汽车内饰材料熔融滴落性能测试仪的研制

林 旭,杨成丽,刘 壮 ,李 政

（山东省纺织科学研究院,山东青岛 266032）

仪器与检测

汽车内饰材料熔融滴落性能测试仪的研制

林 旭,杨成丽,刘 壮 ,李 政

（山东省纺织科学研究院,山东青岛 266032）

文章阐述了汽车内饰材料熔融滴落性能测试仪的研制与设计,介绍了汽车内饰材料熔融滴落性能测试仪的结构设计和技术特征。并应用该仪器对汽车内饰材料（化纤、塑料）依据欧盟标准95/28/EC ANNEXⅤ进行了熔融测定。试验结果表明该仪器控温准确,测试结果重现性好,为提高化纤、塑料材料抗熔融滴落测试提供了可靠的检测手段。

汽车内饰材料;辐射熔融;辐射融滴

1 前言

随着国内汽车工业的兴起,该行业对内饰材料熔融滴落性能越来越重视。山东省纺织科学研究院为满足汽车生产企业及检测部门对于材料熔融滴落性能检测设备的强烈需求,最新研制了汽车内饰材料熔融性能测试仪。该仪器也将为大学和科研机构研究改善提高高分子材料（化纤、塑料）熔融滴落性能提供一种定量测试手段。

2 材料熔融滴落测试机理的研究

汽车内饰材料产生熔融滴落的主要原因是内饰材料的原始物理特性造成的。因为其在高温时熔体粘度随温度升高急剧下降。研究发现可以通过对结构进行适当改性来降低熔体粘度对温度的敏感性。聚合物链的支化可以在一定程度上提高聚合物的熔体粘度,以制备具有阻燃性及耐熔滴性能的材料。材料熔融性能测试的原理是：样品水平置于热源之下,装有棉花的收集器置于试样之下,用于收集样品熔化产生的滴落物,观察滴落物是否引燃收集器内的棉花,以此评定样品的抗熔融滴落性能。

3 仪器整体结构设计

根据人机工程学要求,为方便试验操作人员的操作,仪器整体结构设计为机械与电气控制分体式。机械部分根据产品设计外观遵循的黄金比例原则,将该部分长宽高等尺寸分割均按照黄金分割比例来执行,以满足仪器外型的美感要求。传动部分操作手柄高度方便操作人员操作。控制箱设计成阶梯状,将控制部分划分为两个相对集中又各自独立的空间。下半部为热源功率调节系统工作空间,该空间顶部设计成一个相对比较宽敞的平台,特制的定位夹将手持热通量计安装在这个平台上。上半部又划分为电气控制和循环水流量控制两部分,便于仪器的安装布线,也方便维修。

4 热源结构设计

标准要求热源必须满足在与加热器表面平行且距离为30 mm的平面上测量时,加热器的辐射功率应为3 W/cm2。因此为了满足标准要求且考虑到热源外观的美观性,同时兼顾所定制的高温辐射灯管的外形尺寸要求,将热源整体结构设计为半圆柱体与手柄焊接结构。手柄长度用以调整热源与支持样品的格网、熔渣盘在同一中心轴位置上。手柄上配有推拉把手确保在试验过程中随时可以通过推拉将热源撤离试样上方或复位。手柄上还配有定位套,以满足每次开始试验时,热源能够迅速而准确地通过推拉回复到试样正上方,且满足与试样格网及熔渣盘在同一中心轴的要求。为了保证热源辐射表面在运动时始终垂直向下且不会扭转,在手柄上铣有长的与手柄轴向平行的导向兼定位键槽,依靠安装在传动螺母上的定位把手进行运动导向及定位。

为了充分利用热源能量以达到标准要求的热流密度要求,在热源结构上还设计了具有完全反射作用的热源内罩,以使高温辐射灯管发射出来的热量最大限度地反射到试样上。另外为了使热源在整个辐射表面热量辐射均匀,高温辐射灯管的安装平面内采用了定位块均匀间隔各个灯管的方式来实现。石英玻璃压盖的设计既满足了玻璃固定的要求,又实现了标准要求的辐射面。

5 热源传动系统的设计

由于标准上要求热源高度可以调整,且确保试验时热源可以方便地回调到距离试样表面30 mm的位置。因此将传动系统设计成手动操作的丝杠螺母传动（见图1）。

整个传动系统通过旋转固连在丝杠端部的手轮,带动螺母上下运动,从而实现了热源与试样表面之间距离的调节。而且由于螺母丝杠传动具有螺母在丝杠的任意位置均可停住的功能,这样也确保热源被转动移位后可以回到原来位置。

图1 主机外观示意图

6 试样安装定位装置设计

由于标准上要求支持试样的为格网,且要求加热器、支持样品的格网、熔渣盘应在同一中心轴位置上。因此在试样支架结构设计上,一方面考虑到试验后清洗方便,将格网与支架设计成分体式,支架上设计有格网定位台阶,方便格网安装和定位。支架设计成定位圆环与手柄焊接结构（见图2）。手柄长度用以调整支持样品的格网与热源、熔渣盘在同一中心轴位置上。手柄上配有推拉把手确保在试验过程中随时可以通过推拉将支持样品的格网撤离热源下方或复位。手柄上还配有定位套,以满足每次开始试验时,支持样品的格网能够迅速而准确地通过推拉回复到热源正下方,且满足与热源及熔渣盘在同一中心轴的要求。为了保证支持样品的格网下表面在运动时始终处于水平状态且不会扭转,在手柄上铣有长的与手柄轴向平行的导向兼定位键槽,依靠安装在下定位块上的定位把手进行运动导向及定位。

图2 试样安装定位装置结构示意图

7 熔渣盘结构及定位设计

根据标准要求容器是一个内径为118 mm,深度为12 mm的圆盘,里面放满棉絮。考虑到有些试样熔融后介质具有腐蚀性,将熔渣盘材质选为耐蚀不锈钢。结构上按照标准要求设计,为方便安装定位,在盘外圆上均布焊接四个定位安装脚,脚底面与熔渣盘底面平齐（见图3）。

图3 熔渣盘结构示意图

8 冷却水循环系统设计

由于热源的辐射功率需要定期标定,而标定用的传感器需要用循环水冷却,以防传感器过热而损坏。为确保整个标定过程中,冷却水能将传感器接收的辐射热带走,特使用高性能潜水泵,使其在盛满水的容器中工作,且在整个水路中串接一玻璃转子流量计,在标定前调节流量计显示在约0.3 M Pa的进水压力下水流量30 L/H。冷却水循环系统框图如图4所示：

图4 冷却水循环系统框图

9 自动控制系统及热源功率调节系统的设计

电气控制系统的研究与设计框图如图5所示。自动控制系统是使仪器正常工作所需要的电器件的组合总称。它主要包括：测试操作界面、动力气源系统、压力监测系统、定时系统和报警系统。几个系统间相互依存、赖以共存。操作界面直接听从工作人员的意愿,根据操作指令控制整个系统的工作;热流量计及传感器系统需要降温循环水系统支持,循环水流量控制根据热流传感器的需要在控制面板调节。

图5 电气控制系统的研究与设计框图

操作界面如图6所示。它不仅直接反映出实验的各项数据,还能为工作人员操作仪器提供一个平台。操作人员按照正常操作步骤,设置各项参数,根据显示表和热流量测试系统的指示做出正确判断,直接控制仪器的运行情况。加热控制系统由红外热辐射热流和电压调节系统组成。红外热辐射热源设计功率超过了试验要求的500W,通过调节热源供给电压,并与热流显示相结合,使热源达到试验要求。

图6 操作面板

10 仪器的试验情况及分析

我们分别选用红尼龙针织物,阻燃涤纶布和塑料三种试样,依据欧盟标准95/28/EC ANNEXⅤ在汽车内饰材料熔融滴落性能测试仪对三种试样进行试验,所测结果见表1。在做试验时,红尼龙织物和阻燃涤纶布都是薄型织物,该塑料选用汽车内饰板,由试验数据可见,红尼龙针织材料的抗熔融滴落性能有待提高。用该仪器的测试结果具有不可替代的指导作用。试验表明,仪器是检测材料熔融滴落性能的必备仪器。

表1 试验结果

11 结论

汽车内饰材料熔融滴落性能测试仪的研制成功满足了企业和产品检测机构需求,为研究材料抗熔融滴落性提供了科学手段,该仪器2009年通过青岛市科技局组织的科研成果鉴定。鉴定专家一致认为本项目填补了国内空白,适用面广,具有较大的市场潜力。总体性能达到了国际同类仪器先进水平。

[1] 95/28/EC ANNEXⅤ,TEST TO DETERM INE THE M ELTINGBEHAV IOUR OFMA TERIALS[S].

[2] 赵雪,朱平,展义臻,王炳.阻燃纺织品的性能测试方法及发展动态[J].染整技术,2007,（5）;38—41,51.

[3] 吴志新,张虹等.汽车内饰材料燃烧特性的评价方法及试验

分析[J].火灾科学,2001,10（4）：217—221.

Develop Melting Drop Tester for Materials
Used in the In terior Construction of M otor Vehicle

L IN Xu,YANG Cheng-li,L IU Zhuang,L I Zheng
（Shangdong Textile Research Institute,Qingdao 266032,China）

The structure design and technique features of melting Drop tester formaterials used in the interio r construction of mo to r vehicle w ere introduced.And the melting p roperties of automo tive interio r materials w ere tested.The results show that the temperature control is accurate.The test results are show n good rep roducibility.The apparatus isa reliablemeans to imp rove themelting p roperties of chemical fibre and plastic materials.

materials used in the interio r construction of moto r vehicle;radiant melting behavio r;radiantmolten drop

TS103.6+5

A

1009-3028（2010）02-0027-04

2010-02-25

林 旭（1960—）,男,浙江宁波人,研究员。