用于汽車前照燈可循環(huán)式干燥劑實際使用特性研究

占麗萍，程 雷，朱學(xué)良，張 凱

（1.上汽大眾汽車有限公司；2.上海交通大學(xué)，上海 201805）

近年來，車燈起霧問題是汽車外部燈具最受關(guān)注的問題之一。車燈起霧除了影響外觀和光學(xué)性能，引起用戶的不良感受之外，還對內(nèi)部電子元器件的壽命和安全有一定影響。隨著車燈造型多樣化，許多車燈的形狀越來越不規(guī)則，車燈內(nèi)部的氣體交換日益復(fù)雜，加上冷光源LED的廣泛應(yīng)用，使燈具霧氣的問題日益復(fù)雜和嚴(yán)苛。

燈具起霧，從熱力學(xué)的角度解釋為，車燈內(nèi)局部區(qū)域的溫度低于該區(qū)域的露點溫度。目前消除霧氣的方法主要有：結(jié)構(gòu)上增加前照燈內(nèi)零部件間隙以消除流動死角和低溫冷區(qū)；調(diào)整透氣管的數(shù)量和分布；安裝干燥劑等除濕裝置；以及在配光鏡內(nèi)側(cè)增加防霧涂層，使霧氣柱狀凝結(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)槟钅Y(jié)等。其中，干燥劑能直接使燈內(nèi)空氣中的水蒸氣減少，降低燈內(nèi)露點，是比較通用的消除霧氣手法。但常規(guī)干燥劑缺點是其材料在吸濕后會膨脹凝固，使用壽命不長，需要定期更換?？裳h(huán)式干燥劑單品經(jīng)試驗驗證具有吸濕率爆發(fā)力強、吸濕速率高、平衡吸濕量大，且重復(fù)使用性能較好的特點［1］。其在實際燈具中的使用量以及不同環(huán)境下的長期表現(xiàn)仍然有待驗證。本文主要研究某循環(huán)式干燥劑產(chǎn)品在實際環(huán)境中的使用表現(xiàn)。

1 干燥劑吸濕原理

本文研究的干燥劑為某公司提供的可循環(huán)式復(fù)合干燥劑，主要成分為Si系氣凝膠和MgCl2等，其中Si系氣凝膠主要提供多孔結(jié)構(gòu)，增加比面積。MgCl2是一種吸水性很強的鹵化物吸濕性鹽類，主要作用參與可逆的化學(xué)反應(yīng)，吸水和脫水生成對應(yīng)結(jié)晶水合物。反應(yīng)過程的主要反應(yīng)式為［2］：

車燈內(nèi)部溫濕度變化范圍較大，可循環(huán)式干燥劑在不同環(huán)境條件下的吸濕量和循環(huán)吸濕壽命是其在車燈上使用的重要研究對象。下面結(jié)合車燈內(nèi)實際使用工況進(jìn)行了干燥劑實際產(chǎn)品在燈內(nèi)作用影響的試驗研究。

2 干燥劑產(chǎn)品實際使用特性研究

2.1 干燥劑不同使用量下的吸附特性試驗

為了驗證可循環(huán)式干燥劑產(chǎn)品在實際環(huán)境中的使用效果，選用上汽大眾某款車型全LED前照燈，針對不同可循環(huán)式干燥劑使用量下的燈內(nèi)環(huán)境變化情況進(jìn)行了對比。該前照燈的通氣結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要采用裝有海綿的通氣彎管。

試驗條件：車燈功能全部開啟 （近光常亮，遠(yuǎn)光常亮，轉(zhuǎn)向燈閃爍，位置燈常亮），怠速30min，在此過程中采集燈內(nèi)環(huán)境參數(shù)，試驗樣品分別為未添加干燥劑的前照燈以及添加6g、12g、18g盒裝可循環(huán)式干燥劑的前照燈。對于添加了干燥劑的前照燈，怠速點燈試驗在安裝干燥劑并穩(wěn)定約24h之后的白天進(jìn)行。前照燈通氣孔維持其原始狀態(tài)不變。

圖1 試驗前照燈通氣結(jié)構(gòu)

圖2 所示為未添加干燥劑與分別添加6g、12g、18g盒裝干燥劑的燈內(nèi)／外部環(huán)境參數(shù)變化結(jié)果，參數(shù)包括溫度、濕度、空氣露點值和水蒸氣壓。其中，怠速30min后，未添加干燥劑的前照燈溫度提高到了47℃，露點逐漸提高到22℃，推測原因為車燈點亮?xí)r，燈內(nèi)的濕空氣被加熱，燈具材料的水分被部分釋放，燈內(nèi)的水蒸氣壓隨之明顯增大，甚至超過燈外環(huán)境水蒸氣壓，此時燈內(nèi)的露點比較高。如果此時進(jìn)行淋雨試驗或洗車，推斷有較大的概率出現(xiàn)霧氣。

從添加了干燥劑的試驗結(jié)果來看，車輛怠速之前的靜置階段，使用干燥劑的前照燈水蒸氣壓明顯低于未安裝干燥劑的前照燈，且燈內(nèi)的水蒸氣壓隨著干燥劑用量的增大而依次減小。在怠速持續(xù)過程中，添加干燥劑的燈內(nèi)露點值同樣在提高，但對比怠速30min后的露點結(jié)果 （圖3）可見，怠速30min后，燈內(nèi)露點值隨著干燥劑量的用量增加而相應(yīng)減小，且添加干燥劑的前照燈內(nèi)空氣露點值均低于外部環(huán)境露點值?？梢越忉尀椋S著干燥劑的用量增大，燈內(nèi)水蒸氣被更多地吸收，水蒸氣壓更低，怠速前后水蒸氣壓的增加值更?。ǜ稍飫┪鼭褡饔糜绊憣?dǎo)致塑料蒸發(fā)出來的水量變少）。

另外，對比安裝干燥劑與不安裝的夜間環(huán)境數(shù)據(jù)來看，干燥劑對于夜間燈內(nèi)露點有明顯的降低作用，并且，隨著干燥劑用量的增加，降低露點的效果越明顯。

以上試驗證明了特定環(huán)境條件下 （干燥劑的使用初期），干燥劑具有較強的吸附作用，增加干燥劑的使用量，能明顯降低燈內(nèi)的起霧風(fēng)險。

2.2 干燥劑產(chǎn)品實車長期吸濕性能

為驗證干燥劑產(chǎn)品對燈內(nèi)環(huán)境濕度影響的長期作用，對2.1章中添加18g干燥劑的LED前照燈隨車正常使用一段時間內(nèi)的燈內(nèi)外環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集分析。其正常使用包括靜置、跑車、怠速運轉(zhuǎn)、淋雨洗車等工況。

1）圖4為18g干燥劑裝燈使用1個月后，在正常使用某5天內(nèi)的燈內(nèi)環(huán)境參數(shù)。數(shù)據(jù)顯示，使用1個月后，燈內(nèi)的相對濕度比較穩(wěn)定，燈內(nèi)水蒸氣壓基本低于環(huán)境水蒸氣壓，燈內(nèi)露點值與環(huán)境露點值最大差值為20℃。說明經(jīng)過一個月使用，干燥劑的吸附能力依然存在，但降低露點的效果相較于使用初期已有輕微減弱。

2）圖5為18g干燥劑裝燈使用3個月后，某4天內(nèi) （梅雨季期間）的燈內(nèi)環(huán)境參數(shù)。參數(shù)采集期間，燈內(nèi)露點值與環(huán)境露點值的最大差值僅為15℃，燈內(nèi)水蒸氣壓存在著較大的波動，說明燈內(nèi)的含水量比較大，在燈內(nèi)溫度較高的時間段，燈內(nèi)水蒸氣壓明顯高于環(huán)境水蒸氣壓，此階段干燥劑的吸濕效果已經(jīng)明顯減弱。

3）圖6所示為安裝18g干燥劑5個月后，某日燈內(nèi)環(huán)境參數(shù)與外部環(huán)境參數(shù)對比。數(shù)據(jù)顯示，5個月后燈內(nèi)溫度、空氣露點值、水蒸氣壓均明顯高于外部環(huán)境值。將該前照燈與未安裝干燥劑的前照燈燈內(nèi)環(huán)境參數(shù)對比 （圖7），可見二者環(huán)境參數(shù)差異不大，甚至，車輛靜置時，安裝干燥劑的前照燈內(nèi)部溫度、相對濕度、水蒸氣壓都略微高于未安裝干燥劑的前照燈；在30min怠速點燈后，安裝干燥劑的燈內(nèi)水蒸氣壓依然略高于未安裝干燥劑的前照燈；對怠速后的前照燈進(jìn)行整車淋雨試驗，其起霧面積也略大于未安裝干燥劑的前照燈。說明經(jīng)過5個月，安裝干燥劑的前照燈內(nèi)部總水量高于不帶干燥劑的前照燈，干燥劑表現(xiàn)出一定的放濕作用。

燈體內(nèi)的水分，一部分來自外部潮濕空氣，經(jīng)由通氣結(jié)構(gòu)進(jìn)入燈體內(nèi)部，一部分來自于燈體和燈內(nèi)塑料零件的吸水作用。根據(jù)干燥劑以上表現(xiàn)不難判斷：在干燥劑使用初期，其吸附作用占主要，能有效降低燈內(nèi)的水蒸氣含量和空氣露點值。隨著使用時間的延長，干燥劑內(nèi)部材料吸附量逐漸增大并達(dá)到平衡狀態(tài)，其吸附效果相對減弱，而燈體和燈內(nèi)材料的吸水能力則相對上升，材料吸水變多 （“拔河”效應(yīng)）。因此安裝干燥劑的前照燈內(nèi)部水量會高于未安裝干燥劑的前照燈。尤其是經(jīng)過一段高溫高濕的梅雨季節(jié)，整個前照燈內(nèi)的含水量處于“高位”。在梅雨季結(jié)束后，環(huán)境濕度降低時，干燥劑體現(xiàn)出明顯的放濕效果 （通過干燥劑等溫吸濕曲線［1］可知，相對濕度降低，材料吸濕量變?。?/p>

4）圖8為該18g干燥劑安裝使用6個月后，某日燈內(nèi)環(huán)境參數(shù)與未安裝干燥劑的前照燈燈內(nèi)環(huán)境參數(shù)對比。圖9為燈內(nèi)與外部環(huán)境參數(shù)對比。可以看出此時有干燥劑的前照燈的燈內(nèi)相對濕度和水蒸氣壓又低于無干燥劑的前照燈；怠速30min后進(jìn)行整車淋雨試驗，結(jié)果是帶干燥劑的前照燈未起霧，不帶干燥劑的前照燈局部區(qū)域起霧。怠速結(jié)束后，帶干燥劑的前照燈相對濕度明顯下降，比不帶干燥劑的要快，說明當(dāng)外部環(huán)境濕度高于干燥劑的平衡狀態(tài)時，干燥劑又體現(xiàn)出一定的吸濕能力。

3 結(jié)語

本文從實際使用的角度研究了某型循環(huán)式干燥劑的吸濕性能，得出以下幾點。

1）該型干燥劑在使用初期有明顯的吸濕作用，干燥劑降低燈內(nèi)空氣露點的能力隨著吸霧劑使用量的增加而顯著提高。

2）從長期的實際車輛使用數(shù)據(jù)來看，隨著燈內(nèi)吸濕量的增加，干燥劑的吸濕逐漸達(dá)到平衡狀態(tài)。1～3個月后，干燥劑的吸濕能力在逐步下降。

3）在無有效排濕和防止?jié)駳馊肭值臋C制下，安裝該干燥劑的前照燈在經(jīng)歷高溫高濕環(huán)境后，燈內(nèi)的水量不可避免地會逐漸增加，導(dǎo)致起霧風(fēng)險升高，其試驗中的表現(xiàn)甚至不如不加干燥劑的前照燈，加重了起霧現(xiàn)象。為降低起霧風(fēng)險，建議在使用該循環(huán)式干燥劑的同時，減少開放式通氣結(jié)構(gòu)，或更換為透氣膜，有效降低濕氣的進(jìn)入。

圖2 干燥劑不同用量下的燈內(nèi)和環(huán)境溫度／露點／相對濕度／蒸氣壓參數(shù)對比 （溫度／露點，相對濕度／水蒸氣壓）

圖3 不同用量的干燥劑降低露點和水蒸氣壓能力對比

圖4 干燥劑經(jīng)實際使用1個月后燈內(nèi)與外部環(huán)境參數(shù)對比 （溫度／露點，相對濕度／水蒸氣壓）

圖5 干燥劑經(jīng)實際使用3個月后燈內(nèi)與外部環(huán)境參數(shù)對比 （溫度／露點，相對濕度／水蒸氣壓）

圖6 干燥劑經(jīng)實際使用5個月后燈內(nèi)與外部環(huán)境參數(shù)對比 （溫度／露點，相對濕度／水蒸氣壓）

圖7 干燥劑經(jīng)實際使用5個月后燈內(nèi)與未安裝干燥劑的前照燈燈內(nèi)環(huán)境參數(shù)對比 （溫度／露點，相對濕度／水蒸氣壓）

圖8 干燥劑經(jīng)實際使用6個月后燈內(nèi)與未安裝干燥劑的前照燈燈內(nèi)環(huán)境參數(shù)對比 （溫度／露點，相對濕度／水蒸氣壓）

圖9 干燥劑經(jīng)實際使用6個月后燈內(nèi)與外部環(huán)境參數(shù)對比 （溫度／露點，相對濕度／水蒸氣壓）

4）該型干燥劑經(jīng)過放濕作用而降低吸濕量后，在外部環(huán)境濕度再次提升的條件下，干燥劑的吸濕性能出現(xiàn)了“恢復(fù)”，表現(xiàn)出一定的循環(huán)使用性能。