干燥劑在車燈防霧技術(shù)中的應(yīng)用

杜正軍

摘 要：車燈起霧屬于自然物理現(xiàn)象，雖然不會影響車燈照明功能的正常運行，但是會影響車燈外觀，而且車燈起霧和進水經(jīng)常容易被混淆，所以需要采用干燥劑等技術(shù)方案對車燈起霧問題進行改善。本篇論文通過對干燥劑在車燈防霧技術(shù)中的應(yīng)用進行探究，為車燈防霧提供實用有效的技術(shù)方法。

關(guān)鍵詞：車燈 防霧 干燥劑

1 引言

本文首先介紹了車燈霧氣產(chǎn)生的原因，防霧技術(shù)措施的現(xiàn)狀及存在的問題，確定了干燥劑作為一種可行的解決方案，然后用案例詳細(xì)闡述了干燥劑在車燈防霧技術(shù)中的應(yīng)用。本文結(jié)合實際應(yīng)用場景，提出了針對霧燈和前大燈的干燥劑裝置設(shè)計方案。該方案將干燥劑裝置添加到車燈內(nèi)部，可以有效地吸收車燈內(nèi)部的濕氣，從而降低霧氣的產(chǎn)生。

2 車燈霧氣產(chǎn)生的原因

車燈點亮之后，內(nèi)部溫度會逐漸升高。在燈內(nèi)濕度比較大的情況下，燈內(nèi)的水分被高溫蒸發(fā)形成水蒸氣。水蒸氣在自然對流過程中，遇到車燈內(nèi)部溫度比較低的燈罩尖角等區(qū)域，會凝結(jié)附著在燈罩內(nèi)表面，形成一個個肉眼可見的小水珠，從而產(chǎn)生了車燈起霧現(xiàn)象。車燈起霧的三個重要因素包括：溫度場、流動場和濕度場。

2.1 溫度場對車燈起霧的影響

通常受到車燈外觀造型的影響，光源分布不均勻，導(dǎo)致車燈內(nèi)部溫度場的分布不均衡。車燈光源附近以及燈光可以照射到的部位溫度較高，車燈兩端遠(yuǎn)離光源的部位溫度較低。經(jīng)過車燈霧氣試驗驗證，車燈起霧部位的溫度較其它部位明顯偏低。

2.2 流動場對車燈起霧的影響

車燈點亮?xí)r，其內(nèi)部的溫度存在差異，會造成燈內(nèi)空氣的流動，形成流動場。燈內(nèi)空氣流動受設(shè)計結(jié)構(gòu)影響較大，車燈內(nèi)部通常存在流動死區(qū)或狹長區(qū)域，導(dǎo)致空氣流通受阻，同時這些區(qū)域通常遠(yuǎn)離燈光輻射區(qū)域，會形成低溫區(qū)，容易造成水蒸氣的堆積，導(dǎo)致起霧。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，車燈透氣孔的位置需要合理布局，在空氣流動的死角部位需要增加透氣孔的數(shù)量，促進車燈內(nèi)外空氣對流。

2.3 濕度場對車燈起霧的影響

濕度場會受到車燈內(nèi)外的氣流交換、車燈的密封性、外部環(huán)境的濕度等因素的影響。如果車燈內(nèi)外的氣流交換不暢，或者車燈的密封性不好，或者外部環(huán)境的濕度較高，都會導(dǎo)致車燈內(nèi)部的濕度場增大，從而增加車燈起霧的風(fēng)險。

3 車燈防霧技術(shù)措施及優(yōu)缺點介紹

通過以上對車燈霧氣產(chǎn)生原因的分析，總結(jié)了目前車燈防霧技術(shù)的措施和優(yōu)缺點：

3.1 優(yōu)化車燈內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計

在車燈外觀造型設(shè)計時，為了配合整車美觀需要，車燈通常會設(shè)計的比較狹長，導(dǎo)致車燈內(nèi)部存在冷區(qū)和空氣流動死區(qū)。采用CAE模擬分析確認(rèn)起霧區(qū)域的位置，優(yōu)化車燈內(nèi)部零部件的配合間隙，加快冷區(qū)的空氣流動。在滿足配光法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的要求下，對反射器的開口大小進行調(diào)整，使車燈內(nèi)部的溫度場盡量保持均勻。

優(yōu)點：車燈結(jié)構(gòu)設(shè)計初期，從車燈設(shè)計結(jié)構(gòu)方面進行改善，可以避免后續(xù)試制階段的結(jié)構(gòu)設(shè)計變更和模具修理。

缺點：受到整車外觀造型設(shè)計的影響，可以改善的空間有限，實際改善效果并不理想。

3.2 合理設(shè)置透氣孔

車燈透氣孔是為了解決車燈內(nèi)外的空氣對流和壓力平衡問題。設(shè)計車燈透氣孔的主要原理是：通常利用透氣帽（圖1）實現(xiàn)透氣功能。透氣帽內(nèi)部有一層白色透氣膜，透氣膜通常是由聚四氟乙烯（PTFE）材料經(jīng)過特殊工藝加工制成，是一種柔韌光滑的微孔薄膜。透氣膜微孔的直徑比空氣分子大，但比灰塵和水滴的直徑小，這樣就保證了透氣而不進水。透氣帽里面的透氣膜，主要有三項技術(shù)參數(shù)，分別是透氣膜厚度、透氣量和耐水壓。在使用時，需要結(jié)合霧氣試驗，綜合考慮透氣膜的技術(shù)參數(shù)，選擇合適型號的透氣帽，以達(dá)到最佳的防霧效果。

透氣孔通常設(shè)計在燈殼上，透氣帽安裝在透氣孔上面。在光源對角區(qū)域至少設(shè)置2個透氣孔，透氣孔之間的高度落差要盡可能大。透氣孔應(yīng)當(dāng)設(shè)置在霧氣容易產(chǎn)生的死角區(qū)域，以加快該區(qū)域的空氣流動速度。透氣孔的數(shù)量和直徑需要參考CAE模擬分析結(jié)果進行設(shè)計，透氣孔布置位置見下圖2。

優(yōu)點：透氣帽能夠促進空氣流動，保持車燈內(nèi)外壓力平衡，有效防范液態(tài)水和灰塵進入燈內(nèi)。透氣帽的成本低。

缺點：無法防范空氣中的水蒸氣的進入，特別是在外部環(huán)境濕度比較大的情況下，關(guān)閉車燈以后，會有潮濕的空氣進入燈內(nèi)。

3.3 燈內(nèi)安裝散熱風(fēng)扇

此方法是在車燈內(nèi)部安裝一個小風(fēng)扇，在車燈打開時風(fēng)扇開始工作，將燈內(nèi)的熱空氣通過透氣孔排出到燈外，促進車燈內(nèi)外的空氣流通[1]。

優(yōu)點：散熱風(fēng)扇有利于加快車燈內(nèi)部的空氣流動和溫度平衡，加快霧氣的消散速度。

缺點：車燈內(nèi)部需要有足夠的安裝空間。風(fēng)扇運行時會產(chǎn)生噪音。風(fēng)扇的后期維護比較麻煩。成本比較高。目前散熱風(fēng)扇使用率很低，只在很少一部分高檔車上使用。

3.4 燈罩內(nèi)表面噴涂防霧漆

當(dāng)水蒸氣與低于其飽和溫度的表面接觸時，根據(jù)表面性質(zhì)的不同，有兩種不同的凝結(jié)形式。如果凝結(jié)液體能很好地濕潤壁面，它就在壁面上鋪展成水汽膜，這種凝結(jié)形式稱為膜狀凝結(jié)。當(dāng)凝結(jié)液體不能很好的濕潤壁面時，凝結(jié)水汽在壁面上形成一個個的微小液珠，這種凝結(jié)形式稱為珠狀凝結(jié)。汽車燈罩的材料為合成樹脂，是一種水所不能浸潤的材料，在燈罩內(nèi)表面形成的凝結(jié)是珠狀凝結(jié)[2]。

噴涂防霧漆是在燈罩內(nèi)表面均勻噴涂厚度1-5μm的無色、透明的親水涂層。它可以使水汽潤濕、擴散于燈罩內(nèi)表面，形成一層超薄的透明水膜，而不是集聚成細(xì)小水珠，從而保持無霧視野。防霧漆大多采用雙組份涂料。大批量生產(chǎn)必須采用機械手自動噴涂，主要的生產(chǎn)方式是建立防霧涂裝線進行自動化生產(chǎn)。

優(yōu)點：防霧涂層可以在較寬的溫度和濕度范圍內(nèi)起作用。防霧涂層具有穩(wěn)定性和耐久性，可以較長時間保持車燈防霧效果。

缺點：外觀要求高，廢品率較高，成本較高。需要采用機械手噴涂，并投資專門的防霧漆噴涂生產(chǎn)線。噴涂防霧漆并不能從根本上解決霧氣問題，空氣濕度過于飽和的情況下，還會在燈罩內(nèi)表面形成流掛的痕跡，會形成“淚痕”，影響車燈外觀。經(jīng)過長期使用，防霧涂層會逐漸老化甚至失效。

3.5 采用干燥劑防霧

干燥劑會吸收車燈內(nèi)部的水汽，使車燈內(nèi)部的相對濕度降低，從而阻止車燈內(nèi)部的水汽擴散和凝結(jié)，達(dá)到防止車燈起霧的目的。

干燥劑的分類，有以下兩種：一種是化學(xué)干燥劑，是指通過與水分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成水合物或其他化合物的干燥劑，如氯化鈣、氯化鎂等。這類干燥劑的優(yōu)點是吸濕能力強，不易釋放水蒸氣。另一種是物理干燥劑，是指通過物理吸附或凝聚的方式，將水分子固定在自身表面或孔隙中的干燥劑，如硅膠、蒙脫石等。這類干燥劑的優(yōu)點是無毒無害，不會改變自身性質(zhì)，缺點是吸濕能力較弱，容易在高溫下釋放水蒸氣。不同種類的干燥劑吸濕率不同。車燈上應(yīng)用最多的是氯化鎂干燥劑，以下將做重點介紹。

3.5.1 氯化鎂干燥劑

氯化鎂干燥劑（圖3）吸濕能力遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的硅膠、蒙脫石干燥劑，吸濕效果尤其明顯。目前車燈上應(yīng)用最廣泛的是氯化鎂干燥劑。

氯化鎂干燥劑的特點：

吸濕速度快，吸濕率高：在溫度25℃，相對濕度90%的條件下，最大吸濕率可達(dá)其自身重量的200%以上，是普通物理干燥劑的10倍以上。采用不同透氣量的包裝膜，可獲得不同吸濕速度的干燥劑。適應(yīng)溫度范圍廣：在﹣30℃～90℃的溫度條件下均可持續(xù)工作，只是吸濕速度有所變化。固態(tài)形狀，吸濕以后不會外溢：氯化鎂干燥劑在吸收水分之前為粉末狀，吸濕后呈固態(tài)顆?；驂K狀，即便受到物理擠壓也無液體溢出。氯化鎂干燥劑吸濕以后體積會發(fā)生明顯的膨脹，體積會增大到原來的2倍左右，因此需要預(yù)留適當(dāng)?shù)呐蛎浛臻g。

氯化鎂干燥劑用量的選擇：干燥劑的用量受到使用環(huán)境中的相對濕度、包裝膜的水汽透過率等因素的影響比較大，使用者可以參照德國標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)會發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，DIN 55474：2015《包裝輔助材料.干燥劑袋.應(yīng)用、所需干燥劑袋數(shù)的計算》進行干燥劑用量的理論計算。按照目前的使用經(jīng)驗來看，為滿足一年以上的使用要求，氯化鎂干燥劑在前大燈里面的用量為25-40g左右，在霧燈和后尾燈里面的用量為10-15g左右。

4 氯化鎂干燥劑在車燈防霧技術(shù)上面的具體應(yīng)用方案

4.1 干燥劑在霧燈上面的應(yīng)用

以某車型前霧燈為例。首先進行CAE模擬，對燈罩的溫度場分布情況進行分析（圖4）。根據(jù)分析結(jié)果，溫度最低的區(qū)域集中在燈罩的尖角部位，因此需要對此區(qū)域起霧做重點預(yù)防。

改善措施：在霧燈尖角部位增加氯化鎂干燥劑，干燥劑用量10g。由于前霧燈的使用頻率相對前大燈來說并不高，所以直接采用一個帶孔的干燥劑安裝盒，將氯化鎂干燥劑固定在盒子內(nèi)，盒子內(nèi)部預(yù)留有一定的膨脹空間（圖5）。經(jīng)過車燈淋雨試驗驗證，未增加干燥劑的前霧燈起霧現(xiàn)象很明顯，增加干燥劑的前霧燈未起霧。

4.2 干燥劑在前大燈上面的應(yīng)用

以某車型前大燈為例。對燈罩內(nèi)表面溫度分布情況，進行CAE模擬分析（圖6）。根據(jù)分析結(jié)果判斷，前大燈尖角部位的溫度較低，容易造成霧氣凝結(jié)，因此需要做重點預(yù)防。

改善措施：在燈內(nèi)增加25g的氯化鎂干燥劑。為了避免干燥劑長時間使用以后失效，需要對干燥劑的安裝結(jié)構(gòu)采取措施，采用可更換式的結(jié)構(gòu)。將干燥劑放置于距離大燈尖角最近的防塵蓋里面，將防塵蓋旋開以后，就可以將干燥劑取出并更換（圖7）。經(jīng)過霧氣試驗驗證，增加氯化鎂干燥劑的前大燈無霧氣產(chǎn)生。氯化鎂干燥劑一般使用一年以上，如果車燈出現(xiàn)特別明顯的霧氣，需要及時更換干燥劑，通過這種方法可以保持車燈防霧能力長期有效。

5 結(jié)語

干燥劑在車燈防霧技術(shù)中的應(yīng)用具有重要的意義。通過本文的研究，我們得出了干燥劑在車燈防霧技術(shù)方面的實際應(yīng)用方案，并提出了保持車燈防霧能力長期有效的辦法。相信本文的研究成果對于提高車燈的防霧能力，將會有積極的推動作用。未來還需進一步研究干燥劑的吸濕能力，提升和優(yōu)化干燥劑的使用性能和效果，進一步提升干燥劑在防霧領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]張世中，蘭天亮，路向前.關(guān)于汽車車燈起霧的改善設(shè)計[J].河南科技，2015（02）：58-60.

[2]黃寶陵，徐小平，顧敏沁，等.汽車車燈內(nèi)部結(jié)霧的熱分析及應(yīng)對措施[J].汽車技術(shù)，2001（03）：11-14.