Sammenligning og analyse av materialegenskaper til vanlige stoffer til bilseter

Strukturene og produksjonsprosessene til naturlær, polyuretan (PU) mikrofiber syntetisk lær og polyvinylklorid (PVC) syntetisk lær ble sammenlignet, og materialene ble testet, sammenlignet og analysert. Resultatene viser at den omfattende ytelsen til PU mikrofiber syntetisk lær er bedre enn for ekte lær og PVC syntetisk lær når det gjelder mekanikk. Når det gjelder bøyeevne, er ytelsen til PU mikrofiber syntetisk lær og PVC syntetisk lær lik, og bøyeevnen er bedre enn for ekte lær etter aldring i våt varme, høy temperatur, klimaendringer og ved lav temperatur. Når det gjelder slitestyrke, er slitestyrken til PU mikrofiber syntetisk lær og PVC syntetisk lær bedre enn for ekte lær. Når det gjelder andre materialegenskaper, reduseres vanndampgjennomtrengeligheten til ekte lær, PU mikrofiber syntetisk lær og PVC syntetisk lær, og dimensjonsstabiliteten til PU mikrofiber syntetisk lær og PVC syntetisk lær etter termisk aldring er lik og bedre enn for ekte lær.

Bilseter

Som en viktig del av bilinteriøret påvirker bilsetestoff direkte brukerens kjøreopplevelse. Naturskinn, polyuretan (PU) mikrofiber syntetisk skinn (heretter referert til som PU mikrofiberskinn) og polyvinylklorid (PVC) syntetisk skinn er alle vanlige setestoffmaterialer.
Naturskinn har en lang historie med bruk i menneskelivet. På grunn av de kjemiske egenskapene og trippelhelixstrukturen til kollagen i seg selv, har det fordelene med mykhet, slitestyrke, høy styrke, høy fuktighetsabsorpsjon og vanngjennomtrengelighet. Naturskinn brukes hovedsakelig i setestoff i mellom- til høyprismodeller i bilindustrien (for det meste kuskinn), som kan kombinere luksus og komfort.
Med utviklingen av det menneskelige samfunn har det blitt vanskeligere for tilgangen på naturlig lær å møte folks økende etterspørsel. Folk begynte å bruke kjemiske råvarer og metoder for å lage erstatninger for naturlig lær, det vil si kunstig syntetisk lær. Fremveksten av PVC-syntetisk lær kan spores tilbake til 1930-tallet, som var den første generasjonen av kunstige lærprodukter. Materialegenskapene er høy styrke, slitestyrke, foldemotstand, syre- og alkaliresistens, etc., og det er lavt kostnader og enkelt å bearbeide. PU-mikrofiberlær ble utviklet med suksess på 1970-tallet. Etter fremskritt og forbedring av moderne teknologiapplikasjoner, som en ny type kunstig syntetisk lærmateriale, har det blitt mye brukt i eksklusive klær, møbler, baller, bilinteriør og andre felt. Materialegenskapene til PU-mikrofiberlær er at det virkelig simulerer den indre strukturen og teksturkvaliteten til naturlig lær, og har bedre holdbarhet enn ekte lær, flere materialkostnadsfordeler og miljøvennlighet.
Eksperimentell del
PVC-syntetisk lær
Materialstrukturen til PVC-syntetisk lær er hovedsakelig delt inn i overflatebelegg, PVC-tett lag, PVC-skumlag, PVC-klebelag og polyesterbasisstoff (se figur 1). I slipppapirmetoden (overføringsbeleggmetoden) skrapes PVC-oppslemmingen først for å danne et PVC-tett lag (overflatelag) på slipppapiret, og går inn i den første ovnen for gelplastifisering og avkjøling. Deretter, etter den andre skrapingen, dannes et PVC-skumlag på basis av det tette PVC-laget, og deretter plastifiseres og avkjøles i den andre ovnen. For det tredje, etter den tredje skrapingen, dannes et PVC-klebelag (bunnlag), som bindes til basisstoffet, og går inn i den tredje ovnen for plastifisering og skumdannelse. Til slutt skrelles det av slipppapiret etter avkjøling og forming (se figur 2).

_20241119115304_
PVC

Naturskinn og PU-mikrofiberskinn
Materialstrukturen til naturlær inkluderer narvingslag, fiberstruktur og overflatebelegg (se figur 3(a)). Produksjonsprosessen fra rålær til syntetisk lær er vanligvis delt inn i tre trinn: forberedelse, garving og etterbehandling (se figur 4). Den opprinnelige hensikten med designet av PU-mikrofiberlær er å virkelig simulere naturlær når det gjelder materialstruktur og utseende, tekstur. Materialstrukturen til PU-mikrofiberlær inkluderer hovedsakelig PU-lag, basisdel og overflatebelegg (se figur 3(b)). Blant disse bruker basisdelen buntede mikrofibre med lignende struktur og ytelse som buntede kollagenfibre i naturlær. Gjennom spesiell prosessbehandling syntetiseres et ikke-vevd stoff med høy tetthet og en tredimensjonal nettverksstruktur, kombinert med PU-fyllmateriale med en åpen mikroporøs struktur (se figur 5).

PU-nummer
lær
PU MIKROFIBERSKINN

Prøveforberedelse
Prøvene kommer fra de vanligste leverandørene av bilsetestoff på hjemmemarkedet. To prøver av hvert materiale, ekte skinn, PU-mikrofiberskinn og PVC-syntetisk skinn, er utarbeidet fra seks forskjellige leverandører. Prøvene heter ekte skinn 1# og 2#, PU-mikrofiberskinn 1# og 2#, PVC-syntetisk skinn 1# og 2#. Fargen på prøvene er svart.
Testing og karakterisering
Kombinert med kravene til materialer i kjøretøyapplikasjoner, sammenlignes prøvene ovenfor med hensyn til mekaniske egenskaper, foldemotstand, slitestyrke og andre materialegenskaper. De spesifikke testelementene og metodene er vist i tabell 1.

Tabell 1 Spesifikke testelementer og metoder for materialytelsestesting

Ingen. Ytelsesklassifisering Testelementer Utstyrsnavn Testmetode
1 De viktigste mekaniske egenskapene Strekkfasthet/forlengelse ved brudd Zwick strekkprøvingsmaskin DIN EN ISO 13934-1
Rivekraft Zwick strekkprøvingsmaskin DIN EN ISO 3377-1
Statisk forlengelse/permanent deformasjon Opphengsbrakett, vekter PV 3909 (50 N/30 min)
2 Foldemotstand Brettetest Lærbøyetester DIN EN ISO 5402-1
3 Slitasjemotstand Fargefasthet mot friksjon Lærfriksjonstester DIN EN ISO 11640
Slitasje på kuleplaten Martindale slitasjetester VDA 230-211
4 Andre materialegenskaper Vanngjennomtrengelighet Fuktighetstester i lær DIN EN ISO 14268
Horisontal flammehemming Horisontalt flammehemmende måleutstyr TL. 1010
Dimensjonsstabilitet (krympingshastighet) Høytemperaturovn, klimakammer, linjal -
Luktemisjon Høytemperaturovn, luktoppsamlingsenhet VW50180

Analyse og diskusjon
Mekaniske egenskaper
Tabell 2 viser testdata for mekaniske egenskaper for ekte lær, PU-mikrofiberlær og PVC-syntetisk lær, hvor L representerer materialets varpretning og T representerer materialets veftretning. Det fremgår av tabell 2 at når det gjelder strekkfasthet og bruddforlengelse, er strekkfastheten til naturlær i både varp- og veftretningen høyere enn for PU-mikrofiberlær, noe som viser bedre styrke, mens bruddforlengelsen til PU-mikrofiberlær er større og seigheten er bedre; mens strekkfastheten og bruddforlengelsen til PVC-syntetisk lær begge er lavere enn for de to andre materialene. Når det gjelder statisk forlengelse og permanent deformasjon, er strekkfastheten til naturlær høyere enn for PU-mikrofiberlær, noe som viser bedre styrke, mens bruddforlengelsen til PU-mikrofiberlær er større og seigheten er bedre. Når det gjelder deformasjon, er den permanente deformasjonen av PU-mikrofiberlær minst i både varp- og veftretningen (gjennomsnittlig permanent deformasjon i varpretningen er 0,5 %, og gjennomsnittlig permanent deformasjon i veftretningen er 2,75 %), noe som indikerer at materialet har best gjenopprettingsevne etter strekking, noe som er bedre enn ekte lær og PVC-syntetisk lær. Statisk forlengelse refererer til graden av forlengelsesdeformasjon av materialet under belastningsforhold under montering av setetrekket. Det er ingen klare krav i standarden, og den brukes kun som en referanseverdi. Når det gjelder rivekraft, er verdiene for de tre materialprøvene like og kan oppfylle standardkravene.

Tabell 2 Resultater av mekaniske egenskaper for ekte skinn, PU-mikrofiberskinn og PVC-syntetisk skinn

Prøve Strekkfasthet/MPa Bruddforlengelse/% Statisk forlengelse/% Permanent deformasjon/% Rivekraft/N
L T L T L T L T L T
Ekte lær 1# 17,7 16.6 54,4 50,7 19,0 11.3 5.3 3.0 50 52,4
Ekte lær 2# 15,5 15,0 58,4 58,9 19.2 12,7 4.2 3.0 33,7 34.1
Ekte skinn som standard ≥9,3 ≥9,3 ≥30,0 ≥40,0     ≤3,0 ≤4,0 ≥25,0 ≥25,0
PU mikrofiberlær 1# 15,0 13.0 81,4 120,0 6.3 21.0 0,5 2,5 49,7 47,6
PU mikrofiberlær 2# 12,9 11.4 61,7 111,5 7,5 22,5 0,5 3.0 67,8 66,4
PU mikrofiberlær standard ≥9,3 ≥9,3 ≥30,0 ≥40,0     ≤3,0 ≤4,0 ≥40,0 ≥40,0
PVC syntetisk skinn I# 7.4 5,9 120,0 130,5 16,8 38,3 1.2 3.3 62,5 35,3
PVC syntetisk lær 2# 7,9 5.7 122,4 129,5 22,5 52,0 2.0 5.0 41,7 33,2
PVC syntetisk skinn standard ≥3,6 ≥3,6         ≤3,0 ≤6,0 ≥30,0 ≥25,0

Generelt sett har PU-mikrofiberlærprøvene god strekkfasthet, bruddforlengelse, permanent deformasjon og rivekraft, og de omfattende mekaniske egenskapene er bedre enn for ekte lær og PVC-syntetisk lærprøver.
Foldemotstand
Tilstandene til prøvene for foldemotstandstest er spesifikt delt inn i seks typer, nemlig starttilstand (ikke-aldret tilstand), fuktig varmealdringstilstand, lavtemperaturtilstand (-10 ℃), xenonlysaldringstilstand (PV1303/3P), høytemperaturaldringstilstand (100 ℃/168 t) og klimaendringsaldringstilstand (PV12 00/20P). Brettemetoden er å bruke et lærbøyeinstrument til å feste de to endene av den rektangulære prøven i lengderetningen på instrumentets øvre og nedre klemmer, slik at prøven er 90° og bøyer seg gjentatte ganger med en viss hastighet og vinkel. Resultatene av bretteytelsestesten for ekte lær, PU-mikrofiberlær og PVC-syntetisk lær er vist i tabell 3. Det fremgår av tabell 3 at prøvene av ekte lær, PU-mikrofiberlær og PVC-syntetisk lær alle er brettet 100 000 ganger i starttilstand og 10 000 ganger i aldringstilstand under xenonlys. Det kan opprettholde en god tilstand uten sprekker eller stressbleking. I andre aldringstilstander, nemlig våt varmealdringstilstand, høy temperaturaldringstilstand og klimaendringsaldringstilstand for PU-mikrofiberlær og PVC-syntetisk lær, kan prøvene tåle 30 000 bøyetester. Etter 7500 til 8500 bøyetester begynte sprekker eller spenningsbleking å oppstå i prøver av ekte lær i våt varmealdringstilstand og høy temperaturaldringstilstand, og alvorlighetsgraden av våt varmealdring (168 timer/70 ℃/75 %) er lavere enn for PU-mikrofiberlær. Fiberlær og PVC-syntetisk lær (240 timer/90 ℃/95 %). Tilsvarende oppstår sprekker eller spenningsbleking i lærets tilstand etter klimaendringsaldring etter 14 000–15 000 bøyetester. Dette er fordi lærets bøyemotstand hovedsakelig avhenger av det naturlige kornlaget og fiberstrukturen til det originale læret, og ytelsen er ikke like god som for kjemiske syntetiske materialer. Tilsvarende er materialstandardkravene for lær også lavere. Dette viser at lærmaterialet er mer «delikat», og at brukerne må være mer forsiktige eller ta hensyn til vedlikehold under bruk.

Tabell 3 Resultater av bretteytelsestest av ekte skinn, PU-mikrofiberskinn og PVC-syntetisk skinn

Prøve Opprinnelig tilstand Våt varmealdringstilstand Lav temperaturtilstand Aldringstilstanden til xenonlys Høy temperatur aldringstilstand Klimaendringer i aldrende tilstand
Ekte lær 1# 100 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 168 timer/70 ℃/75 % 8000 ganger, sprekker begynte å dukke opp, stressbleking 32 000 ganger begynte sprekker å dukke opp, ingen stressbleking 10 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 7500 ganger begynte sprekker å dukke opp, ingen stressbleking 15 000 ganger begynte sprekker å dukke opp, ingen stressbleking
Ekte lær 2# 100 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 168 t/70 ℃/75 % 8 500 ganger, sprekker begynte å dukke opp, stressbleking 32 000 ganger begynte sprekker å dukke opp, ingen stressbleking 10 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 8000 ganger begynte sprekker å dukke opp, ingen stressbleking 4000 ganger begynte sprekker å dukke opp, ingen stressbleking
PU mikrofiberlær 1# 100 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 240 t/90 ℃/95 % 30 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 35 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 10 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 30 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 30 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking
PU mikrofiberlær 2# 100 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 240 t/90 ℃/95 % 30 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 35 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 10 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 30 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 30 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking
PVC-syntetisk lær 1# 100 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 240 t/90 ℃/95 % 30 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 35 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 10 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 30 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 30 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking
PVC syntetisk lær 2# 100 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 240 t/90 ℃/95 % 30 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 35 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 10 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 30 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 30 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking
Standardkrav for ekte lær 100 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 168 timer/70 ℃/75 % 5000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 30 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 10 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking Ingen krav Ingen krav
Standardkrav for PU-mikrofiberskinn 100 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 240 t/90 ℃/95 % 30 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 30 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 10 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 30 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking 30 000 ganger, ingen sprekker eller stressbleking

 

Generelt sett er bretteytelsen til lær, PU-mikrofiberlær og PVC-syntetisk lær god i starttilstanden og i xenon-lysaldringstilstanden. I våt varmealdringstilstand, lavtemperaturtilstand, høytemperaturaldringstilstand og klimaendringstilstand er bretteytelsen til PU-mikrofiberlær og PVC-syntetisk lær lik, noe som er bedre enn lær.
Slitasjemotstand
Slitasjetesten inkluderer friksjonstest av fargefasthet og slitasjetest av kuleplate. Resultatene av slitasjetesten for lær, PU-mikrofiberlær og PVC-syntetisk lær er vist i tabell 4. Resultatene av friksjonstesten av fargefasthet viser at lær-, PU-mikrofiberlær- og PVC-syntetisk lærprøvene er i den opprinnelige tilstanden, gjennomvåt i avionisert vann, gjennomvåt i alkalisk svette. Når de er gjennomvåt i 96 % etanol, kan fargefastheten etter friksjon opprettholdes over 4,0, og fargetilstanden til prøven er stabil og vil ikke falme på grunn av overflatefriksjon. Resultatene av slitasjetesten med kuleplate viser at lærprøven har omtrent 10 skadede hull etter 1800–1900 gangers slitasje, noe som er betydelig forskjellig fra slitasjemotstanden til PU-mikrofiberlær- og PVC-syntetisk lærprøver (begge har ingen skadede hull etter 19 000 gangers slitasje). Årsaken til de skadede hullene er at lærets narvlag er skadet etter slitasje, og slitasjemotstanden er ganske forskjellig fra slitasjemotstanden til kjemiske syntetiske materialer. Derfor krever den svake slitasjemotstanden til lær også at brukerne er oppmerksomme på vedlikehold under bruk.

Tabell 4 Testresultater for slitestyrke i ekte lær, PU-mikrofiberlær og PVC-syntetisk lær
Prøver Fargefasthet mot friksjon Slitasje på kuleplaten
Opprinnelig tilstand Avionisert vanngjennomvåt tilstand Alkalisk svettegjennomvåt tilstand 96 % etanol-gjennomvåt tilstand Opprinnelig tilstand
(2000 ganger friksjon) (500 ganger friksjon) (100 ganger friksjon) (5 ganger friksjon)
Ekte lær 1# 5.0 4,5 5.0 5.0 Omtrent 1900 ganger 11 skadede hull
Ekte lær 2# 5.0 5.0 5.0 4,5 Omtrent 1800 ganger 9 skadede hull
PU mikrofiberlær 1# 5.0 5.0 5.0 4,5 19 000 ganger Ingen hull på overflaten som er skadet
PU mikrofiberlær 2# 5.0 5.0 5.0 4,5 19 000 ganger uten hull i overflaten
PVC-syntetisk lær 1# 5.0 4,5 5.0 5.0 19 000 ganger uten hull i overflaten
PVC syntetisk lær 2# 5.0 5.0 5.0 4,5 19 000 ganger uten hull i overflaten
Standardkrav for ekte lær ≥4,5 ≥4,5 ≥4,5 ≥4,0 1500 ganger slitasje Ikke mer enn 4 skadehull
Standardkrav for syntetisk lær ≥4,5 ≥4,5 ≥4,5 ≥4,0 19 000 ganger slitasje Ikke mer enn 4 skadehull

Generelt sett har prøver av ekte lær, PU-mikrofiberlær og PVC-syntetisk lær god friksjonsfargefasthet, og PU-mikrofiberlær og PVC-syntetisk lær har bedre slitasjemotstand enn ekte lær, noe som effektivt kan forhindre slitasje.
Andre materialegenskaper
Testresultatene for vanngjennomtrengelighet, horisontal flammehemming, dimensjonal krymping og luktnivå for prøver av ekte lær, PU-mikrofiberlær og PVC-syntetisk lær er vist i tabell 5.

Tabell 5 Testresultater av andre materialegenskaper til ekte lær, PU-mikrofiberlær og PVC-syntetisk lær
Prøve Vanngjennomtrengelighet/(mg/10 cm²·24t) Horisontal flammehemming/(mm/min) Dimensjonal krymping/% (120 ℃/168 t) Luktnivå
Ekte lær 1# 3.0 Ikke-brennbar 3.4 3.7
Ekte lær 2# 3.1 Ikke-brennbar 2.6 3.7
PU mikrofiberlær 1# 1,5 Ikke-brennbar 0,3 3.7
PU mikrofiberlær 2# 1.7 Ikke-brennbar 0,5 3.7
PVC-syntetisk lær 1# Ikke testet Ikke-brennbar 0,2 3.7
PVC syntetisk lær 2# Ikke testet Ikke-brennbar 0,4 3.7
Standardkrav for ekte lær ≥1,0 ≤100 ≤5 ≤3,7 (akseptabelt avvik)
Standardkrav for PU-mikrofiberskinn Ingen krav ≤100 ≤2 ≤3,7 (akseptabelt avvik)
Standardkrav for PVC-syntetisk lær Ingen krav ≤100 Ingen krav ≤3,7 (akseptabelt avvik)

Hovedforskjellene i testdataene er vanngjennomtrengelighet og dimensjonal krymping. Vanngjennomtrengeligheten til lær er nesten dobbelt så høy som for PU-mikrofiberlær, mens PVC-syntetisk lær nesten ikke har noen vanngjennomtrengelighet. Dette skyldes at det tredimensjonale nettverksskjelettet (ikke-vevd stoff) i PU-mikrofiberlær ligner på den naturlige buntstrukturen av kollagenfibre i lær, som begge har mikroporøse strukturer, noe som gjør at begge har en viss vanngjennomtrengelighet. Videre er tverrsnittsarealet av kollagenfibrene i lær større og jevnere fordelt, og andelen mikroporøs plass er større enn for PU-mikrofiberlær, slik at lær har den beste vanngjennomtrengeligheten. Når det gjelder dimensjonal krymping, etter varmealdring (120 ℃/1), er krympehastighetene for PU-mikrofiberlær og PVC-syntetisk lærprøver etter varmealdring (68 timer) like og betydelig lavere enn for ekte lær, og deres dimensjonsstabilitet er bedre enn for ekte lær. I tillegg viser testresultatene for horisontal flammehemming og luktnivå at ekte lær, PU-mikrofiberlær og PVC-syntetisk lærprøver kan nå lignende nivåer, og kan oppfylle materialstandardkravene når det gjelder flammehemming og luktytelse.
Generelt sett reduseres vanndampgjennomtrengeligheten til prøver av ekte lær, PU-mikrofiberlær og PVC-syntetisk lær. Krympehastigheten (dimensjonsstabilitet) for PU-mikrofiberlær og PVC-syntetisk lær etter varmealdring er lik og bedre enn for ekte lær, og den horisontale flammehemmingen er bedre enn for ekte lær. Antennings- og luktegenskapene er like.
Konklusjon
Tverrsnittsstrukturen til PU-mikrofiberlær ligner på den til naturlig lær. PU-laget og basisdelen av PU-mikrofiberlær tilsvarer narvlaget og fibervevsdelen av sistnevnte. Materialstrukturene til det tette laget, skumlaget, klebelaget og basisstoffet i PU-mikrofiberlær og PVC-syntetisk lær er åpenbart forskjellige.
Den materielle fordelen med naturlig lær er at det har gode mekaniske egenskaper (strekkfasthet ≥15 MPa, bruddforlengelse >50 %) og vanngjennomtrengelighet. Den materielle fordelen med PVC-syntetisk lær er slitestyrke (ingen skade etter 19 000 ganger slitasje på ballbrettet), og det er motstandsdyktig mot forskjellige miljøforhold. Delene har god holdbarhet (inkludert motstand mot fuktighet og varme, høy temperatur, lav temperatur og vekslende klima) og god dimensjonsstabilitet (dimensjonal krymping <5 % under 120 ℃/168 t). PU-mikrofiberlær har de materielle fordelene til både ekte lær og PVC-syntetisk lær. Testresultatene for mekaniske egenskaper, foldeevne, slitestyrke, horisontal flammehemming, dimensjonsstabilitet, luktnivå, etc. kan nå det beste nivået av naturlig ekte lær og PVC-syntetisk lær, og samtidig ha en viss vanngjennomtrengelighet. Derfor kan PU-mikrofiberlær bedre oppfylle brukskravene til bilseter og har brede bruksmuligheter.


Publisert: 19. november 2024