汽車用座椅面料的應用分析*

吳湘濟 辛斌杰 馬施瓊 張 維

(1.上海工程技術大學服裝學院，上海，201620;2.東華大學情報研究所，上海，200051)

美國、日本、德國等國家的汽車制造工業不論在質量還是產量方面都占有明顯的優勢。目前，國內大眾、通用等汽車廠生產的主要車型的內飾面料早已實現了國產化，而一些高檔轎車仍采用進口面料作為內飾。在汽車用紡織品中，針織類紡織品占總量的60%以上(以經編為主，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。激烈的市場競爭要求紡織品在降低成本的同時提高性能，不同規格及結構的紡織品都有各自特定的優缺點［3-4］。本文選取典型的汽車座椅織物，分析其規格和各項性能指標。

1 汽車用座椅面料的應用分析

典型的座椅為復合型結構，由骨架、填充層和表皮層組成。表皮層是汽車座椅的重點部分，座椅的裝飾主要集中在表皮層，即座椅護套(如圖1所示)，它對座椅起著保護和裝飾作用。

汽車座套材料最早采用的是聚酰胺纖維，現在主要采用聚酯纖維即滌綸，紗線結構有直長絲、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性能，如優良的回彈性、耐磨性、抗靜電、抗起球、抗老化性能等，而滌綸最能滿足要求，其強度和模量高，耐熱性好，能夠抵御紫外線的輻射，具有優良的抗老化性能和尺寸穩定性。

圖1 座椅護套

座椅面料包括機織物及各類針織物和非織造織物［5-6］，其中以針織物居多。因為座椅織物需有一定的彈性和延伸性，而針織物質地厚實、組織柔軟，絨面具有仿真皮風格，易于緊包在座椅上，并具有良好的透氣性和耐磨性，價格也較機織物便宜。最早的針織物多為緯編，而經編產品后來居上。織物主要有拉舍爾雙針床經編割絨、特里毛圈經編絨和圓型緯編織物。拉舍爾雙針床經編割絨固定非常牢，在各種變形下都能保持最適度的覆蓋性，延伸性也好，其毛絨最大的特點就是能夠牢固地固結在地組織上，毛絨的密度大，不容易露底。與經編織物相比，圓型緯編織物具有組織結構選擇廣泛、圖案多變、工藝流程短、生產效率高等特點。

針織絨類織物采用較細、模量較高的纖維原料。經編絲絨織物產品風格高雅華貴，橫縱向的延伸性好，手感好，適合模壓加工工藝的要求，成為中高檔汽車內飾的首選織物面料。日本等國家除了較多使用經編織物以外，機織提花裝飾織物的應用也較多。而非織造布是通過干法成網、濕法成網或紡絲成網，并經過黏合劑黏合、熱黏合或針刺、水刺纏結而成的。

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

2 汽車用座椅面料的測試

2.1 織物規格測試

試驗選擇6個汽車座椅織物試樣，都為滌綸針織面料，除試樣2和試樣3為緯編針織物外，其余均為經編針織物。

試樣測試以下幾項織物規格:織物的密度、紗線線密度、線圈長度、未充滿系數、厚度和織物單位面積的干燥質量。

(1)橫密和縱密。橫密是沿線圈橫列方向50 mm內的線圈縱行數;縱密也稱直密，是沿線圈縱行方向50 mm內的線圈橫列數。試驗采用Y511型織物密度鏡來測定。

(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)上稱取質量。

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

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

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

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

表1列出了試驗所采用織物的各項規格。

表1 織物規格表

2.2 織物性能測試

(1)織物透氣性。采用YG461B型織物中低壓透氣量儀，測得氣流垂直通過織物的速率來表示織物的透氣程度。

(2)織物懸垂性。采用YG811型織物懸垂性測試儀進行測試。織物越硬挺，其懸垂系數越大。

(3)織物耐磨性。采用Y522型圓盤式平磨儀進行測試。

(4)織物的起毛起球性。采用YG501型起毛起球儀測定織物的起毛起球性能。利用積極摩擦原理，對織物試樣摩擦一定轉數，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。經測試，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試。

(6)織物的抗靜電性。采用M401型感應式靜電測試儀測試，試驗時加6 kV高壓，倍率為0.1。通過測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間，來比較織物的抗靜電性能。

(7)織物的撕裂強度。使用YG026B型電子織物強力機，采用單縫法測試織物的撕裂強力。

(8)織物的拉伸強度。采用YT010-3000型綜合強力機測試。將長度為30 cm、寬度為5 cm的若干試樣的一部分夾持到夾鉗內，并以恒定的伸長速率拉伸。

(9)織物的頂破強度。采用Y631型彈子頂破強力機測試。

(10)織物的彎曲剛度。采用Siro FAST風格儀測試織物的彎曲剛度。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列出了所測試織物的各項性能指標。

表2 織物的性能指標

3 汽車內飾用面料的性能分析

運用灰色關聯數學分析方法對上述試樣性能的測試結果作進一步分析。由于透氣性和耐磨性這兩項性能指標對汽車用座椅織物的舒適性和耐用性最為重要，因此通過計算找出織物的規格性能與透氣性、耐磨性之間的關聯性，最終分析出影響織物透氣性和耐磨性的主要因素。

3.1 灰色關聯法

灰色系統理論中的灰色關聯分析方法可在不完全信息中，對于要分析研究的各因素，通過一定的數據處理，在隨機的因素序列間找出它們的關聯性，從而找到主要影響因素［9］。灰色關聯法提出了關聯度分析的概念，關聯度是對兩因素之間關聯性大小的量度，為［0，1］區間內變化的量。它能夠定量地比較系統間各因素隨時間變化的情況，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聯性大小。關聯度越接近1，說明兩因素的相似程度越大;反之，關聯度越接近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，各因素間的關系相互影響、相互制約，存在著不確定性。因此采用灰色關聯分析法，就可以把織物的透氣性和耐磨性分別看作是一個部分信息已知、部分信息未知或不完全明確的灰色系統。

灰色關聯分析的步驟為:定義各變量→確定原始數據→原始數據預處理，做初值計算→計算母序列與子序列差的絕對值，并從中選出最大和最小值，求得關聯度→計算關聯系數→從大到小排序，求出關聯序→對結果進行分析討論。

3.2 數據處理和分析

3.2.1 透氣性分析

透氣率與其他因子的關聯序計算過程如下:

(1)定義各變量。X1～X8的定義見表3。

(2)確定原始數據。如表3所示。

(3)原始數據預處理。利用下列公式進行初值計算:

(4)利用下列公式計算每個測試點上母序列與各子序列差的絕對值。母序列為X'1(k)，其余各行為子序列:

表3 原始數據

(5)利用下列公式求得關聯度。結果如表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。

(6)將關聯度按從大到小降序排列，可得到關聯序為:

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

表4 透氣率關聯度

變量X1(透氣率)與其他因素的關聯系數為: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值

(7)結果分析。通過灰色關聯分析試驗數據的處理結果可以看出:透氣率和線圈長度之間的關聯系數為0.906 389，在所有的關聯系數中最大，說明兩者的關聯度最大。因此，對于針織物的透氣性能來說，最主要的影響因素是線圈長度。

針織物的線圈長度越大，織物的透氣性能越好，兩者之間的線性關系顯著。這是因為線圈長度大，單位面積織物內的線圈數少，織物稀薄，因此透氣性好。

此外，在織物的各項規格參數中，未充滿系數和橫密對織物的透氣率也有較大的影響。這是因為未充滿系數是線圈長度和紗線直徑的比值，表示織物的緊密程度，故對透氣性影響較大。而當織物厚度基本保持不變時，隨著密度的增加，織物單位體積內的纖維量增加，線圈數增多，空隙相應減少，當氣流穿過織物時會遇到更多的阻礙而減少氣流的通過量，因此透氣性較小。

3.2.2 耐磨性分析

同理求得，變量X3(摩擦轉數)與其他因素的關聯序為:X18＞X14＞X8＞X13＞X12＞X15＞X7＞X4＞X6＞X9＞X16＞X17＞X1＞X5＞X2＞X10＞X11。

通過灰色關聯分析對試驗數據的處理結果可以看出:摩擦轉數和織物面密度之間的關聯系數為0.980 233，在所有關聯系數中最大，說明兩者的關聯度最大。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，這是因為織物的單位面積質量大，紗線線密度高，紗線粗。由于較粗紗線所含有的纖維根數多，在磨損時需要有更多根的纖維斷裂后紗線才解體;并且相對于較細紗線而言，較粗紗線表面層的纖維根數較多，應力分布均勻，因此織物的耐磨性能好。

在織物的各項規格參數中，除織物面密度和紗線線密度外，密度和厚度對織物的耐磨性也有較大的影響。針織物的密度增加，線圈長度減小，織物表面的支持面增大，接觸面上的局部摩擦應力相對減小，因此織物的耐磨性提高。織物厚度的增加有利于耐磨性能的提高，在磨損初期，織物表面的纖維出現彎曲疲勞，同時有少量纖維被抽拔出來，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 結語

汽車用座椅面料日趨多樣化、個性化，而針織物仍是汽車內飾面料的主流。選擇典型的汽車用座椅針織物，測試了其各項規格參數和性能指標。由于織物的透氣性和耐磨性對汽車座椅面料的舒適性和耐用性極為重要，本文采用灰色關聯數學方法進行了分析。對針織物透氣性能影響最大的是線圈長度，對耐磨性影響最大的是織物面密度。

消費者對產品性能和外觀的要求越來越高，對于和汽車配套使用的紡織品而言，安全性、舒適性、功能性和環保性是汽車用紡織品設計和開發的方向。

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