TWI734462B - 自黏塗膜電磁鋼片之快速熱壓合評估方法 - Google Patents

自黏塗膜電磁鋼片之快速熱壓合評估方法 Download PDF

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Abstract

本揭露提供一種自黏塗膜電磁鋼片之快速熱壓合評估方法，其主要是利用快速熱壓合的方式製作自黏塗膜電磁鋼片試片，進而大幅降低了試片製作時間並提升評估效率。

Description

自黏塗膜電磁鋼片之快速熱壓合評估方法
本揭露是有關於一種評估方法，且特別是有關於一種自黏塗膜電磁鋼片之快速熱壓合評估方法。
一般製作馬達鐵芯的方式是將電磁鋼片(electrical steel) 互相堆疊後，再以焊接或鉚接的方式互相接合而成。然而，利用焊接或鉚接的方式接合電磁鋼片通常會造成馬達鐵芯結構的焊接熱應力集中、磁損與鐵損等問題而影響堆疊精度與馬達效率。
為了避免前述之問題，有一種利用自黏(self-bonding)塗膜鋼片接合的方式來避免焊接或鉚接而影響電磁鋼片品質的問題。此種利用自黏塗膜鋼片製作的馬達鐵芯可應用於大型風力發電機、電動車馬達，以降低發電機、馬達等鐵芯組合的震動、噪音或渦流鐵損及焊接點熱應力、鉚點磁損等不良影響。
自黏塗膜電磁鋼片的塗膜除了原有的防鏽與絕緣功能外，塗膜的自黏性是在於熱壓合加工過程產生的黏結力，更能提升馬達鐵芯的效率。目前之塗膜黏結力的評估方法主要是先利用特殊的壓合器治具來夾住自黏塗膜電磁鋼片試片後，再放入烘箱烘烤90分鐘，然後再對試片進行黏結剪切強度(shear strength)測試。此種作法具有許多缺點，例如：特殊的壓合器治具需向特定廠商購入不易取得，且製作試片所使用的烘烤時間過長，不符合加工製作與評估時效。
因此，本揭露之一目的在於提供一種自黏塗膜電磁鋼片之快速熱壓合評估方法，其主要是利用快速熱壓合的方式製作自黏塗膜電磁鋼片試片，因而大幅降低了試片製作時間與提升評估效率。
根據本揭露之上述目的，提出一種自黏塗膜電磁鋼片之快速熱壓合評估方法。此評估方法包含以下步驟。提供至少二自黏性塗膜電磁鋼片，其中自黏性塗膜鋼片互相堆疊。將自黏性塗膜電磁鋼片設於第一鈦板與第二鈦板之間，以形成試片組。利用壓合機對試片組進行熱壓合步驟，以獲得熱壓合試片，其中熱壓合步驟的溫度為150℃至250℃，熱壓合的時間為1分鐘至5分鐘，且熱壓合的壓力為20kgf/cm 2至50kgf/cm 2。對熱壓合試片進行第一拉力測試，以試驗熱壓合試片是否能夠承受大於5N/mm 2之拉力，若試驗結果為是，則判斷熱壓合試片為合格試片。
根據本揭露之一實施例，在將自黏性塗膜電磁鋼片設於第一鈦板與第二鈦板之間之前，上述之方法更包含將一紙張設於第一鈦板與自黏性塗膜電磁鋼片之間。
根據本揭露之一實施例，在將自黏性塗膜電磁鋼片設於第一鈦板與第二鈦板之間之前，上述之方法更包含將一紙張設置在第二鈦板與自黏性塗膜電磁鋼片之間。
根據本揭露之一實施例，上述之提供每一該些自黏性塗膜電磁鋼片包含利用一輥塗方法塗覆自黏塗膜於電磁鋼片，以及對塗覆有自黏塗膜之電磁鋼片進行烘烤步驟，其中自黏塗膜之厚度為1.5µm至5µm。
根據本揭露之一實施例，上述之烘烤步驟之烘烤溫度為210℃至240℃。
根據本揭露之一實施例，上述之拉力測試的速度為10mm/min。
根據本揭露之一實施例，在對熱壓合試片進行第一拉力測試之前，上述之方法更包含對熱壓合試片進行靜置步驟，其中靜置步驟是將熱壓合試片在70℃的環境下儲放2週至4週。
根據本揭露之一實施例，在判斷熱壓合試片為合格試片後，上述之方法更包含對合格試片進行老化試驗。其中，老化試驗是將合格試片在50℃的環境下儲放6週至25週後，再進行第二拉力測試，以試驗合格試片是否能夠承受大於5N/mm 2之拉力，若試驗結果為是，則判斷合格試片通過老化試驗。
根據本揭露之一實施例，在判斷熱壓合試片為合格試片後，上述之方法更包含對該合格試片進行耐受試驗。其中，耐受試驗是將合格試片浸泡在變速箱油中14天至84天後，再進行第二拉力測試，以試驗合格試片是否能夠承受大於5N/mm 2之拉力，若試驗結果為是，則判斷合格試片通過耐受試驗。
由上述可知，本揭露主要是利用熱壓合機搭配鈦板來壓合自黏性塗膜電磁鋼片，以形成熱壓合試片。其中鈦板除了可提供良好的導熱效果外，因其具有耐蝕性良好的特性而可提供平整的壓合表面。此外，利用熱壓合機來壓合自黏性塗膜電磁鋼片亦可大幅縮短自黏性塗膜電磁鋼片試片的製作與評估時間，進而可提供相關人員快速完成不同種類及數量的熱壓合試片評估。
自黏技術之應用目前主要以Dupont voltatex-1XX以及Rembrandtin EB-5XX等歐洲塗料為主。自黏塗料主要以環氧樹脂為基底。自黏塗料的自黏性是在熱壓合加工過程中所產生的黏結力，但目前缺乏適當的方法測試評估熱壓合加工後的塗膜鋼片的好壞。因此，本揭露主要是提供一種利用快速熱壓的方式製作自黏塗膜電磁鋼片試片，以確認自黏塗膜電磁鋼片是否具有合格與適當的黏結效能，進而確保馬達、發電機、變壓器鐵芯產品的結構穩定。
請同時參照圖1及圖2，其中圖1係繪示依照本揭露之一種自黏塗膜電磁鋼片之快速熱壓合評估方法之流程圖，圖2係繪示依照本揭露之一種試片組之結構示意圖。本實施方式之自黏塗膜電磁鋼片之快速熱壓合評估方法100包含以下步驟。首先，進行步驟110，以提供如圖2所示之至少二片自黏性塗膜黏結之電磁鋼片210。在一實施例中，自黏性塗膜電磁鋼片210主要是利用輥塗方法塗覆自黏塗膜於電磁鋼片後，在進行烘烤步驟製成。其中，自黏塗膜之厚度約為1.5µm至5µm。在一實施例中，烘烤步驟之烘烤溫度為210℃至240℃。
在一實施例中，自黏性塗膜電磁鋼片210包含第一電磁鋼片單元211以及第二電磁鋼片單元212交錯堆疊設置。在一示範例中，第一電磁鋼片單元211的尺寸為95mm*100mm(亦即第一電磁鋼片單元211的寬度D1為95mm，長度為100mm)，且第二電磁鋼片單元212的尺寸為105mm*100mm(亦即第二電磁鋼片單元212的寬度D2為105mm，長度為100mm)。如圖2所示，位於上方的第一電磁鋼片單元211與位於下方的第一電磁鋼片單元211互相重疊，且重疊的部分寬度D3為10mm。
如圖1所示，在進行完步驟110之後，接著進行步驟120，以將自黏性塗膜電磁鋼片210設於第一鈦板221與第二鈦板222之間，以形成試片組200。在一實施例中，在將自黏性塗膜電磁鋼片210設於第一鈦板221與第二鈦板222之間之前，可先將紙張231設於第一鈦板221與自黏性塗膜電磁鋼片210之間，並將紙張232設於第二鈦板222與自黏性塗膜電磁鋼片210之間。在本實施例中，由於第一鈦板221與第二鈦板222具有導熱性佳、耐蝕性高、平整度高等優點，故有利於試片組200在進行後續熱壓合時能夠快速導熱與受力均勻。此外，利用紙張231與232來分隔自黏性塗膜電磁鋼片210、第一鈦板221與第二鈦板222的方式，可避免自黏性塗膜電磁鋼片210黏在第一鈦板221與第二鈦板222上，故紙張231與232除了具有分隔件之功能外，亦有易取得與成本低廉之優點。
如圖1所示，在進行完步驟120之後，接著進行步驟130，以利用壓合機對試片組200進行熱壓合步驟，以獲得熱壓合試片。在一實施例中，熱壓合步驟的溫度為150℃至250℃，熱壓合的時間為1分鐘至5分鐘，且熱壓合的壓力為20kgf/cm 2至50kgf/cm 2。具體而言，在步驟130中，可先將如圖2所示之試片組200放到熱壓合設備上。接著，開啟熱壓合設備的電源，並設定熱壓合設備的加熱板溫度為200℃。然後，在設定熱壓合設備的操作條件為:熱壓合的時間為1分鐘至5分鐘，且熱壓合的壓力為35kgf/cm 2，最後再啟動熱壓合設備的油壓缸對試片組200進行壓合，以獲得熱壓合試片。
如圖1所示，在進行完步驟130之後，接著進行步驟140，以對熱壓合試片進行第一拉力測試。在對熱壓合試片進行第一拉力測試之前，可先將熱壓合試片(尺寸為寬度200mm，長度100mm)沿著長度方向的相對二側各切除長度4mm後，再沿著長度方向將剩餘長度(92mm)切分成四組尺寸為200mm*23mm的試片。在一實施例中，拉力測試是以型號為MTS Criterion model 43的拉力試驗機來進行，所設定的拉力測試速度為10mm/min。在本實施例中，第一拉力測試主要是試驗熱壓合試片是否能夠承受大於5N/mm 2之拉力，若試驗結果為是，則判斷熱壓合試片為合格試片。
請參照下表一，下表一是使用本揭露之快速熱壓合方法所製作的不同自黏塗膜材料之熱壓合試片來進行拉力測試的結果。 表一
    測試項目 試片編號    拉力測試  (合格標準＞5 N / mm 2)        備   註  
1.  標準試片      18.1 N / mm 2   原廠試片拉力值
2. G-1       9.7 N / mm 2   第一次試製拉力最低值
3. C-2       2.1 N / mm 2   第二次試製拉力最低值
4. C-3       5.8 N / mm 2   第三次試製拉力最低值
5. G-4      13.3 N / mm 2   第四次試製拉力最低值
6. C-5       10.0 N / mm 2   第五次試製拉力最低值
從表一可知，試片編號1為原廠塗料之電磁鋼片經本揭露之快速熱壓合方法所製作的試片，試片編號2及5為使用外購塗料之電磁鋼片經本揭露之快速熱壓合方法所製作的試片，編號3、4及6為使用自製塗料之電磁鋼片經本揭露之快速熱壓合方法所製作的試片。從表一可知，除了試片編號3以外，使用自製塗料或外購塗料的電磁鋼片經本揭露之快速熱壓合方法所製作的試片均可通過拉力測試之合格標準。
請參照下表二，下表二是先將使用本揭露之快速熱壓合方法所製作的熱壓合試片分別靜置不同時間後，再進行拉力測試的結果，也是一種耐高溫老化試驗的結果。 表二
    測試項目 試片編號    拉力測試  (合格標準＞5 N / mm 2)        備   註  
7. G-1      17.3 N / mm 2   70℃儲放2週
8. G-1      15.7 N / mm 2   70℃儲放4週
9. G-4      17.7 N / mm 2   70℃儲放2週
10.G-4      14.3 N / mm 2   70℃儲放4週
11.C-5      16.8 N / mm 2   70℃儲放2週
12.C-5       17.5 N / mm 2   70℃儲放4週
從表二可知，試片編號7~10為使用外購塗料之電磁鋼片經高溫70℃儲放2週~4週，編號11及12為使用自製塗料之電磁鋼片經高溫70℃儲放2週~4週，以本揭露之快速熱壓合方法所製作的試片。從表二黏結拉力測試結果可知，不論是使用自製塗料或外購塗料的電磁鋼片經本揭露之快速熱壓合方法所製作的試片，其自黏效果並無劣化，而可通過拉力測試之合格標準，這說明了自黏電磁鋼片在高溫儲、運後，接著力仍佳。
請參照下表三，下表三是使用不同烘烤溫度條件製作的自黏塗膜電磁鋼片經本揭露之快速熱壓合方法製作的熱壓合試片來進行拉力測試的結果。 表三
    測試項目   試片編號      最高板溫PMT   塗膜烘烤溫度(℃)      拉力測試  (合格標準＞5 N / mm 2)    備     註  
13. G3        210 ℃        6.0 N / mm 2 塗膜烘烤溫度低
14. G3        225 ℃       11.9 N / mm 2  烘烤溫度提升
15. G3        240 ℃       13.8 N / mm 2 PMT：240℃高溫 顯示黏結力佳。
從表三可知，試片編號13〜15顯示不同烘烤溫度條件製作之自黏塗膜電磁鋼片，試片之拉力測試結果為6.0 〜 13.8 N/mm 2，皆符合合格標準。由表三可知，不同的塗膜的烘烤溫度也會造成塗膜的黏結力不同，利用本揭露之快速熱壓合方法來製作熱壓合試片，可快速地評估不同的塗覆、烘烤製程條件所產生的自黏效果差異，進而可提供相關人員參考以修正塗膜的烘烤溫度，以使產品更能符合客戶及市場需求。
請參照下表四，下表四利用本揭露之快速熱壓合方法以不同的壓合時間所製作的熱壓合試片，進行拉力測試的結果。 表四
    測試項目   試片編號  200℃ × 1 min壓合     拉力測試 (N/mm 2) 200℃ × 5 mins壓合     拉力測試 (N/mm 2)    備   註  
16. G3       14.2 N / mm 2         16.5 N / mm 2  壓合時間比較
17. C3-1       15.9 N / mm 2         18.6 N / mm 2  壓合時間比較
18. C3-2       11.5 N / mm 2         15.0 N / mm 2  壓合時間比較
從表四可知，試片編號16〜18顯示在200℃的熱壓合條件下，熱壓合之時間條件不同，所得試片之黏結力結果略有不同，但仍在合格範圍內。由表四可知，隨著本揭露之快速熱壓合試片製作的壓合時間越長，所得到的拉力測試效果越好。
另請再次參照圖1，在確定熱壓合試片通過第一拉力測試(黏結拉力測試)後，可再進一步進行步驟150，以進行老化試驗。其中，步驟150之老化試驗是將在50℃的環境下儲放6週至25週的自黏電磁鋼片，經本揭露之快速熱壓合方法進行步驟160之進行第二拉力測試，以試驗合格試片是否能夠承受大於5N/mm 2之拉力，若試驗結果為是，則判斷合格試片通過老化試驗。其中，第二拉力測試之試驗結果如下表五。 表五
試片編號         C3S1      G3S1    備   註
19/20.  50℃(6週)    18.9  N / mm 2    14.4 N / mm 2  35CS250品級鋼材  與35CS440品級鋼材
21/22.  50℃(9週)    19.0  N / mm 2    14.0 N / mm 2     同 上
23/24.  50℃(15週)    19.0  N / mm 2    14.0 N / mm 2     同 上
25/26.  50℃(25週)    19.3  N / mm 2    14.4 N / mm 2     同 上
從表五可知，試片編號19〜26為長期高溫50℃在約半年長期老化後的自黏電磁鋼片，以本揭露的快速熱壓合方法來製作之熱壓合試片之拉力測試顯示兩種塗膜C3S1/G3S1之電磁鋼片經快速熱壓合後所產生的黏結力在半年時間以及高溫50℃的環境下，皆能夠維持不變。這表示，利用本揭露的快速熱壓合方法來製作之熱壓合試片能夠在長期儲放後，仍可用作加工馬達鐵芯，並說明在高溫老化後自黏電磁鋼片之黏結力合格。
另請再次參照圖1，在確定熱壓合試片通過第一拉力測試後，亦可進一步進行步驟170，以進行耐受試驗。其中，步驟170之耐受試驗是將熱壓合後的合格試片浸泡在變速箱油(例如溫度條件為FORD MOTORCRAFT MERCON ULV 變速箱油)中14天至84天(超過2000小時)。在熱壓合後的合格試片經過耐受試驗後，接著進行步驟180，進行第二拉力測試，以試驗合格試片是否能夠承受大於5N/mm 2之拉力，若試驗結果為是，則判斷合格試片通過耐受試驗。其中，第二拉力測試之試驗結果如下表六。 表六
試片編號        C3S1    G3S1    備   註
27/28. 14天(336 hrs)    16.9 N / mm 2    13.9 N / mm 2  25CS1250品級鋼材  與35CS440品級鋼材
29/30. 28天(672 hrs)    16.9 N / mm 2    13.7 N / mm 2     同 上
31/32. 56天(1008 hrs)    15.5 N / mm 2    13.7 N / mm 2     同 上
33/34. 84天(2016 hrs)    15.3 N / mm 2    13.7 N / mm 2     同 上
從表六可知，試片編號27〜34為北美電動車廠規格要求之耐受性試驗。在指定變速箱油與溫度條件為150℃的環境下浸泡2000小時後，C3S1/G3S1兩種塗膜之電磁鋼片皆可通過2000小時之耐受性測試。
由上述本揭露之實施方式可知，本揭露主要是利用熱壓合機搭配鈦板來壓合自黏性塗膜電磁鋼片，以形成熱壓合試片。其中，鈦板除了可提供良好的導熱效果外，因其具有良好的耐蝕性特性而可提供平整的壓合表面。此外，利用熱壓合機來壓合自黏性塗膜電磁鋼片亦可大幅縮短自黏性塗膜電磁鋼片試片的製作時間，進而可提供相關人員快速完成不同種類及數量的熱壓合試片的黏結強度、老化與耐受性評估。
100:自黏塗膜電磁鋼片之快速熱壓合評估方法 110:步驟 120:步驟 130:步驟 140:步驟 150:步驟 160:步驟 170:步驟 180:步驟 200:試片組 210:自黏性塗膜電磁鋼片 211:第一電磁鋼片單元 212:第二電磁鋼片單元 221:第一鈦板 222:第二鈦板 231:紙張 232:紙張
為了更完整了解實施例及其優點，現參照結合所附圖式所做之下列描述，其中： ［圖1］係繪示依照本揭露之一種自黏塗膜電磁鋼片之快速熱壓合評估方法之流程圖；以及 ［圖2］係繪示依照本揭露之一種試片組之結構示意圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:自黏塗膜電磁鋼片之快速熱壓合評估方法
110:步驟
120:步驟
130:步驟
140:步驟
150:步驟
160:步驟
170:步驟
180:步驟

Claims (9)

  1. 一種自黏塗膜電磁鋼片之快速熱壓合評估方法，包括：提供至少二自黏性塗膜電磁鋼片，其中該些自黏性塗膜鋼片上、下互相堆疊；將該些自黏性塗膜電磁鋼片設於一第一鈦板與一第二鈦板之間，以形成一試片組；利用一壓合機對該試片組進行一熱壓合步驟，以獲得一熱壓合試片，其中該熱壓合步驟的溫度為150℃至250℃，熱壓合的時間為1分鐘至5分鐘，且熱壓合的壓力為20kgf/cm2至50kgf/cm2；以及對該熱壓合試片進行一第一拉力測試，以試驗該熱壓合試片是否能夠承受大於5N/mm2之拉力，若試驗結果為是，則判斷該熱壓合試片為一合格試片。
  2. 如請求項1所述之方法，其中在將該些自黏性塗膜電磁鋼片設於該第一鈦板與該第二鈦板之間之前，該方法更包含將一紙張設於該第一鈦板與該些自黏性塗膜電磁鋼片之間。
  3. 如請求項1所述之方法，其中在將該些自黏性塗膜電磁鋼片設於該第一鈦板與該第二鈦板之間之前，該方法更包含將一紙張設置在該第二鈦板與該些自黏性塗膜電磁鋼片之間。
  4. 如請求項1所述之方法，其中提供每一該些自黏性塗膜電磁鋼片包含：利用一輥塗方法塗覆一自黏塗膜於一電磁鋼片；以及對塗覆有該自黏塗膜之該電磁鋼片進行一烘烤步驟，其中該自黏塗膜之厚度為1.5μm至5μm。
  5. 如請求項4所述之方法，其中該烘烤步驟之烘烤溫度為210℃至240℃。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該第一拉力測試的速度為10mm/min。
  7. 如請求項1所述之方法，其中在對該熱壓合試片進行該第一拉力測試之前，該方法更包含對該熱壓合試片進行一靜置步驟，其中該靜置步驟是將該熱壓合試片在70℃的環境下儲放2週至4週。
  8. 如請求項1所述之方法，其中判斷該熱壓合試片為該合格試片後，該方法更包含對該合格試片進行一老化試驗，其中該老化試驗是將該合格試片在50℃的環境下儲放6週至25週後，再進行一第二拉力測試，以試驗該合格試片是否能夠承受大於5N/mm2之拉力，若試驗結果為是，則判斷該合格試片通過該老化試驗。
  9. 如請求項1所述之方法，其中判斷該熱壓合試片為該合格試片後，該方法更包含對該合格試片進行一耐受試驗，其中該耐受試驗是將該合格試片浸泡在變速箱油中14天至84天後，再進行一第二拉力測試，以試驗該合格試片是否能夠承受大於5N/mm2之拉力，若試驗結果為是，則判斷該合格試片通過該耐受試驗。
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