車用非金屬材料的透氣度檢測

PERMEABILITY TEST OF NON-METAL MATERIALS

Abstract: This paper introduces some conventional permeability test methods to non-metal materials such as the polyurethane foam ( soft or semi-hard foam ), textile, leather.
Key words: pressure difference, flow rate, air permeability, air flow resistance

1、問題的提出

    聚氨脂泡沫塑料、皮革、紡織品、濾芯紙板等材料常被用於汽車座椅、內裝飾織物、安全氣囊、空氣阻流板、門板內襯、發動機空氣濾清器等。對這些材料來講，其材質的透氣程度是一個很重要的技術參數，因為它會直接影響到整車駕駛的舒適性和安全性。因此對以上材料透氣度的檢測，是各生產商及供應商不可或缺的工作。本文將結合有關標准介紹幾種主要車用非金屬材料的透氣度檢測方法，希望能給讀者提供有益的幫助。

2、聚氨脂泡沫塑料透氣度的檢測

    在汽車軟飾用塑料制品中，聚氨酯泡沫塑料的應用最為廣泛，比如座椅、軟飾儀表板、頂棚內襯裡、轉向盤等等。聚氨酯泡沫塑料大概分軟質、半硬質、硬質泡沫塑料三大類，本文主要介紹軟質或半硬質泡沫材料的透氣性檢測。

    ISO 4638、GB/T 10655-2003規定了像聚氨脂泡沫這類多孔彈性高聚物材料空氣透過率的測定方法。該標准的測試原理在於將一被控制的恆定流量的氣流垂直通過試樣，測定在試樣兩側所造成的壓力差△P。然後由Darcy定律求得材料的空氣透過率，見公式( 1 )：

---------------------------------- ( 1 )

式中 : u ---- 空氣線流速,m·s -1 ; qv ---- 空氣流量, m³·s -1 ;

A ---- 試樣截面積, m² ; K ---- 空氣透過率, m² ;

△P ---- 通過試樣的壓降,Pa; η ---- 空氣的動力粘度,Pa·s;

δ ---- 試樣的厚度,m。

    比較傳統的試驗方法（試驗裝置示意圖參見圖 1）：做一個內腔是長方體或圓柱體的測量室，在距離底面50mm處，放置一個開孔率大於70%的格柵，將按標准尺寸裁剪好的試樣放在格柵上面。測量室一側連接氣壓計或差壓傳感器，而另一側連接空氣流通裝置。該裝置一般由真空極限為6x10 -2 的真空泵和針閥開關組成，可使通過測量室的吸氣達到足夠的流量，並且流量可以調節。在測量室與空氣流通裝置之間安裝流量測定裝置，該裝置采用三個平行的流量計，其中一個流量計用來測量氣流量,另外兩個用來驗證流量值的讀數,試驗時氣流量的選定值應位於滿刻度的20%至80%之間。具體試驗步驟：按規定把試樣放在格柵上面後，開啟真空泵，觀察流量計，通過調節針閥，使流量逐漸接近規定值1分鍾或達到穩定時，觀察氣壓計或差壓傳感器，記錄下壓降△P。

圖 1 聚氨脂泡沫塑料透氣度測定示意圖

3、車用紡織品透氣度的檢測

    汽車工業一直以來都是產業用紡織品的最大用戶， ASTM D737、GB/T 5453 規定了紡織品透氣度的測定方法。該標准的測試原理是：在規定的壓差條件下，測定一定時間內垂直通過試樣給定面積的氣流流量，計算出透氣率 R。見公式( 2 )：

----------------------------------- ( 2 )

式中 : qv ---- 平均氣流量, dm³/min（L/min）; A ---- 試樣截面積, cm² ;

167 ---- 由dm³/min × cm² 換算成mm/s的換算系數；　 R ---- 透氣率,mm/s。

    紡織品透氣度的具體測試方法很多，比較傳統的試驗方法（試驗裝置示意圖參見圖 2）：把試樣安放在可更換不同通口面積的氣室上，並用夾具固定好，起動吸風機，借助調壓器慢慢調節吸風電機的速度，使傾斜壓力計中的液面穩定在13mm水柱處。此時觀察垂直壓力計並記錄之，讀數精確到刻度尺的一小格，最後從壓差—流量圖表中查出相應的透氣量。

圖 2 紡織品透氣度測定示意圖

4、汽車用皮革 透氣度的檢測

    皮革多用於高級轎車的座椅蒙皮、儀表板和車身外裝飾件，給人以豪華、氣派、舒適的感覺。GB/T 4689規定了皮革透氣度測試的試驗方法。該標准的測試原理：使皮革試樣兩側相反的方向上形成一定的空氣的壓力差，而測量在此情況下透過試樣的空氣體積。即單位面積透過空氣速度的性能，結果以透氣度[mL/（cm²·h）]表示。見公式( 3 )：

----------------------------------- ( 3 )

式中： K ---- 透氣度，ml/（cm²·h）； t0 --- 空白試驗所需的時間，s；

t ---- 試樣透過100 mL空氣所需的時間，s； 10 --- 空氣透過的試樣的面積，cm²。

    皮革透氣度測試比較傳統的試驗方法（試驗裝置請參見圖 3）：關閉水流控制開關和空氣控制制開關，拔下磨口塞，向量筒中加水，並將磨口塞塞緊，然後打開水流控制開關，檢查系統是否泄露。先不放試樣，將水流控制開關關閉，將（20±3）℃的蒸餾水裝滿量筒後塞緊磨口塞。打開水流開關，再打開空氣控制開關，水從排水管中流出，當水位下降到“0”刻度時，立即開動秒表，待水位降到刻度“100”時立即停止秒表，記錄所需時間t 0。然後放上試樣，重復上面的操作，得到時間t。把測試結果代入公式（3），便求得透氣度K。

圖 3 皮革透氣度測定示意圖

5、結束語

    可以想見今後具有透氣性的車用非金屬的使用將會越來越廣泛，產業界對新材料的開發一刻也沒有停止過。如何保證材料透氣性優良與否，只有靠檢驗纔能知道。上述所述試驗方法都是比較傳統的試驗方法，優點是設備比較經濟，易搭建，缺點是自動化程度不高、人為操作誤差大等。近年來，透氣度檢測設備也正從傳統型向電子自動方式轉變，筆者將在下期就這一問題做專題闡述，希望大家能繼續關注。

參考文獻：

• 周達飛 .汽車用塑料——塑料在汽車中的應用 北京：化學工業出版社，2003
• 李尹熙 .汽車用非金屬材料 北京：北京理工大學出版社，1999
• ISO4638 Polymeric Materials，Cellular Flexible--Determination of Air Flow Permeability
• ASTM D 737 Standard Test Method for Air Permeability of Textile Fabrics
• GB/T 4689.22-1996 皮革 透氣性測定方法
• GB/T 10655-2003 高聚物多孔彈性材料空氣透過率的測定
• GB/T 5453-1997 紡織品 織物透氣性的測定