水溶性无机硅钢片漆技术工艺分析

     1、硅钢片在磁性材料中占有重要地位，主要被用作旋转电机（如马达）的铁芯，需要在硅钢片表面涂覆绝缘膜，以防止铁芯叠片间发生短路而增大涡流损耗，提高其电磁性能。硅钢片漆作为一种改善材料性能的绝缘漆正日益受到大力推崇。随着电机单机容量的不断增大和电机、电器的耐热等级的提高，对定子铁芯硅钢片间绝缘提出了越来越高的要求。一般情况下，当电机起动或发生故障时易导致温度过高、铁芯短路。另外，在一些特殊的应用场合，涂层需要经过600℃工艺热处理，才能作为绝缘涂层使用。但是在600℃高温下，有机涂层中的树脂大部分已降解挥发，失去良好的附着力和绝缘能力。通常的耐高温涂层（如有机树脂涂层）在高温（大于300℃）环境中会不同程度地碳化而引起涂层性能的衰减，尤其是在“热振”（从指定高温瞬间降低至常温的重复操作，一般要求大于10次）时涂层会开裂、脱落，难以满足实际需求。而陶瓷类涂层（硅酸盐类涂层）虽然耐高温（耐1000℃以上的高温），但无法适应“热振”的要求。目前世界上发达国家在电机定子铁芯硅钢片绝缘技术方面都采用无机和半无机涂层，而随着人们环保意识的增强，传统的含有有机物质的硅钢片漆产生的有机溶剂挥发而带来的安全与污染问题也逐渐显现。无毒、少污染的代用品成为各国研究人员寻找的方向。本研究研制了一种性能先进并且价格低廉的水溶性无机硅钢片漆，以满足国内对硅钢片漆日益增长的需求。

    2、实验

    2.1主要原料

    氢氧化铝，分析纯，天津市四通化工厂；85%磷酸，分析纯，天津市耀华化学试剂有限责任公司；氧化镁，分析纯，天津恒兴化学试剂制造有限公司；二氧化硅胶体，自制；磷酸二氢铵，分析纯，天津博迪化工有限公司；硼酸，分析纯，天津市鑫铂特化工有限公司。

    2.2制备方法

    2.2.1无机粘结剂（磷酸二氢铝、镁）的制备

    按一定的比例将氢氧化铝、氧化镁和蒸馏水加入三口瓶中加热升温至80℃，向其中间断、缓慢加入磷酸，并且保持温度在80～85℃之间，反应2.5h后，冷却至室温，过滤，倒入广口瓶中待用。

    2.2.2硅钢片漆的制备

    将制好的无机粘结剂与二氧化硅胶体按一定比例混合后加入其它助剂调整粘度及固体含量，搅拌至充分溶解，制成硅钢片漆。

    2.3测试与表征

    采用LND-1涂-4涂料粘度计对涂料粘度进行表征；采用QFZ漆膜附着力试验仪对漆膜的附着力进行表征；采用QHQ漆膜铅笔法硬度计对漆膜的硬度进行表征；采用EST121型数字超高阻、微电流测量仪对漆膜的表面电阻以及体积电阻率进行表征；在600℃时测试漆膜的耐高温性能；在600℃时测试漆膜的耐“热振”性能；按照GB/T9286-1998、GB/T5209-1985、GB/T1771-2007、GB/T1735-1979

    对漆膜进行划格、耐水性、耐盐水、耐酸性、耐油性的测试。

    3、结果与讨论

    3.1硅钢片漆的基本性能

    用硅钢片漆进行涂覆并在工业生产的固化条件下固化成膜，漆膜的性能测试数据见下表。

性能测试结果

资料来源：智研数据中心整理

    从上表中数值可以看出，该新型水溶性无机硅钢片漆在耐水性、耐盐水性、耐酸性、耐油性方面满足硅钢片漆的性能要求。通过对附着力的测试，结果均达到最高要求，证明漆膜的附着性能优异。漆膜的硬度高且具有优越的耐高温性能（能够长时间在600℃的条件下漆膜不被破坏），这些特点保证了硅钢片漆在使用过程中绝缘、力学等性能的合格与稳定。

    3.2硅钢片漆的贮存稳定性

    3.2.1粘度的变化

    采用LND-1涂-4涂料粘度计对漆液粘度进行测量，粘度以流出时间t表征，t越大，则粘度越大，反之则越小，150天内漆液流出时间t的变化见下表。

不同时间下硅钢片漆的粘度测试结果

资料来源：智研数据中心整理

    由上表可知，150天内，流出时间t始终处于27s左右，未有明显升高或降低，说明该硅钢片漆粘度性能稳定。粘度稳定的原因一是该涂料呈酸性，没有无机物之间的副反应现象，二是储存过程中该涂料出现凝结（在施加外力的情况下恢复初始状态）等现象，从而保证漆液性能稳定。

    3.2.2硅钢片漆性能随时间的变化

    硅钢片漆在贮存150天前后分别进行了性能测试，对比数据见下表。

贮存150天前后性能测试结果

资料来源：智研数据中心整理

    由上表可知，漆液在储存150天后，各项性能与初始结果相比，无论是涂覆性能、力学性能还是绝缘性能均保持稳定，这对新型水溶性无机硅钢片漆的实际应用有着重要的意义。

    3.3“热振”测试

    将无机硅钢片漆在工业生产要求的固化条件下固化后进行热振测试（从600℃降温至常温，往复12次），并对其“热振”后的电阻值进行了测试，其结果见下表。

“热振”性能测试结果

资料来源：智研数据中心整理

    经过“热振”试验，涂层没有脱落，表明绝缘性能稳定，因此可以判定该无机硅钢片漆满足“热振”要求，而且电绝缘性能优异。

    4、结论

    以磷酸二氢铝、镁为主要粘结剂，胶体二氧化硅、磷酸二氢铵、硼酸、氧化镁为助剂，研制出了新型的水溶性无机硅钢片漆。该漆除具备硅钢片漆的基本性能外，还具有优异的耐热性和良好的贮存稳定性，并且满足“热振”要求，可以提高大电机的运行可靠性。