汽车顶棚内饰层面料的顶伸变形

易定红，陈慰来，万林焰，隋伟东

(浙江理工大学材料与纺织学院，浙江 杭州 310018)

汽车顶棚内饰层面料的顶伸变形

易定红，陈慰来，万林焰，隋伟东

(浙江理工大学材料与纺织学院，浙江 杭州 310018)

针对单一的测试二维平面延伸性来表征汽车顶棚内饰层面料适型能力的问题，采用INSTRON5967型万能材料试验机对经编起绒织物、起绒类复合织物、海绵类复合织物的顶伸变形能力进行测试，并建立了顶伸长度和顶伸变形率间的几何模型，计算出不同顶伸力下的顶伸变形率，最终顶棚材料的三维适型能力采用定力下的顶伸变形率来进行评价。结果表明:绒织物的顶伸变形率比起绒类复合织物大，起绒类复合织物的顶伸变形率明显低于海绵类复合织物，即海绵类顶棚复合面料要优于起绒类，海绵类的三维适型能力更强，而起绒类复合面料的适型能力有待进一步改善。

汽车内饰;适型能力;几何模型;顶伸变形

随着生活质量的提高，人们不仅要求汽车内饰美观大方，而且更加注重其附加的质量控制，要求汽车内饰能适应车体的三维曲面结构［1－2］。目前，常采用单一的测试二维平面延伸性能来表征汽车内饰的适型性能，此方法已被广泛接受和使用［3］，但是，从三维曲面结构方面来研究汽车内饰面料的适型性能比较少［4－5］，此方法更具实用意义。

本文通过研究不同类型的绒织物、非织造布和复合织物的三维顶伸性能，建立织物顶压变形的几何模型来验证其评价准确性，最终采用定力下的顶伸变形率来评价顶棚材料的三维适型能力。

1 试验部分

1.1 试样与仪器

经编起绒织物。结合理论与实际，设计了3种规格的经编起绒织物A1，A2，A3，其穿纱规律如表1所示。

表1 绒织物1，2，3穿纱规律Tab.1 Threading rules of pile fabrics 1，2 and 3

水刺非织造布。采用浙江宏达高科控股有限公司生产的水刺非织造布，用B表示。

起绒织物和非织造布复合织物。经编起绒织物和非织造布复合后所得的起绒类复合织物分别编号为A1B(绒 1+非)、A2B(绒 2+非)、A3B(绒 3+非)。

海绵复合内饰材料。海绵复合内饰材料的厚度为3mm左右，由浙江宏达高科控股有限公司提供。其内部复合所用经编织物的穿纱规律如表2所示，表3示出海绵复合内饰材料结构组合方式。

表2 经编织物1，2穿纱规律Tab.2 Threading rules of warp knitted fabris 1 and 2

表3 海绵复合内饰材料Tab.3 Sponge composite interior materials

仪器:INSTRON5967型万能材料试验机(CRE)。

1.2 测试方法

将试样在恒温恒湿条件下平衡 24 h，参照GB/T 19976—2005《纺织品 顶破强力的测定 钢球法》，将试样裁剪成直径为8cm的圆形各5块进行试验。把试样夹持在固定基座的圆环试样夹内，以恒定速度(300mm/min)球形顶杆垂直地顶向试样，直至试样顶破为止。夹具内径为45mm，球直径为38mm。与此同时，在试样的顶伸过程中，记录整个顶伸过程的变形曲线、顶破强力及顶破位移。

测试参数:顶伸长度(指顶伸杆顶端开始接触试样往下顶伸至某位置之间的距离);顶伸力(顶伸杆顶伸试样时的力值);顶破长度(试样被顶伸至破坏强力时顶伸杆顶进的距离);变形率(夹具内侧到顶伸边缘之间试样的长度变化百分率［6，11］)。

2 结果与分析

2.1 织物三维顶压变形的几何模型

本文采用拉伸强力仪进行顶破试验，试验仪器的球形顶珠作用于不同的织物，织物在半球面上的适型与顶破的初始阶段类似［8］，因此该试验可以作为衡量织物三维适型性能的一个参照试验，且建立织物顶压变形几何模型，顶棚材料的三维适型能力直接采用定力下的顶伸变形率来进行评价。

在顶伸过程中，织物是从二维到三维的一个变形，试验仪器测试的是顶压深度，即织物在竖直方向的伸长。在实际顶伸过程中，顶压深度是基于织物的弹性变形率来确定的，故参照文献［9，10］建立了顶伸长度和顶伸变形率间的几何模型，如图1所示。

图1 织物顶伸变形的几何模型Fig.1 Geometric model of fabric's top stretching deformation

假设顶压球的半径为rmm，织物试样的测试半径为Rmm，R＞r(根据所使用的仪器的参数有:r=16mm，R=25mm)，试样的原始直径为D0=2R。

根据不同拉伸力下的顶伸长度h，计算顶伸试样的伸长率ζ。

式中:D1为在某顶伸长度下织物试样的尺寸;h为顶压球顶压的距离即顶伸长度，单位mm;α是OC'与CC'的夹角;β是 CC'与 BC'的夹角;l是 bc'的长度;δ是 OC'与 OB的夹角;φ 是 OO'与 OB'的夹角［11］。

根据式(2)、(3)中的参数，由图中的顶压深度与织物试样及顶球半径之间的几何关系，计算出织物在某一顶伸长度下的尺寸:

则织物试样的伸长率

2.2 试验结果与分析

经测试得出试样顶破强力与长度的平均值，结果见表4。

表4 试样顶破强力与长度平均值Tab.4 Average value of bursting strength and length of samples

由表4可知，绒织物的顶破强力在494 N以上，顶伸长度在16.6mm以上，绒织物复合非织造布后，复合材料的顶破长度略有增加，而顶破强力显著增加。起绒类复合织物的顶伸长度在18.7mm以上，顶破强力均在1000 N以上，非织造布各个方向具有良好的韧性，对织物的顶破性能有良好的提升作用。C系列的顶伸长度在18.8mm以上，顶破强力在650 N以上，C1的顶破强力要大于C2，但是顶破长度却要小于C2，C3与C4之间具有同样的特点。这是因为经编1前梳和中梳选用的经缎组织，而经编2前梳和中梳采用的变化编链，经编1的组织相对更紧密，抱合力大，所以C1的顶破强力要大于C2;此外C2因为采用变化编链，纱线具有更大的拉伸空间，所以拉伸长度要明显大于C1。

根据不同顶伸力下的顶伸长度测试结果和建立的顶伸变形几何模型计算不同顶伸力下的顶伸变形率，根据数据作图，结果如图2、3所示。

图2 绒织物复合前后不同顶伸力下的顶伸变形率Fig.2 Top stretch deformation rates at different top stretch strengths before and after pile fabric combination

图3 顶棚复合织物定力顶伸变形率Fig.3 Constant top stretch deformation rates of roof composite fabrics

由图2可知，绒织物试样的顶伸变形率从3%到14%，绒织物复合非织造布后，顶伸变形率由5%变化到11%左右，变化范围缩小，且随着顶伸力的增加，可以看出顶伸变形率有减小的趋势。因为非织造布是弹塑性体，各个角度方向都具有较好的韧性，绒织物复合非织造布后，受力初始阶段非织造布中的固网点群先受较小力伸长，当外力逐渐增加时，克服较大的外力纤维间产生摩擦伸长，随着外力增大，有的缠结点发生解体，纤维自由滑移。而且复合后织物变厚，所以导致最大顶伸变形率变小。

由图3可知，起绒类复合织物随着顶伸力从100 N逐渐增加到400 N，顶伸变形率由5%增加到10%左右。C系列随着顶伸力增加，顶伸变形率成阶梯性增加。C1顶伸变形率由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系列中海绵起到链接2层面料的作用，海绵具有较高的伸长性和回复弹性，而且对力有较强的缓冲作用，此外非织造布与经编布均具有良好的各向异性，所以C系列的顶伸变形率增幅更明显，顶伸变形率最大值明显提高。由于起绒类复合织物采用四梳编织拉绒织物，然后复合非织造布，所以实际效果也有3层结构，说明起绒类复合织物的绒织物其伸长性和回复弹性比海绵弱，才会出现以上结果。综上所述，C系列的顶伸变形率明显优于起绒类复合织物，即C系列的三维适型能力更强。

3 结语

1)顶破试验可以作为衡量织物三维适型性能的一个参照试验，通过建立织物顶伸长度和顶伸变形率间的几何模型，用数学的方法来科学衡量织物的三维适型性能。

2)通过对海绵类顶棚复合面料及绒织物类复合面料进行对比分析，得出海绵类顶棚复合材料的顶伸变形率增幅更明显，顶伸变形率最大值明显提高，说明海棉类复合材料的三维适型能力更强，具有更好的抗顶破效果，应用于汽车内饰，对汽车顶棚能起到更好的保护作用，而起绒类复合面料在这个方面有待进一步改善，以期替代海棉类顶棚复合材料。

［1］ 赵永霞.汽车用纺织品:工学和美学的融合［J］.纺织导报，2011(5):31.ZHAO Yongxia.Automotive textiles:fusion of engineering and aesthetics［J］.China Textile Leader，2011(5):31.

［2］ 陈东生，甘应进，李强.汽车用针织内饰织物［J］.汽车工艺与材料，2000(9):30－31.CHEN Dongsheng，GAN Yingjin，LI Qiang.The knitted fabric for car interior decoration［J］.The Car Process and Materials，2000(9):30 －31.

［3］ CZELNY K T J.The use of knitted fabrics in the automotive industry［J］.Textile Institute and Industry，1975(5):104－106.

［4］ 孙燕琳.阳离子染料可染的紧厚绒织物专用纤维的生产工艺［J］.合成纤维，2011，37(5):37－39.SUN Yanlin.The production technology of special fiber for cationic dyes dyeing tight thick fabric［J］.Synthetic Fiber in China，2011，37(5):37－39.

［5］ 陈慰来，易定红，何苗苗，等.基于注塑用经编汽车内饰面料延伸和热收缩性能［J］.纺织学报，2012，33(12):122－127.CHEN Weilai，YI Dinghong，HE Miaomiao，et al.Extension and thermal-shrinkage properties of warp knitted automobile interior fabric for injection molding［J］.Journal of Textile Research，2012，33(12):122－127.

［6］ 刘明春.汽车顶棚面料延伸率测试装置:中国，CN 201099786Y［P］.2008 －08 －13.LIU Mingchun.Elongation test device for car roof fabric:China，CN 201099786Y［P］.2008 －08 －13.

［7］ XU Yanhua，HU Hong，YUAN Xinlin.Geometrical analysis of co-woven-knitted performs for composite reinforcement［J］.The Journal of Textile Institute，2011(5):405－418.

［8］ 衷田妹.针织增强结构适型性能的研究［D］.上海:东华大学，2007:24－55.ZHONG Tianmei.A study on formability of knitted reinforcing structures［D］. Shanghai:Donghua University，2007:24－55.

［9］ 王永荣.弹性针织物压力性能研究及测试系统的设计与开发［D］.上海:东华大学，2010:27－98.WANG Yongrong.The pressure performance of elastic knitted fabric and measuring system development［D］.Shanghai:Donghua University，2010:27－98.

［10］ 王戎戎.针织物的变形与服用性能的研究［D］.上海:东华大学，2001:51－63.WANG Rongrong.Study on deformation and wear ability of knitted fabrics［D］.Shanghai:Donghua University，2001:51－63.

［11］ 易定红.Tricot经编起绒汽车顶棚内饰织物结构及性能研究［D］.杭州:浙江理工大学，2013:43－52.YI Dinghong.Study on structure and performance of tricot warp kintting pile fabirc for car proof interior［D］.Hangzhou:Zhejiang Sci-Tech University，2013:43 －52.

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

易定红(1988—)，女，硕士。研究方向为针织新材料和新产品的开发及应用。陈慰来，通信作者，E-mail:wlchen193@163.com。