Thử nghiệm gia tốc đánh giá độ bền vật liệu ô tô

1. Đặt vấn đề:

Từ năm 1915 khi mà thiết bị thử nghiệm độ bền màu đầu tiên trong phòng thí nghiệm được sử dụng, ngành công nghiệp ô tô đã chú ý đến thử nghiệm nhằm cải thiện sản phẩm và xác minh tính phù hợp của nhà sản xuất.

Ngày nay, với sản lượng ô tô và xe tải toàn cầu ước tính khoảng 100 triệu xe, không có gì đáng ngạc nhiên khi phân khúc ô tô chiếm phần lớn trong tất cả các thử nghiệm thời tiết. Thêm vào số đó các ngành công nghiệp cùng lĩnh vực như xe máy, máy móc nông nghiệp và xây dựng, xe địa hình, xe quân sự, thiết bị hàng không vũ trụ, phương tiên ngành thương mại và các phương tiện giải trí (thủy phi cơ, xe trượt tuyết, v.v.) ngày càng phát triển cũng cần phải thử nghiệm nhằm đưa ra dự báo về độ bền trước tác động của thời tiết, môi trường khai thác đặc thù của chúng.

Các vật liệu, chi tiết tùy theo công dụng, vị trí lắp đặt khác nhau thì thường được thử nghiệm thời tiết theo các hình thức khác nhau và tùy thuộc mục đích của nhà sản xuất, khai thác chúng.

2. Mục đích, yêu cầu:

Đánh giá độ bền, độ tin cậy (dự báo tuổi thọ) của đối tượng thử nghiệm trong các điều kiện khí hậu nhiệt đới, môi trường đặc thù khác nhau và đưa ra kết luận, khuyến nghị sử dụng.

Đối tượng và phương pháp thử nghiệm:

* Đối tượng:

– Các vật liệu bên ngoài ô tô: Các loại sơn phủ, bao gồm sơn đơn lớp, đa lớp (sơn lót/sơn bóng); hệ thống ốp cản trước, sau và các tấm thân; đèn chiếu sáng bên ngoài của ô tô ; ngoại thất, đề can (trang trí), gioăng đệm che mưa; kính ô tô; các linh kiện dưới mui xe; khung gầm; các chi tiết của bánh xe…

– Các vật liệu nội thất ô tô: Bảng điều khiển và tấp ốp cửa, vỏ túi khí, nhựa cứng khác; thảm lót, bọc ghế, bọc trần; thiết bị điện tử (màn hình hiển thị, hệ thống radio và giải trí, định vị, thông tin, màn tin lái và hỗ trợ lái, thiết bị wifi, các cảm biến, màn hình hiển, thiết bị hỗ trợ lái, thiết bị lái tự động, các tấm hiện thị OLED và hiển thị trên gương …); đai an toàn …

* Phương pháp:

– Thử nghiệm tự nhiên (phơi mẫu tại các trạm thử nghiệm) để đánh giá tác động thực tế của thời tiết.

– Thử nghiệm gia tốc trong PTN để đánh giá nhanh độ bền hóa-lý của vật liệu trên cơ sở mô phỏng các chu kỳ thời tiết hoặc yếu tố môi trường khai thác.

Các thử nghiệm được tiến hành theo các chương trình thử nghiệm theo yêu cầu của khách hàng hoặc theo tư vấn, đề xuất của PTN.

Ngoài ra, chúng tôi còn thử nghiệm đánh giá các tính chất cơ lý vật liệu trang trí, kiến trúc như: Độ bền kéo đứt; độ bền xé rách; độ bóng; độ bền màu …

Sau đây xin giới thiệu một số giải pháp thử nghiệm độ bền thời tiết đối với các chi tiết, cụm chi tiết cụ thể của ô tô:

3. Đối với các vật liệu bên ngoài ô tô

Sơn phủ

Thử nghiệm tự nhiên của sơn ô tô được thực hiện ở các trạm thử nghiệm thời tiết trên hộp đen đặt trên giá thử nghiệm, mặt trên của hộp được sơn, mặt dưới của hộp hở để mô phỏng khoảng không gian và nhiệt độ của thân ô tô.

Thử nghiệm thời tiết nhân tạo trong phòng thí nghiệm của hệ thống sơn và của lớp phủ ô tô chủ yếu được thực hiện phù hợp với OEM hoặc các tiêu chuẩn khác (ví dụ SAE, VDA, JASO) dựa trên các phương pháp tiêu chuẩn của thử nghiệm hồ quang Xenon nhờ thiết bị thử nghiệm Atlas Ci4000 hoặc Atlas XENOTEST 440 và UVTest.

Thử nghiệm ăn mòn cho hệ thống sơn ô tô được thực hiện dựa trên các phương pháp tiêu chuẩn của thử nghiệm ăn mòn nhờ các buồng thử nghiệm mù muối, buồng thử nghiệm khí công nghiệm ô nhiễm bao gồm nhiều chu kỳ phức tạp của chu trình ướt/khô, nhiệt độ, phun chất điện ly. Với tủ thử nghiệm ăn mòn mù muối WEISS SC450, tủ thử nghiệm khí ô nhiễm NUERTEK đáp ứng đầy đủ các thử nghiệm ăn mòn cho hệ thống sơn theo chu trình từ cơ bản đến phức tạp theo từng tiêu chuẩn thử nghiệm cụ thể.

Thử nghiệm ăn mòn cho hệ thống sơn ô tô được thực hiện dựa trên các phương pháp tiêu chuẩn của thử nghiệm ăn mòn nhờ các buồng thử nghiệm mù muối, buồng thử nghiệm khí công nghiệm ô nhiễm bao gồm nhiều chu kỳ phức tạp của chu trình ướt/khô, nhiệt độ, phun chất điện ly. Với tủ thử nghiệm ăn mòn mù muối WEISS SC450, tủ thử nghiệm khí ô nhiễm NUERTEK đáp ứng đầy đủ các thử nghiệm ăn mòn cho hệ thống sơn theo chu trình từ cơ bản đến phức tạp theo từng tiêu chuẩn thử nghiệm cụ thể.

• Hệ thống ốp cản trước, sau và các tấm thân

Hệ thống ốp cản trước, cản sau hoặc các module sơn màu được thử nghiệm trong phòng thử nghiệm thời tiết với sử dụng các mẫu nhỏ hơn lấy từ ốp cản trước, sau được thử nghiệm giống như thử nghiệm đối với lớp sơn phủ.

• Đèn chiếu sáng bên ngoài của ô tô

Các thấu kính và mặt kính bên trong cụm đèn trước và đèn sau thử nghiệm tự nhiên bằng cách phơi mẫu tại các trạm thử nghiệm tự nhiên theo yêu cầu của nhà sản xuất.

Các cụm đèn chiếu sáng ngoài được thử nghiệm trong phòng bằng đèn Xenon trong tủ thời tiết nhân tạo Atlas Ci4000.  Tủ thử nghiệm thời tiết nhân tạo Atlas Ci4000 đủ rộng cho hầu hết các chi tiết đèn chiếu sáng. Nếu có yêu cầu thử nghiệm thời tiết ngoài trời được thực hiện theo yêu cầu của nhà sản xuất phù hợp với các tiêu chuẩn tương ứng.

• Ngoại thất, đề can (trang trí), gioăng đệm che mưa

Các thành phần trang trí ngoại thất, huy hiệu, vỏ gương, giá nóc xe, các loại gioăng đệm được thử nghiệm thời tiết nhân tạo trong phòng thí nghiệm dựa trên các phương pháp tiêu chuẩn nhờ thiết bị thử nghiệm thời tiết nhân tạo Atlas Ci4000 và Atlas XENOTEST 440.

• Kính ô tô

Phơi tĩnh ngoài trời đối với kính chắn gió, kính phía sau, cửa sổ trời thường được thực hiện ở trạm thử nghiệm tự nhiên. Hiệu quả của kính chống nắng đối nội thất trong cabin thường được phơi nắng hoàn toàn nhờ giá phơi quay theo hướng mặt trời.

• Các linh kiện dưới mui xe, khung gầm, các chi tiết của bánh xe

Các chi tiết này thường không chịu tác động của bức xạ mặt trời. Các thành phần polymer dưới mui xe như ống cao su mềm, dây đai, hộp polymer thường được thử nghiệm nhờ đèn Xenon trong tủ thử nghiệm thời tiết nhân tạo Atlas Ci4000 và Atlas XENOTEST 440.

Chi tiết của bánh xe ô tô (nguồn internet)

Các chi tiết kim loại dưới mui xe, của khung gầm, bánh xe và của hệ thống phanh thường được thử nghiệm ăn mòn. Các thành phần điện như là bộ khởi động động cơ, cuộn dây thường được thử nghiệm ăn mòn ở chế độ hoạt động. Các thử nghiệm ăn mòn chi tiết ô tô thường bao gồm nhiều chu kỳ phức tạp ẩm/khô, nhiệt độ và phun chất điện ly. Tủ thử nghiệm mù muối WEISS SC450, tủ thử nghiệm khí ô nhiễm NUERTEK đáp ứng tất cả các thử nghiệm theo chu kỳ cơ bản và phức tạp khác nhau.

Đối với các vật liệu nội thất ô tô

• Bảng điều khiển và tấp ốp cửa, vỏ túi khí, nhựa cứng khác

Vật liệu bảng điều khiển trung tâm, tấm ốp cửa, nắp túi khí được thử nghiệm độ bền màu (ví dụ, phai màu, thay đổi màu sắc, độ bóng, độ dính, v.v.) và sự xuống cấp do bức xạ mặt trời được chiếu qua kính ô tô kết hợp với nhiệt độ và độ ẩm trong cabin cao. Chúng thường được thử nghiệm trong phòng thí nghiệm bằng đèn Xenon phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của nhà sản xuất.

Nếu có yêu cầu thử nghiệm tự nhiên thì thường được thực hiện trong hộp kín mô phỏng điều kiện trong cabin ô tô. Ngoài ra có thể thực hiện phơi tĩnh gián tiếp dưới tác động của yếu tố thời tiết thì các mẫu được được phơi dưới ánh sáng mặt trời tự nhiên chiếu qua lớp kính.

Một số thử nghiệm vật liệu cấu thành ô tô (nguồn internet)

• Thảm lót, bọc ghế, bọc trần

Vật liệu dệt may chủ yếu được kiểm tra độ bền màu bằng cách sử dụng đèn Xenon trong phòng thí nghiệm.

Ngoài ra chúng cũng có thể được thử nghiệm trong hộp kín mô phỏng bên trong ô tô hoặc phơi tĩnh gián tiếp dưới ánh sáng mặt trời tự nhiên chiếu qua lớp kính.

• Thiết bị điện tử

Thiết bị điện tử bao gồm màn hình hiển thị, hệ thống radio và giải trí, định vị, thông tin, màn tin lái và hỗ trợ lái, thiết bị wifi v.v.

Hầu hết các thiết bị điện tử trong cabin ô tô đều thử nghiệm trong phòng thí nghiệm nhờ đèn Xenon. Ngoài ra các thiết bị điện tử hiện đại được ứng dụng trong thời gian gần đây như là các cảm biến, màn hình hiển thị, thiết bị hỗ trợ lái, thiết bị lái tự động, các tấm hiện thị OLED và hiển thị trên gương có thể yêu cầu thử nghiệm bổ sung tuổi thọ.

Thử nghiệm ô tô nguyên chiếc (nguồn internet)

• Hệ thống an toàn

Hệ thống an toàn thụ động cho hành khách như đai an toàn phải thử nghiệm tác động của tia UV và thử nghiệm ăn mòn cũng như khả năng chống cháy để đáp ứng tiêu chuẩn an toàn quốc gia, ngành công nghiệp và của nhà sản xuất. Ở một số nước có thể yêu cầu thử nghiệm thêm độ bền dưới tác động của đèn Xenon.

4. Cơ sở vật chất, trang thiết bị:

  – Hệ thống các trạm thử nghiệm tự nhiên nằm ở 3 vùng khí hậu nhiệt đới điển hình của Việt Nam: Trạm Hòa Lạc (ngoại thành Hà Nội), Trạm Đầm Báy (Nha Trang, Khánh Hòa), Cần Giờ (huyện Cần Giờ, TP Hồ Chí Minh) phục vụ thử nghiệm tĩnh ngoài trời được trang bị đầy đủ phương tiện đo các thông số khí tượng (nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, gió, bức xạ mặt trời …) và các thông số môi trường (Clo sa lắng, CO₂, SO₂, độ pH, độ mặn của nước ..) cùng với các giá chuyên dụng trên sân phơi có mái che, trong nhà, hoặc sân phơi được xây dựng theo yêu cầu thử nghiệm thực tế, phao thử nghiệm biển …

– Các trang thiết bị PTN hiện đại, công suất lớn, hiệu suất cao của  cho phép thử nghiệm các mẫu thử lớn cơ bản đáp ứng được các tiêu chuẩn thử nghiệm trên thế giới hiện nay: Buồng phun sương muối SC450, Tủ thử nghiệm nhiệt ẩm WK11-600/40, Tủ shock nhiệt VT 7012, Tủ thử nghiệm lão hóa Xenontest 440, Tủ thử nghiệm lão hóa Xenontest Ci4000 (Atlas, Mỹ), tủ lão hóa UVTest, Buồng Test Ozone 0550 – CCSi, thiết bị thử ăn mòn CCX3000 (Atlas).

Ngoài ra PTN được trang bị các phương tiện thử cơ lý như: Máy đo độ bền kéo đứt Zwich/Roell Z010-Đức; máy đo độ bền xé rách ProTear Elmendorf Tear Tester – Mỹ; máy đo độ bóng Novo Gloss Trio – Anh; máy đo màu Xrite Ci62-Mỹ ….

5. Trình độ, kinh nghiệm: Phòng Thử nghiệm Tổng hợp có đội ngũ chuyên gia có trình độ cao, giàu kinh nghiệm cùng với trang thiết bị hiện đại, đồng bộ là đơn vị hàng đầu cung cấp dịch vụ thử nghiệm thời tiết (bao gồm thử nghiệm thời tiết tự nhiên và nhân tạo) cho các nhà nhà sản xuất ô tô. Chúng tôi tự tin sẽ đáp ứng đầy đủ các phương pháp thử nghiệm khắt khe tiên tiến từ cơ bản đến phức tạp của ngành ô tô hiện nay.

6. Các tiêu chuẩn thử nghiệm được áp dụng:

• ASTM D7869 Standard Practice for Xenon Arc Exposure Test with Enhanced Light and Water Exposure for Transportation Coatings
• BMW GS 95024-3-1 Electrical and electronic components in motor vehicles – Environmental requirements and testing
• BMW AA-P 260 Accelerated weathering crack resistance (Kurzbewitterung im Xenotestgerät – Rissbeständigkeit)
• BMW AA-P 288 Accelerated weathering colour stability (Kurzbewitterung im Xenontestgerät Farbbeständigkeit)
• BMW PR 306.5 Solar simulation for trim parts
• DIN 75220 Ageing automobile components in solar simulations units
• Ford FLTM BO 116-01 Resistance to interior weathering
• Ford CETP 00.00L-467 Accelerated Cyclic Corrosion Test
• GB/T 32088 Accelerated weathering test methods of automotive nonmetallic components and materials using a xenon-arc apparatus
• GME 60292 Designation of Colour Fastness and Resistance to Artificial Light
• GMW 14162 Colorfastness to Artificial Weathering
• ISO 105-B02 Textiles – Tests for colour fastness – Part B02: Colour fastness to artificial light: Xenon arc fading lamp test (is used e.g. safety belts)
• ISO 105-B06 Textiles – Tests for colour fastness – Part B06: Colour fastness and ageing to artificial light at high temperatures: Xenon arc fading lamp test (Very important and frequently used test)
• ISO 105-B10 Textiles – Tests for colour fastness – Part B10: Artificial weathering – Exposure to filtered xenon-arc radiation (not used for automotive)
• ISO 4892-2 Plastics – Methods of exposure to laboratory light sources – Part 2: Xenon-arc sources
• ISO 16464-2 Paints and varnishes – Methods of exposure to laboratory light sources – Part 2: Xenon-arc lamps
• JASO M346 Light-exposure test method by xenon-arc lamp for automotive interior part
• JASO M351 Automotive parts – Accelerated weathering testing method by xenon-arc lamp for exterior parts
• JIS D 0205 Test Method of Weatherability for Automotive Parts
• Nissan M0158 Cyclic Corrosion Tests
• SAE J2334 Laboratory Cyclic Corrosion Test
• SAE J2412 Accelerated Exposure of Automotive Interior Trim Components Using a Controlled Irradiance Xenon-Arc Apparatus
• Toyota TSH 1555G Cyclic Corrosion Test
• VDA 621-429 Tests for automotive coatings – Weathering test for colour fastness
• VDA 75202 Automotive interior materials – Colourfastness and ageing test against light at high temperatures: Xenon arc
• Volvo STD 423 Light exposure – Accelerated weather ageing of exterior materials