汽車內飾材料能力驗證關鍵點分析

張若塵，李海濤，劉　妍

汽車內飾材料能力驗證關鍵點分析

張若塵，李海濤，劉妍

Zhang Ruochen，Li Haitao，Liu Yan

（中檢西部檢測有限公司，陜西西安721300）

汽車內飾材料是汽車內部的主要組件之一。GB 8410—2006《汽車內飾材料的燃燒特性》規定了汽車內飾材料相關試驗內容，根據實際試驗經驗，對內飾材料的燃燒機理進行闡釋，并對能力驗證進行說明，梳理出汽車內飾材料能力驗證關鍵點，提煉出標準中沒有明確的試驗細節，總結經驗供同行借鑒。

汽車內飾材料；阻燃；能力驗證；風速

0　引言

內飾材料作為汽車組件之一覆蓋了車輛內部絕大部分空間，其與人體直接接觸，其質量優劣對乘員的安全健康具有很大影響。汽車內飾材料的安全評價主要分為3個方面：（1）車內空氣質量，即揮發性氣體是否會在玻璃上產生霧氣影響駕駛、揮發性氣體是否會對人體造成傷害，包括霧度測試和VOC（Volatile Organic Compounds，揮發性有機化合物）測試，前者的試驗標準目前參照德國DIN 75201、美國SAE J1756、ISO 6452等，后者的試驗標準依據GB/T 27630—2011《乘用車內空氣質量評價指南》、HJ/T400《車內揮發性有機物和醛酮類物質采樣測試方法》；（2）燃燒性能，主要考察內飾件的耐燃性能和阻燃性能，為保證駕駛員在汽車著火時具有充足的逃生時間，內飾材料需具備一定耐燃、阻燃特性，檢測標準有GB 8410—2006《汽車內飾材料的燃燒特性》、GB 7258—2019《機動車運行安全技術條件》、美國FMVSS 571. 302、ISO 3795以及歐洲議會與理事會指令95/28/EC；（3）目前，主機廠對汽車內飾材料會進行環境耐久性測試，如氙燈老化、高溫、低溫、鹽霧、耐磨性等，以各自企業標準為依據進行控制。本文通過GB 8410—2006[1]對內飾材料的燃燒原理進行闡釋，對能力驗證結果評價和過程進行說明，總結出內飾材料能力驗證關鍵點。汽車內飾材料的試驗標準中參數要求較多，需控制多組變量才能確保試驗結果相對穩定。

1　內飾材料燃燒及阻燃機理

汽車內飾材料燃燒分為3個步驟：（1）加熱分解，內飾材料經過受熱后分解，產生可燃氣體如甲烷、助燃氣體如一氧化氮等；（2）點燃，當可燃氣體達到一定濃度且溫度達到燃點，并存在足夠氧氣，則燃燒進行；（3）蔓延，燃燒釋放熱量產生自由基，引起連鎖反應不斷產生可燃氣體，使燃燒持續蔓延。內飾材料阻燃的目的不是完全阻止燃燒，而是減緩燃燒和阻止燃燒，只要確保具有足夠的人員逃生時間，則內飾材料滿足要求，所以不燃燒、燃燒速度足夠慢、燃燒過程中可以自動熄滅的內飾材料均合格。由此得出阻燃方法有3種：（1）通過添加氫氧化鋁、氫氧化鎂等進行吸熱脫水降低燃燒周邊溫度；（2）切斷燃燒自由基或者增加不具有燃燒特性的阻燃劑；（3）使燃燒生成碳化膜阻擋可燃物與空氣接觸。通過這3種方法可以有效減緩內飾材料的燃燒過程。

2　能力驗證

2.1　能力驗證的意義

能力驗證的實質是多個實驗室間比對。所有參加比對的實驗室按照主辦方預先制定的準則進行試驗，通過對試驗結果的判定確定該實驗室質量體系運行是否正常，這是評價實驗室水平的核心方法之一。在CNAS（China National Accreditation Service for Conformity Assessment，中國合格評定國家認可委員會）實驗室認可規范中將實驗室有無參加年度能力驗證作為評審必須文件之一[2]，CNAS-CL03《能力驗證提供者認可準則》[3]中也給出了能力驗證計劃的具體要求。

2.2　能力驗證的結果評價

評價能力驗證試驗的結果可以采用分數或E分數，其中分數應用較廣，當評審方擁有樣品測試標準值時推薦使用，即

式中：為第家被審方的測試結果；pt為測試結果指定值；pt為能力評定標準差。

分數的評價標準為：??≤2.0，滿意結果；2.0＜??＜3.0，警告結果；??≥3.0，不滿意結果。

E分數通過不確定度進行評價，評價樣本與指定值的偏差是否在指定值的不確定度內。

式中：為第家被審方的測試結果；pt為測試結果指定值；()為被審方測試結果的擴展不確定度；(pt)為測試結果指定值的擴展不確定度。

E分數評價標準為：?E?＜1，滿意結果； ?E?≥1，不滿意結果。

能力驗證過程中，對最終測試的評價結果依據所有被審方試驗結果的分數或E分數統計得出[4]。被審方是否取得滿意結果取決于本次能力驗證整體測試結果的標準差，如果與整體測試結果偏離過大，則可能會獲得不滿意結果。對于實驗室能力驗證試驗，有兩種相對復雜：（1）采用參數較多、測試技術較復雜的標準，每一個單獨參數對試驗結果均有影響，容易產生較大的累計誤差，須逐一確認試驗細節；（2）采用較早版本標準，部分試驗細節未給出詳細規定，要求試驗人員具有一定的試驗經驗。目前汽車內飾材料的試驗標準既要求了較多參數，又未規定部分細節。

3　內飾材料能力驗證關鍵點

3.1　風速影響

由試驗經驗可知，風速控制是影響試驗結果的重要因素之一。試驗標準中要求風速為0.10～0.30 m/s。控制風速的3個關鍵影響因素為：（1）風速儀的精度和風速儀的測試位置；（2）風量控制；（3）通風櫥體積。

3.1.1風速儀

目前手持式風速儀的測量精度為小數點后1位，而試驗中風量測量值的最小增幅為0.1 m/s，則風速儀不能完全反應出風量對試驗的影響。當風量以0.05 m/s增幅從0.10 m/s增至0.30 m/s時，燃燒速度出現顯著不同。為了確保試驗精度，在試驗能力驗證過程中須使用0.01 m/s的高精度風速儀，如圖1所示。

圖1　高精度風速儀

風速儀的測量位置在標準中未有規定，建議在樣件水平處100 mm前、后分別進行測量。為減少測試誤差，建議使用支架固定風速儀探頭，如圖2所示。

圖2　夾具加持的風速儀探頭

3.1.2風量控制

早期通風櫥基本采用定頻電機進行抽風，通常風量過小，風速在0.10 m/s以下，無法達到試驗要求，為此對通風櫥進行改裝，增加變頻電機控制試驗箱內的風速，如圖3所示，建議風機提前預熱后再進行風量調節，待風速穩定后進行試驗。

圖3　變頻電機通風系統

3.1.3通風櫥體積

通風櫥體積對試驗也有一定影響，標準中要求通風櫥長、寬、高尺寸不超過另兩個尺寸的2.5倍，推薦容積為燃燒箱體積20～110倍。燃燒箱體積過大或者過小均影響通風櫥內氧氣含量，進而對樣品燃燒產生影響。

3.2　設備參數

內飾件燃燒測試設備參數多，具體見表1，其中實物燃燒箱對應參數如圖4所示，實物試驗支架對應參數如圖5、6所示，實物燃氣燈對應參數如圖7所示，實物金屬梳對應參數如圖8所示。

表1　燃燒箱內設備參數

續表1

圖4　實物燃燒箱及表1中對應參數

圖5　燃燒箱中的試驗支架及表1中對應參數

圖6　實物試驗支架及表1中對應參數

圖7　實物燃氣燈及表1中對應參數

圖8　實物金屬梳及表1中對應參數

表1中參數不需要每年進行計量，通常在設備驗收前、能力驗證前、常年未計量時進行確認。由于火焰高度決定測試樣件能否被點燃，火焰寬度決定火焰接觸樣件面積，所以需重點關注燃氣燈的內徑和燃氣燈與試樣自由端的距離。

某內飾樣件燃燒試驗如圖9所示。

圖9　內飾樣件燃燒試驗

3.3　燃氣選擇

標準中規定可以選擇35～38 MJ/m3的可燃氣體，如天然氣、城市煤氣，須在購置樣氣時計量熱值；標準也推薦使用罐裝液化氣，其熱值遠超天然氣和城市煤氣，避免因熱值不夠對內飾件點燃的不利影響，也可減少計量熱值環節，建議測試過程使用罐裝液化氣。

3.4　非標樣品燃燒的特殊判定

標準中允許將寬度大于60 mm、長度大于138 mm的內飾材料作為非標樣品進行試驗，燃燒距離采用從第一標線到火焰熄滅的距離或從第一標線開始至試樣末端的距離。行業內對“第一標線開始至試樣末端的距離”的判定理解有一定爭議，部分測試人員認為火焰燃燒至試樣末端是受樣品長度所限被迫自熄，假設樣件長度為356 mm，則存在兩種可能：燃燒至第二標線、中途自熄；另有測試人員認為應按照樣品實際長度進行試驗，由于樣件長度不滿足356 mm，火焰會在兩個測量標線之間熄滅。由于不能將假設情況作為判定理由，所以目前后者比較主流且更有說服力。

3.5　其他重點細節

3.5.1樣品預處理

標準規定試驗前樣品需在溫度（23±2）℃、相對濕度（50±5）%的環境下進行24～168 h預處理，主要目的是對各組試驗樣品進行調制處理，保證試樣的一致性。內飾件主要由PP（Polypropylene，聚丙烯）、PVC（Polyvinyl chloride，聚氯乙烯）、PU（Polyurethane，聚氨酯）、ABS（Acrylonitrile Butadiene Styrene Copolymers，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、人造革、真皮等材料構成，由于真皮類樣品均具有一定含水量，這會降低試驗箱內周邊溫度，從而對試驗結果造成影響，所以試驗前須進行預處理，蒸發掉水分，使材質穩定后再進行試驗。

標準中未對結束預處理至開始試驗的時間間隔給出規定，參考GB/T 5169.11—2017《電工電子產品著火危險試驗第11部分：灼熱絲/熱絲基本試驗方法成品的灼熱絲可燃性試驗方法》，要求灼熱絲試驗在預處理半小時內開始，因此建議預處理的試驗箱和汽車內飾件燃燒試驗機盡量放置在同一試驗室或盡量接近，并在完成預處理后15 min內進行試驗，否則空氣中水分重新進入樣品內部，產生試驗偏差，影響試驗結果。

3.5.2試驗箱和試樣支架的溫度

試驗必須在關閉櫥窗空氣進口的情況下進行，不然會使氧氣含量升高，火苗高度和寬度發生變化，這對火焰接觸內飾材料的初始點燃狀態具有一定影響。每一個樣件完成試驗后需重新測量試驗箱和試樣支架的溫度，均不能高于30 ℃。可以使用插在箱子內的竹節棒溫度計測量試驗箱溫度，使用熱電偶式溫度計測量試樣支架。支架溫度降低較慢，對于完全燃燒樣件其冷卻時間在0.5 h以上，需對支架多處分別測溫確保所有點溫度均在30 ℃時才可以進行試驗。

3.5.3樣品支架的選擇

標準中對樣品支架沒有明確要求，通常硬質材質、標準尺寸樣品選擇不帶有金屬絲的支架進行試驗；軟性材質、非標尺寸樣品選擇帶有金屬絲的支架進行試驗；部分材質樣品雖然在未燃燒時具有一定硬度，但在燃燒過程中出現自由端卷曲或者下垂，這時如果選擇不帶金屬絲支架，會造成試樣在水平和垂直兩個方向同時燃燒，使燃燒速度加快，FMVSS302[5]規定，試驗開始時先不選用帶金屬絲支架，若試驗中出現試樣卷曲，則選擇帶金屬絲支架重新進行試驗，因此建議能力驗證中統一采用帶金屬絲的支架[6]。

3.5.4樣品燃燒計時過程

標準中規定當火焰根部通過第一標記線后開始計時，但未規定火焰哪一部分通過第二標線后試驗結束。在實際應用中，不論試驗的開始或結束，火焰根部最右側的燃燒速度最快，所以將火焰根部最快處基準通過第二標線作為結束計時信號。試驗結束時樣品有時會產生大量濃煙影響觀測，這時可以采用輔助手段，例如在樣品的第二標線處標記鮮艷顏色，行業內也有采用細線吊著金屬球放置在樣品下部，當火焰根部燒斷細線金屬球下落時結束試驗計時[7]。

3.5.5針織層積復合材料樣品的處理

層積復合材料中部分以針織工藝為主，其在各個方向上紋路不同則燃燒結果也不同。為對燃燒進行全面測試，需從各個方向裁剪并分別試驗，通常有橫向裁剪、縱向裁剪、45°斜面裁剪[8]，取三者中燃燒速度的最大值最為試驗結果。若樣品為整塊樣板，則首先觀察樣板是否具有紋路，是否需要按照不同方向進行裁剪。

4　結束語

汽車內飾材料燃燒試驗在實際操作中有很多細節需要依據經驗確認。本文介紹了能力驗證的意義，對能力驗證的符合性判定給出說明，重點介紹了能力驗證前設備參數的確認，以及日常試驗中重點細節的處理思路，為同行開展內飾材料燃燒試驗提供一定經驗借鑒。

[1]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.汽車內飾材料的燃燒特性：GB8410—2006 [S]. 北京：中國標準出版社，2006.

[2]中國合格評定國家認可委員會.能力驗證結果的統計處理和能力評價指南:CNAS-GL002[S/OL]. (2020-09-08)[2022-11-10]. https:// www.cnas.org.cn/images/rkgf/sysrk/rkzn/2020/09/08/1599547068717003710.pdf.

[3]中國合格評定國家認可委員會.能力驗證提供者認可準則:CNAS-CL03[S/OL].（2019-03-18）[2022-11-10]. https://www.cnas. org.cn/fwzl/nlyzzl/nlyzxgzcyzl/images/2019/03/18/391BF0ACFDC4BCEAA9A3027300075E67.pdf.

[4]馬捷，關淑君，茅祖興. 能力驗證及其結果處理與評價[M]. 北京：中國質檢出版社，2016.

[5]美國國家公路交通安全管理局.聯邦機動車輛安全標準—第571.302條汽車內飾材料的燃燒特性: FMVSS 302[S].1998.

[6]陳杰. GB 8410與GB 7258中內飾材料試驗存在的問題與建議[J]. 客車技術與研究，2014，36（5）：50-52.

[7]史瑞祥，張凱慶，陳杰. 汽車內飾材料燃燒特性試驗中存在的問題與建議[J]. 客車技術與研究，2014，36（4）：60-62.

[8]陳杰，程晉平. 汽車內飾材料的分類及燃燒特性分析[J]. 客車技術與研究，2015，37（3）：40-42.

2022-11-11

1002-4581（2023）02-0007-05

U465.6

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2023.02.002