具有隔热功能真皮革与普通真皮革隔热性比较研究

张亮，何家志，王泽升，李静，刘倩，廖兰

威马汽车科技集团有限公司成都研究院，四川成都 610100

0 引言

近年来，随着全球工业化的深入推进，能源危机和生态问题日益严重，环境友好、低碳化、可再生化成为可持续性发展的必然选择。与此同时，以“电动化、智能化、网联化、共享化”为特征的“新四化”成为汽车产业发展的新风向标。新能源汽车作为“新四化”的最佳载体，迎来了发展热潮。此外，随着消费升级，消费群体的日趋年轻化，消费者对购车的需求也由最初的代步工具开始上升为舒适的智能移动空间。新能源汽车作为“新物种”，要获得消费者的普遍青睐，除了以安全为核心，强调环保、舒适、智能、科技的同时，更要在设计和服务理念上积极创新，坚持以用户思维为向导，深入挖掘用户潜在需求，主动解决用户痛点问题，提升用户体验。

新能源汽车与传统油车最大区别在于动力系统等，内饰并无明显差异。皮革作为内饰常用的软装饰材料，目前主要分为真皮和人造革两大类。汽车上用的真皮一般为头层牛皮，由于其取材天然牛皮，价格普遍高昂，一般应用在高档车型上。人造革种类很多，根据基材和工艺不同，常见有PVC革、PU革、超纤革、仿麂皮、TPO表皮等。人造革因其种类丰富、价格范围宽，可满足从低端到高端不同车型的选择使用。近年来，消费者需求变化，由基础革衍生出来很多功能性皮革，如抗菌革、负离子革等。这些功能皮革不仅满足常规使用要求，而且兼具一定的功能，例如抗菌革能有效抑制常见的金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等细菌；负离子革能够产生负氧离子，净化驾驶舱空气质量。

然而，无论是真皮革、PVC革、PU革等普通皮革，还是其衍生的功能皮革，都是由高分子基料经压延或涂覆制备而成。高分子材料本身导热性差、热导率低，是不良的热导体。因此，上述普通皮革受阳光辐照后，吸收的热量都不容易传导散失。此外，由于黑色内饰耐用、耐脏、庄重，在内饰设计上使用最多。然而，黑色皮革对光照中红外光吸收很强，这导致普通皮革受光照射后，表面温度会比较高。特别是炎热的夏天，密闭的车辆在户外暴晒后，方向盘、座椅等与人体直接接触的皮革包覆部位表面温度会非常高。人体在驾驶舱内，裸露的皮肤接触到这些皮革时，容易被灼伤。

尽管已有许多功能性皮革的报道，但关于皮革隔热性的文献尚未见。因此，如何改善车辆暴晒后皮革烫皮肤问题，又不额外增加能耗和危害人体健康，成为行业研究的新课题。本文研究了一种具有隔热功能的皮革和普通皮革的隔热性差异，通过同等辐照条件下，隔热效果对比，旨在为改善车辆暴晒后皮革烫皮肤问题寻找一种优化提升的方案。

1 试验仪器与材料

1.1 试验仪器

玻璃辐照箱：密闭玻璃辐照箱为自制装置，尺寸为50 cm(长)×50 cm(宽)×75 cm(高)，四面由透明玻璃制成，顶部安装有4个常规浴霸灯，每个浴霸灯额定功率为275 W，电压为220 V，灯光直射表面距离为63 cm,可以用来模拟密闭车辆受日光照射状态。有一面玻璃墙可以打开和关闭，方便持测温枪测试;外部设置有灯开关，可以开启和关闭灯光。

红外测温枪：希玛AT380+，测量温度范围为-50～100 ℃；精度为±2 ℃。

水银温度计：市场购买，测量温度范围为0～100 ℃；精度为±1 ℃。

温湿度计：希玛AR837,测量温度范围为-10～50 ℃，湿度为5.0%～98%，温度精度为±1.5 ℃,湿度精度为±5%RH。

1.2 试验材料

试验分别用到浙江富邦生产的隔热真皮革(简称隔热革)和普通真皮革(简称普通革)，尺寸为A5纸张大小，厚度为1.0～1.2 mm。

2 试验步骤

如图1所示，将两块尺寸为A5大小的隔热革和普通革放置在玻璃辐照箱内后，关闭玻璃门，打开电源，浴霸灯亮起，产生的热量会辐照到皮革表面。每隔5 min打开玻璃门，使用测温枪测试隔热革与普通革表面温度，并记录数据。

图1 模拟日光辐射的隔热革和普通革表面温度测试

如图2所示，测试了0～90 min中玻璃辐照箱内温度及隔热革和普通革表面温度变化，并记录了测试结果。

图2 辐照不同时间后玻璃箱内环境温度及隔热革和普通革表面温度的测试

3 试验结果与讨论

3.1 隔热革与普通革生产工艺差异

隔热革与普通革外观和结构上基本是一致的，不同区别主要在于生产工艺。如图3所示，隔热革与普通革的生产工序和流程基本是一样的，不同点在于辊底涂、喷涂(颜色层和顶层)使用的颜料。普通革为普通着色剂，而隔热革使用了特殊颜料膏，这种颜料膏具有优异的反射红外线功能,使得制备的皮革具有隔热性。

图3 隔热革与普通革生产工艺差异

3.2 隔热原理

太阳光光谱分为紫外波段(波长小于400 nm)、可见光波段(波长400～760 nm)和红外波段(波长大于760 nm)，各波段能量占比分别约为7%、50%和43%，太阳光主要的能量集中在可见光和红外波段。长波容易被深色表面吸收，从而导致表面温度升高。因此，降低红外辐射能量是防止材料表面温度升高的有效方法之一。隔热革的隔热原理简单来说就是利用光的反射原理，皮革经过表面涂饰着色，尤其是黑色皮革就会变得容易吸收长波线的热量。本文使用的隔热革就是表面涂覆了具有反射红外线功能的特殊涂层，该涂层能够在不改变光反射原理的情况下，使深色皮革在暴晒的阳光下，更多地反射红外光，减少对红外光线的吸收，从而降低皮革表面温度。

3.3 隔热革与普通革隔热性能对比

如图4所示，辐照灯开启前，玻璃箱内环境温度为21.0 ℃，此时，普通革和隔热革表面温度分别为23.0、21.9 ℃，表面起始温度基本一致。辐照灯开启后，在0～20 min内，随着辐照时间增加，玻璃箱内环境温度、隔热革和普通革材料表面温度均快速上升，平均升温速率依次为2.50、1.85、2.59 ℃/min，其中普通革上升速率最快，明显高于隔热革，这表明表面吸热能力隔热革要比普通革明显弱。辐照20 min左右，玻璃箱内环境温度、隔热革和普通革表面温度均达到峰值，分别为71.0、58.8、74.8 ℃、此后升温速率开始明显放缓，其中隔热革表面温度最低，普通革表面温度最高，隔热革比环境温度低12.2 ℃，比普通革低16.0 ℃，而普通革比环境温度还要高3.8 ℃。辐照20 min后，三者表面温度上升都显著减缓，平均升温速率仅为0.15、0.15、0.20 ℃/min，直到60 min时，表面温度达到最大，依次分别为77.0、64.7、82.8 ℃，其中隔热革比环境温度低12.3 ℃，比普通革低18.1 ℃，而普通革比环境温度还高5.8 ℃。辐照60 min后到测试结束，三者表面温度已达到动态平衡，分别保持在77.0、64.0、81.0 ℃，而此时，隔热革与普通革表面温度相差17 ℃。由此可以看出，隔热革材料具有良好的隔热性，能够有效减少热量吸收，降低表面温度。

图4 不同辐照时间的玻璃箱内环境温度以及普通革和隔热革表面温度变化曲线

分析了出现以上结果原因，热量传递的方式有3种:热辐射、热传导、热对流。玻璃箱是密闭装置，辐照灯开启后，随着辐照时间增加，隔热革和普通革因吸收光照的能量，表面温度出现快速上升，相比普通革，隔热革因其表面有一种特殊的涂层，能够反射辐照的部分红外光，减少了皮革对其的吸收，从而确保同样的辐照条件下，隔热革表面温度比普通革低很多。由于普通革是黑色的，对辐照光有很强的吸收能力，因而，表面温度增加最快。玻璃箱内环境温度变化主要来自于辐照灯照射的光能量，同时还与外界冷玻璃壁存在着热传导，会造成一部分热量损失，因此，升温速率和温度会比普通革低。此外，由于辐照灯功率是额定的，单位时间辐照热量是固定的，室内环境温度也基本是固定的，因此后面温度会达到动态平衡，几乎不变。

3.4 座椅实物零件主观评价

为了直观感受隔热性效果，将隔热革、普通革包覆的座椅放置在楼顶阳光能直照射到位置进行暴晒，同时，采用温湿度计检测了当时的环境温度为35.3 ℃，湿度为44.8%。暴晒1 h后，分别进行了主观感受评价，如图5所示。结果发现，暴晒后的普通革包覆的座椅，能感受到非常灼热的烫皮肤感觉，且随着乘坐时间的延长，这种灼热的烫皮肤的感觉比较持久，让人难以忍受。然而，乘坐暴晒后的隔热革包覆的座椅，尽管坐下去的瞬间也能感觉到比较高的温度，但没有普通革那种非常灼热的烫皮肤感觉，且随着乘坐的时间延长，初始高温带来的不适有所缓解，可以忍受。

图5 座椅实物零件暴晒后主观评价

4 结论

(1)密闭环境内，同样辐照条件下，隔热革表面吸热能力要比普通革明显弱，相比普通革材料，隔热革材料表面温度最大能降低18.1 ℃。

(2)隔热革具有良好的隔热性，能够有效减少辐照热量吸收，降低皮革表面温度；隔热革包覆的座椅零件，相比普通皮革包覆座椅零件，同样暴晒条件下，没有灼热的烫皮肤感觉，乘坐舒适性相对要更好一些。

(3)隔热革应用在汽车内饰，特别是方向盘、座椅等与人体皮肤经常直接接触的零件上，可以有效改善车辆暴晒后烫皮肤问题，给用户带来更好的体验。