[发明专利]硅钢水溶性环保极厚绝缘涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅钢涂层技术，特别涉及一种硅钢水溶性环保极厚绝缘涂层及其制备方法，应用于大、中型发电机用的硅钢片，具有优异绝缘性和冲剪加工性的极厚绝缘涂层，热收缩率极低。

背景技术

硅钢产品广泛应用于电机和变压器的铁芯材料，为减少硅钢片叠层间发生短路而增大涡流损耗，需在硅钢表面涂覆绝缘涂层。美国ASTMA976-03标准将硅钢绝缘层分为C0~C6等七类，其中C6绝缘涂层为有机-无机复合涂层，含有一定量的无机颜填料，烘烤固化后的厚涂层表面绝缘性能优异，能通过指定最大的富兰克林测试电流，抗化学腐蚀性好，叠片后的热压收缩率极低，且还具备良好的冲压剪切加工性；另外在电机工作持续放热时，涂层仍能确保良好的绝缘性。涂布有C6绝缘涂层的高等级硅钢片，成为大、中型发电机机芯制造的首选涂层类型。

已有诸如KR 100779575、KR 026911、WO 2008016220、特公-昭322079、JP 337023等等许多专利采用磷酸盐作为硅钢半有机绝缘涂层中的无机成分，但即使对磷酸盐进行改性处理，或者添加胶体SiO₂等无机添加剂，也都存在各自问题，主要体现在涂层组分中固含量偏低，涂层厚度偏薄，表面绝缘电阻大多小于100Ω.cm²/片，绝缘性、叠片热压缩率等性能远远不满足大型电机的需求。虽然美国专利US005955201A公布的有机-无机绝缘涂层干膜厚度为0.5-8μm，可用于大型发电机、变压器领域，但由于涂层仍然使用了磷酸盐，很容易产生涂层粘片、吸湿、不环保等问题，而不适用于要求严格的大中型发电机和高端电机上。

中国专利请号200710144412.2公开了一种应用于大型发电机的水溶性半无机硅钢片漆及其制备方法，其组份特征是漆料、无机填料、分散剂、水的重量份数比为85：36：65：15。该涂层虽然添加一定含量的TiO₂颗粒，但无机填料添加量过低，使得涂层叠片热压缩性能和受热后表面绝缘电阻仍存在问题；尤其在电机机芯电流或电压过载时涂层容易被击穿，不是大型电机机芯涂层的理想选择。

美国专利WO 2008/154122A1提供了硅钢涂层的成分，包括5-45%至少一种粘结剂树脂（聚氨酯和/或聚丙烯酸酯）、0.1-60%的颜填料或添加剂、0.1-40%纳米颗粒（平均粒径为5-60nm）、0.1-30%至少一种交联剂和5-70%的水和溶剂。专利WO2009/079540A1又提供了硅钢绝缘涂层成分，包含5-95wt%至少一种具有亲核基团的树脂、0-70wt%至少一种含酰胺基的树脂、0-70wt%的纳米颗粒、0-60wt%颜填料、0-10wt%的助剂、5-95wt%至少一种溶剂和水；其中有机树脂包含α-羧基-β氧代环烷基羧酸酰胺基团。这两个专利均得到C3、C5、C6系列硅钢级水溶性绝缘涂层，C6绝缘漆主要用于大中型电机。虽然这两个专利对水溶性硅钢绝缘涂料领域所涉及原料给出了系统性描述，但对C6型绝缘涂料只给出几个实施例，对于涂料组份特征的披露不详，其他技术工作者很难根据专利内容来实现良好性能的C6涂层。另外，该C6涂层在宝钢等企业的生产实践中，容易出现涂层表面亮点、耐温后黄变、冲片掉粉等性能缺陷，这可能与该类型C6涂料选用醇酸树脂，以及高达55~58wt%无机颜填料带来的不利影响有关。

专利WO 2009/084777A1所述的硅钢涂料中包括20-40%BaSO₄和10-20%TiO₂两种无机填料、15-30%去离子水、30-50%三聚氰胺树脂，以及高沸点的丙三醇和乙二醇；其中BaSO₄微粒尺寸为1-3μm，TiO₂微米尺寸为50-200nm。该涂层能获得很好的表面绝缘电阻、抗叠片热压缩性，但该专利主体内容围绕无机填料的部分性能作出适配选择，并未就涂料组份和涂层性能进行详细描述；且该配方选择1-3μm的BaSO₄粉体，如果涂层干膜厚度需求为2-8μm，容易出现涂层表面不平整，或者有机-无机相容性不佳导致某些涂层性能不良。

发明内容