乘用車在海南濕熱和新疆干熱環境下的自然暴露試驗研究

周佑洲，李萌，高志見，李燕，郭秋彥，馬秋

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司，寧波 315336）

前言

非金屬高分子材料具有重量輕、良好的加工性能、優良的綜合性能、優秀的裝飾效果以及節能和環保等特性，使得高分子材料在汽車中的應用越來越廣泛。汽車是一種廣泛使用的戶外交通工具，在其使用周期內會受到各種環境因素的影響，如陽光、高溫、低溫、雨水、沙塵等，從而使汽車不可避免地出現老化、腐蝕等失效現象，一方面可能會引起用戶的售后抱怨，另一方面也會影響汽車二次流通的價值，嚴重的會造成功能損失甚至是安全隱患。因此，汽車的耐候性研究變得愈發的重要，同時它也是衡量汽車品質的重要指標之一[1,2]。

汽車耐候性試驗按照試驗對象和試驗方法有不同的分類方式，依據試驗方法的不同可分為自然氣候老化試驗、自然加速暴露試驗及實驗室人工加速氣候老化試驗等[2,3]。其中，自然氣候老化試驗是最符合用戶使用環境的試驗方法，是檢驗整車、零部件和材料耐候性最真實、可靠的試驗方法，也是設計實驗室氣候老化試驗的基礎。整車自然暴露試驗也因此作為整車、零部件和材料的耐候性試驗方法與技術要求的制定依據和評價依據[4,5]。

光、熱、水是地球上三種最基本的氣候要素，是影響汽車耐候性的主要因素，其中最典型的氣候類型有濕熱氣候和干熱氣候。美國佛羅里達州的邁阿密地區和亞利桑那州的鳳凰城地區是國際公認的濕熱氣候和干熱氣候的典型代表，我國的海南瓊海和新疆吐魯番地區也是理想的濕熱氣候和干熱氣候老化試驗地點[3,5]。

本研究主要將某國產品牌乘用車分別放在海南濕熱和新疆干熱的大氣暴露環境下，然后從整車試驗環境和失效行為兩個方面對兩地的整車暴露試驗結果進行比較，并分析其原因，從而為乘用車的耐候性設計提供參考依據。

1 試驗

1.1 主要設備和儀器

數據采集器：CR1000，美國Campbell公司；

太陽總輻射傳感器：CM4，荷蘭Kipp&Zonen公司；

表面溫度傳感器：T型熱電偶；

環境濕度傳感器：PTS-2，錦州陽光氣象科技有限公司。

1.2 試驗車輛

某國產品牌轎車，黑色車身和內飾。

1.3 汽車整車自然暴露試驗

參照QC/T 728-2005《汽車整車大氣暴露試驗方法》[6]，將整車分別放置于海南瓊海（東經110°28′，北緯19°14′）和新疆吐魯番（東經89°12′，北緯42°56′）試驗場內進行自然暴露試驗，試驗車的車頭朝南（赤道方向），并在規定的測量點布置輻照度、溫度和濕度傳感器，暴露試驗周期為1年，每2個月對整車進行檢查，并詳細記錄外觀、涂層附著力、使用功能的變化現象及變化等級。

2 結果與分析

2.1 整車試驗環境分析

2.1.1 光照

海南和新疆的光照數據如表1所示，可以看出新疆年太陽輻照量要高于海南年太陽輻照量，主要原因是新疆的日照時數長，且輻照度接收器與水平面呈45 °，與新疆暴曬試驗場的維度角接近；而儀表板輻照量呈現相反的結果，主要原因是海南的維度低，儀表板上的輻照度接收器接近水平位置。

表1 某車型海南和新疆暴曬1年光照數據

2.1.2 溫度

該車型在海南和新疆暴曬時典型部位最高溫度和最低溫度如表2所示。由最高溫度數值可以看出，對于車外零件而言，水平暴露的金屬零件如機艙前蓋板溫度最高，達到90 ℃以上；水平暴露的塑料件如通風蓋板溫度次之，達到80 ℃以上；而垂直暴露的塑料件如前保險杠溫度則較低，處于80 ℃以下。對于車內零件而言，離前風擋玻璃最近受陽光強烈影響的零件如儀表板上罩溫度最高，達到100 ℃以上；離前后風擋玻璃較近受陽光較強影響的零件如轉向盤輪緣溫度次之，達到90 ℃以上；離前后風擋玻璃較遠受陽光一般影響的零件如副儀表板溫度較低，處于80 ℃以上；而受陽光較弱影響的零件如地毯溫度則最低，處于80 ℃以下。

表2 某車型海南和新疆暴曬1年典型部位溫度數據

由內外飾零件的最低溫度可以看出，海南暴露環境下零件的最低表面溫度都在0 ℃以上，高緯度的新疆暴露環境下零件的最低表面溫度處于0 ℃以下。汽車在新疆暴曬環境下，零件表面的溫差更大，受到的溫度交變沖擊更加嚴酷；而汽車在海南暴曬環境下，零件表面的平均溫度則更高，受到的累積熱效應更加顯著。

2.1.3 水分

海南和新疆的濕度和降水數據如表3所示，可以看出，海南的降水量和車內外的平均濕度均高于新疆，同海南瓊海屬于沿海濕熱氣候，新疆吐魯番屬于沙漠干熱氣候相對應。

表3 某車型海南和新疆暴曬1年濕度和降水數據

2.2 失效行為分析

對海南和新疆整車暴曬試驗1年后的所有失效行為進行失效問題數量、失效問題類型和失效問題原因進行歸類統計分析，進而為汽車耐候性開發提出合理化的建議。

2.2.1 失效問題數量

圖1統計了海南和新疆的樣車分別經過1年戶外暴曬試驗后的問題數量，海南和新疆的問題總數分別為20個和21個，遠低于文獻中整車的試驗問題的數量和同時期試驗車輛的問題數量[5,7]。這是因為相較于同品牌歷史車型和同期車型，本車型在材料、零部件的技術標準和零部件的試驗方法方面進行了改善，如對部分零部件的老化標準進行了提升，關鍵零部件在試驗驗證過程中增加模擬實車裝配狀態的工裝等。

圖1 海南和新疆暴曬試驗車問題數量

海南和新疆暴曬試驗車有5個為重合性問題，即海南和新疆暴曬試驗車上均出現的問題，其余的為各自單獨出現的問題，說明了濕熱環境和干熱環境對整車的影響是有差異的，在零件設計過程中需要考慮不同的氣候環境的影響。

2.2.2 失效問題類型

海南和新疆試驗場樣車的失效均為外觀失效類問題，包括變形、發白、脫膠及銹蝕等，無安全和功能失效類問題的出現，圖2統計了海南和新疆的樣車分別經過1年戶外暴曬試驗后不同失效類型出現的數量，圖3則是統計了海南和新疆的試驗樣車發白和變形問題所在位置的分布。

圖2 海南和新疆暴曬試驗車問題類型分布

圖3 海南和新疆暴曬試驗車發白和變形問題所在位置分布

海南暴曬出現獨有的失效形式有脫膠和銹蝕，主要的原因是瓊海屬于沿海城市，空氣相對濕度較高并且高溫多雨，從而導致丙烯酸類膠粘劑粘結失效和金屬件表面銹蝕。

新疆暴曬發白問題更多，并且主要集中在車外零件，這是由于新疆的太陽輻照量更大，并且車外零件同時受到風沙等因素的強烈影響。海南和新疆的變形問題主要集中在車內零件，這是由于車內裝飾件更多、結構復雜，并且零件表面的溫度更高，相比較于車外零件，車內零件的溫度環境更為嚴苛。

2.2.3 失效問題原因

按照問題的產生的原因將整車試驗問題分為材料問題、工藝問題、設計問題、裝配問題和質量問題，圖4統計了海南和新疆的樣車分別經過1年戶外暴曬試驗后問題原因類型的數量。從圖中可以看出，海南和新疆暴曬問題原因主要集中在材料問題和設計問題，需要通過更換材料和優化零件結構才能解決，該類問題的解決需要較長的周期和較高的成本，最好在汽車開發設計的前期就能發現和解決。而發現材料和設計類問題的關鍵所在就是要設置同暴曬條件匹配的材料標準和零部件標準，整車自然暴曬除了對整車耐候性進行驗證外，一個重要意義就在于通過暴曬試驗的數據修正和完善零部件和材料的試驗方法與技術標準，使其最終滿足整車的耐候性要求。

圖4 海南和新疆暴曬試驗車問題原因分布

3 結論

根據以上整車在海南濕熱和新疆干熱大氣暴曬試驗結果的分析，可得出以下結論：

1）國產品牌汽車的耐候性設計已有了巨大的進步，相比歷史車型和同期車型，試驗問題的數量和問題的嚴重程度都有明顯的改善。

2）我國的典型濕熱氣候和干熱氣候在光照、溫度和水分等方面有著明顯的差異，并對整車的試驗結果有著不同的影響，零件設計需要考慮不同氣候環境的影響。

3）該車暴曬的失效問題主要體現在外觀失效，失效原因主要集中在材料和結構兩個方面；還需要通過整車暴曬數據對材料和零部件的標準進一步修正和完善，從而滿足整車的耐候性要求，以達到改善汽車產品質量的目的。