防飞石试验设备的开发动向

作为对汽车材料的表面涂层材料的防飞石试验，SAE J400以实验室试验为目的，规定了砂石（砂砾）冲撞试验，在日本JASO M104也规定了相关内容。这些方法里，有飞石的形式等各种各样的课题，开发了尽量能获得与实际行驶的时相近结果的试验方法和试验机。



1、飞石试验是：？
通常称为“飞石损害试验”。
是指：落在路上的砂砾和小石子，被前面行驶的汽车轮胎飞溅起来的飞石、砂砾等从装载的台面上落到地面上，那个小石子向后方飞出，遇到汽车前面的速度，这样的冲撞使汽车前面的部件损坏、损伤的现象。

即使是像高速公路那样路面状况比较好，从高速公路入口进入行驶车道的前面的车。轮胎的凹槽内夹杂着小石子，加速的瞬间，石子会从轮胎上甩出，与后面行驶的车辆发生撞击。如果运气不好的话，可能会打到前玻璃上，产生裂缝妨碍视线，使驾驶变难。

另外，撞击到散热器等时，根据剥落的深浅，会穿过表面处理到达原材料引发漏水等的，有机膜构成的涂装面的话，根据损害的强度（穿透表面到达车身金属部分时），会使金属车身产生腐蚀和损坏等。

汽车和涂料等生产厂家，致力于开发和研究可以尽可能减少冲撞损坏的样式和构造，以及涂膜的构成等。

2、汽车的哪些部分容易受到损伤
主要是前档玻璃、车前灯、散热器、挡板（缓冲器）、车身前面等部位。

3.JASO规格试验法的内容
可进行这些试验的装置是什么样的呢？从JASO规格（JASO M104-86：刹车管试验方法）的试验方法和解说开始进行大概地介绍。
作为评价因飞石而造成损伤的试验方法，虽然可以列出“通过砂石下落做磨耗试验”、“喷砂试验”、“使用钢球或螺母做落下试验”，但作为刹车管的飞石试验SAE J400表面涂层防损伤试验（Test for Chip Resistance of Surface Coating）是最接近现实的情形的再现，因此以此为基准进行解说。
作为参考，介绍SAE规格，如图2所示的配置，沙砾（Gravel）通过喷气枪，喷向试料的方法，称为石击崩裂试验法（Gravelometer）。
沙砾，喷向垂直放置的试料，通过压痕判断其好坏。

试验所使用的沙砾的大小为9mm至15mm大小的花岗岩（圆沙砾），通过从喷射口喷出的压缩空气作用下，冲撞到倾斜角为20⁰试验片上。



在这个规格中：
■ 使石飞起的空气压力（喷射压力）
1空气压力：0.2±0.02Mpa， 20.4±0.03Mpa
■ 飞石量（投入量）：850g（约250～300个）
由于即使是再生的石块经过再三的使用也会发生变形破碎，所以使用十次后要换石料。
■ 试验回数：3回或5回
而且，在解说中写了：“关于石料，采集场所的不同，种类、形状及硬度等的也会有差异，这是造成试验误差的主要原因。需要最终使用人员使用大小形状一定的研磨过的人造石料，尽可能减少误差。”而且也记录了“有关空气压力，要根据各个实验室的情况进行适宜选择”。


5、举例介绍防飞石性能的评价方法

介绍冲击试验结果的判定方法的一个例子。SAE是通过分级法和目视来判断试样。比如，如图5所示，可以通过破坏尺寸大小和数量进行评价，还有利用最近的图像处理技术，如图6所示比较破坏面积等的方法。

另外，也报告过，比较评价通过高速铁球打击观察塗膜破坏的瞬间的方法，和砂石试验机的试验结果，探讨涂膜样品的例子。^4）



6、 与标准相关的课题
想象实际的行驶状态，在德国的高速公路上是200km/h或者是在日本的高速公路上是100km/h。将在实际行驶时受到的冲击和标准试验（利用气枪给力）中受到的冲击相比较，能够看出如果是按照标准试验的条件来设定的话，冲击的能量太小，必须考虑新的方法。
另外还有一个原因是，石头的形状不一样（参照照片2）从投入口下落时就不均匀。很难与空气混合，造成喷出的速度快慢不一。
为了能够克服这个难题，考虑了不使用压缩空气的新的试验方法。
新开发的飞石试验机，该试验机利用了汽车轮胎将石子飞出的方法。投石、通过轮胎的旋转到试验材料，利用汽车轮胎的旋转速度，可以在40~160km/h的行驶速度之间任意设定。
该试验机可选飞石量（又称作投入量）①20g、②80g，用很少的量就足够使用；石头的大小也可以从① Φ5~Φ7、② Φ7~Φ10中选择。也有石头以外的冲击物（螺杆、螺帽等也可以作为冲击物）；另外减少了冲击失误，本试验机只需要旋转一次就可以判断。
实际的试验操作流程是把大粒沙子投入到料斗，按照指示沟将小碎石导入到轮胎附近，将轮胎的旋转次加速到实际评价的预测速度。之后，调整轮子缝间的控制盘逐渐地吸入碎石，进行飞石。
在试料室提前调整设定温度，由于飞石的反复弹跳等比较危险，请使用窥视窗户确认冲击。还有摄像机等的摄影，按顺序进行冲击观察。


实际试验条件
试验试料； 散热器部件；
间缝大小 800mm
高度 600mm
深度 45mm
*飞石速度； 120km/时
*飞石种类； 大沙粒 6号
*试料设置角度； 90°（垂直）
*试验温度； 25°C

有机涂膜等在低温条件下变得容易破坏，飞石试验机可以从零下30°C到80°C的温度范围内，设定试验条件。
另外温度以外，因为汽车行驶时冲击角度会发生变化，所以试料面可设定0到30°C。



另外，也可以使用钢球、螺母、螺丝钉等带有一定形状的飞翔物。



结束语：
SAE•JASO是按照标准规定的标准片及小部品等进行试验并评价的，但这台设备的开发目的是，因为有希望再现“以实车上安装的部件尺寸，会受到多少飞石的损害”的要求，以及考虑到在寒冷•高温情的自然环境中，汽车行驶（低速，高速）时的速度和温度条件等，设计•开发的使试验变得可能的飞石试验机（防飞石试验机）。
作为这台试验机的应用拓展，从观察窗用高速摄像机拍摄，冲击时部品的损害方式、因为石头、螺订、螺母等形状引起的损害形态的不同，保护保险杠及金属面的涂膜等，在低温及高温下会产生什么样的损害形态等等，以保留冲击面便于观察。

如果大家能参照，荣幸之至。


参考文献
1) SAE J400 Information Reports Recommended Practices Standards
“TEST FOR CHIP RESISTANCE OF SURFACE COATINGS-- SAE J400 JAN85”
2) JASO M104-86：制动管试验方法
3) 日本涂装技术协会主办 第24次 涂料・涂装研究会预备稿集（2009、ｐ40）
位田、岩田；将涂膜中添加扁平颜料以提升抗飞石性能的机制
4) 水谷 豊；涂料研究 No.139, Nov.2002 ；基于飞石的汽车涂抹损害研究
5）商品名；板桥理化工业㈱