汽车内饰用皮革的耐候性加速检测方法分析

摘要：汽车内饰用皮革的耐候性是一个重要的性能指标，直接影响汽车内饰的外观和使用寿命。对当前常用的三种加速老化试验方法进行了分析和比较，包括紫外光老化试验、恒温恒湿老化试验和化学物质暴露试验。根据实际需求，在选择合适的加速老化试验方法时需要综合考虑不同因素，并结合实际条件进行优化设计。研究结论为汽车内饰用皮革耐候性加速检测方法的选择和应用提供了参考依据。

关键词：汽车内饰用皮革；耐候性；加速检测

中图分类号：U472.9  收稿日期：2023-12-06

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.02.022

1 前言

汽车内饰用皮革作为一种重要的装饰材料，承受着来自阳光、温度、湿度等各种环境因素的影响。耐候性是评估皮革材料在实际使用中抵抗这些环境因素的能力的重要指标。然而，由于耐候性测试需要长时间观察和评估，为了提高测试效率和预测材料性能，研究人员开展了耐候性加速检测方法的研究。

2 汽车内饰皮革老化原理

长期暴露在阳光下，皮革内部的纤维会受到紫外线和氧气的影响，使皮革表面逐渐变硬、干燥、脆弱，并丧失原有的柔软性。

极端的高温、低温或湿度变化会导致皮革龟裂、变色和褪色，温度过高可能使皮革变干，而湿度过低可能使皮革缺水。

长期接触和摩擦可能导致皮革表面磨损和划痕，这包括人们坐在座椅上、衣物摩擦、使用清洁剂等。

与皮革接触的化学物质，例如酸碱性洗涤剂、化妆品、汗水等，会破坏皮革的结构，使其变得脆弱。

3 汽车内饰皮革耐候性加速检测方法分析

3.1 仪器

汽车内饰用皮革耐候性加速检测是为了模拟长期使用过程中的环境条件，通过缩短时间来评估皮革材料的寿命和性能。该过程中需要使用多种仪器。其中，紫外光老化试验机利用紫外线灯管产生紫外光，模拟阳光中的紫外线辐射。样品放置在试验机内，通过设定特定的温度、湿度和紫外光辐射时间来进行加速老化测试。例如，将皮革样品暴露在设定温度下，同时暴露在紫外线光源下，观察和评估皮革的褪色、表面龟裂、斑点等变化。

恒温恒湿箱能够控制温度和湿度，用于模拟不同季节和地区的环境条件。通过设置特定的温湿度参数，将皮革样品放置在箱内进行恒温恒湿测试。例如，在设定的高温和湿度条件下，观察和评估皮革的变色、硬化、开裂等[1]。

磨损试验机用于模拟皮革在实际使用中的摩擦磨损。常见的测试方法是使用圆形橡胶头或织物，在一定的載荷和往复运动下，对皮革样品进行摩擦测试。观察和评估皮革的耐磨性能、表面划痕等指标。

化学品耐受性测试设备用于评估皮革材料对化学品的耐受性。常见的测试方法是将化学品直接涂抹在皮革样品上，然后观察和评估其对皮革的影响，如褪色、变硬、龟裂等。

3.2 自然耐候性试验

汽车内饰用皮革耐候性的自然耐候性试验是将皮革样品放置在自然环境条件下进行长时间暴露，观察其变化。选择一批具有相同规格和材质的皮革样品作为试验对象。将这些样品放置在一个代表实际使用条件的自然环境下，例如户外阳光暴露区域或室外遮阳棚下，根据试验要求，记录并检测样品的暴露时间、环境温度、湿度等参数[2]。经过一段时间的自然耐候性试验，观察和评估样品的变化，并记录测试结果，使用显微镜观察皮革的表面细节，如龟裂、磨损、斑点等。可以根据不同的评分标准，对每个样品进行定量评估，得出某种损伤的程度，如拉伸强度、撕裂强度、抗磨损性等物理性能测试，可在不同时间点进行，以评估其耐久性能的变化。如将化学品涂抹在样品上，然后观察和评估其对皮革的影响，并记录该种化学品处理后皮革样品的表面变化。

使用色彩计或光谱仪测量皮革样品的颜色变化。结果以[Δ]E表示，[Δ]E值越大表示颜色变化越明显，其结果如表1所示。

表面变化评估：观察和记录样品表面的变化，包括龟裂、硬化、开裂等情况。根据变化程度（表2），可以使用定性或定量指标进行评分。

物理性能评估：测量和评估样品的拉伸强度、撕裂强度、抗水性、抗油性等物理性能指标，如表3所示。结果以单位面积的力量或者其他适当的物理参数表示。

通过长时间观察和定期测试，可以收集大量的数据，并分析得出结论，评估汽车座椅内的皮革材料在自然环境中的耐候性能。这些数据对于改进材料的设计和选择以及预测其使用寿命非常有帮助。

3.3 疝气耐候性试验方法对比

针对汽车内饰用皮革耐候性加速检测方法的研究，可以进行不同疝气耐候性测试方法的对比研究。紫外光老化试验使用紫外光老化试验机，通过暴露皮革样品在紫外线下进行老化测试，能模拟阳光中的紫外线辐射，以及氧化、光照等因素对皮革的影响，具有较高的加速效果，但是不能真实模拟自然环境中的湿度和温度变化。

恒温恒湿老化试验使用恒温恒湿箱，将皮革样品置于恒定温度和湿度条件下进行老化测试，能够模拟自然环境中的湿度和温度变化，全面考察皮革在不同环境下的耐候性能，但是不能模拟阳光中的紫外线辐射，可能需要更长时间来观察和评估变化。

对比研究的目的是比较不同测试方法对皮革耐候性的加速效果和评估结果的差异。可以选择相同或类似的皮革样品，分别使用不同的疝气耐候性测试方法进行试验，并根据一定的时间间隔对样品进行评估和测量。比较两种方法在颜色变化、表面变化、物理性能等方面的差异，以及其与自然环境下皮革的耐候性变化的关联性。

3.4 光与温度的影响

在汽车内饰用皮革耐候性加速检测方法研究中，光和温度是两个重要的因素。光照影响实验中，需要同时选择若干块相同规格和材质的皮革样品，暴露在不同光照条件下，可以分为无光照、低强度光照和高强度光照组别。在相同时间段内，观察皮革的褪色程度、表面变化等情况，并记录数据或采集图像。比如，某皮革样品在无光照组别下褪色程度[Δ]E为2.5，而在高强度光照组别下为6.8。

温度影响需要选择相同样品，将其暴露在不同温度条件下，可以设置为高温组别和低温组别，观察皮革的颜色变化、硬化程度、龟裂情况等，并记录数据。比如某皮革样品经过一段时间的高温暴露后，颜色明显变浅，硬化程度增加。

3.5 湿度影响

在汽车内饰用皮革耐候性加速检测方法研究中，湿度也是一个重要的因素。湿度对颜色变化有一定的影响，需要选择相同规格和材质的皮革样品，并将其暴露在不同湿度条件下。可以设置低湿度组、中湿度组和高湿度组[3]。在相同时间段内，观察皮革颜色的变化情况，并记录数据或采集图像。某皮革样品在高湿度组下褪色程度[Δ]E为4.2，而在低湿度组下为2.8。

湿度对表面变化也有一定的影响，需要选择相同样品，将其暴露在不同湿度条件下，可以设置干燥组和潮湿组，观察皮革表面的硬化程度、龟裂情况等，并记录数据。比如某皮革样品在潮湿组中出现了明显的龟裂，而在干燥组中龟裂程度较轻微。

3.6 盐雾环境影响

在盐雾环境测试中，可以通过暴露皮革样品在盐雾腐蚀条件下，并定期根据其性能变化来评估其耐候性能。选择三种常见的汽车内饰用皮革材料进行盐雾环境测试：A、B和C。每种材料分别经过了两种不同的预处理方式：表面处理和防水处理。设定一段时间内的盐雾暴露，并定期观察并记录了皮革的耐久性变化。

a.材料A经过表面处理后，在盐雾环境中持续暴露30天后，出现少量龟裂和褪色。材料A经过防水处理后，在相同条件下展现了更好的耐久性，暴露30天后仅有轻微的颜色变化。

b.材料B经过表面处理后，在盐雾环境中持续暴露15天后，开始出现明显的龟裂和褪色。材料B经过防水处理后，延迟了耐久性下降的时间，暴露30天后才显示出明显的损坏迹象。

c.材料C在未经过任何处理的情况下，暴露10天后就出现了严重的龟裂和褪色。

在所有实验组中，经过防水处理的材料表现出更少的颜色变化，保持了较长时间的原始颜色。未经任何处理的材料在盐雾环境中迅速褪色，并在短时间内失去了原始的外观。

因此，盐雾环境测试是一种可靠的加速检测方法，能够模拟真实使用中的恶劣条件。经过表面处理和防水处理的皮革在盐雾环境中展现了更好的耐久性和颜色保持能力。这表明，适当的预处理措施可以改善汽车内饰用皮革的耐候性能。此外，实验数据还表明不同的材料在盐雾环境中表现出不同的耐久性。因此，在选择汽车内饰材料时，考虑其耐候性能是至关重要的。

3.7 机械性能

在机械性能测试中，可以评估汽车内饰用皮革在耐候条件下的拉伸强度、断裂强度和撕裂强度等物理性能的变化。从同一批次的汽车内饰用皮革中随机选择10个样本作为研究对象。在室温下，使用万能试验机对这些样本进行初始抗拉强度测量，并记录每个样本的初始抗拉强度数值。将这些样本放置在恒温恒湿环境中，设定温度为70 ℃，并持续暴露7天。此过程可模拟长时间使用中的环境暴露。在加速老化结束后，使用相同的万能试验机对每个样本进行再次抗拉强度测量，并记录每个样本的最终抗拉强度数值。

以某样品为例，初始状态下某样品的拉伸强度为100 MPa，经过加速老化后，其拉伸强度降低至80 MPa。同样地，初始状态下某样品的断裂强度为120 N，经过加速老化后，其断裂强度降低至90 N。对于撕裂强度，初始状态下某样品的撕裂强度为20 N/mm，经过加速老化后，其撕裂强度降低至15 N/mm。

在测量过程中，发现10个样品的拉伸强度、撕裂强度、断裂强度都在老化处理之后出现较大程度下降，其中拉伸强度平均下降29.3%，断裂强度下降24.5%，撕裂强度下降17.8%。因此可以看出，在汽车内饰皮革的机械性能方面，其会受到老化的严重影响，随着老化暴露的时间越长，皮革的老化程度越深，其自身的机械性能越低。

3.8 灰尘耐候性测试

为了研究汽车内饰用皮革在灰尘环境中的耐候性，最先需要考虑不同灰尘污染程度，如表4所示，假设有4个不同程度的灰尘污染等级，分别为低、中、高。考虑不同检测时间点，每个灰尘污染等级下，选择3个不同的检测时间点，0 h、24 h和48 h。选择不同的测试参数来评估皮革的耐候性，例如表面颜色的变化程度、表面质地的变化程度以及抗刮伤性能的变化程度。根据以上假设，可以设计实验，在不同灰尘污染程度下，分别将皮革样品置于特定环境中，并在不同时间点进行检测。

灰尘污染等级对耐候性的影响：观察表面颜色变化程度、表面质地变化程度和抗刮伤性能变化程度随着灰尘污染等级的增加呈现的趋势。可以发现，随着灰尘污染等级的增加，各项指标的变化程度逐渐增大。

时间对耐候性的影响：比较不同时间点下的测试结果，观察表面颜色变化程度、表面质地变化程度和抗刮伤性能变化程度随着时间的推移的趋势，可能会发现，随着时间的增长，各项指标的变化程度逐渐增加。

因此可见，在灰尘环境中，汽车内饰皮革的耐候性是会受到影响的，其在灰尘环境中的时间越长，灰尘等级越高，汽车内饰皮革的耐候性越低。

3.9 老化趋势分析

在汽车内饰用皮革耐候性加速检测方法研究中，进行老化趋势分析可以帮助评估皮革材料在不同条件下的耐候性能随时间的变化。根据所选的加速老化测试方法，收集皮革样品在不同时间点的相关测试数据，如颜色变化、表面变化、物理性能等指标。对收集到的数据进行初步处理，如去除异常值、归一化处理等，以确保數据的准确性和可比性。

根据所研究的具体问题和数据特征，选择合适的趋势分析方法。常见的趋势分析方法包括线性回归分析、指数递增/递减拟合、多项式拟合等。利用所选的趋势分析方法对数据进行分析，并预测未来的老化趋势，这可以帮助判断皮革材料的寿命和性能变化，并为更好的设计和选择提供参考，根据趋势分析结果，解释数据的变化趋势，并进行讨论，这包括可能的影响因素、老化机理等，以及如何改进材料和设计。

4 结语

汽车内饰用皮革的耐候性是一个重要的性能指标，影响汽车内饰材料的外观和使用寿命。通过分析比较，可以根据具体需求选择合适的加速老化试验方法，以提高测试效率和预测材料性能。在选择方法时需要综合考虑不同因素，并结合实际条件进行优化设计。

参考文献：

[1]曹佳雷，许子青，金月华，等.现行皮革色牢度试验方法解析[J].北京皮革，2023，48（12）：48-53.

[2]何茜.基于“机器视觉+深度学习”目标检测的皮革表面缺陷检测系统研究[J].中国皮革，2023，52（11）：59-63.

[3]李瑞瑞.提高金红石型钛白粉耐候性的试验研究[J].山西化工，2023，43（9）：27-28+43.

作者简介：

杨良超，男，1988年生，研究方向为汽车整车试验、零部件试验及材料测试。