2013年水溶性無機硅鋼片漆技術工藝分析

     硅鋼片在磁性材料中占有重要地位，主要被用作旋轉電機（如馬達）的鐵芯，需要在硅鋼片表面涂覆絕緣膜，以防止鐵芯疊片間發生短路而增大渦流損耗，提高其電磁性能。硅鋼片漆作為一種改善材料性能的絕緣漆正日益受到大力推崇。隨著電機單機容量的不斷增大和電機、電器的耐熱等級的提高，對定子鐵芯硅鋼片間絕緣提出了越來越高的要求。一般情況下，當電機起動或發生故障時易導致溫度過高、鐵芯短路。另外，在一些特殊的應用場合，涂層需要經過600℃工藝熱處理，才能作為絕緣涂層使用。但是在600℃高溫下，有機涂層中的樹脂大部分已降解揮發，失去良好的附著力和絕緣能力。通常的耐高溫涂層（如有機樹脂涂層）在高溫（大于300℃）環境中會不同程度地碳化而引起涂層性能的衰減，尤其是在“熱振”（從指定高溫瞬間降低至常溫的重復操作，一般要求大于10次）時涂層會開裂、脫落，難以滿足實際需求。而陶瓷類涂層（硅酸鹽類涂層）雖然耐高溫（耐1000℃以上的高溫），但無法適應“熱振”的要求。目前世界上發達國家在電機定子鐵芯硅鋼片絕緣技術方面都采用無機和半無機涂層，而隨著人們環保意識的增強，傳統的含有有機物質的硅鋼片漆產生的有機溶劑揮發而帶來的安全與污染問題也逐漸顯現。無毒、少污染的代用品成為各國研究人員尋找的方向。本研究研制了一種性能先進并且價格低廉的水溶性無機硅鋼片漆，以滿足國內對硅鋼片漆日益增長的需求。

     主要原料

     氫氧化鋁，分析純，天津市四通化工廠；85%磷酸，分析純，天津市耀華化學試劑有限責任公司；氧化鎂，分析純，天津恒興化學試劑制造有限公司；二氧化硅膠體，自制；磷酸二氫銨，分析純，天津博迪化工有限公司；硼酸，分析純，天津市鑫鉑特化工有限公司。

     制備方法

     無機粘結劑（磷酸二氫鋁、鎂）的制備

     按一定的比例將氫氧化鋁、氧化鎂和蒸餾水加入三口瓶中加熱升溫至80℃，向其中間斷、緩慢加入磷酸，并且保持溫度在80～85℃之間，反應2.5h后，冷卻至室溫，過濾，倒入廣口瓶中待用。

     硅鋼片漆的制備

     將制好的無機粘結劑與二氧化硅膠體按一定比例混合后加入其它助劑調整粘度及固體含量，攪拌至充分溶解，制成硅鋼片漆。

     測試與表征

     采用LND-1涂-4涂料粘度計對涂料粘度進行表征；采用QFZ漆膜附著力試驗儀對漆膜的附著力進行表征；采用QHQ漆膜鉛筆法硬度計對漆膜的硬度進行表征；采用EST121型數字超高阻、微電流測量儀對漆膜的表面電阻以及體積電阻率進行表征；在600℃時測試漆膜的耐高溫性能；在600℃時測試漆膜的耐“熱振”性能；按照GB/T9286-1998、GB/T5209-1985、GB/T1771-2007、GB/T1735-1979

     對漆膜進行劃格、耐水性、耐鹽水、耐酸性、耐油性的測試。

     硅鋼片漆的基本性能

     用硅鋼片漆進行涂覆并在工業生產的固化條件下固化成膜，漆膜的性能測試數據見下表。

性能測試結果

資料來源：智研數據中心整理

     從上表中數值可以看出，該新型水溶性無機硅鋼片漆在耐水性、耐鹽水性、耐酸性、耐油性方面滿足硅鋼片漆的性能要求。通過對附著力的測試，結果均達到最高要求，證明漆膜的附著性能優異。漆膜的硬度高且具有優越的耐高溫性能（能夠長時間在600℃的條件下漆膜不被破壞），這些特點保證了硅鋼片漆在使用過程中絕緣、力學等性能的合格與穩定。

     硅鋼片漆的貯存穩定性

     粘度的變化

     采用LND-1涂-4涂料粘度計對漆液粘度進行測量，粘度以流出時間t表征，t越大，則粘度越大，反之則越小，150天內漆液流出時間t的變化見下表。

不同時間下硅鋼片漆的粘度測試結果

資料來源：智研數據中心整理

     由上表可知，150天內，流出時間t始終處于27s左右，未有明顯升高或降低，說明該硅鋼片漆粘度性能穩定。粘度穩定的原因一是該涂料呈酸性，沒有無機物之間的副反應現象，二是儲存過程中該涂料出現凝結（在施加外力的情況下恢復初始狀態）等現象，從而保證漆液性能穩定。

     硅鋼片漆性能隨時間的變化

     硅鋼片漆在貯存150天前后分別進行了性能測試，對比數據見下表。

貯存150天前后性能測試結果

資料來源：智研數據中心整理

     由上表可知，漆液在儲存150天后，各項性能與初始結果相比，無論是涂覆性能、力學性能還是絕緣性能均保持穩定，這對新型水溶性無機硅鋼片漆的實際應用有著重要的意義。

     “熱振”測試

     將無機硅鋼片漆在工業生產要求的固化條件下固化后進行熱振測試（從600℃降溫至常溫，往復12次），并對其“熱振”后的電阻值進行了測試，其結果見下表。

“熱振”性能測試結果

     資料來源：智研數據中心整理

     經過“熱振”試驗，涂層沒有脫落，表明絕緣性能穩定，因此可以判定該無機硅鋼片漆滿足“熱振”要求，而且電絕緣性能優異。

     以磷酸二氫鋁、鎂為主要粘結劑，膠體二氧化硅、磷酸二氫銨、硼酸、氧化鎂為助劑，研制出了新型的水溶性無機硅鋼片漆。該漆除具備硅鋼片漆的基本性能外，還具有優異的耐熱性和良好的貯存穩定性，并且滿足“熱振”要求，可以提高大電機的運行可靠性。