CN101358096B - 一种无取向电工钢用的绝缘环保涂料 - Google Patents
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Abstract
一种无取向电工钢用的绝缘环保涂料，属于电工钢涂料技术领域。各组分按物质的干重计算：磷酸二氢盐：20～60％，丙烯酸酯乳液：20～40％，硼酸：2～20％，硅溶胶：0.5～15％，二甘醇一丁醚：0～5％；均为重量百分比。本发明的涂料是一种不含铬的环保涂层，该涂层表面光亮均匀、具有很好的绝缘性、附着性、防锈性、耐热性；该涂层还具有润湿性好，便于涂敷及发泡量少的特点。
Description
技术领域
本发明属于电工钢涂料技术领域，尤其是涉及一种无取向电工钢用的绝缘环保涂料。
背景技术
电工钢片是一种重要的磁性材料，无取向电工钢被广泛应用于电动发动机、发电机、小型变压器等电机的铁芯。在制造铁芯时，需要连续地将电工钢板冲剪成铁芯形状的坯料，通过焊接将叠好的一定数量的芯片边缘固定。为了减少涡流损失，需在钢板表面涂覆绝缘涂层，以便使各层片之间彼此绝缘。
涂层是电工钢生产的最后一道工序，涂层的种类、工艺和质量将对电工钢片间相互绝缘性、附着性、冲片性、焊接性及耐蚀性等产生重大影响，从而进一步影响电工钢本身的铁损水平乃至产品的性能。
冷轧无取向电工钢表面涂层主要包括：无机涂层、有机涂层、半有机涂层三大类。现在生产上广泛使用的铬酸盐+有机树脂为主要成分的半有机涂层，如日本专利特公昭50-15013、美国专利US3909313等专利中所提及的铬酸锌或铬酸镁+丙烯酸树脂乳液或苯乙烯、醋酸乙烯乳液，该种涂层有较高的层间电阻，良好的附着性及防锈性，并具有优良的冲片性能和耐热性能，因此从上个世纪七十年代以来一直到今天，仍然在国内外各大电工钢生产厂商中大量使用。但因其含有铬酸盐，会对环境造成污染，越来越多的国家和地区已经对铬酸盐作为涂层的电工钢进行了严格的限制。
开发无铬环保涂层已经成为了当今电工钢涂层发展的重大课题，美国专利US5945212中提到了一种用磷酸二氢盐、硅溶胶和有机乳液组成的涂液，用磷酸二氢盐替代铬酸盐，有效的解决了环保问题。然而新的无铬环保涂层在润湿性、耐热性、附着性等方面与传统的铬酸盐涂层相比还存在一定的差距。
发明内容
本发明的目的在于一种无取向电工钢用的绝缘环保涂料。该涂料不含对人体和环境有害的铬酸盐，表面光亮均匀，并具有良好的绝缘性、附着性、防锈性、耐热性，具有润湿性好，便于涂敷及发泡量少的特点。
为实现上述目的，本发明由以下几部分组成：各组分按物质的干重(去除水分后的质量)计算：
磷酸二氢盐： 20～60％，
丙烯酸酯乳液： 20～40％，
硼酸： 2～20％，
硅溶胶： 0.5～15％，
二甘醇一丁醚： 0～5％；
以上均为重量百分比
本发明的绝缘涂层中含有至少一种的磷酸二氢盐，所说的磷酸二氢盐为磷酸二氢铝溶液或磷酸二氢镁溶液，或者两者的混合。磷酸二氢盐溶液浓度为30％～50％，且基本不含游离磷酸，磷酸二氢盐的用量以干重来计算，占全部组合物重量的20％～60％；
本发明的另一个基本特征是绝缘涂层中含有丙烯酸酯乳液，该乳液为水溶性的丙烯酸及其酯的共聚物，各组分按重量配比为：
甲基丙烯酸甲酯 20～30％
丙烯酸乙酯 20～25％
丙烯酰胺 0.5～3％
余量为水
乳液添加量以树脂固体含量计算，占全部组合物的20～40％，乳液的添加能大幅度的提高钢板的冲片性能，但添加量不宜超过40％，否则会导致钢板的焊接性能变差。乳液本身应为中性或弱酸性，固含量应在40％～50％之间，且能与上述无机磷酸溶液完全混合，不产生沉淀。
本发明的绝缘涂层还含有硼酸，硼酸能增加薄膜的致密性和表面光泽，还可以增加薄膜在低温时的形成能力以及消除应力退火时的耐热性，硼酸的添加量为全部组合物重量的2％～20％。
本发明的绝缘涂层中还含有硅溶胶，硅溶胶是胶体二氧化硅的简称，它是一种良好的无机粘结剂，具有无毒、耐高温、隔热、绝缘性能好、比表面积大、吸附力强、热膨胀系数低等优点。一般要求其固含量在30％～31％，PH值为9.5～10.5，粒径10～20nm，粘度50c.p，比重1.14～1.24，并有较好的稳定性。添加到涂液中可以改善涂层的外观及附着性，添加量以干重计，占整个涂层重量的0.5％～15％。
本发明的绝缘涂层中还进一步含有二甘醇一丁醚，二甘醇一丁醚是一种优良的水溶性有机溶剂，可以改善涂液对钢板的润湿性，减少纵向条纹的产生并防止涂层中的缺陷，从而使涂覆均匀，涂液能很好的覆盖钢板的整个宽度。用量为整个涂层重量的0～5％，添加量太少则效果不明显，添加量过多则会造成粘度过多增大，在涂层烧结时会放出更多的挥发性有机化合物，从而造成污染。
本发明中，向上述涂料组合物中添加水，最终处理液的密度控制在1.00～1.20g/cm3。将涂液均匀地涂布到无取向电工钢板表面，在250～500℃的干燥炉中30～60秒烘干，即可得到性能优异的绝缘膜。
固化后膜的涂覆量应为0.5～10g/m2。
本发明的优点在于，该涂层为不含铬酸盐的环保涂层。该涂层表面光亮均匀、具有很好的绝缘性、附着性、防锈性、耐热性；该涂层还具有润湿性好，便于涂敷及发泡量少的特点。
具体实施方式
本发明的实施例以及相应的对比例的各组分及其含量如表1所示，按表1配制本发明的涂料。
表1：涂料组成(所有组分的含量均按照物质干重来计算)
按本发明的实施例以及相应的对比例制得的涂料涂覆在0.5mm厚的无取向电工钢板表面，在350℃的马弗炉中进行1min烧结，取出冷却后即在钢板表面形成均匀的绝缘膜。测得该涂层的性能指标如表2所示：
表2：涂层性能测试
| 涂覆量(g/m2) | 层间电阻(Ω.cm2/片) | 附着性 | SRA后附着性 | 防锈性 | |
| 实施例1 | 2.32 | 68.77 | A | B | 良好 |
| 实施例2 | 1.89 | 33.85 | A | B | 良好 |
| 实施例3 | 2.13 | 40.25 | A | B | 良好 |
| 实施例4 | 2.10 | 43.97 | A | B | 良好 |
| 实施例5 | 1.57 | 37.24 | A | C | 良好 |
| 实施例6 | 2.38 | 57.48 | A | C | 良好 |
| 实施例7 | 1.72 | 53.61 | A | C | 良好 |
| 比较例1 | 1.51 | 42.37 | B | C | 良好 |
| 比较例2 | 3.66 | 78.96 | O | B | 良好 |
注：
1.涂覆量的计算根据涂层前后钢板的质量差，由单位面积上的增重来表示。
2.层间电阻：按照GB2522-2007标准进行，由层间电阻仪测得。
3.附着性：测试方法参照GB2522-2007，将试样绕铜棒弯曲180°后扳直，观察涂层的开裂与剥落情况，性能级别从高到低分为O、A、B、C、D、E、F七个级别。
4.SRA：纯氮气氛下，750℃×2hr消除应力退火。
5.防锈性：进行潮湿试验：在温度50℃，湿度98％的恒温恒湿箱中放置24hr观察
从以上的性能测试结果可以看出，本发明的涂料具有光滑均匀的表面外观、良好的绝缘性能和附着性、并具有很好的耐热性和防锈性，且润湿性好，便于涂敷。是一种优良的无取向电工钢用无铬环保涂层。
Claims (2)
1.一种无取向电工钢用的绝缘环保涂料，其特征在于，各组分按物质的干重计算：
磷酸二氢盐： 20～60％，
丙烯酸酯乳液： 20～40％，
硼酸： 2～20％，
硅溶胶： 0.5～15％，
二甘醇一丁醚： 1.23％～5％；
均为重量百分比，所属的干重是指去除水分后的质量；
所说的磷酸二氢盐为磷酸二氢铝溶液或磷酸二氢镁溶液，或者两者的混合；磷酸二氢盐溶液浓度为30％～50％，不含游离磷酸；
丙烯酸酯乳液为水溶性的丙烯酸及其酯的共聚物，各组分按重量配比为：
甲基丙烯酸甲酯 20～30％
丙烯酸乙酯 20～25％
丙烯酰胺 0.5～3％
余量为水
乳液应为中性或弱碱性，固含量应在40％～50％之间，粘度为400～3000cps，与上述磷酸盐溶液完全互溶，不产生沉淀。
2.如权利要求1所述的无取向电工钢用的绝缘环保涂料，其特征在于：所述的硅溶胶为胶体二氧化硅，其固含量在30％～31％，pH值为9.5～10.5，粒径10～20nm，粘度50c.p，比重1.14～1.24，并有较好的稳定性。
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