一种适用于电机铁心粘接点胶工艺的无取向硅钢绝缘涂液及制备方法与应用与流程

本发明涉及一种冷轧硅钢片涂料，具体涉及一种适用于电机铁心粘接点胶工艺的无取向硅钢绝缘涂液及制备方法与应用。

背景技术：

1、冷轧无取向硅钢片作为优良的软磁合金材料，主要用于制作各种电机马达。传统的电机主要制作方式是由无取向硅钢冲压制成铁心，然后通过铆接或者焊接方式叠压而成。涂覆于无取向硅钢表面的绝缘涂层是磷酸盐或铬酸盐-有机树脂半无机半有机涂层，主要起到绝缘防锈的性能。

2、近几年来随着新能源汽车产能快速扩张，新能源汽车驱动电机需求大幅增加，同时也向着高功率、高效率及小型化方向发展。新能源汽车电机铁心制作厂家积极研发铁心粘接点胶工艺，将胶水涂覆于无取向硅钢片表面涂层之上，使铁心在加温加压的条件下粘接叠压成型，可以帮助电机进一步提高功率密度、降低噪声、减少震动、降低温升。

3、点胶工艺是通过一定方式提取一定量的胶水，将其转移到待粘接的硅钢片表面指定位置，再将硅钢片叠压成铁心并加热加压处理，使胶水凝固将铁心粘接成型。当前主流胶水成分是以溶剂型环氧体系或者聚氨酯体系树脂为主，而无取向硅钢片表面涂覆的绝缘涂层中有机树脂组分类型以水性丙烯树脂为主，少量为水性环氧树脂，并且合成同种树脂的单体结构也会存在较大差异。因此，胶水会有针对性地结合树脂的种类及特征进行配方设计，在固化过程中确保与绝缘涂层能够在界面处产生较强的化学键合作用，提高胶水的粘接性能。但是，这也导致点胶工艺与绝缘涂层之间存在相互依赖和单一兼容性问题，铁心制作厂家一旦确定胶水配方就不会轻易变更工艺，将对后竞争进入者形成一定技术门槛。而作为主流钢厂，必须要确保一种绝缘涂层能够尽可能适应多种点胶工艺，从而提高自身产品竞争力。为此，针对开发一种对电机铁心粘接多种点胶工艺兼容性很好的无取向硅钢绝缘涂层尤为必要。

4、现有技术中，也有一些用于无取向硅钢的涂料或涂液。比如，cn110283480a公开了一种用于焊接的半有机-半无机硅钢片涂液，由无机组分、有机硅改性丙烯酸乳液、硅烷聚合物、多元醇、消泡剂按质量比(8～24):1:(0.1～0.8):0.1～1):(0.01～0.05)组成；所述无机组分按质量份计包括氧化镁1～8份、铬酐14～29份、硼酸0.1～0.8份和水50～95份。该配方中有机树脂为有机硅改性丙烯酸乳液，通过增加有机树脂网状交联密度，含有高温下不易断裂的si-o键，同时向涂液配方中添加耐高温的硅烷聚合物，从而降低涂层中的有机组分含量，所得涂层成膜均匀致密性好，表面能较大，但不太适合点胶胶水在其表面的铺展和浸润。

5、cn110885571a公开了一种节能型无取向硅钢涂液及其制备方法与应用，由无机组分、环氧丙烯酸酯复合乳液、硅烷聚合物、多元醇、消泡剂按质量比(6～22):1:(0.1～1.0):(0.1～1.0):(0.01～0.05)组成；所述无机组分按质量份计包括硅溶胶15～30份、磷酸二氢铝14～28份、磷酸二氢铬10～20份、硼酸0.1～0.8份和水40～100份。该配方中有机树脂是一种外壳为含有亲水性羧基的丙烯酸基团、内核为环氧基团的核壳结构的环氧丙烯酸酯复合乳液，其壳层基团物理包覆核层环氧树脂。该树脂结构尽管含有环氧官能团，但被壳层结构所包覆，只能自我交联反应，不能跟壳外官能团发生交联反应，这也导致该成分不适合电机铁心粘接点胶工艺。

6、cn114031997a公开了一种适用于无取向硅钢极薄带表面涂覆的涂液，由水溶性丙烯树脂、成膜助剂、耐盐雾助剂、流平剂、纳米氢氧化锆、消泡剂、水按质量比100:(2～8):(1～3):(1～5):(0～1):(0.1～0.5):(70～130)组成。该配方中有机树脂是将多种丙烯单体通过聚合反应并中和成盐分散于水中，与醇醚类高沸点成膜助剂共同作用，在极薄带表面形成成膜质量极佳的薄涂层。该涂层配方充分利用含有不同长度侧链官能团的丙烯功能单体自交联形成，成膜物较致密，表面比较光滑，不利于点胶胶水在其表面的铺展和浸润。

7、cn115595010a公开了一种适用于改善电泳漆二次涂覆的无取向硅钢绝缘涂液，由醋丙乳液、成膜助剂、流变剂、硼酸、多元醇、消泡剂、去离子水按质量比100:(1～10):(2～7):(0.1～0.8):(0.1～1):(0.1～0.5):(60～150)组成。该配方充分利用了醋丙乳液交联密度小的特点，形成一种在电泳加工处理时易从钢板基板上脱附下来的成膜物，进而帮助电泳工艺增加电流密度。这种涂层只适合于电泳工艺专用，若是应用于常规钢板表面，绝缘电阻偏低，同时钢板易发生锈蚀，同样不适合应用于电机铁心粘接点胶工艺。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种适用于电机铁心粘接点胶工艺的无取向硅钢绝缘涂液及制备方法。该绝缘涂液形成的涂层对硅钢片基体附着力好，拥有优良的绝缘性能和防锈性能，能够对电机铁心使用不同树脂体系的点胶工艺有良好的兼容性，使铁心粘接点胶效果牢固。

2、本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

3、一种适用于电机铁心粘接点胶工艺的无取向硅钢绝缘涂液，由无机组分、丙烯酸乳液、水溶性改性环氧树脂、微胶囊环氧固化剂、成膜助剂、硅烷偶联剂、消泡剂、去离子水按质量比(30～60):(10～30):(5～10):(0.1～0.8):(1～3):(0.2～0.6):(0.1～0.3):(60～120)组成。

4、进一步地，上述无取向硅钢绝缘涂液优选由无机组分、丙烯酸乳液、改性环氧树脂、微胶囊环氧固化剂、成膜助剂、硅烷偶联剂、消泡剂、去离子水按质量比(40～50):(15～25):(6.5～8.5):(0.3～0.6):(1.5～2.5):(0.3～0.5):(0.15～0.25):(75～105)组成。

5、按上述方案，所述无机组分由磷酸二氢铝、钼酸铵、硼酸和去离子水按质量比(30～70):(4～12):(1～4):(40～80)组成。优选地，磷酸二氢铝、钼酸铵、硼酸和去离子水的质量比为(40～60):(6～10):(2～3):(50～70)。进一步地，所述无机组分按照如下步骤制备得到：将硼酸加入去离子水中，用150～250r/min高速搅拌1.5～2.5小时；加入钼酸铵，继续搅拌0.3～1.0小时；加入磷酸二氢铝，继续搅拌0.5～1.5小时；用80～120目过滤网进行残渣过滤，得到所述的无机组分。更进一步地，所述磷酸二氢铝为液体，固含量为50±1.0％，p2o5质量分数为33±1.0％，al2o3质量分数为8.5±0.5％，比重(25℃)为1.452～1.478，外观为清晰、透明水溶液。

6、按上述方案，所述丙烯酸乳液以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、n-羟乙基丙烯酰胺、丙烯酸作为单体，在引发剂、链转移剂、复合乳化剂、碳酸氢钠、水的作用下制备而成。其中，甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、n-羟乙基丙烯酰胺、丙烯酸、引发剂、链转移剂、复合乳化剂、碳酸氢钠、水的质量比为(80～140):(30～70):(10～30):(5～11):(2～10):(2～8):(0.5～4.5):(0.5～1.5):(110～190)。优选地，所述丙烯酸乳液由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、n-羟乙基丙烯酰胺、丙烯酸、引发剂、链转移剂、复合乳化剂、碳酸氢钠、水按质量比(95～125):(40～60):(15～25):(6.5～9.5):(4～8):(3.5～6.5):(1.5～3.5):(0.75～1.25):(130～170)制备而成。

7、按上述方案，所述丙烯酸乳液的制备方法，包括如下步骤:

8、1)将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、n-羟乙基丙烯酰胺、丙烯酸混合均匀，得到预混单体，待用；

9、2)将预混单体的20～30％、引发剂的30～35％、链转移剂的30～35％和复合乳化剂、碳酸氢钠加入水中，通氮气保护，在搅拌条件下水浴加热升温至75～85℃，开始计时进行聚合反应；

10、3)聚合反应1.5～2.5小时后，再将余量的预混单体、引发剂和链转移剂通过滴液方式匀速缓慢连续加入到反应体系中，并继续搅拌进行聚合反应3.5～4.5小时，然后升温至85～95℃保温1～2小时，停止搅拌并降温至35～45℃以下，用氨水中和体系的ph值到8～10出料，即得到本发明所述丙烯酸乳液。

11、上述丙烯酸乳液的制备中，甲基丙烯酸甲酯作为硬单体确保涂层硬度，丙烯酸乙酯作为软单体帮助改善涂层柔韧性，n-羟乙基丙烯酰胺作为交联单体帮助提高树脂热固化交联密度；丙烯酸作为交联单体帮助改善硅钢绝缘涂液水溶性，增加涂层附着性，同时通过与无取向硅钢绝缘涂液配方中的环氧树脂环氧基进行交联反应，使涂层中丙烯树脂与环氧树脂相互之间发生交联反应，从而改善涂层成膜质量。

12、优选地，所述复合乳化剂为十二烷基苯磺酸钠sdbs与3-烯丙氧基-1-羟基-1-丙烷磺酸钠盐(cops-1)的混合物，其中3-烯丙氧基-1-羟基-1-丙烷磺酸钠盐(cops-1)作为反应型乳化剂除了进一步改善单体乳化效果，更重要地是通过双键、羟基参与到丙烯酸乳液的聚合反应中，提高丙烯树脂的成膜质量。更优选地，所述复合乳化剂由十二烷基苯磺酸钠sdbs与3-烯丙氧基-1-羟基-1-丙烷磺酸钠盐(cops-1)按质量比1:(1～3)混合而成；所述引发剂为偶氮二异丁腈(aibn)；所述链转移剂为叔碳酸乙烯酯(v-10)。

13、按上述方案，所述水溶性改性环氧树脂由环氧树脂e44、丙二醇甲醚、二乙醇胺、二乙基四甲基咪唑、乙二醇二缩水甘油醚为主要原料制备而成。优选地，环氧树脂e44、丙二醇甲醚、二乙醇胺、二乙基四甲基咪唑、乙二醇二缩水甘油醚的摩尔比为1:(0.04～0.08):(0.1～0.3):(0.1～0.4):(0.05～0.15)。优选地，所述改性环氧树脂由环氧树脂e44、丙二醇甲醚、二乙醇胺、二乙基四甲基咪唑、乙二醇二缩水甘油醚按摩尔比1:(0.05～0.07):(0.15～0.25):(0.175～0.325):(0.075～0.125)制备而成。

14、按上述方案，所述水溶性改性环氧树脂的制备方法，包括如下步骤：

15、(1)树脂预混：将环氧树脂e44、丙二醇甲醚和乙二醇二缩水甘油醚混合均匀，通氮气保护，在搅拌条件下水浴加热升温至85～95℃预溶充分；

16、(2)改性乳化：将二乙醇胺通过滴液方式匀速缓慢连续加入到步骤(1)所得反应体系中，并继续搅拌1.5～2.5小时，升温至120℃保温4～5小时，得到改性环氧树脂；

17、(3)水性化制备：将步骤(2)所得改性环氧树脂放入真空干燥箱，在40～50℃保温1小时除去溶剂，重新装入容器于60～70℃水浴条件下，缓慢滴加无水乙酸，将ph值调至6.5～7.5(中和成盐)，搅拌1～2小时，配制成固含量为30～40％的水溶性改性环氧树脂。

18、按上述方法和原料比例制备的水溶性改性环氧树脂在50℃以下能够与上述丙烯酸乳液互混并且稳定存在，存储周期可达到6～12个月。该水溶性改性环氧树脂在制备过程中，丙二醇甲醚作为环氧树脂水性化改性的稀释剂使用；乙二醇二缩水甘油醚作为环氧树脂水性化改性的活性稀释剂使用，通过环氧基团与环氧树脂发生交联反应，帮助降低环氧树脂室温活性，提高存储周期；并通过所述二乙醇胺引入亲水性的羟基和氨基对环氧树脂进行改性，反应制得的改性环氧树脂有较强的亲水性并能够均匀稳定地分散在水中；所述二乙基四甲基咪唑作为环氧树脂潜伏型固化剂，在室温下能够与环氧树脂不发生交联反应，同时确保在硅钢绝缘涂液高温烘烤过程中与环氧树脂发生交联反应。

19、按上述方案，所述微胶囊环氧固化剂的整体外观是一种半透明白色粉末状，以2-十一烷基咪唑啉和甲基六氢苯酐作为囊芯，聚甲基丙烯酸甲酯作为囊壁，囊壁和囊芯的质量比为1：(5-10)；其中，囊芯为2-十一烷基咪唑啉和甲基六氢苯酐按照质量比1:(0.8-1.2)复配而成。

20、按上述方案，所述微胶囊环氧固化剂是一种优秀的潜伏型固化剂，能够耐受在30～90秒短时间内220～300℃高温，确保在无取向硅钢绝缘涂液固化过程中能够稳定存在；同时在1～3mpa压力及100～200℃加热加压条件下6～10小时内2-十一烷基咪唑啉和甲基六氢苯酐逐渐从囊壁中渗出，在后续铁心粘接点胶工艺过程中促进所述无取向硅钢绝缘涂液所形成的涂层中的环氧基团和羟基基团和胶水成膜物在界面处发生交联反应，大幅改善铁心点胶粘接强度。

21、按上述方案，所述成膜助剂为乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、丙二醇单甲醚等中的一种或两种搭配使用；所述消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚或者聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚等。

22、本发明还提供了一种上述适用于电机铁心粘接点胶工艺的无取向硅钢绝缘涂液的制备方法，具体过程为：按上述各原料的用量比例，向反应容器内依次加入去离子水、丙烯酸乳液、无机组分、水溶性改性环氧树脂和消泡剂，每添加一种组分后，搅拌1～1.5小时；继续加入成膜助剂、硅烷偶联剂和微胶囊环氧固化剂，搅拌1～1.5小时；待涂液配制完成后，静置20～30分钟，用目数为80～150的过滤网将涂液中残留颗粒进行过滤，得到所需的适用于电机铁心粘接点胶工艺的无取向硅钢绝缘涂液。

23、在上述基础上，本发明还提供一种本发明所述无取向硅钢绝缘涂液用于电机铁心粘接点胶工艺的应用方法，具体步骤如下：

24、s1、将本发明所述无取向硅钢绝缘涂液通过加水控制比重范围为1.10～1.30，优选为1.15～1.25，然后涂覆于无取向硅钢片表面，然后置于干燥炉经一定温度干燥固化后形成绝缘涂层，涂层厚度在0.3～0.8μm。此时，所得带绝缘涂层的无取向硅钢片具备良好的磁性和机械性能，同时表面的绝缘涂层具有良好的附着性、绝缘性和防锈性。

25、s2、将s1所得带绝缘涂层的无取向硅钢片进行分条，然后采用单冲模冲裁单片的电机铁心，通过对每片电机铁心进行点胶，再通过高温加热的方式使其固化，得到粘接点胶后的铁心；其中，所述电机铁心包括转子、定子等。

26、进一步地，应用方法中，点胶所用胶水主要为溶剂型环氧体系胶水或者聚氨酯体系胶水，通过点胶喷嘴在铁心(定子或者转子单片)表面进行多点、均匀喷胶，保证胶水覆盖铁心单片的喷胶面积充足，同时通过固定杆和模具压板将完成喷胶的铁心叠压整齐，送入固化炉内进行点胶热固化处理，采用的热固化工艺为铁心加固压力1～3mpa、加热温度100～200℃、加热周期为6～24小时，随炉冷却后出炉，得到经点胶工艺粘接而成的铁心成品。

27、进一步地，应用方法中，所述无取向硅钢为冷轧无取向硅钢板，是由厚度为1.8～2.8mm的含硅量0.4％～3.0％的无取向硅钢热轧板经过酸洗去除表面氧化铁皮，轧机将钢板轧制至目标厚度为0.20～0.65mm后，再经过连续退火机组连续高速通板完成脱碳退火、晶粒回复退火所得，并且在涂覆涂液前必须保证钢板表面清洁干燥、无异物。

28、进一步地，应用方法中，涂液涂覆方式采用主动式四辊辊涂涂层机，涂层膜厚控制主要依靠带钢a、涂层机涂覆辊b和蘸料辊c之间的辊速比来实现。优选地，带钢a、涂层机涂覆辊b之间的辊速比为0.5～0.8；涂层机涂覆辊b和蘸料辊c之间的辊速比为0.2～0.4。

29、进一步地，应用方法中，干燥固化钢板基板固化板温(pmt)为：220～280℃/20～60s，优选为240～260℃/35～45s。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

31、1)本发明通过制备特定的丙烯酸乳液，并对环氧树脂进行水溶性改性，综合了丙烯树脂和环氧树脂的各自优点，并加入有无机组分协同搭配，引入微胶囊环氧固化剂，辅以其他助剂获得无取向硅钢绝缘涂液用于无取向硅钢片表面形成具有良好的附着性、绝缘性和防锈性绝缘涂层，易于实现与铁心胶水粘接固化效果，克服传统硅钢铬酸盐或者磷酸盐半无机半有机涂层等对电机铁心兼容性不佳、铁心粘接点胶效果不牢的问题。

32、2)本发明配方设计兼具了丙烯树脂和环氧树脂优点的涂液配方，这两种乳液在室温下能够互混并且长期稳定存储；涂液在一定温度烘烤热固化过程中，两种树脂除了能够自身发生交联反应，环氧树脂在潜伏性固化剂的作用下通过环氧基团、醚键与丙烯树脂的羟基、羧基和酰胺基发生进一步交联反应，同时与磷酸盐反应生成磷酸酯，与钼酸盐反应生成络合杂多酸；两种树脂成膜物和无机组分之间缠绕互穿，进一步增加了半无机半有机涂层交联体系成膜致密性，同时兼具了丙烯树脂的高光泽性、附着性和环氧树脂良好的电绝缘性、耐腐蚀性。

33、3)本发明在对环氧树脂配方设计过程中，采用活性稀释剂和二乙醇胺对环氧树脂进行改性，适当降低环氧树脂活性，同时选用了较温和的潜伏型固化剂，确保环氧树脂在涂层完成烘烤固化后仍存在较多数量的环氧基团和羟基基团，在后续铁心粘接点胶胶水热固化过程中借助微胶囊环氧固化剂在界面处能够相互发生交联反应，大幅改善铁心点胶粘接强度。

34、4)本发明选用的微胶囊环氧固化剂具备耐受短时高温烘烤能力，同时在加热加压条件下和一定时间周期内，囊芯固化剂逐步从囊壁渗出，帮助绝缘涂层中的环氧树脂参与到铁心点胶工艺胶水热固化交联反应中，增加铁心的粘接强度，囊芯固化剂的延时效应在本发明中得到充分地发挥。