中文摘要：車前大燈在行駛的過程中面臨著不斷變化的環(huán)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(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，汽車制造商和供應(yīng)商開始采用創(chuàng)新可靠的防水透氣方案來防止污物進(jìn)入車前大燈，同時(shí)在汽車使用壽命內(nèi)保持優(yōu)異的透氣性能。本文通過建模及實(shí)驗(yàn)，有力驗(yàn)證了戈?duì)柟疽耘蝮w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(yōu)勢(shì)，從而使其成為有效保護(hù)車前大燈的一個(gè)理想解決方案。

　　關(guān)鍵詞:車前大燈，防水透氣，戈?duì)枺蝮w聚四氟乙烯

　　正文：

　　汽車的大燈就像人的眼睛：一旦出現(xiàn)問題，就會(huì)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(huán)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(hù)，如何在防止其內(nèi)部形成凝露并阻止污物和水進(jìn)入的同時(shí)又能均衡燈罩內(nèi)壓力，是長期困擾汽車制造商和供應(yīng)商的一個(gè)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(dāng)光源關(guān)閉后，溫度下降，塑料材質(zhì)的車前大燈就會(huì)像海綿一樣吸收水分。當(dāng)光源再次開啟時(shí)，溫度升高，塑料中釋放出累積的水分(圖2)。與此同時(shí)，露點(diǎn)的升高將導(dǎo)致車前大燈溫度最低處形成凝露。下次關(guān)閉光源時(shí)，溫度下降，塑料又將吸收水分。此過程中產(chǎn)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(jìn)行擴(kuò)散，從而進(jìn)入外殼內(nèi)部。

　　第三種水分來源是防水透氣產(chǎn)品本身——水分可通過它進(jìn)出車前大燈。

　　測(cè)量水分

　　盡管車前大燈中的水分含量通常以相對(duì)濕度表示，但由于它并不取決于當(dāng)時(shí)的溫度，規(guī)定露點(diǎn)實(shí)際上更加精確有用。這一點(diǎn)將在以下示例中詳細(xì)說明，它表明了露點(diǎn)和溫度之間的相關(guān)性。在此示例中，在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)水分進(jìn)行了測(cè)量。在22 °C和50 %相對(duì)濕度的環(huán)境條件下，露點(diǎn)為11 °C(圖3)。

　　如果溫度降到15 °C，相對(duì)濕度會(huì)上升至77 %。露點(diǎn)則保持不變。溫度為11 °C時(shí)，相對(duì)濕度達(dá)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(diǎn)以下，則會(huì)發(fā)生凝露現(xiàn)象。

　　通過對(duì)流或擴(kuò)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(shí)現(xiàn)車前大燈的通風(fēng)：對(duì)流和擴(kuò)散。在本文中，對(duì)流是指開放式、橫向通風(fēng)并至少使用兩個(gè)透氣管工作，通過空氣循環(huán)除去外部水分。該過程由溫度升高時(shí)(例如，打開車前大燈時(shí))或汽車行駛中因移動(dòng)產(chǎn)生的壓差而觸發(fā)。這些壓差會(huì)產(chǎn)生氣流并帶有外部潮濕空氣(圖4)。環(huán)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(diǎn)是灰塵、污物顆粒、昆蟲等也會(huì)隨著吸入的空氣一起進(jìn)入車前大燈。同樣，當(dāng)汽車正在行駛或車前大燈開啟時(shí)，對(duì)流才起作用。除此之外，由于大量部件堆積在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)而導(dǎo)致空氣經(jīng)常無法流通到車前大燈周圍的所需區(qū)域，這也是個(gè)問題。

　　除去車前大燈水分更為有效的方式其實(shí)是擴(kuò)散。該物理過程實(shí)際上是水汽從高濃度區(qū)域移動(dòng)到低濃度區(qū)域。擴(kuò)散定律詳細(xì)描述了這一移動(dòng)情況：vD = -D * A * dc/dx，其中vD為擴(kuò)散速率，D為擴(kuò)散常數(shù)。顯而易見，要提高擴(kuò)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(duì)擴(kuò)散速率的影響如圖5所示：交換面積越大，擴(kuò)散速率也就越高。

　　濃度梯度dc/dx對(duì)擴(kuò)散速率的影響如圖6所示：不難理解，在滿足車前大燈內(nèi)部和外部之間的條件時(shí)，當(dāng)濃度差dc盡可能大，擴(kuò)散距離dx盡可能小時(shí)，濃度梯度dc/dx會(huì)盡可能高，擴(kuò)散速率就會(huì)越大。依據(jù)此原理，我們便可以設(shè)計(jì)出性能更優(yōu)的防水透氣產(chǎn)品。

　　透氣蓋與防水透氣膜比較

　　性能對(duì)比：防水透氣膜VS透氣蓋/透氣管

　　為了加強(qiáng)車前大燈的水汽擴(kuò)散速率，原始設(shè)備制造商(OEM)通常有兩種實(shí)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(chǎn)品)與使用透氣蓋的情況。從原理上分析，膠黏式防水透氣產(chǎn)品的交換面積A通常比透氣蓋的大，對(duì)擴(kuò)散速率產(chǎn)生積極的影響。此外，膠黏式防水透氣產(chǎn)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(shí)，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(huì)堵塞透氣蓋中的通氣路徑，從而進(jìn)一步阻礙透氣。

　　透氣面越大，擴(kuò)散性能越好

　　同時(shí)，我們也可以通過簡(jiǎn)單的水汽散發(fā)率(MVTR)試驗(yàn)(圖8)來展示透氣產(chǎn)品水分轉(zhuǎn)移性能的比較。該試驗(yàn)在4個(gè)相同規(guī)格容器中各填充100 ml水并進(jìn)行密封，分別給它們裝上戈?duì)?汽車防水透氣產(chǎn)品系列AVS 9、戈?duì)?汽車防水透氣產(chǎn)品系列AVS 5、透氣管和透氣蓋。實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境條件均為22 °C、50 %濕度，連續(xù)兩周通過每天稱量此容器來計(jì)算每天擴(kuò)散的水量。測(cè)量結(jié)果顯示，AVS9每天能輸送約550mg水，展現(xiàn)出最佳的擴(kuò)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(yàn)證了交換面積A與擴(kuò)散速率線性相關(guān)。但是，即使AVS 5每天的輸送水量率較AVS9小，也達(dá)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(yīng)用于一些小型外殼，如尾燈和霧燈等。

　　膨體聚四氟乙烯(ePTFE)：制造防水透氣膜的絕佳材料

　　戈?duì)柌捎门蝮w聚四氟乙烯(ePTFE)材料來制造膠黏式防水透氣產(chǎn)品(圖9)。這種材料具有極其緊密的網(wǎng)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(xué)性。由于表面能很低，膨體聚四氟乙烯(ePTFE)還具有相當(dāng)出色的疏水性和疏油性。因?yàn)橐嬲窒碌耐笟饽?huì)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(jìn)一步細(xì)化透氣膜才可實(shí)現(xiàn)。

　　使用膨體聚四氟乙烯(ePTFE)來制作透氣膜的透氣產(chǎn)品成為了防止污物進(jìn)入車前大燈一種理想的解決方案，并能在汽車使用壽命內(nèi)長期保持優(yōu)異的透氣性能。

　　本文小結(jié)

　　戈?duì)柟净谂蝮w聚四氟乙烯(ePTFE)材料的汽車防水透氣產(chǎn)品對(duì)于車前大燈的保護(hù)及水汽的擴(kuò)散性能均明顯優(yōu)于其它解決方案。透氣管通過對(duì)流效應(yīng)可在汽車行駛時(shí)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(hù)，但僅提供有限的擴(kuò)散效應(yīng)，從而無法很好地減少凝露。戈?duì)?汽車防水透氣產(chǎn)品系列AVS 9則實(shí)現(xiàn)了二者的完美平衡——即能防止顆粒和液體進(jìn)入，又能可靠有效地減少凝露。

　　目前，全球車輛安裝了數(shù)十億件防水透氣產(chǎn)品，戈?duì)栆殉蔀槠囆袠I(yè)中提供創(chuàng)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。