汽車座椅面料的熱舒適性研究*

廣州纖維產(chǎn)品檢測研究院， 廣東 廣州 511447

隨著我國汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車的普及率持續(xù)增高，汽車座椅占據(jù)了汽車大部分的內(nèi)部空間，它是與駕駛員、乘坐人員最直接接觸的部件，受到了人們的特別關注和評價[1]。

目前，國內(nèi)在汽車座椅方面的研究主要針對人體工學測量，即研究座椅的軟、硬、角度等方面，強調(diào)座椅的舒適度，根據(jù)人體舒適坐姿的要求和人體的測量數(shù)據(jù)優(yōu)化設計座椅結構、尺寸及調(diào)整參數(shù)[2-6]。對座椅熱舒適性方面的研究相對較少，但座椅的熱舒適性是一個不可忽略的問題。

人體處于坐姿狀態(tài)時，與汽車座椅的接觸面積接近人體表面積的一半，座椅的熱舒適性直接影響駕駛員、乘坐人員的心情，嚴重時甚至可能導致皮膚疾病的發(fā)生[7-8]。譬如在炎熱的夏季，當汽車經(jīng)長時間的日光曝曬后，車內(nèi)溫度陡然升高，汽車座椅表面發(fā)燙，此時人體坐上去就會產(chǎn)生燙覺，若座椅不透氣、不利于汗液排除，長時間坐著會產(chǎn)生濕熱等不舒適感[9]；在寒冷的冬季，車內(nèi)溫度隨著外界氣溫降低而持續(xù)下降，若座椅的導熱系數(shù)較高，人體坐上去時會感覺到冰涼。研究表明，舒適的座椅能夠降低駕駛員的疲勞度，減少事故的發(fā)生，減輕意外傷害。因此，從健康舒適及交通安全的角度看，研究座椅熱舒適性是十分必要的[10-12]。

1 試驗

本試驗選取針織、機織和皮革三種類型的汽車座椅面料共31種作為樣品，其中針織類12種、機織類10種、皮革類9種。大部分樣品為三層結構，第一層為表層織物，中間層為聚氨酯(PU)泡沫片材，第三層為底布；也有部分樣品由表層(織物)+中間層(泡沫)構成，少數(shù)樣品為單層(皮革)。樣品基本參數(shù)見表1。

表1 樣品基本參數(shù)

續(xù)表

1.1 光照升溫測試

由于汽車座椅表面材料的熱學性能不同，在炎熱的夏季，經(jīng)光照后座椅表面溫度的上升幅度也不同，有的升溫不明顯，而有的升溫很明顯。為模擬夏季太陽光照射汽車座椅，本試驗搭建了一套模擬裝置，用于測試汽車座椅面料的光照升溫，其測試原理如圖1所示。該裝置配有溫度計和射燈(模擬光源，220 V、 450 W)，結合夏季室外太陽光強度與模擬光源照度，設定射燈與樣品的距離(h)為70 cm，白色PU泡沫板為載樣臺，樣品鋪于載樣臺上。記錄樣品初始溫度后打開射燈進行照射[13]，每隔一段時間測試樣品表面溫度并記錄。

圖1 光照升溫測試原理示意

為確定最佳光照時間，選取針織類9#樣品，連續(xù)測試1 h，測試結果如圖2所示。

圖2 針織類9#樣品光照時間-表面溫度曲線

從圖2可以看出，樣品表面溫度在光照時間5 min內(nèi)迅速升高；之后，隨著光照時間的延長，表面溫度的上升緩慢；當光照時間達20 min后，表面溫度的上升更緩慢，基本趨于穩(wěn)定。因此，本試驗選擇光照時間為30 min。具體的測試結果見表2。

1.2 接觸冷暖感測試

接觸冷暖感采用KES-F7(THERMO LABO Ⅱ)型冷暖感測試儀進行測試，熱板溫度為35.0 ℃、冷板溫度為20.0 ℃，測量樣品的最大瞬態(tài)熱流量qmax。較大的qmax值對應冷感，較小的qmax值對應暖感[14]。具體的測試結果見表2。

1.3 厚度和透氣率測試

厚度按照GB/T 3820—1997《紡織品和紡織制品厚度的測定》進行測試，采用YG(B)141D型數(shù)字式織物厚度儀，壓腳面積為2 000 mm2，加壓壓力為200 cN，每種樣品測試10次，取其平均值為測試結果。透氣率按照GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》進行測試，采用FX3300Ⅲ織物透氣性測試儀，測試壓差為200 Pa、孔徑為20 cm2，測試時接觸人體皮膚面朝上，每種樣品測試5次，取其平均值為測試結果。樣品厚度及透氣率測試結果見表2。

表2 樣品的光照升溫、qmax、厚度及透氣率測試結果

續(xù)表

2 試驗結果與討論

2.1 光照升溫

為研究樣品厚度對光照升溫的影響，根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)，以針織類樣品為例，作樣品厚度-光照升溫的散點圖，如圖3所示。

圖3 針織類樣品厚度-光照升溫散點圖

從圖3可以看出，樣品厚度與光照升溫之間沒有明顯的規(guī)律性，厚度大的樣品其光照升溫不一定高，也就是說樣品厚度對其光照升溫的影響較小，由此推測樣品光照升溫主要由樣品材質(zhì)決定。

為分析三種不同類型的汽車座椅面料的光照升溫，根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)，繪制三類樣品的光照時間-光照升溫曲線，分別如圖4～圖6所示。

圖4 針織類樣品的光照時間-光照升溫曲線

圖5 機織類樣品的光照時間-光照升溫曲線

從圖4～圖6可以看出，三種類型的汽車座椅面料的變化趨勢基本相同。在最初的5 min內(nèi)，升溫速度較快；光照時間在5～20 min，升溫速度較慢；光照時間在20～30 min，溫度變化基本趨于穩(wěn)定。針織類樣品的光照升溫分布在45.0～55.0 ℃，結合人體主觀評價，這是人體可接受的；機織類樣品的光照升溫分布在45.0～70.0 ℃，其中深色樣品的光照升溫在70.0 ℃左右、淺色樣品的光照升溫在50.0 ℃左右；皮革類樣品的光照升溫分布在55～95.0 ℃。相比較而言，經(jīng)光照后，皮革座椅面料的溫度上升幅度最大，機織座椅面料次之，針織座椅面料的溫度上升幅度普遍較低。由此可見，皮革座椅在夏季高溫條件下經(jīng)太陽光照射后易發(fā)燙，尤其是深色皮革座椅，經(jīng)光照后其表面溫度能達到90.0 ℃左右，人體坐上去時燙感較強，極不舒適，針織座椅較適合夏季使用。

2.2 接觸冷暖感

為研究樣品厚度對其接觸冷暖感的影響，根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)，以機織類樣品為例繪制樣品厚度-qmax散點圖，如圖7所示。

圖7 機織類樣品厚度-qmax散點圖

從圖7可以看出，厚度為6.00 mm左右的樣品，其qmax值分布在0.06～0.20 J/(cm2s)。由此可見，樣品厚度對其接觸冷暖感的影響不顯著。

為了更直觀地比較三種類型的汽車座椅的接觸冷暖感，根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)，將三類樣品的qmax測試結果繪制成曲線，如圖8所示。

圖8 三類樣品的qmax測試結果

從圖8可以看出，針織類、機織類樣品的qmax測試結果均分布在0.08～0.17 J/(cm2s)，皮革類樣品的qmax測試結果分布在0.20～0.50 J/(cm2s)。由此可見，皮革座椅的接觸冷暖感值明顯大于針織、機織座椅，說明在冬季氣溫較低的環(huán)境中，人體與皮革面料接觸時容易產(chǎn)生冷感，而與針織、機織面料接觸時相對容易產(chǎn)生溫暖的感覺，與針織起絨面料接觸時能產(chǎn)生更溫暖的感覺。

2.3 透氣率

由表2可知，三種類型的汽車座椅面料的樣品厚度分布在3.00～11.00 mm，差異較大，這主要是由泡沫厚薄不同造成的。樣品厚度與其透氣率無相關關系，針織類樣品中，厚度為11.00 mm的2#的透氣率達到629.40 mm/s，但厚度為3.58 mm的4#的透氣率僅為94.10 mm/s。由此可以推測，汽車座椅面料的透氣率主要由其各結構層共同決定。

為了更直觀地比較三種類型的汽車座椅面料的透氣率，根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)，將其樣品的透氣率測試結果繪制成曲線，如圖9所示。

圖9 三類樣品的透氣率測試結果

從圖9可以看出，皮革類樣品的透氣率最低，尤其是4#、 5#、 8#、 9#，基本不透氣，若在夏季濕熱環(huán)境中使用，易使駕駛員、乘坐人員產(chǎn)生非常不舒適的感覺。相比較而言，針織、機織類樣品的透氣率較高。針織類樣品中，1#、 10#、 11#的透氣率均超過1 000.00 mm/s，尤其是1#的透氣率接近2 000.00 mm/s，這主要是因為它的表層織物及泡沫層的孔隙較多；機織類樣品中，6#、 7#、 9#的透氣率在900.00 mm/s左右。但針織類樣品中的3#、 4#及機織類樣品中的10#的透氣性較差，分析它們的結構，發(fā)現(xiàn)它們的泡沫層的孔隙比較多、較透氣，但是表層織物結構均較緊密、孔隙少，阻礙了空氣的流通。

3 結論

汽車座椅的熱舒適性是其舒適性的一個重要方面。通過對針織、機織、皮革三種不同類型的汽車座椅面料的光照升溫、接觸冷暖感、透氣率進行測試，發(fā)現(xiàn)光照升溫測試結果為皮革座椅面料>針織和機織座椅面料，接觸冷暖感測試結果為皮革座椅面料>針織和機織座椅面料，透氣率測試結果為針織和機織座椅面料>皮革座椅面料。故綜合地看，針織和機織座椅面料在熱舒適性方面比皮革座椅面料具有明顯優(yōu)勢。