汽車玻璃遮陽膜氙燈老化試驗與戶外曝曬測試的差異性分析

摘要：汽車玻璃遮陽膜可以起到隔熱、防曬等作用，備受汽車消費者青睞。由于此類產(chǎn)品容易受到環(huán)境影響，使用數(shù)年后往往會出現(xiàn)性能衰減，用戶投訴較多。為助力產(chǎn)品抗老化可靠性研究，提升產(chǎn)品質(zhì)量，對此類產(chǎn)品在實驗室環(huán)境下的氙燈老化及戶外曝曬2 種測試方法結(jié)果進(jìn)行對比，研究了汽車玻璃遮陽膜氙燈老化和戶外曝曬的相關(guān)性及機理，并對測試方法及細(xì)節(jié)提供了建議。

關(guān)鍵詞：汽車玻璃遮陽膜；氙燈老化試驗；戶外曝曬試驗；相關(guān)性

0 前言

汽車玻璃遮陽膜是一種塑料薄膜制品，多為聚酯薄膜，它通過本體染色、紫外線吸收劑注入、鍍膜、涂布、復(fù)合等生產(chǎn)工藝制成［1］。這種材料因為出色的隔熱、防曬作用，備受消費者青睞。汽車玻璃遮陽膜對汽車怠速制冷的影響較為明顯，可降低能耗，有助于節(jié)能環(huán)保［2］。但汽車玻璃遮陽膜經(jīng)過長時間曝曬，在使用數(shù)年后往往發(fā)生性能衰減，這也成了眾多消費者擔(dān)心的問題。針對這個問題，行業(yè)內(nèi)普遍采用了戶外曝曬和氙燈老化2 種測試方案來驗證汽車玻璃遮陽膜的抗光老化能力。

戶外曝曬試驗是直接將樣品暴露于自然環(huán)境中，使試樣受各種大氣因素的綜合作用，評估產(chǎn)品的抗光老化能力［3］。該試驗方案能充分驗證產(chǎn)品在真實使用下的防曬隔熱性能保持能力，但測試時間長，很難滿足企業(yè)新品研發(fā)周期需求。氙燈老化試驗是通過環(huán)境模擬設(shè)備測試產(chǎn)品性能衰減的一種方法，可通過對陽光輻射、環(huán)境溫度等控制，實現(xiàn)加速老化效果。該方法可以通過數(shù)百小時的測試，模擬若干時長的自然環(huán)境，是一種經(jīng)濟(jì)性很高的測試方法。

自然使用的狀態(tài)有多種，氙燈老化的測試方案也有差異，因此找到戶外曝曬和氙燈老化這2 種測試方案的相關(guān)性，對助力產(chǎn)品研發(fā)尤為關(guān)鍵。為此，本文設(shè)計了一種試驗方案，即通過設(shè)計產(chǎn)品的典型使用工況以及常用的2 種氙燈老化測試方法，測試汽車玻璃遮陽膜試驗前后的光學(xué)性能，分析2 種方案的相關(guān)性，并根據(jù)測試結(jié)果提出一些建議。

1 試驗方案

1. 1 戶外曝曬

試驗時間為1.5 a，分別測試樣品在0.5 a、1.0 a、1.5 a 時汽車玻璃遮陽膜的光學(xué)性能。每組測試3 件樣品，測試劃分為2 種典型環(huán)境：① 有遮陽棚，特點是光照強度低、不經(jīng)受雨淋；② 無遮陽棚，特點是光照強度高、經(jīng)受雨淋。戶外曝曬場地選擇在上海金山工業(yè)區(qū)，此區(qū)域臨近海邊，并且位于開闊的樓頂，可以充分獲得陽光和雨水。

1. 2 氙燈老化

試驗時間為600 h，分別測試樣品在200 h、400 h、600 h 時的可見光透射比和紫外線透射比。每組測試3 件樣品，測試條件劃分為：① GA/T 744—2013 《汽車車窗玻璃遮陽膜》條件，即輻照度0.55 W/m2@340 nm、黑標(biāo)溫度63 ℃、箱體溫度38 ℃、無噴淋［4］；② GB/T 1865—2009《 色漆和清漆人工氣候老化和人工輻射曝露濾過的氙弧輻射》條件，即輻照度0.55 W/m2@340 nm、黑標(biāo)溫度63 ℃、箱體溫度38 ℃、有噴淋（噴淋18 min 后停噴102 min）［5］。試驗臺架及樣品試驗中的狀態(tài)見圖1。

2 試驗結(jié)果及分析

影響汽車玻璃遮陽膜使用體驗的2 項關(guān)鍵指標(biāo)是可見光透射比和紫外線透射比。可見光透射比越大，透明度越好，能提供更好的駕駛視線；紫外線透射比是指透射的紫外線光譜輻射通量與入射的紫外線光譜輻射通量的比值，由于太陽光中的紫外線對皮膚和內(nèi)飾表面有損害，因此該參數(shù)越小越好。

2 種方案的測試數(shù)據(jù)結(jié)果統(tǒng)計見表1、表2。由表1、表2 可見：戶外曝曬、有遮陽條件下的測試結(jié)果與GA/T 744—2013 氙燈老化的測試結(jié)果相關(guān)性較好；戶外曝曬、無遮陽條件下的測試結(jié)果與GB/T 1865—2009 氙燈老化的測試結(jié)果有一定相關(guān)性。分析表1、表2 數(shù)據(jù)可得以下結(jié)論。

（1） 紫外線能量會影響遮陽膜的光學(xué)性能。紫外線能量會破壞有機材料的主鏈結(jié)構(gòu)。遮陽膜的主鏈敏感吸收帶都位于紫外線段，并且制膜時殘余的催化劑和運輸時產(chǎn)生的雜質(zhì)也會吸收紫外線，而氙燈老化可以通過氙燈光源模擬出290～800 μm波段，覆蓋了紫外線段，因此能與戶外曝曬方案呈現(xiàn)出相關(guān)性。

（2） 環(huán)境溫度及濕度會影響遮陽膜的光學(xué)性能。升高溫度會使膜材料中的分子運動更加猛烈，一旦分子動能強于其化學(xué)鍵的離解能，分子鏈就會熱降解。針對升高溫度對遮陽膜的影響，在實驗室環(huán)境下，基于GA/T 744—2013 測試方案，通過調(diào)整箱體溫度進(jìn)行了進(jìn)一步驗證。在驗證試驗中，將箱體溫度分別設(shè)定為26 ℃、30 ℃、34 ℃，并與箱體溫度為38 ℃時的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，結(jié)果見表3。

此外，濕度對膜材料的影響是因為水可以使材料發(fā)生溶脹或溶解，導(dǎo)致分子間作用力轉(zhuǎn)變，無法保證其初始聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。氙燈老化是通過模擬與自然環(huán)境相近的氣候環(huán)境，達(dá)到與戶外曝曬相近的測試結(jié)果。從測試數(shù)據(jù)也能發(fā)現(xiàn)，樣品在有無遮陽狀態(tài)下的光學(xué)性能衰減不一。

（3） 輻照量會影響遮陽膜的光學(xué)性能。太陽輻射總能量是指在一段時間內(nèi)樣品表面單位面積累計接收到的輻射能量，它將直接影響材料的老化。上海屬于亞熱帶氣候，年太陽輻射總能量為3 300～5 800 MJ/m2［6］。根據(jù)氙燈老化設(shè)備表顯總能量，測試600 h 的輻射總能量為9 000 MJ/m2，二者的輻射總能量相近。

（4） 測試樣品的臺架情況的影響。對比發(fā)現(xiàn)戶外曝曬、無遮陽條件下的測試結(jié)果與GB/T 1865—2009 氙燈老化的測試結(jié)果有一定相關(guān)性，但相關(guān)性不及戶外曝曬、有遮陽條件下的測試結(jié)果與GA/T744—2013 氙燈老化的測試結(jié)果的強相關(guān)性。由此判斷這是受樣品的臺架因素的影響。汽車玻璃遮陽膜粘貼于玻璃的內(nèi)側(cè)，測試中，玻璃面朝上進(jìn)行測試。在實驗室環(huán)境中，測試臺架采用的是排水性較好的鋼板，因此在噴淋狀態(tài)下，膜面部分的水更容易揮發(fā)或者排出。但本次試驗用的戶外曝曬測試臺架采用了木制結(jié)構(gòu)，它的吸水性比鋼板好，因此膜面部分更容易聚集雨水或者露水。由于水分會對汽車玻璃遮陽膜的黏連狀態(tài)造成不可逆影響，進(jìn)而造成光學(xué)性能的變化，未來應(yīng)針對這個問題進(jìn)行改進(jìn)。

3 結(jié)語

氙燈老化試驗已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種材料的光老化性能測試，它作為戶外曝曬試驗的重要補充，可以幫助評估了產(chǎn)品的自然老化能力。針對上海地區(qū)，戶外曝曬、有遮陽條件下的測試結(jié)果與GA/T 744—2013 氙燈老化的測試結(jié)果相關(guān)性較好，戶外曝曬、無遮陽條件下的測試結(jié)果與GB/T 1865—2009 氙燈老化的測試結(jié)果有一定相關(guān)性。但仍需要關(guān)注的是氙燈老化相比于戶外曝曬的測試結(jié)果偏好，這是源于氙燈老化測試模擬的是光照、溫度、濕度，但無法模擬大氣環(huán)境中的空氣腐蝕（比如酸雨）、灰塵、低溫環(huán)境等，這些對樣品的老化也會造成影響。建議未來進(jìn)行此類評估時，可以增加冷凝水測試、中性鹽霧測試、高低溫測試等，通過這些數(shù)據(jù)輔助驗證產(chǎn)品真實抗老化能力。

參 考 文 獻(xiàn)

［ 1 ］ 張紅，陸洪凱，王文高，等. 汽車玻璃用貼膜光學(xué)性能抗老化試驗研究[J]. 玻璃， 2012（9）：31-34.

［ 2 ］ 翟端正. 汽車玻璃貼膜對整車暴曬后車內(nèi)溫升和空調(diào)制冷影響的研究[J]. 測試試驗，2020（23）：133-135.

［ 3 ］ 杜硯文，劉丹，張曉略，等. 車用高分子材料不同地區(qū)戶外曝曬試驗相關(guān)性研究[J]. 裝備環(huán)境工程，2022（7）：137-141.

［ 4 ］ 中華人民共和國公安部. 汽車車窗玻璃遮陽膜：GA/T 744—2013[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

［ 5 ］ 中國石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會. 色漆和清漆 人工氣候老化和人工輻射曝露濾過的氨弧輻射：GB/T 1865—2009[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

［ 6 ］ 胡建雄. 關(guān)于氙燈老化和戶外大氣自然曝曬的綜[J]. 合成材料老化與應(yīng)用， 2014， 43（4）：70-72.