KR102597511B1 - 적층 철심 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 접착층을 포함하는 전기강판 스트립을 준비하는 단계; 상기 스트립에 실란 커플링제와 경화제 및 용매를 포함하는 융착 촉진제를 도포하는 단계; 상기 스트립으로부터 금속 부품을 제조하는 단계; 및 상기 금속 부품을 적층하여 가압 접착하는 단계; 를 포함하는 전기강판 적층체의 제조방법에 관한 것이다.

Description

적층 철심 및 이의 제조방법 {Laminated core and manufacturing method thereof}
본 개시는 적층 철심 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 본딩층이 형성된 전기강판을 이용한 적층 철심 제조방법에 관한 것이다.
무방향성 전기강판은 압연판 상의 모든 방향으로 자기적 특성이 균일한 강판으로 모터, 발전기의 철심, 전동기, 소형변압기 등에 널리 사용되고 있다.
전기강판은 타발 가공 후 자기적 특성의 향상을 위해 응력제거 소둔(SRA)을 실시하여야 하는 것과 응력제거 소둔에 의한 자기적 특성 효과보다 열처리에 따른 경비 손실이 클 경우 응력제거 소둔을 생략하는 두 가지 형태로 구분될 수 있다.
절연피막은 모터, 발전기의 철심, 전동기, 소형변압기 등 적층체의 마무리 제조공정에서 코팅되는 피막으로서 통상 와전류의 발생을 억제시키는 전기적 특성이 요구된다. 이외에도 연속타발 가공성, 내 점착성 및 표면 밀착성 등이 요구된다. 연속타발 가공성이란, 소정의 형상으로 타발가공 후 다수를 적층하여 철심으로 만들 때, 금형의 마모를 억제하는 능력을 의미한다. 내 점착성이란 강판의 가공응력을 제거하여 자기적 특성을 회복시키는 응력제거 소둔 과정 후 철심강판간 밀착하지 않는 능력을 의미한다.
이러한 기본적인 특성 외에 코팅용액의 우수한 도포 작업성과 배합 후 장시간 사용 가능한 용액 안정성 등도 요구된다. 이러한 절연피막은 용접, 크램핑, 인터락킹 등 별도의 체결방법을 사용하여야 전기강판 적층체로 제조가 가능하다.
본 개시는 전기강판을 이용하여 적층 철심을 제조하는 방법을 제공하고자 한다. 구체적으로 본 개시는 접착 코팅층이 형성된 전기강판을 이용하여 제조된 적층 철심의 접착 특성이 향상되는 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 개시는 본딩 제품을 금형에 의해 타발하기 전에 강판 표면에 융착 촉진제를 도포하여 금형내 또는 금형외에서 가압 및 가열을 최소화하여 본딩코어 제조 생산성을 향상시키고자 한다.
본 발명 일 구현예에 따른 전기강판 적층체의 제조방법은 접착층을 포함하는 전기강판 스트립을 준비하는 단계; 상기 스트립에 실란 커플링제와 경화제 및 용매를 포함하는 융착 촉진제를 도포하는 단계; 상기 스트립으로부터 금속 부품을 제조하는 단계; 및 상기 금속 부품을 적층하여 가압 접착하는 단계; 를 포함한다.
상기 융착 촉진제 중의 용매는 비극성 용매로서, 상기 비극성 용매의 용해도 폴라리티 인덱스가 3이상 10 이하인 알코올계 용매, 에테르계 용매 및 케톤계 용매로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상이다.
상기 융착 촉진제 중의 용매는 비점 (boiling point)이 50 내지 200℃이다.
상기 융착 촉진제 중의 용매는 iso-부탄올, N-부탄올, tert-부탄올, 부틸 에톡시에탄올, 2-(2-메톡시에톡시)에탄올, 2-(2-에톡시에톡시)에탄올, 2-(2-프로폭시에톡시)에탄올, 2-(2-부톡시에톡시)에탄올, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 이소포론, 사이클로헥사논, 및 아세톤으로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상이다.
상기 융착 촉진제 중의 실란 커플링제는 에폭시계 실란, 비닐계 실란, 및 아미노계 실란으로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상이다.
상기 융착 촉진제 중의 경화제는 폴리카르보디이미드(Polycarbodiimide), 아지리딘(Aziridine), 시클로지방족아민(Cycloaliphatic amine), 폴리이소시아네이트(Polyisocyanate), 멜라민(Melamine), 및 방향족 아민(Aromatic amine)으로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상이다.
상기 융착 촉진제는 융착 촉진제 전체 중량에 대하여 용매 79 내지 99 중량%, 실란 커플링제 0.01 내지 10중량%, 경화제 0.1 내지 20중량%를 포함하는 것이다.
상기 스트립에 실란 커플링제와 경화제 및 용매를 포함하는 융착 촉진제를 도포하는 단계;는 상기 스트립에 융착 촉진제를 분사하는 단계; 및 융착 촉진제 분사 후 건조하는 단계;를 포함하는 것이다.
상기 융착 촉진제 분사 후 건조하는 단계;는 건조 온도가 50℃ 이하이다.
상기 금속 부품을 적층하여 가압 접착하는 단계;는, 상기 금속 부품을 금형 내에 적층하는 단계; 상기 적층된 금속 부품을 가압하여 가열하여 접착하는 단계; 를 포함한다.
상기 적층된 금속 부품을 가압하여 가열하여 접착하는 단계;에서, 가열 온도가 120℃ 이하이다.
본 발명 일 구현예에 따른 전기강판 적층체는 전기강판 스트립이 적층되어 있고, 적층면에 융착 촉진제를 포함하며, 상기 융착 촉진제는 실란 커플링제 및 경화제를 포함한다.
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본 개시 일 구현예의 제조방법에 따르면 접착 특성이 향상된 적층 철심을 수득할 수 있다.
또한, 본 개시 일 구현예의 제조방법에 따르면, 저온에서 융착하여도 우수한 접착 특성을 나타내는 적층 철심을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명 일 구현예의 융착 촉진제를 도포하는 전기강판 적층체 제조방법 모식도 이다.
도 2는 본 발명 일 구현예에서 사용되는 비극성 용매의 폴라리티 인덱스의 기준이 되는 표를 도시한 것이다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
이하, 본 발명의 본딩 강판은 2개 이상의 전기강판을 적층하여 그 면을 접착시킬 수 있는 강판으로, 그 용도에 대하여 특별히 제한하지 않으나, 예컨대, 셀프본딩용 본딩 강판일 수 있다.
본 개시 일 구현예의 전기강판 적층체의 제조방법은, 접착층을 포함하는 전기강판 스트립을 준비하는 단계; 상기 스트립에 실란 커플링제와 경화제 및 용매를 포함하는 융착 촉진제를 도포하는 단계; 상기 스트립으로부터 금속 부품을 제조하는 단계; 및 상기 금속 부품을 적층하여 가압 접착하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 융착 촉진제 중의 용매는 비극성 용매로서, 상기 비극성 용매는 알코올계 용매, 에테르계 용매 및 케톤계 용매로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 융착 촉진제 중의 용매는 폴라리티 인덱스 (polarity index)는 3 이상 10 이하일 수 있다.
본 개시의 폴라리티 인덱스는 스나이더의 논문을 기초로 한다(Snyder's paper was published in Journal of Chromatography A, Volume 92, Issue 2, 22 May 1974, Pages 223-230).
상기 융착 촉진제 중의 용매는 비점 (boiling point)이 50 내지 250℃일 수 있다.
상기 융착 촉진제 중의 용매는 iso-부탄올, N-부탄올, tert-부탄올, 부틸 에톡시에탄올, 2-(2-메톡시에톡시)에탄올, 2-(2-에톡시에톡시)에탄올, 2-(2-프로폭시에톡시)에탄올, 2-(2-부톡시에톡시)에탄올, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 이소포론, 사이클로헥사논, 및 아세톤으로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 융착 촉진제 중의 실란 커플링제는 에폭시계 실란 커플링제, 비닐계 실란 커플링제, 및 아미노계 실란 커플링제으로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 에폭시계 실란 커플링제는 3-Glycidoxypropyl trimethoxysilane, 2-(3,4 epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 3-Glycidoxypropyl methyldimethoxysilane, 3-Glycidoxypropyl methyldiethoxysilane, 3-Glycidoxypropyl triethoxysilane 비닐계 실란 커플링제는 Vinyltrimethoxysilane, Vinyltriethoxysilane, 아미노계 실란 커플링제는 3-Aminopropyltriethoxysilane, 3-Aminopropyltriethoxysilane, 3-Triethoxysilyl-N-(1,3 dimethyl-
butylidene) propylamine, N-2-(Aminoethyl)-3-aminopropyl methyldimethoxysilane, N-2-(Aminoethyl)-3-aminopropyl trimethoxysilane일 수 있다.
상기 융착 촉진제 중의 경화제는 폴리카르보디이미드(Polycarbodiimide), 아지리딘(Aziridine), 시클로지방족아민(Cycloaliphatic amine), 폴리이소시아네이트(Polyisocyanate), 멜라민(Melamine), 및 방향족 아민(Aromatic amine)으로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 융착 촉진제는 융착 촉진제 전체 중량에 대하여 용매 79 내지 99 중량%, 실란 커플링제 0.01 내지 10중량%, 경화제 0.1 내지 20중량%를 포함하는 것 일 수 있다.
상기 스트립에 실란 커플링제와 경화제 및 용매를 포함하는 융착 촉진제를 도포하는 단계;는 상기 스트립에 융착 촉진제를 분사하는 단계; 및 융착 촉진제 분사 후 건조하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 융착 촉진제 분사 후 건조하는 단계;는 건조 온도가 50℃ 이하일 수 있다.
상기 금속 부품을 적층하여 가압 접착하는 단계;는, 상기 금속 부품을 금형 내에 적층하는 단계; 상기 적층된 금속 부품을 가압하여 가열하여 접착하는 단계; 를 포함할 수 있다.
상기 적층된 금속 부품을 가압하여 가열하여 접착하는 단계;에서, 가열 온도가 120℃ 이하일 수 있다.
기존 본딩 강판을 이용하여 본딩코어 제품을 제조하는 방법은, 금형을 이용하여 낱장으로 코어를 타발하여 적층하고, 고온 고압 조건으로 열융착 하는 단계를 포함하였다. 이때, 타발하기 전에 본딩 강판 표면에 상기 기술된 본 발명 일 구현예의 융착 촉진제를 도포하면, 기존 방법에 비하여 낮은 온도 및 낮은 압력에서 본딩코어를 생산할 수 있어, 본딩코어 제조의 생산성 및 경제성이 획기적으로 향상될 수 있다.
본 발명 일 구현예에 따른 방법에 의하면, 전기강판 스트립이 적층되어 있고, 적층면에 융착 촉진제를 포함하며, 상기 융착 촉진제는 실란 커플링제 및 경화제를 포함하여 전단접착강도(Shear Strength) 및 고온 접착 강도가 우수한 전기강판 적층체를 제공할 수 있다.
상기 적층체에 적용되는 융착 촉진제의 상세한 설명은 상기 제조방법 설명으로 갈음한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
본 발명에 따른 융착 촉진제 첨가 여부에 따른 효과를 비교하기 위하여 실험을 진행하였다.
접착 코팅층이 구비된 전기강판 시편
무방향성 전기강판(100 X 25 mm, 0.35mmt)을 준비하였다. 에폭시 수지와 무기물 나노입자로 구성된 접착 코팅 용액을 Bar Coater 및 Roll Coater 이용하여 각 준비된 전기강판 시편 일면 또는 양면에 약 3.0㎛로 도포하여 판온기준 200 내지 250℃에서 20초간 경화한 후 공기 중에서 천천히 냉각시켜, 접착 코팅층이 형성된 시편을 준비하였다.
제조 예
본 발명에 따른 융착 촉진제로서 하기 표 1과 같은 조성을 가지는 융착 촉진제를 준비하였다. 상기 전기강판의 접착 코팅층 위에 융착 촉진제를 Spray 또는 헝겊에 의해 전체 표면에 미소량 도포하였다. 이후, 융착 촉진제가 도포된 접착 코팅층이 구비된 전기강판 시편을 본딩층이 도포된 면끼리 서로 겹쳐 적층한 후, 50 ~1000 Kgf의 힘으로 가압하여 온도 50 내지 150℃에서, 0.1 ~ 10분 동안 열융착하였다.
용매 (중량%) 실란 커플링제 (중량%) 경화제 (중량%)
97 2 1
39 48 10 (3-Aminopropyltriethoxysilane) (Aziridine)
BC (Butyl cellosolve**) MIBK (Methyl Iso Butyl Ketone) Acetone
**Butyl cellosolve : 부틸 에톡시에탄올 (Butyl ethoxy ethanol)열융착 후 열융착 온도별 shear strength, 고온 인장강도를 측정하여 하기 표 3에 작성하였다.
**shear strength 측정법 : 만능재료 시험기(Universal Testing Systems)를 사용하여 측정한 값으로 하였다. 시편 두 장을 준비하여 시편의 양 끝단부 12.5mm를 겹친 후 일정 조건하에서 융착한 후 ISO 4587 규격에 의해 측정한 값이다.
** 고온 접착 강도 측정법 : 고온 접착 강도는 만능재료 시험기(Universal Testing Systems)를 사용하여 측정한 값으로 하였다. 시편 두 장을 준비하여 시편의 양 끝단부 12.5mm를 겹쳐 열융착하여 전단 접착 강도 측정용 Sample을 준비한후 준비된 Sample을 150℃이상에서 1분간 유지후 ISO 4587 규격에 의해 측정한 값이다.
비교예 1
비교예 1로는 촉진제를 적용하지 않는 경우로 접착 코팅층이 구비된 시편을 본딩층이 도포된 면끼리 서로 겹쳐 적층한 후, 50 Kgf의 힘으로 가압하여 온도별 1분 동안 열융착하였다.
비교예 2
비교예 2는 polarity index가 낮은 Solvent인 Toluene, Xylene을 각각 50: 50로 제조한 촉진제를 제조하여 준비된 시편 표면에 소량 도포후 실시예와 동일한 방법으로 열융착 하였다. 비교예는 용매를 Toluene, Xylene으로 사용한 것을 제외하고는 실시예와 같은 조성으로 실란 커플링제와 경화제를 혼합하여 사용하였다.
성분 성분 Wt%
비교예 1 촉진제 미 사용
비교예 2 Toluene, Xylene Toluene/Xylene = 1/1
구분 융착 온도 (℃) Shear strength
(MPa)		 고온 접착 강도
(MPa)
제조예 50 2.1 0.5
100 6.2 2.1
150 4.8 1.3
비교예 1 50 - -
100 - -
150 0.5 -
비교예 2 50 - -
100 - -
150 1.2 -
상기 결과 제조예의 융착체가 전단접착력 (Shear strength) 및 고온 접착 강도가 비교예보다 월등하게 우수한 것을 확인할 수 있었다.비교예 1, 2의 측정되지 않은 값은 전단접착력 또는 고온접착력이 너무 낮아 기계적 측정 방식으로 측정될 수 없음을 의미한다.
결국, 촉진제를 사용하지 않거나, 촉진제를 사용하더라도 용매가 적절하지 않은 촉진제를 사용하는 경우에는 접착력이 우수한 적층체를 제공할 수 없다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (14)

  1. 접착층을 포함하는 전기강판 스트립을 준비하는 단계;
    상기 스트립에 실란 커플링제와 경화제 및 용매를 포함하는 융착 촉진제를 도포하는 단계;
    상기 스트립으로부터 금속 부품을 제조하는 단계; 및
    상기 금속 부품을 적층하여 가압 접착하는 단계;
    를 포함하는 것이고,
    상기 금속 부품을 적층하여 가압 접착하는 단계;는,
    상기 금속 부품을 금형 내에 적층하는 단계;
    상기 적층된 금속 부품을 가압하여 가열하여 접착하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 적층된 금속 부품을 가압하여 가열하여 접착하는 단계;에서,
    가열 온도가 120℃ 이하이고,
    상기 융착 촉진제는 융착 촉진제 전체 중량에 대하여 용매 79 내지 99 중량%, 실란 커플링제 0.01 내지 10중량%, 경화제 0.1 내지 20중량%를 포함하는 전기강판 적층체의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 융착 촉진제 중의 용매의 용해도 폴라리티 인덱스가 3이상 10 이하인 알코올계 용매, 에테르계 용매 및 케톤계 용매로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상인, 전기강판 적층체의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 융착 촉진제 중의 용매는 비점 (boiling point)이 50 내지 200℃인, 전기강판 적층체의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 융착 촉진제 중의 용매는 iso-부탄올, N-부탄올, tert-부탄올, 부틸 에톡시에탄올, 2-(2-메톡시에톡시)에탄올, 2-(2-에톡시에톡시)에탄올, 2-(2-프로폭시에톡시)에탄올, 2-(2-부톡시에톡시)에탄올, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 이소포론, 사이클로헥사논, 및 아세톤으로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상인, 전기강판 적층체의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 융착 촉진제 중의 실란 커플링제는 에폭시계 실란, 비닐계 실란, 및 아미노계 실란으로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상인, 전기강판 적층체의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 융착 촉진제 중의 경화제는 폴리카르보디이미드(Polycarbodiimide), 아지리딘(Aziridine), 시클로지방족아민(Cycloaliphatic amine), 폴리이소시아네이트(Polyisocyanate), 멜라민(Melamine), 및 방향족 아민(Aromatic amine)으로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상인, 전기강판 적층체의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스트립에 실란 커플링제와 경화제 및 용매를 포함하는 융착 촉진제를 도포하는 단계;는
    상기 스트립에 융착 촉진제를 분사하는 단계; 및
    융착 촉진제 분사 후 건조하는 단계;를 포함하는 것인, 전기강판 적층체의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 융착 촉진제 분사 후 건조하는 단계;는
    건조 온도가 50℃ 이하인, 전기강판 적층체의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 전기강판 스트립이 적층되어 있고,
    적층면에 융착 촉진제를 포함하며,
    상기 융착 촉진제는 실란 커플링제 및 경화제를 포함하고 청구항 제1항 내지 제6항, 제8항, 및 제9항 중 어느 한 항에 의해 제조된 전기강판 적층체.
  13. 삭제
  14. 삭제
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