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摘 要 為降低汽車座椅用織物的制備成本,表層織物利用雙層小提花組織設(shè)計(jì),采用一定比例的阻燃滌綸與普通滌綸進(jìn)行交織,兼顧裝飾、阻燃、耐磨等性能;中間層使用不同結(jié)構(gòu)的經(jīng)編間隔織物(WKSF)替代海綿,提高透氣性、環(huán)保性及緩壓性能;里層織物采用滌綸針織物。采用熱塑性聚氨酯(TPU)熱熔膠網(wǎng)膜黏合劑將3層織物復(fù)合層壓,研究復(fù)合工藝中溫度、時(shí)間、施膠量等參數(shù)對(duì)復(fù)合材料性能的影響。結(jié)果表明:優(yōu)化復(fù)合工藝的溫度為120 ℃、時(shí)間為100 s、施膠量為50 g/m2;當(dāng)間隔織物網(wǎng)眼數(shù)為45個(gè)/(25 cm2),厚度為7.12 mm,間隔絲密度為39.71根/cm2時(shí),中間層織物對(duì)復(fù)合材料的剝離強(qiáng)力、透氣性等性能最佳。通過該復(fù)合工藝設(shè)計(jì)的汽車座椅面料可將阻燃、透氣、裝飾、綠色環(huán)保等功能集于一體,從而適應(yīng)高檔汽車座椅用紡織品的需要。

關(guān)鍵詞 汽車座椅用織物; 復(fù)合層壓; 經(jīng)編間隔織物; 阻燃性; 剝離強(qiáng)力; 透氣性

隨著汽車在全球范圍內(nèi)保有量持續(xù)增加,消費(fèi)者對(duì)汽車內(nèi)飾的需求趨向多元化[1-2]。如今,由于上班通勤、日常出行人們花費(fèi)更多的時(shí)間在汽車上[3]。在這個(gè)“第三空間”內(nèi)駕駛員以及乘客對(duì)舒適性、裝飾性、多功能性以及環(huán)保等方面的要求都在不斷提高[4-5]。為了優(yōu)化汽車座椅用織物的性能,復(fù)合層壓工藝的汽車座椅用織物正向著高性能、綠色環(huán)保的方向發(fā)展[6]。對(duì)于經(jīng)復(fù)合層壓工藝制備的汽車座椅用織物,要想使織物之間黏合均勻、緊實(shí),重點(diǎn)在黏合劑的選擇和層壓工藝設(shè)計(jì)上,且織物的結(jié)構(gòu)也會(huì)影響層壓性能。而復(fù)合層壓工藝可相互取長(zhǎng)補(bǔ)短,將多種功能集于一體[7-8]。

汽車座椅用織物一般是將2種及以上不同紡織材料在一定的工藝條件下固結(jié)而成,當(dāng)下綠色環(huán)保理念深入人心,汽車座椅用織物制備工藝從火焰復(fù)合轉(zhuǎn)向?qū)訅簭?fù)合,其中熱塑性聚氨酯對(duì)環(huán)境友好、具有良好的彈性、力學(xué)強(qiáng)度等特點(diǎn)[9-10]。表層織物一般暴露于表面,選材時(shí)不僅體現(xiàn)特殊功能,還要兼顧當(dāng)下審美;中間層主要起到支撐、緩壓作用。海綿不僅不透氣,而且彈性回復(fù)性能不強(qiáng),駕駛者久坐易造成脊椎畸形,而且海綿燃燒會(huì)產(chǎn)生苯化合物等有毒物質(zhì),危害很大[11]。經(jīng)編間隔織物(WKSF)可替換聚氨酯海綿作為中間層,經(jīng)編間隔織物可提高透氣性、減少燃燒時(shí)產(chǎn)生有毒煙霧[12];其作為汽車座椅的里層織物在受到壓力要具有良好的延展性、可恢復(fù)性。復(fù)合層壓工藝可實(shí)現(xiàn)裝飾性與功能性兩大要求,此外,織物的阻燃性和綠色環(huán)保也是人們關(guān)注的焦點(diǎn)[13]。

本文采用熱塑性聚氨酯(TPU)熱熔膠對(duì)汽車座椅用織物進(jìn)行復(fù)合層壓,探究了復(fù)合工藝以及WKSF結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合織物性能影響,實(shí)現(xiàn)裝飾性與功能性要求,使汽車座椅具有較好的透氣性、回彈性、阻燃、復(fù)合剝離強(qiáng)力等功能,提高了汽車座椅的檔次,使其舒適、美觀、綠色環(huán)保,滿足消費(fèi)群體需求,具有廣闊的發(fā)展前景。

1、 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

33.3 tex阻燃滌綸網(wǎng)絡(luò)絲;33.3 tex普通滌綸低彈長(zhǎng)絲;經(jīng)編間隔織物WKSF(WKSF1、WKSF2、WKSF3、WKSF4織物)為中間層,蘇州麗歌菲雅家居科技有限公司;滌綸針織物(記為2#織物)為里層,橫密為95 縱行/(5 cm)、縱密為130 橫列/(5 cm),面密度為106.44 g/m2,東莞威漫百達(dá)紡織有限公司;A024型熱塑性聚氨酯(TPU)熱熔膠網(wǎng)膜,面密度為25 g/m2,熔融溫度范圍為120～160 ℃,饒平縣通高科技有限公司。WKSF的規(guī)格參數(shù)如表1所示,其表面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 WKSF的表面結(jié)構(gòu)

Fig.1 WKSF surface structure

表1 WKSF的規(guī)格參數(shù)

Tab.1 WKSF specification parameters

1.2 試樣的制備

圖2 表層織物上機(jī)圖

Fig.2 Weaving diagram of surface fabric

圖3 1#織物實(shí)物圖

Fig.3 Fabric physical picture of 1#. (a) Front side;(b) Back side

將1#、2#織物與WKSF通過自主研發(fā)的熱壓黏合機(jī)進(jìn)行復(fù)合,其工藝流程如圖4所示。熱壓黏合機(jī)通過一定的升溫使熱熔膠達(dá)到黏流態(tài),在一定壓力下將流變狀的熱熔膠壓滲和浸漬到纖維和紗線之間,冷卻固化后形成靠摩擦黏合的釘型連接鍵將織物與織物固結(jié)到一起。層壓復(fù)合織物的結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。

圖4 熱黏合機(jī)復(fù)合工作流程圖

Fig.4 Composite work flow chart of thermal bonding machine

圖5 復(fù)合織物結(jié)構(gòu)示意圖

Fig.5 Structure diagram of composite fabric

1.3 測(cè)試與表征

采用Quanta-450-FEG場(chǎng)發(fā)射(SEM)掃描電子顯微鏡(英國(guó)牛津FEI公司)觀察織物樣品的表面形貌;采用YG026 D-500電子織物強(qiáng)力機(jī)(溫州大榮紡織標(biāo)準(zhǔn)儀器廠),按照GB/T 3917.4—2009《織物撕破性能 第四部分:舌型試樣撕破強(qiáng)力的測(cè)定》測(cè)試織物表層與中間層、里層與中間層的剝離強(qiáng)力;按照FZ/T 60011—2016《復(fù)合織物剝離強(qiáng)力實(shí)驗(yàn)方法》和FZ/T 01085—2000《熱熔粘合襯剝離強(qiáng)力試驗(yàn)方法》測(cè)試織物表層與中間層、里層與中間層的剝離強(qiáng)力;采用YG461E數(shù)字式透氣量?jī)x(寧波紡織儀器廠),按照GB/T 33389—2016《汽車裝飾用機(jī)織物及機(jī)織復(fù)合物》和GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性測(cè)試》測(cè)試織物的透氣性。

1.4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

通過查閱資料可得中間層在6 mm左右厚度的經(jīng)編間隔織物適合做復(fù)合層壓汽車座椅面料中間層,選用WKSF2做中間層探究復(fù)合層壓工藝,其影響織物復(fù)合的因素有很多,以復(fù)合時(shí)間、溫度、施膠量作為主要因素,通過設(shè)計(jì)3因素3水平正交試驗(yàn)對(duì)復(fù)合工藝中各影響因素進(jìn)行探究,正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案如表2所示,通過分析得出影響因素以及優(yōu)化復(fù)合層壓工藝,為汽車座椅用織物復(fù)合提供工藝改進(jìn)方案。

表2 復(fù)合工藝參數(shù)

Tab.2 Composite process parameters

2、層壓復(fù)合工藝參數(shù)的優(yōu)化

2.1 層壓復(fù)合工藝正交試驗(yàn)結(jié)果

通過設(shè)計(jì)的L9(33)進(jìn)行正交試驗(yàn),測(cè)量復(fù)合織物的質(zhì)量、透氣性以及剝離強(qiáng)力,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。可以看出,9組試樣織物的剝離強(qiáng)力均可達(dá)標(biāo)甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于GB/T 33389—2016要求。通過直觀分析可得表層-中間層、里層-中間層的剝離強(qiáng)力、CV值、透氣性的優(yōu)化工藝不同,需進(jìn)一步對(duì)正交試驗(yàn)的數(shù)值進(jìn)行工藝優(yōu)化,以確定不同層壓工藝對(duì)復(fù)合織物整體性能的影響。

表3 層壓復(fù)合工藝正交試驗(yàn)結(jié)果分析表

Tab.3 Analysis table of orthogonal experiment results for laminated composite process

2.2 各因素對(duì)復(fù)合織物的影響

分析表3可得,施膠量對(duì)復(fù)合層壓后織物剝離強(qiáng)力、變異系數(shù)影響最大,時(shí)間對(duì)透氣性影響最大。里層與中間層的剝離強(qiáng)力大于表層與中間層的剝離強(qiáng)力,這是因?yàn)槔飳涌椢餅檩p薄針織物,被熔融的TPU更易滲透產(chǎn)生機(jī)械嵌合。綜合分析施膠量對(duì)織物透氣性與剝離強(qiáng)力和剝離強(qiáng)力變異系數(shù)的影響可知,當(dāng)施膠量為25 g/m2時(shí),織物的表里層剝離強(qiáng)力均最小,而此時(shí)織物的透氣性最好,變異系數(shù)最小,說明此時(shí)雖然剝離強(qiáng)力不高,但黏合相對(duì)均勻。當(dāng)施膠量為50 g/m2時(shí),織物的透氣性適中,表里層與中間層的剝離強(qiáng)力也適中,此時(shí)織物剝離強(qiáng)力的變異系數(shù)適中,但是總體數(shù)值不大,說明此時(shí)織物剝離強(qiáng)力較好,黏合較均勻。當(dāng)施膠量為75 g/m2時(shí),織物的透氣性最差,雖然此時(shí)織物的表里層與中間層的剝離強(qiáng)力最大,但是此時(shí)織物剝離強(qiáng)力的變異系數(shù)最大,說明此時(shí)雖然織物的剝離強(qiáng)力好,但黏合得不均勻。綜合考慮,復(fù)合施膠量選擇50 g/m2。

分析溫度的影響可知:當(dāng)160 ℃時(shí)表層和里層的剝離強(qiáng)力都過小,140 ℃時(shí)里層的變異系數(shù)較大,說明溫度140 ℃時(shí),雖然表里層的剝離強(qiáng)力大,但是黏結(jié)不勻;當(dāng)溫度為120 ℃時(shí),表層和里層的剝離強(qiáng)力均最大,雖然表層的變異系數(shù)略大,但是數(shù)值卻不大,浮動(dòng)穩(wěn)定,說明黏合比較均勻。當(dāng)時(shí)間為80 s時(shí),織物表里層的剝離強(qiáng)力較高,但里層和中間層的變異系數(shù)均是最大的,此時(shí)里層與中間層的黏合均勻度均不好。當(dāng)時(shí)間為100 s時(shí),織物的表層與中間層剝離強(qiáng)力最大,里層與中間層的剝離強(qiáng)力趨緩下降,但其差別與80 s時(shí)不大,且100 s時(shí)表里層剝離強(qiáng)力的變異系數(shù)均較小,說明黏合均勻。當(dāng)溫度、時(shí)間過高會(huì)導(dǎo)致TPU熱熔膠流動(dòng)性能增加,過多的黏合劑會(huì)滲透到織物內(nèi)部及織物表面,導(dǎo)致剝離強(qiáng)力降低,變異系數(shù)范圍變大。綜合考慮剝離強(qiáng)力和變異系數(shù),復(fù)合溫度選120 ℃,復(fù)合時(shí)間選100 s。

3、 中間層結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合織物影響

復(fù)合工藝以及層壓織物對(duì)制備的汽車座椅用織物均有一定的影響。表層織物可選用不同性能的紗線和不同組織結(jié)構(gòu)織造具有阻燃性能的織物;中間層用WKSF替代海綿,經(jīng)編間隔織物的參數(shù)較多,其經(jīng)編間隔織物的孔眼、間隔絲密度對(duì)復(fù)合層壓的剝離強(qiáng)力及透氣性影響各不相同,因此選擇4種不同規(guī)格的經(jīng)編間隔織物,探究在正交試驗(yàn)最優(yōu)條件下經(jīng)編間隔織物對(duì)應(yīng)的最佳規(guī)格參數(shù)。

3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及測(cè)試數(shù)據(jù)

采用4種不同結(jié)構(gòu)的經(jīng)編間隔織物,利用優(yōu)化的復(fù)合工藝對(duì)汽車座椅用織物進(jìn)行復(fù)合層壓。多次測(cè)試取平均值,不同中間層復(fù)合織物的透氣率和剝離強(qiáng)力如表4所示。

表4 不同WKSF的測(cè)試數(shù)據(jù)平均值

Tab.4 Average value of test data of different WKSF

3.2 結(jié)果與分析

因WKSF各性能指標(biāo)對(duì)復(fù)合的影響因素較多,因此采用灰色近優(yōu)法[14-15]對(duì)復(fù)合汽車座椅用織物的多個(gè)性能指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),分析WKSF結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合織物的綜合性能影響。模型的建立步驟如下。

第1步:根據(jù)試樣和測(cè)試數(shù)據(jù)建立灰矩陣Rn×m:

(1)式中:Cn表示相應(yīng)的實(shí)際性能測(cè)試指標(biāo)為白化灰量;Rnm表示第m種織物的第n個(gè)性能測(cè)試數(shù)據(jù),也稱為灰元。

第2步:將各種織物的實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)代入式(1),則得到白化灰矩陣

(2)式中,表示第m種織物的第n個(gè)性能指標(biāo)的白化灰值。

第3步:由于各種性能的單位和意義各不相同,多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)需要統(tǒng)一化處理,使式(2)中的數(shù)值映射到區(qū)間[0,1]。選擇越大越優(yōu)指標(biāo)、越小越優(yōu)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)值處理,得到的近優(yōu)白化灰矩陣如式(3)所示。

(3)越大越優(yōu)指標(biāo):

(4)越小越優(yōu)指標(biāo):(5)式中, μmax為所在n行中最大值,μmin為所在n行中最小值。

第4步,按照公式將表4中的測(cè)試數(shù)據(jù)代入上述理論中計(jì)算4種織物的近優(yōu)度,近優(yōu)度白化灰元矩陣如下:

Sj [0.946 849, 0.921 317, 0.662 394, 0.783 245]

(6)式中,Sj為第j塊WKSF的灰色近優(yōu)度值,其值越大,代表WKSF的綜合性能越優(yōu)。

對(duì)4種織物的近優(yōu)白化灰元進(jìn)行從大到小排序,可知4種織物的綜合性能優(yōu)劣順序?yàn)?WKSF1、WKSF2、WKSF4、WKSF3,即WKSF1的灰色近優(yōu)度最高,說明WKSF1的綜合性能最好,WKSF2次之,WKSF3最差。結(jié)合表1中WKSF的規(guī)格屬性可知,經(jīng)編間隔織物的網(wǎng)眼數(shù)為45 個(gè)/(25 cm2)、厚度為7.12 mm、間隔絲密度為39.71 根/cm2時(shí),更適合復(fù)合功能汽車用座椅織物。

4、 結(jié) 論

本文以自織的小提花織物為表層,透氣性、回彈性良好的經(jīng)編間隔織物為中間層,延展性優(yōu)良的針織物為里層,3種織物通過熱塑性聚氨酯(TPU)熱熔膠進(jìn)行復(fù)合,并研究復(fù)合工藝以及經(jīng)編間隔織物結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合座椅用織物透氣性、剝離強(qiáng)力和變異系數(shù)的影響,得到以下主要結(jié)論。

1)用TPU熱熔膠對(duì)汽車座椅用織物復(fù)合,織物的剝離強(qiáng)力均可達(dá)標(biāo)甚至遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn),且施膠量對(duì)剝離強(qiáng)力影響較大,復(fù)合時(shí)間對(duì)透氣影響較大。

2)汽車座椅用織物優(yōu)化復(fù)合工藝為:復(fù)合溫度120 ℃,復(fù)合時(shí)間100 s,施膠量50 g/m2。

3)中間層經(jīng)編間隔織物對(duì)復(fù)合織物性能影響較大,WKSF1的綜合性能最優(yōu),其規(guī)格參數(shù)為:網(wǎng)眼數(shù)45 個(gè)/(25 cm2),厚度 7.12 mm,間隔絲密度39.71 根/cm2。

來源：期刊：《紡織學(xué)報(bào)》 作者：何 芳, 郭 嫣, 韓朝旭, 劉銘燊, 楊瑞瑞(西安工程大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院, 陜西 西安 710048)