汽车座椅面料的热舒适性研究*

广州纤维产品检测研究院， 广东 广州 511447

随着我国汽车行业的快速发展，汽车的普及率持续增高，汽车座椅占据了汽车大部分的内部空间，它是与驾驶员、乘坐人员最直接接触的部件，受到了人们的特别关注和评价[1]。

目前，国内在汽车座椅方面的研究主要针对人体工学测量，即研究座椅的软、硬、角度等方面，强调座椅的舒适度，根据人体舒适坐姿的要求和人体的测量数据优化设计座椅结构、尺寸及调整参数[2-6]。对座椅热舒适性方面的研究相对较少，但座椅的热舒适性是一个不可忽略的问题。

人体处于坐姿状态时，与汽车座椅的接触面积接近人体表面积的一半，座椅的热舒适性直接影响驾驶员、乘坐人员的心情，严重时甚至可能导致皮肤疾病的发生[7-8]。譬如在炎热的夏季，当汽车经长时间的日光曝晒后，车内温度陡然升高，汽车座椅表面发烫，此时人体坐上去就会产生烫觉，若座椅不透气、不利于汗液排除，长时间坐着会产生湿热等不舒适感[9]；在寒冷的冬季，车内温度随着外界气温降低而持续下降，若座椅的导热系数较高，人体坐上去时会感觉到冰凉。研究表明，舒适的座椅能够降低驾驶员的疲劳度，减少事故的发生，减轻意外伤害。因此，从健康舒适及交通安全的角度看，研究座椅热舒适性是十分必要的[10-12]。

1 试验

本试验选取针织、机织和皮革三种类型的汽车座椅面料共31种作为样品，其中针织类12种、机织类10种、皮革类9种。大部分样品为三层结构，第一层为表层织物，中间层为聚氨酯(PU)泡沫片材，第三层为底布；也有部分样品由表层(织物)+中间层(泡沫)构成，少数样品为单层(皮革)。样品基本参数见表1。

表1 样品基本参数

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1.1 光照升温测试

由于汽车座椅表面材料的热学性能不同，在炎热的夏季，经光照后座椅表面温度的上升幅度也不同，有的升温不明显，而有的升温很明显。为模拟夏季太阳光照射汽车座椅，本试验搭建了一套模拟装置，用于测试汽车座椅面料的光照升温，其测试原理如图1所示。该装置配有温度计和射灯(模拟光源，220 V、 450 W)，结合夏季室外太阳光强度与模拟光源照度，设定射灯与样品的距离(h)为70 cm，白色PU泡沫板为载样台，样品铺于载样台上。记录样品初始温度后打开射灯进行照射[13]，每隔一段时间测试样品表面温度并记录。

图1 光照升温测试原理示意

为确定最佳光照时间，选取针织类9#样品，连续测试1 h，测试结果如图2所示。

图2 针织类9#样品光照时间-表面温度曲线

从图2可以看出，样品表面温度在光照时间5 min内迅速升高；之后，随着光照时间的延长，表面温度的上升缓慢；当光照时间达20 min后，表面温度的上升更缓慢，基本趋于稳定。因此，本试验选择光照时间为30 min。具体的测试结果见表2。

1.2 接触冷暖感测试

接触冷暖感采用KES-F7(THERMO LABO Ⅱ)型冷暖感测试仪进行测试，热板温度为35.0 ℃、冷板温度为20.0 ℃，测量样品的最大瞬态热流量qmax。较大的qmax值对应冷感，较小的qmax值对应暖感[14]。具体的测试结果见表2。

1.3 厚度和透气率测试

厚度按照GB/T 3820—1997《纺织品和纺织制品厚度的测定》进行测试，采用YG(B)141D型数字式织物厚度仪，压脚面积为2 000 mm2，加压压力为200 cN，每种样品测试10次，取其平均值为测试结果。透气率按照GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》进行测试，采用FX3300Ⅲ织物透气性测试仪，测试压差为200 Pa、孔径为20 cm2，测试时接触人体皮肤面朝上，每种样品测试5次，取其平均值为测试结果。样品厚度及透气率测试结果见表2。

表2 样品的光照升温、qmax、厚度及透气率测试结果

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2 试验结果与讨论

2.1 光照升温

为研究样品厚度对光照升温的影响，根据表2中的数据，以针织类样品为例，作样品厚度-光照升温的散点图，如图3所示。

图3 针织类样品厚度-光照升温散点图

从图3可以看出，样品厚度与光照升温之间没有明显的规律性，厚度大的样品其光照升温不一定高，也就是说样品厚度对其光照升温的影响较小，由此推测样品光照升温主要由样品材质决定。

为分析三种不同类型的汽车座椅面料的光照升温，根据表2中的数据，绘制三类样品的光照时间-光照升温曲线，分别如图4～图6所示。

图4 针织类样品的光照时间-光照升温曲线

图5 机织类样品的光照时间-光照升温曲线

从图4～图6可以看出，三种类型的汽车座椅面料的变化趋势基本相同。在最初的5 min内，升温速度较快；光照时间在5～20 min，升温速度较慢；光照时间在20～30 min，温度变化基本趋于稳定。针织类样品的光照升温分布在45.0～55.0 ℃，结合人体主观评价，这是人体可接受的；机织类样品的光照升温分布在45.0～70.0 ℃，其中深色样品的光照升温在70.0 ℃左右、浅色样品的光照升温在50.0 ℃左右；皮革类样品的光照升温分布在55～95.0 ℃。相比较而言，经光照后，皮革座椅面料的温度上升幅度最大，机织座椅面料次之，针织座椅面料的温度上升幅度普遍较低。由此可见，皮革座椅在夏季高温条件下经太阳光照射后易发烫，尤其是深色皮革座椅，经光照后其表面温度能达到90.0 ℃左右，人体坐上去时烫感较强，极不舒适，针织座椅较适合夏季使用。

2.2 接触冷暖感

为研究样品厚度对其接触冷暖感的影响，根据表2中的数据，以机织类样品为例绘制样品厚度-qmax散点图，如图7所示。

图7 机织类样品厚度-qmax散点图

从图7可以看出，厚度为6.00 mm左右的样品，其qmax值分布在0.06～0.20 J/(cm2s)。由此可见，样品厚度对其接触冷暖感的影响不显著。

为了更直观地比较三种类型的汽车座椅的接触冷暖感，根据表2中的数据，将三类样品的qmax测试结果绘制成曲线，如图8所示。

图8 三类样品的qmax测试结果

从图8可以看出，针织类、机织类样品的qmax测试结果均分布在0.08～0.17 J/(cm2s)，皮革类样品的qmax测试结果分布在0.20～0.50 J/(cm2s)。由此可见，皮革座椅的接触冷暖感值明显大于针织、机织座椅，说明在冬季气温较低的环境中，人体与皮革面料接触时容易产生冷感，而与针织、机织面料接触时相对容易产生温暖的感觉，与针织起绒面料接触时能产生更温暖的感觉。

2.3 透气率

由表2可知，三种类型的汽车座椅面料的样品厚度分布在3.00～11.00 mm，差异较大，这主要是由泡沫厚薄不同造成的。样品厚度与其透气率无相关关系，针织类样品中，厚度为11.00 mm的2#的透气率达到629.40 mm/s，但厚度为3.58 mm的4#的透气率仅为94.10 mm/s。由此可以推测，汽车座椅面料的透气率主要由其各结构层共同决定。

为了更直观地比较三种类型的汽车座椅面料的透气率，根据表2中的数据，将其样品的透气率测试结果绘制成曲线，如图9所示。

图9 三类样品的透气率测试结果

从图9可以看出，皮革类样品的透气率最低，尤其是4#、 5#、 8#、 9#，基本不透气，若在夏季湿热环境中使用，易使驾驶员、乘坐人员产生非常不舒适的感觉。相比较而言，针织、机织类样品的透气率较高。针织类样品中，1#、 10#、 11#的透气率均超过1 000.00 mm/s，尤其是1#的透气率接近2 000.00 mm/s，这主要是因为它的表层织物及泡沫层的孔隙较多；机织类样品中，6#、 7#、 9#的透气率在900.00 mm/s左右。但针织类样品中的3#、 4#及机织类样品中的10#的透气性较差，分析它们的结构，发现它们的泡沫层的孔隙比较多、较透气，但是表层织物结构均较紧密、孔隙少，阻碍了空气的流通。

3 结论

汽车座椅的热舒适性是其舒适性的一个重要方面。通过对针织、机织、皮革三种不同类型的汽车座椅面料的光照升温、接触冷暖感、透气率进行测试，发现光照升温测试结果为皮革座椅面料>针织和机织座椅面料，接触冷暖感测试结果为皮革座椅面料>针织和机织座椅面料，透气率测试结果为针织和机织座椅面料>皮革座椅面料。故综合地看，针织和机织座椅面料在热舒适性方面比皮革座椅面料具有明显优势。