汽車氣候老化主要環境影響因素分析

郝志誠

廣州廣電計量檢測股份有限公司長春分公司 吉林長春 130000

伴隨汽車電動化的日新月異，整車企業和汽車熱管理系統組件商都面臨著復雜的市場競爭和越發苛刻的技術要求，汽車熱管理系統的材料選型也隨之迎來變革。汽車電動化正在混動汽車和純電汽車兩條技術路線上飛速發展，它們分別從耐受溫度和耐受時間兩個維度給汽車熱管理系統工程塑料提出諸多挑戰。

1 試驗方法研究和應用

1.1 試驗參數

環境因素對汽車的影響和作用是導致汽車氣候老化的主要原因，影響汽車氣候老化的環境因素有很多，包括太陽光輻射、溫度、濕度、生物、人為、自然災害等因素。但長期研究表明，影響汽車氣候老化的因素主要為太陽光輻射、溫度和濕度。

太陽光輻射對汽車性能的影響更多體現在非金屬材料的降解和涂層的光化學反應上。其影響大小主要取決于樣品所接收的太陽輻射光譜的組成、輻射強度和輻射量[1]。

溫度對汽車材料的老化影響多方面。溫度會加速光對汽車老化的作用，在較高的溫度下，分子的活性較大；溫度的周期性變化會導致汽車零部件產生機械應力，特別對于由不同熱膨脹系數材料組成的汽車零部件，如汽車儀表板等，在極端的高低溫循環下產生較嚴重的物理性破壞；水的各種形態也與溫度變化相關，降溫引起水分在材料表面形成凝露，升溫時材料表面水分蒸發，在水分凝露和蒸發的周期過程中，會產生應力，從而對汽車部件產生損壞。

濕度是影響汽車氣候老化的又一重要因素，水的吸收和脫附狀態交替出現會導致零部件產生應力破碎，水的結冰和解凍循環會導致涂層剝離脫落、零部件開裂斷裂。在試驗方法研制過程中，為了確定人工模擬輻射強度、試驗溫度和濕度，需進行長時間的測量和觀察。本文將選取2017-2018年在美國亞利桑那曝曬場的測量數據作為依據，進行研究說明。

1.2 性能測試

在電老化試驗過程中，將1mm厚的薄片置于試驗平臺的電老化箱中，通過箱底的固定夾使樹脂薄片穩定固定在高壓電場兩端。同時打開試驗平臺上的4個電壓按鈕，使同一片樹脂材料同時在4個電場下進行電老化試驗，記錄樹脂材料相應的電老化試驗點，關注該試驗點附近是否出現微量放電現象，若試驗點附近出現瞬間電火花，即表明該測試點發生了明顯的放電，材料被電壓擊穿，已失效，記錄此時電老化進行時間[2]。此外，在試驗過程中定期取出測試樣件進行玻璃化溫度以及電氣絕緣強度性能測試，記錄不同老化程度下樹脂的關鍵性能測試結果，直至所得測試結果與初始狀態下的測試結果相比下降了70%時，即認為樹脂材料已經老化至失效狀態，不可繼續使用，此時停止老化試驗，根據測試結果進行老化過程分析。

1.3 試驗車輛

為了使更多的零件參與試驗，并達到最苛刻的條件，一般選擇高配車型，深色車身和深色內飾，因為深色可吸收更多太陽輻射熱。理論上對于陽光模擬試驗最好的顏色是黑色，但實際應用中很多車型并沒有黑色車身、黑色內飾的配置，所以有必要對不同顏色在太陽光下的表現進行測量比對。．顏色對于太陽輻射的溫度表現，從高到低依次為：黑＞紫＞棕＞藍＞紅＞灰＞橙＞金（黃）＞白。同樣顏色時，普通漆的溫度高于珠光漆的溫度。在試驗正式開始前，車輛需進行必要檢查，并關閉各出風口、關閉所有車窗、打開遮陽簾，根據零件設計要求配置負載（如手套箱放置配重物），遮陽板、座椅、頭枕、中央扶手、轉向盤等位置可調整的零件根據試驗規范調整至要求位置。

2 結果與討論

電老化是指在長時間的電場作用下，絕緣材料內部或者表面發生的物理性能和化學性能的變化，進而導致的絕緣老化過程。高聚物的絕緣老化現象往往發生在其內部微小缺陷處，由于電場分布集中在缺陷上，使得缺陷成為絕緣薄弱處繼而發生擊穿引起局部放電。在持續放電一段時間后，放電區域受到腐蝕并產生微小樹枝放電通道，隨著腐蝕程度加重，其絕緣性能不斷劣化，最終發生損壞。

全光譜陽光模擬試驗對于加速老化的效果分析，可用一個簡單的公式來近似換算其與大氣曝曬之間的當量關系。根據研究表明，聚乙烯材料每升高1℃，光氧化反應速率提升約8%。相當于溫度每升高10℃，光氧化反應速率提升至原來的2倍[3]。所以，通過比對陽光模擬和大氣曝曬相同零件同一個位置在同一個溫度下的等效曝曬時長，比如等效至100℃，可對2種試驗之間的當量關系做一個簡單分析。當然，用以上方法預測試驗室老化與大氣曝曬老化之間的關系仍存在較大誤差。以上方法只針對輻射條件下的溫度進行了等效，而沒有考慮輻射強度對于老化速率的加速影響。全光譜陽光模擬試驗在白晝模擬階段的平均輻射強度約950W/m2，而大氣曝曬白晝平均輻射強度僅500W/m2左右。再加上試驗室短期高低溫劇烈變化、以及強化的濕度變化對零件造成的老化影響，整車陽光模擬試驗對零件的老化影響要比本文計算值更貼近大氣曝曬結果。根據歐洲研究結果，一輪根據DIN75220進行的600h陽光模擬循環試驗相當于大氣曝曬1年的影響。

3 結語

整車全光譜陽光模擬試驗是汽車研發過程中重要的試驗手段。與自然條件下的大氣曝曬相比，它有試驗周期短、試驗條件可控、結果一致性好等特點，十分適用于零件開發和認可。但是，由于汽車零部件自然老化的因素有很多，單獨的陽光模擬試驗并不能全面反應零件可能存在的問題，因此需要其它試驗進行補充，比如溫度交變試驗、溫度存放試驗、鹽霧試驗等。