實驗室加速老化試驗與戶外曝曬試驗的對比研究

柳立志1 張恒2 孫杏蕾2

（1.國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，襄樊  441004；2.美國Q-Lab公司中國代表處，上海，200436）

摘要：簡單介紹了汽車行業(yè)老化試驗國家標準的制定情況，重點對比、分析了汽車內(nèi)飾的戶外曝曬試驗及實驗室氙燈加速老化試驗的結(jié)果。結(jié)果表明，實驗室氙燈加速老化試驗與戶外曝曬試驗后比對，在樣品光澤變化和顏色變化方面的相關性都比較好。

關鍵詞：汽車  戶外曝曬  加速老化  氙燈試驗  內(nèi)飾塑料

為了制定汽車行業(yè)老化試驗國家標準GB/T 32088-2015《汽車非金屬部件及材料氙燈加速老化試驗方法》和GB/T 31881-2015《汽車非金屬部件及材料紫外加速老化試驗方法》，我們組織進行了實驗室加速老化試驗與戶外曝曬試驗的對比研究。本文是此次對比研究系列文章的第1部分，主要介紹針對汽車內(nèi)飾的氙燈耐候老化試驗方法及試驗結(jié)果。

1 汽車行業(yè)老化試驗國家標準制定工作背景

我國汽車行業(yè)老化試驗的現(xiàn)狀是，測試方法沒有相關的國家標準或行業(yè)標準，不同主機廠使用不同的測試方法，從而造成行業(yè)內(nèi)標準使用混亂的局面，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

a.某零部件廠商如果給幾家主機廠供貨，那么同一種產(chǎn)品需要使用多種方法進行重復測試。

b.因為國內(nèi)汽車老化標準的缺失，業(yè)內(nèi)有些供應商和主機廠常采用其它行業(yè)（如油漆、塑料和紡織等）的標準，而這些標準中規(guī)定的測試條件不一定適用于汽車行業(yè)。

c.目前使用的一些國際標準或歐美汽車主機廠的標準往往是根據(jù)歐美氣候條件制定的，試驗方法是否可以模擬我國的氣候條件有待考證。

因此制定統(tǒng)一的汽車行業(yè)老化試驗國家標準非常重要。由國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（襄陽）申請制定的GB/T 32088-2015《汽車非金屬部件及材料氙燈加速老化試驗方法》和GB/T 31881-2015《汽車非金屬部件及材料紫外加速老化試驗方法》已經(jīng)正式發(fā)布。這兩個標準由全國汽車標準化技術委員會歸口，國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（襄陽）和美國Q-Lab公司中汽車有限公司、中國兵器工業(yè)第五九研究所、海南熱帶汽車試驗有限公司、泛亞國代表處負責組織工作，東風汽車公司技術中心、中國第一汽車股份有限公司技術中心、一汽-大眾汽車技術中心有限公司和神龍汽車有限公司等20家單位參與了標準制定。

2 汽車內(nèi)飾塑料耐候老化測試方法

制定《汽車非金屬部件及材料氙燈加速老化試驗方法》和《汽車非金屬部件及材料紫外加速老化試驗方法》標準，需要相關對比試驗數(shù)據(jù)的支持，不僅要開展實驗室加速老化試驗，也應開展戶外老化曝曬試驗。因為戶外自然曝曬是實驗室加速老化試驗的基礎，可用于指導實驗室加速老化試驗方法的制定。

2.1 戶外曝曬試驗

選擇了兩個典型曝曬場。一個是中國兵器工業(yè)第五九研究所的敦煌曝曬場，屬典型的沙漠氣候條件。該曝曬場位于東經(jīng)94°41′、北緯40°09′，海拔高度1 139.0m；年輻射總量為6 425 MJ/m2、年均降雨量為39 mm，年均相對濕度38%、年平均氣溫為10.8 ℃，月平均最高氣溫為24.9 ℃（7月）。

另一個是海南熱帶汽車試驗有限公司的瓊海曝曬場，屬典型的亞熱帶氣候條件。該曝曬場位于東經(jīng)110°28′、北緯19°15′，海拔高度20.0 m；年輻射總量為5 400 MJ/m2、年均降雨量為2 000 mm，年均相對濕度85%、年平均氣溫24.0℃，月平均最高氣溫為28.4 ℃（7月）。

不管是敦煌曝曬場還是瓊海曝曬場，試驗樣品都是放在汽車內(nèi)飾件戶外曝曬2.3 

試驗樣品

參箱（AIM Box）中進行曝曬。敦煌曝曬場的AIM Box曝曬角度為45°朝南，瓊海曝曬場的AIM Box曝曬角度為20°朝南；箱內(nèi)的最高溫度都設定為102 ℃。

2.2實驗室加速老化試驗

針對汽車內(nèi)飾塑料制定了多種氙燈老化試驗方法，如表1所示。其中試驗方法3是參考SAE J2412標準《使用可控輻照度的氙燈設備對汽車內(nèi)飾件進行加速暴露測試》中的方法；試驗方法1是對SAE J2412中方法的優(yōu)化，因為針對汽車內(nèi)飾塑料，窗玻璃濾光器比紫外延展濾光器更適合模擬車內(nèi)情況；試驗方法2、試驗方法4和試驗方法5是參考一些主要汽車主機廠的試驗方法。

表1 氙燈老化試驗方法

與制定本標準的單位一共提供了45種塑料樣板。這些樣板均為PP材料，樣品顏色有黑、米、灰3種，每種顏色分別有15種樣板。

3 汽車內(nèi)飾塑料耐候老化測試結(jié)果及分析

3.1 戶外曝曬結(jié)果

對測試樣品進行評估時，會測量樣品的光澤變化、顏色變化，觀察樣品是否出現(xiàn)粉化、起泡、開裂、氧化、脆化等。本文主要分析樣品的光澤和顏色變化。

a.樣品光澤變化的評定參照ASTMD523《鏡面光澤試驗方法》，用反射計以85°幾何條件進行測定。

b.樣品顏色變化的評定參照ASTMD2244《用儀器測定顏色坐標法計算顏色容差和色差的標準規(guī)范》，選用CIE L*a*b*色空間、D65光源、10°觀察者、鏡面反射包含條件進行測定。

在敦煌曝曬場和瓊海曝曬場分別曝曬18個月，樣板的失光率分布和顏色變化分布情況見圖1和圖2。

圖4 樣板經(jīng)1200 h氙燈試驗的顏色變化分布

由圖4看出，不同試驗方法的樣板的顏色變化快慢不同。試驗方法4的樣板的顏色變化最慢，因為樣品的顏色變化更多地與光源的光譜、輻射量相關，所以可能是因為輻照度較低造成的；而其它試驗方法的輻照度相差不大，所以樣板的顏色變化快慢差不多。

3.3 實驗室加速老化試驗與戶外曝曬試驗之間的相關性

實驗室加速老化試驗與戶外曝曬之間的相關性以及兩個戶外曝曬場之間的相關性研究參考了ASTM G169《環(huán)境試驗基本統(tǒng)計方法應用指南》中的spearman排序方法。相關系數(shù)rs指的是利用兩種不同的測試方法對一組樣品進行測試，所得試驗結(jié)果之間的相關性。rs的計算公式如下。

rs=1-6∑di2/[n(n2-1)]

式中，di為兩列成對變量的等級差數(shù)，n為樣品的個數(shù)。

將18個月戶外曝曬試驗數(shù)據(jù)按照樣板的失光率和顏色變化△E*大小分別進行排序；將氙燈試驗數(shù)據(jù)按照樣板失光率達到50%和顏色變化△E*達到3.0的時間分別進行排序。表2是樣板的光澤變化的相關系數(shù)，表3是樣板的顏色變化的相關系數(shù)。

表2 氙燈試驗與戶外曝曬試驗之間樣品光澤變化的相關系數(shù)    

從表2看出，對于樣板的光澤變化而言，相比于敦煌和瓊海這兩個戶外曝曬場之間0.09的相關系數(shù)，氙燈試驗與敦煌曝曬試驗、氙燈試驗與瓊海曝曬試驗之間的相關系數(shù)都比較好，尤其是試驗方法1與瓊海曝曬試驗之間的相關系數(shù)達到了0.80。

表3 氙燈試驗與戶外曝曬試驗之間樣品顏色變化的相關系數(shù)

從表3發(fā)現(xiàn)，對于樣板的顏色變化而言，氙燈試驗與兩個戶外曝曬場之間的相關系數(shù)都比較好，而且兩個戶外曝曬場之間的相關系數(shù)也比較好。

4 結(jié)論

a.對于樣品的光澤變化，相比較敦煌和瓊海這兩個戶外曝曬場之間0.09的相關系數(shù)，氙燈試驗與敦煌和瓊海之間的相關系數(shù)都比較好。因此，不同試驗條件下的戶外曝曬是必要的；

b.對于樣品的顏色變化，氙燈試驗與敦煌和瓊海之間的相關性都比較好；而且兩個戶外曝曬場之間的相關系數(shù)也比較好；

c.對于氙燈老化加速試驗，綜合考慮樣品的失光、顏色變化以及與戶外曝曬之間的相關性，將試驗方法1、試驗方法2和試驗方法3（首推試驗方法1）推薦并寫入GB/T 32088-2015《汽車非金屬部件及材料氙燈加速老化試驗方法》中。