Comparação e análise das propriedades dos materiais de tecidos comumente usados ​​em assentos de automóveis.

As estruturas e os processos de produção de couro natural, couro sintético de microfibra de poliuretano (PU) e couro sintético de cloreto de polivinila (PVC) foram comparados, e as propriedades dos materiais foram testadas, comparadas e analisadas. Os resultados mostram que, em termos mecânicos, o desempenho geral do couro sintético de microfibra de PU é superior ao do couro genuíno e do couro sintético de PVC; em termos de resistência à flexão, o desempenho do couro sintético de microfibra de PU e do couro sintético de PVC é semelhante, e a resistência à flexão é superior à do couro genuíno após envelhecimento em calor úmido, alta temperatura, variação climática e baixa temperatura; em termos de resistência ao desgaste, a resistência ao desgaste do couro sintético de microfibra de PU e do couro sintético de PVC é superior à do couro genuíno; em termos de outras propriedades do material, a permeabilidade ao vapor de água do couro genuíno, do couro sintético de microfibra de PU e do couro sintético de PVC diminui sequencialmente, e a estabilidade dimensional do couro sintético de microfibra de PU e do couro sintético de PVC após envelhecimento térmico é semelhante e superior à do couro genuíno.

Cadeirinhas de carro

Como parte importante do interior de um carro, os tecidos dos bancos afetam diretamente a experiência de condução do usuário. Couro natural, couro sintético de microfibra de poliuretano (PU) (doravante denominado couro de microfibra de PU) e couro sintético de cloreto de polivinila (PVC) são materiais comumente usados ​​para o revestimento de bancos.
O couro natural tem uma longa história de aplicação na vida humana. Devido às propriedades químicas e à estrutura de tripla hélice do próprio colágeno, apresenta vantagens como maciez, resistência ao desgaste, alta resistência mecânica, alta absorção de umidade e permeabilidade à água. O couro natural é usado principalmente nos tecidos dos assentos de modelos de gama média a alta na indústria automotiva (principalmente couro bovino), combinando luxo e conforto.
Com o desenvolvimento da sociedade humana, a oferta de couro natural tornou-se difícil de atender à crescente demanda. Assim, as pessoas começaram a utilizar matérias-primas e métodos químicos para produzir substitutos para o couro natural, ou seja, couro sintético. O surgimento do couro sintético de PVC remonta ao século XX. Na década de 1930, representou a primeira geração de produtos de couro artificial. Suas características incluem alta resistência, resistência ao desgaste, resistência à dobra, resistência a ácidos e álcalis, entre outras, além de baixo custo e facilidade de processamento. O couro de microfibra de PU foi desenvolvido com sucesso na década de 1970. Após o progresso e aprimoramento das aplicações da tecnologia moderna, como um novo tipo de material sintético, passou a ser amplamente utilizado em vestuário de alta qualidade, móveis, bolas, interiores de automóveis e outros setores. As características do couro de microfibra de PU incluem a simulação fiel da estrutura interna e da textura do couro natural, além de maior durabilidade, vantagens em termos de custo e respeito ao meio ambiente.
Parte experimental
couro sintético de PVC
A estrutura do material do couro sintético de PVC é dividida principalmente em revestimento superficial, camada densa de PVC, camada de espuma de PVC, camada adesiva de PVC e tecido base de poliéster (ver Figura 1). No método de transferência por papel (método de revestimento por transferência), a pasta de PVC é raspada inicialmente para formar uma camada densa de PVC (camada superficial) sobre o papel, e então levada a um primeiro forno para plastificação e resfriamento do gel; em seguida, após uma segunda raspagem, forma-se uma camada de espuma de PVC sobre a camada densa de PVC, que é então plastificada e resfriada em um segundo forno; em seguida, após uma terceira raspagem, forma-se uma camada adesiva de PVC (camada inferior), que é colada ao tecido base e levada a um terceiro forno para plastificação e formação de espuma; finalmente, o material é removido do papel após o resfriamento e a formação do tecido (ver Figura 2).

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PVC

Couro natural e couro de microfibra PU
A estrutura do couro natural inclui a camada de grão, a estrutura da fibra e o revestimento superficial (ver Figura 3(a)). O processo de produção do couro bruto ao couro sintético é geralmente dividido em três etapas: preparação, curtimento e acabamento (ver Figura 4). A intenção original do design do couro de microfibra de PU é simular fielmente o couro natural em termos de estrutura do material e textura da aparência. A estrutura do couro de microfibra de PU inclui principalmente a camada de PU, a base e o revestimento superficial (ver Figura 3(b)). A base utiliza microfibras agrupadas com estrutura e desempenho semelhantes às fibras de colágeno agrupadas no couro natural. Através de um tratamento especial, sintetiza-se um tecido não tecido de alta densidade com uma estrutura de rede tridimensional, combinado com material de enchimento de PU com uma estrutura microporosa aberta (ver Figura 5).

PU
couro
COURO DE MICROFIBRA PU

Preparação da amostra
As amostras provêm dos principais fornecedores de tecidos para assentos automotivos do mercado nacional. Duas amostras de cada material — couro genuíno, couro de microfibra PU e couro sintético PVC — foram preparadas a partir de 6 fornecedores diferentes. As amostras foram denominadas couro genuíno 1# e 2#, couro de microfibra PU 1# e 2# e couro sintético PVC 1# e 2#. A cor das amostras é preta.
Testes e caracterização
Considerando os requisitos de materiais para aplicações veiculares, as amostras acima são comparadas em termos de propriedades mecânicas, resistência à flexão, resistência ao desgaste e outras propriedades do material. Os itens e métodos de teste específicos são mostrados na Tabela 1.

Tabela 1. Itens e métodos de teste específicos para ensaios de desempenho de materiais.

Não. Classificação de desempenho Itens de teste Nome do equipamento Método de teste
1 Principais propriedades mecânicas Resistência à tração/alongamento na ruptura Máquina de ensaio de tração Zwick DIN EN ISO 13934-1
força de rasgamento Máquina de ensaio de tração Zwick DIN EN ISO 3377-1
Alongamento estático/deformação permanente Suporte de suspensão, pesos PV 3909 (50 N/30 min)
2 Resistência à dobragem Teste de dobragem testador de flexão de couro DIN EN ISO 5402-1
3 Resistência à abrasão Solidez da cor ao atrito testador de fricção de couro DIN EN ISO 11640
abrasão da placa esférica testador de abrasão Martindale VDA 230-211
4 Outras propriedades do material permeabilidade à água testador de umidade do couro DIN EN ISO 14268
Retardamento de chama horizontal Equipamento de medição horizontal retardante de chamas TL. 1010
Estabilidade dimensional (taxa de contração) Forno de alta temperatura, câmara climática, régua -
Emissão de odor Forno de alta temperatura, dispositivo de coleta de odores VW50180

Análise e discussão
Propriedades mecânicas
A Tabela 2 apresenta os dados dos testes de propriedades mecânicas do couro genuíno, do couro de microfibra de PU e do couro sintético de PVC, onde L representa a direção da urdidura do material e T representa a direção da trama. Observa-se na Tabela 2 que, em termos de resistência à tração e alongamento na ruptura, a resistência à tração do couro genuíno, tanto na direção da urdidura quanto na da trama, é superior à do couro de microfibra de PU, demonstrando maior resistência. Além disso, o alongamento na ruptura do couro de microfibra de PU é maior e a tenacidade é superior. Já a resistência à tração e o alongamento na ruptura do couro sintético de PVC são inferiores aos dos outros dois materiais. Em termos de alongamento estático e deformação permanente, a resistência à tração do couro genuíno é superior à do couro de microfibra de PU, demonstrando maior resistência. O alongamento na ruptura do couro de microfibra de PU é maior e a tenacidade é superior. Em termos de deformação, a deformação permanente do couro de microfibra de PU é a menor tanto na direção da urdidura quanto na da trama (a deformação permanente média na direção da urdidura é de 0,5% e a deformação permanente média na direção da trama é de 2,75%), indicando que o material apresenta o melhor desempenho de recuperação após ser esticado, sendo superior ao couro genuíno e ao couro sintético de PVC. O alongamento estático refere-se ao grau de deformação por alongamento do material sob condições de tensão durante a montagem da capa do assento. Não há um requisito claro na norma, sendo utilizado apenas como valor de referência. Em termos de resistência ao rasgo, os valores das três amostras de material são semelhantes e atendem aos requisitos da norma.

Tabela 2 Resultados dos testes de propriedades mecânicas do couro genuíno, couro de microfibra de PU e couro sintético de PVC.

Amostra Resistência à tração/MPa Alongamento na ruptura/% Alongamento estático/% Deformação permanente/% Força de rasgo/N
L T L T L T L T L T
Couro genuíno 1# 17,7 16,6 54,4 50,7 19.0 11.3 5.3 3.0 50 52,4
Couro genuíno 2# 15,5 15.0 58,4 58,9 19.2 12.7 4.2 3.0 33,7 34.1
Couro genuíno padrão ≥9,3 ≥9,3 ≥30,0 ≥40,0     ≤3,0 ≤4,0 ≥25,0 ≥25,0
Couro de microfibra PU 1# 15.0 13.0 81,4 120,0 6.3 21.0 0,5 2,5 49,7 47,6
Couro de microfibra PU 2# 12,9 11.4 61,7 111,5 7,5 22,5 0,5 3.0 67,8 66,4
Couro de microfibra PU padrão ≥9,3 ≥9,3 ≥30,0 ≥40,0     ≤3,0 ≤4,0 ≥40,0 ≥40,0
Couro sintético de PVC I# 7.4 5.9 120,0 130,5 16,8 38,3 1.2 3.3 62,5 35,3
Couro sintético de PVC 2# 7,9 5.7 122,4 129,5 22,5 52,0 2.0 5.0 41,7 33.2
Couro sintético PVC padrão ≥3,6 ≥3,6         ≤3,0 ≤6,0 ≥30,0 ≥25,0

De modo geral, as amostras de couro de microfibra de PU apresentam boa resistência à tração, alongamento na ruptura, deformação permanente e força de rasgo, e suas propriedades mecânicas gerais são superiores às das amostras de couro genuíno e couro sintético de PVC.
Resistência à dobragem
Os estados das amostras para o teste de resistência à dobra foram especificamente divididos em 6 tipos: estado inicial (estado não envelhecido), estado de envelhecimento por calor úmido, estado de baixa temperatura (-10 °C), estado de envelhecimento por luz de xenônio (PV1303/3P), estado de envelhecimento por alta temperatura (100 °C/168 h) e estado de envelhecimento por alternância climática (PV1200/20P). O método de dobra consiste em utilizar um instrumento de dobra para couro, fixando as duas extremidades da amostra retangular longitudinalmente nas presilhas superior e inferior do instrumento, de modo que a amostra forme um ângulo de 90°, e dobrando-a repetidamente a uma determinada velocidade e ângulo. Os resultados do teste de desempenho de dobra do couro genuíno, do couro de microfibra de PU e do couro sintético de PVC são apresentados na Tabela 3. Observa-se na Tabela 3 que as amostras de couro genuíno, couro de microfibra de PU e couro sintético de PVC resistiram a 100.000 dobras no estado inicial e a 10.000 dobras no estado de envelhecimento sob luz de xenônio. O couro pode manter-se em bom estado, sem rachaduras ou branqueamento por tensão. Em outros estágios de envelhecimento, como o envelhecimento por calor úmido, o envelhecimento em alta temperatura e o envelhecimento por alternância climática, as amostras de couro de microfibra de PU e couro sintético de PVC suportam 30.000 testes de flexão. Após 7.500 a 8.500 testes de flexão, rachaduras ou branqueamento por tensão começam a aparecer nas amostras de couro genuíno submetidas a envelhecimento por calor úmido e por alta temperatura. A severidade do envelhecimento por calor úmido (168 h/70 °C/75%) é menor do que a do couro de microfibra de PU e do couro sintético de PVC (240 h/90 °C/95%). Da mesma forma, após 14.000 a 15.000 testes de flexão, rachaduras ou branqueamento por tensão aparecem no couro após o envelhecimento por alternância climática. Isso ocorre porque a resistência à flexão do couro depende principalmente da camada de grão natural e da estrutura das fibras do couro original, e seu desempenho não é tão bom quanto o de materiais sintéticos químicos. Consequentemente, os padrões de qualidade exigidos para o couro também são menos rigorosos. Isso demonstra que o couro é um material mais "delicado" e que os usuários precisam ser mais cuidadosos e atentos à sua manutenção durante o uso.

Tabela 3 Resultados do teste de desempenho de dobragem de couro genuíno, couro de microfibra PU e couro sintético PVC

Amostra Estado inicial Estado de envelhecimento por calor úmido Estado de baixa temperatura Estado de envelhecimento da luz de xenônio Estado de envelhecimento em alta temperatura estado de envelhecimento das alterações climáticas
Couro genuíno 1# 100.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse. 168 h/70 ℃/75% 8.000 vezes, começaram a aparecer rachaduras, clareamento por tensão 32.000 vezes, começaram a aparecer rachaduras, sem clareamento por estresse. 10.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse. Após 7500 tentativas, começaram a aparecer rachaduras, sem necessidade de clareamento por estresse. Após 15.000 aplicações, começaram a aparecer rachaduras, sem necessidade de clareamento por estresse.
Couro genuíno 2# 100.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse. 168 h/70 ℃/75% 8.500 vezes, começaram a aparecer rachaduras, clareamento por tensão 32.000 vezes, começaram a aparecer rachaduras, sem clareamento por estresse. 10.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse. Após 8000 tentativas, começaram a aparecer rachaduras, sem necessidade de clareamento por estresse. Após 4000 tentativas, começaram a aparecer rachaduras, sem nenhum clareamento por estresse.
Couro de microfibra PU 1# 100.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse. 240 h/90 ℃/95% 30.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por tensão. 35.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse. 10.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse. 30.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse. 30.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse.
Couro de microfibra PU 2# 100.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse. 240 h/90 ℃/95% 30.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por tensão. 35.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse. 10.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse. 30.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse. 30.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse.
Couro sintético de PVC 1# 100.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse. 240 h/90 ℃/95% 30.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por tensão. 35.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse. 10.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse. 30.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse. 30.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse.
Couro sintético de PVC 2# 100.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse. 240 h/90 ℃/95% 30.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por tensão. 35.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse. 10.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse. 30.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse. 30.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse.
Requisitos padrão para couro genuíno 100.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse. 168 h/70 ℃/75% 5.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por tensão. 30.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse. 10.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse. Sem requisitos Sem requisitos
Requisitos padrão para couro de microfibra PU 100.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse. 240 h/90 ℃/95% 30.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por tensão. 30.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse. 10.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse. 30.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse. 30.000 vezes, sem rachaduras ou clareamento por estresse.

 

De modo geral, o desempenho de dobragem das amostras de couro, couro de microfibra de PU e couro sintético de PVC é bom no estado inicial e no estado de envelhecimento sob luz de xenônio. No estado de envelhecimento por calor úmido, em baixa temperatura, em alta temperatura e em condições de mudança climática, o desempenho de dobragem do couro de microfibra de PU e do couro sintético de PVC é semelhante, sendo superior ao do couro.
Resistência à abrasão
O teste de resistência à abrasão inclui o teste de solidez da cor por fricção e o teste de abrasão com placa esférica. Os resultados do teste de resistência ao desgaste do couro, do couro de microfibra de PU e do couro sintético de PVC são apresentados na Tabela 4. Os resultados do teste de solidez da cor por fricção mostram que, nas amostras de couro, couro de microfibra de PU e couro sintético de PVC, a solidez da cor após a fricção se manteve acima de 4,0 no estado inicial, após imersão em água deionizada, após imersão em solução alcalina de suor e após imersão em etanol a 96%, e a cor da amostra permaneceu estável, sem desbotar devido à fricção superficial. Os resultados do teste de abrasão com placa esférica mostram que, após 1800 a 1900 ciclos de desgaste, a amostra de couro apresentou cerca de 10 furos, o que difere significativamente da resistência ao desgaste das amostras de couro de microfibra de PU e couro sintético de PVC (ambas sem furos após 19.000 ciclos de desgaste). A razão para os furos é que a camada interna do couro se danifica após o desgaste, e sua resistência ao desgaste é bastante diferente da de materiais sintéticos químicos. Portanto, a baixa resistência ao desgaste do couro também exige que os usuários prestem atenção à manutenção durante o uso.

Tabela 4 Resultados dos testes de resistência ao desgaste do couro genuíno, couro de microfibra PU e couro sintético PVC
Amostras Solidez da cor ao atrito desgaste da placa esférica
Estado inicial Estado imerso em água deionizada Estado alcalino encharcado de suor estado embebido em etanol a 96% Estado inicial
(2000 vezes o atrito) (500 vezes o atrito) (100 vezes o atrito) (5 vezes o atrito)
Couro genuíno 1# 5.0 4,5 5.0 5.0 Aproximadamente 1900 vezes 11 furos danificados
Couro genuíno 2# 5.0 5.0 5.0 4,5 Aproximadamente 1800 vezes 9 furos danificados
Couro de microfibra PU 1# 5.0 5.0 5.0 4,5 19.000 vezes Sem furos danificados na superfície
Couro de microfibra PU 2# 5.0 5.0 5.0 4,5 19.000 vezes sem furos que danifiquem a superfície
Couro sintético de PVC 1# 5.0 4,5 5.0 5.0 19.000 vezes sem furos que danifiquem a superfície
Couro sintético de PVC 2# 5.0 5.0 5.0 4,5 19.000 vezes sem furos que danifiquem a superfície
Requisitos padrão para couro genuíno ≥4,5 ≥4,5 ≥4,5 ≥4,0 1500 ciclos de desgaste. Não mais que 4 furos de dano.
Requisitos padrão para couro sintético ≥4,5 ≥4,5 ≥4,5 ≥4,0 19.000 ciclos de desgaste. Não mais que 4 furos de dano.

De modo geral, amostras de couro genuíno, couro de microfibra PU e couro sintético PVC apresentam boa solidez da cor em caso de fricção, sendo que o couro de microfibra PU e o couro sintético PVC possuem melhor resistência ao desgaste do que o couro genuíno, podendo prevenir eficazmente o desgaste.
Outras propriedades do material
Os resultados dos testes de permeabilidade à água, retardância horizontal à chama, encolhimento dimensional e nível de odor das amostras de couro genuíno, couro de microfibra de PU e couro sintético de PVC são apresentados na Tabela 5.

Tabela 5 Resultados dos testes de outras propriedades dos materiais: couro genuíno, couro de microfibra PU e couro sintético PVC.
Amostra Permeabilidade à água/(mg/10cm²·24h) Retardância à chama horizontal/(mm/min) Encolhimento dimensional/%(120℃/168 h) Nível de odor
Couro genuíno 1# 3.0 Não inflamável 3.4 3.7
Couro genuíno 2# 3.1 Não inflamável 2.6 3.7
Couro de microfibra PU 1# 1,5 Não inflamável 0,3 3.7
Couro de microfibra PU 2# 1.7 Não inflamável 0,5 3.7
Couro sintético de PVC 1# Não testado Não inflamável 0,2 3.7
Couro sintético de PVC 2# Não testado Não inflamável 0,4 3.7
Requisitos padrão para couro genuíno ≥1,0 ≤100 ≤5 ≤3,7 (desvio aceitável)
Requisitos padrão para couro de microfibra PU Sem requisitos ≤100 ≤2 ≤3,7 (desvio aceitável)
Requisitos padrão para couro sintético de PVC Sem requisitos ≤100 Sem requisitos ≤3,7 (desvio aceitável)

As principais diferenças nos dados dos testes são a permeabilidade à água e a contração dimensional. A permeabilidade à água do couro é quase o dobro da do couro de microfibra de PU, enquanto o couro sintético de PVC praticamente não apresenta permeabilidade à água. Isso ocorre porque a estrutura tridimensional da rede (tecido não tecido) do couro de microfibra de PU é semelhante à estrutura natural das fibras de colágeno do couro, ambas com estruturas microporosas, o que confere a ambos certa permeabilidade à água. Além disso, a área da seção transversal das fibras de colágeno no couro é maior e mais uniformemente distribuída, e a proporção de espaço microporoso é maior do que no couro de microfibra de PU, resultando na melhor permeabilidade à água do couro. Em termos de encolhimento dimensional, após envelhecimento térmico (120 °C/68 h), as taxas de encolhimento das amostras de couro de microfibra de PU e couro sintético de PVC são semelhantes e significativamente menores do que as do couro genuíno, apresentando também melhor estabilidade dimensional. Além disso, os resultados dos testes de resistência à chama horizontal e nível de odor demonstram que as amostras de couro genuíno, couro de microfibra de PU e couro sintético de PVC atingem níveis semelhantes e atendem aos requisitos das normas de materiais em termos de desempenho de resistência à chama e odor.
De modo geral, a permeabilidade ao vapor de água das amostras de couro genuíno, couro de microfibra de PU e couro sintético de PVC diminui nessa ordem. As taxas de encolhimento (estabilidade dimensional) do couro de microfibra de PU e do couro sintético de PVC após envelhecimento térmico são semelhantes e superiores às do couro genuíno, e a resistência à chama horizontal é melhor do que a do couro genuíno. As propriedades de ignição e odor são semelhantes.
Conclusão
A estrutura transversal do couro de microfibra de PU é semelhante à do couro natural. A camada de PU e a parte de base do couro de microfibra de PU correspondem à camada de flor e à parte do tecido fibroso deste último. As estruturas dos materiais da camada densa, da camada de espuma, da camada adesiva e do tecido de base do couro de microfibra de PU e do couro sintético de PVC são obviamente diferentes.
A principal vantagem do couro natural é que ele possui boas propriedades mecânicas (resistência à tração ≥15MPa, alongamento na ruptura >50%) e permeabilidade à água. Já o couro sintético de PVC apresenta como vantagem a resistência ao desgaste (sem danos após 19.000 ciclos de desgaste com bola) e a resistência a diferentes condições ambientais. As peças apresentam boa durabilidade (incluindo resistência à umidade e ao calor, altas e baixas temperaturas e climas alternados) e boa estabilidade dimensional (encolhimento dimensional <5% a 120°C/168h). O couro de microfibra de PU combina as vantagens do couro genuíno e do couro sintético de PVC. Os resultados dos testes de propriedades mecânicas, desempenho de dobra, resistência ao desgaste, retardância à chama horizontal, estabilidade dimensional, nível de odor, etc., atingem o nível superior tanto do couro natural genuíno quanto do couro sintético de PVC, mantendo, ao mesmo tempo, certa permeabilidade à água. Portanto, o couro de microfibra de PU atende melhor aos requisitos de aplicação em assentos automotivos e possui amplas perspectivas de aplicação.


Data da publicação: 19/11/2024