三维经编间隔结构汽车坐垫织物的抗压缩疲劳性能

张晓会， 杨大伟， 马丕波， 缪旭红(江南大学 教育部针织技术工程研究中心， 江苏 无锡 214122)

三维经编间隔结构汽车坐垫织物的抗压缩疲劳性能

张晓会， 杨大伟， 马丕波， 缪旭红
(江南大学 教育部针织技术工程研究中心， 江苏 无锡 214122)

为研究三维经编汽车坐垫的抗压缩疲劳性能，选择芳砜纶作为织物表面层的原料，聚偏氟乙烯作为织物间隔层的原料，通过平纹、六角和菱形网孔3种表面层组织的不同组合，设计了4种组织结构方案，并通过对织物厚度的调节，对6块织物试样进行抗压缩疲劳性能测试，比较分析各织物的抗压缩疲劳曲线及压缩疲劳后的破坏形态，探讨织物抗压缩疲劳性能影响因素。结果表明：表面层组织结构越密实，间隔丝的固着程度越高，织物所能承受的载荷越大，其抗压缩疲劳性能越好；在一定范围内，随着织物厚度的增加，织物的抗压缩疲劳性能增强。

经编间隔织物； 汽车坐垫； 芳砜纶； 聚偏氟乙烯； 压缩性能

汽车坐垫织物是汽车装饰性和功能性材料中至关重要的一部分，在交通工具用纺织品领域内占重要的地位。传统的汽车坐垫主要以软质聚氨酯泡沫为原料。聚氨酯泡沫以其经济耐用和良好的缓冲与减震特性而备受欢迎，已经实现了商业化的大规模生产，几乎完全占据了汽车坐垫的市场。

经编间隔织物优异的压缩性能决定了其在衬垫材料方面的巨大发展潜力。姚渊锋等[1-2]比较了经编间隔织物和海绵作为汽车坐垫的性能，并分析了二者的压缩曲线，指出经编间隔织物在作为汽车坐垫方面所具有的优势。缪旭红[3]在研究经编间隔织物时，对间隔织物在汽车座椅的应用方面也作了详细的描述。Ye等[4]也研究了经编间隔织物在汽车坐垫中的应用，重点探讨了间隔织物的压缩性能，并与聚氨酯泡沫进行了对比分析，突出了间隔织物的产业优势。

聚氨酯泡沫生产过程会造成环境的污染且不利于人体健康，而经编间隔织物性能优越，在作为衬垫材料方面存在着巨大的发展潜力，是聚氨酯泡沫(海绵)的良好替代品[5]。目前有关间隔结构汽车坐垫的理论研究尚未发展成熟，还没有实现市场化的大规模生产。本文基于三维经编间隔结构，以芳砜纶和聚偏氟乙烯为原料织造汽车坐垫织物，通过组织工艺与抗压缩性能测试，为其产业化提供理论参考。

1 经编间隔结构汽车坐垫的设计

1.1 原料选择

图1 织物正面实物图Fig.1 Front of actual knitted fabrics produced from stitch patterns. (a) Structure a; (b) Structure b; (c) Structure c; (d) Structure d

本文实验采用芳砜纶(PSA)编织间隔织物的表面层，聚偏氟乙烯(PVDF)编织织物的间隔层。其中，聚偏氟乙烯的阻燃性能优良，燃烧时无熔滴现象，是良好的阻燃材料。详细的原料规格如表1所示。

表1 原料规格Tab.1 Specifications of materials

1.2 组织设计

对经编间隔织物进行组织设计，从表面层组织类型和间隔丝排列2方面考虑。

经编间隔织物常见的织物表面类型有平纹型、网孔型和花纹型[6]。本文实验所用的间隔织物用于汽车坐垫，所以选择了工艺较为简单的平纹型和网孔型结构。

结合汽车坐垫压缩性能的要求，选择V型排列作为间隔丝的结构[7]。与间隔丝平行排列相比，织物受到纵向外力时，间隔丝交叉配置、相互牵制，织物因间隔丝的不倒伏而增强了压缩回弹性；与平行交叉型排列相比，V型排列节省原料，减少成本，避免了面密度过大的问题，降低了织造难度。

设计了4种组织结构的织物，用以比较表面层组织结构对间隔织物压缩性能的影响，并就组织d的工艺进行了脱圈板隔距方面的调整，用以比较织物厚度对间隔织物压缩性能的影响。表2示出各织物的规格。图1、2示出各织物的实物图。

表2 4种组织的表面结构Tab.2 Weave structures weave structures of four fabrics

1.3 经编机参数

根据原料的性能和参数，确定织造机器选用机号为E12的双针床拉舍尔经编机，机型为RD6N。

2 织物压缩性能测试与结果分析

2.1 实验方法

图2 织物反面实物图Fig.2 Back of actual knitted fabrics produced from stitch patterns. (a) Structure a; (b) Structure b; (c) Structure c; (d) Structure d

根据FZ/T 01051.2—1998《纺织材料和纺织制品 压缩性能 第2部分：连续压缩特性的测定》中的恒定压力法，在YF-900型万能材料仪上进行测试。实验数据记录与分析软件为SuperTest。轻压下压强为0.1 kPa，坐姿状态下所有实验的重压设为50 kPa[8]，测试了6个样品经1 000次重压后的压缩性能[9]。

图3 不同表面层组织类型下试样的应力与应变曲线Fig.3 Relationship between Stress and strain under different layers. (a) Before pressing; (b) After 1 000 times pressing

2.2 试样参数

根据上述4种经编间隔织物的组织，就其中1种组织的隔距进行调整，拟定实验方案探讨表面层组织类型和织物厚度对其压缩性能的影响。试样的基本参数如表3所示。

表3 试样参数Tab.3 Parameters of samples

2.3 实验数据统计与分析

表4示出压缩实验测试的结果。图3、4分别示出试样未经重压和经过1 000次重压后的应力、应变曲线。

表4 压缩实验测试结果Tab.4 Results of compression experiments

图4 不同厚度条件下试样的应力与应变曲线Fig.4 Relationship between stress and strain under different thicknesses. (c) Before pressing; (d) After 1 000 times pressing

传统间隔织物的压缩曲线服从胡克定律，包括线性压缩、塌陷区的非线性压缩和致密区的线性压缩3个阶段[10]。由图3、4可看出，本文实验所得曲线第1阶段的线性压缩区和第3阶段致密区的线性压缩较为明显，而第2阶段塌陷区的非线性压缩较短。原因可能是试样所用原料与传统经编间隔织物原料的性能不同。芳砜纶选用短纤纱，编织间隔丝的聚偏氟乙烯单丝较为柔软，压缩过程中塌陷不明显；同时间隔丝在压缩过程中存在“倒伏现象”，所以直接由线性压缩过渡到压溃阶段。

在未经重压时，间隔织物间隔层单丝排列规律，呈微弯曲状态，基本与表面层垂直；经过1 000次重压后织物间隔层单丝呈现出一定的疲劳性，弯曲并不能完全恢复到原始状态。通过测量可以发现，经过1 000次重压后织物的厚度有所减小。

2.4 影响织物压缩性能的因素分析

2.4.1 表面层组织结构的影响分析

经编间隔织物表面层组织类型不同，间隔层单丝两端的固着程度不同，其压缩性能会产生差异，所以表面层组织的类型与其压缩性能密切相关。本文实验中试样1#、2#、3#、4#的间隔丝排列方式和机上横纵密相同，所以压缩功与回复功相近。但由于组织结构的不同，压缩功与回复功仍然存在一定的差别。其中试样4#的压缩功与回复功最大，其次是试样3#和试样2#，最小的为试样1#。原因可能是试样4#的表层结构都为菱形，结构紧密，间隔丝两端的线圈结构更加稳定，所以在受到外力作用时，能承受的载荷就越大。

对比试样1#～4#的组织结构可发现，以较为密实的组织为表面层结构时，织物的结构尺寸稳定性好，间隔层单丝固着程度更高，当间隔层单丝受压弯曲时，不易侧向倒伏，则织物的压缩性能更好。分析原因是组织结构较为紧密，受压后织物变形小，组织点相对不易滑移，间隔层结构稳定，织物的压缩性能和回复性能较佳。

2.4.2 织物厚度的影响分析

试样4#、5#、6#的组织结构相同，但是厚度不同。从表4可看出，随着厚度的增大，织物的压缩功和回复功也随之增加，织物的压缩性能越来越好。原因可能是经编间隔织物的厚度与栅状脱圈板距离有关。栅状脱圈板距离越大，织物厚度越大，织物定型后的初始弯曲挠度越大。初始弯曲挠度会影响织物的最大支撑效果，因此，在一定范围内，织物厚度的增大会使间隔层更加稳定，织物的压缩性能会得到一定的改善。但是厚度并不是越大越好，如果厚度超过一定的范围，间隔丝长度过长，就易于倾斜倒伏，织物的使用性降低。同时，随着厚度的增大，单位面积织物的质量增加，织造成本增加，因此，在设计间隔织物厚度时，不仅要考虑织物的压缩性能，还要兼顾织物的实用性和成本。

3 结 论

以芳砜纶和聚偏氟乙烯为原料研究三维经编间隔结构汽车坐垫织物的设计与性能，探讨间隔结构织物压缩性能与其组织以及织物厚度的关系，得到如下结论。

1)本文实验涉及的原料的种类和性能，尤其是纱线的刚度和弹性，与织物的压缩性能密切相关。

2)间隔织物的表面层组织对其压缩性能有一定的影响。织物表面层组织越密实，间隔层越稳定，织物的压缩性能越好。

3)间隔织物间隔层的厚度与织物的压缩性能密切相关。在一定范围内，随着织物厚度的增大，织物间隔层结构越稳定，织物的压缩性能越好。

FZXB

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Compression fatigue resistance of automobile cushion fabric based on three-dimensional warp-knitted spacer structure

ZHANG Xiaohui, YANG Dawei, MA Pibo, MIAO Xuhong
(EngineeringResearchCenterforKnittingTechnology,MinistryofEducation,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China)

Three-dimensional automobile cushion were designed and prepared to study compression fatigue resistance. Spun polysulfonamide yarn was chosen to weave surface layers and polyvinylidene fluoride filament to weave spacer structure. Four kinds of weave structures were designed based on different combinations of plain, hexagonal and diamond weave. And the thicknesses was adjusted on the basis of one structure. Six kinds of samples with different layers and thickness were designed and the compressive properties of the samples were tested. Then, compression fatigue resistance curve and damage pattern were analyzed and compared, and the relevant parameters influencing the compression properties were studied .The result shows that the denser the surface structure is, the better the fixation of spacing filaments, and the heavier load the fabric will support, and the better the compressive properties and in a certain range, the greater the thickness is, the better compressive properties.

warp-knitted spacer fabric; automobile cushion; polysulfonamide; polyvinylidene fluoride; compressive property

2016-06-13

2016-11-28

中国博士后面上项目基金(2016M591767)；中央高校基本科研业务费专项资金项目(JUSRP51625B)；中国纺织工业联合会应用基础研究项目(J201604)

张晓会(1994—)，女，硕士生。主要研究方向为产业用针织物结构设计与性能。马丕波，通信作者，E-mail：mapibo@jiangnan.edu.cn。

10.13475/j.fzxb.20160603505

TS 184.3；TS 186.1

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