汽車座椅PVC面料打孔設計對面料力學性能影響分析

摘要：汽車座椅PVC 面料在打孔后，既要滿足設計要求，又要滿足力學性能要求。本文通過對某PVC 面料常規打孔設計后的拉延強度以及撕裂強度兩項性能進行測試，不同孔徑與孔距在多種排列組合情況下，PVC 面料是否滿足試驗標準。根據本次試驗結果，得出相應結論，并規避設計無法實現量產的問題。

關鍵詞：汽車座椅；PVC 面料；打孔設計；拉延強度；切口撕裂強度；力學性能

中圖分類號：U463.83+6 文獻標識碼：A

0 引言

汽車座椅PVC 面料打孔設計，作為汽車座椅設計中的重要元素，可以在整車設計方案中體現設計師的風格意圖，同時在動靜態感知中，也有良好的表現，例如視覺感觀、座椅通風、皮革手感和氣味等。隨著大眾審美的不斷提升以及對汽車認知概念的不斷更新，各大主機廠對汽車審美也一直在提高?，F如今客戶在選購汽車時，造型設計逐漸成為汽車購買的重要參考點之一。

座椅的設計在整個汽車內飾造型設計中，起到了關鍵作用。有數據表明，人們在觀察某一物體時，前20 s 給人最直接視覺傳達就是大面積色塊搭配；在20 s 后的視覺感官中，細節的設計尤為的加分，而座椅的色塊搭配正好占據了設計中的絕大部分。所以在前期設計過程中，皮革面料的孔型設計，便成為了座椅外觀設計的其中一個重要因素[1]。

皮革打孔設計對皮革本身的力學性能是一種考驗，也可以稱作是一種“破壞性工藝”。其考驗的是皮革在打孔后，是否既能夠滿足設計要求，也能夠滿足車企車規等力學性能要求。為了驗證皮革面料在不用孔型條件下，是否能夠滿足企業標準和力學性能要求，本文作者以常規孔型設計為基礎，孔徑、孔距為變量進行排列組合。通過拉延強度、切口撕裂強度兩項力學性能試驗進行驗證，不同孔型條件是否符合標準，并得出最終結論。

1 實驗材料

本文研究所使用的PVC 面料所有試樣，由同一供應商提供，采用同一種生產工藝。PVC 試樣符合市面上大部分企業標準的配方，僅改變打孔參數 [2]。

孔徑是指孔的直徑；孔距指的是2 個孔的中心距，即第一個孔的中心到第二個孔中心的距離（圖1）。為了保證試驗樣品能夠覆蓋更多的孔型設計方案，將孔徑與孔距的選擇范圍，設立在常規與非常規2 種條件之間進行排列組合。孔徑參數范圍：0.7 ～ 1.4 mm ；孔距參數范圍：4.0 ～ 7.0 mm。

（1）常規范圍：孔徑為0.9 ～ 1.2 mm ；孔距為5.0 mm和6.0 mm。

（2）非常規范圍分為上下限值。上限孔徑：1.3 mm、1.4 mm，上限孔距：7.0 mm ；下限孔徑：0.7 mm 和0.8 mm，下限孔距：4.0 mm。

孔徑和孔距的選擇排列組合方式有2 種，分別為同一種孔徑與不同孔距進行排列，以及同一種孔距與不同孔徑進行排列，共得出32 種組合[3]。

2 試驗方法

2.1 拉伸強度

拉伸強度是指材料在受到拉伸力作用下所能承受的最大應力值。在工程設計和材料選擇中，拉伸強度是一個非?？傊匾膮担苯佑绊懖牧系氖褂脡勖桶踩阅?。拉延強度測試依據通用汽車世界范圍工程標準GMW3010-2014 Code H 斷裂加載力測試進行。測試參數如下。

測試拉伸方向：垂直機械方向≥ 200 N ；試樣尺寸：260.0 mm×50.0 mm，縱向、橫向各取3 個樣片，取樣以面料經緯向為基準（圖2），橫向為平行于緯向，縱向為平行于經向；實驗室環境：環境溫度為（22±3）℃ ，環境濕度為（50±5）%RH；測試速度：以（100.0±5.0）mm/min 條件下的試驗速率進行拉伸，試驗始標距為 100.0 mm ；預置應力：5 N。

2.2 切口撕裂強度

切口撕裂強度是指在拉伸過程中，材料在斷裂前所承受的最大拉力。它是衡量材料抗撕裂性能的一項重要指標，通常用于評價紙張、織物和皮革等柔性材料的品質。切口撕裂強度依據ISO13937-2-2000《紡織品. 織物撕破特性. 第2 部分： 褲形試樣撕破強力的測定（單舌法）》進行測試。測試參數如下。

拉伸方向：垂直機械方向≥ 2 0 N ；試樣尺寸：50.0 mm×200.0 mm，縱向、橫向各取3 個樣片，取樣以面料經緯向為基準，橫向為平行于緯向，縱向為平行于經向；實驗室環境：環境溫度為（22±3）℃ ，環境濕度為（50±5）%RH；測試速度：以100.0 mm/min 的速度拉伸直至斷裂；切口要求：從寬度中心開始做一個長度為100.0 mm 的縱向夾縫，在試樣的末切端初標記撕裂結束25.0 mm，以指測試結束時撕裂的位置（圖3）。

3 實驗結果與分析

3.1 同孔距不同孔徑的實驗結果

將變量設定為孔距不變，孔徑遞增進行測試?？拙喾謩e為0.7 mm、0.6 mm、0.5 mm 和0.4 mm 的測試結果如表1 ～表4 所示。

從試驗數據可知，相同配方的PVC 面料，孔距不變，孔徑由0.7 mm 遞增至1.4 mm。隨著孔徑的遞增，PVC 面料所承受的拉力呈現出遞減狀態。根據試驗標準，在打孔后橫向與縱向最小承受力要求≥ 200 N，據此統計，表1 ～表4 中標注為紅色的數據則是失敗組合。也就是說， 7.0 mm 孔距條件下合格率達到100% ；6.0 mm 孔距條件下，除1.3 mm 孔徑與1.4 mm 孔徑組合失敗外，合格率達到75% ；而5.0 mm 孔距失敗較多，合格率僅有25% ；4.0 mm 孔距條件下則全部失敗[4]。

3.2 同孔徑不同孔距的拉伸強度的實驗結果

變量設定為孔徑不變，孔距遞增進行測試?？讖椒謩e為0.7 mm、0.8 mm、0.9 mm、1.0 mm、1.1 mm、1.2 mm、1.3 mm 和1.4 mm 的測試結果如表5 ～表12 所示。

根據試驗數據可知，相同配方的PVC 面料孔徑不變，孔距由4.0 mm 遞增至7.0 mm，隨著孔距的遞增，PVC 面料所承受的拉力也呈現出遞增狀態。根據試驗標準，在打孔后橫向與縱向起始拉伸力要求≥ 200 N，據此進行統計，表5 ～表12 中標注紅色的數據則為失敗組合。經統計，0.7 mm 和0.8 mm 孔徑條件下合格率最高達到75% ；0.9 mm、1.0 mm、1.1 mm 和1.2 mm孔徑條件下合格率為50% ；1.3 mm 和1.4 mm 孔徑條件下，合格率僅為25%。

3.3 切口撕裂強度試驗結果

分別在每一種孔距條件下進行不同孔徑的切口撕裂強度試驗，試驗結果如表13 所示。根據切口撕裂強度試驗數據可知，試驗結果的合格率極高，32 組數據中，合格率達到90%。失敗的組合集中在4 mm 孔距，孔徑分別為1.2 mm、1.3 mm 和1.4 mm，而孔徑和孔距均為極限取樣值[5]。

4 實驗結論

本文通過某座椅PVC 面料打孔設計對力學性能影響的試驗研究，可以得到以下結論。

（1）孔間距是對打孔面料拉力值合格率產生影響的關鍵因素。試驗數據顯示，在相同孔間距組合范圍條件下，孔徑由小到大逐步遞增，則拉力值數據整體呈遞減趨勢。合格的樣片集中在6.0 mm和7.0 mm 孔間距的組合范圍中，而4.0 mm 和5.0 mm 的組合合格率卻是不到半數。由此可知，孔間距數值的大小是決定面料是否合格的重要因素。所以在實際設計中，PVC 面料打孔的孔間距越大，所能承受的拉力值也就越大，合格率也就越高。

（2）在相同孔徑不同孔間距的組合中，孔距的變化由小到大為逐步遞增，拉力值的測試結果也為遞增狀態，其中1.2 mm 以下孔徑組合合格率可以達到50%。由此可知，隨著孔間距逐步變大，面料的合格率也逐步降低。那么可以得出，在相同孔徑的狀態下，孔間距越大，面料所能承受的拉力值也就越小。換言之，越大的孔距對面料表面的破壞程度也就越大，因此面料本身對拉力的承受能力便會隨之下降。但是就合格率而言，孔徑的大小對面料本身并沒有起到決定性作用，而孔間距的數值大小，依然是影響面料拉伸強度是否合格的重要因素。

（3）試驗數據顯示，面料在切口以后所呈現的狀態趨勢同拉伸強度結果相似，對面料所能承受拉力值影響的因素，同樣是孔距越大拉力值越大，孔徑越大拉力值越小。但根據以上切口撕裂強度試驗結果表明，樣片合格率達到90%，其中不合格的樣片為僅3組極限值組合。這說明在常規打孔設計組合中，孔徑和孔間距的大小對面料受到撕裂或切割后，不會因為打孔而遭受到更大的破壞。

（4）此次打孔試驗的孔型組合均為常規循環孔型。如在設計中遇到非循環組合，或通過打孔呈現大面積花型圖案的設計案例，則需要在整個面料打孔覆蓋面積中，選取孔徑最大、孔間距最小的一部分進行取樣試驗，試驗的最終結果可以覆蓋整個面料。

5 結束語

在汽車座椅造型設計中，打孔作為汽車內飾設計中的重要元素，某種意義上也是設計趨勢走向的重要信號?，F階段孔型設計不單只局限于常規孔型，大面積圖案定位循環或小花型的定位循環也逐漸成為趨勢。無論是國產品牌還是合資品牌，甚至一些將傳統設計作為家族標志的，也開始尋求突破。非常規孔型的設計不斷地涌出，對PVC 面料的特性以及生產工藝的要求也越來越高，同時對PVC 面料配方的改進也會隨著設計的變遷而不斷地提升。

【參考文獻】

[1] 唐國強 汽車座椅造型設計研究[M]，汽車與車輛， 2017.

[2] 徐樹峰， 吳先毅， 李銘儀， 等. 座椅PVC 面料的氣味性能對整車嗅覺感官品質的影響[J]. 汽車零部件，2021（06）：9-14.

[3] 李德群， 黃志高. 塑料注射成型工藝及模具設計[M].（第2 版）. 北京：機械工業出版社，2012.

[4] 李彬， 黃江玲， 謝靜雅， 等. 汽車座椅PVC 革耐磨性影響因素研究[J].皮革科學與工程，2019，29（04）：40-43.

[5] 李彬， 熊芬， 胡玉潔， 等. 汽車座椅PVC 革柔軟度影響因素研究[J]. 皮革科學與工程，2021，31（05）：25-27+38.

作者簡介：

王碩，本科，工程師，研究方向為汽車軟材質。