビスフェノールとエポキシドの組み合わせ形態で構成されているが、水分散状態で存在するために構造式の一部分を極性グループに置換するものであり得、水分散状態で析出、沈澱のような相分離がない安定した形態を有することができる。
下記表1は、溶解させた水酸化ナトリウム(NaOH)またはリン酸(H3PO4)量による溶液および接着特性を示す。
表1の実験に加えて、接着組成物の締結力をより向上させるために熱融着後に特定の冷却条件を有する冷却を行った。
下記表2は、冷却条件別の接着特性を示す。
Claims (14)
- 接着コーティング組成物を準備する段階、
前記接着コーティング組成物を電磁鋼板の表面に塗布した後、硬化させて接着コーティング層を形成する段階、
前記接着コーティング層が形成された複数の電磁鋼板を積層し、熱融着して熱融着層を形成する段階、
および前記熱融着された電磁鋼板を0.05~20℃/分の冷却速度で冷却させる段階を含むことを特徴とする電磁鋼板製品の製造方法。 - 前記熱融着された電磁鋼板を0.05~20℃/分の冷却速度で冷却させる段階で、
維持加圧力は1000N/mm2以下であることを特徴とする請求項1に記載の電磁鋼板製品の製造方法。 - 前記維持加圧力は500N/mm2以下であり、冷却速度は0.05~1℃/分であることを特徴とする請求項2に記載の電磁鋼板製品の製造方法。
- 前記熱融着された電磁鋼板を0.05~20℃/分の冷却速度で冷却させる段階で、
冷却終了温度は10~100℃であることを特徴とする請求項1に記載の電磁鋼板製品の製造方法。 - 前記接着コーティング組成物は、
有機樹脂および有機樹脂に置換された無機ナノ粒子を含む有/無機複合体、および無機物を含むことを特徴とする請求項1に記載の電磁鋼板製品の製造方法。 - 前記有機樹脂は、エポキシ系樹脂、エステル系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ウレタン系樹脂、およびエチレン系樹脂の中から選択される1種以上を含むことを特徴とする請求項5に記載の電磁鋼板製品の製造方法。
- 前記有機樹脂は、水溶性エポキシ樹脂であり、
前記水溶性エポキシ樹脂は、エポキシ基が3個以上である多官能性であり、重量平均分子量が1000~50000であり、軟化点(Tg)が70~120℃であり、固体分率が10~50重量%含まれることを特徴とする請求項5に記載の電磁鋼板製品の製造方法。 - 前記無機ナノ粒子は、SiO2、TiO2、ZnO、Al2O3、MgO、CaO、およびZrO2のうちの1種以上を含むことを特徴とする請求項5に記載の電磁鋼板製品の製造方法。
- 前記無機ナノ粒子は、前記有/無機複合体内に、有機樹脂100重量部に対して1~60重量部置換されたことを特徴とする請求項5に記載の電磁鋼板製品の製造方法。
- 前記無機物は、リン酸(H3PO4)または水酸化ナトリウム(NaOH)であることを特徴とする請求項5に記載の電磁鋼板製品の製造方法。
- 前記無機物は、有/無機複合体の固形分100重量部に対して1~70重量部を含むことを特徴とする請求項5に記載の電磁鋼板製品の製造方法。
- 前記接着コーティング層を形成する段階は、
200~600℃の温度範囲で行われることを特徴とする請求項1に記載の電磁鋼板製品の製造方法。 - 前記接着コーティング層を形成する段階で、
前記コーティング層内の有機物に対する無機物の比率が0.05~0.6であることを特徴とする請求項5に記載の電磁鋼板製品の製造方法。 - 前記熱融着層を形成する段階は、
加圧力が1~2000N/mm2であり、加圧時間が1~180分であり、加圧温度が100~300℃であることを特徴とする請求項1に記載の電磁鋼板製品の製造方法。
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