基于冷热循环改进试验的汽车外饰件老化行为_闵全钊.pdf

第 51 卷，第 6 期2023 年 6 月工程塑料应用Vol.51，No.6Jun.2023ENGINEERING PLASTICS APPLICATION基于冷热循环改进试验的汽车外饰件老化行为闵全钊，杨明，钱银超，杨万庆(广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广州 511434)摘要：目前常用的冷热循环试验方法对汽车外饰件老化变形问题的复现仍然十分有限，因此为了寻求更贴合汽车使用工况的老化试验方法，对冷热循环试验进行改进，增加振动和红外光照，改进后的试验称为四综合试验。选取某车型的雨刮侧盖板作为冷热循环试验和四综合试验的产品样件，并对侧盖板试验后的色差、光泽度、断裂应力以及尺寸变化量进行对比。试验结果表明，与冷热循环试验相比，循环10次后，改进的四综合试验对样件色差的影响与冷热循环试验相差不大，但对光泽度、断裂应力、尺寸变化量的影响更为显著。通过观察试验后样件的表面形貌可知，随着循环次数的增加，表面变得粗糙。通过四综合试验与综合耐久试验的侧盖板尺寸变化量的对比，发现两者具有较好的相关性，从而进一步确认了四综合试验的有效性。与冷热循环试验相比，四综合试验更贴合因外界暴晒和路谱振动复合条件导致的外饰件产品老化实际情况，为产品的力学性能和外观性能特别是产品翘曲变形提供了加速验证的基础依据，最后对后续试验的继续改进进行了展望。关键词：加速试验；老化性能；汽车外饰件；振动；红外光照；冷热循环中图分类号：TQ323.4 文献标识码：A 文章编号：1001-3539（2023）06-0103-06Aging Behavior of Automobile Exterior Trim Based on Improved Thermocycling TestMin Quanzhao，Yang Ming，Qian Yinchao，Yang Wanqing(Institute of Automotive Engineering，Guangzhou Automotive Croup Co.，Ltd.，Guangzhou 511434，China)Abstract：The current commonly used thermocycling test is still limited in reproducing the aging deformation problem of automobile exterior trim.Thus，in order to seek an aging test method that is more suitable for automotive operating conditions，the thermocycling test was improved by increasing vibration and infrared illumination，which was called the four comprehensive test.The thermocycling test and four comprehensive test were conducted on the wiper side cover plate of a certain vehicle model，and the color difference，glossiness，fracture stress and dimension change of the side cover plate sample after the tests were compared.The test results show that，after 10 cycles，the effects of the improved four comprehensive test on the color difference of the sample is not significantly different from the thermocycling test，but the four comprehensive test has more significant impact on glossiness，fracture stress and dimension change.By observing the surface morphology of the sample after the tests，it can be seen that as the number of cycles increases，the surface becomes rough.A comparison of the dimension change of the side cover plate between the four comprehensive test and the comprehensive durability test shows a good correlation between the two tests，which further confirms the effectiveness of the four comprehensive test.Compared with the thermocycling test，the four comprehensive test is more suitable for the actual aging of automobile exterior trim products combined by the conditions of external exposure and road spectrum vibration，which provides the basic basis for accelerated aging test of the mechanical and appearance properties of products，especially the warpage and deformation of products.Finally，the prospect of further improvements in follow-up test is also presented.Keywords：accelerated test；aging performance；automobile exterior trim；vibration；infrared illumination；thermocyclingdoi:10.3969/j.issn.1001-3539.2023.06.017通信作者：闵全钊，硕士，主要从事汽车外饰件设计、模具设计收稿日期：2023-03-20引用格式：闵全钊，杨明，钱银超，等.基于冷热循环改进试验的汽车外饰件老化行为J.工程塑料应用，2023，51(6)：103108.Min Quanzhao，Yang Ming，Qian Yinchao，et al.Aging behavior of automobile exterior trim based on improved thermocycling testJ.Engineering Plastics Application，2023，51(6)：103108.103网络首发时间：2023-06-21 14:23:39网络首发地址：https:/ 年，第 51 卷，第 6 期塑料件因其具有力学性能好、成型多样性等优点而被广泛运用于汽车外饰件领域，但因汽车外饰件一般都暴露在外界环境，且在行驶中始终受到发动机和路面不平引起的振动等激励影响，所以在这种复杂的使用工况下，不可避免地会产生老化现象1-6。外饰件的老化衰减7-8主要体现在外观性能和力学性能两个方面。目前针对外饰件产品的色差、光泽度和力学性能变化方面，现有的人工加速试验能够较好提前预测，王俊等9研究了汽车保险聚丙烯(PP)自然暴晒与氙灯老化试验之间的相关性，结果表明氙灯老化试验对湿热带自然环境具有良好的相关性，可用于汽车保险杠PP材料耐候性的评价。李洋等10通过热氧加速老化实验研究温度对PP老化的影响，使用温度和寿命之间的方程模型，推算PP材料的使用寿命。蔡航等11通过人工加速老化试验研究并分析了汽车内饰用PP材料老化性能，为后续材料的改性再生研究提供依据。但针对产品在使用过程中的变形12，其试验结果经常出现人工加速试验结果未能复现实车的问题，甚至出现相违背的结果。笔者选取某车型的雨刮侧盖板，通过对其冷热循环试验和冷热温循环+振动+阳光模拟改进试验的对比(因冷热温循环+振动+阳光模拟试验包含温度、湿度、振动13-14以及阳光模拟，所以后续简称为四综合试验)，研究外饰件产品外观性能和力学性能变化情况，从而希望寻找出更加贴合实际使用工况的人工加速试验方法来验证汽车外饰件产品变形的预测。1 实验部分1.1试验样件及工装选取雨刮侧盖板作为试验样件，如图1所示，主要是因为其周边匹配多，方便对产品变形量的测量，某车型雨刮侧盖板是双色注射成型，尺寸为207 mm66 mm86 mm，硬胶材料为质量分数20%滑石粉填充PP/三元乙丙橡胶共混物(PP+EPDM-TD20)，软胶为热塑性动态硫化弹性体(TPV)，初始性能见表1，其中软胶部分为可见外观区域，硬胶为不可见区域。1.2主要设备与仪器温湿度箱：FW8040SWAF型，工业和信息化部电子第五研究所；三综合试验系统：THVS4010G型，重庆哈丁环境试验技术股份有限公司；红外试验系统：DC-8000-80/SA-80型，苏州苏试试验集团股份有限公司；电子万能试验机：Zwick/RoellBT2-FR020TEW-A50型，德国Zwick Roell公司；色差仪：CM-2500d型，日本柯尼卡美能达公司；光泽度计：MG6-SA型，泉州科仕佳公司；扫描电子显微镜(SEM)：GeminiSEM 360型，德国蔡司公司。1.3试验条件将雨刮侧盖板(每批120件，左右各60件)分两批按实车状态固定在工装台架上(见图2)，分别进行冷热循环试验和四综合试验。冷热循环试验条件如图3所示，一个循环时间为18 h，需连续执行10个循环。四综合试验在冷热循环试验基础上增加耐久振动的功率谱密度(PSD)，如图4所示，且在雨刮侧盖板表面布置温度传感器，在每个循环中采用红外光照，让盖板表面温度达到(1102)，持续时间约5 h，模拟阳光暴晒状态，而在-40 处将红外光照关闭。在两个试验条件下的第3，5，7，10次循环时取件，每次取3组，每组测量10个样件，并记录相关数据。图2模拟装配工装台架表1雨刮侧盖板的材料性能材料名称PP+EPDM-TD20TPV拉伸强度/MPa289.5弯曲弹性模量/MPa2 650140硬度705(SD)905(SA)注：SD为邵氏硬度D型，SA为邵氏硬度A型。图1雨刮侧盖板(左右对称)104闵全钊，等：基于冷热循环改进试验的汽车外饰件老化行为1.4性能测试与表征(1)力学性能测试。产品为异形件，不好夹持，因此对产品裁样，用工装夹具夹住裁样后的雨刮侧盖板两头，如图5所示，施加拉力直至断裂，记录最大力值，记录为断裂应力。(2)外观表征。根据ASTM D2244-2016测量产品软胶可见区域的色差变化。按GB/T 8807-1988测试产品光泽度。截取冷热循环试验和四综合试验前后的产品进行表面喷金处理后，采用SEM观察其表面形貌。为了更好分析试验前后产品翘曲的变化量，将其细分为卡脚尺寸变化量、面差变化量和间隙变化量三部分，将试验前后样件装在检具工装上，测量关键尺寸，如图6所示，16为产品的卡脚尺寸变化量测量点，713为面差变化量测量点，1416为间隙变化量测量点，测量时需对左右件进行区分，将左侧雨刮侧盖板记为L，将右侧雨刮侧盖板记为R。2 结果与讨论2.1色差、光泽度及断裂应力分