具有隔熱功能真皮革與普通真皮革隔熱性比較研究

張亮，何家志，王澤升，李靜，劉倩，廖蘭

威馬汽車科技集團有限公司成都研究院，四川成都 610100

0 引言

近年來，隨著全球工業化的深入推進，能源危機和生態問題日益嚴重，環境友好、低碳化、可再生化成為可持續性發展的必然選擇。與此同時，以“電動化、智能化、網聯化、共享化”為特征的“新四化”成為汽車產業發展的新風向標。新能源汽車作為“新四化”的最佳載體，迎來了發展熱潮。此外，隨著消費升級，消費群體的日趨年輕化，消費者對購車的需求也由最初的代步工具開始上升為舒適的智能移動空間。新能源汽車作為“新物種”，要獲得消費者的普遍青睞，除了以安全為核心，強調環保、舒適、智能、科技的同時，更要在設計和服務理念上積極創新，堅持以用戶思維為向導，深入挖掘用戶潛在需求，主動解決用戶痛點問題，提升用戶體驗。

新能源汽車與傳統油車最大區別在于動力系統等，內飾并無明顯差異。皮革作為內飾常用的軟裝飾材料，目前主要分為真皮和人造革兩大類。汽車上用的真皮一般為頭層牛皮，由于其取材天然牛皮，價格普遍高昂，一般應用在高檔車型上。人造革種類很多，根據基材和工藝不同，常見有PVC革、PU革、超纖革、仿麂皮、TPO表皮等。人造革因其種類豐富、價格范圍寬，可滿足從低端到高端不同車型的選擇使用。近年來，消費者需求變化，由基礎革衍生出來很多功能性皮革，如抗菌革、負離子革等。這些功能皮革不僅滿足常規使用要求，而且兼具一定的功能，例如抗菌革能有效抑制常見的金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等細菌；負離子革能夠產生負氧離子，凈化駕駛艙空氣質量。

然而，無論是真皮革、PVC革、PU革等普通皮革，還是其衍生的功能皮革，都是由高分子基料經壓延或涂覆制備而成。高分子材料本身導熱性差、熱導率低，是不良的熱導體。因此，上述普通皮革受陽光輻照后，吸收的熱量都不容易傳導散失。此外，由于黑色內飾耐用、耐臟、莊重，在內飾設計上使用最多。然而，黑色皮革對光照中紅外光吸收很強，這導致普通皮革受光照射后，表面溫度會比較高。特別是炎熱的夏天，密閉的車輛在戶外暴曬后，方向盤、座椅等與人體直接接觸的皮革包覆部位表面溫度會非常高。人體在駕駛艙內，裸露的皮膚接觸到這些皮革時，容易被灼傷。

盡管已有許多功能性皮革的報道，但關于皮革隔熱性的文獻尚未見。因此，如何改善車輛暴曬后皮革燙皮膚問題，又不額外增加能耗和危害人體健康，成為行業研究的新課題。本文研究了一種具有隔熱功能的皮革和普通皮革的隔熱性差異，通過同等輻照條件下，隔熱效果對比，旨在為改善車輛暴曬后皮革燙皮膚問題尋找一種優化提升的方案。

1 試驗儀器與材料

1.1 試驗儀器

玻璃輻照箱：密閉玻璃輻照箱為自制裝置，尺寸為50 cm(長)×50 cm(寬)×75 cm(高)，四面由透明玻璃制成，頂部安裝有4個常規浴霸燈，每個浴霸燈額定功率為275 W，電壓為220 V，燈光直射表面距離為63 cm,可以用來模擬密閉車輛受日光照射狀態。有一面玻璃墻可以打開和關閉，方便持測溫槍測試;外部設置有燈開關，可以開啟和關閉燈光。

紅外測溫槍：希瑪AT380+，測量溫度范圍為-50～100 ℃；精度為±2 ℃。

水銀溫度計：市場購買，測量溫度范圍為0～100 ℃；精度為±1 ℃。

溫濕度計：?，擜R837,測量溫度范圍為-10～50 ℃，濕度為5.0%～98%，溫度精度為±1.5 ℃,濕度精度為±5%RH。

1.2 試驗材料

試驗分別用到浙江富邦生產的隔熱真皮革(簡稱隔熱革)和普通真皮革(簡稱普通革)，尺寸為A5紙張大小，厚度為1.0～1.2 mm。

2 試驗步驟

如圖1所示，將兩塊尺寸為A5大小的隔熱革和普通革放置在玻璃輻照箱內后，關閉玻璃門，打開電源，浴霸燈亮起，產生的熱量會輻照到皮革表面。每隔5 min打開玻璃門，使用測溫槍測試隔熱革與普通革表面溫度，并記錄數據。

圖1 模擬日光輻射的隔熱革和普通革表面溫度測試

如圖2所示，測試了0～90 min中玻璃輻照箱內溫度及隔熱革和普通革表面溫度變化，并記錄了測試結果。

圖2 輻照不同時間后玻璃箱內環境溫度及隔熱革和普通革表面溫度的測試

3 試驗結果與討論

3.1 隔熱革與普通革生產工藝差異

隔熱革與普通革外觀和結構上基本是一致的，不同區別主要在于生產工藝。如圖3所示，隔熱革與普通革的生產工序和流程基本是一樣的，不同點在于輥底涂、噴涂(顏色層和頂層)使用的顏料。普通革為普通著色劑，而隔熱革使用了特殊顏料膏，這種顏料膏具有優異的反射紅外線功能,使得制備的皮革具有隔熱性。

圖3 隔熱革與普通革生產工藝差異

3.2 隔熱原理

太陽光光譜分為紫外波段(波長小于400 nm)、可見光波段(波長400～760 nm)和紅外波段(波長大于760 nm)，各波段能量占比分別約為7%、50%和43%，太陽光主要的能量集中在可見光和紅外波段。長波容易被深色表面吸收，從而導致表面溫度升高。因此，降低紅外輻射能量是防止材料表面溫度升高的有效方法之一。隔熱革的隔熱原理簡單來說就是利用光的反射原理，皮革經過表面涂飾著色，尤其是黑色皮革就會變得容易吸收長波線的熱量。本文使用的隔熱革就是表面涂覆了具有反射紅外線功能的特殊涂層，該涂層能夠在不改變光反射原理的情況下，使深色皮革在暴曬的陽光下，更多地反射紅外光，減少對紅外光線的吸收，從而降低皮革表面溫度。

3.3 隔熱革與普通革隔熱性能對比

如圖4所示，輻照燈開啟前，玻璃箱內環境溫度為21.0 ℃，此時，普通革和隔熱革表面溫度分別為23.0、21.9 ℃，表面起始溫度基本一致。輻照燈開啟后，在0～20 min內，隨著輻照時間增加，玻璃箱內環境溫度、隔熱革和普通革材料表面溫度均快速上升，平均升溫速率依次為2.50、1.85、2.59 ℃/min，其中普通革上升速率最快，明顯高于隔熱革，這表明表面吸熱能力隔熱革要比普通革明顯弱。輻照20 min左右，玻璃箱內環境溫度、隔熱革和普通革表面溫度均達到峰值，分別為71.0、58.8、74.8 ℃、此后升溫速率開始明顯放緩，其中隔熱革表面溫度最低，普通革表面溫度最高，隔熱革比環境溫度低12.2 ℃，比普通革低16.0 ℃，而普通革比環境溫度還要高3.8 ℃。輻照20 min后，三者表面溫度上升都顯著減緩，平均升溫速率僅為0.15、0.15、0.20 ℃/min，直到60 min時，表面溫度達到最大，依次分別為77.0、64.7、82.8 ℃，其中隔熱革比環境溫度低12.3 ℃，比普通革低18.1 ℃，而普通革比環境溫度還高5.8 ℃。輻照60 min后到測試結束，三者表面溫度已達到動態平衡，分別保持在77.0、64.0、81.0 ℃，而此時，隔熱革與普通革表面溫度相差17 ℃。由此可以看出，隔熱革材料具有良好的隔熱性，能夠有效減少熱量吸收，降低表面溫度。

圖4 不同輻照時間的玻璃箱內環境溫度以及普通革和隔熱革表面溫度變化曲線

分析了出現以上結果原因，熱量傳遞的方式有3種:熱輻射、熱傳導、熱對流。玻璃箱是密閉裝置，輻照燈開啟后，隨著輻照時間增加，隔熱革和普通革因吸收光照的能量，表面溫度出現快速上升，相比普通革，隔熱革因其表面有一種特殊的涂層，能夠反射輻照的部分紅外光，減少了皮革對其的吸收，從而確保同樣的輻照條件下，隔熱革表面溫度比普通革低很多。由于普通革是黑色的，對輻照光有很強的吸收能力，因而，表面溫度增加最快。玻璃箱內環境溫度變化主要來自于輻照燈照射的光能量，同時還與外界冷玻璃壁存在著熱傳導，會造成一部分熱量損失，因此，升溫速率和溫度會比普通革低。此外，由于輻照燈功率是額定的，單位時間輻照熱量是固定的，室內環境溫度也基本是固定的，因此后面溫度會達到動態平衡，幾乎不變。

3.4 座椅實物零件主觀評價

為了直觀感受隔熱性效果，將隔熱革、普通革包覆的座椅放置在樓頂陽光能直照射到位置進行暴曬，同時，采用溫濕度計檢測了當時的環境溫度為35.3 ℃，濕度為44.8%。暴曬1 h后，分別進行了主觀感受評價，如圖5所示。結果發現，暴曬后的普通革包覆的座椅，能感受到非常灼熱的燙皮膚感覺，且隨著乘坐時間的延長，這種灼熱的燙皮膚的感覺比較持久，讓人難以忍受。然而，乘坐暴曬后的隔熱革包覆的座椅，盡管坐下去的瞬間也能感覺到比較高的溫度，但沒有普通革那種非常灼熱的燙皮膚感覺，且隨著乘坐的時間延長，初始高溫帶來的不適有所緩解，可以忍受。

圖5 座椅實物零件暴曬后主觀評價

4 結論

(1)密閉環境內，同樣輻照條件下，隔熱革表面吸熱能力要比普通革明顯弱，相比普通革材料，隔熱革材料表面溫度最大能降低18.1 ℃。

(2)隔熱革具有良好的隔熱性，能夠有效減少輻照熱量吸收，降低皮革表面溫度；隔熱革包覆的座椅零件，相比普通皮革包覆座椅零件，同樣暴曬條件下，沒有灼熱的燙皮膚感覺，乘坐舒適性相對要更好一些。

(3)隔熱革應用在汽車內飾，特別是方向盤、座椅等與人體皮膚經常直接接觸的零件上，可以有效改善車輛暴曬后燙皮膚問題，給用戶帶來更好的體驗。