CN102653642A - 一种用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料 - Google Patents

一种用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料 Download PDF

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张刚
张艳伟
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一种用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料，涉及一种绝缘涂料，特别是用于涂覆铝电解阴极的绝缘涂料。其特征在于其原料的配料包括：为成膜物质的树脂、颜填料和助剂。本发明的一种用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料，涂覆在铝电解阴极的选定位置上，有效改变了阴极电流分布情况，减少水平电流的危害，实现节能降耗。具有固化快，绝缘性好，导热性好、耐高温以及与基体的粘附力强，施工方便等特点。采用喷涂或刷涂的方法，在阴极钢棒一定的位置涂覆0.5-2mm厚的涂层材料，常温固化4-5h即可，应用过程中施工工艺简单方便。

Description

一种用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料
技术领域
一种用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料，涉及一种绝缘涂料，特别是用于涂覆铝电解阴极的绝缘涂料。
背景技术
在铝电解槽在运行过程中，电流在经过阳极—熔体—阴极碳阴极和阴极钢棒过程中，在熔体内部，会产生水平电流。在磁场的作用下，该水平电流势必会导致铝液层的上下波动，引起极距不均，额外增加电耗。在现行铝电解槽生产中，通常采用在电解槽中保持较高的铝液层，通常在25cm左右的铝液层，以减少由于铝液的上下波动对电解槽影响。如何消除电解槽中水平电流的不利影响，一直以来是铝电解行业研究着研究的主要内容之一。
改变原有阴极的电流分布状况，减少水平电流的影响，增加铝液层的稳定性，最终实现减少铝液层厚度，减低极距，能实现节能降耗的目的。在阴极涂覆绝缘材料层是改变阴极电流分布的有效手段。由于铝电解生产过程要求，层绝缘涂层材料要求具有较强应用特性的绝缘材料，具有较好绝缘性能和热传导性能，常温固化快、绝缘性好、使用温度高，与基体粘结力强、热传导性好等特点。目前，还没有合适的阴极的涂覆绝缘材料。
发明内容
本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种常温固化快、绝缘性好、使用温度高，与基体粘结力强，可以有效的改变阴极电流分布，从而减少铝液的波动，减少电解槽电压波动，满足铝电解节能需要的用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料，其特征在于其原料的配料包括：为成膜物质的树脂、颜填料和助剂。
本发明的用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料，其特征在于所述的原料的配料中为树脂的成膜物质重量配比为33-45.7wt%、颜填料的重量配比为50-60wt%，余量为助剂。
本发明的用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料，其特征在于所述的为成膜物质的树脂为有机硅树脂和聚酰胺树脂的混合物，其混合重量比为 (1.7-1.8）:1。
本发明的用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料，其特征在于所述的为成膜物质的树脂为环氧树脂E-44和聚酰胺树脂的混合物，其混合重量比为1.5:1。
本发明的用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料，其特征在于所述的为成膜物质的树脂为有机硅树脂、环氧树脂E-44和聚酰胺树脂的混合物，其混合重量比为2.07:1.5:1。
本发明的用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料，其特征在于所述的颜填料的配比包括：（1）选自氧化铝粉、氮化硅粉中的一种或其混合物的A类颜填料；
（2）选自云母粉、滑石粉中的一种或其混合物的B类颜填料； 
（3）选自石棉粉、玻璃粉、铝粉中的一种或一种以上的其混合物的C类颜填料；
（3）选自TiO2粉、三聚磷酸铝、轻质碳酸钙中的一种或一种以上的其混合物的D类颜填料，
其颜填料A、颜填料B、颜填料C和颜填料D的混合重量配比为(22-26):(10-15):(5-8):(10-15)。
本发明的用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料，其特征在于所述的颜填料的每类颜填料中采用一种以上的混合物时，它们之间的混合重量比值为1。
本发明的用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料，其特征在于所述的助剂包括气相二氧化硅、环烷酸锌、硅烷偶联剂、多价羧酸类分散剂，其重量配比为相二氧化硅：环烷酸锌：硅烷偶联剂：多价羧酸类分散剂=(3-5):(0.5-1):(0.1:0.3):(0.5-1)；还包括为气相二氧化硅、环烷酸锌、硅烷偶联剂和多价羧酸类分散剂总混合溶剂，其混合溶剂为工业乙醇：丙酮=10：1的混合物。
本发明的用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料，其特征在于所述的绝缘材料采用喷涂或刷涂方法涂覆在阴极上，涂覆厚度为0.5-2mm，根据厚度要求，采用涂覆2-5次完成。
本发明的用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料主要性能指标如下
指标 测量值 实验方法
粘度，s 80-100 涂4#杯
附着力，级 ≤3 GB/T 1720—1979
漆膜硬度，H 3-5 铅笔硬度
体积电阻率，Ω·m ≥1.0×1012 GB/T l4l0．2006
电气强度,MV/m ≥40 GB/T 1408．1—2006
导热系数,W·(m·K)-1 1.1-1.35 热阻仪
耐温性 良好，无开裂、脱落 400℃2h
Figure 373043DEST_PATH_IMAGE002
室温1h，循环10次
本发明的用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料，通过在阴极钢棒上的特殊位置涂覆本有的绝缘涂层材料，改变原有阴极的电流分布状况，减少水平电流的影响，增加铝液层的稳定性，最终实现减少铝液层厚度，减低极距，实现节能降耗的目的。该涂层材料具有固化快，绝缘性好，导热性好、耐高温以及与基体的粘附力强，施工方便等特点，很好的实现了阴极节能技术的应用。
具体实施方式
用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料，其原料的配料包括：为成膜物质的树脂、颜填料和助剂；所述的原料的配料中为树脂的成膜物质重量配比为33-45.7wt%、颜填料的重量配比为50-60wt%，余量为助剂；所述的为成膜物质的树脂为有机硅树脂和聚酰胺树脂的混合物，其混合重量比为（1.7-1.8）:1；所述的为成膜物质的树脂为环氧树脂E-44和聚酰胺树脂的混合物，其混合重量比为1.5:1；所述的为成膜物质的树脂为有机硅树脂、环氧树脂E-44和聚酰胺树脂的混合物，其混合比重量比为2.07:1.5:1。
所述的颜填料的配比包括：（1）选自氧化铝粉、氮化硅粉中的一种或其混合物的A类颜填料；
（2）选自云母粉、滑石粉中的一种或其混合物的B类颜填料； 
（3）选自石棉粉、玻璃粉、铝粉中的一种或一种以上的其混合物的C类颜填料；
（3）选自TiO2粉、三聚磷酸铝、轻质碳酸钙中的一种或一种以上的其混合物的D类颜填料，
其颜填料A、颜填料B、颜填料C和颜填料D的混合重量比为(22-26):(10-15):(5-8):(10-15)。
本发明的用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料，所述的颜填料的每类颜填料中采用一种以上的混合物时，它们之间的混合重量比值为1。
本发明的用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料，所述的助剂包括气相二氧化硅、环烷酸锌、硅烷偶联剂、多价羧酸类分散剂，其重量配比为相二氧化硅：环烷酸锌：硅烷偶联剂：多价羧酸类分散剂=(3-5):(0.5-1):(0.1:0.3):(0.5-1)；还包括为气相二氧化硅、环烷酸锌、硅烷偶联剂和多价羧酸类分散剂总混合溶剂，其混合溶剂为工业乙醇：丙酮=10：1的混合物。
本发明的用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料的制备工艺如下：
（1）按照配比称量成膜物质，将其溶解在混合溶剂中待用；
（2）将颜填料及助剂按一定配比加入球磨罐，然后加入（1）中制备好的溶液加入其中；
（3）启动球磨机，将（3）中所配试样球磨20-30min；
（4）停止球磨机，取出浆料；
本发明的用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料，所述的绝缘材料采用喷涂或刷涂方法涂覆在阴极上，涂覆厚度为0.5-2mm，根据厚度要求，采用涂覆2-5次完成，对涂覆完成的工件进行固化，常温固化4-5h，其后按正常生产要求使用工件。
实施例1
表1 绝缘涂料配方组成表 
成分 含量（g/1000g）
有机硅树脂 207
环氧树脂E-44 150
聚酰胺树脂 100
氧化铝粉： 250
云母粉 100
玻璃粉 50
二氧化钛 100
气相二氧化硅 30
多价羧酸类分散剂 5
环烷酸锌 7
硅烷偶联剂 1
＊ 混合溶剂 1000
＊注：混合溶剂单位为ml
依照表1配方组成，按照以下工艺完成节能阴极钢棒绝缘层涂覆：
本发明所述的绝缘材料具体制备工艺如下：
（1）本发明有成膜物质为A+B+C；
（2）按照一定配比称量成膜物质，将其溶解在混合溶剂中待用；
（3）将颜填料及助剂按一定配比加入球磨罐，然后加入（2）中制备好的溶液加入其中；
（4）启动球磨机，将（3）中所配试样球磨20min；
（5）停止球磨机，取出浆料；
（6）将上述球磨完成的涂料，采用喷涂或刷涂工艺涂覆于工件材料表面，涂覆厚度为2mm，根据厚度要求，采用涂覆5次完成；
（7）对涂覆完成的工件进行固化，常温固化4-5h即可使用。
本发明提供的绝缘材料主要性能指标如下
指标 测量值 实验方法
粘度，s 95 涂4#杯
附着力，级 2 GB/T 1720—1979
漆膜硬度，H 3 铅笔硬度
体积电阻率，Ω·m 1.2×1013 GB/T l4l0．2006
电气强度,MV/m 70 GB/T 1408．1—2006
导热系数,W·(m·K)-1 1.35 热阻仪
耐温性 良好，无开裂、脱落 400℃2h
Figure 290184DEST_PATH_IMAGE002
室温1h，循环10次
实施例2
表2绝缘涂料配方组成表
成分 含量（g/1000g）
有机硅树脂 250
聚酰胺树脂 150
氮化硅 260
滑石粉 100
铝粉 60
三聚磷酸铝 126
气相二氧化硅 40
多价羧酸类分散剂 7
环烷酸锌 5
硅烷偶联剂 2
＊ 混合溶剂 1000
＊注：混合溶剂单位为ml
依照表2配方组成，按照以下工艺完成节能阴极钢棒绝缘层涂覆：
本发明所述的绝缘材料具体制备工艺如下：
（1）本发明有成膜物质为A +C；
（2）按照一定配比称量成膜物质，将其溶解在混合溶剂中待用；
（3）将颜填料及助剂按一定配比加入球磨罐，然后加入（2）中制备好的溶液加入其中；
（4）启动球磨机，将（3）中所配试样球磨20min；
（5）停止球磨机，取出浆料；
（6）将上述球磨完成的涂料，采用喷涂或刷涂工艺涂覆于工件材料表面，涂覆厚度为1.5mm，根据厚度要求，采用涂覆4次完成；
（7）对涂覆完成的工件进行固化，常温固化4-5h即可使用。
本发明提供的绝缘材料主要性能指标如下
指标 测量值 实验方法
粘度，s 100 涂4#杯
附着力，级 1 GB/T 1720—1979
漆膜硬度，H 3 铅笔硬度
体积电阻率，Ω·m 5.6×1012 GB/T l4l0．2006
电气强度,MV/m 55 GB/T 1408．1—2006
导热系数,W·(m·K)-1 1.20 热阻仪
耐温性 良好，无开裂、脱落 400℃2h
Figure 69921DEST_PATH_IMAGE002
室温1h，循环10次
实施例3
表3绝缘涂料配方组成表
成分 含量（g/1000g）
有机硅树脂 220
聚酰胺树脂 114
氧化铝粉 220
云母粉 75
滑石粉 75
石棉粉 40
铝粉 40
轻质碳酸钙 150
气相二氧化硅 50
多价羧酸类分散剂 10
环烷酸锌 5
硅烷偶联剂 1
＊混合溶剂 1200
＊注：混合溶剂单位为ml
依照表3配方组成，按照以下工艺完成节能阴极钢棒绝缘层涂覆：
本发明所述的绝缘材料具体制备工艺如下：
（1）本发明有成膜物质为A+C；
（2）按照一定配比称量成膜物质，将其溶解在混合溶剂中待用；
（3）将颜填料及助剂按一定配比加入球磨罐，然后加入（2）中制备好的溶液加入其中；
（4）启动球磨机，将（3）中所配试样球磨20min；
（5）停止球磨机，取出浆料；
（6）将上述球磨完成的涂料，采用喷涂或刷涂工艺涂覆于工件材料表面，涂覆厚度为0.5mm，根据厚度要求，采用涂覆2次完成；
（7）对涂覆完成的工件进行固化，常温固化4-5h即可使用。
本发明提供的绝缘材料主要性能指标如下
指标 测量值 实验方法
粘度，s 80 涂4#杯
附着力，级 3 GB/T 1720—1979
漆膜硬度，H 4 铅笔硬度
体积电阻率，Ω·m 2.5×1012 GB/T l4l0．2006
电气强度,MV/m 40 GB/T 1408．1—2006
导热系数,W·(m·K)-1 1.11 热阻仪
耐温性 良好，无开裂、脱落 400℃2h
Figure 465130DEST_PATH_IMAGE002
室温1h，循环10次
实施例4
表4绝缘涂料配方组成表
成分 含量（g/1000g）
环氧树脂E-44 200
聚酰胺树脂 130
氮化硅 120
氧化铝粉 120
滑石粉 130
石棉粉 40
玻璃粉 40
二氧化钛 50
三聚磷酸铝： 50
轻质碳酸钙 50
气相二氧化硅 50
多价羧酸类分散剂 7
环烷酸锌 10
硅烷偶联剂 3
＊混合溶剂 1000
＊注：混合溶剂单位为ml
依照表4配方组成，按照以下工艺完成节能阴极钢棒绝缘层涂覆：
本发明所述的绝缘材料具体制备工艺如下：
（1）本发明有成膜物质为B +C；
（2）按照一定配比称量成膜物质，将其溶解在混合溶剂中待用；
（3）将颜填料及助剂按一定配比加入球磨罐，然后加入（2）中制备好的溶液加入其中；
（4）启动球磨机，将（3）中所配试样球磨20min；
（5）停止球磨机，取出浆料；
（6）将上述球磨完成的涂料，采用喷涂或刷涂工艺涂覆于工件材料表面，涂覆厚度为1.0mm，根据厚度要求，采用涂覆3次完成；
（7）对涂覆完成的工件进行固化，常温固化4-5h即可使用。
本发明提供的绝缘材料主要性能指标如下
指标 测量值 实验方法
粘度，s 88 涂4#杯
附着力，级 2 GB/T 1720—1979
漆膜硬度，H 5 铅笔硬度
体积电阻率，Ω·m 3.8×1012 GB/T l4l0．2006
电气强度,MV/m 50 GB/T 1408．1—2006
导热系数,W·(m·K)-1 1.28 热阻仪
耐温性 良好，无开裂、脱落 400℃2h
Figure 279502DEST_PATH_IMAGE002
室温1h，循环10次

Claims (9)

1.用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料，其特征在于其原料的配料包括：为成膜物质的树脂、颜填料和助剂。
2.根据权利要求1所述的用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料，其特征在于所述的原料的配料中为树脂的成膜物质重量配比为33-45.7wt%、颜填料的重量配比为50-60wt%，余量为助剂。
3.根据权利要求1所述的用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料，其特征在于所述的为成膜物质的树脂为有机硅树脂和聚酰胺树脂的混合物，其混合重量比为 (1.7-1.8）:1。
4.根据权利要求1所述的用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料，其特征在于所述的为成膜物质的树脂为环氧树脂E-44和聚酰胺树脂的混合物，其混合重量比为1.5:1。
5.根据权利要求1所述的用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料，其特征在于所述的为成膜物质的树脂为有机硅树脂、环氧树脂E-44和聚酰胺树脂的混合物，其混合重量比为2.07:1.5:1。
6.根据权利要求1所述的用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料，其特征在于所述的颜填料的配比包括：
（1）选自氧化铝粉、氮化硅粉中的一种或其混合物的A类颜填料；
（2）选自云母粉、滑石粉中的一种或其混合物的B类颜填料； 
（3）选自石棉粉、玻璃粉、铝粉中的一种或一种以上的其混合物的C类颜填料；
（4）选自TiO2粉、三聚磷酸铝、轻质碳酸钙中的一种或一种以上的其混合物的D类颜填料，
其颜填料A、颜填料B、颜填料C和颜填料D的混合重量配比为(22-26):(10-15):(5-8):(10-15)。
7.根据权利要求1所述的用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料，其特征在于所述的颜填料的每类颜填料中采用一种以上的混合物时，它们之间的混合重量比值为1。
8.根据权利要求1所述的用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料，其特征在于所述的助剂包括气相二氧化硅、环烷酸锌、硅烷偶联剂、多价羧酸类分散剂，其重量配比为相二氧化硅：环烷酸锌：硅烷偶联剂：多价羧酸类分散剂=(3-5):(0.5-1):(0.1:0.3):(0.5-1)；还包括为气相二氧化硅、环烷酸锌、硅烷偶联剂和多价羧酸类分散剂总混合溶剂，其混合溶剂为工业乙醇：丙酮=10：1的混合物。
9.根据权利要求1所述的用于改变阴极的电流分布的绝缘涂料，其特征在于所述的绝缘材料采用喷涂或刷涂方法涂覆在阴极上，涂覆厚度为0.5-2mm，根据厚度要求，采用涂覆2-5次完成。
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