非金属材料具有许多金属材料所不具备的特性,如重量轻、易于加工成型、节约能源、物理化学性能好等。因此,随着汽车轻量化的发展趋势,非金属材料在汽车中的使用逐渐增多。同时,由于汽车长期在户外使用,在日晒雨淋的环境下,对车用非金属材料的耐候性、耐老化性、耐腐蚀性要求较高。
目前汽车上使用的非金属材料有三种:塑料、橡胶、油漆。影响这三类产品老化腐蚀的主要因素是光、热、臭氧、湿度和空气中的污染物。在多种因素的综合作用下,容易发生化学反应,导致高分子材料老化,导致汽车零部件性能下降,甚至无法正常使用。
汽车非金属材料的耐候性、耐老化性、耐腐蚀性因其对汽车整体性能的重要影响而受到国外品牌汽车主机厂的关注,但中国自主品牌汽车主机厂、国内汽车零部件和汽车非金属材料供应商的要求仍有待提高。
非金属材料根据其在汽车上使用的种类和零部件不同,对耐候性、耐老化性、耐腐蚀性的要求也不同,相应的检测标准也不同。目前我国汽车非金属材料的标准主要有:QC/T 15-92《汽车塑料制品通用试验方法》、QC/T 639-2000《客车门窗用橡胶密封条》、QC/T 484-1999《汽车漆面涂装》和QC/T 17-1992《汽车零部件耐候试验通则》。以及去年新发布的GB/T 32088-2015《汽车非金属零件及材料氙灯加速老化试验方法》和GB/T 31881-2015《汽车非金属零件及材料紫外线加速老化试验方法》。
下表比较了QC/T 15-92《汽车塑料制品通用试验方法》、QC/T 639-2000《客车门窗橡胶密封条》、QC/T 484-1999《汽车涂料》和QC/T 17-1992《汽车零部件耐候性试验通则》等汽车行业系列标准对汽车用非金属材料耐候性和耐腐蚀性的要求。
仪表板(塑料) | 门窗用橡胶 | 车身涂层 | |
耐候性/光老化 | 54个月暴晒或680小时日照碳弧箱。 | 阳光碳弧箱300h | 暴露24个月 |
热老化 | 100℃×4h | 70摄氏度×70小时 | |
臭氧老化 | 200 pphm拉伸20%,40℃×72h。 | ||
高低温老化 | 100℃,15.5小时→( 23±5)℃, 30分钟→(-30±2)℃, 7.5小时→(23±5)℃, 30分钟 | ||
盐雾腐蚀 | 标记样板,中性盐雾700小时 |
从上表可以看出,在五个检测项目中,耐候性/光老化是汽车非金属材料非常重要的检验项目,因为我国汽车行业标准大多是在2000年之前制定的,光老化多采用自然暴晒或碳弧箱测试。
耐候性/光老化
随着材料质量和检测技术的提高,大众对汽车材料的要求越来越高。我国自主品牌汽车和中外合资汽车企业基本都采用氙气灯盒进行光老化试验。由于我国汽车工业发展较晚,该领域的质量要求和检测规范相对缺乏,普通的非金属材料耐候/光老化试验方法不适合汽车工业。因此,2015年10月相关部门发布的GB/T 32088-2015《汽车非金属零部件及材料氙灯加速老化试验方法》明确规定了汽车内外饰的试验条件。
GB/T 32088-2015汽车内外饰件试验条件
物料类型 | 检测方法 | 过滤器 | 辐照度/波长 | 测试周期 |
内部装饰零件 | A-1 | 窗玻璃过滤器 | (1.20±0.02)瓦/㎡/420纳米 | 在黑板温度89℃±3℃,箱内空气温度62℃±2℃,相对湿度50%±5%的实验条件下,光照周期为3.8h |
在黑板温度38℃±3℃,箱内空气温度38℃±3℃,相对湿度95%±5%的实验条件下,暗循环运行1小时; | ||||
A-2 | 窗玻璃过滤器 | (1.20±0.02)瓦/㎡/420纳米 | 光照循环在黑板温度100℃±3℃,箱内空气温度65℃±3℃,相对湿度20%±10%的实验条件下进行; | |
A-3 | 紫外线扩展滤光器 | (0.55±0.02)瓦/㎡/340纳米 | 在黑板温度89℃±3℃,箱内空气温度62℃±2℃,相对湿度50%±5%的实验条件下,光照周期为3.8h | |
在黑板温度38℃±3℃,箱内空气温度38℃±3℃,相对湿度95%±5%的实验条件下,暗循环运行1小时; | ||||
外部装饰 | B-1 | 阳光 过滤器 | (0.55±0.02)瓦/㎡/340纳米 | 在黑板温度38℃±3℃,箱内空气温度38℃±3℃,相对湿度95%±5%的实验条件下,暗循环运行60min,正反两面同时喷水; |
在黑板温度70℃±3℃,箱内空气温度47℃±3℃,相对湿度50%±5%的实验条件下,光照循环运行40min | ||||
在黑板温度70℃±3℃,箱内空气温度47℃±3℃,相对湿度50%±5%的实验条件下,光循环运行20min,同时喷洒正面水; | ||||
在黑板温度70℃±3℃,箱内空气温度47℃±3℃,相对湿度50%±5%的实验条件下,光照循环运行60min | ||||
B-2 | 阳光 过滤器 | (0.65±0.02)瓦/㎡/340纳米 | 在黑标温度90℃±2℃,箱内空气温度50℃±2℃,相对湿度20%±10%的实验条件下,进行光照循环; | |
B-3 | 紫外线扩展滤光器 | (0.55±0.02)瓦/㎡/340纳米 | 在黑板温度38℃±3℃,箱内空气温度38℃±3℃,相对湿度95%±5%的实验条件下,暗循环运行60min,正反两面同时喷水; | |
在黑板温度70℃±3℃,箱内空气温度47℃±3℃,相对湿度50%±5%的实验条件下,光照循环运行40min | ||||
在黑板温度70℃±3℃,箱内空气温度47℃±3℃,相对湿度50%±5%的实验条件下,光循环运行20min,同时喷洒正面水; | ||||
在黑板温度70℃±3℃,箱内空气温度47℃±3℃,相对湿度50%±5%的实验条件下,光照循环运行60min |
注:内饰和外饰有三种测试方法,双方可以约定使用其中一种。一般来说,建议采用A-1和B-1试验方法。
国外标准
国外汽车品牌,尤其是美系、德系、日系汽车,对非金属材料的耐候/光老化要求比国内汽车企业更高,检测技术和方法也相对成熟。
GB/T 32088-2015《汽车非金属零件及材料氙灯加速老化试验方法》在一定程度上参考了SAE J2412、SAE J2527、PV1303和PV 3929。
例如:
GB/T 32088-2015的试验方法A-3与SAE J2412相似;
GB/T 32088-2015中的测试方法B-1也与SAE J2527中的测试方法非常相似。
GB/T 32088-2015和PV 1303中试验方法A-2的要求基本没有区别。
GB/T 32088-2015中的测试方法B-2与PV3929相反,多了滤光片,辐照度略有不同,温度和循环条件一致。
日本和韩国对汽车非金属材料的耐候/光老化要求不同,但基本一致,这里就不一一列举了。总的来说都是根据各国的气候条件制定合适的标准。
我国汽车非金属材料的发展相对较晚。在质量要求、检测标准等方面研究和借鉴国外标准的基础上,制定符合我国实际气候条件的标准。