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摘要：針對磁性材料特殊性能的要求，選取環(huán)氧樹脂及其固化劑為主體配方，功能性填料及特殊助劑為添加物質(zhì)，通過配方優(yōu)化，研制出能滿足磁性材料特殊性能要求的絕緣粉末涂料。同時通過工藝調(diào)整，實現(xiàn)該絕緣粉末涂料流化床浸涂的涂裝方式。

 

引言

 

磁性材料是重要的基礎(chǔ)功能材料，具有轉(zhuǎn)換、傳遞、處理、存儲信息和能量等功能，應(yīng)用范圍廣泛，如電聲、選礦、能源、家用電器、醫(yī)療衛(wèi)生、汽車、自動控制、信息技術(shù)等領(lǐng)域?qū)Υ判圆牧嫌兄豢商娲男枨?。磁性材料作為一種清潔能源，在節(jié)能環(huán)保、新能源、電動汽車、智慧城市、智慧地球等新興領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用，并逐漸應(yīng)用于機器人、無人機、航空航天、衛(wèi)星遙感等軍事國防領(lǐng)域，符合當(dāng)前國家提倡節(jié)能環(huán)保、綠色發(fā)展方向。

中國作為世界最主要的磁性材料生產(chǎn)大國，在政策指引方面有著細致的布局，從2021年起，政策的指向性明確地標(biāo)出了綠色、智能和高質(zhì)量發(fā)展的道路，在產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)數(shù)量上做出了鮮明的導(dǎo)向型，即高質(zhì)量綠色發(fā)展為主要發(fā)展思想，這也對磁性材料行業(yè)未來的發(fā)展起到了風(fēng)向標(biāo)的作用。

粉末涂料以其低污染，近乎零VOCs排放等特點，逐漸成為磁性材料企業(yè)的選擇方向，漆改粉成為涂料相關(guān)行業(yè)的發(fā)展趨勢。

本文通過選取不同環(huán)氧樹脂、固化劑、填料及特殊助劑，進行實驗對比，研制出能滿足磁性材料耐電壓擊穿、高導(dǎo)傳輸、雙85老化(85℃，85%RH)、耐丙酮、冷熱沖擊等性能要求的絕緣粉末涂料。同時通過工藝調(diào)整，實現(xiàn)該絕緣粉末涂料流化床浸涂的涂裝方式。

 

1.1 實驗主要原材料

 

雙酚A型環(huán)氧樹脂A、樹脂B、樹脂C、樹脂D：工業(yè)級，二步法；改性環(huán)氧樹脂：工業(yè)級；環(huán)氧固化劑A、環(huán)氧固化劑B、環(huán)氧固化劑C、環(huán)氧固化劑D：工業(yè)級；金紅石型二氧化鈦：工業(yè)級；功能性填料A、功能性填料B、功能性填料C、功能性填料D：工業(yè)級；粉末涂料通用顏料：工業(yè)級；粉末涂料通用助劑(安息香、流平劑、脫氣劑等)：工業(yè)級；二甲基咪唑：工業(yè)級。

 

1.2 粉末涂料的制備

 

按表1的基礎(chǔ)配方制備粉末涂料，通過不同原材料制備的粉末涂料性能表征也不同。將制備好的粉末涂料用流化床浸涂的方式涂覆于經(jīng)過處理的磁性材料上，并在160℃下烘烤5min固化得到涂層樣品。

 

1.3 性能表征

 

以磁性材料標(biāo)準(zhǔn)測試該粉末涂料各項性能，主要包括耐電壓擊穿、高導(dǎo)傳輸、耐雙85、耐丙酮、耐冷熱沖擊等性能(見表2)。通過對不同配方樣品進行測試，比較不同配方涂層的基本性能，選取最優(yōu)配方。

 

2.1 環(huán)氧樹脂的選擇

 

環(huán)氧樹脂常用于制備絕緣粉末涂料，其具有優(yōu)異的絕緣性、耐腐蝕性能與優(yōu)異的堅韌性，環(huán)氧樹脂中的羥基具有高度極性，可以與金屬表面形成化學(xué)鍵，可以提高涂層與基材的附著力，使得產(chǎn)品耐刮花、涂層不易脫落。且與改性環(huán)氧樹脂搭配使用時，增加了樹脂的官能度，不僅加快了樹脂的反應(yīng)速度，也增加了它的交聯(lián)密度，使得其制得的涂層耐熱性、耐溶劑性能等也隨之增強，完全貼合磁性材料用流化床浸涂絕緣粉末涂料的需求。

 

 

試驗選取4種不同環(huán)氧當(dāng)量的雙酚A型環(huán)氧樹脂作為試驗樹脂(樹脂A環(huán)氧當(dāng)量為720~740 mol/100 g，樹脂B環(huán)氧當(dāng)量為810~890 mol/100 g，樹脂C環(huán)氧當(dāng)量為900~950 mol/100 g，樹脂D環(huán)氧當(dāng)量為1200~1450 mol/100 g)，搭配改性環(huán)氧樹脂，環(huán)氧固化劑A，功能性填料，二甲基咪唑促進劑以及通用助劑，按照上述基礎(chǔ)配方制備磁性材料用流化床浸涂絕緣粉末涂料，并測試其涂層基本性能，結(jié)果如表3。

 

 

 

結(jié)果表明，在固化體系與填料、助劑相同的情況下，4種環(huán)氧樹脂中環(huán)氧樹脂C的綜合性能最佳，因此選擇環(huán)氧樹脂C作為磁性材料用流化床浸涂絕緣粉末涂料的主體樹脂。

 

2.2 固化體系的選擇

 

環(huán)氧粉末涂料用固化劑除了應(yīng)具備一般粉末涂料用固化劑的條件外，還應(yīng)具備與環(huán)氧樹脂中的環(huán)氧基、羥基等活性反應(yīng)基團進行交聯(lián)反應(yīng)的基團。當(dāng)然，固化劑種類不同，反應(yīng)基團也不同，制得的環(huán)氧粉末涂料的性能也各不相同。一般市場上的固化劑很多種類，這里我們選擇環(huán)氧固化劑A、B、C、D這4種固化劑進行實驗。

選取環(huán)氧樹脂C，搭配改性環(huán)氧樹脂，以環(huán)氧固化劑A、B、C、D為固化劑，添加功能性填料A，二甲基咪唑以及通用助劑，按照基礎(chǔ)配方制備磁性材料用流化床浸涂絕緣粉末涂料，并測試其涂層基本性能。

結(jié)果表明，4種固化劑與環(huán)氧樹脂C反應(yīng)后得到的產(chǎn)物除高導(dǎo)傳輸性能外均很優(yōu)異，但由于反應(yīng)的交聯(lián)密度過高，使得涂層的高導(dǎo)傳輸性能受到限制，磁性材料信號傳輸受到阻礙。這也是粉末涂料界的一個難題，在保證涂層絕緣性能的前提下，提高涂層的傳導(dǎo)性能，維持絕緣與高導(dǎo)性能的平衡，使得二者兼具。在這里我們可以看到，環(huán)氧固化劑A與環(huán)氧固化劑C的各項性能均很優(yōu)異，高導(dǎo)傳輸性能也符合客戶需求，電感降幅在5%以內(nèi)。特別是環(huán)氧固化劑C，固化條件可達到5 min@140 ℃，但由于成本需求，這里我們選擇同樣各項性能均達標(biāo)的環(huán)氧固化劑A作為磁性材料用流化床浸涂絕緣粉末涂料的固化劑。

 

2.3 顏填料的選擇

 

在環(huán)氧粉末涂料中，顏料跟填料都是不可缺少的組成部分。對于絕緣粉末涂料，應(yīng)選擇電絕緣性能優(yōu)秀的顏料和填料，且磁性材料的涂層有鹵素要求，因此在顏填料的選擇方面極其重要。這里我們選擇含有Si－O鍵的功能性填料A、B以及兩種市場上常見的填料C、D進行實驗。功能性填料A、B結(jié)構(gòu)由二氧化硅組成的，二氧化硅結(jié)構(gòu)中的Si－O鍵會形成一種化學(xué)作用力，在固化物中形成類似硅酸鹽的結(jié)構(gòu)，使得涂層的耐溶劑性和絕緣性更加良好，且含有硅氧烷官能團的硅酸鹽類填料穩(wěn)定性高，其磷酸根能與金屬進行反應(yīng)，形成致密結(jié)構(gòu)，保證涂層與基材之間的附著力，從而保證涂層性能的穩(wěn)定性。這里選取功能性填料A、B以及常見填料C、D進行實驗。

選取環(huán)氧樹脂C，搭配改性環(huán)氧樹脂，以環(huán)氧固化劑A為固化劑，添加填料A、B、C、D，二甲基咪唑為促進劑以及通用助劑，按照基礎(chǔ)配方制備磁性材料用流化床浸涂絕緣粉末涂料，并測試其涂層基本性能。

 

結(jié)果表明，在樹脂、固化劑與助劑相同的情況下，功能性填料A與功能性填料B的綜合性能最佳，各項性能都能符合客戶需求?？紤]成本及其他因素，因此選擇功能性填料A作為磁性材料用流化床浸涂絕緣粉末涂料的填料。

 

3、產(chǎn)品的應(yīng)用

 

通過以上實驗數(shù)據(jù)對比，選擇最優(yōu)配方，即以環(huán)氧樹脂C為主體樹脂，搭配改性環(huán)氧樹脂，添加環(huán)氧固化劑A，功能性填料A，按照一定的配比，通過雙螺桿擠出機熔融擠出，制得磁性材料用流化床浸涂絕緣粉末涂料。

將制得的產(chǎn)品投入流化床涂裝機器中，磁性材料通過高溫預(yù)熱處理后進行涂裝，結(jié)果如圖5。

4、結(jié)語

 

以環(huán)氧樹脂C為主體樹脂，搭配改性環(huán)氧樹脂，添加環(huán)氧固化劑A，功能性填料A，按照一定的配比制得的磁性材料用流化床浸涂絕緣粉末涂料各項性能優(yōu)異，均能滿足客戶生產(chǎn)需求，擁有廣闊的市場前景。

 

來源：2023粉末涂料與涂裝第二期

 

作者：文 / 戴創(chuàng)波、高慶福、史中平、譚一航、潘帥軍( 中國電器科學(xué)研究院股份有限公司、 擎天材料科技有限公司 )