CN116144240A - 一种轻粘性硅钢环保绝缘涂料、硅钢板及其制造方法 - Google Patents

一种轻粘性硅钢环保绝缘涂料、硅钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其包括水和下述各项有效成分：水溶性金属无机盐A，其包括铝、锌、镁、锰的至少其中之一的水溶性磷酸盐A1；水可分散性有机乳液B，其包括：环氧乳液及其固化剂、聚酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯、乙烯‑醋酸乙烯共聚物的至少其中之一；添加剂C，其包括结构增强添加剂C1和耐热增强添加剂C2，其中结构增强添加剂C1包括无机纳米颗粒物；耐热增强添加剂C2选自下述各项的至少其中之一：硼酸；钼、钨、钒、钛的水溶性盐；助剂D1和溶剂D2；其中A：B的固含量质量份数比为：(35～85)：(15～65)。相应地，本发明还公开了一种硅钢板，其基板表面具有本发明上述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料涂覆在基板上而形成的涂层。

Description

一种轻粘性硅钢环保绝缘涂料、硅钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种涂料、硅钢板及其制造方法，尤其涉及一种绝缘涂料、硅钢板及其制造方法。
背景技术
近年来，随着我国大力推进发展新能源汽车，越来越多的汽车生产厂商和研究人员加入了新能源汽车领域的研发队伍。
在新能源汽车的研发过程中，新能源汽车对于所采用的先进电机的性能要求通常较高；和常规电机的性能要求相比，以新能源汽车为代表的先进电机普遍要求电机铁芯具有高固定强度、高铁芯效率和磁振噪音小的特点。
为了满足上述要求，在现有技术中，通常选用如自粘结这种特殊C-3类涂层硅钢来制作以上理想性能要求的铁芯。例如：专利号为CN201810275197.8、CN201810885096.2、CN202010591227.3、CN200580037004.6、CN 200410017997.8、US 2007/0087201、WO 2004/070080、特开平6-21274等诸多中外专利文献，均披露了这种C-3类自粘结涂层产品的成份及其应用
但是，当前这种C-3类自粘结涂层产品均只能是部分用户或部分机型所选用，限于下列原因，并不能被广泛应用：
(1)自粘结涂层产品价格昂贵，使用成本较高。
(2)自粘结涂层单面膜厚一般≥3μm，膜厚越厚或基材越薄，会致使铁芯叠片系数降低而影响电机效率。
(3)自粘结涂层主要成份为有机树脂，不耐受≥750℃的去应力退火和400℃以上的发蓝工艺，甚至少有能长期耐受210℃的涂层产品，可焊性较差。
(4)自粘结涂层铁芯边部经终态固化时可能存在热压溢胶问题困扰。
因此，上述C-3类自粘结涂层产品的实际应用效果并不佳；就现阶段而言，以新能源汽车为代表的先进电机的主流涂层品种仍然广泛使用的是C-5类属磷酸盐基环保薄涂层(膜厚范围0.5～1.5μm)产品，其应用最广，发展最为成熟且生产成本相对较低。
在现有技术中，常规C-5类属磷酸盐基环保薄涂层的硅钢板具有十分良好的性能，其绝缘性(≥5Ω.cm2/片，ASTM A717，1μm膜厚)、附着性(A级，GB/T 2522)、耐热性(耐受≥750℃去应力退火，IEC 60404-12)、可焊性(≥40cm/min，SEP 1210)等基本性能均十分优异。
然而，部分用户为了追求更高的电机效能，会利用专用设备将胶粘剂对硅钢片表面进行阵列式点胶，以此将相邻两片硅钢进行胶粘成型。这种处理方式不仅对硅钢板表面的涂层材料和胶粘剂的相容性提出高粘结强度要求，还对点胶设备和工艺的适应性和规模化量产稳定性提出了挑战，且其制造成本高昂。
因此，对铁芯固定强度、磁振噪音、铁芯效率有较高要求的驱动电机铁芯行业急需一种成本较低、可制造性较强且具有环保功能性涂层的硅钢产品。
基于此，本发明期望获得一种新的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，该轻粘性硅钢环保绝缘涂料可以涂覆于硅钢板的基板表面，并可以在基板上形成涂层。该涂层在具备常规C-5型涂层特性的基础上，还具有类似于C-3型自粘结涂层的片间粘结效果，但又无需C-3型自粘结涂层所致的高粘结强度(一般要求粘结强度≥7N/mm2，ISO 4587拉伸剪切法)，且可规避C-3型自粘结涂层不能耐受热工艺处理的弊端。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种轻粘性硅钢环保绝缘涂料，该轻粘性硅钢环保绝缘涂料可以涂覆于各类电动机、发电机铁芯的硅钢板的基板表面，并可以在基板上形成涂层，尤其适用于新能源汽车电机、伺服电机、微特电机等新增长领域用的无取向硅钢材料。
采用本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料所形成的涂层能够在具备常规C-5型涂层特性的绝缘、附着、耐热、可焊性良好等基本性能的基础上，还具有类似于C-3型自粘结涂层的片间粘结效果，其涂层经二次热/压工艺处理后仍然具有一定的粘结性能(粘结强度≥2N/mm2，ISO 4587拉伸剪切法)，能够在铁芯片间产生一定的粘结力，使得铁芯结构得到整体增强，可以有效改善铁芯固定强度低、固有频率低且振动噪音高等问题，从而制造出更高效率、更低振动噪音的电机。
为了实现上述目的，本发明提出了一种轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其包括水和下述各项有效成分：
水溶性金属无机盐A，其包括铝、锌、镁、锰的至少其中之一的水溶性磷酸盐A1；
水可分散性有机乳液B，其包括：环氧乳液及其固化剂、聚酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物的至少其中之一；
添加剂C，其包括结构增强添加剂C1和耐热增强添加剂C2的至少其中之一，其中结构增强添加剂C1包括无机纳米颗粒物；耐热增强添加剂C2选自下述各项的至少其中之一：硼酸；钼、钨、钒、钛的水溶性盐；
助剂D1和溶剂D2；
其中A：B的固含量质量份数比为：(35～85)：(15～65)。
在现有技术中，常用的涂覆有C-5型涂层和C-3型自粘结涂层的硅钢板均存在一定的缺陷与不足，它们已经难以满足行业内对于电机铁芯的进一步需求。
为此，发明人研发了一种新的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料可以涂覆于硅钢板的基板表面，并可以在基板上形成涂层。采用本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料所形成的涂层按ASTM A976或DIN EN 10342标准可以分类为C-5或EC-5类属涂层，其在具备常规C-5型涂层特性的绝缘、附着、耐热、可焊性良好等基本性能的基础上，还具有类似于C-3型自粘结涂层的片间粘结效果，但又无需自粘结涂层所致的高粘结强度(一般要求粘结强度≥7N/mm2，ISO 4587拉伸剪切法)，且可规避C-3型自粘结涂层不能耐受热工艺处理的弊端。
制得的具有涂层的硅钢板可以用于制备驱动电机的铁芯，其涂层经二次热/压工艺处理后仍然具有一定的粘结性能(粘结强度≥2N/mm2，ISO 4587拉伸剪切法)，可以有效改善铁芯固定强度低、固有频率低且振动噪音高等问题，可以广泛应用于新能源汽车电机、伺服电机和微特电机中，具有良好的推广前景和应用价值。
进一步地，在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，A：B的固含量质量份数配比为：(40～75)：(25～60)。
进一步地，在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，所述水溶性金属无机盐A还包括水溶性硅酸盐A2。
在一些优选地实施方式中，水溶性硅酸盐A2可以包括：硅酸钠和/或硅酸钾。
进一步地，在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，所述水溶性硅酸盐A2的模数＜4。
进一步地，在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，所述水溶性硅酸盐A2包括：硅酸钠和/或硅酸钾。
进一步地，在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，以固含量质量百分含量计，水溶性磷酸盐A1占水溶性金属无机盐A的95～100％。相应地，水溶性硅酸盐A2占水溶性金属无机盐A的0-5％。
在本发明上述技术方案中，添加适量的水溶性硅酸盐A2可以在一定程度上提高本发明所述涂液所形成的涂层的强硬度，但需要注意的是，水溶性硅酸盐A2不宜过量添加，当水溶性硅酸盐A2过量时，则容易引发整个涂料体系的相容稳定性问题。
进一步地，在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，所述水溶性金属无机盐A至少包括铝的水溶性磷酸盐。
进一步地，在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，以固含量质量百分含量计，所述铝的水溶性磷酸盐的质量百分含量占所有水溶性磷酸盐A1的70～100％。
相应地，其余的锌、镁、锰的水溶性磷酸盐可选市售磷酸二氢锌、磷酸二氢镁、磷酸二氢锰，且其总质量百分含量仅占所有水溶性磷酸盐A1的0～30％。
需要说明的是，在本发明中，铝的水溶性磷酸盐可以采用如下制造方法制备：将摩尔比范围为(2.3～3.5)：1的磷酸H3PO4和氢氧化铝Al(OH)3分别投入反应釜中，控制反应温度为70～135℃，保温30～120min后，冷却过滤出料。
当然，在一些优选的实施方式中，可以优选地控制制备工艺为：将摩尔比范围为(3.0～3.4)：1的磷酸H3PO4和氢氧化铝Al(OH)3分别投入反应釜中，控制反应温度为70～135℃，保温60～90min后，冷却过滤出料。
进一步地，在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，所述水可分散性有机乳液B的粒径满足：平均粒径D50≤2μm，平均粒径D90≤5μm，所述水可分散性有机乳液B的最大粒径≤10μm。
在本发明上述技术方案中，D50表示50％颗粒尺寸在所测得的尺寸值，D90表示90％颗粒尺寸在所测得的尺寸值。
进一步地，在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，所述水可分散性有机乳液B的粒径满足：D50≤1μm，D90≤3μm。
进一步地，在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，所述环氧乳液的固化剂选自：双氰胺、氨基树脂、咪唑、聚异氰酸酯的至少其中之一。
在本发明中，水可分散性有机乳液B均为水可分散性的有机乳液表现形式，而不是水可溶解性的树脂溶液。水可分散性有机乳液B包括：环氧乳液及其固化剂、聚酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物的至少其中之一。水可分散性有机乳液B按成膜类型可以进一步分为以下两类：
一类主要成膜机理为交联固化型，如环氧乳液及其固化剂。其中，环氧乳液的固化剂可以选自：双氰胺、氨基树脂、咪唑、聚异氰酸酯的至少其中之一。在本发明中，环氧乳液及其固化剂能够在本发明所述涂液所形成的涂层中发挥主要粘结性的作用，同时提高最终涂层的机械防护性、绝缘性和耐热性等。
另一类主要成膜机理为颗粒聚集型成膜，如聚酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液等。其中，聚氨酯和聚丙烯酸酯可以优选为阴离子型的高分子量的水可分散性乳液，其主要成膜方式为颗粒聚集型，次要成膜方式也可为受热自交联固化型，其可以影响本发明所述涂液所形成的涂层的结构性能，如强硬度、抗划伤性、耐热性、耐化学品性等。
一般地，适当选择环氧乳液及其固化剂、聚丙烯酸乳液或聚酯、聚氨酯乳液、乙烯-醋酸乙烯共聚物等两种以上的复配型有机成膜乳液作为水可分散性有机乳液B的成份，可以确保本发明所述涂液所形成的涂层的基本性能优良。
进一步地，在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，所述环氧乳液的固化剂为微粉化的双氰胺，其平均粒径满足：D50≤5μm，D90≤10μm。
进一步地，在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，以固含量质量百分含量计，所述环氧乳液占环氧乳液及其固化剂整体的90～99％，进一步优选地，所述环氧乳液占环氧乳液及其固化剂整体的95-98％。
进一步地，在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，所述环氧乳液的环氧当量为100～2000g/eq，重均分子量Mw为200～4000，官能度为2～3。
进一步地，在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，以固含量质量百分含量计，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物占水可分散性有机乳液B的0～20％。
在本发明上述技术方案中，乙烯-醋酸乙烯共聚物本发明中所起到的作用主要是强化涂层粘结性，但耐热性较差，为了获得更优的实施效果，可以进一步优选地控制乙烯-醋酸乙烯共聚物占水可分散性有机乳液B的0～20％。
进一步地，在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的质量百分含量为10～40％。
进一步地，在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的质量百分含量为15～30％。
进一步地，在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，所述聚氨酯、聚丙烯酸酯为阴离子型的高分子量的水可分散性乳液。
进一步地，在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，所述添加剂C占水溶性金属无机盐A和水可分散性有机乳液B二者总质量的0.1～10％。
在本发明中，当添加剂C含量占比过少，低于上述要求时，则发挥不出该添加剂C的性能特点；当添加剂C含量占比过多，高于上述要求时，则易导致涂液整体稳定性不良，反而会降低涂层的片间粘结强度。
当然，在某些优选的实施方式中，为了获得更优的实施效果，可以进一步控制添加剂C占水溶性金属无机盐A和水可分散性有机乳液B二者总质量的0.5～5％。
进一步地，在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，所述无机纳米颗粒物的聚集体的平均粒径为50-800nm。
进一步地，在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，所述无机纳米颗粒物的聚集体的平均粒径为80-500nm。
在本技术方案中，结构增强添加剂C1是指具备反应活性的无机纳米颗粒物，可与成膜树脂官能团间形成物理/化学交联点，从而在分子链中引入R-O-R和/或R-O-C键(R代表Si/Al/Ti/Zr/Zn等金属元素)而成为网状结构。因此，在本发明中，可以控制涂料中结构增强添加剂C1选用的无机纳米颗粒物的聚集体的平均粒径为50-800nm，优选为80-500nm。
进一步地，在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，所述无机纳米颗粒物为金属氧化物，所述金属氧化物选自下述各项的至少其中之一：SiO2、Al2O3、TiO2、ZnO、ZrO2、Fe3O4、CaCO3。符合所述无机纳米颗粒物特征的原材料，可以采用气相法制备使用，也可通过气相沉积法或相关水解与缩合法来自行制备获得，但不能使用溶胶型产品。
进一步地，在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，所述金属氧化物选自：SiO2、Al2O3、TiO2、ZnO的一种或复合氧化物。
进一步地，在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，所述耐热增强添加剂C2选自下述各项的至少其中之一：硼酸、钼酸铵、钨酸钠。
在本发明上述技术方案中，在本发明所述的添加剂C中，耐热增强添加剂C2一般选用硼酸(H3BO3)和钼、钨、钒、钛等变价金属的水溶性盐，优选可以使用硼酸、钼酸铵、钨酸钠等一种或多种的水溶性化合物。
进一步地，在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，助剂D1和溶剂D2占水溶性金属无机盐A和水可分散性有机乳液B二者总质量的5～35％。
进一步地，在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，所述助剂D1包括下述各项的至少其中之一：消泡剂、润湿剂、流平剂、增稠剂、防沉剂、防闪锈剂。
在本发明上述技术方案中，所采用的助剂D1可以优选地包括：消泡剂、润湿剂、流平剂、增稠剂、防沉剂、防闪锈剂中的一种或数种，其主要目的是保证水性涂料对高速辊涂的涂层缺陷控制能力。
进一步地，在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，所述溶剂D2包括下述各项的至少其中两种：乙二醇、丙三醇、正丁醇、异丁醇、异丙醇、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯。
在本发明上述技术方案中，溶剂D2主要用来增加有机树脂和助剂D1在水中的溶解性，同时可以降低溶液的表面张力，防止在在烘烤过程中涂层出现缩孔、漏涂等缺陷，并兼具消泡作用。
进一步地，在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，其固含量为15～40％。
在本发明上述技术方案中，混合添加上述水溶性金属无机盐A、水可分散性有机乳液B、添加剂C、助剂D1和溶剂D2后，可以最后加入适量的纯水混合搅拌均匀，以制得本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，并可以优选地将最终涂料的固含量调整为15～40％；涂4杯粘度控制为10～40秒，以便实现较好的涂层膜厚精确控制和高速辊涂作业性。
相应地，本发明的另一目的在于提供一种硅钢板，该硅钢板涂覆了本发明上述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，从而使得硅钢板的基板上可以对应形成涂层；制得的具有涂层的硅钢板可以用于制备驱动电机的铁芯，其涂层经二次热/压工艺处理后仍然具有一定的粘结性能(粘结强度≥2N/mm2，ISO 4587拉伸剪切法)，可以有效改善铁芯固定强度低、固有频率低且振动噪音高等问题，可以广泛应用于新能源汽车电机、伺服电机和微特电机中，具有良好的推广前景和应用价值。
为了实现上述目的，本发明提出了一种硅钢板，其包括基板，所述基板表面具有采用如本发明上述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料涂覆在基板上而形成的涂层。
进一步地，在本发明所述的硅钢板中，所述涂层的单面干膜厚度为0.3-2μm。
更进一步地，在本发明所述的硅钢板中，所述涂层的单面干膜厚度为0.5-1.5μm。
相应地，本发明的又一目的在于提供一种上述硅钢板的制造方法，通过该制造方法可以有效制得本发明上述的硅钢板。
为了实现上述目的，本发明提出了一种硅钢板的制造方法，其包括步骤：在基板表面涂覆所述涂料；经过150-250℃的板卷温度进行烘干。
需要说明的是，经过上述一次烘烤固化的具有涂层的硅钢板可以进一步经过剪冲加工后叠装成铁芯，再用胶粘剂将磁钢插入铁芯槽孔中并进行二次加热，固化后即完成磁钢固定和铁芯装配。
该二次固化工艺可以控制为：给予1～5MPa压力负载，在150～300℃铁芯温度维持1min～4h，优选150～250℃温度维持10min～2h。
与现有技术相比，本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料、硅钢板及其制造方法具有如下所述的优点以及有益效果：
在本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中，发明人对涂料的成分进行了合理的优化设计，本发明所述涂料组分以水溶性磷酸盐和成膜乳液为基础，选用低毒低危害的溶剂配合水进行混合配比值得；所获的轻粘性硅钢环保绝缘涂料为非危险化学品，VOC(volatile organic compounds，挥发性有机化合物)排放低，完全绿色环保。
本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料可以涂覆于于各类电动机、发电机铁芯的硅钢板的基板表面，并可以在基板上形成涂层，尤其适用于新能源汽车电机、伺服电机、微特电机等新增长领域用的无取向硅钢材料，商业化应用的空间较大。
该涂层在具备常规C-5型涂层特性的基础上，还具有类似于C-3型自粘结涂层的片间粘结效果，但又无需C-3型自粘结涂层所致的高粘结强度(一般要求粘结强度≥7N/mm2，ISO 4587拉伸剪切法)，且完全避免了C-3类属自粘结涂层耐热性差、可焊性差、叠片系数低、热压溢胶等问题。
制得的具有涂层的硅钢板可以用于制备驱动电机的铁芯，其涂层经二次热/压工艺处理后仍然具有一定的粘结性能(粘结强度≥2N/mm2，ISO 4587拉伸剪切法)，能够在铁芯片间产生一定的粘结力，使得铁芯结构得到整体增强，可以有效改善铁芯固定强度低、固有频率低且振动噪音高等问题，从而制造出更高效率、更低振动噪音的电机。
相应地，制造本发明所述的硅钢板过程生产过程绿色环保高效，经过上述次烘烤固化的具有涂层的硅钢板可以进一步经过剪冲加工后叠装成铁芯，再用胶粘剂将磁钢插入铁芯槽孔中并进行二次加热，固化后即完成磁钢固定和铁芯装配，所得铁芯整体强度高、固有频率提升明显。
附图说明
图1示意性地显示了在制造硅钢板时的板卷烘烤温度与粘结强度和固化程度的示意图。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例对本发明所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料、硅钢板及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
实施例1-6及对比例1-2
在本发明中，实施例1-6的轻粘性硅钢环保绝缘涂料包括水以及有效成分：水溶性金属无机盐A、水可分散性有机乳液B、添加剂C、助剂D1和溶剂D2。将上述有效成分与纯水按照下述表1-表8限定的各类组分及含量进行配比，与纯水混合搅拌均匀即制得对应的轻粘性硅钢环保绝缘涂料。
需要说明的是，在具体设计时，针对水溶性金属无机盐A、水可分散性有机乳液B、添加剂C、助剂D1和溶剂D2的具体要求如下述(1)-(4)所示：
(1)在本发明中，实施例1-6所采用的水溶性金属无机盐A必须包括铝、锌、镁、锰的至少其中之一的水溶性磷酸盐A1。
(2)在本发明中，实施例1-6所采用的水可分散性有机乳液B包括：环氧乳液及其固化剂、聚酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物的至少其中之一。
(3)在本发明中，实施例1-6所采用的添加剂C包括：结构增强添加剂C1和耐热增强添加剂C2。其中，结构增强添加剂C1可以包括无机纳米颗粒物；耐热增强添加剂C2选自下述各项的至少其中之一：硼酸；钼、钨、钒、钛的水溶性盐。
(4)在本发明中，在实施例1-6的部分实施方式中，选用的助剂D1可以包括：消泡剂、润湿剂、流平剂、增稠剂、防沉剂、防闪锈剂的至少其中之一；选用的溶剂D2可以包括：下述各项的至少其中两种：乙二醇、丙三醇、正丁醇、异丁醇、异丙醇、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯。
需要说明的是，在实施例1-6的部分实施方式中，本发明所述的水溶性金属无机盐A，除具有水溶性磷酸盐A1外，还可以进一步包括有水溶性硅酸盐A2，水溶性硅酸盐A2可以包括：硅酸钠和/或硅酸钾，并控制水溶性硅酸盐A2的模数＜4。
表1列出了实施例1-6的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中各有效成分所选用的具体成分。
表1.
Figure BDA0003366181470000101
Figure BDA0003366181470000111
注：上述表1中，
Figure BDA0003366181470000112
W 640 ZX、/>
Figure BDA0003366181470000113
A3017、/>
Figure BDA0003366181470000114
300、/>
Figure BDA0003366181470000115
A3017、
Figure BDA0003366181470000116
380、CAB-O-SIL EH-5均为无机纳米颗粒物，其含有：SiO2、Al2O3、TiO2、ZnO、ZrO2、Fe3O4、CaCO3的至少其中之一；助剂D1中添加的BYK-348可作为润湿剂和消泡剂使用、BYK-346可作为流平剂和/或润湿剂使用、BYK-025为消泡剂；Tego 245可作为润湿剂、流平剂和消泡剂使用；ZT-709为防闪锈剂，Cellosize QP-100MH是一种防沉剂或增稠剂。
虽然上述表1的实施例1-6并未示出采用钛、钒的水溶性盐作为耐热增强添加剂C2的例子，但是在本案的其他实施方式中，仍然可以采用钛、钒的水溶性盐作为耐热增强添加剂C2。
如上述表1所示，在本发明中，在设计实施例时，实施例1-6所采用的水溶性金属无机盐A中，均添加有含铝的水溶性磷酸盐；其中，含铝的水溶性磷酸盐采用如下制造方法制备：将摩尔比范围为(2.3～3.5)：1的磷酸H3PO4和氢氧化铝Al(OH)3分别投入反应釜中，控制反应温度为70～135℃，保温30～120min后，冷却过滤出料。
当然，在某些优选的实施方式中，也可以控制制备工艺为：将摩尔比范围为(3.0～3.4)：1的磷酸H3PO4和氢氧化铝Al(OH)3分别投入反应釜中，控制反应温度为70～135℃，保温60～90min后，冷却过滤出料。
此外，进一步参阅上述表1可以看出，在本发明中，实施例1-6中的水可分散性有机乳液B所采用的环氧乳液的固化剂均为微粉化的双氰胺。
当然在一些其他的实施方式中，环氧乳液的固化剂也可以选用为氨基树脂、咪唑或聚异氰酸酯。
表2列出了实施例1-6的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中各有效成分所选用的具体成分相较于溶性金属无机盐A和水可分散性有机乳液B二者总质量的占比。
表2.(组分水溶性金属无机盐A和水可分散性有机乳液B二者总质量之和为100％)
Figure BDA0003366181470000121
需要说明的是，为了获得更优的实施效果，可以进一步优选地控制结构增强添加剂C1的无机纳米颗粒物的聚集体的平均粒径在50-800nm之间，优选可以控制在80-500nm之间。在本发明中，实施例1-6所采用的C1的无机纳米颗粒物的聚集体的平均粒径D50数据可以参阅下述表3。
相应地，实施例1-6在制备对应的轻粘性硅钢环保绝缘涂料时，还可以进一步严格控制水可分散性有机乳液B的最大粒径≤10μm，并控制其平均粒径D50和D90，实施例1-6中B的平均粒径D50和D90的具体数值列于下述表3之中。
此外，如表1中所示，在本发明上述的实施例1-6中，水可分散性有机乳液B中的聚氨酯、聚丙烯酸酯为阴离子型的高分子量的水可分散性乳液。在本发明中，实施例1-6的水可分散性有机乳液B中的环氧乳液的固化剂均选用的是微粉化的双氰胺。
为了获得更优的实施效果，可以进一步控制添加的微粉化的双氰胺的平均粒径D50≤5μm，平均粒径D90≤10μm，各实施例1-6所添加的微粉化的双氰胺的具体粒径数据列于下述表3之中。
表3.
Figure BDA0003366181470000131
注：上述表,3中，D50表示50％颗粒尺寸在所测得的尺寸值，D90表示90％颗粒尺寸在所测得的尺寸值；其中，每次测试粒径分布时的D50，D90等都会是一个点值，但测试本身存在误差或变差，因此表3中均为范围值而非一个单一的点值。
此外，需要说明的是，在本发明所述的实施例1-6中，在制备本发明所述的水可分散性有机乳液B时，可以进一步优选地控制环氧乳液的环氧当量、重均分子量Mw以及官能度，其对应控制量可以列于下述表4之中。
表4.
Figure BDA0003366181470000132
相应地，在本发明中，还可以进一步地控制本发明所述的水可分散性有机乳液B中的环氧乳液的固含量质量百分含量相较于环氧乳液及其固化剂整体的占比，相关占比可以列于下述表5之中。
同样地，在本发明中，可以进一步地控制本发明所述的水可分散性有机乳液B中的乙烯-醋酸乙烯共聚物相较于水可分散性有机乳液B的占比；同时可以控制乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的质量百分含量，相关数据占比同样列于下述表5之中。
表5.
Figure BDA0003366181470000141
需要说明的是，在本发明中，实施例1-6中，仅存在一个实施例4在水可分散性有机乳液B中添加了乙烯-醋酸乙烯共聚物；在一些其他的实施方式中，仍然存在众多添加了乙烯-醋酸乙烯共聚物的实施例，其可以优选地控制乙烯-醋酸乙烯共聚物占水可分散性有机乳液B的0～20％，并优选地控制乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的质量百分含量为10～40％，最优选地可以控制乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的质量百分含量为15～30％。
表6列出了实施例1-6的轻粘性硅钢环保绝缘涂料中水溶性磷酸盐A1相较于水溶性金属无机盐A的占比，铝盐的质量百分含量相较于水溶性磷酸盐A1的占比、A：B的固含量质量份数比、添加剂C占水溶性金属无机盐A和水可分散性有机乳液B二者总质量的占比、助剂D1和溶剂D2相较于水溶性金属无机盐A和水可分散性有机乳液B二者总质量的占比。
表6.
Figure BDA0003366181470000142
Figure BDA0003366181470000151
需要说明的是，在本发明中，混合添加上述水溶性金属无机盐A、水可分散性有机乳液B、添加剂C、助剂D1和溶剂D2后，可以最后加入适量的纯水混合搅拌均匀，以最终制得成品的实施例1-6的轻粘性硅钢环保绝缘涂料。其中，可以优选地将实施例1-6的最终涂料的固含量调整为15～40％。
不同于上述实施例1-6的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，对比例1-2均选用的是常用的市售涂料：
对比例1的对比涂料选用市售的Remisol EB 5350S型涂料，Remisol EB 5350S是市售无取向硅钢C-5类属涂层的典型涂料型号；
对比例2的对比涂料选用市售的Remisol EB 549型涂料，Remisol EB 549型涂料是市售无取向硅钢C-3类属自粘结涂层的典型涂料型号。
将制得的实施例1-6的成品轻粘性硅钢环保绝缘涂料和对比例1-2的对比涂料涂覆在硅钢板的基板的两个表面上，即可制得本发明所述的硅钢板。
需要说明的是，在本发明中，实施例1-6以及对比例1-2的基板所采用的各化学元素的质量百分比均相同，统一为市场上的B30A250牌号无取向硅钢。
当然，在一些其他的实施方式中，也可以采用其他化学成分组成的硅钢板作为基板。在本发明中，对硅钢板的基板成分组成没有特别限制，能够实现本案的技术效果的现有技术的成分体系都可以采用。
在本发明中，实施例1-6的成品轻粘性硅钢环保绝缘涂料和对比例1-2的对比涂料涂覆在B30A250牌号无取向硅钢的两个表面，而后经过150-250℃的板卷温度进行烘干固化后得到对应的具有涂层的成品硅钢板，并可以控制涂层的单面干膜厚度在0.3-2μm之间，优选在0.5-1.5μm之间。
表7列出了采用实施例1-6和对比例1-2的涂料涂覆B30A250牌号无取向硅钢上以获得的成品硅钢板的工艺参数。
表7.
Figure BDA0003366181470000152
Figure BDA0003366181470000161
对于得到的各实施例和对比例的带涂层的成品硅钢板，可以对各实施例和对比例的成品硅钢板分别进行取样，以获得样品钢板，并针对各实施例和对比例的样品钢板进行各项测试，以进行对比，测试结果列于下述表8中。
表8列出了实施例1-6和对比例1-2的成品硅钢板的相关性能测试结果。
表8.
Figure BDA0003366181470000162
注：评价符号代表的含义为：◎表示优秀；⊙表示良好；○表示一般；△表示偏差；×表示不可接受。
如表8所示，相较于对比例1和对比例2，实施例1-6的成品硅钢板性能明显更优。参阅表8，并结合表1-表7可以看出，在本发明实施例1-6中，涂料中有机成份含量越高，则所形成的硅钢板的涂层的粘结强度、耐蚀性、绝缘性就越好，但耐退火、焊接等耐热性就越差；同时涂料中含有交联固化型成膜乳液和颗粒聚集型成膜乳液两种及以上的复配型有机成膜乳液，有利于冷粘结缺陷控制和抗划伤性能，可使整个涂层性能更优。
如表8所示，实施例3-5能兼顾无取向硅钢C-5类涂层性能的一般性需求，同时赋予一定的C-3类自粘结涂层所特有的粘结性能，是最佳实施例。
对比例1是市售无取向硅钢C-5类属涂层的典型涂料型号，该涂层的一应常规特性整体优良，但完全不具备粘结性能特征；对比例2是市售无取向硅钢C-3类属自粘结涂层的典型涂料型号，该自粘结涂层的相关特性优良，但完全不能耐受250℃以上的热处理，且需要较高的涂层膜厚，产品成本高昂。
在本发明中，制得的实施例1-6的成品硅钢板可以通过卷材分条、冲片叠装成型后即获得铁芯；在装配时，一般需将不同类型的磁钢插入预留的铁芯槽孔中，并用胶粘剂填充到磁钢和铁芯侧壁表面，并进行二次固化加热，固化后即完成磁钢固定和铁芯装配。
该二次固化工艺可以控制为：给予1～5MPa压力负载，在150～300℃铁芯温度维持1min～4h，优选150～250℃温度维持10min～2h。该二次固化工艺目的虽针对的是胶粘剂固化，但实际也对铁芯整体进行了二次加热工艺处理；因此可充分利用这种热工艺，对叠层铁芯的硅钢涂层进行热压加工，从而产生片间粘结效果。
与自粘结涂层钢材的应用效果一样，本发明制得的硅钢板的涂层的粘结强度越高，硅钢板对应制备的铁芯整体结合力越强，进而越有利于铁芯的固定强度、整体振动频率及铁芯效率的提高且有效降噪。
图1示意性地显示了在制造硅钢板时的板卷烘烤温度与粘结强度和固化程度的示意图。
如图1所示，图1显示合适的烘烤板温(金属峰值温度PMT)范围为150～250℃；温度越高所需的烘烤时间可越短。
参阅图1可以看出，烘烤固化工艺温度对涂层钢板的性能影响明显：烘烤板温越低，涂层固化程度就越低，涂层钢片经叠压成型并再经热压固化后的粘结强度就越好；但涂层的抗划伤性(防护性)、焊接性、耐蚀性、附着性和冷粘结控制性越差，甚至造成涂层钢卷的连续生产稳定性问题。
需要说明的是，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims (33)

1.一种轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，其包括水和下述各项有效成分：
水溶性金属无机盐A，其包括铝、锌、镁、锰的至少其中之一的水溶性磷酸盐A1；
水可分散性有机乳液B，其包括：环氧乳液及其固化剂、聚酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物的至少其中之一；
添加剂C，其包括结构增强添加剂C1和耐热增强添加剂C2的至少其中之一，其中结构增强添加剂C1包括无机纳米颗粒物；耐热增强添加剂C2选自下述各项的至少其中之一：硼酸；钼、钨、钒、钛的水溶性盐；
助剂D1和溶剂D2；
其中A：B的固含量质量份数比为：(35～85)：(15～65)。
2.如权利要求1所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，A：B的固含量质量份数配比为：(40～75)：(25～60)。
3.如权利要求1所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，所述水溶性金属无机盐A还包括水溶性硅酸盐A2。
4.如权利要求3所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，所述水溶性硅酸盐A2的模数＜4。
5.如权利要求4所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，所述水溶性硅酸盐A2包括：硅酸钠和/或硅酸钾。
6.如权利要求1所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，以固含量质量百分含量计，水溶性磷酸盐A1占水溶性金属无机盐A的95～100％。
7.如权利要求1所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，所述水溶性金属无机盐A至少包括铝的水溶性磷酸盐。
8.如权利要求7所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，以固含量质量百分含量计，所述铝的水溶性磷酸盐的质量百分含量占所有水溶性磷酸盐A1的70～100％。
9.如权利要求1所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，所述水可分散性有机乳液B的平均粒径满足：D50≤2μm，D90≤5μm。
10.如权利要求9所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，所述水可分散性有机乳液B的平均粒径满足：D50≤1μm，D90≤3μm。
11.如权利要求1所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，所述环氧乳液的固化剂选自：双氰胺、氨基树脂、咪唑、聚异氰酸酯的至少其中之一。
12.如权利要求11所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，所述环氧乳液的固化剂为微粉化的双氰胺，其平均粒径满足：D50≤5μm，D90≤10μm。
13.如权利要求1所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，以固含量质量百分含量计，所述环氧乳液占环氧乳液及其固化剂整体的90～99％。
14.如权利要求1所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，所述环氧乳液的环氧当量为100～2000g/eq，重均分子量Mw为200～4000，官能度为2～3。
15.如权利要求1所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，以固含量质量百分含量计，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物占水可分散性有机乳液B的0～20％。
16.如权利要求15所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的质量百分含量为10～40％。
17.如权利要求16所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的质量百分含量为15～30％。
18.如权利要求1所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，所述聚氨酯、聚丙烯酸酯为阴离子型的高分子量的水可分散性乳液。
19.如权利要求1所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，所述添加剂C占水溶性金属无机盐A和水可分散性有机乳液B二者总质量的0.1～10％。
20.如权利要求19所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，所述添加剂C占水溶性金属无机盐A和水可分散性有机乳液B二者总质量的0.5～5％。
21.如权利要求1所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，所述无机纳米颗粒物的聚集体的平均粒径为50-800nm。
22.如权利要求21所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，所述无机纳米颗粒物的聚集体的平均粒径为80-500nm。
23.如权利要求1所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，所述无机纳米颗粒物为金属氧化物，所述金属氧化物选自下述各项的至少其中之一：SiO2、Al2O3、TiO2、ZnO、ZrO2、Fe3O4、CaCO3。
24.如权利要求23所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，所述金属氧化物选自：SiO2、Al2O3、TiO2、ZnO的一种或复合氧化物。
25.如权利要求1所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，所述耐热增强添加剂C2选自下述各项的至少其中之一：硼酸、钼酸铵、钨酸钠。
26.如权利要求1所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，助剂D1和溶剂D2占水溶性金属无机盐A和水可分散性有机乳液B二者总质量的5～35％。
27.如权利要求1所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，所述助剂D1包括下述各项的至少其中之一：消泡剂、润湿剂、流平剂、增稠剂、防沉剂、防闪锈剂。
28.如权利要求1所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，所述溶剂D2包括下述各项的至少其中两种：乙二醇、丙三醇、正丁醇、异丁醇、异丙醇、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯。
29.如权利要求1所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料，其特征在于，其固含量为15～40％。
30.一种硅钢板，其包括基板，其特征在于，所述基板表面具有采用如权利要求1-29中任意一项所述的轻粘性硅钢环保绝缘涂料涂覆在基板上而形成的涂层。
31.如权利要求30所述的硅钢板，其特征在于，所述涂层的单面干膜厚度为0.3-2μm。
32.如权利要求31所述的硅钢板，其特征在于，所述涂层的单面干膜厚度为0.5-1.5μm。
33.如权利要求30-32中任意一项所述的硅钢板的制造方法，其包括步骤：在基板表面涂覆所述涂料；经过150-250℃的板卷温度进行烘干。
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