全球典型地区气候环境老化严酷度分级

中国汽车工程学会发布

中国汽车工程学会标准(以下简称：CSAE标准) ， 是由中国汽车工程学会按照明确的程序、规则，遵循公开、透明、协商一致原则组织制定的，供市场自由选择、自愿采用的规范性技术文件。CSAE标准旨在发挥市场自主制定标准优势， 着眼企业竞争力提升， 推动汽车产业创新技术的加速发展和广泛应用。

CSAE标准版权归属中国汽车工程学会， 除用于国家法律或事先得到中国汽车工程学会许可外，不得以任何形式复制该标准。

前   言

本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则  第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利，本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由中国汽车工程学会汽车防腐蚀老化分会提出。

本文件起草单位：中国电器科学研究院股份有限公司、众泰汽车有限公司汽车工程研究院、威凯检测技术有限公司、北京汽车股份有限公司、神龙汽车有限公司、广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院、浙江吉智新能源汽车科技有限公司、上海汽车集团股份有限公司乘用车公司、重庆长安汽车股份有限公司、浙江吉利汽车研究院有限公司、泛亚汽车技术中心有限公司、安徽江淮汽车股份有限公司、中国一汽天津技术开发分公司、北京北汽德奔汽车技术中心有限公司、东风汽车集团有限公司技术中心、北京奔驰汽车有限公司、北汽福田汽车股份有限公司、中国科学院金属研究所、广汽本田汽车有限公司、武汉科技大学、亚太拉斯材料测试技术有限公司、长安福特汽车有限公司、岚图汽车科技公司、广州电器科学研究院有限公司海南湿热环境分公司、广州合成材料研究院有限公司。

本文件主要起草人：陈心欣、张晓东、曾文波、杨豪、李志虎、王钊桐、王俊、陶友季、刘鑫、时宇、李俊贤、杨娇娥、李明桓、王文涛、陈涌填、王伟健、郑习娇、任鹏、胡仁其、郭文军、刘丹、高泽海、黄旭、黄平、唐玉刚、王丽梅、肖毅川、杨建、余晓杰、黄江玲、周勇强、王振尧、武向阳、程舸、马旭东、傅晓霞、陈泽皓、周和荣、尹文华。

1  范围

本文件给出了全球典型地区单一气候环境因素及综合环境因素老化严酷度分级。

本文件适用于汽车在全球典型地区使用时，根据气候环境严酷度分级开展产品选材和防护设计以及试验评价。

2  规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款.其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

GB/T 4797.1  环境条件分类  自然环境条件  温度和湿度

GB/Z 32126  气候现场数据及其验证

T/CSAE 67-2018  汽车气候老化术语和定义

3  术语和定义

T/CSAE 67界定的术语和定义适用于本文件。

4  应用概述

影响整车老化的气候环境因素主要有太阳辐射、空气温度和空气相对湿度。各气候环境因素对整车、零部件和材料的影响作用机理和效果见附录A。

对于汽车产品环境适应性设计，单一气候环境因素严酷等级主要作为汽车产品可靠性试验设计参考，综合环境因素严酷等级主要用于汽车产品环境耐久性设计参考。

5  单一气候环境因素严酷度分级

5.1  太阳辐射

按某地区年平均太阳辐射总量对环境严酷度进行划分，见表1。太阳辐射强度对汽车老化的具体影响见附录A.2。

5.2  空气温度

高温和低温对汽车整车、零部件和材料老化均会有影响。当温度高于0℃时，主要考虑高温的影响；当温度低于0C时，主要考虑低温的影响。温度严酷度等级按某地区最高和最低温度划分情况见表2和表3.温度对汽车材料的主要影响见附录A.3。

示例1：对于我国城市琼海，其最高温度的年极值为39℃，因此对应的高温严酷度等级为3，而最低温度年极值由于高于0℃，不需要考虑低温的影响.

示例2：对于我国城市吐鲁番，其最高温度的年极值为48℃，对应的高温严酷度等级为5，最低温度年极值为-19℃，对应的低温严酷度等级为2。因此，高温、低温的影响均需要考虑。

5.3  空气相对湿度

空气相对湿度其等级划分见表4。湿度对汽车汽车整车、零部件和材料老化的影响情况见附录A.4。

6  综合环境因素严酷度分级

全球典型地区大气环境根据CB/T 4797.1和CB/Z 32126可分成湿热、干热、温带、寒带主要四个环节气候区，而全球的环境分类及其对应的主要气候特点见表5，世界典型城市的气候环境参数见附录B。

全球气候类型中， 湿热和干热气候强烈影响汽车耐候性。湿热及干热气候严酷度等级划分由TNR值及空气相对湿度综合确定。

TNR值的定义按T/CSAE 67-2018的4.22所述。TNR模型用于近似计算外部大气环境的光热老化综合作用效果，原始计算见公式(1)，如下：

式中：

TNR ——人工加速光热老化等效辐照量，单位为兰利(ly)；

Rt      ——t时刻样品表面的太阳辐照量，单位为兰利(ly)；

Ea   ——老化反应活化能， 单位为焦每摩尔(J/mol) ；

R     ——气体常数，取值为8.314；

Tt      ——人工加速光热老化的试验温度，单位为摄氏度(℃)：

Tu     ——t时刻样品的表面温度，单位为摄氏度(℃)。

其中， 1兰利(ly) 指每平方厘米辐射面积上接受到的1cal(4.18J) 能量， 即

对于常用的经典汽车材料， TNR计算方式中， 老化反应活化能Ea取41.57kJ/mol， 人工加速光热老化的试验温度Tt取93.3℃，并将气体常数R的值8.314代入，简化后得以下公式：

式中：

R      ——实测的水平面总太阳辐射量(波长295mm~2800nm) ， 单位为兰利(ly)，一般每5min取值一次；

T       ——空气温度， 单位为摄氏度(℃) ， 一般每5min取值一次；

TNR  ——温度校正辐射量， 由R及T计算累加得到， 单位为兰利(ly)。

TNR模型老化环境综合严酷度分级见表6.湿热地区按照表7的综合严酷度分级， 干热地区按照表8的综合严酷度分级。不同综合严酷度等级对应的试验建议见附录C。对于温带和寒带两个气候区，建议参考表7确定综合严酷度分级并开展耐候性试验。

附   录   A

(资料性)

各环境因素对汽车非金属材料老化的影响

A.1  概述

影响汽车老化的因素有很多，包括自然气候环境、生物环境、汽车在使用和行驶中所处的特殊微环境等，其中气候环境中最主要三大影响因素是：太阳辐射、温度、湿度。

需要注意，在探讨太阳辐射、温度、湿度这些环境因素如何对材料或产品老化产生作用时，材料或产品的老化通常是这些环境因素共同作用的结果。

A.2  太阳辐射的影响

太阳辐射环境的影响主要分为以下两个部分：

——对于大多数涂料、塑料等汽车常用的材料，太阳辐射中的紫外光部分，是引起大部分聚合物老化的原因：

——另一方面，辐射将会引起材料的升温，从而加速高温引起的材料老化现象。在日光照射下，物体表面温度一般比周围空气温度高。

注：日光的吸收率与物体颜色密切相关，不同颜色对太阳辐射的吸收不同，从白色材料的大约20%到黑色材料的超过90%，因此不同颜色的物体会达到不同的表面温度.

A.3  温度的影响

温度对汽车老化的影响主要有以下方面：

——热和光的共同作用可导致材料的组成成份(如增塑剂等)从体系中挥发出去，例如仪表板的暴露试验中，覆盖在仪表板表面的塑料含有使其柔软的增塑剂，暴露的结果，会使该增塑剂从塑料中逐渐迁移出去，随着时间的推移，这将导致仪表板表面变脆；

——温度周期变化可导致机械应力，特别是对于由不同热膨胀系数材料组成的汽车零部件，如汽车仪表板等；

——水的各种形态与温度变化相关，降温引起水分在材料表面形成凝露，升温使得材料表面水分蒸发：

——极端的高低温循环会导致物理性破坏，比如断裂等。

A.4  湿度的影响

湿度(水)对汽车老化的影响主要有以下方面：

——水的吸收和脱附会对高分子材料老化产生影响。吸水过程会导致材料表面体积膨胀，从而在内部较干的层面上产生机械应力。随后的干燥过程开始逐渐脱水，使材料表面产生体积收缩，而内部较湿的层面会抵抗收缩，从而使材料表面出现应力裂纹。水的吸收和脱附状态的交替出现会导致材料破碎。由于水在高分子材料中的扩散较慢，高分子材料可能需要几周甚至几个月时间才能达到水分平衡状态；

——降雨会对材料长期老化速率产生影响，通常降雨频率比降雨量对材料的老化影响更大。降雨会周期性地冲洗材料表面的尘埃和污秽，当雨水冲洗样品表面时，其蒸发作用还使试样表面迅速降温，导致材料的进一步物理降解。另外，冰雨或冰雹在降落时对材料表面的冲击，也会导致材料表面的物理破坏，如涂层或油漆的脱落；

——水分还能够直接参与材料降解的化学反应，如某些涂层和聚合物中二氧化钛(TiO2)的粉化就是一个例子。在高分子材料光化学反应过程中，水的作用将加速材料表面的破坏；

——结冰—解冻过程中发生的物理作用。水在结冰时膨胀，材料中吸收的水分，如受潮后的涂层，在低温结冰时会产生膨胀和应力，从而导致涂膜的撕开、断裂或剥落：

——-极低湿度条件下，会导致胶粘剂脱胶、天然纤维开裂、印刷品褪色等。

附   录   B

(资料性)

全球典型城市的气候环境参数

全球典型城市的气候环境参数如表B.1所示。

附   录   C

(资料性)

不同环境老化严酷度等级对应的氙灯光老化试验时间

对应不同表6中的大气环境老化严酷度等级地区自然曝晒1年，建议的的氙灯光老化试验时间如表C.1所示。

模拟全球典型湿热及干热环境的氙灯光老化试验方法见表C.2。