汽車內(nèi)飾材料老化試驗(yàn)研究

文 | 廣州威凱檢測(cè)技術(shù)研究院 張 華 陳智勇

汽車內(nèi)飾材料老化試驗(yàn)研究

文 | 廣州威凱檢測(cè)技術(shù)研究院 張 華 陳智勇

本文介紹了汽車內(nèi)飾材料常見的老化試驗(yàn)方法：人工加速老化試驗(yàn)、IP/DP箱暴曬和整車暴曬，分別討論三種試驗(yàn)方法涉及的規(guī)范以及操作性。人工加速老化試驗(yàn)?zāi)芸焖僬莆掌噧?nèi)飾材料老化性能，縮短材料研發(fā)周期；IP/DP箱和整車對(duì)內(nèi)飾件或其裝配件進(jìn)行的老化試驗(yàn)降低內(nèi)飾材料加工工藝存在的風(fēng)險(xiǎn)，確保了內(nèi)飾材料質(zhì)量。整車暴曬收集的數(shù)據(jù)為人工加速老化試驗(yàn)和IP/DP箱暴曬的參數(shù)設(shè)定提供可靠依據(jù),指導(dǎo)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的修訂和編寫。

汽車內(nèi)飾材料；氙燈；IP/DP箱；整車暴曬

1.述

汽車內(nèi)飾是人體與車輛密切接觸的部分，優(yōu)秀的設(shè)計(jì)會(huì)讓人耳目一新。隨著汽車向輕量化方向發(fā)展和各國(guó)政府對(duì)車內(nèi)空氣污染物濃度進(jìn)行的限制，消費(fèi)者對(duì)汽車內(nèi)飾材料和設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

汽車內(nèi)飾使用復(fù)合材料主要是儀表板、門護(hù)板、頂蓋內(nèi)護(hù)板、地毯、座椅及包裹架護(hù)板，它們基本由表皮，隔音減振部分和骨架部分組成。這種形式的材料除滿足一定的使用功能外，又使人感到舒適美觀，而且該種材料生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本低廉、適用性強(qiáng)而發(fā)展得比較迅速，將是今后汽車內(nèi)飾材料的主要發(fā)展方向。

近年來，內(nèi)飾件材料及工藝不斷改進(jìn)，但總會(huì)有這樣那樣的缺陷。例如汽車儀表盤提前破裂，增塑劑的漂移，頭襯、座椅或者包裝塑料纖維的褪色等情況，這都會(huì)讓消費(fèi)者對(duì)汽車整體質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面的評(píng)價(jià)。整車廠競(jìng)爭(zhēng)加劇，這就需要廠家在提高整車的質(zhì)量上下功夫。汽車內(nèi)飾產(chǎn)品質(zhì)量的提升，無(wú)疑讓汽車生產(chǎn)商在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)上獲得先機(jī)。

2.飾材料老化試驗(yàn)

汽車內(nèi)飾老化試驗(yàn)主要是測(cè)試內(nèi)飾件的耐候性能。人工加速老化通過模擬戶外太陽(yáng)光快速掌握內(nèi)飾件材料的耐候性；IP/DP箱試驗(yàn)則模擬內(nèi)飾件在車內(nèi)的位置，可通過跟蹤太陽(yáng)光來加速試驗(yàn)；整車暴曬通過裝配好的內(nèi)飾件綜合考察內(nèi)飾件的耐候性以及其他方面的性能。

2.1.飾材料的人工加速試驗(yàn)

人工加速老化主要用在汽車內(nèi)飾材料的配方篩選，縮短材料開發(fā)周期。在人工加速試驗(yàn)方面，目前主流的汽車內(nèi)飾材料的老化試驗(yàn)主要采用氙燈模擬太陽(yáng)光人工加速試驗(yàn)。氙燈可以模擬全光譜太陽(yáng)光，重現(xiàn)性好，是與太陽(yáng)光源最接近的光源。

2.1.1.燈老化試驗(yàn)的參數(shù)的選擇

目前汽車內(nèi)飾材料氙燈老化試驗(yàn)應(yīng)用較多是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)比如SAE J1885、SAEJ2412等 ,企 業(yè) 標(biāo) 準(zhǔn) 有 VW PV1303、GMW 3414、FORD DVM 0067-MA、TOYOTA TSL 0601G Method E等。

汽車內(nèi)飾材料氙燈老化試驗(yàn)通過控制氙燈的輻照度、溫濕度以及濾光器組合來完成試驗(yàn)參數(shù)的設(shè)定。下面通過SAE J2412（見表1）試驗(yàn)要求來說明氙燈老化試驗(yàn)參數(shù)選擇和設(shè)定。

氙燈老化試驗(yàn)輻照度監(jiān)測(cè)主要有以下幾個(gè)監(jiān)測(cè)波段：300nm、420nm、300-400nm、300-800 nm。對(duì)于特定的濾光器來說，上述波段輻照度之間有固定的轉(zhuǎn)換關(guān)系，也就是說知道其中任一的控制輻照度，其他監(jiān)測(cè)波段控制輻照度可以通過廠家給定的參數(shù)來計(jì)算出來。

氙燈老化試驗(yàn)特定的光譜能量分布是通過氙燈和特定濾光器的組合來實(shí)現(xiàn)，例如窗玻璃濾光器模擬通過玻璃窗的陽(yáng)光，日光濾波器模擬戶外陽(yáng)光，擴(kuò)展紫外線濾波器的光譜中具有短波紫外線。例如DIN75202、JASO M346 采用的是窗玻璃濾光器；SAE J2412 采用擴(kuò)展紫外濾光器，使用黑暗段，但歐洲的標(biāo)準(zhǔn)多采用連續(xù)光照。

黑標(biāo)溫度或黑板溫度是監(jiān)測(cè)試樣表面可能達(dá)到的最高溫度。每個(gè)樣品情況各不相同，因此監(jiān)控每一個(gè)樣品的表面溫度是不現(xiàn)實(shí)的。試驗(yàn)中實(shí)際采用黑標(biāo)準(zhǔn)溫度或黑板溫度來監(jiān)測(cè)。兩者區(qū)別在于黑標(biāo)溫度是絕熱安裝的，而黑板溫度是非絕熱安裝的。歐洲汽車行業(yè)通常采用黑標(biāo)溫度為100℃（ISO 4892-2,ISO 105-B06,VDA75202），美國(guó)和日本通常采用黑板溫度為89℃（如SAE J2412、JASO M346）。

2.1.2.燈老化試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的使用

汽車內(nèi)飾材料氙燈老化試驗(yàn)通常用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)來控制試驗(yàn)周期或者監(jiān)測(cè)氙燈運(yùn)行的準(zhǔn)確性。目前標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)有ISO藍(lán)色羊毛1-8，AATCC藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)中的L2或L4，聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)塑料片。

ISO藍(lán)羊毛標(biāo)準(zhǔn)的用途之一控制試驗(yàn)時(shí)間，常見的方法是將試樣和某一號(hào)藍(lán)羊毛同時(shí)進(jìn)行暴露，以該標(biāo)準(zhǔn)羊毛褪色至灰色樣卡4級(jí)或3級(jí)時(shí)，相當(dāng)于色差為4.3±0.4時(shí)來控制試驗(yàn)的結(jié)束或一個(gè)試驗(yàn)周期的結(jié)束。AATCC藍(lán)羊毛的用途之一就是監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行的準(zhǔn)確性，例如在標(biāo)準(zhǔn)SAE J1885中規(guī)定，試驗(yàn)時(shí)采用藍(lán)羊毛標(biāo)準(zhǔn)L2進(jìn)行每天監(jiān)控或采用藍(lán)羊毛標(biāo)準(zhǔn)L4進(jìn)行每三天一次的監(jiān)控。美國(guó)汽車工程協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定使用一種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)-聚苯乙烯塑料片，聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)塑料片的黃變和其經(jīng)受的輻照量有確定的關(guān)系。

表1.AE J2412的試驗(yàn)參數(shù)

2.1.3.他的人工加速試驗(yàn)方法

目前比較大型的老化測(cè)試設(shè)備一般是以金屬鹵素?zé)魹楣庠吹拇笮蜏y(cè)試單元，可以進(jìn)行整車人工加速試驗(yàn)。金屬鹵素?zé)舻墓庾V能量分布跟太陽(yáng)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 75220。

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。一些日本標(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(cè)試標(biāo)準(zhǔn)JIS D0205,建材老化測(cè)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。

2.2.飾材料IP/DP試驗(yàn)

IP/DP（Instrument Panel/Door Panel）箱專指汽車儀表板、門板等內(nèi)飾件作試驗(yàn)用的玻璃箱。目前通用汽車、福特汽車和大眾汽車采用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行汽車的內(nèi)飾件試驗(yàn)。盡管不同汽車企業(yè)的試驗(yàn)參數(shù)、試驗(yàn)條件有所變化，但試驗(yàn)形式基本相同。

通用汽車采用IP/DP箱對(duì)內(nèi)飾件暴曬技術(shù)相對(duì)成熟，其試驗(yàn)周期的控制值得其他整車廠的學(xué)習(xí)。下面重點(diǎn)介紹通用汽車IP/DP箱汽車內(nèi)飾件老化試驗(yàn)——TNR（Temperature Normalized Radiation）周期控制。

2.2.1.NR周期控制IP/DP箱的設(shè)計(jì)要求

IP/DP箱采用可控方位角跟蹤（以獲得最大日光輻射）及面向南方的固定角度方法。通過使用線性軸扇，箱內(nèi)溫度被控制在特定水平，從而為試樣提供了一致的氣流。當(dāng)溫度降至3℃以下時(shí)，風(fēng)扇會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。超溫保護(hù)裝置在黑板溫度達(dá)到設(shè)置的極限溫度值以上6℃時(shí)，應(yīng)放下卷簾。安裝薄板擋風(fēng)玻璃或車側(cè)玻璃來評(píng)估不同類型的玻璃對(duì)汽車內(nèi)飾材料的影響。

2.2.2.NR周期控制數(shù)據(jù)計(jì)算原理

TNR周期控制通過溫度校正輻射量，由每隔一定的時(shí)間測(cè)量太陽(yáng)光輻射量及試驗(yàn)裝置黑板溫度計(jì)上測(cè)得的溫度的平均值計(jì)算累加得到；在太陽(yáng)輻射所產(chǎn)生的效應(yīng)中，TNR周期控制考慮到樣品本身溫度高低所產(chǎn)生的作用。

R： 試驗(yàn)用玻璃及角度下所測(cè)到的太陽(yáng)光輻射量，單位：蘭利（ly）。

T：從試驗(yàn)裝置黑板溫度計(jì)上測(cè)得的溫度，單位：℃。

2.2.3.NR周期控制系統(tǒng)原理方框圖，如圖1。

2.3.飾材料整車暴曬試驗(yàn)

2.3.1.飾材料整車暴曬試驗(yàn)的意義

整車暴曬在考察汽車內(nèi)飾材料的性能越來越受到重視，其不僅能掌握內(nèi)飾件的耐候性能，而且也能體現(xiàn)內(nèi)飾件在實(shí)際應(yīng)用的其他性能和其他內(nèi)飾件之間的匹配性?？傊噧?nèi)飾在整車中暴曬更能全面反映其性能。

在整車暴曬試驗(yàn)中，內(nèi)飾材料的耐候性試驗(yàn)是通過暴曬試驗(yàn)前在重點(diǎn)材料的關(guān)鍵位置設(shè)置溫度變化監(jiān)控點(diǎn)，在暴曬過程中監(jiān)測(cè)試驗(yàn)點(diǎn)的溫度變化以及在規(guī)定時(shí)間間隔檢查內(nèi)飾材料的耐候性能（見圖2，標(biāo)出了汽車內(nèi)飾件在某地戶外暴曬過程中達(dá)到的最高溫度）。

通過對(duì)內(nèi)飾材料溫度的監(jiān)測(cè)，可以了解到內(nèi)飾材料在車內(nèi)達(dá)到的最高溫度，最高溫度可以指導(dǎo)IP/DP箱設(shè)定合理的限溫溫度，確保在IP/DP箱試驗(yàn)的內(nèi)飾材料更能接近整車內(nèi)狀況；同時(shí)人工加速老化試驗(yàn)黑板溫度或黑標(biāo)溫度的設(shè)定，也可以參考整車暴曬中內(nèi)飾材料達(dá)到的最高溫度來設(shè)定，對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定和修訂具有參考意義。

圖1.NR周期控制系統(tǒng)原理方框圖

2.3.2.飾材料整車暴曬試驗(yàn)方法

在整車暴曬過程中，定期啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)并工作一段時(shí)間，然后定期檢查車的內(nèi)飾件和以及其使用情況。目前部分汽整車廠的暴曬試驗(yàn)要求如下：

2.3.2.1.了讓內(nèi)飾材料更好的吸收太陽(yáng)輻射，車輛南北方向停放，在北半球朝南，南半球朝北。

2.3.2.2.身內(nèi)艙每月吸塵一次，每月濕擦一次。

2.3.2.3.內(nèi)飾材料位置合理布置溫濕度傳感器，了解在暴曬過程中內(nèi)飾件的環(huán)境參數(shù)。

2.3.2.4.期檢查內(nèi)飾件的性能。

2.3.3.車暴曬內(nèi)飾材料的評(píng)價(jià)方法

2.3.3.1.查材料是否有裂紋、孔洞、破裂、軟化等形式的變化。

2.3.3.2.件是否發(fā)生變形，能否勝任安全性能的要求。

2.3.3.3.料是否存在分層（在一種材料或者兩者粘合的材料中間）

2.3.3.4.料的光澤和色差的變化是否在規(guī)定范圍之內(nèi)。

2.3.3.5.內(nèi)飾件之間的匹配性

圖3.工加速試驗(yàn)留樣與試驗(yàn)樣品

圖4.P/DP箱試驗(yàn)樣品

2.3.3.6.飾材料釋放的VOC檢測(cè)

3.飾材料老化試驗(yàn)方法的比較

3.1.工加速老化的樣品與IP/DP箱試驗(yàn)樣品相比：前者一般是標(biāo)準(zhǔn)樣板或是從成品中裁取標(biāo)準(zhǔn)樣板的尺寸，后者一般是內(nèi)飾件成品；前者不能全面發(fā)現(xiàn)材料存在的問題，后者不僅能發(fā)現(xiàn)前者所存在的問題，還能發(fā)現(xiàn)材料在加工成型工藝存在的缺陷。從圖3、圖4中我們可以看到圖3是人工加速試驗(yàn)后材料表面出現(xiàn)顏色的明顯變化（圖3中左邊試樣是留樣，右邊是試驗(yàn)樣品），圖3是IP/DP試驗(yàn)期間汽車的儀表板表面出現(xiàn)細(xì)裂紋。通過這兩幅圖我們可以知道，人工加速最好是在選材方面發(fā)揮作用，而IP/DP不僅能發(fā)現(xiàn)選材方面存在的問題，還能發(fā)現(xiàn)材料在加工過程中存在的缺陷。

3.2.材料篩選方面來說，人工加速老化可以快速掌握材料耐候性，加快新材料開發(fā)流程，有便于科研人員進(jìn)一步研究材料的性能和新材料后續(xù)開發(fā)；IP/DP箱和整車暴曬試驗(yàn)的內(nèi)飾件試驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)，一般用在大批量生產(chǎn)成品前內(nèi)飾件性能檢驗(yàn)試驗(yàn)。

3.3.車暴曬的好處是不但了解材料的耐候性，而且還能掌握實(shí)際使用的性能。跟人工加速和IP/DP箱試驗(yàn)相比較，還可以掌握整車內(nèi)飾材料VOC釋放情況。越來越高的環(huán)保要求，汽車內(nèi)飾件材料VOC的排放的限制越來越嚴(yán)格，原料選擇也越來越重要。

4.結(jié)

人工加速試驗(yàn)主要是用來材料的篩選，降低材料不可靠性風(fēng)險(xiǎn)。IP/DP箱通過模擬整車密閉環(huán)境，方便了內(nèi)飾材料試驗(yàn)的可操作性。整車暴曬的優(yōu)點(diǎn)是不僅可以知道內(nèi)飾件材料老化后是否存在色牢度變化、外觀缺陷、材料的匹配性等問題，還可以監(jiān)測(cè)內(nèi)飾材料暴曬后的VOC排放，全面把握內(nèi)飾材料在整車情形下的性能。

國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)近年來發(fā)展迅速，產(chǎn)品的質(zhì)量也應(yīng)得到相應(yīng)提高。但就內(nèi)飾件而言，國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)做的還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。IP/DP箱暴曬和整車暴曬試驗(yàn)給內(nèi)飾材料的檢驗(yàn)提供了平臺(tái)，滿足了其檢測(cè)要求。國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)在這方面還需要向歐美汽車巨頭學(xué)習(xí)，完善自己的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)體系，提升自己的品牌知名度。建議國(guó)內(nèi)汽車生產(chǎn)商參考國(guó)外質(zhì)量控制模式，增強(qiáng)自身的競(jìng)爭(zhēng)力。

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[2] GMW 3417-2001 Natural Weathering Exposure Test for Interior/Materials

[3] VW 50185-2000 Vehicle Components Resistance to Open Air Weathering

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Research on the Aging Test of Automotive Interior Materials

This paper introduced common aging test methods of automobile interior materials： artificial accelerated aging test, IP / DP box exposure and full vehicle exposure, and discussed specification and operation of the three test methods. Artificial accelerated aging test can quickly acquire the aging properties of automotive interior materials, shorten product development cycle. The aging tests of interior finished products or their finished assemblies in IP / DP boxes and vehicles will reduce the risk of interior materials processing technology and ensure their quality. The data collected from full vehicle exposure provides reliable guidance for parameter setup on artificial accelerated aging test and IP / DP box exposure,and for related standards development and revision.

automotive interior materials；IP/DP box；full vehicle exposure

張華（1981-），籍貫：江蘇東臺(tái)，學(xué)歷：本科，合肥工業(yè)大學(xué)，助理工程師，主要從事材料腐蝕和老化研究。