KR20220089676A - 전기 강판 적층체 - Google Patents

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KR20220089676A
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노태영
박경렬
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Abstract

전기 강판 적층체에 대한 것으로, 복수의 전기 강판; 상기 전기 강판 사이에 위치하는 고분자 접착층을 포함하는 적층체이고, 상기 고분자 접착층의 코팅 두께는 1.8 내지 5.4 ㎛이고, 상기 적층체의 점적율이 95.8 내지 98.5 %이고, 하기 수학식 1을 만족하는 것인 전기 강판 적층체를 제공한다.
[수학식 1]
172.4 ≤ 점적율(%) × 두께(㎛) ≤ 531

Description

전기 강판 적층체{ELECTRICAL STEEL SHEET LAMINATE}
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, 복수의 전기 강판; 상기 전기 강판 사이에 위치하는 고분자 접착층을 포함하는 적층체이고, 상기 고분자 접착층의 코팅 두께는 1.8 내지 5.4 ㎛이고, 상기 적층체의 점적율이 95.8 내지 98.5 %이고, 하기 수학식 1을 만족하는 것인 전기 강판 적층체를 제공한다.
[수학식 1]
172.4 ≤ 점적율(%) × 두께(㎛) ≤ 531
상기 적층체는, 하기 수학식 2를 만족할 수 있다.
[수학식 2]
40 ≤ 전단접착 강도(MPa) × 고온접착 강도(MPa) ≤ 130
(단, 고온 접착 강도는 150℃ 조건에서, ISO 4587 규격으로 측정한 값이다.)
상기 적층체의 전단 접착 강도는 4.8 내지 17.9 MPa일 수 있다.
상기 적층체의 고온 접착 강도는 5 내지 7.2 MPa일 수 있다.
상기 적층체 내 고분자 접착층의 표면 절연 저항은 90 내지 160 Ω일 수 있다.
상기 적층체 내 고분자 접착층 내 무기물 함량은 5 내지 30 중량%일 수 있다.
상기 적층체 내 고분자 접착층의 내스티킹성 온도는 110 내지 195℃일 수 있다.
상기 적층체의 내ATF성 온도는 150 내지 190℃일 수 있다.
상기 적층체의 인장 접착 강도는 1.2 내지 13 N/mm2일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 강판 적층체의 제조 방법은 고형분으로 수지 70 내지 95 중량% 및 SiO2, TiO2, ZnO 중 1종 이상의 무기물 나노입자 5 내지 30 중량% 포함하는 코팅 조성물을 강판에 도포하고, 열처리하여 경화하되, 코팅 조성물 도포 시 바 코터 및 롤 코터와 강판의 압력을 50 내지 1500kgf로 조절하여 전기 강판 상에 고분자 접착층을 형성하는 단계; 및 상기 고분자 접착층이 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.
본 발명의 일 실시예에서는, 전기 강판 적층체를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기 강판 적층체는 복수의 전기 강판; 및 복수의 전기 강판 사이에 위치하는 고분자 접착층;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 고분자 접착층(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 고분자 접착층을 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 고분자 접착층(30)을 형성하여, 전기 강판 적층체(100)을 제조하는 것이 주요 구성이므로, 전기 강판(10)에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
고분자 접착층(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.
고분자 접착층(30)은 접착 코팅 조성물을 표면에 코팅하고, 경화시켜 접착 코팅층을 형성하고, 이를 적층하여 열융착하여 고분자 접착층(30)을 형성한다.
접착 코팅층이 형성된 복수의 전기 강판(10)을 적층하고 열융착하면, 접착 코팅층 내의 수지 성분이 열융착하게 되어, 고분자 접착층을 형성하게 된다.
이러한 고분자 접착층은 유기물의 주성분에 무기 금속 화합물이 포함되어 있다. 고분자 접착층 내에서 유기물 내에 무기물 성분이 균일하게 분산되어 미세상을 형성할 수 있다.
보다 구체적으로 본 발명의 일 구현예에 따른 전기 강판 적층체는, 고분자 접착층의 코팅 두께는 1.8 내지 5.4 ㎛이고, 상기 적층체의 점적율이 95.8 내지 98.5 %이고, 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
172.4 ≤ 점적율(%) × 두께(㎛) ≤ 531.0
소재두께가 동일하다는 가정하에 코팅 두께가 높아지면 점적율이 낮아지는 것이 일반적이며, 이로 인한 표면 절연저항도 높아지게 된다. 하지만 코팅 두께에 따른 점적율 하향이 선형 변화는 아니기에 최적의 범위로 조절하는 것은 현재 시장의 요구사항에 필수적인 부분이다. 더욱 구체적으로 수학식 1 값은 390 내지 450일 수 있다.
보다 구체적으로 상기 적층체는, 하기 수학식 2를 만족할 수 있다.
[수학식 2]
40 ≤ 전단접착 강도(MPa) × 고온접착 강도(MPa) ≤ 130
(단, 고온 접착 강도는 150℃ 조건에서, ISO 4587 규격으로 측정한 값이다.)
전단 접착 강도와 고온 접착 강도는 무기물 함량 및 고분자 조성에 따라 동시에 향상되기 어려운 특성이다. 전단 접착 강도는 본딩용액에 고분자 수지 함량이 많을수록, 무기물의 함량이 적을수록 좋아지는 반면, 고온 접착 강도는 본딩용액의 수지 함량이 적을수록, 무기물의 함량이 많을수록 좋아진다. 하지만 본딩용액의 수지 및 무기물 함량에 따라 전단 접착 강도 및 고온 접착 강도는 선형적인 반비례 관계에 있는 것이 아니기에 최적의 범위로 조절하는 것은 현재 시장의 요구사항에 필수적인 부분이다. 이율배반적으로 보이는 이러한 팩터를 조절하여 시장의 니즈에 맞추어 조절할 수 있다. 더욱 구체적으로 수학식 2 값은 80 내지 130일 수 있다.
이러한 요소들을 만족시킬 수 있도록 적층체를 구성하게 되면 현재 EV 시장에서 요구되는 다양한 특성을 모두 만족시킬 수 있는 적층체 (코어)를 수득할 수 있다.
상기 요소들은 고형분으로 수지 70 내지 95 중량% 및 SiO2, TiO2, ZnO 중 1종 이상의 무기물 나노입자 5 내지 30 중량% 포함하는 코팅 조성물을 강판에 도포하고, 열처리하여 경화하되, 코팅 조성물 도포 시 롤 코터와 강판의 압력을 50 내지 1500kgf로 조절하여 얻을 수 있다. 더욱 구체적으로 100 내지 1200kgf로 조절하여 얻을 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.
이하 각각의 요소에 대해 구체적으로 살펴본다.
코팅 두께
셀프본딩 제품의 코팅 두께는 1.8 이상 5.4 ㎛ 이하이다. 코팅 두께가 1.8㎛이하일 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. 보다 구체적인 범위로는 4.0 내지 4.5 ㎛ 일 수 있다.
보다 구체적으로, 코팅 두께가 1.8 ㎛ 미만이면, 모터가 고속 회전시 낱장 코어간 절연파괴 현상이 발생하여 모터 효율이 저하된다. 또한 코팅 두께가 5.4㎛ 이상이며, 코팅층 두께가 지나치게 높아져서 모터코어 조립 과정에서 본딩층이 측면으로 흘려나오는 현상이 발생할 뿐만 아니라, 모터코어의 점적율이 저하될 수 있다.
코팅 두께는 본딩 용액 물성 (비중, 점도, 고형분)으로 제어할 수 있다. 본딩용액의 비중 1.05 내지 1.4, 점도 (cps) 5 내지 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.
점적율
셀프본딩 제품의 점적율 (Stacking factor)은 소재 두께 0.27mmt 기준 95.8 내지 98.5%이다. 모터 코어의 체결 강도, 제조 불량율, 모터 효율 및 절연파괴를 감안하여 이러한 범위로 조절될 수 있다.
점적율이 95.8%이하일 경우, 코팅두께가 두꺼워 모터효율이 열위해질 뿐만 아니라, 모터코어 제조과정에서 본딩 용액이 새어 나오는 불량이 발생할 수 있다. 반면 점적율이 98.5%이상일 경우, 코팅두께가 너무 얇아 체결 강도가 열위할 뿐만 아니라, 낱장 코어간 절연파괴 현상이 발생할 수 있다.
점적율은 무방향성 전기 강판 표면에 도포된 코팅 두께로 제어할 수 있다.
점적율은 전기 강판에서 절단된 스트립으로 구성된 시료의 적층 계수를 측정하여 %로 표현한다[{압력: 1N/(10.2kgf/cm2 )} / {Stacking factor(%) = 실제 무게 / 계산된 무게 (폭 × 길이 × 밀도 × 높이) × 100)}].
전단(Shear) 접착 강도
셀프본딩 제품의 전단(Shear) 접착 강도는 4.8 내지 17.9 MPa이다. 셀프본딩 제품의 180℃에서의 전단 접착 강도는, 모터 조립과정에서 열충격에 의한 조립 불량을 방지하기 위해 바람직하게는 14.9MPa 이상 17.9MPa 이하이다.
전단 접착 강도는 상기 범위보다 낮으면, 모터코어 제조 시 코어측면 및 슬롯(Slot) 부에 접착이 되어 있지 않아 모터 조립과정에서 불량이 발생할 뿐만 아니라, 모터의 소음/진동이 증가하게 된다.
반면 전단 접착 강도가 상기 범위를 초과하는 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 보다 바람직한 무기물 함량은, 5 내지 30중량%일 수 있다.
이때 사용하는 무기물의 종류는, 나노크기의 실리카 입자 및 금속인산염 단독 또는 두 무기물의 혼합물이다.
전단 접착 강도는 전단 측정기를 사용하여 측정한 값으로 하였다. 시편 (두께 0.27mmt, 크기 100 × 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.
고온 접착 강도(150℃ 이상)
고온 접착 강도(150℃ 이상)는 180℃ 기준 전단 (Shear) 접착 강도가 5 이상 7.2 MPa이하이다.
고온 접착 강도(150℃ 이상)가 180℃ 기준 5 MPa이하이면, 본딩코어 제작시 체결력이 열위해질뿐만 아니라, 내ATF성이 열위해질 수 있다. 반면 고온 접착 강도가 7.2 MPa이상일 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 × 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.
표면 절연 저항
셀프본딩 제품의 표면 절연 저항 (Insulation resistance)은 90 내지 160 Ω·mm2/lam.) 이하이다. 높은 절연 저항 확보를 위해 코팅두께가 너무 두꺼울 경우 모터 코어 점적율 (Stacking factor) 열위해질 수 있다. 코팅두께가 너무 얇을 경우 고주파 영역에서 작동하는 구동모터의 경우 낱장 코어간 절연 파괴 현상이 발생하여 모터 효율 저하가 발생할 수 있다.
표면 절연 저항이 90 Ω·mm2/lam. 미만이면, 모터가 고속 회전시 낱장 코어간 절연파괴 현상이 발생하여 모터 효율이 저하될 수 있다. 또한 표면 절연 저항이 160 Ω·mm2/lam. 이상이면, 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 1.0내지 6.0㎛일 경우 상기 범위의 표면 절연 저항을 만족할 수 있다. 또한 코팅두께가 1.8내지 5.4㎛으로 한정했을 경우, 전체 중량%를 기준으로 무기물의 함량이 5 내지 30중량%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 전기 강판의 표면 절연 저항을 측정하는 장치(ASTM A717)로 전류의 범위는 0~1.000 Amp 이며, 일정한 가압(20.4atm)하에서 측정한다.
耐스티키성 온도
셀프본딩 제품의 耐스티키 (Anti-Sticky)성 온도는 110 내지 195 ℃이다.
내스티킹성 (Anti-Sticky성) 온도가 110℃미만이면, 코일 권취시 본딩층끼리 달라붙어 슬리팅성, 타발성 및 본딩코어 형상 품질이 열위해 질수 있으며, 반면 내스티키성 온도가 195℃ 초과이면, 본딩코어 제작시 열융착 온도가 너무 높아 모터코어 생산성이 열위해질 수 있다.
내스티키성 온도는 본딩 용액의 유리전이 온도 (Tg)에 의해 제어할 수 있다. 유리전이 온도 (Tg)가 -50 내지 100℃일 때 상기 범위의 내스티키성 온도를 만족할 수 있다.
내스티킹성 (Anti-Sticky성) 온도는 0.27mmt 소재로 100mm X 100mm X 10mm로 적층한 소재를 3MPa하에서 30분간 가압한 후 시편이 서로 달라붙는 온도로 표현하였다.
내ATF(Automatic Transmission Fluid) 온도
내ATF성 온도는 150 내지 190℃이다. 모터가 실제 ATF Oil의 직/간접적인 접촉에 의해 냉각되는 것을 감안하여 조절될 수 있다.
내ATF성 온도가 150℃미만이면, ATF 오일에 의해 모터 코어의 체결 강도 열위로 궁극적으로 모터의 소음/진동이 증가해질 뿐만 아니라, 효율 또한 저하할 수 있다.
반면 190℃ 초과이면 ATF 오일이 열화될 뿐만 아니라, 높은 ATF 온도에 의해 로터(Rotor) 코어에 장착된 마그넷 (Magnetic)의 온도 상승에 의한 감자 현상으로 모터 효율이 저하될 수 있다.
내ATF성 온도는 본딩 용액의 유리전이 온도 (Tg)에 의해 제어할 수 있다. 유리전이 온도 (Tg)가 -50 내지 100℃일 때 상기 범위의 내ATF성 온도를 만족할 수 있다.
내ATF성 온도는 본딩된 시편을 180℃ 및 500시간동안 ATF Oil에 침적한 후 체결 강도가 저하되지 않는 온도로 나타내었다. 시편은 ISO 4587 규격에 맞게 제작 및 체결 강도가 측정되었다.
인장 (Tensile) 접착 강도
낱장 본딩층의 인장 (Tensile) 접착 강도는 상온 기준 1.2 이상 13 N/mm2이하이다.
제품의 인장 접착 강도가 상온 기준 1.2 N/mm2 미만이면, 본딩코어 제작 시 체결력 열위할 수 있으며, 반면 인장 강도가 13 N/mm2이상일 경우, 인장 강도가 너무 강해 본딩코어 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 1.0내지 5N/mm2이다.
인장강도는 50mm × 50mm × 10mm로 상기에서 제시한 100℃에서 250℃에서 열융착후 상온에서 인장 측정기에 의해 측정된 값으로 하였다.
타발성
셀프본딩 제품의 타발성 (Punchability)는 300만타 이상 500만타이하이다.
타발성 (Punchability)이 300만타 미만이면, 금형 제조 단가가 상승하게 되며, 반면 타발성이 500만타 이상이면 금형의 마모도 증가에 의한 모터코어 버(Burr) 높이가 상승하여 모터 코어 형상 불량이 발생할 수 있다.
타발성을 셀프본딩 제품의 코팅 두께 및 코팅층 내의 무기물 함량에 의해 제어할 수 있다.
타발성은 0.27mmt 셀프본딩 제품으로 전기 강판 전용 금형기로 평가하였다. 타발 평가 조건은 클리어런스 8%이고 SPM (Spot Per Minute) 350으로 1일 기준 8시간 작업하였다.
경화 온도
셀프본딩 제품의 경화 온도는 100 이상 300℃ 이하이다. 코팅 작업시 내스티키성 및 현장 작업성을 감안하여 바람직하게는 150이상 250℃이하이다.
셀프본딩 제품의 경화 온도가 100℃미만이면, In-line 코팅작업후 코일 권취시 본딩층끼리 달라붙는 현상이 발생할 수 있다. 반면 경화 온도가 250℃이상이면, 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.
셀프본딩 제품의 경화 온도는 소재의 판온 (PMT : Pick Metal Temperature)을 비접촉 TC(Thermocouple)에 의해 측정하였다.
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 × 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. 도포 시 Roll Coater와 강판의 압력을 1000kgf로 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. 본 발명에 사용된 수지는 에폭시계 수지로 중량 평균 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 비교예 2 비교예 3 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 4
수지 고형분(중량%) 85 65 55 95 80 75 70 90
무기물 고형분 (중량%) 15 35 45 5 20 25 30 10
비교예 1 비교예 2 비교예 3 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 4
점적율 (%) 98.2 96.2 96.5 97.5 98.0 95.8 98.5 96
코팅 두께 (㎛) 1.8 2.8 3.2 4.0 4.2 4.5 4.4 5.4
점적율 × 코팅 두께(%·㎛) 176.76 269.36 308.8 390 411.6 431.1 433.4 518.4
무기물 함량 15 35 45 5 20 25 30 10
전단 (shear) 접착 (MPa) 12.4 4.8 5.2 16.5 17.9 15.5 14.9 9.8
고온 접착 강도
(MPa)		 0.7 4.3 0.5 5 7.2 5.2 6.2 3.4
전단접착 강도 × 고온 접착 강도(MPa2) 8.68 20.64 2.6 82.5 128.88 80.6 92.38 33.32
표면 절연 저항 (Ω) 452 250 350 100 98 154 103 88
타발성 320만 454만 429만 336만 354만 420만 358만 390만
내스티키성온도
(℃)		 130 180 150 185 195 110 160 190
내ATF성 온도 (℃) 165 158 180 172 180 151 184 196
경화 온도 (℃) 210 235 187 182 240 202 168 198
인장 (Tensile) 접착 (N/mm2) 0.9 8.2 5.4 12.5 10.8 1.2 6.4 4.2
종합 평가 B B B A A A A B
비교예 2 및 비교예 3의 경우 무기물의 함량이 많아 코팅두께가 얇음에도 불구하고 점적율이 낮으며, 또한 높은 무기물 함량과 낮은 코팅두께로 전단 및 고온 접착강도가 열위할뿐만 아니라, 타발성 또한 열위하다. 또한 비교예 4는 코팅두께가 너무 두꺼워 점적율이 열위할 뿐만 아니라, 고온 접착강도와 내스티키성 온도가 높아 발명으로서는 부적절하다고 판단된다.
또한 비교예 1의 경우 코팅두께 및 점적율이 바람직한 범위에 속함에도 불구하고, [수학식 1]의 점적율(%) × 두께(㎛)의 범위를 만족하지 않는바, 고온접착강도가 열위하며, 표면 절연 저항이 열위하며, 인장강도도 열위한 특성을 나타내었다. 이에, 코팅 두께와 점적율이 각각 독립적으로 제어되어야 하는 요소가 아니며, 코팅 두께에 따른 점적율 하향이 선형 변화가 아니므로, [수학식 1]의 관계를 만족하여야 우수한 적층체를 수득할 수 있음을 알 수 있다.
＜종합 평가＞
(종합 평가의 주요 기준: 전단 (Shear) 접착 강도 × 고온 접착 강도 × 표면 절연 저항 × 코팅 두께 × 점적율)
표 1 및 표 2에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 내지 4와 관련된 셀프본딩 제품 및 본딩층은, 모두 비교예에 관련된 셀프본딩 제품 및 본딩층에 비해 전단 및 인장 접착 강도가 크고, 고온 접착 강도, 저항이 모두 적절한 범위를 만족하여 종합 평가가 모두 「A」가 되었다.
비교예 1 내지 4의 경우, 실제 모터 제품에 적용되기에는 전단 (Shear) 접착 강도, 고온 접착 강도, 표면 절연 저항, 코팅 두께 및 점적율 중 2개 이상의 특성을 만족시키지 못하고, 종합 평가 역시 「B」로 열위하다는 것을 알 수 있었다.
[실험예 2]
실험예 1과 동일하게 실시하되, 코팅 용액 조성을 하기 표 3과 같이 사용하고, 코팅 용액 도포 시 Roll Coater와 강판의 압력을 하기 표 3과 같이 조절하였다.
비교예 5 비교예 6 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8 비교예 7 비교예 8
수지 고형분(중량%) 85 70 95 85 75 85 70 90
무기물 고형분 (중량%) 15 30 5 15 25 15 30 10
코터 및 강판간 압력(kgf) 10 30 200 500 700 1200 1800 2000
비교예 5 비교예 6 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8 비교예 7 비교예 8
점적율 (%) 92.2 93.2 95.5 96.5 97.5 97.8 98.5 96
코팅 두께 (㎛) 9.2 7.3 5.4 4.9 4.7 4.5 2.1 1.3
점적율 × 코팅 두께(%·㎛) 756.0 587.2 420.2 376.4 360.8 342.3 206.9 124.8
무기물 함량 15 30 5 15 25 15 30 10
전단 (shear) 접착 (MPa) 3.2 4.1 10.2 12.5 12.9 13.5 2.9 1.8
고온 접착 강도(MPa) 0.7 0.6 5.2 5.7 7.2 5.2 1.2 0.4
전단접착 강도 × 고온 접착 강도(MPa2) 2.2 2.5 53.0 71.3 92.9 70.2 3.5 0.7
표면 절연 저항 (Ω) 1022 950 150 180 198 154 21 12
타발성 330만 354만 419만 436만 454만 420만 258만 190만
내스티키성온도
(℃)		 100 130 160 175 185 160 160 180
내ATF성 온도 (℃) 115 135 180 182 180 175 174 186
경화 온도 (℃) 200 205 210 212 228 225 230 1235
인장 (Tensile) 접착 (N/mm2) 6.4 7.2 8.4 10.5 9.8 10.2 3.4 2.2
종합 평가 B B A A A A B B
실시예의 경우 모든 특성이 우수함을 확인할 수 있다. 반면 비교예 5 내지 8의 경우, 실제 모터 제품에 적용되기에는 전단 (Shear) 접착 강도, 고온 접착 강도, 표면 절연 저항, 코팅 두께 및 점적율 중 2개 이상의 특성을 만족시키지 못하고, 종합 평가 역시 「B」로 열위하다는 것을 알 수 있었다.
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 (10)

  1. 복수의 전기 강판;
    상기 전기 강판 사이에 위치하는 고분자 접착층을 포함하는 적층체이고,
    상기 고분자 접착층의 코팅 두께는 1.8 내지 5.4 ㎛이고,
    상기 적층체의 점적율이 95.8 내지 98.5 %이고,
    하기 수학식 1을 만족하는 것인 전기 강판 적층체.
    [수학식 1]
    172.4 ≤ 점적율(%) × 두께(㎛) ≤ 531
  2. 제1항에 있어서,
    하기 수학식 2를 만족하는 것인 전기 강판 적층체.
    [수학식 2]
    40 ≤ 전단접착 강도(MPa) × 고온접착 강도(MPa) ≤ 130
    (단, 고온 접착 강도는 150℃ 조건에서, ISO 4587 규격으로 측정한 값이다.)
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적층체의 전단 접착 강도는 4.8 내지 17.9 MPa인 것인 전기 강판 적층체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적층체의 고온 접착 강도는 5 내지 7.2 MPa인 것인 전기 강판 적층체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적층체 내 고분자 접착층의 표면 절연 저항은 90 내지 160 Ω인 것인 전기 강판 적층체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적층체 내 고분자 접착층 내 무기물 함량은 5 내지 30 중량%인 것인 전기 강판 적층체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 적층체 내 고분자 접착층의 내스티킹성 온도는 110 내지 195℃인 것인 전기 강판 적층체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 적층체의 내ATF성 온도는 150 내지 190℃인 것인 전기 강판 적층체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 적층체의 인장 접착 강도는 1.2 내지 13 N/mm2인 것인 전기 강판 적층체.
  10. 고형분으로 수지 70 내지 95 중량% 및 SiO2, TiO2, ZnO 중 1종 이상의 무기물 나노입자 5 내지 30 중량% 포함하는 코팅 조성물을 강판에 도포하고, 열처리하여 경화하되, 코팅 조성물 도포 시 롤 코터와 강판의 압력을 50 내지 1500kgf로 조절하여 전기 강판 상에 고분자 접착층을 형성하는 단계; 및
    상기 고분자 접착층이 형성된 전기 강판을 적층하는 단계를 포함하는 전기 강판 적층체의 제조 방법.
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