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,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進行了熔融測定。試驗結(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。因為其在高溫時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

根據(jù)人機工程學(xué)要求,為方便試驗操作人員的操作,儀器整體結(jié)構(gòu)設(shè)計為機械與電氣控制分體式。機械部分根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計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。傳動部分操作手柄高度方便操作人員操作?？刂葡湓O(shè)計成階梯狀,將控制部分劃分為兩個相對集中又各自獨立的空間。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)計成一個相對比較寬敞的平臺,特制的定位夾將手持熱通量計安裝在這個平臺上。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

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,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過程中隨時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時,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動時始終垂直向下且不會扭轉(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,依靠安裝在傳動螺母上的定位把手進行運動導(dǎo)向及定位。

為了充分利用熱源能量以達到標(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燈管的方式來實現(xiàn)。石英玻璃壓蓋的設(shè)計既滿足了玻璃固定的要求,又實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)要求的輻射面。

5 熱源傳動系統(tǒng)的設(shè)計

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

整個傳動系統(tǒng)通過旋轉(zhuǎn)固連在絲杠端部的手輪,帶動螺母上下運動,從而實現(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)動移位后可以回到原來位置。

圖1 主機外觀示意圖

6 試樣安裝定位裝置設(shè)計

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)計上,一方面考慮到試驗后清洗方便,將格網(wǎng)與支架設(shè)計成分體式,支架上設(shè)計有格網(wǎng)定位臺階,方便格網(wǎng)安裝和定位。支架設(shè)計成定位圓環(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過程中隨時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時,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)下表面在運動時始終處于水平狀態(tài)且不會扭轉(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行運動導(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

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求容器是一個內(nèi)徑為118 mm,深度為12 mm的圓盤,里面放滿棉絮。考慮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,為方便安裝定位,在盤外圓上均布焊接四個定位安裝腳,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

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,且在整個水路中串接一玻璃轉(zhuǎn)子流量計,在標(biāo)定前調(diào)節(jié)流量計顯示在約0.3 M Pa的進水壓力下水流量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 自動控制系統(tǒng)及熱源功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計

電氣控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計框圖如圖5所示。自動控制系統(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、動力氣源系統(tǒng)、壓力監(jiān)測系統(tǒng)、定時系統(tǒng)和報警系統(tǒng)。幾個系統(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)操作指令控制整個系統(tǒng)的工作;熱流量計及傳感器系統(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)計框圖

操作界面如圖6所示。它不僅直接反映出實驗的各項數(shù)據(jù),還能為工作人員操作儀器提供一個平臺。操作人員按照正常操作步驟,設(shè)置各項參數(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)計功率超過了試驗要求的500W,通過調(diào)節(jié)熱源供給電壓,并與熱流顯示相結(jié)合,使熱源達到試驗要求。

圖6 操作面板

10 儀器的試驗情況及分析

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行試驗,所測結(jié)果見表1。在做試驗時,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。試驗表明,儀器是檢測材料熔融滴落性能的必備儀器。

表1 試驗結(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)為本項目填補了國內(nèi)空白,適用面廣,具有較大的市場潛力。總體性能達到了國際同類儀器先進水平。

[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方法及試驗

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。