CN116685463A - 自粘接用电工钢板以及包含其的层叠体 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个实施例的自粘接用电工钢板层叠体，其包括：电工钢板；以及位于所述多个电工钢板之间的自粘接层，所述自粘接层包含5重量％至35重量％的无机物，所述层叠体的拉伸剪切强度为7.5N/mm2至20N/mm2。

Description

自粘接用电工钢板以及包含其的层叠体
技术领域
本发明的一个实施例涉及一种电工钢板层叠体。具体地，本发明的一个实施例涉及一种电工钢板层叠体。具体地，本发明的一个实施例涉及一种用于形成不使用焊接、夹固、联锁等传统的连接方法可以粘接(连接)电工钢板的形成有高分子粘接层的电工钢板层叠体。
背景技术
无取向电工钢板作为轧制板上的所有方向上磁特性均匀的钢板，广泛应用于马达、发电机的铁芯、电动机、小型变压器等。
电工钢板可分为两种形式，一是需要实施去应力退火(SRA)，以改善冲切加工后的磁特性，二是热处理导致的成本损失大于去应力退火所带来的磁特性效果时，省略去应力退火。
绝缘覆膜作为马达、发电机的铁芯、电动机、小型变压器等产品的收尾加工过程中涂布的覆膜，通常要求具有抑制产生涡流的电特性。除此之外，还要求具有连续冲切加工性、耐粘着性和表面附着性。连续冲切加工性是指冲切加工成预定的形状后层叠多个制成铁芯时抑制模具磨损的能力。耐粘着性是指去除钢板的加工应力使磁特性恢复的去应力退火过程后铁芯钢板之间不会附着的能力。
除了这些基本特性之外，还要求具有涂布液的优异的涂布操作性和调配后可长时间使用的溶液稳定性等。对于这种绝缘覆膜，只有使用焊接、夹固、联锁等别的连接方法才能制造电工钢板层叠体。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的一个实施例涉及一种电工钢板层叠体。具体地，本发明的一个实施例涉及一种用于形成不使用焊接、夹固、联锁等传统的连接方法可以粘接(连接)电工钢板的形成有高分子粘接层的电工钢板层叠体。
(二)技术方案
根据本发明的一个实施例的自粘接用电工钢板层叠体包括：电工钢板；以及自粘接层，其位于所述电工钢板之间，所述自粘接层包含5重量％至35重量％的无机物，所述层叠体的拉伸剪切强度为7.5N/mm2至20N/mm2。
所述自粘接用电工钢板满足以下式1。
[式1]
6.7≤A/B≤36.4
A为在电工钢板上形成自粘接层时的固化温度(℃)，
B为自粘接层中无机物的含量(重量％)。
所述固化温度可为180至250℃。
所述粘接层的厚度可以为1.9μm至5.4μm。
在本发明的一个实施例的自粘接用电工钢板层叠体包括：电工钢板；以及自粘接层，其位于所述电工钢板之间，所述自粘接层包含5重量％至35重量％的无机物。
所述层叠体满足以下式1。
[式1]
6.7≤A/B≤36.4
A为在电工钢板上形成自粘接层时的固化温度(℃)，
B为自粘接层中无机物的含量(重量％)。
所述层叠体的剥离强度可以为1.0N/mm至5.4N/mm。
所述层叠体的高温粘接强度(150℃以上)为1MPa至10MPa。
所述层叠体的拉伸剪切强度为7.5N/mm2至20N/mm2。
所述层叠体的再软化温度(结合强度保持在50％时的温度)为140℃以上。
所述层叠体的衰减比为0.015以上。
根据本发明的一个实施例的一种自粘接用电工钢板层叠体的制造方法，其包括：将粘接涂料组合物涂布于电工钢板后，热处理固化形成自粘接层的步骤；以及将所述形成有自粘接层的电工钢板层叠形成层叠体的步骤；所述粘接涂料组合物包含65重量％至95重量％的树脂和5重量％至35重量％的SiO2、TiO2和ZnO中的一种以上的无机纳米粒子，固化温度根据钢板的板温设定为180至250℃，涂布后至固化温度的升温速度设定为3℃/秒至50℃/秒，在180至250℃的保持温度下温度偏差调整为10℃以下。
(三)有益效果
根据本发明的一个实施例，不使用焊接、夹固、联锁等传统的连接方法可以粘接电工钢板，因此电工钢板层叠体的磁性更优异。
附图说明
图1是电工钢板层叠体的模式图。
图2是根据本发明的一个实施例的电工钢板层叠体的截面示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，以使本发明所属领域的普通技术人员容易实施本发明。然而，本发明能够以各种不同方式实施，并不限于本文所述的实施例。本发明仅由后述权利要求的范围限定。
本发明的一个实施例中提供一种表面具有自粘层的电工钢板。
可以将多个所述电工钢板层叠，通过热熔合制造电工钢板层叠体而无需其他过程。
更具体地，电工钢板层叠体包括多个电工钢板；位于多个电工钢板之间的自粘层。图1中示出根据本发明的一个实施例的电工钢板层叠体的模式图。如图1所示，具有多个电工钢板层叠的形式。
图2中示出根据本发明的一个实施例的电工钢板层叠体的截面示意图。如图2所示，根据本发明的一个实施例的电工钢板层叠体100，其包含：多个电工钢板10；以及位于多个电工钢板之间的自粘结层30。
根据本发明的一个实施例的电工钢板层叠体可以是如下的层叠体：不使用焊接、夹固、联锁等传统的方法，只使用前述的粘接涂料组合物形成自粘接层，从而使不同电工钢板热熔合。
此时，电工钢板层叠体具有热熔合后高温粘接性和高温耐油性优异的特性。
在下文中，将详细描述每个构成。
电工钢板10可以不受限制地使用一般的无取向电工钢板或取向电工钢板。在本发明的一个实施例中，通过在多个电工钢板10之间形成自粘接层30来制造电工钢板层叠体100是主要的技术特征，因此省略对电工钢板10的详细描述。
自粘接层30形成在多个电工钢板10之间，其粘接力很强，不使用焊接、夹固、联锁等传统的连接方法也足以粘接多张电工钢板10。
将形成有自粘接层的多个电工钢板10层叠并热熔合时，自粘接层中的树脂成分会热熔合，从而形成熔合层。
对于这种熔合层，除了作为主要成分的有机物以外，还含有少量的无机金属化合物。在熔合层中，无机物成分均匀地分散在有机物中而形成微相。
更具体地，根据本发明的一个实施例的电工钢板，其包括：电工钢板；以及位于所述多个电工钢板上的自粘接层，所述自粘接层包含5重量％至35重量％的无机物。
所述电工钢板可以是满足下式1的自粘接用电工钢板层叠体。
[式1]
6.7≤A/B≤36.4
A为在电工钢板上形成自粘接层时的固化温度(℃)，B为自粘接层中无机物的含量(重量％)。
所述固化温度与后期制作层叠体时热熔合过程中的温度有关。更具体地，为了将后段的热熔合温度保持在高温，需要将固化温度保持在高温。
热熔合步骤的高温条件可具有改善后续层叠体的高温特性的效果。
此外，另一种改善高温特性的方法是控制粘接层中无机物的含量。
当无机物含量增加时，可以改善高温性能，但会对与粘接力有关的因素产生不利影响。具体地，对剥离强度有负面影响。
必须适当调整所述两个因素，以满足高温性能和粘接性能，以便用作电动汽车电机的层叠体。
所述要素可以通过以下方法获得。将包含作为固体成分的65重量％至95重量％的树脂和5重量％至35重量％的SiO2、TiO2和ZnO中的一种以上的无机纳米粒子的粘接涂料组合物涂布于电工钢板后，热处理进行固化。固化温度根据钢板的板温(PMT:Peak MetalTemp.)设定为180至250℃，涂布后至固化温度的升温速度设定为3℃/秒至50℃/秒，在180至250℃的保持温度下温度偏差调整为10℃以下。
此时，钢板的温度偏差可能以钢板面积为2500mm2以上(50×50mm2)为准。
SiO2的平均粒径可以为10至30nm，TiO2的平均粒径可以为30至50nm，ZnO的平均粒径可以为70至100nm。
该树脂为环氧基树脂，重量平均分子量为8000至15000g/mol，玻璃化转变温度为70至90℃。
固化温度的保持时间可以为1秒以上。
固化温度
自粘接产品的固化温度为180至250℃。是考虑到涂布操作期间的抗粘性和现场可操作性的范围。
如果自粘接产品的固化温度低于180℃，在线涂布后的卷取卷材过程中，可能会出现粘接层相互粘合的现象。另一方面，如果固化温度高于250℃，则粘合层可能劣化或变硬，导致组装力变差的问题。
为了控制固化温度，可以控制添加到粘接剂溶液中的固化剂的量。基于总重量包含0.01至10重量％的固化剂时，可满足上述范围内的固化温度。此时使用的固化剂的种类可以是聚异氰酸酯(Polyisocyanate)、聚碳二亚胺(Polycarbodiimide)、氮丙啶(Aziridine)、三聚氰胺(Melamine)、脂环族胺(Cycloaliphatic amine)和芳香胺(Aromatic amine)。
自粘粘接性产品的固化温度是通过非接触式热电偶(Thermocouple)测量材料的板温(PMT:Peak Metal Temp.)。
涂布厚度
自粘接性产品的涂层厚度为1.9至5.4μm。当涂层厚度小于1.9μm时，粘合强度可能较差，并且可能在高频区域发生绝缘击穿。相反，如果涂层厚度太厚，则电机铁芯堆叠系数(Stacking factor)可能变差。
如果涂层厚度小于1.9μm，则在电机高速旋转时会发生片芯之间的绝缘击穿，导致电机效率降低。另外，涂层厚度大于5.4μm，涂层厚度过高，使得在电机铁芯组装过程中粘接层流出到侧面，导致降低电机铁芯的堆叠系数。
涂层厚度可以通过粘接溶液的物性(比重、粘度、固含量)来控制。当粘接溶液的比重为1.05至1.4、粘度(cps)为5至100或固体含量(重量％)为5至50时，可满足上述涂层厚度范围。
剥离强度
基于室温下的剥离强度(T-peel)的粘接层的剥离强度(T-peel)为1.0至5.4N/mm。这是考虑到在制造粘接芯后组装电机时的可操作性的范围。
如果以室温(25℃)为基准的剥离强度小于1.0N/mm，则在制造粘接芯时的组装力可能会变差。相反，如果剥离强度超过5.4N/mm，则剥离强度可能会太强，导致电机组装过程中的操作性变差。
剥离强度可以通过聚合物链类型和涂层厚度来控制。以100重量％的粘接溶液为基准，直链和支链聚合物链的比例为50至99重量％并且涂层厚度为1.0至10μm时，可以满足上述范围内的剥离强度。
剥离强度是根据ASTMD1876[试样尺寸200mm×25mm，在热熔合2片后通过通用测试系统(Universal Testing Systems)测量]测量的值。更具体地，剥离强度为2.6～5.4N/mm。
高温粘接强度(150℃以上)
高温粘合强度(150℃以上)以180℃为基准的剪切粘接强度为1至10MPa。这是考虑到制造粘接芯时考虑操作性的范围。
以180℃为基准，如果高温粘接强度(150℃以上)小于1MPa，则不仅制造粘接芯时的组装力变差，而且耐ATFATF(AutomaticTransmission Fluid，自动传动液)性也差。相反，当高温粘接强度超过10MPa时，制造接接芯时的可加工性可能劣化。这是因为为了高温粘接强度必须在高温下进行热熔接。
高温粘接强度可以通过聚合物链的种类和涂层的固化温度(Curing temp.)来控制。当以100重量％的粘接溶液基准，网络型或交联聚合物链的比例为50至99重量％、且固化温度为150至300℃时，可满足上述高温粘接强度的范围。
高温粘接强度是通过通用测试系统(Universal Testing Systems)测量的值。准备两个试样(0.27mmt厚度，100X25mm尺寸)，将试样两端重叠12.5mm、热熔合，以制备用于剪切粘接强度测量的样品。将制备的样品在150℃以上温度下保持1分钟后，根据ISO4587标准测得数值。
拉伸(Tensile)粘粘接强度
单个粘接层的拉伸粘接强度在室温下为7.5至20N/mm2。
如果产品的拉伸粘接强度基于室温小于7.5N/mm2，则在制造粘接芯时组装力可能较差。相反，如果拉伸强度超过20N/mm2，则由于拉伸强度过高，导致在制造粘接芯时可加工性差。
为了控制拉伸粘接强度，可以通过粘接芯的熔化温度来控制。制造接合芯时，热熔接温度在100℃至250℃范围时，可满足所述拉伸强度。此时所需的热熔合压力为1.0～5N/mm2。
拉伸强度用50mmX50mmX10mm的试样，并在上述的100℃至250℃的温度下热熔合后，在室温下通过万能测试系统测量。
再软化温度(结合强度保持在50％的温度)
再软化温度(结合强度保持在50％的温度)可以为140℃以上。更具体地，它可以是140至250℃。
如果再软化温度(结合强度保持在50％的温度)低于140℃，组装电机(插入磁铁和用清漆浸渍等)时，因组装强度的变差而导致电机的次品率增加。相反，当再软化温度超过250℃时，由于在制造接接芯时需要高热熔合温度，导致加工性的劣化。
再软化温度可以通过聚合物链的种类和涂层中包含的无机材料的含量来控制。当以100重量％的粘接溶液为基准网络或交联聚合物链的比例为50至99重量％、并且涂层中无机材料的含量为1至60重量％时，可满足上述范围内的再软化温度(粘结强度为50％保持温度)。
再软化温度(结合强度保持在50％的温度)表示为通用测试系统(UniversalTesting Systems)测量值保持在50％时的温度。即，在制备用于剪切粘接强度测量的样品后，将制备的样品在每个温度下保持1分钟，根据ISO4587标准测量的值在室温下测量值的50％时的温度。
粘接芯轴向振动阻尼比(damping ratio)
粘接芯轴向振动阻尼比(频率响应函数：通过频率响应函数(FRF、FrequencyResponse Function)计测量的振动阻尼比)可以是0.015以上。
具体地，可以是0.015至0.9。
如果接接芯的轴向方向的阻尼比小于0.015，则接合芯的刚度可能会增加，从而导致实际驱动电机时的噪音/振动较差。相反，如果轴向阻尼比超过0.9，则需要涂层厚度变厚，这会导致经济性粘接芯的堆叠系数变差。
粘接芯的轴向阻尼比可以通过聚合物链的种类和涂层的厚度来控制。
以100重量％的粘接溶液基准，直链和支链聚合物链的比例为50至99重量％并且涂层厚度为1.0至10.0μm时，可以满足上述粘接芯的轴向阻尼比范围.
粘接芯的轴向阻尼比用FRF自动测量系统测得的阻尼比值表示。
剪切(Shear)粘接强度
自粘接产品的剪切粘接强度为1.0MPa以上且30MPa以下。自粘接产品在180℃下的剪切粘接强度优选为4.8MPa以上且17MPa以下，以防止电机组装过程中因热冲击引起的组装缺陷。
如果剪切粘接强度太低，则在电机铁芯的制造过程中无法粘接到铁芯的侧面和槽部(Slot)，导致电机组装过程中的缺陷和电机的噪音/振动增加。相反，如果剪切粘接强度过高，则因粘接强度过高在模具中熔合时不易分离芯，导致生产率降低。
为了控制剪切粘接强度，可以通过包含在聚合物树脂中的无机材料的含量来控制。以总重量％为基准，当包含0.1至60重量％的无机材料时，可满足上述范围内的剪切粘接强度。此时使用的无机材料的种类是纳米级二氧化硅颗粒和金属磷酸盐中的单独物质或两种无机材料的混合物。
剪切粘接强度是通过通用测试系统(Universal Testing Systems)测定的值。准备两个试样(厚度0.27mmt，尺寸100X25mm)，试样两端重叠12.5mm，在一定条件下(温度220℃，压力3MPa，时间30分钟)熔合，按ISO 4587标准测量。
表面绝缘电阻
自粘接产品的表面绝缘电阻(Insulation resistance)为70至400Ω·mm2/lam.。如果为了确保高绝缘电阻而涂层厚度太厚时，则电机铁芯堆叠系数(Stacking factor)可能会变差。如果涂层厚度太薄，在高频区工作的驱动电机中，可能会出现单个芯之间的绝缘击穿现象，导致电机效率下降。
表面绝缘电阻可以通过涂布在自粘接产品一侧的涂层厚度和涂层中无机材料的含量来控制。涂布在一个表面上的涂层厚度为1.0至6.0μm时，可以满足上述范围内的表面绝缘电阻。此外，当涂层厚度限制在1.5至2.5μm时，以总重量％为基准，包含3至60重量％的无机物时，可满足上述范围内的表面绝缘电阻。
此时使用的无机材料的种类是纳米级二氧化硅颗粒和金属磷酸盐单独或者是两种无机材料的混合物。
表面绝缘电阻是用富兰克林绝缘测试仪(Franklin Insulation Tester)测量的电流值换算成的电阻值，公式为(Ri(绝缘电阻)＝645((1/I(电流mA))-1)Ω·mm2/lam.)。所述测试仪是在恒压恒电压条件下测量电工钢表面绝缘电阻的单板试验法装置(ASTMA717)，在0至1.000Amp电流范围，在恒压(20.4atm)下进行测量。
下面通过实施例进一步详细描述本发明。然而，下述实施例只是用于例示本发明，本发明不限于下述实施例。
实施例1
准备无取向电工钢板(50X50mm，0.35mmt)作为空白试样。使用棒涂机(BarCoater)和辊涂机(Roll Coater)将粘接剂涂布溶液以恒定厚度(约5.0μm)涂布到每个准备好的空白样品的上部和下部。以板温为基准在220℃固化20秒后，在空气中缓慢冷却，形成粘接涂层。此时以30℃/秒的升温速度升温至固化温度，在220℃的温度偏差控制在5℃以内。
将涂布有粘接涂层的电工钢板叠层至20mm的高度后，以0.1MPa的力加压，在120℃下热熔合10分钟。热熔合层的成分和热熔合电工钢板的各种特性整理在下表1至3中。
此时使用的涂布溶液的组成如下。所用无机物质的含量如下表所示进行调整和测试。所使用的粘接溶液的组分如下所示。实施例中使用的树脂为环氧基树脂，分子量为10000g/mol，玻璃化转变温度为80℃。此外，SiO2、TiO2和ZnO单独或两种以上组合使用为无机物，无机物纳米粒子的尺寸分别为SiO215nm、TiO240nm和ZnO 80nm。树脂和无机物的重量％是溶液中除去水或溶剂的固体成分的重量％。
【表1】
【表2】
＜综合评价＞
综合评价标准：以剥离强度X高温粘接强度X拉伸剪切强度为主要评价指标。
如表1和表2所示，可以确认与比较例1-3的自粘产品和粘接层相比，实施例1-6的自粘产品和粘接层同时满足剥离强度和高温粘合强度。
此外，由于实施例1-6的剪切和拉伸粘接强度高且固化温度高，因此综合评价均为“A”。
可以看出，比较例不满足两个以上的特性以应用于实际的电机产品。
实施例2
以与实验例1相同的方式进行，但涂布液的组成与实施例3相同，涂布液涂布时的固化温度、达到固化温度的升温速度和试样中的温度偏差如表3所示。
【表3】
【表4】
在实施例的情况下，可以确认所有特性都非常好。相反，在比较例4至8的情况下，可知有2个以上的特性不满足应用于实际的电机产品。
本发明能以各种不同方式实施，并不局限于上述的实施例，本发明所属技术领域的普通技术人员可以理解在不改变本发明的技术思想或必要特征的情况下能够通过其他具体方式实施本发明。因此，应该理解上述的实施例在所有方面都是示例性的，并不是限制性的。

Claims (7)

1.一种自粘接用电工钢板层叠体，其包括：
多个电工钢板；以及
位于所述多个电工钢板之间的自粘接层，
所述自粘接层包含5重量％至35重量％的无机物，
所述层叠体的拉伸剪切强度为7.5N/mm2至20N/mm2。
2.根据权利要求1所述的层叠体，其中，
所述层叠体满足以下式1，
[式1]
6.7≤A/B≤36.4
A为在电工钢板上形成自粘接层时的固化温度(℃)，
B为自粘接层中无机物的含量(重量％)。
3.根据权利要求1所述的层叠体，其中，
所述层叠体的高温粘接强度(150℃以上)为1MPa至10MPa。
4.根据权利要求1所述的层叠体，其中，
所述层叠体的剥离强度为1.0N/mm至5.4N/mm。
5.根据权利要求1所述的层叠体，其中，
所述层叠体的再软化温度(结合强度保持在50％时的温度)为140℃以上。
6.根据权利要求1所述的层叠体，其中，
所述层叠体的阻尼比为0.015以上。
7.一种自粘接用电工钢板层叠体的制造方法，其包括：
将粘接涂料组合物涂布于电工钢板后，热处理固化形成自粘接层的步骤；以及
将所述形成有自粘接层的电工钢板层叠形成层叠体的步骤；
所述粘接涂料组合物包含作为固体成分的65重量％至95重量％的树脂和5重量％至35重量％的SiO2、TiO2和ZnO中的一种以上的无机纳米粒子，
固化温度根据钢板的板温设定为180至250℃，涂布后至固化温度的升温速度设定为3℃/秒至50℃/秒，在180至250℃的保持温度下温度偏差调整为10℃以下。
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