人造皮革的比较及PU合成革在汽车内饰中的应用
1 前言
由于人口增长、环境保护和社会需求的不断增加,真皮已经无法满足人们日常生活的需要, 特别是真皮的加工过程中造成了环境的极大污染, 有限的天然资源日益短缺, 因此合成皮革 应运而生。 人造皮革作为天然皮革的替代品, 不仅能够克服真皮利用率低、 耐磨性差、 撕裂 强度低、 质地不匀和难以裁剪等缺点, 而且解决了真皮资源日趋紧张及其在加工过程中对环 境造成极大污染的问题 [1]。 人造皮革因具有手感柔软, 纹路清晰、 自然, 成品色牢度好, 易清洗, 阻燃性和散热性好, 易于机械打孔等优点而被广泛用于汽车内饰领域。 随着中国汽 车产量的不断提高,汽车用革量也在大幅提高。
2人造皮革发展过程
人造皮革发展基本经历了三个阶段 : 20 世纪 30年代出现了以 PVC 高分子材料涂敷的人 造革 , 在天然革的替代上实现了工业化的实际应用 , 这是人造皮革的代产品 ; 到了 20 世 纪 60 年代 , 随着聚氨酯工业和非织造布技术在人工革上的应用 , 诞生了第二代合成革 ; 超细 纤维 PU 合成革的出现是第三代人造皮革。
3人造皮革的原材料性能比较
人造皮革按照涂覆层材料的不同,可以分为 PVC 人造皮革和 PU 人造皮革, PU 人造 皮革包含一般 PU 革和超细纤维革。
3. 1 PVC 人造皮革
20世纪 30年代出现的 PVC 人造皮革实现了替代天然皮革的工业化实际应用目标,这 是第 1代人造皮革产品。这种皮革有很多缺点。
a. PVC树脂涂层与基布的粘结性差、手感僵硬、柔软度差和透气性差等。
b. 环保性较差,这是 PVC 人造皮革大的缺陷。在 PVC 的生产过程中会产生和释放出有 剧毒的二噁英;另外, PVC 产品的添加剂(如增塑剂和阻燃剂等)中也含有一些对人体危 害较大的醛类、苯类挥发性化合物。所以 PVC 人造皮革用于汽车内饰会污染车内环境影响 车内环境感官品质。
c. PVC 垃圾处理问题很棘手,无论是燃烧还是掩埋都会产生和释放出对土地和水有污染的 二噁英和含氯化合物,而 PVC 的回收利用又非常困难。
因此,虽然 PVC 人造皮革在汽车内饰用人造皮革产品中仍占主导地位,但其综合性能已不 适应市场发展的要求。在人类日益关注环保和健康的今天, PVC 人造皮革将逐渐被淘汰。 3. 2 PU 人造皮革
3. 2. 1 一般 PU 革
20世纪 60年代,随着聚氨酯材料和非织造布技术在人造皮革上的应用,诞生了第 2代 人造皮革——一般 PU 革。聚氨酯是一种新兴的有机高分子材料,具有以下优点。
a. 强度高,薄而有弹性,柔软、润滑,透气性好,并可防水。
b. 低温下仍具有较好的抗张强度和挠曲强度,有较好的耐光老化性和耐水解稳定性。
c. 柔韧、耐磨,外观和性能均接近天然皮革,易洗涤去污,易缝制。
d. 表面光滑、紧密,可进行多种表面处理及染色,品种多样。
可见,高性能的聚氨酯作为汽车内饰材料,能提供优异的耐磨性能和耐水解性能,同时 还满足低挥发的要求。
3. 2. 2 超细纤维革
超细纤维革简称超纤革,是人造皮革中的一种新研制开发的高档皮革。因具有耐磨、耐 寒、透气、耐老化、质地柔软和外观漂亮等优点,已成为代替天然皮革的理想材料 [2]。
4. 结构仿真性的比较
随着非织造布技术在人工革加工中的应用 , 使 PU 合成革具有类似天然皮革的网状结构 , 通过湿法加工工艺 , 革表面形成了一层类似真皮粒面结构的致密层 , 从而使 PU 合成革的外 观、内在结构、 物理特性都更接近于天然革。
超细纤维 PU 合成革的出现是人造皮革发展的一大突破 , 它在 PU 合成革的基础上更进 了一步 。 通过对真皮微观结构的研究积累 , 已成功开发出具有类似皮革胶原结构的束状超细 纤维。该产品采用具有开孔结构的 PU 浸渍、复合面层加工技术 , 发挥了超细纤维巨大表面 积和强烈的吸水性作用 , 具有了天然革所固有的吸湿特性 , 因而无论从内部微观结构 , 还是外 观质感及物理特性和人们穿着舒适性等方面 , 均能与高级天然皮革相媲美。
PVC 人造革仅采用针织或机织布作为底基 , 其结构性能无法与 PU 合成革相比 , 更无法 与超纤革相比 , 仅是外观上接近天然革 , 综合性能已不适应市场发展的变化要求。
5. 汽车 P U内饰革的应用及发展
5. 1干法 P U 汽车内饰革
干法 P U 合成革的加工就是在织物表面上涂上一层 P U 树脂 , 目前应用的织物主要 是加密弹力针织布 , 在加工过程中通过分段加温干燥使浆料中的溶剂挥发 , P U 树脂被固 化 , 与织物层紧密结合 , 从而形成致密层。为了提高树脂与基布的粘合强度 , 可使用双组分
粘接树脂 ; 同时在加工过程中 , 也可通过预发泡或者添加表面活性剂等方法 , 在织物表面形 成微孔的聚合物层 , 从而具备与湿法工艺相似的透气微孔。虽然干法 P U 合成革在手感丰 满度 , 回弹性方面较差 , 但其在耐磨 、 耐刮性 、 耐水解、 耐候性方面却较好 , 同时生产 加工过程中 V O C 含量低 , 基本无气味 , 并且价格较低、手感柔软 、 轻薄 , 表面真皮感 强 , 因此目前已被广泛地应用于汽车靠手和坐垫上。
5. 2湿式 P U 汽车内饰革
湿式聚氨酯合成革生产工艺主要是将聚氨酯树脂通过浸渍或涂覆于基材上 , 然后进行 水洗使附着于基布上的树脂凝结固化成半成品 , 结合离型纸贴面 、 磨面、 压花及其它后 处理工艺制成不同种类 、 风格各异的产品 , 是天然皮革的优良替代品 。 其一般特点是 : 合 成革的耐低温性及透气 、 透湿性较好 , 手感丰满 , 回弹性好 , 整体真皮感强 。 但耐水解性 、 耐刮性稍差 , 成本相对干法 P U 革较高 。
目前 , 国内实力雄厚的 P U 合成革生产企业 , 正积极开发应用新型功能性 P U 树脂浆 料 , 这种树脂采用了耐久性好的聚碳酸酯 、 聚己内酯多元醇及耐黄变的异佛尔酮二异氢酸 酯等作为主要原料聚合而成 [ 4]。由这种树脂制成的 P U 合成革具有更优良的力学性能及耐 水解性 、 耐热性、耐氧化性、耐磨性 , 因此已广泛应用于汽车扶手、座椅、门护板等方面 , 具有真皮感强 、 手感柔软 、 弹性好 、 外观豪华 、 光泽自然等特点 。这种 P U 合成 革已逐步为汽车生产厂商所认同并深受欢迎 , 发展前途非常广阔 [ 5]
5. 3环保型 P U 汽车内饰革
由于国内外 P U 合成革生产工艺中普遍采用 D M F 为溶剂 , 其湿法工艺通过水萃取湿 法浆料中的溶剂使聚氨酯树脂凝固在织物上 , 其中可挥发溶剂质量分数达 30% ~40%, 因此不利于操作人员健康 , 同时对环境造成影响。环保型的 P U 合成革 , 主要是由水性树 脂 、高固含量树脂、 以及 T P U 所生产 。由于水性树脂及 T P U不含溶剂 , 高固含量树 脂仅含少量溶剂 , 因此生产过程中对环境影响小 , 所生产的合成革残留溶剂少 ,V O C 含量 低 , 且能耗低。但水性树脂生产的 P U 合成革因比溶剂型的 P U 合成革在强度 、 耐刮、 耐磨等方面略有欠缺 , 且价格昂贵 , 而采用 T P U 生产的合成革则加工过程较为困难 , 因此环保型汽车聚氨酯合成革开发方向主要是采用高固含量树脂生产 。 国内外 P U 合成革 公司在高固含量树脂的应用方面进行了积极的探索 , 如以德国拜耳的高固含量树脂为原料 其中树脂质量分数为 98%, 少量为溶剂 , 加入匹配的架桥剂和促进剂 , 通过多刀涂敷 , 并 在一定温度下固化 , 形成面层、可发泡的中间层 、 粘接层 , 达到真皮的手感和强度 , 同时 能大幅度地减少溶剂的使用 。但目前由于高固含量树脂生产的合成革成本很高 , 因此这种 合成革在国内外汽车内饰方面的应用还没有重大突破 。
5. 4超细纤维 P U 汽车内饰革
随着超细纤维技术的发展 , 国内已有很多厂家能够生产超细纤维 P U 合成革 , 它是采用 与天然皮革中束状胶原纤维结构与性能相似的超细纤维 , 制成具有三维网络结构的高密度 无纺布 , 再填充性能优异且具有开式微孔结构的 P U树脂加工处理而成。这种 P U 合成革 在外观、机械强度 、弹性、耐化学物质稳定性等方面都与天然皮革十分相似 , 并且手感也 非常轻薄。中国 、 日本 、 韩国等超细纤维企业已进行了这方面的研发工作 , 目前正积极 向汽车领域推广 , 拓展了超细纤维 P U合成革在汽车内饰革领域中的应用 [6]。
6汽车内饰革的循环发展经济
随着科技的进步 , 社会对清洁化、 节约化生产提出了越来越高的要求 , 发展循环经济成为 企业追求的目标。 在报废车辆处理方面 , 欧盟法律要求 : 汽车制造商到 2006年要负责处置所 有报废汽车 , 至少汽车总质量 85% 的材料都必须回收利用 , 其它 15%材料采用垃圾掩埋
法处理 ; 到 2015年这 2个比例将分别为 95% 和 5%。
当前国内金属材料部分已经能够充分回收利用 , 而非金属材料包括座椅和内饰材料 , 由于 回收成本较高且回收工艺复杂 , 在回收 P U 汽车合成革方面尚没有成熟的技术 , 可持续生 产的回收几乎为零。
据了解 , 国外大的汽车革制造商 , 已研发投产了回收软 P V C 树脂装置 , 采用 V i n y L o o p 批量工艺 , 可从 1万 t /a 废塑料 ( 大多由 P V C 组成 ) 再生出 8500
t /a P V C 。 该技术采用丁酮混合物在 100 ~140℃和加压下溶解 P V C 及其添加剂 , 然后 利用离心沉淀生成均相的软 P V C , 其中丁酮混合溶剂可循环使用。 通过该装置所回收的 P V C 树脂其纯度较高 , 并可连续生产 P V C 人造革 , 从而实现了 P V C 人造革的循环发展 经济。 P U 合成革是否可以借鉴回收 P V C 合成革的方法 , 发展循环经济 , 从而达到回收 P U 革废料 , 使之变废为宝 , 也是当今一项重要的研究课题 。
7结束语
近年来 , 中国无论是 P V C 人造革还是 P U 合成革 , 在产量及质量方面 , 都有了显著地进 步 , 特别是 P U 合成革产量和规模更是居世界 。 但国内目前 P U 合成革的应用还主要 集中在箱包 、鞋、靴、文具等低技术含量 、低附加值的产品上。随着汽车内饰对 P U 合 成革需求的不断增长 , 国内 P U 合成革厂商必须抓住汽车零部件对 P U 合成革需求增长的 机遇 , 重视技术研究 , 强化自主创新能力 , 掌握核心技术 , 积极探索 P U 合成革在汽车内 饰产品中的应用 , 不断开发新材料 、 新工艺 , 树立国内 P U 合成革在汽车内饰应用领域具 有核心竞争力的自主品牌。
