电磁线用静电粉末涂料的研究与应用

　　随着我国现代化工业建设步伐的加快和出口产品的高速增长，机电、电子、通讯、自动化控制等行业的电磁线的用量不断增加，对产品质量的要求也不断提高，同时对在产品生产中的环境保护和提高生产效率等方面也提出了更严格的要求。然而目前在机电行业常用的氧化膜绝缘铝线电磁线的生产过程中，还是大量使用浓硫酸处理金属铝线得到氧化膜绝缘层的生产工艺。因为这种生产工艺在生产中大量使用浓硫酸，在敞开进行的生产工艺过程中大量挥发有刺激性的气体。这种刺激性气体，不仅对操作人员的鼻腔、呼吸道和皮肤造成一定的伤害；而且对生产车间和周围环境带来严重的污染。在生产中产生的废水，还需要进行严格的处理，否则对地下水质造成严重的污染。在生产效率方面，每次只能处理10条（根）铝线，处理速度也比较慢。用这种处理方法生产产品的最大缺点之一是涂膜的柔韧性差，在制作机电产品中进行弯曲或绕线时很容易损伤绝缘涂膜，从而影响机电产品的电绝缘性和产品质量；当然这种产品也有它的优点，最大的优点是处理膜的耐高温性很好。

　　为了克服铝线浓硫酸处理得到氧化膜绝缘层生产工艺的缺点，近几年来国内一些单位从事应用于电磁线用粉末涂料的研究和生产，如江苏兰陵化工集团有限公司、扬州三川实业有限公司、河南许昌华元氧化铝线厂、河南许昌华创科技实业有限公司等单位开发了电磁线用静电粉末涂料和涂装工艺，已有“电磁线用绝缘粉末涂料”（专利公开号CN1563216A，专利证书号第279269号）、“电磁线和漆包线用静电喷涂粉末涂料及其制备工艺”（专利公开号CN1908096A）、“电磁线的生产方法”（专利公开号CN1542870A）等专利和专利公开相继发表；还申请了“电磁线和漆包线用摩擦静电喷涂红外线固化粉末涂料及其制备方法和应用”（专利申请号200810196202、2）和“电磁线和漆包线的摩擦喷枪的静电粉末涂装法”（专利申请号200810049916、0）等专利。目前绝缘型静电喷涂电磁线用绝缘聚酯环氧粉末涂料已经获得江苏省高新技术新产品称号，还通过了常州市科委和经贸委的科研成果和新产品的鉴定，而且在工业化生产中广泛应用。另外，电磁线和漆包线用静电喷涂聚酯耐热绝缘粉末涂料也成功地应用到电磁线上，代替了部分铝材质电磁线，比较满意地应用到电焊机、干式变压器、电磁铁等电器产品方面。还有摩擦静电用粉末涂料与摩擦静电喷涂工艺也在河南许昌华创科技实业有限公司的电磁线粉末涂装线上得到满意的应用。

　　本文主要简单介绍电磁线用静电喷涂绝缘聚酯环氧粉末涂料的研制、制造工艺、涂膜性能、涂装工艺和应用情况。

　　电磁线用静电喷涂绝缘聚酯环氧粉末涂料是以聚酯树脂和环氧树脂为主要成膜物质，并添加电绝缘性__颜料和填料以及特殊助剂而组成。在成膜物质中，聚酯树脂是从不同生产厂家不同规格的十几种聚酯环氧粉末涂料用聚酯树脂（包括不同结构和活性的多元羧酸和不同结构和活性的多元醇相组合合成的不同酸值、软化点、熔融黏度和玻璃化温度的端羧基聚酯树脂）与环氧树脂以不同的配比组合的配方，经涂膜的外观、光泽、冲击强度、弯曲性和电绝缘性等性能试验筛选出的涂膜性能最满意的聚酯树脂品种。在粉末涂料配方中，聚酯树脂/环氧树脂可以用50/50、60/40、70/30不同的质量配比。

   环氧树脂是经筛选出来的聚酯树脂与不同的树脂结构、环氧值、软化点、含氯量的环氧树脂配制成粉末涂料，再经过涂膜的外观、光泽、冲击强度、弯曲性和电绝缘性试验筛选出来的最满意的环氧树脂品种。从粉末涂料的综合性能考虑，选用环氧值在0.10～0.14，软化点在85～105℃范围，含氯量较低，对催化剂的活性没有影响的双酚A型环氧树脂。

　　电磁线用粉末涂料中的颜料与填料品种是通过单一品种和复合品种配制相应的粉末涂料，经过涂膜的各种机械性能，特别是电绝缘性能的试验而确定的。另外，又通过颜料与填料在粉末涂料中的质量百分含量或涂膜中的百分含量对涂膜电绝缘性能的影响，选择比较理想的颜料与填料的用量。在选择颜料与填料品种时，除了具有一般粉末涂料用颜料与填料应具备的性能外，不应具有导电性和磁性，应具有很好的电绝缘性能。在选择颜料和填料品种及用量时，最好通过不同颜料和填料品种及用量对粉末涂料涂膜的电击穿电压的影响试验，选择最合适的品种和用量。一般电磁线粉末涂料中颜料的用量占配方总量的1%～5%，使用的主要目的是着色；填料的用量占配方总量的1%～30%，不同的配方体系和不同的填料品种的差别很大。从粉末涂料的优点来说，一次涂装的涂膜厚度比较厚，可以减少涂装道数；然而粉末涂料熔融流平时的黏度较大，表面张力也大，在成膜过程中容易产生针孔，这是粉末涂料的缺点。在溶剂型涂料中涂料的黏度很小，表面张力也小，成膜过程中不容易产生针孔，而且多道涂装以后产生针孔的几率更小，这是溶剂型涂料的优点。在电磁线绝缘粉末涂料中，涂膜的针孔是致命的缺点，为了克服这个缺点，在设计粉末涂料配方时，一定要考虑这一问题。

电磁线用粉末涂料对助剂的要求比一般粉末涂料的要求更高，特别要求涂膜的流平性好，不容易产生涂膜缩孔或针孔；同时还要求涂膜的边角覆盖力好，在涂装扁形铝线时保证边角（棱角）的涂膜厚度，这样才能保证涂膜有足够的电绝缘性能。实际上，涂膜流平性和涂膜边角覆盖力是相互矛盾的2个参数，不可能同时满足2种条件，只能找到2个参数的平衡点。在这种粉末涂料中使用的助剂，除了要具有一般粉末涂料中使用的助剂所具备的条件外，还要具有优异的电绝缘性能。在这种粉末涂料中，常用的助剂品种有流平剂、分散剂（润湿剂）、脱气剂、增韧剂、边角覆盖力改性剂、松散剂等，而且它们的用量要适当。一般助剂用量占总配方量的2%～5%。电磁线和漆包线用聚酯环氧粉末涂料参考配方见表1。

表1　电磁线和漆包线用聚酯环氧粉末涂料参考配方

　　电磁线用静电粉末涂料的制造方法与一般静电喷涂用粉末涂料的制造方法大致相同，主要工艺流程如下：

　　原材料在高速混合机中预混合→在挤出机中熔融挤出混合→挤出物冷却和破碎→漆片细粉碎和旋风分离→细粉在过筛机中过筛分离→分离磁性物→包装

因为这种粉末涂料是绝缘性粉末涂料，所以对粉末涂料的绝缘性能要求很高。从原材料的选择开始防止金属物和磁性物的带入，同时在生产过程中也要防止金属杂质的带入。为了达到这种要求，最好使用在挤出机的加料口带有磁性物质分离器的装置；在成品的包装前使用磁性物质消除装置。另外，从涂膜外观的流平性和最大限度地降低涂膜中的针孔和缩孔考虑，挤出机的熔融混合效果要好。为了防止涂膜表面的颗粒（或质点），在粉末涂料生产环境方面比一般粉末涂料生产的条件要高。在生产快速固化聚酯环氧绝缘粉末涂料时，为了防止粉末涂料产生胶化粒子，尽量使用挤出机的熔融挤出物料温度比较低的设备。根据铝线粗细规格的不同，对涂膜厚度的要求也不同，因此应根据涂膜厚度的要求生产满足粉末涂料粒度分布的粉末涂料。

电磁线用静电粉末涂料的技术指标见表2；粉末涂料的涂膜性能见表3。

表2　电磁线用聚酯环氧静电粉末涂料的技术指标

表3　电磁线用聚酯环氧静电粉末涂料的涂膜性能

　　电磁线用静电喷涂聚酯环氧绝缘粉末涂料的涂装工艺如下：

铝锭→挤压拉丝→热处理→除油→水洗→钝化→__烘干→粉末喷涂→烘烤固化→冷却→收线（产品）

　　在电磁线用静电喷涂聚酯环氧绝缘粉末涂料中，铝线外观的光洁度和表面处理的质量对涂膜的电击穿性能有决定性的影响。如果铝线的表面光洁度不好，有毛刺等弊病，容易引起涂膜厚度的不均匀，涂膜厚度比较薄的部位容易电击穿，最终使涂膜的电绝缘性很不好，达不到预期的要求。甚至有些毛刺使涂膜产生针孔或漏出底材造成短路。另外，如果铝线表面处理不好，涂膜与铝线的附着力不好，同样影响涂膜的电绝缘性和电磁线的机械强度等性能。

　　粉末涂料的涂装结果说明，金属铝线的杂质含量、热处理情况等因素对涂膜的绝缘性能和使用性能有很大的影响。要想得到涂膜的绝缘性能和绝缘导线的使用性能均好的产品，不仅要求金属铝（或铜）线的材质好、材质表面的处理（前处理）效果好，而且粉末涂料的质量和涂膜的质量也要好。特别是涂膜的厚度要均匀、边角覆盖力好、没有针孔、缩孔或颗粒（质点）等弊病。要达到这个目的，喷粉系统供粉室的粉末涂料流化效果好，供粉速度均匀；喷枪的移动速度稳定，喷粉量均匀；金属线的排列间隔和排列幅度合理；特别是随着金属线直径大小的变化，被涂物的热容量变化很大，对烘烤固化过程中的烘烤时间或烘烤温度进行必要的调整，才能达到涂膜完全固化的目的。

　　电磁线和漆包线用绝缘静电粉末涂料，目前主要应用在代替金属铝线浓硫酸处理的绝缘氧化膜电磁线上，也可以应用在绝缘漆涂装的漆包线上。因为一般的粉末涂料的涂膜厚度适用于金属线的直径在1.6mm以上的圆线或宽度×厚度为1.6mm×1.6mm以上的扁线，涂膜厚度在40μm以上的绝缘涂层，所以对于要求薄涂层的涂膜时还不能适用。如果使用超薄型粉末涂料还可以做到20～40μm的厚度，但是由于涂料加工成本和涂装的难度大，还不能大量推广应用。当涂膜厚度太厚时，涂膜的柔韧性等性能下降，不适用于金属线弯曲角度过大的产品上。由于涂膜厚度的限制，太细的金属线不适合使用粉末涂装工艺。

　　目前粉末涂装的电磁线主要应用在电焊机、电磁铁、干式变压器等电器产品上。