KR20220089675A - 셀프 본딩용 전기 강판 및 이를 포함하는 적층체 - Google Patents

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KR20220089675A
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Abstract

셀프 본딩용 전기 강판 및 이를 포함하는 적층체에 관한 것으로, 전기 강판; 및 상기 전기 강판 상에 위치하는 셀프 본딩층을 포함하고, 셀프 본딩층 내 무기물 함량은 5 내지 35 중량%이고, 상기 적층체의 인장 전단 강도는, 7.5 내지 20 N/mm2 이다.

Description

셀프 본딩용 전기 강판 및 이를 포함하는 적층체{SELF-BONDING ELECTRICAL STEEL SHEET AND LAMINATE COMPRISING THE SAME}
전기 강판 적층체에 관한 것이다. 구체적으로 용접, 크램핑, 인터락킹 등 기존의 체결방법을 사용하지 않고, 전기 강판을 접착(체결)할 수 있는 고분자 접착층을 형성한 전기 강판 적층체에 관한 것이다.
무방향성 전기 강판은 압연판 상의 모든 방향으로 자기적 특성이 균일한 강판으로 모터, 발전기의 철심, 전동기, 소형변압기 등에 널리 사용되고 있다.
전기 강판은 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 전기 강판 적층체로 제조가 가능하다.
본 발명의 일 실시예에서는, 용접, 크램핑, 인터락킹 등 기존의 체결방법을 사용하지 않고, 전기 강판을 접착(체결)할 수 있는 고분자 접착층을 형성한 전기 강판 적층체 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서는, 전기 강판; 및 상기 전기 강판 상에 위치하는 셀프 본딩층을 포함하고, 셀프 본딩층 내 무기물 함량은 5 내지 35 중량%이다.
아래 수학식 1을 만족하는 것인 셀프 본딩용 전기 강판을 제공한다.
[수학식 1]
6.7 ≤ A/B ≤ 36.4
상기 A는 전기 강판 상에 셀프 본딩층이 형성될 때의 경화 온도(℃)이고,
상기 B는 셀프 본딩층 내 무기물의 함량(중량%)이다.
상기 경화 온도는, 180 내지 250℃일 수 있다.
상기 본딩층의 두께는 1.9 내지 5.4 μm 일 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에서는, 복수의 전기 강판; 및 상기 전기 강판 사이에 위치하는 셀프 본딩층을 포함하고, 상기 셀프 본딩층 내 무기물 함량은 5 내지 35 중량%이다.
적층체는 아래 수학식 1을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
6.7 ≤ A/B ≤ 36.4
상기 A는 전기 강판 상에 셀프 본딩층이 형성될 때의 경화 온도(℃)이고,
상기 B는 셀프 본딩층 내 무기물의 함량(중량%)이다.
상기 적층체의 박리 강도는 1.0 내지 5.4 N/mm 일 수 있다.
상기 적층체의 고온 접착 강도(150℃ 이상)는 1 내지 10 MPa 일 수 있다.
상기 적층체의 인장 전단 강도는, 7.5 내지 20 N/mm2 일 수 있다.
상기 적층체의 재연화 온도 (결합 강도가 50% 유지되는 온도)는, 140 ℃ 이상일 수 있다.
상기 적층체의 감쇠비는, 0.015 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 셀프 본딩용 전기 강판 적층체의 제조 방법은 고형분으로 수지 65 내지 95 중량% 및 SiO2, TiO2, ZnO 중 1종 이상의 무기물 나노입자 5 내지 35 중량% 포함하는 코팅 조성물을 강판에 도포하고, 열처리하여 경화하되, 경화온도를 강판의 판온 기준으로 180 내지 250℃로 하고, 도포 후 경화 온도까지의 승온 속도를 3 내지 50℃/초로 하고, 온도 편차를 10℃ 이하로 조절하여 전기 강판 상에 셀프 본딩층을 형성하는 단계; 및 셀프 본딩층이 형성된 전기 강판을 적층하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 용접, 크램핑, 인터락킹 등 기존의 체결방법을 사용하지 않고, 전기 강판을 접착할 수 있어, 전기 강판 적층체의 자성이 더욱 우수하다.
도 1은 전기강판 적층체의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기강판 적층체의 단면의 개략도이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 실시예에서는, 셀프 본딩층이 표면에 위치하는 전기 강판을 제공한다.
이러한 전기 강판은 복수개 적층되어 열융착을 통해 별도의 공정 없이 전기 강판 적층체로 제조될 수 있다.
보다 구체적으로, 전기 강판 적층체는 복수의 전기 강판; 및 복수의 전기 강판 사이에 위치하는 셀프 본딩층;을 포함한다. 도 1에서는 본 발명의 일 실시예에 의한 전기 강판 적층체의 모식도를 나타낸다. 도 1에서 나타나듯이, 복수의 전기 강판이 적층되어 있는 형태이다.
도 2에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 강판 적층체의 단면의 개략도를 나타낸다. 도 2에서 나타나듯이, 본 발명의 일 실시예에 의한 전기 강판 적층체(100)은 복수의 전기 강판(10); 및 복수의 전기 강판 사이에 위치하는 셀프 본딩층(30);을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 강판 적층체는, 용접, 크램핑, 인터락킹 등 기존의 방법을 사용하지 않고, 단순히 전술한 접착 코팅 조성물을 사용하여 셀프 본딩층을 형성함으로써, 서로 다른 전기 강판을 열융착시킨 적층체일 수 있다.
이때, 전기 강판 적층체는, 열융착 후에도 고온 접착성 및 고온 내유성이 우수한 특성이 있다.
이하에서는 각 구성별로 상세하게 설명한다.
전기 강판(10)은 일반적인 무방향성 또는 방향성 전기 강판을 제한 없이 사용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 복수의 전기 강판(10) 사이에 셀프 본딩층(30)을 형성하여, 전기 강판 적층체(100)을 제조하는 것이 주요 구성이므로, 전기 강판(10)에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
셀프 본딩층(30)은 복수의 전기 강판(10) 사이에 형성되며, 복수의 전기 강판(10)을 용접, 크램핑, 인터락킹 등 기존의 체결방법을 사용하지 않고, 접착할 수 있을 정도로 접착력이 강하다.
셀프 본딩층이 형성된 복수의 전기 강판(10)을 적층하고 열융착하면, 셀프 본딩층 내의 수지 성분이 열융착하게 되어, 접착층을 형성하게 된다.
이러한 접착층은 유기물의 주성분에 무기 금속 화합물이 포함되어 있다. 접착층 내에서 유기물 내에 무기물 성분이 균일하게 분산되어 미세상을 형성할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 구현예에 따른 전기 강판은, 전기 강판; 및 상기 전기 강판 상에 위치하는 셀프 본딩층을 포함하고, 사기 셀프 본딩층 내 무기물 함량은 5 내지 35 중량%이고, 아래 수학식 1을 만족하는 것인 셀프 본딩용 전기 강판일 수 있다.
[수학식 1]
6.7 ≤ A/B ≤ 36.4
상기 A는 전기 강판 상에 셀프 본딩층이 형성될 때의 경화 온도(℃)이고, 상기 B는 셀프 본딩층 내 무기물의 함량(중량%)이다.
상기 경화 온도는 추후 적층체 제조 시 열융착 과정에서의 온도와 관련이 있다. 보다 구체적으로, 후단의 열융착 온도를 고온으로 유지하기 위해서는 상기 경화 온도로 고온으로 유지될 필요가 있다.
열융착 단계의 고온 조건은 추후 적층체의 고온 특성이 개선되는 효과를 가져올 수 있다.
또한, 고온 특성 개선을 위한 또 다른 방법으로는 본딩층 내 무기물의 함량을 제어하는 것이다.
무기물의 함량이 증가하는 경우, 고온 특성이 개선될 수 있으나, 접착력과 관련된 인자에 부정적인 효과를 줄 수 있다. 구체적으로 박리 강도에 부정적인 영향을 미치게 된다.
이러한 두 가지 인자를 적절하게 조율하여야 고온 특성 및 접착 특성을 모두 만족시켜 EV 모터용 적층체로 이용할 수 있다.
상기 요소들은 고형분으로 수지 65 내지 95 중량% 및 SiO2, TiO2, ZnO 중 1종 이상의 무기물 나노입자 5 내지 35 중량% 포함하는 코팅 조성물을 강판에 도포하고, 열처리하여 경화하되, 경화온도를 강판의 판온 (PMT: Peak Metal Temp.) 기준으로 180 내지 250℃로 하고, 도포 후 경화 온도까지의 승온 속도를 3 내지 50℃/초로 하고, 180 내지 250℃ 유지 온도에서 온도 편차를 10℃ 이하로 조절하여 얻을 수 있다. 이 때, 강판의 온도 편차는 2500mm2 이상(50 X 50 mm2)의 강판 면적을 기준으로 할 수 있다.
SiO2의 평균 입경은 10 내지 30nm, TiO2의 평균 입경은 30 내지 50nm, ZnO의 평균 입경은 70 내지 100nm일 수 있다.
수지는 에폭시계 수지이며, 중량 평균 분자량은 8,000 내지 15,000g/mol이고, 유리전이 온도는 70 내지 90℃일 수 있다.
경화 온도의 유지 시간은 1초 이상일 수 있다.
이하 각각의 요소에 대해 구체적으로 살펴본다.
경화 온도
셀프본딩 제품의 경화 온도는 180 내지 250℃이다. 코팅 작업시 내스티키성 및 현장 작업성을 감안한 범위일 수 있다.
셀프본딩 제품의 경화 온도가 180℃ 미만이면, In-line 코팅작업후 Coil 권취시 본딩층끼리 달라붙는 현상이 발생할 수 있다. 반면 경화 온도가 250℃ 초과이면, 본딩층이 열화 또는 하드하게 되어 체결력이 열위할 수 있다.
경화 온도를 제어하기 위해, 본딩 용액에 첨가하는 경화제의 양을 제어할 수 있다. 전체 중량%를 기준으로 0.01 내지 10중량%의 경화제를 포함하는 경우 상기 범위의 경화 온도를 만족할 수 있다. 이때 사용된 경화제의 종류는 Polyisocyanate, Polycarbodiimide, Aziridine, Melamine, Cycloaliphatic amine 및 Aromatic amine일수 있다.
셀프본딩 제품의 경화 온도는 소재의 판온 (PMT : Pick Metal Temperature)을 비접촉 TC(Thermocouple)에 의해 측정하였다.
코팅 두께
셀프본딩 제품의 코팅 두께는 1.9 내지 5.4 ㎛ 이다. 코팅 두께가 1.9㎛ 미만일 경우, 접착강도가 열위할 수 있으며, 높은 주파수 영역에서 절연 파괴가 발생할 수 있다. 반면 코팅 두께가 너무 두꺼울 경우, 모터 코어 점적율 (Stacking factor) 열위해질 수 있다.
코팅 두께가 1.9㎛ 미만이면, 모터가 고속 회전시 낱장 코어간 절연파괴 현상이 발생하여 모터 효율이 저하된다. 또한 코팅 두께가 5.4 ㎛ 초과이며, 코팅층 두께가 지나치게 높아져서 모터코어 조립 과정에서 본딩층이 측면으로 흘려나오는 현상이 발생할 뿐만 아니라, 모터코어의 점적율이 저하될 수 있다.
코팅 두께는 본딩용액 물성 (비중, 점도, 고형분)으로 제어할 수 있다. 본딩용액의 비중 1.05 내지 1.4, 점도 (cps) 5내지 100 또는 고형분 (wt.%) 5 내지 50을 포함하는 경우 상기 범위의 코팅 두께를 만족할 수 있다.
코팅 두께는 적외선 분광분석법 (FT-IR, Fourier Transform Infra-Red Spectroscopy) 코팅 두께 측정기에 의해 측정하였다. 적외선 분광분석법은 분자가 고유 진동수에 해당하는 주파수를 흡수하는 성질을 이용한 분석법으로 적외선을 물질에 반사시켜 탐지되는 파장을 스펙트럼을 읽는 원리이다.
박리 강도(T-peel)
본딩층의 박리 강도(T-peel)는 상온에서 T-peel 박리 강도 기준, 1.0 내지 5.4 N/mm 이다. 본딩 코어 제작후 모터 조립시 작업성을 감안한 범위이다.
박리 강도가 상온(25℃) 기준 1.0 N/mm 미만이면, 본딩코어 제작시 체결력이 열위해질 수 있으며, 반면 박리 강도가 5.4 N/mm 초과일 경우, 박리 강도가 너무 강해 모터 조립시 작업성이 열위해질 수 있다.
박리 강도는 고분자 사슬 종류와 코팅 두께에 의해 제어할 수 있다. 본딩용액 100중량% 기준 선형 및 가지형 고분자 사슬의 비율이 50내지 99중량%이고, 코팅 두께는 1.0내지 10㎛일 때 상기 범위의 박리 강도를 만족할 수 있다.
박리 강도는 ASTM D1876 [시편 크기 200mm X 25mm, 2장 열융착 후 만능재료 시험기(Universal Testing Systems)에 의해 측정]에 의해 측정된 값으로 하였다. 더욱 구체적으로 박리 강도는 2.6 내지 5.4 N/mm 이다.
고온 접착 강도(150℃ 이상)
고온 접착 강도(150℃ 이상)는 180℃ 기준 전단 (Shear) 접착 강도가 1 내지 10 MPa 이다. 본딩코어 제작시 작업성을 감안한 범위이다.
고온 접착 강도(150℃ 이상)가 180℃ 기준 1 MPa 미만이면, 본딩코어 제작시 체결력이 열위해질 뿐만 아니라, 내ATF성이 열위해질 수 있다. 반면 고온 접착 강도가 10 MPa 초과일 경우, 높은 고온 접착 강도를 위해 높은 온도에서 열융착을 해야함으로 본딩코어 제작시 작업성이 열위해질 수 있다.
고온 접착 강도는 고분자 사슬 종류와 코팅 경화 온도 (Curing temp.)에 의해 제어할 수 있다. 본딩용액 100중량% 기준 망상형 또는 가교형 고분자 사슬의 비율이 50내지 99중량%이고, 경화 온도가 150내지 300℃일 때 상기 범위의 고온 접착 강도를 만족할 수 있다.
고온 접착 강도는 만능재료 시험기(Universal Testing Systems)를 사용하여 측정한 값으로 하였다. 시편 (두께 0.27mmt, 크기 100 X 25mm) 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.
인장 (Tensile) 접착 강도
낱장 본딩층의 인장 (Tensile) 접착 강도는 상온 기준 7.5 내지 20 N/mm2 이다.
제품의 인장 접착 강도가 상온 기준 7.5 N/mm2 미만이면, 본딩코어 제작시 체결력 열위할 수 있으며, 반면 인장 강도가 20 N/mm2 초과일 경우, 인장 강도가 너무 강해 본딩 코어 제작시 작업성이 열위해질 수 있다.
인장 접착 강도를 제어하기 위해, 본딩 코어 융착 온도에 의해 제어할 수 있다. 본딩 코어 제작시 열융착 온도가 100℃ 내지 250℃ 상기 범위의 인장 강도를 만족할 수 있다. 이때 필요한 열융착 압력은 1.0 내지 5N/mm2이다.
인장강도는 50mm X 50mm X 10mm로 상기에서 제시한 100℃에서 250℃에서 열융착후 상온에서 만능재료 시험기(Universal Testing Systems)에 의해 측정된 값으로 하였다.
재연화 온도 (결합 강도가 50% 유지되는 온도)
재연화 온도 (결합 강도가 50% 유지되는 온도)는 140 ℃ 이상일 수 있다. 보다 구체적으로 140 내지 250 ℃일 수 있다.
재연화 온도 (결합 강도가 50% 유지되는 온도)가 140℃ 미만이면, 모터 조립 (마그넷 삽입 및 Varnish 함침 등)시 체결 강도 열위로 모터 불량율이 증가할 수 있다. 반면 재연화 온도 가 250℃ 초과일 경우, 본딩코어 제조시 높은 열융착 온도가 필요함으로 작업성이 열위해질 수 있다.
재연화 온도는 고분자 사슬 종류와 코팅층에 포함된 무기물의 함량에 의해 제어할 수 있다. 본딩용액 100중량% 기준 망상형 또는 가교형 고분자 사슬의 비율이 50 내지 99중량%이고, 코팅층에 포함된 무기물의 함량이 1 내지 60중량%일 때 상기 범위의 재연화 온도(결합 강도가 50% 유지되는 온도)를 만족할 수 있다.
재연화 온도(결합 강도가 50% 유지되는 온도)는 만능재료 시험기(Universal Testing Systems)로 측정한 값이 50%를 유지할 때 온도로 나타내었다. 전단 접착 강도 측정용 Sample을 준비한 후, 준비된 Sample을 온도별 1분간 유지후 ISO 4587 규격에 의해 측정한 값이 상온에서 측정한 값의 50%되는 온도이다.
본딩코어 축방향 진동 감쇠비 (damping ratio)
본딩코어 축방향 진동 감쇠비(주파수응답함수 : FRF(Frequency Response Function) 측정기에 의해 측정된 진동 감쇠비)는 0.015 이상일 수 있다.
보다 구체적으로, 0.015 내지 0.9 일 수 있다.
본딩코어 축방향 감쇠비 (damping ratio)가 0.015 미만이면, 본딩 코어의 강성이 높아져서 모터가 실제 구동시 소음/진동이 열위해질 수 있다. 반면 축방향 감쇠비가 0.9 초과일 경우 코팅 두께가 두꺼워야 함으로 경제성과 본딩코어의 점적율이 열위해질 수 있다
본딩코어 축방향 감쇠비는 고분자 사슬 종류와 코팅 두께의 의해 제어할 수 있다. 본딩용액 100중량% 기준 선형 또는 가지형 고분자 사슬의 비율이 50 내지 99중량%이고, 코팅 두께가 1.0 내지 10.0㎛일때 상기 범위의 본딩코어 축방향 감쇠비를 만족할 수 있다.
본딩코어 축방향 감쇠비는 FRF 자동 측정 시스템에서 측정된 감쇠비 값으로 나타내었다.
전단(Shear) 접착 강도
셀프본딩 제품의 전단(Shear) 접착 강도는 1.0 MPa 이상 30MPa 이하이다. 셀프본딩 제품의 180℃에서의 전단 접착 강도는, 모터 조립과정에서 열충격에 의한 조립 불량을 방지하기 위해 바람직하게는 4.8 MPa 이상 17 MPa 이하이다.
전단 접착 강도가 너무 낮은 경우 모터코어 제조 시 코어측면 및 슬롯(Slot) 부에 접착이 되어 있지 않아 모터 조립과정에서 불량이 발생할 뿐 만 아니라, 모터의 소음/진동이 증가하게 된다. 반면 전단 접착 강도가 너무 높은 경우, 접착강도가 지나치게 높아 금형 내에서 융착할 경우 코어 분리가 쉽지않아 생산성을 저하하게 된다.
전단 접착 강도를 제어하기 위해, 고분자 수지에 포함된 무기물의 함량으로 제어할 수 있다. 전체 중량%를 기준으로 0.1 내지 60중량%의 무기물을 포함하는 경우 상기 범위의 전단 접착 강도를 만족할 수 있다. 이때 사용하는 무기물의 종류는, 나노크기의 실리카 입자 및 금속인산염 단독 또는 두 무기물의 혼합물이다.
전단 접착 강도는 만능재료 시험기(Universal Testing Systems)를 사용하여 측정한 값으로 하였다. 시편 (두께 0.27mmt, 크기 100 X 25mm) 두 장을 준비하여 시편의 양 끝단부 12.5mm를 겹친 후 일정 조건 (온도 220도, 가압 3MPa, 시간 30분)하에서 융착한 후 ISO 4587 규격에 의해 측정한 값이다.
표면 절연 저항
셀프본딩 제품의 표면 절연 저항 (Insulation resistance)은 70 내지 400 Ω·mm2/lam. 이다. 높은 절연 저항 확보를 위해 코팅두께가 너무 두꺼울 경우 모터 코어 점적율 (Stacking factor) 열위해질수 있다. 코팅두께가 너무 얇을 경우 고주파 영역에서 작동하는 구동모터의 경우 낱장 코어간 절연 파괴 현상이 발생하여 모터 효율 저하가 일어날 수 있다.
표면 절연 저항이 70 Ω·mm2/lam. 미만이면, 모터가 고속 회전시 낱장 코어간 절연파괴 현상이 발생하여 모터 효율이 저하될 수 있다. 또한 표면 절연 저항이 400 Ω·mm2/lam. 초과이면, 코팅층 두께가 지나치게 높아져서 모터코어 조립 과정에서 불량이 발생할 뿐만 아니라, 모터코어의 점적율이 저하될 수 있다.
표면 절연 저항은 셀프본딩 제품 한 면에 도포된 코팅 두께 및 코팅층 내에 들어있는 무기물의 함량으로 제어할 수 있다. 일면에 도포된 코팅 두께가 1.0 내지 6.0㎛일 경우 상기 범위의 표면 절연 저항을 만족할 수 있다. 또한 코팅두께가 1.5내지 2.5㎛으로 한정했을 경우, 전체 중량%를 기준으로 무기물의 함량이 3 내지 60중량%의 무기물을 포함하는 경우 상기 범위의 표면 절연 저항을 만족할 수 있다.
이때 사용하는 무기물의 종류는, 나노크기의 실리카 입자 및 금속인산염 단독 또는 두 무기물의 혼합물이다.
표면 절연 저항은 Franklin Insulation Tester에 의해 측정된 전류 값을 수식 (Ri (절연저항) = 645((1 / I(전류 mA)) - 1) Ω·mm2/lam.)에 의해 전환한 저항값이다. 이 측정기는 단판 시험법 장치로 일정 압력과 일정 전압 하에서 전기강판의 표면 절연 저항을 측정하는 장치(ASTM A717)로 전류의 범위는 0~1.000 Amp 이며, 일정한 가압(20.4atm)하에서 측정한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실험예 1]
무방향성 전기강판(50 X 50 mm, 0.35mmt)을 공 시편으로 준비하였다. 접착 코팅 용액을 Bar Coater 및 Roll Coater 이용하여 각 준비된 공 시편에 상부와 하부에 일정한 두께(약 5.0㎛)로 도포하여 판온기준 220℃에서 20초간 경화한 후 공기 중에서 천천히 냉각시켜, 접착 코팅층을 형성하였다. 이 때 경화 온도까지 30℃/초의 승온속도로 가열하였으며, 220℃에서 온도 편차를 5℃ 이내로 조절하였다.
접착 코팅층이 코팅된 전기강판을 높이 20mm로 적층한 후, 0.1MPa의 힘으로 가압하여 120℃, 10 분 동안 열융착하였다. 열융착층의 성분 및 열융착된 전기강판의 다양한 특성을 하기 표 1 내지 3에 정리하였다.
이때 사용한 코팅 용액의 조성은 다음과 같다. 사용한 무기물의 함량은 아래 표와 같이 조절되어 테스트 하였다.
적용된 본딩용액의 성분은 하기에 표기하였다. 실시예에서 사용된 수지는 에폭시계 수지로 분자량 10,000g/mol이고, 유리전이온도 80℃이다. 또한 무기물은 SiO2, TiO2, ZnO 단독 또는 2종 이상 혼합으로 사용하였으며, 무기물 나노입자 크기는 각각 SiO2 15nm, TiO2 40nm, ZnO 80nm이다. 수지 및 무기물의 중량%는 용액에 포함되어 있는 물 또는 Solvent를 제외한 고형분 중량%이다.
비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 2 비교예 3
수지 고형분 중량% 70 75 90 65 85 95 80 97 65
무기물 고형분 중량% 30 25 10 35 15 5 20 3 35
비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 2 비교예 3
코팅 두께 (㎛) 4.4 4.5 5.4 2.8 1.9 3.6 4.2 1.8 3.6
무기물 함량 (중량%) 30 25 10 35 15 5 20 3 45
경화 온도 (℃) 168 202 198 235 210 182 240 180 298
경화 온도/무기물 함량(℃/ 중량%)) 5.6 8.1 19.8 6.7 14 36.4 12 60 6.6
박리강도
(N/mm)		 2 2.6 3.8 1.5 5.4 3.1 4.3 0.3 0.1
고온 접착 강도 (MPa) 6.2 5.2 3.4 4.3 1.5 5.0 7.2 0.7 0.5
감쇠비 (damping ratio) 0.12 0.15 0.24 0.43 0.21 0.25 0.18 0.005 0.009
인장 전단 강도 (N/mm2) 6.4 11.2 14.2 18.2 7.5 12.5 10.8 - -
재연화 온도 (%) 157 182 153 132 140 168 186 123 108
전단 접착 강도 (MPa) 14.9 4.8 16.5 15.5 12.4 9.8 17.9 0.8 1.4
표면 절연 저항 (Ω·) 103 154 208 250 350 79 198 5.2 10.3
종합 평가 B A A A A A A C C
＜종합 평가＞
종합 평가 기준: 박리 강도 X 고온 접착 강도 X 인장 전단 강도를 주요 인자로 평가하였다.
표 1 및 표 2에 나타내는 바와 같이, 실시예1-6 에 관련된 셀프본딩 제품 및 본딩층은, 모두 비교예 1-3 에 관련된 셀프본딩 제품 및 본딩층에 비해 박리 강도와 고온 접착 강도를 동시에 만족시키는 것을 확인하였다.
또한, 전단 및 인장 접착 강도가 크고, 경화 온도가 높기 때문에 종합 평가가 모두 「A」가 되었다.
비교예들은 실제 모터 제품에 적용되기에는 2개 이상의 특성을 만족시키지 못하다는 것을 알 수 있다.
[실험예 2]
실험예 1과 동일하게 실시하되, 코팅 용액 조성을 실시예 3으로 사용하고, 코팅 용액 도포 시 경화 온도, 경화 온도까지의 승온 속도, 시편에서의 온도 편차를 표 3과 같이 조절하였다.
실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10 실시예 11 비교예 4 비교예 5 비교예 6 비교예 7 비교예 8
경화 온도(℃) 180 250 200 230 85 160 280 200 220 200
승온 속도(℃/초) 20 35 3 50 25 35 30 1 70 35
온도 편차(℃) 2 4 6 8 10 4 6 6 4 15
실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10 실시예 11 비교예 4 비교예 5 비교예 6 비교예 7 비교예 8
코팅 두께 (㎛) 4.3 3.5 3.9 4.3 3.8 4.1 4.0 3.7 3.2 3.4
무기물 함량 (중량%) 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35
경화 온도 (℃) 180 250 200 230 85 160 280 200 220 200
경화 온도/무기물 함량(℃/ 중량%)) 5.1 7.1 5.7 6.6 2.4 4.6 8.0 5.7 6.3 5.7
박리강도
(N/mm)		 5.2 4.9 3.8 4.6 3.4 2.1 1.0 0.5 0.7 0.8
고온 접착 강도 (MPa) 6.3 7.2 4.2 5.3 6.4 1.2 0.2 0.4 0.6 0.9
감쇠비 (damping ratio) 0.12 0.15 0.09 0.13 0.11 0.16 0.18 0.18 0.009 0.18
인장 전단 강도 (N/mm2) 11.2 10.5 12.0 8.9 13.2 6.5 2.3 1.3 3.2 5.1
재연화 온도 (%) 167 172 163 152 160 168 202 135 198 187
전단 접착 강도 (MPa) 8.5 7.5 6.8 9.4 10.2 4.1 2.5 3.1 2.7 3.4
표면 절연 저항 (Ω·) 152 144 185 150 250 179 198 153 187 169
종합 평가 A A A A A B B B B B
실시예의 경우 모든 특성이 우수함을 확인할 수 있다. 반면 비교예 4 내지 8의 경우, 실제 모터 제품에 적용되기에는 2개 이상의 특성을 만족시키지 못하다는 것을 알 수 있다.
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 (7)

  1. 복수의 전기 강판; 및
    상기 전기 강판 사이에 위치하는 셀프 본딩층을 포함하고,
    상기 셀프 본딩층 내 무기물 함량은 5 내지 35 중량%인 셀프 본딩용 전기 강판 적층체로서,
    상기 적층체의 인장 전단 강도는, 7.5 내지 20 N/mm2인 셀프 본딩용 전기 강판 적층체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적층체는 하기 수학식 1을 만족하는 적층체.
    [수학식 1]
    6.7 ≤ A/B ≤ 36.4
    상기 A는 전기 강판 상에 셀프 본딩층이 형성될 때의 경화 온도(℃)이고,
    상기 B는 셀프 본딩층 내 무기물의 함량(중량%)이다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적층체의 고온 접착 강도(150℃ 이상)는 1 내지 10 MPa인 것인 적층체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적층체의 박리 강도는 1.0 내지 5.4 N/mm인 것인 적층체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적층체의 재연화 온도 (결합 강도가 50% 유지되는 온도)는, 140 ℃ 이상인 것인 적층체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적층체의 감쇠비는, 0.015 이상인 것인 적층체.
  7. 고형분으로 수지 65 내지 95 중량% 및 SiO2, TiO2, ZnO 중 1종 이상의 무기물 나노입자 5 내지 35 중량% 포함하는 코팅 조성물을 강판에 도포하고, 열처리하여 경화하되, 경화온도를 강판의 판온 기준으로 180 내지 250℃로 하고, 도포 후 경화 온도까지의 승온 속도를 3 내지 50℃/초로 하고, 180 내지 250℃의 유지 온도에서 온도 편차를 10℃ 이하로 조절하여 전기 강판 상에 셀프 본딩층을 형성하는 단계; 및
    상기 셀프 본딩층이 형성된 전기 강판을 적층하는 단계를 포함하는 셀프 본딩용 전기 강판 적층체의 제조 방법.

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