Сравнение и анализ свойств материалов, наиболее часто используемых для автомобильных сидений

Сравнивались структуры и процессы производства натуральной кожи, полиуретановой (ПУ) микрофибровой синтетической кожи и поливинилхлоридной (ПВХ) синтетической кожи, а также были испытаны, сравнены и проанализированы свойства материала. Результаты показывают, что с точки зрения механики комплексные характеристики ПУ микрофибровой синтетической кожи лучше, чем у натуральной кожи и ПВХ синтетической кожи; с точки зрения характеристик изгиба характеристики ПУ микрофибровой синтетической кожи и ПВХ синтетической кожи схожи, а характеристики изгиба лучше, чем у натуральной кожи после старения во влажном тепле, высокой температуре, чередовании климата и при низкой температуре; с точки зрения износостойкости сопротивление износу и разрыву ПУ микрофибровой синтетической кожи и ПВХ синтетической кожи лучше, чем у натуральной кожи; с точки зрения других свойств материала проницаемость водяного пара натуральной кожи, ПУ микрофибровой синтетической кожи и ПВХ синтетической кожи в свою очередь уменьшается, а размерная стабильность ПУ микрофибровой синтетической кожи и ПВХ синтетической кожи после термического старения схожа и лучше, чем у натуральной кожи.

Автокресла

Обивка сидений автомобиля, являясь важной частью салона, напрямую влияет на ощущения от вождения. Для обивки сидений обычно используются натуральная кожа, синтетическая кожа с полиуретановым (ПУ) микроволокном (далее — ПУ микроволоконная кожа) и синтетическая кожа с поливинилхлоридом (ПВХ).
Натуральная кожа имеет долгую историю применения в жизни человека. Благодаря химическим свойствам и тройной спирали коллагена, она обладает такими преимуществами, как мягкость, износостойкость, высокая прочность, отличное влагопоглощение и водопроницаемость. Натуральная кожа (в основном коровья) чаще всего используется для обивки сидений автомобилей среднего и высокого класса в автомобильной промышленности, сочетая в себе роскошь и комфорт.
С развитием человеческого общества, поставка натуральной кожи стала трудно удовлетворить растущий спрос людей. Люди начали использовать химическое сырье и методы для производства заменителей натуральной кожи, то есть искусственной синтетической кожи. Появление синтетической кожи из ПВХ можно проследить до 20-го века. В 1930-х годах это было первое поколение изделий из искусственной кожи. Его материальные характеристики включают высокую прочность, износостойкость, устойчивость к сгибам, устойчивость к кислотам и щелочам и т. Д., И это низкая стоимость и простота обработки. Кожа из микроволокна PU была успешно разработана в 1970-х годах. После прогресса и усовершенствования современных технологических приложений, как новый тип искусственного синтетического кожаного материала, он широко используется в высококачественной одежде, мебели, мячах, салонах автомобилей и других областях. Характеристики материала кожи из микроволокна PU заключаются в том, что она действительно имитирует внутреннюю структуру и качество текстуры натуральной кожи и обладает лучшей долговечностью, чем натуральная кожа, большим количеством преимуществ по стоимости материала и экологичностью.
Экспериментальная часть
синтетическая кожа ПВХ
Структура материала синтетической кожи из ПВХ в основном делится на поверхностное покрытие, плотный слой ПВХ, слой вспененного ПВХ, слой клея из ПВХ и ткань-основу из полиэстера (см. Рисунок 1). В методе разделительной бумаги (метод переноса покрытия) суспензия ПВХ сначала соскабливается в первый раз, чтобы сформировать плотный слой ПВХ (поверхностный слой) на разделительной бумаге и поступает в первую печь для пластификации геля и охлаждения; во-вторых, после второго соскабливания на основе плотного слоя ПВХ формируется слой вспененного ПВХ, который затем пластифицируется и охлаждается во второй печи; в-третьих, после третьего соскабливания формируется слой клея из ПВХ (нижний слой), который связывается с тканью-основой и поступает в третью печь для пластификации и вспенивания; наконец, он снимается с разделительной бумаги после охлаждения и формирования (см. Рисунок 2).

_20241119115304_
ПВХ

Натуральная кожа и искусственная микрофибра
Структура материала натуральной кожи включает лицевой слой, структуру волокон и поверхностное покрытие (см. Рисунок 3(a)). Процесс производства от сырой кожи до синтетической кожи, как правило, делится на три этапа: подготовка, дубление и отделка (см. Рисунок 4). Первоначальная цель разработки кожи из микроволокна PU - по-настоящему имитировать натуральную кожу с точки зрения структуры материала и внешнего вида текстуры. Структура материала кожи из микроволокна PU в основном включает слой PU, базовую часть и поверхностное покрытие (см. Рисунок 3(b)). Среди них, базовая часть использует связанные микроволокна со структурой и характеристиками, аналогичными связанным коллагеновым волокнам в натуральной коже. Благодаря специальной обработке синтезируется нетканый материал высокой плотности с трехмерной сетчатой ​​структурой в сочетании с наполнителем PU с открытой микропористой структурой (см. Рисунок 5).

ПУ
кожа
ПУ МИКРОФИБРОВАЯ КОЖА

Подготовка образцов
Образцы предоставлены ведущими поставщиками автомобильных тканей для обивки сидений на внутреннем рынке. По два образца каждого материала: натуральной кожи, полиуретановой микрофибры и синтетической кожи из ПВХ – были получены от шести разных поставщиков. Образцы обозначены как «натуральная кожа 1# и 2#», «полиуретановая микрофибра 1# и 2#», «синтетическая кожа из ПВХ 1# и 2#». Цвет образцов – чёрный.
Тестирование и характеристика
В сочетании с требованиями к материалам, предъявляемыми к транспортным средствам, вышеуказанные образцы сравниваются по механическим свойствам, сопротивлению изгибу, износостойкости и другим свойствам материалов. Конкретные параметры и методы испытаний приведены в таблице 1.

Таблица 1. Конкретные тестовые элементы и методы испытаний эксплуатационных характеристик материалов

Нет. Классификация производительности Тестовые задания Название оборудования Метод испытания
1 Основные механические свойства Прочность на растяжение/относительное удлинение при разрыве Машина для испытания на растяжение Zwick ДИН ЕН ИСО 13934-1
Сила разрыва Машина для испытания на растяжение Zwick ДИН ЕН ИСО 3377-1
Статическое удлинение/остаточная деформация Подвеска, грузики ПВ 3909(50 Н/30 мин)
2 Сопротивление сгибанию Тест на складывание Тестер изгиба кожи ДИН ЕН ИСО 5402-1
3 Стойкость к истиранию Устойчивость цвета к трению Тестер трения кожи DIN EN ISO 11640
Истирание шаровой опоры Тестер на истирание Мартиндейла ВДА 230-211
4 Другие свойства материала Водопроницаемость Тестер влажности кожи DIN EN ISO 14268
Горизонтальная огнестойкость Горизонтальное оборудование для измерения огнестойкости ТЛ. 1010
Стабильность размеров (скорость усадки) Высокотемпературная печь, камера для климат-контроля, линейка -
Выделение запаха Высокотемпературная печь, устройство для сбора запахов VW50180

Анализ и обсуждение
Механические свойства
Таблица 2 показывает данные испытаний механических свойств натуральной кожи, кожи с микрофиброй PU и синтетической кожи из ПВХ, где L представляет собой направление основы материала, а T представляет собой направление утка материала. Из таблицы 2 видно, что с точки зрения прочности на разрыв и удлинения при разрыве прочность на разрыв натуральной кожи как в направлении основы, так и утка выше, чем у кожи с микрофиброй PU, показывая лучшую прочность, в то время как удлинение при разрыве кожи с микрофиброй PU больше, а прочность лучше; в то время как прочность на разрыв и удлинение при разрыве синтетической кожи из ПВХ ниже, чем у двух других материалов. С точки зрения статического удлинения и остаточной деформации прочность на разрыв натуральной кожи выше, чем у кожи с микрофиброй PU, показывая лучшую прочность, в то время как удлинение при разрыве кожи с микрофиброй PU больше, а прочность лучше. С точки зрения деформации, остаточная деформация кожи из микрофибры PU является наименьшей как в направлении основы, так и в направлении утка (средняя остаточная деформация в направлении основы составляет 0,5%, а средняя остаточная деформация в направлении утка составляет 2,75%), что указывает на то, что материал имеет наилучшие характеристики восстановления после растяжения, которые лучше, чем натуральная кожа и синтетическая кожа ПВХ. Статическое удлинение относится к степени деформации удлинения материала в условиях напряжения во время сборки чехла сиденья. В стандарте нет четких требований, и оно используется только в качестве справочного значения. С точки зрения усилия разрыва значения трех образцов материала схожи и могут соответствовать требованиям стандарта.

Таблица 2 Результаты испытаний механических свойств натуральной кожи, искусственной кожи с микрофиброй и искусственной кожи с ПВХ-покрытием

Образец Прочность на растяжение/МПа Удлинение при разрыве/% Статическое удлинение/% Остаточная деформация/% Сила разрыва/Н
Л Т Л Т Л Т Л Т Л Т
Натуральная кожа 1# 17.7 16.6 54.4 50.7 19.0 11.3 5.3 3.0 50 52.4
Натуральная кожа 2# 15.5 15.0 58.4 58.9 19.2 12.7 4.2 3.0 33.7 34.1
Натуральная кожа стандарт ≥9,3 ≥9,3 ≥30,0 ≥40,0     ≤3.0 ≤4.0 ≥25,0 ≥25,0
Кожа PU микрофибра 1# 15.0 13.0 81.4 120.0 6.3 21.0 0,5 2.5 49.7 47.6
ПУ микрофибра кожа 2# 12.9 11.4 61.7 111.5 7.5 22.5 0,5 3.0 67.8 66.4
Стандартная искусственная кожа из микрофибры ≥9,3 ≥9,3 ≥30,0 ≥40,0     ≤3.0 ≤4.0 ≥40,0 ≥40,0
Искусственная кожа ПВХ I# 7.4 5.9 120.0 130,5 16.8 38.3 1.2 3.3 62,5 35.3
Искусственная кожа ПВХ 2# 7.9 5.7 122.4 129,5 22.5 52.0 2.0 5.0 41.7 33.2
Стандартная искусственная кожа ПВХ ≥3,6 ≥3,6         ≤3.0 ≤6.0 ≥30,0 ≥25,0

В целом образцы кожи из микрофибры ПУ обладают хорошей прочностью на растяжение, удлинением при разрыве, остаточной деформацией и усилием на разрыв, а комплексные механические свойства превосходят свойства натуральной кожи и искусственной кожи из ПВХ.
Сопротивление сгибанию
Испытательные образцы для испытания на сопротивление изгибу подразделяются на 6 типов состояний: исходное состояние (без старения), состояние старения под воздействием влажного тепла, низкотемпературное состояние (-10 °C), старение под воздействием ксенонового света (PV1303/3P), высокотемпературное старение (100 °C/168 ч) и старение под воздействием климатических условий (PV1200/20P). Метод складывания заключается в использовании инструмента для гибки кожи, с помощью которого два конца прямоугольного образца фиксируются в продольном направлении на верхнем и нижнем зажимах инструмента таким образом, чтобы образец находился под углом 90°, и многократно изгибаются с определенной скоростью и под определенным углом. Результаты испытаний на сгибание натуральной кожи, микрофибровой кожи PU и синтетической кожи PVC приведены в Таблице 3. Из Таблицы 3 видно, что образцы натуральной кожи, микрофибровой кожи PU и синтетической кожи PVC складываются после 100 000 раз в исходном состоянии и 10 000 раз в состоянии старения под ксеноновым светом. Они могут сохранять хорошее состояние без трещин или побеления под напряжением. В других различных состояниях старения, а именно в состоянии старения под воздействием влажного тепла, состояния старения под воздействием высокой температуры и состояния старения под воздействием чередования климата образцов микрофибровой кожи PU и синтетической кожи PVC, они выдерживают 30 000 испытаний на изгиб. После 7500–8500 испытаний на изгиб в образцах натуральной кожи, подвергающихся старению под воздействием влажного тепла и высокой температуры, начали появляться трещины или побеление под напряжением, а степень старения под воздействием влажного тепла (168 ч / 70 ℃ / 75 %) ниже, чем у микрофибровой кожи PU. Аналогично, после 14 000–15 000 испытаний на изгиб в коже, подвергшейся старению в условиях переменного воздействия климата, появляются трещины или побеление под воздействием напряжения. Это связано с тем, что прочность кожи на изгиб в основном зависит от естественного слоя и структуры волокон исходной кожи, и её эксплуатационные характеристики уступают характеристикам синтетических материалов. Соответственно, требования к качеству кожи также ниже. Это свидетельствует о том, что кожа более «деликатна», и пользователям следует проявлять большую осторожность и уделять особое внимание уходу за ней во время использования.

Таблица 3 Результаты испытаний на прочность при сгибании натуральной кожи, искусственной микрофибры и искусственной кожи из ПВХ

Образец Начальное состояние Состояние старения при влажном тепле Состояние низкой температуры Состояние старения ксенонового света Состояние старения при высоких температурах Изменение климата, старение государства
Натуральная кожа 1# 100 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 168 ч/70 ℃/75% 8 000 раз, начали появляться трещины, побеление под действием напряжения 32 000 раз, начали появляться трещины, без стресса отбеливание 10 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 7500 раз, начали появляться трещины, без стресса, отбеливание 15 000 раз, начали появляться трещины, без стресса отбеливание
Натуральная кожа 2# 100 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 168 ч/70 ℃/75% 8 500 раз, начали появляться трещины, побеление под действием напряжения 32 000 раз, начали появляться трещины, без стресса отбеливание 10 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 8000 раз, начали появляться трещины, без стресса отбеливание 4000 раз, начали появляться трещины, без стресса отбеливание
Кожа PU микрофибра 1# 100 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 240 ч/90 ℃/95% 30 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 35 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 10 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 30 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 30 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса
ПУ микрофибра кожа 2# 100 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 240 ч/90 ℃/95% 30 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 35 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 10 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 30 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 30 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса
Искусственная кожа ПВХ 1# 100 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 240 ч/90 ℃/95% 30 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 35 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 10 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 30 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 30 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса
Искусственная кожа ПВХ 2# 100 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 240 ч/90 ℃/95% 30 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 35 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 10 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 30 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 30 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса
Стандартные требования к натуральной коже 100 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 168 ч/70 ℃/75% 5000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 30 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 10 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса Нет требований Нет требований
Стандартные требования к искусственной коже с микрофиброй 100 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 240 ч/90 ℃/95% 30 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 30 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 10 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 30 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса 30 000 раз, без трещин и побеления под воздействием стресса

 

В целом, образцы кожи, микрофибры PU и искусственной кожи из ПВХ демонстрируют хорошие показатели сгибаемости в исходном состоянии и при старении под воздействием ксенонового света. В условиях старения под воздействием влажного тепла, низких и высоких температур, а также при старении под воздействием климатических изменений показатели сгибаемости PU и искусственной кожи из ПВХ схожи, что выше, чем у натуральной кожи.
Стойкость к истиранию
Испытание на стойкость к истиранию включает испытание на стойкость цвета при трении и испытание на истирание шариковой пластиной. Результаты испытания на износостойкость кожи, микрофибровой кожи PU и синтетической кожи PVC приведены в таблице 4. Результаты испытания на стойкость цвета при трении показывают, что образцы кожи, микрофибровой кожи PU и синтетической кожи PVC находятся в исходном состоянии, состоянии, пропитанном деионизированной водой, состоянии, пропитанном щелочным потом, и при замачивании в 96% этаноле стойкость цвета после трения может поддерживаться выше 4,0, а цветовое состояние образца стабильно и не выцветает из-за поверхностного трения. Результаты испытания на истирание шариковой пластиной показывают, что после 1800-1900 раз износа образец кожи имеет около 10 поврежденных отверстий, что значительно отличается от износостойкости образцов микрофибровой кожи PU и синтетической кожи PVC (оба не имеют поврежденных отверстий после 19 000 раз износа). Причина появления отверстий заключается в том, что лицевой слой кожи повреждается в результате носки, а его износостойкость существенно отличается от износостойкости синтетических материалов. Поэтому низкая износостойкость кожи также требует от пользователей особого ухода во время использования.

Таблица 4 Результаты испытаний износостойкости натуральной кожи, искусственной микрофибры и искусственной кожи ПВХ
Образцы Устойчивость цвета к трению Износ шаровой опоры
Начальное состояние Состояние, пропитанное деионизированной водой Состояние, пропитанное щелочным потом состояние, пропитанное 96% этанолом Начальное состояние
(трение в 2000 раз) (трение в 500 раз больше) (трение в 100 раз больше) (трение в 5 раз больше)
Натуральная кожа 1# 5.0 4.5 5.0 5.0 Около 1900 раз по 11 поврежденных отверстий
Натуральная кожа 2# 5.0 5.0 5.0 4.5 Около 1800 раз по 9 поврежденных отверстий
Кожа PU микрофибра 1# 5.0 5.0 5.0 4.5 19 000 раз Нет отверстий с поврежденной поверхностью
ПУ микрофибра кожа 2# 5.0 5.0 5.0 4.5 19 000 раз без повреждения поверхности отверстий
Искусственная кожа ПВХ 1# 5.0 4.5 5.0 5.0 19 000 раз без повреждения поверхности отверстий
Искусственная кожа ПВХ 2# 5.0 5.0 5.0 4.5 19 000 раз без повреждения поверхности отверстий
Стандартные требования к натуральной коже ≥4,5 ≥4,5 ≥4,5 ≥4.0 1500 раз износа. Не более 4 отверстий.
Стандартные требования к синтетической коже ≥4,5 ≥4,5 ≥4,5 ≥4.0 19000 раз износа. Не более 4 отверстий.

В целом, образцы натуральной кожи, искусственной микрофибры и искусственной кожи из ПВХ обладают хорошей стойкостью цвета к трению, а искусственная микрофибра и искусственная кожа из ПВХ обладают лучшей износостойкостью, чем натуральная кожа, что позволяет эффективно предотвращать износ.
Другие свойства материала
Результаты испытаний на водопроницаемость, горизонтальную огнестойкость, размерную усадку и уровень запаха образцов натуральной кожи, кожи с микрофиброй ПУ и искусственной кожи ПВХ приведены в таблице 5.

Таблица 5 Результаты испытаний других свойств натуральной кожи, искусственной микрофибры и искусственной кожи ПВХ
Образец Водопроницаемость/(мг/10см²·24ч) Горизонтальная огнестойкость/(мм/мин) Размерная усадка/% (120℃/168 ч) Уровень запаха
Натуральная кожа 1# 3.0 Негорючий 3.4 3.7
Натуральная кожа 2# 3.1 Негорючий 2.6 3.7
Кожа PU микрофибра 1# 1.5 Негорючий 0,3 3.7
ПУ микрофибра кожа 2# 1.7 Негорючий 0,5 3.7
Искусственная кожа ПВХ 1# Не тестировалось Негорючий 0,2 3.7
Искусственная кожа ПВХ 2# Не тестировалось Негорючий 0,4 3.7
Стандартные требования к натуральной коже ≥1,0 ≤100 ≤5 ≤3,7 (отклонение допустимо)
Стандартные требования к искусственной коже с микрофиброй Нет требований ≤100 ≤2 ≤3,7 (отклонение допустимо)
Стандартные требования к искусственной коже ПВХ Нет требований ≤100 Нет требований ≤3,7 (отклонение допустимо)

Основные различия в данных испытаний заключаются в водопроницаемости и размерной усадке. Водопроницаемость кожи почти вдвое выше, чем у кожи с микрофиброй PU, в то время как синтетическая кожа из ПВХ практически не пропускает воду. Это связано с тем, что трехмерный сетчатый каркас (нетканый материал) в коже с микрофиброй PU похож на структуру натуральных коллагеновых волокон кожи, оба имеют микропористую структуру, что обеспечивает им определенную водопроницаемость. Кроме того, площадь поперечного сечения коллагеновых волокон в коже больше и распределена более равномерно, а доля микропористого пространства больше, чем у кожи с микрофиброй PU, поэтому кожа обладает лучшей водопроницаемостью. Что касается усадки размеров, после теплового старения (120 ℃/1) Скорость усадки образцов кожи из микроволокна PU и искусственной кожи из ПВХ после теплового старения (68 ч) схожа и значительно ниже, чем у натуральной кожи, а их размерная стабильность лучше, чем у натуральной кожи. Кроме того, результаты испытаний на горизонтальную огнестойкость и уровень запаха показывают, что образцы натуральной кожи, кожи из микроволокна PU и искусственной кожи из ПВХ могут достигать схожих уровней и могут соответствовать требованиям стандарта на материалы с точки зрения огнестойкости и показателей запаха.
В целом, паропроницаемость образцов натуральной кожи, микрофибры PU и искусственной кожи PVC снижается поочередно. Степень усадки (размерная стабильность) микрофибры PU и искусственной кожи PVC после теплового старения аналогична и выше, чем у натуральной кожи, а горизонтальная огнестойкость выше, чем у натуральной кожи. Характеристики воспламеняемости и запахоустойчивости аналогичны.
Заключение
Структура поперечного сечения микрофибровой кожи PU подобна структуре натуральной кожи. PU-слой и основа микрофибровой кожи PU соответствуют лицевому слою и волокнистой части последней. Структура материала плотного слоя, вспененного слоя, клеевого слоя и основы микрофибровой кожи PU и искусственной кожи PVC, очевидно, различается.
Преимущество натуральной кожи заключается в том, что она обладает хорошими механическими свойствами (прочность на разрыв ≥15 МПа, удлинение при разрыве>50%) и водопроницаемостью. Преимущество искусственной кожи из ПВХ заключается в износостойкости (отсутствие повреждений после 19 000 циклов ношения на игровом поле) и в ее устойчивости к различным условиям окружающей среды. Детали обладают хорошей долговечностью (включая устойчивость к влаге и нагреву, высоким температурам, низким температурам и переменному климату) и хорошей размерной стабильностью (усадка размеров <5% при 120 ℃/168 ч). Кожа из микроволокна PU обладает преимуществами как натуральной кожи, так и искусственной кожи из ПВХ. Результаты испытаний механических свойств, производительности складывания, износостойкости, горизонтальной огнестойкости, размерной стабильности, уровня запаха и т. д. могут достичь наилучшего уровня натуральной кожи и искусственной кожи из ПВХ, и в то же время иметь определенную водопроницаемость. Таким образом, кожа из микроволокна PU может лучше соответствовать требованиям применения в автомобильных сиденьях и имеет широкие перспективы применения.


Время публикации: 19 ноября 2024 г.