GMW標(biāo)準(zhǔn)汽車內(nèi)飾件耐用老化試驗(yàn)方法解析

汽車內(nèi)飾見的耐用老化試驗(yàn)是汽車零配件公司經(jīng)常所做的測試實(shí)驗(yàn)，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(tuán)（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。

汽車內(nèi)飾見的耐用老化試驗(yàn)是汽車零配件公司經(jīng)常所做的測試實(shí)驗(yàn)，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(tuán)（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(gè)主要?dú)夂蛞蛩貫椋喝展廨椛?、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(gè)很重要的因素。不同波長的日光對高分子材料會(huì)造成不同程度的破壞，因?yàn)樘囟ǖ母叻肿硬牧现晃仗囟úㄩL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(huì)導(dǎo)致不同的降解過程；溫度的冷熱循環(huán)會(huì)產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，特別是對于復(fù)合材料，與長期高溫作用相比，會(huì)產(chǎn)生更多類型的降解。而在實(shí)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(yàn)

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(shí)際情況，加速度最小。因此，試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際使用狀況的吻合程度最高。整車進(jìn)行暴曬試驗(yàn)時(shí)，客戶可以根據(jù)自己的試驗(yàn)?zāi)康模瑢φ嚨墓ぷ鳡顟B(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(huì)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(shí)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(jìn)行檢查評價(jià)。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(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

為了提高試驗(yàn)速度，對整車暴曬進(jìn)行加速試驗(yàn)，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(yàn)。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(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)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(huì)有陰影區(qū)域，而通過該裝置可以實(shí)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(yàn)方法，最常用就是直接靜態(tài)暴露，如塑料樣板、儀表板、保險(xiǎn)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(shí)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(yàn)，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(jìn)行加速。材料及零部件的暴曬是必要的，但有時(shí)卻是不夠充分的，因?yàn)楝F(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(gè)部件一起進(jìn)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(gè)整體試驗(yàn)，而不是分別對材料進(jìn)行試驗(yàn)。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(gè)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(diǎn)以及對光線的透過率不同，車內(nèi)的光譜能量分布也會(huì)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(huì)引起汽車內(nèi)飾材料不同方式和程度的破壞，因此在試驗(yàn)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(gè)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(yàn)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(gè)箱體式密閉的，箱內(nèi)配有黑板溫度計(jì)、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(shí)，會(huì)自動(dòng)放下簾子進(jìn)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(yán)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(yàn)規(guī)范，見表格2。


試驗(yàn)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(yàn)箱溫度上限：85℃、93℃、103℃、110℃
GM 9538P 90 75 適用材料與部件 能量計(jì)量方法： SASR（Seasonally Adjusted Solar Radiation）、MJ/m2、
UV、試驗(yàn)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(jì)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(jìn)行
能量計(jì)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


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(yàn)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(jìn)行調(diào)整，以滿足不同的試驗(yàn)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(yàn)箱能量控點(diǎn)一般為340nm或者是整個(gè)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(yàn)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(yàn)已成為最為廣泛有效的人工加速光老化試驗(yàn)方法，對于內(nèi)飾件最常用的試驗(yàn)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(jìn)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(jìn)行加速曝曬》。各大汽車制造商也都有自己的試驗(yàn)規(guī)范和要求，表3給出了桑塔納汽車保險(xiǎn)杠（PP/EPDM）的老化性能試驗(yàn)和指標(biāo)。

試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) DIN 534 97B,（90±1℃）存放24h [5]指標(biāo) 成型件位置不松動(dòng)，無形狀、顏色變化、長度尺寸方向變化≤0.5%做落球試驗(yàn)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(yàn)， 耐候性 噴水，1000h


2、金屬鹵素?zé)?br data-filtered="filtered" style="word-break: break-all; text-size-adjust: none;"/>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(jìn)行整車以及大型建筑的人工加速試驗(yàn)。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(diǎn)為280nm，其試驗(yàn)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(shí)清洗、更換等缺點(diǎn)，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(yàn)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(yàn)方法外，常用的還有熒光紫外老化試驗(yàn)，高、低溫老化試驗(yàn)，腐蝕試驗(yàn)等試驗(yàn)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(xiǎn)杠失光、變色等都會(huì)使顧客對汽車總體質(zhì)量評價(jià)產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，各大汽車公司都有比較嚴(yán)格的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，而且同時(shí)要求人工試驗(yàn)和自然暴曬試驗(yàn)，表4簡單介紹了某汽車公司對于零部件的老化試驗(yàn)規(guī)范。

某汽車公司零部件光老化試驗(yàn) 試驗(yàn)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(qiáng)烈的內(nèi)飾件 實(shí)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(yàn) 加速暴曬試驗(yàn) 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。


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(jìn)行了幾十年的自然老化和人工老化試驗(yàn)，不斷地改進(jìn)和完善老化試驗(yàn)方法和技術(shù)。