DE2607185A1

DE2607185A1 - Lichthaertender isolierueberzug

Info

Publication number: DE2607185A1
Application number: DE19762607185
Authority: DE
Inventors: Yoshitaka Hiromae; Hirotada Katoh; Fukuoka Kitakyushu; Kazuo Nakamura; Toshiya Wada
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1975-02-25
Filing date: 1976-02-23
Publication date: 1976-09-02
Also published as: SE7602236L; FR2302578A1; DE2607185B2; US4288492A; BR7601168A; GB1536731A; JPS5197799A; BE838909A; JPS586289B2; FR2302578B1

Description

Dipl.-lng. H. Sauerland · Dr-.-lng. R. König ■ Dipl.-lng. K. Bergen

Patentanwälte · 4OOD Düsseldorf 30 ■ Cecilienallee ve ■ Telefon 43273s

2Oo Februar 1976 30 633 K

NIPPON STEEL CORPORATION

No₀ 6-3, 2-chome, Ote-machi, Chiyoda-ku, Tokio, Japan

"Lichthärtender Isolierüberzug"

Die Erfindung bezieht sich auf einen lichthärtenden Isolierüberzug für Elektroblech, wie es beispielsweise als Kernblech bei elektrischen Geräten, Motoren und Transformatoren zur Verwendung kommt.

Elektroblech wie beispielsweise Siliziumstahlblech wird durch Schneiden oder Stanzen auf Maß gebracht und zu Kernen beispielsweise für Elektromotoren geschichtete Dazu bedarf das Blech eines isolierenden Überzugs, um die durch Wirbelströme verursachten Wattverluste gering zu halten. Je nach Verwendungszweck kommen hierfür zwei verschiedene Arten von Überzügen zur Verwendung, und zwar anorganische und organische Überzüge_β

Bekannte festhaftende Überzüge basieren auf der Verwendung wasserlöslicher Polymere, Latexpolymere und lösungsmittellöslicher Polymere. Derartige Polymere bringen jedoch eine Reihe von Nachteilen mit sich. So erfordert beispielsweise ein Überzug auf Basis eines wasserlöslichen oder Latexpolymers nach dem Auftragen auf das Blech ein aufwendiges Trocknen. Dabei entsteht ein Isolierüberzug so hoher Wasserdurchlässigkeit, daß die Gefahr eines Unterrostens bestehto Andererseits werden

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beim Aushärten von Überzügen auf Basis von Lösungsmittel-Polymeren große, zu einer erheblichen Luftverschmutzung führende Mengen Lösungsmitteldämpfe freigesetzt. Zudem bringen diese Lösungsmitteldämpfe eine erhebliche Brandgefahr mit sich, insbesondere wenn der Überzug in einem Zuge mit dem Herstellen des Blechs aufgetragen wird. In diesen Fällen sind aufwendige Maßnahmen zur Verminderung der Brandgefahr erforderlich.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten organischen Isolierüberzüge zu vermeiden und insbesondere einen festhaftenden organischen Überzug mit hoher Haftfestigkeit sowie hoher Hitze- und Rostbeständigkeit zu schaffen. Dabei soll sich das mit dem Überzug versehene Blech als Kernblech eignen und nach dem Stanzen und Stapeln ohne Beeinträchtigung der magnetischen Eigenschaften eine
wachsen sein»

schäften einem Spannungsfreiglühen bei 700 bis 800⁰C ge-

Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf der Verwendung licht- oder elektronenstrahlhärtender Polymere. Dem stehen zwar zunächst die unangemessenen dielektrischen Eigenschaften der bekannten Polymere entgegen. Im einzelnen besteht die Erfindung daher in einem organischen Überzug aus licht- oder elektronenstrahlhärtenden Polymeren und anorganischen, eine ausreichende Hitzebeständigkeit, Haftfestigkeit und Dielektrizität gewährleistenden organischen Stoffen.

Als organische Bestandteile des erfindungsgemäßen Überzugs eignen sich unter dem Gesichtspunkt einer hohen Hitze- bzw. Glühbeständigkeit und ausreichender Isolationswirkung Oxyde, Phosphate, Silikate, Karbonate,und Sulphate der Metalle Lithium, Natrium, Magnesium, Aluminium, Silizium, Kalium, Kalzium, Titan, Vanadium, Chrom, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Molybdän, Zinn und Wolfram. Besonders geeignet sind sol-

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ehe Silikate wie Talkum, Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂, Slimmer, KAI, Si₄O₁₀(OH)₂ und Kaolinit, Al₂O₃.2SiO₂.2Η_£Ο, jeweils einzeln oder nebeneinander in einer Menge von 10 bis 90% des Überzugs. Bei zu geringem Gehalt an anorganischen Bestandteilen ist die Hitzebeständigkeit nicht ausreichend, während sich bei zu hohen Gehalten ein unzureichendes Haftvermögen mit der Gefahr eines Abblätterns oder Reißens des Überzugs ergibt,, Im Hinblick auf die Hitzebeständigkeit enthält der Überzug vorzugsweise mindestens 30% anorganische Bestandteile, und zur Erleichterung des Auftragens und einer diesbezüglich günstigen Viskosität vorzugsweise höchstens 60%. Im Hinblick auf ein gutes Stanzverhalten übersteigt die Härte der anorganischen Bestandteile vorzugsweise die Härte des Stahlblechs nicht, das normalerweise eine Mohshärte von 5 besitzt₀

Obgleich das Isolationsvermögen des Überzugs bzw„ der anorganischen Bestandteile durch ein Spannungsfreiglühen nicht beeinträchtigt wird, enthält der Überzug vorzugsweise weitere anorganische Bestandteile wie Borsäure und/oder Borate in einer Menge von 1 bis 50%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Überzugs. Auf diese Weise wird gleichzeitig das Haftvermögen des Überzugs nach dem Spannungsfreiglühen verbessert. Höhere Borsäure- und/oder Boratzusätze verbessern weder die Hitzebeständigkeit noch das Haftvermögen; sie komplizieren allenfalls die Handhabung des Blechs. Vorzugsweise enthält der Überzug 10 bis 30% Borsäure und/oder Borate.

Als lichthärtende Polymere eignen sich die bekannten, aus organischen Verbindungen mit ungesättigten Doppelbindungen hergestellten Kiymere, wie sie insbesondere bei der Reaktion von Acrylsäure oder Methacrylsäure mit Epoxyharzen, Polyäther-, Polyester-, Silikon- und Hartstoffharzen anfallen. Besonders geeignet sind aus Epoxyharzen, Polyesterharzen und Silikonharzen hergestellte Polymere. Soll der Überzug mit ultraviolettem

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Licht gehärtet werden, dann enthalten die vorerwähnten Acrylharze vorzugsweise Sensibilisatoren, die unter dem Einfluß ultravioletten Lichts mit einer Wellenlänge von 200 bis 400 mn reaktionsfreudige Radikale freisetzen. Diese reaktionsfähigen Radikale bewirken ihrerseits eine weitere Polymerisation des Harzes an den ungesättigten Doppelbindungen. Als Sensibilisatoren eignen sich Benzoindiphenyldisulfid, Benzoinperoxyd, Benzophenon und Benzoinbutyläther in einer Konzentration von 1 bis 10$, vorzugsweise von 3 bis 5%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Überzugs. Soll sich der: Überzug dagegen für ein Elektronenstrahlhärten eignen, dann braucht er keinen Sensibilisator zu enthalten, sofern das Harz ein ausreichendes Reaktionsvermögen besitzt. Um den Überzug mühelos auftragen zu können, sollte die Viskosität auf höchstens 5000 cP bei 25°C durch einen Zusatz von bis 80% Kreuzacrylaten mit ungesättigten Doppelbindungen und einem Molekulargewicht unter 400, bezogen auf das Polymergewicht, eingestellt werden. Hierfür eignen sich Hydroxyäthylacrylat, Äthylenglykoldimethylacrylat, Hydroxypropylacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Neopenthylglykoldiacrylat und Hexandioldiacrylat. Kreuzacrylate mit einem Molekulargewicht über 400 eignen sich im allgemeinen nicht zum Einstellen der Viskosität,

Die Dicke des Überzugs liegt unter 10 /im, weil der Anstieg des Zwischenschichtwiderstandes bzw. der Isolationswirkung des Überzugs bei einer 10 /im übersteigenden Schichtdicke rapide abnimmt. Des weiteren verringert sich mit zunehmender Schichtdicke der Eisenfüllfaktor, so daß die Schichtdicke des Überzugs so gering wie möglich sein sollte.

In der Praxis wird Elektroblech mit höchstens 3,5% Silizium und einer Dicke von 1 mm, üblicherweise 0,3 bis 0,5 mm, in einem Zuge hergestellt und mit dem erfindungsgemäßen Überzug versehen. Dies geschieht beispielsweise in der ¥eise, daß der

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fertige Stahl zu Brammen oder kontinuierlich vergossen, die Brammen zu Warmband mit einer Dicke von 2 bis 3 mm ausgewalzt, gebeizt, anschließend bis auf eine Dicke von 0,3 Ms 0,5 mm kaltgewalzt, kontinuierlich geglüht und mit dem Überzug versehen wird.

Der Überzug läßt sich auf herkömmliche Weise auftragen, beispielsweise mittels Walzen oder durch Aufsprühen, Tauchen, Überfließen und/oder durch elektrostatisches Lackieren. Das mit dem viskosen Überzug versehene Blech wird alsdann mittels ultravioletter Strahlen einer Wellenlänge von 200 bis 400 nm, beispielsweise unter Quecksilberdampflampen, Xenonlampen, im Lichtbogen oder mittels Elektronenstrahlen, beispielsweise mit Hilfe einer Mikrosonde, eines Beta- oder Gam— mastrahlengenerators einzeln oder nebeneinander gehärtet«, Dies kann an Luft oder unter einem Schutzgas wie Stickstoff, Argon, Xenon, Helium, Kohlendioxyd, Wasserstoff oder anderen Inertgasen geschehen.

Um dem mit dem Überzug versehenen Blech im Hinblick auf seinen Verwendungszweck spezielle Eigenschaften zu verleihen, die sich mit einer einzigen Schicht nicht erreichen lassen, können auch mehrere Überzüge unterschiedlicher Zusammensetzung aufgebracht werden. Dies kann auch in der Weise geschehen, daß die untere Schicht erst zusammen mit der Deckschicht gehärtet wird«

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen des näheren erläutert.

Beispiel 1
Eine Überzugsmasse der Zusammensetzung;

Talk (MgSi₃O₁₁-H₂O) 100 GT

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Eisenoxyd (Fe₃O₄) 50 GT

Nickelkarbonat (NiCO₃) 50 GT

Chromsulfat (Cr₂(SO^)₃) 50 GT

Acryliertes Epoxyharz 300 GT

Acryliertes Polyesterharz 250 GT

Hydroxypropylacrylat 100 GT

Benzoinisobutyläther 4 GT

wurde in einer Dicke von 4^m mit Hilfe von Walzen auf 0,5 mm dickes Elektroblech aus einem Stahl mit 0,8% Silizium aufgetragen und anschließend 5 Sekunden mit Hilfe von Queck silber-Hochlampen (80 W/cm) gehärtet.

Beispiel 2
Eine Überzugsmasse der Zusammensetzung:

Slimmer (KAl₃Si₃O_11-H₂O) 300 GT

Aluminiumphosphat (Al₂(HPO^)₃) 100 GT

Kalziumsulfat (CaSO₄) 100 GT

Acryliertes Epoxyharz 150 GT

Acryliertes Silikonharz 150 GT

Neopentylglykoldiacrylat 200 GT

wurde mit Hilfe von Walzen in einer Dicke von 8 jum auf 0,5 mm dickes Elektroblech aus einem Stahl mit 1,896 Silizium aufgetragen und sogleich zwei Sekunden mit Hilfe einer Mikrosonde gehärtet«,

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Beispiel 3 Eine Überzugsmasse der Zusammensetzung:

Kaolinit (Al₂O₃.2SiO₂.2H₂O)	300	GT
Kalziumphosphat (Ca₃(PO^)₂)	50	Il
Kobaltsulfat (CoSO₄)	50	ti
Kupferoxyd (CuO)	50	It
Acryliertes Epoxyharz	300	ti
Trimethylolpropantriacrylat	250	It
Benzophenon	2,5	ti
Dimethylaminäthanol	2,5	It

wurde mit Hilfe von Walzen in einer Dicke von 1 yum auf 0,5 mm dickes Elektroblech aus einem Stahl mit 1,8% Silizium aufgetragen und anschließend 5 Sekunden UV-gehärtet.

Beispiel 4 Eine Überzugsmasse der Zusammensetzung:

Talk

Magnesiumphosphat (Mg₃(PO^)₂) Paragonit (NaAl₃Si₃O₁₁^H₂O) Borsäure (H₃BO₃)
Acryliertes Epoxyharz Acryliertes Polyätherharz Neopentylglykoldiacrylat Benzoini s obutyläther

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100	GT
100	Il
100	It
50	ti
300	ti
200	ti
150	Il
4	ti

ORtGlNAi INSPECTED

wurde mit Hilfe von Walzen in einer Dicke von 1 um auf 0,5 mm dickes Elektroblech aus einem Stahl mit 0,2% Silizium aufgetragen und anschließend 5 Sekunden UV-gehärtet.

Beispiel 5 Eine Überzugsmasse A der Zusammensetzung:

Glimmer	200	GT
Roscollit (KV₂AlSi₃O₁₁.H₂O)	100	It
Zinkphosphat (Zn₃(PO^)₂)	200	I!
Natriumborat (Na₃BO₃)	200	!!
Acryliertes Polyesterharz	150	It
Acryliertes Silikonharz	100	I!
Hydroxypropylacrylat	150	Il
Benzophenon·	3	t?
Dimethylaminäthanol	3	Il

und eine Überzugsmasse B der Zusammensetzung:

Talk

Magnesiumborat Acryliertes Epoxyharz Acryliertes Polyesterharz Hydroxypropylacrylat Benzophenon Dimethylaminäthanol

wurden nacheinander auf 0,35 mm dickes Elektroblech aus einem

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100	5	GT
50	5	I!
400	!!
250	Il
100	Il
	Il
1,	Il

Stahl mit 3,0% Silizium aufgetragen. Dabei wurde zunächst die Überzugsmasse A in einer Dicke von 2yum aufgetragen und 2 Sekunden UV-gehärtet, wonach die Überzugsmasse Bin einer Dicke von 1 um aufgetragen und 10 Sekunden UV-gehärtet wurdeο

Beispiel 6 Eine Überzugsmasse der Zusammensetzung:

Kaolinit

Gips (CaSO₄.2H₂O) Molybdänoxyd (Mo₂Ok) Zinkoxyd (ZnO) Kaliumborat (K₃BO₅) Acryliertes Harnstoffharz

Hexadioldiacrylat

wurde mittels Walzen in einer Dicke von 10/im auf 0,5 mm dickes Elektroblech aus einem Stahl mit 2,3% Silizium aufgetragen und 4 Sekunden mit Hilfe eines Elektronenstrahls getrocknete

Beispiel 7 Eine Überzugsmasse der Zusammensetzung:

Talk 300 GT

Wolframoxyd (WO₃) 25 "

Stannophosphat (SnHPO₄) 25 "

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300	GT
150	Il
50	ti
50	Il
200	Il
150	Il
100	It

100	GT
200	ti
150	Il
50	Il
100	Il
100	It
5	Il

Magnesiumborat ₃^₂ Acryliertes Epoxyharz Acryliertes ELyesterharz Acryliertes Silikonharz Hexandioldiacrylat Neopenthylglykoldiacrylat Benzoinisobutyläther

wurde mittels Walzen in einer Dicke von 5 /im auf 0,5 mm dickes Elektroblech aus einem Stahl mit 1,5% Silizium aufgetragen und 10 Sekunden UV-gehärtet.

Beispiel 8
Eine Überzugsmasse der Zusammensetzung:

Lepidolit (Li₂Al₂Si₃O₁₁.Η_£0) Titanoxyd

Kalziumborat
Zinkpho sphat
Acryliertes Epoxyharz Acryliertes ßiyätherharz Hydroxypropylacrylat Benzoinisobutyläther

wurde mittels Walzen in einer Dicke von 2 um auf 0,5 M dikkes Elektroblech aus einem Stahl mit 0,8$ Silizium aufgetragen und 5 Sekunden UV-gehärtet.

200	GT
50	Il
50	tt
50	Il
300	It
150	ti
150	tt
3	It

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400	VJl	GT
400	5	If
200	It
1,	Il
1.	Il

Beispiel 9
Eine Überzugsmasse der Zusammensetzung:

Acryliertes Epoxyharz Acryliertes Polyesterharz Neopentylglykoldiacrylat Benzophenon

Dim ethylaminäthano1

wurde in einer Dicke von 3/am auf 0,5 mm dickes Elektroblech aus einem Stahl mit 1,5% Silizium aufgetragen und 5 Sekunden UV-gehärtet.

Die Eigenschaften der nach den Beispielen 1 bis 9 beschichteten Elektroblech^ sind aus der nachfolgenden Tabelle ersichtlich und wurden wie folgt bestimmte

Die Hitzebeständigkeit wurde im Anschluß an ein dreistündiges Glühen bei 760⁰C in Stickstoffatmosphäre aufgrund des festgestellten Grades der Abblätterung bestimmt,, Dabei bezeichnet a kein Abblättern, b ein bis 20%-iges Abblättern und c ein über 50%-iges Abblättern des Überzugs.

Das Stanzverhalten wurde als Zahl derjenigen Stanzschnitte bestimmt, die bis zu einer Grathöhe von 50 um möglich waren.

Der Zwischenschichtwiderstand wurde im Anschluß an ein Spannungsfreiglühen gemäß JIS C 2550 bestimmt,,

Die Ölbeständigkeit wurde als Qualitätsänderung nach einem 24-stündigen Eintauchen in 150⁰C warmes Isolieröl bestimmt; sie war in allen Fällen gut„

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Die Korrosionsbeständigkeit wurde in einem 24-stündigen Versuch bei 5O⁰C bestimmt und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 98% bestimmt, wobei a unter 0,1% Rost und b 0,1 bis 5% Rost bedeuten,,

Die Haftfestigkeit wurde schließlich beim Biegen des Blechs mit einem Winkel von 180° um einen Stab mit einem Durchmesser von 10 mm mit denselben Wertbuchstaben wie beim Bestimmen der Hitzebeständigkeit ermittelte

Tabelle

Beispiel Hitze- Stanz Zw₀-Wi- Ölbe- Korrosions- Haft-

bestän- ver- der- stan- beständig- ver-

digkeit halten stand₉ dig- keit mögen

(Jl -enr/ keit

(x10⁴) ^blech>

vor nach

1	b	■ 130	400	2	gut	a	a
2	a	160	1000<-	8	ti	It	ti
3	It	120	300	6	ti	It	b
4	Il	100	150	1	ti	It	It
VJl	It	180	1000<	10	It	It	a
6	b	180	1000<	11	Il	b	b
7	a	150	800	7	It	a	a
8	b	110	300	5	ti	tt	ti
9	C	100	400	0	It	It	b

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Claims

NIPPON STEEL CORPORATION No. 6-3, 2-chome, Ote-machi, Chiyoda-ku, Tokio, Japan Patentansprüche;

1. 'Isolierüberzug für Elektroblech, bestehend aus 10 bis 9090 "■"" eines licht- oder el ektronenstrahlhärt enden Harzes und 10 bis 90% Oxyde, Phosphate, Silikate, Karbonate und Sulphate der Metalle Lithium, Natrium, Magnesium, Aluminium, Silizium, Kalium, Kalzium, Titan, Vanadium, Chrom, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Molybdän, Zinn und Wolfram einzeln oder nebeneinander sowie wahlweise 1 bis 50% Borsäure und/oder Borate«,

2. Überzug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch 30 bis 60% Silikate.

3. Überzug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Bestandteile eine Mohshärte von höchstens 5 besitzen,,

Überzug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch acrylierte Epoxy-, Polyäther-, Polyester-, Silikon- und Harnstoffharze einzeln oder nebeneinander.

5. Überzug nach Anspruch 4, gekennzeichnet, durch einen Sensibilisator«,

6. Überzug nach Anspruch 3 und 4, gekennzeichnet durch 80% eines Harzes mit ungesättigten Doppelbindungen und einem Molekulargewicht unter 400.

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7. Überzug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Dicke unter 10

8. Überzug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch mindestens zwei Schichten mit einer Gesamtdicke unter 10 pm₀

9. Überzug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Viskosität unter 5000 cps„

10o Verfahren zum Aufbringen eines Überzugs nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stahl in einem Zuge vergossen, warmgewalzt, gebeizt, kaltgewalzt, geglüht, beschichtet und der Auftrag gehärtet wird.

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