車燈用吸霧膜組件創(chuàng)新設(shè)計

（江蘇泛亞微透科技股份有限公司，江蘇 常州 213176）

中國幅員遼闊，南部、東部及中部的大部分省份年平均濕度較大，這為車燈霧氣的產(chǎn)生提供了基礎(chǔ)。除地域因素外，以下幾點也是霧氣產(chǎn)生的關(guān)鍵因素：首先，為滿足美觀和功能要求，車燈結(jié)構(gòu)日益復雜，燈內(nèi)局部空氣不流通性增強，溫差增大［1-2］；其次，頻繁的開關(guān)會導致熄燈后燈內(nèi)形成負壓，如環(huán)境濕度大，水汽會被大量吸入車燈，再次開燈后會立即起霧；此外，燈殼材料 （PP、PC）具有吸濕性，受熱后材料內(nèi)水分揮發(fā)至燈內(nèi)，遇冷后形成霧［3］。

針對車燈霧氣，常規(guī)的解決途徑主要有以下幾種。①彎管透氣：通過熱設(shè)計選擇較佳風道，利用點燈時熱場導致的氣壓差驅(qū)動燈內(nèi)空氣與外界進行自由交換，實現(xiàn)較快散霧功能［2］。缺點是不防水，防塵效果差。②防水透氣組件［4］：透氣膜貼片利用擴散原理，將燈內(nèi)水汽在點燈時隨燈內(nèi)水汽濃度升高而擴散至燈外；透氣栓利用在燈具合適位置開透氣孔形成空氣對流，使燈內(nèi)水蒸氣通過對流排出燈外。缺點是使用數(shù)量多，且無法解決死區(qū)和溫度低區(qū)域的結(jié)霧問題。③防霧涂層：利用親水基在涂膜表面形成防霧膜，在燈殼內(nèi)表面濡潤擴展，形成平整的水膜，阻止霧氣的產(chǎn)生。缺點是濕度較大時會形成流掛和積水。④干燥劑：物理干燥劑吸濕率普遍較低，短效，有條件可逆；化學干燥劑吸濕率普遍較高，但不可逆、有時效性。為確保車燈除霧效果，以上途徑經(jīng)常需組合使用，這不僅復雜了燈具設(shè)計、延長了驗證時間，而且增加了燈具制造工序，從而大大增加了車燈成本。

1 新型紅外可逆吸霧膜組件

基于目前市場上現(xiàn)有車燈霧氣解決途徑存在的問題，本公司研發(fā)了一種帶有閥結(jié)構(gòu)的集防霧除霧、透氣泄壓功能于一體的新型紅外可逆吸霧膜組件。該組件目前有3個系列，分別為車前燈用大容量吸霧膜組件 （Microvent-LC）、尾燈霧燈用中容量吸霧膜組件 （Microvent-MC）、電子產(chǎn)品用微型吸霧膜組件 （Microvent-SC）。

1.1 組件用吸濕材料

組件所選吸濕材料為專用常溫可逆干燥劑，一次吸濕率達到自身質(zhì)量的180%，并隨周圍環(huán)境濕度變化和自身狀態(tài)對外表現(xiàn)出“吸濕”“脫附”，累積吸濕量高。此外，該干燥劑吸濕后保持疏松的固化狀態(tài)，多次“吸脫附”循環(huán)穩(wěn)定后，有效可逆吸濕率仍達到100%以上。

在所選吸濕材料的基礎(chǔ)上，按一定比例加入了某輻射峰值在50～140℃的紅外輻射材料，這在一定程度上加快了干燥劑的可逆速度和可逆程度，增強了組件的吸霧“爆發(fā)力”。

1.2 組件模型

該吸霧膜組件旋裝于車燈后蓋位置，主要由芯體、閥體、安裝結(jié)構(gòu)三部分組成，如圖1所示。

圖1 吸霧膜組件三維圖

在沒有其他透氣結(jié)構(gòu)的前提下，點燈時利用光源溫度升高燈內(nèi)形成的正壓，將水汽隨熱空氣通過閥體快速排出燈體；熄燈時外部空氣經(jīng)干燥進入燈內(nèi)，從而使燈內(nèi)保持一定的干燥狀態(tài)。可逆吸濕率高、可逆速度快、弱化外界環(huán)境影響等特點使吸霧膜組件具備較大的濕度調(diào)節(jié)自由度，能在惡劣工況下保持燈內(nèi)干燥，在燈體內(nèi)外間建立起有效的“防濕泄?jié)裣到y(tǒng)”。

2 實驗室驗證

為測試吸霧膜組件在各工況下的消霧能力，對其進行實驗室消霧驗證，包括主體實驗、補充實驗兩部分。實驗設(shè)備有高低溫濕熱試驗箱、溫濕度巡檢儀等。

2.1 主體實驗

實驗用燈為某型號前照燈 （彎管透氣結(jié)構(gòu)），共2只，其中一只為安裝吸霧膜組件燈。所選吸霧膜組件型號為Microvent-LCV25。

在實驗前，對實驗燈進行前處理，實驗步驟如下。

1）打開后蓋，在25℃、10%RH的高低交變濕熱箱中放置14h（之前做過其他實驗，為保證各燈起點相同進行干燥）。

2）打開后蓋，在60℃、90%RH的高低交變濕熱箱中放置3 h。

3）組件燈安裝吸霧膜組件、溫濕度探頭，密封車燈，開啟遠、近光燈，在25℃、90%RH的高低交變濕熱箱中做交變實驗。

2.1.1 主體實驗大綱

為表征高濕度下頻繁開關(guān)燈對燈內(nèi)濕度的影響，再結(jié)合上班族正常用車情況，本實驗規(guī)定車燈開1 h、關(guān)1 h為1循環(huán)，1個循環(huán)代表日常生活中的1天。非常規(guī)熄燈時間不計入循環(huán)數(shù)，本實驗計劃為1095個循環(huán)，即3年時間。具體實驗大綱見表1。

表1 吸霧膜組件實驗室實驗大綱

2.1.2 階段一

圖2 循環(huán)4相對濕度圖

此階段溫濕度探頭每燈一個，安裝于遠光燈后蓋內(nèi)側(cè)。圖2為循環(huán)4開燈60 min至關(guān)燈35 min內(nèi)兩燈濕度圖。由圖2可見，原燈燈內(nèi)相對濕度隨點燈時間迅速降低，隨關(guān)燈時間迅速回升，燈體內(nèi)濕度受外界環(huán)境變化影響較大。這是由實驗燈的彎管透氣結(jié)構(gòu)決定的。與原燈不同，組件燈在循環(huán)內(nèi)相對濕度較為平穩(wěn)，吸霧膜組件有效降低了外部環(huán)境對燈內(nèi)的影響。

由于每個循環(huán)最后1 min溫度最高，相對濕度最低，所以選取該點作為該循環(huán)特征點。圖3為階段一264個循環(huán)特征點相對濕度圖，中間非常規(guī)熄燈7天，目的為了測試短時間停車對燈內(nèi)濕度的影響。由圖可見，非常規(guī)熄燈對原燈是持續(xù)增濕過程，而對吸霧膜組件燈影響較小。

階段一共進行5次淋水實驗，吸霧膜組件燈消霧時間小于14 min，具體結(jié)果見表2。圖4為階段一第3次淋水霧氣圖片，吸霧膜組件燈5 min消霧。

圖3 階段一監(jiān)測點特征濕度圖

表2 階段一淋水實驗結(jié)果匯總

圖5 階段二各監(jiān)測點特征濕度圖

表3 階段二淋水實驗結(jié)果匯總

圖4 階段一第78循環(huán)淋水霧氣圖片

2.1.3 階段二

為更好地了解燈內(nèi)不同位置的溫濕度情況，本階段開始前每個燈溫濕度檢測點調(diào)整為兩個，分別為遠、近光燈后蓋內(nèi)側(cè)。更換溫濕度計時內(nèi)外連通，燈內(nèi)濕度短時間恢復至環(huán)境濕度。

原燈燈內(nèi)相對濕度見圖5a，濕度很快到達80%以上，并維持高位；相反圖5b中，吸霧膜組件燈在停車16天以前升幅稍大，16天后升幅逐漸減小。再次驗證了吸霧膜組件能有效降低外部環(huán)境對燈內(nèi)的影響。

本階段共進行3次淋水，結(jié)果見表3。吸霧膜組件燈消霧時間小于14 min。

2.1.4 階段三

本階段設(shè)計實驗條件為4℃、90%RH，由于所用高低溫濕熱試驗箱無法滿足該條件，故采用加濕器對箱內(nèi)加濕，最終箱內(nèi)濕度控制在80～100%RH。

由于箱內(nèi)外 （箱外23～28℃）存在較大溫差，淋水環(huán)節(jié)改為箱內(nèi)冰敷。在階段三實驗過程中，吸霧膜組件燈在整個實驗過程中均未起霧；原燈均未消霧。冰敷對車燈狀態(tài)基本無影響。

圖6為階段三兩燈各監(jiān)測點特征濕度圖。圖6中濕度異常點推測為冰敷或加濕器狀態(tài)改變造成。忽略異常點，原燈相對吸霧膜組件燈濕度高10%～30%。對階段末兩燈特征點查詢焓濕圖得，原燈露點9.34℃，吸霧膜組件燈露點4.89℃。開燈時，為了盡量消除各燈相互間的影響，擺放時燈光避開其他燈體。但測試表明，在開燈時箱內(nèi)燈旁溫度會有1～2℃的溫升 （燈光照射不到的區(qū)域）。結(jié)合以上特征點露點溫度，才產(chǎn)生了原燈不消霧、吸霧膜組件燈不起霧的實驗現(xiàn)象。

2.1.5 階段四

階段四為針對耐久性的交變實驗，與階段一對應(yīng)。為對比吸霧膜組件不同狀態(tài)下，中期熄燈對燈內(nèi)濕度的影響，此階段也有一天非常規(guī)熄燈時間 （圖7中①）。在一、四階段進行充分對比后 （前期實驗表明兩燈同時開啟消霧更慢），在733個循環(huán)關(guān)閉遠光燈，模擬只開近光燈的行車模式 （圖7中②）。

圖6 階段三兩燈各監(jiān)測點特征濕度圖

圖7 階段四兩燈各監(jiān)測點特征濕度圖

圖7 為階段四兩燈各監(jiān)測點特征濕度圖，③為非常規(guī)停車時段。與階段一對比，階段四非常規(guī)熄燈時段結(jié)束后、再次開燈前原燈冷區(qū)起霧，而階段一對應(yīng)時間段原燈不起霧。這說明原燈燈體濕度比階段一增大。關(guān)閉遠光燈后，原燈遠近光燈相對濕度差距基本消失，吸霧膜組件燈遠近光燈發(fā)生逆轉(zhuǎn)。原因為在遠近光燈監(jiān)測點絕對濕度基本相同的情況下 （由各燈溫度數(shù)據(jù)查焓濕圖得到），遠光燈關(guān)閉，附近溫度降低，相對濕度隨之升高。又由于兩燈的內(nèi)部流場不同，綜合導致了兩燈圖7所示的遠近光燈監(jiān)測點差距。

截止到1096個循環(huán)，本階段共進行7次淋水 （圖8為426循環(huán)淋水圖片），結(jié)果匯總見表4。與階段一相比，階段四的消霧能力未發(fā)生明顯變化。

2.2 補充實驗

在實驗室主體實驗完成后，又針對實驗外工況和實驗過程中的一些問題進行補充實驗驗證。

2.2.1 高溫高濕

主體實驗中不包括高溫高濕工況，故在階段四結(jié)束后，主實驗燈進入40℃、90%RH工況，并進行淋水實驗。淋水結(jié)果見表5，吸霧劑燈消霧時間小于14 min。這說明吸霧膜組件在高溫高濕環(huán)境中同樣具有較強的消霧能力。

2.2.2 組件對車燈溫度的影響

由于吸霧膜組件改變了燈內(nèi)流場，可能對溫度造成一定的影響，故在補充實驗中對燈內(nèi)布點進行溫度測試。實驗用燈與主實驗燈相同，兼顧高低溫和兩燈流場，每燈對應(yīng)位置布5點。其中一點緊貼近光燈燈碗后側(cè)，該點溫度情況如圖9所示，兩燈該點溫度基本相同。其余空氣中各點溫差小于3℃ （3點原燈高，1點組件燈高），可見吸霧膜組件對溫度的影響可以忽略。

2.2.3 組件的普適性

為驗證組件在不同類型燈上的普適性，又選3款其他車燈進行驗證 （實驗時拆除其他除霧措施、密封車燈），實驗條件為25℃、90%RH。在經(jīng)過同樣的吸濕處理后，淋水結(jié)果見表6。

3）車燈裝車，在吸霧膜組件安裝于車燈的24 h后進行第1次上車實驗 （開燈怠速15 min、開燈淋水15 min、關(guān)燈路跑25 km），要求實驗結(jié)束時消霧。

共5次上車淋水實驗，圖10為第4次實驗霧氣圖片，表7為5次實驗結(jié)果匯總。其中，第1次常溫水和第4次冰水淋水組件燈起霧，其他3次未起霧；5次淋水原燈全部起霧，且吸霧膜組件燈全部通過實驗，原燈只有1次消霧通過。

對比吸霧膜組件每次的淋水結(jié)果，可見隨時間的延長，其吸霧能力有逐漸增強的趨勢。這是由于燈具前處理后，燈體濕度較大，隨著吸霧膜組件安裝時間的延長，燈內(nèi)濕度逐漸減小，防霧消霧能力趨強。

2.3 實驗結(jié)論

由上述實驗可知，紅外可逆吸霧膜組件具有較強的防霧吸霧能力，實驗結(jié)論如下。

1）在常溫高濕環(huán)境下，組件有較強的爆發(fā)力。

2）在長期停車時，吸霧膜組件能有效降低外部高濕環(huán)境對燈內(nèi)的影響。

3）在低溫高濕環(huán)境下，吸霧膜組件全程未起霧，表現(xiàn)出色。

4）在經(jīng)過長時間使用后，吸霧膜組件的消霧能力無明顯衰減。

5）在補充實驗中，紅外可逆吸霧膜組件的出色表現(xiàn)同樣適用于高溫高濕工況，同時對車燈溫度的影響可忽略不計，且消霧能力對其他類型車燈具有普遍性。

3 上車實驗

由于上車工況和實驗室工況存在差別，為確保實驗室數(shù)據(jù)的實用性，在實驗室驗證完成后又進行了上車驗證。選某車型為實驗車，該車車燈為透氣膜結(jié)構(gòu)，實驗步驟如下。

1）車燈前處理：60℃、10%RH干燥24 h，40℃、90%RH吸濕24 h。

2）封閉車燈，安裝吸霧膜組件 （型號為Microvent-LCV18）。

4 結(jié)論

該新型紅外可逆吸霧膜組件通過實驗室和上車驗證，在各種工況下都表現(xiàn)出了較強的防霧吸霧能力。與常規(guī)除霧措施相比，吸霧膜組件有以下特色。

1）結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，可單獨、快速解決燈內(nèi)起霧問題。

2）常溫可逆，長效、吸濕速度快，一次吸濕率可達到180%，持續(xù)吸濕量高。

3）簡化了燈具結(jié)構(gòu)設(shè)計、可縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。

4）簡化了燈具制造工序，可降低返修率和客戶投訴。

5）可作為售后件定期更換 （如3年／5萬公里）。

6）綜合效費比高，可省去其他透氣組件、防霧涂層、干燥劑等，降低解決結(jié)霧的成本。