为制备高物性汽车座垫革，应用响应曲面法，对涂饰工艺进行优化。以涂饰工艺配方中的丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、交联剂用量为影响因素，以耐干擦性能、耐湿擦性能、耐磨耗性能、耐折牢度、粘着牢度等评价指标组成的综合性能为响应值，通过Design-Expert13进行试验设计，对试验结果进行分析拟合，得到回归模型，利用模型分析、验证得到最佳工艺。试验结果表明，高物性汽车座垫革的最佳涂饰工艺为：丙烯酸树脂用量175g/kg，聚氨酯树脂用量150g/kg，交联剂用量25g/kg，成革综合性能指标最优，满足汽车装饰用皮革标准（QB/T2703—2020）要求。
近年来，各大品牌汽车销量越来越大，真皮汽车革的消费需求也呈上升的趋势，汽车内饰革的发展前景非常乐观[1]。汽车内饰革包括方向盘、客门板、表盘、车内顶、后窗板等，不过用革量最大的是汽车坐垫[2]。汽车座垫革是一种高品质、高性能、高技术含量的汽车内装饰材料，比其他用革要经受更为严格的检测，不仅检测的项目更多，而且检测要求的标准也更高[3]，需满足QB/T2703—2020《汽车装饰用皮革的标准要求》（表1）。与其他皮革产品相比，汽车座垫革具有许多特殊的性能要求，如要求抗雾化、耐有机溶剂、阻燃、耐磨、耐折、耐干湿擦、长时间日晒不变色等[4]，其中粘着牢度、耐热曝晒、耐折、耐磨擦、耐汗、耐有机溶剂、耐干湿擦等物理性能都由皮革涂层决定，因此涂饰工艺至关重要[5]。皮革涂层中成膜物质主要是丙烯酸树脂和聚氨酯树脂，它们的性能决定了涂层的物理性能。在涂饰中使用交联剂会增强涂层的耐刮性、耐干、湿擦等性能，适当的交联结构能明显提升涂层的各项物理机械性能[6-8]。
汽车座垫革的耐干擦性能、耐湿擦性能、耐磨耗性能、耐折牢度、粘着牢度主要由涂饰工艺配方中的丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、交联剂起决定性作用，综合前期单因素试验结果，丙烯酸树脂的用量范围在100~250g/kg，聚氨酯树脂的用量范围在100~200g/kg，交联剂的用量范围在10~40g/kg。应用响应曲面法，选取涂饰工艺配方中的丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、交联剂作为影响因素，以成革综合性能作为响应值（成革综合性能由耐干擦性能、耐湿擦性能、耐磨耗性能、耐折牢度、粘着牢度按权重比例组成），对高物性汽车座垫革涂饰工艺进行优化，期望得到满足各项性能指标要求的汽车座垫革涂饰工艺，并为制革工艺的数据化提供依据。
磨革机，GMGT1，如皋市同心皮革机械厂；压花机，ZD-YH-11，沈阳中大机械有限公司；辊涂机，GTSG-40，连港皮革机械有限公司；喷浆机，TSP3，江门市泰立皮革机械有限公司；熨平机，GYPG1800，连云港市朝阳皮革机械厂。
摩擦褪色试验机，GT-7034-E2；耐磨试验机，GT-7012-T；皮革耐挠试验机，GT-7006-V30；拉力试验机，AI-7000-SU1；以上仪器均购自高铁检测仪器（东莞）有限公司。
选取丙烯酸树脂用量（A）、聚氨酯树脂用量（B）、交联剂用量（C）作为响应曲面法中的影响因素，将耐干擦性能（Y1）、耐湿擦性能（Y2）、耐磨耗性能（Y3）、耐折牢度（Y4）、粘着牢度（Y5）及成革综合性能（Y6）作为响应值，成革综合性能由耐干擦性能、耐湿擦性能、耐磨耗性能、耐折牢度、粘着牢度按权重比例组成。因素水平及编码见表3。
根据表3，响应曲面设计试验为三因素三水平，通过Design-Expert13使用Box-BehnkenDesign（BBD）优化试验，试验方案见表4。
式中，Y为转换值，Y′为检测值，Ymax为设定的最大值，若Y′Ymax，则Y=100。
以耐干擦性能、耐湿擦性能、耐磨耗性能、耐折牢度、粘着牢度为相同权重比例，即各为20%，以其转换值按式（2）计算成革综合性能。
由表7可知，模型F值为9214，P值00001，表明模型是显著的，整个试验设计及优化是合理的，对试验结果的拟合也是准确的；并且失拟项中P值表示不显著，说明这些因素就是耐干擦性能的影响因素，没有其他忽略的影响因素。因素B、C、B2、C2具有显著影响（P001），因素AC具有较显著影响（001。根据回归模型，通过Design-Expert13进行回归拟合得出，回归方程为Y1=9740+075A+788B+1113C-150AB-250AC-075BC-183A2-608B2-957C2。相关系数R=09916，拟合情况良好；调整系数R=09809，可以解释9809%响应值的变化，可以用于预测分析。通过DesignExpert13对表6数据进行响应曲面分析，耐干擦性能Y1对各因素的响应曲面结果见图1。
图1（a）为聚氨酯的用量B与交联剂的用量C对耐干擦性能Y1值的影响，从曲面坡度以及等高线值的影响大小是：CB；图1（b）为丙烯酸的用量A与交联剂的用量C对Y1值的影响，从曲面坡度以及等高线值的影响大小是：CA；图1（c）为丙烯酸的用量A与聚氨酯的用量B对Y1值的影响，从曲面坡度以及等高线值的影响大小是：BA。如上所述，A、B、C这3个因素对耐干擦性能Y1的影响依次为：CBA。并且，图1（a）的曲面坡度非常明显，说明耐干擦性能主要由B和C决定[9-10]。
由表8可知，模型F值为9177，P值00001，表明模型是显著的，整个试验设计及优化是合理的，对试验结果的拟合也是准确的；并且失拟项中P值表示不显著，说明这些因素就是耐湿擦性能的影响因素，没有其他忽略的影响因素。因素A、B、C、A2、C2具有显著影响（P001），因素AC具有较显著影响（001。根据回归模型，通过Design-Expert13进行回归拟合得出，回归方程为Y2=9800+613A338B+1100C-250AB+275AC+125BC-A2残差21757311失拟项95不显著误差18004450总和0A2-200B2-1075C2。相关系数R=09916，拟B2合情况良好；调整系数R=09808，可以解释9808%C2响应值的变化，可以用于预测分析通过DesignExpert13对表6数据进行响应曲面分析，耐湿擦性能Y2对各因素的响应曲面结果见图2。
由图2的3D曲面图和等高线图可以直观地看出各因素对耐湿擦性能Y2的影响及相互之间的作用。图2（a）为聚氨酯的用量（B）与交联剂的用量（C）对耐湿擦性能Y2值的影响，从曲面坡度以及等高线值的影响大小是：CB；图2（b）为丙烯酸的用量（A）与交联剂的用量（C）对Y2值的影响，从曲面坡度以及等高线值的影响大小是：CA；图2（c）为丙烯酸的用量（A）与聚氨酯的用量（B）对Y2值的影响，从曲面坡度以及等高线值的影响大小是：AB。如上所述，A、B、C这3个因素对耐湿擦性能Y2的影响依次为：CAB。并且，图2（a）、（b）、（c）的曲面坡度都很明显，说明A、B、C都是耐湿擦性能的决定因素。
由表9可知，模型F值为50277，P值00001，表明模型是显著的，整个试验设计及优化是合理的，
对试验结果的拟合也是准确的；并且失拟项中P值表示不显著，说明这些因素就是耐磨耗性能的影响因素，没有其他忽略的影响因素。因素B、C、AC、BC、A2、B2、C2具有显著影响（P001），因素A、AB具有较显著影响（001
由图3的3D曲面图和等高线图可以直观地看出各因素对耐磨耗性能Y3的影响及相互之间的作用。图3（a）为聚氨酯的用量（B）与交联剂的用量（C）对耐磨耗性能Y3值的影响，从曲面坡度以及等高线值的影响大小是：CB；图3（b）为丙烯酸的用量（A）与交联剂的用量（C）对Y3值的影响，从曲面坡度以及等高线值的影响大小是：CA；图3（c）为丙烯酸的用量（A）与聚氨酯的用量（B）对Y3值的影响，从曲面坡度以及等高线值的影响大小是：BA。如上所述，A、B、C这3个因素对耐磨耗性能Y3的影响依次为：CBA。并且，图3（a）的曲面坡度非常明显，说明耐磨耗性能主要由B和C决定[9-10]。
由表10可知，模型F值为12293，P值00001，表明模型是显著的，整个试验设计及优化是合理的，对试验结果的拟合也是准确的；并且失拟项中P值表示不显著，说明这些因素就是耐折牢度性能的影响因素，没有其他忽略的影响因素。因素B、AC、A2、B2、C2具有显著影响（P001）。根据回归模型，通过Design-Expert13进行回归拟合得出，回归方程为Y4=9720+100A+1275B+075C-125AB-525AC+175BC-548A2-898B2-1297C2。相关系数R=09937，拟合情况良好；调整系数R=09856，可以解释9856%响应值的变化，可以用于预测分析。
通过DesignExpert13对表6数据进行响应曲面分析，耐折牢度性能Y4对各因素的响应曲面结果见图4。由图4的3D曲面图和等高线图可以直观地看出各因素对耐折牢度性能Y4的影响及相互之间的作用。图4（a）为聚氨酯的用量（B）与交联剂的用量（C）对耐折牢度性能Y4值的影响，从曲面坡度以及等高线值的影响大小是：BC；图4（b）为丙烯酸的用量（A）与交联剂的用量（C）
对Y4值的影响，从曲面坡度以及等高线值的影响大小是：AC；图4（c）为丙烯酸的用量（A）与聚氨酯的用量（B）对Y4值的影响，从曲面坡度以及等高线值的影响大小是：BA。如上所述，A、B、C这3个因素对耐折牢B2度性能Y4的影响依次为：BAC。并且，图4（a）、（c）的曲面坡度非常明显，坡度顶点都偏向于B，说明C2耐折牢度性能主要由B决定；从图4（a）还可以看出，过量的交联剂反而导致耐折牢度下降[11]。
由表11可知，模型F值为22513，P值00001，表明模型是显著的，整个试验设计及优化是合理的，对试验结果的拟合也是准确的；并且失拟项中P值表示不显著，说明这些因素就是粘着牢度性能的影响因素，没有其他忽略的影响因素。因素A、B、C、AB、A2、B2、C2具有显著影响（P001），因素AC具有较显著影响（001
通过DesignExpert13对表6数据进行响应曲面分析，粘着牢度性能Y5对各因素的响应曲面结果见图5。
由图5的3D曲面图和等高线图可以直观地看出各因素对粘着牢度性能Y5的影响及相互之间的作用。图5（a）为聚氨酯的用量（B）与交联剂的用量（C）对粘着牢度性能Y5值的影响，从曲面坡度以及等高线值的影响大小是：CB；图5（b）为丙烯酸的用量（A）与交联剂的用量（C）对Y5值的影响，从曲面坡度以及等高线值的影响大小是：AC；图5（c）为丙烯酸的用量（A）与聚氨酯的用量（B）对Y5值的影响，从曲面坡度以及等高线值的影响大小是：AB。如上所述，A、B、C这3个因素对粘着牢度性能Y5的影响依次为：ACB。并且，图5（b）、（c）的曲面坡度非常明显，坡度顶点都偏向于A，说明粘着牢度性能主要由A决定[12]。
由表12可知，模型F值为34394，P值00001，表明模型是显著的，整个试验设计及优化是合理的，对试验结果的拟合也是准确的；并且失拟项中P值表示不显著，说明这些因素就是成革综合性能的影响因素，没有其他忽略的影响因素。因素A、B、C、AB、AC、A2、B2、C2具有显著影响（P001）。根据回归模型，通过Design-Expert13进行回归拟合得出，回归方程为Y6=9712+433A+803B+890C-190AB-175AC-035BC-696A2-526B2-1031C2。相关系数R=09977，拟合情况良好；调整系数R=09948，可以解释9948%响应值的变化，可以用于预测分析。
通过DesignExpert13对表6数据进行响应曲面分析，成革综合性能Y6对各因素的响应曲面结果见图6。
由图6的3D曲面图和等高线图可以直观地看出各因素对成革综合性能Y6的影响及相互之间的作用。图6（a）为聚氨酯的用量（B）与交联剂的用量（C）对成革综合性能Y6值的影响，从曲面坡度以及等高线值的影响大小是：CB；图6（b）为丙烯酸的用量（A）与交联剂的用量（C）对Y6值的影响，从曲面坡度以及等高线值的影响大小是：CA；图6（c）为丙烯酸A的用量与聚氨酯B的用量对Y6值的影响，从曲面坡度以及等高线值的影响大小是：BA。如上所述，A、B、C这3个因素对成革综合性能Y6的影响依次为：CBA。并且，图6（a）、（b）、（c）的曲面坡度都很明显，说明A、B、C都是成革综合性能的决定因素。
此外，图6的3D曲面图的坡度顶点都是靠近中心处，说明各个影响因素的最佳量都在中心处，结合回归方程可以得出，最佳工艺为：丙烯酸树脂用量175g/kg，聚氨酯树脂用量150g/kg，交联剂用量25g/kg。
按最佳工艺进行工艺验证，检测耐干擦性能、耐湿擦性能、耐磨耗性能、耐折牢度性能、粘着牢度性能，换算成百分制及计算成革综合性能，结果见表13。由表13可知，验证试验实测平均值与Design-Expert13的预测值基本一致，表明最佳工艺验证成功，得到的最佳工艺是准确的。
应用响应曲面法，对高物性汽车座垫革涂饰工艺进行优化，以成革综合性能为考察指标，得到影响因素A、B、C的最佳用量为：丙烯酸树脂175g/kg，聚氨酯树脂150g/kg，交联剂25g/kg；对成革综合性能的影响依次为：CBA。经验证，所得最佳工艺成革综合性能指标最优，满足汽车装饰用皮革行业标准QB/T2703—2020的要求。试验验证结果与Design-Expert13的预测值基本一致。因此使用Box-BehnkenDegsign（BBD）优化试验得到的回归方程模型精准度高，拟合度好，优化方案可信程度高，得出的最佳工艺是合理可行的。
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