汽車輪胎耐用性驗證：氙燈加速老化試驗箱的全光譜模擬與實踐

更新時間：2025-08-26

瀏覽次數(shù)：202

汽車輪胎作為直接接觸戶外環(huán)境的核心部件，長期承受陽光暴曬、溫度波動與濕度侵蝕 —— 夏季路面溫度可達 60℃以上，紫外線（尤其是 UVB 波段）與可見光共同作用，會導(dǎo)致輪胎橡膠分子鏈斷裂，3 年使用后普通輪胎胎面裂紋率常超 30%，彈性衰減達 15%，直接影響行車安全。氙燈加速老化試驗箱通過模擬自然全光譜（含紫外線、可見光、紅外線），可在 2-4 周內(nèi)完成等效戶外 1-2 年的老化測試，精準(zhǔn)驗證輪胎橡膠的抗老化性能，為輪胎配方優(yōu)化、胎面結(jié)構(gòu)設(shè)計提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。本文從技術(shù)原理、測試規(guī)范、核心難點及應(yīng)用價值維度，系統(tǒng)解析其在汽車輪胎測試中的核心技術(shù)。

氙燈老化試驗箱-PNG圖-800×800-220412-1 拷貝.png

一、氙燈加速老化試驗箱的技術(shù)原理與核心參數(shù)

氙燈加速老化試驗箱區(qū)別于紫外線老化設(shè)備的核心優(yōu)勢，在于 **“全光譜模擬 + 多環(huán)境因子協(xié)同"**—— 不僅能還原自然陽光中的紫外線（280-400nm）、可見光（400-760nm），還可模擬紅外線帶來的高溫效應(yīng)，同時集成濕度控制功能，更貼近輪胎 “暴曬 + 高溫 + 潮濕" 的實際使用場景，避免單一紫外線測試無法覆蓋全波段老化影響的局限。

1. 核心工作原理

設(shè)備通過氙燈光源、濾光系統(tǒng)、控溫控濕模塊及樣品架協(xié)同實現(xiàn)老化模擬：

氙燈光源：采用 3000W 水冷式氙燈（壽命≥1000 小時），光譜分布與自然陽光相似度達 90% 以上；配備濾光片（如 borosilicate 濾光片過濾短波紫外線，或 quartz 濾光片保留全波段），可根據(jù)測試需求選擇 “戶外暴曬" 或 “透過車窗玻璃暴曬" 的光譜模擬模式。

控溫控濕系統(tǒng)：采用熱風(fēng)循環(huán)加熱 + 噴霧加濕，溫度范圍 40℃-100℃（模擬夏季路面高溫），濕度范圍 30%-95% RH（模擬雨天、露水環(huán)境）；通過黑板溫度傳感器（測量樣品表面溫度）控制輪胎胎面溫度，確保與實際路面使用溫度偏差≤±3℃。

樣品固定裝置：采用可調(diào)節(jié)式輪胎夾具，可固定 14-22 英寸規(guī)格輪胎（或胎面切塊樣品），并支持 360° 緩慢旋轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)速 5r/h），確保輪胎表面各部位均勻受照，避免局部過度老化。

2. 汽車輪胎測試關(guān)鍵參數(shù)

為確保測試結(jié)果貼合實際使用場景，設(shè)備需滿足以下核心指標(biāo)：

技術(shù)指標(biāo)	要求范圍	對輪胎測試的意義
光譜范圍	280-800nm（全光譜覆蓋）	還原自然陽光對輪胎的全波段老化作用
輻照強度	0.5-1.5W/m2@340nm（可調(diào)）	精準(zhǔn)控制老化速率，1W/m2 等效戶外 1 年老化
溫度控制范圍	40℃-100℃	模擬路面高溫，加速橡膠老化進程
濕度控制范圍	30%-95%RH	模擬潮濕環(huán)境，驗證輪胎抗水老化能力
循環(huán)模式	光照 10h + 噴淋 2h（模擬晝夜 + 降雨）	貼合自然老化規(guī)律，還原 “暴曬 - 降雨" 循環(huán)
樣品尺寸適配	胎面切塊（100mm×200mm）或完整輪胎	滿足不同測試需求（配方研發(fā) / 成品驗證）

氙燈老化試驗箱-PNG圖-800×800-220412-3 拷貝.png

二、汽車輪胎氙燈加速老化測試的標(biāo)準(zhǔn)流程

測試需遵循 “樣品預(yù)處理 - 參數(shù)設(shè)定 - 循環(huán)測試 - 性能評估" 的標(biāo)準(zhǔn)化流程，參考國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO 188）及汽車行業(yè)規(guī)范（如米其林標(biāo)準(zhǔn) MS 1001、普利司通標(biāo)準(zhǔn) BTS 001），確保測試結(jié)果的科學(xué)性與可比性。

1. 測試前準(zhǔn)備

樣品預(yù)處理：選取 3 個同批次輪胎（或從輪胎胎面均勻截取 5 塊 100mm×200mm 的橡膠樣品），清除表面污漬與胎毛；在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境（23℃、50% RH）下放置 48 小時，消除生產(chǎn)后橡膠內(nèi)部應(yīng)力對測試結(jié)果的影響；測試前記錄初始性能數(shù)據(jù)（如拉伸強度≥18MPa、斷裂伸長率≥500%、硬度 60-70 Shore A）。

設(shè)備校準(zhǔn)：測試前用光譜輻射計校準(zhǔn)氙燈輻照強度，確保 340nm 波段強度偏差≤±5%；用標(biāo)準(zhǔn)溫度計校準(zhǔn)樣品表面溫度，偏差控制在 ±2℃以內(nèi)；檢查噴淋系統(tǒng)，確保水霧均勻覆蓋樣品表面，無局部干區(qū)。

2. 核心測試方案

根據(jù)輪胎應(yīng)用場景（乘用車輪胎、商用車輪胎），常見測試方案分為兩類：

輪胎類型	光譜模式	溫濕度參數(shù)	循環(huán)周期（光照 / 噴淋）	測試時長	檢測重點
乘用車輪胎	戶外全光譜	溫度 65℃，濕度 50% RH	10h/2h	500h	胎面龜裂（裂紋深度≤0.5mm）、彈性衰減（≤15%）
商用車輪胎	強化全光譜	溫度 80℃，濕度 40% RH	12h/1h	800h	胎側(cè)耐老化（無開裂）、拉伸強度保留率（≥80%）

測試過程中需同步監(jiān)測：

外觀變化：每 100 小時觀察輪胎表面是否出現(xiàn)龜裂、變色（如泛黃）、表面剝落，用裂紋深度計測量裂紋尺寸；

物理性能：測試結(jié)束后，按 ISO 37 標(biāo)準(zhǔn)測試橡膠拉伸強度與斷裂伸長率，按 GB/T 531.1 測試硬度變化；

動態(tài)性能：對完整輪胎樣品，額外測試?yán)匣蟮臐L動阻力（增幅≤10% 為合格）、抓地力（濕地抓地力系數(shù)衰減≤5%）。

三、測試過程中的核心技術(shù)難點與解決方案

在汽車輪胎氙燈老化測試中，“樣品均勻受照"“性能測試關(guān)聯(lián)性"“高溫防護" 是三大核心挑戰(zhàn)，需通過技術(shù)優(yōu)化確保測試精準(zhǔn)性與樣品安全性。

1. 難點 1：輪胎曲面受照不均

輪胎為弧形結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)平面樣品架會導(dǎo)致胎面頂部與側(cè)面輻照強度差異超 20%，造成局部老化程度不均，無法準(zhǔn)確評估整體抗老化性能。

解決方案：

采用 “弧形反光板 + 可調(diào)角度夾具"：在樣品架兩側(cè)加裝弧形反光板，將氙燈光線反射至輪胎側(cè)面；夾具支持 ±30° 角度調(diào)節(jié)，配合 360° 旋轉(zhuǎn)功能，確保輪胎表面各點輻照強度偏差控制在 ±8% 以內(nèi)；

分區(qū)域測試驗證：對胎面、胎側(cè)、胎肩分別粘貼輻照強度傳感器，實時監(jiān)測各區(qū)域強度，若偏差超允許范圍，自動調(diào)整反光板角度或樣品轉(zhuǎn)速。

2. 難點 2：老化后性能測試與實際使用脫節(jié)

傳統(tǒng)測試僅關(guān)注橡膠靜態(tài)性能（如拉伸強度），但輪胎實際使用中需承受動態(tài)載荷，靜態(tài)性能合格的樣品可能在動態(tài)使用中出現(xiàn)早期失效（如胎面脫層）。

解決方案：

新增 “動態(tài)性能關(guān)聯(lián)測試"：老化測試后，將輪胎安裝在模擬行駛測試臺上，施加 500kg 載荷（等效乘用車重量），以 80km/h 速度模擬行駛 1000km，檢測胎面是否出現(xiàn)脫層、裂紋擴展；

引入 “老化 - 疲勞耦合測試"：在氙燈老化循環(huán)中，每 200 小時穿插一次動態(tài)疲勞測試（模擬輪胎顛簸路況），驗證老化與疲勞共同作用下的性能穩(wěn)定性。

3. 難點 3：高溫下輪胎橡膠熱損傷干擾

測試中若溫度控制不當(dāng)（如超 100℃），會導(dǎo)致輪胎橡膠出現(xiàn)熱氧老化（與氙燈老化機制不同），造成測試結(jié)果誤判 —— 如高溫導(dǎo)致的硬度驟升，易被誤認為是紫外線老化的影響。

解決方案：

采用 “雙溫區(qū)控溫"：將箱內(nèi)環(huán)境溫度與樣品表面溫度分開控制，環(huán)境溫度設(shè)定為 65-80℃，通過樣品表面熱電偶實時反饋，調(diào)整氙燈紅外線輸出功率，確保橡膠表面溫度不超 90℃；

對比空白試驗：同時設(shè)置 “僅高溫?zé)o氙燈" 的空白對照組，測試結(jié)束后對比兩組樣品的性能差異，剔除單純熱損傷對結(jié)果的干擾。

氙燈老化試驗箱-PNG圖-800×800-220412-2 拷貝.png

返回列表