汽車內(nèi)飾件IP/DP箱自然加速曝露試驗(yàn)方法在國(guó)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(chǎng)高速發(fā)展的時(shí)代，傳統(tǒng)固定朝向?qū)﹃?yáng)光的利用率存在明顯不足，難以滿足產(chǎn)品市場(chǎng)高速發(fā)展的需求，針對(duì)這一問(wèn)題，科研人員集中攻關(guān)，詳細(xì)研究瓊海地區(qū)太陽(yáng)高度角與方位角的變化規(guī)律，研制了內(nèi)飾件雙向自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)限溫箱極大的提升了光照利用率，試驗(yàn)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(guó)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(guó)電器科學(xué)研究院股份有限公司

簡(jiǎn)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(yàn)與評(píng)價(jià)研究工作。

引言

限溫試驗(yàn)箱是專門針對(duì)汽車內(nèi)飾件試驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)的，目前整車內(nèi)飾件耐候性的考核試驗(yàn)主要有兩種方式，分別為整車自然環(huán)境暴露試驗(yàn)和內(nèi)飾件自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)限溫箱試驗(yàn)（IP/DP箱試驗(yàn)）。整車暴露試驗(yàn)是檢驗(yàn)整車環(huán)境耐候性最可靠、最根本的方法，試驗(yàn)結(jié)果的有效性、真實(shí)性高，但試驗(yàn)周期略長(zhǎng)，通常試驗(yàn)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(yàn)，難以滿足產(chǎn)品市場(chǎng)高速發(fā)展需求。內(nèi)飾件自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)限溫箱試驗(yàn)可以單個(gè)或多個(gè)內(nèi)飾零部件為試驗(yàn)對(duì)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(yàn)開展時(shí)間具有較強(qiáng)的靈活性，因而能夠越來(lái)越受到國(guó)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(dòng)跟蹤太陽(yáng)限溫箱試驗(yàn)加速效果研究具有重要意義，分析限溫箱對(duì)比整車暴露試驗(yàn)的加速效果，能夠幫助到汽車行業(yè)相關(guān)人士對(duì)兩種試驗(yàn)情況進(jìn)一步了解，開展試驗(yàn)時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇相應(yīng)的試驗(yàn)方式。

試驗(yàn)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(yàn)方法》的相關(guān)要求，將汽車整車靜止放置于中國(guó)電器科學(xué)研究院股份有限公司瓊海濕熱大氣暴露試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行靜態(tài)自然暴露試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中，車輛車頭朝南，并在儀表板上表面布置溫度和太陽(yáng)輻射傳感器，用以實(shí)時(shí)、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(dòng)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(yàn)持續(xù)時(shí)間為一年。每三個(gè)月為一個(gè)檢測(cè)周期，每個(gè)周期對(duì)試驗(yàn)整車進(jìn)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(jìn)行檢查與評(píng)價(jià)。

02

雙向太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤限溫箱試驗(yàn)

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(yàn)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(dòng)跟蹤太陽(yáng)模式，控制箱內(nèi)最高溫度110±3℃，試驗(yàn)箱內(nèi)安裝太陽(yáng)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(yàn)持續(xù)時(shí)間為一年，如圖1所示。

圖1 雙軸太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤限溫箱試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)備

數(shù)據(jù)采集器：CR1000，美國(guó)Campbell公司；表面溫度傳感器：T型熱電偶；黑板溫度計(jì)：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(yàn)條件下儀表板表面環(huán)境條件差異

對(duì)汽車儀表板來(lái)說(shuō)，大部分時(shí)間處于密閉空間內(nèi)，其光熱老化主要受太陽(yáng)輻照和溫度的影響。圖2對(duì)比分析了某天內(nèi)整車自然曝露試驗(yàn)和雙向自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)限溫箱試驗(yàn)內(nèi)儀表板表面接收的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度變化情況?？梢钥闯?，由于試驗(yàn)箱始終垂直朝向太陽(yáng)，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(qiáng)太陽(yáng)照射狀態(tài)，而車內(nèi)儀表板表面受太陽(yáng)移動(dòng)和車頂遮擋的影響，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度從下午14:00左右就快速下降到200w/m2左右。相應(yīng)的，試驗(yàn)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(dá)到最高溫度99.9℃，但持續(xù)時(shí)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(yáng)移動(dòng)對(duì)不同試驗(yàn)條件下儀表板輻射量的影響

圖3 某天內(nèi)不同試驗(yàn)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(cè)周期的累計(jì)輻射量情況，每3個(gè)月為一個(gè)檢查周期統(tǒng)計(jì)一次數(shù)據(jù)。限溫箱箱內(nèi)太陽(yáng)輻射量整體均比車內(nèi)輻射量高，尤其是下半年，試驗(yàn)光照充足，每個(gè)周期累計(jì)的輻射量都要比車內(nèi)輻射量高出800 MJ/m2以上。全年下來(lái)，箱內(nèi)太陽(yáng)輻射總量為6741.6 MJ/m2，車內(nèi)儀表板處太陽(yáng)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(jì)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(jì)時(shí)長(zhǎng)。通過(guò)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(zhǎng)于車內(nèi)儀表板，尤其是在5-10月份光照充足時(shí)反映更為明顯。試驗(yàn)箱內(nèi)全年累計(jì)90℃及以上的高溫時(shí)長(zhǎng)為710.8h，而車內(nèi)的90℃及以上高溫的累計(jì)時(shí)長(zhǎng)僅為428.2h，箱內(nèi)受到的90℃及以上高溫持續(xù)時(shí)長(zhǎng)是車內(nèi)的1.7倍。

圖5 90℃及以上溫度各月份累計(jì)的時(shí)長(zhǎng)

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(yáng)輻照和溫度對(duì)汽車內(nèi)飾件綜合作用，本研究統(tǒng)計(jì)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(shí)際情況。TNR以蘭利（ly）為單位，計(jì)算公式如下：

式中：R—試驗(yàn)規(guī)定用玻璃下所測(cè)得的太陽(yáng)輻照量，一般每5min取一次值，ly；T—從試驗(yàn)裝置黑板溫度計(jì)測(cè)得的溫度，一般每5min取一次值，℃；TNR—溫度校正太陽(yáng)輻照量，由R及T計(jì)算累加得到，一般每5min計(jì)算一次，ly。
圖6 反映的是車內(nèi)及試驗(yàn)箱內(nèi)儀表板各月份受到TNR綜合環(huán)境作用力情況，通過(guò)曲線數(shù)值反映的情況來(lái)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(qiáng)于車內(nèi)，車在5-10月份光照充足的時(shí)期，作用強(qiáng)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(yàn)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(yàn)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(jì)及外觀變化情況。通過(guò)記錄情況，可以發(fā)現(xiàn)車內(nèi)儀表板在試驗(yàn)累計(jì)9個(gè)月時(shí)，儀表板右側(cè)表面出現(xiàn)弱化線的外觀缺陷（圖7），此時(shí)車內(nèi)累計(jì)受到TNR蘭利值總量為41241.9ly，箱內(nèi)儀表板則在試驗(yàn)累計(jì)5個(gè)月時(shí)，儀表板表面出現(xiàn)與車內(nèi)相同弱化線痕外觀缺陷，此時(shí)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(shí)受到的綜合環(huán)境作用力TNR蘭利值僅相差2403ly，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可認(rèn)為試驗(yàn)儀表板出現(xiàn)弱化線時(shí)的TNR值相同。
從外觀變化缺陷反映的時(shí)間來(lái)看，儀表板在試驗(yàn)箱內(nèi)試驗(yàn)5個(gè)月時(shí)便出現(xiàn)弱化線痕外觀缺陷，而車內(nèi)則在試驗(yàn)9個(gè)月時(shí)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(shí)間整整快了4個(gè)月，從這一點(diǎn)來(lái)看，試驗(yàn)箱具有明顯的試驗(yàn)重復(fù)性和加速性，該試驗(yàn)方法在汽車零部件驗(yàn)證階段應(yīng)大力推廣應(yīng)用，以節(jié)省零部件設(shè)計(jì)定型時(shí)間。表1 車內(nèi)與箱內(nèi)儀表板各月份TNR蘭利值累計(jì)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(dòng)跟蹤太陽(yáng)限溫箱試驗(yàn)較整車自然曝露試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)對(duì)象在相同時(shí)間內(nèi)經(jīng)受更長(zhǎng)時(shí)間的高輻照、高溫狀態(tài)，試驗(yàn)具有明顯的可重復(fù)性和加速性，該試驗(yàn)方法在汽車零部件驗(yàn)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(guó)曉，楊昌錚.內(nèi)飾件雙向自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)限溫箱試驗(yàn)加速效果研究[J].環(huán)境技術(shù),2022,40(05):25-28.