Упоређене су структуре и процеси производње природне коже, полиуретанске (PU) микрофибер синтетичке коже и поливинилхлоридне (PVC) синтетичке коже, а својства материјала су тестирана, упоређена и анализирана. Резултати показују да су, у погледу механике, свеобухватне перформансе PU микрофибер синтетичке коже боље од оних код праве коже и PVC синтетичке коже; у погледу перформанси савијања, перформансе PU микрофибер синтетичке коже и PVC синтетичке коже су сличне, а перформансе савијања су боље од оних код праве коже након старења у влажним условима, високој температури, климатским променама и на ниској температури; у погледу отпорности на хабање, отпорност на хабање PU микрофибер синтетичке коже и PVC синтетичке коже је боља од оних код праве коже; у погледу осталих својстава материјала, пропустљивост водене паре од праве коже, PU микрофибер синтетичке коже и PVC синтетичке коже се смањује, а димензионална стабилност PU микрофибер синтетичке коже и PVC синтетичке коже након термичког старења је слична и боља од оних код праве коже.
Као важан део унутрашњости аутомобила, тканине за седишта директно утичу на искуство вожње корисника. Природна кожа, полиуретанска (PU) микрофибер синтетичка кожа (у даљем тексту PU микрофибер кожа) и поливинилхлоридна (PVC) синтетичка кожа су сви уобичајени материјали за тканине седишта.
Природна кожа има дугу историју примене у људском животу. Због хемијских својстава и троструке спиралне структуре самог колагена, има предности мекоће, отпорности на хабање, високе чврстоће, високе апсорпције влаге и водопропусности. Природна кожа се углавном користи у тканинама седишта модела средње и високе класе у аутомобилској индустрији (углавном кравља кожа), што може да споји луксуз и удобност.
Са развојем људског друштва, понуда природне коже тешко задовољава растућу потражњу људи. Људи су почели да користе хемијске сировине и методе за прављење замена за природну кожу, односно вештачке синтетичке коже. Појава ПВЦ синтетичке коже може се пратити до 20. века. 1930-их, то је била прва генерација производа од вештачке коже. Њене материјалне карактеристике су висока чврстоћа, отпорност на хабање, отпорност на савијање, отпорност на киселине и алкалије итд., а ниска је цена и лака је за обраду. ПУ микрофибер кожа је успешно развијена 1970-их. Након напретка и унапређења примене модерне технологије, као нови тип вештачког синтетичког материјала, широко се користи у луксузној одећи, намештају, лоптама, ентеријеру аутомобила и другим областима. Карактеристике материјала ПУ микрофибер коже су да заиста симулира унутрашњу структуру и текстуру природне коже, и има бољу издржљивост од праве коже, више предности у погледу цене материјала и еколошку прихватљивост.
Експериментални део
ПВЦ синтетичка кожа
Материјална структура синтетичке коже од ПВЦ-а углавном се дели на површински премаз, густи ПВЦ слој, слој ПВЦ пене, слој ПВЦ лепка и основну тканину од полиестера (видети слику 1). Код методе папира за одвајање (метод преносног премаза), ПВЦ суспензија се прво струже да би се формирао густи ПВЦ слој (површински слој) на папиру за одвајање, и улази у прву пећ за пластификацију гела и хлађење; друго, након другог стругања, на бази густог ПВЦ слоја се формира слој ПВЦ пене, а затим се пластификује и хлади у другој пећи; треће, након трећег стругања, формира се слој ПВЦ лепка (доњи слој) који се спаја са основном тканином и улази у трећу пећ за пластификацију и пењење; коначно, након хлађења и обликовања се одваја од папира за одвајање (видети слику 2).
Природна кожа и ПУ микрофибер кожа
Материјална структура природне коже обухвата слој зрна, структуру влакана и површински премаз (видети слику 3(а)). Процес производње од сирове коже до синтетичке коже генерално је подељен у три фазе: припрему, штављење и завршну обраду (видети слику 4). Првобитна намера дизајна PU микрофибер коже је да се заиста симулира природна кожа у смислу структуре материјала и текстуре изгледа. Материјална структура PU микрофибер коже углавном обухвата PU слој, основни део и површински премаз (видети слику 3(б)). Међу њима, основни део користи снопове микровлакана са сличном структуром и перформансама као снопови колагенских влакана у природној кожи. Посебним поступком обраде синтетише се неткана тканина високе густине са тродимензионалном мрежном структуром, комбинована са PU материјалом за пуњење са отвореном микропорозном структуром (видети слику 5).
Припрема узорка
Узорци долазе од главних добављача тканина за аутомобилска седишта на домаћем тржишту. По два узорка од сваког материјала, природне коже, ПУ микрофибер коже и ПВЦ синтетичке коже, припремљена су од 6 различитих добављача. Узорци су названи права кожа 1# и 2#, ПУ микрофибер кожа 1# и 2#, ПВЦ синтетичка кожа 1# и 2#. Боја узорака је црна.
Тестирање и карактеризација
У комбинацији са захтевима примене возила за материјале, горе наведени узорци су упоређени у погледу механичких својстава, отпорности на савијање, отпорности на хабање и других својстава материјала. Специфични испитивани елементи и методе су приказани у Табели 1.
Табела 1 Специфичне ставке испитивања и методе за испитивање перформанси материјала
| Не. | Класификација перформанси | Тест ставке | Назив опреме | Метода испитивања |
| 1 | Главна механичка својства | Затезна чврстоћа/издужење при прекиду | Zwick машина за испитивање затезања | ДИН ЕН ИСО 13934-1 |
| Сила кидања | Zwick машина за испитивање затезања | ДИН ЕН ИСО 3377-1 | ||
| Статичко издужење/трајна деформација | Носач за вешање, тегови | ПВ 3909 (50 Н/30 мин) | ||
| 2 | Отпорност на савијање | Тест савијања | Тестер за савијање коже | ДИН ЕН ИСО 5402-1 |
| 3 | Отпорност на хабање | Постојаност боје на трење | Тестер трења коже | ДИН ЕН ИСО 11640 |
| Абразија кугличне плоче | Мартиндејлов тестер за абразију | ВДА 230-211 | ||
| 4 | Остала својства материјала | Пропустљивост воде | Тестер влаге коже | ДИН ЕН ИСО 14268 |
| Хоризонтална отпорност на пламен | Хоризонтална опрема за мерење успоравања пламена | TL. 1010 | ||
| Димензионална стабилност (брзина скупљања) | Пећница за високе температуре, комора за климатске промене, лењир | - | ||
| Емисија мириса | Пећница на високој температури, уређај за сакупљање мириса | VW50180 |
Анализа и дискусија
Механичка својства
Табела 2 приказује податке испитивања механичких својстава природне коже, ПУ микрофибер коже и ПВЦ синтетичке коже, где L представља смер основе материјала, а T представља смер потке материјала. Из Табеле 2 се може видети да је, у погледу затезне чврстоће и издужења при кидању, затезна чврстоћа природне коже и у правцу основе и у правцу потке већа од чврстоће ПУ микрофибер коже, показујући бољу чврстоћу, док је издужење при кидању ПУ микрофибер коже веће, а жилавост боља; док су затезна чврстоћа и издужење при кидању ПВЦ синтетичке коже нижи од оних код друга два материјала. У погледу статичког издужења и трајне деформације, затезна чврстоћа природне коже је већа од чврстоће ПУ микрофибер коже, показујући бољу чврстоћу, док је издужење при кидању ПУ микрофибер коже веће, а жилавост боља. Што се тиче деформације, трајна деформација ПУ микрофибер коже је најмања и у правцу основе и у правцу потке (просечна трајна деформација у правцу основе је 0,5%, а просечна трајна деформација у правцу потке је 2,75%), што указује да материјал има најбоље перформансе опоравка након истезања, што је боље од праве коже и ПВЦ синтетичке коже. Статичко издужење се односи на степен издужне деформације материјала под условима напрезања током склапања пресвлаке седишта. Не постоји јасан захтев у стандарду и користи се само као референтна вредност. Што се тиче силе кидања, вредности три узорка материјала су сличне и могу испунити захтеве стандарда.
Табела 2 Резултати испитивања механичких својстава природне коже, PU микрофибер коже и PVC синтетичке коже
| Узорак | Затезна чврстоћа/MPa | Издужење при прекиду/% | Статичко издужење/% | Трајна деформација/% | Сила кидања/N | |||||
| Л | Т | Л | Т | Л | Т | Л | Т | Л | Т | |
| Права кожа 1# | 17,7 | 16,6 | 54,4 | 50,7 | 19,0 | 11.3 | 5.3 | 3.0 | 50 | 52,4 |
| Права кожа 2# | 15,5 | 15,0 | 58,4 | 58,9 | 19.2 | 12,7 | 4.2 | 3.0 | 33,7 | 34.1 |
| Стандард од праве коже | ≥9,3 | ≥9,3 | ≥30,0 | ≥40,0 | ≤3,0 | ≤4,0 | ≥25,0 | ≥25,0 | ||
| ПУ микрофибер кожа 1# | 15,0 | 13,0 | 81,4 | 120,0 | 6.3 | 21,0 | 0,5 | 2,5 | 49,7 | 47,6 |
| ПУ микрофибер кожа 2# | 12,9 | 11.4 | 61,7 | 111,5 | 7,5 | 22,5 | 0,5 | 3.0 | 67,8 | 66,4 |
| Стандардна ПУ микрофибер кожа | ≥9,3 | ≥9,3 | ≥30,0 | ≥40,0 | ≤3,0 | ≤4,0 | ≥40,0 | ≥40,0 | ||
| ПВЦ синтетичка кожа I# | 7.4 | 5,9 | 120,0 | 130,5 | 16,8 | 38,3 | 1.2 | 3.3 | 62,5 | 35,3 |
| ПВЦ синтетичка кожа 2# | 7,9 | 5,7 | 122,4 | 129,5 | 22,5 | 52,0 | 2.0 | 5.0 | 41,7 | 33,2 |
| Стандард од синтетичке коже од ПВЦ-а | ≥3,6 | ≥3,6 | ≤3,0 | ≤6,0 | ≥30,0 | ≥25,0 | ||||
Генерално, узорци ПУ микрофибер коже имају добру затезну чврстоћу, издужење при прекиду, трајну деформацију и силу кидања, а свеобухватна механичка својства су боља од оних код узорака природне коже и ПВЦ синтетичке коже.
Отпорност на савијање
Стања узорака за испитивање отпорности на савијање су посебно подељена у 6 типова, наиме почетно стање (нестарење), стање старења под утицајем влажне топлоте, стање на ниској температури (-10℃), стање старења под утицајем ксенонског светла (PV1303/3P), стање старења под утицајем високе температуре (100℃/168h) и стање старења под утицајем климатских промена (PV12 00/20P). Метода савијања је употреба инструмента за савијање коже за фиксирање два краја правоугаоног узорка у правцу дужине на горњим и доњим стезаљкама инструмента, тако да узорак буде под углом од 90° и више пута се савија одређеном брзином и углом. Резултати теста перформанси савијања од праве коже, PU микрофибер коже и PVC синтетичке коже приказани су у Табели 3. Из Табеле 3 се види да су узорци од праве коже, PU микрофибер коже и PVC синтетичке коже савијени након 100.000 пута у почетном стању и 10.000 пута у стању старења под утицајем ксенонског светла. Могу да одрже добро стање без пуцања или избељивања услед напрезања. У другим различитим стањима старења, наиме, стању старења услед влажне топлоте, стању старења услед високе температуре и стању старења услед климатских промена код PU микрофибер коже и PVC синтетичке коже, узорци могу да издрже 30.000 тестова савијања. Након 7.500 до 8.500 тестова савијања, пукотине или избељивање под напоном почеле су да се појављују у узорцима природне коже у стању старења услед влажне топлоте и старења услед високе температуре, а интензитет старења услед влажне топлоте (168 сати/70℃/75%) је нижи него код PU микрофибер коже. Влакнаста кожа и PVC синтетичка кожа (240 сати/90℃/95%). Слично томе, након 14.000~15.000 тестова савијања, пукотине или избељивање под напоном појављују се у кожи након старења услед климатских промена. То је зато што отпорност коже на савијање углавном зависи од природног слоја зрна и структуре влакана оригиналне коже, а њене перформансе нису тако добре као код хемијских синтетичких материјала. Сходно томе, захтеви за материјалне стандарде за кожу су такође нижи. Ово показује да је кожни материјал „деликатнији“ и да корисници морају бити опрезнији или обратити пажњу на одржавање током употребе.
Табела 3 Резултати теста перформанси савијања природне коже, PU микрофибер коже и PVC синтетичке коже
| Узорак | Почетно стање | Стање старења услед влажне топлоте | Стање ниске температуре | Стање старења ксенонског светла | Стање старења на високој температури | Стање старења услед климатских промена |
| Права кожа 1# | 100.000 пута, без пукотина или избељивања под стресом | 168 h/70 ℃/75% 8 000 пута, почеле су да се појављују пукотине, избељивање услед напрезања | 32 000 пута, почеле су да се појављују пукотине, без избељивања услед стреса | 10 000 пута, без пукотина или избељивања услед напрезања | 7500 пута, почеле су да се појављују пукотине, без избељивања од стреса | 15 000 пута, почеле су да се појављују пукотине, без избељивања услед стреса |
| Права кожа 2# | 100.000 пута, без пукотина или избељивања под стресом | 168 h/70 ℃/75% 8 500 пута, почеле су да се појављују пукотине, избељивање услед напрезања | 32 000 пута, почеле су да се појављују пукотине, без избељивања услед стреса | 10 000 пута, без пукотина или избељивања услед напрезања | 8000 пута, почеле су да се појављују пукотине, без избељивања од стреса | 4000 пута, пукотине су почеле да се појављују, без избељивања од стреса |
| ПУ микрофибер кожа 1# | 100.000 пута, без пукотина или избељивања под стресом | 240 h/90 ℃/95% 30 000 пута, без пукотина или бељења услед напрезања | 35 000 пута, без пукотина или избељивања услед напрезања | 10 000 пута, без пукотина или избељивања услед напрезања | 30 000 пута, без пукотина или избељивања услед напрезања | 30 000 пута, без пукотина или избељивања услед напрезања |
| ПУ микрофибер кожа 2# | 100.000 пута, без пукотина или избељивања под стресом | 240 h/90 ℃/95% 30 000 пута, без пукотина или бељења услед напрезања | 35 000 пута, без пукотина или избељивања услед напрезања | 10 000 пута, без пукотина или избељивања услед напрезања | 30 000 пута, без пукотина или избељивања услед напрезања | 30 000 пута, без пукотина или избељивања услед напрезања |
| ПВЦ синтетичка кожа 1# | 100.000 пута, без пукотина или избељивања под стресом | 240 h/90 ℃/95% 30 000 пута, без пукотина или бељења услед напрезања | 35 000 пута, без пукотина или избељивања услед напрезања | 10 000 пута, без пукотина или избељивања услед напрезања | 30 000 пута, без пукотина или избељивања услед напрезања | 30 000 пута, без пукотина или избељивања услед напрезања |
| ПВЦ синтетичка кожа 2# | 100.000 пута, без пукотина или избељивања под стресом | 240 h/90 ℃/95% 30 000 пута, без пукотина или бељења услед напрезања | 35 000 пута, без пукотина или избељивања услед напрезања | 10 000 пута, без пукотина или избељивања услед напрезања | 30 000 пута, без пукотина или избељивања услед напрезања | 30 000 пута, без пукотина или избељивања услед напрезања |
| Стандардни захтеви за праву кожу | 100.000 пута, без пукотина или избељивања под стресом | 168 h/70 ℃/75% 5 000 пута, без пукотина или бељења услед напрезања | 30 000 пута, без пукотина или избељивања услед напрезања | 10 000 пута, без пукотина или избељивања услед напрезања | Нема захтева | Без захтева |
| Стандардни захтеви за ПУ микрофибер кожу | 100.000 пута, без пукотина или избељивања под стресом | 240 h/90 ℃/95% 30 000 пута, без пукотина или бељења услед напрезања | 30 000 пута, без пукотина или избељивања услед напрезања | 10 000 пута, без пукотина или избељивања услед напрезања | 30 000 пута, без пукотина или избељивања услед напрезања | 30 000 пута, без пукотина или избељивања услед напрезања |
Генерално, перформансе савијања узорака коже, PU микрофибер коже и PVC синтетичке коже су добре у почетном стању и стању старења ксенонским светлом. У стању старења влажном топлотом, ниском температуром, високом температуром и климатским променама, перформансе савијања PU микрофибер коже и PVC синтетичке коже су сличне, што је боље од коже.
Отпорност на хабање
Тест отпорности на хабање обухвата тест постојаности боје при трењу и тест хабања кугличном плочом. Резултати теста отпорности на хабање коже, PU микрофибер коже и PVC синтетичке коже приказани су у Табели 4. Резултати теста постојаности боје при трењу показују да су узорци коже, PU микрофибер коже и PVC синтетичке коже у почетном стању, стању натопљеном дејонизованом водом, стању натопљеном алкалним знојем, а када су натопљени у 96% етанолу, постојаност боје након трења може се одржати изнад 4,0, а стање боје узорка је стабилно и неће бледети услед површинског трења. Резултати теста хабања кугличном плочом показују да након 1800-1900 пута хабања, узорак коже има око 10 оштећених рупа, што се значајно разликује од отпорности на хабање узорака PU микрофибер коже и PVC синтетичке коже (оба немају оштећене рупе након 19.000 пута хабања). Разлог за оштећене рупе је тај што је слој зрна коже оштећен након хабања, а његова отпорност на хабање се прилично разликује од оне код хемијских синтетичких материјала. Стога, слаба отпорност на хабање коже такође захтева од корисника да обрате пажњу на одржавање током употребе.
| Табела 4 Резултати испитивања отпорности на хабање природне коже, PU микрофибер коже и PVC синтетичке коже | |||||
| Узорци | Постојаност боје на трење | Хабање кугличне плоче | |||
| Почетно стање | Стање натопљено дејонизованом водом | Алкално стање натопљено знојем | Стање натопљено 96% етанолом | Почетно стање | |
| (2000 пута трење) | (500 пута трење) | (100 пута трење) | (5 пута трење) | ||
| Права кожа 1# | 5.0 | 4,5 | 5.0 | 5.0 | Око 1900 пута 11 оштећених рупа |
| Права кожа 2# | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 4,5 | Око 1800 пута 9 оштећених рупа |
| ПУ микрофибер кожа 1# | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 4,5 | 19 000 пута Без оштећених површинских рупа |
| ПУ микрофибер кожа 2# | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 4,5 | 19 000 пута без оштећења површине и рупа |
| ПВЦ синтетичка кожа 1# | 5.0 | 4,5 | 5.0 | 5.0 | 19 000 пута без оштећења површине и рупа |
| ПВЦ синтетичка кожа 2# | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 4,5 | 19 000 пута без оштећења површине и рупа |
| Стандардни захтеви за праву кожу | ≥4,5 | ≥4,5 | ≥4,5 | ≥4,0 | 1500 пута хабања Не више од 4 рупе са оштећењима |
| Стандардни захтеви за синтетичку кожу | ≥4,5 | ≥4,5 | ≥4,5 | ≥4,0 | 19000 пута хабања Не више од 4 рупе са оштећењима |
Генерално, узорци природне коже, ПУ микрофибер коже и ПВЦ синтетичке коже имају добру постојаност боје на трење, а ПУ микрофибер кожа и ПВЦ синтетичка кожа имају бољу отпорност на хабање од природне коже, што може ефикасно спречити хабање.
Остала својства материјала
Резултати испитивања водопропусности, хоризонталне отпорности на пламен, димензионалног скупљања и нивоа мириса узорака природне коже, PU микрофибер коже и PVC синтетичке коже приказани су у Табели 5.
| Табела 5 Резултати испитивања других својстава материјала од природне коже, PU микрофибер коже и PVC синтетичке коже | ||||
| Узорак | Пропустљивост воде/(мг/10 цм²·24х) | Хоризонтална отпорност на пламен/(мм/мин) | Димензионално скупљање/% (120℃/168 h) | Ниво мириса |
| Права кожа 1# | 3.0 | Незапаљиво | 3.4 | 3,7 |
| Права кожа 2# | 3.1 | Незапаљиво | 2.6 | 3,7 |
| ПУ микрофибер кожа 1# | 1,5 | Незапаљиво | 0,3 | 3,7 |
| ПУ микрофибер кожа 2# | 1,7 | Незапаљиво | 0,5 | 3,7 |
| ПВЦ синтетичка кожа 1# | Није тестирано | Незапаљиво | 0,2 | 3,7 |
| ПВЦ синтетичка кожа 2# | Није тестирано | Незапаљиво | 0,4 | 3,7 |
| Стандардни захтеви за праву кожу | ≥1,0 | ≤100 | ≤5 | ≤3,7 (одступање је прихватљиво) |
| Стандардни захтеви за ПУ микрофибер кожу | Без захтева | ≤100 | ≤2 | ≤3,7 (одступање је прихватљиво) |
| Стандардни захтеви за ПВЦ синтетичку кожу | Без захтева | ≤100 | Без захтева | ≤3,7 (одступање је прихватљиво) |
Главне разлике у подацима испитивања су водопропусност и димензионално скупљање. Водопропусност коже је скоро двоструко већа од PU микрофибер коже, док PVC синтетичка кожа готово да нема водопропусност. То је зато што је тродимензионални мрежни скелет (неткана тканина) у PU микрофибер кожи сличан природној структури колагенских влакана коже, које имају микропорозне структуре, што чини обе водопропусним. Штавише, површина попречног пресека колагенских влакана у кожи је већа и равномерније распоређена, а удео микропорозног простора је већи него код PU микрофибер коже, тако да кожа има најбољу водопропусност. Што се тиче димензионалног скупљања, након термичког старења (120℃/1) стопе скупљања узорака PU микрофибер коже и PVC синтетичке коже након термичког старења (68 сати) су сличне и знатно ниже него код праве коже, а њихова димензионална стабилност је боља него код праве коже. Поред тога, резултати испитивања хоризонталне отпорности на пламен и нивоа мириса показују да узорци prave коже, PU микрофибер коже и PVC синтетичке коже могу достићи сличне нивое и могу испунити захтеве стандарда материјала у погледу отпорности на пламен и перформанси мириса.
Генерално, пропустљивост водене паре узорака природне коже, ПУ микрофибер коже и ПВЦ синтетичке коже се смањује. Стопе скупљања (димензионална стабилност) ПУ микрофибер коже и ПВЦ синтетичке коже након термичког старења су сличне и боље него код природне коже, а хоризонтална отпорност на пламен је боља него код природне коже. Својства паљења и мириса су слична.
Закључак
Структура попречног пресека PU микрофибер коже је слична структури природне коже. PU слој и основни део PU микрофибер коже одговарају слоју зрна, а део влакнастог ткива потоњег. Структуре материјала густог слоја, пенастог слоја, лепљивог слоја и основног ткива PU микрофибер коже и PVC синтетичке коже су очигледно различите.
Материјална предност природне коже је у томе што има добра механичка својства (затезна чврстоћа ≥15MPa, издужење при кидању >50%) и водопропусност. Материјална предност синтетичке коже од ПВЦ-а је отпорност на хабање (нема оштећења након 19.000 пута хабања од лопте) и отпорност на различите услове околине. Делови имају добру издржљивост (укључујући отпорност на влагу и топлоту, високе температуре, ниске температуре и наизменичне климатске услове) и добру димензионалну стабилност (димензионално скупљање <5% испод 120℃/168h). ПУ микрофибер кожа има материјалне предности и природне коже и ПВЦ синтетичке коже. Резултати испитивања механичких својстава, перформанси савијања, отпорности на хабање, хоризонталне отпорности на пламен, димензионалне стабилности, нивоа мириса итд. могу достићи најбољи ниво природне природне коже и ПВЦ синтетичке коже, а истовремено имају одређену водопропусност. Стога, ПУ микрофибер кожа може боље да задовољи захтеве примене аутомобилских седишта и има широке могућности примене.
Време објаве: 19. новембар 2024.
