一种新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料及其制备方法与流程

本发明属于硅钢用涂料制备技术领域，具体涉及一种新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料及其制备方法。

背景技术：

无取向硅钢主要用于发电机、电动机、电讯器材和新能源汽车驱动电机等铁芯的制造，是电子、电力、军事工业和新能源汽车等领域不可缺少的含碳极低的重要软磁合金。硅钢的质量水平直接影响电机性能，其中铁损是衡量硅钢产品性能的主要指标。铁损主要包括磁滞损耗、涡流损耗和反常损耗三部分，为了减少涡流损耗在电机使用时的影响，通常采用对硅钢表面涂敷一层绝缘涂层的方法，具有高层间电阻的硅钢绝缘涂层可以有效减小电机涡流损耗。

随着国家新能源汽车发展战略的实施及行业快速发展，满足新能源汽车驱动电机生产用的硅钢不但对高频铁损p1.0/400提出新的要求，同时对使用的硅钢绝缘涂料也提出了新的要求。随着电机效率和能耗要求的逐步提高，普通牌号规格的硅钢产品的性能难以满足市场上的特定要求，除了对新能源汽车专用硅钢的薄规格(厚度0.30mm、0.27mm和0.23mm等)、高频条件下的低铁损和高磁感等性能要求外，对硅钢表面的绝缘涂层性能要求也在提高。由于新能源汽车驱动电机相对较大，尤其是用于城市交通的公交大巴客气，对硅钢涂层的绝缘性和焊接性能要求更高，常规的硅钢涂层满足不了稳定使用需求。具有较优的环保性、焊接性及高层间电阻等性能的硅钢绝缘性涂层越来越受到新能源汽车领域重视。

无取向硅钢的绝缘涂层种类主要包括：无机涂层、有机涂层和半有机涂层，目前国内硅钢企业使用最多的是镁系铬酸盐半有机涂层。国内各大钢铁企业中，武钢和宝钢的硅钢涂料均是在引进日本新日铁或jfe的技术的基础上消化吸收，在生产中不断改进形成自主配方体系；鞍钢大部分使用的是上海振泰化工公司提供的tm4含铬涂料；太钢在环保涂层方面走在了国内钢厂的前列，在高牌号领域大规模使用无铬环保涂层和硅钢c6涂层。马钢使用的m11硅钢绝缘涂料，采用水性体系中铬酸盐与氧化镁反应生成铬酸镁，然后添加一定的水溶性丙烯酸树脂、还原剂和助剂等，配制成半有机绝缘涂料，在使用过程中，该涂层具有优良的绝缘性能、耐热性和表面均匀性等优点。以上无取向硅钢涂层仍广泛使用含有cr⁶⁺的绝缘涂料，其不仅具有成本低和涂装工艺简单等优点，还具有优良的耐热性、附着性能、耐腐蚀性能、绝缘性能和冲剪性等，但cr⁶⁺的存在不仅对环境有害，废液处理困难，而且对人体具有致癌作用，特别是2006年rohs指令的颁布，出口到欧盟的电子电器产品严禁使用含有六价铬的涂层产品，因此环保型无取向硅钢半有机绝缘涂料的研究得到快速发展。

目前，许多无取向硅钢半有机绝缘涂料都涉及磷酸盐代替铬酸盐的方式，发展环保涂层，而且各组分中分别采用0.5％～15％、0.5～6％、10％～30％、1％～5％硅溶胶作为粘合剂，具有无毒、耐高温、隔热和吸附力强等优点，但对涂层的焊接性和高层间电阻性能并没有表现出较优的品质，特别是针对新能源汽车驱动电机领域，还未见到专用硅钢绝缘涂料方面的报道。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料及其制备方法，替代目前使用的含有cr⁶⁺的绝缘涂料，解决了cr⁶⁺造成的环保问题。同时保证了该涂层具有良好的绝缘性能、耐热性能、耐腐蚀性能以及优良的附着性等，尤其具有焊接性和高层间电阻，达到满足新能源汽车领域对专用硅钢涂层性能要求。

本发明采取的技术方案为：

一种新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料，包括以下重量百分比的原料：

水溶性树脂5％～30％；

磷酸二氢盐8％～30％；

烯丙氧基羟丙基磺酸钠1％～5％；

硼化合物1％～6％；

改性纳米sio24％～18％；

助溶剂1％～10％；

助剂1％～10％；

余量为去离子水，各原料总和为100％。

进一步地，优选为包括以下重量百分比的原料：

水溶性树脂12％～20％；

磷酸二氢盐10％～25％；

烯丙氧基羟丙基磺酸钠2％～4％；

硼化合物2％～5％；

改性纳米sio28％～16％；

助溶剂2％～8％；

助剂2％～8％；

余量为去离子水，各原料总和为100％。

所述水溶性树脂包括水溶性丙烯酸树脂、水溶性硅丙树脂、水溶性环氧树脂、水溶性苯丙树脂、水溶性聚氨酯树脂和水溶性纯丙树脂中的一种或两种的任意比例的组合，优选为水溶性丙烯酸树脂。

所述磷酸二氢盐为al(h2po4)3、mg(h2po4)2、zn(h2po4)2、ca(h2po4)2和kh2po4中的一种或几种组合。在成膜过程中起到粘接骨架的作用，优选al(h2po4)3、mg(h2po4)2、zn(h2po4)2中的一种或几种组合。

所述硼化合物为硼酸、硼酸锂、硼酸钠、硼酸钾中的一种或多种。优选硼酸、硼酸钠中的一种或两种。硼化合物以三配位b～o平面三角形或四配位b～o四面体结构与zn²⁺、mg²⁺、al³⁺和ca²⁺离子等通过b～o～me连接脱水缩合，形成链、层或三维网状结构的稳定聚合体，增加膜层的致密性，提高硅钢绝缘涂层的层间电阻性能。

所述改性纳米sio2为聚四氟乙烯乳液改性纳米sio2，其作用是增加无取向硅钢绝缘涂层的自润滑性能和绝缘涂层的致密性，提高新能源汽车驱动电机用硅钢冲片性能。

所述助溶剂为乙二醇、丙三醇、丁四醇中的一种或两种组合，其作用是提高乳液和无机盐的结合能力，增加绝缘涂料的稳定性，促进绝缘涂料的成膜。

所述助剂为分散剂、润湿剂、流平剂、成膜助剂和消泡剂，改善绝缘涂料在硅钢薄板表面的综合性能；溶剂优选去离子水。

所述改性纳米sio2的制备方法为：取30g去离子水放入反应釜中，添加20g纳米sio2，在800r/min的高速分散条件下添加聚四氟乙烯乳液50g，速度提升到1200r/min条件下搅拌30min，制备的改性纳米sio2备用；

所述烯丙氧基羟丙基磺酸钠改性水性丙烯酸树脂的制备方法为：在300r/min的缓慢分散条件下，100g水溶性树脂中添加5g烯丙氧基羟丙基磺酸钠，搅拌30min。

本发明还提供了所述的新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在搅拌的条件下，向水溶性树脂中添加烯丙氧基羟丙基磺酸钠，搅拌30～40min后制备得到烯丙氧基羟丙基磺酸改性水溶性树脂；钠盐的加入可以有效提高水溶性树脂与无机盐的有效结合，提高涂层的焊接性能；

(2)将配方量分散剂溶解在去离子水中，在高速搅拌的情况下，依次添加配方量的硼化合物、磷酸二氢盐、改性纳米sio2，搅拌35～60min，然后在低速搅拌下，添加步骤(1)得到的烯丙氧基羟丙基磺酸改性水溶性树脂，继续搅拌30～45min，依次添加润湿剂、流平剂、成膜助剂和消泡剂，搅拌均匀即得所述新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料。

进一步地，所述高速搅拌的转速为1000～1500r/min；所述低速搅拌的转速为500～800r/min。

与现有技术相比，本发明具有以下突出效果：

1)烯丙氧基羟丙基磺酸钠改性水溶性丙烯酸树脂与磷酸二氢盐、硼化合物、改性纳米sio2、助溶剂、助剂等的复配使用，使得环保型无取向硅钢绝缘涂料涂敷到硅钢板上，具有优良的绝缘性能、附着性能、耐热性能、耐蚀性能及经750℃消除应力退火膜层良好，焊接性能得到明显提高；

2)采用聚四氟乙烯乳液改性纳米sio2，增加了无取向硅钢涂层的自润滑性能，有效提高无取向硅钢绝缘涂层的致密性和硅钢冲片性能，增加涂层的层间电阻；

3)采用乙二醇、丙三醇或丁四醇为助溶剂，提高了绝缘涂料的稳定性。

本发明提供的新能源汽车驱动电机用硅钢按常规的方法进行铁水预处理、炼钢、连铸、热轧、常化抛丸酸洗、冷轧、连续退火、绝缘涂层的涂敷和绝缘涂料的烧结固化等工艺进行生产。经涂层机组后在无取向硅钢表面形成一层绝缘性能优良的涂层，绝缘涂层厚度控制在0.50±0.20μm，在使用过程中，可以有效提升硅钢片之间的焊接性能，降低驱动电机涡流损耗，最终达到提高新能源汽车驱动电机效率的目的。

采用本发明研制的新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料不含有cr⁶⁺，对环境和人体无害；同时具有良好的绝缘性能、耐热性能、耐腐蚀性能以及优良的附着性，同时具备高层间电阻值和良好的焊接性能，达到满足新能源汽车驱动电机领域对硅钢绝缘涂层性能的要求。

附图说明

图1为本发明制备的硅钢绝缘涂层。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料，包括以下重量百分比的原料：

水溶性丙烯酸树脂18％；

烯丙氧基羟丙基磺酸钠2％；

al(h2po4)315％；

硼酸6％；

改性纳米sio214％；

乙二醇6％；

助剂2％；

余量为去离子水，各原料总和为100％；所述助剂包括0.3％分散剂、0.5％润湿剂、0.2％流平剂、0.5％成膜助剂和0.5％消泡剂。

所述改性纳米sio2的制备方法为：取30g去离子水放入反应釜中，添加20g纳米sio2，在800r/min的高速分散条件下添加聚四氟乙烯乳液50g，速度提升到1200r/min条件下搅拌30min，制备的改性纳米sio2备用；

所述新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在300r/min搅拌的条件下，向配方量的水溶性丙烯酸树脂中添加烯丙氧基羟丙基磺酸钠，搅拌30min后制备得到烯丙氧基羟丙基磺酸改性水溶性树脂；

(2)将配方量的分散剂溶解在去离子水中，在1200r/min高速搅拌的情况下，依次添加配方量的硼酸、al(h2po4)3、改性纳米sio2，搅拌35～60min，然后在600r/min低速搅拌下，添加步骤(1)得到的烯丙氧基羟丙基磺酸改性水溶性树脂，继续搅拌30min，依次添加润湿剂、流平剂、成膜助剂和消泡剂，搅拌均匀即得所述新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料。

实施例2

一种新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料，包括以下重量百分比的原料：

水溶性硅丙树脂12％；

烯丙氧基羟丙基磺酸钠3％；

mg(h2po4)218％；

硼酸锂5％；

改性纳米sio212％；

丙三醇5％；

助剂6％；

余量为去离子水，各原料总和为100％；所述助剂包括1.5％分散剂、2.0％润湿剂、1.0％流平剂、1.0％成膜助剂和0.5％消泡剂。

所述改性纳米sio2的制备方法为：取30g去离子水放入反应釜中，添加20g纳米sio2，在800r/min的高速分散条件下添加聚四氟乙烯乳液50g，速度提升到1200r/min条件下搅拌30min，制备的改性纳米sio2备用；

所述新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在300r/min搅拌的条件下，向配方量的水溶性硅丙树脂中添加烯丙氧基羟丙基磺酸钠，搅拌40min后制备得到烯丙氧基羟丙基磺酸改性水溶性树脂；

(2)将配方量的分散剂溶解在去离子水中，在1200r/min高速搅拌的情况下，依次添加配方量的硼酸锂、mg(h2po4)2、改性纳米sio2，搅拌35～60min，然后在800r/min低速搅拌下，添加步骤(1)得到的烯丙氧基羟丙基磺酸改性水溶性树脂，继续搅拌45min，依次添加润湿剂、流平剂、成膜助剂和消泡剂，搅拌均匀即得所述新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料。

实施例3

一种新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料，包括以下重量百分比的原料：

水溶性环氧树脂8％；

烯丙氧基羟丙基磺酸钠2％；

zn(h2po4)220％；

硼酸钠5％；

改性纳米sio29％；

丁四醇4％；

助剂4％；

余量为去离子水，各原料总和为100％；所述助剂包括1.0％分散剂、1.2％润湿剂、0.8％流平剂、0.5％成膜助剂和0.5％消泡剂。

所述改性纳米sio2的制备方法为：取30g去离子水放入反应釜中，添加20g纳米sio2，在800r/min的高速分散条件下添加聚四氟乙烯乳液50g，速度提升到1200r/min条件下搅拌30min，制备的改性纳米sio2备用；

所述新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在300r/min搅拌的条件下，向配方量的水溶性环氧树脂中添加烯丙氧基羟丙基磺酸钠，搅拌40min后制备得到烯丙氧基羟丙基磺酸改性水溶性树脂；

(2)将配方量的分散剂溶解在去离子水中，在1200r/min高速搅拌的情况下，依次添加配方量的硼酸钠、zn(h2po4)2、改性纳米sio2，搅拌35～60min，然后在700r/min低速搅拌下，添加步骤(1)得到的烯丙氧基羟丙基磺酸改性水溶性树脂，继续搅拌45min，依次添加润湿剂、流平剂、成膜助剂和消泡剂，搅拌均匀即得所述新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料。

实施例4

一种新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料，包括以下重量百分比的原料：

水溶性苯丙树脂15％；

烯丙氧基羟丙基磺酸钠5％；

ca(h2po4)222％；

硼酸钾4％；

改性纳米sio27％；

丙三醇6％；

助剂7％；

余量为去离子水，各原料总和为100％；所述助剂包括1.2％分散剂、1.4润湿剂、1.2％流平剂、1.8％成膜助剂和1.4％消泡剂。

所述改性纳米sio2的制备方法为：取30g去离子水放入反应釜中，添加20g纳米sio2，在800r/min的高速分散条件下添加聚四氟乙烯乳液50g，速度提升到1200r/min条件下搅拌30min，制备的改性纳米sio2备用；

所述新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在300r/min搅拌的条件下，向配方量的水溶性苯丙树脂中添加烯丙氧基羟丙基磺酸钠，搅拌30～40min后制备得到烯丙氧基羟丙基磺酸改性水溶性树脂；

(2)将配方量的分散剂溶解在去离子水中，在1200r/min高速搅拌的情况下，依次添加配方量的硼酸钾、ca(h2po4)2、改性纳米sio2，搅拌50min，然后在700r/min低速搅拌下，添加步骤(1)得到的烯丙氧基羟丙基磺酸改性水溶性树脂，继续搅拌45min，依次添加润湿剂、流平剂、成膜助剂和消泡剂，搅拌均匀即得所述新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料。

实施例5

一种新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料，包括以下重量百分比的原料：

水溶性聚氨酯树脂5％；

水溶性纯丙树脂5％；

烯丙氧基羟丙基磺酸钠2％；

mg(h2po4)215％；

kh2po410％；

硼酸2％；

硼酸锂2％；

改性纳米sio210％；

乙二醇2％；

丙三醇2％；

助剂8％；

余量为去离子水，各原料总和为100％；所述助剂包括1.5％分散剂、2.0％润湿剂、1.8％流平剂、1.2％成膜助剂和1.5％消泡剂。

所述改性纳米sio2的制备方法为：取30g去离子水放入反应釜中，添加20g纳米sio2，在800r/min的高速分散条件下添加聚四氟乙烯乳液50g，速度提升到1200r/min条件下搅拌30min，制备的改性纳米sio2备用；

所述新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在300r/min搅拌的条件下，向配方量的水溶性聚氨酯树脂和水溶性纯丙树脂中添加烯丙氧基羟丙基磺酸钠，搅拌40min后制备得到烯丙氧基羟丙基磺酸改性水溶性树脂；

(2)将配方量的分散剂溶解在去离子水中，在1200r/min高速搅拌的情况下，依次添加配方量的硼酸、硼酸锂、al(h2po4)3、kh2po4、改性纳米sio2，搅拌35～60min，然后在600r/min低速搅拌下，添加步骤(1)得到的烯丙氧基羟丙基磺酸改性水溶性树脂，继续搅拌45min，依次添加润湿剂、流平剂、成膜助剂和消泡剂，搅拌均匀即得所述新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料。

对比例1

一种新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料，包括以下重量百分比的原料：

水溶性丙烯酸树脂16％；

烯丙氧基羟丙基磺酸钠2％；

al(h2po4)310％；

硼酸4％；

改性纳米sio210％；

乙二醇5％；

助剂6％；

余量为去离子水，各原料总和为100％；所述助剂包括1.5％分散剂、2.0％润湿剂、1.0％流平剂、1.0％成膜助剂和0.5％消泡剂。

所述改性纳米sio2的制备方法为：取30g去离子水放入反应釜中，添加20g纳米sio2，在800r/min的高速分散条件下添加聚四氟乙烯乳液50g，速度提升到1200r/min条件下搅拌30min，制备的改性纳米sio2备用；

所述新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在300r/min搅拌的条件下，向配方量的水溶性丙烯酸树脂中添加烯丙氧基羟丙基磺酸钠，搅拌30min后制备得到烯丙氧基羟丙基磺酸改性水溶性树脂；

(2)将配方量的分散剂溶解在去离子水中，在1200r/min高速搅拌的情况下，依次添加配方量的硼酸、al(h2po4)3、改性纳米sio2，搅拌35～60min，然后在600r/min低速搅拌下，添加步骤(1)得到的烯丙氧基羟丙基磺酸改性水溶性树脂，继续搅拌30min，依次添加润湿剂、流平剂、成膜助剂和消泡剂，搅拌均匀即得所述新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料。

对比例2

一种新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料，包括以下重量百分比的原料：

水溶性丙烯酸树脂20％；

烯丙氧基羟丙基磺酸钠5％；

al(h2po4)318％；

硼酸2％；

改性纳米sio28％；

乙二醇4％；

助剂4％；

余量为去离子水，各原料总和为100％；所述助剂包括1.0％分散剂、1.2％润湿剂、0.8％流平剂、0.5％成膜助剂和0.5％消泡剂。

所述改性纳米sio2的制备方法为：取30g去离子水放入反应釜中，添加20g纳米sio2，在800r/min的高速分散条件下添加聚四氟乙烯乳液50g，速度提升到1200r/min条件下搅拌30min，制备的改性纳米sio2备用；

所述新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在300r/min搅拌的条件下，向配方量的水溶性丙烯酸树脂中添加烯丙氧基羟丙基磺酸钠，搅拌30min后制备得到烯丙氧基羟丙基磺酸改性水溶性树脂；

(2)将配方量的分散剂溶解在去离子水中，在1200r/min高速搅拌的情况下，依次添加配方量的硼酸、al(h2po4)3、改性纳米sio2，搅拌35～60min，然后在600r/min低速搅拌下，添加步骤(1)得到的烯丙氧基羟丙基磺酸改性水溶性树脂，继续搅拌30min，依次添加润湿剂、流平剂、成膜助剂和消泡剂，搅拌均匀即得所述新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料。

对比例3

一种新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料，包括以下重量百分比的原料：

水溶性丙烯酸树脂8％；

烯丙氧基羟丙基磺酸钠2％；

al(h2po4)326％；

硼酸5％；

改性纳米sio210％；

乙二醇6％；

助剂8％；

余量为去离子水，各原料总和为100％；所述助剂包括1.5％分散剂、2.0％润湿剂、1.8％流平剂、1.2％成膜助剂和1.5％消泡剂。

所述改性纳米sio2的制备方法为：取30g去离子水放入反应釜中，添加20g纳米sio2，在800r/min的高速分散条件下添加聚四氟乙烯乳液50g，速度提升到1200r/min条件下搅拌30min，制备的改性纳米sio2备用；

所述新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在300r/min搅拌的条件下，向配方量的水溶性丙烯酸树脂中添加烯丙氧基羟丙基磺酸钠，搅拌30min后制备得到烯丙氧基羟丙基磺酸改性水溶性树脂；

(2)将配方量的分散剂溶解在去离子水中，在1200r/min高速搅拌的情况下，依次添加配方量的硼酸、al(h2po4)3、改性纳米sio2，搅拌35～60min，然后在600r/min低速搅拌下，添加步骤(1)得到的烯丙氧基羟丙基磺酸改性水溶性树脂，继续搅拌30min，依次添加润湿剂、流平剂、成膜助剂和消泡剂，搅拌均匀即得所述新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料。

将各实施例和对比例制备出的无取向硅钢绝缘涂料涂布在无取向硅钢板上，并对绝缘涂层的性能进行测试，测试结果如表1所示。可见本发明各实施例得到的无取向硅钢绝缘涂层的绝缘性能、耐热性能、焊接性能和耐腐蚀性能均较好。

涂层外观评价通过肉眼观察判断；涂层附着性按照gb/t9286～1998来评定；涂层硬度按照gb/t6739～2006在qhq型铅笔划痕硬度仪上进行测试；层间电阻按照gb/t2522～2007规定的方法测定；耐热性通过750℃×2h，氮气保护退火评定；焊接性根据新能源汽车驱动电机用硅钢焊接表面是否起泡判定；耐腐蚀性能按照astmb117规定方法测定。

表1绝缘涂层性能测试结果

注：好○中◇差x

上述参照实施例对一种新能源汽车驱动电机用硅钢环保绝缘涂料及其制备方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。