用于汽车前照灯防雾的可循环式干燥剂试验研究

程 雷，朱学良，张 凯

（1．上汽大众汽车有限公司，上海 201805；2，上海交通大学，上海 201805）

车灯雾气是一种常见自然凝雾现象，当外配光镜的温度低于附近空气的露点温度时，空气中的水蒸气将会因为饱和而析出液态水凝结在外配光镜表面。所以外配光镜温度大幅降低和灯内空气中水蒸气过高会引起车灯起雾问题。一般来说，灯具内部空气水蒸气含量受多因素影响，一方面灯具本身设计有通气系统，灯内外部环境会发生复杂的水蒸气交换；另一方面灯具使用的工程塑料本身会有一定吸水率，在发动机舱和灯具内部光源的高温作用下蒸发出大量的水蒸气。因此车灯雾气问题一直是困扰各灯具厂商和整车厂的难点问题。干燥剂则是一种较好的防雾方案，因为它能够直接吸收灯内水蒸气使其含量控制在较低的水平，从源头上解决雾气问题。但传统干燥剂不能重复使用，且更换费用较高，使用受到一定限制。可循环式干燥剂能够避免此类问题，但其各种环境下吸湿量和重复使用性需要重点分析。本文主要进行了某盐类干燥剂的吸放湿特性和实车使用效果试验研究。

1 干燥剂吸湿原理

本文研究的干燥剂为常州泛亚微透科技股份有限公司提供的可循环式复合干燥剂，主要成分为Si系气凝胶和MgCl2等，其中Si系气凝胶主要提供多孔结构，增加比面积。MgCl2是一种吸水性很强的卤化物吸湿性盐类，主要作用参与可逆的化学反应，吸水和脱水生成对应结晶水合物。反应过程的主要反应式为［1］：

车灯内部温湿度变化范围较大，可循环式干燥剂在不同环境条件下的吸湿量和循环吸湿寿命是其在车灯上使用的重要研究对象。下面结合车灯内实际使用工况进行了干燥剂原材料及其实际产品在灯内作用影响的试验研究。

2 干燥剂原材料吸湿特性试验研究

根据大量整车灯具内外环境数据的采集分析，确定了可覆盖大部分工况的温湿度区间，选择了典型的环境参数见表1。

表1 吸放湿试验的温湿度参数选择

平衡吸附量的测量选用较易操作的称重法，吸附量q按照下面算式进行计算：

式中：m1——干燥剂吸附平衡后的质量，g；m0——干燥剂的初始质量，g。

温湿度环境由重庆银河仪器品牌恒温恒湿箱控制，它可以控制的空气温度范围：-40～150℃；相对湿度范围：10%～99%RH。温度波动度±0.3℃，温度偏差为：±0.5℃；湿度波动度：±1.91.9RH，湿度偏差±0.5%RH。该设备能够方便灵活地控制试验环境下的空气温湿度，而且精度高。

2.1 干燥剂原材料的吸湿性能试验

通过干燥剂的吸湿试验可以了解到特定温湿度下材料的吸湿量，能够帮助把握干燥剂的产品特性和用量用法。干燥剂材料的吸湿性能试验采取了全面试验的方法，共进行3x5次平衡吸湿试验。根据材料的吸湿速率，优化了试验步骤如下。

1）使用全新的材料，保证MgCl2试验前无吸湿。

2）将3等份样品分别放入3个表面皿均匀摊开，分别各自测量平均初始重量m0。

3）恒温恒湿箱温湿度设定为测试要求，保持0.5h后开始试验。

4）将样品放入恒温恒湿箱，开始吸湿工况存放，每隔0.5h取出称重，保证取出称重时间在30s以内，试验持续10h。

5）根据式 （1）计算各种温湿度环境下的吸附量均值。

2.2 平衡动态吸附曲线

根据2.1节的试验方法，完成表1的温湿度环境下的吸附试验，试验结果如图1所示。可以看出，该干燥剂材料的平衡吸湿量受相对湿度影响非常大，同一温度下，相对湿度越大，平衡吸湿量越大，当环境相对湿度到90%时，吸湿量能够达到180%，并且干燥剂材料吸湿初期的吸湿速度非常快，有较强的爆发力。

将各个环境参数的平衡吸湿量汇总得到图2的水蒸气的吸湿等温线，从结果可以看出：3种温度下干燥剂的平衡吸湿量随相对湿度的变化趋势较为一致。根据国际理论与应用化学联合会制定的六类吸附等温线判别该类干燥剂应为Ⅱ型曲线［2］。可以看出，相对湿度的变化对平衡吸附量的影响要远远大于温度变化所带来的影响。相同相对湿度下，温度从40℃升高到70℃，平衡吸附量有轻微降低，但均不超过10%，造成这种现象的主要原因是温度升高，脱水反应也会显著［3］。

2.3 干燥剂循环试验

为了验证干燥剂实际使用的时效性，其吸湿性能随使用次数和时间的变化需要额外关注，为此设计了循环吸湿试验来了解材料是否存在吸湿特性衰退现象，定义的试验流程如下 （其中设定40℃／90%RH作为吸湿工况，70℃／15%RH作为放湿工况）。

1）选择全新的样品作为实验对象，保证样品试验前无吸湿。

2）将3等份样品分别放入3个表面皿均匀摊开，分别各自测量干燥剂材料的平均初始质量m0。

3）恒温恒湿箱A温湿度设定为吸湿工况条件，试验箱环境稳定0.5h后开始试验。

4）将样品放入恒温恒湿箱A，开始存放吸湿，每隔1h取出称重，保证取出称重时间在30s以内，试验持续12h，12h后的3个试验对象的质量均值为m1，根据式 （1）计算吸湿工况的吸湿量q1。

图1 各种温度下不同相对湿度的吸湿曲线

5）提前将恒温恒湿箱B温湿度设定为放湿工况，试验箱稳定0.5h，将前一步骤中吸湿后的样品及时放置在恒温恒湿箱B中，进行放湿存放12h，12h后干燥剂的质量为m2，根据式 （1）计算吸湿工况的吸湿量q2。记录两种情况下吸湿量的差值Δq。

6）将样品放入恒温恒湿箱A中进行吸附存放，重复上述4）和5）的操作，记录每次试验的Δq值。

2.4 干燥剂材料循环吸湿量差值图

图2 干燥剂材料的吸湿等温线

经过65次循环后，得到的吸放湿环境下平衡吸湿量的差值Δq汇总如图3所示。可以看出，随着吸放湿次数的增加，干燥剂材料本身表现出来的吸湿能力并未出现下降，说明该干燥剂材料的循环吸湿性能较好。

图3 干燥剂材料吸放湿环境下吸湿量差值图

3 干燥剂产品实车试验研究

为了了解干燥剂产品的实际表现，选用上汽大众某款车型，对比了未用干燥剂和使用可循环式干燥剂后灯内环境变化情况。如图4所示。

1）试验对象：大众途昂顶配全LED前照灯，如图4a所示。

2）温湿度传感器：iButton DS1923型温度／湿度记录器（每2min采集一次前照灯内部温湿度数据和外部环境温湿度数据）。

3）干燥剂产品：江苏泛亚微透科技股份有限公司盒装干燥剂，如图4b所示。

4）试验方法：车灯功能全部开启 （近光常亮，远光常亮，转向灯闪烁，位置灯常亮）怠速30min。

5）试验：未添加干燥剂和添加18g盒装干燥剂灯内环境参数的对比。

图4 途昂车灯和干燥剂产品

通过实车整灯层面的试验，对比安装和不安装干燥剂情况下灯内和外界环境的温度／湿度／露点／蒸汽压变化结果如图5所示。其中温度和湿度是通过温湿度传感器直接获得，空气的露点和蒸汽压是根据文献［4］中式（8）和（9）计算获得。

可以看出，怠速30min后，灯内的温度受发动机舱的影响能够达到50℃左右。未加干燥剂的情况下，灯内塑料本身就相当于一种干燥剂吸收水分，使灯内空气的相对湿度低于外界环境相对湿度。随着车辆怠速，灯内塑料中的水在高温作用下被蒸出来，灯内空气的露点随着怠速时间的延长而持续升高，怠速30min后露点温度已经超过环境的露点温度，并且灯内空气蒸汽压已经远远超过环境的水蒸气压，说明此时灯内的空气更“湿”，此时如在进行洗车操作 （上海地区自来水温度15℃左右），前照灯外配上必然会出现雾气。

加入18g干燥剂后，在干燥剂吸湿的作用下，灯内的相对湿度被控制在非常低的水平，随着车辆怠速，灯内的露点并未出现上升现象，灯内空气水蒸气压也并未出现明显的上升。该现象出现的原因是由于干燥剂产品处于吸湿状态时，能够将灯内塑料受温度升高影响时蒸发出的水气吸收掉，使塑料的吸湿量变低。怠速30min后，灯内的露点控制在0℃左右，此时各种环境下的洗车均能保证车灯不会出现起雾现象。

需要指出的是，结合前面完成的干燥剂材料的吸湿特性可以设想，当干燥剂处于吸湿量较大的状态时，车辆怠速使灯内的相对湿度发生降低，此时干燥剂材料本身会处于放湿的状态，使灯内的水蒸气变多，容易诱发起雾。为了避免这种不良影响，需要从干燥剂产品的透气膜的透气量以及干燥剂产品本身的吸放湿结构上做进一步研究优化。

4 结语

图5 试验过程中灯内和环境温度／露点／相对湿度／蒸汽压对比

本文从试验的角度研究了某型循环式干燥剂的吸附性能，从结果上看该型干燥剂的材料吸湿率爆发力较强，前期吸湿速率较高，平衡吸湿量可达180%。从长期的循环吸附解析试验结果来看，该型材料有较好的重复使用性能。通过整车试验发现放置干燥剂后能够显著降低整灯内的空气露点。

综合来看该型干燥剂有一定的使用潜力，但其使用位置的温度，使用量的多少，整灯和外界气体交互方案和灯内放湿情况负面影响的消除仍需进一步研究。