JP7828017B2 - 接着樹脂組成物被覆電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
接着樹脂組成物被覆電磁鋼板およびその製造方法Info
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Description
(A)接着ブロッキング:保管期間中の接着樹脂組成物被膜表面間で接着樹脂の硬化反応が進行し、積層保管した鋼板間が接着接合する。
(B)接着能の低下:保管期間中に過度に接着樹脂組成物被膜の硬化が進行する。この結果、熱圧着させるために加熱しても接着樹脂が十分に軟化せず、被着体表面の凹凸に接着樹脂が侵入できないため、アンカー効果を発現できず、積層鋼板間の接着能が低下する。
前記接着樹脂組成物被膜が、少なくとも一部に熱硬化性樹脂を含む接着樹脂および硬化剤からなる接着樹脂組成物の半硬化物であり、
JIS K 7196:2012に記載の熱機械分析によって測定される、前記接着樹脂組成物被膜の100~300℃における最大針入度λが3%以上100%未満であり、
前記硬化剤の一部が、結晶状態で前記接着樹脂組成物被膜中に存在し、
前記接着樹脂組成物被膜の前記鋼板の表面と平行な断面における、結晶状態の硬化剤の面積率が、0.10~40%である、
接着樹脂組成物被覆電磁鋼板。
上記(1)に記載の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板。
上記(1)または(2)に記載の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板。
上記(1)から(3)までのいずれかに記載の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板。
上記(1)から(4)までのいずれかに記載の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板。
前記接着樹脂および前記硬化剤を含む液状の熱硬化性接着剤を前記鋼板の少なくとも片方の表面に塗布する塗布工程と、
前記熱硬化性接着剤が塗布された鋼板を加熱した後、冷却をして、前記鋼板の表面に接着樹脂組成物被膜を形成させる加熱乾燥固化工程と、を有し、
前記加熱乾燥固化工程における加熱温度が、100~250℃の温度範囲内の温度Tであり、
前記加熱乾燥固化工程における加熱時間が、下記(i)式を満足する、
接着樹脂組成物被覆電磁鋼板の製造方法。
0.8≦t/t0≦18.0 ・・・(i)
ただし、上記(i)式中の各記号の意味は以下のとおりである。
t:前記加熱乾燥固化工程における加熱時間
t0:前記温度Tで前記熱硬化性接着剤を乾燥した際に軟化開始温度が50℃の接着樹脂組成物被膜を形成するのに必要な時間
前記加熱乾燥固化工程における加熱温度が、100~190℃の温度範囲内の温度Tであり、
前記加熱乾燥固化工程における加熱時間が、下記(ii)式を満足する、
上記(6)に記載の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板の製造方法。
1.3≦t/t0≦15.0 ・・・(ii)
ただし、上記(ii)式中の各記号の意味は以下のとおりである。
t:前記加熱乾燥固化工程における加熱時間
t0:前記温度Tで前記熱硬化性接着剤を乾燥した際に軟化開始温度が50℃の接着樹脂組成物被膜を形成するのに必要な時間
上記(6)または(7)に記載の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板の製造方法。
上記(6)から(8)までのいずれか
に記載の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板の製造方法。
(制御指針)
本発明者らは、上記課題を解決するため、以下の検討を行った。
まず、接着樹脂組成物被覆電磁鋼板の保管中の接着樹脂組成物被膜内での緩慢硬化反応を素過程に分解すると、以下の3過程になる。
(a)硬化剤の溶解
(b)硬化剤の接着樹脂への拡散
(c)硬化剤の接着樹脂分子との衝突・反応
(b)の硬化剤の接着樹脂への拡散と、(c)の硬化剤の接着樹脂分子との衝突・反応を抑制して、接着樹脂組成物被膜内での緩慢硬化反応を抑止するには、各々、接着樹脂相分子の熱運動性抑制、室温での硬化反応の活性化エネルギーの増加が必要である。しかしながら、前者では接着樹脂の結晶化温度またはガラス転移温度(Tg)を高くしなければならない。この結果、熱圧着時にも硬化剤の拡散が遅くなり、より高温での熱圧着が必要になる。また、後者では多くの場合、同時に熱圧着時の接着樹脂組成物被膜の硬化反応速度も遅くなり、鉄心の生産性を損なう。
(a)の硬化剤の溶解は、硬化剤の状態変化で制御でき、かつ、硬化剤の結晶化および溶解の状態変化は熱力学的に可逆であるため、加熱乾燥固化時に適正に加熱・冷却すれば、加熱で仮に結晶が溶解しても、結晶を析出できる。かつ、結晶化した硬化剤は室温で溶解することなく安定して接着樹脂組成物被膜中に存在できる。したがって、電磁鋼板に被覆した接着樹脂組成物被膜中に硬化剤を結晶状態で一定量残留させれば、緩慢硬化反応を安定して抑制できる。加えて、溶解性は接着樹脂相分子の熱運動性と反応活性とは独立に制御できるので、熱圧着工程での短時間硬化のためにこれらに前述のような制御を加えても、保管時には安定して緩慢硬化反応を抑止できる。
本発明は、鋼板と鋼板の少なくとも片方の表面に接着樹脂組成物被膜を有する、接着樹脂組成物被覆電磁鋼板であって、接着樹脂組成物被膜が、少なくとも一部に熱硬化性樹脂を含む接着樹脂および硬化剤からなる接着樹脂組成物の半硬化物であり、JIS K 7196:2012に記載の熱機械分析によって測定される、接着樹脂組成物被膜の100~300℃における最大針入度λが3%以上100%未満であり、硬化剤の一部が、結晶状態で接着樹脂組成物被膜中に存在し、前記接着樹脂組成物被膜の前記鋼板の表面と平行な断面における、結晶状態の硬化剤の面積率が、0.10~40%である接着樹脂組成物被覆電磁鋼板(以下、「本発明の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板」と記載する場合がある。)に関するものである。
・接着能低下・接着ブロッキング防止:
一定量の硬化剤が、接着樹脂に溶解しにくい結晶状態で接着樹脂組成物被膜中に存在しているため、接着樹脂組成物被覆電磁鋼板の保管期間中に、硬化剤が接着樹脂に溶解することを抑制できる。この結果、硬化剤が、接着樹脂組成物被膜内、接着樹脂組成物被膜と鋼板の界面、および、コイル状に巻き取るなどして接着樹脂組成物被覆電磁鋼板を重ね合わせた場合の接着樹脂組成物被膜同士の界面で拡散移動することを抑制できる。これにより、保管中の接着樹脂組成物被膜内での緩慢硬化反応、接着樹脂組成物被膜-被着体間反応を抑止でき、接着能低下および接着ブロッキングを防止できる。
・熱圧着時の接着樹脂組成物被膜の短時間硬化:
保管中に結晶状態で残留している硬化剤を熱圧着時に溶解させることにより接着樹脂への拡散を促進し、短時間で接着樹脂組成物被膜の硬化が可能となる。さらに、結晶状態とすることで硬化剤の溶解を抑止して保管中の接着樹脂組成物被膜内での緩慢硬化反応を抑制している。そのため、反応活性化エネルギーを促進する触媒および/または促進剤との併用も可能で、これらを添加して、熱圧着時の接着樹脂組成物被膜の短時間硬化と、接着樹脂組成物被覆電磁鋼板の保管期間中の接着樹脂組成物被膜内での緩慢硬化反応抑止とを両立させてもよい。
なお、反応活性化エネルギーを促進する触媒および/または促進剤の使用は必須ではない。
本発明の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板における接着樹脂組成物被膜を除く鋼板(「電磁鋼板」と記載する場合がある。)は特に限定されるものではなく、公知の鋼板であれば適用可能である。
接着樹脂組成物被膜は、鋼板の少なくとも一方の表面に形成される層であり、接着樹脂および硬化剤からなる接着樹脂組成物の半硬化物である。熱硬化性の接着樹脂組成物の半硬化物からなる接着樹脂組成物被膜は、加熱加圧により接着能を発揮することができるものであるため、接着樹脂組成物被覆電磁鋼板を積層し、熱圧着させることで、接着樹脂組成物被覆電磁鋼板同士を接着させることができる。
接着樹脂組成物は、少なくとも一部に熱硬化性樹脂を含む接着樹脂と硬化剤とからなる。接着樹脂組成物被膜における接着樹脂組成物は、部分的に硬化が進行した半硬化状態である。
接着樹脂は、熱硬化性を発揮するため、少なくとも一部に熱硬化性樹脂を含む。上記の通り、接着樹脂組成物は、少なくとも一部に熱硬化性樹脂を含む接着樹脂と硬化剤とからなる。したがって、接着樹脂は、接着樹脂組成物から硬化剤(未反応な硬化剤)を除外した成分を指す。熱硬化性樹脂は、使用時に加熱により、場合によっては触媒の作用も加わり、3次元ポリマー架橋し、硬化する樹脂である。接着樹脂組成物被膜において、熱硬化性樹脂は、一部が硬化剤と架橋反応しており、残りは未反応の状態で存在している。
接着樹脂組成物に含まれる硬化剤は、熱硬化性樹脂に含有される官能基と反応して、3次元構造を形成し、接着樹脂組成物を硬化させる化合物であり、かつ、少なくとも一部が室温で結晶化する。すなわち、硬化剤の一部は結晶状態で接着樹脂組成物被膜中に存在している。本発明に使用する硬化剤は、室温で結晶化でき、接着樹脂組成物被膜において、その一部が結晶状態で存在できるものを含めばよく、室温で結晶化できる硬化剤のみを用いても、室温で結晶化できる硬化剤と室温で結晶化しない硬化剤とを併用してもよい。なお、接着樹脂組成物被膜中の硬化剤は、熱硬化性樹脂と反応していない未反応な硬化剤成分を指す。
接着樹脂組成物被膜を形成する接着樹脂組成物は、部分的に硬化が進行した半硬化物である。半硬化物とは、接着樹脂組成物の硬化が100%まで進行していない状態のものである。本発明において、半硬化状態であるかどうかについては、後述する最大針入度を指標として判断することとする。具体的には、JIS K 7196:2012に記載の熱機械分析によって測定される、最大針入度が、3%以上100%未満であれば、半硬化状態と判断する。
本発明の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板は、接着樹脂組成物被膜中に、結晶状態の硬化剤(硬化剤結晶)を一定量含む。接着樹脂組成物被膜中の硬化剤結晶の量は、接着樹脂組成物被膜の鋼板の表面と平行な断面における、結晶状態の硬化剤の面積率を指標とできる。本発明の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板においては、接着樹脂組成物被膜の鋼板の表面と平行な断面における、結晶状態の硬化剤の面積率(以下、「硬化剤結晶の面積率」と記載する場合がある。)が、0.10~40%である。なお、硬化剤結晶の面積率は、後述する方法で測定・定量化される。
硬化剤結晶の好ましい面積率は、0.50~30%である。0.50%以上とすることで、ほとんどの硬化剤が溶解・拡散することを抑制し、保管中の緩慢反応をさらに抑制することができる。30%以下とすることで、余剰な硬化剤による強度および靭性の低下をさらに防止することができる。より好ましくは、同様の理由で0.50~25%であり、さらに好ましくは0.70~20%である。
硬化剤結晶は、光学異方性を有するので、クロスニコルに配置した偏光フィルタを通して観察すると明るくなる。一方、接着樹脂は光学的に等方であるので、暗くなる。したがって、この差異を使用することによって、硬化剤結晶以外の接着樹脂を主とする接着樹脂相と硬化剤結晶とを分別できる。具体的には、鋼板を被覆している接着樹脂組成物被膜を鋼板表面と平行な断面で偏光顕微鏡により観察する。より具体的には、偏光顕微鏡としてオリンパス社製顕微鏡:BX53Mまたはニコン製LV150Nの正立顕微鏡を挙げることができる。
接着樹脂組成物被膜は、JIS K 7196:2012に準じて熱機械分析装置(TMA)の針入モードで測定した軟化開始温度Tssが50℃以上、かつ、100~300℃における最大針入度λが15%以上であることが好ましい。このような軟化開始温度および最大針入度λを満足する接着樹脂組成物被膜は、適度に硬化が進行した状態であり、以下の効果が得られる。
接着樹脂の未硬化時、すなわち硬化前の液状の熱硬化性接着剤に含まれる接着樹脂のガラス転移温度Tg(Tguc)、は30℃以上が好ましい。接着樹脂のTgucが30℃未満の場合、目的とする接着樹脂組成物被膜の軟化開始温度(軟化開始時のガラス転移温度、Tss)によっては、目的の軟化開始温度(例えば、50℃以上)の接着樹脂組成物被膜を形成させるために、鋼板に接着剤を塗布した後の加熱乾燥固化時に多量の入熱をし、熱硬化性の接着樹脂組成物を相当量の硬化をしなければならない。このためには、硬化剤の多くを加熱乾燥固化時の加熱で溶解して接着樹脂組成物被膜に拡散させる必要があり、一定量の硬化剤を結晶状態で接着樹脂組成物被膜内に残留させることが困難な場合がある。
熱硬化性樹脂を具体的に例示すると、エポキシ樹脂、熱硬化性アクリル樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂などの架橋型の樹脂などが挙げられ、本発明においては、これら樹脂を単独または2種以上を併用して使用できる。
エポキシ樹脂は、2個以上のエポキシ基を含有する樹脂であり、樹脂中に存在する2個以上のエポキシ基を適当な硬化剤によって架橋し3次元化させ硬化させることができる樹脂である。エポキシ基を含有する樹脂として、ビスフェノール系(ビスフェノールA型、ビスフェノールF型、ビスフェノールAD型)、ナフタレン系、カルド骨格などのエポキシ樹脂が挙げられる。
熱硬化性アクリル樹脂としては、アクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルと、水酸基、アミノ基、N-メチロール、N-アルコキシメチルカルボキサイド、アリル基、エポキシ基などの反応性官能基を有するアクリルモノマーとの共重合体などが挙げられる。具体的には、アクリル酸メチルあるいはメタクリル酸メチルと、アクリル酸、メタクリル酸、アクリルアミド、N-メチロールアクリルアミド、N-(メトキシメチル)アクリルアミド、アリルメタクリレート、アクリルグリシジルエーテル、グリシジルメタクリレートなどの反応性官能基を有するアクリルモノマー1以上との共重合体などが挙げられる。熱硬化性アクリル樹脂は、反応性官能基の自己反応性を利用して架橋したり、反応性官能基とアミン系などの硬化剤との反応により架橋し、硬化させたりすることができる。
ウレタン樹脂としては、多官能イソシアネート化合物と水酸基含有化合物の残基からなる樹脂が挙げられる。具体的にはトリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンイソシアネート、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート等の芳香族ポリイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、キシレンイソシアネートなどの脂肪族ポリイソシアネート、あるいはこの混合物と、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリアクリレートポリオール、ポリカーボネートポリオールなどの水酸基含有化合物の残基からなる樹脂が挙げられる。ウレタン樹脂は、イソシアネート系硬化剤またはポリオール系硬化剤などの硬化剤との反応により架橋し、硬化させることができる。
不飽和ポリエステル樹脂としては、無水マレイン酸、フマール酸、イタコン酸などの不飽和二塩基酸またはその一部を無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸などの飽和二塩基酸で置換した化合物とエチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコールなどの二価アルコールまたはその一部をグリセリン、ペンタエリストールなどの多価アルコールで置換した化合物との脱水縮合物が挙げられる。不飽和ポリエステル樹脂は、イソシアネート系硬化剤などの硬化剤との反応により架橋し、硬化させることができる。
フェノール樹脂として、樹脂中に2個以上のフェノール類(フェノール、クレゾールなど)を有する樹脂が挙げられる。例えば、フェノール類とホルムアルデヒド類またはアルデヒド類との残基からなる樹脂が挙げられる。具体的には、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、クレゾールナフトールホルムアルデヒド重縮合物、トリフェニルメタン型多官能フェニル樹脂などが挙げられる。また、フェノールアラルキル樹脂が挙げられる。また、メラミン樹脂としてアルキルエーテル化メラミン樹脂およびこの置換体などが挙げられる。さらに尿素樹脂として、エチレン尿素樹脂などが挙げられる。熱硬化性ポリイミド樹脂として、多価カルボン酸二無水物とジアミン化合物との残基からなる樹脂などが挙げられる。具体的にはマレイミド系重合体、ビスマレイミド系重合体、アミノビスマレイミド系重合体、ビスマレイミドトリアジン系重合体などの熱硬化性ポリイミド樹脂が挙げられる。これらの樹脂も、硬化剤との架橋反応により、硬化させることができる。
上記の熱硬化性樹脂の中でも、ガラス転移温度Tgucを30℃以上にできる選択肢が多く、高温での硬化反応が速く、硬化剤の分散状態が製造しやすい点から、熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、および不飽和ポリエステル樹脂からなる群から選択される1以上を含有することが好ましい。この中でも、経済性、汎用性、およびハンドリング性から、熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂を含有することが最も好ましい。
接着樹脂は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、および不飽和ポリエステル樹脂からなる群から選択される1以上である熱硬化性樹脂を含み、その合計の含有量(これらの熱硬化性樹脂の合計の質量/接着樹脂の質量(総量)×100(%))が50質量%以上であることが好ましい。これらの熱硬化性樹脂が50質量%未満の接着樹脂は、これらの熱硬化性樹脂の特性を十分に活用できない場合がある。この中でも、経済性、汎用性、およびハンドリング性から、エポキシ樹脂を50質量%以上含有する接着樹脂が最も好ましい。
硬化剤としては、具体的には、アミン系、アミド系、イミダゾール系、酸無水物系、フェノール系、触媒型などの硬化剤が挙げられる。本発明においては、例えば、以下の具体例から室温で結晶化する結晶性硬化剤を単独または2種類以上を併用して選択することなどが可能である。
アミン系硬化剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、脂肪族アミン、芳香族アミン、グアニジン化合物等が挙げられる。
脂肪族アミンとしては、以下に限定されるものではないが、例えば、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラアミン、テトラエチレンペンタミン、m-キシレンジアミン、トリメチルへキサメチレンジアミン、2-メチルペンタメチレンジアミン、イソフォロンジアミン、1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン、ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタン、ノルボルネンジアミン、1,2-ジアミノシクロヘキサン、ベンゾイルアミン、メチルシクロヘキシルアミン、ジアザビシクロウンデセン等が挙げられる。
芳香族アミンとしては、以下に限定されるものではないが、例えば、ジアミノジフェニルメタン、m-フェニレンジアミン、ジアミノジフェニルスルホン(DDS)、ジエチルトルエンジアミン、トリメチレンビス(4-アミノベンゾエート)、ポリテトラメチレンオキシド-ジ-p-アミノベンゾエート、メチルアニリン、ジメチルアニリン等が挙げられる。
グアニジン化合物としては、以下に限定されるものではないが、例えば、ジシアンジアミド(DICY、シアノグアニジン)およびその誘導体、メチルグアニジン、エチルグアニジン、プロピルグアニジン、ブチルグアニジン、ジメチルグアニジン、トリメチルグアニジン、フェニルグアニジン、ジフェニルグアニジン、トルイルグアニジン等が挙げられる。
アミド系硬化剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、アミン系硬化剤に酸無水物を付加させたもの、またはヒドラジド系化合物が挙げられる。
ヒドラジド系化合物としては、以下に限定されるものではないが、例えば、コハク酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、フタル酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジドテレフタル酸ジヒドラジド、p-オキシ安息香酸ヒドラジド、サリチル酸ヒドラジド、フェニルアミノプロピオン酸ヒドラジド、マレイン酸ジヒドラジド等が挙げられる。
イミダゾール系硬化剤としては、イミダゾールーイソシアヌル酸化合物、ジアミノ-6-[2-(2-メチル-1-イミダゾリル)エチル]-1,3,5-トリアジン(2MZ-AZINE)、1-シアノエチル-2-エチル-4-メチルイミダゾール(CEMI)、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-ウンデシルイミダゾール(C11Z)などが挙げられる。
酸無水物系硬化剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、無水マレイン酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸等が挙げられる。
フェノール系硬化剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、クレゾールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、ビフェニル変性フェノール樹脂、ビフェニル変性フェノールアラルキル樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、アミノトリアジン変性フェノール樹脂、ナフトールノボラック樹脂、ナフトール-フェノール共縮合ノボラック樹脂、ナフトール-クレゾール共縮合ノボラック樹脂、アリルアクリルフェノール樹脂等が挙げられる。
触媒型硬化剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、カチオン系熱硬化触媒、BF3-アミン錯体、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ-7-エン等が挙げられる。
本発明の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板の板厚は、例えば、0.10mm以上0.50mm以下とすることができる。なお、これは単に一般的に流通している公知の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板の板厚範囲であり、本発明はこの範囲外の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板にも適用可能なものである。
本発明の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板における接着樹脂組成物被膜の膜厚は、特に限定されないが、例えば、2~10μmとすることができる。2μm未満では、被着体の表面凹凸に十分に侵入できず、アンカー効果を発現しにくい。10μm超では、積層鉄心に占める接着樹脂組成物被膜の体積比が大きくなりすぎ、積層鉄心の磁気特性が低下する場合がある。
接着樹脂組成物被膜を好ましいものとし、良好なブロッキング抑止能と十分な接着能との両立を実現する接着樹脂組成物被覆電磁鋼板の製造方法を説明する。なお、本発明の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板の製造方法は、以下に説明する製造方法に限定されるものではない。
接着剤塗布工程は、接着樹脂および硬化剤を含む液状の熱硬化性接着剤を、鋼板の少なくとも片方の表面に塗布する工程である。
接着樹脂組成物被覆電磁鋼板の製造に用いることができる熱硬化性接着剤は、接着樹脂および硬化剤を含む液状物であり、形成しようとする接着樹脂組成物被膜(半硬化物)の組成に応じて、熱硬化性樹脂および硬化剤以外に、熱可塑性樹脂;コアシェルゴム、天然ゴムなどの衝撃改質剤;ジメチル尿素、3フッ化ホウ素、トリフェニルホスフィンなどの硬化促進剤;公知のエポキシ樹脂の改質剤;反応制御剤(触媒など);界面活性剤;防錆剤;潤滑剤;酸化防止剤;消泡剤;着色顔料などを含んでよい。
熱硬化性接着剤の具体的な塗布方法は、熱硬化性接着剤の性状に合わせて適宜選択され特に限定されない。例えば、ロールコータ法、グラビアコータ法、エアドクタコータ法、ブレードコータ法、ナイフコータ法、ロッドコータ法、キスコータ法、ビードコータ法、キャストコータ法、ロータリースクリーン法、液状の熱硬化性接着剤中に鋼板を浸漬しながらコーティングする浸漬コーティング方法、液状の熱硬化性接着剤を鋼板にオリフィスから落下させコーティングするスロットオリフィスコータ法などで行うことができる。
加熱乾燥固化工程は、熱硬化性接着剤が塗布された鋼板を加熱した後、冷却することで、鋼板の表面に接着樹脂組成物被膜を形成させる工程である。加熱により、鋼板表面に塗布された熱硬化性接着剤中の熱硬化性樹脂の一部と硬化剤の一部が反応し硬化することで、接着樹脂組成物の半硬化物が形成される。また、溶媒を含む熱硬化性接着剤を用いる場合には、加熱により、熱硬化性樹脂の一部と硬化剤の一部が反応するとともに熱硬化性接着剤中の溶媒が蒸発して、接着樹脂組成物の半硬化物が形成される。また、硬化剤の一部は、加熱時に溶解しなかったり、加熱後の冷却により再結晶化したりする。これにより、所定量の硬化剤が結晶状態で分散した接着樹脂組成物被膜が形成される。
加熱(焼き付け)方法は、公知の加熱乾燥(焼き付け)法を採用可能で、熱風乾燥、誘導加熱、赤外加熱、真空加熱などがある。
0.8≦t/t0≦18.0 ・・・(i)
ただし、上記(i)式中の各記号の意味は以下のとおりである。
t:加熱乾燥固化工程における加熱時間
t0:温度Tで熱硬化性接着剤を乾燥した際に軟化開始温度(Tss)が50℃の接着樹脂組成物被膜を形成するのに必要な時間
熱硬化性接着剤が塗布された鋼板を加熱した後の冷却方法は、公知の冷却方法を採用可能であり、空冷、水冷、ミスト、ラミナフロー冷却のいずれも併用可能で、一部を間欠利用することもできる。冷却速度は、1~600℃/分が好ましい。冷却速度が1℃/分未満では、冷却中に接着樹脂組成物の硬化反応が進行し、所定量の硬化剤結晶を残存させることが困難であったり、最大針入度λが15%未満の接着樹脂組成物被膜が形成されたりする場合がある。一方、冷却速度が600℃/分超では、冷却速度が部位によって不均一になり、鋼板と接着樹脂との線膨張率差から発生する熱応力が急冷された部位に集中し、鋼板の磁気特性が低下する場合がある。
さらに、硬化剤結晶の面積率を0.70~20%とし、耐接着ブロッキング性の確保および短時間硬化の達成を、より確実なものとするためには、接着樹脂のTgucを30℃以上とし、加熱乾燥固化工程における加熱温度を、100~190℃の温度範囲内の温度Tとするとともに、加熱時間を、使用する熱硬化性接着剤の種類に応じて、下記(ii)式を満足するように制御することが好ましい。
1.3≦t/t0≦15.0 ・・・(ii)
ただし、上記(ii)式中の各記号の意味は以下のとおりである。
t:加熱乾燥固化工程における加熱時間
t0:温度Tで熱硬化性接着剤を乾燥した際に軟化開始温度(Tss)が50℃の接着樹脂組成物被膜を形成するのに必要な時間
(接着樹脂組成物被覆電磁鋼板の保管法)
本発明の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板は、硬化剤が接着樹脂組成物被膜内に結晶状態で適正量残留しているので、厳格に温度、湿度を管理することなく、常温、常湿で保管できる。さらに、船で輸送しても、粘着ブロッキング、接着ブロッキングを防止でき、かつ、接着能が低下を抑制することができる。したがって、公知の鋼板保管法で、保管できる。具体的には、接着樹脂組成物被覆電磁鋼板をコイル状に巻き取る、または、切り板にして積層し、紙もしくは樹脂などで梱包、または梱包なしで常温、常湿で保管できる。より長期間保管する場合は、冷蔵庫または冷凍庫で低温保管することもできる。
本発明の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板は、鉄心の製造に利用できる。例えば、本発明の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板を打ち抜き・せん断加工し、積層した後、積層体を熱圧着して、鉄心を製造する。なお、鉄心は、接着コア、モーターコアなどとも呼ばれることもある。
公知の打ち抜き、せん断加工法で加工し、積層することが可能である。具体的には、コイル状に巻かれた接着樹脂被組成物覆電磁鋼板から接着樹脂組成物被覆電磁鋼板を金型内に連続的に送り出す。この際、接着樹脂組成物被覆電磁鋼板が金型内に装入される直前に加工油を噴霧塗布する。そして、金型内に接着樹脂組成物被覆電磁鋼板を送り出しながら所望の形状を順次複数回打ち抜き加工し、すべての所望の形状が加工された時点でせん断加工する。そして、せん断した接着樹脂組成物被覆電磁鋼板を金型内の受けに落とし込み、積層する方法などが挙げられる。
金型内で積層した接着樹脂組成物被覆電磁鋼板からなる鉄心を加圧しながら圧着することも、金型内から積層した接着樹脂組成物被覆電磁鋼板からなる鉄心を抜き出し、加熱装置に装入して加圧することも可能である。加熱には公知の加熱法を適用できる。具体的には、オーブンなど熱風の熱流を利用する熱風加熱、抵抗発熱を利用する電気抵抗加熱、誘導電力を利用した低周波・高周波誘導加熱、輻射熱を利用した近赤外・遠赤外などの赤外光加熱の方式などを採用することができる。中でも近赤外ヒーターによる加熱が、好ましい。近赤外ヒーターによる加熱は、ヒーターの応答速度が速く、かつ、高エネルギー密度で加熱でき、高速で鉄心を加熱できる。この結果、接着樹脂組成物被膜を構成する接着樹脂組成物の半硬化物の硬化をあまり進行させないで硬化温度まで鉄心を昇温することが比較的容易になる。
[鋼板]
板厚0.35mmの無方向性電磁鋼板を使用した。
[熱硬化性接着剤]
熱硬化性接着剤に使用した原料を表1に示す。また、接着樹脂組成物の配合を表2に示す。表2に示す数値は、エポキシ樹脂全体を100質量部とした場合の、各原料の配合量(質量部)である。
表2に示す組成で樹脂原料、添加剤、硬化剤、硬化促進剤を調合し、接着樹脂組成物とした。そして、接着樹脂組成物に液中の固形分濃度が40質量%になるように溶媒を加え、3時間、室温で配合液を攪拌混合し、熱硬化性接着剤を得た。なお、表3~5に示す熱硬化性接着剤の番号は、表2に示す接着樹脂組成物の番号に対応している。
熱硬化性接着剤をガラス板上にキャストした後、24時間デシケーターに装入して常圧乾燥した。その後、さらに室温で48時間真空乾燥し、溶媒を除去した。真空乾燥後、キャストフィルムをガラス板から回収し、示差走査型熱量計:DSC(日立ハイテクサイエンス社製)で5℃/分で加熱し、JIS K 7121:2012に準拠し、未硬化時のガラス転移温度Tg(中間点ガラス転移温度)を測定した。結果を表2に記載した。
<接着樹脂組成物被覆電磁鋼板の製造>
220×200mmの無方向性電磁鋼板の表面をアセトンで洗浄後、熱硬化性接着剤1を無方向性電磁鋼板の表面(200×200mm)にロールコーター(株式会社ファーネス社製)を使用して乾燥後の膜厚が4.5μmになるように塗布した。塗布後、140℃で2.5分乾燥し、溶媒を除去することで、接着樹脂組成物被膜を形成した。さらに、乾燥後、冷却水を鋼板表面に吹きつけ、室温まで冷却して接着樹脂組成物被覆電磁鋼板を得た。ここで、鋼板温度は、鋼板の表面の糊代部に熱電対を装着して測定した。
表3~5に示す熱硬化性接着剤および乾燥条件とした以外は、実施例1と同様にして接着樹脂組成物被覆電磁鋼板を得た。
正立顕微鏡(オリンパス社製顕微鏡:BX53M)に偏光フィルタ(オリンパス社製U-AN360-3)をクロスニコルにセットし、鋼板を被覆している接着樹脂組成物被膜の、鋼板表面と平行な断面を100~800倍で観察した。この際、倍率は硬化剤結晶像の識別のし易さに応じて、上記範囲内で適宜選択した。その後、カラー撮影し、RGB色調分割してG成分のみを抽出し、キーエンス社製VHX5000内画像処理ソフトを使用して2値化した。そうして、明るい相の面積率を求めた。当該操作を任意に選定した3検体で実行し、平均値を面積率とした。
乾燥直後の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板から試験片を切り出し、エポキシ樹脂包埋した。エポキシ樹脂が硬化したら、研磨して平滑な鋼板断面を得た。当該鋼板断面を顕微鏡で観察し、接着樹脂組成物被膜の厚みを測定した。さらに、7×7mmの試験片を切り出し、接着剤塗布面を上面にして熱機械分析装置(TMA、株式会社日立ハイテクサイエンス製)の針入モード用サンプル管にセットし、5℃/分で-50℃から300℃まで針入モードで加熱した。そして、TMAプローブ針の鋼板表面に被覆した接着樹脂組成物被膜への侵入長を測定した。当該データをもとに、Tssを求めた。また、当該データをもとに、針侵入長の最大値を求め、λを算出した。結果を表3~5に示す。
乾燥直後の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板50×50mmを2枚切り出し、接着面同士が40×50mm重なるように積層した。50℃で積層した鋼板を8MPaで30分間加圧した。除荷後、精密バネ秤を使用して接着面間の引張りせん断接着強さを測定し、以下の評価基準で評価した。接着組成物樹脂層間での粘着ブロッキングが大きいほど、当該引張りせん断接着強さが大きくなる。よって、耐粘着ブロッキング性を以下の評点で評価した(A>B>C>Dの順列で防止効果あり)。測定は、各々5回ずつ行った。
A:0.1kPa以下,B:0.1kPa超0.5kPa以下,C:0.5kPa超1kPa以下,D:1kPa超
乾燥直後の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板50×50mmを2枚切り出し、接着面同士が40×50mm重なるように積層した。積層した鋼板を8MPaで加圧しながら、板温が50℃になるようにセットしたオーブン(相対湿度90%)に12週間装入した。12週間後、当該積層鋼板をオーブンより取り出し、除荷した。除荷後、精密バネ秤を使用して接着面間の引張りせん断接着強さを測定した。保管中に接着組成物樹脂層間での接着ブロッキングが進行すると、当該引張りせん断接着強さが大きくなる。よって、耐接着ブロッキング性を以下の評点で評価した(A>B>C>Dの順列で防止効果あり)。測定は、各々5回ずつ行った。
A:0.1kPa以下,B:0.1kPa超0.5kPa以下,C:0.5kPa超1kPa以下,D:1kPa超
乾燥直後の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板100×25mmを2枚切り出し、接着面同士が25×25mm重なるように積層した。積層した鋼板を1MPaで加圧しながら、5℃/秒で200℃まで昇温し、1分間200℃で保持した。そして室温まで冷却して、JIS K 6850:1999に準拠して、保管前の引張りせん断接着強さを測定した(乾燥直後接着力)。さらに、50℃×12週間のオーブン(相対湿度90%)内で保管した接着樹脂組成物被覆電磁鋼板を使用して、同様の引張りせん断接着強さ試験を実施し、保管後の引張りせん断接着強さを測定した(保管後接着力)。測定は、各々5回ずつ行った。
A:10MPa以上,B:5MPa以上10MPa未満,C:1MPa以上5MPa未満,D:1MPa未満
表6に示す熱硬化性接着剤および乾燥条件とした以外は、実施例1と同様にして接着樹脂組成物被覆電磁鋼板を得た。
特開平11-162724号公報の実施例43に準じ、ビスフェノールA型エポキシ(三菱化学製エピコート828)を用い高分子量エポキシプレポリマー(Mn=6000)を作製した。次に、メタクリル酸、スチレン、エチルアクリレートからなるアクリル樹脂(質量比:174/87/29)を重合した。高分子量エポキシプレポリマー267部にアクリル樹脂200部を溶媒に溶解した後アミン系触媒(ジエチルアミノエタノール)を添加して105℃に3時間攪拌した。そして、30分間かけて脱イオン水を添加し、固形分25%のエマルジョンを得た。当該エマルジョンにエマルジョン中の樹脂量を100に対し、フェノール樹脂(ビスフェノールAレゾール型フェノール樹脂):5部、DICY:20部を添加し、エポキシエマルジョン接着剤(熱硬化性接着剤6)を得た。そして熱硬化性接着剤6をバーコーターで電磁鋼板表面に塗布し、当該公開特許公報の段落0057記載の板温範囲内の200℃で10分間乾燥し、冷却し、接着樹脂組成物被覆電磁鋼板を得た。
実施例1~14から、接着樹脂組成物の半硬化物からなり、硬化剤結晶の量を所定量に制御した接着樹脂組成物被膜を被覆した電磁鋼板は、高温湿潤環境下で長期間保管しても、粘着ブロッキング、接着ブロッキングを抑制し、かつ、熱圧着工程にて短時間で硬化し接着力を発現できる。
Claims (9)
- 鋼板と、前記鋼板の少なくとも片方の表面に接着樹脂組成物被膜を有する、接着樹脂組成物被覆電磁鋼板であって、
前記接着樹脂組成物被膜が、少なくとも一部に熱硬化性樹脂を含む接着樹脂および硬化剤からなる接着樹脂組成物の半硬化物であり、
JIS K 7196:2012に記載の熱機械分析によって測定される、前記接着樹脂組成物被膜の100~300℃における最大針入度λが3%以上100%未満であり、
前記硬化剤の一部が、結晶状態で前記接着樹脂組成物被膜中に存在し、
前記接着樹脂組成物被膜の前記鋼板の表面と平行な断面における、結晶状態の硬化剤の面積率が、0.10~40%である、
接着樹脂組成物被覆電磁鋼板。 - 前記結晶状態の硬化剤の面積率が、0.70~20%である、
請求項1に記載の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板。 - JIS K 7196:2012に記載の熱機械分析によって測定される、前記接着樹脂組成物被膜の軟化開始温度Tssが50℃以上、かつ、100~300℃における最大針入度λが15%以上である、
請求項1に記載の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板。 - 前記熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂および不飽和ポリエステル樹脂から選択される1種以上を含む、
請求項1に記載の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板。 - 前記硬化剤が、アミン系硬化剤、アミド系硬化剤およびイミダゾール系硬化剤から選択される1種以上を含む、
請求項1から請求項4までのいずれかに記載の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板。 - 請求項1から請求項4までのいずれかに記載の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板の製造方法であって、
前記接着樹脂および前記硬化剤を含む液状の熱硬化性接着剤を前記鋼板の少なくとも片方の表面に塗布する塗布工程と、
前記熱硬化性接着剤が塗布された鋼板を加熱した後、冷却をして、前記鋼板の表面に接着樹脂組成物被膜を形成させる加熱乾燥固化工程と、を有し、
前記加熱乾燥固化工程における加熱温度が、100~250℃の温度範囲内の温度Tであり、
前記加熱乾燥固化工程における加熱時間が、下記(i)式を満足する、
接着樹脂組成物被覆電磁鋼板の製造方法。
0.8≦t/t0≦18.0 ・・・(i)
ただし、上記(i)式中の各記号の意味は以下のとおりである。
t:前記加熱乾燥固化工程における加熱時間
t0:前記温度Tで前記熱硬化性接着剤を乾燥した際に軟化開始温度が50℃の接着樹脂組成物被膜を形成するのに必要な時間 - 前記接着樹脂のガラス転移温度Tgucが30℃以上であり、
前記加熱乾燥固化工程における加熱温度が、100~180℃の温度範囲内の温度Tであり、
前記加熱乾燥固化工程における加熱時間が、下記(ii)式を満足する、
請求項6に記載の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板の製造方法。
1.3≦t/t0≦15.0 ・・・(ii)
ただし、上記(ii)式中の各記号の意味は以下のとおりである。
t:前記加熱乾燥固化工程における加熱時間
t0:前記温度Tで前記熱硬化性接着剤を乾燥した際に軟化開始温度が50℃の接着樹脂組成物被膜を形成するのに必要な時間 - 前記接着樹脂が、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂および不飽和ポリエステル樹脂から選択される1種以上である熱硬化性樹脂を、前記接着樹脂の総量に対して、50質量%以上含有する、
請求項6に記載の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板の製造方法。 - 前記硬化剤が、アミン系硬化剤、アミド系硬化剤およびイミダゾール系硬化剤から選択される1種以上を含む、
請求項6に記載の接着樹脂組成物被覆電磁鋼板の製造方法。
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