汽車頂棚內飾層面料的頂伸變形

易定紅，陳慰來，萬林焰，隋偉東

(浙江理工大學材料與紡織學院，浙江 杭州 310018)

汽車頂棚內飾層面料的頂伸變形

易定紅，陳慰來，萬林焰，隋偉東

(浙江理工大學材料與紡織學院，浙江 杭州 310018)

針對單一的測試二維平面延伸性來表征汽車頂棚內飾層面料適型能力的問題，采用INSTRON5967型萬能材料試驗機對經編起絨織物、起絨類復合織物、海綿類復合織物的頂伸變形能力進行測試，并建立了頂伸長度和頂伸變形率間的幾何模型，計算出不同頂伸力下的頂伸變形率，最終頂棚材料的三維適型能力采用定力下的頂伸變形率來進行評價。結果表明:絨織物的頂伸變形率比起絨類復合織物大，起絨類復合織物的頂伸變形率明顯低于海綿類復合織物，即海綿類頂棚復合面料要優于起絨類，海綿類的三維適型能力更強，而起絨類復合面料的適型能力有待進一步改善。

汽車內飾;適型能力;幾何模型;頂伸變形

隨著生活質量的提高，人們不僅要求汽車內飾美觀大方，而且更加注重其附加的質量控制，要求汽車內飾能適應車體的三維曲面結構［1－2］。目前，常采用單一的測試二維平面延伸性能來表征汽車內飾的適型性能，此方法已被廣泛接受和使用［3］，但是，從三維曲面結構方面來研究汽車內飾面料的適型性能比較少［4－5］，此方法更具實用意義。

本文通過研究不同類型的絨織物、非織造布和復合織物的三維頂伸性能，建立織物頂壓變形的幾何模型來驗證其評價準確性，最終采用定力下的頂伸變形率來評價頂棚材料的三維適型能力。

1 試驗部分

1.1 試樣與儀器

經編起絨織物。結合理論與實際，設計了3種規格的經編起絨織物A1，A2，A3，其穿紗規律如表1所示。

表1 絨織物1，2，3穿紗規律Tab.1 Threading rules of pile fabrics 1，2 and 3

水刺非織造布。采用浙江宏達高科控股有限公司生產的水刺非織造布，用B表示。

起絨織物和非織造布復合織物。經編起絨織物和非織造布復合后所得的起絨類復合織物分別編號為A1B(絨 1+非)、A2B(絨 2+非)、A3B(絨 3+非)。

海綿復合內飾材料。海綿復合內飾材料的厚度為3mm左右，由浙江宏達高科控股有限公司提供。其內部復合所用經編織物的穿紗規律如表2所示，表3示出海綿復合內飾材料結構組合方式。

表2 經編織物1，2穿紗規律Tab.2 Threading rules of warp knitted fabris 1 and 2

表3 海綿復合內飾材料Tab.3 Sponge composite interior materials

儀器:INSTRON5967型萬能材料試驗機(CRE)。

1.2 測試方法

將試樣在恒溫恒濕條件下平衡 24 h，參照GB/T 19976—2005《紡織品 頂破強力的測定 鋼球法》，將試樣裁剪成直徑為8cm的圓形各5塊進行試驗。把試樣夾持在固定基座的圓環試樣夾內，以恒定速度(300mm/min)球形頂桿垂直地頂向試樣，直至試樣頂破為止。夾具內徑為45mm，球直徑為38mm。與此同時，在試樣的頂伸過程中，記錄整個頂伸過程的變形曲線、頂破強力及頂破位移。

測試參數:頂伸長度(指頂伸桿頂端開始接觸試樣往下頂伸至某位置之間的距離);頂伸力(頂伸桿頂伸試樣時的力值);頂破長度(試樣被頂伸至破壞強力時頂伸桿頂進的距離);變形率(夾具內側到頂伸邊緣之間試樣的長度變化百分率［6，11］)。

2 結果與分析

2.1 織物三維頂壓變形的幾何模型

本文采用拉伸強力儀進行頂破試驗，試驗儀器的球形頂珠作用于不同的織物，織物在半球面上的適型與頂破的初始階段類似［8］，因此該試驗可以作為衡量織物三維適型性能的一個參照試驗，且建立織物頂壓變形幾何模型，頂棚材料的三維適型能力直接采用定力下的頂伸變形率來進行評價。

在頂伸過程中，織物是從二維到三維的一個變形，試驗儀器測試的是頂壓深度，即織物在豎直方向的伸長。在實際頂伸過程中，頂壓深度是基于織物的彈性變形率來確定的，故參照文獻［9，10］建立了頂伸長度和頂伸變形率間的幾何模型，如圖1所示。

圖1 織物頂伸變形的幾何模型Fig.1 Geometric model of fabric's top stretching deformation

假設頂壓球的半徑為rmm，織物試樣的測試半徑為Rmm，R＞r(根據所使用的儀器的參數有:r=16mm，R=25mm)，試樣的原始直徑為D0=2R。

根據不同拉伸力下的頂伸長度h，計算頂伸試樣的伸長率ζ。

式中:D1為在某頂伸長度下織物試樣的尺寸;h為頂壓球頂壓的距離即頂伸長度，單位mm;α是OC'與CC'的夾角;β是 CC'與 BC'的夾角;l是 bc'的長度;δ是 OC'與 OB的夾角;φ 是 OO'與 OB'的夾角［11］。

根據式(2)、(3)中的參數，由圖中的頂壓深度與織物試樣及頂球半徑之間的幾何關系，計算出織物在某一頂伸長度下的尺寸:

則織物試樣的伸長率

2.2 試驗結果與分析

經測試得出試樣頂破強力與長度的平均值，結果見表4。

表4 試樣頂破強力與長度平均值Tab.4 Average value of bursting strength and length of samples

由表4可知，絨織物的頂破強力在494 N以上，頂伸長度在16.6mm以上，絨織物復合非織造布后，復合材料的頂破長度略有增加，而頂破強力顯著增加。起絨類復合織物的頂伸長度在18.7mm以上，頂破強力均在1000 N以上，非織造布各個方向具有良好的韌性，對織物的頂破性能有良好的提升作用。C系列的頂伸長度在18.8mm以上，頂破強力在650 N以上，C1的頂破強力要大于C2，但是頂破長度卻要小于C2，C3與C4之間具有同樣的特點。這是因為經編1前梳和中梳選用的經緞組織，而經編2前梳和中梳采用的變化編鏈，經編1的組織相對更緊密，抱合力大，所以C1的頂破強力要大于C2;此外C2因為采用變化編鏈，紗線具有更大的拉伸空間，所以拉伸長度要明顯大于C1。

根據不同頂伸力下的頂伸長度測試結果和建立的頂伸變形幾何模型計算不同頂伸力下的頂伸變形率，根據數據作圖，結果如圖2、3所示。

圖2 絨織物復合前后不同頂伸力下的頂伸變形率Fig.2 Top stretch deformation rates at different top stretch strengths before and after pile fabric combination

圖3 頂棚復合織物定力頂伸變形率Fig.3 Constant top stretch deformation rates of roof composite fabrics

由圖2可知，絨織物試樣的頂伸變形率從3%到14%，絨織物復合非織造布后，頂伸變形率由5%變化到11%左右，變化范圍縮小，且隨著頂伸力的增加，可以看出頂伸變形率有減小的趨勢。因為非織造布是彈塑性體，各個角度方向都具有較好的韌性，絨織物復合非織造布后，受力初始階段非織造布中的固網點群先受較小力伸長，當外力逐漸增加時，克服較大的外力纖維間產生摩擦伸長，隨著外力增大，有的纏結點發生解體，纖維自由滑移。而且復合后織物變厚，所以導致最大頂伸變形率變小。

由圖3可知，起絨類復合織物隨著頂伸力從100 N逐漸增加到400 N，頂伸變形率由5%增加到10%左右。C系列隨著頂伸力增加，頂伸變形率成階梯性增加。C1頂伸變形率由5%增加到11%左右，C2由8%增加到16%左右，C3由6%增加到13%左右，C4由10%增加到19%左右。在C系列中海綿起到鏈接2層面料的作用，海綿具有較高的伸長性和回復彈性，而且對力有較強的緩沖作用，此外非織造布與經編布均具有良好的各向異性，所以C系列的頂伸變形率增幅更明顯，頂伸變形率最大值明顯提高。由于起絨類復合織物采用四梳編織拉絨織物，然后復合非織造布，所以實際效果也有3層結構，說明起絨類復合織物的絨織物其伸長性和回復彈性比海綿弱，才會出現以上結果。綜上所述，C系列的頂伸變形率明顯優于起絨類復合織物，即C系列的三維適型能力更強。

3 結語

1)頂破試驗可以作為衡量織物三維適型性能的一個參照試驗，通過建立織物頂伸長度和頂伸變形率間的幾何模型，用數學的方法來科學衡量織物的三維適型性能。

2)通過對海綿類頂棚復合面料及絨織物類復合面料進行對比分析，得出海綿類頂棚復合材料的頂伸變形率增幅更明顯，頂伸變形率最大值明顯提高，說明海棉類復合材料的三維適型能力更強，具有更好的抗頂破效果，應用于汽車內飾，對汽車頂棚能起到更好的保護作用，而起絨類復合面料在這個方面有待進一步改善，以期替代海棉類頂棚復合材料。

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Study on bursting properties of interior fabric of automobiles roof

YI Dinghong，CHEN Weilai，WAN Linyan，SUI Weidong
(College of Materials and Textiles，Zhejiang Sci-Tech University，Hangzhou，Zhejiang 310018，China)

In order to solve the problem of testing two-dimensional plane extended property to characterize the formability of automobiles roof interior fabric，the INSTRON5967 type universal material testing machine was employed to test the top stretching deformation of warp knitted napped fabric，pile composite fabric and sponge composite fabric.The geometric models of the top length and the top deformation rate were established.It calculated the top stretching deformation rate under different top tensities.The top stretching deformation rate was used to evaluate the three-dimensional formability of car roof interior fabric under a constant force.The results indicate the top stretching deformation rate of pile fabric is bigger than pile composite fabric，the sponges ceiling composite fabrics are superior to the fleece kind which shows the three-dimensional formability of sponges is stronger，and the pile composite fabrics formability remains to be improved.

automobiles roof interior;formability;geometric model;top stretching deformation

TS 959.9

A

10.13475/j.fzxb.20140301704

2014－03－06

2015－01－27

易定紅(1988—)，女，碩士。研究方向為針織新材料和新產品的開發及應用。陳慰來，通信作者，E-mail:wlchen193@163.com。