解析整车大气暴露试验方法及相关流程

现代的汽车是一种对耐候性有较高要求的交通工具。作为广泛使用的交通工具，汽车在其使用寿命期间，就有可能历经各种各样的甚至是非常严酷的环境条件。因此汽车整车大气暴露试验是必不可少的。一、试验简介整车大气暴露试验是将整车试样置于能代表某一气候类型区域的室外自然大气环境条件下进行暴露试验，让其经受阳光、温度、湿度、雨水、氧、臭氧及其他环境因素的综合作用。按规定的暴露试验期限，定期检测整车用非金属材料制品的外观、力学、电学、化学或其他性能变化和金属材料制品的腐蚀变化，从而评价整车试样耐大气环境老化腐蚀性能及操作使用性能。二、试验条件1. 暴露场地选择1）暴露场地应选择在能代表各种气候类型的典型的有苛刻环境气候条件的区域内或在受试产品实际使用的环境条件下建立。2）场地应平坦空旷，远离建筑物和树木，周围障碍物与场地边沿的距离至少为该障碍物高度的3倍。3）场地附近应无工厂烟囱、通风口或其他能散发大量腐蚀气体和杂质的设施。最好远离厂矿区和闹市区，或设在该地区主导风向的上方。4）场地应保持当地的自然植被状态，不积水，有植物生长则应该经常割短，要求草高不应超过200mm。根据试验目的要求，也可采用水泥地板，需在报告中注明。2. 暴露场设备暴露场内或邻近要求设置气象要素观测和大气介质分析设备，以长期连续观测记录主要的气象要素和定期测定环境周围的大气成分。三、试验样品1. 整车每种车型至少有一辆样车，根据不同的配置与试验目的也可以是多辆。要求试验车辆是新开发的产品或是批量生产线上抽取的标准配置的合格产品，并配有随车工具、备胎、灭火器、使用说明书及零部件目录等附件。2. 标准样件试验整车要求配备与其上装配是同批生产的合格标准样件。标准样件要求是单个零部件制品或是特制的标准样件。标准样件主要包括前(后)保险杠、散热器罩、各种灯具、转向盘、仪表板总成、车标、车内装饰件等或是重点考核的零部件。3. 标准样件贮存标准样件要求贮存在空气温度为23℃±20℃、相对湿度为50％±5％、气压为86kPa—106kPa的标准环境条件下的避光处，如果不具备该条件也可以贮存在正常的试验条件，即环境空气温度为1O℃～35℃、相对湿度为45％～75％下的避光处。（标准样件贮存处环境，包含空气应保持清新、干净，无任何污染物质存在）四、暴露期限1. 期限设定方法1）期限设定除考虑试样类型、用途及试验目的外，还要考虑能够正确地掌握试样性能老化的历程。2）暴露期限设定可以选择以时间为单位(如年、月)，但在考核内饰件的光老化性能时，要求选择以试样表面接收太阳辐射量为单位(如MJ/m2);也可以选择以试样性能变化(如损耗、破坏的程度)到规定的某一极限值为单位。3）产品研制阶段或生产例行试验要求以试样性能老化下降至规定限值时其所接收的太阳辐射量或经过的时间为期限，产品鉴定或是验收试验至少一年以上，暴露研究试验至少要两年以上。2. 暴露期限的表示1）以时间设定期限的时候，原则上取日、月及年为单位。2）以太阳辐射量为期限时，即以试样表面接收太阳辐射量达到规定的某一数值为单位，这时要明确记录暴露开始的日期及结束日期。注：如无特殊规定，以总日射表接收器平面朝正南方、在偏离水平面45°的透明回火玻璃下，测定出的总太阳辐射量作为暴露整车接收的太阳辐射能量来确定期限。3）以试样性能变化为期限时，即以达到所规定的变化限值为期限，这时除明确记录暴露开始的日期及结束日期外，还要记录试样所接收的太阳总辐射能量与太阳紫外辐射总能量。3. 暴露开始日期1）要求少于一年的暴露期限，为了正确掌握试样各种性能的历时变化，原则上应把暴露开始的日期分为下面两种来实施：即湿热带气候暴露试验建议以每年的3月或4月开始；干燥气候的暴露试验推荐以秋季的9月或10月为开始日期。2）超过一年以上的暴露期限，一般不特别规定暴露试验开始的日期。五、试验流程1. 试验准备1）试验样品验收清洁新到试验样品、晾干，检查装运损伤、装配缺陷与其他表面状态缺陷，做好原始记录，必要时应拍照或摄像记录；然后对试样进行试验处理，配备标准样件的贮存要求按上述规定进行。2）测量位置的确定A. 要求颜色、鲜映性、光泽度测量的表面及部件总成，其测量位置要选择在最显眼、接收太阳总辐射能量最多的平面上并用不褪色记号笔做出永久性标记标识，使每次测量位置、方向顺序不变，以保证测量值的准确。B. 要求测量温度的部件，要在晴天的中午12—15点间用便携式测温仪在不同部位进行多次测量以确定其最高积温点位，然后在其上做出标识作为试验过程中部件的温度测量点。C. 要求划痕腐蚀、划格附着力与划痕硬度测量的涂层表面，其测量位置要选择在颜色、鲜映性、光泽度测量位置的下部。3）暴露前检测外观目测检查、光泽度的测量、颜色与鲜映性(DOI)的测量、涂层划痕腐蚀检测、涂层铅笔硬度检测、涂层附着力检测、整车操作检查。4）划痕处理如果选择了涂层划痕腐蚀项目，整车投入试验时，应在确定的测量位置划出长为100mm的垂直方向与水平方向的“+”痕，痕深度为穿过表面涂层到达钣金，并测出“+”划痕的宽度；注：垂直车身板面上的水平划痕从左到右，垂直划痕从上到下；水平或接近水平车身板面上的水平划痕从左到右，垂直划痕从前到后。5）温度传感器安装如果要求温度测量，整车投入试验前，建议在确定的温度测量点上安装热电偶。软表面试样的热电偶应安装在软表层/填充物叠层的分界面处，即刺穿软表层把热电偶插入至少13mm并使其平行于表面，以确保温度感应点嵌入在分界面内；其他表面试样的热电偶安装应用如环氧类的耐高温灰色不透明粘合剂粘接在试样表面，必须小心操作以确保热电偶连接点与试样表面接触并被粘合剂覆盖，在保证热电偶粘接到试样表面的前提下，粘接面积应尽量做到最小。2. 投入试验1）暴露方式室外大气暴露试验一般应南北朝向自然放置于暴露场内。在北半球，试验车的前风挡玻璃朝正南方向；在南半球，试验车的前风挡玻璃朝正北方向。为了适应特殊的试验目的，也可以朝向任何方向放置。2）试验车状态3. 样品清洁1）车辆外部每周湿洗一次。用柔软棉布对车辆外表面进行彻底清洗、晾干；2）车辆内部每月清理一次。用吸尘器清洁车内灰尘及用干净柔软湿棉布清洁内饰件及玻璃表面，用水和洗手皂湿洗车辆内部各处，用异丙醇和水清除析出物和其它残留物。注意事项：1）清洁时要求用干净水，即水质pH值为6-8，固体含量＜1ppm，硅土＜0.2ppm。若涂层试验表面用干净水没有清洗干净，可用中性汽车清洁剂清洗后再用干净水清洗干净，晾干。2）在清洁过程中，注意保护试验表面不受任何污染与损伤，不要清除任何的老化产物如粉化、渗析物、长霉、起霜等。3）试验样品清洁、晾干后一般要求在标准环境状态条件下停放24h以上，才能进行各项外观性能的检测。如果没有标准环境状态调节试验室，也可以在常规试验条件下停放24h以上。4. 检测周期与方法1）检测周期整车按规定进行暴露后，在整个试验期限中，各种性能变化的检测周期为：新产品要求暴露初期三个月内，每半个月一次；三个月至一年内，每月一次；超过一年后，每三个月一次。如果是批量生产的鉴定或验收试验，检测的间隔时间可以相对延长即检测次数相对减少。也可以按试样表面接受一定的总太阳辐射量作为检测周期。当天气骤变时，应随时检查，如有异常变化现象应做记录或拍照。2）外观目测检查如无特殊要求，根据选择的检测周期，在不受阳光直射，自然光线充足、明亮、干燥的地方，按规定的整车外观检测内容进行各种老化现象的目测检查。检查时可采用5—10倍放大镜，对试样进行观察。目测项目：颜色变化、起泡、裂纹、锈蚀、长霉、起霜、零部件变形、表面发黏等；注：渗析物、长霉、起霜等老化现象的目测检查应在试样清洁前进行预观察。3）光泽度的测量根据选择的测量周期，涂层表面光泽度测量按GB/T9754的有关规定进行，也可以按相关光泽仪操作说明进行测量；塑料表面光泽的测量按GB/T8807的有关规定进行。整车装饰部件有纹理表面光泽的测量方法是在测量位置上任意标出0°位，然后从0°位开始依次顺时针旋转如0°、180°和270°等4个方向进行测量，读取每一测量方向的光泽数据。4）颜色与鲜映性(DOI)的测量根据选择的测量周期，涂层表面颜色的测量按GB/T11186的有关规定选择标准照明体D65和观察者视域角10°视场下进行，鲜映性(DOI)或(PGD)值的测量按相关鲜映性仪的使用操作说明进行；塑料、橡胶表面颜色的测量按GB/T15596、GB/T16996的有关规定进行。5）涂层划痕腐蚀检测根据选择的测量周期，观察“十”痕的腐蚀出现时间、状态及腐蚀产物，测量垂直划痕两侧涂层区域与水平划痕两侧涂层区域的最大腐蚀点间垂直于原始划痕的距离，以mm为单位记录测量数据。6）涂层铅笔硬度检测如无特殊要求，规定试验开始时与结束后，按GB/T6739规定的手工操作法测定其铅笔硬度。也可选用相关的硬度测量仪(如DUR—O—Test)进行测定。7）涂层附着力检测如无特殊要求，试验开始时与结束后，按GB/T9286规定进行涂层的附着力划格试验检测。8）整车操作检查在暴露试验中，整车每周启动一次并运行40min，运行前后分别对以下功能件进行检查。A. 检查所有电器功能件的工作情况是否正常。B. 检查刮水器、风窗洗涤器、除霜装置、玻璃升降器、门锁、内锁提钮、行李箱门及发动机盖等性能是否正常。C. 检查发动机、变速器、悬挂及转向系统等工作情况是否正常及电池充电性能等。9）车体温度测量投放试验后，有温度测量跟踪设备应在温度测量点上安装探头及连接记录仪。如果不能对选定的温度测量点进行每天跟踪测量，要求每月必须挑选4至5天气温高、太阳辐射强、最好无云彩影响的良好日期进行车体温度测量，测量出选择点的相对最高受热温度。10）拍照在试验过程中，要求对出现特殊老化现象的部位及时拍照。拍照时要求标上标识和日期。5. 整车暴露环境因素数据收集整车投入曝晒试验的同时，要求按规定记录所有的气象条件因素和会影响试验结果的大气环境因素。如汽车内外主要零部件表面温度、汽车内部空气温度和相对湿度、汽车内部太阳辐射量。六、数据处理1. 涂层外观老化1）外观目测结果按GB/T1766的有关规定对粉化、变色、失光、裂纹、长霉、沾污、斑点、生锈、泛金、脱落、起泡等外观老化现象进行等级评定表示。2）光泽以试验前测出的光泽度为原始值。按下式计算出其在各个暴露阶段的光泽损失率即失光率：失光率 (%)=(A0 -Ai)/A0× 100A0——老化前光泽测定值Ai——老化后光泽测定值3）颜色与鲜映性(DOI)以试验前测出每个试样的色空间坐标L*、a*、b*和c*的平均值为原始值，按式（1）计算其在各试验时间的色差三值，根据需要也可以按式（2）计算其在各试验时间的色相差ΔH＊值；测量点位鲜映性值在各个试验阶段的变化率(%)按式（3）计算。ΔEab*=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δa*) 2]1/2 （1）ΔH*=[(ΔEab*)2-(ΔL*)2-(Δc*)2]1/2 （2）ΔEab*——色差 ΔH*——色相差 ΔL*——明度差Δc*——色饱和度差 Δa*、 Δa*——色度差鲜映性值变化率 (%)=(P0 -Pi)/P0× 100 （3）P0——老化前的 (DOI) 或(PGD) 值Pi——老化后的 (DOI) 或 (PGD) 值4）划痕腐蚀检测结果划痕涂层区域最大腐蚀深度的算法如下式所示：hY=y-y0hX=x-x0hY、hX——垂直和水平划痕的最大腐蚀深度，mm y、x——垂直和水平划痕两侧涂层区域最大腐蚀点间的垂直距离，mm y0、x0——垂直和水平划痕口原始宽度，mm5）涂层硬度检测结果按GB/T6739的规定进行硬度测量结果表示。6）涂层划格检测结果涂层划格试验结果按GB/T9286的有关规定进行表示。2. 外观老化结果仪器测量结果表示：光滑表面的失光率按上述计算;有纹理表面的失光率按下式计算；颜色结果表示与上述同，目测结果按GB250的有关规定表示（此处针对橡胶、塑料、人造革纤维和纺织品等）。其它外观老化现象可按GB250、GB/T16996、GB/T15596的有关规定表示。有纹理表面失光率 (%)=(B0-Bi)/B0×100B0——老化前 4 个方向的光泽平均值 Bi——老化后 4 个方向的光泽平均值3. 整车使用操作检测结果 对功能件的破坏程度推荐用“轻微、中等、严重与完全失效”等术语描述。4. 整车车体温度测量结果绘制每个测量点的月/年最高温度曲线与车体空气的月/年最高温度曲线，或统计整个暴露试验过程中每个测量点积热的最大温度值。以℃表示。5. 环境因素的监测结果按GB/T3681或相关国际标准的规定对监测的各种环境因子数据进行结果统计与表示。七、结果1. 涂层外观性能老化评定根据试验结果按GB/T1766的有关规定进行涂层外观各性能老化等级的评定，划痕腐蚀、硬度、划格附着力等试验结果按相关标准进行等级评定。2. 外观老化评定橡胶、塑料、人造革纤维和纺织品等外观老化评定根据试验结果按GB/T16996、GB/T15596的有关规定进行各材料试样外观性能老化等级的评定。八、其它试验方法1. 黑箱试验用于汽车外饰件自然暴露试验，其目的是使样品的温度达到汽车使用时水平表面的实际温度。研究表明在阳光下时，黑箱能够提高试验样品的温度，夜晚还能使试验样品产生较长时间的润湿。2. 太阳跟踪聚光自然暴露试验太阳跟踪聚光自然暴露试验是一种利用太阳跟踪聚光装置增加试验期间试验样品暴露表面的太阳辐射量并提高试品试验温度的自然暴露试验方法。材料自然暴露试验光老化的主要影响因素为太阳辐射、温度和水分。因此强化这三者中的任一因素，或它们的组合，都会加速材料受试样品的老化。太阳跟踪聚光装置强化了太阳辐射、温度两个因素。3. IP/DP箱试验IP/DP（InstrumentPanel/DoorPanel）仪表板和门板。IP/DP箱专指汽车仪表板、门板等内饰件作试验用的玻璃箱。IP/DP是箱最先由美国通用汽车公司设计推出用于汽车内饰件的自然老化试验，并形成了相应的企业标准。4. CTHGlas-Trac试验CTHGlas-Trac是一种玻璃下的太阳跟踪自然暴露试验装置，它可以模拟汽车车内环境状况：试验箱内的温度及相对湿度按白昼与夜晚条件分别控制；试验箱内的太阳光辐射模拟汽车车内的太阳光辐射。因此它主要用于汽车内饰材料的自然暴露试验，检验汽车内饰材料的耐久性。该装置具有双轴太阳跟踪系统可以使CTHGlas-Trac试验装置与太阳光保持正对，从而获得最大太阳辐射量。九、总结作为汽车试验工作的童鞋们，很不容易，要承受高压的工作，还要去极端环境做各种试验，大气暴露试验的环境很残酷，相信随着时间和技术的积累，国产汽车也会越来越好，在大家的努力下，我们努力创造中国汽车的未来！