摘要：汽車內(nèi)飾用皮革的耐候性是一個重要的性能指標(biāo)，直接影響汽車內(nèi)飾的外觀和使用壽命。對當(dāng)前常用的三種加速老化試驗方法進(jìn)行了分析和比較，包括紫外光老化試驗、恒溫恒濕老化試驗和化學(xué)物質(zhì)暴露試驗。根據(jù)實際需求，在選擇合適的加速老化試驗方法時需要綜合考慮不同因素，并結(jié)合實際條件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。研究結(jié)論為汽車內(nèi)飾用皮革耐候性加速檢測方法的選擇和應(yīng)用提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：汽車內(nèi)飾用皮革；耐候性；加速檢測

中圖分類號：U472.9 ?收稿日期：2023-12-06

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.02.022

1 前言

汽車內(nèi)飾用皮革作為一種重要的裝飾材料，承受著來自陽光、溫度、濕度等各種環(huán)境因素的影響。耐候性是評估皮革材料在實際使用中抵抗這些環(huán)境因素的能力的重要指標(biāo)。然而，由于耐候性測試需要長時間觀察和評估，為了提高測試效率和預(yù)測材料性能，研究人員開展了耐候性加速檢測方法的研究。

2 汽車內(nèi)飾皮革老化原理

長期暴露在陽光下，皮革內(nèi)部的纖維會受到紫外線和氧氣的影響，使皮革表面逐漸變硬、干燥、脆弱，并喪失原有的柔軟性。

極端的高溫、低溫或濕度變化會導(dǎo)致皮革龜裂、變色和褪色，溫度過高可能使皮革變干，而濕度過低可能使皮革缺水。

長期接觸和摩擦可能導(dǎo)致皮革表面磨損和劃痕，這包括人們坐在座椅上、衣物摩擦、使用清潔劑等。

與皮革接觸的化學(xué)物質(zhì)，例如酸堿性洗滌劑、化妝品、汗水等，會破壞皮革的結(jié)構(gòu)，使其變得脆弱。

3 汽車內(nèi)飾皮革耐候性加速檢測方法分析

3.1 儀器

汽車內(nèi)飾用皮革耐候性加速檢測是為了模擬長期使用過程中的環(huán)境條件，通過縮短時間來評估皮革材料的壽命和性能。該過程中需要使用多種儀器。其中，紫外光老化試驗機(jī)利用紫外線燈管產(chǎn)生紫外光，模擬陽光中的紫外線輻射。樣品放置在試驗機(jī)內(nèi)，通過設(shè)定特定的溫度、濕度和紫外光輻射時間來進(jìn)行加速老化測試。例如，將皮革樣品暴露在設(shè)定溫度下，同時暴露在紫外線光源下，觀察和評估皮革的褪色、表面龜裂、斑點等變化。

恒溫恒濕箱能夠控制溫度和濕度，用于模擬不同季節(jié)和地區(qū)的環(huán)境條件。通過設(shè)置特定的溫濕度參數(shù)，將皮革樣品放置在箱內(nèi)進(jìn)行恒溫恒濕測試。例如，在設(shè)定的高溫和濕度條件下，觀察和評估皮革的變色、硬化、開裂等[1]。

磨損試驗機(jī)用于模擬皮革在實際使用中的摩擦磨損。常見的測試方法是使用圓形橡膠頭或織物，在一定的載荷和往復(fù)運動下，對皮革樣品進(jìn)行摩擦測試。觀察和評估皮革的耐磨性能、表面劃痕等指標(biāo)。

化學(xué)品耐受性測試設(shè)備用于評估皮革材料對化學(xué)品的耐受性。常見的測試方法是將化學(xué)品直接涂抹在皮革樣品上，然后觀察和評估其對皮革的影響，如褪色、變硬、龜裂等。

3.2 自然耐候性試驗

汽車內(nèi)飾用皮革耐候性的自然耐候性試驗是將皮革樣品放置在自然環(huán)境條件下進(jìn)行長時間暴露，觀察其變化。選擇一批具有相同規(guī)格和材質(zhì)的皮革樣品作為試驗對象。將這些樣品放置在一個代表實際使用條件的自然環(huán)境下，例如戶外陽光暴露區(qū)域或室外遮陽棚下，根據(jù)試驗要求，記錄并檢測樣品的暴露時間、環(huán)境溫度、濕度等參數(shù)[2]。經(jīng)過一段時間的自然耐候性試驗，觀察和評估樣品的變化，并記錄測試結(jié)果，使用顯微鏡觀察皮革的表面細(xì)節(jié)，如龜裂、磨損、斑點等?？梢愿鶕?jù)不同的評分標(biāo)準(zhǔn)，對每個樣品進(jìn)行定量評估，得出某種損傷的程度，如拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、抗磨損性等物理性能測試，可在不同時間點進(jìn)行，以評估其耐久性能的變化。如將化學(xué)品涂抹在樣品上，然后觀察和評估其對皮革的影響，并記錄該種化學(xué)品處理后皮革樣品的表面變化。

使用色彩計或光譜儀測量皮革樣品的顏色變化。結(jié)果以[Δ]E表示，[Δ]E值越大表示顏色變化越明顯，其結(jié)果如表1所示。

表面變化評估：觀察和記錄樣品表面的變化，包括龜裂、硬化、開裂等情況。根據(jù)變化程度（表2），可以使用定性或定量指標(biāo)進(jìn)行評分。

物理性能評估：測量和評估樣品的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、抗水性、抗油性等物理性能指標(biāo)，如表3所示。結(jié)果以單位面積的力量或者其他適當(dāng)?shù)奈锢韰?shù)表示。

通過長時間觀察和定期測試，可以收集大量的數(shù)據(jù)，并分析得出結(jié)論，評估汽車座椅內(nèi)的皮革材料在自然環(huán)境中的耐候性能。這些數(shù)據(jù)對于改進(jìn)材料的設(shè)計和選擇以及預(yù)測其使用壽命非常有幫助。

3.3 疝氣耐候性試驗方法對比

針對汽車內(nèi)飾用皮革耐候性加速檢測方法的研究，可以進(jìn)行不同疝氣耐候性測試方法的對比研究。紫外光老化試驗使用紫外光老化試驗機(jī)，通過暴露皮革樣品在紫外線下進(jìn)行老化測試，能模擬陽光中的紫外線輻射，以及氧化、光照等因素對皮革的影響，具有較高的加速效果，但是不能真實模擬自然環(huán)境中的濕度和溫度變化。

恒溫恒濕老化試驗使用恒溫恒濕箱，將皮革樣品置于恒定溫度和濕度條件下進(jìn)行老化測試，能夠模擬自然環(huán)境中的濕度和溫度變化，全面考察皮革在不同環(huán)境下的耐候性能，但是不能模擬陽光中的紫外線輻射，可能需要更長時間來觀察和評估變化。

對比研究的目的是比較不同測試方法對皮革耐候性的加速效果和評估結(jié)果的差異?？梢赃x擇相同或類似的皮革樣品，分別使用不同的疝氣耐候性測試方法進(jìn)行試驗，并根據(jù)一定的時間間隔對樣品進(jìn)行評估和測量。比較兩種方法在顏色變化、表面變化、物理性能等方面的差異，以及其與自然環(huán)境下皮革的耐候性變化的關(guān)聯(lián)性。

3.4 光與溫度的影響

在汽車內(nèi)飾用皮革耐候性加速檢測方法研究中，光和溫度是兩個重要的因素。光照影響實驗中，需要同時選擇若干塊相同規(guī)格和材質(zhì)的皮革樣品，暴露在不同光照條件下，可以分為無光照、低強(qiáng)度光照和高強(qiáng)度光照組別。在相同時間段內(nèi)，觀察皮革的褪色程度、表面變化等情況，并記錄數(shù)據(jù)或采集圖像。比如，某皮革樣品在無光照組別下褪色程度[Δ]E為2.5，而在高強(qiáng)度光照組別下為6.8。

溫度影響需要選擇相同樣品，將其暴露在不同溫度條件下，可以設(shè)置為高溫組別和低溫組別，觀察皮革的顏色變化、硬化程度、龜裂情況等，并記錄數(shù)據(jù)。比如某皮革樣品經(jīng)過一段時間的高溫暴露后，顏色明顯變淺，硬化程度增加。

3.5 濕度影響

在汽車內(nèi)飾用皮革耐候性加速檢測方法研究中，濕度也是一個重要的因素。濕度對顏色變化有一定的影響，需要選擇相同規(guī)格和材質(zhì)的皮革樣品，并將其暴露在不同濕度條件下?？梢栽O(shè)置低濕度組、中濕度組和高濕度組[3]。在相同時間段內(nèi)，觀察皮革顏色的變化情況，并記錄數(shù)據(jù)或采集圖像。某皮革樣品在高濕度組下褪色程度[Δ]E為4.2，而在低濕度組下為2.8。

濕度對表面變化也有一定的影響，需要選擇相同樣品，將其暴露在不同濕度條件下，可以設(shè)置干燥組和潮濕組，觀察皮革表面的硬化程度、龜裂情況等，并記錄數(shù)據(jù)。比如某皮革樣品在潮濕組中出現(xiàn)了明顯的龜裂，而在干燥組中龜裂程度較輕微。

3.6 鹽霧環(huán)境影響

在鹽霧環(huán)境測試中，可以通過暴露皮革樣品在鹽霧腐蝕條件下，并定期根據(jù)其性能變化來評估其耐候性能。選擇三種常見的汽車內(nèi)飾用皮革材料進(jìn)行鹽霧環(huán)境測試：A、B和C。每種材料分別經(jīng)過了兩種不同的預(yù)處理方式：表面處理和防水處理。設(shè)定一段時間內(nèi)的鹽霧暴露，并定期觀察并記錄了皮革的耐久性變化。

a.材料A經(jīng)過表面處理后，在鹽霧環(huán)境中持續(xù)暴露30天后，出現(xiàn)少量龜裂和褪色。材料A經(jīng)過防水處理后，在相同條件下展現(xiàn)了更好的耐久性，暴露30天后僅有輕微的顏色變化。

b.材料B經(jīng)過表面處理后，在鹽霧環(huán)境中持續(xù)暴露15天后，開始出現(xiàn)明顯的龜裂和褪色。材料B經(jīng)過防水處理后，延遲了耐久性下降的時間，暴露30天后才顯示出明顯的損壞跡象。

c.材料C在未經(jīng)過任何處理的情況下，暴露10天后就出現(xiàn)了嚴(yán)重的龜裂和褪色。

在所有實驗組中，經(jīng)過防水處理的材料表現(xiàn)出更少的顏色變化，保持了較長時間的原始顏色。未經(jīng)任何處理的材料在鹽霧環(huán)境中迅速褪色，并在短時間內(nèi)失去了原始的外觀。

因此，鹽霧環(huán)境測試是一種可靠的加速檢測方法，能夠模擬真實使用中的惡劣條件。經(jīng)過表面處理和防水處理的皮革在鹽霧環(huán)境中展現(xiàn)了更好的耐久性和顏色保持能力。這表明，適當(dāng)?shù)念A(yù)處理措施可以改善汽車內(nèi)飾用皮革的耐候性能。此外，實驗數(shù)據(jù)還表明不同的材料在鹽霧環(huán)境中表現(xiàn)出不同的耐久性。因此，在選擇汽車內(nèi)飾材料時，考慮其耐候性能是至關(guān)重要的。

3.7 機(jī)械性能

在機(jī)械性能測試中，可以評估汽車內(nèi)飾用皮革在耐候條件下的拉伸強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度等物理性能的變化。從同一批次的汽車內(nèi)飾用皮革中隨機(jī)選擇10個樣本作為研究對象。在室溫下，使用萬能試驗機(jī)對這些樣本進(jìn)行初始抗拉強(qiáng)度測量，并記錄每個樣本的初始抗拉強(qiáng)度數(shù)值。將這些樣本放置在恒溫恒濕環(huán)境中，設(shè)定溫度為70 ℃，并持續(xù)暴露7天。此過程可模擬長時間使用中的環(huán)境暴露。在加速老化結(jié)束后，使用相同的萬能試驗機(jī)對每個樣本進(jìn)行再次抗拉強(qiáng)度測量，并記錄每個樣本的最終抗拉強(qiáng)度數(shù)值。

以某樣品為例，初始狀態(tài)下某樣品的拉伸強(qiáng)度為100 MPa，經(jīng)過加速老化后，其拉伸強(qiáng)度降低至80 MPa。同樣地，初始狀態(tài)下某樣品的斷裂強(qiáng)度為120 N，經(jīng)過加速老化后，其斷裂強(qiáng)度降低至90 N。對于撕裂強(qiáng)度，初始狀態(tài)下某樣品的撕裂強(qiáng)度為20 N/mm，經(jīng)過加速老化后，其撕裂強(qiáng)度降低至15 N/mm。

在測量過程中，發(fā)現(xiàn)10個樣品的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度都在老化處理之后出現(xiàn)較大程度下降，其中拉伸強(qiáng)度平均下降29.3%，斷裂強(qiáng)度下降24.5%，撕裂強(qiáng)度下降17.8%。因此可以看出，在汽車內(nèi)飾皮革的機(jī)械性能方面，其會受到老化的嚴(yán)重影響，隨著老化暴露的時間越長，皮革的老化程度越深，其自身的機(jī)械性能越低。

3.8 灰塵耐候性測試

為了研究汽車內(nèi)飾用皮革在灰塵環(huán)境中的耐候性，最先需要考慮不同灰塵污染程度，如表4所示，假設(shè)有4個不同程度的灰塵污染等級，分別為低、中、高?？紤]不同檢測時間點，每個灰塵污染等級下，選擇3個不同的檢測時間點，0 h、24 h和48 h。選擇不同的測試參數(shù)來評估皮革的耐候性，例如表面顏色的變化程度、表面質(zhì)地的變化程度以及抗刮傷性能的變化程度。根據(jù)以上假設(shè)，可以設(shè)計實驗，在不同灰塵污染程度下，分別將皮革樣品置于特定環(huán)境中，并在不同時間點進(jìn)行檢測。

灰塵污染等級對耐候性的影響：觀察表面顏色變化程度、表面質(zhì)地變化程度和抗刮傷性能變化程度隨著灰塵污染等級的增加呈現(xiàn)的趨勢?？梢园l(fā)現(xiàn)，隨著灰塵污染等級的增加，各項指標(biāo)的變化程度逐漸增大。

時間對耐候性的影響：比較不同時間點下的測試結(jié)果，觀察表面顏色變化程度、表面質(zhì)地變化程度和抗刮傷性能變化程度隨著時間的推移的趨勢，可能會發(fā)現(xiàn)，隨著時間的增長，各項指標(biāo)的變化程度逐漸增加。

因此可見，在灰塵環(huán)境中，汽車內(nèi)飾皮革的耐候性是會受到影響的，其在灰塵環(huán)境中的時間越長，灰塵等級越高，汽車內(nèi)飾皮革的耐候性越低。

3.9 老化趨勢分析

在汽車內(nèi)飾用皮革耐候性加速檢測方法研究中，進(jìn)行老化趨勢分析可以幫助評估皮革材料在不同條件下的耐候性能隨時間的變化。根據(jù)所選的加速老化測試方法，收集皮革樣品在不同時間點的相關(guān)測試數(shù)據(jù)，如顏色變化、表面變化、物理性能等指標(biāo)。對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，如去除異常值、歸一化處理等，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可比性。

根據(jù)所研究的具體問題和數(shù)據(jù)特征，選擇合適的趨勢分析方法。常見的趨勢分析方法包括線性回歸分析、指數(shù)遞增/遞減擬合、多項式擬合等。利用所選的趨勢分析方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并預(yù)測未來的老化趨勢，這可以幫助判斷皮革材料的壽命和性能變化，并為更好的設(shè)計和選擇提供參考，根據(jù)趨勢分析結(jié)果，解釋數(shù)據(jù)的變化趨勢，并進(jìn)行討論，這包括可能的影響因素、老化機(jī)理等，以及如何改進(jìn)材料和設(shè)計。

4 結(jié)語

汽車內(nèi)飾用皮革的耐候性是一個重要的性能指標(biāo)，影響汽車內(nèi)飾材料的外觀和使用壽命。通過分析比較，可以根據(jù)具體需求選擇合適的加速老化試驗方法，以提高測試效率和預(yù)測材料性能。在選擇方法時需要綜合考慮不同因素，并結(jié)合實際條件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

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作者簡介：

楊良超，男，1988年生，研究方向為汽車整車試驗、零部件試驗及材料測試。