超纖皮在高速列車座椅上應用的研究

吳勇 孫向浩 張其斌 劉勇勝 杜明兵

摘 要：超纖皮是一種采用先進仿生科技研發(fā)出的具有極高真皮感的環(huán)保新材料，代表了人工皮革領域前最高的技術水平，已經(jīng)在中高檔汽車座椅和高端奢侈品中有廣泛的應用。該文從超纖皮的結構和性能方面，通過與天然皮革進行比較的方式，闡述了超纖皮在高速列車座椅上的應用具有安全性能、經(jīng)濟性、環(huán)保性、輕量化方面的優(yōu)勢；并論述了高速列車座椅用超纖皮最新的發(fā)展趨勢。文章認為超纖皮，作為一種新型的高性能材料，完全可以用作高速列車座椅的面層材料。

關鍵詞：動車 高鐵 超纖皮 高性能

中圖分類號：TS17 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（c）-0003-02

隨著技術的進步和發(fā)展，以高鐵和動車為代表的高速列車已經(jīng)成為我國高新技術產(chǎn)品的一張名片，有越來越多的新技術和新材料應用于高速列車領域。在高速列車座椅領域，目前應用于高速列車座椅蒙皮的材料主要有天然皮革和織物兩類，而已經(jīng)大規(guī)模應用于中高檔汽車座椅的超纖皮，卻鮮有在高速列車座椅應用的報道。超纖皮是在高性能聚氨酯材料技術和現(xiàn)代紡織技術的基礎上，采用先進的仿生科技研發(fā)出的一種具有高真皮感的環(huán)保新材料。

1 超纖皮的結構特點

超纖皮的全稱為聚氨酯超細纖維合成革，主要的成分為聚氨酯彈性體和超細纖維。這兩個組份中，超細纖維組份是作用類似于天然皮革的膠原彈性纖維，而聚氨酯彈性體組份的作用則類似于天然皮革的膠原蛋白。圖1為天然皮革與超纖皮在電子顯微鏡下觀察到的結構，通過該電鏡圖可以看出超纖皮的結構及其類似于天然皮革。超纖皮的纖維采用尼龍6作為原料，含有大量的酰胺鍵且具有極大的比表面（超細纖維的纖度小比表面大）使得超纖皮具有卓越的吸濕性能，從而可以提供與天然皮革相媲美的使用舒適性；超纖皮基布中的聚氨酯彈性體具有優(yōu)良的回彈性能，通過調(diào)節(jié)聚氨酯的軟硬及在超纖皮中的微觀結構，可以得到與真皮類似的手感；超纖皮的聚氨酯涂層，通過特殊的設計可以得到真皮般的表觀。

目前，常規(guī)超纖皮的生產(chǎn)過程主要包含：紡絲過程、無紡布制備過程、聚氨酯含浸過程、減量開纖過程、涂層制備過程或染色整理過程，有些有實力的超纖皮廠商還會包含聚氨酯彈性體的合成過程。在超纖基布上進行涂層制備，可以得到如圖1（下）結構的貼面超纖皮，這類產(chǎn)品有仿頭層牛皮的風格，目前已經(jīng)大規(guī)模應用于汽車內(nèi)飾；若在超纖基布基礎上進行染色等整理過程，可以得到絨面超纖革，這類產(chǎn)品是仿麂皮的風格，目前正在一些頂級汽車品牌的頂配車型中有一定的應用。該文研究的超纖皮主要是貼面超纖皮。

2 高速列車座椅用超纖皮的性能特點

與天然頭層牛皮相比，在常規(guī)的力學性能方面，包括抗張強力、撕裂強力和針眼撕裂強度等性能超纖皮具絕對的優(yōu)勢[1]。若在高速列車座椅中進行應用，超纖皮在以下性能也具有明顯的優(yōu)勢。

2.1 卓越的燃燒安全性能

據(jù)文獻報道[2]，我國軌道交通內(nèi)飾各部件驗收標準是按DIN 54837-2007和TB/T 3138-2006及TB/T 3237-2010要求進行的，這些標準要求，高速列車座椅用材料的阻燃指標需達到：氧指數(shù)≥32，可燃性等級要達到S4，煙霧生成等級要達到SR2，熔滴性等級要達到ST2。超纖皮通過技術研發(fā)其燃燒安全性能完全可以達到上述3個標準的要求。表1是筆者開發(fā)的一款高仿真皮高速列車用超纖皮在權威第三方按上述標準測試的結果。該結果表明超纖皮的燃燒安全性能完全可以達到我國高速列車座椅面料的要求。

2.2 降低座椅面料成本

超纖皮與真皮相比，可以極大的降低高速列車座椅面料的成本，這主要得益于超纖皮的利用率和價格兩方面的優(yōu)勢。據(jù)文獻報道[1]，超纖皮的材料利用率>85%，而天然皮革的材料利用率只有50%～60%，在價格上超纖皮相對天然皮革也是較低的。另外，由于超纖皮的質(zhì)地均勻、厚薄穩(wěn)定，在剪裁過程中的生產(chǎn)效率較真皮也會有較大的提升。因為真皮每張皮的大小、質(zhì)地、厚薄會有很大的波動，剪裁人員需根據(jù)每張真皮的特點進行裁剪，所以其效率相對而言不如超纖皮高。

2.3 實現(xiàn)座椅輕量化

在保證高速列車內(nèi)飾材料的安全性和舒適度的前提下，輕量化設計及制造是高速軌道交通發(fā)展的重要方向，因為輕量化對降低動力耗能成本費用有顯著地作用；可以降低地基震動，提高減震降噪的性能；有利于提高乘坐舒適度，降低線路建設及鐵路維護的費用[3]。

超纖皮與真皮在相同厚度下，有更卓越的的物理力學性能，但其單位面積質(zhì)量卻只有真[超纖皮替代真皮在汽車座椅上的應用研究]皮的2/3左右。若一個高速列車座椅所用皮革量為2 m2，按文獻報道的數(shù)據(jù)，超纖皮座椅會比真皮座椅每個輕622 g以上。

2.4 提高產(chǎn)品的環(huán)保性能

在環(huán)保性能方面，超纖皮也具有良好的性能。超纖皮中完全可以做到不含可溶性鉛、可溶性鉻、可溶性鎘和可溶性汞，在揮發(fā)物方面也可以做到遠遠小于35 g/m2。這可以達到原鐵道部頒發(fā)的TB/T3139-2006《機車車輛內(nèi)裝材料及室內(nèi)空氣有害物質(zhì)限量》標準要求。除此以外在氣味性、游離甲醛含量等性能方面，超纖皮也要遠遠優(yōu)于天然皮革。

2.5 增強列車內(nèi)飾的協(xié)調(diào)性

超纖皮在顏色上和皮紋上有很豐富的選擇，通過對涂層的研發(fā)，可以做到滿足列車內(nèi)飾設計者要求的的顏色、皮紋及光霧度，是座椅在視覺上與列車頂部、墻部、地板等內(nèi)飾相協(xié)調(diào)，能最大限度減少車內(nèi)的單調(diào)與封閉的感覺。此外，超纖皮還可以通過對涂層和基布進行異色開發(fā)，使得涂層與基布呈不同顏色，再通過對超纖皮進行打孔處理，來達到皮革表面和內(nèi)部的色差沖擊感，從而是列車內(nèi)色彩更加豐富。

3 高速列車座椅用超纖皮的發(fā)展方向

高速列車座椅用超纖皮在未來會朝更加環(huán)保及更加高性能化發(fā)展。在環(huán)保方面，未來除了關注產(chǎn)品本身的環(huán)保性能外，超纖皮的研究者將更加注重生產(chǎn)過程的環(huán)保性能，這方面得益于水性聚氨酯技術和無溶劑聚氨酯技術的進步，這兩類材料的應用必將更進一步的提升超纖皮制造過程的環(huán)保性能。

在超纖皮的高性能方面，通過一些高性能材料應用于超纖皮中使超纖皮具有超高的物理力學性能。如用碳纖維替代目前常規(guī)的尼龍纖維和滌綸纖維充當超纖皮纖維的組份，高速列車座椅中可以通過采用這類的超纖皮作為面料而去除部分座椅的金屬材料，這樣既可以使座椅達到足夠的強度，又可以減少金屬材料的使用降低重量提高乘坐的安全性。

4 結語

無論是從材料的物理力學性能和環(huán)保性能方面，還是從材料的成本和輕量化方面，超纖皮的應用都具有誘人的前景，未來的高速列車車廂中必將會出現(xiàn)越來越多采用超纖皮做面料的座椅。

參考文獻

[1] 李齡.超纖皮替代真皮在汽車座椅上的應用研究[J].汽車工藝與材料，2014，（17）：59-65.

[2] 董激文，陳蕾，季曉丹.車用內(nèi)飾材料的燃燒安全性能檢測[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品，2013（6）：43-49.

[3] 崔童，王錚.高速列車內(nèi)飾件輕量化設計[J].科技創(chuàng)新導報，2013（8）：42-44.