汽车内饰用真皮曝晒试验后变硬问题分析

李茹，袁爱春

(1.上汽大众汽车有限公司，上海 201805；2.上汽大众汽车有限公司质量保证部，上海 201805)

1 前言

曝晒试验作为耐候性试验的一种，是研究汽车老化的重要手段之一，也是车企产品开发和质量改进的重要手段之一。因此，曝晒试验中产生的问题，都要研究并解决。在某次曝晒试验中，在试验场曝晒13个月后，部分车型的座椅真皮出现变硬的现象，被试验部门抱怨。任何物质都有老化过程，因此根据经验，长期曝晒条件下真皮变硬应该属于自然现象，但是本次试验中发现，不同厂家的产品变硬程度有所不同，有些属于正常老化，可以接受，但部分零件严重变硬，给乘客的触感以及乘坐舒适度都造成负面感受，如果不研究解决，在某些特殊环境下，有可能引起客户抱怨。因此，接收到该问题后，我们立即开始与真皮厂家、材料试验室组成攻关小组，共同研究，寻找原因并尝试给出解决方案。

2 原因分析

2.1 曝晒试验前后真皮结构分析

拿到试验后零件，我们首先分析真皮结构发生了什么变化，通过显微镜可以看到，常态下皮革纤维的蓬松度好，手感柔软，但老化后样件，框架结构受到破坏，纤维微小空隙消失，纤维重新粘连。由此推测，长期曝晒环境中，在高温紫外线辐射作用下，真皮内某些物质发生变化，从而导致纤维粘连，其表现形式就是变硬。

2.2 曝晒试验前后真皮的关键成分分析

接下来我们对曝晒前后真皮的柔软度做了对比，结果显示，曝晒前BLC软度值为3.5mm，曝晒后BLC软度值为2.5mm。这里采用ST-300皮革柔软度测试仪，BLC软度数值越高表示真皮越柔软。接下来我们计划找到某种试验方法，模拟曝晒环境，更快得出真皮在曝晒条件下，硬度随时间变化趋势，以及皮革内相关物质含量变化趋势。由于曝晒条件下，座椅表面最高温度>105摄氏度，因此我们采用120度高温环境模拟曝晒条件。根据经验，皮革经过长时间曝晒高温后，皮革中的油脂和水分逐渐消失，是导致皮革变硬的重要因素。因此，将水份和油脂作为分析目标，记录硬度、油脂含量、水份含量的变化趋势，每两天记录一次数据。通过本次试验，得出如下数据。其中，水份会在一天时间内散发至接近绝干，之后稳定，几乎不再变化。

8天后，硬度接近曝晒试验后，油脂含量低于曝晒试验后。从上述图表可以看出，随着时间推移，真皮在急剧变硬，与此同时，真皮中水份快速接近绝干状态，油脂含量也几乎直线下降，真皮硬度变化趋势与油脂含量变化趋势接近。因此推断，如果减缓油脂衰减速度，即尽量锁住皮革中的水份和油脂，可以缓解真皮变硬情况。

3 提出解决方案并验证

3.1 增加加脂工序中的油脂投入量

通过对曝晒试验前后真皮结构分析，以及模拟试验前后硬度，水，油脂含量的趋势分析，我们认为想办法提高试验后真皮油脂及水含量，就能达到相应柔软度。首先想到最直接的方法，是提高初始状态的油脂及水含量，△值不变的话，可以达到目的。为此我们做了相应方案，加脂环节提高油脂，磷脂，聚合物投入比例，见下表。三者投入量从批量的11%提高到15%。然后开始对比试验，我们可以看到，试验前油脂含量从9.15%提高到9.61%，硬度由3.538mm改善到3.748mm。

试验8天后，其BLC值比项目状态略高，情况稍有改善，但对于目标还有一定距离，并不能完全达到目的。分析数据发现，如果保持现有油脂类型不变，仅提高其投入量，即使初始状态油脂含量会有所增加，但试验后油脂损失很大，最终留在真皮中的油脂并没有预测中那么多，因此对于改善硬度效果有限。因此可作为改善方法之一，在此基础上还需继续寻找其它方案。此外，皮革含水量受环境湿度影响较大，例如在干热环境中皮革含水量非常少，但同一块皮拿到湿度较大的环境中，含水量会很快增加，因此接下来的分析中，将不再考虑水含量，仅从油脂角度分析。

表1 方案1对比试验结果

3.2 筛选稳定性较好的油脂

基于上述分析，接下来将分析重点放在如何提高油脂稳定性上面。众所周知，真皮加工流程中，复鞣是至关重要的环节，真皮的很多性能都取决于复鞣剂的成分及含量。油脂越稳定，越不容易分解或挥发，皮革越不容易老化变硬。基于此，我们首先开始单材料油脂稳定性试样，经过与化料供应商合作，两个月时间，我们完成了19份加脂剂单材料试样和测试，筛选出耐高温试验后后油脂含量较稳定的方案。推荐4#，7#，14#

以上19种油脂中包括有2种类型，合成油脂和磷脂，我们将表现优异的单油脂按照不同比例与聚合物进行组合，做了6个方案用于成品试样，试制产品，测试验证。按照下表中卵磷脂，聚合物，合成油的比例进行，通过测试得出，出方案1，3，4表现优异，老化试验后油脂含量及软硬度都有明显改善。因此，接下来要复制三个方案，做进一步验证

通过复制方案，综合考虑工艺，成本，气味等因素，最终选出方案3作为优化方案。最后将该方案试制样件做阳光模拟实验，与之前状态做对比验证，结论是，效果良好，相较之前状态有较大改善，该抱怨被成功解决。

方案卵磷脂%预加脂预加脂聚合物%合成油%测试项目原样120℃/2days120℃/6days评价方案1556BLC软度(mm)3.8263.3023.191含油量/%8.658.517.92优方案2557BLC软度(mm)3.8363.3163.209含油量/%8.798.086.78方案3457BLC软度(mm)4.4683.9923.539含油量/%9.948.748.23优方案42356BLC软度(mm)4.4393.663.326含油量/%9.866.455.86优方案52357BLC软度(mm)3.3822.982.826含油量/%8.955.974.35差方案62258BLC软度(mm)4.2663.483.066含油量/%11.036.985.8

4 结论

文章从发现问题开始，从真皮结构变化为切入点进行分析，通过模拟实验探索研究，找到了导致大气曝晒试验中真皮异常变硬的主要原因，并最终给出该问题的解决方案：1.通过实验挑选出耐高温曝晒后稳定性好的加脂剂材料；2.使用耐高温老化特性较优的加脂剂并调整不同加脂剂使用比例，改善真皮老化实验中油脂的衰减速度和油脂对纤维的润滑能力；3.本改进方案中增加了2%的磷脂，即加脂时磷脂从原来的2%增加到4%，提高皮革在经历高温或曝晒时水份保持能力即改善皮纤维与水的结合强度和锁水能力，使产品在经历高温曝晒后皮中仍含有较多的结合水，使真皮能保持良好的柔软性。

实际分析过程比正文描述更加复杂，必须综合考虑多种因素的影响，例如，在筛选稳定性较好的加脂材料时，我们把气味及VOC作为重要的考核指标，在气味和VOC表现较好的材料中寻找目标，等等。要找到各种性能的平衡点，从而得到最优解决方案。