某车型在海南湿热环境中的整车耐候性

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(1. 中国电器科学研究院有限公司 工业产品环境适应性国家重点实验室，广州 510663；2. 广东工业大学 材料与能源学院，广州 510006)

近年来，国产汽车在国内市场占有率迅速提高，国内各车企竞争非常激烈。为提高产品竞争力，缩小与国外汽车质量的差距，国内车企开始重视汽车整车在各种环境中内外观品质的长时间保持，并在汽车材料的耐候性研究上投入了大量资金，同时为打造中高端车型积累数据[1]。此外，现阶段8%的国产汽车存在安全失效问题，3%的汽车存在与品质可靠性相关的失效问题[2]。安全是汽车最基本的要求，国内车企需进一步努力解决汽车耐候性失效问题，排除汽车的安全隐患。

自然暴露试验是检验整车、零部件和材料耐候性最真实，可靠的试验方法，是设计加速模拟环境试验室的基础[3]，也是汽车企业研究汽车整车耐候性必不可少的一个环节。汽车的服役过程分为运动过程和停放过程。在同样的外部气候环境中，汽车零部件在运动过程和停放过程中的环境是不同的[1]。一般情况下，汽车大部分时间都处于静态，家用汽车的动静态时间比为1/20～1/15[4]，因此汽车整车静态耐候性能能够比较充分地反应整车的耐候性能。本工作将某新车型整车置于海南琼海湿热自然暴露试验场内，进行了为期1a的静态暴露试验，以研究该车型整车在较为极端的湿热环境中的耐候性能。

1 汽车整车自然暴露试验

汽车是各种天气条件下都要求有效运行的产品，车身结构复杂、材料构成种类多，这些给汽车整车耐候性试验提出了较高的要求。自然暴晒试验中，材料老化腐蚀影响因素有太阳光/辐射、热/温度、水/湿度、环境空气成分、风速等，环境因素复杂多变也使得汽车耐候性试验充满挑战[5]。因此，需要严格按照相关规定和标准执行。根据QC/T 728-2005《汽车整车大气暴露试验方法》的要求，选择能代表典型湿热气候类型的工业产品环境适应性国家重点实验室海南琼海试验场进行试验。该试验场地符合标准暴露场地要求，还配备了气象观测和大气成分分析设备。将试验车前挡风玻璃朝向赤道方向，试验前检查试验车的缺陷并做记录，安装温度传感器。试验开始后，每隔2个月对试验车进行外观目测检查，并对具有代表性的部位进行光泽度和色差测量[6]；每个月对车内外进行一次清洁，每周定时启动发动机运行40 min左右。试验过程中按照GB/T 3681-2011标准《塑料 自然日光气候老化、玻璃过滤后日光气候老化和菲涅耳镜加速日光气候老化的暴露试验方法》的有关规定记录气象条件和影响试验结果的大气环境因素，最后借鉴行业先进标准VW 50185-2009(Vehicle Parts Resistance to Open-Air Weathering)综合评价整车的耐候性。

2 环境条件检测

在日常生活中汽车所处的环境复杂多变。车内是封闭的环境，所以车内外环境情况相差比较大，相对湿度变化也比较大。汽车玻璃的阻隔使车内的紫外线较少，而车内蓄热作用和温室作用使得车内温度更高[7]。汽车结构复杂，局部环境也有所不同。所以研究汽车整车耐候性首先要弄清楚环境参数。汽车耐候性研究的环境监测主要分为大气环境监测和车内外微环境监测。

2.1 试验站大气环境监测

试验场位于海南东部琼海市，离海边约20 km，北纬19°14′，东经110°28′，海拔约10 m，试验面积约20 000 m2，是我国典型的湿热带地区。

图1～5为通过气象站获取暴晒期间试验场的气象参数，主要包括湿度、温度、雨量、风向、风速，45°太阳光辐射量、45°紫外光辐射量以及日照时数等。

图1 暴晒场温度Fig. 1 Temperature of exposure field

图2 暴晒场相对湿度Fig. 2 Relative humidity of exposure field

图3 暴晒场太阳光、紫外光辐射量与光照时数Fig. 3 Solar radiation quantity, UV radiation quantity and time of illumination of exposure field

图4 暴晒场降水量与降水时数Fig. 4 Precipitation and precipitation hours of exposure field

图5 暴晒场距地1.5 m处平均风速与风向Fig. 5 Average wind speed and wind direction at 1.5 m away from ground in exposure field

总结以上监测数据可知：该试验场在一年中平均温度为24.67 ℃，平均相对湿度为79.08%，距地面1.5 m处的平均风速为0.58 m/s，45°太阳光年辐射总量为4 517.66 MJ/m2，45°紫外光年辐射总量为254.19 MJ/m2，年降水总量2 411.6 mm，年降水总时数为126.7 h，年日照总时数为1 238.7 h。该试验场环境属于典型的湿热气候。

2.2 汽车内外微环境监测

监测汽车零部件表面温度和车内相对湿度有助于分析零部件老化腐蚀所处的环境情况。汽车内外微环境和大气环境有很大的差别。由图6可知：在汽车外部零部件中，发动机盖表面温度最高，高达93.4 ℃。由图7可知：在汽车内部零部件中，仪表板表面温度最高，达到105 ℃。驾驶室和行李箱的相对湿度见图8。

图6 汽车外部主要零部件的表面温度Fig. 6 Surface temperatures of main parts outside the automobile

图7 汽车内部主要零部件的表面温度Fig. 7 Surface temperatures of main parts inside the automobile

图8 驾驶室和行李箱的相对湿度Fig. 8 Relative humidity of cab and trunk

3 整车耐候性分析

3.1 外观缺陷

在汽车暴露测试期间对试验车内外观进行检测，共检测了245个部位。检测中发现了白斑、脱膜、起泡、锈蚀、泛白、脱胶、粉化、松动、表面粗糙、纤维外漏、离缝、发黏、积水、开裂等现象。对汽车试验中出现缺陷的部位进行汇总，根据GB/T 1766-2008《色漆和清漆涂层老化的评级方法》和QC/T 728-2005《汽车整车大气暴露试验方法》中评价方法对缺陷程度进行评价。评价等级标记在汽车部位名称后面，对于没有相关评价标准的缺陷现象，使用无(0)、很轻微(1)、轻微(2)、明显(3)、较严重(4)、严重(5)六个等级进行评价。缺陷部位汇总及其严重程度评价见表1。其中，具有代表性外观缺陷的零部件如图9所示。

3.2 零部件色差和光泽保持率变化分析

色差和光泽保持率变化不仅反映了汽车零部件的外观品质，在一定的程度下也体现了零部件表面微观变化。对零部件表面进行色差测量和光泽率测量从而表征老化情况。

表1 缺陷部位汇总及其评价等级Tab. 1 Summary of defect sites and their evaluated grads

采用BYK-4430三角度光泽仪对汽车前后保险杠等典型部位进行光泽度的测量并记录。试验期间每2个月测量一次，测量的角度选定为60°，依据GB/T 1766-2008《色漆和清漆 涂层老化的评级方法》对光泽度保持率进行评级。表3为前后保险杠平均光泽度保持率的变化情况。从表3中可知：汽车前后保险杠各处的平均光泽度保持率均随着自然暴露时间的延长而降低，其中自然暴露12个月时前保险杠(左中)位置的平均光泽度保持率仅为84.5%,即失光率大于15%，其光泽度保持率等级为1，属于很轻微的失光。

表2 部分零部件色差变化Tab. 2 Chromatic aberration of some automobile parts

(a) 右前大灯固定螺钉生锈 (b)轮毂腐蚀 (c) 左右椅子支架生锈(d) 雨刮固定轴腐蚀生锈

(e) 后盖开启按钮脱落(f)充电口盖罩底板纤维外露(g)后盖开关饰板玻纤外露(h)前风窗下导流板泛白

(i) 右前门内三角板发黏(j) 右前门内饰板发黏(k)右前门三角盖板玻纤外露(l) 后盖内饰上有积水

(m) 前左右大灯脱膜 (n) 最前门窗密封条变形(o) 尾门车身密封条开裂(p)左前门窗密封条变形外翻图9 零部件外观问题Fig. 9 Appearance problems of automobile parts： (a) rust on fixing screw of right headlight; (b) hub corrosion; (c) rust on left and right chair brackets; (d) corrosion and rust of fixing shaft for wiper; (e) falling off of back cover opening button; (f) fibre exposure of the bottom of charging mask; (g) glass fiber exposure of back cover switch decoration plate; (h) blanching of the guide under front window; (i) sticking of triangular plate in right front door; (j) sticking of interior panel of right front door; (k) glass fibre exposure of triangular cover on right front door; (l) water accumulation on the back cover interior; (m) film removal from front and left headlamps; (n) deformation of front door and window seals; (o) cracking of seal strip of tail door body; (p) deformation and valgus of window seals in left front door

零部件初始光泽度平均光泽度保持率/%2个月4个月6个月8个月10个月12个月评级前保险杠(左侧)90.399.297.297.194.594.191.60前保险杠(左中)78.897.093.793.391.290.984.51前保险杠(右中)83.699.498.998.198.195.891.50前保险杠(右侧)89.6100.098.497.793.693.292.90后保险杠(左侧)84.5100.098.196.896.195.394.40后保险杠(中)85.899.999.096.796.595.894.80后保险杠(右侧)81.399.999.399.398.598.496.40

4 结论

(2) 海南琼海试验场年平均温度为24.67 ℃，平均相对湿度为79.08%，距地面1.5 m处的平均风速为0.58 m/s，45°太阳光年辐射总量为4 517.66 MJ/m2，45°紫外光年辐射总量为254.19 MJ/m2，年降水总量2 411.6 mm，年降水总时数为126.7 h，年日照总时数为1 238.7 h。这些气象数据能很好地帮助车企进行有效的整车耐候性试验研究，并发现相关缺陷。整车自然暴晒试验是较为贴近汽车户外停放环境条件的试验，因此整车试验中反映出的耐候性问题将影响到消费者对汽车的评价以及消费者的人身安全等。