具有良好成膜性能的電工鋼極厚絕緣涂層的生產(chǎn)方法
【專利摘要】具有良好成膜性能的電工鋼極厚絕緣涂層的生產(chǎn)方法，包括如下步驟：1)采用的絕緣涂料成分重量百分比為：有機樹脂10-60wt％，無機顏填料28-60wt％，助劑和溶劑1-15wt％，余量為純水；2)基板表面處理，對含硅量1.5～3.0wt％的Fe-Si合金基板作表面改性處理，基板表面覆蓋氧化膜層；基板表面粗糙度≥0.4μm；3)退火，退火溫度780～1000℃，保溫10～20秒，退火氣氛為氫氮混合氣；4)烘烤固化，采用烘烤工藝或多波段高紅外加熱工藝或兩者結(jié)合。本發(fā)明獲得的涂層產(chǎn)品成膜性能優(yōu)秀，同時滿足電工鋼環(huán)保極厚絕緣涂層所需高固體份含量、表面絕緣性和附著性優(yōu)異、熱壓穩(wěn)定性和耐腐蝕性好等特點。
【專利說明】具有良好成膜性能的電工鋼極厚絕緣涂層的生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電工鋼產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)，特別涉及一種具有良好成膜性能的電工鋼極厚絕緣涂層的生產(chǎn)方法，該極厚絕緣涂層應用于大、中型發(fā)電機用的電工鋼片，在保證涂層要求所必須的絕緣性、沖剪加工性、耐熱性等基本性能外，還具有優(yōu)異的成膜性能，具體表現(xiàn)在涂層的附著性好，對基板有較佳的防護性。
【背景技術(shù)】
[0002]電工鋼產(chǎn)品廣泛應用于電機和變壓器的鐵芯材料，為減少電工鋼片疊層間發(fā)生短路而增大渦流損耗，需在其表面涂覆絕緣涂層。大、中型電機要求帶涂層的電工鋼片能通過指定最大的富蘭克林測試電流，表面絕緣性能優(yōu)異，且在電機工作持續(xù)放熱時，涂層仍能確保良好的絕緣性；還要能夠滿足大中型發(fā)電機機芯制造過程中的沖壓剪切等加工工藝。按照ASTM A976-2003標準，將其歸到C6涂層類型。典型的C6涂料加入了大量無機填料的有機基涂層，為無鉻低VOC排放的水溶性環(huán)保涂料，經(jīng)高溫烘烤固化后，得到單面厚度一般為2?7 μ m極厚的硅鋼絕緣涂層，應用于全工藝無取向硅鋼。
[0003]咋過專利申請?zhí)枮?00710144412.2公開一種應用于大型發(fā)電機的水溶性半無機硅鋼片漆及其制備方法，其組份特征是漆料、無機填料、分散劑、水的重量份數(shù)比為85:36:65:15。該涂層添加一定含量的無機納米顆粒，涂層耐熱性優(yōu)異。
[0004]專利W02009/084777A1所述的硅鋼涂料中包括20-40% BaSO4和10-20% TiO2兩種無機填料、15-30%去離子水、30-50%三聚氰胺樹脂，以及高沸點的丙三醇和乙二醇。該涂層能獲得很好的表面絕緣電阻、抗疊片熱壓縮性。
[0005]美國專利W02008/154122A1提供了硅鋼涂料的成分，包括5-45%至少一種粘結(jié)劑樹脂(聚氨酯和/或聚丙烯酸酯)、0.1-60%的顏填料或添加劑、0.1-40%納米顆粒(平均粒徑為5-60nm)、0.1_30%至少一種交聯(lián)劑和5-70%的水和溶劑；類似地，相同發(fā)明人在專利W02009/079540A1中又提供了硅鋼絕緣涂料成分。這些專利均得到系列C3、C5、C6硅鋼級水溶性絕緣涂層。
[0006]上述專利都從組分或配比方面給出C6極厚絕緣涂料的描述，也說明了烘烤固化后的一些涂層性能，但極厚環(huán)保涂層在基板上的附著性等成膜性能說明不詳。在既定涂料類型和成分的前提下，如何生產(chǎn)制備出成膜性能較好的極厚絕緣涂層產(chǎn)品，目前鮮有文獻披露。C6涂層要求極高的表面絕緣、H等級耐熱、熱壓穩(wěn)定等性能，其涂料配方中一般含有大量亞微米級粒徑的無機填料，并且控制涂層干膜厚度為2?7 μ m ;這樣的厚涂料涂覆于鋼板表面，在成為產(chǎn)品的生產(chǎn)制備過程中存在較大困難，很容易導致涂層缺陷，并使得成膜質(zhì)量不佳，表現(xiàn)為涂層附著性不良、涂層掉粉形成亮點、涂層抗劃傷性差、沖壓剪切時涂層脫落或爆漆等系列問題，嚴重劣化了 C6涂層產(chǎn)品的使用特性，甚至無法使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好成膜性能的電工鋼極厚絕緣涂層的生產(chǎn)方法，獲得的涂層產(chǎn)品成膜性能優(yōu)秀，同時滿足電工鋼環(huán)保極厚絕緣涂層所需高固體份含量、表面絕緣性和附著性優(yōu)異、熱壓穩(wěn)定性和耐腐蝕性好等特點，適應于大中型電機剪裁沖壓加工。
[0008]為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0009]具有良好成膜性能的電工鋼極厚絕緣涂層的生產(chǎn)方法，包括如下步驟:
[0010]I)采用的絕緣涂料成分重量百分比為:有機樹脂10_60wt %，無機顏填料28-60wt%，助劑和溶劑l_15wt%，其余為純水；
[0011]2)基板表面處理
[0012]對含硅量為1.5~3.0wt %的Fe-Si合金基板在涂層工序前作表面改性處理，改性后的基板表面覆蓋有氧化膜層，其平均厚度范圍為0.01~0.8 μ m,氧化膜中成分含量為:硅I~8wt %，鐵60~90wt %，氧6~25wt %，鋁(λ 3~15wt %，其余為錳和其他雜質(zhì)元素；基板表面粗糙度≥0.4μm；
[0013]3)退火
[0014]退火溫度780~1000°C，保溫10~20秒，退火氣氛為氫氮混合氣，其中氫氣比例為20~50%，另外控制氣氛露點為-20~50°C ；
[0015]4)烘烤固化
[0016]采用烘烤工藝或多波段高紅外加熱工藝或兩者結(jié)合，其中:
[0017]常規(guī)烘烤工藝:全爐段熱風循環(huán)對流加熱，保溫爐段爐溫設定240~380°C，對應板溫為240~300°C，烘烤時間不少于30秒；
[0018]多波段高紅外加熱工藝:在基板溫度常溫~180°C的加熱爐區(qū)，全部密集而均勻地布置波長為0.75~3 μ m的近、中紅外發(fā)射源裝置；在基板溫度180~300°C的加熱爐區(qū)，布置波長為0.75~3 μ m的近、中紅外發(fā)射源裝置為主，交替布置波長為4~20 μ m遠紅外發(fā)射源裝置；
[0019]常規(guī)烘烤結(jié)合高紅外的復合加熱工藝:全爐段熱風循環(huán)對流加熱，保溫爐段爐溫設定200~380度，保證最高板溫滿足200~300°C，烘烤時間為30~90秒；在基板溫度60~180°C的加熱爐區(qū)，交替布置波長為0.75~3μπι的近、中紅外發(fā)射源裝置；在基板溫度180~300°C的加熱爐區(qū)，交替布置遠紅外發(fā)射源裝置。
[0020]進一步，所述絕緣涂料采用ASTM A976-03標準中硅鋼C6極厚絕緣涂料。
[0021]所述的基板表面的氧化膜層的平均厚度為0.01~0.5 μ m。
[0022]另外，所述的退火工藝可與電工鋼冷軋后的再結(jié)晶退火工藝合并實施，也可經(jīng)冷軋后單獨實施再進入再結(jié)晶退火工序。
[0023]優(yōu)選地，烘烤固化步驟中，常規(guī)烘烤結(jié)合高紅外的復合加熱工藝效果最佳；并且選擇波長為I~3 μ m的近、中紅外和波長為5~12 μ m的遠紅外波段。
[0024]本發(fā)明基于電工鋼環(huán)保極厚絕緣涂料，其中無機顏填料含量越高、涂層越厚，本發(fā)明的實用性越強。
[0025]對含硅量為1.5~3.0wt %的無取向電工鋼的常規(guī)退火工藝，其目的之一是避免形成表面氧化層，避免對鋼板磁性和后續(xù)剪、沖加工性的影響。然而本發(fā)明卻對基板進行合適的預處理，形成特定的表面氧化膜層后，再實施涂層作業(yè)。這樣的基板具備了一定的表面狀態(tài)，保證基板和極厚涂層的界面結(jié)合良好，并對涂層本體的成膜密度起到促進作用。因為本發(fā)明的表面氧化膜層厚度受控，且鐵、氧、硅、鋁等元素含量受控，故基本不影響到涂層鋼板的使用特性。
[0026]為提高厚涂層的加熱效率、避免涂層缺陷目的，紅外輻射加熱技術(shù)在卷材涂料的烘烤固化方面已有工業(yè)應用，但主要應用的是以近紅外波長為基礎的高紅外輻射技術(shù)。本發(fā)明根據(jù)涂料(如C6涂料)在烘烤固化過程中的溶劑揮發(fā)階段和交聯(lián)反應階段，各類分子或官能團對應不同波長紅外線的吸收效率，要求選擇特定波段的近、遠復合紅外線。其中近紅外線避免了厚涂層固化過程中出現(xiàn)的涂層缺陷并提高烘烤效率；遠紅外線能促進有機官能團發(fā)生交聯(lián)固化反應程度，保證涂層固化過程中成膜質(zhì)量的提高，且遠紅外與傳統(tǒng)的熱風循環(huán)對流加熱和/或近紅外線配合，能保證加熱效率和能量。這樣的高紅外加熱技術(shù)在卷材涂料的烘烤固化方面還未有公開報道。
[0027]本發(fā)明所述環(huán)保涂層產(chǎn)品成膜質(zhì)量優(yōu)秀，絕緣性能優(yōu)異，熱壓穩(wěn)定性好，重涂性好，能滿足大、中型電機對硅鋼片極厚涂層的沖剪加工和使用要求。
[0028]在本發(fā)明基板表面處理中，對含硅量為1.5?3.0wt %的Fe-Si合金基板在涂層工序前作表面改性處理，改性后的基板表面覆蓋有氧化膜層；基板表面粗糙度> 0.4μπι，較未改性前提高10% ;增加的表面凹凸點起到表面毛化效果，利于涂層附著性。形成的表面氧化膜對極厚涂層的成膜性能起到如下促進作用:對基板表面進行毛化處理，可提高涂層和基板見的界面結(jié)合力；而氧化膜層外表面存在的硅羥基團，增強它與水溶性絕緣漆中活性官能團在高溫烘烤下的交聯(lián)固化反應密度；進一步地，在極厚涂層烘烤成膜過程中，無機氧化膜可將基板一涂層界面的熱量部分反射回涂層本體，提高極厚涂層在界面處的交聯(lián)固化程度。這樣在涂料中無機顏填料含量越高，有機樹脂含量越少，則其交聯(lián)固化程度對涂層成膜質(zhì)量的影響就越大，本發(fā)明的實用性越強。
[0029]關(guān)于基板表面覆蓋氧化膜層的形成和控制，例舉但不限于的常規(guī)方法是對基板作退火處理，即改變退火氣氛以改善表面狀態(tài)。退火工藝關(guān)鍵點為:退火溫度780?1000°C，保溫10?20秒，退火氣氛為氫氮混合氣，其中氫氣比例為20?50%，另外控制氣氛露點為-20?50°C。該退火工藝可與電工鋼冷軋后的再結(jié)晶退火工藝合并實施，也可經(jīng)冷軋后單獨實施再進入再結(jié)晶退火工序。
[0030]優(yōu)選地，基板表面形成氧化膜層的平均厚度范圍為0.01?0.5 μ m?；逖趸ず穸冗^薄，則導致膜層不連續(xù)，涂層性能的均勻性會受到影響；氧化膜層過厚，則對基板的磁性和鐵損均劣化到不可接受，同時硬脆膜層非常不利于帶涂層基板的后續(xù)沖壓和剪切。
[0031]傳統(tǒng)熱風循環(huán)對流的烘烤方式是涂層外表面先受熱，熱量由表及里向鋼板傳熱，對極厚涂層容易造成外表面烘烤過度、內(nèi)里面固化不足的涂層質(zhì)量問題，并引起針孔、氣泡、裂紋等涂層缺陷。而紅外線的穿透性好，極厚涂層表、里幾乎同時被加熱，這樣從機理上就避免系列涂層缺陷，并使得極厚涂層表、里固化程度一致。本發(fā)明引入多波段的復合高紅外加熱技術(shù)，故涂層膜厚越厚，本發(fā)明的實用性越強。
[0032]電工鋼極厚絕緣涂料的成膜固化過程，首先是涂料中的水和溶劑揮發(fā)，之后是氨基樹脂中的羥甲基與成膜樹脂中的羥基和羧基發(fā)生醚化反應，生成以C一O— C鍵為主的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。近中紅外波段與涂料中水、極性小分子溶劑的羥基基團的吸收波長匹配，加熱除去涂料中的水和溶劑；中遠紅外波段與涂料中有機溶劑、樹脂分子所含系列反應性官能團的吸收波長匹配，促進反應性官能團之間的振動吸收，使得交聯(lián)固化程度更為完全。[0033]另外，近、中紅外線的特點是輻射密度高、加熱能量多，可快速烘干固化涂層，但對成膜過程只是提供熱量促使各類反應性官能團的鍵合反應；而遠紅外雖能促進官能團間的振動吸收，促使交聯(lián)固化的反應進程，但其輻射密度低、加熱能量少。將遠紅外輻射烘烤和近紅外和/或熱風循環(huán)對流方式結(jié)合并用，避免了遠紅外因加熱能量不足、板溫過低使得涂層欠缺固化，既保證最佳成膜質(zhì)量，又兼顧涂層烘烤效率。
[0034]本發(fā)明的有益效果:
[0035]本發(fā)明選用電工鋼水溶性環(huán)保極厚絕緣涂料如C6絕緣涂料，經(jīng)本發(fā)明方法生產(chǎn)制備成單面干膜厚度為I~8 μ m的涂層產(chǎn)品后，能夠?qū)崿F(xiàn)C6涂層的設計功能，例如絕緣性能優(yōu)異(表面絕緣電阻高于1500 Ω.cm2/片)，無涂層缺陷且相對光澤度高，成膜性能優(yōu)良(附著性、硬度、抗劃傷性優(yōu)良)，熱壓穩(wěn)定性和耐腐蝕性好，沖剪加工性好，滿足大中型電機對涂層性能的嚴格要求。并且絕緣涂料中無機顏填料含量越高、涂層越厚，本發(fā)明的實用性越強。
【具體實施方式】
[0036]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0037]實施例1
[0038]比較不同基板狀態(tài)對涂層主要性能的影響。無取向硅鋼基板退火處理的工藝條件見表1。該涂液使用了無機固含量為45~55wt%、總固含量為70~80wt%的水溶性極厚C6絕緣涂料，輥涂機涂敷于基板兩表面，使用明火烘烤爐在200-280°C板溫條件下烘烤成膜，控制涂層單面干膜厚度為5 μ m。涂層性能結(jié)果如表2所示。由此可知，涂層前基板表面形成一定厚度的氧化層后再涂層，其綜合性能遠好于比較例(表面氧化層過厚或過薄)。
[0039]表1
【權(quán)利要求】
1.具有良好成膜性能的電工鋼極厚絕緣涂層的生產(chǎn)方法，包括如下步驟: 1)采用的絕緣涂料的成分重量百分比為:有機樹脂10-60wt%，無機顏填料28-60wt%，助劑和溶劑l_15wt%，其余為純水； 2)基板表面處理 對含硅量為1.5~3.0被％的Fe-Si合金基板在涂層工序前作表面改性處理，改性后的基板表面覆蓋有氧化膜層，其平均厚度范圍為0.01~0.8 μ m，氧化膜中成分含量為:硅I~8?丨％，鐵60~9(^丨％，氧6~25￥丨％，鋁0.3~15wt%，其余為錳和其他雜質(zhì)元素；基板表面粗糙度≥0.4μπι; 3)退火 退火溫度780~1000°C，保溫10~20秒，退火氣氛為氫氮混合氣，其中氫氣比例為20~50%，另外控制氣氛露點為-20~50°C ； 4)烘烤固化 采用烘烤工藝或多波段高紅外加熱工藝或兩者結(jié)合，其中: 常規(guī)烘烤工藝:全爐段熱風循環(huán)對流加熱，保溫爐段爐溫設定240~380°C，對應板溫為240~300°C，烘烤時間不少于30秒； 多波段高紅外加熱工藝:在基板溫度常溫~180°C的加熱爐區(qū)，全部密集而均勻地布置波長為0.75~3μπι的近、中紅外發(fā)射源裝置；在基板溫度180~300°C的加熱爐區(qū)，布置波長為0.75~3 μ m的近、中紅外發(fā)射源裝置為主，交替布置波長為4~20 μ m遠紅外發(fā)射源裝置； 常規(guī)烘烤結(jié)合高紅外的復合加熱工藝:全爐段熱風循環(huán)對流加熱，保溫爐段爐溫設定200~380度，保證最高板溫滿足200~300°C，烘烤時間為30~90秒；在基板溫度60~180°C的加熱爐區(qū)，交替布置波長為0.75~3 μ m的近、中紅外發(fā)射源裝置；在基板溫度180~300°C的加熱爐區(qū)，交替布置遠紅外發(fā)射源裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的具有良好成膜性能的電工鋼極厚絕緣涂層的生產(chǎn)方法，其特征是，所述絕緣涂料采用ASTM A976-03標準中硅鋼C6極厚絕緣涂料。
3.如權(quán)利要求1所述的具有良好成膜性能的電工鋼極厚絕緣涂層的生產(chǎn)方法，其特征是，所述的基板表面的氧化膜層的平均厚度為0.01~0.5 μ m。
4.如權(quán)利要求1所述的具有良好成膜性能的電工鋼極厚絕緣涂層的生產(chǎn)方法，其特征是，所述的退火工藝可與電工鋼冷軋后的再結(jié)晶退火工藝合并實施，也可經(jīng)冷軋后單獨實施再進入再結(jié)晶退火工序。
5.如權(quán)利要求1所述的具有良好成膜性能的電工鋼極厚絕緣涂層的生產(chǎn)方法，其特征是，烘烤固化步驟中，波長匹配:波長為1~3 μ m的近、中紅外和波長為5~12 μ m的遠紅外波段。
【文檔編號】B05D7/14GK103934185SQ201410163551
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】李登峰, 楊勇杰, 許云鵬, 吉亞明, 趙自鵬, 黃杰, 陳卓雷, 谷維 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司