Strukturerna och produktionsprocesserna för naturläder, polyuretan (PU) mikrofiberkonstläder och polyvinylklorid (PVC) syntetiskt läder jämfördes, och materialegenskaperna testades, jämfördes och analyserades. Resultaten visar att den övergripande prestandan hos PU mikrofiberkonstläder är bättre än hos äkta läder och PVC-konstläder, vad gäller mekanik. När det gäller böjningsprestanda är prestandan hos PU mikrofiberkonstläder och PVC-konstläder liknande, och böjningsprestanda är bättre än hos äkta läder efter åldring i våt värme, hög temperatur, klimatväxling och vid låg temperatur. När det gäller slitstyrka är slitstyrkan hos PU mikrofiberkonstläder och PVC-konstläder bättre än hos äkta läder. När det gäller andra materialegenskaper minskar vattenångpermeabiliteten hos äkta läder, PU mikrofiberkonstläder och PVC-konstläder, och dimensionsstabiliteten hos PU mikrofiberkonstläder och PVC-konstläder efter termisk åldring är likvärdig och bättre än hos äkta läder.
Som en viktig del av bilinredningen påverkar bilsätestyger direkt användarens körupplevelse. Naturläder, polyuretan (PU) mikrofiberkonstläder (nedan kallat PU-mikrofiberläder) och polyvinylklorid (PVC) syntetiskt läder är alla vanliga tygmaterial för säten.
Naturläder har en lång historia av användning i mänskligt liv. På grund av kollagenets kemiska egenskaper och trippelhelixstruktur har det fördelarna med mjukhet, slitstyrka, hög hållfasthet, hög fuktabsorption och vattengenomsläpplighet. Naturläder används mestadels i sätestyger på mellan- till högprismodeller inom bilindustrin (främst kohud), vilket kan kombinera lyx och komfort.
Med utvecklingen av det mänskliga samhället har tillgången på naturläder blivit svårare att möta människors växande efterfrågan. Människor började använda kemiska råvaror och metoder för att ersätta naturläder, det vill säga konstläder. PVC-konstläder kan spåras tillbaka till 1930-talet, då det var den första generationen av konstläderprodukter. Dess materialegenskaper är hög hållfasthet, slitstyrka, vikbeständighet, syra- och alkalibeständighet, etc., och det är billigt och enkelt att bearbeta. PU-mikrofiberläder utvecklades framgångsrikt på 1970-talet. Efter framstegen och förbättringen av moderna tekniska tillämpningar har det som en ny typ av konstlädermaterial använts i stor utsträckning i exklusiva kläder, möbler, bollar, bilinredning och andra områden. Materialegenskaperna hos PU-mikrofiberläder är att det verkligen simulerar den inre strukturen och texturkvaliteten hos naturläder och har bättre hållbarhet än äkta läder, fler materialkostnadsfördelar och miljövänlighet.
Experimentell del
PVC-syntetiskt läder
Materialstrukturen hos PVC-konstläder är huvudsakligen uppdelad i ytbeläggning, tätt PVC-skikt, PVC-skumskikt, PVC-häftskikt och polyesterbasväv (se figur 1). I släpppappersmetoden (överföringsbeläggningsmetod) skrapas PVC-uppslamningen först av för att bilda ett tätt PVC-skikt (ytskikt) på släpppapperet och går in i den första ugnen för gelmjukning och kylning. För det andra, efter den andra skrapningen, bildas ett PVC-skumskikt på basis av det täta PVC-skiktet, som sedan mjukgörs och kyls i den andra ugnen. För det tredje, efter den tredje skrapningen, bildas ett PVC-häftskikt (bottenskikt), som binds till basväven och går in i den tredje ugnen för mjukning och skumning. Slutligen skalas det av från släpppapperet efter kylning och formning (se figur 2).
Naturläder och PU-mikrofiberläder
Materialstrukturen hos naturläder inkluderar narvlager, fiberstruktur och ytbeläggning (se figur 3(a)). Produktionsprocessen från råläder till syntetiskt läder är generellt uppdelad i tre steg: förberedelse, garvning och efterbehandling (se figur 4). Den ursprungliga avsikten med designen av PU-mikrofiberläder är att verkligen simulera naturläder vad gäller materialstruktur och utseende och textur. Materialstrukturen hos PU-mikrofiberläder inkluderar huvudsakligen PU-lager, basdel och ytbeläggning (se figur 3(b)). Bland dessa använder basdelen buntade mikrofibrer med liknande struktur och prestanda som buntade kollagenfibrer i naturläder. Genom en speciell processbehandling syntetiseras ett högdensitets non-woven-tyg med en tredimensionell nätverksstruktur, kombinerat med PU-fyllningsmaterial med en öppen mikroporös struktur (se figur 5).
Provberedning
Proverna kommer från de vanligaste leverantörerna av bilsätestyger på den inhemska marknaden. Två prover av varje material, äkta läder, PU-mikrofiberläder och PVC-syntetläder, framställs från 6 olika leverantörer. Proverna heter äkta läder 1# och 2#, PU-mikrofiberläder 1# och 2#, PVC-syntetläder 1# och 2#. Färgen på proverna är svart.
Testning och karakterisering
I kombination med fordonsapplikationers materialkrav jämförs ovanstående prover med avseende på mekaniska egenskaper, vikningsmotstånd, slitstyrka och andra materialegenskaper. De specifika testpunkterna och metoderna visas i tabell 1.
Tabell 1 Specifika testobjekt och metoder för materialprestandatestning
| Inga. | Prestandaklassificering | Testartiklar | Utrustningsnamn | Testmetod |
| 1 | Huvudsakliga mekaniska egenskaper | Draghållfasthet/brottförlängning | Zwick dragprovningsmaskin | DIN EN ISO 13934-1 |
| Rivkraft | Zwick dragprovningsmaskin | DIN EN ISO 3377-1 | ||
| Statisk förlängning/permanent deformation | Upphängningsfäste, vikter | PV 3909 (50 N/30 min) | ||
| 2 | Vikmotstånd | Vikningstest | Läderböjningstestare | DIN EN ISO 5402-1 |
| 3 | Slitstyrka | Färgbeständighet mot friktion | Läderfriktionstestare | DIN EN ISO 11640 |
| Kulplattans nötning | Martindale nötningstestare | VDA 230-211 | ||
| 4 | Andra materialegenskaper | Vattenpermeabilitet | Läderfuktmätare | DIN EN ISO 14268 |
| Horisontell flamskyddsförmåga | Horisontell flamskyddsmätningsutrustning | TL. 1010 | ||
| Dimensionsstabilitet (krympningshastighet) | Högtemperaturugn, klimatförändringskammare, linjal | - | ||
| Luktutsläpp | Högtemperaturugn, luktuppsamlingsanordning | VW50180 |
Analys och diskussion
Mekaniska egenskaper
Tabell 2 visar testdata för mekaniska egenskaper för äkta läder, PU-mikrofiberläder och PVC-syntetiskt läder, där L representerar materialets varpriktning och T representerar materialets väftriktning. Det framgår av tabell 2 att, vad gäller draghållfasthet och brottöjning, är draghållfastheten hos naturläder i både varp- och väftriktningen högre än hos PU-mikrofiberläder, vilket visar bättre hållfasthet, medan brottöjningen hos PU-mikrofiberläder är större och segheten är bättre; medan draghållfastheten och brottöjningen hos PVC-syntetiskt läder båda är lägre än för de andra två materialen. När det gäller statisk töjning och permanent deformation är draghållfastheten hos naturläder högre än hos PU-mikrofiberläder, vilket visar bättre hållfasthet, medan brottöjningen hos PU-mikrofiberläder är större och segheten är bättre. När det gäller deformation är den permanenta deformationen av PU-mikrofiberläder den minsta i både varp- och väftriktningen (den genomsnittliga permanenta deformationen i varpriktningen är 0,5 % och den genomsnittliga permanenta deformationen i väftriktningen är 2,75 %), vilket indikerar att materialet har den bästa återhämtningsprestanda efter att ha sträckts, vilket är bättre än äkta läder och PVC-syntetläder. Statisk töjning avser graden av töjningsdeformation av materialet under spänningsförhållanden under montering av sitsöverdraget. Det finns inget tydligt krav i standarden och det används endast som ett referensvärde. När det gäller rivkraft är värdena för de tre materialproverna likartade och kan uppfylla standardkraven.
Tabell 2 Resultat av mekaniska egenskaper hos äkta läder, PU-mikrofiberläder och PVC-syntetläder
| Prov | Draghållfasthet/MPa | Brottöjning/% | Statisk förlängning/% | Permanent deformation/% | Rivkraft/N | |||||
| L | T | L | T | L | T | L | T | L | T | |
| Äkta läder 1# | 17,7 | 16,6 | 54,4 | 50,7 | 19,0 | 11.3 | 5.3 | 3.0 | 50 | 52,4 |
| Äkta läder 2# | 15,5 | 15,0 | 58,4 | 58,9 | 19.2 | 12,7 | 4.2 | 3.0 | 33,7 | 34,1 |
| Äkta läder standard | ≥9,3 | ≥9,3 | ≥30,0 | ≥40,0 | ≤3,0 | ≤4,0 | ≥25,0 | ≥25,0 | ||
| PU-mikrofiberläder 1# | 15,0 | 13.0 | 81,4 | 120,0 | 6.3 | 21.0 | 0,5 | 2,5 | 49,7 | 47,6 |
| PU mikrofiberläder 2# | 12,9 | 11.4 | 61,7 | 111,5 | 7,5 | 22,5 | 0,5 | 3.0 | 67,8 | 66,4 |
| PU-mikrofiberläder standard | ≥9,3 | ≥9,3 | ≥30,0 | ≥40,0 | ≤3,0 | ≤4,0 | ≥40,0 | ≥40,0 | ||
| PVC-konstläder I# | 7.4 | 5,9 | 120,0 | 130,5 | 16,8 | 38,3 | 1.2 | 3.3 | 62,5 | 35,3 |
| PVC-konstläder 2# | 7,9 | 5.7 | 122,4 | 129,5 | 22,5 | 52,0 | 2.0 | 5.0 | 41,7 | 33,2 |
| PVC-konstläder standard | ≥3,6 | ≥3,6 | ≤3,0 | ≤6,0 | ≥30,0 | ≥25,0 | ||||
Generellt sett har PU-mikrofiberläderprover god draghållfasthet, brottöjning, permanent deformation och rivstyrka, och de övergripande mekaniska egenskaperna är bättre än hos äkta läder och PVC-konstläderprover.
Vikmotstånd
Vikningsmotståndsprovernas tillstånd är specifikt indelade i sex typer, nämligen initialt tillstånd (oåldrat tillstånd), fuktigt värmeåldrande tillstånd, lågtemperaturtillstånd (-10 ℃), xenonljusåldrande tillstånd (PV1303/3P), högtemperaturåldrande tillstånd (100 ℃/168 timmar) och klimatväxlande åldrande tillstånd (PV12 00/20P). Vikningsmetoden är att använda ett läderböjningsinstrument för att fixera de två ändarna av det rektangulära provet i längdriktningen på instrumentets övre och nedre klämmor, så att provet är 90° och böjs upprepade gånger med en viss hastighet och vinkel. Resultaten av vikningstestet för äkta läder, PU-mikrofiberläder och PVC-syntetläder visas i tabell 3. Det framgår av tabell 3 att äkta läder, PU-mikrofiberläder och PVC-syntetläderprover alla är vikta efter 100 000 gånger i initialt tillstånd och 10 000 gånger i åldrande tillstånd under xenonljus. Det kan bibehålla ett gott tillstånd utan sprickor eller stressvitning. I andra olika åldrandetillstånd, nämligen våtvärmeåldringstillstånd, högtemperaturåldringstillstånd och klimatväxlingsåldringstillstånd för PU-mikrofiberläder och PVC-syntetläder, kan proverna motstå 30 000 böjtester. Efter 7 500 till 8 500 böjtester började sprickor eller spänningsvitning uppstå i våtvärmeåldringstillstånd och högtemperaturåldringstillstånd av äkta läder, och svårighetsgraden av våtvärmeåldring (168 timmar/70 ℃/75 %) är lägre än för PU-mikrofiberläder. Fiberläder och PVC-syntetläder (240 timmar/90 ℃/95 %). På liknande sätt uppstår sprickor eller spänningsvitning i lädrets tillstånd efter klimatväxlingsåldring efter 14 000–15 000 böjtester. Detta beror på att lädrets böjmotstånd huvudsakligen beror på det naturliga ådringslagret och fiberstrukturen i det ursprungliga lädret, och dess prestanda är inte lika bra som för kemiska syntetiska material. Motsvarande är materialstandardkraven för läder också lägre. Detta visar att lädermaterialet är mer "ömtåligt" och att användarna behöver vara mer försiktiga eller uppmärksamma underhållet under användning.
Tabell 3 Resultat av vikningsprestandatest av äkta läder, PU-mikrofiberläder och PVC-syntetläder
| Prov | Ursprungligt tillstånd | Våt värmeåldrande tillstånd | Låg temperatur | Xenonljus åldrandetillstånd | Högtemperaturåldringstillstånd | Klimatväxling åldrande tillstånd |
| Äkta läder 1# | 100 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 168 h/70 ℃/75 % 8 000 gånger, sprickor började uppstå, stressblekning | 32 000 gånger började sprickor uppstå, ingen stressblekning | 10 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 7500 gånger började sprickor dyka upp, ingen stressblekning | 15 000 gånger började sprickor dyka upp, ingen stressblekning |
| Äkta läder 2# | 100 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 168 h/70 ℃/75 % 8 500 gånger, sprickor började uppstå, stressblekning | 32 000 gånger började sprickor uppstå, ingen stressblekning | 10 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 8000 gånger började sprickor dyka upp, ingen stressblekning | 4000 gånger började sprickor dyka upp, ingen stressblekning |
| PU-mikrofiberläder 1# | 100 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 240 h/90 ℃/95 % 30 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 35 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 10 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 30 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 30 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning |
| PU mikrofiberläder 2# | 100 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 240 h/90 ℃/95 % 30 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 35 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 10 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 30 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 30 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning |
| PVC-konstläder 1# | 100 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 240 h/90 ℃/95 % 30 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 35 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 10 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 30 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 30 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning |
| PVC-konstläder 2# | 100 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 240 h/90 ℃/95 % 30 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 35 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 10 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 30 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 30 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning |
| Standardkrav för äkta läder | 100 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 168 timmar/70 ℃/75 % 5 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 30 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 10 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | Inga krav | Inget krav |
| Standardkrav för PU-mikrofiberläder | 100 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 240 h/90 ℃/95 % 30 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 30 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 10 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 30 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning | 30 000 gånger, inga sprickor eller stressblekning |
Generellt sett är vikningsprestanda för läder, PU-mikrofiberläder och PVC-konstläderprover god i initialt tillstånd och i xenonljusåldrande tillstånd. I våtvärmeåldringstillstånd, lågtemperaturtillstånd, högtemperaturåldringstillstånd och klimatförändringstillstånd är vikningsprestanda för PU-mikrofiberläder och PVC-konstläder liknande, vilket är bättre än för läder.
Slitstyrka
Nötningstestet inkluderar friktionsfärgbeständighetstest och kulplattans nötningstest. Resultaten av slitstyrkan för läder, PU-mikrofiberläder och PVC-syntetläder visas i tabell 4. Resultaten av friktionsfärgbeständighetstestet visar att läder-, PU-mikrofiberläder- och PVC-syntetläderproverna är i initialt tillstånd, avjoniserat vattenindränkt tillstånd, alkaliskt svettindränkt tillstånd. När de blötläggs i 96 % etanol kan färgbeständigheten efter friktion bibehållas över 4,0, och provets färgtillstånd är stabilt och kommer inte att blekna på grund av ytfriktion. Resultaten av kulplattans nötningstest visar att läderprovet har cirka 10 skadade hål efter 1800–1900 gångers slitage, vilket skiljer sig avsevärt från slitstyrkan hos PU-mikrofiberläder- och PVC-syntetläderprover (båda har inga skadade hål efter 19 000 gångers slitage). Orsaken till de skadade hålen är att lädrets narvlager skadas efter slitage, och dess slitstyrka skiljer sig avsevärt från den hos kemiska syntetiska material. Därför kräver lädrets svaga slitstyrka också att användarna är uppmärksamma på underhåll under användning.
| Tabell 4 Testresultat av slitstyrka hos äkta läder, PU-mikrofiberläder och PVC-syntetläder | |||||
| Prover | Färgbeständighet mot friktion | Slitage av kulplattan | |||
| Ursprungligt tillstånd | Avjoniserat vattenindränkt tillstånd | Alkaliskt svettindränkt tillstånd | 96 % etanolindränkt tillstånd | Ursprungligt tillstånd | |
| (2000 gånger friktion) | (500 gånger friktion) | (100 gånger friktion) | (5 gånger friktion) | ||
| Äkta läder 1# | 5.0 | 4,5 | 5.0 | 5.0 | Cirka 1900 gånger 11 skadade hål |
| Äkta läder 2# | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 4,5 | Cirka 1800 gånger 9 skadade hål |
| PU-mikrofiberläder 1# | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 4,5 | 19 000 gånger Inga ytskador på hål |
| PU mikrofiberläder 2# | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 4,5 | 19 000 gånger utan hål i ytan |
| PVC-konstläder 1# | 5.0 | 4,5 | 5.0 | 5.0 | 19 000 gånger utan hål i ytan |
| PVC-konstläder 2# | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 4,5 | 19 000 gånger utan hål i ytan |
| Standardkrav för äkta läder | ≥4,5 | ≥4,5 | ≥4,5 | ≥4,0 | 1500 gånger slitage Högst 4 skador |
| Standardkrav för syntetiskt läder | ≥4,5 | ≥4,5 | ≥4,5 | ≥4,0 | 19000 gånger slitage Högst 4 skador |
Generellt sett har prover av äkta läder, PU-mikrofiberläder och PVC-konstläder god friktionsfärgbeständighet, och PU-mikrofiberläder och PVC-konstläder har bättre slitstyrka än äkta läder, vilket effektivt kan förhindra slitage.
Andra materialegenskaper
Testresultaten för vattenpermeabilitet, horisontell flamskyddsförmåga, dimensionell krympning och luktnivå för prover av äkta läder, PU-mikrofiberläder och PVC-syntetläder visas i tabell 5.
| Tabell 5 Testresultat av andra materialegenskaper hos äkta läder, PU-mikrofiberläder och PVC-syntetläder | ||||
| Prov | Vattenpermeabilitet/(mg/10 cm²·24 timmar) | Horisontell flamskyddsförmåga/(mm/min) | Dimensionell krympning/% (120 ℃/168 h) | Luktnivå |
| Äkta läder 1# | 3.0 | Ej brandfarlig | 3.4 | 3.7 |
| Äkta läder 2# | 3.1 | Ej brandfarlig | 2.6 | 3.7 |
| PU-mikrofiberläder 1# | 1,5 | Ej brandfarlig | 0,3 | 3.7 |
| PU mikrofiberläder 2# | 1.7 | Ej brandfarlig | 0,5 | 3.7 |
| PVC-konstläder 1# | Inte testad | Ej brandfarlig | 0,2 | 3.7 |
| PVC-konstläder 2# | Inte testad | Ej brandfarlig | 0,4 | 3.7 |
| Standardkrav för äkta läder | ≥1,0 | ≤100 | ≤5 | ≤3,7 (acceptabel avvikelse) |
| Standardkrav för PU-mikrofiberläder | Inget krav | ≤100 | ≤2 | ≤3,7 (acceptabel avvikelse) |
| Standardkrav för PVC-konstläder | Inget krav | ≤100 | Inget krav | ≤3,7 (acceptabel avvikelse) |
De huvudsakliga skillnaderna i testdata är vattengenomsläpplighet och dimensionell krympning. Läder har nästan dubbelt så hög vattengenomsläpplighet som PU-mikrofiberläder, medan PVC-konstläder nästan inte har någon vattengenomsläpplighet. Detta beror på att det tredimensionella nätverksskelettet (non-woven) i PU-mikrofiberläder liknar den naturliga buntstrukturen av kollagenfibrer i läder, vilka båda har mikroporösa strukturer, vilket gör att båda har en viss vattengenomsläpplighet. Dessutom är tvärsnittsarean av kollagenfibrer i läder större och jämnare fördelad, och andelen mikroporöst utrymme är större än i PU-mikrofiberläder, så läder har den bästa vattengenomsläppligheten. När det gäller dimensionell krympning är krympningshastigheterna för PU-mikrofiberläder och PVC-konstläderprover efter värmeåldring (120 ℃/1) liknande och betydligt lägre än för äkta läder, och deras dimensionsstabilitet är bättre än för äkta läder. Dessutom visar testresultaten för horisontell flamskyddsförmåga och luktnivå att äkta läder, PU-mikrofiberläder och PVC-konstläderprover kan nå liknande nivåer och kan uppfylla materialstandardkraven när det gäller flamskyddsförmåga och luktprestanda.
Generellt sett minskar vattenångpermeabiliteten hos prover av äkta läder, PU-mikrofiberläder och PVC-konstläder. Krympningshastigheten (dimensionsstabiliteten) för PU-mikrofiberläder och PVC-konstläder efter värmeåldring är liknande och bättre än för äkta läder, och den horisontella flamskyddsförmågan är bättre än för äkta läder. Antändnings- och luktegenskaperna är likartade.
Slutsats
Tvärsnittsstrukturen hos PU-mikrofiberläder liknar den hos naturläder. PU-lagret och basdelen av PU-mikrofiberläder motsvarar narvlagret och fibervävnadsdelen av det senare. Materialstrukturerna hos det täta lagret, skumlagret, adhesivlagret och basväven i PU-mikrofiberläder och PVC-syntetläder är uppenbarligen olika.
Materialfördelen med naturläder är att det har goda mekaniska egenskaper (draghållfasthet ≥15 MPa, brottöjning >50 %) och vattengenomsläpplighet. Materialfördelen med PVC-konstläder är slitstyrka (ingen skada efter 19 000 gånger slitage på bollbrädan) och det är motståndskraftigt mot olika miljöförhållanden. Delarna har god hållbarhet (inklusive motståndskraft mot fukt och värme, hög temperatur, låg temperatur och växlande klimat) och god dimensionsstabilitet (dimensionskrympning <5 % under 120 ℃/168 timmar). PU-mikrofiberläder har materialfördelarna med både äkta läder och PVC-konstläder. Testresultaten för mekaniska egenskaper, vikningsprestanda, slitstyrka, horisontell flamskyddsförmåga, dimensionsstabilitet, luktnivå etc. kan nå den bästa nivån för naturligt äkta läder och PVC-konstläder, och samtidigt ha viss vattengenomsläpplighet. Därför kan PU-mikrofiberläder bättre uppfylla tillämpningskraven för bilbarnstolar och har breda tillämpningsmöjligheter.
Publiceringstid: 19 november 2024
