5. 舉辦自審會議與成果發表：
3.1 領域 A.高品級電磁鋼片與自黏塗膜之高分子樹脂設計 開發
3.1.5 電磁鋼片自黏塗膜開發 (MC02)
3.1.5.1 前言
電磁鋼片(ES)應用於發電機、變壓器及馬達的鐵芯，是重要的鋼鐵產品。大多數馬達 鐵芯可透過銲接或鉚接組立而成，然而這些加工方式有其缺點，例如：銲接固定的方式容 易造成鐵芯邊緣短路，層間絕緣性下降，進而延伸出熱變形或磁特性變異等現象。此外，
銲接時會因塗膜裂解生成有害氣體，危害操作者健康；鉚接方式則以局部鉚點進行固定，
成品鐵芯之連接力不高。同時，鉚點深度受限於底材厚度，難以滿足 ES 薄板下高強度之 要求。對此，自黏塗膜ES 為一新興之組立黏接方式。
自黏塗膜(Self-bonding coating)屬 ASTM A976 分類之 C3 型有機樹脂塗膜，其塗膜原 理及其加工方式如圖MC02-1 所示。自黏塗料於 ES 產線藉由輥塗方式塗覆(Stage A)，該塗 料經過產線加熱烘烤後形成硬化不完全之半成品(Stage B)；此半成品經過產線盤捲、客戶 分條、衝片，堆疊散片並以夾具固定後進行加熱加壓固化(Stage C)。固化黏結後之鐵芯可 避免 ES 鋼片於加工銲接、鉚合所產生之應力以及鐵損變異，提高馬達整體性能，同時降 低鐵芯轉動時所產生之振動與噪音。因此，自黏塗膜技術極適合高規 ES 薄板與高效率馬 達產品使用。
圖MC02-1 自黏型塗膜原理及其加工方式示意圖
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3.1.5.3 文獻探討
表MC02-2 為各鋼廠自黏塗膜產品型錄彙整，可看出近年來各鋼廠致力發展自黏塗膜，
其中寶武鋼、奧鋼聯、蒂森克魯伯、CDW 等鋼廠均引進外購 Axalta、Chemetall、Rembrandtin 自黏塗料，膜厚約4~6μm，固化溫度約 200oC、黏結剪切強度典型值約落於 15 N/mm2。
表MC02-2 各鋼廠自黏塗膜產品型錄彙整
(註：NSSMC 與 POSCO 未登錄自黏塗膜於其型錄)
透過專利資訊網之蒐尋，輸入關鍵字：積層、接着、電磁鋼板；國際分類碼：C23 (對 金屬材料之鍍覆)、B05 (一般對表面塗佈液體或其他流體之工藝)、B32 (層狀產品)，可概略 地網羅各廠家之自黏塗膜專利，並可將自黏塗膜專利分為熱壓衝模之裝置、塗膜樹脂之配 方、塗膜加熱之方法、鋼板鐵芯之產品四個面向。透過表MC02-3 整理各鋼廠自黏塗膜專 利之佈局可知，新日鐵專利佈局較全面性，1993 年即續投入自黏塗膜開發。其中新日鐵 1999 年已發展出模內膠合、自黏塗膜配合模內週波加熱加壓組立鐵芯；JFE 則著重於塗膜配方 之專利，2003 年起發表利用週波感應加熱自黏塗膜之方法專利；POSCO 亦與下游投資之 衝壓廠共同研發模內點膠配合週波加熱裝置，2015 年起陸續發表裝置專利；大陸鋼廠如寶 武鋼、馬鋼等亦於2015 年發表數篇自主性研發之塗膜配方專利。
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(2) 鉛筆硬度：(Pencil hardness test)
JIS 鉛筆硬度規格 3H~9H 之鉛筆，以 45 度角度，1kg 的力量磨擦鋼片表面塗膜，將不
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(4) 層間絕緣性
以層間阻抗試驗 (Interlayer resistance test) JIS-C-2550 標準方法之層間阻抗測定儀 (Interlaminar resistivity tester)量測。電流值(Is)在 0.5～0.1A 或阻抗 10～25Ωcm2/sheet 為一 般ES 塗膜之合格標準。
(5) 塗膜固化與黏結強度測試
將烘烤後之試片(寬 100mm x 長 200mm) 裁切成 95mm 與 105mm 長，並依圖 MC02-2 方式以熱壓合機進行塗膜固化壓合，其塗膜疊合面積為 MC02-23mm x 10mm。專利常見之固化 條件：溫度200oC，時間 60sec，壓力 1N/mm2。壓合後之試片於室溫下以萬能拉力機測試 其剪切應力(Shear Stress)最大值當作黏結強度，試驗速度為 5mm/min。
圖MC02-2 塗膜剪切強度測試片尺寸 (6) 塗膜馬式硬度
利用 Fischer Instruments 公司之超微小硬度計 HM2000 測定自黏塗膜烘烤後之表面硬 度。測定探頭使用金鋼鑽製之四角錐型與斜角 136 度之維氏壓頭，於室溫 25oC 下進行量
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(10) 180oC 剪切接著強度
根據JISK6850：1999 製作剪切拉伸試驗片，進行拉伸試驗。將烘烤所得之試片裁切成 寬25mm × 長 100mm 各 2 片，以自前端至 10mm 之部分由絕緣被覆膜彼此接著處，重疊
○：1.96MPa 以上、未達 3.92MPa
△：0.98MPa 以上，未達 1.96MPa
╳：未達0.98MPa (11) 高溫耐油性
固化後之塗膜放置於180℃之液壓油中浸漬 500 小時，取出予以放置冷卻後，觀察該 黏結後之塗膜鋼片是否產生分離現象。文獻中所使用之油品為光興產公司製之Daphne Super Hydro 46HF。其耐油性判定基準如下所示：
◎：無分離、無剝離 之比較。研究中挑選不同環氧當量(Epoxide equivalent weight, EEW)、分子量之樣品展開塗 膜性能測試，試驗結果顯示Resin A-1 具有最佳塗膜性能，塗覆後 Stage B 表面不發黏、鹽 霧測試5 小時銹蝕面積<5%、16 小時銹蝕面積約 10%。該樹脂乳液可穩定儲放一年，後續 以Resin A-1 做為配方用料。
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表MC02-4 自黏塗膜水性環氧樹脂用料評估結果
為使塗膜產生自身黏結功能，研究中加入不同官能基之硬化劑進行測試。表 MC02-5 顯示N、M、O、D 不同官能基類型硬化劑對塗料穩定性、塗膜耐蝕性及黏結力之影響。實 驗結果顯示N 類型硬化劑搭配 Resin A-1 樹脂後可達 6 個月以上穩定的塗料安定性。同時，
該配方塗膜可在Stage B 保持乾爽不發黏、高耐蝕性，並在 Stage C 固化階段產生優異的黏 結力，於200oC、1 min、3 N/mm2條件下達到17.4 N/mm2剪切黏結力。
表MC02-5 自黏塗膜硬化劑用料評估結果
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3.1.5.5.2 配方探討
圖MC02-3 顯示不同添加量之 N 類型硬化劑對自黏塗膜黏結力之影響。本研究現已掌 握 6 家 N 類型硬化劑料源 (N1 至 N6)，其添加量對黏結力表現趨勢均一致，可看出 P3%
為最適化添加量。當硬化劑添加量持續增加至 P5%時，黏結力已無明顯提升，甚至下降。
後續以N1 做為配方用料。
圖MC02-3 不同添加量之 N 類型硬化劑對自黏塗膜黏結力之影響 3.1.5.5.3 塗膜烘烤條件之影響
透過上述配方料源篩選，本研究成功開發出中鋼自製之自黏塗膜C3S1。為了解自黏塗 膜最佳烘烤參數，研究中亦針對塗覆烘烤板溫 (Peak metal temperature, PMT)進行探討。實 驗結果顯示，C3S1 於 PMT T2 至 T3 oC 之間具有最佳黏結力，如圖 MC02-4，且於 PMT Y1 至 Y3 oC 表面色差程度(Delta b < 2.0) 較不明顯，如圖 MC02-5。
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圖MC02-4 不同 PMT 對自黏塗膜黏結力之影響
圖MC02-5 不同 PMT 對塗膜表面色差之影響 3.1.5.5.4 中鋼自製C3S1自黏塗膜
本研究開發之自黏塗膜 C3S1 特性如表 MC02-6 所示，其自主配方中之樹脂與硬化劑 料源為技術關鍵。樹脂特性可使塗膜塗覆後表面高耐蝕、乾爽不發黏；硬化劑特性則可經 加熱加壓後達到快速固化特性，於200oC、1 min 內產生 15 N/mm2黏結力，整體塗膜特性 可媲美國外自黏塗料商品。
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化劑對塗料穩定性、塗膜耐蝕性及黏結力之影響。實驗結果顯示N1 硬化劑搭配 Resin A-1 樹脂後可達6 個月以上穩定的塗料安定性。同時，可在 Stage B 保持乾爽不發黏、高耐蝕 性，並在Stage C 固化階段產生優異的黏結力。綜合樹脂、硬化劑料源評估結果，本研究成 功開發出中鋼自製自黏塗膜C3S1 (塗料代號 EC62)，其 C3S1 塗膜特性包括：(1) Stage A 塗 覆前塗料安定性可穩定儲放6 個月以上、最適化烘烤板溫介於 T2~T3 oC；(2) Stage B 塗覆 後塗膜表面不發黏、5hr 鹽霧銹蝕面積<10%；(3) Stage C 塗膜經加熱、加壓於 200oC、1 min 內可產生15 N/mm2黏結力，塗膜整體特性媲美國外自黏塗料商品。
本研究計畫中開發完成之塗料配方及其產製技術，後續將可移轉至高磁子公司進行塗 料批量生產，並提供給中鋼集團內 7 條 ES 塗覆產線生產試製。執行本計畫除可大幅降低 塗料外購成本，亦可配合中鋼公司推動薄頂規、電動車 ES 材料之銷售，強化中鋼集團與 國內外馬達、鐵芯製造商之技術鏈結。ES 市場競爭越形劇烈，惟有不斷精進塗膜品質，方 能使集團與競爭鋼廠之塗膜產品有差異化，創造核心產品之高附加價值。
3.1.5.7 參考文獻
[1] 林新惟，電動車用自黏塗膜現況與評估方法建立，ST06606。
[2] 林新惟，G2UR自黏塗膜快速固化可行性評估，TS06619。
[3] 江口邦彦、高野茂、山口勝郎，川崎製鉄株式会社，加熱接着用表面被覆電磁鋼板 およびその製造方法，JP特許番號1995-308990。
[4] 山口勝郎、江口邦彦、高野茂，川崎製鉄株式会社，加熱接着用表面被覆電磁鋼板 の製造方法，JP特許番號1996-024779。
[5] 中川暢子、佐志一道、村松直樹、多田千代子、JFE鋼鐵股份有限公司，疊層用電磁 鋼板、疊層型電磁鋼板、疊層型電磁鋼板的製造方法以及汽車馬達用鐵芯，臺灣公 開專利號TW201612926A。
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