某車型在海南濕熱環境中的整車耐候性

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(1. 中國電器科學研究院有限公司 工業產品環境適應性國家重點實驗室，廣州 510663；2. 廣東工業大學 材料與能源學院，廣州 510006)

近年來，國產汽車在國內市場占有率迅速提高，國內各車企競爭非常激烈。為提高產品競爭力，縮小與國外汽車質量的差距，國內車企開始重視汽車整車在各種環境中內外觀品質的長時間保持，并在汽車材料的耐候性研究上投入了大量資金，同時為打造中高端車型積累數據[1]。此外，現階段8%的國產汽車存在安全失效問題，3%的汽車存在與品質可靠性相關的失效問題[2]。安全是汽車最基本的要求，國內車企需進一步努力解決汽車耐候性失效問題，排除汽車的安全隱患。

自然暴露試驗是檢驗整車、零部件和材料耐候性最真實，可靠的試驗方法，是設計加速模擬環境試驗室的基礎[3]，也是汽車企業研究汽車整車耐候性必不可少的一個環節。汽車的服役過程分為運動過程和停放過程。在同樣的外部氣候環境中，汽車零部件在運動過程和停放過程中的環境是不同的[1]。一般情況下，汽車大部分時間都處于靜態，家用汽車的動靜態時間比為1/20～1/15[4]，因此汽車整車靜態耐候性能能夠比較充分地反應整車的耐候性能。本工作將某新車型整車置于海南瓊海濕熱自然暴露試驗場內，進行了為期1a的靜態暴露試驗，以研究該車型整車在較為極端的濕熱環境中的耐候性能。

1 汽車整車自然暴露試驗

汽車是各種天氣條件下都要求有效運行的產品，車身結構復雜、材料構成種類多，這些給汽車整車耐候性試驗提出了較高的要求。自然暴曬試驗中，材料老化腐蝕影響因素有太陽光/輻射、熱/溫度、水/濕度、環境空氣成分、風速等，環境因素復雜多變也使得汽車耐候性試驗充滿挑戰[5]。因此，需要嚴格按照相關規定和標準執行。根據QC/T 728-2005《汽車整車大氣暴露試驗方法》的要求，選擇能代表典型濕熱氣候類型的工業產品環境適應性國家重點實驗室海南瓊海試驗場進行試驗。該試驗場地符合標準暴露場地要求，還配備了氣象觀測和大氣成分分析設備。將試驗車前擋風玻璃朝向赤道方向，試驗前檢查試驗車的缺陷并做記錄，安裝溫度傳感器。試驗開始后，每隔2個月對試驗車進行外觀目測檢查，并對具有代表性的部位進行光澤度和色差測量[6]；每個月對車內外進行一次清潔，每周定時啟動發動機運行40 min左右。試驗過程中按照GB/T 3681-2011標準《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方法》的有關規定記錄氣象條件和影響試驗結果的大氣環境因素，最后借鑒行業先進標準VW 50185-2009(Vehicle Parts Resistance to Open-Air Weathering)綜合評價整車的耐候性。

2 環境條件檢測

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

2.1 試驗站大氣環境監測

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

圖1～5為通過氣象站獲取暴曬期間試驗場的氣象參數，主要包括濕度、溫度、雨量、風向、風速，45°太陽光輻射量、45°紫外光輻射量以及日照時數等。

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

圖2 暴曬場相對濕度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數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數Fig. 4 Precipitation and precipitation hours of exposure field

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

總結以上監測數據可知：該試驗場在一年中平均溫度為24.67 ℃，平均相對濕度為79.08%，距地面1.5 m處的平均風速為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，年降水總時數為126.7 h，年日照總時數為1 238.7 h。該試驗場環境屬于典型的濕熱氣候。

2.2 汽車內外微環境監測

監測汽車零部件表面溫度和車內相對濕度有助于分析零部件老化腐蝕所處的環境情況。汽車內外微環境和大氣環境有很大的差別。由圖6可知：在汽車外部零部件中，發動機蓋表面溫度最高，高達93.4 ℃。由圖7可知：在汽車內部零部件中，儀表板表面溫度最高，達到105 ℃。駕駛室和行李箱的相對濕度見圖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試驗車內外觀進行檢測，共檢測了245個部位。檢測中發現了白斑、脫膜、起泡、銹蝕、泛白、脫膠、粉化、松動、表面粗糙、纖維外漏、離縫、發黏、積水、開裂等現象。對汽車試驗中出現缺陷的部位進行匯總，根據GB/T 1766-2008《色漆和清漆涂層老化的評級方法》和QC/T 728-2005《汽車整車大氣暴露試驗方法》中評價方法對缺陷程度進行評價。評價等級標記在汽車部位名稱后面，對于沒有相關評價標準的缺陷現象，使用無(0)、很輕微(1)、輕微(2)、明顯(3)、較嚴重(4)、嚴重(5)六個等級進行評價。缺陷部位匯總及其嚴重程度評價見表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，在一定的程度下也體現了零部件表面微觀變化。對零部件表面進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價等級Tab. 1 Summary of defect sites and their evaluated grads

采用BYK-4430三角度光澤儀對汽車前后保險杠等典型部位進行光澤度的測量并記錄。試驗期間每2個月測量一次，測量的角度選定為60°，依據GB/T 1766-2008《色漆和清漆 涂層老化的評級方法》對光澤度保持率進行評級。表3為前后保險杠平均光澤度保持率的變化情況。從表3中可知：汽車前后保險杠各處的平均光澤度保持率均隨著自然暴露時間的延長而降低，其中自然暴露12個月時前保險杠(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)后蓋開關飾板玻纖外露(h)前風窗下導流板泛白

(i) 右前門內三角板發黏(j) 右前門內飾板發黏(k)右前門三角蓋板玻纖外露(l) 后蓋內飾上有積水

(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個月4個月6個月8個月10個月12個月評級前保險杠(左側)90.399.297.297.194.594.191.60前保險杠(左中)78.897.093.793.391.290.984.51前保險杠(右中)83.699.498.998.198.195.891.50前保險杠(右側)89.6100.098.497.793.693.292.90后保險杠(左側)84.5100.098.196.896.195.394.40后保險杠(中)85.899.999.096.796.595.894.80后保險杠(右側)81.399.999.399.398.598.496.40

4 結論

(2) 海南瓊海試驗場年平均溫度為24.67 ℃，平均相對濕度為79.08%，距地面1.5 m處的平均風速為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，年降水總時數為126.7 h，年日照總時數為1 238.7 h。這些氣象數據能很好地幫助車企進行有效的整車耐候性試驗研究，并發現相關缺陷。整車自然暴曬試驗是較為貼近汽車戶外停放環境條件的試驗，因此整車試驗中反映出的耐候性問題將影響到消費者對汽車的評價以及消費者的人身安全等。