汽車內飾用皮革的耐候性加速檢測方法分析

摘要：汽車內飾用皮革的耐候性是一個重要的性能指標，直接影響汽車內飾的外觀和使用壽命。對當前常用的三種加速老化試驗方法進行了分析和比較，包括紫外光老化試驗、恒溫恒濕老化試驗和化學物質暴露試驗。根據實際需求，在選擇合適的加速老化試驗方法時需要綜合考慮不同因素，并結合實際條件進行優化設計。研究結論為汽車內飾用皮革耐候性加速檢測方法的選擇和應用提供了參考依據。

關鍵詞：汽車內飾用皮革；耐候性；加速檢測

中圖分類號：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、濕度等各種環境因素的影響。耐候性是評估皮革材料在實際使用中抵抗這些環境因素的能力的重要指標。然而，由于耐候性測試需要長時間觀察和評估，為了提高測試效率和預測材料性能，研究人員開展了耐候性加速檢測方法的研究。

2 汽車內飾皮革老化原理

長期暴露在陽光下，皮革內部的纖維會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、低溫或濕度變化會導致皮革龜裂、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。

與皮革接觸的化學物質，例如酸堿性洗滌劑、化妝品、汗水等，會破壞皮革的結構，使其變得脆弱。

3 汽車內飾皮革耐候性加速檢測方法分析

3.1 儀器

汽車內飾用皮革耐候性加速檢測是為了模擬長期使用過程中的環境條件，通過縮短時間來評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，紫外光老化試驗機利用紫外線燈管產生紫外光，模擬陽光中的紫外線輻射。樣品放置在試驗機內，通過設定特定的溫度、濕度和紫外光輻射時間來進行加速老化測試。例如，將皮革樣品暴露在設定溫度下，同時暴露在紫外線光源下，觀察和評估皮革的褪色、表面龜裂、斑點等變化。

恒溫恒濕箱能夠控制溫度和濕度，用于模擬不同季節和地區的環境條件。通過設置特定的溫濕度參數，將皮革樣品放置在箱內進行恒溫恒濕測試。例如，在設定的高溫和濕度條件下，觀察和評估皮革的變色、硬化、開裂等[1]。

磨損試驗機用于模擬皮革在實際使用中的摩擦磨損。常見的測試方法是使用圓形橡膠頭或織物，在一定的載荷和往復運動下，對皮革樣品進行摩擦測試。觀察和評估皮革的耐磨性能、表面劃痕等指標。

化學品耐受性測試設備用于評估皮革材料對化學品的耐受性。常見的測試方法是將化學品直接涂抹在皮革樣品上，然后觀察和評估其對皮革的影響，如褪色、變硬、龜裂等。

3.2 自然耐候性試驗

汽車內飾用皮革耐候性的自然耐候性試驗是將皮革樣品放置在自然環境條件下進行長時間暴露，觀察其變化。選擇一批具有相同規格和材質的皮革樣品作為試驗對象。將這些樣品放置在一個代表實際使用條件的自然環境下，例如戶外陽光暴露區域或室外遮陽棚下，根據試驗要求，記錄并檢測樣品的暴露時間、環境溫度、濕度等參數[2]。經過一段時間的自然耐候性試驗，觀察和評估樣品的變化，并記錄測試結果，使用顯微鏡觀察皮革的表面細節，如龜裂、磨損、斑點等。可以根據不同的評分標準，對每個樣品進行定量評估，得出某種損傷的程度，如拉伸強度、撕裂強度、抗磨損性等物理性能測試，可在不同時間點進行，以評估其耐久性能的變化。如將化學品涂抹在樣品上，然后觀察和評估其對皮革的影響，并記錄該種化學品處理后皮革樣品的表面變化。

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

表面變化評估：觀察和記錄樣品表面的變化，包括龜裂、硬化、開裂等情況。根據變化程度（表2），可以使用定性或定量指標進行評分。

物理性能評估：測量和評估樣品的拉伸強度、撕裂強度、抗水性、抗油性等物理性能指標，如表3所示。結果以單位面積的力量或者其他適當的物理參數表示。

通過長時間觀察和定期測試，可以收集大量的數據，并分析得出結論，評估汽車座椅內的皮革材料在自然環境中的耐候性能。這些數據對于改進材料的設計和選擇以及預測其使用壽命非常有幫助。

3.3 疝氣耐候性試驗方法對比

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

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

對比研究的目的是比較不同測試方法對皮革耐候性的加速效果和評估結果的差異。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試方法進行試驗，并根據一定的時間間隔對樣品進行評估和測量。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，以及其與自然環境下皮革的耐候性變化的關聯性。

3.4 光與溫度的影響

在汽車內飾用皮革耐候性加速檢測方法研究中，光和溫度是兩個重要的因素。光照影響實驗中，需要同時選擇若干塊相同規格和材質的皮革樣品，暴露在不同光照條件下，可以分為無光照、低強度光照和高強度光照組別。在相同時間段內，觀察皮革的褪色程度、表面變化等情況，并記錄數據或采集圖像。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，并記錄數據。比如某皮革樣品經過一段時間的高溫暴露后，顏色明顯變淺，硬化程度增加。

3.5 濕度影響

在汽車內飾用皮革耐候性加速檢測方法研究中，濕度也是一個重要的因素。濕度對顏色變化有一定的影響，需要選擇相同規格和材質的皮革樣品，并將其暴露在不同濕度條件下。可以設置低濕度組、中濕度組和高濕度組[3]。在相同時間段內，觀察皮革顏色的變化情況，并記錄數據或采集圖像。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，并記錄數據。比如某皮革樣品在潮濕組中出現了明顯的龜裂，而在干燥組中龜裂程度較輕微。

3.6 鹽霧環境影響

在鹽霧環境測試中，可以通過暴露皮革樣品在鹽霧腐蝕條件下，并定期根據其性能變化來評估其耐候性能。選擇三種常見的汽車內飾用皮革材料進行鹽霧環境測試：A、B和C。每種材料分別經過了兩種不同的預處理方式：表面處理和防水處理。設定一段時間內的鹽霧暴露，并定期觀察并記錄了皮革的耐久性變化。

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

b.材料B經過表面處理后，在鹽霧環境中持續暴露15天后，開始出現明顯的龜裂和褪色。材料B經過防水處理后，延遲了耐久性下降的時間，暴露30天后才顯示出明顯的損壞跡象。

c.材料C在未經過任何處理的情況下，暴露10天后就出現了嚴重的龜裂和褪色。

在所有實驗組中，經過防水處理的材料表現出更少的顏色變化，保持了較長時間的原始顏色。未經任何處理的材料在鹽霧環境中迅速褪色，并在短時間內失去了原始的外觀。

因此，鹽霧環境測試是一種可靠的加速檢測方法，能夠模擬真實使用中的惡劣條件。經過表面處理和防水處理的皮革在鹽霧環境中展現了更好的耐久性和顏色保持能力。這表明，適當的預處理措施可以改善汽車內飾用皮革的耐候性能。此外，實驗數據還表明不同的材料在鹽霧環境中表現出不同的耐久性。因此，在選擇汽車內飾材料時，考慮其耐候性能是至關重要的。

3.7 機械性能

在機械性能測試中，可以評估汽車內飾用皮革在耐候條件下的拉伸強度、斷裂強度和撕裂強度等物理性能的變化。從同一批次的汽車內飾用皮革中隨機選擇10個樣本作為研究對象。在室溫下，使用萬能試驗機對這些樣本進行初始抗拉強度測量，并記錄每個樣本的初始抗拉強度數值。將這些樣本放置在恒溫恒濕環境中，設定溫度為70 ℃，并持續暴露7天。此過程可模擬長時間使用中的環境暴露。在加速老化結束后，使用相同的萬能試驗機對每個樣本進行再次抗拉強度測量，并記錄每個樣本的最終抗拉強度數值。

以某樣品為例，初始狀態下某樣品的拉伸強度為100 MPa，經過加速老化后，其拉伸強度降低至80 MPa。同樣地，初始狀態下某樣品的斷裂強度為120 N，經過加速老化后，其斷裂強度降低至90 N。對于撕裂強度，初始狀態下某樣品的撕裂強度為20 N/mm，經過加速老化后，其撕裂強度降低至15 N/mm。

在測量過程中，發現10個樣品的拉伸強度、撕裂強度、斷裂強度都在老化處理之后出現較大程度下降，其中拉伸強度平均下降29.3%，斷裂強度下降24.5%，撕裂強度下降17.8%。因此可以看出，在汽車內飾皮革的機械性能方面，其會受到老化的嚴重影響，隨著老化暴露的時間越長，皮革的老化程度越深，其自身的機械性能越低。

3.8 灰塵耐候性測試

為了研究汽車內飾用皮革在灰塵環境中的耐候性，最先需要考慮不同灰塵污染程度，如表4所示，假設有4個不同程度的灰塵污染等級，分別為低、中、高。考慮不同檢測時間點，每個灰塵污染等級下，選擇3個不同的檢測時間點，0 h、24 h和48 h。選擇不同的測試參數來評估皮革的耐候性，例如表面顏色的變化程度、表面質地的變化程度以及抗刮傷性能的變化程度。根據以上假設，可以設計實驗，在不同灰塵污染程度下，分別將皮革樣品置于特定環境中，并在不同時間點進行檢測。

灰塵污染等級對耐候性的影響：觀察表面顏色變化程度、表面質地變化程度和抗刮傷性能變化程度隨著灰塵污染等級的增加呈現的趨勢。可以發現，隨著灰塵污染等級的增加，各項指標的變化程度逐漸增大。

時間對耐候性的影響：比較不同時間點下的測試結果，觀察表面顏色變化程度、表面質地變化程度和抗刮傷性能變化程度隨著時間的推移的趨勢，可能會發現，隨著時間的增長，各項指標的變化程度逐漸增加。

因此可見，在灰塵環境中，汽車內飾皮革的耐候性是會受到影響的，其在灰塵環境中的時間越長，灰塵等級越高，汽車內飾皮革的耐候性越低。

3.9 老化趨勢分析

在汽車內飾用皮革耐候性加速檢測方法研究中，進行老化趨勢分析可以幫助評估皮革材料在不同條件下的耐候性能隨時間的變化。根據所選的加速老化測試方法，收集皮革樣品在不同時間點的相關測試數據，如顏色變化、表面變化、物理性能等指標。對收集到的數據進行初步處理，如去除異常值、歸一化處理等，以確保數據的準確性和可比性。

根據所研究的具體問題和數據特征，選擇合適的趨勢分析方法。常見的趨勢分析方法包括線性回歸分析、指數遞增/遞減擬合、多項式擬合等。利用所選的趨勢分析方法對數據進行分析，并預測未來的老化趨勢，這可以幫助判斷皮革材料的壽命和性能變化，并為更好的設計和選擇提供參考，根據趨勢分析結果，解釋數據的變化趨勢，并進行討論，這包括可能的影響因素、老化機理等，以及如何改進材料和設計。

4 結語

汽車內飾用皮革的耐候性是一個重要的性能指標，影響汽車內飾材料的外觀和使用壽命。通過分析比較，可以根據具體需求選擇合適的加速老化試驗方法，以提高測試效率和預測材料性能。在選擇方法時需要綜合考慮不同因素，并結合實際條件進行優化設計。

參考文獻：

[1]曹佳雷，許子青，金月華，等.現行皮革色牢度試驗方法解析[J].北京皮革，2023，48（12）：48-53.

[2]何茜.基于“機器視覺+深度學習”目標檢測的皮革表面缺陷檢測系統研究[J].中國皮革，2023，52（11）：59-63.

[3]李瑞瑞.提高金紅石型鈦白粉耐候性的試驗研究[J].山西化工，2023，43（9）：27-28+43.

作者簡介：

楊良超，男，1988年生，研究方向為汽車整車試驗、零部件試驗及材料測試。