某車型在海南濕熱環(huán)境中的整車耐候性

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(1. 中國電器科學(xué)研究院有限公司 工業(yè)產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510663；2. 廣東工業(yè)大學(xué) 材料與能源學(xué)院，廣州 510006)

近年來，國產(chǎn)汽車在國內(nèi)市場占有率迅速提高，國內(nèi)各車企競爭非常激烈。為提高產(chǎn)品競爭力，縮小與國外汽車質(zhì)量的差距，國內(nèi)車企開始重視汽車整車在各種環(huán)境中內(nèi)外觀品質(zhì)的長時(shí)間保持，并在汽車材料的耐候性研究上投入了大量資金，同時(shí)為打造中高端車型積累數(shù)據(jù)[1]。此外，現(xiàn)階段8%的國產(chǎn)汽車存在安全失效問題，3%的汽車存在與品質(zhì)可靠性相關(guān)的失效問題[2]。安全是汽車最基本的要求，國內(nèi)車企需進(jìn)一步努力解決汽車耐候性失效問題，排除汽車的安全隱患。

自然暴露試驗(yàn)是檢驗(yàn)整車、零部件和材料耐候性最真實(shí)，可靠的試驗(yàn)方法，是設(shè)計(jì)加速模擬環(huán)境試驗(yàn)室的基礎(chǔ)[3]，也是汽車企業(yè)研究汽車整車耐候性必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。汽車的服役過程分為運(yùn)動(dòng)過程和停放過程。在同樣的外部氣候環(huán)境中，汽車零部件在運(yùn)動(dòng)過程和停放過程中的環(huán)境是不同的[1]。一般情況下，汽車大部分時(shí)間都處于靜態(tài)，家用汽車的動(dòng)靜態(tài)時(shí)間比為1/20～1/15[4]，因此汽車整車靜態(tài)耐候性能能夠比較充分地反應(yīng)整車的耐候性能。本工作將某新車型整車置于海南瓊海濕熱自然暴露試驗(yàn)場內(nèi)，進(jìn)行了為期1a的靜態(tài)暴露試驗(yàn)，以研究該車型整車在較為極端的濕熱環(huán)境中的耐候性能。

1 汽車整車自然暴露試驗(yàn)

汽車是各種天氣條件下都要求有效運(yùn)行的產(chǎn)品，車身結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料構(gòu)成種類多，這些給汽車整車耐候性試驗(yàn)提出了較高的要求。自然暴曬試驗(yàn)中，材料老化腐蝕影響因素有太陽光/輻射、熱/溫度、水/濕度、環(huán)境空氣成分、風(fēng)速等，環(huán)境因素復(fù)雜多變也使得汽車耐候性試驗(yàn)充滿挑戰(zhàn)[5]。因此，需要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。根據(jù)QC/T 728-2005《汽車整車大氣暴露試驗(yàn)方法》的要求，選擇能代表典型濕熱氣候類型的工業(yè)產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室海南瓊海試驗(yàn)場進(jìn)行試驗(yàn)。該試驗(yàn)場地符合標(biāo)準(zhǔn)暴露場地要求，還配備了氣象觀測和大氣成分分析設(shè)備。將試驗(yàn)車前擋風(fēng)玻璃朝向赤道方向，試驗(yàn)前檢查試驗(yàn)車的缺陷并做記錄，安裝溫度傳感器。試驗(yàn)開始后，每隔2個(gè)月對(duì)試驗(yàn)車進(jìn)行外觀目測檢查，并對(duì)具有代表性的部位進(jìn)行光澤度和色差測量[6]；每個(gè)月對(duì)車內(nèi)外進(jìn)行一次清潔，每周定時(shí)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行40 min左右。試驗(yàn)過程中按照GB/T 3681-2011標(biāo)準(zhǔn)《塑料 自然日光氣候老化、玻璃過濾后日光氣候老化和菲涅耳鏡加速日光氣候老化的暴露試驗(yàn)方法》的有關(guān)規(guī)定記錄氣象條件和影響試驗(yàn)結(jié)果的大氣環(huán)境因素，最后借鑒行業(yè)先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)VW 50185-2009(Vehicle Parts Resistance to Open-Air Weathering)綜合評(píng)價(jià)整車的耐候性。

2 環(huán)境條件檢測

在日常生活中汽車所處的環(huán)境復(fù)雜多變。車內(nèi)是封閉的環(huán)境，所以車內(nèi)外環(huán)境情況相差比較大，相對(duì)濕度變化也比較大。汽車玻璃的阻隔使車內(nèi)的紫外線較少，而車內(nèi)蓄熱作用和溫室作用使得車內(nèi)溫度更高[7]。汽車結(jié)構(gòu)復(fù)雜，局部環(huán)境也有所不同。所以研究汽車整車耐候性首先要弄清楚環(huán)境參數(shù)。汽車耐候性研究的環(huán)境監(jiān)測主要分為大氣環(huán)境監(jiān)測和車內(nèi)外微環(huán)境監(jiān)測。

2.1 試驗(yàn)站大氣環(huán)境監(jiān)測

試驗(yàn)場位于海南東部瓊海市，離海邊約20 km，北緯19°14′，東經(jīng)110°28′，海拔約10 m，試驗(yàn)面積約20 000 m2，是我國典型的濕熱帶地區(qū)。

圖1～5為通過氣象站獲取暴曬期間試驗(yàn)場的氣象參數(shù)，主要包括濕度、溫度、雨量、風(fēng)向、風(fēng)速，45°太陽光輻射量、45°紫外光輻射量以及日照時(shí)數(shù)等。

圖1 暴曬場溫度Fig. 1 Temperature of exposure field

圖2 暴曬場相對(duì)濕度Fig. 2 Relative humidity of exposure field

圖3 暴曬場太陽光、紫外光輻射量與光照時(shí)數(shù)Fig. 3 Solar radiation quantity, UV radiation quantity and time of illumination of exposure field

圖4 暴曬場降水量與降水時(shí)數(shù)Fig. 4 Precipitation and precipitation hours of exposure field

圖5 暴曬場距地1.5 m處平均風(fēng)速與風(fēng)向Fig. 5 Average wind speed and wind direction at 1.5 m away from ground in exposure field

總結(jié)以上監(jiān)測數(shù)據(jù)可知：該試驗(yàn)場在一年中平均溫度為24.67 ℃，平均相對(duì)濕度為79.08%，距地面1.5 m處的平均風(fēng)速為0.58 m/s，45°太陽光年輻射總量為4 517.66 MJ/m2，45°紫外光年輻射總量為254.19 MJ/m2，年降水總量2 411.6 mm，年降水總時(shí)數(shù)為126.7 h，年日照總時(shí)數(shù)為1 238.7 h。該試驗(yàn)場環(huán)境屬于典型的濕熱氣候。

2.2 汽車內(nèi)外微環(huán)境監(jiān)測

監(jiān)測汽車零部件表面溫度和車內(nèi)相對(duì)濕度有助于分析零部件老化腐蝕所處的環(huán)境情況。汽車內(nèi)外微環(huán)境和大氣環(huán)境有很大的差別。由圖6可知：在汽車外部零部件中，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋表面溫度最高，高達(dá)93.4 ℃。由圖7可知：在汽車內(nèi)部零部件中，儀表板表面溫度最高，達(dá)到105 ℃。駕駛室和行李箱的相對(duì)濕度見圖8。

圖6 汽車外部主要零部件的表面溫度Fig. 6 Surface temperatures of main parts outside the automobile

圖7 汽車內(nèi)部主要零部件的表面溫度Fig. 7 Surface temperatures of main parts inside the automobile

圖8 駕駛室和行李箱的相對(duì)濕度Fig. 8 Relative humidity of cab and trunk

3 整車耐候性分析

3.1 外觀缺陷

在汽車暴露測試期間對(duì)試驗(yàn)車內(nèi)外觀進(jìn)行檢測，共檢測了245個(gè)部位。檢測中發(fā)現(xiàn)了白斑、脫膜、起泡、銹蝕、泛白、脫膠、粉化、松動(dòng)、表面粗糙、纖維外漏、離縫、發(fā)黏、積水、開裂等現(xiàn)象。對(duì)汽車試驗(yàn)中出現(xiàn)缺陷的部位進(jìn)行匯總，根據(jù)GB/T 1766-2008《色漆和清漆涂層老化的評(píng)級(jí)方法》和QC/T 728-2005《汽車整車大氣暴露試驗(yàn)方法》中評(píng)價(jià)方法對(duì)缺陷程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)記在汽車部位名稱后面，對(duì)于沒有相關(guān)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的缺陷現(xiàn)象，使用無(0)、很輕微(1)、輕微(2)、明顯(3)、較嚴(yán)重(4)、嚴(yán)重(5)六個(gè)等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。缺陷部位匯總及其嚴(yán)重程度評(píng)價(jià)見表1。其中，具有代表性外觀缺陷的零部件如圖9所示。

3.2 零部件色差和光澤保持率變化分析

色差和光澤保持率變化不僅反映了汽車零部件的外觀品質(zhì)，在一定的程度下也體現(xiàn)了零部件表面微觀變化。對(duì)零部件表面進(jìn)行色差測量和光澤率測量從而表征老化情況。

表1 缺陷部位匯總及其評(píng)價(jià)等級(jí)Tab. 1 Summary of defect sites and their evaluated grads

采用BYK-4430三角度光澤儀對(duì)汽車前后保險(xiǎn)杠等典型部位進(jìn)行光澤度的測量并記錄。試驗(yàn)期間每2個(gè)月測量一次，測量的角度選定為60°，依據(jù)GB/T 1766-2008《色漆和清漆 涂層老化的評(píng)級(jí)方法》對(duì)光澤度保持率進(jìn)行評(píng)級(jí)。表3為前后保險(xiǎn)杠平均光澤度保持率的變化情況。從表3中可知：汽車前后保險(xiǎn)杠各處的平均光澤度保持率均隨著自然暴露時(shí)間的延長而降低，其中自然暴露12個(gè)月時(shí)前保險(xiǎn)杠(左中)位置的平均光澤度保持率僅為84.5%,即失光率大于15%，其光澤度保持率等級(jí)為1，屬于很輕微的失光。

表2 部分零部件色差變化Tab. 2 Chromatic aberration of some automobile parts

(a) 右前大燈固定螺釘生銹 (b)輪轂腐蝕 (c) 左右椅子支架生銹(d) 雨刮固定軸腐蝕生銹

(e) 后蓋開啟按鈕脫落(f)充電口蓋罩底板纖維外露(g)后蓋開關(guān)飾板玻纖外露(h)前風(fēng)窗下導(dǎo)流板泛白

(i) 右前門內(nèi)三角板發(fā)黏(j) 右前門內(nèi)飾板發(fā)黏(k)右前門三角蓋板玻纖外露(l) 后蓋內(nèi)飾上有積水

(m) 前左右大燈脫膜 (n) 最前門窗密封條變形(o) 尾門車身密封條開裂(p)左前門窗密封條變形外翻圖9 零部件外觀問題Fig. 9 Appearance problems of automobile parts： (a) rust on fixing screw of right headlight; (b) hub corrosion; (c) rust on left and right chair brackets; (d) corrosion and rust of fixing shaft for wiper; (e) falling off of back cover opening button; (f) fibre exposure of the bottom of charging mask; (g) glass fiber exposure of back cover switch decoration plate; (h) blanching of the guide under front window; (i) sticking of triangular plate in right front door; (j) sticking of interior panel of right front door; (k) glass fibre exposure of triangular cover on right front door; (l) water accumulation on the back cover interior; (m) film removal from front and left headlamps; (n) deformation of front door and window seals; (o) cracking of seal strip of tail door body; (p) deformation and valgus of window seals in left front door

零部件初始光澤度平均光澤度保持率/%2個(gè)月4個(gè)月6個(gè)月8個(gè)月10個(gè)月12個(gè)月評(píng)級(jí)前保險(xiǎn)杠(左側(cè))90.399.297.297.194.594.191.60前保險(xiǎn)杠(左中)78.897.093.793.391.290.984.51前保險(xiǎn)杠(右中)83.699.498.998.198.195.891.50前保險(xiǎn)杠(右側(cè))89.6100.098.497.793.693.292.90后保險(xiǎn)杠(左側(cè))84.5100.098.196.896.195.394.40后保險(xiǎn)杠(中)85.899.999.096.796.595.894.80后保險(xiǎn)杠(右側(cè))81.399.999.399.398.598.496.40

4 結(jié)論

(2) 海南瓊海試驗(yàn)場年平均溫度為24.67 ℃，平均相對(duì)濕度為79.08%，距地面1.5 m處的平均風(fēng)速為0.58 m/s，45°太陽光年輻射總量為4 517.66 MJ/m2，45°紫外光年輻射總量為254.19 MJ/m2，年降水總量2 411.6 mm，年降水總時(shí)數(shù)為126.7 h，年日照總時(shí)數(shù)為1 238.7 h。這些氣象數(shù)據(jù)能很好地幫助車企進(jìn)行有效的整車耐候性試驗(yàn)研究，并發(fā)現(xiàn)相關(guān)缺陷。整車自然暴曬試驗(yàn)是較為貼近汽車戶外停放環(huán)境條件的試驗(yàn)，因此整車試驗(yàn)中反映出的耐候性問題將影響到消費(fèi)者對(duì)汽車的評(píng)價(jià)以及消費(fèi)者的人身安全等。