CN116761715A - 电工钢板层叠体 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一个实施例提供电工钢板层叠体，其包括：多个电工钢板；以及位于所述多个电工钢板之间的高分子粘接层，所述高分子粘接层的涂覆厚度为1.8至5.4μm，所述粘接层的堆叠系数为95.8至98.5％，满足以下式1。[式1]172.4≤堆叠系数(％)×厚度(μm)≤531。

Description

电工钢板层叠体

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提供电工钢板层叠体，其包括：多个电工钢板；以及位于所述多个电工钢板之间的高分子熔合层，所述高分子熔合层的涂覆厚度为1.8至5.4μm，所述熔合层的堆叠系数为95.8至98.5％，满足以下式1。

[式1]

172.4≤堆叠系数(％)×厚度(μm)≤531

所述层叠体满足以下式2。

[式2]

40≤剪切粘接强度(MPa)×高温粘接强度(MPa)≤130

(高温粘接强度是根据ISO4587标准在150℃条件下测量的值。)

所述层叠体的剪切粘接强度为4.8MPa至17.9MPa。

所述层叠体的高温粘接强度为5MPa至7.2MPa。

所述层叠体内高分子粘接层的表面绝缘电阻为90至160Ω。

所述层叠体内高分子粘接层中的无机物含量为5至30重量％。

所述层叠体内高分子粘接层的耐粘接性温度为110至195℃。

所述层叠体的耐ATF温度为150至190℃。

所述层叠体的拉伸粘接强度为1.2至13N/mm²。

根据本发明一实施例的电工钢板层叠体的制造方法，包括将粘接涂料组合物涂布于电工钢板后，热处理固化在电工钢板上形成高分子粘接层的步骤；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70至95重量％的树脂和5至30重量％的SiO₂、TiO₂和ZnO中的一种以上的无机纳米粒子，涂布涂料组合物时，将辊涂机和钢板的压力调节为50至1500kgf。

(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，对本发明的优选的实施方式进行说明。但是，本发明的实施方式可以变更为其他各种方式，本发明的范围不会限定于以下说明的实施方式。并且，本发明的实施方式是为了向所属技术领域的普通技术人员进一步完整地说明本发明而提供的。应本着发明人可以适当地定义术语的概念以通过最佳的方法说明本发明的原则，解释为符合本发明的技术思想的含义和概念。因此，本说明书中记载的实施例和图中示出的结构仅仅是本发明的最优选的实施例，而并不代表本发明的所有技术思想，因此应理解为本申请可以包括可代替该实施例的各种等同物和变形例。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但是，本发明的权利范围并不限定于此，在不脱离权利要求书中记载的本发明的技术思想的范围内，可以进行各种修改及变形，这对于本技术领域的普通技术人员来说是显而易见的。

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电工钢板层叠体。

根据本发明一个实施例的电工钢板层叠体包括多个电工钢板；以及位于多个电工钢板之间的高分子粘接层。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高分子粘接层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高分子粘接层，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之间形成高分子粘接层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。

高分子粘接层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。

通过在表面上涂覆并固化粘接剂涂层组合物以形成粘接剂涂层，并层叠其热熔合形成高分子粘合剂层30。

将形成有粘接层的多个电工钢板10层叠并热熔合时，粘接层中的树脂成分会热熔合，从而形成高分子粘接层。

对于这种高分子粘接层，除了作为主要成分的有机物以外，还含有无机金属化合物。在高分子粘接层中，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层叠体，高分子粘接层的涂覆厚度为1.8至5.4μm，所述粘接层的堆叠系数为95.8至98.5％，满足以下式1。

[式1]

172.4≤堆叠系数(％)×厚度(μm)≤531.0

假设材料厚度相同，随着涂覆层厚度增加，通常堆叠系数减小，导致表面绝缘电阻增加。然而，由于堆叠系数的减小并不是随着涂层厚度线性变化，因此将其调整到最佳范围是当前市场需求的重要组成部分。更具体地，式1的值可以是390至450。

更具体地，所述层叠体满足以下式2。

[式2]

40≤剪切粘接强度(MPa)×高温粘接强度(MPa)≤130

(高温粘接强度是根据ISO4587标准在150℃条件下测量的值。)

剪切粘接强度和高温粘接强度是随着无机物含量和高分子组成具有难以同时提高的特性。剪切粘接强度随着粘接液中高分子树脂含量的增加和无机材料含量的减少而提高，而高温粘接强度随着粘接液中树脂含量的减少和无机物含量的增加而提高。然而，剪切粘接强度和高温粘接强度随着粘接溶液中的树脂和无机物含量，并不是呈线性反比关系，因此将其调整到最佳范围是当前市场需求的重要组成部分。通过调节这些看似矛盾的因素可以满足市场的需求。更具体地，式2的值可以是80至130。

如果能构成满足这些因素的层叠体，则可以获得能够满足当前电动汽车市场所需的所有各种特性的层叠体(芯)。

通过将粘接涂料组合物涂布于电工钢板后，热处理固化来可获得所述因素。在这里，粘接涂料组合物包含作为固体成分的70至95重量％的树脂和5至30重量％的SiO₂、TiO₂和ZnO中的一种以上的无机纳米粒子，将涂布涂料组合物时，将辊涂机和钢板的压力调节为50至1500kgf。

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℃。

在下文中，将详细描述每个因素。

涂布厚度

粘接性产品的涂层厚度为1.8至5.4μm。当涂层厚度小于1.8μm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。更具体地，可以是4.0至4.5μm。

更具体地，如果涂层厚度小于1.8μm，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。

通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR，Fourier Transform Infra-RedSpectroscopy)涂层厚度计测量涂层厚度。红外光谱是利用分子吸收与其固有频率相对应的频率的特性的分析方法，其原理是通过读取物质反射的红外线的被检测波长的光谱。

堆叠系数

基于0.27mmt的材料厚度，自粘接产品的堆叠系数(Stacking factor)为95.8至98.5％。该范围可以根据电机铁芯的组装强度、制造不良率、电机效率、绝缘击穿等进行调整。

当堆叠系数为95.8％以下时，由于较厚的涂层而电机效率被劣化，并且在电机铁芯的制造过程中可能出现粘接溶液泄漏的缺陷。另一方面，当堆叠系数为98.5％以上时，由于涂层厚度太薄，因此不仅组装强度较差，而且可能会出现单个芯之间的绝缘击穿现象。

堆叠系数可以通过调节形成在无取向电工钢板表面的涂层厚度来控制。

堆叠系数通过测量从电工钢板切下的条状样品的堆积系数以％表示。

[{压力：1N/(10.2kgf/cm²)}/{堆积系数(％)＝实际重量/计算重量(宽×长×密度×高)×100)}]。

剪切(Shear)粘接强度

自粘接产品的剪切粘接强度为4.8至17.9MPa以下。自粘接产品在180℃下的剪切粘接强度优选为14.9MPa以上且17.9MPa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。

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5以上且7.2MPa以下。

以180℃为基准，如果高温粘接强度(150℃以上)小于5MPa，则不仅制造粘接芯时的组装力变差，而且耐ATF(Automatic Transmission Fluid，自动传动液)性也差。相反，当高温粘接强度7.2MPa以上时，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。

表面绝缘电阻

自粘接产品的表面绝缘电阻(Insulation resistance)为90至160Ω·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。

如果表面绝缘电阻小于90Ω·mm²/lam.,则当电机高速旋转时，可能会发生单个铁芯之间的绝缘击穿，从而降低电机效率。另外，如果表面绝缘电阻为160Ω·mm²/lam.以上，则涂层的厚度变得过高，从而不仅会在电机铁芯的组装过程中出现缺陷，而且会导致电机铁芯的堆叠系数降低。

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1.8至5.4μm时，以总重量％为基准，包含5至30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。

耐粘接性温度

自粘产品的耐粘接(Anti-Sticky)性温度为110至195℃。

如果耐粘接(Anti-Sticky)性温度低于110℃，在卷取卷材过程中，粘接层可能会相互粘连，导致切割(Slitting)性、冲裁加工性和粘接铁芯形状质量变差，反之，如果耐粘接性温度超过195℃,制造粘接铁芯时，由于热熔合温度过高，而导致电机铁芯的生产率变差。

耐粘接温度可以通过粘接溶液的玻璃化转变温度(Tg)来控制。当玻璃化转变温度(Tg)为-50℃至100℃时，可满足上述范围内的耐粘接温度。

耐粘接(Anti-Sticky)性温度以，将0.27mmt材料以100mm×100mm×10mm层叠，在3MPa下加压30分钟后试样相互粘连的温度表示。

耐ATF(Automatic Transmission Fluid，自动传动液)温度

耐ATF性温度为150至190℃。可以考虑电机实际上是通过与ATF油直接/间接接触来冷却来，对其进行调整。

当耐ATF性温度低于150℃时，由于ATF油而电机铁芯的组装强度变差而导致电机的噪声/振动增加，并且导致效率降低。

相反，如果温度超过190℃，不仅ATF油变质，而且由于ATF的温度的安装在转子(Rotor)芯上的磁体(Magnetic)的温度升高而引起的退磁现象，电机效率可能会降低。

耐ATF性温度可以通过粘接溶液的玻璃化转变温度(Tg)来控制。当玻璃化转变温度(Tg)为-50℃至100℃时，可以满足上述范围内的ATF耐温度。

耐ATF温度可以表示为将粘接试样在180℃的ATF油中浸泡500小时后组装强度不下降的温度。试样根据ISO4587标准制造，并测量其组装强度。

拉伸(Tensile)粘粘接强度

单个粘接层的拉伸(Tensile)粘接强度在室温下为1.2以上13N/mm²以下。

如果产品的拉伸粘接强度基于室温小于1.2N/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13N/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。

冲裁性

自粘产品的冲裁性(Punchability)可以为300万次以上且500万次以下。

如果冲裁性(Punchability)小于300万次，则制造模具的单位成本将会增加；相反，如果冲裁性为500万次以上，由于模具的磨损增加而诱发电机铁芯毛刺(Bur)高度增加，从而导致电机铁芯形状不良。

冲裁性可以通过自粘产品的涂层厚度和涂层中的无机物含量来控制。

使用0.27mmt自粘性产品，用电工钢板专用模具机评价冲裁性。冲裁性评价条件为8％间隙、350SPM(Spot Per Minute，点每分钟)，操作每天8小时、。

固化温度

自粘接产品的固化温度为100以上且300℃以下。考虑到涂布操作期间的抗粘性和现场可操作性的范围，优选为150以上且250℃以下。

如果自粘接产品的固化温度低于100℃，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。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.)。

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。

【实验例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。涂布时，将辊涂机和钢板的压力调节为1000kgf。

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】

在比较例2和比较例3的情况下，尽管由于无机材料含量高而导致涂层厚度薄，但堆叠系数低。此外，由于高无机含量和低涂层厚度，剪切和高温粘接强度较差，并且冲裁性也较差。

另外，比较例4的涂层厚度过厚，堆叠系数差，且高温粘接强度和耐粘接温度高，因此被判断为不适合作为本发明使用。

另外，在比较例1的情况下，尽管涂层厚度和堆叠系数在优选范围内，但不满足[式1]的堆叠系数(％)×厚度(μm)，并且高温粘接强度较差，表面绝缘电阻较差，拉伸强度也表现出较差的特性。

由此可知涂层厚度和堆叠系数不是各自独立被控制的因素、随着涂层厚度的堆叠系数的减小不是线性变化。因此可以知道，只有当满足[式1]的关系的时候才能获得优异的层叠提。

＜综合评价＞

(综合评价主要标准：剪切(Shear)粘接强度×高温粘接强度×表面绝缘电阻×涂层厚度×堆叠系数)

如表1和2所示，与与比较例相关的自粘接产品和粘接层相比，实施例1至4相关的自粘接产品和粘接层具有剪切粘接强度和拉伸粘接强度高、高温粘接强度和电阻都满足适当的范围，所以综合评价都为“A”。

在比较例1至4的情况下，不满足使用于实际电机产品的两个以上的特性，如剪切粘接强度、高温粘接强度、表面绝缘电阻、涂层厚度和堆叠系数中的两个以上特性。所以，综合评价为“B”。

【实验例2】

以与实验例1中相同的方式进行，但是使用如下表3所示的但涂布液的组成，并且如下表3所示调整涂布溶液施加过程中的辊涂机和钢板的压力。

【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5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。如剪切粘接强度、高温粘接强度、表面绝缘电阻、涂层厚度和堆叠系数中的两个以上特性。所以，综合评价为“B”较差。

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 (10)

1.一种电工钢板层叠体，其包括：

多个电工钢板；以及

位于所述多个电工钢板之间的高分子粘接层，

所述高分子粘接层的涂覆厚度为1.8至5.4μm，

所述粘接层的堆叠系数为95.8至98.5％，

满足以下式1，

[式1]

172.4≤堆叠系数(％)×厚度(μm)≤531。

2.根据权利要求1所述的电工钢板层叠体，其中，

所述层叠体满足以下式2，

[式2]

40≤剪切粘接强度(MPa)×高温粘接强度(MPa)≤130

其中，高温粘接强度是根据ISO4587标准在150℃条件下测量的值。

3.根据权利要求1所述的电工钢板层叠体，其中，

所述层叠体的剪切粘接强度为4.8MPa至17.9MPa。

4.根据权利要求1所述的电工钢板层叠体，其中，

所述层叠体的高温粘接强度为5MPa至7.2MPa。

5.根据权利要求1所述的电工钢板层叠体，其中，

所述层叠体内高分子粘接层的表面绝缘电阻为90至160Ω。

6.根据权利要求1所述的电工钢板层叠体，其中，

所述层叠体内高分子粘接层中的无机物含量为5至30重量％。

7.根据权利要求1所述的电工钢板层叠体，其中，

所述层叠体内高分子粘接层的耐粘接性温度为110至195℃。

8.根据权利要求1所述的电工钢板层叠体，其中，

所述层叠体的耐ATF温度为150至190℃。

9.根据权利要求1所述的电工钢板层叠体，其中，

所述层叠体的拉伸粘接强度为1.2至13N/mm²。

10.一种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，热处理固化在电工钢板上形成高分子粘接层的步骤；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70至95重量％的树脂和5至30重量％的SiO₂、TiO₂和ZnO中的一种以上的无机纳米粒子，

涂布涂料组合物时，将辊涂机和钢板的压力调节为50至1500kgf。