Alterungsanalyse von Automobil-Polymermaterialien

Aufgrund der Verschärfung der Emissionsvorschriften und des Aufkommens neuer Energiefahrzeuge wird dem Leichtbau in der Automobilindustrie mehr Aufmerksamkeit geschenkt. Metalle teilen Übergänge mit synthetischen Materialien. Es gibt immer mehr Anwendungen von Polymermaterialien wie Textilien, Kunststoffen und Gummi in Automobilen, und auch der Anwendungsbereich erweitert sich. Mit der Verbesserung der Materialtechnologie und der Verbesserung der Produktleistung haben sich Kunststoff- und Gummiteile allmählich von Innendekorationsteilen zu einigen Außendekorationsteilen ausgeweitet. Daher werden an OEMs höhere Anforderungen an die Kontrolle des Alterungsverhaltens von Polymermaterialien wie Kunststoffen und Gummi gestellt. Der Alterungstest ist Teil der Zuverlässigkeitsprüfung der Material- und Produktleistung. Im Test sollten die verschiedenen Faktoren, die in der tatsächlichen Nutzungsumgebung des Produkts eine Rolle spielen, so weit wie möglich berücksichtigt werdenwiederhergestellt und der Test sollte unter entsprechenden Bedingungen durchgeführt werden.off, um eine frühzeitige Überprüfung zu erreichen. Basierend auf der Entwicklungserfahrung von Fahrzeugmodellen fasst dieses Dokument den Alterungsmechanismus und die wichtigsten Testschemata von Polymermaterialien zusammen und schlägt entsprechende Lösungen als Referenz für Automobilingenieure vor.

1 Der Hauptfehlermodus des Alterungsphänomens

Analysieren Sie gemäß GB /T 32088-2015 Standardausdruck und Änderungen in der tatsächlichen Nutzung des Autos das Alterungsphänomen aus der Perspektive der Leistungskontrolle und fassen Sie es in 3 Kategorien zusammen[1]:

< p >

1 ) Veränderungen im Aussehen, einschließlich Flecken, Flecken, Silberstreifen, Risse, Verfärbung, Verkalkung, Klebrigkeit, Verzug, Schrumpfung und Veränderungen des Oberflächenglanzes;

2) Änderungen der physikalischen Eigenschaften, einschließlich Änderungen der Hitzebeständigkeit undKältebeständigkeit;

3) Änderungen der mechanischen Eigenschaften, einschließlich Zugfestigkeit, Biegefestigkeit und Scherfestigkeit, Schlagfestigkeit und andere Leistungsänderungen.

2 Alterungsmechanismus von Polymermaterialien

hoch während Während des Verarbeitungs-, Lagerungs- und Verwendungsprozesses verschlechtert sich die Leistung molekularer Materialien aufgrund der kombinierten Wirkung interner und externer Faktoren allmählich, sodass der Gebrauchswert schließlich verloren geht. Dieses Phänomen ist das Altern [2]. Gemäß dem Alterungsmechanismus umfassen die Faktoren, die zur Alterung führen, hauptsächlich die folgenden vier Arten[3]:

1) Lichtalterung: Licht ist der Hauptfaktor, der zur Alterung von Polymermaterialien führt . Photochemische Reaktionen finden statt, indem Lichtenergie absorbiert wird, was die Leistung von Materialien verschlechtert. Obwohl die Wellenlänge von 290-400 nm nur 5%-6% der gesamten Wellenlängen ausmachtStrahlung der Sonne, je kürzer die Wellenlänge der Lichtwelle, je höher die Energie, desto größer die Schädigung chemischer Bindungen und die Schädigung polymerer Materialien wie Kunststoffe. Je größer die Wirkung.

2) Wärmealterung: Hohe Temperaturen zerstören nicht nur kovalente Bindungen, brechen Makromoleküle auf, sondern verursachen auch Vernetzungen zwischen Makromolekülen. Hohe Temperaturen beschleunigen auch die Oxidation von Polymerverbindungen, was die thermische Alterung von Polymermaterialien beschleunigt.

3) Oxidation: Sauerstoff oder Ozon in der Atmosphäre oxidieren Polymermaterialien, was zu einem Bruch der Molekülkette und damit zu Alterung führt. Im Allgemeinen altern Polymerverbindungen mit ungesättigten Kohlenstoffketten eher als solche mit gesättigten Kohlenstoffketten.

4) Erosion: Polymermaterialien werden unter bestimmten Bedingungen ebenfalls erodiert, was zu Leistungseinbußen führt. In teIn Bezug auf Erosionsarten sind chemischer Bewuchs und mikrobieller Mehltau die beiden Hauptmanifestationen.

In der frühen Phase der Alterung von Polymermaterial ist der Alterungsprozess langsam und die meisten Veränderungen treten im Material auf, und es ist schwierig für das menschliche Auge, subtile Veränderungen wahrzunehmen Draußen. In der letzten Alterungsstufe treten aufgrund des Abbaus von Chromophoren wie Carboxyl- und Hydroxylgruppen photochemische Reaktionen auf, die die Absorption von ultraviolettem Licht beschleunigen und die Abbau- und Vernetzungsgeschwindigkeit von Polymeren weiter beschleunigen. Der beschleunigte Alterungsprozess führt zur Verfärbung und Rissbildung von Polymermaterialien und zur Verringerung der mechanischen und physikalischen Eigenschaften, was die Qualität des Aussehens und die Gebrauchssicherheit beeinträchtigt.

3 Alterungstest von Polymermaterialien

Bestanden Materialien und Komponenten in einer NaturUmgebung oder künstlicher Simulationsumgebung unter bestimmten Bedingungen, stellen fest, ob ihre Leistung in allen Punkten dem technischen Zielwert entspricht, prüfen die Anpassungsfähigkeit und Anpassung von Materialien und Produkten an die Dienstleistungsumgebung und erkennen mögliche Aussehens- und Leistungsänderungen im Voraus, reduzieren Projektentwicklungsrisiken und effektiv die

Alterungsleistung von Innen- und Außendekorationsmaterialien für Fahrzeuge kontrollieren.

3.1 Witterungsbeständigkeitstest

Wetterbeständigkeit bezieht sich auf die Einwirkung von Sonnenlicht, Kälte und Hitze, Wind und Regen und andere klimatische Umstände. Der Witterungsbeständigkeitstest sollte die reale Einsatzumgebung des Fahrzeugs simulieren, die Veränderungen des Aussehens, der Farbe und der Leistung des Fahrzeugs in jeder Phase des Tests aufzeichnen und die Gesetzmäßigkeiten der Alterung analysieren und untersuchen, zn Eigenschaften von Materialien oder Produkten. Aufgrund der großen Unterschiede in den klimatischen Faktoren des Freibewitterungstests unterscheiden sich die Testumgebungen in verschiedenen Regionen und Jahreszeiten erheblich. Das typische Klima kann die Anpassungsfähigkeit von Materialien und Produkten unter relativ rauen Bedingungen widerspiegeln, aber die Testergebnisse jedes Klimas können nicht horizontal verglichen werden. Vergleich. Unterschiedliche Proben haben unterschiedliche Empfindlichkeiten in unterschiedlichen Klimazonen, und der Testzeitraum im Freien ist lang. Daher wird in der Fahrzeugmodellentwicklung die Witterungsbeständigkeit von Materialien meist durch beschleunigte Alterung im Labor getestet, um eine längere Lichteinwirkung zu simulieren.

Der Witterungsbeständigkeitstest umfasst hauptsächlich die folgenden drei Typen: 1) Natürlicher Alterungstest; 2) Beschleunigter Alterungstest im Labor durch Simulation von Sonnenlicht, Temperatur,Feuchtigkeit, Niederschlag oder Betauung Kurzzeit-Intensivtest mit klimatischen Faktoren; 3) Beschleunigter Sonnenlichtexpositionstest mit konzentriertem Licht.

3.2 Hitzebeständigkeitstest

Hohe Temperatur ist ein wichtiger Faktor für die Alterungsreaktion von Polymermaterialien. Einer der wichtigsten Faktoren besteht darin, dass hohe Temperaturen dazu führen, dass die Molekülkette des Polymermaterials bricht, freie Radikale erzeugt, eine Radikalkettenreaktion gebildet wird, was zu einem Abbau und einer Vernetzung des Polymers und zu einer Leistungsminderung führt [4].

Ofenalterungstest ist eine häufig verwendete Nachweismethode. Legen Sie die Probe unter ausgewählten Bedingungen in den Ofen und überprüfen Sie regelmäßig das Aussehen der Probe und die prüfungsbezogenen Eigenschaften, um zu beurteilen, ob die Hitzebeständigkeit der Probe den Konstruktionsanforderungen entspricht. Dieser Test wird normalerweise für die Leistung i verwendetInspektion von Kunststoffen und Gummi.

3.3 Alterungstest bei feuchter Hitze

Der Alterungstest bei feuchter Hitze wird hauptsächlich verwendet, um die Beständigkeit von Polymermaterialien bei hohen Temperaturen zu testen und Umgebung mit hoher Luftfeuchtigkeit Alterungsverhalten . Wasserdampf hat eine gewisse Durchlässigkeit für Polymermaterialien, insbesondere in Hochtemperaturumgebungen, die Bewegungsgeschwindigkeit von Wassermolekülen wird beschleunigt, die Durchlässigkeit ist stärker und kann in das Materialsystem eindringen. Die Wechselwirkungskraft zwischen ihnen wird geschwächt, was die Materialleistung verschlechtert.

Der Feuchtwärmealterungstest erfordert normalerweise eine bestimmte Temperatur (40-60℃) und eine hohe relative Luftfeuchtigkeit (über 90 % relative Luftfeuchtigkeit). Während eine Erhöhung der Testtemperatur dazu beiträgt, den Alterungstestprozess zu beschleunigen und die Testeffizienz pro Zeiteinheit zu verbessern, führt eine zu hohe Testtemperatur zu einer Verschlechterung der Materialleistungzu schnell zerstört werden, was der Unterscheidung der Qualität des Materials nicht förderlich ist, und die zu hohe Temperatur wird auch den Test brechen. Die eigentliche Betriebsumgebung geht verloren und die Aussagekraft des Tests geht verloren. Daher sollte die geeignete Prüftemperatur entsprechend den verschiedenen Wartungsteilen des Materials ausgewählt werden.

3.4 Schimmelresistenztest

Natürliche organische Materialien (wie Pflanzenfasern, Leder usw.) sind am anfälligsten für Schimmelpilze Schimmelschäden; Materialien (Kunststoff, Gummi usw.) fügen während der Verarbeitung Weichmacher, Stabilisatoren und andere Komponenten hinzu, die Mikroorganismen einen Lebensraum bieten und in feuchten Umgebungen anfällig für Schimmel sind. Der durch Schimmelpilze verursachte Verfall und die Alterung beeinträchtigen die Qualität des Aussehens und die Benutzererfahrung des Produkts ernsthaft, was zu Beschwerden der Benutzer führen wird. Der Antimykotikum-Test muss abweichenund Auswählen von Bakterienstämmen für verschiedene Polymermaterialien basierend auf ihrer Funktion und Komponentenspezifität. Der Testzeitraum beträgt in der Regel 28 Tage.

3.5 Kältebeständigkeitstest

Niedrige Temperaturen haben einen großen Einfluss auf die Leistung von Kunststoff- und Gummiprodukten. Die Kältebeständigkeit eines Polymers bezieht sich auf seine Fähigkeit, Leistungsänderungen zu widerstehen, die durch niedrige Temperaturen verursacht werden. Der Kältebeständigkeitstest kann die Lager- und Gebrauchseigenschaften von Polymermaterialien bei niedriger Temperatur identifizieren. Dieser Test wird normalerweise 24 Stunden lang in einer Umgebung von -30 bis -40 ° C durchgeführt, und die spezifische Temperatur und Zeit werden entsprechend der Art des Materials und der Verwendungsumgebung bestimmt.

4 Präventions- und Verbesserungsmaßnahmen

4.1, Technisch Anforderungen an die Alterungsbeständigkeit von Außenteilen

Autoinnen- und AußenteildesignerTeile sollten die notwendigen Kenntnisse über die Materialalterung haben, das Alterungsverhalten von Teilen angemessen bestimmen und die Produktion vermeiden. Leistung aufgrund von Überforderung sollte ebenfalls vermieden werden. So werden beispielsweise Teppiche und Reserveradabdeckungen selten dem Sonnenlicht ausgesetzt, sodass Alterungsanforderungen nicht streng definiert werden müssen. Im Designprozess sollte die Position von Teilen am Gesamtfahrzeug ganzheitlich betrachtet werden und die Alterungsdefinition von Teilen nicht nur durch die Materialeigenschaften der verwendeten Polymerwerkstoffe bestimmt werden.

4.2 Auswahl von Innen- und Außenmaterialien

Entsprechend den Anforderungen an die Alterungsbeständigkeit der einzelnen Teile sollten Sie sich gründlich Gedanken machen de Für andere funktionale Anforderungen wählen Sie den entsprechenden Materialtyp. Die Verbesserung der Alterungsleistung sollte als Ausgangspunkt den Leistungsindex im Designprozess erfüllen und die Verbesserung veine Alterungsbeständigkeit sollte nicht einseitig angestrebt werden. Bei Materialien mit hervorragender Leistung bei verschiedenen Funktionsanforderungen, aber unzureichender Alterungsbeständigkeit, können Sie versuchen, Additive wie Lichtstabilisatoren und Antimykotika hinzuzufügen. Derzeit sind Zusatzstoffe weit verbreitet und die Technologie ist ausgereift. Die richtige Zugabe zur Formel beeinträchtigt die Leistung des Produkts nicht wesentlich.

4.3 Vollständiger Nachweis der Alterungsbeständigkeit

Während des Prozesses der Modellentwicklung ist eine vollständige Überprüfung und Bewertung erforderlich mehrere Dimensionen Die Alterungsbeständigkeit von Interieur- und Exterieurteilen, sonst gibt es unkontrollierbare Faktoren und ein erhöhtes Qualitätsrisiko nach Auslieferung des Fahrzeugs an den Nutzer. Die Alterungsprüfung kann entsprechend der Prüfobjektebene in Materialebene, Komponentenebene und Fahrzeugebene unterteilt werden.

Zuallererst sollte der Testprozess nahe an den tatsächlichen Nutzungsbedingungen und der Serviceumgebung liegen und nicht auf die gleichen Testbedingungen eingestellt sein, sondern geeignete Testbedingungen wählen, um die Unterschiede widerzuspiegeln zwischen Produkten. Zum Beispiel: Beim künstlichen beschleunigten Alterungstest unterscheidet sich die Strahlungsumgebung der Innenteile erheblich von der der Außenteile, da die Lichtdurchlässigkeit des Fensterglases unterschiedlich ist, sodass der Einfluss des Fensterglases berücksichtigt werden sollte Prüfung der Innenteile. Typische Proben wie Sitze, Armaturenbretter und Lenkräder werden keiner direkten Sonneneinstrahlung ausgesetzt, daher müssen sie durch Glas geprüft werden. Zweitens muss die Inspektionsebene umfassend sein und der Test muss aus mehreren Dimensionen und Ebenen durchgeführt werden. Da die Witterungsbeständigkeit des Materials und die Witterungsbeständigkeit des Produkts nicht eins zu eins übereinstimmen, muss nicht nur die Alterung berücksichtigt werdenBeständigkeitsprüfung am Material, aber auch an den Bauteilen und Komponenten. Der Winkel des gesamten Fahrzeugs wird ausgewertet, um die Drift zu korrigieren und eine korrigierte theoretische Grundlage für Materialprüfungen bereitzustellen. Drittens müssen sich die Testmethoden ergänzen. Aufgrund der verschiedenen Nachteile der natürlichen Alterung können in der Anfangsphase des Designs künstliche beschleunigte Alterungstests im Labor und nach der anschließenden Modellverifizierungs- und Bewertungsphase natürliche Alterungstests durchgeführt werden. Die Ergebnisse der beiden können gegenseitig überprüft werden. Legen Sie Standardanforderungen auf Unternehmensebene basierend auf Dimensionen wie Zeit- und Leistungsanforderungen fest.

4.4 Qualitätskontrolle des Produktionsprozesses

Bereits in der Modellentwicklungsphase haben Materialien und Komponenten die entsprechende Alterung durchlaufen Leistung Zum Testen ist es auch erforderlich, den Prozess abzuschließendie Qualitätskontrolle im Produktionsprozess zu stärken, rechtzeitiges Feedback zu geben, wenn Probleme gefunden werden, und F&E, Qualitätssicherung und Beschaffung auf allen Ebenen zu verknüpfen und gemeinsam zu fördern, um sicherzustellen, dass sich die Materialien und Produktionsprozesse der Lieferanten nicht ändern. OEMs müssen auch rechtzeitig auf Leistungs- und Qualitätsprobleme reagieren, um die Produktqualität stabil zu halten und kontinuierlich Erfahrungen sammeln, um die Wettbewerbsfähigkeit der Produkte zu verbessern [5].

5 Fazit

Bei der Entwicklung des Autos Industrie ist die Verbesserung des Leichtbauniveaus von Autos der allgemeine Trend. Die Erforschung und Entwicklung neuer Materialien und die Verbesserung neu entstehender Prozesse werden die Entwicklung von Leichtgewichten beschleunigen. Während des Entwicklungsprozesses werden Testmethoden und Testtechnologien ständig verbessert, und die alternde Testtechnologie is wissenschaftlicher und effizienter geworden, was die Entwicklung von Automobilmaterialien beschleunigt hat. Das richtige Material am richtigen Ort verwenden ist die ständige Idee bei der Auswahl von Automobilmaterialien.