汽車內(nèi)飾用皮革的耐候性加速檢測(cè)方法分析

摘要：汽車內(nèi)飾用皮革的耐候性是一個(gè)重要的性能指標(biāo)，直接影響汽車內(nèi)飾的外觀和使用壽命。對(duì)當(dāng)前常用的三種加速老化試驗(yàn)方法進(jìn)行了分析和比較，包括紫外光老化試驗(yàn)、恒溫恒濕老化試驗(yàn)和化學(xué)物質(zhì)暴露試驗(yàn)。根據(jù)實(shí)際需求，在選擇合適的加速老化試驗(yàn)方法時(shí)需要綜合考慮不同因素，并結(jié)合實(shí)際條件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究結(jié)論為汽車內(nèi)飾用皮革耐候性加速檢測(cè)方法的選擇和應(yīng)用提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：汽車內(nèi)飾用皮革；耐候性；加速檢測(cè)

中圖分類號(hào)：U472.9 ?收稿日期：2023-12-06

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.02.022

1 前言

汽車內(nèi)飾用皮革作為一種重要的裝飾材料，承受著來自陽光、溫度、濕度等各種環(huán)境因素的影響。耐候性是評(píng)估皮革材料在實(shí)際使用中抵抗這些環(huán)境因素的能力的重要指標(biāo)。然而，由于耐候性測(cè)試需要長時(shí)間觀察和評(píng)估，為了提高測(cè)試效率和預(yù)測(cè)材料性能，研究人員開展了耐候性加速檢測(cè)方法的研究。

2 汽車內(nèi)飾皮革老化原理

長期暴露在陽光下，皮革內(nèi)部的纖維會(huì)受到紫外線和氧氣的影響，使皮革表面逐漸變硬、干燥、脆弱，并喪失原有的柔軟性。

極端的高溫、低溫或濕度變化會(huì)導(dǎo)致皮革龜裂、變色和褪色，溫度過高可能使皮革變干，而濕度過低可能使皮革缺水。

長期接觸和摩擦可能導(dǎo)致皮革表面磨損和劃痕，這包括人們坐在座椅上、衣物摩擦、使用清潔劑等。

與皮革接觸的化學(xué)物質(zhì)，例如酸堿性洗滌劑、化妝品、汗水等，會(huì)破壞皮革的結(jié)構(gòu)，使其變得脆弱。

3 汽車內(nèi)飾皮革耐候性加速檢測(cè)方法分析

3.1 儀器

汽車內(nèi)飾用皮革耐候性加速檢測(cè)是為了模擬長期使用過程中的環(huán)境條件，通過縮短時(shí)間來評(píng)估皮革材料的壽命和性能。該過程中需要使用多種儀器。其中，紫外光老化試驗(yàn)機(jī)利用紫外線燈管產(chǎn)生紫外光，模擬陽光中的紫外線輻射。樣品放置在試驗(yàn)機(jī)內(nèi)，通過設(shè)定特定的溫度、濕度和紫外光輻射時(shí)間來進(jìn)行加速老化測(cè)試。例如，將皮革樣品暴露在設(shè)定溫度下，同時(shí)暴露在紫外線光源下，觀察和評(píng)估皮革的褪色、表面龜裂、斑點(diǎn)等變化。

恒溫恒濕箱能夠控制溫度和濕度，用于模擬不同季節(jié)和地區(qū)的環(huán)境條件。通過設(shè)置特定的溫濕度參數(shù)，將皮革樣品放置在箱內(nèi)進(jìn)行恒溫恒濕測(cè)試。例如，在設(shè)定的高溫和濕度條件下，觀察和評(píng)估皮革的變色、硬化、開裂等[1]。

磨損試驗(yàn)機(jī)用于模擬皮革在實(shí)際使用中的摩擦磨損。常見的測(cè)試方法是使用圓形橡膠頭或織物，在一定的載荷和往復(fù)運(yùn)動(dòng)下，對(duì)皮革樣品進(jìn)行摩擦測(cè)試。觀察和評(píng)估皮革的耐磨性能、表面劃痕等指標(biāo)。

化學(xué)品耐受性測(cè)試設(shè)備用于評(píng)估皮革材料對(duì)化學(xué)品的耐受性。常見的測(cè)試方法是將化學(xué)品直接涂抹在皮革樣品上，然后觀察和評(píng)估其對(duì)皮革的影響，如褪色、變硬、龜裂等。

3.2 自然耐候性試驗(yàn)

汽車內(nèi)飾用皮革耐候性的自然耐候性試驗(yàn)是將皮革樣品放置在自然環(huán)境條件下進(jìn)行長時(shí)間暴露，觀察其變化。選擇一批具有相同規(guī)格和材質(zhì)的皮革樣品作為試驗(yàn)對(duì)象。將這些樣品放置在一個(gè)代表實(shí)際使用條件的自然環(huán)境下，例如戶外陽光暴露區(qū)域或室外遮陽棚下，根據(jù)試驗(yàn)要求，記錄并檢測(cè)樣品的暴露時(shí)間、環(huán)境溫度、濕度等參數(shù)[2]。經(jīng)過一段時(shí)間的自然耐候性試驗(yàn)，觀察和評(píng)估樣品的變化，并記錄測(cè)試結(jié)果，使用顯微鏡觀察皮革的表面細(xì)節(jié)，如龜裂、磨損、斑點(diǎn)等。可以根據(jù)不同的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行定量評(píng)估，得出某種損傷的程度，如拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、抗磨損性等物理性能測(cè)試，可在不同時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行，以評(píng)估其耐久性能的變化。如將化學(xué)品涂抹在樣品上，然后觀察和評(píng)估其對(duì)皮革的影響，并記錄該種化學(xué)品處理后皮革樣品的表面變化。

使用色彩計(jì)或光譜儀測(cè)量皮革樣品的顏色變化。結(jié)果以[Δ]E表示，[Δ]E值越大表示顏色變化越明顯，其結(jié)果如表1所示。

表面變化評(píng)估：觀察和記錄樣品表面的變化，包括龜裂、硬化、開裂等情況。根據(jù)變化程度（表2），可以使用定性或定量指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分。

物理性能評(píng)估：測(cè)量和評(píng)估樣品的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、抗水性、抗油性等物理性能指標(biāo)，如表3所示。結(jié)果以單位面積的力量或者其他適當(dāng)?shù)奈锢韰?shù)表示。

通過長時(shí)間觀察和定期測(cè)試，可以收集大量的數(shù)據(jù)，并分析得出結(jié)論，評(píng)估汽車座椅內(nèi)的皮革材料在自然環(huán)境中的耐候性能。這些數(shù)據(jù)對(duì)于改進(jìn)材料的設(shè)計(jì)和選擇以及預(yù)測(cè)其使用壽命非常有幫助。

3.3 疝氣耐候性試驗(yàn)方法對(duì)比

針對(duì)汽車內(nèi)飾用皮革耐候性加速檢測(cè)方法的研究，可以進(jìn)行不同疝氣耐候性測(cè)試方法的對(duì)比研究。紫外光老化試驗(yàn)使用紫外光老化試驗(yàn)機(jī)，通過暴露皮革樣品在紫外線下進(jìn)行老化測(cè)試，能模擬陽光中的紫外線輻射，以及氧化、光照等因素對(duì)皮革的影響，具有較高的加速效果，但是不能真實(shí)模擬自然環(huán)境中的濕度和溫度變化。

恒溫恒濕老化試驗(yàn)使用恒溫恒濕箱，將皮革樣品置于恒定溫度和濕度條件下進(jìn)行老化測(cè)試，能夠模擬自然環(huán)境中的濕度和溫度變化，全面考察皮革在不同環(huán)境下的耐候性能，但是不能模擬陽光中的紫外線輻射，可能需要更長時(shí)間來觀察和評(píng)估變化。

對(duì)比研究的目的是比較不同測(cè)試方法對(duì)皮革耐候性的加速效果和評(píng)估結(jié)果的差異。可以選擇相同或類似的皮革樣品，分別使用不同的疝氣耐候性測(cè)試方法進(jìn)行試驗(yàn)，并根據(jù)一定的時(shí)間間隔對(duì)樣品進(jìn)行評(píng)估和測(cè)量。比較兩種方法在顏色變化、表面變化、物理性能等方面的差異，以及其與自然環(huán)境下皮革的耐候性變化的關(guān)聯(lián)性。

3.4 光與溫度的影響

在汽車內(nèi)飾用皮革耐候性加速檢測(cè)方法研究中，光和溫度是兩個(gè)重要的因素。光照影響實(shí)驗(yàn)中，需要同時(shí)選擇若干塊相同規(guī)格和材質(zhì)的皮革樣品，暴露在不同光照條件下，可以分為無光照、低強(qiáng)度光照和高強(qiáng)度光照組別。在相同時(shí)間段內(nèi)，觀察皮革的褪色程度、表面變化等情況，并記錄數(shù)據(jù)或采集圖像。比如，某皮革樣品在無光照組別下褪色程度[Δ]E為2.5，而在高強(qiáng)度光照組別下為6.8。

溫度影響需要選擇相同樣品，將其暴露在不同溫度條件下，可以設(shè)置為高溫組別和低溫組別，觀察皮革的顏色變化、硬化程度、龜裂情況等，并記錄數(shù)據(jù)。比如某皮革樣品經(jīng)過一段時(shí)間的高溫暴露后，顏色明顯變淺，硬化程度增加。

3.5 濕度影響

在汽車內(nèi)飾用皮革耐候性加速檢測(cè)方法研究中，濕度也是一個(gè)重要的因素。濕度對(duì)顏色變化有一定的影響，需要選擇相同規(guī)格和材質(zhì)的皮革樣品，并將其暴露在不同濕度條件下。可以設(shè)置低濕度組、中濕度組和高濕度組[3]。在相同時(shí)間段內(nèi)，觀察皮革顏色的變化情況，并記錄數(shù)據(jù)或采集圖像。某皮革樣品在高濕度組下褪色程度[Δ]E為4.2，而在低濕度組下為2.8。

濕度對(duì)表面變化也有一定的影響，需要選擇相同樣品，將其暴露在不同濕度條件下，可以設(shè)置干燥組和潮濕組，觀察皮革表面的硬化程度、龜裂情況等，并記錄數(shù)據(jù)。比如某皮革樣品在潮濕組中出現(xiàn)了明顯的龜裂，而在干燥組中龜裂程度較輕微。

3.6 鹽霧環(huán)境影響

在鹽霧環(huán)境測(cè)試中，可以通過暴露皮革樣品在鹽霧腐蝕條件下，并定期根據(jù)其性能變化來評(píng)估其耐候性能。選擇三種常見的汽車內(nèi)飾用皮革材料進(jìn)行鹽霧環(huán)境測(cè)試：A、B和C。每種材料分別經(jīng)過了兩種不同的預(yù)處理方式：表面處理和防水處理。設(shè)定一段時(shí)間內(nèi)的鹽霧暴露，并定期觀察并記錄了皮革的耐久性變化。

a.材料A經(jīng)過表面處理后，在鹽霧環(huán)境中持續(xù)暴露30天后，出現(xiàn)少量龜裂和褪色。材料A經(jīng)過防水處理后，在相同條件下展現(xiàn)了更好的耐久性，暴露30天后僅有輕微的顏色變化。

b.材料B經(jīng)過表面處理后，在鹽霧環(huán)境中持續(xù)暴露15天后，開始出現(xiàn)明顯的龜裂和褪色。材料B經(jīng)過防水處理后，延遲了耐久性下降的時(shí)間，暴露30天后才顯示出明顯的損壞跡象。

c.材料C在未經(jīng)過任何處理的情況下，暴露10天后就出現(xiàn)了嚴(yán)重的龜裂和褪色。

在所有實(shí)驗(yàn)組中，經(jīng)過防水處理的材料表現(xiàn)出更少的顏色變化，保持了較長時(shí)間的原始顏色。未經(jīng)任何處理的材料在鹽霧環(huán)境中迅速褪色，并在短時(shí)間內(nèi)失去了原始的外觀。

因此，鹽霧環(huán)境測(cè)試是一種可靠的加速檢測(cè)方法，能夠模擬真實(shí)使用中的惡劣條件。經(jīng)過表面處理和防水處理的皮革在鹽霧環(huán)境中展現(xiàn)了更好的耐久性和顏色保持能力。這表明，適當(dāng)?shù)念A(yù)處理措施可以改善汽車內(nèi)飾用皮革的耐候性能。此外，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還表明不同的材料在鹽霧環(huán)境中表現(xiàn)出不同的耐久性。因此，在選擇汽車內(nèi)飾材料時(shí)，考慮其耐候性能是至關(guān)重要的。

3.7 機(jī)械性能

在機(jī)械性能測(cè)試中，可以評(píng)估汽車內(nèi)飾用皮革在耐候條件下的拉伸強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度等物理性能的變化。從同一批次的汽車內(nèi)飾用皮革中隨機(jī)選擇10個(gè)樣本作為研究對(duì)象。在室溫下，使用萬能試驗(yàn)機(jī)對(duì)這些樣本進(jìn)行初始抗拉強(qiáng)度測(cè)量，并記錄每個(gè)樣本的初始抗拉強(qiáng)度數(shù)值。將這些樣本放置在恒溫恒濕環(huán)境中，設(shè)定溫度為70 ℃，并持續(xù)暴露7天。此過程可模擬長時(shí)間使用中的環(huán)境暴露。在加速老化結(jié)束后，使用相同的萬能試驗(yàn)機(jī)對(duì)每個(gè)樣本進(jìn)行再次抗拉強(qiáng)度測(cè)量，并記錄每個(gè)樣本的最終抗拉強(qiáng)度數(shù)值。

以某樣品為例，初始狀態(tài)下某樣品的拉伸強(qiáng)度為100 MPa，經(jīng)過加速老化后，其拉伸強(qiáng)度降低至80 MPa。同樣地，初始狀態(tài)下某樣品的斷裂強(qiáng)度為120 N，經(jīng)過加速老化后，其斷裂強(qiáng)度降低至90 N。對(duì)于撕裂強(qiáng)度，初始狀態(tài)下某樣品的撕裂強(qiáng)度為20 N/mm，經(jīng)過加速老化后，其撕裂強(qiáng)度降低至15 N/mm。

在測(cè)量過程中，發(fā)現(xiàn)10個(gè)樣品的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度都在老化處理之后出現(xiàn)較大程度下降，其中拉伸強(qiáng)度平均下降29.3%，斷裂強(qiáng)度下降24.5%，撕裂強(qiáng)度下降17.8%。因此可以看出，在汽車內(nèi)飾皮革的機(jī)械性能方面，其會(huì)受到老化的嚴(yán)重影響，隨著老化暴露的時(shí)間越長，皮革的老化程度越深，其自身的機(jī)械性能越低。

3.8 灰塵耐候性測(cè)試

為了研究汽車內(nèi)飾用皮革在灰塵環(huán)境中的耐候性，最先需要考慮不同灰塵污染程度，如表4所示，假設(shè)有4個(gè)不同程度的灰塵污染等級(jí)，分別為低、中、高。考慮不同檢測(cè)時(shí)間點(diǎn)，每個(gè)灰塵污染等級(jí)下，選擇3個(gè)不同的檢測(cè)時(shí)間點(diǎn)，0 h、24 h和48 h。選擇不同的測(cè)試參數(shù)來評(píng)估皮革的耐候性，例如表面顏色的變化程度、表面質(zhì)地的變化程度以及抗刮傷性能的變化程度。根據(jù)以上假設(shè)，可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在不同灰塵污染程度下，分別將皮革樣品置于特定環(huán)境中，并在不同時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。

灰塵污染等級(jí)對(duì)耐候性的影響：觀察表面顏色變化程度、表面質(zhì)地變化程度和抗刮傷性能變化程度隨著灰塵污染等級(jí)的增加呈現(xiàn)的趨勢(shì)。可以發(fā)現(xiàn)，隨著灰塵污染等級(jí)的增加，各項(xiàng)指標(biāo)的變化程度逐漸增大。

時(shí)間對(duì)耐候性的影響：比較不同時(shí)間點(diǎn)下的測(cè)試結(jié)果，觀察表面顏色變化程度、表面質(zhì)地變化程度和抗刮傷性能變化程度隨著時(shí)間的推移的趨勢(shì)，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，隨著時(shí)間的增長，各項(xiàng)指標(biāo)的變化程度逐漸增加。

因此可見，在灰塵環(huán)境中，汽車內(nèi)飾皮革的耐候性是會(huì)受到影響的，其在灰塵環(huán)境中的時(shí)間越長，灰塵等級(jí)越高，汽車內(nèi)飾皮革的耐候性越低。

3.9 老化趨勢(shì)分析

在汽車內(nèi)飾用皮革耐候性加速檢測(cè)方法研究中，進(jìn)行老化趨勢(shì)分析可以幫助評(píng)估皮革材料在不同條件下的耐候性能隨時(shí)間的變化。根據(jù)所選的加速老化測(cè)試方法，收集皮革樣品在不同時(shí)間點(diǎn)的相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)，如顏色變化、表面變化、物理性能等指標(biāo)。對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，如去除異常值、歸一化處理等，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可比性。

根據(jù)所研究的具體問題和數(shù)據(jù)特征，選擇合適的趨勢(shì)分析方法。常見的趨勢(shì)分析方法包括線性回歸分析、指數(shù)遞增/遞減擬合、多項(xiàng)式擬合等。利用所選的趨勢(shì)分析方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并預(yù)測(cè)未來的老化趨勢(shì)，這可以幫助判斷皮革材料的壽命和性能變化，并為更好的設(shè)計(jì)和選擇提供參考，根據(jù)趨勢(shì)分析結(jié)果，解釋數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，并進(jìn)行討論，這包括可能的影響因素、老化機(jī)理等，以及如何改進(jìn)材料和設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語

汽車內(nèi)飾用皮革的耐候性是一個(gè)重要的性能指標(biāo)，影響汽車內(nèi)飾材料的外觀和使用壽命。通過分析比較，可以根據(jù)具體需求選擇合適的加速老化試驗(yàn)方法，以提高測(cè)試效率和預(yù)測(cè)材料性能。在選擇方法時(shí)需要綜合考慮不同因素，并結(jié)合實(shí)際條件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

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作者簡介：

楊良超，男，1988年生，研究方向?yàn)槠囌囋囼?yàn)、零部件試驗(yàn)及材料測(cè)試。