Споредба и анализа на својствата на материјалите на најчесто користените ткаенини за автомобилски седишта

Структурите и производствените процеси на природна кожа, синтетичка кожа од полиуретан (PU) микрофибер и синтетичка кожа од поливинил хлорид (PVC) беа споредени, а својствата на материјалите беа тестирани, споредени и анализирани. Резултатите покажуваат дека во однос на механиката, сеопфатните перформанси на синтетичката кожа од PU микрофибер се подобри од оние на вистинската кожа и PVC синтетичката кожа; во однос на перформансите на свиткување, перформансите на синтетичката кожа од PU микрофибер и PVC синтетичката кожа се слични, а перформансите на свиткување се подобри од оние на вистинската кожа по стареење во влажна топлина, висока температура, промена на климата и на ниска температура; во однос на отпорноста на абење, отпорноста на абење на синтетичката кожа од PU микрофибер и PVC синтетичката кожа е подобра од онаа на вистинската кожа; во однос на другите својства на материјалите, пропустливоста на водена пареа на вистинската кожа, синтетичката кожа од PU микрофибер и PVC синтетичката кожа се намалува, а димензионалната стабилност на синтетичката кожа од PU микрофибер и PVC синтетичката кожа по термичко стареење е слична и подобра од онаа на вистинската кожа.

Автомобилски седишта

Како важен дел од ентериерот на автомобилот, материјалите за седиштата директно влијаат врз искуството при возење на корисникот. Природна кожа, синтетичка кожа од полиуретан (PU) микрофибер (во понатамошниот текст кожа од PU микрофибер) и синтетичка кожа од поливинил хлорид (PVC) се најчесто користени материјали за материјали за седишта.
Природната кожа има долга историја на примена во човечкиот живот. Поради хемиските својства и тројната спирална структура на самиот колаген, таа има предности како мекост, отпорност на абење, висока цврстина, висока апсорпција на влага и пропустливост на вода. Природната кожа најчесто се користи во материјалите за седишта на модели од средна до висока класа во автомобилската индустрија (претежно говедска кожа), која може да комбинира луксуз и удобност.
Со развојот на човечкото општество, понудата на природна кожа е тешко да се задоволи растечката побарувачка на луѓето. Луѓето почнаа да користат хемиски суровини и методи за да направат замена за природна кожа, односно вештачка синтетичка кожа. Појавата на ПВЦ синтетичка кожа може да се проследи до 20 век. Во 1930-тите, тоа беше првата генерација на вештачки кожни производи. Нејзините материјални карактеристики се висока цврстина, отпорност на абење, отпорност на преклопување, отпорност на киселини и алкалии итн., а е ниска цена и лесна за обработка. PU микрофибер кожа беше успешно развиена во 1970-тите. По напредокот и подобрувањето на современите технолошки апликации, како нов вид на вештачки синтетички кожен материјал, таа е широко користена во луксузна облека, мебел, топки, ентериери за автомобили и други области. Материјалните карактеристики на PU микрофибер кожа се тоа што навистина ја симулира внатрешната структура и квалитетот на текстурата на природната кожа и има подобра издржливост од вистинската кожа, повеќе предности во однос на цената на материјалот и еколошка прифатливост.
Експериментален дел
ПВЦ синтетичка кожа
Материјалната структура на ПВЦ синтетичката кожа е главно поделена на површински слој, густ слој од ПВЦ, слој од ПВЦ пена, слој од ПВЦ леплив слој и основна ткаенина од полиестер (видете ја Слика 1). Во методот со хартија за одлепување (метод на преносно премачкување), ПВЦ кашестата маса прво се струга за прв пат за да се формира густ слој од ПВЦ (површински слој) на хартијата за одлепување, и влегува во првата печка за пластифицирање со гел и ладење; второ, по второто стружење, се формира слој од ПВЦ пена врз основа на густиот слој од ПВЦ, а потоа се пластифицира и лади во втората печка; трето, по третото стружење, се формира слој од ПВЦ леплив слој (долен слој) и се врзува со основната ткаенина, и влегува во третата печка за пластифицирање и пенење; конечно, се лупи од хартијата за одлепување по ладењето и обликувањето (видете ја Слика 2).

_20241119115304_
ПВЦ

Природна кожа и PU микрофибер кожа
Материјалната структура на природната кожа вклучува слој од зрна, структура на влакна и површинска обвивка (видете Слика 3(а)). Процесот на производство од сурова кожа до синтетичка кожа генерално е поделен во три фази: подготовка, штавење и завршна обработка (видете Слика 4). Првичната намера на дизајнот на PU микрофибер кожа е вистинска симулација на природна кожа во однос на структурата на материјалот и текстурата на изгледот. Материјалната структура на PU микрофибер кожа главно вклучува PU слој, основен дел и површинска обвивка (видете Слика 3(б)). Меѓу нив, основниот дел користи снопови микровлакна со слична структура и перформанси како сноповите колагенски влакна во природната кожа. Преку специјален процесен третман, се синтетизира неткаен материјал со висока густина со тридимензионална мрежеста структура, комбиниран со PU материјал за полнење со отворена микропорозна структура (видете Слика 5).

ПУ
кожа
ПУ МИКРОФИБЕР КОЖА

Подготовка на примероци
Примероците доаѓаат од главните добавувачи на ткаенини за автомобилски седишта на домашниот пазар. По два примерока од секој материјал, вистинска кожа, PU микрофибер кожа и PVC синтетичка кожа, се подготвени од 6 различни добавувачи. Примероците се именувани како вистинска кожа 1# и 2#, PU микрофибер кожа 1# и 2#, PVC синтетичка кожа 1# и 2#. Бојата на примероците е црна.
Тестирање и карактеризација
Во комбинација со барањата за примена на возила за материјали, горенаведените примероци се споредуваат во однос на механичките својства, отпорноста на превиткување, отпорноста на абење и другите својства на материјалите. Специфичните тест елементи и методи се прикажани во Табела 1.

Табела 1 Специфични тест елементи и методи за тестирање на перформансите на материјалите

Не. Класификација на перформансите Тест ставки Име на опрема Метод на тестирање
1 Главни механички својства Затегнувачка цврстина/издолжување при кинење Машина за тестирање на истегнување Zwick ДИН ЕН ISO 13934-1
Сила на кинење Машина за тестирање на истегнување Zwick ДИН ЕН ISO 3377-1
Статичко издолжување/трајна деформација Носач за суспензија, тегови PV 3909 (50 N/30 мин)
2 Отпорност на преклопување Тест на преклопување Тестер за свиткување на кожа ДИН ЕН ISO 5402-1
3 Отпорност на абење Постојаност на боја на триење Тестер за триење на кожа ДИН ЕН ISO 11640
Абразија на топчестата плоча Тестер за абење во Мартиндејл ВДА 230-211
4 Други материјални својства Водопропустливост Тестер за влажност на кожа ДИН ЕН ISO 14268
Хоризонтална отпорност на пламен Опрема за мерење на хоризонтална отпорност на пламен ТЛ. 1010
Димензионална стабилност (стапка на собирање) Печка за висока температура, комора за климатски промени, линијар -
Емисија на мирис Рерна со висока температура, уред за собирање мириси VW50180

Анализа и дискусија
Механички својства
Табела 2 ги прикажува податоците од тестовите за механички својства на вистинска кожа, кожа од PU микрофибер и PVC синтетичка кожа, каде што L го претставува правецот на основата на материјалот, а T го претставува правецот на ткаењето на материјалот. Од Табела 2 може да се види дека во однос на цврстината на истегнување и издолжувањето при кинење, цврстината на истегнување на природната кожа и во правецот на основата и во правецот на ткаењето е поголема од онаа на PU микрофибер кожа, покажувајќи подобра цврстина, додека издолжувањето при кинење на PU микрофибер кожа е поголемо и цврстината е подобра; додека цврстината на истегнување и издолжувањето при кинење на PVC синтетичка кожа се пониски од оние на другите два материјали. Во однос на статичкото издолжување и трајната деформација, цврстината на истегнување на природната кожа е поголема од онаа на PU микрофибер кожа, покажувајќи подобра цврстина, додека издолжувањето при кинење на PU микрофибер кожа е поголемо и цврстината е подобра. Во однос на деформацијата, трајната деформација на PU микрофибер кожата е најмала и во правецот на основата и во правецот на ткаењето (просечната трајна деформација во правецот на основата е 0,5%, а просечната трајна деформација во правецот на ткаењето е 2,75%), што укажува дека материјалот има најдобри перформанси на закрепнување по истегнувањето, што е подобро од вистинската кожа и PVC синтетичката кожа. Статичкото издолжување се однесува на степенот на издолжување на деформацијата на материјалот под услови на стрес за време на склопувањето на навлаката на седиштето. Во стандардот нема јасен услов и се користи само како референтна вредност. Во однос на силата на кинење, вредностите на трите примероци на материјал се слични и можат да ги исполнат стандардните барања.

Табела 2 Резултати од тестот за механички својства на вистинска кожа, PU микрофибер кожа и PVC синтетичка кожа

Примерок Затегнувачка цврстина/MPa Издолжување при прекин/% Статичко издолжување/% Трајна деформација/% Сила на кинење/N
Л Т Л Т Л Т Л Т Л Т
Вистинска кожа 1# 17,7 16,6 54,4 50,7 19,0 11.3 5.3 3.0 50 52,4
Вистинска кожа 2# 15,5 15,0 58,4 58,9 19.2 12,7 4.2 3.0 33,7 34,1
Стандард за вистинска кожа ≥9,3 ≥9,3 ≥30,0 ≥40,0     ≤3,0 ≤4,0 ≥25,0 ≥25,0
PU микрофибер кожа 1# 15,0 13,0 81,4 120,0 6.3 21,0 0,5 2,5 49,7 47,6
PU микрофибер кожа 2# 12.9 11.4 61,7 111,5 7,5 22,5 0,5 3.0 67,8 66,4
Стандардна PU микрофибер кожа ≥9,3 ≥9,3 ≥30,0 ≥40,0     ≤3,0 ≤4,0 ≥40,0 ≥40,0
ПВЦ синтетичка кожа I# 7.4 5.9 120,0 130,5 16,8 38,3 1.2 3.3 62,5 35,3
ПВЦ синтетичка кожа 2# 7.9 5.7 122,4 129,5 22,5 52,0 2.0 5.0 41,7 33,2
Стандард за синтетичка кожа од ПВЦ ≥3,6 ≥3,6         ≤3,0 ≤6,0 ≥30,0 ≥25,0

Генерално, примероците од кожа од PU микрофибер имаат добра затегнувачка цврстина, издолжување при кинење, трајна деформација и сила на кинење, а сеопфатните механички својства се подобри од оние на примероците од вистинска кожа и ПВЦ синтетичка кожа.
Отпорност на преклопување
Состојбите на примероците за тест на отпорност на превиткување се посебно поделени во 6 типа, имено почетна состојба (нестареечка состојба), состојба на влажно-термичко стареење, состојба на ниска температура (-10℃), состојба на лесно стареење на ксенон (PV1303/3P), состојба на стареење на висока температура (100℃/168h) и состојба на стареење со промена на климата (PV12 00/20P). Методот на превиткување се состои во користење на инструмент за виткање на кожа за да се фиксираат двата краја на правоаголниот примерок во насока на должина на горните и долните стеги на инструментот, така што примерокот е под агол од 90° и постојано се витка со одредена брзина и агол. Резултатите од тестот за перформанси на превиткување на вистинска кожа, PU микрофибер кожа и PVC синтетичка кожа се прикажани во Табела 3. Од Табела 3 може да се види дека примероците од вистинска кожа, PU микрофибер кожа и PVC синтетичка кожа се превиткани по 100.000 пати во почетна состојба и 10.000 пати во состојба на стареење под ксенонска светлина. Може да одржува добра состојба без пукнатини или избелување од стрес. Во други различни состојби на стареење, имено, состојба на влажно термичко стареење, состојба на стареење на висока температура и состојба на стареење со промена на климата кај примероците од PU микрофибер кожа и PVC синтетичка кожа, примероците можат да издржат 30.000 тестови на свиткување. По 7.500 до 8.500 тестови на свиткување, почнаа да се појавуваат пукнатини или избелување на стрес во состојбата на влажно термичко стареење и состојбата на стареење на висока температура кај примероците од вистинска кожа, а сериозноста на влажното термичко стареење (168 часа/70 ℃/75%) е помала од онаа кај PU микрофибер кожа. Кожа од влакна и PVC синтетичка кожа (240 часа/90 ℃/95%). Слично на тоа, по 14.000~15.000 тестови на свиткување, во состојбата на кожата по стареењето со промена на климата се појавуваат пукнатини или избелување на стрес. Ова е затоа што отпорноста на свиткување на кожата главно зависи од природниот слој на зрна и структурата на влакната на оригиналната кожа, а нејзините перформанси не се толку добри како кај хемиските синтетички материјали. Соодветно на тоа, барањата за стандардот за материјали за кожа се исто така пониски. Ова покажува дека кожниот материјал е „понежен“ и корисниците треба да бидат повнимателни или да обрнат внимание на одржувањето за време на употребата.

Табела 3 Резултати од тестовите за перформанси на преклопување на вистинска кожа, PU микрофибер кожа и PVC синтетичка кожа

Примерок Почетна состојба Состојба на стареење предизвикана од влажна топлина Состојба на ниска температура Состојба на стареење на ксенонската светлина Состојба на стареење на висока температура Состојба на стареење предизвикана од климатска промена
Вистинска кожа 1# 100.000 пати, без пукнатини или белење од стрес 168 h/70 ℃/75% 8000 пати, почнаа да се појавуваат пукнатини, избелување од стрес 32 000 пати, почнаа да се појавуваат пукнатини, без белење од стрес 10 000 пати, без пукнатини или белење од стрес 7500 пати, почнаа да се појавуваат пукнатини, без белење под стрес 15 000 пати, почнаа да се појавуваат пукнатини, без белење од стрес
Вистинска кожа 2# 100.000 пати, без пукнатини или белење од стрес 168 часа/70 ℃/75% 8 500 пати, почнаа да се појавуваат пукнатини, белење од стрес 32 000 пати, почнаа да се појавуваат пукнатини, без белење од стрес 10 000 пати, без пукнатини или белење од стрес 8000 пати, почнаа да се појавуваат пукнатини, без белење под стрес 4000 пати, почнаа да се појавуваат пукнатини, без белење под стрес
PU микрофибер кожа 1# 100.000 пати, без пукнатини или белење од стрес 240 часа/90 ℃/95% 30 000 пати, без пукнатини или белење од стрес 35 000 пати, без пукнатини или белење од стрес 10 000 пати, без пукнатини или белење од стрес 30 000 пати, без пукнатини или белење од стрес 30 000 пати, без пукнатини или белење од стрес
PU микрофибер кожа 2# 100.000 пати, без пукнатини или белење од стрес 240 часа/90 ℃/95% 30 000 пати, без пукнатини или белење од стрес 35 000 пати, без пукнатини или белење од стрес 10 000 пати, без пукнатини или белење од стрес 30 000 пати, без пукнатини или белење од стрес 30 000 пати, без пукнатини или белење од стрес
ПВЦ синтетичка кожа 1# 100.000 пати, без пукнатини или белење од стрес 240 часа/90 ℃/95% 30 000 пати, без пукнатини или белење од стрес 35 000 пати, без пукнатини или белење од стрес 10 000 пати, без пукнатини или белење од стрес 30 000 пати, без пукнатини или белење од стрес 30 000 пати, без пукнатини или белење од стрес
ПВЦ синтетичка кожа 2# 100.000 пати, без пукнатини или белење од стрес 240 часа/90 ℃/95% 30 000 пати, без пукнатини или белење од стрес 35 000 пати, без пукнатини или белење од стрес 10 000 пати, без пукнатини или белење од стрес 30 000 пати, без пукнатини или белење од стрес 30 000 пати, без пукнатини или белење од стрес
Стандардни барања за вистинска кожа 100.000 пати, без пукнатини или белење од стрес 168 часа/70 ℃/75% 5000 пати, без пукнатини или белење од стрес 30 000 пати, без пукнатини или белење од стрес 10 000 пати, без пукнатини или белење од стрес Нема барања Нема услов
Стандардни барања за PU микрофибер кожа 100.000 пати, без пукнатини или белење од стрес 240 часа/90 ℃/95% 30 000 пати, без пукнатини или белење од стрес 30 000 пати, без пукнатини или белење од стрес 10 000 пати, без пукнатини или белење од стрес 30 000 пати, без пукнатини или белење од стрес 30 000 пати, без пукнатини или белење од стрес

 

Општо земено, перформансите на превиткување на примероците од кожа, PU микрофибер кожа и PVC синтетичка кожа се добри во почетната состојба и состојбата на стареење при ксенонска светлина. Во состојбата на стареење при влажна топлина, состојба на стареење при ниска температура, состојба на стареење при висока температура и состојба на стареење при климатски промени, перформансите на превиткување на PU микрофибер кожа и PVC синтетичка кожа се слични, што е подобро од онаа на кожата.
Отпорност на абење
Тестот за отпорност на абење вклучува тест на постојаност на боја при триење и тест на абење на топчеста плоча. Резултатите од тестот за отпорност на абење на кожа, PU микрофибер кожа и PVC синтетичка кожа се прикажани во Табела 4. Резултатите од тестот за постојаност на боја при триење покажуваат дека примероците од кожа, PU микрофибер кожа и PVC синтетичка кожа се во почетна состојба, состојба натопена во дејонизирана вода, состојба натопена во алкална пот и кога се натопени во 96% етанол, постојаноста на бојата по триењето може да се одржи над 4,0, а состојбата на бојата на примерокот е стабилна и нема да избледи поради површинско триење. Резултатите од тестот за абење на топчеста плоча покажуваат дека по 1800-1900 пати абење, примерокот од кожа има околу 10 оштетени дупки, што е значително различно од отпорноста на абење на примероците од PU микрофибер кожа и PVC синтетичка кожа (двата немаат оштетени дупки по 19.000 пати абење). Причината за оштетените дупки е тоа што слојот на зрната на кожата е оштетен по абењето, а нејзината отпорност на абење е доста различна од онаа на хемиски синтетичките материјали. Затоа, слабата отпорност на абење на кожата, исто така, бара од корисниците да обрнат внимание на одржувањето за време на употребата.

Табела 4 Резултати од тестовите за отпорност на абење на вистинска кожа, PU микрофибер кожа и PVC синтетичка кожа
Примери Постојаност на боја на триење Абење на топчестата плоча
Почетна состојба Состојба натопена со дејонизирана вода Алкална состојба натопена во пот Состојба натопена во 96% етанол Почетна состојба
(2000 пати триење) (500 пати триење) (100 пати триење) (5 пати триење)
Вистинска кожа 1# 5.0 4,5 5.0 5.0 Околу 1900 пати 11 оштетени дупки
Вистинска кожа 2# 5.0 5.0 5.0 4,5 Околу 1800 пати 9 оштетени дупки
PU микрофибер кожа 1# 5.0 5.0 5.0 4,5 19 000 пати Нема дупки оштетени на површината
PU микрофибер кожа 2# 5.0 5.0 5.0 4,5 19 000 пати без дупки за оштетување на површината
ПВЦ синтетичка кожа 1# 5.0 4,5 5.0 5.0 19 000 пати без дупки за оштетување на површината
ПВЦ синтетичка кожа 2# 5.0 5.0 5.0 4,5 19 000 пати без дупки за оштетување на површината
Стандардни барања за вистинска кожа ≥4,5 ≥4,5 ≥4,5 ≥4,0 1500 пати отпорност на абење Не повеќе од 4 оштетувања на дупки
Стандардни барања за синтетичка кожа ≥4,5 ≥4,5 ≥4,5 ≥4,0 19000 пати отпорност на абење, не повеќе од 4 оштетувања,

Општо земено, примероците од вистинска кожа, PU микрофибер кожа и PVC синтетичка кожа имаат добра постојаност на боја при триење, а PU микрофибер кожа и PVC синтетичка кожа имаат подобра отпорност на абење од вистинската кожа, што може ефикасно да спречи абење.
Други материјални својства
Резултатите од тестовите за водопропустливост, хоризонтална отпорност на пламен, димензионално собирање и ниво на мирис на примероци од вистинска кожа, PU микрофибер кожа и PVC синтетичка кожа се прикажани во Табела 5.

Табела 5 Резултати од тестови за други својства на материјали од вистинска кожа, PU микрофибер кожа и PVC синтетичка кожа
Примерок Водопропустливост/(mg/10cm²·24h) Хоризонтална отпорност на пламен/(мм/мин) Димензионално собирање/% (120℃/168 h) Ниво на мирис
Вистинска кожа 1# 3.0 Незапаливо 3.4 3.7
Вистинска кожа 2# 3.1 Незапаливо 2.6 3.7
PU микрофибер кожа 1# 1,5 Незапаливо 0,3 3.7
PU микрофибер кожа 2# 1.7 Незапаливо 0,5 3.7
ПВЦ синтетичка кожа 1# Не е тестирано Незапаливо 0,2 3.7
ПВЦ синтетичка кожа 2# Не е тестирано Незапаливо 0,4 3.7
Стандардни барања за вистинска кожа ≥1,0 ≤100 ≤5 ≤3,7 (прифатливо отстапување)
Стандардни барања за PU микрофибер кожа Нема услов ≤100 ≤2 ≤3,7 (прифатливо отстапување)
Стандардни барања за синтетичка кожа од ПВЦ Нема услов ≤100 Нема услов ≤3,7 (прифатливо отстапување)

Главните разлики во податоците од тестовите се водопропустливоста и димензионалното собирање. Водопропустливоста на кожата е речиси двојно поголема од онаа на PU микрофибер кожата, додека PVC синтетичката кожа речиси и да нема водопропустливост. Ова е затоа што тродимензионалниот мрежест скелет (неткаен материјал) во PU микрофибер кожата е сличен на природната структура на колагенски влакна од сноп на кожата, при што обете имаат микропорозни структури, што ги прави обете да имаат одредена водопропустливост. Понатаму, напречниот пресек на колагенските влакна во кожата е поголем и порамномерно распределен, а процентот на микропорозен простор е поголем од оној на PU микрофибер кожата, па затоа кожата има најдобра водопропустливост. Во однос на димензионалното собирање, по термичкото стареење (120℃/1). Стапките на собирање на примероците од PU микрофибер кожа и PVC синтетичка кожа по термичкото стареење (68 часа) се слични и значително пониски од оние на вистинската кожа, а нивната димензионална стабилност е подобра од онаа на вистинската кожа. Покрај тоа, резултатите од тестовите за хоризонтална отпорност на пламен и ниво на мирис покажуваат дека примероците од вистинска кожа, PU микрофибер кожа и PVC синтетичка кожа можат да достигнат слични нивоа и можат да ги исполнат стандардните барања на материјалот во однос на отпорност на пламен и перформанси на мирис.
Генерално, пропустливоста на водена пареа на примероците од вистинска кожа, PU микрофибер кожа и PVC синтетичка кожа се намалува. Стапките на собирање (димензионална стабилност) на PU микрофибер кожа и PVC синтетичка кожа по термичко стареење се слични и подобри од вистинската кожа, а хоризонталната отпорност на пламен е подобра од онаа на вистинската кожа. Својствата на палење и мирис се слични.
Заклучок
Напречниот пресек на PU микрофибер кожата е сличен на оној на природната кожа. PU слојот и основниот дел на PU микрофибер кожата одговараат на зрнестиот слој и делот од влакнестото ткиво на вториот. Материјалните структури на густиот слој, пенестиот слој, лепливиот слој и основната ткаенина на PU микрофибер кожата и PVC синтетичката кожа се очигледно различни.
Материјалната предност на природната кожа е тоа што има добри механички својства (цврстина на истегнување ≥15MPa, издолжување при кинење >50%) и водопропустливост. Материјалната предност на ПВЦ синтетичката кожа е отпорноста на абење (нема оштетување по 19.000 пати абење на топчестата табла) и е отпорна на различни услови на животната средина. Деловите имаат добра издржливост (вклучувајќи отпорност на влага и топлина, висока температура, ниска температура и наизменични климатски услови) и добра димензионална стабилност (димензионално собирање <5% под 120℃/168h). PU микрофибер кожата има материјални предности и на вистинска кожа и на ПВЦ синтетичка кожа. Резултатите од тестовите за механички својства, перформанси на преклопување, отпорност на абење, хоризонтална отпорност на пламен, димензионална стабилност, ниво на мирис итн. можат да го достигнат најдоброто ниво на природна вистинска кожа и ПВЦ синтетичка кожа, а во исто време имаат одредена водопропустливост. Затоа, PU микрофибер кожата може подобро да ги задоволи барањата за примена на автомобилски седишта и има широки перспективи за примена.


Време на објавување: 19 ноември 2024 година