張亮，何家志，王澤升，李靜，劉倩，廖蘭

威馬汽車科技集團(tuán)有限公司成都研究院，四川成都 610100

0 引言

近年來，隨著全球工業(yè)化的深入推進(jìn)，能源危機(jī)和生態(tài)問題日益嚴(yán)重，環(huán)境友好、低碳化、可再生化成為可持續(xù)性發(fā)展的必然選擇。與此同時(shí)，以“電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化”為特征的“新四化”成為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新風(fēng)向標(biāo)。新能源汽車作為“新四化”的最佳載體，迎來了發(fā)展熱潮。此外，隨著消費(fèi)升級(jí)，消費(fèi)群體的日趨年輕化，消費(fèi)者對(duì)購(gòu)車的需求也由最初的代步工具開始上升為舒適的智能移動(dòng)空間。新能源汽車作為“新物種”，要獲得消費(fèi)者的普遍青睞，除了以安全為核心，強(qiáng)調(diào)環(huán)保、舒適、智能、科技的同時(shí)，更要在設(shè)計(jì)和服務(wù)理念上積極創(chuàng)新，堅(jiān)持以用戶思維為向?qū)?，深入挖掘用戶潛在需求，主?dòng)解決用戶痛點(diǎn)問題，提升用戶體驗(yàn)。

新能源汽車與傳統(tǒng)油車最大區(qū)別在于動(dòng)力系統(tǒng)等，內(nèi)飾并無明顯差異。皮革作為內(nèi)飾常用的軟裝飾材料，目前主要分為真皮和人造革兩大類。汽車上用的真皮一般為頭層牛皮，由于其取材天然牛皮，價(jià)格普遍高昂，一般應(yīng)用在高檔車型上。人造革種類很多，根據(jù)基材和工藝不同，常見有PVC革、PU革、超纖革、仿麂皮、TPO表皮等。人造革因其種類豐富、價(jià)格范圍寬，可滿足從低端到高端不同車型的選擇使用。近年來，消費(fèi)者需求變化，由基礎(chǔ)革衍生出來很多功能性皮革，如抗菌革、負(fù)離子革等。這些功能皮革不僅滿足常規(guī)使用要求，而且兼具一定的功能，例如抗菌革能有效抑制常見的金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等細(xì)菌；負(fù)離子革能夠產(chǎn)生負(fù)氧離子，凈化駕駛艙空氣質(zhì)量。

然而，無論是真皮革、PVC革、PU革等普通皮革，還是其衍生的功能皮革，都是由高分子基料經(jīng)壓延或涂覆制備而成。高分子材料本身導(dǎo)熱性差、熱導(dǎo)率低，是不良的熱導(dǎo)體。因此，上述普通皮革受陽(yáng)光輻照后，吸收的熱量都不容易傳導(dǎo)散失。此外，由于黑色內(nèi)飾耐用、耐臟、莊重，在內(nèi)飾設(shè)計(jì)上使用最多。然而，黑色皮革對(duì)光照中紅外光吸收很強(qiáng)，這導(dǎo)致普通皮革受光照射后，表面溫度會(huì)比較高。特別是炎熱的夏天，密閉的車輛在戶外暴曬后，方向盤、座椅等與人體直接接觸的皮革包覆部位表面溫度會(huì)非常高。人體在駕駛艙內(nèi)，裸露的皮膚接觸到這些皮革時(shí)，容易被灼傷。

盡管已有許多功能性皮革的報(bào)道，但關(guān)于皮革隔熱性的文獻(xiàn)尚未見。因此，如何改善車輛暴曬后皮革燙皮膚問題，又不額外增加能耗和危害人體健康，成為行業(yè)研究的新課題。本文研究了一種具有隔熱功能的皮革和普通皮革的隔熱性差異，通過同等輻照條件下，隔熱效果對(duì)比，旨在為改善車輛暴曬后皮革燙皮膚問題尋找一種優(yōu)化提升的方案。

1 試驗(yàn)儀器與材料

1.1 試驗(yàn)儀器

玻璃輻照箱：密閉玻璃輻照箱為自制裝置，尺寸為50 cm(長(zhǎng))×50 cm(寬)×75 cm(高)，四面由透明玻璃制成，頂部安裝有4個(gè)常規(guī)浴霸燈，每個(gè)浴霸燈額定功率為275 W，電壓為220 V，燈光直射表面距離為63 cm,可以用來模擬密閉車輛受日光照射狀態(tài)。有一面玻璃墻可以打開和關(guān)閉，方便持測(cè)溫槍測(cè)試;外部設(shè)置有燈開關(guān)，可以開啟和關(guān)閉燈光。

紅外測(cè)溫槍：?，擜T380+，測(cè)量溫度范圍為-50～100 ℃；精度為±2 ℃。

水銀溫度計(jì)：市場(chǎng)購(gòu)買，測(cè)量溫度范圍為0～100 ℃；精度為±1 ℃。

溫濕度計(jì)：希瑪AR837,測(cè)量溫度范圍為-10～50 ℃，濕度為5.0%～98%，溫度精度為±1.5 ℃,濕度精度為±5%RH。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)分別用到浙江富邦生產(chǎn)的隔熱真皮革(簡(jiǎn)稱隔熱革)和普通真皮革(簡(jiǎn)稱普通革)，尺寸為A5紙張大小，厚度為1.0～1.2 mm。

2 試驗(yàn)步驟

如圖1所示，將兩塊尺寸為A5大小的隔熱革和普通革放置在玻璃輻照箱內(nèi)后，關(guān)閉玻璃門，打開電源，浴霸燈亮起，產(chǎn)生的熱量會(huì)輻照到皮革表面。每隔5 min打開玻璃門，使用測(cè)溫槍測(cè)試隔熱革與普通革表面溫度，并記錄數(shù)據(jù)。

圖1 模擬日光輻射的隔熱革和普通革表面溫度測(cè)試

如圖2所示，測(cè)試了0～90 min中玻璃輻照箱內(nèi)溫度及隔熱革和普通革表面溫度變化，并記錄了測(cè)試結(jié)果。

圖2 輻照不同時(shí)間后玻璃箱內(nèi)環(huán)境溫度及隔熱革和普通革表面溫度的測(cè)試

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 隔熱革與普通革生產(chǎn)工藝差異

隔熱革與普通革外觀和結(jié)構(gòu)上基本是一致的，不同區(qū)別主要在于生產(chǎn)工藝。如圖3所示，隔熱革與普通革的生產(chǎn)工序和流程基本是一樣的，不同點(diǎn)在于輥底涂、噴涂(顏色層和頂層)使用的顏料。普通革為普通著色劑，而隔熱革使用了特殊顏料膏，這種顏料膏具有優(yōu)異的反射紅外線功能,使得制備的皮革具有隔熱性。

圖3 隔熱革與普通革生產(chǎn)工藝差異

3.2 隔熱原理

太陽(yáng)光光譜分為紫外波段(波長(zhǎng)小于400 nm)、可見光波段(波長(zhǎng)400～760 nm)和紅外波段(波長(zhǎng)大于760 nm)，各波段能量占比分別約為7%、50%和43%，太陽(yáng)光主要的能量集中在可見光和紅外波段。長(zhǎng)波容易被深色表面吸收，從而導(dǎo)致表面溫度升高。因此，降低紅外輻射能量是防止材料表面溫度升高的有效方法之一。隔熱革的隔熱原理簡(jiǎn)單來說就是利用光的反射原理，皮革經(jīng)過表面涂飾著色，尤其是黑色皮革就會(huì)變得容易吸收長(zhǎng)波線的熱量。本文使用的隔熱革就是表面涂覆了具有反射紅外線功能的特殊涂層，該涂層能夠在不改變光反射原理的情況下，使深色皮革在暴曬的陽(yáng)光下，更多地反射紅外光，減少對(duì)紅外光線的吸收，從而降低皮革表面溫度。

3.3 隔熱革與普通革隔熱性能對(duì)比

如圖4所示，輻照燈開啟前，玻璃箱內(nèi)環(huán)境溫度為21.0 ℃，此時(shí)，普通革和隔熱革表面溫度分別為23.0、21.9 ℃，表面起始溫度基本一致。輻照燈開啟后，在0～20 min內(nèi)，隨著輻照時(shí)間增加，玻璃箱內(nèi)環(huán)境溫度、隔熱革和普通革材料表面溫度均快速上升，平均升溫速率依次為2.50、1.85、2.59 ℃/min，其中普通革上升速率最快，明顯高于隔熱革，這表明表面吸熱能力隔熱革要比普通革明顯弱。輻照20 min左右，玻璃箱內(nèi)環(huán)境溫度、隔熱革和普通革表面溫度均達(dá)到峰值，分別為71.0、58.8、74.8 ℃、此后升溫速率開始明顯放緩，其中隔熱革表面溫度最低，普通革表面溫度最高，隔熱革比環(huán)境溫度低12.2 ℃，比普通革低16.0 ℃，而普通革比環(huán)境溫度還要高3.8 ℃。輻照20 min后，三者表面溫度上升都顯著減緩，平均升溫速率僅為0.15、0.15、0.20 ℃/min，直到60 min時(shí)，表面溫度達(dá)到最大，依次分別為77.0、64.7、82.8 ℃，其中隔熱革比環(huán)境溫度低12.3 ℃，比普通革低18.1 ℃，而普通革比環(huán)境溫度還高5.8 ℃。輻照60 min后到測(cè)試結(jié)束，三者表面溫度已達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，分別保持在77.0、64.0、81.0 ℃，而此時(shí)，隔熱革與普通革表面溫度相差17 ℃。由此可以看出，隔熱革材料具有良好的隔熱性，能夠有效減少熱量吸收，降低表面溫度。

圖4 不同輻照時(shí)間的玻璃箱內(nèi)環(huán)境溫度以及普通革和隔熱革表面溫度變化曲線

分析了出現(xiàn)以上結(jié)果原因，熱量傳遞的方式有3種:熱輻射、熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流。玻璃箱是密閉裝置，輻照燈開啟后，隨著輻照時(shí)間增加，隔熱革和普通革因吸收光照的能量，表面溫度出現(xiàn)快速上升，相比普通革，隔熱革因其表面有一種特殊的涂層，能夠反射輻照的部分紅外光，減少了皮革對(duì)其的吸收，從而確保同樣的輻照條件下，隔熱革表面溫度比普通革低很多。由于普通革是黑色的，對(duì)輻照光有很強(qiáng)的吸收能力，因而，表面溫度增加最快。玻璃箱內(nèi)環(huán)境溫度變化主要來自于輻照燈照射的光能量，同時(shí)還與外界冷玻璃壁存在著熱傳導(dǎo)，會(huì)造成一部分熱量損失，因此，升溫速率和溫度會(huì)比普通革低。此外，由于輻照燈功率是額定的，單位時(shí)間輻照熱量是固定的，室內(nèi)環(huán)境溫度也基本是固定的，因此后面溫度會(huì)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，幾乎不變。

3.4 座椅實(shí)物零件主觀評(píng)價(jià)

為了直觀感受隔熱性效果，將隔熱革、普通革包覆的座椅放置在樓頂陽(yáng)光能直照射到位置進(jìn)行暴曬，同時(shí)，采用溫濕度計(jì)檢測(cè)了當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度為35.3 ℃，濕度為44.8%。暴曬1 h后，分別進(jìn)行了主觀感受評(píng)價(jià)，如圖5所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，暴曬后的普通革包覆的座椅，能感受到非常灼熱的燙皮膚感覺，且隨著乘坐時(shí)間的延長(zhǎng)，這種灼熱的燙皮膚的感覺比較持久，讓人難以忍受。然而，乘坐暴曬后的隔熱革包覆的座椅，盡管坐下去的瞬間也能感覺到比較高的溫度，但沒有普通革那種非常灼熱的燙皮膚感覺，且隨著乘坐的時(shí)間延長(zhǎng)，初始高溫帶來的不適有所緩解，可以忍受。

圖5 座椅實(shí)物零件暴曬后主觀評(píng)價(jià)

4 結(jié)論

(1)密閉環(huán)境內(nèi)，同樣輻照條件下，隔熱革表面吸熱能力要比普通革明顯弱，相比普通革材料，隔熱革材料表面溫度最大能降低18.1 ℃。

(2)隔熱革具有良好的隔熱性，能夠有效減少輻照熱量吸收，降低皮革表面溫度；隔熱革包覆的座椅零件，相比普通皮革包覆座椅零件，同樣暴曬條件下，沒有灼熱的燙皮膚感覺，乘坐舒適性相對(duì)要更好一些。

(3)隔熱革應(yīng)用在汽車內(nèi)飾，特別是方向盤、座椅等與人體皮膚經(jīng)常直接接觸的零件上，可以有效改善車輛暴曬后燙皮膚問題，給用戶帶來更好的體驗(yàn)。