汽車內(nèi)飾件IP/DP箱自然加速曝露試驗方法在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用，成為企業(yè)控制汽車內(nèi)飾件質(zhì)量的重要方法。在當(dāng)今產(chǎn)品市場高速發(fā)展的時代，傳統(tǒng)固定朝向?qū)﹃柟獾睦寐蚀嬖诿黠@不足，難以滿足產(chǎn)品市場高速發(fā)展的需求，針對這一問題，科研人員集中攻關(guān)，詳細(xì)研究瓊海地區(qū)太陽高度角與方位角的變化規(guī)律，研制了內(nèi)飾件雙向自動跟蹤太陽限溫箱極大的提升了光照利用率，試驗效率成倍增加。

作者：文云雄1,2，張曉東1,2，陳秋岸1,2，符國曉1,2，楊昌錚1,2

單位：1.廣州電器科學(xué)研究院有限公司海南熱帶環(huán)境分公司；2.中國電器科學(xué)研究院股份有限公司

簡介：文云雄，助理工程師，主要從事工業(yè)產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性試驗與評價研究工作。

引言

限溫試驗箱是專門針對汽車內(nèi)飾件試驗來設(shè)計的，目前整車內(nèi)飾件耐候性的考核試驗主要有兩種方式，分別為整車自然環(huán)境暴露試驗和內(nèi)飾件自動跟蹤太陽限溫箱試驗（IP/DP箱試驗）。整車暴露試驗是檢驗整車環(huán)境耐候性最可靠、最根本的方法，試驗結(jié)果的有效性、真實性高，但試驗周期略長，通常試驗開展到結(jié)束需要1-2年，且需要整車裝配完成后才能開展試驗，難以滿足產(chǎn)品市場高速發(fā)展需求。內(nèi)飾件自動跟蹤太陽限溫箱試驗可以單個或多個內(nèi)飾零部件為試驗對象，模擬零部件在車內(nèi)的安裝狀態(tài)和環(huán)境作用狀態(tài)，試驗開展時間具有較強的靈活性，因而能夠越來越受到國內(nèi)外從事汽車行業(yè)人士的重視。因此開展內(nèi)飾件雙向自動跟蹤太陽限溫箱試驗加速效果研究具有重要意義，分析限溫箱對比整車暴露試驗的加速效果，能夠幫助到汽車行業(yè)相關(guān)人士對兩種試驗情況進一步了解，開展試驗時可根據(jù)實際情況來選擇相應(yīng)的試驗方式。

試驗方法

01

整車自然暴露

參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T40512-2021《汽車整車大氣暴露試驗方法》的相關(guān)要求，將汽車整車靜止放置于中國電器科學(xué)研究院股份有限公司瓊海濕熱大氣暴露試驗場進行靜態(tài)自然暴露試驗。試驗過程中，車輛車頭朝南，并在儀表板上表面布置溫度和太陽輻射傳感器，用以實時、連續(xù)收集車輛儀表板處的環(huán)境數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)每5min自動采集一次，自2021年1月1日開始至2021年12月31日結(jié)束，試驗持續(xù)時間為一年。每三個月為一個檢測周期，每個周期對試驗整車進行外觀、顏色、光澤度、漆膜粘附性、劃痕腐蝕及電器功能等情況進行檢查與評價。

02

雙向太陽自動跟蹤限溫箱試驗

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GM W 3417的相關(guān)要求，將汽車儀表板固定在安裝支架上放入透明層壓玻璃試驗箱內(nèi)，且左右兩端距離箱壁至少留有150mm、頂側(cè)和底側(cè)兩端距離箱壁至少留有100mm。采取高度角、方位角雙向自動跟蹤太陽模式，控制箱內(nèi)最高溫度110±3℃，試驗箱內(nèi)安裝太陽輻射表及黑板溫度傳感器，自2021年1月1日開始至2021年12月31日結(jié)束，試驗持續(xù)時間為一年，如圖1所示。

圖1 雙軸太陽自動跟蹤限溫箱試驗

試驗設(shè)備

數(shù)據(jù)采集器：CR1000，美國Campbell公司；表面溫度傳感器：T型熱電偶；黑板溫度計：自制；高溫輻射表：CM4，荷蘭Kipp&Zonen公司。

結(jié)果與分析

01.

不同試驗條件下儀表板表面環(huán)境條件差異

對汽車儀表板來說，大部分時間處于密閉空間內(nèi)，其光熱老化主要受太陽輻照和溫度的影響。圖2對比分析了某天內(nèi)整車自然曝露試驗和雙向自動跟蹤太陽限溫箱試驗內(nèi)儀表板表面接收的太陽輻射強度變化情況?？梢钥闯?，由于試驗箱始終垂直朝向太陽，箱內(nèi)儀表板表面從上午11:00至下午16:30左右持續(xù)處于700 w/m2以上的強太陽照射狀態(tài)，而車內(nèi)儀表板表面受太陽移動和車頂遮擋的影響，太陽輻射強度從下午14:00左右就快速下降到200w/m2左右。相應(yīng)的，試驗箱內(nèi)儀表板表面溫度10:30~16:30幾乎都維持在不低于95℃的高溫狀態(tài)，而車內(nèi)儀表板表面在中午13:00左右達到最高溫度99.9℃，但持續(xù)時間較短暫，下午14:00左右，車內(nèi)儀表板溫度開始快速下降，并保持在60℃左右（圖3）。

圖2 太陽移動對不同試驗條件下儀表板輻射量的影響

圖3 某天內(nèi)不同試驗條件下儀表板表面溫度變化圖4反映了車內(nèi)儀表板與限溫箱內(nèi)儀表板各檢測周期的累計輻射量情況，每3個月為一個檢查周期統(tǒng)計一次數(shù)據(jù)。限溫箱箱內(nèi)太陽輻射量整體均比車內(nèi)輻射量高，尤其是下半年，試驗光照充足，每個周期累計的輻射量都要比車內(nèi)輻射量高出800 MJ/m2以上。全年下來，箱內(nèi)太陽輻射總量為6741.6 MJ/m2，車內(nèi)儀表板處太陽輻射總量為3619.4MJ/m2，二者之間的比值為1.86。

圖4 車內(nèi)與箱內(nèi)各月份輻射量累計情況將樣品表面溫度等于及高于90℃的狀態(tài)定義為高溫狀態(tài)。圖5反映了車內(nèi)儀表板與箱內(nèi)儀表板各月份受到90℃及以上高溫的累計時長。通過分析發(fā)現(xiàn)限溫箱內(nèi)儀表板各月份受到的90℃及以上高溫的持續(xù)性要遠(yuǎn)長于車內(nèi)儀表板，尤其是在5-10月份光照充足時反映更為明顯。試驗箱內(nèi)全年累計90℃及以上的高溫時長為710.8h，而車內(nèi)的90℃及以上高溫的累計時長僅為428.2h，箱內(nèi)受到的90℃及以上高溫持續(xù)時長是車內(nèi)的1.7倍。

圖5 90℃及以上溫度各月份累計的時長

02.

TNR綜合環(huán)境作用力分析

GMW3417-2018標(biāo)準(zhǔn)中利用TNR模型（式1）考察太陽輻照和溫度對汽車內(nèi)飾件綜合作用，本研究統(tǒng)計各月份車內(nèi)及箱內(nèi)儀表板所受TNR綜合環(huán)境作用力的實際情況。TNR以蘭利（ly）為單位，計算公式如下：

式中：R—試驗規(guī)定用玻璃下所測得的太陽輻照量，一般每5min取一次值，ly；T—從試驗裝置黑板溫度計測得的溫度，一般每5min取一次值，℃；TNR—溫度校正太陽輻照量，由R及T計算累加得到，一般每5min計算一次，ly。
圖6 反映的是車內(nèi)及試驗箱內(nèi)儀表板各月份受到TNR綜合環(huán)境作用力情況，通過曲線數(shù)值反映的情況來看，可以發(fā)現(xiàn)箱內(nèi)受到的TNR綜合環(huán)境作用值要遠(yuǎn)強于車內(nèi)，車在5-10月份光照充足的時期，作用強度更為明顯。車內(nèi)全年受到TNR綜合環(huán)境作用值為51021.8ly，試驗箱內(nèi)全年受到TNR綜合環(huán)境作用值為116155.8ly，箱內(nèi)全年TNR綜合環(huán)境作用力加速值約為車內(nèi)的2.3倍。

圖6 車內(nèi)及試驗箱內(nèi)儀表板各月份受到的TNR綜合環(huán)境作用力情況

03.

外觀性能變化

表1比較了車內(nèi)與箱內(nèi)儀表板各月份TNR蘭利值累計及外觀變化情況。通過記錄情況，可以發(fā)現(xiàn)車內(nèi)儀表板在試驗累計9個月時，儀表板右側(cè)表面出現(xiàn)弱化線的外觀缺陷（圖7），此時車內(nèi)累計受到TNR蘭利值總量為41241.9ly，箱內(nèi)儀表板則在試驗累計5個月時，儀表板表面出現(xiàn)與車內(nèi)相同弱化線痕外觀缺陷，此時箱內(nèi)受到TNR蘭利值總量為43644.9ly，與車內(nèi)儀表板出現(xiàn)相同缺陷時受到的綜合環(huán)境作用力TNR蘭利值僅相差2403ly，在實際實驗過程中，可認(rèn)為試驗儀表板出現(xiàn)弱化線時的TNR值相同。
從外觀變化缺陷反映的時間來看，儀表板在試驗箱內(nèi)試驗5個月時便出現(xiàn)弱化線痕外觀缺陷，而車內(nèi)則在試驗9個月時才反映出了相同的外觀變化缺陷，箱內(nèi)比車內(nèi)相同缺陷反映的時間整整快了4個月，從這一點來看，試驗箱具有明顯的試驗重復(fù)性和加速性，該試驗方法在汽車零部件驗證階段應(yīng)大力推廣應(yīng)用，以節(jié)省零部件設(shè)計定型時間。表1 車內(nèi)與箱內(nèi)儀表板各月份TNR蘭利值累計及外觀變化記錄

圖7 儀表板弱化線外觀缺陷示意圖

結(jié)論

基于上述討論，可以得出以下結(jié)論：雙向自動跟蹤太陽限溫箱試驗較整車自然曝露試驗，試驗?zāi)繕?biāo)對象在相同時間內(nèi)經(jīng)受更長時間的高輻照、高溫狀態(tài)，試驗具有明顯的可重復(fù)性和加速性，該試驗方法在汽車零部件驗證階段應(yīng)大力推廣應(yīng)用。

引用本文：

文云雄，張曉東，陳秋岸，符國曉，楊昌錚.內(nèi)飾件雙向自動跟蹤太陽限溫箱試驗加速效果研究[J].環(huán)境技術(shù),2022,40(05):25-28.