汽車內(nèi)飾見的耐用老化試驗是汽車零配件公司經(jīng)常所做的測試實驗，目前針對碳弧老化測試標(biāo)準(zhǔn)日系汽車使用較多，其他標(biāo)準(zhǔn)基本被氙燈老化測試所取代，但是碳弧老化在國內(nèi)的使用還是非常的廣泛，本文標(biāo)準(zhǔn)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。



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(shù)量的問題，各參數(shù)的質(zhì)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(dǎo)致不同的降解過程；溫度的冷熱循環(huán)會產(chǎn)生機械應(yīng)力，特別是對于復(fù)合材料，與長期高溫作用相比，會產(chǎn)生更多類型的降解。而在實際應(yīng)用中，溫度、濕度和輻射三者的作用是不可分割的，它們的協(xié)同作用更增加了研究材料老化的難度。除此之外，當(dāng)然還有很多其他因素，諸如風(fēng)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(huán)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(jié)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(jù)自己的試驗?zāi)康?，對整車的工作狀態(tài)、車頂篷開啟狀態(tài)、車窗開啟狀態(tài)做出要求，一般使擋風(fēng)玻璃面向赤道，并且根據(jù)季節(jié)的不同調(diào)整暴曬角度。暴曬的過程中，車的內(nèi)飾件可能會產(chǎn)生一些揮發(fā)物、滲出物等附著在擋風(fēng)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(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。

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(fā)明一種太陽跟蹤轉(zhuǎn)盤，把整車暴露在上面使目標(biāo)區(qū)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(zhuǎn)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(zhuǎn)中心的切線方向排列的，可以在全天內(nèi)跟蹤太陽。在整車暴曬過程中，會有陰影區(qū)域，而通過該裝置可以實現(xiàn)部分控制陰影，使汽車內(nèi)飾件或太陽跟蹤轉(zhuǎn)盤 飾件的目標(biāo)區(qū)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(tài)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(jīng)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(fā)了跟蹤太陽的暴曬，這樣就確保樣品在一天之內(nèi)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(xiàn)在的汽車零部件往往由多種材料復(fù)合構(gòu)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(xué)元件等構(gòu)成的復(fù)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(biāo)準(zhǔn)有SAE J1976、SAE J576等，F(xiàn)ORD、GM也都有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

對于內(nèi)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(tǒng)。汽車內(nèi)飾件包括車頂裝飾、內(nèi)部裝飾、儀表板等制件，座椅及內(nèi)飾面用PVC，儀表板小零件用ABS，車廂內(nèi)飾和方向盤用PP，座椅及內(nèi)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(dǎo)截止點以及對光線的透過率不同，車內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(tǒng)。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(nèi)飾材料和零部件最科學(xué)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(nèi)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(tǒng)使樣品最大量的接收太陽輻射以加速暴曬。箱內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)有SAE J2230、AATCC 181等。

另外，針對汽車內(nèi)飾件如儀表板、面板、方向盤等零部件還研發(fā)了IP/DP（Instrument Panel / Door Panel）箱暴曬。它可以分為靜態(tài)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(nèi)配有黑板溫度計、各種傳感器、溫度調(diào)節(jié)風(fēng)扇等裝置；覆蓋玻璃上有溫控的簾子，在箱內(nèi)溫度超過限度并且風(fēng)扇也不能夠把箱內(nèi)溫度降到規(guī)定要求或者風(fēng)扇失效時，會自動放下簾子進行遮蓋，防止箱內(nèi)的溫度超過設(shè)定值。箱內(nèi)的溫度上限模擬了汽車內(nèi)最嚴酷的情況，由于材料在車內(nèi)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(guī)范，見表格2。



試驗標(biāo)準(zhǔn)主要參數(shù)
玻璃下密封限定溫度靜態(tài)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(nèi)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(jù)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(nèi)飾零部件等。 GM 2617M FORD DVM-0020

ATLAS氣候服務(wù)集團還開發(fā)了另外一種加速自然暴曬裝置—EMMA設(shè)備，就是利用多面鏡子將自然光反射到受試材料樣板上，使受試樣品獲得強度數(shù)倍于自然光的輻照。調(diào)整鏡面，使照射到鏡面的陽光剛好反射到受試樣品上，從而加強輻照度，鏡子支架通過雙軸跟蹤系統(tǒng)全天跟蹤太陽，樣品背后有風(fēng)扇給樣品降溫。并且可以通過調(diào)整鏡面的個數(shù)獲得不同程度的加速暴曬試驗，ATLAS還研發(fā)了帶有溫度控制、溫度補償、噴淋等附件的EMMA設(shè)備，甚至多個不同的EMMA聯(lián)用。該裝置要求鏡面必須能夠全光譜反射太陽光，以確保樣品接受到的輻射光譜接近于太陽光譜[4]。該方法常用的試驗標(biāo)準(zhǔn)有ASTM G90、ASTM D4141、ASTM D4364等。



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(diào)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(jīng)研發(fā)了全光譜監(jiān)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(zhì)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(nèi)飾件最常用的試驗標(biāo)準(zhǔn)為SAE J2412《使用可控輻照度的氙燈裝置對汽車內(nèi)飾件進行加速曝曬》，而外飾件常用的標(biāo)準(zhǔn)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(guī)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(biāo)。

試驗標(biāo)準(zhǔn) DIN 534 97B,（90±1℃）存放24h [5]指標(biāo) 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?zé)?br /> 目前，比較大型的老化測試設(shè)備一般是以金屬鹵素?zé)魹楣庠吹拇笮蜏y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?zé)舻墓庾V能量分布跟太陽光譜分布非常相似，特別是在紅外線區(qū)域，其紫外線的截止點為280nm，其試驗標(biāo)準(zhǔn)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(jīng)逐漸地被冷落淘汰，在日本的一些標(biāo)準(zhǔn)以及一些紡織品老化標(biāo)準(zhǔn)中還有應(yīng)用，常用的標(biāo)準(zhǔn)包括汽車零部件老化測試標(biāo)準(zhǔn)JIS D0205,建材老化測試標(biāo)準(zhǔn)JIS A1415，日產(chǎn)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(chǎn)品，需要考慮的環(huán)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(zhì)量評價產(chǎn)生負面影響。因此，各大汽車公司都有比較嚴格的試驗標(biāo)準(zhǔn)，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(guī)范。

某汽車公司零部件光老化試驗 試驗方法分類內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(shè)置：氙弧自然暴曬 4-9月： 南向、20減去緯度角；10-3月。



結(jié)束語

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車用高分子材料不斷的增加，更多的零部件逐漸發(fā)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(fù)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(fā)更科學(xué)更有效的老化測試技術(shù)。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(shù)。