實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)與戶外曝曬試驗(yàn)的對(duì)比研究

柳立志1 張恒2 孫杏蕾2

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

摘要：簡(jiǎn)單介紹了汽車行業(yè)老化試驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定情況，重點(diǎn)對(duì)比、分析了汽車內(nèi)飾的戶外曝曬試驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)室氙燈加速老化試驗(yàn)的結(jié)果。結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)室氙燈加速老化試驗(yàn)與戶外曝曬試驗(yàn)后比對(duì)，在樣品光澤變化和顏色變化方面的相關(guān)性都比較好。

關(guān)鍵詞：汽車  戶外曝曬  加速老化  氙燈試驗(yàn)  內(nèi)飾塑料

為了制定汽車行業(yè)老化試驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 32088-2015《汽車非金屬部件及材料氙燈加速老化試驗(yàn)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(yàn)方法》，我們組織進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)與戶外曝曬試驗(yàn)的對(duì)比研究。本文是此次對(duì)比研究系列文章的第1部分，主要介紹針對(duì)汽車內(nèi)飾的氙燈耐候老化試驗(yàn)方法及試驗(yàn)結(jié)果。

1 汽車行業(yè)老化試驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定工作背景

我國(guó)汽車行業(yè)老化試驗(yàn)的現(xiàn)狀是，測(cè)試方法沒有相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不同主機(jī)廠使用不同的測(cè)試方法，從而造成行業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)使用混亂的局面，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

a.某零部件廠商如果給幾家主機(jī)廠供貨，那么同一種產(chǎn)品需要使用多種方法進(jìn)行重復(fù)測(cè)試。

b.因?yàn)閲?guó)內(nèi)汽車?yán)匣瘶?biāo)準(zhǔn)的缺失，業(yè)內(nèi)有些供應(yīng)商和主機(jī)廠常采用其它行業(yè)（如油漆、塑料和紡織等）的標(biāo)準(zhǔn)，而這些標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的測(cè)試條件不一定適用于汽車行業(yè)。

c.目前使用的一些國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或歐美汽車主機(jī)廠的標(biāo)準(zhǔn)往往是根據(jù)歐美氣候條件制定的，試驗(yàn)方法是否可以模擬我國(guó)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(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)非常重要。由國(guó)家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（襄陽）申請(qǐng)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(yàn)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(yàn)方法》已經(jīng)正式發(fā)布。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口，國(guó)家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（襄陽）和美國(guó)Q-Lab公司中汽車有限公司、中國(guó)兵器工業(yè)第五九研究所、海南熱帶汽車試驗(yàn)有限公司、泛亞國(guó)代表處負(fù)責(zé)組織工作，東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心、中國(guó)第一汽車股份有限公司技術(shù)中心、一汽-大眾汽車技術(shù)中心有限公司和神龍汽車有限公司等20家單位參與了標(biāo)準(zhǔn)制定。

2 汽車內(nèi)飾塑料耐候老化測(cè)試方法

制定《汽車非金屬部件及材料氙燈加速老化試驗(yàn)方法》和《汽車非金屬部件及材料紫外加速老化試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)，需要相關(guān)對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持，不僅要開展實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)，也應(yīng)開展戶外老化曝曬試驗(yàn)。因?yàn)閼敉庾匀黄貢袷菍?shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)的基礎(chǔ)，可用于指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)方法的制定。

2.1 戶外曝曬試驗(yàn)

選擇了兩個(gè)典型曝曬場(chǎng)。一個(gè)是中國(guó)兵器工業(yè)第五九研究所的敦煌曝曬場(chǎng)，屬典型的沙漠氣候條件。該曝曬場(chǎng)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(duì)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(gè)是海南熱帶汽車試驗(yàn)有限公司的瓊海曝曬場(chǎng)，屬典型的亞熱帶氣候條件。該曝曬場(chǎng)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(duì)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(chǎng)還是瓊海曝曬場(chǎng)，試驗(yàn)樣品都是放在汽車內(nèi)飾件戶外曝曬2.3 

試驗(yàn)樣品

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

2.2實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)

針對(duì)汽車內(nèi)飾塑料制定了多種氙燈老化試驗(yàn)方法，如表1所示。其中試驗(yàn)方法3是參考SAE J2412標(biāo)準(zhǔn)《使用可控輻照度的氙燈設(shè)備對(duì)汽車內(nèi)飾件進(jìn)行加速暴露測(cè)試》中的方法；試驗(yàn)方法1是對(duì)SAE J2412中方法的優(yōu)化，因?yàn)獒槍?duì)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(yàn)方法2、試驗(yàn)方法4和試驗(yàn)方法5是參考一些主要汽車主機(jī)廠的試驗(yàn)方法。

表1 氙燈老化試驗(yàn)方法

與制定本標(biāo)準(zhǔn)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(cè)試結(jié)果及分析

3.1 戶外曝曬結(jié)果

對(duì)測(cè)試樣品進(jìn)行評(píng)估時(shí)，會(huì)測(cè)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(píng)定參照ASTMD523《鏡面光澤試驗(yàn)方法》，用反射計(jì)以85°幾何條件進(jìn)行測(cè)定。

b.樣品顏色變化的評(píng)定參照ASTMD2244《用儀器測(cè)定顏色坐標(biāo)法計(jì)算顏色容差和色差的標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行測(cè)定。

在敦煌曝曬場(chǎng)和瓊海曝曬場(chǎng)分別曝曬18個(gè)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(yàn)的顏色變化分布

由圖4看出，不同試驗(yàn)方法的樣板的顏色變化快慢不同。試驗(yàn)方法4的樣板的顏色變化最慢，因?yàn)闃悠返念伾兓嗟嘏c光源的光譜、輻射量相關(guān)，所以可能是因?yàn)檩椪斩容^低造成的；而其它試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)與戶外曝曬試驗(yàn)之間的相關(guān)性

實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)與戶外曝曬之間的相關(guān)性以及兩個(gè)戶外曝曬場(chǎng)之間的相關(guān)性研究參考了ASTM G169《環(huán)境試驗(yàn)基本統(tǒng)計(jì)方法應(yīng)用指南》中的spearman排序方法。相關(guān)系數(shù)rs指的是利用兩種不同的測(cè)試方法對(duì)一組樣品進(jìn)行測(cè)試，所得試驗(yàn)結(jié)果之間的相關(guān)性。rs的計(jì)算公式如下。

rs=1-6∑di2/[n(n2-1)]

式中，di為兩列成對(duì)變量的等級(jí)差數(shù)，n為樣品的個(gè)數(shù)。

將18個(gè)月戶外曝曬試驗(yàn)數(shù)據(jù)按照樣板的失光率和顏色變化△E*大小分別進(jìn)行排序；將氙燈試驗(yàn)數(shù)據(jù)按照樣板失光率達(dá)到50%和顏色變化△E*達(dá)到3.0的時(shí)間分別進(jìn)行排序。表2是樣板的光澤變化的相關(guān)系數(shù)，表3是樣板的顏色變化的相關(guān)系數(shù)。

表2 氙燈試驗(yàn)與戶外曝曬試驗(yàn)之間樣品光澤變化的相關(guān)系數(shù)    

從表2看出，對(duì)于樣板的光澤變化而言，相比于敦煌和瓊海這兩個(gè)戶外曝曬場(chǎng)之間0.09的相關(guān)系數(shù)，氙燈試驗(yàn)與敦煌曝曬試驗(yàn)、氙燈試驗(yàn)與瓊海曝曬試驗(yàn)之間的相關(guān)系數(shù)都比較好，尤其是試驗(yàn)方法1與瓊海曝曬試驗(yàn)之間的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.80。

表3 氙燈試驗(yàn)與戶外曝曬試驗(yàn)之間樣品顏色變化的相關(guān)系數(shù)

從表3發(fā)現(xiàn)，對(duì)于樣板的顏色變化而言，氙燈試驗(yàn)與兩個(gè)戶外曝曬場(chǎng)之間的相關(guān)系數(shù)都比較好，而且兩個(gè)戶外曝曬場(chǎng)之間的相關(guān)系數(shù)也比較好。

4 結(jié)論

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

b.對(duì)于樣品的顏色變化，氙燈試驗(yàn)與敦煌和瓊海之間的相關(guān)性都比較好；而且兩個(gè)戶外曝曬場(chǎng)之間的相關(guān)系數(shù)也比較好；

c.對(duì)于氙燈老化加速試驗(yàn)，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(guān)性，將試驗(yàn)方法1、試驗(yàn)方法2和試驗(yàn)方法3（首推試驗(yàn)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(yàn)方法》中。