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汽车轮胎耐用性验证:氙灯加速老化试验箱的全光谱模拟与实践

更新时间:2025-08-26&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;浏览次数:6

汽车轮胎作为直接接触户外环境的核心部件,长期承受阳光暴晒、温度波动与湿度侵蚀 —— 夏季路面温度可达 60℃以上,紫外线(尤其是 UVB 波段)与可见光共同作用,会导致轮胎橡胶分子链断裂,3 年使用后普通轮胎胎面裂纹率常超 30%,弹性衰减达 15%,直接影响行车安全。氙灯加速老化试验箱通过模拟自然全光谱(含紫外线、可见光、红外线),可在 2-4 周内完成等效户外 1-2 年的老化测试,精准验证轮胎橡胶的抗老化性能,为轮胎配方优化、胎面结构设计提供关键数据支撑。本文从技术原理、测试规范、核心难点及应用价值维度,系统解析其在汽车轮胎测试中的核心技术。

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一、氙灯加速老化试验箱的技术原理与核心参数
氙灯加速老化试验箱区别于紫外线老化设备的核心优势,在于 **“全光谱模拟 + 多环境因子协同"**—— 不仅能还原自然阳光中的紫外线(280-400nm)、可见光(400-760nm),还可模拟红外线带来的高温效应,同时集成湿度控制功能,更贴近轮胎 “暴晒 + 高温 + 潮湿" 的实际使用场景,避免单一紫外线测试无法覆盖全波段老化影响的局限。
1. 核心工作原理
设备通过氙灯光源、滤光系统、控温控湿模块及样品架协同实现老化模拟:
  • 氙灯光源:采用 3000W 水冷式氙灯(寿命≥1000 小时),光谱分布与自然阳光相似度达 90% 以上;配备滤光片(如 borosilicate 滤光片过滤短波紫外线,或 quartz 滤光片保留全波段),可根据测试需求选择 “户外暴晒" 或 “透过车窗玻璃暴晒" 的光谱模拟模式。

  • 控温控湿系统:采用热风循环加热 + 喷雾加湿,温度范围 40℃-100℃(模拟夏季路面高温),湿度范围 30%-95% RH(模拟雨天、露水环境);通过黑板温度传感器(测量样品表面温度)控制轮胎胎面温度,确保与实际路面使用温度偏差≤±3℃。

  • 样品固定装置:采用可调节式轮胎夹具,可固定 14-22 英寸规格轮胎(或胎面切块样品),并支持 360° 缓慢旋转(转速 5r/h),确保轮胎表面各部位均匀受照,避免局部过度老化。

2. 汽车轮胎测试关键参数
为确保测试结果贴合实际使用场景,设备需满足以下核心指标:
技术指标
要求范围
对轮胎测试的意义
光谱范围
280-800苍尘(全光谱覆盖)
还原自然阳光对轮胎的全波段老化作用
辐照强度
0.5-1.5奥/尘?蔼340苍尘(可调)
精准控制老化速率,1W/m? 等效户外 1 年老化
温度控制范围
40℃-100℃
模拟路面高温,加速橡胶老化进程
湿度控制范围
30%-95%RH
模拟潮湿环境,验证轮胎抗水老化能力
循环模式
光照 10h + 喷淋 2h(模拟昼夜 + 降雨)
贴合自然老化规律,还原 “暴晒 - 降雨" 循环
样品尺寸适配
胎面切块(100尘尘×200尘尘)或完整轮胎
满足不同测试需求(配方研发 / 成品验证)

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二、汽车轮胎氙灯加速老化测试的标准流程

测试需遵循 “样品预处理 - 参数设定 - 循环测试 - 性能评估" 的标准化流程,参考国际标准(ISO 188)及汽车行业规范(如米其林标准 MS 1001、普利司通标准 BTS 001),确保测试结果的科学性与可比性。
1. 测试前准备
  • 样品预处理:选取 3 个同批次轮胎(或从轮胎胎面均匀截取 5 块 100mm×200mm 的橡胶样品),清除表面污渍与胎毛;在标准环境(23℃、50% RH)下放置 48 小时,消除生产后橡胶内部应力对测试结果的影响;测试前记录初始性能数据(如拉伸强度≥18MPa、断裂伸长率≥500%、硬度 60-70 Shore A)。

  • 设备校准:测试前用光谱辐射计校准氙灯辐照强度,确保 340nm 波段强度偏差≤±5%;用标准温度计校准样品表面温度,偏差控制在 ±2℃以内;检查喷淋系统,确保水雾均匀覆盖样品表面,无局部干区。

2. 核心测试方案
根据轮胎应用场景(乘用车轮胎、商用车轮胎),常见测试方案分为两类:
轮胎类型
光谱模式
温湿度参数
循环周期(光照 / 喷淋)
测试时长
检测重点
乘用车轮胎
户外全光谱
温度 65℃,湿度 50% RH
10h/2h
500h
胎面龟裂(裂纹深度≤0.5尘尘)、弹性衰减(≤15%)
商用车轮胎
强化全光谱
温度 80℃,湿度 40% RH
12h/1h
800h
胎侧耐老化(无开裂)、拉伸强度保留率(≥80%)
测试过程中需同步监测:
  • 外观变化:每 100 小时观察轮胎表面是否出现龟裂、变色(如泛黄)、表面剥落,用裂纹深度计测量裂纹尺寸;

  • 物理性能:测试结束后,按 ISO 37 标准测试橡胶拉伸强度与断裂伸长率,按 GB/T 531.1 测试硬度变化;

  • 动态性能:对完整轮胎样品,额外测试老化后的滚动阻力(增幅≤10% 为合格)、抓地力(湿地抓地力系数衰减≤5%)。

叁、测试过程中的核心技术难点与解决方案
在汽车轮胎氙灯老化测试中,“样品均匀受照"“性能测试关联性"“高温防护" 是三大核心挑战,需通过技术优化确保测试精准性与样品安全性。
1. 难点 1:轮胎曲面受照不均
轮胎为弧形结构,传统平面样品架会导致胎面顶部与侧面辐照强度差异超 20%,造成局部老化程度不均,无法准确评估整体抗老化性能。
解决方案
  • 采用 “弧形反光板 + 可调角度夹具":在样品架两侧加装弧形反光板,将氙灯光线反射至轮胎侧面;夹具支持 ±30° 角度调节,配合 360° 旋转功能,确保轮胎表面各点辐照强度偏差控制在 ±8% 以内;

  • 分区域测试验证:对胎面、胎侧、胎肩分别粘贴辐照强度传感器,实时监测各区域强度,若偏差超允许范围,自动调整反光板角度或样品转速。

2. 难点 2:老化后性能测试与实际使用脱节
传统测试仅关注橡胶静态性能(如拉伸强度),但轮胎实际使用中需承受动态载荷,静态性能合格的样品可能在动态使用中出现早期失效(如胎面脱层)。
解决方案
  • 新增 “动态性能关联测试":老化测试后,将轮胎安装在模拟行驶测试台上,施加 500kg 载荷(等效乘用车重量),以 80km/h 速度模拟行驶 1000km,检测胎面是否出现脱层、裂纹扩展;

  • 引入 “老化 - 疲劳耦合测试":在氙灯老化循环中,每 200 小时穿插一次动态疲劳测试(模拟轮胎颠簸路况),验证老化与疲劳共同作用下的性能稳定性。

3. 难点 3:高温下轮胎橡胶热损伤干扰
测试中若温度控制不当(如超 100℃),会导致轮胎橡胶出现热氧老化(与氙灯老化机制不同),造成测试结果误判 —— 如高温导致的硬度骤升,易被误认为是紫外线老化的影响。
解决方案
  • 采用 “双温区控温":将箱内环境温度与样品表面温度分开控制,环境温度设定为 65-80℃,通过样品表面热电偶实时反馈,调整氙灯红外线输出功率,确保橡胶表面温度不超 90℃;

  • 对比空白试验:同时设置 “仅高温无氙灯" 的空白对照组,测试结束后对比两组样品的性能差异,剔除单纯热损伤对结果的干扰。

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