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      汽車零部件檢測

      GMW標準汽車內飾件耐用老化試驗方法解析

      GMW標準汽車內飾件耐用老化試驗方法解析



      汽車內飾見的耐用老化試驗是汽車零配件公司經常所做的測試實驗,目前針對碳弧老化測試標準日系汽車使用較多,其他標準基本被氙燈老化測試所取代,但是碳弧老化在國內的使用還是非常的廣泛,本文標準集團(香港)有限公司工程師就碳弧老化測試方法簡單的介紹一下。



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      基本老化因素

      汽車用高分子材料老化降解的三個主要氣候因素為:日光輻射、水(濕度)和溫度。其中不僅有數量的問題,各參數的質量也是一個很重要的因素。不同波長的日光對高分子材料會造成不同程度的破壞,因為特定的高分子材料只吸收特定波長的光;材料與水的接觸也分為不同的形式和階段,這些不同將會導致不同的降解過程;溫度的冷熱循環會產生機械應力,特別是對于復合材料,與長期高溫作用相比,會產生更多類型的降解。而在實際應用中,溫度、濕度和輻射三者的作用是不可分割的,它們的協同作用更增加了研究材料老化的難度。除此之外,當然還有很多其他因素,諸如風沙、飄塵等。


      自然老化測試

      1、整車暴曬試驗

      整車暴曬是模擬汽車最終使用環境條件的最佳方式。在整車暴曬過程中,所有的材料和零部件的分布跟使用情況保持一致,在老化過程中相互作用,老化速度和類型最接近于實際情況,加速度最小。因此,試驗結果與實際使用狀況的吻合程度最高。整車進行暴曬試驗時,客戶可以根據自己的試驗目的,對整車的工作狀態、車頂篷開啟狀態、車窗開啟狀態做出要求,一般使擋風玻璃面向赤道,并且根據季節的不同調整暴曬角度。暴曬的過程中,車的內飾件可能會產生一些揮發物、滲出物等附著在擋風玻璃或其他部件上,因此,需要定時清洗。暴曬周期一般不少于兩年,暴曬后要對材料產生的缺陷如顏色變化、光澤降低、分層、翹曲、滲出物等進行檢查評價。目前常用的整車暴曬標準有ASTM G7、ISO 877,另外FORD、VW等各大汽車制造商都有自己的整車暴曬試驗標準。

      為了提高試驗速度,對整車暴曬進行加速試驗,國外老化公司還發明一種太陽跟蹤轉盤,把整車暴露在上面使目標區域全天跟蹤太陽,從而加速暴曬試驗。在同樣輻照量的情況下該裝置可以加速30%。該裝置使用了一個可以轉動的平板,把車安裝在平板上,平板的底部裝有小腳輪,腳輪是按照旋轉中心的切線方向排列的,可以在全天內跟蹤太陽。在整車暴曬過程中,會有陰影區域,而通過該裝置可以實現部分控制陰影,使汽車內飾件或太陽跟蹤轉盤 飾件的目標區域獲得最大的輻照量。

      2、材料及零部件暴曬

      汽車用材料及零部件暴曬是最為廣泛的汽車材料試驗方法,最常用就是直接靜態暴露,如塑料樣板、儀表板、保險杠等部件。暴曬的方式又可以分為有背板、無背板、黑箱暴曬等。有背板暴曬由于限制了樣品背面的空氣流通而使樣品的溫度較高;暴曬的角度通常為5°、45°和90°等。暴曬角度的選擇通常是模擬材料或者零部件在車身實際的安裝使用位置,如門板經常采用90°暴曬,而儀表板則采用5°暴曬。為了加速暴曬試驗,還開發了跟蹤太陽的暴曬,這樣就確保樣品在一天之內最大限度的接受太陽輻射而進行加速。材料及零部件的暴曬是必要的,但有時卻是不夠充分的,因為現在的汽車零部件往往由多種材料復合構成,不同的材料具有不同的老化性能,這就需要將整個部件一起進行測試。例如車頭燈組件,是由塑料件、涂層、光學元件等構成的復合件,通常我們把它作為一個整體試驗,而不是分別對材料進行試驗。零部件直接暴曬最常用的標準有SAE J1976、SAE J576等,FORD、GM也都有相應的標準。

      對于內飾材料和部件需要考慮的另外一個因素是汽車的玻璃系統。汽車內飾件包括車頂裝飾、內部裝飾、儀表板等制件,座椅及內飾面用PVC,儀表板小零件用ABS,車廂內飾和方向盤用PP,座椅及內襯用PU等材料和部件不再直接暴露于陽光下,而是透過了玻璃的陽光。由于不同玻璃對太陽光的傳導截止點以及對光線的透過率不同,車內的光譜能量分布也會不同,隨著汽車玻璃面積的不斷的增加,汽車玻璃對汽車內飾件的老化影響越來越突出。如前所述,不同的光譜能量分布會引起汽車內飾材料不同方式和程度的破壞,因此在試驗中必須考慮汽車的玻璃系統。圖2展示了不同類型的玻璃對紫外線的透射率[2]。

      鑒于玻璃對自然光的過濾作用,對于內飾材料和零部件最科學的方法是采用玻璃下暴曬。其中有控溫控濕玻璃箱暴曬,該方法主要用于確定汽車內飾材料的老化性能,通過采用不同的覆蓋玻璃來模擬各種不同的車用玻璃,并通過一個雙軸跟蹤系統使樣品最大量的接收太陽輻射以加速暴曬。箱內溫度白天維持在70℃,夜間溫度為38℃,相對濕度維持在75%,常用試驗標準有SAE J2230、AATCC 181等。

      另外,針對汽車內飾件如儀表板、面板、方向盤等零部件還研發了IP/DP(Instrument Panel / Door Panel)箱暴曬。它可以分為靜態和跟蹤太陽兩種,暴曬角度一般為45°或者51°,箱體上表面要求用特定的覆蓋玻璃,整個箱體式密閉的,箱內配有黑板溫度計、各種傳感器、溫度調節風扇等裝置;覆蓋玻璃上有溫控的簾子,在箱內溫度超過限度并且風扇也不能夠把箱內溫度降到規定要求或者風扇失效時,會自動放下簾子進行遮蓋,防止箱內的溫度超過設定值。箱內的溫度上限模擬了汽車內最嚴酷的情況,由于材料在車內的安裝位置和使用條件不同,不同的材料和部件有不同的溫度上限,見表格1[3]。各大汽車公司對格材料和零部件暴曬方法、溫度上限都做了要求,并且有各自的試驗規范,見表格2。


      試驗標準主要參數
      玻璃下密封限定溫度靜態暴曬、玻璃下密封限定溫度跟蹤太陽暴曬等
      試驗箱溫度上限:85℃、93℃、103℃、110℃
      GM 9538P 90 75 適用材料與部件 能量計量方法: SASR(Seasonally Adjusted Solar Radiation)、MJ/m2、
      UV、試驗日期
      兩種密封玻璃:層化玻璃、退火玻璃
      兩種密封玻璃:層化玻璃、退火玻璃
      GMW 3417M 內飾件和材料,如:PVC、PU、PP、ABS溫度上限:77℃、85℃、93℃、102℃、110℃
      能量計量方法: TNR(Temperature Normalized Radiation)
      根據9538P玻璃下密封限定溫度跟蹤太陽暴曬方法進行
      能量計量方法: TNR
      玻璃下密封限定溫度跟蹤太陽暴曬;黑板溫度:110℃、51°暴曬角;
      Solex玻璃、1000h暴曬;樣品安裝在黑色紙覆蓋的平板上。 以及織物、皮革 、內飾零部件等。 GM 2617M FORD DVM-0020


      人工加速老化

      1、氙燈老化
      由于氙燈的光譜能量分布比其他人工光源更接近于太陽光,因此成為人工加速試驗的主要光源。另外氙燈的光譜能量分布還可以通過不同的濾鏡組合來進行調整,以滿足不同的試驗要求,常用的濾鏡組合有石英-硼硅酸鹽濾鏡組合、紫外線吸收涂層-鈉鈣玻璃濾鏡組合等。市場上流行的氙燈暴露試驗箱能量控點一般為340nm或者是整個波段,但最近美國一些廠家已經研發了全光譜監控裝置,可以對任何感興趣波段的老化作用加以研究。

      氙燈暴露的試驗周期主要取決于汽車制造商對于材料的質量要求。目前,氙燈老化試驗已成為最為廣泛有效的人工加速光老化試驗方法,對于內飾件最常用的試驗標準為SAE J2412《使用可控輻照度的氙燈裝置對汽車內飾件進行加速曝曬》,而外飾件常用的標準為SAE J2527《使用可控輻照度的氙燈裝置對汽車外飾件進行加速曝曬》。各大汽車制造商也都有自己的試驗規范和要求,表3給出了桑塔納汽車保險杠(PP/EPDM)的老化性能試驗和指標。

      試驗標準 DIN 534 97B,(90±1℃)存放24h [5]指標 成型件位置不松動,無形狀、顏色變化、長度尺寸方向變化≤0.5%做落球試驗無損傷、無斷裂不退色、不粉化、無裂紋 耐寒性3905,(-40±1℃)存放24h P-VW 3902, 氙燈老化試驗, 耐候性 噴水,1000h


      2、金屬鹵素燈
      目前,比較大型的老化測試設備一般是以金屬鹵素燈為光源的大型測試單元,可以進行整車以及大型建筑的人工加速試驗。金屬鹵素燈的光譜能量分布跟太陽光譜分布非常相似,特別是在紅外線區域,其紫外線的截止點為280nm,其試驗標準有DIN 75 220。


      3、碳弧燈
      碳弧燈由于其光譜能量分布不如氙燈接近于自然光,且燈管濾鏡需要定時清洗、更換等缺點,已經逐漸地被冷落淘汰,在日本的一些標準以及一些紡織品老化標準中還有應用,常用的標準包括汽車零部件老化測試標準JIS D0205,建材老化測試標準JIS A1415,日產公司的E_M0135-2008 仍然在采用碳弧燈試驗方法。

      汽車作為全天候使用產品,需要考慮的環境因素很多,除了以上試驗方法外,常用的還有熒光紫外老化試驗,高、低溫老化試驗,腐蝕試驗等試驗方法。汽車材料的耐久性是影響其使用滿意程度的極其重要的因素。汽車材料的劣化,如儀表盤提前破損、增塑劑遷移、保險杠失光、變色等都會使顧客對汽車總體質量評價產生負面影響。因此,各大汽車公司都有比較嚴格的試驗標準,而且同時要求人工試驗和自然暴曬試驗,表4簡單介紹了某汽車公司對于零部件的老化試驗規范。

      某汽車公司零部件光老化試驗 試驗方法分類內飾件 1 適用的零部件 水平安置,腰線以下,受陽光影響強烈的內飾件 實用舉例 儀表板上表面、后貨架上部、后座椅上部、前座椅扶手(包括頭枕)、方向盤、內后視鏡 老化試驗 加速暴曬試驗 水冷氙弧燈、氣冷氙弧燈。針對性地設置:氙弧自然暴曬 4-9月: 南向、20減去緯度角;10-3月。


      隨著汽車工業的發展,汽車用高分子材料不斷的增加,更多的零部件逐漸發展成為聚合物、涂層、合成染料、織物、無紡布纖維、玻璃、皮革以及顏料等多種材料的復合體,而每種材料都有自己特定的色牢度以及老化方式和性能,這就促使人們不斷地研究開發更科學更有效的老化測試技術。各大汽車制造商也都在各種氣候條件下進行了幾十年的自然老化和人工老化試驗,不斷地改進和完善老化試驗方法和技術。



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