DE1644744C3

DE1644744C3 - Verfahren zur Herstellung eines elektrisch isolierenden Überzugs auf einem Elektroblech

Info

Publication number: DE1644744C3
Application number: DE19671644744
Authority: DE
Inventors: Kaneo Akanuma; Hiromichi Koshiishi; Nobuo Urushiyama
Original assignee: Yawata Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Yawata Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 1966-03-18
Filing date: 1967-03-17
Publication date: 1975-09-18
Also published as: DE1644744B2; SE345544B; DE1644744A1; GB1185706A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrisch isolierenden Überzugs auf Basis eines organischen Materials auf einem Elektroblech.

Ein in einem Transformator, Generator, Motor u. dgl. verwendeter Eisenkern muß einen hohen elektrischen Isolationswiderstand (Zwischenschichtwiderstand) an seiner Oberfläche haben, um die Erzeugung von Wirbelströmen zu verhindern, und weiterhin ist ein Elektroblech mit einer guten Stanzfähigkeit für den Zusammenbau des Eisenkerns durch Stanzen des Blechs erforderlich.

Es ist bekannt, daß die Eigenschaften des Eisenblechs durch Überziehen der Oberfläche mit einem Überzug aus einem organischen Material verbessert werden. Beim Überziehen des Eisenbleches mit einem herkömmlichen überzug aus einem organischen Material war es jedoch üblich, daß für das Trocknen viele Stunden in Anspruch genommen wurden, und es war ferner auf Grund der Entflammbarkeit der verwendeten Überzugslösung eine sorgfältig ausgelegte Trocknungsanlage erforderlich.

Die erfindungsgemäß verwendete Überzugszusammensetzung ist äußerst hitzebeständig und macht eine Hitzehärtung bei hoher Temperatur in einer kurzen Zeit möglich, was beim bisherigen lackartigen Überzug sehr schwierig war.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung eines elektrisch isolierenden Überzugs auf einem Elektroblech auf Basis einer wäßrigen Lösung von Lignin, Phosphorsäure und üblichen Zusätzen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine Zusammensetzung aus einer wäßrigen Lösung oder Suspension, die ein oder mehrere Ligninderivate in einer Menge von 5 bis 50 Gewichtsprozent, eine oder mehrere wasserlösliche Phosphorverbindungen in einer Menge von 0,1 bis 30 Gewichtsprozent und ferner eine oder mehrere wasserlösliche hochmolekulare Verbindungen, ausgewählt unter Polyvinylalkohol, Methyläthylcellulose, Stärke, Polyacrylsäure, Polyäthylenglykol und Aminoharz in einer Menge von 1 bis 10 Gewichtsteüen zu 10 Gewichtsteüen der Ligninderivate enthält, auf die Oberfläche des Elektroblechs aufträgt und diese dann bei einer Temperatur von 200 bis 500⁰C 1 bis ΊΖΖ Sekunden lang erhitzt.

In der österreichischen Patentschrift 229 663, die sich die Lackhaftung auf Metalloberflächen durch Aufbringen von Phosphatüberzügen auf das zu lackierende Metall zu verbessern zur Aufgabe gesetzt hat, wird eine von der im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Überzugslösung bzw. Suspension verschiedene Zusammensetzung verwendet.

Gemäß der USA.-Patentschrift 2 622 992 wird ein

Überzug erhalten, der offensichtlich zu wünschen

übrig läßt, da ein Abbürsten notwendig ist und eine

ίο verhältnismäßig lange Zeit für die Wärmebehandlung benötigt wird.

Die britische Patentschrift 929 679 beschreibt PoIyäther-Lignmzusammensetzungen, die als Überzüge verwendet werden können, ohne in irgendeiner Weise auf die Ausbildung eines elektrisch isolierenden Überzugs mit guter Wasserbeständigkeit auf einem Elektroblech einen Hinweis zu geben.

Gegenüber den aus der belgischen Patentschrift 613 913 bekannten Überzügen zeichnen sich die er findungsgemäßen überzüge durch bessere Eigenschaften, wie z. B. Hitzebeständigkeit, aus. Während bei den Überzügen dieser Literaturstelle eine Phosphatierung erreicht wird, wird dies erfindungsgemäß möglichst ausgeschaltet, um keinen Verlust der Phosphorsäure zu erleiden, welche durch Reaktion mit den Ligninderivaten und den hochmolekularen Verbindungen zu den überlegenen erfindungsgemäß erhältlichen Überzügen führt.

Die Lösungszusammensetzungen gemäß den französischen Patentschriften 1 460751,1 296256,1 279741 und 1 295 687 und der britischen Patentschrift 796 807 und der kanadischen Patentschrift 651 032 enthalten als gemeinsames Merkmal jeder Lösung 6wertige Chromverbindungen, womit der wesentliche Nachteil der Beeinträchtigung der Stabilität der aufzutragenden Lösung verbunden ist, so daß Schwierigkeiten bei der Lagerung entstehen und die kontinuierliche Auftragarbeit erschwert wird.

Von elektrisch isolierenden Überzügen für Elektrobleche werden gute Stanzbarkeit, Haftung, Wärmebeständigkeit, elektrische Isolierung, Korrosionsbeständigkeit, ölbeständiekeit, Wasserbeständigkeit und guter Hüllfaktor u«·' Aussehen gefordert. Weiterhin sollen die aufzutragenden Lösungen stabil sein, gleichmäßig aufgetragen werden können und die Behandlungszeit kurz sein. Erfindungsgemäß ist es gelungen, diese Anforderungen in ihrer Gesamtheit in genügendem Maße zu erfüllen, wobei einzelne Eigenschaften denjenigen bisher bekannter Überzüge überlegen sein können.

Darüber hinaus ist besonders zu bemerken, daß man den Hauptbestandteil der erfindungsgemäßen Zusammensetzung aus Zellstoffabtauge erhalten kann. Dementsprechend kann man die erfindungsgemäße SS Zusammensetzung bei sehr niederen Kosten herstellen. Somit ist die erfindungsgemäße Zusammensetzung von hohem industriellem Wert, da die hervorragenden, durch die Zusammensetzung erzeugten Eigenschaften des Überzugs mit diesem wirtschaftlichen Vorteil verbuiklen sind.

Die erfindungsgemäß eingesetzte Zusammensetzung wird bei Elektroblechen aus Siliciumstahl oder gewöhnlichem Stahl verwendet. Die Zusammensetzung besteht aus einer wäßrigen Lösung oder Suspension bzw. Dispersion, die nur Ligninderivate oder als Hauptbestandteil Ligninderivate mit gewissen anorganischen und organischen Verbindungen enthält, die dazu zugegeben sind.

³ 4

Lignin ist en Material von komplizierter Struktur, neutral werden. Ein wasserlösliches organisches Lö-

ld kann die vrrundzusammensetzung wie folgt snngsmittel, wie z. B. Alkohol, Poiyalkohol und

ungenannten werden: Formalin, kann zu der wäßrigen Lösung oder Sus-

_nH „_H pension des Überzugs zugegeben werden. Insbeson-

OH Vⁿ UH ₅ dere ist die P-Verbindung hervorragend zur Stabili-

1 sierung der Flüssigkeit geeignet, und sie kann das

- OCH₃ H₃CO —/ ^N,r— OCH₃ Aussehen des Überzugs und dessen Widerstands-

! j fahigkeit gegenüber Wasser verbessern. Ihre Ver-Wendung innerhalb eines Bereiches von 0,5 bis

j w 15 Gewichtsprozent ist bevorzugt

,, Q Q Q Q ρ {-. ρ Die Zugabe der wasserlöslichen organischen Ver-

bindung, wie z.B. Polyvinylalkohol, Methyiäthyl-

. .!.τ- · λ cellulose, Stärke, Polyacrylsäure, Polyäthylenglykol Lignin oder solche Ligninderivate werden und Aminoharz, zur vorerwähnten Überzugslösung Κ wasserlösliche oder in Wasser dispergierbare Ver- 15 verbessert die Adhäsion und das Aussehen des Überladungen umgewandelt, indem sie mit schwefliger zugs, erleichtert das dicfce Auftragen des Überzugs Säure, Salpetersäure, Salzsäure u. dgl. reagieren, die und wirkt als Viskositätsmodinzierungsmittel für die gemäß der vorliegenden Erfindung als Grundver- Überzugslösung, was einen gleichförmigen Überzug bindung zur Ausbildung eines elektrischen Isolations- auf dem z. B. aus eines Siliciumstahl oder einem geüberzugs verwendet werden können. _ao wohnlichen Stahl bestehenden Elektrostahlblech, Zusätzlich werden als Ligninsulfonat Ammonium- selbst beim Auftrag des Überzugs mit Walzen, ersalze, Alkalimetallsalze, Erdalkalimetallsalze oder möglicht. Die Menge einer solchen zugesetzten Ver-Salze der Elemente in den Gruppen IB oder Il B des bindung beträgt 1 bis 10 Teile zu 10 Gewichtsteilen Periodischen Systems verwendet. der Ligninverbindung. Wenn mehr als 10 Teile ver-Der Überzug kann aus einer wäßrigen Lösung oder 25 wendet werden, geht der wirtschaftliche Vorteil des Suspension bzw. Dispersion gebildet werden, die ein Überzugs vetteren.

wasserlösliches oder in Wasser dispergierbares lignin Um den elektrischen Widerstand und die Wärmeoder eine Kombination von Lignin in einer Menge bestandigke.it zu erhöhen, kann Magnesiumoxyd, von 5 bis 50 Gewichtsprozent enthält, wobei die Titanoxyd, Vanadiumoxyd, Molybdänoxyd, Manganwäßrige Lösung oder Suspension bzw. Dispersion 30 oxyd, Eisenoxyd, Nickeloxyd, Kupferoxyd, Zinkzusätzlich eine oder mehrere Verbindungen, die aus oxyd, Aluminiumoxyd, Bleioxyd, Antimonoxyd, SUider Gruppe ausgewählt sind, die aus wasserlöslichen ciumoxyd, Glimmer, Talkum, Betonit u. dgl. ver-P-Verbindungen, 2. B. Phosphorsäure, Monosalz, wendet werden.

Disalz oder Trisalz von H₃PO₄, Pyrophosphorsäure, Die Behandlungslösung wird gewöhnlich auf ein

phosphorige Säure, hypophosphorige Säure oder Poly- 35 Elektroblech in einer Menge von 0,5 bis 10 g/m², vor-

phosphorsäure in einer Menge von 0,1 bis 30 Gewichts- zugsweise von 1 bis ⁷ g/m^ä, aufgetragen, berechnet

prozent besteht und ferner 1 bis 10 Gewichtsteile als Überzug nach dem Trocknen (Festbacken), und

wasserlösliche hochmolekulare Verbindungen zu 10 Ge- daraufhin wird das überzogene Blech einer Erwärmung

wichtsteilen Lignin enthält; die Zusammensetzung und Härtung bei einer Oberflächentemperatur von 200

sollte in Form einer wäßrigen Lösung so eingestellt 40 bis 500 C unterworfen, vorzugsweise von 250 bis

werden, daß der organische Bestandteil in dem auf- 450 C, für einen Zeitraum von 1 bis 120 Sekunden,

getragenen Überzug in einer Menge von mehr als vorzugsweise von 5 bis 60 Sekunden. Weiterhin kann

30 Gewichtsprozent, vorzugsweise mehr als 50 Ge- ein obernächenwirksames Mittel, insbesondere ein

wichtsprozent, vorhanden ist. nichtionisches obernächenwirksames Mittel, 1. B.

Ein Zusatz von Phosphorsäure verbessert merklich 45 Polyäthylenglykol und Lauryläther, zugegeben werden,

die Widerstandsfähigkeit gegenüber Wasser, die um die Bcnetzung»fähigkeit der Überzugslösung zu

Wärmebeständigkeit uud die Adhäsion des Überzugs. erhöhen. Dessen Menge beträgt vorzugsweise 0,01

Wenn der Gehalt einer wasserlöslichen oder in Wasser bis 5 Gewichtsprozent.

dispergierbaren Verbindung, die man durch Zerlegen Die erfindungsgemäße Über/ugsverbindung ist nicht oder Kombination von Lignin erhält, geringer ist als 5° auf eine Einrichtung zum Auftragen beschränkt, jeder obengenannte Bereich, werden der elektrische doch wird der Auftrag mit Walzen oder durch Sprühen Isolationswiderstand und die Stanzfähigkeit unge- bevorzugt

nügend, während es schwierig ist, einen gleichmäßig Im folgenden werten Beispiele zur weiteren Erdünr-r, ^rilm zu erhalten, wenn der Gehalt gröber ist läuterung der vorliegenden Erfindung wiedergegeben, als dieser. Wenn der Zusatz einer oder mehrerer wasser- 55
lösh.her P-Verbindungen geringer ist als der obengenannte Bereich, so reicht ihre Wirksamkeit nicht Beispiel 1

niehr aus, während die Adhäsion des Überzugs AmmoniumligninsuUonat 50 g

Schlechter wird, wenn mehr enthalten ist. Eine wäßrige Ζη(Η,ΡΟ₄)ϋ 20 g

Lösung oder Suspension der wasserlöslichen oder in 60 Polyvinylalkohol 20 g

Wasser dispergierbaren Verbindung, die man durch H₂O 200 g

Zerlegen oder Kombination von Lignin erhält, kann

durch Zusatz einer organischen oder anorganischen

Säure (einschließlich Dicarbonsäuren wie z. B. Die obengenannte Zusammensetzung wurde dünn

CH₃COOH, HCl, angesäuert werden, sie kann durch 65 und gleichmäßig auf einem Elektroblech in einer

Zusatz von Ammoniak oder einer Verbindung eines Menge von 6 g/m², berechnet auf eine Menge des

Alkalimetalls oder Erdalkalimetalls alkalisch wer- Überzugs nach dem Trocknen, aufgetragen, und das

den oder sie kann durch Zusatz eines ihrer Salze bestrichene Blech wurde bei 280" C für 30 Sekunden

Der Betrag der Adhäsion, des Zwischen- «hichtwiderstandes und des Haftvermögens des auf das Biegt aufgebrachten Überzugs sind in Tabelle I wiedergegeben.

Der erhaltene Überzug zeigt eine Wännebeständigieit bei einer Temperatur von 200⁰C, eine Widerstandsfähigkeit gegenüber öl, wie z. B. Xylol, und eine gute Stanzfähigkeit. Weiterhin besitzt et eine Schmierfähigkeit während der Stanzbearbeitung, jedoch kann er ebenso zur Ausbildung eises elektrischen Isolationsüberzugs bestrichen werden bzw. überzogen werden, nachdem das Blech gestanzt und geschnitten ist

Tabelle I

Eigenschaft	Beispiel 1
Betrag der Adhäsion
(nach dem Trocknen) g/m²	6
Zwischenschichtwiderstand Ocm²
pro Blech (ASTM zweites Ver
fahren) 35 kg/cm²	X
Haftvermögen	XX

Bemerkung:

X: Eine Messung war auf Grund des hohen Zwischenschichtwiderstandes nicht möglich.

XX: Eine Streifenbildung trat nicht auf, wenn auf einem Durchmesser von 10 in gebogen wurde.

Beispiel 2

Calciumligninsulfonat 50 g

H₃PO₄ 9g

Polyvinylalkohol (n = 1700) 30 g

Polyäthylenglykol-lauryläther
(nichtionisches oberflächenaktives
Mittel) Ig

H₂O 200g

Die obengenannte Lösung wurde dünn und gleichmäßig auf ein Elektroblech in einer Menge von 4 g/m*

aufgetragen, bezogen auf eine Menge des Überzugs nach dem Trocknen, und das überzogene Blech wurde bei 400⁰C für 5 Sekunder erwärmt Das erhaltene Blech wurde in Xylol and elektrisches Isolieröl (entsprechend JIS C 2320 Nr. 2) eingetaucht, um die Widerstands-

ao fähigkeit gegenüber Xylol und die gegenüber einem elektrischen Isolieröl des aufgetragenen Films zu untersuchen. Die Ergebnisse der Untersuchungen sind in Tabellen und III wiedergegeben. Weiterhin zeigt Tabelle IV einen Vergleichsversuch der Wärmefestig-

keit eines handelsüblichen öllacks und der Wärmebeständigkeit der organischen Überzugszusammensetzung (die am Blech anhaftende Menge betrug 4 g/m⁸) und der Wärmefestigkeit der organischen Überzugszusammensetzung dieses Beispiels.

Tabelle II Xylol-Widerstand der Überzugszusammensetzung

Zwischenschichtwiderstand

Vor dem Eintauchen in öl

Ω cm· pro Blech

(35 kg/cm«)

Nach 6 Stunden

bei 9O⁰C Ω cm¹

pro Blech

(35 kg/cm«) Gewichtsänderung

Zuwachs

Aussehen

Nach 6 Stunden bei 90⁰C

Beispiel 2

Handelsüblicher
Öllack

209
•85,7

316

155

2,2%

keine Änderung

Tabelle III Widerstandsfähigkeit der Überzugszusammensetzung gegenüber elektrischem Isolieröl*)

	Zwischenschii Vor dem	;htwiderstand Nach 90 Stunden	Gewichts änderung	Aussehen	Durchschlags spannung des Öls	Nach	Oxydation des Öls	Nach
	Eintauchen in öl	beill0^oCΩcm^t	Nach	Nach	Vor dem	90 Stunden		90Stunden
	Ω cm* pro Blech	pro Blech	90 Stunden	90 Stunden	Eintauchen	bei HO⁰C	Vor dem	bei HO⁰C
	(35 kg/cm»)	(35 kg/cm¹)	bei 110⁰C	bei 110⁰C	in öl		Festbacken
Bei						50KV		0,02
spiel 2	123	316	2 2°/ *Ί^ώ /Ο	keine	50KV		0,02
				Änderung
ria.(IUCla~ üblicher						—		—
Lack	52,2	155		—	—	—

*) Öl entsprechend JIS C 2320 Nr. 2.

Γ,

44

Tabelle IV Vergleich der Wärmebeständigkeit der Überzugszusammensetzung des Beispiels 2 und des handelsüblichen öllacks

Nach

Stunden bei 150⁰C

Abnahme, %

Nach

Stunden bei 200" C

Abnahme, %

Nach

48 Stunden bei 25O⁰C

Abnahme, %

Nach 30 Tagen bei 150° C

Abnahme, %

Nach 30 Tagen bei 20O⁰C

Abnahme, %

Uberzugszusammensetzung des Beispiels 2

Handelsüblicher Lack A

Handelsüblicher Lack B

Handelsüblicher Lack C

Handelsüblicher Lack D

Handelsüblicher Lack E

Handelsüblicher Lack F

1,1 3,5 1,7 9,6 1,0 11,8 3,6

4,4 23,1 11,7 45.7 12,3 13,6 10,7

13,1
49,5
26,6
54,0
27,6
45,3
25,1

4,4
20,8
13,3
42,1
18,3
31,3
17,4

20,7 48,4 33,3 63,7 27,3 52,2 22,9

Die Stanzfähigkeit des Elektroblechs, das durch Erwärmen und Festbacken der Überzugszusammensetzung des Beispiels 2 erhalten wurde, war 5- bis 8mal so groß wie die eines Blechs ohne Oberzug und war bis zweimal so groß wie die eines Blechs, das mit dem handelsüblichen öllack überzogen war.

«39 SW.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung eines elektrisch isolierenden Überzugs auf einem Elektroblech auf Basis einer wäßrigen Lösung von Lignin, Phosphorsaure und üblichen Zusätzen, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Zusammensetzung aus einer wäßrigen Lösung oder Suspension, die ein oder mehrere Ligninderivate in einer Menge von 5 bis 50 Gewichtsprozent, eine oder mehrere wasserlösliche Phosphorverbindungen in einer Menge von 0,1 bis 30 Gewichtsprozent und ferner eine oder mehrere wasserlösliche hochmolekulare Verbindungen, ausgewählt unter Polyvinylalkohol, Methyläthylcellulose, Stärke, Polyacrylsäure, Polyäthylenglykol und Aminoharz in einer Menge von 1 bis 10 Gewichtsteüen zu 10 Gewichtsteilen der Ligninderivate enthält, auf die Oberfläche des Elektroblechs aufträgt und diese dann bei einer Temperatur von 200 bis 500 "C 1 bis 120 Sekunden lang erhitzt.