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    高效透氣解決方案,確保行車視野清晰

    2017-03-08 09:33:06瀏覽:1263評論:0來源:燈具網   
    核心摘要:車前大燈在行駛的過程中面臨著不斷變化的環境條件,只有免受灰塵、污物、沉積物和凝露的影響,它們才能保持高效的工作。為應對上述挑戰,汽車制造商和供應商開始采用創新可靠的防水透氣方案來防止污物進入車前大燈,同時在汽車使用壽命內保持優異的透氣性能。本文通過建模及實驗,有力驗證了戈爾公司以膨體聚四氟乙烯(ePTFE)為材料制作的防水透氣膜相比于透氣蓋及透氣管的優勢,從而使其成為有效保護車前大燈的一個理想解決方案。
    汽車的大燈就像人的眼睛:一旦出現問題,就會影響夜間或雨霧天行車的安全。在日常的行駛過程中,車前大燈面臨著不斷變化的環境條件,無論是普通的鹵素大燈,帶LED燈組的大燈,還是氙氣大燈,均需確保它們免受灰塵、污物、沉積物和凝露的影響,始終能夠給駕駛員帶來清晰的視野。想要使車前大燈得到可靠保護,如何在防止其內部形成凝露并阻止污物和水進入的同時又能均衡燈罩內壓力,是長期困擾汽車制造商和供應商的一個難題。
     
    三種水分來源
     
    車前大燈中的水分來源主要包括三種(圖1),其中最常見的是由溫差引起的脫附。當光源關閉后,溫度下降,塑料材質的車前大燈就會像海綿一樣吸收水分。當光源再次開啟時,溫度升高,塑料中釋放出累積的水分(圖2)。與此同時,露點的升高將導致車前大燈溫度最低處形成凝露。下次關閉光源時,溫度下降,塑料又將吸收水分。此過程中產生的水分約占車前大燈水分的80%。
    第二種水分來源為滲透。在此過程中,外部水汽長期通過塑料不斷進行擴散,從而進入外殼內部。
    第三種水分來源是防水透氣產品本身——水分可通過它進出車前大燈。
     
     
    圖1:車前大燈中的三種水分來源。
     
    圖2:超過50 %的脫附水分為表面水分。
     
    測量水分
     
    盡管車前大燈中的水分含量通常以相對濕度表示,但由于它并不取決于當時的溫度,規定露點實際上更加精確有用。這一點將在以下示例中詳細說明,它表明了露點和溫度之間的相關性。在此示例中,在實驗室條件下對水分進行了測量。在22 °C和50 %相對濕度的環境條件下,露點為11 °C(圖3)。
    如果溫度降到15 °C,相對濕度會上升至77 %。露點則保持不變。溫度為11 °C時,相對濕度達到100 %,這意味著空氣飽和,不能吸收更多的水分。如果溫度降至露點以下,則會發生凝露現象。
     


     
    圖3:水玻璃模擬表明了溫度和濕度之間的相關性 
    通過對流或擴散方式除去外部水分
     
    通常而言,有兩種方法可用于除去水分和實現車前大燈的通風:對流和擴散。在本文中,對流是指開放式、橫向通風并至少使用兩個透氣管工作,通過空氣循環除去外部水分。該過程由溫度升高時(例如,打開車前大燈時)或汽車行駛中因移動產生的壓差而觸發。這些壓差會產生氣流并帶有外部潮濕空氣(圖4)。環境空氣通過下部開口吸入并通過上部開口再次流出。但是,這種開放式防水透氣解決方案的缺點是灰塵、污物顆粒、昆蟲等也會隨著吸入的空氣一起進入車前大燈。同樣,當汽車正在行駛或車前大燈開啟時,對流才起作用。除此之外,由于大量部件堆積在發動機艙內而導致空氣經常無法流通到車前大燈周圍的所需區域,這也是個問題。
     
    圖4:溫度上升和汽車移動會造成車前大燈中的空氣流通。
     
     
    除去車前大燈水分更為有效的方式其實是擴散。該物理過程實際上是水汽從高濃度區域移動到低濃度區域。擴散定律詳細描述了這一移動情況:vD = -D * A * dc/dx,其中vD為擴散速率,D為擴散常數。顯而易見,要提高擴散速率,行之有效的方法便是增大交換面積A與濃度梯度dc/dx,dc表示濃度差(dc = c1 - c2),dx為濃度之間的距離。
    交換面積A對擴散速率的影響如圖5所示:交換面積越大,擴散速率也就越高。
     
     圖 5:擴散面越大,擴散速率越高
     
    濃度梯度dc/dx對擴散速率的影響如圖6所示:不難理解,在滿足車前大燈內部和外部之間的條件時,當濃度差dc盡可能大,擴散距離dx盡可能小時,濃度梯度dc/dx會盡可能高,擴散速率就會越大。依據此原理,我們便可以設計出性能更優的防水透氣產品。
     
     
    圖 6:隨著濃度梯度的升高,擴散速率增大。
     
    透氣蓋與防水透氣膜比較
     
    性能對比:防水透氣膜VS透氣蓋/透氣管
    為了加強車前大燈的水汽擴散速率,原始設備制造商(OEM)通常有兩種實用選擇:透氣蓋和防水透氣膜。圖7分別展示了在車前大燈燈罩上貼防水透氣膜(膠黏式防水透氣產品)與使用透氣蓋的情況。從原理上分析,膠黏式防水透氣產品的交換面積A通常比透氣蓋的大,對擴散速率產生積極的影響。此外,膠黏式防水透氣產品的平均厚度僅為0.3 mm左右,而透氣蓋的長度往往為20 mm左右。這意味著使用透氣蓋時,潮濕空氣必須克服的距離(dx)明顯更高,因而無法更好地減少凝露。此外,灰塵、污物和沉積物會堵塞透氣蓋中的通氣路徑,從而進一步阻礙透氣。
     
    圖7:防水透氣膜向逸出空氣提供最短的路徑和最小的阻力。
     
    透氣面越大,擴散性能越好
     
    同時,我們也可以通過簡單的水汽散發率(MVTR)試驗(圖8)來展示透氣產品水分轉移性能的比較。該試驗在4個相同規格容器中各填充100 ml水并進行密封,分別給它們裝上戈爾®汽車防水透氣產品系列AVS 9、戈爾®汽車防水透氣產品系列AVS 5、透氣管和透氣蓋。實驗室的環境條件均為22 °C、50 %濕度,連續兩周通過每天稱量此容器來計算每天擴散的水量。測量結果顯示,AVS9每天能輸送約550mg水,展現出最佳的擴散性。雖然AVS 5所用材料與AVS 9相同, 但其每天輸送液體約為125mg,原因便是交換面(AVS 9:285 mm2/AVS 5:65 mm2)的不同,這也就驗證了交換面積A與擴散速率線性相關。但是,即使AVS 5每天的輸送水量率較AVS 9小,也達到了透氣管或透氣蓋輸送水量的兩倍。這使得AVS 5特別適合應用于一些小型外殼,如尾燈和霧燈等。
     
    圖8:MVTR試驗展示了戈爾®汽車防水透氣產品出色的擴散性能。
     
     
     
     
     
    膨體聚四氟乙烯(ePTFE):制造防水透氣膜的絕佳材料
     
    戈爾采用膨體聚四氟乙烯(ePTFE)材料來制造膠黏式防水透氣產品(圖9)。這種材料具有極其緊密的網狀微孔,孔徑約為水滴的兩萬分之一,可阻隔大小低至1.0微米的微小水滴和污物顆粒。此外,膨體聚四氟乙烯(ePTFE)具有極高的耐溫性和耐化學性。由于表面能很低,膨體聚四氟乙烯(ePTFE)還具有相當出色的疏水性和疏油性。因為引擎罩下的透氣膜會接觸油、潤滑劑、洗滌劑和其它典型汽車流體,這些性能顯得極為重要。這些疏油性能只能通過進一步細化透氣膜才可實現。
    使用膨體聚四氟乙烯(ePTFE)來制作透氣膜的透氣產品成為了防止污物進入車前大燈一種理想的解決方案,并能在汽車使用壽命內長期保持優異的透氣性能。
     
    圖9:膨體聚四氟乙烯(ePTFE)透氣膜的微孔結構可專門針對不同的應用要求進行設計。
     
    本文小結
     
    戈爾公司基于膨體聚四氟乙烯(ePTFE)材料的汽車防水透氣產品對于車前大燈的保護及水汽的擴散性能均明顯優于其它解決方案。透氣管通過對流效應可在汽車行駛時有效減少凝露,但無法確保車前大燈免受灰塵、污物、沉積物或水的影響;透氣蓋可提供污物等異物的有效防護,但僅提供有限的擴散效應,從而無法很好地減少凝露。戈爾®汽車防水透氣產品系列AVS 9則實現了二者的完美平衡——即能防止顆粒和液體進入,又能可靠有效地減少凝露。
    目前,全球車輛安裝了數十億件防水透氣產品,戈爾已成為汽車行業中提供創新透氣解決方案的可靠合作伙伴,多年來一直深得眾多知名制造商的信賴。
     
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