CN107312445A - 一种环保硅钢绝缘涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环保硅钢绝缘涂料，含有有机树脂：10％～20％；水溶性乳液：10％～18％；功能型无机填料：25％～55％；有机酸：0.5％～5％；助溶剂：0.5％～6％；颜料：0.5％～6％；助剂：1％～10％和余量为去离子水。与现有技术相比，本发明添加合成有机树脂和水溶性乳液，无机填料主要以硫酸钡、硫酸锌和氧化铝等为主，添加一定量的色浆，通过有机助剂的添加改善绝缘涂料一次涂敷和二次涂敷的性能，最终实现硅钢厚涂层的工业化生产应用，达到大型发电机和工业大电机等领域对硅钢绝缘涂层的性能要求。

Description

一种环保硅钢绝缘涂料
技术领域
本发明属于无取向硅钢绝缘涂料技术领域，尤其涉及一种环保硅钢绝缘涂料。
背景技术
电工钢主要包括碳含量很低且硅含量低于0.5％的电工钢和硅含量为0.5％～6.5％的硅钢两种，主要用作各种电机、变压器和发电机的铁芯，是电力、电子和军事工业中不可缺少的重要软磁合金材料。近年来国内生产电工钢使用的绝缘涂料主要为含铬绝缘涂料，该硅钢绝缘涂层由于层间电阻低、持续耐热性和耐击穿电压性能差等问题，采用该绝缘涂料生产的硅钢产品主要适用于中小型电机和压缩机电机行业。针对水力发电机、火力发电机和核电发电机等大型发电机领域和工业大电机领域，需要特制的极厚环保硅钢绝缘涂层才能满足使用要求。
目前，供应国内外大型发电机和工业大电机企业的硅钢产品通常采用极厚环保硅钢绝缘涂层，硅钢板表面绝缘涂层厚度可以达到5μm，部分大型发电机组要求硅钢绝缘涂层的层间电阻在10000Ω.mm2/片以上。发电机生产企业为了进一步提高硅钢的层间电阻，降低发电机涡流损耗，常对硅钢扇形冲片采用二次涂敷绝缘涂料的方式，两次绝缘涂层的厚度可以达到10μm以上，相当于含铬绝缘涂层厚度的10～15倍，从而达提高硅钢绝缘涂层的层间电阻、增大持续耐热性和耐击穿电压性能等目的。由于极厚环保硅钢绝缘涂料的固含量较高，常采用添加功能型无机填料的方法，大量的功能型填充料具有突出的耐击穿电压性能和抗蠕变性能，硅钢叠片处理后绝缘涂层热收缩率极低。
中国专利公开号CN 101659799A公开了一种用于制造各种电机、变压器、镇流器铁芯及各种元件用无取向硅钢环保涂层，硅钢绝缘涂料由磷酸二氢铝、硅溶胶、磷酸、氧化镁、含稀土硝酸盐和硅烷偶联剂组成，该绝缘涂料具有良好的绝缘性、较高的层间电阻及较高的抗击穿性能等，但磷酸二氢盐使用量大具有胶粘性问题，导致胶态二氧化硅在改性耐腐蚀性方面的能力受限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环保硅钢绝缘涂料，添加合成有机树脂和水溶性乳液，无机填料主要以硫酸钡、硫酸锌和氧化铝等为主，添加一定量的色浆，通过有机助剂的添加改善绝缘涂料一次涂敷和二次涂敷的性能，最终实现硅钢厚涂层的工业化生产应用，达到大型发电机和工业大电机等领域对硅钢绝缘涂层的性能要求。
本发明提供的一种环保硅钢绝缘涂料，含有以下百分含量原料：
有机树脂：10％～20％；
水溶性乳液：10％～18％；
功能型无机填料：25％～55％；
有机酸：0.5％～5％；
助溶剂：0.5％～6％；
颜料：0.5％～6％；
助剂：1％～10％；
余量为去离子水。
优选的各原料含量：
有机树脂：12％～18％；
水溶性乳液：12％～15％；
功能型无机填料：30％～50％；
有机酸：0.5％～3％；
助溶剂：1％～5％；
颜料：1％～5％；
助剂：2％～6％；
优选的，环保硅钢绝缘涂料，含有以下百分含量原料：
有机树脂：12％～16％；
水溶性乳液：12％～15％；
功能型无机填料：35％～50％；
有机酸：0.5％～3％；
助溶剂：1％～4％；
颜料：1％～5％；
助剂：2％～6％；
余量为去离子水。
所述有机树脂为酚醛树脂和丙烯酸树脂的一种或两种混合；
所述水溶性乳液为水溶性丙烯酸乳液、水溶性聚氨酯乳液、水溶性环氧乳液、水溶性异氰酸酯乳液或水溶性聚酰胺乳液中的一种或多种；
所述功能型无机填料为硫酸钡、硫酸锌或氧化铝的一种或多种；
所述有机酸为乙酸、乙二酸、丙酸、丙二酸、酒石酸或柠檬酸中的一种或多种；
所述助溶剂为乙醇或丙三醇中的一种或两种混合；
所述颜料为炭黑、铁黄或铁红中的一种或多种；根据客户要求涂层颜色确定颜料的配比及添加量；
所述助剂为有机硅消泡剂、分散剂、润湿剂、流平剂、杀菌剂和增稠剂的任意组合；助剂的添加用来改善环保硅钢绝缘涂层的综合性能；
本发明使用的溶剂为去离子水，使用去离子水代替有机溶剂，可以有效降低绝缘涂料中的VOC，达到绿色环保目的。
本发明采用有机树脂、水溶性乳液和功能型无机填料等做主成膜物质，通过添加颜料的比例和含量调节硅钢环保绝缘涂层的颜色，助剂的添加可以有效改善成膜性能；采用去离子水做溶剂，可以有效减低VOC含量，达到绿色环保目的。而且，该绝缘涂料可以与去离子水任意比例混合，适用于大型水力发电机、火力发电机和核电发电机等领域极厚环保硅钢。使用本发明制备的环保硅钢绝缘涂层具有优良的冲片性、耐湿热性、耐溶剂性、附着性、耐腐蚀性和高的层间电阻等性能，而且具备耐热性和耐击穿电压等性能，硅钢下游大型发电机行业二次涂装使用性能良好，一次涂敷和二次涂敷结合性能优良。
与现有技术相比，本发明具有以下突出效果：采用有机树脂、水溶性乳液和功能型无机填料做主成分，产品性能稳定，相比镁系铬酸盐涂料保质期提升15倍以上，硅钢层间电阻性能相提升20倍以上；可以有效提升硅钢层间电阻性能，耐热性和耐电压击穿性能满足大型水力发电机、火力发电机和核电发电机等领域要求。而且，固含量高，硅钢绝缘涂层耐热性好，耐热等级可达到H级；耐击穿电压性能好，电气强度＞30kV/mm；生产工艺简单，操作方便，一次涂敷和二次涂敷结合性能良好。
附图说明
图1为本发明制备的环保硅钢绝缘涂层。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明做进一步地介绍。
实施例1
一种环保硅钢绝缘涂料，含有以下百分含量原料：
酚醛树脂：15％；
水溶性丙烯酸乳液：12％；
功能型无机填料：48％；
36％乙酸：1％；
助溶剂：2％；
颜料：1.5％；
助剂：5％；
余量为去离子水。
一种环保硅钢绝缘涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)在反应釜中添加100g去离子水，搅拌速度300r/min条件下添加36％乙酸的10g，酚醛树脂150g，有机硅分散剂5g，助溶剂20g，提升搅拌速度至800r/min，分散60min，依次添加硫酸钡350g、硫酸锌100g、氧化铝30g，搅拌速度提升至1200r/min，高速搅拌分散120min；
2)降低分散速度至600r/min，添加水溶性丙烯酸乳液120g，搅拌均匀后依次添加5g有机硅消泡剂、5g分散剂、10g润湿剂、10g流平剂、10g增稠剂和5g杀菌剂，各助剂添加量的总和为50g，颜料15g，补充去离子水至总物料1000g，继续搅拌10～20min，即得环保硅钢绝缘涂料；
该方法制备的环保硅钢绝缘涂料一次涂敷方法采用六辊涂层机组进行涂敷，单面涂覆采用计量辊、取液辊和涂敷辊的配套方式，另一面采用同样的方式进行涂敷，该涂敷工艺一般在硅钢卷退火后完成；二次涂敷采用四辊涂层机组，上下表面采用取液辊和涂敷辊的方式进行同时涂敷，该涂敷工艺在大型工业电机及发电机生产企业完成。
实施例2
一种环保硅钢绝缘涂料，含有以下百分含量原料：
丙烯酸树脂：15％；
水溶性环氧乳液：12％；
功能型无机填料：48％；
36％乙酸：1％；
助溶剂：2％；
颜料：1.5％；
助剂：5％；
余量为去离子水。
一种环保硅钢绝缘涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)在反应釜中添加100g去离子水，搅拌速度300r/min条件下添加36％乙酸的10g，丙烯酸树脂150g，有机硅分散剂5g，助溶剂20g，提升搅拌速度至800r/min，分散60min，依次添加硫酸钡350g、硫酸锌100g、氧化铝30g，搅拌速度提升至1200r/min，高速搅拌分散120min；
2)降低分散速度至600r/min，添加水溶性环氧乳液120g，搅拌均匀后依次添加5g有机硅消泡剂、5g分散剂、10g润湿剂、10g流平剂、10g增稠剂和5g杀菌剂，各助剂添加量的总和为50g，颜料15g，补充去离子水至总物料1000g，继续搅拌10～20min，即得环保硅钢绝缘涂料；
该方法制备的环保硅钢绝缘涂料一次涂敷方法采用六辊涂层机组进行涂敷，单面涂覆采用计量辊、取液辊和涂敷辊的配套方式，另一面采用同样的方式进行涂敷，该涂敷工艺一般在硅钢卷脱火后完成；二次涂敷采用四辊涂层机组，上下表面采用取液辊和涂敷辊的方式进行同时涂敷，该涂敷工艺在大型工业电机及发电机生产企业完成。
实施例3
一种环保硅钢绝缘涂料，含有以下百分含量原料：
酚醛树脂：5％；
丙烯酸树脂：10％；
水溶性丙烯酸乳液：6％；
水溶性异氰酸酯乳液：6％；
功能型无机填料：48％；
乙二酸：0.8％；
助溶剂：2％；
颜料：1.5％；
助剂：5％；
余量为去离子水。
一种环保硅钢绝缘涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)在反应釜中添加100g去离子水，搅拌速度300r/min条件下添加乙二酸8g，酚醛树脂50g，丙烯酸树脂100g，有机硅分散剂5g，助溶剂20g，提升搅拌速度至800r/min，分散60min，依次添加硫酸钡350g、硫酸锌100g、氧化铝30g，搅拌速度提升至1200r/min，高速搅拌分散120min；
2)降低分散速度至600r/min，添加水溶性丙烯酸乳液60g，水溶性异氰酸酯乳液60g，搅拌均匀后依次添加5g有机硅消泡剂、5g分散剂、10g润湿剂、10g流平剂、10g增稠剂和5g杀菌剂，各助剂添加量的总和为50g，颜料15g，补充去离子水至总物料1000g，继续搅拌10～20min，即得环保硅钢绝缘涂料；
该方法制备的环保硅钢绝缘涂料一次涂敷方法采用六辊涂层机组进行涂敷，单面涂覆采用计量辊、取液辊和涂敷辊的配套方式，另一面采用同样的方式进行涂敷，该涂敷工艺一般在硅钢卷脱火后完成；二次涂敷采用四辊涂层机组，上下表面采用取液辊和涂敷辊的方式进行同时涂敷，该涂敷工艺在大型工业电机及发电机生产企业完成。
实施例4
一种环保硅钢绝缘涂料，含有以下百分含量原料：
酚醛树脂：10％；
丙烯酸树脂：5％；
水溶性异氰酸酯乳液：6％；
水溶性聚酰胺乳液：12％；
功能型无机填料：48％；
乙二酸：0.8％；
助溶剂：2％；
颜料：1.5％；
助剂：5％；
余量为去离子水。
一种环保硅钢绝缘涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)在反应釜中添加100g去离子水，搅拌速度300r/min条件下添加乙二酸8g，酚醛树脂100g，丙烯酸树脂50g，有机硅分散剂5g，助溶剂20g，提升搅拌速度至800r/min，分散60min，依次添加硫酸钡350g、硫酸锌100g、氧化铝30g，搅拌速度提升至1200r/min，高速搅拌分散120min；
2)降低分散速度至600r/min，添加水溶性异氰酸酯乳液60g，水溶性聚酰胺乳液120g，搅拌均匀后依次添加5g有机硅消泡剂、5g分散剂、10g润湿剂、10g流平剂、10g增稠剂和5g杀菌剂，各助剂添加量的总和为50g，颜料15g，补充去离子水至总物料1000g，继续搅拌10～20min，即得环保硅钢绝缘涂料；
该方法制备的环保硅钢绝缘涂料一次涂敷方法采用六辊涂层机组进行涂敷，单面涂覆采用计量辊、取液辊和涂敷辊的配套方式，另一面采用同样的方式进行涂敷，该涂敷工艺一般在硅钢卷脱火后完成；二次涂敷采用四辊涂层机组，上下表面采用取液辊和涂敷辊的方式进行同时涂敷，该涂敷工艺在大型工业电机及发电机生产企业完成。
对比例1
1)在反应釜中添加100g去离子水，搅拌速度300r/min条件下添加36％乙酸的9g，酚醛树脂90g，有机硅分散剂5g，助溶剂10g，提升搅拌速度至800r/min，分散60min，依次添加硫酸钡500g、硫酸锌50g、氧化铝30g，搅拌速度提升至1200r/min，高速搅拌分散120min；
2)降低分散速度至600r/min，添加水溶性丙烯酸乳液100g，搅拌均匀后依次添加5g有机硅消泡剂、5g分散剂、12g润湿剂、10g流平剂、10g增稠剂和5g杀菌剂，各助剂添加量的总和为52g，颜料15g，补充去离子水至总物料1000g，继续搅拌10～20min，即得环保硅钢绝缘涂料；
3)该方法制备的环保硅钢绝缘涂料一次涂敷方法采用六辊涂层机组进行涂敷，单面涂覆采用计量辊、取液辊和涂敷辊的配套方式，另一面采用同样的方式进行涂敷，该涂敷工艺一般在硅钢卷脱火后完成；二次涂敷采用四辊涂层机组，上下表面采用取液辊和涂敷辊的方式进行同时涂敷，该涂敷工艺在大型工业电机及发电机生产企业完成。
对比例2
目前硅钢生产企业广泛使用的镁系铬酸盐硅钢绝缘涂料。
将实施例1-4及对比例1和对比例2的绝缘涂料进行性能测试，结果如下：
表1绝缘涂层性能测试结果
注：绝缘涂层评价方法
1)厚度：采用辉光光谱仪进行测试；
2)漆膜电流：按照GB/T2522-2007规定的方法测定；
3)层间电阻：按照GB/T2522-2007规定的方法测定；
4)电气强度：按照DIN VDE 0303-21规定的方法测试；
5)耐热性：180°恒温测试；
6)附着性：按照GB/T9286-1998规定要求测试评定。

Claims (9)

1.一种环保硅钢绝缘涂料，其特征在于，所述环保硅钢绝缘涂料含有以下百分含量原料：
有机树脂：10％～20％；
水溶性乳液：10％～18％；
功能型无机填料：25％～55％；
有机酸：0.5％～5％；
助溶剂：0.5％～6％；
颜料：0.5％～6％；
助剂：1％～10％；
余量为去离子水。
2.根据权利要求1所述的环保硅钢绝缘涂料，其特征在于，所述环保硅钢绝缘涂料，含有以下百分含量原料：
有机树脂：12％～16％；
水溶性乳液：12％～15％；
功能型无机填料：35％～50％；
有机酸：0.5％～3％；
助溶剂：1％～4％；
颜料：1％～5％；
助剂：2％～6％；
余量为去离子水。
3.根据权利要求1或2所述的环保硅钢绝缘涂料，其特征在于，所述有机树脂为酚醛树脂和丙烯酸树脂的一种或两种混合。
4.根据权利要求1-3任一项所述的环保硅钢绝缘涂料，其特征在于，所述水溶性乳液为水溶性丙烯酸乳液、水溶性聚氨酯乳液、水溶性环氧乳液、水溶性异氰酸酯乳液或水溶性聚酰胺乳液中的一种或多种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的环保硅钢绝缘涂料，其特征在于，所述功能型无机填料为硫酸钡、硫酸锌或氧化铝的一种或多种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的环保硅钢绝缘涂料，其特征在于，所述有机酸为乙酸、乙二酸、丙酸、丙二酸、酒石酸或柠檬酸中的一种或多种。
7.根据权利要求1-6任一项所述的环保硅钢绝缘涂料，其特征在于，所述助溶剂为乙醇或丙三醇中的一种或两种混合。
8.根据权利要求1-7任一项所述的环保硅钢绝缘涂料，其特征在于，所述颜料为炭黑、铁黄或铁红中的一种或多种。
9.根据权利要求1-8任一项所述的环保硅钢绝缘涂料，其特征在于，所述助剂为有机硅消泡剂、分散剂、润湿剂、流平剂、杀菌剂和增稠剂的任意组合。
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