本文对比分析了天然皮革、聚氨酯（PU）超细纤维合成革和聚氯乙烯（PVC）合成革的结构和生产工艺，并对其材料性能进行了测试、比较和分析。结果表明，在力学性能方面，PU超细纤维合成革的综合性能优于天然皮革和PVC合成革；在弯曲性能方面，PU超细纤维合成革和PVC合成革的性能相近，且在湿热、高温、气候交替和低温老化后，其弯曲性能均优于天然皮革；在耐磨性方面，PU超细纤维合成革和PVC合成革的耐磨性优于天然皮革；在其他材料性能方面，天然皮革、PU超细纤维合成革和PVC合成革的水蒸气透过率依次降低，且PU超细纤维合成革和PVC合成革在热老化后的尺寸稳定性相近，均优于天然皮革。
作为汽车内饰的重要组成部分，汽车座椅面料直接影响用户的驾驶体验。天然皮革、聚氨酯（PU）超细纤维合成革（以下简称PU超细纤维革）和聚氯乙烯（PVC）合成革都是常用的座椅面料材料。
天然皮革在人类生活中有着悠久的应用历史。由于胶原蛋白本身的化学特性和三螺旋结构，它具有柔软、耐磨、高强度、高吸湿性和透水性等优点。天然皮革主要用于汽车行业中高端车型的座椅面料（多为牛皮），兼具奢华感和舒适性。
随着人类社会的发展，天然皮革的供应难以满足人们日益增长的需求。人们开始利用化学原料和方法制造天然皮革的替代品，即人造合成革。PVC合成革的出现可以追溯到20世纪30年代，它是第一代人造革产品。其材料特性包括强度高、耐磨、耐折、耐酸碱等，且成本低廉、易于加工。PU超细纤维革在20世纪70年代成功研制。经过现代技术的应用和改进，作为一种新型人造合成革材料，它已被广泛应用于高端服装、家具、球类、汽车内饰等领域。PU超细纤维革的材料特性在于它能够真实地模拟天然皮革的内部结构和质感，并且比真皮更耐用，更具材料成本优势，也更加环保。
实验部分
PVC合成革
PVC合成革的材料结构主要分为表面涂层、PVC致密层、PVC发泡层、PVC粘合层和聚酯基布（见图1）。在离型纸法（转移涂布法）中，首先将PVC浆料刮涂在离型纸上形成PVC致密层（表面层），然后送入第一烘箱进行凝胶塑化和冷却；其次，在PVC致密层上进行第二次刮涂形成PVC发泡层，然后在第二烘箱中进行塑化和冷却；再次，在第三次刮涂形成PVC粘合层（底层），并将其与基布粘合，然后送入第三烘箱进行塑化和发泡；最后，冷却成型后从离型纸上剥离（见图2）。
天然皮革和PU超细纤维皮革
天然皮革的材料结构包括粒面层、纤维结构和表面涂层（见图3(a)）。从生皮到合成革的生产过程通常分为三个阶段：准备、鞣制和整理（见图4）。PU超细纤维革的设计初衷是在材料结构和外观质感方面尽可能地模拟天然皮革。PU超细纤维革的材料结构主要包括PU层、基材和表面涂层（见图3(b)）。其中，基材采用与天然皮革中胶原纤维束结构和性能相似的束状超细纤维。通过特殊的工艺处理，合成出具有三维网络结构的高密度非织造布，并与具有开放微孔结构的PU填充材料相结合（见图5）。
样品制备
样品均来自国内主流汽车座椅面料供应商。每种材质（真皮、PU超细纤维革和PVC合成革）各取两份样品，共来自6家不同的供应商。样品分别命名为真皮1号和2号、PU超细纤维革1号和2号、PVC合成革1号和2号。样品颜色均为黑色。
测试和表征
结合车辆应用对材料的要求，对上述样品的力学性能、抗折性、耐磨性及其他材料性能进行了比较。具体测试项目和方法见表1。
表1 材料性能测试的具体测试项目和方法
| 不。 | 性能分类 | 测试项目 | 设备名称 | 测试方法 |
| 1 | 主要力学性能 | 拉伸强度/断裂伸长率 | Zwick拉伸试验机 | DIN EN ISO 13934-1 |
| 撕裂力 | Zwick拉伸试验机 | DIN EN ISO 3377-1 | ||
| 静态伸长/永久变形 | 悬挂支架，配重 | PV 3909（50 N/30 分钟） | ||
| 2 | 抗折叠性 | 折叠测试 | 皮革弯曲测试仪 | DIN EN ISO 5402-1 |
| 3 | 耐磨性 | 耐摩擦色牢度 | 皮革摩擦测试仪 | DIN EN ISO 11640 |
| 球盘磨损 | 马丁代尔耐磨试验机 | VDA 230-211 | ||
| 4 | 其他材料特性 | 水渗透性 | 皮革湿度测试仪 | DIN EN ISO 14268 |
| 水平阻燃性 | 卧式阻燃剂测量设备 | TL. 1010 | ||
| 尺寸稳定性（收缩率） | 高温烤箱、气候变化试验箱、尺子 | - | ||
| 气味排放 | 高温烤箱，除臭装置 | VW50180 |
分析与讨论
机械性能
表2列出了真皮、PU超细纤维革和PVC合成革的力学性能测试数据，其中L代表材料的经向，T代表材料的纬向。从表2可以看出，就拉伸强度和断裂伸长率而言，真皮在经向和纬向的拉伸强度均高于PU超细纤维革，强度更优；而PU超细纤维革的断裂伸长率更大，韧性更好；PVC合成革的拉伸强度和断裂伸长率均低于其他两种材料。就静态伸长率和永久变形而言，真皮的拉伸强度高于PU超细纤维革，强度更优；而PU超细纤维革的断裂伸长率更大，韧性更好。就形变而言，PU超细纤维革在经向和纬向的永久形变最小（经向平均永久形变0.5%，纬向平均永久形变2.75%），表明该材料拉伸后的回弹性能最佳，优于真皮和PVC合成革。静态伸长率是指座椅套组装过程中材料在应力作用下的伸长变形程度。标准中没有明确要求，仅作为参考值。就撕裂力而言，三种材料样品的数值相近，均满足标准要求。
表2 真皮、PU超细纤维革和PVC合成革的力学性能测试结果
| 样本 | 抗拉强度/兆帕 | 断裂伸长率/% | 静态伸长率/% | 永久变形率 | 撕裂力/牛顿 | |||||
| L | T | L | T | L | T | L | T | L | T | |
| 真皮 1# | 17.7 | 16.6 | 54.4 | 50.7 | 19.0 | 11.3 | 5.3 | 3.0 | 50 | 52.4 |
| 真皮 2# | 15.5 | 15.0 | 58.4 | 58.9 | 19.2 | 12.7 | 4.2 | 3.0 | 33.7 | 34.1 |
| 真皮标准 | ≥9.3 | ≥9.3 | ≥30.0 | ≥40.0 | ≤3.0 | ≤4.0 | ≥25.0 | ≥25.0 | ||
| PU超细纤维皮革 1# | 15.0 | 13.0 | 81.4 | 120.0 | 6.3 | 21.0 | 0.5 | 2.5 | 49.7 | 47.6 |
| PU超细纤维皮革 2# | 12.9 | 11.4 | 61.7 | 111.5 | 7.5 | 22.5 | 0.5 | 3.0 | 67.8 | 66.4 |
| PU超细纤维皮革标准 | ≥9.3 | ≥9.3 | ≥30.0 | ≥40.0 | ≤3.0 | ≤4.0 | ≥40.0 | ≥40.0 | ||
| PVC合成革 I# | 7.4 | 5.9 | 120.0 | 130.5 | 16.8 | 38.3 | 1.2 | 3.3 | 62.5 | 35.3 |
| PVC合成革 2# | 7.9 | 5.7 | 122.4 | 129.5 | 22.5 | 52.0 | 2.0 | 5.0 | 41.7 | 33.2 |
| PVC合成革标准 | ≥3.6 | ≥3.6 | ≤3.0 | ≤6.0 | ≥30.0 | ≥25.0 | ||||
总体而言，PU超细纤维皮革样品具有良好的拉伸强度、断裂伸长率、永久变形和撕裂力，其综合力学性能优于真皮和PVC合成革样品。
抗折叠性
耐折度测试样品的状态具体分为6种类型，分别为初始状态（未老化状态）、湿热老化状态、低温状态（-10℃）、氙灯老化状态（PV1303/3P）、高温老化状态（100℃/168h）和气候交替老化状态（PV1200/20P）。折叠方法是使用皮革弯曲仪，将矩形样品的两端沿长度方向固定在仪器的上下夹具上，使样品呈90°角，并以一定的速度和角度反复弯曲。真皮、PU超细纤维革和PVC合成革的折叠性能测试结果如表3所示。从表3可以看出，真皮、PU超细纤维革和PVC合成革样品在初始状态下均进行了10万次折叠测试，在氙灯老化状态下也进行了1万次折叠测试。它能保持良好的状态，不会出现裂纹或应力泛白。在其他不同的老化状态下，例如PU超细纤维革和PVC合成革的湿热老化状态、高温老化状态和气候交替老化状态，样品均可承受30,000次弯曲试验。真皮样品在湿热老化状态和高温老化状态下，经过7,500至8,500次弯曲试验后开始出现裂纹或应力泛白，且湿热老化程度（168小时/70℃/75%）低于PU超细纤维革、纤维革和PVC合成革（240小时/90℃/95%）。同样，经气候交替老化处理的皮革在经过14,000至15,000次弯曲试验后也出现了裂纹或应力泛白。这是因为皮革的抗弯强度主要取决于天然皮革的纹理层和纤维结构，其性能不如化学合成材料。相应地，皮革的材料标准要求也较低。这表明皮革材料更为“娇贵”，用户在使用过程中需要更加小心谨慎或注意保养。
表3 真皮、PU超细纤维革和PVC合成革的折叠性能测试结果
| 样本 | 初始状态 | 湿热老化状态 | 低温状态 | 氙光老化状态 | 高温老化状态 | 气候交替老化状态 |
| 真皮 1# | 10万次使用，无裂纹或应力泛白 | 168 小时/70 ℃/75% 条件下循环 8000 次后，开始出现裂纹，出现应力泛白现象。 | 32000次后开始出现裂纹，无应力泛白 | 10000次，无裂纹或应力泛白 | 7500次后开始出现裂纹，无应力泛白 | 经过15000次循环后，开始出现裂纹，无应力泛白现象。 |
| 真皮 2# | 10万次使用，无裂纹或应力泛白 | 168 小时/70 ℃/75% 湿度，重复 8500 次后，开始出现裂纹，应力泛白 | 32000次后开始出现裂纹，无应力泛白 | 10000次，无裂纹或应力泛白 | 循环8000次后开始出现裂纹，无应力泛白现象 | 4000次后开始出现裂纹，无应力泛白 |
| PU超细纤维皮革 1# | 10万次使用，无裂纹或应力泛白 | 240 小时/90 ℃/95% 湿度，30000 次循环，无裂纹或应力泛白 | 35000次，无裂纹或应力泛白 | 10000次，无裂纹或应力泛白 | 30000次，无裂纹或应力泛白 | 30000次，无裂纹或应力泛白 |
| PU超细纤维皮革 2# | 10万次使用，无裂纹或应力泛白 | 240 小时/90 ℃/95% 湿度，30000 次循环，无裂纹或应力泛白 | 35000次，无裂纹或应力泛白 | 10000次，无裂纹或应力泛白 | 30000次，无裂纹或应力泛白 | 30000次，无裂纹或应力泛白 |
| PVC合成革1# | 10万次使用，无裂纹或应力泛白 | 240 小时/90 ℃/95% 湿度，30000 次循环，无裂纹或应力泛白 | 35000次，无裂纹或应力泛白 | 10000次，无裂纹或应力泛白 | 30000次，无裂纹或应力泛白 | 30000次，无裂纹或应力泛白 |
| PVC合成革 2# | 10万次使用，无裂纹或应力泛白 | 240 小时/90 ℃/95% 湿度，30000 次循环，无裂纹或应力泛白 | 35000次，无裂纹或应力泛白 | 10000次，无裂纹或应力泛白 | 30000次，无裂纹或应力泛白 | 30000次，无裂纹或应力泛白 |
| 真皮标准要求 | 10万次使用，无裂纹或应力泛白 | 168 小时/70 ℃/75% 5000 次，无裂纹或应力泛白 | 30000次，无裂纹或应力泛白 | 10000次，无裂纹或应力泛白 | 无要求 | 无需任何要求 |
| PU超细纤维皮革标准要求 | 10万次使用，无裂纹或应力泛白 | 240 小时/90 ℃/95% 湿度，30000 次循环，无裂纹或应力泛白 | 30000次，无裂纹或应力泛白 | 10000次，无裂纹或应力泛白 | 30000次，无裂纹或应力泛白 | 30000次，无裂纹或应力泛白 |
总体而言，皮革、PU超细纤维革和PVC合成革样品在初始状态和氙灯老化状态下的折叠性能良好。在湿热老化、低温老化、高温老化和气候变化老化状态下，PU超细纤维革和PVC合成革的折叠性能相近，优于皮革。
耐磨性
耐磨性测试包括摩擦色牢度测试和球板磨损测试。皮革、PU超细纤维革和PVC合成革的耐磨性测试结果如表4所示。摩擦色牢度测试结果表明，皮革、PU超细纤维革和PVC合成革样品在初始状态、去离子水浸泡状态、碱性汗液浸泡状态以及96%乙醇浸泡状态下，摩擦后的色牢度均保持在4.0以上，样品颜色稳定，不会因表面摩擦而褪色。球板磨损测试结果表明，皮革样品经1800-1900次磨损后出现约10个破损孔，与PU超细纤维革和PVC合成革样品（两者经19000次磨损后均未出现破损孔）的耐磨性存在显著差异。破损孔的出现是由于皮革的粒面层在磨损后受到损伤，其耐磨性与化学合成材料存在较大差异。因此，皮革耐磨性差，用户在使用过程中也需要注意保养。
| 表4 真皮、PU超细纤维革和PVC合成革耐磨性测试结果 | |||||
| 样品 | 耐摩擦色牢度 | 球盘磨损 | |||
| 初始状态 | 去离子水浸泡状态 | 碱性汗液浸透状态 | 96%乙醇浸泡状态 | 初始状态 | |
| （摩擦力的2000倍） | （摩擦力的500倍） | （摩擦力的100倍） | （摩擦力的5倍） | ||
| 真皮 1# | 5.0 | 4.5 | 5.0 | 5.0 | 大约1900次，11个破损孔 |
| 真皮 2# | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 4.5 | 大约1800次，9个损坏的孔 |
| PU超细纤维皮革 1# | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 4.5 | 19000次，无表面损伤孔 |
| PU超细纤维皮革 2# | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 4.5 | 19000次无表面损伤孔 |
| PVC合成革1# | 5.0 | 4.5 | 5.0 | 5.0 | 19000次无表面损伤孔 |
| PVC合成革 2# | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 4.5 | 19000次无表面损伤孔 |
| 真皮标准要求 | ≥4.5 | ≥4.5 | ≥4.5 | ≥4.0 | 可承受1500次磨损，损坏孔洞不超过4个。 |
| 合成革标准要求 | ≥4.5 | ≥4.5 | ≥4.5 | ≥4.0 | 经受了19000次磨损，损坏孔洞不超过4个。 |
一般来说，真皮、PU超细纤维革和PVC合成革样品都具有良好的摩擦色牢度，而PU超细纤维革和PVC合成革的耐磨性比真皮更好，可以有效防止磨损。
其他材料特性
表5显示了真皮、PU超细纤维革和PVC合成革样品的透水性、水平阻燃性、尺寸收缩率和气味水平的测试结果。
| 表5 真皮、PU超细纤维革和PVC合成革其他材料性能的测试结果 | ||||
| 样本 | 水渗透率/(mg/10cm²·24h) | 水平阻燃性/(毫米/分钟) | 尺寸收缩率/%(120℃/168 h) | 气味水平 |
| 真皮 1# | 3.0 | 不易燃 | 3.4 | 3.7 |
| 真皮 2# | 3.1 | 不易燃 | 2.6 | 3.7 |
| PU超细纤维皮革 1# | 1.5 | 不易燃 | 0.3 | 3.7 |
| PU超细纤维皮革 2# | 1.7 | 不易燃 | 0.5 | 3.7 |
| PVC合成革1# | 未经测试 | 不易燃 | 0.2 | 3.7 |
| PVC合成革 2# | 未经测试 | 不易燃 | 0.4 | 3.7 |
| 真皮标准要求 | ≥1.0 | ≤100 | ≤5 | ≤3.7（偏差可接受） |
| PU超细纤维皮革标准要求 | 无需任何要求 | ≤100 | ≤2 | ≤3.7（偏差可接受） |
| PVC合成革标准要求 | 无需任何要求 | ≤100 | 无需任何要求 | ≤3.7（偏差可接受） |
测试数据的主要差异在于透水性和尺寸收缩率。皮革的透水性几乎是PU超细纤维革的两倍，而PVC合成革几乎没有透水性。这是因为PU超细纤维革中的三维网络骨架（无纺布）与皮革中天然胶原纤维束的结构相似，两者都具有微孔结构，因此都具有一定的透水性。此外，皮革中胶原纤维的横截面积更大且分布更均匀，微孔空间的比例也高于PU超细纤维革，因此皮革具有最佳的透水性。就尺寸收缩率而言，经热老化（120℃/1小时）68小时后，PU超细纤维革和PVC合成革样品的收缩率相近，且均显著低于真皮，其尺寸稳定性也优于真皮。此外，水平阻燃性和气味等级的测试结果表明，真皮、PU超细纤维革和PVC合成革样品均能达到相近的阻燃性和气味等级，满足材料标准对阻燃性和气味性能的要求。
总体而言，真皮、PU超细纤维革和PVC合成革样品的水蒸气透过率依次降低。PU超细纤维革和PVC合成革经热老化后的收缩率（尺寸稳定性）相近且优于真皮，水平阻燃性也优于真皮。它们的点燃性能和气味特性相近。
结论
PU超细纤维革的横截面结构与天然皮革相似。PU超细纤维革的PU层和基层部分分别对应于天然皮革的粒面层和纤维组织部分。PU超细纤维革和PVC合成革的致密层、发泡层、粘合层和基层织物等材料结构存在明显差异。
天然皮革的材料优势在于其良好的机械性能（拉伸强度≥15MPa，断裂伸长率>50%）和透水性。PVC合成革的材料优势在于其耐磨性（经19000次球板磨损后无损伤），并且能够耐受不同的环境条件。其部件具有良好的耐久性（包括耐湿、耐热、耐高温、耐低温和耐交替气候）和良好的尺寸稳定性（120℃/168h下尺寸收缩率<5%）。PU超细纤维革兼具天然皮革和PVC合成革的材料优势。其机械性能、折叠性能、耐磨性、水平阻燃性、尺寸稳定性、气味等级等测试结果均可达到天然皮革和PVC合成革的最佳水平，同时还具有一定的透水性。因此，PU超细纤维革能够更好地满足汽车座椅的应用需求，具有广阔的应用前景。
发布时间：2024年11月19日
