汽车密封件玻璃昵槽3公斤1万次耐磨涂层介绍.doc

上汽、申雅、蓝欧联合开发3公斤耐磨涂层的报告
蓝欧化工科技（上海）有限公司 李天佑

一．项目提出
随着汽车的普及，消费者对汽车整体质量的要求越来越高。作为汽车质量重要指标的密封件系统，人们越来越关注其性能的可靠性。密封系统中，玻璃昵槽涂层的耐磨性，直接关系到摇机玻璃能否顺利升降。所以，主机厂和密封件企业一直都非常关注EPDM玻璃昵槽表面涂层之耐磨性。验证密封件涂层耐磨性的标准很多，其中比较有代表性的是中国国标1公斤载荷1万次，还有就是一些国外品牌汽车提出的3公斤载荷1万次耐磨测试的标准。随着汽车三包政策即将开始的强制实施，预计汽车玻璃密封件3公斤载荷1万次耐磨将成为汽车密封件行业之主流标准。

在此背景下，上海汽车密封件部门组织了一个项目组牵头，上海申雅技术开发中心主办，上海蓝欧技术开发中心负责具体涂层材料开发，三方于2013年3月18日启动了“汽车玻璃昵槽3公斤1万次耐磨涂层开发项目”，经过三方一年的努力开发和积极测试，该项目已经于2014年3月18日通过验收，顺利完成了项目预期目标即“3公斤载荷1万次耐磨水基涂层的测试标准”。现将该项目开发过程及相关成果简单报告如下。
注：该项目也邀请了国外某公司作为进口耐磨涂料的代表，参与了此次同等竞争性开发，但由于其研发的涂料无法满足工业化在线喷涂3公斤耐磨要求，中途失败退出，这也是国产涂料与进口涂料最直接最公平的一次同等竞争。

二．立项分工
项目名称：汽车玻璃昵槽3公斤载荷1万次标准超耐磨水基涂层开发
上海汽车：负责标准的提出和成品按照3公斤1万次标准的检测验收
项目负责：梁振 工程师
上海申雅：负责涂层项目工艺施工
项目负责：沈晓明 工程师
上海蓝欧：负责3公斤1万次耐磨涂层的具体开发，材料牌号LP-1008S单组份水基涂层
项目负责：李天佑 工程师
立项时间：2013年3月18日
立项地点：上海市申雅密封件有限公司
项目周期：一年，即2013年3月18日-2014年3月18日

三．技术原理介绍
在接受该项目之前，蓝欧早在2008年就已经开始水基PUD超高耐磨材料的底层分子量及分子结构研发，并已经于2012年得到了国家发明专利成功授权（专利名称：一种汽车玻璃密封件的水基涂层组合物的制备方法，专利授权号：CN 101845267 A）。所以，对于此项目的开发，可以说蓝欧早就做足了准备，技术体系是成熟的，只是指标的调整和工艺的对接而已。下面介绍一下蓝欧开发该PUD超高分子量材料相关的技术思路。
汽车密封件玻璃昵槽的高耐磨性能和稳定性，相应是建立在EPDM表面涂层密度和涂层结构的基础之上的。换句话说，这层涂层必须分子量大，密度大，构成涂膜的分子结构必须是顺向网状结构，这也是当今国际上PUD水基涂层的一个巨大挑战和技术难题，难度在于底层PUD和中间体DMPA分子设计的掌控。加之，众所周知，水性聚氨酯PUD涂层的两个材料特性瓶颈：干燥速率偏慢、物性偏差。
水性聚氨酯存在的问题及对策

原因
对策
不良后果
干燥慢
①水的蒸发潜热高
②水的含量偏高
减少水在涂层水中的比例，即提高固含量
涂层水的粘度偏高，无法喷涂
物性差
涂层水树脂分子量偏低
提高涂层水树脂的分子量
树脂粘度太大而无法生产
国内外众多专门从事水性聚氨酯树脂研究的科研机构和企业为了解决以上的难题，付出了大量人力、物力和财力。上海蓝欧化工科技有限公司作为一家志向国际前沿的水基PUD研发生产企业，在这方面亦进行了大量的研发投入，通过多年的努力，已经取得了部份精细化工材料细分领域领先国际前沿的成果。
在提高水性聚氨酯的固含量方面，蓝欧已经摸索出生产高固低粘水性聚氨酯的关键技术。目前国内水性聚氨酯的固含量偏低，如果强行提高固含量，则粘度会迅速增大，导致涂层水失去流动性而无法施工，如图3中蓝线所显示。蓝欧的水性聚氨酯在固含量较高的情况下，仍具有适合施工的低粘度，如图3中红线所显示。
10 20 30 40 50 固含量(%)
粘度

图3 水性聚氨酯固含量和粘度的关系

蓝欧的另一个成果是如何合成超高分子量的水性聚氨酯树脂。我们知道，目前水性聚氨酯的合成方法主要是预聚体法和丙酮法，两者差别不大，缺点是如果树脂的分子量设计得太大，往往导致生产时的黏度太大而无法分散成水性分散体。下图是蓝欧和其他水性聚氨酯的分子量及分布的对比，从图中可以看出，大部分水性聚氨酯的平均分子量最高在8-9万左右，而蓝欧水性聚氨酯平均分子量可以达到14-15万以上。
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 M(104g/mol)
W(M)

图4 蓝欧和其他水性聚氨酯的分子量及分布对比

从应用结果的反馈来看，水性聚氨酯的高固含和高分子量对施工效率和高耐磨效果方面有着决定性的影响。以下图5是蓝欧专利技术的一个示意图。

图5 蓝欧专利WPU分子结构示意图

四．做出的材料及测试

涂层和玻璃昵槽

1008S材料膜片
传统材料膜片

载荷3KG标准磨耗测试仪（上汽，申雅，蓝欧联合开发）

LP-1008S喷涂后的膜厚测试（上海申雅测试）

贵州红阳关于该项目成果LP-1008S涂层使用的全项测试报告

上海申雅关于该项目成果LP-1008S涂层验收的全项测试报告

五．成果总结
2014年3月18日，关于“汽车玻璃昵槽3公斤载荷1万次标准耐磨水基涂层开发项目”成功通过上汽验收。目前，该成果LP-1008S单组份水基涂层材料，已经批量供应上海申雅，淮安申雅，广州申雅，贵州红阳等密封件企业。此次主机厂-密封件厂-材料厂成功的联合开发案例带来了多赢的局面。总结一下，主要有如下几方面的成果：
1、该涂层对于汽车最终用户来说，3公斤耐磨标准提升了密封件系统涂层质量，对其乘车舒适性和玻璃升降稳定性带来了更好的体验和持续保障。
2、涂层3公斤耐磨标准，对于汽车主机厂10万公里三包政策履行来说，使汽车密封件系统玻璃升降故障的避免更具有了保障性，有效降低了主机厂家批量汽车召回的风险。
3、密封件厂家对于玻璃昵槽3公斤耐磨标准的满足，之前一直是选择PE带贴合，PP带复合，高分子COATING共挤出等，这几种材料虽然能够满足3公斤耐磨需求，但是工艺复杂，报废率高，成本增加明显，并且这些材料耐热性不如PU涂层，贴合后对密封件EPDM基材的特性有明显的改变（100μ上下），不符合密封件本体设计需求。该涂层的成功推出，对于汽车密封件企业在3公斤耐磨材料的选择面来说，带来了更好的选择。并且，该材料的使用，不需要更改现有设备，不需要更改现有工艺，不需要培训新的技术工人。相比较PE带，PP带，高分子COATINGJ共挤出等，本涂层具有更好的设备成本优势和工艺技术稳定等优势。
4、该材料由于采用了单组份1K系统，不再需要固化剂，不再需要配料，不再堵枪导致漏喷涂，不再配料后倒掉造成浪费，不再VOC污染，综合效益的提升是很明显的。
5、时代发展到今天，国人已经不再片面的崇洋媚外，那种认为进口材料就一定比国产材料好的时代已经成为过去。本次联合开发国外某公司开始是参与的，但由于其中途开发材料达不到3公斤耐磨要求而中途退出。本案例与国外材料同等竞争下国产化的成功，再次有力证明了国产化时代的来临。
以上，就是“上汽、申雅、蓝欧联合开发汽车玻璃昵槽3公斤耐磨涂层项目”的简单报告，但愿能够起到抛砖引玉的作用。同时，期盼国内更多的汽车新材料早日开发出来，共同为中国汽车材料国产化而努力奋斗。