CN112368144B - 电工钢带材或电工钢板材、用于生产电工钢带材或电工钢板材的方法以及由其制成的叠片组 - Google Patents

电工钢带材或电工钢板材、用于生产电工钢带材或电工钢板材的方法以及由其制成的叠片组 Download PDF

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Abstract

本发明给出了一种电工钢带材或电工钢板材，其具有在其平侧面之一上设置的至少一个热固性水基热熔胶漆层，一种用于生产这种电工钢带材或电工钢板材的方法以及由其制成的叠片组。为了能够在烘烤过程中具有提高的熔体粘度提出的是，热固性水基热熔胶漆层还具有与环氧树脂或环氧树脂混合物结合的预交联剂，其中预交联剂是具有三个氨基的有机胺，即有机三胺，或这样的有机胺的混合物。

Description

电工钢带材或电工钢板材、用于生产电工钢带材或电工钢板 材的方法以及由其制成的叠片组
技术领域
本发明涉及一种电工钢带材或电工钢板材，其具有在其平侧面之一上设置的至少一个热固性水基热熔胶漆层，本发明还涉及一种用于生产这样的电工钢带材或电工钢板材的方法以及由其制成的叠片组。
背景技术
从现有技术已知许多用于电工钢带材或电工钢板材表面的胶粘剂涂覆的方法，以便能够将从其分离的板材部件材料锁合地粘合成叠片组。例如，将电工钢带材或电工钢板材用热固性热熔胶漆涂覆，即具有热熔胶粘剂的反应性胶粘剂体系，也称为烤漆(WO 2014/089593 A1)。干燥后，即从热固性热熔胶漆层中除去溶剂后，将从这种涂覆的电工钢带材或电工钢板材分离的板材部件彼此堆叠在一起，并通过所谓的烘烤工艺使之首先粘合、然后固化，即通过参数压力、温度和时间彼此材料锁合地连接成组。
为了获得具有突出的磁特性的高强度叠片组，合适的是将热熔胶漆的粘合能力或粘合状态设置得尽可能恒定或使其保持稳定，确切地说是将其施加到电工钢带材或电工钢板材上之前直到干燥或直到最终固化，即直到烘烤工艺。在工艺技术上证明是有问题的至少有材料锁合的连接，因为在此情况下重要的是避免在烘烤工艺过程中烤漆的泄漏。
发明内容
因此，从开篇所述的现有技术出发，本发明的目标是提供一种电工钢带材或电工钢板材，其具有在其平侧面之一上设置的至少一个热固性水基热熔胶漆层，该热熔胶漆层在烘烤工艺过程中具有提高的熔体粘度。
本发明利用权利要求1的特征解决了所提出的关于电工钢带材或电工钢板材的目标。
如果热固性水基热熔胶漆层还具有与环氧树脂或环氧树脂混合物结合的预交联剂，特别是在室温下已经结合的预交联剂，其中该预交联剂是具有三个氨基的有机胺，即有机三胺，或此类有机胺的混合物，则可以设定热熔胶漆层的特定状态。有机三胺应理解为具有正好三个氨基的有机化合物。这也特别适用于具有三个伯氨基的有机胺，即有机三胺。通过借助于这种有机胺进行的预交联，即氨基与环氧树脂的不同环氧树脂分子的反应性环氧基的反应形成仲胺和/或叔胺，在热固性水基热熔胶漆层中产生相对大体积的化合物。借助于具有三个氨基的有机胺，即借助于有机三胺，可以调节根据本发明的这种预交联，使得热固性热熔胶漆层的熔体粘度提高，并因此在材料锁合的连接期间，例如在与板材部件连接形成叠片组的过程中，可以防止烘烤工艺过程中热熔胶漆的流出。然而，这不会损害热熔胶漆层的粘合能力或它在电工钢带材或电工钢板材上的粘附强度。也可以保证水基热熔胶漆在其在室温下的储存期间以及在其进一步处理时的分散稳定性，所述进一步处理即施加到电工钢带材或电工钢板材上以及施加的热熔胶漆层随后的干燥等。
有机三胺特别适合作为预交联剂，因为它以足够的交联度形成相对稳定的预交联。
有机三胺的特征还在于它们的水溶性和较低的毒性，因此易于处理。此外，它们表现出特别低的气味污染。
如果预交联剂的三个氨基均为伯氨基，则可以简化环氧树脂或环氧树脂混合物与预交联剂的用量比例的调节。因此，可以假设预交联剂的氨基具有基本统一的反应性，这使得更容易针对其所需性能来设置热熔胶漆层在电工钢带材或电工钢板材上的状态。
还可以证明特别有利的是，在水基热固性热熔胶漆层中预交联剂和环氧树脂或环氧树脂混合物的重量百分比满足以下关系：
其中X代表1.6至28.9的数，特别是2.1至19.4，特别是2.9至7.2，并且M代表摩尔质量。
可以假定，预交联剂的至少大部分伯氨基分别与不同的环氧树脂分子结合形成仲胺或多半是叔胺。通过这种聚合物形成，发生摩尔质量增大——其中氨基和环氧基团的这种根据本发明的比例是理想的，以便达到一定的预交联度，该交联度足够宽而不会引起水基热熔胶漆的胶凝。
因此，分散体在室温下的稳定性不受损害。特别地，这种效果意味着在室温下长期的储存稳定性，这可以以令人惊讶的高水平达到，这又意味着在施加热熔胶漆层时或随后在电工钢带材或电工钢板材上干燥时热熔胶漆非常容易处理，并且可以达到有利的性能，例如电工钢带材或电工钢板材上热熔胶漆层的提高的干燥速度，包括高硬度以及同时非常好的弹性。
特别地，本发明尤其还可以在以这种方式涂覆的电工钢带材或电工钢板材的其它用途方面突出。电工钢带材或电工钢板材上的热熔胶漆层的熔体粘度可借助预交联剂被有利地影响，即可提高，借此可以减小在烘烤过程中从要以材料锁合方式连接的涂覆电工钢带材或电工钢板材或由其制成的板材部件流出的风险。这可以借助于水基热固性热熔胶漆层中预交联剂与环氧树脂或环氧树脂混合物的根据本发明的重量百分比关系来实现——确切地说以令人惊讶的方式，因为必须接受例如在施加热熔胶漆层时在稳定性和分散性方面或在热熔胶漆的处理方面没有不利影响。这样还尤其可行的是获得具有突出的磁性能的高强度叠片组。
关于具有足够交联度的相对稳定的预交联，聚醚三胺(优选聚氧丙烯三胺)特别适合作为预交联剂，其不仅成本有利，而且还具有干燥和固化的热熔胶漆层的良好弹性。作为预交联剂的聚醚三胺、优选聚氧丙烯三胺还以其水溶性和较低的毒性而突出，因此易于处理。此外，它们显示出特别低的气味污染。
如果将聚醚三胺的氨基键合至末端醚基的仲碳原子上，则可以实现带有氨基的碳上的位阻——借此可以有利地调节反应性和交联度，从而有利地调节预交联剂和环氧树脂制成的化合物的体积。当聚醚三胺的所有氨基键合到末端醚基团的仲碳原子上时，这也成立。
如果环氧树脂或环氧树脂混合物具有双酚A基，则可以获得特别成本有利的热熔胶漆层。
如果该热固性热熔胶漆层具有在室温下是潜伏性的基于氰胺的固化剂，特别是由双氰胺组成的固化剂，则可以实现热固性热熔胶漆层的简单的生产或进一步处理。
上述优点是可以达到的，特别是当热固性水基热熔胶漆层具有
35至55重量％、特别是40至50重量％的环氧树脂或环氧树脂混合物，其具有1500至2000g/mol的平均摩尔质量，和
作为预交联剂的0.1至2重量％、特别是0.2至1.0重量％的三胺，其具有350至550g/mol的平均摩尔质量。
还可以证明有利的是，热固性水基热熔胶漆层具有2至10重量％、特别是3至8重量％的基于氰胺、特别是双氰胺的潜伏性固化剂。
优选地，所述热固性水基热熔胶漆层可以具有做为余量的水以及特别是4至20重量％的助溶剂，优选1-甲氧基丙醇做为助溶剂。
上述优点是可以达到的，特别是当热固性水基热熔胶漆层具有
35至55重量％、特别是40至50重量％的环氧树脂或环氧树脂混合物，其具有1500至2000g/mol的平均摩尔质量，和
作为预交联剂的0.1至2重量％、特别是0.2至1.0重量％的三胺，其具有350至550g/mol的平均摩尔质量，
2至10重量％、特别是3至8重量％的基于氰胺、特别是双氰胺的潜伏性固化剂，以及
做为余量的水以及特别是4至20重量％的助溶剂，优选1-甲氧基丙醇做为助溶剂。
可以表现得特别突出的是热固性热熔胶漆层干燥了的电工钢带材或电工钢板材。这表现为粘合强度或耐辊剥性的提高。
关于提到的优点，可以表现得特别突出的是干燥的热固性热熔胶漆层，其具有：
75至92.8重量％、特别是80至90重量％的环氧树脂或环氧树脂混合物，其具有1500至2000g/mol的平均摩尔质量，
4至24.8重量％、特别是7至12重量％的固化剂，特别是双氰胺，
0.2至4重量％、特别是0.4至2重量％的三胺作为预交联剂，其具有350至550g/mol的平均摩尔质量。
本发明还提出了提供一种用于由电工钢带材或电工钢板材生产叠片组的方法的目标，该方法易于实施并且能够实现特别可靠的胶合，而不必担心在材料锁合的连接过程中热熔胶漆流出。
本发明根据权利要求13的特征解决了关于方法的目标。
在工艺技术方面简单地，根据本发明涂覆的电工钢带材或电工钢板材的生产可以通过在电工钢带材或电工钢板材的至少一个平侧面上施布、特别是辊涂或喷涂热固性水基热熔胶漆来进行。
为此，将根据本发明涂覆的电工钢带材或电工钢板材的热熔胶漆层干燥，特别是在180至280℃的带材温度下干燥，将板材部件从电工钢带材或电工钢板材分离，将板材部件堆叠成叠片组并且将叠片组粘合，特别是通过优选在100℃至250℃热活化热熔胶漆层。
已经发现，由于根据本发明的预交联，不仅不损害热固性热熔胶漆层的粘附强度和粘合能力，而且还提高了熔体粘度，使得其不期望的流出得以避免。另外，在加热的过程中，即在加热阶段期间，也可以实现受控的最终交联或受控的固化。
由所述方法获得的叠片组由于简单且可靠的生产不仅是成本有利的，它们还因特别高的强度和出色的磁性能而突出。
特别突出的是由根据权利要求1至12中的任一项所述的电工钢带材或电工钢板材制成的叠片组，其热固性热熔胶漆层按照根据权利要求13或14的一种方法进行干燥和固化。
具体实施方式
在下文中，参照实施例变型以示例性的方式描述本发明。
实施例1：
用于达到最佳预交联的根据本发明改善的关系尤其可以实现热熔胶漆层的储存稳定性、可操作性和防流出性的特别有利的平衡。X的值越大，预交联剂的质量相对于环氧树脂或环氧树脂混合物就越小。太小的X的值、进而相对太大的预交联剂重量百分比可导致储存稳定性变差，因为存在热熔胶漆在使用前可能凝胶化的风险，这已经会使热熔胶漆的施布变困难。太高的X值、进而相对太小的预交联剂重量百分比尤其可导致达到过小的预交联度，热熔胶漆粘度过低，并且因此不再在流出方面稳定。
在一个优选的实施例1中，为电工钢带材或电工钢板材涂覆热固性水基热熔胶漆层，100克该热熔胶漆层具有：
50克平均摩尔质量为2000g/mol的环氧树脂，
5.0克双氰胺作为潜伏性固化剂，
1.0克三胺作为预交联剂，其具有440g/mol的平均摩尔质量，即具有以下结构式的聚氧丙烯三胺，其具有三个伯氨基，所述伯氨基键合在末端醚基的仲碳原子上，
10克1-甲氧基丙醇作为助溶剂，和
做为余量的水。
其它的添加剂和/或助剂是可以考虑的。
另外，热固性热熔胶漆层中的预交联剂与环氧树脂或环氧树脂混合物的重量百分比满足以下关系：
其中M代表摩尔质量。在实施例1中对于X得出3.67的值，该值也落入2.9至7.2的所要求保护的特别优选的范围内。
对于湿漆，针对钢带材的通常层厚度为4μm至16μm的厚度，它在干燥状态下例如为2μm至8μm。其中例如10g/m2/带材侧面对应于干燥状态下的5μm的层厚度(即例如10μm的湿漆厚度)。
通过该组成可以调节热熔胶漆层的特定状态。三胺的伯氨基至少在室温下与环氧树脂的反应性环氧基团反应形成仲胺和叔胺。因此在热固性水基热熔胶漆层中产生相对大体积的化合物，或者导致摩尔质量增加。
此外，氨基和环氧基团的根据本发明的比率是理想的，以实现一定的预交联度，该预交联度足够宽从而不引起水基热熔胶漆的胶凝。
这样的热熔胶漆在室温下具有高的存储稳定性，而不会影响其在电工钢带材或电工钢板材上的粘合能力或粘附强度方面的性能。例如，因此可以顺利实现6个月的储存能力。因此，水基热固性热熔胶漆易于操作。
实施例1的预交联剂显示了另一有利的性质，即带有氨基的碳上的位阻。这是由于聚醚三胺的氨基键合在末端醚基团的仲碳原子上而产生的。这影响氨基的反应性。特别是，它降低了预交联剂的仲氨基(即已经与环氧树脂分子发生结合的氨基)与第二个环氧树脂分子反应以形成叔氨基的倾向。这样，不仅预交联度特别容易调节，而且热熔胶漆层的储存也比较稳定。这在室温下甚至超过六个月的时间。
出人意料的是，还发现实现了根据本发明的热熔胶漆层在电工钢带材或电工钢板材上特别好的粘附强度。
将电工钢带材或电工钢板材上的根据本发明的热熔胶漆层在220℃的带材温度下干燥，因此从热熔胶漆层中排出了水和助溶剂，即1-甲氧基丙醇。在该过程之后，形成实施例1的干燥的热固性热熔胶漆层，它由如下组分组成：
89％重量的环氧树脂
8.9重量％的双氰胺作为潜伏性固化剂，和
2.1重量％的三胺作为预交联剂。
假定预交联剂的氨基各自与环氧树脂的不同环氧树脂分子的至少一个环氧基团反应。
根据本发明，观察到电工钢带材或电工钢板材上的热熔胶漆层的干燥速率提高。此外，这种干燥的热固性热熔胶漆层的特点是高硬度，同时具有很好的弹性。改善的韧性是特别重要的——与电工钢带材或电工钢板材上的干燥的热固性热熔胶漆层的出色粘附强度结合产生了耐辊剥性方面的显著改善。
为了证明耐辊剥性的改善，给出了3个样品的比较结果。
样品1：现有技术
样品1的热固性热熔胶漆层的组成对应于常规的市售烤漆。
样品2：现有技术
样品2的热固性热熔胶漆层的组成对应于根据本发明的实施例1(样品3)的组成，但未添加预交联剂。
样品3：实施例1
热固性热熔胶漆层的组成对应于根据本发明的实施例1的组成。通过辊涂将其以5μm的层厚度施加到硅合金(约3％Si)电工钢带材上，并在220℃的带材温度(PMT-峰值金属温度)下进行干燥。
为了确定耐辊剥性，使用根据EN 1464标准的方法。
对于样品3，按照表1，可见耐辊剥性的明显提高。
表1
根据本发明的特别的优点在于在固化过程中干燥的热固性热熔胶漆层的熔体粘度的可调节性。这特别是由于特定的预交联通过热固性热熔胶漆层中预交联剂与环氧树脂的根据本发明的重量百分比关系实现的。因此可以减小热熔胶漆在烘烤过程中从要以材料锁合的方式连接的、用热熔胶漆涂覆的电工钢带材或电工钢板材或由其制成的板材部件流出的风险。
这在对热熔胶漆的稳定性和分散或操作没有不利影响的情况下实现，例如在施加热熔胶漆层时。这尤其是令人惊讶的，因为尽管存在在室温下为潜伏性的其他固化剂，借助于在室温下与树脂结合的预交联剂仍确保室温下的高储存稳定性，并且不会因电工钢带材或电工钢板材上的热固性热熔胶漆层的干燥而产生其它应用方面的负面效果。
与根据本发明的限度相比仅略微提高的预交联剂重量百分比就已经不仅导致热固性水基热熔胶漆的储存稳定性大大劣化，而且还使电工钢带材或电工钢板材上的干燥的热固性热熔胶漆层的熔体粘度提高到一定程度，这使其粘合力劣化到不可接受的程度。

Claims (31)

1.一种电工钢带材或电工钢板材，所述电工钢带材或电工钢板材具有在其平侧面之一上设置的至少一个热固性水基热熔胶漆层，所述热固性水基热熔胶漆层具有环氧树脂或环氧树脂混合物以及至少一种固化剂，其特征在于，所述热固性水基热熔胶漆层还具有与环氧树脂或环氧树脂混合物结合的预交联剂，其中所述预交联剂是具有三个氨基的有机胺，即有机三胺，或有机三胺的混合物，其中，所述热固性水基热熔胶漆层中的预交联剂与环氧树脂或环氧树脂混合物的重量百分比满足以下关系：
其中
X代表1.6至28.9的数并且
M代表摩尔质量，
其中，所述热固性水基热熔胶漆层具有35至55重量％的环氧树脂或环氧树脂混合物，其具有1500至2000g/mol的平均摩尔质量，和
作为预交联剂的0.1至2重量％的三胺，其具有350至550g/mol的平均摩尔质量，
并且其中，所述热固性水基热熔胶漆层具有2至10重量％的基于氰胺的潜伏性固化剂。
2.根据权利要求1所述的电工钢带材或电工钢板材，其特征在于，所述预交联剂的三个氨基分别是伯氨基。
3.根据权利要求1或2所述的电工钢带材或电工钢板材，其特征在于，所述预交联剂是聚醚三胺。
4.根据权利要求3所述的电工钢带材或电工钢板材，其特征在于，聚醚三胺的一个氨基键合到末端醚基团的仲碳原子上。
5.根据权利要求1或2所述的电工钢带材或电工钢板材，其特征在于，所述环氧树脂或环氧树脂混合物具有双酚A基。
6.根据权利要求1或2所述的电工钢带材或电工钢板材，其特征在于，所述热固性水基热熔胶漆层具有在室温下潜伏性的基于氰胺的固化剂。
7.根据权利要求1所述的电工钢带材或电工钢板材，其特征在于，所述热固性水基热熔胶漆层具有
40至50重量％的环氧树脂或环氧树脂混合物，其具有1500至2000g/mol的平均摩尔质量，和/或
作为预交联剂的0.2至1.0重量％的三胺，其具有350至550g/mol的平均摩尔质量。
8.根据权利要求7所述的电工钢带材或电工钢板材，其特征在于，所述热固性水基热熔胶漆层具有
3至8重量％的基于氰胺的潜伏性固化剂。
9.根据权利要求7或8所述的电工钢带材或电工钢板材，其特征在于，所述热固性水基热熔胶漆层具有做为余量的水以及助溶剂。
10.根据权利要求1或2所述的电工钢带材或电工钢板材，其热固性水基热熔胶漆层被干燥。
11.根据权利要求10所述的电工钢带材或电工钢板材，其特征在于，经干燥的热固性水基热熔胶漆层具有：
75至92.8重量％的环氧树脂或环氧树脂混合物，其具有1500至2000g/mol的平均摩尔质量，
4至24.8重量％的固化剂，
0.2至4重量％的三胺作为预交联剂，其具有350至550g/mol的平均摩尔质量。
12.根据权利要求1所述的电工钢带材或电工钢板材，其特征在于，X代表2.1至19.4的数。
13.根据权利要求1所述的电工钢带材或电工钢板材，其特征在于，X代表2.9至7.2的数。
14.根据权利要求3所述的电工钢带材或电工钢板材，其特征在于，所述预交联剂是聚氧丙烯三胺。
15.根据权利要求3所述的电工钢带材或电工钢板材，其特征在于，聚醚三胺的所有氨基键合到末端醚基团的仲碳原子上。
16.根据权利要求6所述的电工钢带材或电工钢板材，其特征在于，所述热固性水基热熔胶漆层具有在室温下潜伏性的由双氰胺组成的固化剂。
17.根据权利要求8所述的电工钢带材或电工钢板材，其特征在于，所述热固性水基热熔胶漆层具有3至8重量％的基于双氰胺的潜伏性固化剂。
18.根据权利要求9所述的电工钢带材或电工钢板材，其特征在于，所述热固性水基热熔胶漆层具有做为余量的水以及4至20重量％的助溶剂。
19.根据权利要求9所述的电工钢带材或电工钢板材，其特征在于，所述助溶剂是1-甲氧基丙醇。
20.根据权利要求11所述的电工钢带材或电工钢板材，其特征在于，经干燥的热固性水基热熔胶漆层具有80至90重量％的环氧树脂或环氧树脂混合物，其具有1500至2000g/mol的平均摩尔质量。
21.根据权利要求11所述的电工钢带材或电工钢板材，其特征在于，所述固化剂是双氰胺。
22.根据权利要求11所述的电工钢带材或电工钢板材，其特征在于，经干燥的热固性水基热熔胶漆层具有7至12重量％的固化剂。
23.根据权利要求11所述的电工钢带材或电工钢板材，其特征在于，经干燥的热固性水基热熔胶漆层具有0.4至2重量％的三胺作为预交联剂，其具有350至550g/mol的平均摩尔质量。
24.通过将热固性水基热熔胶漆施布到电工钢带材或电工钢板材的至少一个平侧面上生产根据前述权利要求中任一项所述的电工钢带材或电工钢板材的方法。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，将热固性水基热熔胶漆辊涂或喷涂到电工钢带材或电工钢板材的至少一个平侧面上。
26.用于生产具有根据权利要求24或25得到的电工钢带材或电工钢板材的叠片组的方法，所述方法包括：
将热熔胶漆层干燥，
将板材部件从电工钢带材或电工钢板材分离，
将板材部件堆叠成叠片组，
将叠片组粘合。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，在180至280℃的带材温度下将热熔胶漆层干燥。
28.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，通过热熔胶漆层的热活化将叠片组粘合。
29.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，在100℃至250℃下进行叠片组的粘合。
30.通过根据权利要求26至29中任一项所述的方法生产的叠片组。
31.由根据权利要求1至23中任一项所述的电工钢带材或电工钢板材制成的叠片组，其热固性水基热熔胶漆层按照根据权利要求24至29中任一项所述的方法生产。
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