本文比較分析了天然皮革、聚氨酯（PU）超細纖維合成革和聚氯乙烯（PVC）合成革的結構和生產工藝，並對其材料性能進行了測試、比較和分析。結果表明，在機械性能方面，PU超細纖維合成革的綜合性能優於天然皮革和PVC合成革；在彎曲性能方面，PU超細纖維合成革和PVC合成革的性能相近，且在濕熱、高溫、氣候交替和低溫老化後，其彎曲性能均優於天然皮革；在耐磨性方面，PU超細纖維合成皮革和PVC合成革的耐磨性優於天然皮革；在其他材料性能方面，天然皮革、PU超細纖維合成革和PVC合成革的水蒸氣透過率依次降低，且PU超細纖維合成革和PVC合成革在熱老化後的尺寸相近，均優於皮革。
作為汽車內裝的重要組成部分，汽車座椅布料直接影響使用者的駕駛體驗。天然皮革、聚氨酯（PU）超細纖維合成皮革（以下簡稱PU超細纖維革）和聚氯乙烯（PVC）合成革都是常用的座椅布料材質。
天然皮革在人類生活中有著悠久的應用歷史。由於膠原蛋白本身的化學特性和三螺旋結構，它具有柔軟、耐磨、高強度、高吸濕性和透水性等優點。天然皮革主要用於汽車行業中高端車型的座椅面料（多為牛皮），兼具奢華感和舒適性。
隨著人類社會的發展，天然皮革的供應難以滿足人們日益增長的需求。人們開始利用化學原料和方法製造天然皮革的替代品，即人造合成皮革。 PVC合成皮革的出現可以追溯到1930年代，它是第一代人造皮革產品。其材料特性包括強度高、耐磨、耐折、耐酸鹼等，且成本低廉、易加工。 PU超細纖維皮革在1970年代成功研發。經過現代技術的應用和改進，作為一種新型人造合成皮革材料，它已被廣泛應用於高端服裝、家具、球類、汽車內飾等領域。 PU超細纖維皮革的材料特性在於它能夠真實地模擬天然皮革的內部結構和質感，並且比真皮更耐用，更具材料成本優勢，也更環保。
實驗部分
PVC合成革
PVC合成皮革的材料結構主要分為表面塗層、PVC緻密層、PVC發泡層、PVC黏合層及聚酯基布（見圖1）。在離型紙法（轉移塗佈法）中，首先將PVC漿料刮塗在離型紙上形成PVC緻密層（表面層），然後送入第一烘箱進行凝膠塑化和冷卻；其次，在PVC緻密層上進行第二次刮塗形成PVC發泡層，然後在第二烘箱中進行塑化和冷卻；再次，在第三次刮塗形成PVC粘合層（底層），並將其與基布粘合，然後送入第三烘箱進行塑化和發泡；最後，冷卻成型後從離型紙上剝離（見圖2）。
天然皮革和PU超細纖維皮革
天然皮革的材料結構包括粒面層、纖維結構和表面塗層（見圖3(a)）。從生皮到合成皮革的生產過程通常分為三個階段：準備、鞣製和整理（見圖4）。 PU超細纖維革的設計初衷是在材料結構和外觀質感方面盡可能地模擬天然皮革。 PU超細纖維革的材料結構主要包括PU層、基材及表面塗層（見圖3(b)）。其中，基材採用與天然皮革中膠原纖維束結構和性能相似的束狀超細纖維。透過特殊的製程處理，合成出具有三維網路結構的高密度非織造布，並與具有開放微孔結構的PU填充材料結合（見圖5）。
樣品製備
樣品均來自國內主流汽車座椅布料供應商。每種材質（真皮、PU超細纖維革和PVC合成皮革）各取兩份樣品，共來自6家不同的供應商。樣品分別命名為真皮1號和2號、PU超細纖維革1號和2號、PVC合成革1號和2號。樣品顏色均為黑色。
測試和表徵
結合車輛應用對材料的要求，對上述樣品的機械性能、抗折性、耐磨性及其他材料性能進行了比較。具體測試項目和方法見表1。
表1 材料性能測試的具體測試項目與方法
| 不。 | 性能分類 | 測試項目 | 設備名稱 | 測試方法 |
| 1 | 主要機械性能 | 拉伸強度/斷裂伸長率 | Zwick伸展試驗機 | DIN EN ISO 13934-1 |
| 撕裂力 | Zwick伸展試驗機 | DIN EN ISO 3377-1 | ||
| 靜態伸長/永久變形 | 懸掛支架，配重 | PV 3909（50 N/30 分鐘） | ||
| 2 | 抗折疊性 | 折疊測試 | 皮革彎曲測試儀 | DIN EN ISO 5402-1 |
| 3 | 耐磨性 | 耐摩擦色牢度 | 皮革摩擦測試儀 | DIN EN ISO 11640 |
| 球盤磨損 | 馬丁代爾耐磨試驗機 | VDA 230-211 | ||
| 4 | 其他材料特性 | 水滲透性 | 皮革濕度測試儀 | DIN EN ISO 14268 |
| 水平阻燃性 | 水平阻燃劑測量設備 | TL. 1010 | ||
| 尺寸穩定性（收縮率） | 高溫烤箱、氣候變遷試驗箱、尺子 | - | ||
| 氣味排放 | 高溫烤箱，除臭裝置 | VW50180 |
分析與討論
機械性質
表2列出了真皮、PU超細纖維革和PVC合成革的機械性能測試數據，其中L代表材料的經向，T代表材料的緯向。從表2可以看出，就拉伸強度和斷裂伸長率而言，真皮在經向和緯向的拉伸強度均高於PU超細纖維革，強度更優；而PU超細纖維革的斷裂伸長率更大，韌性更好；PVC合成革的拉伸強度和斷裂伸長率均低於其他兩種材料。就靜態伸長率和永久變形而言，真皮的拉伸強度高於PU超細纖維革，強度更優；而PU超細纖維革的斷裂伸長率更大，韌性更好。就形變而言，PU超細纖維革在經向和緯向的永久形變最小（經向平均永久形變0.5%，緯向平均永久形變2.75%），顯示該材料拉伸後的回彈性能最佳，優於真皮和PVC合成革。靜態伸長率是指座椅套組裝過程中材料在應力作用下的伸長變形程度。標準中沒有明確要求，僅作為參考值。就撕裂力而言，三種材料樣品的數值相近，均符合標準要求。
表2 真皮、PU超細纖維革和PVC合成皮革的機械性質測試結果
| 樣本 | 抗拉強度/兆帕 | 斷裂伸長率/% | 靜態伸長率/% | 永久變形率 | 撕裂力/牛頓 | |||||
| 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 |
| 真皮標準 | ≥9.3 | ≥9.3 | ≥30.0 | ≥40.0 | ≤3.0 | ≤4.0 | ≥25.0 | ≥25.0 | ||
| PU超細纖維皮革 1# | 15.0 | 13.0 | 81.4 | 120.0 | 6.3 | 21.0 | 0.5 | 2.5 | 49.7 | 47.6 |
| PU超細纖維皮革 2# | 12.9 | 11.4 | 61.7 | 111.5 | 7.5 | 22.5 | 0.5 | 3.0 | 67.8 | 66.4 |
| PU超細纖維皮革標準 | ≥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合成革標準 | ≥3.6 | ≥3.6 | ≤3.0 | ≤6.0 | ≥30.0 | ≥25.0 | ||||
整體而言，PU超細纖維皮革樣品具有良好的拉伸強度、斷裂伸長率、永久變形和撕裂力，其綜合機械性能優於真皮和PVC合成革樣品。
抗折疊性
耐折度測試樣品的狀態具體分為6種類型，分別為初始狀態（未老化狀態）、濕熱老化狀態、低溫狀態（-10℃）、氙燈老化狀態（PV1303/3P）、高溫老化狀態（100℃/168h）和氣候交替老化狀態（PV1200/20P）。折疊方法是使用皮革彎曲儀，將矩形樣品的兩端沿長度方向固定在儀器的上下夾具上，使樣品呈90°角，並以一定的速度和角度反覆彎曲。真皮、PU超細纖維革和PVC合成皮革的折疊性能測試結果如表3所示。從表3可以看出，真皮、PU超細纖維皮革和PVC合成皮革樣品在初始狀態下均進行了10萬次折疊測試，在氙燈老化狀態下也進行了1萬次折疊測試。它能保持良好的狀態，不會出現裂痕或應力泛白。在其他不同的老化狀態下，例如PU超細纖維皮革和PVC合成皮革的濕熱老化狀態、高溫老化狀態和氣候交替老化狀態，樣品均可承受30,000次彎曲試驗。真皮樣品在濕熱老化狀態及高溫老化狀態下，經過7,500至8,500次彎曲試驗後開始出現裂痕或應力泛白，且濕熱老化程度（168小時/70℃/75%）低於PU超細纖維皮革、纖維革及PVC合成革（240小時/90℃/95%）。同樣，經氣候交替老化處理的皮革在經過14,000至15,000次彎曲試驗後也出現了裂縫或應力泛白。這是因為皮革的抗彎強度主要取決於天然皮革的紋理層和纖維結構，其性能不如化學合成材料。相應地，皮革的材料標準要求也較低。這表明皮革材質更為“嬌貴”，使用者在使用過程中需要更加小心謹慎或註意保養。
表3 真皮、PU超細纖維革和PVC合成皮革的折疊性能測試結果
| 樣本 | 初始狀態 | 濕熱老化狀態 | 低溫狀態 | 氙光老化狀態 | 高溫老化狀態 | 氣候交替老化狀態 |
| 真皮 1# | 10萬次使用，無裂紋或應力泛白 | 168 小時/70 ℃/75% 條件下循環 8000 次後，開始出現裂紋，出現應力泛白現象。 | 32000次後開始出現裂紋，無應力泛白 | 10000次，無裂紋或應力泛白 | 7500次後開始出現裂紋，無應力泛白 | 經過15000次循環後，開始出現裂紋，無應力泛白現象。 |
| 真皮 2# | 10萬次使用，無裂紋或應力泛白 | 168 小時/70 ℃/75% 濕度，重複 8500 次後，開始出現裂紋，應力泛白 | 32000次後開始出現裂紋，無應力泛白 | 10000次，無裂紋或應力泛白 | 循環8000次後開始出現裂紋，無應力泛白現象 | 4000次後開始出現裂紋，無應力泛白 |
| PU超細纖維皮革 1# | 10萬次使用，無裂紋或應力泛白 | 240 小時/90 ℃/95% 濕度，30000 次循環，無裂痕或應力泛白 | 35000次，無裂紋或應力泛白 | 10000次，無裂紋或應力泛白 | 30000次，無裂紋或應力泛白 | 30000次，無裂紋或應力泛白 |
| PU超細纖維皮革 2# | 10萬次使用，無裂紋或應力泛白 | 240 小時/90 ℃/95% 濕度，30000 次循環，無裂痕或應力泛白 | 35000次，無裂紋或應力泛白 | 10000次，無裂紋或應力泛白 | 30000次，無裂紋或應力泛白 | 30000次，無裂紋或應力泛白 |
| PVC合成革1# | 10萬次使用，無裂紋或應力泛白 | 240 小時/90 ℃/95% 濕度，30000 次循環，無裂痕或應力泛白 | 35000次，無裂紋或應力泛白 | 10000次，無裂紋或應力泛白 | 30000次，無裂紋或應力泛白 | 30000次，無裂紋或應力泛白 |
| PVC合成革 2# | 10萬次使用，無裂紋或應力泛白 | 240 小時/90 ℃/95% 濕度，30000 次循環，無裂痕或應力泛白 | 35000次，無裂紋或應力泛白 | 10000次，無裂紋或應力泛白 | 30000次，無裂紋或應力泛白 | 30000次，無裂紋或應力泛白 |
| 真皮標準要求 | 10萬次使用，無裂紋或應力泛白 | 168 小時/70 ℃/75% 5000 次，無裂痕或應力泛白 | 30000次，無裂紋或應力泛白 | 10000次，無裂紋或應力泛白 | 無要求 | 無需任何要求 |
| PU超細纖維皮革標準要求 | 10萬次使用，無裂紋或應力泛白 | 240 小時/90 ℃/95% 濕度，30000 次循環，無裂痕或應力泛白 | 30000次，無裂紋或應力泛白 | 10000次，無裂紋或應力泛白 | 30000次，無裂紋或應力泛白 | 30000次，無裂紋或應力泛白 |
整體而言，皮革、PU超細纖維革和PVC合成皮革樣品在初始狀態和氙燈老化狀態下的折疊性能良好。在濕熱老化、低溫老化、高溫老化和氣候變遷老化狀態下，PU超細纖維皮革和PVC合成皮革的折疊性能相近，優於皮革。
耐磨性
耐磨性測試包括摩擦色牢度測試和球板磨損測試。皮革、PU超細纖維革和PVC合成皮革的耐磨性測試結果如表4所示。摩擦色牢度測試結果表明，皮革、PU超細纖維革和PVC合成革樣品在初始狀態、去離子水浸泡狀態、鹼性汗液浸泡狀態以及96%乙醇浸泡狀態下，摩擦後的色牢度均保持在4.0以上，樣品顏色穩定，不會因表面摩擦而褪色。球板磨損測試結果表明，皮革樣品經1800-1900次磨損後出現約10個破損孔，與PU超細纖維革和PVC合成革樣品（兩者經19000次磨損後均未出現破損孔）的耐磨性存在顯著差異。破損孔的出現是由於皮革的粒面層在磨損後受到損傷，其耐磨性與化學合成材料有較大差異。因此，皮革耐磨性差，使用者在使用過程中也需要注意保養。
| 表4 真皮、PU超細纖維革及PVC合成革耐磨性測試結果 | |||||
| 樣品 | 耐摩擦色牢度 | 球盤磨損 | |||
| 初始狀態 | 去離子水浸泡狀態 | 鹼性汗液浸透狀態 | 96%乙醇浸泡狀態 | 初始狀態 | |
| （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 | 約1900次，11個破損孔 |
| 真皮 2# | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 4.5 | 大約1800次，9個損壞的孔 |
| PU超細纖維皮革 1# | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 4.5 | 19000次，無表面損傷孔 |
| PU超細纖維皮革 2# | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 4.5 | 19000次無表面損傷孔 |
| PVC合成革1# | 5.0 | 4.5 | 5.0 | 5.0 | 19000次無表面損傷孔 |
| PVC合成革 2# | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 4.5 | 19000次無表面損傷孔 |
| 真皮標準要求 | ≥4.5 | ≥4.5 | ≥4.5 | ≥4.0 | 可承受1500次磨損，損壞孔洞不超過4個。 |
| 合成皮革標準要求 | ≥4.5 | ≥4.5 | ≥4.5 | ≥4.0 | 經歷了19000次磨損，損壞孔洞不超過4個。 |
一般來說，真皮、PU超細纖維皮革和PVC合成皮革樣品都具有良好的摩擦色牢度，而PU超細纖維皮革和PVC合成皮革的耐磨性比真皮更好，可以有效防止磨損。
其他材料特性
表5顯示了真皮、PU超細纖維革和PVC合成革樣品的透水性、水平阻燃性、尺寸收縮率和氣味水平的測試結果。
| 表5 真皮、PU超細纖維革和PVC合成革其他材料性能的測試結果 | ||||
| 樣本 | 水滲透率/(mg/10cm²·24h) | 水平阻燃性/(毫米/分鐘) | 尺寸收縮率/%(120℃/168 h) | 氣味水平 |
| 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超細纖維皮革 1# | 1.5 | 不易燃 | 0.3 | 3.7 |
| PU超細纖維皮革 2# | 1.7 | 不易燃 | 0.5 | 3.7 |
| PVC合成革1# | 未經測試 | 不易燃 | 0.2 | 3.7 |
| PVC合成革 2# | 未經測試 | 不易燃 | 0.4 | 3.7 |
| 真皮標準要求 | ≥1.0 | ≤100 | ≤5 | ≤3.7（偏差可接受） |
| PU超細纖維皮革標準要求 | 無需任何要求 | ≤100 | ≤2 | ≤3.7（偏差可接受） |
| PVC合成革標準要求 | 無需任何要求 | ≤100 | 無需任何要求 | ≤3.7（偏差可接受） |
測試數據的主要差異在於透水性和尺寸收縮率。皮革的透水性幾乎是PU超細纖維革的兩倍，而PVC合成革幾乎沒有透水性。這是因為PU超細纖維革中的三維網骨架（無紡布）與皮革中天然膠原纖維束的結構相似，兩者都具有微孔結構，因此都具有一定的透水性。此外，皮革中膠原纖維的橫截面積更大且分佈更均勻，微孔空間的比例也高於PU超細纖維革，因此皮革具有最佳的透水性。就尺寸收縮率而言，經熱老化（120℃/1小時）68小時後，PU超細纖維皮革和PVC合成革樣品的收縮率相近，且均顯著低於真皮，其尺寸穩定性也優於真皮。此外，水平阻燃性和氣味等級的測試結果表明，真皮、PU超細纖維革和PVC合成革樣品均能達到相近的阻燃性和氣味等級，並滿足材料標準對阻燃性和氣味性能的要求。
整體而言，真皮、PU超細纖維革和PVC合成革樣品的水蒸氣透過率依序降低。 PU超細纖維革和PVC合成革經熱老化後的收縮率（尺寸穩定性）相近且優於真皮，水平阻燃性也優於真皮。它們的點燃性能和氣味特性相似。
結論
PU超細纖維革的橫斷面結構與天然皮革相似。 PU超細纖維革的PU層和基層部分分別對應於天然皮革的粒面層和纖維組織部分。 PU超細纖維皮革和PVC合成皮革的緻密層、發泡層、黏合層和基層織物等材料結構有明顯差異。
天然皮革的材料優勢在於其良好的機械性質（拉伸強度≥15MPa，斷裂伸長率>50%）和透水性。 PVC合成革的材料優勢在於其耐磨性（經19000次球板磨損後無損傷），並且能夠耐受不同的環境條件。其零件具有良好的耐久性（包括耐濕、耐熱、耐高溫、耐低溫和耐交替氣候）和良好的尺寸穩定性（120℃/168h下尺寸收縮率<5%）。 PU超細纖維皮革兼具天然皮革及PVC合成革的材料優勢。其機械性能、折疊性能、耐磨性、水平阻燃性、尺寸穩定性、氣味等級等測試結果均可達到天然皮革和PVC合成革的最佳水平，同時還具有一定的透水性。因此，PU超細纖維皮革能夠更好地滿足汽車座椅的應用需求，並具有廣泛的應用前景。
發佈時間：2024年11月19日
