淺談?dòng)绊懫噧?nèi)飾件自然曝露試驗(yàn)結(jié)果的若干因素

文云雄，江魯，張曉東,，高澤海，陳澤皓

（1.廣州電器科學(xué)研究院股份有限公司海南熱帶環(huán)境分公司，海口 570100；2.中國(guó)電器科學(xué)研究院股份有限公司，廣州 510663）

概述

汽車內(nèi)飾件（主要包括儀表板、門板、中央通道、立柱以及頂棚等）耐候性質(zhì)量的優(yōu)劣，會(huì)直接影響到用戶體驗(yàn)。耐候性差的汽車內(nèi)飾產(chǎn)品，當(dāng)汽車長(zhǎng)時(shí)間戶外停放時(shí)，會(huì)產(chǎn)生變形、變色、發(fā)粘、開裂以及產(chǎn)生異味等質(zhì)量劣化現(xiàn)象，影響消費(fèi)者使用體驗(yàn)。

內(nèi)飾件自然曝露試驗(yàn)作為檢驗(yàn)汽車內(nèi)飾件質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要方式，雖然其試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性、可靠性都是較高的，但也存在著較多影響試驗(yàn)結(jié)果的因素，在試驗(yàn)過(guò)程中不加以注意的話，會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的一致性產(chǎn)生影響。

因此，開展影響汽車內(nèi)飾件自然曝露試驗(yàn)結(jié)果的因素研究具有重要意義。針對(duì)影響試驗(yàn)結(jié)果的因素分析，有利于在今后試驗(yàn)中提醒注意，相應(yīng)減少影響試驗(yàn)結(jié)果的潛在因素，提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。

1 試驗(yàn)

1.1 汽車內(nèi)飾件自然曝露試驗(yàn)簡(jiǎn)介

汽車內(nèi)飾件自然曝露試驗(yàn)方法最早由美國(guó)通用汽車公司提出，旨在利用一種上蓋為汽車專用玻璃的限溫試驗(yàn)箱（圖1），模擬乘用車戶外長(zhǎng)時(shí)間停放時(shí)的車內(nèi)環(huán)境，以一定試驗(yàn)周期內(nèi)試驗(yàn)樣品的外觀變化程度，來(lái)評(píng)價(jià)汽車儀表板、門板等內(nèi)飾件是否滿足乘用車耐候性質(zhì)量要求[1]。

圖1 汽車內(nèi)飾件IP/DP箱自然曝露試驗(yàn)

1.2 汽車內(nèi)飾件限溫試驗(yàn)箱工作原理

汽車內(nèi)飾件限溫試驗(yàn)箱是模擬汽車內(nèi)部封閉環(huán)境自然升溫來(lái)設(shè)計(jì)的，主要由箱體、黑板溫度計(jì)、空氣冷卻系統(tǒng)及落簾保護(hù)系統(tǒng)等組成。其中黑板溫度計(jì)在試驗(yàn)過(guò)程中用以監(jiān)測(cè)和控制箱體內(nèi)所能達(dá)到的最高溫度，當(dāng)箱體實(shí)際溫度達(dá)到設(shè)定限制溫度時(shí)，空氣冷卻系統(tǒng)開始工作降溫，當(dāng)箱體實(shí)際溫度小于限制溫度3 ℃，空氣冷卻系統(tǒng)停止工作。當(dāng)箱體實(shí)際溫度大于限制溫度6 ℃時(shí)，落簾保護(hù)系統(tǒng)開始工作，落簾遮蔽光照來(lái)保護(hù)樣品[2-4]。

1.3試驗(yàn)樣品安裝

按GMW 3417-2018標(biāo)準(zhǔn)要求，將儀表板固定在安裝支架上放入試驗(yàn)箱內(nèi)，且左右兩端距離箱壁至少留有150 mm、頂側(cè)和底側(cè)兩端距離箱壁至少留有100 mm。試驗(yàn)箱內(nèi)安裝黑板溫度傳感器，以控制不同的箱內(nèi)最高溫度，不超過(guò)典型自然環(huán)境下整車上實(shí)測(cè)的該零部件表面最高溫度（105 ℃）[5,6]。

2 結(jié)果與討論

2.1試驗(yàn)箱蓋朝向?qū)ο鋬?nèi)環(huán)境的影響

目前汽車內(nèi)飾件自然曝露試驗(yàn)中，試驗(yàn)箱蓋朝向推薦有固定南向并與水平面成45 °和自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)2種試驗(yàn)方式。圖2、圖3比較了試驗(yàn)箱蓋朝向?qū)ο鋬?nèi)太陽(yáng)輻照和溫度的影響。從圖2可以看出，自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)的試驗(yàn)箱內(nèi)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度在9:00~17:00時(shí)間段內(nèi)基本上處于800~900 W/m2的較高水平，而固定南向45 °的試驗(yàn)箱受太陽(yáng)位置的移動(dòng)影響較大，特別是夏季正午時(shí)分，太陽(yáng)位于試驗(yàn)箱正上方，箱內(nèi)接收的太陽(yáng)輻照更少。因此，兩種試驗(yàn)方式對(duì)試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度影響也十分明顯，自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)的試驗(yàn)箱內(nèi)溫度也可以長(zhǎng)時(shí)間維持在限溫附近（圖3），對(duì)汽車內(nèi)飾件的老化影響更為顯著，試驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果也更準(zhǔn)確可靠。

圖2 試驗(yàn)箱蓋朝向?qū)ο鋬?nèi)太陽(yáng)輻照的影響

圖3 數(shù)據(jù)擬合

圖3 試驗(yàn)箱蓋朝向?qū)ο鋬?nèi)溫度的影響

兩種試驗(yàn)方式相比較，自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)的試驗(yàn)方式充分利用了各時(shí)間段的光照，縮短了試驗(yàn)周期，更符合產(chǎn)品高速發(fā)展的需求，而固定南向45 °的試驗(yàn)方式，沒(méi)有充分利用好各時(shí)間段的光照，試驗(yàn)周期略長(zhǎng)，難以滿足產(chǎn)品高速發(fā)展的需求。

2.2安裝支架材質(zhì)對(duì)樣品試驗(yàn)溫度的影響分析

試驗(yàn)過(guò)程中，需要使用安裝支架將試樣固定在試驗(yàn)箱內(nèi)，對(duì)于門板等試驗(yàn)樣品中，支架與試驗(yàn)樣品表面不可避免產(chǎn)生接觸，支架材料選用不當(dāng)，也會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生不利影響。常用的安裝支架材料有角鋼、角鋁以及木條等，圖4比較了角鋁和木條兩種安裝支架材質(zhì)對(duì)支架與樣品接觸點(diǎn)溫度的影響。從圖4可以看出，在使用金屬材料與木質(zhì)材料安裝條件下樣品的試驗(yàn)溫度數(shù)據(jù)高低依次為，金屬表面接觸＞木質(zhì)表面接觸＞金屬邊緣接觸＞木質(zhì)邊緣接觸，在2020年11月19日各類安裝材料、接觸面均為該月溫度最高的情況下，金屬表面接觸的最高溫度為115.6 ℃，木質(zhì)表面接觸最高溫度為110.0 ℃，金屬表面接觸較木質(zhì)表面接觸的溫度要高出5.6 ℃，金屬邊緣接觸的最高溫度為106.6 ℃，而木質(zhì)邊緣接觸的最高溫度僅為101.1 ℃，金屬邊緣接觸較木質(zhì)邊緣接觸的溫度要高出5.5 ℃，在其他時(shí)間段內(nèi)，金屬表面接觸的最高溫度也普遍高于木質(zhì)表面接觸的最高溫度，金屬邊緣接觸的最高溫度也普遍高于木質(zhì)邊緣接觸的最高溫度，由此可見(jiàn)金屬材料接觸安裝的溫度要明顯高于木質(zhì)材料接觸安裝的溫度，在金屬支架的熱傳遞影響下，樣品表面的溫度是要高于實(shí)際溫度的。

圖4 安裝支架材質(zhì)對(duì)接觸點(diǎn)溫度的影響

金屬支架具有聚熱性快、散熱快等特性，在高溫天氣時(shí)金屬支架能夠快速聚熱，熱傳遞等影響，會(huì)使樣品快速達(dá)到或超過(guò)限制溫度，造成樣品長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)，嚴(yán)重的話將導(dǎo)致樣品發(fā)生形變、開裂等，在低溫天氣時(shí)，其散熱快的特性將導(dǎo)致樣品的溫度降低，使樣品處于長(zhǎng)時(shí)間的低溫狀態(tài)，不利于模擬汽車內(nèi)部環(huán)境。而木質(zhì)支架具有聚熱慢、散熱性低等特性，在高溫天氣時(shí)不易聚熱過(guò)快而導(dǎo)致樣品快速升溫，在低溫時(shí)又可以對(duì)樣品起到一定的保溫效果，使樣品更接近汽車內(nèi)部恒溫效果。因此，推薦選用木質(zhì)材料制作安裝支架，以免由于支架表面溫度過(guò)高導(dǎo)致試驗(yàn)樣品產(chǎn)生非正常失效現(xiàn)象。

2.3安裝高度對(duì)試樣表面溫度的影響

試驗(yàn)箱內(nèi)空間密閉，空氣基本不流動(dòng)，箱內(nèi)升溫主要靠太陽(yáng)輻射，因此會(huì)產(chǎn)生溫度梯度分布情況，與戶外停放時(shí)車內(nèi)空氣溫度分布情況類似。箱內(nèi)限溫控制主要通過(guò)安裝在箱內(nèi)距離玻璃蓋板100 mm且與玻璃表面平行的黑板溫度計(jì)進(jìn)行溫度反饋。為了探討箱內(nèi)不同高度處的溫度差異，在同一個(gè)IP/DP箱體內(nèi)，在距離玻璃面50 mm處、250 mm處、以及500 mm處分別放置了對(duì)比黑板溫度計(jì)與箱體自備黑板溫度計(jì)作對(duì)比，4塊溫度計(jì)安裝方式完全一致并且在同一直線上。圖5比較了距離玻璃表面不同高度處溫度的差異。

圖5 與箱體玻璃面距離不同的各點(diǎn)溫度情況

在同一天內(nèi)，與玻璃面距離為50 mm的高處點(diǎn)最高溫度為85.7 ℃，與玻璃面距離為250 mm的中部點(diǎn)最高溫度為83.8 ℃，與玻璃面距離為500 mm的低處點(diǎn)最高溫度為82.1 ℃，與玻璃面距離為100 mm的箱體原裝黑板溫度計(jì)的最高溫度為84.2 ℃，高處點(diǎn)較黑板溫度計(jì)的溫度略高，中低處點(diǎn)較黑板溫度計(jì)的溫度略低，由此可知，距離玻璃面越近樣品表面的溫度就越高，安裝距離高于黑板溫度計(jì)的位置，則樣品表面溫度要高于實(shí)際控制溫度，安裝距離低于黑板溫度計(jì)的位置，則樣品表面溫度要低于實(shí)際控制溫度。實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)樣品主曝露面高度應(yīng)與黑板溫度計(jì)高度一致，避免樣品表面溫度過(guò)高或長(zhǎng)期低于限溫。

3 結(jié)論與建議

通過(guò)上述討論結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：

1）自動(dòng)太陽(yáng)跟蹤朝向較固定朝南朝向的試驗(yàn)效率更高，汽車內(nèi)飾件自然曝露試驗(yàn)結(jié)果更為準(zhǔn)確可靠。

2）金屬材料接觸安裝的熱傳導(dǎo)會(huì)造成試驗(yàn)樣品附加溫度上升，較木質(zhì)材料接觸安裝的表面溫度要高出5 ℃左右。

3）汽車內(nèi)飾件試驗(yàn)樣品主曝露面安裝高度應(yīng)與箱體內(nèi)安裝的黑板溫度計(jì)高度一致。