汽車用座椅面料的應(yīng)用分析*

吳湘濟(jì) 辛斌杰 馬施瓊 張 維

(1.上海工程技術(shù)大學(xué)服裝學(xué)院，上海，201620;2.東華大學(xué)情報(bào)研究所，上海，200051)

美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)家的汽車制造工業(yè)不論在質(zhì)量還是產(chǎn)量方面都占有明顯的優(yōu)勢(shì)。目前，國(guó)內(nèi)大眾、通用等汽車廠生產(chǎn)的主要車型的內(nèi)飾面料早已實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，而一些高檔轎車仍采用進(jìn)口面料作為內(nèi)飾。在汽車用紡織品中，針織類紡織品占總量的60%以上(以經(jīng)編為主，緯編其次)［1-2］，但非織造布在汽車用紡織品中的使用量正迅速增加。激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求紡織品在降低成本的同時(shí)提高性能，不同規(guī)格及結(jié)構(gòu)的紡織品都有各自特定的優(yōu)缺點(diǎn)［3-4］。本文選取典型的汽車座椅織物，分析其規(guī)格和各項(xiàng)性能指標(biāo)。

1 汽車用座椅面料的應(yīng)用分析

典型的座椅為復(fù)合型結(jié)構(gòu)，由骨架、填充層和表皮層組成。表皮層是汽車座椅的重點(diǎn)部分，座椅的裝飾主要集中在表皮層，即座椅護(hù)套(如圖1所示)，它對(duì)座椅起著保護(hù)和裝飾作用。

汽車座套材料最早采用的是聚酰胺纖維，現(xiàn)在主要采用聚酯纖維即滌綸，紗線結(jié)構(gòu)有直長(zhǎng)絲、假捻絲、空氣變形絲和編織拆散絲等。采用滌綸的原因是汽車座椅織物必須具備一定的力學(xué)性能，如優(yōu)良的回彈性、耐磨性、抗靜電、抗起球、抗老化性能等，而滌綸最能滿足要求，其強(qiáng)度和模量高，耐熱性好，能夠抵御紫外線的輻射，具有優(yōu)良的抗老化性能和尺寸穩(wěn)定性。

圖1 座椅護(hù)套

座椅面料包括機(jī)織物及各類針織物和非織造織物［5-6］，其中以針織物居多。因?yàn)樽慰椢镄栌幸欢ǖ膹椥院脱由煨裕樋椢镔|(zhì)地厚實(shí)、組織柔軟，絨面具有仿真皮風(fēng)格，易于緊包在座椅上，并具有良好的透氣性和耐磨性，價(jià)格也較機(jī)織物便宜。最早的針織物多為緯編，而經(jīng)編產(chǎn)品后來(lái)居上?？椢镏饕欣釥栯p針床經(jīng)編割絨、特里毛圈經(jīng)編絨和圓型緯編織物。拉舍爾雙針床經(jīng)編割絨固定非常牢，在各種變形下都能保持最適度的覆蓋性，延伸性也好，其毛絨最大的特點(diǎn)就是能夠牢固地固結(jié)在地組織上，毛絨的密度大，不容易露底。與經(jīng)編織物相比，圓型緯編織物具有組織結(jié)構(gòu)選擇廣泛、圖案多變、工藝流程短、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。

針織絨類織物采用較細(xì)、模量較高的纖維原料。經(jīng)編絲絨織物產(chǎn)品風(fēng)格高雅華貴，橫縱向的延伸性好，手感好，適合模壓加工工藝的要求，成為中高檔汽車內(nèi)飾的首選織物面料。日本等國(guó)家除了較多使用經(jīng)編織物以外，機(jī)織提花裝飾織物的應(yīng)用也較多。而非織造布是通過(guò)干法成網(wǎng)、濕法成網(wǎng)或紡絲成網(wǎng)，并經(jīng)過(guò)黏合劑黏合、熱黏合或針刺、水刺纏結(jié)而成的。

在汽車功能增加的同時(shí)，座椅的功能要求也在增加。近年來(lái)美國(guó)通用汽車公司開(kāi)發(fā)了一種全成型座椅套生產(chǎn)新技術(shù)，該技術(shù)完全依靠CAD/CAM系統(tǒng)來(lái)完成。采用三維針織工藝，避免了傳統(tǒng)的座椅面料加工過(guò)程中所需的裁剪和縫紉工序以及原料的浪費(fèi)，克服了縫紉操作的困難，賦予了汽車座椅全新的外觀。三維彈性網(wǎng)狀針織物可用于汽車座椅背后的雜物袋，放置書刊報(bào)紙等物品［7-8］。

2 汽車用座椅面料的測(cè)試

2.1 織物規(guī)格測(cè)試

試驗(yàn)選擇6個(gè)汽車座椅織物試樣，都為滌綸針織面料，除試樣2和試樣3為緯編針織物外，其余均為經(jīng)編針織物。

試樣測(cè)試以下幾項(xiàng)織物規(guī)格:織物的密度、紗線線密度、線圈長(zhǎng)度、未充滿系數(shù)、厚度和織物單位面積的干燥質(zhì)量。

(1)橫密和縱密。橫密是沿線圈橫列方向50 mm內(nèi)的線圈縱行數(shù);縱密也稱直密，是沿線圈縱行方向50 mm內(nèi)的線圈橫列數(shù)。試驗(yàn)采用Y511型織物密度鏡來(lái)測(cè)定。

(2)紗線線密度。在JN-A型精密扭力天平(稱量50 mg，分度值0.1 mg)上稱取質(zhì)量。

(3)線圈長(zhǎng)度。線圈長(zhǎng)度是指一個(gè)線圈所具有的長(zhǎng)度，由針編弧、沉降弧、圈干和延展線組成，是針織物的一項(xiàng)重要物理指標(biāo)。

(4)未充滿系數(shù)。當(dāng)針織物的密度相同，而紗線粗細(xì)不同時(shí)，針織物的緊密程度是不同的。未充滿系數(shù)(δ)是線圈長(zhǎng)度和紗線直徑的比值。

(5)厚度。試驗(yàn)使用手提式織物厚度儀測(cè)量織物不同處的厚度，取其平均值，以毫米(mm)為單位來(lái)表示。

(6)單位面積干燥質(zhì)量。針織物的單位面積質(zhì)量是考核針織物質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，用每平方米干燥針織物的質(zhì)量(g)來(lái)表示。試驗(yàn)裁剪矩形試樣，長(zhǎng)為20 cm、寬為5 cm，在LT-02型天平上稱量。

表1列出了試驗(yàn)所采用織物的各項(xiàng)規(guī)格。

表1 織物規(guī)格表

2.2 織物性能測(cè)試

(1)織物透氣性。采用YG461B型織物中低壓透氣量?jī)x，測(cè)得氣流垂直通過(guò)織物的速率來(lái)表示織物的透氣程度。

(2)織物懸垂性。采用YG811型織物懸垂性測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試?？椢镌接餐?，其懸垂系數(shù)越大。

(3)織物耐磨性。采用Y522型圓盤式平磨儀進(jìn)行測(cè)試。

(4)織物的起毛起球性。采用YG501型起毛起球儀測(cè)定織物的起毛起球性能。利用積極摩擦原理，對(duì)織物試樣摩擦一定轉(zhuǎn)數(shù)，先使織物試樣表面松散、起毛，然后使織物表面所起的毛茸相互糾纏成球。經(jīng)測(cè)試，試樣的起毛起球效果不明顯。

(5)織物的折皺彈性。采用YG541B型織物折皺彈性儀測(cè)試。

(6)織物的抗靜電性。采用M401型感應(yīng)式靜電測(cè)試儀測(cè)試，試驗(yàn)時(shí)加6 kV高壓，倍率為0.1。通過(guò)測(cè)試試樣所帶的靜電電壓和高壓消除后織物所帶電壓的衰退時(shí)間，來(lái)比較織物的抗靜電性能。

(7)織物的撕裂強(qiáng)度。使用YG026B型電子織物強(qiáng)力機(jī)，采用單縫法測(cè)試織物的撕裂強(qiáng)力。

(8)織物的拉伸強(qiáng)度。采用YT010-3000型綜合強(qiáng)力機(jī)測(cè)試。將長(zhǎng)度為30 cm、寬度為5 cm的若干試樣的一部分夾持到夾鉗內(nèi)，并以恒定的伸長(zhǎng)速率拉伸。

(9)織物的頂破強(qiáng)度。采用Y631型彈子頂破強(qiáng)力機(jī)測(cè)試。

(10)織物的彎曲剛度。采用Siro FAST風(fēng)格儀測(cè)試織物的彎曲剛度。彎曲剛度值大，織物手感剛硬;彎曲剛度值小，織物手感柔軟、彈性好。

表2列出了所測(cè)試織物的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

表2 織物的性能指標(biāo)

3 汽車內(nèi)飾用面料的性能分析

運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)數(shù)學(xué)分析方法對(duì)上述試樣性能的測(cè)試結(jié)果作進(jìn)一步分析。由于透氣性和耐磨性這兩項(xiàng)性能指標(biāo)對(duì)汽車用座椅織物的舒適性和耐用性最為重要，因此通過(guò)計(jì)算找出織物的規(guī)格性能與透氣性、耐磨性之間的關(guān)聯(lián)性，最終分析出影響織物透氣性和耐磨性的主要因素。

3.1 灰色關(guān)聯(lián)法

灰色系統(tǒng)理論中的灰色關(guān)聯(lián)分析方法可在不完全信息中，對(duì)于要分析研究的各因素，通過(guò)一定的數(shù)據(jù)處理，在隨機(jī)的因素序列間找出它們的關(guān)聯(lián)性，從而找到主要影響因素［9］。灰色關(guān)聯(lián)法提出了關(guān)聯(lián)度分析的概念，關(guān)聯(lián)度是對(duì)兩因素之間關(guān)聯(lián)性大小的量度，為［0，1］區(qū)間內(nèi)變化的量。它能夠定量地比較系統(tǒng)間各因素隨時(shí)間變化的情況，用它們變化的大小等接近程度衡量各因素與相比較因素的關(guān)聯(lián)性大小。關(guān)聯(lián)度越接近1，說(shuō)明兩因素的相似程度越大;反之，關(guān)聯(lián)度越接近0，兩者的相似程度越小。在本文中，影響織物透氣性和耐磨性的因素有很多，各因素間的關(guān)系相互影響、相互制約，存在著不確定性。因此采用灰色關(guān)聯(lián)分析法，就可以把織物的透氣性和耐磨性分別看作是一個(gè)部分信息已知、部分信息未知或不完全明確的灰色系統(tǒng)。

灰色關(guān)聯(lián)分析的步驟為:定義各變量→確定原始數(shù)據(jù)→原始數(shù)據(jù)預(yù)處理，做初值計(jì)算→計(jì)算母序列與子序列差的絕對(duì)值，并從中選出最大和最小值，求得關(guān)聯(lián)度→計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)→從大到小排序，求出關(guān)聯(lián)序→對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析討論。

3.2 數(shù)據(jù)處理和分析

3.2.1 透氣性分析

透氣率與其他因子的關(guān)聯(lián)序計(jì)算過(guò)程如下:

(1)定義各變量。X1～X8的定義見(jiàn)表3。

(2)確定原始數(shù)據(jù)。如表3所示。

(3)原始數(shù)據(jù)預(yù)處理。利用下列公式進(jìn)行初值計(jì)算:

(4)利用下列公式計(jì)算每個(gè)測(cè)試點(diǎn)上母序列與各子序列差的絕對(duì)值。母序列為X'1(k)，其余各行為子序列:

表3 原始數(shù)據(jù)

(5)利用下列公式求得關(guān)聯(lián)度。結(jié)果如表4所示。

式中:m——表5中的最小值0;

M——表5中的最大值6.130 850;

ε——分辨系數(shù)。

(6)將關(guān)聯(lián)度按從大到小降序排列，可得到關(guān)聯(lián)序?yàn)?

X16＞X4＞X17＞X7＞X12＞X9＞X6＞X2＞X10＞X18＞X14＞X5＞X3＞X15＞X8＞X13＞X11。

表4 透氣率關(guān)聯(lián)度

變量X1(透氣率)與其他因素的關(guān)聯(lián)系數(shù)為:G(1，2)=0.864 026、G(1，3)=0.840 972、G(1，4)=0.887 833、G(1，5)=0.842 131、G(1，6)=0.866 308、G(1，7)=0.874 258、G(1，8)=0.835 655、G(1，9)=0.867 704、G(1，10)=0.858 250、G(1，11)=0.716 332、G(1，12)=0.870 211、G(1，13)=0.833 432、G(1，14)=0.844 149、G(1，15)=0.836 464、G(1，16)=0.906 389、G(1，17)=0.878 749、G(1，18)=0.851 148。

表5 母序列與各子序列差的絕對(duì)值

(7)結(jié)果分析。通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果可以看出:透氣率和線圈長(zhǎng)度之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)為0.906 389，在所有的關(guān)聯(lián)系數(shù)中最大，說(shuō)明兩者的關(guān)聯(lián)度最大。因此，對(duì)于針織物的透氣性能來(lái)說(shuō)，最主要的影響因素是線圈長(zhǎng)度。

針織物的線圈長(zhǎng)度越大，織物的透氣性能越好，兩者之間的線性關(guān)系顯著。這是因?yàn)榫€圈長(zhǎng)度大，單位面積織物內(nèi)的線圈數(shù)少，織物稀薄，因此透氣性好。

此外，在織物的各項(xiàng)規(guī)格參數(shù)中，未充滿系數(shù)和橫密對(duì)織物的透氣率也有較大的影響。這是因?yàn)槲闯錆M系數(shù)是線圈長(zhǎng)度和紗線直徑的比值，表示織物的緊密程度，故對(duì)透氣性影響較大。而當(dāng)織物厚度基本保持不變時(shí)，隨著密度的增加，織物單位體積內(nèi)的纖維量增加，線圈數(shù)增多，空隙相應(yīng)減少，當(dāng)氣流穿過(guò)織物時(shí)會(huì)遇到更多的阻礙而減少氣流的通過(guò)量，因此透氣性較小。

3.2.2 耐磨性分析

同理求得，變量X3(摩擦轉(zhuǎn)數(shù))與其他因素的關(guān)聯(lián)序?yàn)?X18＞X14＞X8＞X13＞X12＞X15＞X7＞X4＞X6＞X9＞X16＞X17＞X1＞X5＞X2＞X10＞X11。

通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果可以看出:摩擦轉(zhuǎn)數(shù)和織物面密度之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)為0.980 233，在所有關(guān)聯(lián)系數(shù)中最大，說(shuō)明兩者的關(guān)聯(lián)度最大。因此，針織物耐磨性最主要的影響因素是織物的面密度。

織物面密度大的織物耐磨性好，這是因?yàn)榭椢锏膯挝幻娣e質(zhì)量大，紗線線密度高，紗線粗。由于較粗紗線所含有的纖維根數(shù)多，在磨損時(shí)需要有更多根的纖維斷裂后紗線才解體;并且相對(duì)于較細(xì)紗線而言，較粗紗線表面層的纖維根數(shù)較多，應(yīng)力分布均勻，因此織物的耐磨性能好。

在織物的各項(xiàng)規(guī)格參數(shù)中，除織物面密度和紗線線密度外，密度和厚度對(duì)織物的耐磨性也有較大的影響。針織物的密度增加，線圈長(zhǎng)度減小，織物表面的支持面增大，接觸面上的局部摩擦應(yīng)力相對(duì)減小，因此織物的耐磨性提高?？椢锖穸鹊脑黾佑欣谀湍バ阅艿奶岣撸谀p初期，織物表面的纖維出現(xiàn)彎曲疲勞，同時(shí)有少量纖維被抽拔出來(lái)，致使織物表面絨毛增多，厚度增加;磨損中期，一些纖維勾拉斷裂從織物表面脫落，厚度略微下降;在磨損后期，大量纖維被抽出、磨斷，使織物變薄。

4 結(jié)語(yǔ)

汽車用座椅面料日趨多樣化、個(gè)性化，而針織物仍是汽車內(nèi)飾面料的主流。選擇典型的汽車用座椅針織物，測(cè)試了其各項(xiàng)規(guī)格參數(shù)和性能指標(biāo)。由于織物的透氣性和耐磨性對(duì)汽車座椅面料的舒適性和耐用性極為重要，本文采用灰色關(guān)聯(lián)數(shù)學(xué)方法進(jìn)行了分析。對(duì)針織物透氣性能影響最大的是線圈長(zhǎng)度，對(duì)耐磨性影響最大的是織物面密度。

消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品性能和外觀的要求越來(lái)越高，對(duì)于和汽車配套使用的紡織品而言，安全性、舒適性、功能性和環(huán)保性是汽車用紡織品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的方向。

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