汽车内饰材料老化试验研究

文 | 广州威凯检测技术研究院 张 华 陈智勇

汽车内饰材料老化试验研究

文 | 广州威凯检测技术研究院 张 华 陈智勇

本文介绍了汽车内饰材料常见的老化试验方法：人工加速老化试验、IP/DP箱暴晒和整车暴晒，分别讨论三种试验方法涉及的规范以及操作性。人工加速老化试验能快速掌握汽车内饰材料老化性能，缩短材料研发周期；IP/DP箱和整车对内饰件或其装配件进行的老化试验降低内饰材料加工工艺存在的风险，确保了内饰材料质量。整车暴晒收集的数据为人工加速老化试验和IP/DP箱暴晒的参数设定提供可靠依据,指导相关标准的修订和编写。

汽车内饰材料；氙灯；IP/DP箱；整车暴晒

1.述

汽车内饰是人体与车辆密切接触的部分，优秀的设计会让人耳目一新。随着汽车向轻量化方向发展和各国政府对车内空气污染物浓度进行的限制，消费者对汽车内饰材料和设计提出了更高的要求。

汽车内饰使用复合材料主要是仪表板、门护板、顶盖内护板、地毯、座椅及包裹架护板，它们基本由表皮，隔音减振部分和骨架部分组成。这种形式的材料除满足一定的使用功能外，又使人感到舒适美观，而且该种材料生产工艺简单，成本低廉、适用性强而发展得比较迅速，将是今后汽车内饰材料的主要发展方向。

近年来，内饰件材料及工艺不断改进，但总会有这样那样的缺陷。例如汽车仪表盘提前破裂，增塑剂的漂移，头衬、座椅或者包装塑料纤维的褪色等情况，这都会让消费者对汽车整体质量产生负面的评价。整车厂竞争加剧，这就需要厂家在提高整车的质量上下功夫。汽车内饰产品质量的提升，无疑让汽车生产商在竞争激烈的市场上获得先机。

2.饰材料老化试验

汽车内饰老化试验主要是测试内饰件的耐候性能。人工加速老化通过模拟户外太阳光快速掌握内饰件材料的耐候性；IP/DP箱试验则模拟内饰件在车内的位置，可通过跟踪太阳光来加速试验；整车暴晒通过装配好的内饰件综合考察内饰件的耐候性以及其他方面的性能。

2.1.饰材料的人工加速试验

人工加速老化主要用在汽车内饰材料的配方筛选，缩短材料开发周期。在人工加速试验方面，目前主流的汽车内饰材料的老化试验主要采用氙灯模拟太阳光人工加速试验。氙灯可以模拟全光谱太阳光，重现性好，是与太阳光源最接近的光源。

2.1.1.灯老化试验的参数的选择

目前汽车内饰材料氙灯老化试验应用较多是行业标准和相关企业标准，行业标准比如SAE J1885、SAEJ2412等 ,企 业 标 准 有 VW PV1303、GMW 3414、FORD DVM 0067-MA、TOYOTA TSL 0601G Method E等。

汽车内饰材料氙灯老化试验通过控制氙灯的辐照度、温湿度以及滤光器组合来完成试验参数的设定。下面通过SAE J2412（见表1）试验要求来说明氙灯老化试验参数选择和设定。

氙灯老化试验辐照度监测主要有以下几个监测波段：300nm、420nm、300-400nm、300-800 nm。对于特定的滤光器来说，上述波段辐照度之间有固定的转换关系，也就是说知道其中任一的控制辐照度，其他监测波段控制辐照度可以通过厂家给定的参数来计算出来。

氙灯老化试验特定的光谱能量分布是通过氙灯和特定滤光器的组合来实现，例如窗玻璃滤光器模拟通过玻璃窗的阳光，日光滤波器模拟户外阳光，扩展紫外线滤波器的光谱中具有短波紫外线。例如DIN75202、JASO M346 采用的是窗玻璃滤光器；SAE J2412 采用扩展紫外滤光器，使用黑暗段，但欧洲的标准多采用连续光照。

黑标温度或黑板温度是监测试样表面可能达到的最高温度。每个样品情况各不相同，因此监控每一个样品的表面温度是不现实的。试验中实际采用黑标准温度或黑板温度来监测。两者区别在于黑标温度是绝热安装的，而黑板温度是非绝热安装的。欧洲汽车行业通常采用黑标温度为100℃（ISO 4892-2,ISO 105-B06,VDA75202），美国和日本通常采用黑板温度为89℃（如SAE J2412、JASO M346）。

2.1.2.灯老化试验标准物质的使用

汽车内饰材料氙灯老化试验通常用标准物质来控制试验周期或者监测氙灯运行的准确性。目前标准物质有ISO蓝色羊毛1-8，AATCC蓝色羊毛标准中的L2或L4，聚苯乙烯标准塑料片。

ISO蓝羊毛标准的用途之一控制试验时间，常见的方法是将试样和某一号蓝羊毛同时进行暴露，以该标准羊毛褪色至灰色样卡4级或3级时，相当于色差为4.3±0.4时来控制试验的结束或一个试验周期的结束。AATCC蓝羊毛的用途之一就是监测设备运行的准确性，例如在标准SAE J1885中规定，试验时采用蓝羊毛标准L2进行每天监控或采用蓝羊毛标准L4进行每三天一次的监控。美国汽车工程协会标准中规定使用一种标准物质-聚苯乙烯塑料片，聚苯乙烯标准塑料片的黄变和其经受的辐照量有确定的关系。

表1.AE J2412的试验参数

2.1.3.他的人工加速试验方法

目前比较大型的老化测试设备一般是以金属卤素灯为光源的大型测试单元，可以进行整车人工加速试验。金属卤素灯的光谱能量分布跟太阳光谱分布非常相似，特别是在红外线区域，其紫外线的截止点为280nm，其试验标准有DIN 75220。

碳弧灯由于其光谱能量分布不如氙灯接近于自然光，且灯管滤镜需要定时清洗、更换等缺点，已经逐渐地被冷落淘汰。一些日本标准以及一些纺织品老化标准中还有应用，常用的标准包括汽车零部件老化测试标准JIS D0205,建材老化测试标准JIS A1415，日产公司的E_M0135-2008 仍然在采用碳弧灯试验方法。

2.2.饰材料IP/DP试验

IP/DP（Instrument Panel/Door Panel）箱专指汽车仪表板、门板等内饰件作试验用的玻璃箱。目前通用汽车、福特汽车和大众汽车采用相应的标准来进行汽车的内饰件试验。尽管不同汽车企业的试验参数、试验条件有所变化，但试验形式基本相同。

通用汽车采用IP/DP箱对内饰件暴晒技术相对成熟，其试验周期的控制值得其他整车厂的学习。下面重点介绍通用汽车IP/DP箱汽车内饰件老化试验——TNR（Temperature Normalized Radiation）周期控制。

2.2.1.NR周期控制IP/DP箱的设计要求

IP/DP箱采用可控方位角跟踪（以获得最大日光辐射）及面向南方的固定角度方法。通过使用线性轴扇，箱内温度被控制在特定水平，从而为试样提供了一致的气流。当温度降至3℃以下时，风扇会自动关闭。超温保护装置在黑板温度达到设置的极限温度值以上6℃时，应放下卷帘。安装薄板挡风玻璃或车侧玻璃来评估不同类型的玻璃对汽车内饰材料的影响。

2.2.2.NR周期控制数据计算原理

TNR周期控制通过温度校正辐射量，由每隔一定的时间测量太阳光辐射量及试验装置黑板温度计上测得的温度的平均值计算累加得到；在太阳辐射所产生的效应中，TNR周期控制考虑到样品本身温度高低所产生的作用。

R： 试验用玻璃及角度下所测到的太阳光辐射量，单位：兰利（ly）。

T：从试验装置黑板温度计上测得的温度，单位：℃。

2.2.3.NR周期控制系统原理方框图，如图1。

2.3.饰材料整车暴晒试验

2.3.1.饰材料整车暴晒试验的意义

整车暴晒在考察汽车内饰材料的性能越来越受到重视，其不仅能掌握内饰件的耐候性能，而且也能体现内饰件在实际应用的其他性能和其他内饰件之间的匹配性。总之汽车内饰在整车中暴晒更能全面反映其性能。

在整车暴晒试验中，内饰材料的耐候性试验是通过暴晒试验前在重点材料的关键位置设置温度变化监控点，在暴晒过程中监测试验点的温度变化以及在规定时间间隔检查内饰材料的耐候性能（见图2，标出了汽车内饰件在某地户外暴晒过程中达到的最高温度）。

通过对内饰材料温度的监测，可以了解到内饰材料在车内达到的最高温度，最高温度可以指导IP/DP箱设定合理的限温温度，确保在IP/DP箱试验的内饰材料更能接近整车内状况；同时人工加速老化试验黑板温度或黑标温度的设定，也可以参考整车暴晒中内饰材料达到的最高温度来设定，对相关标准的制定和修订具有参考意义。

图1.NR周期控制系统原理方框图

2.3.2.饰材料整车暴晒试验方法

在整车暴晒过程中，定期启动发动机并工作一段时间，然后定期检查车的内饰件和以及其使用情况。目前部分汽整车厂的暴晒试验要求如下：

2.3.2.1.了让内饰材料更好的吸收太阳辐射，车辆南北方向停放，在北半球朝南，南半球朝北。

2.3.2.2.身内舱每月吸尘一次，每月湿擦一次。

2.3.2.3.内饰材料位置合理布置温湿度传感器，了解在暴晒过程中内饰件的环境参数。

2.3.2.4.期检查内饰件的性能。

2.3.3.车暴晒内饰材料的评价方法

2.3.3.1.查材料是否有裂纹、孔洞、破裂、软化等形式的变化。

2.3.3.2.件是否发生变形，能否胜任安全性能的要求。

2.3.3.3.料是否存在分层（在一种材料或者两者粘合的材料中间）

2.3.3.4.料的光泽和色差的变化是否在规定范围之内。

2.3.3.5.内饰件之间的匹配性

图3.工加速试验留样与试验样品

图4.P/DP箱试验样品

2.3.3.6.饰材料释放的VOC检测

3.饰材料老化试验方法的比较

3.1.工加速老化的样品与IP/DP箱试验样品相比：前者一般是标准样板或是从成品中裁取标准样板的尺寸，后者一般是内饰件成品；前者不能全面发现材料存在的问题，后者不仅能发现前者所存在的问题，还能发现材料在加工成型工艺存在的缺陷。从图3、图4中我们可以看到图3是人工加速试验后材料表面出现颜色的明显变化（图3中左边试样是留样，右边是试验样品），图3是IP/DP试验期间汽车的仪表板表面出现细裂纹。通过这两幅图我们可以知道，人工加速最好是在选材方面发挥作用，而IP/DP不仅能发现选材方面存在的问题，还能发现材料在加工过程中存在的缺陷。

3.2.材料筛选方面来说，人工加速老化可以快速掌握材料耐候性，加快新材料开发流程，有便于科研人员进一步研究材料的性能和新材料后续开发；IP/DP箱和整车暴晒试验的内饰件试验时间较长，一般用在大批量生产成品前内饰件性能检验试验。

3.3.车暴晒的好处是不但了解材料的耐候性，而且还能掌握实际使用的性能。跟人工加速和IP/DP箱试验相比较，还可以掌握整车内饰材料VOC释放情况。越来越高的环保要求，汽车内饰件材料VOC的排放的限制越来越严格，原料选择也越来越重要。

4.结

人工加速试验主要是用来材料的筛选，降低材料不可靠性风险。IP/DP箱通过模拟整车密闭环境，方便了内饰材料试验的可操作性。整车暴晒的优点是不仅可以知道内饰件材料老化后是否存在色牢度变化、外观缺陷、材料的匹配性等问题，还可以监测内饰材料暴晒后的VOC排放，全面把握内饰材料在整车情形下的性能。

国内汽车工业近年来发展迅速，产品的质量也应得到相应提高。但就内饰件而言，国内汽车企业做的还远远不够。IP/DP箱暴晒和整车暴晒试验给内饰材料的检验提供了平台，满足了其检测要求。国内汽车企业在这方面还需要向欧美汽车巨头学习，完善自己的试验标准体系，提升自己的品牌知名度。建议国内汽车生产商参考国外质量控制模式，增强自身的竞争力。

[1] SAE J2412-2004 Accelerated Exposure of Automotive Interioro Trim Components Using a Controlled Irradiance Xenon-Arc Apparatus

[2] GMW 3417-2001 Natural Weathering Exposure Test for Interior/Materials

[3] VW 50185-2000 Vehicle Components Resistance to Open Air Weathering

[4] GM 9538P-1996 Weathering Exposure Test for Interior Trims

[5] Matthew P.McGreer. Weathering Testing of Interior Materials. 第二届中美材料环境腐蚀与老化试验学术研讨会2002

Research on the Aging Test of Automotive Interior Materials

This paper introduced common aging test methods of automobile interior materials： artificial accelerated aging test, IP / DP box exposure and full vehicle exposure, and discussed specification and operation of the three test methods. Artificial accelerated aging test can quickly acquire the aging properties of automotive interior materials, shorten product development cycle. The aging tests of interior finished products or their finished assemblies in IP / DP boxes and vehicles will reduce the risk of interior materials processing technology and ensure their quality. The data collected from full vehicle exposure provides reliable guidance for parameter setup on artificial accelerated aging test and IP / DP box exposure,and for related standards development and revision.

automotive interior materials；IP/DP box；full vehicle exposure

张华（1981-），籍贯：江苏东台，学历：本科，合肥工业大学，助理工程师，主要从事材料腐蚀和老化研究。