超纤皮在高速列车座椅上应用的研究

吴勇 孙向浩 张其斌 刘勇胜 杜明兵

摘 要：超纤皮是一种采用先进仿生科技研发出的具有极高真皮感的环保新材料，代表了人工皮革领域前最高的技术水平，已经在中高档汽车座椅和高端奢侈品中有广泛的应用。该文从超纤皮的结构和性能方面，通过与天然皮革进行比较的方式，阐述了超纤皮在高速列车座椅上的应用具有安全性能、经济性、环保性、轻量化方面的优势；并论述了高速列车座椅用超纤皮最新的发展趋势。文章认为超纤皮，作为一种新型的高性能材料，完全可以用作高速列车座椅的面层材料。

关键词：动车 高铁 超纤皮 高性能

中图分类号：TS17 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）12（c）-0003-02

随着技术的进步和发展，以高铁和动车为代表的高速列车已经成为我国高新技术产品的一张名片，有越来越多的新技术和新材料应用于高速列车领域。在高速列车座椅领域，目前应用于高速列车座椅蒙皮的材料主要有天然皮革和织物两类，而已经大规模应用于中高档汽车座椅的超纤皮，却鲜有在高速列车座椅应用的报道。超纤皮是在高性能聚氨酯材料技术和现代纺织技术的基础上，采用先进的仿生科技研发出的一种具有高真皮感的环保新材料。

1 超纤皮的结构特点

超纤皮的全称为聚氨酯超细纤维合成革，主要的成分为聚氨酯弹性体和超细纤维。这两个组份中，超细纤维组份是作用类似于天然皮革的胶原弹性纤维，而聚氨酯弹性体组份的作用则类似于天然皮革的胶原蛋白。图1为天然皮革与超纤皮在电子显微镜下观察到的结构，通过该电镜图可以看出超纤皮的结构及其类似于天然皮革。超纤皮的纤维采用尼龙6作为原料，含有大量的酰胺键且具有极大的比表面（超细纤维的纤度小比表面大）使得超纤皮具有卓越的吸湿性能，从而可以提供与天然皮革相媲美的使用舒适性；超纤皮基布中的聚氨酯弹性体具有优良的回弹性能，通过调节聚氨酯的软硬及在超纤皮中的微观结构，可以得到与真皮类似的手感；超纤皮的聚氨酯涂层，通过特殊的设计可以得到真皮般的表观。

目前，常规超纤皮的生产过程主要包含：纺丝过程、无纺布制备过程、聚氨酯含浸过程、减量开纤过程、涂层制备过程或染色整理过程，有些有实力的超纤皮厂商还会包含聚氨酯弹性体的合成过程。在超纤基布上进行涂层制备，可以得到如图1（下）结构的贴面超纤皮，这类产品有仿头层牛皮的风格，目前已经大规模应用于汽车内饰；若在超纤基布基础上进行染色等整理过程，可以得到绒面超纤革，这类产品是仿麂皮的风格，目前正在一些顶级汽车品牌的顶配车型中有一定的应用。该文研究的超纤皮主要是贴面超纤皮。

2 高速列车座椅用超纤皮的性能特点

与天然头层牛皮相比，在常规的力学性能方面，包括抗张强力、撕裂强力和针眼撕裂强度等性能超纤皮具绝对的优势[1]。若在高速列车座椅中进行应用，超纤皮在以下性能也具有明显的优势。

2.1 卓越的燃烧安全性能

据文献报道[2]，我国轨道交通内饰各部件验收标准是按DIN 54837-2007和TB/T 3138-2006及TB/T 3237-2010要求进行的，这些标准要求，高速列车座椅用材料的阻燃指标需达到：氧指数≥32，可燃性等级要达到S4，烟雾生成等级要达到SR2，熔滴性等级要达到ST2。超纤皮通过技术研发其燃烧安全性能完全可以达到上述3个标准的要求。表1是笔者开发的一款高仿真皮高速列车用超纤皮在权威第三方按上述标准测试的结果。该结果表明超纤皮的燃烧安全性能完全可以达到我国高速列车座椅面料的要求。

2.2 降低座椅面料成本

超纤皮与真皮相比，可以极大的降低高速列车座椅面料的成本，这主要得益于超纤皮的利用率和价格两方面的优势。据文献报道[1]，超纤皮的材料利用率>85%，而天然皮革的材料利用率只有50%～60%，在价格上超纤皮相对天然皮革也是较低的。另外，由于超纤皮的质地均匀、厚薄稳定，在剪裁过程中的生产效率较真皮也会有较大的提升。因为真皮每张皮的大小、质地、厚薄会有很大的波动，剪裁人员需根据每张真皮的特点进行裁剪，所以其效率相对而言不如超纤皮高。

2.3 实现座椅轻量化

在保证高速列车内饰材料的安全性和舒适度的前提下，轻量化设计及制造是高速轨道交通发展的重要方向，因为轻量化对降低动力耗能成本费用有显著地作用；可以降低地基震动，提高减震降噪的性能；有利于提高乘坐舒适度，降低线路建设及铁路维护的费用[3]。

超纤皮与真皮在相同厚度下，有更卓越的的物理力学性能，但其单位面积质量却只有真[超纤皮替代真皮在汽车座椅上的应用研究]皮的2/3左右。若一个高速列车座椅所用皮革量为2 m2，按文献报道的数据，超纤皮座椅会比真皮座椅每个轻622 g以上。

2.4 提高产品的环保性能

在环保性能方面，超纤皮也具有良好的性能。超纤皮中完全可以做到不含可溶性铅、可溶性铬、可溶性镉和可溶性汞，在挥发物方面也可以做到远远小于35 g/m2。这可以达到原铁道部颁发的TB/T3139-2006《机车车辆内装材料及室内空气有害物质限量》标准要求。除此以外在气味性、游离甲醛含量等性能方面，超纤皮也要远远优于天然皮革。

2.5 增强列车内饰的协调性

超纤皮在颜色上和皮纹上有很丰富的选择，通过对涂层的研发，可以做到满足列车内饰设计者要求的的颜色、皮纹及光雾度，是座椅在视觉上与列车顶部、墙部、地板等内饰相协调，能最大限度减少车内的单调与封闭的感觉。此外，超纤皮还可以通过对涂层和基布进行异色开发，使得涂层与基布呈不同颜色，再通过对超纤皮进行打孔处理，来达到皮革表面和内部的色差冲击感，从而是列车内色彩更加丰富。

3 高速列车座椅用超纤皮的发展方向

高速列车座椅用超纤皮在未来会朝更加环保及更加高性能化发展。在环保方面，未来除了关注产品本身的环保性能外，超纤皮的研究者将更加注重生产过程的环保性能，这方面得益于水性聚氨酯技术和无溶剂聚氨酯技术的进步，这两类材料的应用必将更进一步的提升超纤皮制造过程的环保性能。

在超纤皮的高性能方面，通过一些高性能材料应用于超纤皮中使超纤皮具有超高的物理力学性能。如用碳纤维替代目前常规的尼龙纤维和涤纶纤维充当超纤皮纤维的组份，高速列车座椅中可以通过采用这类的超纤皮作为面料而去除部分座椅的金属材料，这样既可以使座椅达到足够的强度，又可以减少金属材料的使用降低重量提高乘坐的安全性。

4 结语

无论是从材料的物理力学性能和环保性能方面，还是从材料的成本和轻量化方面，超纤皮的应用都具有诱人的前景，未来的高速列车车厢中必将会出现越来越多采用超纤皮做面料的座椅。

参考文献

[1] 李龄.超纤皮替代真皮在汽车座椅上的应用研究[J].汽车工艺与材料，2014，（17）：59-65.

[2] 董激文，陈蕾，季晓丹.车用内饰材料的燃烧安全性能检测[J].产业用纺织品，2013（6）：43-49.

[3] 崔童，王铮.高速列车内饰件轻量化设计[J].科技创新导报，2013（8）：42-44.