專利名稱：耐熱粘合性絕緣涂層，具有此種涂層的電工鋼板，使用此種電工鋼板的磁芯及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠通過(guò)堆疊、加壓和加熱(在本發(fā)明中，除非另有描述，“加熱”是指在室溫到300℃的溫度下加熱)而粘合并且在退火例如消除應(yīng)力退火(在本發(fā)明中，除非另有描述，“退火”是指在大于300℃的溫度下加熱)之后進(jìn)一步保持粘合性的耐熱粘合性涂料組合物，和表面涂覆的電工鋼板。
背景技術(shù)：
電工鋼板主要用作電動(dòng)機(jī)、變壓器等的磁芯。通常，電工鋼板在其表面上涂有絕緣涂層。將該板材依次沖壓成預(yù)定形狀、堆疊并通過(guò)焊接、通過(guò)其中凹部和凸出部配合在一起被稱為“聯(lián)鎖”的方法、或通過(guò)其它方法連接在一起而形成磁芯。
因此，層壓磁芯或者按沖壓的條件用于電氣設(shè)備，或者在大約700℃到800℃的溫度下退火然后組裝成電氣設(shè)備。后一種退火稱作“消除應(yīng)力退火”并且被應(yīng)用于磁芯，該磁芯用于需要高的電效率的電氣設(shè)備應(yīng)用中，目的是消除在沖壓或切割時(shí)引入鋼板中的應(yīng)力、由于焊接在端面處的熱應(yīng)變、聯(lián)鎖部件的塑性變形應(yīng)變等，從而改進(jìn)磁芯的電性能。
連接堆疊的電工鋼板的焊接或聯(lián)鎖法具有在層壓片邊緣處短路和降低表面電阻系數(shù)的問(wèn)題或者由于在加工中彎曲使電性能惡化的問(wèn)題。作為避免由于焊接或聯(lián)鎖導(dǎo)致的缺陷的方法，已經(jīng)提出了顯示粘合性的絕緣涂層技術(shù)，其是通過(guò)在電工鋼板上熱壓預(yù)涂，沖壓或切割該板材，堆疊并熱壓該層壓片。
例如，日本專利號(hào)2613725提出了制造電工鋼板的方法，包括用主要由含潛性固化劑的丙烯?；男缘沫h(huán)氧樹(shù)脂乳液組成的混合溶液預(yù)涂該電工鋼板的表面接著將該涂層不完全固化。日本專利公開(kāi)(A)號(hào)2002-260910公開(kāi)了一種電工鋼板，該電工鋼板具有用包括起泡劑的粘合性樹(shù)脂預(yù)涂的絕緣涂層。還提出了日本專利公開(kāi)(B)號(hào)55-9815和日本專利公開(kāi)(A)號(hào)2-208034的技術(shù)。這些所謂的粘合性涂層技術(shù)可以減輕由聯(lián)鎖或焊接引起的問(wèn)題，但是因?yàn)檫@些技術(shù)僅使用有機(jī)組合物涂覆鋼板的表面，所以如果實(shí)施消除應(yīng)力退火的話，在300℃或更高的溫度下大多數(shù)組合物分解，從而使粘合強(qiáng)度惡化。因此，存在的問(wèn)題是具有粘合性涂層的電工鋼板可以用于不經(jīng)受消除應(yīng)力退火的磁芯，而不可以用于為了減小磁芯耗損經(jīng)受消除應(yīng)力退火的磁芯。
另一方面，可以考慮一種方法，其中用沖壓等將電工鋼板加工成預(yù)定形狀，經(jīng)消除應(yīng)力退火，并與用于粘合的粘合劑連接，但是這將需要在每個(gè)小型沖壓片上涂覆粘合劑，所以可加工性差。
另外，日本專利公開(kāi)(B)號(hào)42-24519、日本專利公開(kāi)(A)號(hào)58-128715、和日本專利公開(kāi)(B)號(hào)47-47499公開(kāi)了稱作“無(wú)機(jī)涂層”的不含樹(shù)脂組合物的涂層。日本專利公開(kāi)(B)號(hào)42-24519的涂層不具有使鋼板彼此粘合的功能，所以必須用聯(lián)鎖或焊接或其它緊固方法來(lái)獲得磁芯。日本專利公開(kāi)(A)號(hào)58-128715和日本專利公開(kāi)(B)號(hào)47-47499中公開(kāi)的涂層是僅由低熔點(diǎn)玻璃組成的無(wú)機(jī)涂層，這導(dǎo)致涂層是硬的且磨蝕?？撞⒁虼司哂写罅糠勰┑膯?wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供具有改進(jìn)的耐熱性的耐熱粘合性絕緣涂層，具有此種涂層的電工鋼板，使用此種電工鋼板的磁芯及其制備方法，該耐熱粘合性絕緣涂層即使在消除應(yīng)力退火之后仍保持粘合性和絕緣能力。
為了解決這一問(wèn)題，本發(fā)明使用以下方式(1)耐熱粘合性絕緣涂層，包括軟化點(diǎn)為室溫至300℃的樹(shù)脂和軟化點(diǎn)不超過(guò)1000℃的低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物。
(2)根據(jù)(1)的耐熱粘合性絕緣涂層，其特征在于250℃粘合強(qiáng)度為10kg/cm2或更高且750℃粘合強(qiáng)度為1kg/cm2或更高。
(3)根據(jù)(1)的耐熱粘合性絕緣涂層，其特征在于在30℃-300℃下線性熱膨脹系數(shù)為10×10-7(℃-1)-150×10-7(℃-1)。
(4)根據(jù)(4)的耐熱粘合性絕緣涂層，其特征在于低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物是低熔點(diǎn)玻璃料、水玻璃或其中還混合有膠體二氧化硅的這些。
(5)根據(jù)(4)的耐熱粘合性絕緣涂層，其特征在于低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物具有20μm或更小的平均粒度。
(6)根據(jù)(4)的耐熱粘合性絕緣涂層，其特征在于樹(shù)脂與低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物的混合比按質(zhì)量百分率計(jì)為20％-500％。
(7)根據(jù)(4)的耐熱粘合性絕緣涂層，其特征在于低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物是SiO2-B2O3-R2O-基低熔點(diǎn)玻璃(R是堿金屬)。
(8)根據(jù)(4)的耐熱粘合性絕緣涂層，其特征在于所述水玻璃是硅酸鈉。
(9)根據(jù)(1)的耐熱粘合性絕緣涂層，其特征在于所述樹(shù)脂包括一種或多種選自環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、酚樹(shù)脂(phenol resin)、主要由丙烯?；男缘沫h(huán)氧樹(shù)脂乳液組成的、含潛性固化劑的、不完全固化樹(shù)脂或硅氧烷聚合物的樹(shù)脂。
(10)具有耐熱粘合性絕緣涂層的電工鋼板，其由至少一個(gè)表面上具有根據(jù)(1)的涂層的鋼板組成。
(11)根據(jù)(10)的具有耐熱粘合性絕緣涂層的電工鋼板，其特征在于耐熱粘合性絕緣涂層具有0.5μm-20μm的厚度。
(12)使用根據(jù)(10)的具有耐熱粘合性絕緣涂層的電工鋼板的磁芯。
(13)使用具有耐熱粘合性絕緣涂層的電工鋼板的磁芯的制備方法，包括將根據(jù)(10)的電工鋼板堆疊和加壓以形成電工鋼板層壓片，然后在600℃-900℃的溫度下將這些退火以獲得層壓的磁芯。
(14)根據(jù)(13)使用具有耐熱粘合性絕緣涂層的電工鋼板的磁芯的制備方法，進(jìn)一步包括，至少在加壓步驟中，通過(guò)加熱到粘合將它們連接或者通過(guò)聯(lián)鎖或夾具或這兩者將它們連接。
本發(fā)明電工鋼板的絕緣涂層是產(chǎn)生兩類粘合能力的復(fù)合材料。作為這一點(diǎn)的具體手段，該涂層包括軟化點(diǎn)為室溫至300℃的樹(shù)脂和具有由差熱分析法評(píng)價(jià)的軟化點(diǎn)為1000℃或更低的低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物。該涂層樹(shù)脂在熱壓下軟化以發(fā)揮將磁芯粘合而連接在一起的功能，同時(shí)該低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物起到在消除應(yīng)力退火下保持該磁芯粘合的作用。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是玻璃的總的差熱分析曲線的示意圖。
圖2是梯形硅氧烷聚合物的示意圖。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式為了從鋼板消除應(yīng)變，通常需要大約700℃-800℃的退火溫度。在這一退火溫度下，有機(jī)組合物最終分解并且不能維持其結(jié)構(gòu)，因此粘合性不能得到維持。本發(fā)明人認(rèn)為無(wú)機(jī)化合物將能維持它們的結(jié)構(gòu)并且甚至可以在700℃-800℃的高溫下在層壓片之間產(chǎn)生粘合，并且本發(fā)明人研究了各種類型的無(wú)機(jī)化合物。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)一組稱作“低熔點(diǎn)玻璃料”的低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物和水玻璃、膠體二氧化硅以及其它的低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物在大約750℃的退火溫度下產(chǎn)生對(duì)鋼板的良好粘合。然而，因?yàn)樵谕瓿赏嘶鹬斑@些低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物獨(dú)自不會(huì)產(chǎn)生粘合，所以它們不能將磁芯保持在一起。因此，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過(guò)將樹(shù)脂與這些結(jié)合，可以獲得在消除應(yīng)力退火前后以粘合方式連接的磁芯。
首先，低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物將在下面進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)在消除應(yīng)力退火周圍的溫度下支配粘合性質(zhì)量的因素是該低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物的軟化點(diǎn)。
本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)將由以下描述詳細(xì)進(jìn)行說(shuō)明。
本發(fā)明發(fā)明人在以下條件下使用樣品并評(píng)價(jià)它們的粘合強(qiáng)度證實(shí)了上述軟化點(diǎn)的重要性。制備多個(gè)厚度為0.5mm無(wú)絕緣涂層的無(wú)取向電工鋼板并使用輥涂機(jī)用低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物和樹(shù)脂的混合物涂覆，該無(wú)機(jī)組合物由平均粒度為5μm并具有各種軟化點(diǎn)的低熔點(diǎn)玻璃料構(gòu)成，該樹(shù)脂由在固體含量為20質(zhì)量％的水性乳液中的環(huán)氧樹(shù)脂∶丙烯酸樹(shù)脂∶酚樹(shù)脂＝15∶3∶3(質(zhì)量％)構(gòu)成。就固體含量而言，將樹(shù)脂與玻璃玻璃料的比例調(diào)節(jié)到100％，即質(zhì)量相同。每一面涂覆的量為8g/m2。在160℃下干燥該板材。從樣品上裁出試樣并評(píng)價(jià)250℃和750℃下的粘合強(qiáng)度。
在此，“軟化點(diǎn)”是在圖1所示的差熱分析的測(cè)量曲線上觀察到的在測(cè)量開(kāi)始之后第四個(gè)拐點(diǎn)的溫度或者是JIS-R3103-1“Glass SofteningPoint Test Method”(“玻璃軟化點(diǎn)試驗(yàn)方法”)(ISO 7884-61987，ASTMC338)的溫度，按兩者中較低者計(jì)算，但是當(dāng)通過(guò)這兩個(gè)方法評(píng)價(jià)困難時(shí)，也可以改為使用另一個(gè)軟化點(diǎn)。
“250℃粘合強(qiáng)度”是兩個(gè)10cm(軋制方向長(zhǎng)度)×3cm(垂直于軋制方向的長(zhǎng)度)的試件(沿較短側(cè)面重疊1cm，即3cm2的面積重疊)在10kg/3cm2的壓力下在250℃下粘合60秒之后，兩個(gè)試件之間的強(qiáng)度。該強(qiáng)度如下獲得用在室溫下沿軋制方向扯下試件時(shí)在分離的時(shí)候彈簧秤的測(cè)量值(kg)除以3cm2的面積。應(yīng)當(dāng)注意，在本發(fā)明中，壓力和粘合強(qiáng)度表示為彈簧秤的測(cè)量值(kg)除以面積，kg/cm2，其對(duì)應(yīng)于9.8×104pa。
“750℃粘合強(qiáng)度”是如下獲得的強(qiáng)度用當(dāng)在750℃在沒(méi)有加壓的情況下進(jìn)一步加熱試件2小時(shí)并將其在室溫下沿軋制方向扯下時(shí)的測(cè)量值除以3cm2的面積。試驗(yàn)結(jié)果在表1中示出。
表1

從表1可以看出，在使用軟化點(diǎn)為1000℃或更低的玻璃料的1-8號(hào)條件下，250℃粘合強(qiáng)度是10kg/cm2或更高且750℃粘合強(qiáng)度是1kg/cm2，它們兩者都良好。另一方面，在使用軟化點(diǎn)為1050℃的玻璃料的9號(hào)條件下，雖然250℃粘合強(qiáng)度實(shí)際上等于10kg/cm2，但是由于涂覆的表面容易剝離750℃粘合強(qiáng)度太弱而不能測(cè)量。
從上述結(jié)果可以看出，當(dāng)使用軟化點(diǎn)為1000℃或更低的玻璃料時(shí)，250℃粘合強(qiáng)度是10kg/cm2或更高，且750℃粘合強(qiáng)度是1kg/cm2，兩項(xiàng)性能都良好。
至于750℃粘合強(qiáng)度取決于低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物的軟化點(diǎn)的原因，本發(fā)明人考慮了以下機(jī)理。在250℃附近加壓和加熱時(shí)，樹(shù)脂軟化和熔融。在涂覆兩面的情況下，涂覆界面消失并且獲得涂層之間的粘合。然而，具有較高溫度穩(wěn)定性的低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物此時(shí)幾乎不經(jīng)歷反應(yīng)。接下來(lái)，當(dāng)在750℃下加熱時(shí)，這時(shí)候低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物軟化并且，取決于低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物的類型，發(fā)生熔融，從而低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物彼此以粘合方式接觸。于是，層壓面對(duì)的涂層，鋼板之間的粘合變得完全。因此，在750℃附近的加熱階段低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物軟化或熔融是重要的。
因?yàn)榫哂懈哕浕c(diǎn)的低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物例如表1的9號(hào)條件在大約750℃下不會(huì)軟化或熔融，所以即使它們彼此接觸也不能在它們之間獲得足夠的接觸面積，以致它們之間形成不足的粘合。因此，不能獲得足夠的粘合強(qiáng)度。
另一方面，因?yàn)榫哂械蛙浕c(diǎn)的低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物例如表1的1-8號(hào)條件在大約750℃下軟化，所以如果它們彼此接觸則可以在它們之間獲得一定的接觸面積，使得在它們之間形成足夠的粘合。因此，可以獲得足夠的粘合強(qiáng)度。
雖然沒(méi)有闡明即使在具有比加熱溫度(750℃)高的為880℃或1000℃的軟化點(diǎn)的低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物中也獲得一定程度上的750℃粘合強(qiáng)度的原因，但是本發(fā)明人認(rèn)為甚至在那些組合物中，在大約750℃下發(fā)生類似軟化的反應(yīng)，從而整合涂層并粘合鋼板。
將250℃粘合強(qiáng)度調(diào)節(jié)到10kg/cm2或更高，以能夠在低溫下的臨時(shí)粘合步驟之后在沒(méi)有分離的情況下處理該磁芯直到該磁芯在更高的溫度下完全地粘合。另外，將750℃粘合強(qiáng)度調(diào)節(jié)到1kg/cm2或更高以能夠防止在組裝成電氣設(shè)備之后磁芯分離。
對(duì)于本發(fā)明的低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物來(lái)說(shuō)，例如可以使用低熔點(diǎn)玻璃料，水玻璃和這些與膠體二氧化硅的混合物。
當(dāng)?shù)腿埸c(diǎn)無(wú)機(jī)組合物是無(wú)機(jī)粉末時(shí)，粒度也是重要的。如果粒度過(guò)大，會(huì)形成有粗糙凸起的涂層表面，這些凸起會(huì)阻止涂層之間的接觸。為了在涂層中或粉末間實(shí)現(xiàn)充分的接觸，所使用的低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)成分的粒度優(yōu)選為20μm或更小，更優(yōu)選4μm或更小，尤其是3μm或更小。
接下來(lái)，本發(fā)明人研究了低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物和樹(shù)脂之間的混合比。
本發(fā)明人制備了許多厚度為0.35mm具有主要由鉻酸鎂組成的絕緣涂層的無(wú)取向電工鋼板。使用輥涂機(jī)用包含低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物和樹(shù)脂組合物的水性乳液的混合物將其涂覆，該低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物由平均粒度為3μm和軟化點(diǎn)為550℃的低熔點(diǎn)玻璃料(B2O3＝30％、SiO2＝20％、BaO＝30％、Na2O＝10％、ZnO＝10％)組成，該水性乳液的固體含量為20質(zhì)量％，由環(huán)氧樹(shù)脂∶丙烯酸樹(shù)脂∶酚醛樹(shù)脂＝20∶5∶3(質(zhì)量％)構(gòu)成。此時(shí)，該樹(shù)脂與玻璃料的混合比有多種變化。每一面涂覆的量為5g/m2。在150℃的溫度下干燥該板材。從樣品上裁出試樣。然后評(píng)價(jià)250℃和750℃粘合強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果在表2中示出。
表2


如表2所示，2-6號(hào)條件，即樹(shù)脂/玻璃料混合比為20％-500％，在250℃下具有10kg/cm2或更高在750℃下具有1kg/cm2的優(yōu)異的粘合強(qiáng)度。另一方面，具有該比例為10％的1號(hào)條件在250℃下具有5kg/cm2和在750℃下具有0.5kg/cm2的較低的粘合強(qiáng)度。樹(shù)脂/玻璃料混合比為700％的7號(hào)條件在250℃下具有40kg/cm2的良好粘合強(qiáng)度但是在750℃下具有0.5kg/cm2的差的粘合強(qiáng)度。這些結(jié)果表明，當(dāng)樹(shù)脂/玻璃料的混合比為20％-500％時(shí)，250℃和750℃粘合強(qiáng)度都良好。
至于粘合強(qiáng)度依賴于樹(shù)脂與低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物的比例的原因，本發(fā)明人具有對(duì)以下機(jī)理的理解。當(dāng)在250℃下加熱時(shí)樹(shù)脂參與發(fā)揮粘合作用，而當(dāng)在750℃下加熱時(shí)低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物參與發(fā)揮粘合作用。考慮到每個(gè)組合物在每個(gè)加熱溫度下作用的發(fā)揮，可以推論出粘合強(qiáng)度依賴兩種組合物的比例的機(jī)理。那是考慮了在250℃下加熱時(shí)有機(jī)樹(shù)脂的表面占有狀況同時(shí)考慮在750℃下加熱時(shí)低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物的表面占有狀況。
當(dāng)樹(shù)脂與低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物的比例小時(shí)，例如如在表2的1號(hào)條件中那樣，大部分表面被無(wú)機(jī)組合物覆蓋，導(dǎo)致涂層表面幾乎沒(méi)有樹(shù)脂。如果將此類涂層疊置、加壓和在250℃下加熱，則該樹(shù)脂不能充分地在涂層之間起粘結(jié)劑的作用，原因在于它們之間不足的接觸面積，導(dǎo)致小的250℃粘合強(qiáng)度，例如1號(hào)中的5kg/cm2。在這種條件下，即使在750℃下加熱此類涂層藉此該低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物軟化并且熔融，仍然得到低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物之間不足夠的接觸和粘合。結(jié)果，750℃粘合強(qiáng)度也變小，例如在1號(hào)條件的情況下為0.5kg/cm2。由于上述機(jī)理，如果樹(shù)脂與低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物的比例過(guò)小的話，250℃和750℃粘合強(qiáng)度都低。
另一方面，如果樹(shù)脂與低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物的混合比大，雖然涂層表面具有足夠的樹(shù)脂來(lái)發(fā)揮足夠的粘合作用，從而獲得良好的250℃粘合強(qiáng)度，例如如條件7所示的40kg/cm2的粘合強(qiáng)度，但是涂層表面上低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物存在不足夠，導(dǎo)致小的750℃粘合強(qiáng)度，例如在7號(hào)條件的情況下為0.5kg/cm2。
低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物30℃-300℃的、10×10-7-150×10-7(℃-1)范圍的線性熱膨脹系數(shù)防止了磁芯電性能的變化。
本發(fā)明人在以下條件下制備了由具有涂層的鋼板制成的磁芯并評(píng)價(jià)了磁性能。制備了多個(gè)厚度為0.5μm而其表面上沒(méi)有任何絕緣涂層的無(wú)取向電工鋼板。使用輥涂機(jī)用作為低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物的低熔點(diǎn)玻璃料和固體含量為20質(zhì)量％的樹(shù)脂水性乳液的混合物涂覆它們，該玻璃料具有5μm的平均粒度和各種熱膨脹系數(shù)，該樹(shù)脂水性乳液由環(huán)氧樹(shù)脂∶丙烯酸樹(shù)脂∶酚樹(shù)脂＝10∶4∶5(質(zhì)量％)構(gòu)成。以固體含量計(jì)，將樹(shù)脂與玻璃料的混合比調(diào)節(jié)到200％。每一面的涂覆量為10g/m2并在150℃的板溫下干燥該板材。
由這些樣品，制備了內(nèi)徑為10.16cm(4英寸)和外徑為12.7cm(5英寸)的環(huán)形樣品。將其中的二十個(gè)堆疊、以10kg/cm2加壓并在250℃下加熱4小時(shí)以制備用粘合性涂層層壓的磁芯。在沒(méi)有加壓下將該磁芯在750℃下退火2小時(shí)并在50Hz下用1.5特斯拉的磁通密度評(píng)價(jià)磁芯損耗。結(jié)果在表3中示出。
表3

如表3所示，在使用30℃-300℃的線性熱膨脹系數(shù)為10×10-7(℃-1)-150×10-7(℃-1)的低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物的2-9號(hào)條件下，退火之后磁芯的磁芯損耗是好的，小于3.1(W/kg)。另一方面，在使用線性熱膨脹系數(shù)為160×10-7(℃-1)的玻璃料的1號(hào)條件下，磁芯損耗值高達(dá)3.27(W/kg)，并且在使用線性熱膨脹系數(shù)為5×10-7(℃-1)的玻璃料的10號(hào)條件下，磁芯損耗也高達(dá)3.26(W/kg)。這些結(jié)果表明當(dāng)?shù)腿埸c(diǎn)無(wú)機(jī)組合物具有的30℃-300℃的線性熱膨脹系數(shù)在10×10-7(℃-1)-150×10-7(℃-1)范圍內(nèi)時(shí)，退火之后磁芯的磁芯損耗良好。
至于在退火之后磁芯的磁芯損耗取決于低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物的線性熱膨脹系數(shù)的原因，本發(fā)明人具有對(duì)以下機(jī)理的理解。在250℃下加壓和熱粘合引起涂層中的樹(shù)脂軟化和熔融，如果該板材被雙面涂覆的話則涂層的界面消失并且涂層互相粘結(jié)而無(wú)機(jī)組合物幾乎沒(méi)有反應(yīng)。當(dāng)在750℃下加熱該板材時(shí)，低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物取決于它們的類型軟化和熔融，并且接觸的低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物互相粘結(jié)。結(jié)果，面對(duì)的涂層粘合在一起并且鋼板完全地粘結(jié)在一起，接著在冷卻到室溫之后評(píng)價(jià)磁芯損耗。這里的重要考慮是當(dāng)鋼板的所有表面在750℃高溫下粘合且冷卻到室溫時(shí)，磁芯中產(chǎn)生的應(yīng)力。
一般而言，如果該磁芯具有應(yīng)力，則磁芯的磁性能能惡化。在此，將說(shuō)明物質(zhì)的熱膨脹系數(shù)和應(yīng)力之間的關(guān)系。當(dāng)將具有高和低的熱膨脹系數(shù)的材料在高溫下粘合然后冷卻到室溫時(shí)，在具有高系數(shù)的材料中形成拉伸應(yīng)力，在具有小系數(shù)的材料中形成壓應(yīng)力。晶粒取向和非取向的電工鋼板都具有大約100×10-7(℃-1)的線性熱膨脹系數(shù)。另一方面，用于該實(shí)驗(yàn)的低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物具有5×10-7(℃-1)-160×10-7(℃-1)的系數(shù)。因此，當(dāng)使用具有的該系數(shù)比鋼板的小的無(wú)機(jī)粉末時(shí)，在磁芯的鋼中形成拉伸應(yīng)力，而當(dāng)使用具有的熱膨脹系數(shù)比鋼板的大的無(wú)機(jī)粉末時(shí)，則在磁芯的鋼中形成壓應(yīng)力。
在這一實(shí)驗(yàn)中，認(rèn)為在具有最高系數(shù)的1號(hào)條件的磁芯中形成大的壓縮力，而在具有最小系數(shù)的10號(hào)條件的磁芯中形成大的拉伸應(yīng)力。因?yàn)樵谶@兩種條件下線性熱膨脹系數(shù)與鋼板的具有最大差異，所以似乎在測(cè)試的磁芯中形成最大應(yīng)力。另一方面，雖然在2-9號(hào)條件中該系數(shù)與鋼板的不同，但因?yàn)樵摬町愋?，所以在該磁芯中形成的拉伸?yīng)力或壓應(yīng)力(如果有的話)較小，從而對(duì)磁芯損耗幾乎沒(méi)有影響。
本發(fā)明的低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物有助于消除應(yīng)力退火之后粘合的產(chǎn)生并優(yōu)選是軟化點(diǎn)不超過(guò)750℃的常規(guī)消除應(yīng)力退火溫度的低熔點(diǎn)玻璃。因?yàn)榈腿埸c(diǎn)玻璃在消除應(yīng)力退火期間軟化和熔融并且在冷卻時(shí)硬化，使用該玻璃的兩個(gè)板材可在消除應(yīng)力退火后粘合。以下組合物可以用作低熔點(diǎn)玻璃SiO2-B2O3-R2O(R在此表示堿金屬)、P2O5-R2O(R表示堿金屬)基組合物、SiO2-PbO-B2O3、B2O3-Bi2O3、、SiO2-B2O3-ZnO、SnO-P2O5、SiO2-B2O3-ZrO2等。SiO2-B2O3-R2O是尤其優(yōu)選的，原因在于它是無(wú)鉛的并且在消除應(yīng)力退火之后具有高的粘合強(qiáng)度。
低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物可以呈液態(tài)如水玻璃。就水玻璃而言，尤其優(yōu)選硅酸鈉。使用水玻璃的優(yōu)點(diǎn)是容易地獲得沒(méi)有由于顆粒造成的不均勻的平坦涂覆表面，因?yàn)樗Ａе胁话ǚ勰╊w粒。特別地，當(dāng)使用硅酸鈉時(shí)，在消除應(yīng)力退火之后獲得了1.0MPa或更高的高粘合強(qiáng)度。另外，當(dāng)使用硅酸鉀時(shí)，在消除應(yīng)力退火之前獲得了4.0-7.0MPa的高粘合強(qiáng)度。
所使用的本發(fā)明的低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物可以是進(jìn)一步與膠體二氧化硅混合的上述無(wú)機(jī)組合物。通過(guò)混合膠體二氧化硅等，可以在無(wú)機(jī)組合物軟化時(shí)調(diào)節(jié)消除應(yīng)力退火的粘度。另外，在消除應(yīng)力退火過(guò)程中沒(méi)有軟化的殘余膠體二氧化硅在涂層中起支撐元件的作用并提高了消除應(yīng)力退火之后粘合性涂層的強(qiáng)度。
能用于本發(fā)明的樹(shù)脂不但可以是當(dāng)通過(guò)加壓和加熱將鋼板粘合時(shí)進(jìn)行固化反應(yīng)的熱固性樹(shù)脂例如酚樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂，而且可以是即使加熱也不會(huì)進(jìn)行固化反應(yīng)的熱塑性樹(shù)脂例如丙烯酸樹(shù)脂或甲基丙烯酸樹(shù)脂?？梢允褂脽崴苄詷?shù)脂或熱固性樹(shù)脂，但是優(yōu)選具有粘合性的樹(shù)脂。
本發(fā)明的樹(shù)脂在室溫到300℃的溫度下軟化。考慮結(jié)塊(blocking)等，優(yōu)選的樹(shù)脂是在不低于50℃、80℃、100℃或更優(yōu)選120℃但不超過(guò)300℃下軟化到顯示流動(dòng)性的程度的那些。軟化“到顯示流動(dòng)性的程度”是指大約1×108dPa·s或更小的粘度。作為在鋼板表面上的固化樹(shù)脂由于在300℃或更低的溫度下加熱而軟化的機(jī)理，其中該樹(shù)脂是熱塑性的且表示熱塑性的溫度為120℃-300℃的情況是可以的。
另外，作為熱固性樹(shù)脂軟化的機(jī)理，加熱到高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度以使樹(shù)脂軟化到該樹(shù)脂的橡膠態(tài)或流體態(tài)的情況是可以的。特別地，對(duì)于在低到200℃或更低的溫度下進(jìn)行大約數(shù)十秒或更短的時(shí)間而固化的樹(shù)脂的情況，雖然也發(fā)生形成三維骨架的交聯(lián)反應(yīng)，但是加熱有時(shí)導(dǎo)致玻璃化轉(zhuǎn)變。當(dāng)將此種樹(shù)脂加熱到更高的溫度時(shí)，交聯(lián)反應(yīng)再次占優(yōu)勢(shì)且該樹(shù)脂被固化。
本發(fā)明中用作樹(shù)脂的含潛性固化劑的丙烯?；男缘沫h(huán)氧樹(shù)脂乳液是如下獲得的乳液將潛性固化劑和與丙烯酸樹(shù)脂發(fā)生反應(yīng)的環(huán)氧樹(shù)脂混合以包含該環(huán)氧樹(shù)脂和潛性固化劑的混合物。在此所述的“環(huán)氧樹(shù)脂”表示單體中含兩個(gè)或多個(gè)環(huán)氧基的樹(shù)脂，包括以下類型雙酚A、雙酚F、雙酚AD、萘、苯酚酚醛清漆、鄰甲酚酚醛清漆、縮水甘油酯、脂環(huán)族型等。作為潛性固化劑，為雙氰胺、蜜胺、有機(jī)酸二酰肼、氨基亞胺、氯胺酮、叔胺鹽、咪唑鹽、三氟硼胺鹽、微膠囊型固化劑、分子篩型固化劑等。上述環(huán)氧樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂固化劑的混合物通過(guò)丙烯酸樹(shù)脂進(jìn)行改性。
在此所述的詞語(yǔ)“改性”是指使丙烯酸樹(shù)脂化學(xué)鍵接到環(huán)氧樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂固化劑混合物的表面上。用于這一改性的丙烯酸樹(shù)脂可以包括以下物質(zhì)或者聚合的或共聚合的那些物質(zhì)的結(jié)合甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯、丙烯酸、丙烯酸酯、苯乙烯、乙酸乙烯酯等。在該混合物中環(huán)氧樹(shù)脂與潛性環(huán)氧樹(shù)脂固化劑的比例取決于環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑的類型有很大的變化，但是通常相對(duì)于1質(zhì)量份環(huán)氧樹(shù)脂0.05-2質(zhì)量份是適合的。主要由含潛性固化劑的丙烯?；男缘沫h(huán)氧樹(shù)脂乳液組成的混合物必須預(yù)先涂覆在鋼板表面，并烘烤到不完全固化狀態(tài)。這一狀態(tài)是指不發(fā)粘或不結(jié)塊且在切割和堆疊之后加壓和加熱時(shí)仍具有粘合性的狀態(tài)。通常，該不完全固化狀態(tài)可以通過(guò)在100-300℃的烘箱溫度下干燥10-90秒獲得。
另外，作為加熱時(shí)軟化的樹(shù)脂，可以使用硅氧烷聚合物。硅氧烷聚合物是具有包含Si-O-Si無(wú)機(jī)鍵的主骨架的聚合物。Si像C一樣可以直接地與有機(jī)基團(tuán)或H化學(xué)鍵接例如Si-CH3、Si-C6H5和Si-H，所以可以獲得骨架上帶有有機(jī)基團(tuán)或H的硅氧烷聚合物。
其中四個(gè)Si鍵臂中的一個(gè)形成Si-R(R在此表示有機(jī)基團(tuán)或H)鍵且其它三個(gè)形成Si-O鍵的結(jié)構(gòu)稱作“T核”。在T核中存在三個(gè)具有Si-O的鍵的結(jié)構(gòu)即R-Si(-O-Si)3稱作“T3核”。該類Si核可以通過(guò)NMR評(píng)價(jià)。除了T核之外，存在D核和Q核作為形成硅氧烷聚合物的Si核。D核是其中Si的四個(gè)鍵臂中的兩個(gè)形成Si-R(R表示有機(jī)基團(tuán)或H)鍵且剩余兩個(gè)形成Si-O鍵的結(jié)構(gòu)。Q核是其中四個(gè)所形成的Si鍵臂形成Si-O鍵的結(jié)構(gòu)。
當(dāng)T3核的Si根據(jù)某種規(guī)則重復(fù)地鍵合時(shí)，形成梯狀分子，如圖2所示。
由梯狀分子組成的聚合物在涂覆和烘烤后在梯形分子鏈中變得纏繞而產(chǎn)生無(wú)粘性或無(wú)結(jié)塊的硬表面狀態(tài)。纏繞的分子鏈在100℃或更高的溫度下散開(kāi)而顯示流動(dòng)性。如果在顯示流動(dòng)性的范圍中，除了鍵接有甲基的Si核之外，還可以包含鍵接有環(huán)氧基的Si核。
本發(fā)明的硅氧烷聚合物通過(guò)在鹽酸催化劑的存在下將作為起始材料的有機(jī)三烷氧基硅烷或有機(jī)三氯代硅烷中的一種或兩者水解來(lái)獲得。作為有機(jī)三烷氧基硅烷，可以提及的是三乙氧基硅烷、三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、異丁基三甲氧基硅烷、異丁基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、環(huán)氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、氨基丙基三甲氧基硅烷、氨基丙基三乙氧基硅烷等。作為有機(jī)三氯代硅烷，可以提及的是甲基三氯硅烷、乙基三氯硅烷、苯基三氯硅烷等。
有機(jī)三烷氧基硅烷和有機(jī)三氯代硅烷中的一種或兩者可以分散在有機(jī)溶劑中然后進(jìn)行水解。作為溶劑，可以使用甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或其它各種類型的醇、丙酮、甲苯、二甲苯等。水解時(shí)有機(jī)溶劑與有機(jī)烷氧基硅烷的質(zhì)量比優(yōu)選為1∶0.5-1∶2。
通過(guò)相對(duì)于起始材料中所有烷氧基的摩爾數(shù)以0.1-1份摩爾比的量添加水來(lái)進(jìn)行水解。加入鹽酸作為用于水解的催化劑。當(dāng)使用有機(jī)三氯代硅烷作為起始材料時(shí)，水的添加導(dǎo)致鹽酸作為副產(chǎn)物產(chǎn)生，所以即使不采取任何專門措施在鹽酸催化劑存在下水解也會(huì)進(jìn)行，并且可以不必添加鹽酸。
通常將經(jīng)水解的溶膠濃縮或加工以促進(jìn)縮聚反應(yīng)并產(chǎn)生硅氧烷聚合物。例如使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器進(jìn)行濃縮，出于對(duì)通過(guò)加熱軟化的表現(xiàn)的考慮，優(yōu)選除去有機(jī)溶劑或副產(chǎn)物醇等和獲得質(zhì)量為濃縮之前溶液質(zhì)量的大約15-60％的濃縮物。作為除濃縮以外的方法，可以加入KOH或其它堿并在氮?dú)鈿夥盏认逻M(jìn)行回流以促進(jìn)縮聚反應(yīng)而獲得硅氧烷聚合物。將所獲得的硅氧烷聚合物用有機(jī)溶劑或水稀釋大約1.5-10倍以獲得涂料溶液。通常，通過(guò)在100℃-200℃下烘烤15-120秒，獲得在壓力和加熱下的粘合狀態(tài)。
應(yīng)當(dāng)注意，取決于加熱和退火氣氛或其它條件，本發(fā)明的樹(shù)脂或低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物有時(shí)不顯示，至少看起來(lái)不顯示任何熔融，并且在本發(fā)明的涂層中保持顆粒狀態(tài)。如果加熱和退火引起粘合作用產(chǎn)生，本發(fā)明中外觀不會(huì)產(chǎn)生任何問(wèn)題。
雖然本發(fā)明可以應(yīng)用于通過(guò)與類型無(wú)關(guān)的順序軋制和退火過(guò)程制造的任何電工鋼板如晶粒取向電工鋼板、無(wú)取向電工鋼板等，但是當(dāng)應(yīng)用到用于電動(dòng)機(jī)磁芯的無(wú)取向電工鋼板時(shí)，大多數(shù)情況下會(huì)顯現(xiàn)效果。
在晶粒取向電工鋼片或非取向電工鋼片的一般制造方法中，將鋼板完工退火，然后在該鋼板上施加涂層。在晶粒取向電工鋼板的情況下，形成包括二氧化硅的磷酸鹽基涂層，而在非取向電工鋼板的情況下，形成鉻酸鹽涂層。在晶粒取向電工鋼板的情況下，存在在完工退火過(guò)程中形成主要由鎂橄欖石硅酸鹽組成的薄膜的方法、不允許其形成的方法、或通過(guò)酸洗或其它手段除去所形成的鎂橄欖石薄膜的方法。本發(fā)明可以不考慮表面薄膜的存在而應(yīng)用。
具有本發(fā)明耐熱粘合性絕緣涂層的電工鋼板如下獲得使用輥涂機(jī)、棒涂機(jī)、流涂機(jī)、浸涂機(jī)、噴涂，或另一種方法，用包括該耐熱粘合性絕緣涂料組合物的涂料溶液涂覆電工鋼板。涂覆量?jī)?yōu)選為1g/m2-30g/m2，更優(yōu)選2g/m2-10g/m2。
該耐熱粘合性絕緣涂料組合物優(yōu)選由混合在一起的樹(shù)脂和低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物組成，但是也可以按以下條件施涂其中該兩個(gè)組分全部混合或者其中該兩個(gè)組分以兩層單獨(dú)地涂覆?；蛘咚梢杂苫|(zhì)組成，該基質(zhì)由其中低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物以圓點(diǎn)、條形分散的有機(jī)成分形成，或者可以由硅氧烷鍵等的無(wú)機(jī)基質(zhì)組成，在該基質(zhì)中，有機(jī)成分以圓點(diǎn)或點(diǎn)形式分散。
每一面的涂層厚度優(yōu)選為0.5μm-20μm。如果涂層厚度小于0.5μm，則鋼板的整個(gè)表面可能不會(huì)被充分覆蓋，導(dǎo)致獲得不足夠的粘合強(qiáng)度，而如果大于20μm，則在加壓和加熱過(guò)程中占有率可能迅速下降。因此，0.5μm-20μm的涂層厚度是較好的。
將本發(fā)明的涂料組合物涂覆在電工鋼板的表面上，然后烘烤以將其固化使得不發(fā)粘或不結(jié)塊。通過(guò)在50-200℃下烘烤，可以獲得具有耐熱粘合性絕緣涂層的電工鋼板。這一步驟可以就在將部分磁芯沖壓出或?qū)⒉糠执判径询B之前進(jìn)行，但是在制造鋼板時(shí)預(yù)先涂覆以獲得所謂的“預(yù)涂覆”電工鋼板在使磁芯的生產(chǎn)過(guò)程流線化的意義上是尤其優(yōu)選的。當(dāng)將從這一鋼板上沖壓出的鋼板片堆疊成所需形狀以形成連接的層壓片時(shí)，通過(guò)加熱到比烘烤溫度高的溫度樹(shù)脂軟化。
當(dāng)將兩個(gè)表面都有本發(fā)明涂層的電工鋼板堆疊和熱壓時(shí)，樹(shù)脂軟化并在熱壓的時(shí)候彼此融合在一起，所以電工鋼板片可以在冷卻時(shí)粘合。
當(dāng)以相同的取向?qū)H一個(gè)表面上有本發(fā)明涂層的電工鋼板片堆疊時(shí)，軟化的樹(shù)脂在沒(méi)有本發(fā)明涂層的電工鋼板片表面上均勻地鋪展，所以該板材可以在冷卻時(shí)粘合。因?yàn)檩^高的熱壓溫度是昂貴的，所以熱壓溫度優(yōu)選不超過(guò)300℃。熱壓的壓力優(yōu)選為0.1Mpa-50MPa，優(yōu)選1Mpa-20MPa。如果熱壓壓力過(guò)低，粘合可能不足夠，導(dǎo)致磁芯的不完全整合。如果熱壓壓力過(guò)高，粘合層可能變成足以滲出的液體。
本發(fā)明的電工鋼板可以沖壓成所需形狀，堆疊，加壓和加熱以獲得層壓的磁芯。如果需要的話，即使當(dāng)在消除應(yīng)力退火的情況下應(yīng)用磁芯時(shí)，堆疊的鋼板之間的粘合也得以維持。消除應(yīng)力退火的溫度通常為650℃-850℃，更通常為700℃-800℃。
應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明的涂層即使在沒(méi)有消除應(yīng)力退火或其它退火的情況下仍具有粘合性，所以也可以用于沒(méi)有經(jīng)受消除應(yīng)力退火處理的磁芯。該涂層可作為消除應(yīng)力退火用途和不消除應(yīng)力退火用途的粘合性涂層使用。
另外，當(dāng)用于應(yīng)力消除退火用途時(shí)，在通過(guò)加壓和加熱緊固的時(shí)候，也可以結(jié)合通過(guò)聯(lián)鎖或夾具緊固。
實(shí)施例1制備與軟化點(diǎn)為450℃并具有各種粒度的玻璃料混合的水性懸浮液，該水性懸浮液各自包含20質(zhì)量％(基于100％總固體的質(zhì)量)由丙烯酸樹(shù)脂∶環(huán)氧樹(shù)脂∶酚樹(shù)脂＝10∶4∶3(質(zhì)量％)組成的樹(shù)脂。將包含玻璃料的每個(gè)溶液中的樹(shù)脂/玻璃料混合比調(diào)節(jié)到200％。使用輥涂機(jī)將每種涂料溶液涂覆到厚度為0.5mm沒(méi)有絕緣涂層的完工退火的非取向電工鋼板上至每一面的涂覆量為6g/m2。將該板材在150℃下干燥并冷卻。每一面的涂層厚度為10μm。從每個(gè)樣品上裁出沿軋制方向的長(zhǎng)度為10cm沿垂直于軋制方向的方向長(zhǎng)度為3cm的試樣。另外，讓兩個(gè)此類試樣在短的一側(cè)重疊1cm的長(zhǎng)度且重疊面積為3cm2，在10kg/cm2下加壓，在該狀態(tài)下加熱到250℃，保持60秒，并將其冷卻以制備用于250℃粘合強(qiáng)度評(píng)價(jià)的試樣。在沒(méi)有載荷下將一些此類試樣加熱至750℃保持2小時(shí)并將其冷卻，以制備用于750℃粘合強(qiáng)度評(píng)價(jià)的試樣。使用拉伸試驗(yàn)機(jī)評(píng)價(jià)如此制備的試樣的粘合強(qiáng)度。結(jié)果在表4中示出。
表4


如表4所示，具有平均粒度為2μm-20μm的玻璃料的1-5號(hào)條件的樣品顯示出優(yōu)異的粘合強(qiáng)度、10kg/cm2或更高的250℃粘合強(qiáng)度和1kg/cm2或更高的750℃粘合強(qiáng)度，而具有平均粒度為25μm的玻璃料的6號(hào)條件的樣品顯示出差的粘合強(qiáng)度，例如5kg/cm2的250℃粘合強(qiáng)度和過(guò)小而不能評(píng)價(jià)的750℃粘合強(qiáng)度。
具有平均粒度為20μm或更小的玻璃料的本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)于其中平均粒度為25μm的對(duì)比實(shí)施例。
實(shí)施例2制備與由B2O3＝25質(zhì)量％、SiO2＝65質(zhì)量％、Na2O＝10質(zhì)量％組成且30℃-300℃的線性熱膨脹系數(shù)為40×10-7(℃-1)的玻璃料混合的水性懸浮液(本發(fā)明實(shí)施例)和相同的但是與由B2O3＝50質(zhì)量％、SiO2＝25質(zhì)量％、K2O＝25質(zhì)量％組成且30℃-300℃的線性熱膨脹系數(shù)為170×10-7(℃-1)的玻璃料混合的懸浮液(對(duì)比實(shí)施例)，該水性懸浮液各自包含20質(zhì)量％(基于100％總固體的質(zhì)量)由丙烯酸樹(shù)脂∶環(huán)氧樹(shù)脂∶酚樹(shù)脂＝11∶3∶4(質(zhì)量％)組成的樹(shù)脂。每個(gè)實(shí)施例中使用的玻璃料具有10μm的平均粒度。在每種情況下將包含玻璃料的溶液中的樹(shù)脂/玻璃料混合比調(diào)節(jié)到100％。
使用輥涂機(jī)將每種涂料溶液涂覆到厚度為0.5mm具有鉻酸鎂絕緣涂層的完工退火的非取向電工鋼板上至每一面的涂覆量為8g/m2。將該板材在140℃下干燥并冷卻。每一面的涂層厚度為6μm。由每個(gè)樣品制備內(nèi)徑為10.16cm(4英寸)外徑為12.7cm(5英寸)的環(huán)形樣品。將二十個(gè)層壓片堆疊并在10kg/cm2下加壓和在250℃下加熱4小時(shí)以制備粘合劑涂覆的磁芯。將此磁芯在非加壓狀態(tài)下于750℃的溫度下退火2小時(shí)。最后，評(píng)價(jià)在50Hz下的磁芯損耗和1.5特斯拉的磁通量密度。結(jié)果在表5中示出。
表5

如表5所示，1號(hào)條件下具有線性熱膨脹系數(shù)為40×10-7(℃-1)的玻璃料的磁芯具有3.05(W/kg)的好的磁芯損耗，而2號(hào)條件下具有線性熱膨脹系數(shù)為170×10-7(℃-1)的玻璃料的磁芯具有高達(dá)3.27(W/kg)的差的磁芯損耗。這樣，可以獲知本發(fā)明的發(fā)明性實(shí)施例優(yōu)于對(duì)比實(shí)施例。
實(shí)施例3制備以下四類涂料溶液。
涂料溶液A向100質(zhì)量份水中，混合入40質(zhì)量份含20質(zhì)量％潛性固化劑的丙烯?；男缘沫h(huán)氧樹(shù)脂乳液和5質(zhì)量份甲基乙基酮。通過(guò)涂覆和烘烤此涂料溶液獲得的樹(shù)脂具有104℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度并且在120℃或更高溫度下軟化。
涂料溶液B向100質(zhì)量份水中，混合入40質(zhì)量份丙烯酸樹(shù)脂乳液、40質(zhì)量份環(huán)氧樹(shù)脂乳液和4質(zhì)量份胺基環(huán)氧固化劑。通過(guò)涂覆和烘烤此涂料溶液獲得的樹(shù)脂在150℃或更高溫度下軟化。
涂料溶液C向178g甲基三乙氧基硅烷和138g乙醇的混合溶液中滴加35.3g水和1.04g 35％鹽酸的水溶液用以水解。使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器在58℃下將經(jīng)水解的溶液濃縮直到溶劑不再進(jìn)行蒸發(fā)。濃縮物的質(zhì)量是濃縮之前溶液質(zhì)量的30％。此濃縮物的質(zhì)均分子量是10000。因?yàn)榇藵饪s物顯示可拉性，所以顯然甲基三乙氧基硅烷以線型聚合物形式聚合。此濃縮物在70℃下加熱處理15分鐘固化，但是從大約180℃軟化。向100質(zhì)量份此濃縮物中，混合入200質(zhì)量份乙醇。
涂料溶液D
將178g甲基三乙氧基硅烷和152g四甲氧基硅烷分散在270.3g 2-乙氧基乙醇中。通過(guò)使用4.8g乙酸作為催化劑并添加36g水用于水解，制備了涂料溶液。此硅氧烷聚合物加熱時(shí)不軟化。
在表6中，在涂料溶液的中行玻璃組合物之后括號(hào)中給出的溫度是玻璃軟化溫度。表6中列出的玻璃都是平均粒度為2μm的粉末。實(shí)施例和對(duì)比實(shí)施例是0.5mm厚的非取向電工鋼板，該電工鋼板兩面上都通過(guò)輥涂機(jī)涂有各自的涂料溶液并在設(shè)置在70℃的烘箱中烘烤15分鐘。涂覆量為7g/m2。在每種情況下，在烘烤之后涂層表面沒(méi)有粘性。
使用寬度為3cm長(zhǎng)度為10cm的兩個(gè)試樣。將試樣的一部分重疊以產(chǎn)生面積為6cm2的接觸部分，然后將試樣熱壓。在熱壓之前，削去除粘結(jié)部分以外的涂層的部分。通過(guò)在200℃和10MPa下熱壓1分鐘將該兩個(gè)試樣粘結(jié)。在氮?dú)庵性?50℃下進(jìn)行消除應(yīng)力退火2小時(shí)。用粘結(jié)表面的剪切拉伸強(qiáng)度、水平方向強(qiáng)度評(píng)價(jià)消除應(yīng)力退火前后的粘合強(qiáng)度。
對(duì)比實(shí)施例1是軟化溫度高于消除應(yīng)力退火溫度的玻璃，在退火之后沒(méi)有顯示粘合性。對(duì)比實(shí)施例2是其中樹(shù)脂經(jīng)加熱不軟化的類型，通過(guò)熱壓不顯示粘合性。對(duì)比實(shí)施例3不包含低熔點(diǎn)玻璃，導(dǎo)致在消除應(yīng)力退火之后沒(méi)有粘合性。
表6


1)將主要由鉻酸鎂和丙烯酸樹(shù)脂組成的混合的無(wú)機(jī)-有機(jī)溶液涂覆并烘烤以在表面上形成絕緣涂層。
實(shí)施例4
制備以下四類涂料溶液。
涂料溶液A向100質(zhì)量份水中，混合入40質(zhì)量份含20質(zhì)量％潛伏性固化劑的丙烯?；男缘沫h(huán)氧樹(shù)脂乳液和5質(zhì)量份甲基乙基酮。通過(guò)涂覆和烘烤此涂料溶液獲得的樹(shù)脂具有104℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度并且在120℃或更高溫度下軟化。
涂料溶液B將100質(zhì)量份水、40質(zhì)量份丙烯酸樹(shù)脂乳液、40質(zhì)量份環(huán)氧樹(shù)脂乳液和4質(zhì)量份胺基環(huán)氧固化劑混合。通過(guò)涂覆和烘烤此涂料溶液獲得的樹(shù)脂在150℃或更高溫度下軟化。
涂料溶液C向178g甲基三乙氧基硅烷和138g乙醇的混合溶液中，滴加由35.3g水和1.04g 35％鹽酸組成的水溶液用以水解。使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器在58℃下將經(jīng)水解的溶液濃縮直到溶劑不再進(jìn)行蒸發(fā)。濃縮物的質(zhì)量是濃縮之前溶液質(zhì)量的30％。此濃縮物具有10000的質(zhì)量平均分子量。此濃縮物顯示出可拉性，所以顯然甲基三乙氧基硅烷以線型聚合物形式聚合。此濃縮物在70℃下熱處理15分鐘固化，但是從大約180℃軟化。向100質(zhì)量份此濃縮物中，混合入200質(zhì)量份乙醇。
在這些實(shí)施例中，將涂料溶液A-C用水稀釋，然后添加各種類型的水玻璃以制備涂料溶液。實(shí)施例和對(duì)比實(shí)施例是0.5mm厚的非取向電工鋼板，該電工鋼板兩面上都用輥涂機(jī)涂有各自的涂料溶液并在設(shè)置在70℃的烘箱中烘烤15分鐘。涂覆量為10g/m2。在每種情況下，烘烤之后涂層表面沒(méi)有粘性。使用寬度為3cm長(zhǎng)度為10cm的兩個(gè)試樣。將試樣的一部分重疊以產(chǎn)生面積為6cm2的接觸部分，然后將試樣熱壓。在熱壓之前，削去除粘結(jié)部分以外的涂層的部分。通過(guò)在200℃和10MPa下熱壓1分鐘將該兩個(gè)試樣粘結(jié)。在氮?dú)庵性?50℃下進(jìn)行消除應(yīng)力退火2小時(shí)。用剪切拉伸強(qiáng)度即粘結(jié)表面水平方向的強(qiáng)度評(píng)價(jià)消除應(yīng)力退火前后的粘合強(qiáng)度。
表7


1)將主要由鉻酸鎂和丙烯酸樹(shù)脂組成的混合的無(wú)機(jī)-有機(jī)溶液涂覆并烘烤以在表面上形成絕緣涂層。
實(shí)施例5制備實(shí)施例3中描述的涂料溶液D。將10質(zhì)量份平均粒度為4μm和軟化溫度為200℃的聚酯球狀顆?；旌喜⒎稚⒌?00質(zhì)量份涂料溶液D中。使用輥涂機(jī)將它涂覆到具有通過(guò)混合的無(wú)機(jī)-有機(jī)溶液獲得的表面涂層的非取向電工鋼板上，然后在設(shè)置到100℃的烘箱中烘烤。涂覆量為10g/m2。使用寬度為3cm長(zhǎng)度為10cm的兩個(gè)試樣。將試樣的一部分重疊以產(chǎn)生面積為6cm2的接觸部分，然后將試樣熱壓。在熱壓之前，削去除粘結(jié)部分以外的涂層的部分。通過(guò)在230℃和10MPa下熱壓1分鐘將該兩個(gè)試樣粘結(jié)。在氮?dú)庵性?50℃下進(jìn)行消除應(yīng)力退火2小時(shí)。用剪切拉伸強(qiáng)度即粘結(jié)表面水平方向的強(qiáng)度評(píng)價(jià)消除應(yīng)力退火前后的粘合強(qiáng)度。消除應(yīng)力退火前后的粘合強(qiáng)度是1.0MPa和2.1MPa。
工業(yè)應(yīng)用性根據(jù)本發(fā)明，可以提供具有耐熱粘合性絕緣涂層的電工鋼板，在沖壓或切割之后該耐熱粘合性絕緣涂層使用加壓和加熱能夠粘合以使磁芯整合并且隨后即使在消除應(yīng)力退火之后仍能維持其粘合性。該磁芯可以在不用焊接和聯(lián)鎖的情況下層壓以避免由于焊接或聯(lián)鎖造成的磁芯損耗惡化，并且粘合和絕緣能力即使在消除應(yīng)力退火之后也得以保持，所以可以獲得電性能方面優(yōu)越的磁芯。
權(quán)利要求
1.耐熱粘合性絕緣涂層，包括軟化點(diǎn)為室溫至300℃的樹(shù)脂和軟化點(diǎn)不超過(guò)1000℃的低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物。
2.權(quán)利要求1的耐熱粘合性絕緣涂層，其特征在于250℃粘合強(qiáng)度為10kg/cm2或更高且750℃粘合強(qiáng)度為1kg/cm2或更高。
3.權(quán)利要求1的耐熱粘合性絕緣涂層，其特征在于在30℃-300℃下線性熱膨脹系數(shù)為10×10-7(℃-1)-150×10-7(℃-1)。
4.權(quán)利要求1的耐熱粘合性絕緣涂層，其特征在于低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物是低熔點(diǎn)玻璃料、水玻璃或其中還混合有膠體二氧化硅的這些。
5.權(quán)利要求4的耐熱粘合性絕緣涂層，其特征在于低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物具有20μm或更小的平均粒度。
6.權(quán)利要求4的耐熱粘合性絕緣涂層，其特征在于樹(shù)脂與低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物的混合比按質(zhì)量百分率計(jì)為20％-500％。
7.權(quán)利要求4的耐熱粘合性絕緣涂層，其特征在于低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物是SiO2-B2O3-R2O-基低熔點(diǎn)玻璃(R是堿金屬)。
8.權(quán)利要求4的耐熱粘合性絕緣涂層，其特征在于所述水玻璃是硅酸鈉。
9.權(quán)利要求1的耐熱粘合性絕緣涂層，其特征在于所述樹(shù)脂包括一種或多種選自環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、酚樹(shù)脂、主要由丙烯酰基改性的環(huán)氧樹(shù)脂乳液組成的、含潛性固化劑的、不完全固化樹(shù)脂或硅氧烷聚合物的樹(shù)脂。
10.具有耐熱粘合性絕緣涂層的電工鋼板，其由至少一個(gè)表面上具有權(quán)利要求1的涂層的鋼板組成。
11.權(quán)利要求10的具有耐熱粘合性絕緣涂層的電工鋼板，其特征在于耐熱粘合性絕緣涂層具有0.5μm-20μm的厚度。
12.使用權(quán)利要求10的具有耐熱粘合性絕緣涂層的電工鋼板的磁芯。
13.使用具有耐熱粘合性絕緣涂層的電工鋼板的磁芯的制備方法，包括將權(quán)利要求10的電工鋼板堆疊和加壓以形成電工鋼板層壓片，然后在600-900℃的溫度下將這些退火以獲得層壓的磁芯。
14.權(quán)利要求13的使用具有耐熱粘合性絕緣涂層的電工鋼板的磁芯的制備方法，進(jìn)一步包括，至少在加壓步驟中，通過(guò)加熱到粘合將它們連接或者通過(guò)聯(lián)鎖或夾具或通過(guò)兩者將它們連接。
全文摘要
本發(fā)明提供其表面涂有耐熱粘合性絕緣涂層的電工鋼板，該絕緣涂層在堆疊之后通過(guò)加壓和加熱能夠產(chǎn)生粘合性并且能夠消除應(yīng)力退火；使用該電工鋼板的磁芯及其制備方法，即獲得由耐熱粘合性絕緣涂層涂覆的電工鋼板，該耐熱粘合性絕緣涂層包括在室溫到300℃下軟化的樹(shù)脂和具有的由差熱分析法評(píng)價(jià)的軟化點(diǎn)為1000℃或更低的低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)組合物。通過(guò)將這些電工鋼板堆疊和壓在一起，獲得了能夠經(jīng)受消除應(yīng)力退火的粘結(jié)且緊固的磁芯。
文檔編號(hào)H01F1/18GK101040022SQ20058003484
公開(kāi)日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2005年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月18日
發(fā)明者山田紀(jì)子, 藤井浩康, 久保祐治, 竹田和年, 高橋史明, 有田吉宏, 大畑喜史 申請(qǐng)人:新日本制鐵株式會(huì)社