三維經(jīng)編間隔結(jié)構(gòu)汽車坐墊織物的抗壓縮疲勞性能

張曉會， 楊大偉， 馬丕波， 繆旭紅(江南大學 教育部針織技術(shù)工程研究中心， 江蘇 無錫 214122)

三維經(jīng)編間隔結(jié)構(gòu)汽車坐墊織物的抗壓縮疲勞性能

張曉會， 楊大偉， 馬丕波， 繆旭紅
(江南大學 教育部針織技術(shù)工程研究中心， 江蘇 無錫 214122)

為研究三維經(jīng)編汽車坐墊的抗壓縮疲勞性能，選擇芳砜綸作為織物表面層的原料，聚偏氟乙烯作為織物間隔層的原料，通過平紋、六角和菱形網(wǎng)孔3種表面層組織的不同組合，設(shè)計了4種組織結(jié)構(gòu)方案，并通過對織物厚度的調(diào)節(jié)，對6塊織物試樣進行抗壓縮疲勞性能測試，比較分析各織物的抗壓縮疲勞曲線及壓縮疲勞后的破壞形態(tài)，探討織物抗壓縮疲勞性能影響因素。結(jié)果表明：表面層組織結(jié)構(gòu)越密實，間隔絲的固著程度越高，織物所能承受的載荷越大，其抗壓縮疲勞性能越好；在一定范圍內(nèi)，隨著織物厚度的增加，織物的抗壓縮疲勞性能增強。

經(jīng)編間隔織物； 汽車坐墊； 芳砜綸； 聚偏氟乙烯； 壓縮性能

汽車坐墊織物是汽車裝飾性和功能性材料中至關(guān)重要的一部分，在交通工具用紡織品領(lǐng)域內(nèi)占重要的地位。傳統(tǒng)的汽車坐墊主要以軟質(zhì)聚氨酯泡沫為原料。聚氨酯泡沫以其經(jīng)濟耐用和良好的緩沖與減震特性而備受歡迎，已經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)，幾乎完全占據(jù)了汽車坐墊的市場。

經(jīng)編間隔織物優(yōu)異的壓縮性能決定了其在襯墊材料方面的巨大發(fā)展?jié)摿?。姚淵鋒等[1-2]比較了經(jīng)編間隔織物和海綿作為汽車坐墊的性能，并分析了二者的壓縮曲線，指出經(jīng)編間隔織物在作為汽車坐墊方面所具有的優(yōu)勢。繆旭紅[3]在研究經(jīng)編間隔織物時，對間隔織物在汽車座椅的應(yīng)用方面也作了詳細的描述。Ye等[4]也研究了經(jīng)編間隔織物在汽車坐墊中的應(yīng)用，重點探討了間隔織物的壓縮性能，并與聚氨酯泡沫進行了對比分析，突出了間隔織物的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。

聚氨酯泡沫生產(chǎn)過程會造成環(huán)境的污染且不利于人體健康，而經(jīng)編間隔織物性能優(yōu)越，在作為襯墊材料方面存在著巨大的發(fā)展?jié)摿Γ蔷郯滨ヅ菽?海綿)的良好替代品[5]。目前有關(guān)間隔結(jié)構(gòu)汽車坐墊的理論研究尚未發(fā)展成熟，還沒有實現(xiàn)市場化的大規(guī)模生產(chǎn)。本文基于三維經(jīng)編間隔結(jié)構(gòu)，以芳砜綸和聚偏氟乙烯為原料織造汽車坐墊織物，通過組織工藝與抗壓縮性能測試，為其產(chǎn)業(yè)化提供理論參考。

1 經(jīng)編間隔結(jié)構(gòu)汽車坐墊的設(shè)計

1.1 原料選擇

圖1 織物正面實物圖Fig.1 Front of actual knitted fabrics produced from stitch patterns. (a) Structure a; (b) Structure b; (c) Structure c; (d) Structure d

本文實驗采用芳砜綸(PSA)編織間隔織物的表面層，聚偏氟乙烯(PVDF)編織織物的間隔層。其中，聚偏氟乙烯的阻燃性能優(yōu)良，燃燒時無熔滴現(xiàn)象，是良好的阻燃材料。詳細的原料規(guī)格如表1所示。

表1 原料規(guī)格Tab.1 Specifications of materials

1.2 組織設(shè)計

對經(jīng)編間隔織物進行組織設(shè)計，從表面層組織類型和間隔絲排列2方面考慮。

經(jīng)編間隔織物常見的織物表面類型有平紋型、網(wǎng)孔型和花紋型[6]。本文實驗所用的間隔織物用于汽車坐墊，所以選擇了工藝較為簡單的平紋型和網(wǎng)孔型結(jié)構(gòu)。

結(jié)合汽車坐墊壓縮性能的要求，選擇V型排列作為間隔絲的結(jié)構(gòu)[7]。與間隔絲平行排列相比，織物受到縱向外力時，間隔絲交叉配置、相互牽制，織物因間隔絲的不倒伏而增強了壓縮回彈性；與平行交叉型排列相比，V型排列節(jié)省原料，減少成本，避免了面密度過大的問題，降低了織造難度。

設(shè)計了4種組織結(jié)構(gòu)的織物，用以比較表面層組織結(jié)構(gòu)對間隔織物壓縮性能的影響，并就組織d的工藝進行了脫圈板隔距方面的調(diào)整，用以比較織物厚度對間隔織物壓縮性能的影響。表2示出各織物的規(guī)格。圖1、2示出各織物的實物圖。

表2 4種組織的表面結(jié)構(gòu)Tab.2 Weave structures weave structures of four fabrics

1.3 經(jīng)編機參數(shù)

根據(jù)原料的性能和參數(shù)，確定織造機器選用機號為E12的雙針床拉舍爾經(jīng)編機，機型為RD6N。

2 織物壓縮性能測試與結(jié)果分析

2.1 實驗方法

圖2 織物反面實物圖Fig.2 Back of actual knitted fabrics produced from stitch patterns. (a) Structure a; (b) Structure b; (c) Structure c; (d) Structure d

根據(jù)FZ/T 01051.2—1998《紡織材料和紡織制品 壓縮性能 第2部分：連續(xù)壓縮特性的測定》中的恒定壓力法，在YF-900型萬能材料儀上進行測試。實驗數(shù)據(jù)記錄與分析軟件為SuperTest。輕壓下壓強為0.1 kPa，坐姿狀態(tài)下所有實驗的重壓設(shè)為50 kPa[8]，測試了6個樣品經(jīng)1 000次重壓后的壓縮性能[9]。

圖3 不同表面層組織類型下試樣的應(yīng)力與應(yīng)變曲線Fig.3 Relationship between Stress and strain under different layers. (a) Before pressing; (b) After 1 000 times pressing

2.2 試樣參數(shù)

根據(jù)上述4種經(jīng)編間隔織物的組織，就其中1種組織的隔距進行調(diào)整，擬定實驗方案探討表面層組織類型和織物厚度對其壓縮性能的影響。試樣的基本參數(shù)如表3所示。

表3 試樣參數(shù)Tab.3 Parameters of samples

2.3 實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

表4示出壓縮實驗測試的結(jié)果。圖3、4分別示出試樣未經(jīng)重壓和經(jīng)過1 000次重壓后的應(yīng)力、應(yīng)變曲線。

表4 壓縮實驗測試結(jié)果Tab.4 Results of compression experiments

圖4 不同厚度條件下試樣的應(yīng)力與應(yīng)變曲線Fig.4 Relationship between stress and strain under different thicknesses. (c) Before pressing; (d) After 1 000 times pressing

傳統(tǒng)間隔織物的壓縮曲線服從胡克定律，包括線性壓縮、塌陷區(qū)的非線性壓縮和致密區(qū)的線性壓縮3個階段[10]。由圖3、4可看出，本文實驗所得曲線第1階段的線性壓縮區(qū)和第3階段致密區(qū)的線性壓縮較為明顯，而第2階段塌陷區(qū)的非線性壓縮較短。原因可能是試樣所用原料與傳統(tǒng)經(jīng)編間隔織物原料的性能不同。芳砜綸選用短纖紗，編織間隔絲的聚偏氟乙烯單絲較為柔軟，壓縮過程中塌陷不明顯；同時間隔絲在壓縮過程中存在“倒伏現(xiàn)象”，所以直接由線性壓縮過渡到壓潰階段。

在未經(jīng)重壓時，間隔織物間隔層單絲排列規(guī)律，呈微彎曲狀態(tài)，基本與表面層垂直；經(jīng)過1 000次重壓后織物間隔層單絲呈現(xiàn)出一定的疲勞性，彎曲并不能完全恢復到原始狀態(tài)。通過測量可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過1 000次重壓后織物的厚度有所減小。

2.4 影響織物壓縮性能的因素分析

2.4.1 表面層組織結(jié)構(gòu)的影響分析

經(jīng)編間隔織物表面層組織類型不同，間隔層單絲兩端的固著程度不同，其壓縮性能會產(chǎn)生差異，所以表面層組織的類型與其壓縮性能密切相關(guān)。本文實驗中試樣1#、2#、3#、4#的間隔絲排列方式和機上橫縱密相同，所以壓縮功與回復功相近。但由于組織結(jié)構(gòu)的不同，壓縮功與回復功仍然存在一定的差別。其中試樣4#的壓縮功與回復功最大，其次是試樣3#和試樣2#，最小的為試樣1#。原因可能是試樣4#的表層結(jié)構(gòu)都為菱形，結(jié)構(gòu)緊密，間隔絲兩端的線圈結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，所以在受到外力作用時，能承受的載荷就越大。

對比試樣1#～4#的組織結(jié)構(gòu)可發(fā)現(xiàn)，以較為密實的組織為表面層結(jié)構(gòu)時，織物的結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性好，間隔層單絲固著程度更高，當間隔層單絲受壓彎曲時，不易側(cè)向倒伏，則織物的壓縮性能更好。分析原因是組織結(jié)構(gòu)較為緊密，受壓后織物變形小，組織點相對不易滑移，間隔層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，織物的壓縮性能和回復性能較佳。

2.4.2 織物厚度的影響分析

試樣4#、5#、6#的組織結(jié)構(gòu)相同，但是厚度不同。從表4可看出，隨著厚度的增大，織物的壓縮功和回復功也隨之增加，織物的壓縮性能越來越好。原因可能是經(jīng)編間隔織物的厚度與柵狀脫圈板距離有關(guān)。柵狀脫圈板距離越大，織物厚度越大，織物定型后的初始彎曲撓度越大。初始彎曲撓度會影響織物的最大支撐效果，因此，在一定范圍內(nèi)，織物厚度的增大會使間隔層更加穩(wěn)定，織物的壓縮性能會得到一定的改善。但是厚度并不是越大越好，如果厚度超過一定的范圍，間隔絲長度過長，就易于傾斜倒伏，織物的使用性降低。同時，隨著厚度的增大，單位面積織物的質(zhì)量增加，織造成本增加，因此，在設(shè)計間隔織物厚度時，不僅要考慮織物的壓縮性能，還要兼顧織物的實用性和成本。

3 結(jié) 論

以芳砜綸和聚偏氟乙烯為原料研究三維經(jīng)編間隔結(jié)構(gòu)汽車坐墊織物的設(shè)計與性能，探討間隔結(jié)構(gòu)織物壓縮性能與其組織以及織物厚度的關(guān)系，得到如下結(jié)論。

1)本文實驗涉及的原料的種類和性能，尤其是紗線的剛度和彈性，與織物的壓縮性能密切相關(guān)。

2)間隔織物的表面層組織對其壓縮性能有一定的影響。織物表面層組織越密實，間隔層越穩(wěn)定，織物的壓縮性能越好。

3)間隔織物間隔層的厚度與織物的壓縮性能密切相關(guān)。在一定范圍內(nèi)，隨著織物厚度的增大，織物間隔層結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，織物的壓縮性能越好。

FZXB

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Compression fatigue resistance of automobile cushion fabric based on three-dimensional warp-knitted spacer structure

ZHANG Xiaohui, YANG Dawei, MA Pibo, MIAO Xuhong
(EngineeringResearchCenterforKnittingTechnology,MinistryofEducation,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China)

Three-dimensional automobile cushion were designed and prepared to study compression fatigue resistance. Spun polysulfonamide yarn was chosen to weave surface layers and polyvinylidene fluoride filament to weave spacer structure. Four kinds of weave structures were designed based on different combinations of plain, hexagonal and diamond weave. And the thicknesses was adjusted on the basis of one structure. Six kinds of samples with different layers and thickness were designed and the compressive properties of the samples were tested. Then, compression fatigue resistance curve and damage pattern were analyzed and compared, and the relevant parameters influencing the compression properties were studied .The result shows that the denser the surface structure is, the better the fixation of spacing filaments, and the heavier load the fabric will support, and the better the compressive properties and in a certain range, the greater the thickness is, the better compressive properties.

warp-knitted spacer fabric; automobile cushion; polysulfonamide; polyvinylidene fluoride; compressive property

2016-06-13

2016-11-28

中國博士后面上項目基金(2016M591767)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金項目(JUSRP51625B)；中國紡織工業(yè)聯(lián)合會應(yīng)用基礎(chǔ)研究項目(J201604)

張曉會(1994—)，女，碩士生。主要研究方向為產(chǎn)業(yè)用針織物結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能。馬丕波，通信作者，E-mail：mapibo@jiangnan.edu.cn。

10.13475/j.fzxb.20160603505

TS 184.3；TS 186.1

A