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隔热涂料在汽车领域的应用研究,详细分析和研究了隔热涂料在汽车领域(汽车挡风玻璃、塑料及皮革内饰件、激光焊接技术)的应用
2019年12月24日    阅读量:2192     新闻来源:中国机械网 okmao.com    |  投稿

0 引言

太阳辐射传递给地球巨大的热能,给人类的生存和生活提供了必要条件,但强烈的太阳辐射也会给工业生产和日常生活带来诸多问题和不便。


炎热的夏天,在太阳曝晒的情况下,车身表面会持续积累热能,导致车体表面和车内温度迅速升高。为了降低车内温度、减少空调等设备的能源消耗,从源头上阻止热量向车体内部的传递,达到节能降温的目的,隔热涂料及相关技术在汽车领域的应用得到了飞速的发展中国机械网okmao.com。本研究将从以下几个方面对隔热涂料在汽车领域的应用进行详细的介绍。

 

1 隔热涂料在汽车挡风玻璃上的应用

1.1 隔热涂料的隔热原理

研究表明:50% 太阳热由前挡风玻璃透过进入车内;20% 太阳热从后挡风玻璃透入车内;30% 太阳热从侧面窗格透入车内;配有天窗的车型更会增加50% 的太阳热。为了阻止太阳热从玻璃透入车内导致的升温现象,现在汽车市场上最普遍采用的方式是使用汽车隔热玻璃贴膜,但这种方式的隔热效果差,夏天室外温度高达35℃情况下,车体曝晒10 min以上,车内温度可高达55℃,造成空调等的能源消耗和影响驾驶舒适感。


另外,自2012 年开始,按照国家公安部交通安全法的规定:所有新车的前挡风玻璃一定要保持70% 的可见光透射率。然而,目前市面上隔热率达到50% 以上的正规隔热玻璃贴膜产品,只能保持5% 可见光透射率;保持70% 以上可见光透射率的隔热玻璃贴膜,其隔热率只能达到30% 左右。故要求汽车前挡风玻璃达到70% 以上的可见光透射率的前提下,汽车隔热玻璃贴膜无法达到高隔热率。太阳光谱图见图1。

太阳光谱图

隔热涂料在汽车领域的应用研究,详细分析和研究了隔热涂料在汽车领域(汽车挡风玻璃、塑料及皮革内饰件、激光焊接技术)的应用 中国机械网,okmao.com

由图1 可见:太阳辐射的能量主要集中在波长为250~2 500 nm 的范围内,具体能量分布如下:紫外光区为300~400 nm,占总能量的5% ;可见光区为400~700 nm,占总能量的45% ;近红外区为700~2 500 nm,占总能量的50%。


由此可见,太阳光谱中的能量绝大部分分布在可见光区和近红外区,其中近红外区就占了一半的能量。红外光对视觉效果没有贡献,若将这一部分能量进行有效阻隔,可以起到很好的隔热效果而不影响玻璃的透明性。


因此,需要制备一种能有效屏蔽红外光,又能使可见光透过的物质。而汽车隔热涂料就是一种以氧化铟锡ITO(Indium Tin Oxide)为原料,将其分散后加入到树脂溶液中,而制成的材料,涂覆在玻璃或其他物体表面后形成透明隔热的涂层。汽车隔热涂料的隔热原理见图2。

汽车隔热涂料的隔热原理示意图

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由图2 可见:汽车隔热涂层中的ITO 颗粒主要是吸收红外线辐射,尤其是完全隔绝了波长在1 300~2 500 nm 的红外线辐射,对波长在300~1 300 nm 的辐射也进行了不同程度的隔绝和反射,通过让红外线辐射热滞留在ITO 层中,以达到隔热的效果,且红外光对视觉效果没有贡献,故汽车隔热涂料涂覆在汽车玻璃上,在隔热率达到52% 的情况下,可见光透射率达到85%,完全解决了可见光透射率及隔热率之间的矛盾,达到了“高透光、高隔热”的技术目标。

1.2 隔热效果测试

取两块30 cm×30 cm 的正方形玻璃,一块涂覆含氧化铟锡的隔热涂层,另一块没有隔热涂层,放置在红外线灯箱中,左右两边测试温度相同,且环境密闭,进行60 min 的照射后,对比涂覆隔热涂层和没有隔热涂层的玻璃的隔热效果(见图3),以验证氧化铟锡ITO 涂层的隔热效果。

由图3 可见:在相同的辐射时间下,涂覆隔热涂层的环境温度比无隔热涂层的低6~7℃,具有显著的隔热效果。

涂覆隔热涂层和没有隔热涂层的玻璃的隔热效果比较

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1.3 涂层性能测试

隔热涂料性能检测结果见表1。由表1 可见:隔热涂层通过了耐盐雾性、耐老化性、耐酸碱性、光泽等涂层性能检测,具有良好的综合性能,同时,满足了涂层的长期耐老化性,可避免涂层短期内起粉、龟裂以及褪色等问题,对于涂层隔热性能的长期稳定也是非常有益的。

隔热涂料的性能检测结果

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2 隔热涂料在汽车内饰件上的应用

在炎热的夏季,太阳光会透过玻璃照射在汽车仪表板、方向盘、座椅等内饰件表面,尤其汽车仪表板、方向盘、座椅多以黑色(以炭黑颜料调配而成)为主流颜色,长时间的太阳光辐射会使黑色内饰件表面温度过高,超出了人体皮肤舒适的表面温度。


将隔热涂料代替传统的炭黑颜色涂料,喷涂在汽车塑料仪表板表面,相较于普通塑料仪表板表面温度至少低15℃,使汽车内饰塑料件和座椅表面因为附着涂层而具备了“反射光、隔热能”的功能。这不仅降低了驾驶室的环境温度,减少空调等降温设备的能耗,而且使客户在炎热夏季体验到清凉的驾驶环境和内饰件触感,提高了客户的精致感知和汽车的豪华品质。


3 隔热涂料在塑料激光焊接技术中的应用

激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源进行焊接的一种高效精密的焊接方法。它具有高能量密度、深穿透、高精度、适应性强等优点,不仅在各种金属材料的焊接上有广泛的应用,在塑料材料的焊接技术上也得到了研发和推广。


目前对塑料材料进行激光焊接时,必须规定上层是易透过光线的塑料,下层必须是易吸能的含有炭黑颜料的黑色塑料,方可保证焊点能量集中及焊接质量,否则容易出现以下三种问题:

问题1 :下层塑料是含有钛白颜料的白色塑料,由于白色将激光束大部分能量反射,导致焊点处能量不足;

问题2 :上下层是容易透过激光束的浅色塑料,激光束大部分能量被透过,激光能量不能集中,无法找到焊点;

问题3 :上层塑料是含炭黑颜料的黑色塑料,将激光束能量全部吸收,无法透射至下层导致焊接失败。

针对上述三种问题,利用隔热涂层的“透射、吸热”的特性完全可以解决(见图4)。

黑色隔热颜料和隔热涂料在激光焊接技术中的应用

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由图4 可见:对问题1 和2 中出现的塑料反射和透射激光束而导致的焊点能量不集中的现象,只要将隔热涂料喷涂在下层塑料表面,激光焊接的能量因下层塑料“吸热”的特性而全部集中在两层间的焊点处,从而解决了问题;对问题3 出现的上层黑色塑料完全将激光束能量吸收导致的无法透射问题,只要用具备透射效果的黑色隔热颜料代替传统的炭黑颜料,使上层具备了“透射”能力,下层再喷涂隔热涂料,上层透射、下层吸热,激光束穿过上层并在下层能量集中从而完成激光焊接。

 

4 结语

综上所述,隔热涂料作为一项应用技术还处于其初始阶段,但是它已经在汽车等工业领域显示出强大的优势,与传统的隔热贴膜技术相比,具备了“高透光、高隔热”的优势,节能减排,提高了客户精致感知以及汽车的品质,且应用领域更广。


随着工艺技术等方面的不断完善和成本的不断降低,隔热涂料的重要性将更加突显,将在竞争中获得更大的利益和客户认可度。

隔热涂料在汽车领域的应用研究

靳玉涛,冉 浩(长城汽车股份有限公司技术中心,河北省汽车工程技术研究中心,河北保定 071000)


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