汽車用高分子材料老化測試方法

　　節(jié)能、提高質量和功能、節(jié)約用材、簡化工藝越來越成為汽車制造行業(yè)關注的焦點，汽車塑料化已成為解決上述問題的重要技術途徑之一，且成為發(fā)展的大趨勢。塑料件由普通的裝飾件和軟墊逐步向結構件和功能件轉變，如塑料保險杠、儀表板、燃油箱等。越來越多的高分子材料在汽車生產制造中發(fā)揮著重要作用，高分子材料的老化測試技術也相應地倍受重視。

　　基本老化因素：

　　汽車用高分子材料老化降解的三個主要氣候因素為：日光輻射、水(濕度)和溫度。其中不僅有數量的問題，各參數的質量也是一個很重要的因素。不同波長的日光對高分子材料會造成不同程度的破壞，因為特定的高分子材料只吸收特定波長的光;材料與水的接觸也分為不同的形式和階段，這些不同將會導致不同的降解過程;溫度的冷熱循環(huán)會產生機械應力，特別是對于復合材料，與長期高溫作用相比，會產生更多類型的降解。而在實際應用中，溫度、濕度和輻射三者的作用是不可分割的，它們的協(xié)同作用更增加了研究材料老化的難度。除此之外，當然還有很多其他因素，諸如風沙、飄塵等。

　　自然老化測試：

　　整車暴曬試驗

　　整車暴曬是模擬汽車使用環(huán)境條件的佳方式。在整車暴曬過程中，所有的材料和零部件的分布跟使用情況保持一致，在老化過程中相互作用，老化速度和類型接近于實際情況，加速度小。因此，試驗結果與實際使用狀況的吻合程度高。整車進行暴曬試驗時，客戶可以根據自己的試驗目的，對整車的工作狀態(tài)、車頂篷開啟狀態(tài)、車窗開啟狀態(tài)做出要求，一般使擋風玻璃面向赤道，并且根據季節(jié)的不同調整暴曬角度。暴曬的過程中，車的內飾件可能會產生一些揮發(fā)物、滲出物等附著在擋風玻璃或其他部件上，因此，需要定時清洗。暴曬周期一般不少于兩年，暴曬后要對材料產生的缺陷如顏色變化、光澤降低、分層、翹曲、滲出物等進行檢查評價。目前常用的整車暴曬標準有ASTM G7、ISO 877，另外FORD、VW等各大汽車制造商都有自己的整車暴曬試驗標準。

　　材料及零部件暴曬

　　汽車用材料及零部件暴曬是廣泛的汽車材料試驗方法，常用就是直接靜態(tài)暴露，如塑料樣板、儀表板、保險杠等部件。暴曬的方式又可以分為有背板、無背板、黑箱暴曬等。有背板暴曬由于限制了樣品背面的空氣流通而使樣品的溫度較高;暴曬的角度通常為5°、45°和90°等。暴曬角度的選擇通常是模擬材料或者零部件在車身實際的安裝使用位置，如門板經常采用90°暴曬，而儀表板則采用5°暴曬。為了加速暴曬試驗，還開發(fā)了跟蹤太陽的暴曬，這樣就確保樣品在一天之內大限度的接受太陽輻射而進行加速。材料及零部件的暴曬是必要的，但有時卻是不夠充分的，因為現在的汽車零部件往往由多種材料復合構成，不同的材料具有不同的老化性能，這就需要將整個部件一起進行測試。例如車頭燈組件，是由塑料件、涂層、光學元件等構成的復合件，通常我們把它作為一個整體試驗，而不是分別對材料進行試驗。零部件直接暴曬常用的標準有SAE J1976、SAE J576等，FORD、GM也都有相應的標準。

　　對于內飾材料和部件需要考慮的另外一個因素是汽車的玻璃系統(tǒng)。汽車內飾件包括車頂裝飾、內部裝飾、儀表板等制件，座椅及內飾面用PVC，儀表板小零件用ABS，車廂內飾和方向盤用PP，座椅及內襯用PU等材料和部件不再直接暴露于陽光下，而是透過了玻璃的陽光。由于不同玻璃對太陽光的傳導截止點以及對光線的透過率不同，車內的光譜能量分布也會不同，隨著汽車玻璃面積的不斷的增加，汽車玻璃對汽車內飾件的老化影響越來越突出。如前所述，不同的光譜能量分布會引起汽車內飾材料不同方式和程度的破壞，因此在試驗中必須考慮汽車的玻璃系統(tǒng)。鑒于玻璃對自然光的過濾作用，對于內飾材料和零部件科學的方法是采用玻璃下暴曬。其中有控溫控濕玻璃箱暴曬，該方法主要用于確定汽車內飾材料的老化性能，通過采用不同的覆蓋玻璃來模擬各種不同的車用玻璃，并通過一個雙軸跟蹤系統(tǒng)使樣品大量的接收太陽輻射以加速暴曬。箱內溫度白天維持在70℃，夜間溫度為38℃，相對濕度維持在75%，常用試驗標準有SAE J2230、AATCC 181等。

　　人工加速老化：

　　氙燈老化

　　由于氙燈的光譜能量分布比其他人工光源更接近于太陽光，因此成為人工加速試驗的主要光源。另外氙燈的光譜能量分布還可以通過不同的濾鏡組合來進行調整，以滿足不同的試驗要求，常用的濾鏡組合有石英-硼硅酸鹽濾鏡組合、紫外線吸收涂層-鈉鈣玻璃濾鏡組合等。目前，氙燈老化試驗已成為廣泛有效的人工加速光老化試驗方法，氙燈老化試驗箱是實驗設備，其中的氙弧燈管提供了真實的全光譜太陽光，能量控點一般為340nm或者是420nm。試驗機可以同時控制黑板溫度和箱內空氣溫度，還設有可選的噴淋和雙噴，提供了一個潮濕模擬環(huán)境。氙燈暴露的試驗周期主要取決于汽車制造商對于材料的質量要求。對于內飾件常用的試驗標準為SAE J2412《使用可控輻照度的氙燈裝置對汽車內飾件進行加速曝曬》，而外飾件常用的標準為SAE J2527《使用可控輻照度的氙燈裝置對汽車外飾件進行加速曝曬》。各大汽車制造商也都有自己的試驗規(guī)范和要求。

　　金屬鹵素燈

　　目前，比較大型的老化測試設備一般是以金屬鹵素燈為光源的大型測試單元，可以進行整車以及大型建筑的人工加速試驗。金屬鹵素燈的光譜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，其試驗標準有DIN 75 220。

　　碳弧燈

　　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，已經逐漸地被冷落淘汰，在日本的一些標準以及一些紡織品老化標準中還有應用，常用的標準包括汽車零部件老化測試標準JIS D0205，建材老化測試標準JIS A1415，日產公司的E_M0135-2008仍然在采用碳弧燈試驗方法。

　　汽車作為全天候使用產品，需要考慮的環(huán)境因素很多，除了以上試驗方法外，常用的還有熒光紫外老化試驗，高、低溫老化試驗，腐蝕試驗等試驗方法。汽車材料的耐久性是影響其使用滿意程度的極其重要的因素。汽車材料的劣化，如儀表盤提前破損、增塑劑遷移、保險杠失光、變色等都會使顧客對汽車總體質量評價產生負面影響。因此，各大汽車公司都有比較嚴格的試驗標準，而且同時要求人工試驗和自然暴曬試驗。

　　隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車用高分子材料不斷的增加，更多的零部件逐漸發(fā)展成為聚合物、涂層、合成染料、織物、無紡布纖維、玻璃、皮革以及顏料等多種材料的復合體，而每種材料都有自己特定的色牢度以及老化方式和性能，這就促使人們不斷地研究開發(fā)更科學更有效的老化測試技術。各大汽車制造商也都在各種氣候條件下進行了幾十年的自然老化和人工老化試驗，不斷地改進和*老化試驗方法和技術。