汽車內(nèi)飾材料熔融滴落性能測試儀的研制

林 旭,楊成麗,劉 壯 ,李 政

（山東省紡織科學(xué)研究院,山東青島 266032）

儀器與檢測

汽車內(nèi)飾材料熔融滴落性能測試儀的研制

林 旭,楊成麗,劉 壯 ,李 政

（山東省紡織科學(xué)研究院,山東青島 266032）

文章闡述了汽車內(nèi)飾材料熔融滴落性能測試儀的研制與設(shè)計(jì),介紹了汽車內(nèi)飾材料熔融滴落性能測試儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和技術(shù)特征。并應(yīng)用該儀器對汽車內(nèi)飾材料（化纖、塑料）依據(jù)歐盟標(biāo)準(zhǔn)95/28/EC ANNEXⅤ進(jìn)行了熔融測定。試驗(yàn)結(jié)果表明該儀器控溫準(zhǔn)確,測試結(jié)果重現(xiàn)性好,為提高化纖、塑料材料抗熔融滴落測試提供了可靠的檢測手段。

汽車內(nèi)飾材料;輻射熔融;輻射融滴

1 前言

隨著國內(nèi)汽車工業(yè)的興起,該行業(yè)對內(nèi)飾材料熔融滴落性能越來越重視。山東省紡織科學(xué)研究院為滿足汽車生產(chǎn)企業(yè)及檢測部門對于材料熔融滴落性能檢測設(shè)備的強(qiáng)烈需求,最新研制了汽車內(nèi)飾材料熔融性能測試儀。該儀器也將為大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)研究改善提高高分子材料（化纖、塑料）熔融滴落性能提供一種定量測試手段。

2 材料熔融滴落測試機(jī)理的研究

汽車內(nèi)飾材料產(chǎn)生熔融滴落的主要原因是內(nèi)飾材料的原始物理特性造成的。因?yàn)槠湓诟邷貢r(shí)熔體粘度隨溫度升高急劇下降。研究發(fā)現(xiàn)可以通過對結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)改性來降低熔體粘度對溫度的敏感性。聚合物鏈的支化可以在一定程度上提高聚合物的熔體粘度,以制備具有阻燃性及耐熔滴性能的材料。材料熔融性能測試的原理是：樣品水平置于熱源之下,裝有棉花的收集器置于試樣之下,用于收集樣品熔化產(chǎn)生的滴落物,觀察滴落物是否引燃收集器內(nèi)的棉花,以此評定樣品的抗熔融滴落性能。

3 儀器整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)人機(jī)工程學(xué)要求,為方便試驗(yàn)操作人員的操作,儀器整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為機(jī)械與電氣控制分體式。機(jī)械部分根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)外觀遵循的黃金比例原則,將該部分長寬高等尺寸分割均按照黃金分割比例來執(zhí)行,以滿足儀器外型的美感要求。傳動(dòng)部分操作手柄高度方便操作人員操作?？刂葡湓O(shè)計(jì)成階梯狀,將控制部分劃分為兩個(gè)相對集中又各自獨(dú)立的空間。下半部為熱源功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作空間,該空間頂部設(shè)計(jì)成一個(gè)相對比較寬敞的平臺(tái),特制的定位夾將手持熱通量計(jì)安裝在這個(gè)平臺(tái)上。上半部又劃分為電氣控制和循環(huán)水流量控制兩部分,便于儀器的安裝布線,也方便維修。

4 熱源結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)要求熱源必須滿足在與加熱器表面平行且距離為30 mm的平面上測量時(shí),加熱器的輻射功率應(yīng)為3 W/cm2。因此為了滿足標(biāo)準(zhǔn)要求且考慮到熱源外觀的美觀性,同時(shí)兼顧所定制的高溫輻射燈管的外形尺寸要求,將熱源整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為半圓柱體與手柄焊接結(jié)構(gòu)。手柄長度用以調(diào)整熱源與支持樣品的格網(wǎng)、熔渣盤在同一中心軸位置上。手柄上配有推拉把手確保在試驗(yàn)過程中隨時(shí)可以通過推拉將熱源撤離試樣上方或復(fù)位。手柄上還配有定位套,以滿足每次開始試驗(yàn)時(shí),熱源能夠迅速而準(zhǔn)確地通過推拉回復(fù)到試樣正上方,且滿足與試樣格網(wǎng)及熔渣盤在同一中心軸的要求。為了保證熱源輻射表面在運(yùn)動(dòng)時(shí)始終垂直向下且不會(huì)扭轉(zhuǎn),在手柄上銑有長的與手柄軸向平行的導(dǎo)向兼定位鍵槽,依靠安裝在傳動(dòng)螺母上的定位把手進(jìn)行運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向及定位。

為了充分利用熱源能量以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的熱流密度要求,在熱源結(jié)構(gòu)上還設(shè)計(jì)了具有完全反射作用的熱源內(nèi)罩,以使高溫輻射燈管發(fā)射出來的熱量最大限度地反射到試樣上。另外為了使熱源在整個(gè)輻射表面熱量輻射均勻,高溫輻射燈管的安裝平面內(nèi)采用了定位塊均勻間隔各個(gè)燈管的方式來實(shí)現(xiàn)。石英玻璃壓蓋的設(shè)計(jì)既滿足了玻璃固定的要求,又實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)要求的輻射面。

5 熱源傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

由于標(biāo)準(zhǔn)上要求熱源高度可以調(diào)整,且確保試驗(yàn)時(shí)熱源可以方便地回調(diào)到距離試樣表面30 mm的位置。因此將傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成手動(dòng)操作的絲杠螺母傳動(dòng)（見圖1）。

整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)通過旋轉(zhuǎn)固連在絲杠端部的手輪,帶動(dòng)螺母上下運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)了熱源與試樣表面之間距離的調(diào)節(jié)。而且由于螺母絲杠傳動(dòng)具有螺母在絲杠的任意位置均可停住的功能,這樣也確保熱源被轉(zhuǎn)動(dòng)移位后可以回到原來位置。

圖1 主機(jī)外觀示意圖

6 試樣安裝定位裝置設(shè)計(jì)

由于標(biāo)準(zhǔn)上要求支持試樣的為格網(wǎng),且要求加熱器、支持樣品的格網(wǎng)、熔渣盤應(yīng)在同一中心軸位置上。因此在試樣支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上,一方面考慮到試驗(yàn)后清洗方便,將格網(wǎng)與支架設(shè)計(jì)成分體式,支架上設(shè)計(jì)有格網(wǎng)定位臺(tái)階,方便格網(wǎng)安裝和定位。支架設(shè)計(jì)成定位圓環(huán)與手柄焊接結(jié)構(gòu)（見圖2）。手柄長度用以調(diào)整支持樣品的格網(wǎng)與熱源、熔渣盤在同一中心軸位置上。手柄上配有推拉把手確保在試驗(yàn)過程中隨時(shí)可以通過推拉將支持樣品的格網(wǎng)撤離熱源下方或復(fù)位。手柄上還配有定位套,以滿足每次開始試驗(yàn)時(shí),支持樣品的格網(wǎng)能夠迅速而準(zhǔn)確地通過推拉回復(fù)到熱源正下方,且滿足與熱源及熔渣盤在同一中心軸的要求。為了保證支持樣品的格網(wǎng)下表面在運(yùn)動(dòng)時(shí)始終處于水平狀態(tài)且不會(huì)扭轉(zhuǎn),在手柄上銑有長的與手柄軸向平行的導(dǎo)向兼定位鍵槽,依靠安裝在下定位塊上的定位把手進(jìn)行運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向及定位。

圖2 試樣安裝定位裝置結(jié)構(gòu)示意圖

7 熔渣盤結(jié)構(gòu)及定位設(shè)計(jì)

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求容器是一個(gè)內(nèi)徑為118 mm,深度為12 mm的圓盤,里面放滿棉絮?？紤]到有些試樣熔融后介質(zhì)具有腐蝕性,將熔渣盤材質(zhì)選為耐蝕不銹鋼。結(jié)構(gòu)上按照標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì),為方便安裝定位,在盤外圓上均布焊接四個(gè)定位安裝腳,腳底面與熔渣盤底面平齊（見圖3）。

圖3 熔渣盤結(jié)構(gòu)示意圖

8 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于熱源的輻射功率需要定期標(biāo)定,而標(biāo)定用的傳感器需要用循環(huán)水冷卻,以防傳感器過熱而損壞。為確保整個(gè)標(biāo)定過程中,冷卻水能將傳感器接收的輻射熱帶走,特使用高性能潛水泵,使其在盛滿水的容器中工作,且在整個(gè)水路中串接一玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì),在標(biāo)定前調(diào)節(jié)流量計(jì)顯示在約0.3 M Pa的進(jìn)水壓力下水流量30 L/H。冷卻水循環(huán)系統(tǒng)框圖如圖4所示：

圖4 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)框圖

9 自動(dòng)控制系統(tǒng)及熱源功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

電氣控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)框圖如圖5所示。自動(dòng)控制系統(tǒng)是使儀器正常工作所需要的電器件的組合總稱。它主要包括：測試操作界面、動(dòng)力氣源系統(tǒng)、壓力監(jiān)測系統(tǒng)、定時(shí)系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)。幾個(gè)系統(tǒng)間相互依存、賴以共存。操作界面直接聽從工作人員的意愿,根據(jù)操作指令控制整個(gè)系統(tǒng)的工作;熱流量計(jì)及傳感器系統(tǒng)需要降溫循環(huán)水系統(tǒng)支持,循環(huán)水流量控制根據(jù)熱流傳感器的需要在控制面板調(diào)節(jié)。

圖5 電氣控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)框圖

操作界面如圖6所示。它不僅直接反映出實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)數(shù)據(jù),還能為工作人員操作儀器提供一個(gè)平臺(tái)。操作人員按照正常操作步驟,設(shè)置各項(xiàng)參數(shù),根據(jù)顯示表和熱流量測試系統(tǒng)的指示做出正確判斷,直接控制儀器的運(yùn)行情況。加熱控制系統(tǒng)由紅外熱輻射熱流和電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成。紅外熱輻射熱源設(shè)計(jì)功率超過了試驗(yàn)要求的500W,通過調(diào)節(jié)熱源供給電壓,并與熱流顯示相結(jié)合,使熱源達(dá)到試驗(yàn)要求。

圖6 操作面板

10 儀器的試驗(yàn)情況及分析

我們分別選用紅尼龍針織物,阻燃滌綸布和塑料三種試樣,依據(jù)歐盟標(biāo)準(zhǔn)95/28/EC ANNEXⅤ在汽車內(nèi)飾材料熔融滴落性能測試儀對三種試樣進(jìn)行試驗(yàn),所測結(jié)果見表1。在做試驗(yàn)時(shí),紅尼龍織物和阻燃滌綸布都是薄型織物,該塑料選用汽車內(nèi)飾板,由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見,紅尼龍針織材料的抗熔融滴落性能有待提高。用該儀器的測試結(jié)果具有不可替代的指導(dǎo)作用。試驗(yàn)表明,儀器是檢測材料熔融滴落性能的必備儀器。

表1 試驗(yàn)結(jié)果

11 結(jié)論

汽車內(nèi)飾材料熔融滴落性能測試儀的研制成功滿足了企業(yè)和產(chǎn)品檢測機(jī)構(gòu)需求,為研究材料抗熔融滴落性提供了科學(xué)手段,該儀器2009年通過青島市科技局組織的科研成果鑒定。鑒定專家一致認(rèn)為本項(xiàng)目填補(bǔ)了國內(nèi)空白,適用面廣,具有較大的市場潛力?？傮w性能達(dá)到了國際同類儀器先進(jìn)水平。

[1] 95/28/EC ANNEXⅤ,TEST TO DETERM INE THE M ELTINGBEHAV IOUR OFMA TERIALS[S].

[2] 趙雪,朱平,展義臻,王炳.阻燃紡織品的性能測試方法及發(fā)展動(dòng)態(tài)[J].染整技術(shù),2007,（5）;38—41,51.

[3] 吳志新,張虹等.汽車內(nèi)飾材料燃燒特性的評價(jià)方法及試驗(yàn)

分析[J].火災(zāi)科學(xué),2001,10（4）：217—221.

Develop Melting Drop Tester for Materials
Used in the In terior Construction of M otor Vehicle

L IN Xu,YANG Cheng-li,L IU Zhuang,L I Zheng
（Shangdong Textile Research Institute,Qingdao 266032,China）

The structure design and technique features of melting Drop tester formaterials used in the interio r construction of mo to r vehicle w ere introduced.And the melting p roperties of automo tive interio r materials w ere tested.The results show that the temperature control is accurate.The test results are show n good rep roducibility.The apparatus isa reliablemeans to imp rove themelting p roperties of chemical fibre and plastic materials.

materials used in the interio r construction of moto r vehicle;radiant melting behavio r;radiantmolten drop

TS103.6+5

A

1009-3028（2010）02-0027-04

2010-02-25

林 旭（1960—）,男,浙江寧波人,研究員。