汽車內飾用真皮曝曬試驗后變硬問題分析

李茹，袁愛春

(1.上汽大眾汽車有限公司，上海 201805；2.上汽大眾汽車有限公司質量保證部，上海 201805)

1 前言

曝曬試驗作為耐候性試驗的一種，是研究汽車老化的重要手段之一，也是車企產品開發和質量改進的重要手段之一。因此，曝曬試驗中產生的問題，都要研究并解決。在某次曝曬試驗中，在試驗場曝曬13個月后，部分車型的座椅真皮出現變硬的現象，被試驗部門抱怨。任何物質都有老化過程，因此根據經驗，長期曝曬條件下真皮變硬應該屬于自然現象，但是本次試驗中發現，不同廠家的產品變硬程度有所不同，有些屬于正常老化，可以接受，但部分零件嚴重變硬，給乘客的觸感以及乘坐舒適度都造成負面感受，如果不研究解決，在某些特殊環境下，有可能引起客戶抱怨。因此，接收到該問題后，我們立即開始與真皮廠家、材料試驗室組成攻關小組，共同研究，尋找原因并嘗試給出解決方案。

2 原因分析

2.1 曝曬試驗前后真皮結構分析

拿到試驗后零件，我們首先分析真皮結構發生了什么變化，通過顯微鏡可以看到，常態下皮革纖維的蓬松度好，手感柔軟，但老化后樣件，框架結構受到破壞，纖維微小空隙消失，纖維重新粘連。由此推測，長期曝曬環境中，在高溫紫外線輻射作用下，真皮內某些物質發生變化，從而導致纖維粘連，其表現形式就是變硬。

2.2 曝曬試驗前后真皮的關鍵成分分析

接下來我們對曝曬前后真皮的柔軟度做了對比，結果顯示，曝曬前BLC軟度值為3.5mm，曝曬后BLC軟度值為2.5mm。這里采用ST-300皮革柔軟度測試儀，BLC軟度數值越高表示真皮越柔軟。接下來我們計劃找到某種試驗方法，模擬曝曬環境，更快得出真皮在曝曬條件下，硬度隨時間變化趨勢，以及皮革內相關物質含量變化趨勢。由于曝曬條件下，座椅表面最高溫度>105攝氏度，因此我們采用120度高溫環境模擬曝曬條件。根據經驗，皮革經過長時間曝曬高溫后，皮革中的油脂和水分逐漸消失，是導致皮革變硬的重要因素。因此，將水份和油脂作為分析目標，記錄硬度、油脂含量、水份含量的變化趨勢，每兩天記錄一次數據。通過本次試驗，得出如下數據。其中，水份會在一天時間內散發至接近絕干，之后穩定，幾乎不再變化。

8天后，硬度接近曝曬試驗后，油脂含量低于曝曬試驗后。從上述圖表可以看出，隨著時間推移，真皮在急劇變硬，與此同時，真皮中水份快速接近絕干狀態，油脂含量也幾乎直線下降，真皮硬度變化趨勢與油脂含量變化趨勢接近。因此推斷，如果減緩油脂衰減速度，即盡量鎖住皮革中的水份和油脂，可以緩解真皮變硬情況。

3 提出解決方案并驗證

3.1 增加加脂工序中的油脂投入量

通過對曝曬試驗前后真皮結構分析，以及模擬試驗前后硬度，水，油脂含量的趨勢分析，我們認為想辦法提高試驗后真皮油脂及水含量，就能達到相應柔軟度。首先想到最直接的方法，是提高初始狀態的油脂及水含量，△值不變的話，可以達到目的。為此我們做了相應方案，加脂環節提高油脂，磷脂，聚合物投入比例，見下表。三者投入量從批量的11%提高到15%。然后開始對比試驗，我們可以看到，試驗前油脂含量從9.15%提高到9.61%，硬度由3.538mm改善到3.748mm。

試驗8天后，其BLC值比項目狀態略高，情況稍有改善，但對于目標還有一定距離，并不能完全達到目的。分析數據發現，如果保持現有油脂類型不變，僅提高其投入量，即使初始狀態油脂含量會有所增加，但試驗后油脂損失很大，最終留在真皮中的油脂并沒有預測中那么多，因此對于改善硬度效果有限。因此可作為改善方法之一，在此基礎上還需繼續尋找其它方案。此外，皮革含水量受環境濕度影響較大，例如在干熱環境中皮革含水量非常少，但同一塊皮拿到濕度較大的環境中，含水量會很快增加，因此接下來的分析中，將不再考慮水含量，僅從油脂角度分析。

表1 方案1對比試驗結果

3.2 篩選穩定性較好的油脂

基于上述分析，接下來將分析重點放在如何提高油脂穩定性上面。眾所周知，真皮加工流程中，復鞣是至關重要的環節，真皮的很多性能都取決于復鞣劑的成分及含量。油脂越穩定，越不容易分解或揮發，皮革越不容易老化變硬?；诖?，我們首先開始單材料油脂穩定性試樣，經過與化料供應商合作，兩個月時間，我們完成了19份加脂劑單材料試樣和測試，篩選出耐高溫試驗后后油脂含量較穩定的方案。推薦4#，7#，14#

以上19種油脂中包括有2種類型，合成油脂和磷脂，我們將表現優異的單油脂按照不同比例與聚合物進行組合，做了6個方案用于成品試樣，試制產品，測試驗證。按照下表中卵磷脂，聚合物，合成油的比例進行，通過測試得出，出方案1，3，4表現優異，老化試驗后油脂含量及軟硬度都有明顯改善。因此，接下來要復制三個方案，做進一步驗證

通過復制方案，綜合考慮工藝，成本，氣味等因素，最終選出方案3作為優化方案。最后將該方案試制樣件做陽光模擬實驗，與之前狀態做對比驗證，結論是，效果良好，相較之前狀態有較大改善，該抱怨被成功解決。

方案卵磷脂%預加脂預加脂聚合物%合成油%測試項目原樣120℃/2days120℃/6days評價方案1556BLC軟度(mm)3.8263.3023.191含油量/%8.658.517.92優方案2557BLC軟度(mm)3.8363.3163.209含油量/%8.798.086.78方案3457BLC軟度(mm)4.4683.9923.539含油量/%9.948.748.23優方案42356BLC軟度(mm)4.4393.663.326含油量/%9.866.455.86優方案52357BLC軟度(mm)3.3822.982.826含油量/%8.955.974.35差方案62258BLC軟度(mm)4.2663.483.066含油量/%11.036.985.8

4 結論

文章從發現問題開始，從真皮結構變化為切入點進行分析，通過模擬實驗探索研究，找到了導致大氣曝曬試驗中真皮異常變硬的主要原因，并最終給出該問題的解決方案：1.通過實驗挑選出耐高溫曝曬后穩定性好的加脂劑材料；2.使用耐高溫老化特性較優的加脂劑并調整不同加脂劑使用比例，改善真皮老化實驗中油脂的衰減速度和油脂對纖維的潤滑能力；3.本改進方案中增加了2%的磷脂，即加脂時磷脂從原來的2%增加到4%，提高皮革在經歷高溫或曝曬時水份保持能力即改善皮纖維與水的結合強度和鎖水能力，使產品在經歷高溫曝曬后皮中仍含有較多的結合水，使真皮能保持良好的柔軟性。

實際分析過程比正文描述更加復雜，必須綜合考慮多種因素的影響，例如，在篩選穩定性較好的加脂材料時，我們把氣味及VOC作為重要的考核指標，在氣味和VOC表現較好的材料中尋找目標，等等。要找到各種性能的平衡點，從而得到最優解決方案。