汽車(chē)座椅常用面料的材料性能對(duì)比及分析

汽車(chē)座椅面料作為汽車(chē)內(nèi)飾的重要部分，直接影響用戶(hù)的駕乘體驗(yàn)。天然真皮、聚氨酯(PU)超細(xì)纖維合成革(以下簡(jiǎn)稱(chēng) PU 超纖革)和聚氯乙烯(PVC)合成革都是常用的座椅面料材料。

  

天然真皮在人類(lèi)生活中的應(yīng)用歷史悠久，由于膠原蛋白自身的化學(xué)性質(zhì)和三股螺旋結(jié)構(gòu)而具備柔軟、耐磨、強(qiáng)度高、高吸濕和透水氣性等優(yōu)點(diǎn)。天然真皮在汽車(chē)行業(yè)中多應(yīng)用于中高端車(chē)型座椅面料(多為牛皮)，可以兼具奢華感與舒適感。

  

 隨著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展，天然真皮供應(yīng)量難以滿(mǎn)足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求量，人們開(kāi)始使用化學(xué)原料和方法制造天然真皮的替代品，即人工合成革。PVC 合成革的問(wèn)世最早追溯到 20 世紀(jì)30 年代，是人工皮革的第一代產(chǎn)品，其材料特點(diǎn)為強(qiáng)度高、耐磨、耐折、耐酸堿性等，并且成本低廉、加工方便 。PU 超纖革于 20 世紀(jì) 70 年代開(kāi)發(fā)成功，經(jīng)過(guò)近代技術(shù)應(yīng)用的進(jìn)步與完善，作為新型人工合成革材料，被廣泛應(yīng)用于高檔服飾、家具、球類(lèi)、汽車(chē)內(nèi)飾等領(lǐng)域 。PU 超纖革的材料特點(diǎn)是真正模擬天然皮革的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與質(zhì)感品質(zhì)，且相比真皮耐久性能更好，更具材料成本優(yōu)勢(shì)和環(huán)境友好性。

1  實(shí)驗(yàn)部分

1.1 PVC 合成革

   

 PVC 合成革的材料結(jié)構(gòu)主要分為表面涂層、PVC 致密層、PVC 發(fā)泡層、PVC 黏結(jié)層和滌綸基布(見(jiàn)圖 1)。在離型紙法(轉(zhuǎn)移涂層法)工藝中，PVC漿料首先經(jīng)過(guò)第一次刮涂，在離型紙上形成 PVC致密層(面層)，并進(jìn)入第一烘箱凝膠塑化及冷卻;其次，經(jīng)過(guò)第二次刮涂，在 PVC 致密層基礎(chǔ)上形成PVC 發(fā)泡層，然后經(jīng)第二烘箱塑化及冷卻;再次，經(jīng)過(guò)第三次刮涂形成 PVC 黏結(jié)層(底層)，并與基布貼合，共同進(jìn)入第三烘箱塑化及發(fā)泡最后在冷卻成型后與離型紙剝離 (見(jiàn)圖 2)。

1.2  天然真皮與 PU 超纖革

天然真皮材料結(jié)構(gòu)包括粒面層、纖維組織和面涂層(見(jiàn)圖 3(a))。從原料皮到合成革的生產(chǎn)工藝大體分為準(zhǔn)備、鞣制、整理 3 個(gè)工段 (見(jiàn)圖 4)。PU 超纖革的設(shè)計(jì)初衷是在材料結(jié)構(gòu)和外觀(guān)質(zhì)感上真正模擬天然皮革 。PU 超纖革的材料結(jié)構(gòu)主要包括 PU 層、貝斯部分以及表面涂層(見(jiàn)圖 3(b))。其中，貝斯部分采用了與天然皮革中束狀膠原纖維結(jié)構(gòu)和性能相似的束狀超細(xì)纖維，通過(guò)特殊的工藝處理，加工合成了三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高密度無(wú)紡布，結(jié)合具有開(kāi)式微孔結(jié)構(gòu)的 PU 填充材料制成 (見(jiàn)圖 5)。

1.3  樣品準(zhǔn)備

樣品來(lái)源于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上主流的汽車(chē)座椅面料供應(yīng)商。真皮、PU 超纖革和 PVC 合成革每種材料準(zhǔn)備 2 種樣品，來(lái)自 6 家不同供應(yīng)商。樣品命名為真皮1#和2#、PU 超纖革1#和2#、PVC 合成革1#和2#。樣品顏色均為黑色。

1.4  測(cè)試與表征

結(jié)合整車(chē)應(yīng)用對(duì)于材料的要求，對(duì)以上樣品分別進(jìn)行力學(xué)性能、耐折疊性能、耐磨性能等材料性能對(duì)比，具體測(cè)試項(xiàng)目和方法見(jiàn)表 1。

2  分析與討論

2.1 力學(xué)性能

表 2 是真皮、PU 超纖革和 PVC 合成革的力學(xué)性能測(cè)試數(shù)據(jù)，其中 L 表示材料經(jīng)向，T 表示材料緯向。由表 2 可以看出:在拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率方面，天然真皮在材料經(jīng)向與緯向的拉伸強(qiáng)度均高于 PU 超纖革，表現(xiàn)出更好的強(qiáng)度，而 PU 超纖革的斷裂伸長(zhǎng)率更大、韌性更好;而 PVC 合成革拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均不及另外 2 種材料。在靜態(tài)伸長(zhǎng)和永久變形方面，PU 超纖革的永久變形量在材料經(jīng)向和緯向均為最小值(經(jīng)向永久變形量均值為0． 5%，緯向永久變形量均值為2． 75%)，說(shuō)明該材料受拉伸作用力后的恢復(fù)性能最好，要優(yōu)于真皮和 PVC 合成革。靜態(tài)伸長(zhǎng)率表示在座椅面套裝配過(guò)程中，材料受力條件下的伸長(zhǎng)形變程度，標(biāo)準(zhǔn)中無(wú)明確要求，僅作為參考值。在撕裂力方面，3 種材料樣品數(shù)值相近，均能夠滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。

總體來(lái)說(shuō)，PU 超纖革樣品同時(shí)具有良好的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、永久變形量及撕裂力，綜合力學(xué)性能優(yōu)于真皮和 PVC 合成革樣品。

2.2  耐折疊性能

耐折疊試驗(yàn)樣品的狀態(tài)具體來(lái)說(shuō)分為 6 種，分別為初始態(tài) (未老化態(tài))、濕熱老化態(tài)、低溫態(tài)( －10 ℃) 、氙氣燈光照老化態(tài)(PV1303/3P)、高溫老化態(tài) (100 ℃ /168 h) 和氣候交變老化態(tài)(PV1200/20P)。折疊方法是利用皮革曲繞儀，將長(zhǎng)方形樣品的長(zhǎng)度方向兩端分別固定在儀器的上下夾具上，使樣品呈 90°，并以一定速度和角度進(jìn)行重復(fù)彎折。真皮、PU 超纖革和 PVC 合成革的折疊性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表 3。

由表 3 可以看出:真皮、PU 超纖革和 PVC 合成革樣品在初始態(tài) 100 000 次折疊試驗(yàn)后、氙氣燈光照老化后狀態(tài) 10 000 次折疊后，均能保持無(wú)裂紋或應(yīng)力發(fā)白的良好狀態(tài)。其他不同的老化后狀態(tài)，即 PU 超纖革和 PVC 合成革的濕熱老化后狀態(tài)、高溫老化后狀態(tài)、氣候交變老化后狀態(tài)，樣品均能承受 30 000 次彎折試驗(yàn)。而真皮的濕熱老化后狀態(tài)和高溫老化后狀態(tài)樣品經(jīng)過(guò) 7 500 ～8 500 次彎折試驗(yàn)后，開(kāi)始出現(xiàn)裂紋或應(yīng)力發(fā)白，且濕熱老化嚴(yán)苛程度(168 h/70 ℃ /75%)低于 PU超纖革和 PVC 合成革(240 h/90 ℃ /95%)。類(lèi)似的，真皮的氣候交變老化后狀態(tài)經(jīng)過(guò) 14 000 ～15 000次彎折試驗(yàn)后出現(xiàn)裂紋或應(yīng)力發(fā)白。這是因?yàn)檎嫫さ哪蛷澱坌阅苤饕揽吭ぬ烊坏牧Ｃ鎸雍屠w維組織，性能表現(xiàn)不及化學(xué)合成材料。相應(yīng)的，真皮的材料標(biāo)準(zhǔn)要求也更低。這體現(xiàn)出真皮材質(zhì)更為“嬌貴”，用戶(hù)使用過(guò)程中需要更加謹(jǐn)慎或者注意保養(yǎng)。

總體來(lái)說(shuō)，在初始態(tài)和氙氣燈光照老化態(tài)，真皮、PU 超纖革和 PVC 合成革樣品的折疊性能均表現(xiàn)良好。而濕熱老化態(tài)、低溫態(tài)、高溫老化態(tài)及氣候交變老化態(tài)，PU 超纖革和 PVC 合成革的折疊性能相近，要優(yōu)于真皮。

2.3  耐磨性能

耐磨試驗(yàn)包括摩擦色牢度試驗(yàn)和球板磨耗試驗(yàn)，真皮、PU 超纖革和 PVC 合成革的耐磨性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表 4。

摩擦色牢度試驗(yàn)結(jié)果表明:真皮、PU 超纖革和 PVC 合成革樣品在初始態(tài)、去離子水浸濕狀態(tài)、堿性汗液浸濕狀態(tài)和 96% 乙醇浸濕狀態(tài)下，摩擦后的色牢度均能保持在 4.0以上，樣品顏色狀態(tài)穩(wěn)定，不會(huì)由于表面摩擦導(dǎo)致褪色。而球板磨耗試驗(yàn)結(jié)果表明:真皮樣品在經(jīng)過(guò) 1 800 ～1 900 次磨損后，出現(xiàn) 10 個(gè)左右破損洞，與 PU 超纖革和 PVC 合成革樣品的耐磨損性能 ( 均為19 000 次磨損后無(wú)破損洞)差別明顯。破損洞產(chǎn)生的原因是真皮粒面層受到磨損后被破壞，其耐磨損性能與化學(xué)合成材料差別較大。因此真皮較弱的耐磨性能也需要用戶(hù)在使用過(guò)程中注意保養(yǎng)。

  

總體來(lái)說(shuō)，真皮、PU 超纖革和 PVC 合成革樣品均具有良好的摩擦色牢度，而 PU 超纖革和 PVC合成革抗磨損破洞能力優(yōu)于真皮，可以有效防止磨損破洞產(chǎn)生。

2.4   其他材料性能

對(duì)于真皮、PU 超纖革和 PVC 合成革樣品的透水氣性、水平阻燃、尺寸收縮率和氣味等級(jí)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表 5。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比區(qū)別主要在透水氣性和尺寸收縮率。真皮的透水氣性接近 PU 超纖革的 2 倍，而PVC 合成革幾乎沒(méi)有透水氣性。這是由于 PU 超纖革中的三維網(wǎng)絡(luò)骨架(無(wú)紡布)與真皮的天然束狀膠原纖維結(jié)構(gòu)類(lèi)似，都具有微孔結(jié)構(gòu)，使得兩者具有一定的透水氣性。進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，真皮的膠原纖維截面積更大且分布更均勻，微孔空間比例大于PU 超纖革，因此真皮透水氣性最好。而在尺寸收縮率方面，熱老化后(120 ℃ /168 h)的 PU 超纖革和 PVC 合成革樣品收縮率相近，且明顯小于真皮，尺寸穩(wěn)定性均比真皮好。另外，水平阻燃和氣味等級(jí)的測(cè)試結(jié)果顯示，真皮、PU 超纖革和 PVC 合成革樣品可以達(dá)到相近的水平，在阻燃性能與氣味性能方面，都可以滿(mǎn)足材料標(biāo)準(zhǔn)要求。

總體來(lái)說(shuō)，真皮、PU 超纖革和 PVC 合成革樣品的透水氣性能依次下降。PU 超纖革和 PVC 合成革經(jīng)熱老化后的收縮率(尺寸穩(wěn)定性)相近且優(yōu)于真皮，水平阻燃和氣味性能相近。

3  結(jié)語(yǔ)   

PU 超纖革與天然真皮的材料截面結(jié)構(gòu)相似，前者的 PU 層和 PU 超纖革貝斯部分分別對(duì)應(yīng)后者的粒面層和纖維組織部分。PU 超纖革與 PVC 合成革致密層、發(fā)泡層、黏結(jié)層和基布的材料結(jié)構(gòu)差異明顯。  

天然真皮的材料優(yōu)勢(shì)是具有良好的力學(xué)性能(拉伸強(qiáng)度≥15 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率 ＞ 50%)和透水氣性。PVC 合成革的材料優(yōu)勢(shì)是耐磨(經(jīng) 19 000次球板磨耗無(wú)破損)，對(duì)不同環(huán)境條件具有良好的耐久性(包括耐濕熱、耐高溫、耐低溫、耐氣候交變)，尺寸穩(wěn)定性好(120 ℃ /168 h 條件下尺寸收縮率 ＜5%)。  

PU 超纖革兼具真皮與 PVC 合成革的材料優(yōu)勢(shì)，在力學(xué)性能、折疊性能、耐磨性能、水平阻燃、尺寸穩(wěn)定性、氣味等級(jí)等方面的測(cè)試結(jié)果均可達(dá)到天然真皮與 PVC 合成革的最佳水平，同時(shí)具有一定的透水氣性。因此，PU 超纖革能夠更好地滿(mǎn)足汽車(chē)座椅的應(yīng)用要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。

作者：岳成、魯家豹

單位：上汽大眾汽車(chē)有限公司