DE69431325T2 - Behandlungsmittel zur Herstellung eines isolierenden Überzugs auf nicht-orien- tiertem Elektroblech - Google Patents

Behandlungsmittel zur Herstellung eines isolierenden Überzugs auf nicht-orien- tiertem Elektroblech

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Behandlungsmittel zur Herstellung eines elektrischen Isolierfilms für ein Elektrostahlblech mit einem hohen Füllfaktor, ausgezeichneter Schweißbarkeit und Stanzbarkeit vor dem Glühen und ferner mit Klebebeständigkeit beim Glühen und ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit, Gleitfähigkeit, Haftung usw. nach Glühen sowie ein Isolierfilm-Behandlungsverfahren unter Verwendung dieses Behandlungsmittels.
  • Bei Gebrauch eines nichtorientierten Elektrostahlblechs für einen Eisenkern eines Motors oder Transformators wird das Blech zunächst in eine vorbestimmte Form gestanzt und dann entspannungsgeglüht. Als nächstes wird eine vorbestimmte Anzahl solcher Stahlbleche zu Blechpaketen geschichtet und dann durch Schweißen, Verstemmen, Kleben usw. verbunden, um einen geschichteten Kern zu bilden, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist.
  • Allgemein wird ein elektrischer Isolierfilm auf der Oberfläche des nichtorientierten Elektrostahlblechs gebildet. Um ausgezeichnete Kernkennwerte und Bearbeitbarkeit zu erhalten, ist es für diesen Isolierfilm sehr wichtig, daß er hohen Klebebeständigkeit beim Glühen sowie ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und Gleitfähigkeit nach Glühen zusätzlich zu den erforderlichen Eigenschaften, z. B. Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit, Haftung, hoher Füllfaktor usw., neben dem Isoliervermögen hat.
  • Bisher sind anorganische, organische und anorganische/organische Isolierfilme als elektrischer Isolierfilm für das nichtorientierte Elektrostahlblech bekannt. Im Vergleich zu den organischen und den gemischten organischen/anorganischen Filmen weist der anorganische Isolierfilm höhere Wärmebeständigkeit und besseres Gleitvermögen nach Entspannungsglühen auf, aber seine Stanzbarkeit ist schlechter. Dagegen weist der organische Isolierfilm ausgezeichnete Stanzbarkeit und Haftung auf, aber der Film wird durch Entspannungsglühen leicht teilweise zersetzt und ausgebrannt. Da anders ausgedrückt die Haftung nach Entspannung sehr gering ist, weist der Film im praktischen Einsatz keine Beständigkeit auf. Das anorganische/organische Filmmittel wurde entwickelt, um die Nachteile des Films mit nur den anorganischen Komponenten und des Films mit nur den organischen Komponenten zu überwinden, und wird derzeit am häufigsten eingesetzt. Als Beispiel für den gemischten anorganischen/organischen Isolierfilm schlägt die JP-B-50-15013, die der DE-A-21 42 889 entspricht, ein Isolierfilmbildungsverfahren vor, das ausgezeichnete Filmkennwerte, z. B. hoher Füllfaktor, hohe Haftung, Stanzbarkeit usw., bereitstellt und ausgezeichnete Filmkennwerte auch nach Entspannungsglühen wahren kann, indem eine Behandlungslösung verwendet wird, die ein Dichromat und eine organische Harzemulsion aus Vinylacetat-, Butadien-Styrol-Copolymer-, Acrylharz usw. als Hauptkomponenten aufweist. Die JP-A-5-78855 schlägt ein Isolierfilmmittel für ein Elektrostahlblech vor, umfassend: eine wäßrige Lösung, hergestellt durch Mischen einer anorganischen wäßrigen Lösung, die 100 bis 350 g/l Aluminiumdihydrogenphosphat, berechnet als P&sub2;O&sub5;, enthält, und einer Kunstharzemulsion mit einem pH-Wert von 1 bis 3 auf solche Weise, daß flüchtige Komponenten der zuletzt genannten 10 bis 40 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge flüchtiger Komponenten beider ausfnachen, als Isolierfilmmittel, das sich vom Komponentensystem des o. g. Standes der Technik unterscheidet und das kein Chromat enthält. Ferner schlägt diese Literaturstelle eine Isolierfilmbildungszusammensetzung für ein Elektrostahlblech vor, die hergestellt wird durch Mischen einer anorganischen wäßrigen Lösung, die 100 bis 350 g/l Aluminiumdihydrogenphosphat, berechnet als P&sub2;O&sub5;, enthält, und einer Kunstharzemulsion mit einem pH-Wert von 1 bis 3 auf solche Weise, daß flüchtige Komponenten der zuletzt genannten 10 bis 50 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge flüchtiger Komponenten beider ausmachen, und Zugeben von 5 bis 20 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der gesamten flüchtigen Kompo nenten der gemischten wäßrigen Lösung, vernetzbares Harzkornpulver mit einer mittleren Korngröße von 5 bis 15 um. Diese Erfindung dieser Druckschrift beschreibt, daß die Harzemulsian mit einem pH-Wert von 1 bis 3 verwendet wird, um Stabilität in einer sauren Mischlösung zu verbessern, und daß das grobkörnige Harzpulver dazu dient, Konkavkonvexitäten auf der. Filmoberfläche zu bilden und um die Schweißbarkeit zu verbessern, indem die Luftdurchlässigkeit beim Schweißen verbessert wird.
  • Was die Filmkennwerte des nichtorientierten Elektrostahlblechs mit dem elektrischen Isolierfilm mit ausgezeichneten Filmkennwerten anbelangt, der in der o. g. JP-B-50-15013 beschrieben ist, so ist die Stanzbarkeit vor dem Glühen gut, aber es wird ein Abfall des Isoliervermögens infolge von etwas verbleibenden Filmmaterial nach dem Glühen beobachtet, und was die Filmkennwerte nach Entspannungsglühen anbelangt, so sind Wärmebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Gleitfähigkeit usw. nicht ausreichend, weshalb weitere Verbesserungen erreicht werden müssen.
  • Die Nachteile der Technologie der JP-A-5-78855 sind folgende: Bei Zugabe des grobkörnigen Harzpulvers zur Mischlösung aus der anorganischen Komponente und dem Emulsionsharz ist die Aggregation des Harzpulvers unvermeidlich, die Dispersion gleichmäßiger Teilchen ist schwierig, und ein Füllfaktorabfall tritt auf, da die Korngröße des grobkörnigen Harzpulvers hoch ist. Ein weiteres kritisches Problem ist, daß es leicht zu Ablösen und Abfallen von Carbiden nach Glühen infolge der Karbonisierungsreaktion der grobkörnigen Harzaggregate kommt. Der ungleichmäßige Oberflächenzustand, der durch die Aggregation des grobkörnigen Harzes hervorgerufen wird, verursacht Instabilität von Gleitvermögen, Korrosionsbeständigkeit, Isolierfähigkeit usw. Daher läßt sich die in diesem Stand der Technik beschriebene Technologie noch nicht als zufriedenstellend bezeichnen.
  • Die EP-A-0191219 offenbart ein Verfahren zur Bildung eines Isolierfilms mit einer verbesserten Stanzfähigkeit, Schweißbarkeit und Isolierfähigkeit auf der Oberfläche eines Elektrostahlblechs, wobei ein Gemisch aus einer anorganischen Lösung, die Phosphat und/oder Chromat enthält, und einer Emulsionslösung, der organische Harzteilchen mit einem Durchmesser von 2 bis 50 um vorab zugegeben sind, auf die Oberfläche eines Elektrostahlblechs aufgetragen wird.
  • Kommt, wie oben beschrieben, das nichtorientiette Elektrostahlblech für den Eisenkern eines Motors o. ä. zum Einsatz, wird das Stahlblech zunächst in die gewünschte Form gestanzt und dann entspannungsgeglüht. Danach wird eine vorbestimmte Anzahl der so ausgestanzten Stahlbleche zu Blechpaketen geschichtet und durch Schweißen, Verstemmen, Kleben usw. verbunden, um einen Schichteisenkern zu bilden. Da in den letzten Jahren die Automatisierung erhebliche Fortschritte in einem solchen Herstellungsverfahren gemacht hat, müssen die Stahlbleche nach Entspannungsglühen ein gutes Gleitvermögen auf einer Führung während des Schichtverfahrens aufweisen und müssen zudem gute gegenseitige Gleitfähigkeit und Verstemmbarkeit aufweisen.
  • Ist das Stahlblech wenig gleitfähig, bewegt es sich während des Herstellungsverfahrens nicht ungestört auf der Führung, und es treten leicht Fehler auf der Oberfläche auf, oder es kommt zu Filmablösung. Werden dagegen die Profile einer vorbestimmten Anzahl gestanzter Bleche durch eine automatische Korrekturmaschine beim Schichten des Kerns ausgerichtet, kommt es zu Beschädigung oder Knicken der gestanzten Blechprofile. Da die Wärmebeständigkeit unzureichend ist, wird die Beeinträchtigung der Kernkennwerte infolge von Rost bei Gebrauch des geglühten Materials zu einem Problem.
  • Festgestellt wurde nunmehr, daß es bei Verwendung der Behandlungslösung mit dem Chromat-Emulsionsharz-System der o. g. bekannten Technik zu Beeinträchtigung der Filmeigenschaften beim Entspannungsglühen infolge von Zersetzung der Filmkomponenten kommt. Damit sinken Gleitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Isoliereigenschaften usw. nach Glühen. Es erfolgten weitere Untersuchungen zur Lösung der Probleme des Füllfaktors und der Gleichmäßigkeit des Films, insbesondere der Filmeigenschaften nach Glühen, bei der verbesserten Technologie, die in der o. g. JP-A-5-78855 beschrieben ist.
  • Als Ergebnis intensiver Untersuchungen der Emulsionsharze und Filmstrukturen wurde überraschend festgestellt, daß sich ein Film mit ausgezeichneter Leistung erhalten läßt, indem Phosphate von Al-, Ca- und Zn-Systemen, die hauptsächlich Aluminiumphosphat, anstelle der im Stand der Technik verwendeten Chromverbindungen aufweisen genutzt werden und indem ein Filmmittel aus einem anorganischen/organischen System zum Einsatz kommt, das grundsätzlich eine Emulsion mit 0,3 bis 3,0 um Korngröße aufweist. Ferner wurde festgestellt, daß die o. g. Nachteile des Stands der Technik insgesamt durch Verwendung eines speziellen Emulsionsharzes mit hoher Stabilität überwunden werden können, das ein grobkörniges Emulsionsharz mit einem pH-Wert von 4 bis 10 in Form einer wäßrigen Lösung mit 0,3 bis 3,0 um Korngröße aufweist, wobei der Vernetzungsgrad 0,4 bis 8 Mol-% auf der Grundlage der Monomermischung beträgt. Auf diese Weise lassen sich der Füllfaktor und die Gleitfähigkeit, die Korrosionsbeständigkeit, das Isoliervermögen, die Haftung und die Kennwerte der Oberflächenbeschichtung nach Glühen stark verbessern.
  • Die Erfindung soll ein Behandlungsverfahren bereitstellen, das die Probleme des elektrischen Isolierfilms mit ausgezeichneten Filmkennwerten gemäß der o. g. JP-B-50-15013 und JP-A-5-78855 löst, indem eine Behandlungslösung zum Einsatz kommt, die keine Chromverbindung enthält, und indem die anorganischen sowie die organischen Komponenten verbessert werden, und die dem Film einen hohen Füllfaktor, hohe Schweißbarkeit und Stanzbarkeit sowie ausgezeichnete Gleitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Isolierfähigkeit, Haftung und hervorragendes Aussehen nach Entspannungsglühen verleiht.
  • Diese Aufgaben können durch die in den Ansprüchen festgelegten Merkmale gelöst werden.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
  • Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Meßeinrichtung für die Fehlerwiderstandsfähigkeit eines Stahlblechs vor und nach Entspannungsglühen gemäß der Erfindung,
  • Fig. 2(a) und 2(b). Ansichten eines Meßverfahrens der Klebebeständigkeit beim Entspannungsglühen, wobei Fig. 2(a) eine Perspektivansicht geschichteter Stahlbleche im geglühten Zustand nach Härten und Fig. 2 (b) ein Verfahren zur Messung einer Trennkraft von Stahlblechen durch eine Federwaage zeigt, und
  • Fig. 3(a) und 3(b) Fotografien einer Blechoberfläche vor und nach Glühen durch ein Behandlungsmittel der Probe Nr. 1 im Beispiel 5 gemäß der Erfindung, wobei Fig. 3(a) die Oberfläche vor Glühen und Fig. 3(b) die Oberfläche nach Glühen zeigt.
  • Im folgenden wird die in der Erfindung verwendete anorganische Komponente näher erläutert.
  • Aluminiumphosphat, Calciumphosphat und Zinkphosphat spielen eine wichtige Rolle als Filmbildungsmittel mit hoher Wärmebeständigkeit, das einen Film durch Härten bei einer geringen Temperatur stabil bildet. Da sie ferner wichtige Funktionen als Bindemittel im Gemisch mit anderen anorganischen und organischen Verbindungen haben, dienen sie als Hauptkomponente in der Erfindung.
  • Der in der Erfindung gebrauchte Begriff "Aluminiumphosphat" bezeichnet die Umsetzungsprodukte der Aluminiumverbindungen, z. B. Al(OH)&sub3;, Al&sub2;O&sub3; usw., mit Phosphorsäure (H&sub3;PO&sub4;), und diese sind allgemein analog zu einer wäßrigen Al(H&sub2;PO&sub4;)&sub3;-Lösung, die als "primäres Aluminiumphosphat" bezeichnet wird. Die Zusammensetzung ändert sich in ihrem Molverhältnis. In diesem Fall liegt das Molverhältnis von Al&sub2;O&sub3;/H&sub3;PO&sub4; in der Lösung im Bereich von 0,15 bis 0,20. Liegt das Molverhältnis unter 0,15, wird die Menge freier Phosphorsäure groß. Dadurch steigen Hygroskopizität und Kleben beim Entspannungsglühen unvorteilhaft. Liegt dagegen das Molverhältnis über 0,20, ist die Stabilität des Aluminiumphosphats selbst beeinträchtigt, so daß es zu Aus fällen von Al&sub2;O&sub3; und Al(H&sub2;PO&sub4;) 3 in der Lösung und zu Ungleichmäßigkeit des Farbtons kommt, was das Filmaussehen beeinträchtigt. Calciumphosphat und Zinkphosphat werden ähnlich durch die Reaktion der jeweiligen Oxide oder Hydroxide mit Phosphorsäure erzeugt. Das Molverhältnis des Calciumphosphats und Zinkphosphats ist auf den Bereich von 0,40 bis 0,60 aus dem gleichen Grund wie bei Aluminiumphosphat begrenzt. Calciumphosphat und Zinkphosphat haben ein hohes Filmbildungsvermögen bei einer niedrigen Temperatur wie Aluminiumphosphat und können als Komponenten der Erfindung verwendet werden. Obwohl sie Gleitfähigkeit und Aussehen verbessern, ist ihre Wärmebeständigkeit etwas geringer als die von Aluminiumphosphat. Folglich beträgt ihre Menge vorzugsweise bis 50% der Gesamtphosphatmenge.
  • In der Erfindung können Borsäure, Borate, Phosphorsäure usw. bei Bedarf zugegeben werden. Jeder dieser Stoffe bewirkt bessere Filmbildung bei einer geringen Temperatur und höhere Wärmebeständigkeit des Films beim Entspannungsglühen neben der Erhöhung von Kompaktheit und Oberflächenglanz des verglasten Films.
  • Als nächstes wird das in der Erfindung verwendete Emulsionsharz erläutert.
  • Eines der kennzeichnenden Merkmale der Erfindung besteht im Gebrauch einer grobkörnigen Harzemulsion mit 0,3 bis 3,0 um Korngröße. Mindestens eines der Harze, ausgewählt aus Acryl-, Polystyrol-, Polypropylen-, Polyamid-, Polycarbonat-, Melamin-, Phenol-, Polyurethan-, Alkyd-, Isocyanat-, Epoxid- u. ä. Harzen, kann als Emulsionsharz zum Einsatz kommen. Diese Harze können als grobkörnige Emulsion durch die Wachstumsreaktion und das Emulgiersystem spezifischer Körner stabilisiert sein.
  • Das erste technische Merkmal einer Harzemulsion in diesem Fall ist die Verwendung eines groben Korns mit 0,3 bis 3,0 um Korngröße. Spezifische Beachtung galt im Rahmen der Erfindung insbesondere dem Gebrauch neuer grober Emulsionsharze, die bisher nicht durch Harzherstellungstechnologie des Stands der Technik erhalten wurden, wobei eine neue Herstellungstechnologie entwickelt wurde. Diese neue Technologie kann die Filmeigenschaften merklich verbessern. Liegt die Korngröße unter 0,3 um, läßt sich keine fein vorspringende Form mit einer Kugeloberfläche erhalten, die mit dem Gemisch organischer Verbindungen, das Phosphate usw. umfaßt erzeugt werden kann. Dadurch lassen sich die Verbesserungseffekte auf die Filmleistung, z. B. Schweißbarkeit, Isoliervermögen, Gleitvermögen, Wärmebeständigkeit usw., vor und nach Glühen nicht erhalten. Übersteigt dagegen die Korngröße des Emulsi onsharzes 3,0 um, wird die Dispersionsstabilität der Körner in der Lösung gering, und es kommt zum Abfall des Füllfaktors als einem der Filmkennwerte nach Filmbildung. Die Herstellungskosten des Harzes werden hoch, und es besteht das Problem von Flüssigkeitstrennung infolge von Harzausfällung bei Lagerung. Daher wird es schwieriger, das Emulsionsharz auf gewerblicher Grundlage zu nutzen, und der Einsatz ist begrenzt.
  • Der Vernetzungsgrad ist das zweite technische Merkmal des erfindungsgemäßen grobkörnigen Emulsionsharzes. Die Menge des vernetzbaren Monomers beträgt auf der Grundlage der Monomermischung 0,4 bis 8,0 Mol-% als Vernetzungsgrad, und der pH-Wert der Harzemulsion beträgt 4 bis 10. Auf diese Weise lassen sich Filmleistung und Betriebsstabilität im Filmbildungsverfahren merklich verbessern. Der pH-Wert liegt im Bereich von 4 bis 10. Liegt er unter 4, sinkt die mechanische Stabilität des Harzkorns, und das Korn ist nicht beständig gegen Reibung o. ä. im Herstellungsverfahren widerstehen. Liegt dagegen der pH-Wert über 10, tritt das Problem auf, daß das Harz infolge der Alkalikomponenten quillt und die Viskosität erhöht. Als weiteres Problem kommt es zu Gelierung. Damit ist die Verwendung des Harzes begrenzt. In Verbindung mit dem Vernetzungsgrad des Harzes beträgt die Menge des vernetzbaren Monomers 0,4 bis 8,0 Mol-% bezogen auf die Monomermischung. Wichtig ist diese Anforderung bei der Filmbildung bei einer geringen Temperatur durch Verwendung des grobkörnigen Emulsionsharzes wie in der Erfindung und durch die Reaktion der anorganischen Komponente, z. B. des Phosphats, da der Vernetzungsgrad das Aussehen des Films und seine Wärmebeständigkeit beeinflußt. Liegt die Monomermenge bezogen auf die Monomermischung unter 0,4 Mol-%, wird der Film unvorteilhaft opak, so daß der Farbton beim Filmhärten ungleichmäßig wird. Da die Dichte der Vernetzung der Körner gering ist, ist der resultierende Film nicht ausreichend fest und hat schlechte Lösungsmittelbeständigkeit, Gleitfähigkeit, Schmierfähigkeit usw. Liegt dagegen die Menge über 8,0 Mol-%, bilden sich leicht Aggregate, und die Polymerisation selbst verläuft nicht ungestört. Ferner sinkt unerwünscht die Wärmebeständig keit als einer der Filmkennwerte, insbesondere der Filmkennwerte nach Glühen.
  • Aus Untersuchungen und Experimenten zur Herstellung der Harze und zu den Stabilisierungsbedingungen geht hervor, daß sich bei Einhaltung der Korngröße des Emulsionsharzes, des pH-Werts und des Vernetzungsgrads gemäß der obigen Beschreibung ein stabiles grobkörniges Harz erhalten läßt, daß stabile Dispersionskennwerte auch in der Mischlösung erhalten werden können und daß ein Film mit Glanz und gleichmäßigem Farbton beim Härten gebildet werden kann.
  • Als nächstes werden die in der Erfindung verwendeten Zusatzkomponenten und ihre Mischungsverhältnisse erläutert. In der Erfindung wird mindestens ein Stoff ausgewählt aus Phosphorsäure, Borsäure, Boraten und kolloidalem Siliciumoxid, bei Bedarf als Zusatzstoff zu den Grundkomponenten Phosphat und Emulsionsharz zugegeben.
  • Die Zugabemenge des wasserdispergierbaren grobkörnigen Emulsionsharzes ist auf 1 bis 300 Gewichtsteile zu 100 Gewichtsteilen Aluminiumphosphat, Calciumphosphat und/oder Zinkphosphat begrenzt. Liegt sie unter 1 Gewichtsteil, lassen sich Stanzbarkeit und Kompaktheit sowie Filmglanz nicht ausreichend erhalten. Liegt sie dagegen über 300 Gewichtsteilen, löst sich der Film beim Entspannungsglühen ab, und es kann keine ausreichende Wärmebeständigkeit erhalten werden. Ferner werden Gleitvermögen, Korrosionsbeständigkeit und Haftung des Films nach Glühen beeinträchtigt.
  • Die Menge von Phosphorsäure, Borsäure und Boraten, die bei Bedarf als anorganische Komponente zugegeben werden, beträgt 1 bis 20 Gewichtsteile bezogen auf 100 Gewichtsteilen Phosphate. Liegt die Menge unter 1 Gewichtsteil, lassen sich keine ausreichende Kompaktheit des Films und Verbesserungen seines Aussehens und seiner Wärmebeständigkeit erhalten. Übersteigt die Menge 20 Gewichtsteile im Fall von Borsäure und Boraten, tritt das Stabilitätsproblem in der Lösung wegen ihrer Löslichkeit auf, und es kommt leicht zu Ausfällung. Ferner sind, die Verbesserungen bei Wärmebeständigkeit, Isoliervermögen, Oberflächenaussehen des Films usw. ebenfalls begrenzt.
  • Die Zusatzstoffe wirken so, daß sie Filmkennwerte, z. B. Aussehen, Haftung, Wärmebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit usw., des Films verbessern, und insbesondere ist die Wirkung der Klebeverhinderung beim Entspannungsglühen groß.
  • Im folgenden werden das Verfahren zur Härtungsbehandlung in der Erfindung sowie die Beschichtungsmenge erläutert.
  • Die Behandlungslösung wird durch die folgenden Schritte aufgetragen und gehärtet: Verdünnen der Behandlungslösung mit Wasser auf eine geeignete Konzentration, Auftragen einer vorbestimmten Lösungsmenge mit einer Auftragswalze und Durchführen der Härtungsbehandlung für kurze Zeit bei einer Härtungstemperatur von 200 bis 500ºC. Liegt die Härtungstemperatur unter 200ºC, läuft die Reaktion zwischen den Phosphaten und der Harzkomponente nicht ausreichend ab, so daß der Film infolge von Hygroskopizität des Films nach dem Härten klebrig wird oder Rost auftritt, und Kleben beim Entspannungsglühen wird wahrscheinlicher. Liegt dagegen die Härtungstemperatur über 500ºC, wird auch ein Harz mit hoher Wärmebeständigkeit, z. B. wie in der Erfindung, teilweise zersetzt oder karbonisiert, was die Bearbeitbarkeit, z. B. die Stanzbarkeit, unerwünscht beeinträchtigt.
  • Die Menge des auf der Elektrostahlblechoberfläche zu bildenden Isolierfilms ist nicht speziell begrenzt, liegt aber zweckmäßig im Bereich von 0,5 bis 3,0 g/m². Liegt sie unter 0,5 g/m², wird die Stanzbarkeit unzureichend, und es können auch keine ausgezeichneten Ergebnisse für Isoliervermögen, Gleitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit usw. erhalten werden. Übersteigt sie dagegen 3,0 g/m², löst sich der Film beim Entspannungsglühen leicht ab, der Füllfaktor sinkt, und der Farbton des Erscheinungsbilds des Films wird beeinträchtigt.
  • Wie bereits beschrieben wurde, ist die in der Erfindung verwendete Harzemulsion eine spezifische Harzemulsion, die unter den Bedingungen hergestellt ist, bei denen die Korngröße 0,3 bis 3,0 um beträgt, die Menge des vernetzbaren Monomers vorzugsweise im Bereich von 0,4 bis 8 Mol-% bezögen auf die Monomermischung liegt und ferner der pH-Wert in den Bereich von 4 bis 10 fällt. Die Zugabemenge dieser Harzemulsion ist auf 1 bis 300 Gewichtsteile bezogen auf 100 Gewichtsteile Phosphat begrenzt. Ferner werden bei Bedarf 1 bis 20 Gewichtsteile Phosphorsäure, Borsäure, Borate und kolloidales Siliciumoxid als Zusatzstoffe zugegeben. Unter dieser Bedingung läßt sich ein elektrischer Isolierfilm mit hohem Füllfaktor, hoher Schweißbarkeit, Stanzbarkeit, Haftung und Wärmebeständigkeit und zudem hoher Korrosionsbeständigkeit, Gleitfähigkeit, Haftung, Isolierfähigkeit usw. als Kennwerte nach Glühen erhalten.
  • Die Erfindung verwendet die Phosphate von Aluminium, Zink und Calcium sowie bei Bedarf Phosphorsäure, Borsäure und Borate als anorganische Komponenten. Somit kann die Erfindung einen kompakten Isolierfilm mit starker Haftung und hoher Wärmebeständigkeit durch Härten bei niedriger Temperatur bilden. Außerdem verwendet die Erfindung das Harz, das eine Korngröße von 0,3 bis 3,0 um hat und dessen Vernetzungsgrad und pH-Wert auf geeignete Werte begrenzt sind. Damit ist das Emulsionsharz in der Mischlösung gut dispergierbar und bleibt stabil, und dieses Merkmal ist bei gewerblicher Herstellen oder Auftragen der Behandlungslösung überaus vorteilhaft. Nach dem Härten wird ein extrem schöner, verglaster Film mit sehr feinen Kugelvorsprüngen gleichmäßig auf der Filmoberfläche gebildet. Diese feinen Vorsprünge sind die Reaktionsprodukte mit den Phosphaten und sind auch nach Glühen stabil auf der Stahlblechoberfläche vorhanden.
  • Der Mechanismus in der Erfindung, der Schweißbarkeit, Isoliervermögen nach Glühen, Gleitfähigkeit, Haftung, Korrosionsbeständigkeit usw. verbessert, wirkt so, daß die Phosphate von Aluminium, Zink, Calcium usw., Phosphorsäure, Borsäure und Borate sowie die wärmebeständigen Grobkörner zusammen den kompakten und gleichmäßigen Isolierfilm bilden. Dieser wärmebeständige Film zeigt auch nach Glühen ausgezeichnete Filmkennwerte, da das Filmbildungsmittel durch die anorganischen/organischen Reaktionsprodukte die Oberfläche des Stahlblechs ausreichend bedeckt. Insbesondere ändert sich in der Erfindung vor und nach Glühen nicht die Form der gleichmäßigen, sehr feinen Vorsprünge, die durch das gleichmäßig dispergierte grobkörnige Emulsionsharz gebildet werden. Da durch entsprechen die gleichmäßige Filmbildungsfähigkeit und Wärmebeständigkeit gut der durch das grobkörnige Harz bewirkten Verbesserung, und man geht davon aus, daß die Erfindung deshalb die Filmbildungsleistung verbessern kann, die mehr als ausreichend die Nachteile der Filmeigenschaften ausgleicht, die sich durch das Harzpulver gemäß dem Stand der Technik ergeben.
  • Im folgenden werden Beispiele für die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • BEISPIELE Beispiel 1
  • Ein Behandlungsmittel, das primär ein Emulsionsharz mit einer Zusammensetzung gemäß Tabelle 1, das auf eine Korngröße von 0,7 um eingestellt war, und ein Phosphat aufweist, wurde auf ein 0,5 mm dickes nichtorientiertes, durch ein bekanntes Verfahren wärmebehandeltes Elektrostahlblech-Coil mit einer Gummiwalze aufgetragen, wonach das Härten bei einer Blechtemperatur von 350ºC erfolgte. In diesem Fall betrug die Beschichtungsmenge 1,5 g/m² bezogen auf das Gewicht nach Härten. Aus diesem Coil wurde eine Probe ausgeschnitten, die auf Stanzbarkeit, Schweißbarkeit und Filmgleitvermögen, Korrosionsbeständigkeit und Isoliervermögen nach 2-stündigem Entspannungsglühen bei 750ºC untersucht wurde. Die Resultate sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.
  • Als Ergebnis wurde festgestellt, daß die Probe der Erfindung ausgezeichnete Filmeigenschaften vor Glühen hatte, z. B. Stanzbarkeit und Schweißbarkeit, wobei Filmeigenschaften nach Glühen, z. B. Gleitvermögen, Korrosionsbeständigkeit, Isoliervermögen usw., ebenfalls mindestens denen einer Probe des Vergleichsbeispiels glichen, bei dem ein Chromatfilmbildungsmittel zum Einsatz kam. Tabelle 1 Tabelle 2
  • *1 Schweißbarkeit: Ergebnisse nach TIG-Schweißen (120 A, Elektrode: Th-W (2,4 mm Durchmesser). Luftdurchsatz: 6 l/min, Paketierkraft: 50 kg/cm², Schweißgeschwindigkeit: 100 cm/min.
  • *2 Filmgleitfähigkeit: Gemäß Fig. 1 wurde die Wiederstandskraft einer Stahlkugel mit 10 mm Durchmesser gemessen, die von der Blechoberfläche bei Hin- und Herbewegen auf der Oberfläche mit konstanter Last und Geschwindigkeit empfangen wurde.
  • *3 Korrosionsbeständigkeit: der Oberflächenzustand wurde nach 24 h untersucht, während die Proben im Thermostat bei 50ºC und 98% Feuchtigkeit aufgehängt waren.
  • Beispiel 2
  • Jedes der Filmbildungsmittel, das durch Mischen eines Emulsionsharzes, dessen Korngröße gemäß Tabelle 3 geändert wurde, des Phosphats und der Borsäure und/oder des kolloidalen Siliciumoxids hergestellt war, wurde auf ein Coil aus 0,5 mm dickem nichtorientiertem Elektrostahlblech wie im Beispiel 1 aufgetragen, und es wurde bei einer Blechtemperatur von 300ºC gehärtet, um das jeweilige Produkt zu erhalten.
  • Aus jedem der Stahlbleche wurde eine Probe ausgeschnitten und auf Filmeigenschaften untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 3 Tabelle 4
  • *4 Klebewiderstand nach Entspannungsglühen: Gemäß Fig. 2(a) wurden die Bleche geschichtet und mit 40 kg/cm² Paketierkraft paketiert, und anschließend wurde nach 2-stündigem Glühen in N&sub2; bei 750ºC die Trennkraft mit einer Federwaage gemäß Fig. 2(b) gemessen.
  • Beispiel 3
  • Jede der Behandlungslösungen, die durch Mischen von Aluminiumphosphaten mit einem Molverhältnis von 0,16 gemäß Tabelle 5 und einem Emulsionsharz mit einer Korngröße von 1,0 um, einem Vernetzungsgrad von 4 Mol-% und einem pH-Wert von 8,0 hergestellt wurden, wurde auf ein 0,5 mm dickes nichtorientiertes, durch ein bekanntes Verfahren behandeltes und geglühtes Elektrostahlblech-Coil mit einer Gummiauftragswalze aufgetragen, wonach bei einer Blechtemperatur von 300ºC gehärtet wurde. In diesem Fall betrug die Beschichtungsmenge 1,5 g/m², bezogen auf das Gewicht der Trockenbeschichtung. Proben wurden aus diesem Coil und aus dem Produkt ausgeschnitten, das durch 2-stündiges Entspannungsglühen jedes Coils bei 750ºC erhalten wurde, und Filmkennwerte wurden untersucht.
  • Die Ergebnisse der Filmkennwerte von Beispielen der Erfindung und Vergleichsbeispielen sind in Tabellen 6 und 7 dargestellt. In Vergleichsbeispielen waren der Füllfaktor und die Filmkennwerte nach Glühen schlechter, und es kam zu Problemen mit Gleitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Rostbildung usw. Im Gegensatz dazu hatten die Produkte der Erfindung alle einen hohen Füllfaktor sowie ausgezeichnete Stanzbarkeit und Haftung vor Glühen und zeigten ferner hervorrgande Gleitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Isolierfähigkeit nach Glühen. Tabelle 5 Tabelle 6
  • *5 Schälfestigkeitsprüfung mit Zellophanklebeband: keine Haftung, o etwas Haftung, Δ starke Haftung, x Ablösung
  • *6 Stahlstempel (SKD-1), Spalt 5%, Stanzzahlen bis 50 um Grathöhe Tabelle 7
  • *7 Bewertung im unveränderten Zustand nach 90 h bei 30ºC und 80% atmosphärischer Feuchtigkeit
  • Beispiel 4
  • Jede der Mischlösungen, die durch Mischen von Phosphaten, Borsäure und Emulsionsharzen mit geänderter Korngröße, einem Vernetzungsgrad von 6 Mol-% und einem pH-Wert von 5,0 gemäß Tabelle 8 hergestellt wurden, wurde auf das 0,5 mm dicke Stahlblech wie im Beispiel 3 aufgetragen, wonach bei 250ºC Blechtemperatur gehärtet wurde. Die Beschichtungsmenge in diesem Fall betrug 1,2 g/m² bezogen auf das Gewicht nach Härten. Proben wurde aus jedem Coil und aus dem Produkt ausgeschnitten, das durch 2-stündiges Entspannungsglühen dieses Coils bei 750ºC erhalten wurde, und auf ihre Filmkennwerte untersucht. Die Ergebnisse von Vergleichsbeispielen (in denen Magnesiumchromat und Borsäure als anorganische Komponente verwendet wurden) sind ebenfalls in Tabellen 9 und 10 dargestellt. Dieses Beispiel bildete einen elektrischen Isolierfilm mit hohem Füllfaktor, ausgezeichneter Schweißbarkeit, Gleitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit usw., hervorragenden Filmkennwerten vor und nach Glühen auf die gleiche Weise wie im Beispiel 3. Tabelle 8 Tabelle 9 Tabelle 10
  • Beisipiel 5
  • Jede der Behandlungslösungen, die durch Mischen von Lösungen mit jeweils einem unterschiedlichen Molverhältnis des Phosphats und der Styrol-Acryl-Emulsionsharze mit jeweils einer Korngröße von 1,0 um, einem unterschiedlichen Vernetzungsgrad und einem pH-Wert von 8,5 gemäß Tabelle 11 hergestellt wurden, wurde auf ein 0,5 mm dickes Stahlblech nach Fertigglühen wie im Beispiel 3 aufgetragen, wonach bei 450ºC Blechtemperatur gehärtet wurde. Die Beschichtungsmenge in diesem Fall betrug 2,0 g/m² bezogen auf das Gewicht nach Trocknen. Proben wurde aus jedem Coil und dem Produkt nach 2- stündigem Entspannungsglühen des Coils bei 750ºC ausgeschnitten und auf die Filmkennwerte untersucht. In Tabellen 12 und 13 sind die Filmkennwerte vor und nach Glühen aufgeführt.
  • Die Filme der Erfindung, bei denen das Molverhältnis der Phosphate innerhalb des Bereichs der Erfindung lag, hatten ein erheblich verbessertes Erscheinungsbild des Films und stark verbesserte Filmkennwerte wie im Beispiel 3. Lag der Vernetzungsgrad innerhalb des Bereichs der Erfindung, ließen sich für das Erscheinungsbild des Films und Filmkennwerte vor und nach Glühen hervorragende Ergebnisse erhalten. Tabelle 11 Tabelle 12 Tabelle 13
  • Im übrigen zeigt Fig. 3 fotografische Oberflächenaufnahmen des Films, der durch die Behandlungslösung Nr. 29 im Beispiel 5 der Erfindung erhalten wurde. Wie aus den Fotografien hervorgeht, läßt sich kaum eine Änderung in den Oberflächenformen vor und nach Glühen beobachten, oder anders gesagt bleibt der Film extrem stabil.

Claims (6)

1. Isolierfilm-Behandlungsmittel für ein nichtorientiertes Elektrostahlblech, das als Hauptkomponenten 100 Gewichtsteile berechnet als Feststoff, mindestens eines aus Aluminiumphosphat, Calciumphosphat und Zinkphosphat ausgewählten Stoffs als eine anorganische Komponente, sowie 1 bis 300 Gewichtsteile einer grobkörnigen Harzemulsion mit einer Korngröße von 0,3 bis 3,0 um als eine organische Komponente, umfaßt, wobei der pH-Wert der grobkörnigen Harzemulsion 4 bis 10 beträgt und der Vernetzungsgrad der grobkörnigen Harzemulsion 0,4 bis 8 Mol-% bezogen auf ein vernetzbares Monomer oder eine Monomermischung beträgt.
2. Behandlungsmittel nach Anspruch 1, wobei mindestens 50 Gew.-% der Phosphate Aluminiumphosphat sind und das ferner 1 bis 20 Gewichtsteile mindestens eines aus Phosphorsäure, Borsäure, Boraten und kolloidalem Siliciumoxid ausgewählten Stoffs als eine anorganische Komponente aufweist.
3. Verfahren zur Herstellung eines nichtorientierten Elektrostahlblechs, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierfilm-Behandlungsmittel nach Anspruch 1 oder 2 gleichmäßig auf die Oberfläche eines Elektrostahlblechs aufgetragen und dann bei 200 bis 500ºC gehärtet wird.
4. Nichtorientiertes Elektrostahlblech mit einer Isolierbeschichtung, die ein Phosphat und ein Harz als organische Komponente umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlblech durch Auftragen des Isolierfilm-Behandlungsmittels nach Anspruch 1 oder 2 auf eine Oberfläche des Elektrostahlblechs und anschließendes Härten bei 200 bis 500ºC sowie Entspannungsglühen erhältlich ist, wobei die Oberflächenrauheit des erhaltenen Films vor Entspannungsglühen 0,15 bis 0,42 um, bezogen auf einen Ra-Wert, beträgt.
5. Behandlungsmittel nach Anspruch 1 oder 2, Verfahren nach Anspruch 3 oder Stahlblech nach Anspruch 4, wobei, wenn das als anorganische Komponente verwendete Phosphat Aluminiumphosphat ist, das Molverhältnis Al&sub2;O&sub3;/H&sub3;PO&sub4; 0,15 bis 0,20 beträgt, und wenn das Phosphat Calciumphosphat und Zinkphosphat ist, die Molverhältnisse CaO/H&sub3;PO&sub4; und ZnO/H&sub3;PO&sub4; 0,40 bis 0,60 betragen.
6. Behandlungsmittel nach Anspruch 1, 2 oder 5, Verfahren nach Anspruch 3 oder 5 oder Stahlblech nach Anspruch 4 oder 5, wobei die als organische Komponente verwendete Harzkomponente mindestens ein Stoff ist, der aus Acryl-, Polystyrol-, Vinylacetat-, Silikon-, Polyethylen-, Polypropylen-, Polyamid-, Polycarbonat-, Melamin-, Phenol-, Polyurethan-, Alkyd-, Isocyanat- und Epoxidharzen ausgewählt ist.
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