汽车非金属材料 高温暴晒老化测试

在现代汽车工业中，非金属材料的应用已无处不在：从仪表板、门板、中控台、座椅表皮到保险杠、格栅、车灯外壳，塑料、皮革、织物、橡胶和复合材料构成了汽车内饰与外饰的主体。它们不仅决定了车辆的美观、舒适和人机交互体验，更承担着重要的功能与安全角色。

然而，这些材料长期暴露在严苛的自然环境中，尤其是强烈的太阳光辐射和由此产生的高温，是导致其老化、劣化的最主要因素。阳光中的紫外线（UV）会破坏高分子链，高温会加速化学反应和物理形变，两者协同作用，极易引发材料变色、失光、龟裂、粉化、脆化、变形和气味释放，严重影响车辆的品质感、使用寿命和驾乘安全。为了确保汽车非金属部件在漫长生命周期内的可靠性，高温暴晒老化测试成为汽车研发与质量控制中不可或缺的关键环节。

一、 为何汽车非金属材料必须进行高温暴晒测试？

1. 极端使用环境： 汽车停放在烈日下时，仪表板表面温度可达80°C以上，车内空气温度可超过60°C。这种“温室效应”远超材料常规使用温度。

2. 光化学降解： 太阳光中的紫外线（特别是290-400nm波段）能量高，能直接打断塑料、橡胶、染料等分子的化学键，导致材料黄变、粉化、强度下降。

3. 热氧老化： 高温加速了材料与氧气的反应（氧化），使材料变硬、变脆，失去弹性。

4. 综合应力： 暴晒过程是光、热、湿、氧等多种因素的协同作用，其破坏力远大于单一因素。

5. 功能与安全风险： 材料老化可能导致：

• 内饰： 仪表板开裂、中控屏反光、皮革脱落、释放有害挥发物（VOC）和异味。

• 外饰： 保险杠褪色、灯罩雾化、密封条失效导致漏水漏风。

• 结构件： 强度下降，影响碰撞安全。 




二、 高温暴晒测试的核心方法


6. 汽车非金属材料的高温暴晒测试主要分为两大类：自然曝晒和人工加速老化。

7. 1. 自然曝晒测试（Real-World Exposure）

8. 原理： 将材料试样或整车直接放置在特定气候条件的户外曝晒场（如中国海南、美国亚利桑那州、佛罗里达州），经受真实的日光、雨、露、温度和湿度循环。

9. 优势： 环境最真实，结果与实际使用相关性最高。

10. 劣势： 周期极长（通常需要1-3年），受季节和天气影响大，数据重现性差，无法满足快速研发需求。

11. 应用： 常用于最终验证、建立人工加速试验与自然老化之间的相关性模型。

12. 2. 人工加速老化测试（Accelerated Laboratory Testing）

13. 这是目前汽车行业内最主流、最高效的测试方法，通过实验室设备模拟并强化自然环境中的关键应力，大幅缩短测试周期。

14. (1) 氙灯老化测试（Xenon Arc Weathering）

15. 标准依据： ISO 4892-2, SAE J2527, GMW 3420, VW PV 3929 等。

16. 设备： 氙灯老化试验箱。

17. 原理： 氙弧灯的光谱能量分布（SPD）最接近全波段太阳光（含UV、可见光、红外线），能全面模拟日光的综合效应。

18. 典型循环：

1. 光照+高温高湿： 模拟白天暴晒。

2. 喷淋： 模拟降雨，考核材料的耐水性和热冲击。

3. 黑暗+冷凝： 模拟夜间，高湿冷凝环境。

19. 优势： 光谱真实，试验结果与户外曝晒的相关性最好，尤其适合评估颜色变化、光泽度损失和整体老化行为。

20. 应用： 广泛用于汽车内外饰件、纺织品、皮革的耐候性测试。

21. 
    

22. (2) 荧光紫外灯老化测试（QUV）

    标准依据： ISO 4892-3, ASTM G154 等。

    设备： QUV紫外老化试验箱。

    原理： 使用荧光紫外灯管（UVA-340或UVB-313），主要发射导致材料降解的高能紫外线（300-400nm）。UVA-340模拟日光截止点以上的UV光谱；UVB-313则老化速度更快。

    典型循环：

• UV照射+高温： 强力紫外辐射。

• 冷凝+黑暗： 表面形成水膜，模拟露水。

    优势： 设备成本较低，老化速度快，特别擅长考核材料的抗紫外降解能力（如黄变、粉化）。

    应用： 常用于快速筛选材料、质量控制，或作为氙灯测试的补充。

    (3) 高温烘箱老化测试（Thermal Aging）

    标准依据： ISO 188, ASTM D573 等。

    设备： 热空气老化试验箱。

    原理： 在无光照的恒定高温下（如85°C, 105°C, 125°C）对试样进行长时间烘烤。

    目的： 单独考核材料在高温下的热氧老化性能，评估其长期热稳定性。

    应用： 常用于发动机舱附近的塑料件、电线绝缘层等对耐热性要求高的部件。

三、 测试流程与评估

1. 样品准备： 从零部件上取样或制作标准试片，确保与量产件材料、工艺一致。

2. 状态调节： 在标准温湿度下放置。

3. 试验设置： 根据材料位置（内饰/外饰）、车型定位和客户标准，选择合适的测试标准、循环程序、总时间（如1000小时、2000小时）、辐照度、温度等。

4. 试验执行： 将样品放入老化箱，开始自动循环。

5. 定期检查： 按规定时间点取出样品评估。

6. 结果评估：

• 色差（ΔE）： 使用分光光度计测量老化前后颜色变化，要求ΔE < 1.5 或 3.0（根据标准）。

• 光泽度损失： 测量60°光泽度，计算损失率。

• 力学性能： 测试拉伸强度、断裂伸长率等，评估脆化程度。

• 外观评级： 目视或放大镜检查龟裂、起泡、粉化、剥落、变形等，按ASTM D4214等标准评级。

• 气味测试： 对内饰件进行主观气味评级（如1-6级）。

• 功能性检查： 如卡扣的装配力、按钮的按压力等。