吴湘济 辛斌杰 马施琼 张 维

(1.上海工程技术大学服装学院，上海，201620;2.东华大学情报研究所，上海，200051)

美国、日本、德国等国家的汽车制造工业不论在质量还是产量方面都占有明显的优势。目前，国内大众、通用等汽车厂生产的主要车型的内饰面料早已实现了国产化，而一些高档轿车仍采用进口面料作为内饰。在汽车用纺织品中，针织类纺织品占总量的60%以上(以经编为主，纬编其次)［1-2］，但非织造布在汽车用纺织品中的使用量正迅速增加。激烈的市场竞争要求纺织品在降低成本的同时提高性能，不同规格及结构的纺织品都有各自特定的优缺点［3-4］。本文选取典型的汽车座椅织物，分析其规格和各项性能指标。

1 汽车用座椅面料的应用分析

典型的座椅为复合型结构，由骨架、填充层和表皮层组成。表皮层是汽车座椅的重点部分，座椅的装饰主要集中在表皮层，即座椅护套(如图1所示)，它对座椅起着保护和装饰作用。

汽车座套材料最早采用的是聚酰胺纤维，现在主要采用聚酯纤维即涤纶，纱线结构有直长丝、假捻丝、空气变形丝和编织拆散丝等。采用涤纶的原因是汽车座椅织物必须具备一定的力学性能，如优良的回弹性、耐磨性、抗静电、抗起球、抗老化性能等，而涤纶最能满足要求，其强度和模量高，耐热性好，能够抵御紫外线的辐射，具有优良的抗老化性能和尺寸稳定性。

图1 座椅护套

座椅面料包括机织物及各类针织物和非织造织物［5-6］，其中以针织物居多。因为座椅织物需有一定的弹性和延伸性，而针织物质地厚实、组织柔软，绒面具有仿真皮风格，易于紧包在座椅上，并具有良好的透气性和耐磨性，价格也较机织物便宜。最早的针织物多为纬编，而经编产品后来居上。织物主要有拉舍尔双针床经编割绒、特里毛圈经编绒和圆型纬编织物。拉舍尔双针床经编割绒固定非常牢，在各种变形下都能保持最适度的覆盖性，延伸性也好，其毛绒最大的特点就是能够牢固地固结在地组织上，毛绒的密度大，不容易露底。与经编织物相比，圆型纬编织物具有组织结构选择广泛、图案多变、工艺流程短、生产效率高等特点。

针织绒类织物采用较细、模量较高的纤维原料。经编丝绒织物产品风格高雅华贵，横纵向的延伸性好，手感好，适合模压加工工艺的要求，成为中高档汽车内饰的首选织物面料。日本等国家除了较多使用经编织物以外，机织提花装饰织物的应用也较多。而非织造布是通过干法成网、湿法成网或纺丝成网，并经过黏合剂黏合、热黏合或针刺、水刺缠结而成的。

在汽车功能增加的同时，座椅的功能要求也在增加。近年来美国通用汽车公司开发了一种全成型座椅套生产新技术，该技术完全依靠CAD/CAM系统来完成。采用三维针织工艺，避免了传统的座椅面料加工过程中所需的裁剪和缝纫工序以及原料的浪费，克服了缝纫操作的困难，赋予了汽车座椅全新的外观。三维弹性网状针织物可用于汽车座椅背后的杂物袋，放置书刊报纸等物品［7-8］。

2 汽车用座椅面料的测试

2.1 织物规格测试

试验选择6个汽车座椅织物试样，都为涤纶针织面料，除试样2和试样3为纬编针织物外，其余均为经编针织物。

试样测试以下几项织物规格:织物的密度、纱线线密度、线圈长度、未充满系数、厚度和织物单位面积的干燥质量。

(1)横密和纵密。横密是沿线圈横列方向50 mm内的线圈纵行数;纵密也称直密，是沿线圈纵行方向50 mm内的线圈横列数。试验采用Y511型织物密度镜来测定。

(2)纱线线密度。在JN-A型精密扭力天平(称量50 mg，分度值0.1 mg)上称取质量。

(3)线圈长度。线圈长度是指一个线圈所具有的长度，由针编弧、沉降弧、圈干和延展线组成，是针织物的一项重要物理指标。

(4)未充满系数。当针织物的密度相同，而纱线粗细不同时，针织物的紧密程度是不同的。未充满系数(δ)是线圈长度和纱线直径的比值。

(5)厚度。试验使用手提式织物厚度仪测量织物不同处的厚度，取其平均值，以毫米(mm)为单位来表示。

(6)单位面积干燥质量。针织物的单位面积质量是考核针织物质量的重要指标之一，用每平方米干燥针织物的质量(g)来表示。试验裁剪矩形试样，长为20 cm、宽为5 cm，在LT-02型天平上称量。

表1列出了试验所采用织物的各项规格。

表1 织物规格表

2.2 织物性能测试

(1)织物透气性。采用YG461B型织物中低压透气量仪，测得气流垂直通过织物的速率来表示织物的透气程度。

(2)织物悬垂性。采用YG811型织物悬垂性测试仪进行测试。织物越硬挺，其悬垂系数越大。

(3)织物耐磨性。采用Y522型圆盘式平磨仪进行测试。

(4)织物的起毛起球性。采用YG501型起毛起球仪测定织物的起毛起球性能。利用积极摩擦原理，对织物试样摩擦一定转数，先使织物试样表面松散、起毛，然后使织物表面所起的毛茸相互纠缠成球。经测试，试样的起毛起球效果不明显。

(5)织物的折皱弹性。采用YG541B型织物折皱弹性仪测试。

(6)织物的抗静电性。采用M401型感应式静电测试仪测试，试验时加6 kV高压，倍率为0.1。通过测试试样所带的静电电压和高压消除后织物所带电压的衰退时间，来比较织物的抗静电性能。

(7)织物的撕裂强度。使用YG026B型电子织物强力机，采用单缝法测试织物的撕裂强力。

(8)织物的拉伸强度。采用YT010-3000型综合强力机测试。将长度为30 cm、宽度为5 cm的若干试样的一部分夹持到夹钳内，并以恒定的伸长速率拉伸。

(9)织物的顶破强度。采用Y631型弹子顶破强力机测试。

(10)织物的弯曲刚度。采用Siro FAST风格仪测试织物的弯曲刚度。弯曲刚度值大，织物手感刚硬;弯曲刚度值小，织物手感柔软、弹性好。

表2列出了所测试织物的各项性能指标。

表2 织物的性能指标

3 汽车内饰用面料的性能分析

运用灰色关联数学分析方法对上述试样性能的测试结果作进一步分析。由于透气性和耐磨性这两项性能指标对汽车用座椅织物的舒适性和耐用性最为重要，因此通过计算找出织物的规格性能与透气性、耐磨性之间的关联性，最终分析出影响织物透气性和耐磨性的主要因素。

3.1 灰色关联法

灰色系统理论中的灰色关联分析方法可在不完全信息中，对于要分析研究的各因素，通过一定的数据处理，在随机的因素序列间找出它们的关联性，从而找到主要影响因素［9］。灰色关联法提出了关联度分析的概念，关联度是对两因素之间关联性大小的量度，为［0，1］区间内变化的量。它能够定量地比较系统间各因素随时间变化的情况，用它们变化的大小等接近程度衡量各因素与相比较因素的关联性大小。关联度越接近1，说明两因素的相似程度越大;反之，关联度越接近0，两者的相似程度越小。在本文中，影响织物透气性和耐磨性的因素有很多，各因素间的关系相互影响、相互制约，存在着不确定性。因此采用灰色关联分析法，就可以把织物的透气性和耐磨性分别看作是一个部分信息已知、部分信息未知或不完全明确的灰色系统。

灰色关联分析的步骤为:定义各变量→确定原始数据→原始数据预处理，做初值计算→计算母序列与子序列差的绝对值，并从中选出最大和最小值，求得关联度→计算关联系数→从大到小排序，求出关联序→对结果进行分析讨论。

3.2 数据处理和分析

3.2.1 透气性分析

透气率与其他因子的关联序计算过程如下:

(1)定义各变量。X1～X8的定义见表3。

(2)确定原始数据。如表3所示。

(3)原始数据预处理。利用下列公式进行初值计算:

(4)利用下列公式计算每个测试点上母序列与各子序列差的绝对值。母序列为X'1(k)，其余各行为子序列:

表3 原始数据

(5)利用下列公式求得关联度。结果如表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——分辨系数。

(6)将关联度按从大到小降序排列，可得到关联序为:

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

表4 透气率关联度

变量X1(透气率)与其他因素的关联系数为: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 母序列与各子序列差的绝对值

(7)结果分析。通过灰色关联分析试验数据的处理结果可以看出:透气率和线圈长度之间的关联系数为0.906 389，在所有的关联系数中最大，说明两者的关联度最大。因此，对于针织物的透气性能来说，最主要的影响因素是线圈长度。

针织物的线圈长度越大，织物的透气性能越好，两者之间的线性关系显著。这是因为线圈长度大，单位面积织物内的线圈数少，织物稀薄，因此透气性好。

此外，在织物的各项规格参数中，未充满系数和横密对织物的透气率也有较大的影响。这是因为未充满系数是线圈长度和纱线直径的比值，表示织物的紧密程度，故对透气性影响较大。而当织物厚度基本保持不变时，随着密度的增加，织物单位体积内的纤维量增加，线圈数增多，空隙相应减少，当气流穿过织物时会遇到更多的阻碍而减少气流的通过量，因此透气性较小。

3.2.2 耐磨性分析

同理求得，变量X3(摩擦转数)与其他因素的关联序为:X18＞X14＞X8＞X13＞X12＞X15＞X7＞X4＞X6＞X9＞X16＞X17＞X1＞X5＞X2＞X10＞X11。

通过灰色关联分析对试验数据的处理结果可以看出:摩擦转数和织物面密度之间的关联系数为0.980 233，在所有关联系数中最大，说明两者的关联度最大。因此，针织物耐磨性最主要的影响因素是织物的面密度。

织物面密度大的织物耐磨性好，这是因为织物的单位面积质量大，纱线线密度高，纱线粗。由于较粗纱线所含有的纤维根数多，在磨损时需要有更多根的纤维断裂后纱线才解体;并且相对于较细纱线而言，较粗纱线表面层的纤维根数较多，应力分布均匀，因此织物的耐磨性能好。

在织物的各项规格参数中，除织物面密度和纱线线密度外，密度和厚度对织物的耐磨性也有较大的影响。针织物的密度增加，线圈长度减小，织物表面的支持面增大，接触面上的局部摩擦应力相对减小，因此织物的耐磨性提高。织物厚度的增加有利于耐磨性能的提高，在磨损初期，织物表面的纤维出现弯曲疲劳，同时有少量纤维被抽拔出来，致使织物表面绒毛增多，厚度增加;磨损中期，一些纤维勾拉断裂从织物表面脱落，厚度略微下降;在磨损后期，大量纤维被抽出、磨断，使织物变薄。

4 结语

汽车用座椅面料日趋多样化、个性化，而针织物仍是汽车内饰面料的主流。选择典型的汽车用座椅针织物，测试了其各项规格参数和性能指标。由于织物的透气性和耐磨性对汽车座椅面料的舒适性和耐用性极为重要，本文采用灰色关联数学方法进行了分析。对针织物透气性能影响最大的是线圈长度，对耐磨性影响最大的是织物面密度。

消费者对产品性能和外观的要求越来越高，对于和汽车配套使用的纺织品而言，安全性、舒适性、功能性和环保性是汽车用纺织品设计和开发的方向。

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