汽車內(nèi)飾材料老化試驗研究

文 | 廣州威凱檢測技術(shù)研究院 張 華 陳智勇

汽車內(nèi)飾材料老化試驗研究

文 | 廣州威凱檢測技術(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方法：人工加速老化試驗、IP/DP箱暴曬和整車暴曬，分別討論三種試驗方法涉及的規(guī)范以及操作性。人工加速老化試驗?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箱和整車對內(nèi)飾件或其裝配件進行的老化試驗降低內(nèi)飾材料加工工藝存在的風(fēng)險，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)計會讓人耳目一新。隨著汽車向輕量化方向發(fā)展和各國政府對車內(nèi)空氣污染物濃度進行的限制，消費者對汽車內(nèi)飾材料和設(shè)計提出了更高的要求。

汽車內(nèi)飾使用復(fù)合材料主要是儀表板、門護板、頂蓋內(nèi)護板、地毯、座椅及包裹架護板，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)工藝簡單，成本低廉、適用性強而發(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，但總會有這樣那樣的缺陷。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，這都會讓消費者對汽車整體質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面的評價。整車廠競爭加劇，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，無疑讓汽車生產(chǎn)商在競爭激烈的市場上獲得先機。

2.飾材料老化試驗

汽車內(nèi)飾老化試驗主要是測試內(nèi)飾件的耐候性能。人工加速老化通過模擬戶外太陽光快速掌握內(nèi)飾件材料的耐候性；IP/DP箱試驗則模擬內(nèi)飾件在車內(nèi)的位置，可通過跟蹤太陽光來加速試驗；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

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。在人工加速試驗方面，目前主流的汽車內(nèi)飾材料的老化試驗主要采用氙燈模擬太陽光人工加速試驗。氙燈可以模擬全光譜太陽光，重現(xiàn)性好，是與太陽光源最接近的光源。

2.1.1.燈老化試驗的參數(shù)的選擇

目前汽車內(nèi)飾材料氙燈老化試驗應(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參數(shù)的設(shè)定。下面通過SAE J2412（見表1）試驗要求來說明氙燈老化試驗參數(shù)選擇和設(shè)定。

氙燈老化試驗輻照度監(jiān)測主要有以下幾個監(jiān)測波段：300nm、420nm、300-400nm、300-800 nm。對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)測波段控制輻照度可以通過廠家給定的參數(shù)來計算出來。

氙燈老化試驗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現(xiàn)，例如窗玻璃濾光器模擬通過玻璃窗的陽光，日光濾波器模擬戶外陽光，擴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)測試樣表面可能達(dá)到的最高溫度。每個樣品情況各不相同，因此監(jiān)控每一個樣品的表面溫度是不現(xiàn)實的。試驗中實際采用黑標(biāo)準(zhǔn)溫度或黑板溫度來監(jiān)測。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.燈老化試驗標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的使用

汽車內(nèi)飾材料氙燈老化試驗通常用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)來控制試驗周期或者監(jiān)測氙燈運行的準(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時間，常見的方法是將試樣和某一號藍(lán)羊毛同時進行暴露，以該標(biāo)準(zhǔn)羊毛褪色至灰色樣卡4級或3級時，相當(dāng)于色差為4.3±0.4時來控制試驗的結(jié)束或一個試驗周期的結(jié)束。AATCC藍(lán)羊毛的用途之一就是監(jiān)測設(shè)備運行的準(zhǔn)確性，例如在標(biāo)準(zhǔn)SAE J1885中規(guī)定，試驗時采用藍(lán)羊毛標(biāo)準(zhǔn)L2進行每天監(jiān)控或采用藍(lán)羊毛標(biāo)準(zhǔn)L4進行每三天一次的監(jiān)控。美國汽車工程協(xié)會標(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的試驗參數(shù)

2.1.3.他的人工加速試驗方法

目前比較大型的老化測試設(shè)備一般是以金屬鹵素?zé)魹楣庠吹拇笮蜏y試單元，可以進行整車人工加速試驗。金屬鹵素?zé)舻墓庾V能量分布跟太陽光譜分布非常相似，特別是在紅外線區(qū)域，其紫外線的截止點為280nm，其試驗標(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清洗、更換等缺點，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試標(biāo)準(zhǔn)JIS D0205,建材老化測試標(biāo)準(zhǔn)JIS A1415，日產(chǎn)公司的E_M0135-2008 仍然在采用碳弧燈試驗方法。

2.2.飾材料IP/DP試驗

IP/DP（Instrument Panel/Door Panel）箱專指汽車儀表板、門板等內(nèi)飾件作試驗用的玻璃箱。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)來進行汽車的內(nèi)飾件試驗。盡管不同汽車企業(yè)的試驗參數(shù)、試驗條件有所變化，但試驗形式基本相同。

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

2.2.1.NR周期控制IP/DP箱的設(shè)計要求

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，風(fēng)扇會自動關(guān)閉。超溫保護裝置在黑板溫度達(dá)到設(shè)置的極限溫度值以上6℃時，應(yīng)放下卷簾。安裝薄板擋風(fēng)玻璃或車側(cè)玻璃來評估不同類型的玻璃對汽車內(nèi)飾材料的影響。

2.2.2.NR周期控制數(shù)據(jù)計算原理

TNR周期控制通過溫度校正輻射量，由每隔一定的時間測量太陽光輻射量及試驗裝置黑板溫度計上測得的溫度的平均值計算累加得到；在太陽輻射所產(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： 試驗用玻璃及角度下所測到的太陽光輻射量，單位：蘭利（ly）。

T：從試驗裝置黑板溫度計上測得的溫度，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

2.3.1.飾材料整車暴曬試驗的意義

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)飾件在實際應(yīng)用的其他性能和其他內(nèi)飾件之間的匹配性。總之汽車內(nèi)飾在整車中暴曬更能全面反映其性能。

在整車暴曬試驗中，內(nèi)飾材料的耐候性試驗是通過暴曬試驗前在重點材料的關(guān)鍵位置設(shè)置溫度變化監(jiān)控點，在暴曬過程中監(jiān)測試驗點的溫度變化以及在規(guī)定時間間隔檢查內(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）。

通過對內(nèi)飾材料溫度的監(jiān)測，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箱試驗的內(nèi)飾材料更能接近整車內(nèi)狀況；同時人工加速老化試驗黑板溫度或黑標(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方法

在整車暴曬過程中，定期啟動發(fā)動機并工作一段時間，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要求如下：

2.3.2.1.了讓內(nèi)飾材料更好的吸收太陽輻射，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)飾材料的評價方法

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.工加速試驗留樣與試驗樣品

圖4.P/DP箱試驗樣品

2.3.3.6.飾材料釋放的VOC檢測

3.飾材料老化試驗方法的比較

3.1.工加速老化的樣品與IP/DP箱試驗樣品相比：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，右邊是試驗樣品），圖3是IP/DP試驗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箱和整車暴曬試驗的內(nèi)飾件試驗時間較長，一般用在大批量生產(chǎn)成品前內(nèi)飾件性能檢驗試驗。

3.3.車暴曬的好處是不但了解材料的耐候性，而且還能掌握實際使用的性能。跟人工加速和IP/DP箱試驗相比較，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)

人工加速試驗主要是用來材料的篩選，降低材料不可靠性風(fēng)險。IP/DP箱通過模擬整車密閉環(huán)境，方便了內(nèi)飾材料試驗的可操作性。整車暴曬的優(yōu)點是不僅可以知道內(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給內(nèi)飾材料的檢驗提供了平臺，滿足了其檢測要求。國內(nèi)汽車企業(yè)在這方面還需要向歐美汽車巨頭學(xué)習(xí)，完善自己的試驗標(biāo)準(zhǔn)體系，提升自己的品牌知名度。建議國內(nèi)汽車生產(chǎn)商參考國外質(zhì)量控制模式，增強自身的競爭力。

[1] SAE J2412-2004 Accelerated Exposure of Automotive Interioro Trim Components Using a Controlled Irradiance Xenon-Arc Apparatus

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

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

[4] GM 9538P-1996 Weathering Exposure Test for Interior Trims

[5] Matthew P.McGreer. Weathering Testing of Interior Materials. 第二屆中美材料環(huán)境腐蝕與老化試驗學(xué)術(shù)研討會2002

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，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。