汽車的大燈就像人的眼睛：一旦出現(xiàn)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(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，如何在防止其內(nèi)部形成凝露并阻止污物和水進入的同時又能均衡燈罩內(nèi)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(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行擴散，從而進入外殼內(nèi)部。

第三種水分來源是防水透氣產(chǎn)品本身——水分可通過它進出車前大燈。

圖1：車前大燈中的三種水分來源?！　?/p>

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(guī)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(huán)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(fā)生凝露現(xiàn)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(xiàn)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(huán)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(chǎn)生的壓差而觸發(fā)。這些壓差會產(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(fā)動機艙內(nèi)而導致空氣經(jīng)常無法流通到車前大燈周圍的所需區(qū)域，這也是個問題?！　?br/>

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(qū)域移動到低濃度區(qū)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(shù)。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?！　?/p>

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(nèi)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(jù)此原理，我們便可以設計出性能更優(yōu)的防水透氣產(chǎn)品?！　?/p>

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(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，對擴散速率產(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，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(fā)率（MVTR）試驗（圖8）來展示透氣產(chǎn)品水分轉移性能的比較。該試驗在4個相同規(guī)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(chǎn)品系列AVS 9、戈爾汽車防水透氣產(chǎn)品系列AVS 5、透氣管和透氣蓋。實驗室的環(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(xiàn)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 9:285mm2/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?！　?/p>

圖8：MVTR試驗展示了戈爾汽車防水透氣產(chǎn)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(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(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?！　?/p>

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。

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(chǎn)品對于車前大燈的保護及水汽的擴散性能均明顯優(yōu)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(chǎn)品系列AVS 9則實現(xiàn)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。