研究了用于汽车顶棚的超纤革复合面料和针织仿麂皮复合面料在力学性能､耐老化性､延伸性､触感､透气性及色牢度等方面的差异。分析两种面料的生产流程对其环保性､质量稳定性的影响，讨论超纤革复合面料和针织仿麂皮复合面料用于汽车内饰材料的适用性。试验根据结果得出，针织仿麂皮复合面料较超纤革复合面料更适合于汽车内饰材料，针织超纤仿麂皮替代天然皮革用于汽车内饰材料具备良好的应用前景。

  作者：冯保进1，王宏道1，张兵1，任元1，孙琪1，苏志华2，陈文海2，张凇1，刘少华1，史立伟1，王文涛1，骆冬冬2

  天然皮革具有较高的强度､良好的透气性和耐用性，及突出的柔韧性和舒适细腻的手感，深受消费者喜爱。但其成本昂贵､原料有限，在汽车内饰领域大多数都用在中高档汽车的内饰材料。

  超纤革也称为超纤仿麂皮材料，是以超细纤维制成的具有三维网状结构的非织造面料为基材，经含浸聚氨酯（PU）等溶液后，形成的有机整体，具备仿真皮的风格，同时兼具弹性和力学性能。超纤革是目前最接近天然皮革的合成革材料[1]。

  近年来，超纤革仿麂皮面料作为新型汽车内饰材料出现。超纤仿麂皮绒是天然皮革产品的理想替代品[2]，既能保证座椅的质量，又能减少相关成本[3]，具备比较好的替代牛皮的潜力。

  但是，超纤革是由非织面料经过浸胶等处理后实现仿麂皮风格的，其延伸性远低于传统针织面料，在用于包覆车用注塑件时，易出现外观斑驳感较强，不均匀，造型大拐角处起皱严重等问题，不能够满足装车要求[4]。另外，其也会出现耐老化力学性能不稳定，经光老化或水老化后的强力保持率小于70%，这在某些特定的程度上限制了超纤革在汽车内饰领域的应用。针织仿麂皮绒面料较好地保留了针织物的弹性和延伸性，且其耐老化力学性能与传统针织面料接近，在车用内饰材料的开发和应用中日益受到关注[5]。

  本文依据对超细纤维类车用内饰材料的规定要求，讨论了超纤革复合面料和针织仿麂皮复合面料用于汽车顶棚材料的适用性，分别从力学性能､耐老化性能､透气性､触感､色牢度及生产流程等方面，探讨了仿麂皮绒面料在车用内饰材料中的适用性及其发展的新趋势[6-9]。

  本文采用的超纤革复合面料和针织仿麂皮复合面料的超细纤维均为基于COPET/PET的定岛型海岛纤维，开纤后单丝细度均0.1dtex，面料的复合方式均为火焰复合海绵，面料颜色均为原液着色黑色。其中，超纤革复合面料的厚度为3.967mm，面密度为364g/m2，生产流程为水刺无纺布→含浸水性PU→开纤→磨毛→水洗→风柔→复合；针织仿麂皮复合面料的厚度为3.892mm，面密度为379g/m2，生产加工流程为经编织造→开纤→磨毛→水洗→定型→复合。

  主要测试仪器和设备如下:AL104型电子天平，INSTRON3366型万能电子强力仪，ATLASci4000型氙灯日晒老化仪，GT-7049-PVJ型静态伸长测试仪，YG864型织物平磨仪（马丁代尔），SFJJ-2000C型标准光源箱，M293型织物触感测试仪，ATLASM021A型透气仪，Y571B型摩擦色牢度仪。

  最大拉伸力､断裂伸长率､静态伸长率和永久伸长率等指标可直观反应材料的力学性能。两种仿麂皮材料在结构和生产加工途径等方面存在比较大差异，需讨论面料不同位置的平行数据及其相对偏差性，以研究其物理机械性能的差异。本文对每种面料分别取3组平行数据来进行讨论。

  复合材料的力学性能是汽车内饰材料的基本指标，TL52310标准中，车用顶棚复合面料的最大拉伸力要求≥200N。两种面料3组平行样品的最大拉伸强力值和平均值见表1。

  由表1可见，超纤革复合面料的横向最大拉伸强力200N，未满足TL52310标准要求。两种材料3组平行数据的相对偏差分布情况见表2。

  由表2可知，超纤革复合面料最大拉伸强力的相对偏差分布较针织仿麂皮绒复合面料更大，分散性更强。

  汽车内饰用面料作为车顶､立柱､仪表盘以及座椅等包覆材料，其延伸性对内饰制件的制作流程与工艺､表观状态影响很大。一般来说，面料的断裂伸长率越大，动态变形比越大，包覆成形性越好[10]。

  两种复合面料的3组平行试样的断裂伸长率见表3。超纤革复合面料的纵向和横向平均断裂伸长率分别为42.0%和79.8%，均小于针织仿麂皮复合面料对应的98.7%和115.1%，结果符合针织类面料延伸性好的特点。

  两种复合面料3组平行样品纵向和横向上的断裂伸长率与平均生产率的相对偏差见表4。两种面料的断裂伸长率的相对偏差分布及其最大拉伸强力的分布规律性相同。针织仿麂皮绒复合面料的断裂伸长率相对更集中，偏离平均值更小。

  与表2相比，超纤革复合面料断裂伸长率的相对偏差更明显，其最大值为-12.38%。

  静态伸长率和永久伸长率是反应面料蠕变和弹性的重要参数，可为研究材料用于汽车内饰包覆性材料的适用性提供参考。

  由表5可知，超纤革复合面料的纵向与横向的静态伸长率相差26%，相对差值率为72.2%。差值率巨大，说明超纤革复合面料的弹性或立体包覆性稍差于针织仿麂皮绒复合材料。

  本文讨论所依据的标准为TL52310，经过老化后的强力保持率应不小于初始强力的70%。两种复合面料经过老化后的最大拉伸力及其保持率见表6。

  由表6可见，两种面料老化后的强力保持率均大于70%，可满足TL52310标准要求。

  耐磨性是汽车内饰材料耐用性的一项重要考察指标。标准TL52310中要求材料在光老化前后经过马丁代尔平摩10000次后，外观无起球､无缺陷､无孔形成，表面变色等级不小于3级。

  两种复合面料按标准测试方法检测后，外观及色变指标均可满足规定的要求，其中色变等级见表7。

  复合面料经过10000次马丁代尔平磨后的面料表面和贴衬布的外观状态见图1和图2。图1显示超纤革复合面料经过耐磨性测试后，面料表面稍有发白，对应的贴衬布上沾污了较多的黑色短纤颗粒；图2是针织仿麂皮绒复合面料对应的10000次平磨后面料和贴衬布的表面状态，无明显异状。

  触感是麂皮面料赋予汽车内饰材料舒适性和高档感的关键评价指标。面料的触感与其物理性能如拉伸､压缩､弯曲､摩擦､吸热､吸湿和透气性等有关[11]。触感主要是通过测定材料表面物理特性来表征，如表面摩擦特性､压缩特性及材料温感的表面散热特性等[12]。本文根据面料的挠曲力模块､热流模块和摩擦力模块3个模块中的测试数据，讨论两种面料的触感特点和差异性，见表8。可见，两种面料的挠曲力平均刚度和挠曲功的测试数据接近，说明面料整体的柔软性接近；两种面料的压缩和回复传热性能接近，符合聚酯超纤绒面的特点；两种面料的最大热通量具有一定差异性，反应出两种面料的组织架构如紧密程度､气孔分布等不同；两种面料的表面摩擦因数接近，说明两种面料表面的滑爽度和绒毛分布接近。

  复合面料的透气性能取决于材料自身的组织架构､空气通道形状和孔洞分布等情况，同时这些特点与复合材料的夏天隔热，冬天保温､隔音降噪等性能也紧密关联[13-15]。透气特性有助于了解不同复合材料对隔热､隔音､吸音等方面的影响。

  超纤革复合面料的3组透气量分别为61.50､60.10､58.74L/dm2·min，针织仿麂皮复合面料的3组透气量分别为37.96､39.37､38.53L/dm2·min。多个方面数据显示，两种复合材料均具有均匀､良好的透气性。其中，超纤革复合面料的透气量更大，说明该复合面料的空隙更大，在厚度､面料密度接近的情况下，针织仿麂皮的紧密性更高，空气通道更小。

  根据TL52310规定要求，耐光色牢度3周期≥3~4级；摩擦色牢度中干摩擦色牢度≥4级，湿摩擦色牢度≥3~4级。两种复合材料的色牢度如表9所示，超纤革复合面料的干､湿摩擦色牢度均不满足相关标准要求。

  针织仿麂皮复合面料的纵向和横向最大拉伸强力分别为240.27､620.25N，符合规定标准要求；超纤革复合面料纵向和横向最大拉伸力分别为278.73､161.63N，其中横向最大拉伸强力不满足≥200N的标准要求。两种面料耐老化后的强力保持率均满足≥70%的要求。

  针织仿麂皮复合面料延伸性更好，纵向和横向的断裂伸长率分别为98.7%､115.1%，均高于超纤革复合面料对应的42.0%､79.8%，符合针织物具有更好延伸性的特点。

  在最大静态伸长率和永久伸长率方面，针织仿麂皮复合面料在横向和纵向的差异性较小，可赋予针织面料在纵向和横向方向上较好的弹性。相对应的，超纤革复合面料的纵向与横向差异性较大，分别达到72.2%和83.3%，使得超纤革复合面料的弹性或立体包覆性差。

  针织仿麂皮面料的强力分布均匀性更好。最大拉伸力､断裂伸长率等测试项目中，3组平行数据的相对偏差分别为-0.66%~+0.73%和-1.13%~+1.52%。

  相应的，超纤革面料对应测试项目的相对偏差分布更宽，分别为-2.90%~+4.79%和-12.38%~+7.86%。

  综上所述，针织仿麂皮复合面料的综合力学性能优于超纤革，其原因与两种面料的纤维状态､面料结构和制成方法均有关系。针织仿麂皮面料是PET及PET海岛纤维（PET/COPET）长丝经经编织造而成，相对于以短纤无纺布为基布的超纤革，具有较高的纤维强力基础和均匀性优势；以无纺布作为基布的超纤革自身延伸性较差，通过浸胶后可增加一定的强度和弹性，但与针织物的延伸性仍相差甚远。

  两种仿麂皮复合面料耐磨性均可满足相关标准要求。测试过程中，超纤革复合面料经耐磨性测试后，贴衬布上沾污了黑色短纤颗粒，而针织仿麂皮复合面料不明显。出现上述现象主要是超纤革面料绒面短纤耐磨性强度主要由浸PU提供，当面料表面经10000次摩擦后，黏结力较弱的纤维部分脱离整体的结构，脱落后的短纤绒毛在摩擦力的作用下聚成颗粒状纤维团，形成了贴衬布表面的黑色颗粒。

  两种面料的综合触感指标接近。单项指标中，两种面料的压缩和回复传热系数接近；在挠曲力和摩擦因数方面，针织仿麂皮复合面料的纵向和横向数值差稍大于超纤革复合面料；最大热通量方面，超纤革复合面料单位面积最大热通量为1151.7W，针织仿麂皮复合面料单位面积的最大热通量为974.9W。这是因为超纤革无规律的非织面料经PU浸胶后与针织仿麂皮的组织架构相差较大，造成两种面料保暖性能有差异。可见，针织仿麂皮保暖性稍好于超纤革复合面料。

  两种面料均具备比较好的透气性，超纤革复合面料的平均每分钟透气能力为60.11L/dm2，高于针织仿麂皮复合面料的38.53L/dm2，说明超纤革的空隙更多､更大，针织仿麂皮复合面料较超纤革复合面料更致密。

  针织仿麂皮复合面料的干､湿摩擦色牢度均满足规定的要求，但超纤革复合面料的干摩擦色牢度为3级，湿摩擦色牢度为2~3级，均不满足相关标准要求。

  影响摩擦色牢度的因素较为复杂，与染料类型､染色方法､皂洗程度及后处理工艺均有关系，决定性因素在于干态和湿态条件下，贴衬布与面料表面摩擦对表面着色体系的影响。超纤革复合面料的摩擦色牢度较差，湿摩擦色牢度仅为2~3级，其表面短纤色丝在湿态情况下经摩擦严重沾污到贴衬面料上。其原因是表面超纤绒毛与整体性的黏结强度不够，可能因开纤或磨毛等工艺控制不当，使其表面易脱离的短绒毛比例比较高，导致在进行摩擦色牢度测试时，其返沾到贴衬布的程度更为严重。这种表现与两种面料进行耐磨性测试的结果一致。

  汽车用纺织材料除要满足强力､透气性､外观等基础要求外，还要满足舒适性､安全环保性等方面的要求[16]。安全环保性既包括原料的环保性，也包括生产的全部过程及终端应用环节的环保和安全性。

  超纤革复合面料生产的全部过程中相较于针织仿麂皮复合面料，PU浸胶流程是关键步骤，也是多于针织仿麂皮复合面料的生产环节。目前，产业化较为成熟的超纤革含浸树脂多以溶剂型聚氨酯为主，以此制得的超纤革复合面料力学性能好，面料的回弹性和表面匀整性好[17]，更接近天然皮革。不过，以溶剂型PU浸胶的超纤革复合面料因大量有机溶剂的使用造成了环境污染，并有面料残留异味或VOC不过关等风险。

  随着国家相关环保法规的实施，超纤革溶剂型浸胶树脂的使用受到限制，慢慢的变多水性聚氨酯浸渍液的开发和应用得到重视[18-19]。近年来，水性浸胶的超纤革在染色､透湿､透气等方面获得比较大的进步[20]。不过，车用内饰面料对力学性能､色牢度等指标的要求高于一般服装面料，使得水性聚氨酯浸胶超纤革复合面料在生产质量稳定性方面面临巨大考验。

  超纤非织造布经浸胶液浸胶后，后续流程中的开纤､染色等工序对水性浸胶液的耐水､耐温､耐碱､耐酸的稳定性等方面均有较高要求，否则面料难以获得理想的力学性能。目前，水性浸胶液在此方面难以达到溶剂性浸胶液水平，这是水性聚氨酯浸胶液尚未大规模取代溶剂型浸胶液的最终的原因，特别是在汽车内饰材料的应用上尤为突出。上文中，水性浸胶生产加工的超纤革横向最大拉伸力未能达到200N的标准要求。另外，湿处理对超纤革整体的力学性能造成的不稳定性增大了后续流程中磨毛､后处理等工艺的控制难度，更易造成磨毛不足或过量，出现摩擦色牢度差等问题。

  针织仿麂皮复合面料在最大拉伸力､强力分布均匀性､延伸性､耐磨性､摩擦色牢度以及潜在的隔热性和吸音､隔音性等方面相较于超纤革复合面料更具优势。针织仿麂皮复合面料生产工艺流程较超纤革复合面料减去了PU浸胶工艺，可避免因溶剂型浸胶液带来的环保性和安全性风险，也可避免因水性浸胶液造成的批量化生产质量不稳定等隐患。针织仿麂皮复合面料在整体手感､暖和度､柔软度和光滑度等触感综合评价与超纤革复合面料接近。针织仿麂皮复合面料在强力､触感风格等方面还存在纵向和横向的差异性，这与面料的组织架构有很大的关系，后续技术开发工作中可通过调整纤维比例和优化组织架构来减小这种纵､横向差异，使其风格更接近天然麂皮。综合看来，针织仿麂皮复合面料在车用内饰材料上更具应用前景。

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