天然皮革、ポリウレタン（PU）マイクロファイバー合成皮革、ポリ塩化ビニル（PVC）合成皮革の構造と製造プロセスを比較し、材料特性をテスト、比較、分析しました。結果によると、力学の面では、PUマイクロファイバー合成皮革の総合性能は本革やPVC合成皮革よりも優れています。曲げ性能の面では、PUマイクロファイバー合成皮革とPVC合成皮革の性能は同等であり、湿熱、高温、気候変化、低温での老化後の曲げ性能は本革よりも優れています。耐摩耗性の面では、PUマイクロファイバー合成皮革とPVC合成皮革の耐摩耗性は本革よりも優れています。その他の材料特性の面では、本革、PUマイクロファイバー合成皮革、PVC合成皮革の透湿性は順に低下し、熱老化後のPUマイクロファイバー合成皮革とPVC合成皮革の寸法安定性は本革と同等で、優れています。
車内インテリアの重要な部分であるシートファブリックは、ユーザーの運転体験に直接影響を及ぼします。天然皮革、ポリウレタン（PU）マイクロファイバー合成皮革（以下、PUマイクロファイバーレザー）、ポリ塩化ビニル（PVC）合成皮革は、いずれも一般的に使用されているシートファブリック素材です。
天然皮革は、人間の生活において長い歴史を持っています。コラーゲン自体の化学的性質と三重らせん構造により、柔らかさ、耐摩耗性、高強度、高い吸湿性、透水性といった利点を有しています。天然皮革は、自動車業界では主に中高級車種のシート生地（主に牛革）に使用されており、高級感と快適性を兼ね備えています。
人類社会の発展に伴い、天然皮革の供給は人々の高まる需要を満たすことが困難になっています。人々は化学原料や化学方法を用いて天然皮革の代替品、つまり人工合成皮革を作り始めました。PVC合成皮革の登場は20世紀にまで遡ります。1930年代には第一世代の人工皮革製品でした。その材料特性は、高強度、耐摩耗性、耐折性、耐酸性および耐アルカリ性などであり、低コストで加工が容易です。PUマイクロファイバーレザーは1970年代に開発に成功しました。現代の技術応用の進歩と改善を経て、新しいタイプの人工合成皮革素材として、高級衣料、家具、ボール、自動車内装などの分野で広く使用されています。PUマイクロファイバーレザーの材料特性は、天然皮革の内部構造と質感を真にシミュレートし、本革よりも優れた耐久性、より多くの材料コストの利点、そして環境に優しいことです。
実験部分
PVC合成皮革
PVC合成皮革の材料構造は、主に表面コーティング、PVC緻密層、PVC発泡層、PVC接着層、ポリエステル基布に分かれています（図1参照）。剥離紙法（転写コーティング法）では、まずPVCスラリーを1次削り取って剥離紙上にPVC緻密層（表層）を形成し、1次オーブンに入れてゲル可塑化・冷却を行います。2次削りの後、PVC緻密層をベースにPVC発泡層を形成し、2次オーブンで可塑化・冷却します。3次削りの後、PVC接着層（下層）を形成し、基布と接着して3次オーブンに入れて可塑化・発泡させます。最後に、冷却・成形後に剥離紙から剥がします（図2参照）。
天然皮革とPUマイクロファイバーレザー
天然皮革の材料構造は、銀面層、繊維構造、表面コーティングで構成されています（図3(a)参照）。生皮から合成皮革への製造工程は、一般的に準備、なめし、仕上げの3段階に分かれています（図4参照）。PUマイクロファイバーレザーの設計本来の意図は、材料構造と外観の質感において天然皮革を忠実に再現することです。PUマイクロファイバーレザーの材料構造は、主にPU層、ベース部、表面コーティングで構成されています（図3(b)参照）。その中でも、ベース部には、天然皮革の束状コラーゲン繊維と同様の構造と性能を持つ束状マイクロファイバーを使用しています。特殊なプロセス処理により、3次元ネットワーク構造の高密度不織布を合成し、開放型微多孔構造のPU充填材と組み合わせています（図5参照）。
サンプルの準備
サンプルは、国内市場における主要な自動車用シートファブリックサプライヤーから提供されました。本革、PUマイクロファイバーレザー、PVC合成皮革の各素材について、6つの異なるサプライヤーから2つのサンプルが提供されています。サンプル名は、本革1#と2#、PUマイクロファイバーレザー1#と2#、PVC合成皮革1#と2#です。サンプルの色は黒です。
テストと特性評価
上記のサンプルを、自動車用途の材料要件と組み合わせ、機械的特性、耐折性、耐摩耗性などの材料特性の観点から比較しました。具体的な試験項目と試験方法は表1に示されています。
表1 材料性能試験の具体的な試験項目と方法
| いいえ。 | パフォーマンス分類 | テスト項目 | 機器名 | 試験方法 |
| 1 | 主な機械的特性 | 引張強度/破断伸び | ツウィック引張試験機 | DIN EN ISO 13934-1 |
| 引裂力 | ツウィック引張試験機 | DIN EN ISO 3377-1 | ||
| 静的伸び/永久変形 | サスペンションブラケット、ウェイト | PV 3909（50 N/30分） | ||
| 2 | 折り曲げ抵抗 | 折り畳み試験 | 革曲げ試験機 | DIN EN ISO 5402-1 |
| 3 | 耐摩耗性 | 摩擦に対する色堅牢度 | 革摩擦試験機 | DIN EN ISO 11640 |
| ボールプレートの摩耗 | マーティンデール摩耗試験機 | VDA 230-211 | ||
| 4 | その他の材料特性 | 透水性 | 革水分計 | DIN EN ISO 14268 |
| 水平方向の難燃性 | 水平型難燃性測定装置 | TL. 1010 | ||
| 寸法安定性（収縮率） | 高温オーブン、気候変化室、定規 | - | ||
| 臭気放出 | 高温オーブン、臭気収集装置 | VW50180 |
分析と議論
機械的特性
表2は、本革、PUマイクロファイバーレザー、PVC合成皮革の機械的特性試験データを示しています。ここで、Lは材料の縦方向、Tは材料の横方向を表します。表2から、引張強度と破断時の伸びに関しては、天然皮革の引張強度は縦方向と横方向の両方でPUマイクロファイバーレザーよりも高く、強度が優れている一方で、PUマイクロファイバーレザーの破断時の伸びはより大きく、靭性がより優れています。一方、PVC合成皮革の引張強度と破断時の伸びは、どちらも他の2つの材料よりも低いことがわかります。静的伸びと永久変形に関しては、天然皮革の引張強度はPUマイクロファイバーレザーよりも高く、強度が優れていますが、PUマイクロファイバーレザーの破断時の伸びはより大きく、靭性がより優れています。変形の面では、PUマイクロファイバーレザーの永久変形は経糸方向と緯糸方向の両方で最小であり（経糸方向の平均永久変形は0.5％、緯糸方向の平均永久変形は2.75％）、材料は伸張後の回復性能が最も優れており、本革やPVC合成皮革よりも優れていることを示しています。静的伸びとは、シートカバーの組み立て中に応力条件下で材料が伸び変形する度合いを指します。規格には明確な要件はなく、参考値としてのみ使用されます。引き裂き力に関しては、3つの材料サンプルの値は類似しており、標準要件を満たすことができます。
表2 本革、PUマイクロファイバーレザー、PVC合成皮革の機械的特性試験結果
| サンプル | 引張強度/MPa | 破断伸び/% | 静的伸び/% | 永久変形/% | 引裂力/N | |||||
| L | T | L | T | L | T | L | T | L | T | |
| 本革 1# | 17.7 | 16.6 | 54.4 | 50.7 | 19.0 | 11.3 | 5.3 | 3.0 | 50 | 52.4 |
| 本革 2# | 15.5 | 15.0 | 58.4 | 58.9 | 19.2 | 12.7 | 4.2 | 3.0 | 33.7 | 34.1 |
| 本革スタンダード | ≥9.3 | ≥9.3 | ≥30.0 | ≥40.0 | ≤3.0 | ≤4.0 | ≥25.0 | ≥25.0 | ||
| PUマイクロファイバーレザー1# | 15.0 | 13.0 | 81.4 | 120.0 | 6.3 | 21.0 | 0.5 | 2.5 | 49.7 | 47.6 |
| PUマイクロファイバーレザー2# | 12.9 | 11.4 | 61.7 | 111.5 | 7.5 | 22.5 | 0.5 | 3.0 | 67.8 | 66.4 |
| PUマイクロファイバーレザー標準 | ≥9.3 | ≥9.3 | ≥30.0 | ≥40.0 | ≤3.0 | ≤4.0 | ≥40.0 | ≥40.0 | ||
| PVC合成皮革I# | 7.4 | 5.9 | 120.0 | 130.5 | 16.8 | 38.3 | 1.2 | 3.3 | 62.5 | 35.3 |
| PVC合成皮革 2# | 7.9 | 5.7 | 122.4 | 129.5 | 22.5 | 52.0 | 2.0 | 5.0 | 41.7 | 33.2 |
| PVC合成皮革規格 | ≥3.6 | ≥3.6 | ≤3.0 | ≤6.0 | ≥30.0 | ≥25.0 | ||||
一般に、PU マイクロファイバー レザー サンプルは、引張強度、破断伸び、永久変形、引き裂き強度が優れており、総合的な機械的特性は本革や PVC 合成皮革サンプルよりも優れています。
折り曲げ抵抗
耐折性試験サンプルの状態は、具体的には初期状態（未老化状態）、湿熱老化状態、低温状態（-10℃）、キセノン光老化状態（PV1303/3P）、高温老化状態（100℃/168h）、気候変化老化状態（PV1200/20P）の6種類に分けられます。 折り畳み方法は、革曲げ器具を使用して、長方形サンプルの長さ方向の両端を器具の上下のクランプに固定し、サンプルが90°になるようにし、一定の速度と角度で繰り返し曲げます。 本革、PUマイクロファイバーレザー、PVC合成皮革の折り畳み性能試験結果を表3に示します。 表3から、本革、PUマイクロファイバーレザー、PVC合成皮革のサンプルは、初期状態では10万回、キセノン光下での老化状態では1万回折り畳まれていることがわかります。ひび割れや応力白化がなく、良好な状態を維持できます。PUマイクロファイバーレザーとPVC合成皮革の湿熱老化状態、高温老化状態、気候変化老化状態など、他のさまざまな老化状態では、サンプルは30,000回の曲げテストに耐えることができます。7,500〜8,500回の曲げテスト後、本革の湿熱老化状態と高温老化状態のサンプルにひび割れや応力白化が現れ始め、湿熱老化（168時間/ 70℃ / 75％）の厳しさはPUマイクロファイバーレザーの厳しさよりも低くなっています。ファイバーレザーとPVC合成皮革（240時間/ 90℃ / 95％）。同様に、14,000〜15,000回の曲げテスト後、気候変化老化後の革の状態にひび割れや応力白化が現れます。これは、皮革の耐屈曲性が主に天然皮革の銀面と繊維構造に依存しており、その性能は化学合成素材ほど優れていないためです。それに伴い、皮革に対する材料規格の要求も低くなっています。これは、皮革素材がより「繊細」であり、ユーザーは使用中に細心の注意を払い、メンテナンスを行う必要があることを示しています。
表3 本革、PUマイクロファイバーレザー、PVC合成皮革の折り畳み性能試験結果
| サンプル | 初期状態 | 湿熱老化状態 | 低温状態 | キセノン光の老化状態 | 高温老化状態 | 気候変動の高齢化状態 |
| 本革 1# | 10万回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません | 168時間/70℃/75％8000回、ひび割れが発生し始め、応力白化 | 32000回、ひび割れが出始めたが、ストレスホワイトニングなし | 10,000回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません | 7500回、ひび割れが出始めたが、ストレスホワイトニングなし | 15000回、ひび割れが出始めたが、ストレスホワイトニングなし |
| 本革 2# | 10万回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません | 168時間/70℃/75％8500回、ひび割れが発生し始め、応力白化 | 32000回、ひび割れが出始めたが、ストレスホワイトニングなし | 10,000回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません | 8000回、ひび割れが現れ始めました、ストレスホワイトニングなし | 4000回、ひび割れが出始めた、ストレスホワイトニングなし |
| PUマイクロファイバーレザー1# | 10万回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません | 240時間/90℃/95% 30,000回、ひび割れや応力による白化なし | 35,000回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません | 10,000回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません | 30,000回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません | 30,000回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません |
| PUマイクロファイバーレザー2# | 10万回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません | 240時間/90℃/95% 30,000回、ひび割れや応力による白化なし | 35,000回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません | 10,000回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません | 30,000回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません | 30,000回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません |
| PVC合成皮革 1# | 10万回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません | 240時間/90℃/95% 30,000回、ひび割れや応力による白化なし | 35,000回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません | 10,000回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません | 30,000回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません | 30,000回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません |
| PVC合成皮革 2# | 10万回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません | 240時間/90℃/95% 30,000回、ひび割れや応力による白化なし | 35,000回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません | 10,000回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません | 30,000回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません | 30,000回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません |
| 本革の標準要件 | 10万回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません | 168時間/70℃/75% 5000回、ひび割れや応力白化なし | 30,000回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません | 10,000回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません | 要件なし | 要件なし |
| PUマイクロファイバーレザーの標準要件 | 10万回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません | 240時間/90℃/95% 30,000回、ひび割れや応力による白化なし | 30,000回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません | 10,000回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません | 30,000回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません | 30,000回使用してもひび割れやストレスによる白化は発生しません |
一般的に、皮革、PUマイクロファイバーレザー、PVC合成皮革のサンプルの折り畳み性能は、初期状態およびキセノン光老化状態では良好です。湿熱老化状態、低温老化状態、高温老化状態、気候変動老化状態においても、PUマイクロファイバーレザーとPVC合成皮革の折り畳み性能は同等であり、皮革よりも優れています。
耐摩耗性
耐摩耗性試験には、摩擦色堅牢度試験とボールプレート摩耗試験が含まれます。革、PUマイクロファイバーレザー、PVC合成皮革の耐摩耗性試験結果を表4に示します。摩擦色堅牢度試験の結果によると、革、PUマイクロファイバーレザー、PVC合成皮革のサンプルは、初期状態、脱イオン水に浸した状態、アルカリ汗に浸した状態、および96％エタノールに浸した場合、摩擦後の色堅牢度は4.0以上に維持でき、サンプルの色状態は安定しており、表面摩擦による色あせはありません。ボールプレート摩耗試験の結果によると、1800〜1900回の摩耗後、革サンプルには約10個の損傷した穴があり、PUマイクロファイバーレザーとPVC合成皮革サンプルの耐摩耗性（どちらも19,000回の摩耗後に損傷した穴はありません）とは大きく異なります。穴が開く原因は、革の銀面が摩耗によって損傷し、その耐摩耗性が化学合成素材とは大きく異なるためです。そのため、革の耐摩耗性が弱いため、使用中はメンテナンスに注意を払う必要があります。
| 表4 本革、PUマイクロファイバーレザー、PVC合成皮革の耐摩耗性試験結果 | |||||
| サンプル | 摩擦に対する色堅牢度 | ボールプレートの摩耗 | |||
| 初期状態 | 脱イオン水に浸した状態 | アルカリ性の汗に濡れた状態 | 96%エタノール浸漬状態 | 初期状態 | |
| （摩擦2000倍） | （摩擦500倍） | （摩擦100倍） | （摩擦5倍） | ||
| 本革 1# | 5.0 | 4.5 | 5.0 | 5.0 | 約1900倍の11個の損傷穴 |
| 本革 2# | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 4.5 | 約1800倍の9つの損傷穴 |
| PUマイクロファイバーレザー1# | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 4.5 | 19,000回 表面損傷穴なし |
| PUマイクロファイバーレザー2# | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 4.5 | 表面損傷穴なし19,000回 |
| PVC合成皮革 1# | 5.0 | 4.5 | 5.0 | 5.0 | 表面損傷穴なし19,000回 |
| PVC合成皮革 2# | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 4.5 | 表面損傷穴なし19,000回 |
| 本革の標準要件 | ≥4.5 | ≥4.5 | ≥4.5 | ≥4.0 | 1500回の摩耗と損傷穴が4つ以下 |
| 合成皮革の標準要件 | ≥4.5 | ≥4.5 | ≥4.5 | ≥4.0 | 19000回の摩耗と損傷穴は4つまで |
一般的に、本革、PUマイクロファイバーレザー、PVC合成皮革のサンプルはすべて摩擦色堅牢度が良好で、PUマイクロファイバーレザーとPVC合成皮革は本革よりも耐摩耗性に優れているため、摩耗を効果的に防ぐことができます。
その他の材料特性
本革、PUマイクロファイバーレザー、PVC合成皮革サンプルの透水性、水平難燃性、寸法収縮率、臭気レベルの試験結果を表5に示します。
| 表5 本革、PUマイクロファイバーレザー、PVC合成皮革のその他の材料特性の試験結果 | ||||
| サンプル | 透水性/(mg/10cm²·24h) | 水平難燃性/(mm/分) | 寸法収縮率/%(120℃/168時間) | 臭気レベル |
| 本革 1# | 3.0 | 不燃性 | 3.4 | 3.7 |
| 本革 2# | 3.1 | 不燃性 | 2.6 | 3.7 |
| PUマイクロファイバーレザー1# | 1.5 | 不燃性 | 0.3 | 3.7 |
| PUマイクロファイバーレザー2# | 1.7 | 不燃性 | 0.5 | 3.7 |
| PVC合成皮革 1# | テストされていません | 不燃性 | 0.2 | 3.7 |
| PVC合成皮革 2# | テストされていません | 不燃性 | 0.4 | 3.7 |
| 本革の標準要件 | ≥1.0 | ≤100 | ≤5 | ≤3.7（偏差は許容範囲） |
| PUマイクロファイバーレザーの標準要件 | 要件なし | ≤100 | ≤2 | ≤3.7（偏差は許容範囲） |
| PVC合成皮革の標準要件 | 要件なし | ≤100 | 要件なし | ≤3.7（偏差は許容範囲） |
試験データの主な違いは、透水性と寸法収縮率です。革の透水性はPUマイクロファイバーレザーの約2倍であるのに対し、PVC合成皮革はほとんど透水性がありません。これは、PUマイクロファイバーレザーの3次元ネットワーク骨格（不織布）が、革の天然束状コラーゲン繊維構造に類似しているためです。どちらも微細孔構造を有しており、一定の透水性を備えています。さらに、革のコラーゲン繊維の断面積はPUマイクロファイバーレザーよりも大きく、均一に分布しており、微細孔空間の割合も大きいため、革は最も優れた透水性を備えています。寸法収縮率に関しては、熱老化（120℃/1 熱老化（68時間）後）後のPUマイクロファイバーレザーとPVC合成皮革サンプルの収縮率は同程度で、本革よりも大幅に低く、寸法安定性は本革よりも優れています。さらに、水平難燃性と臭気レベルのテスト結果では、本革、PUマイクロファイバーレザー、PVC合成皮革サンプルが同様のレベルに到達でき、難燃性と臭気性能の点で材料標準要件を満たすことができることが示されています。
一般的に、本革、PUマイクロファイバーレザー、PVC合成皮革の透湿性は、順に低下します。PUマイクロファイバーレザーとPVC合成皮革の熱老化後の収縮率（寸法安定性）は本革と同等またはそれ以上であり、水平難燃性は本革よりも優れています。発火性および臭気特性は本革と同等です。
結論
PUマイクロファイバーレザーの断面構造は天然皮革に類似しています。PUマイクロファイバーレザーのPU層とベース部分は、天然皮革の銀面層と繊維組織部に相当します。PUマイクロファイバーレザーとPVC合成皮革の緻密層、発泡層、接着層、ベースファブリックの材料構造は明らかに異なります。
天然皮革の材質上の利点は、優れた機械的性質（引張強度≥15MPa、破断伸び> 50%）と透水性です。PVC合成皮革の材質上の利点は、耐摩耗性（ボール盤摩耗19,000回後も損傷なし）であり、さまざまな環境条件に耐性があります。部品は優れた耐久性（耐湿性、耐熱性、高温、低温、交互気候など）と優れた寸法安定性（120℃/168時間での寸法収縮率<5%）を備えています。PUマイクロファイバーレザーは、本革とPVC合成皮革の両方の材質上の利点を備えています。機械的特性、折り畳み性能、耐摩耗性、水平難燃性、寸法安定性、臭気レベルなどのテスト結果は、天然本革とPVC合成皮革の最高レベルに達し、同時に一定の透水性を備えています。そのため、PUマイクロファイバーレザーは、自動車シートの用途要件をよりよく満たし、幅広い用途の見通しを持っています。
投稿日時: 2024年11月19日
