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試驗(yàn)|乘用車在海南濕熱和新疆干熱環(huán)境下的自然暴露試驗(yàn)

嘉峪檢測網(wǎng)        2021-07-20 23:11

國產(chǎn)品牌乘用車在海南濕熱和新疆干熱氣候環(huán)境下暴曬1年,并對(duì)兩地氣候環(huán)境下的測量數(shù)據(jù)以及失效行為進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。結(jié)果表明,該國產(chǎn)品牌汽車的耐候性比歷史車型和同期車型有很大的進(jìn)步,海南和新疆整車暴曬的失效問題均為外觀失效,失效原因主要集中在材料選擇不當(dāng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,兩種環(huán)境暴曬結(jié)果的差異表明零件設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮不同氣候環(huán)境的影響,并且零部件和材料的標(biāo)準(zhǔn)還需要根據(jù)整車暴曬數(shù)據(jù)進(jìn)一步的完善。

 

汽車耐候性試驗(yàn)按照試驗(yàn)對(duì)象和試驗(yàn)方法有不同的分類方式,依據(jù)試驗(yàn)方法的不同可分為自然氣候老化試驗(yàn)、自然加速暴露試驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)室人工加速氣候老化試驗(yàn)等。其中,自然氣候老化試驗(yàn)是最符合用戶使用環(huán)境的試驗(yàn)方法,是檢驗(yàn)整車、零部件和材料耐候性最真實(shí)、可靠的試驗(yàn)方法,也是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室氣候老化試驗(yàn)的基礎(chǔ)。整車自然暴露試驗(yàn)也因此作為整車、零部件和材料的耐候性試驗(yàn)方法與技術(shù)要求的制定依據(jù)和評(píng)價(jià)依據(jù)。

 

光、熱、水是地球上三種最基本的氣候要素,是影響汽車耐候性的主要因素,其中最典型的氣候類型有濕熱氣候和干熱氣候。美國佛羅里達(dá)州的邁阿密地區(qū)和亞利桑那州的鳳凰城地區(qū)是國際公認(rèn)的濕熱氣候和干熱氣候的典型代表,我國的海南瓊海和新疆吐魯番地區(qū)也是理想的濕熱氣候和干熱氣候老化試驗(yàn)地點(diǎn)。

 

本研究主要將某國產(chǎn)品牌乘用車分別放在海南濕熱和新疆干熱的大氣暴露環(huán)境下,然后從整車試驗(yàn)環(huán)境和失效行為兩個(gè)方面對(duì)兩地的整車暴露試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較,并分析其原因,從而為乘用車的耐候性設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

 

試   驗(yàn)

 

01.主要設(shè)備和儀器

 

數(shù)據(jù)采集器:CR1000,美國Campbell公司;

太陽總輻射傳感器:CM4,荷蘭Kipp&Zonen公司;

表面溫度傳感器:T型熱電偶;

環(huán)境濕度傳感器:PTS-2,錦州陽光氣象科技有限公司。

 

02.試驗(yàn)車輛

 

某國產(chǎn)品牌轎車,黑色車身和內(nèi)飾。

 

03.汽車整車自然暴露試驗(yàn)

 

參照QC/T 728-2005《汽車整車大氣暴露試驗(yàn)方法》,將整車分別放置于海南瓊海(東經(jīng)110°28′,北緯19°14′)和新疆吐魯番(東經(jīng)89°12′,北緯42°56′)試驗(yàn)場內(nèi)進(jìn)行自然暴露試驗(yàn),試驗(yàn)車的車頭朝南(赤道方向),并在規(guī)定的測量點(diǎn)布置輻照度、溫度和濕度傳感器,暴露試驗(yàn)周期為1年,每2個(gè)月對(duì)整車進(jìn)行檢查,并詳細(xì)記錄外觀、涂層附著力、使用功能的變化現(xiàn)象及變化等級(jí)。

 

結(jié)果與分析

 

01.整車試驗(yàn)環(huán)境分析

 

1)光照

 

海南和新疆的光照數(shù)據(jù)如表1所示,可以看出新疆年太陽輻照量要高于海南年太陽輻照量,主要原因是新疆的日照時(shí)數(shù)長,且輻照度接收器與水平面呈45°,與新疆暴曬試驗(yàn)場的維度角接近;而儀表板輻照量呈現(xiàn)相反的結(jié)果,主要原因是海南的維度低,儀表板上的輻照度接收器接近水平位置。

 

表1 某車型海南和新疆暴曬1年光照數(shù)據(jù)

 

試驗(yàn)|乘用車在海南濕熱和新疆干熱環(huán)境下的自然暴露試驗(yàn)

 

2)溫度

 

該車型在海南和新疆暴曬時(shí)典型部位最高溫度和最低溫度如表2所示。由最高溫度數(shù)值可以看出,對(duì)于車外零件而言,水平暴露的金屬零件如機(jī)艙前蓋板溫度最高,達(dá)到90℃以上;水平暴露的塑料件如通風(fēng)蓋板溫度次之,達(dá)到80℃以上;而垂直暴露的塑料件如前保險(xiǎn)杠溫度則較低,處于80℃以下。對(duì)于車內(nèi)零件而言,離前風(fēng)擋玻璃最近受陽光強(qiáng)烈影響的零件如儀表板上罩溫度最高,達(dá)到100℃以上;離前后風(fēng)擋玻璃較近受陽光較強(qiáng)影響的零件如轉(zhuǎn)向盤輪緣溫度次之,達(dá)到90℃以上;離前后風(fēng)擋玻璃較遠(yuǎn)受陽光一般影響的零件如副儀表板溫度較低,處于80℃以上;而受陽光較弱影響的零件如地毯溫度則最低,處于80℃以下。

 

表2 某車型海南和新疆暴曬1年典型部位溫度數(shù)據(jù)

 

試驗(yàn)|乘用車在海南濕熱和新疆干熱環(huán)境下的自然暴露試驗(yàn)

 

由內(nèi)外飾零件的最低溫度可以看出,海南暴露環(huán)境下零件的最低表面溫度都在0℃以上,高緯度的新疆暴露環(huán)境下零件的最低表面溫度處于0℃以下。汽車在新疆暴曬環(huán)境下,零件表面的溫差更大,受到的溫度交變沖擊更加嚴(yán)酷;而汽車在海南暴曬環(huán)境下,零件表面的平均溫度則更高,受到的累積熱效應(yīng)更加顯著。

 

3)水分

 

海南和新疆的濕度和降水?dāng)?shù)據(jù)如表3所示,可以看出,海南的降水量和車內(nèi)外的平均濕度均高于新疆,同海南瓊海屬于沿海濕熱氣候,新疆吐魯番屬于沙漠干熱氣候相對(duì)應(yīng)。

 

表3 某車型海南和新疆暴曬1年濕度和降水?dāng)?shù)據(jù)

 

試驗(yàn)|乘用車在海南濕熱和新疆干熱環(huán)境下的自然暴露試驗(yàn)

 

02.失效行為分析

 

對(duì)海南和新疆整車暴曬試驗(yàn)1年后的所有失效行為進(jìn)行失效問題數(shù)量、失效問題類型和失效問題原因進(jìn)行歸類統(tǒng)計(jì)分析,進(jìn)而為汽車耐候性開發(fā)提出合理化的建議。

 

1)失效問題數(shù)量

 

圖1統(tǒng)計(jì)了海南和新疆的樣車分別經(jīng)過1年戶外暴曬試驗(yàn)后的問題數(shù)量,海南和新疆的問題總數(shù)分別為20個(gè)和21個(gè),遠(yuǎn)低于文獻(xiàn)中整車的試驗(yàn)問題的數(shù)量和同時(shí)期試驗(yàn)車輛的問題數(shù)量。這是因?yàn)橄噍^于同品牌歷史車型和同期車型,本車型在材料、零部件的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和零部件的試驗(yàn)方法進(jìn)行了改善,如對(duì)部分零部件的老化標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了提升,關(guān)鍵零部件在試驗(yàn)驗(yàn)證過程中增加模擬實(shí)車裝配狀態(tài)的工裝等。

 

試驗(yàn)|乘用車在海南濕熱和新疆干熱環(huán)境下的自然暴露試驗(yàn)

 

圖1 海南和新疆暴曬試驗(yàn)車問題數(shù)量

 

海南和新疆暴曬試驗(yàn)車有5個(gè)為重合性問題,即海南和新疆暴曬試驗(yàn)車上均出現(xiàn)的問題,其余的為各自單獨(dú)出現(xiàn)的問題,說明了濕熱環(huán)境和干熱環(huán)境對(duì)整車的影響是有差異的,在零件設(shè)計(jì)過程中需要考慮不同的氣候環(huán)境的影響。

 

2)失效問題類型

 

試驗(yàn)|乘用車在海南濕熱和新疆干熱環(huán)境下的自然暴露試驗(yàn)試驗(yàn)|乘用車在海南濕熱和新疆干熱環(huán)境下的自然暴露試驗(yàn)

 

圖2(左)海南和新疆暴曬試驗(yàn)車問題類型分布;圖3(右)海南和新疆暴曬試驗(yàn)車發(fā)白和變形問題所在位置分布

 

海南和新疆試驗(yàn)場樣車的失效均為外觀失效類問題,包括變形、發(fā)白、脫膠及銹蝕等,無安全和功能失效類問題的出現(xiàn),圖2統(tǒng)計(jì)了海南和新疆的樣車分別經(jīng)過1年戶外暴曬試驗(yàn)后不同失效類型出現(xiàn)的數(shù)量,圖3則是統(tǒng)計(jì)了海南和新疆的試驗(yàn)樣車發(fā)白和變形問題所在位置的分布。

 

海南暴曬出現(xiàn)獨(dú)有的失效形式有脫膠和銹蝕,主要的原因是瓊海屬于沿海城市,空氣相對(duì)濕度較高并且高溫多雨,從而導(dǎo)致丙烯酸類膠粘劑粘結(jié)失效和金屬件表面銹蝕。

 

3)失效問題原因

 

按照問題的產(chǎn)生的原因?qū)⒄囋囼?yàn)問題分為材料問題、工藝問題、設(shè)計(jì)問題、裝配問題和質(zhì)量問題,圖4統(tǒng)計(jì)了海南和新疆的樣車分別經(jīng)過1年戶外暴曬試驗(yàn)后問題原因類型的數(shù)量。從圖中可以看出,海南和新疆暴曬問題原因主要集中在材料問題和設(shè)計(jì)問題,需要通過更換材料和優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)才能解決,該類問題的解決需要較長的周期和較高的成本,最好在汽車開發(fā)設(shè)計(jì)的前期就能發(fā)現(xiàn)和解決。而發(fā)現(xiàn)材料和設(shè)計(jì)類問題的關(guān)鍵所在就是要設(shè)置同暴曬條件匹配的材料標(biāo)準(zhǔn)和零部件標(biāo)準(zhǔn),整車自然暴曬除了對(duì)整車耐候性進(jìn)行驗(yàn)證外,一個(gè)重要意義就在于通過暴曬試驗(yàn)的數(shù)據(jù)修正和完善零部件和材料的試驗(yàn)方法與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),使其最終滿足整車的耐候性要求。

 

試驗(yàn)|乘用車在海南濕熱和新疆干熱環(huán)境下的自然暴露試驗(yàn)

 

圖4 海南和新疆暴曬試驗(yàn)車問題原因分布

 

結(jié)   論

 

根據(jù)以上整車在海南濕熱和新疆干熱大氣暴曬試驗(yàn)結(jié)果的分析,可得出以下結(jié)論:

 

1)國產(chǎn)品牌汽車的耐候性設(shè)計(jì)已有了巨大的進(jìn)步,相比歷史車型和同期車型試驗(yàn)問題的數(shù)量和問題的嚴(yán)重程度都有明顯的改善。

 

2)我國的典型濕熱氣候和干熱氣候在光照、溫度和水分等方面有著明顯的差異,并對(duì)整車的試驗(yàn)結(jié)果有著不同的影響,零件設(shè)計(jì)需要考慮不同氣候環(huán)境的影響。

 

3)該車暴曬的失效問題主要體現(xiàn)在外觀失效,失效原因主要集中在材料和結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面;還需要通過整車暴曬數(shù)據(jù)對(duì)材料和零部件的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步修正和完善,從而滿足整車的耐候性要求,以達(dá)到改善汽車產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

 

引用本文:

 

周佑洲,李萌,高志見,李燕,郭秋彥,馬秋.乘用車在海南濕熱和新疆干熱環(huán)境下的自然暴露試驗(yàn)研究[J].環(huán)境技術(shù),2021,231(03):23-26.

專家簡介:周佑洲,碩士,主要從事整車防老化工作。

 

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來源:環(huán)境技術(shù)核心期刊

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