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

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,采用一定比例的阻燃滌綸與普通滌綸進行交織,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?時間?施膠量等參數(shù)對復(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℃?時間為100s?施膠量為50g/m2;當(dāng)間隔織物網(wǎng)眼數(shù)為45個/(25cm2),厚度為7.12mm,間隔絲密度為39.71根/cm2時,中間層織物對復(fù)合材料的剝離強力?透氣性等性能最佳?通過該復(fù)合工藝設(shè)計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,消費者對汽車內(nèi)飾的需求趨向多元化[1-2]?如今,由于上班通勤?日常出行人們花費更多的時間在汽車上[3]?在這個“第三空間”內(nèi)駕駛員以及乘客對舒適性?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,重點在黏合劑的選擇和層壓工藝設(shè)計上,且織物的結(jié)構(gòu)也會影響層壓性能?而復(fù)合層壓工藝可相互取長補短,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環(huán)境友好?具有良好的彈性?力學(xué)強度等特點[9-10]?表層織物一般暴露于表面,選材時不僅體現(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,駕駛者久坐易造成脊椎畸形,而且海綿燃燒會產(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[13]?

本文采用熱塑性聚氨酯(TPU)熱熔膠對汽車座椅用織物進行復(fù)合層壓,探究了復(fù)合工藝以及WKSF結(jié)構(gòu)對復(fù)合織物性能影響,實現(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,滿足消費群體需求,具有廣闊的發(fā)展前景?

試驗部分

試驗材料

33.3tex阻燃滌綸網(wǎng)絡(luò)絲;33.3tex普通滌綸低彈長絲;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/(5cm)?縱密為130橫列/(5cm),面密度為106.44g/m2,東莞威漫百達紡織有限公司;A024型熱塑性聚氨酯(TPU)熱熔膠網(wǎng)膜,面密度為25g/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?

試樣的制備

在織機上設(shè)計并織造滌綸小提花接結(jié)雙層組織織物作為表層織物,選用阻燃滌綸為經(jīng)紗與表緯,普通滌綸為里緯?通過小提花設(shè)計增加美感及密實?耐磨等使用性能,使花型變化多樣,增加汽車座椅用織物整體趣味性及功能性?阻燃滌綸相對普通滌綸造價高,為節(jié)省成本,采用阻燃滌綸與普通滌綸織物交織使用,賦予表層織物阻燃等特性?采用SGA598半自動織布機(江陰市通源紡織機械有限公司)織制試樣?以滌綸小提花織物(記為1#織物)為表層,經(jīng)密為500根/(10cm)?緯密為400根/(10cm),摩擦400次,經(jīng)向撕破強力為210.0N?緯向撕破強力為180.6N,透氣率為220.74mm/s?1#織物的上機圖如圖2所示,實物圖如圖3所示?

將1#?2#織物與WKSF通過自主研發(fā)的熱壓黏合機進行復(fù)合,其工藝流程如圖4所示?熱壓黏合機通過一定的升溫使熱熔膠達到黏流態(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?

測試與表征

采用Quanta-450-FEG場發(fā)射(SEM)掃描電的測定》測試織物表層與中間層?里層與中間層的剝離強力;按照FZ/T60011—2016《復(fù)合織物剝離強力實驗方法》和FZ/T01085—2000《熱熔粘合襯剝離強力試驗方法》測試織物表層與中間層?里層與中間層的剝離強力;采用YG461E數(shù)字式透氣量儀(寧波紡織儀器廠),按照GB/T33389—2016《汽車裝飾用機織物及機織復(fù)合物》和GB/T5453—1997《紡織品織物透氣性測試》測試織物的透氣性?

正交試驗設(shè)計方案

通過查閱資料可得中間層在6mm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)合時間?溫度?施膠量作為主要因素,通過設(shè)計3因素3水平正交試驗對復(fù)合工藝中各影響因素進行探究,正交試驗設(shè)計方案如表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)合提供工藝改進方案?

層壓復(fù)合工藝參數(shù)的優(yōu)化

層壓復(fù)合工藝正交試驗結(jié)果

通過設(shè)計的L(33)進行正交試驗,測量復(fù)合織物的質(zhì)量?透氣性以及剝離強力,實驗結(jié)果如表3所示?可以看出,9組試樣織物的剝離強力均可達標(biāo)甚至遠遠高于GB/T33389—2016要求?通過直觀分析可得表層-中間層?里層-中間層的剝離強力?CV值?透氣性的優(yōu)化工藝不同,需進一步對正交試驗的數(shù)值進行工藝優(yōu)化,以確定不同層壓工藝對復(fù)合織物整體性能的影響?

各因素對復(fù)合織物的影響

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

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

中間層結(jié)構(gòu)對復(fù)合織物影響

復(fù)合工藝以及層壓織物對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?間隔絲密度對復(fù)合層壓的剝離強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,探究在正交試驗最優(yōu)條件下經(jīng)編間隔織物對應(yīng)的最佳規(guī)格參數(shù)?

試驗設(shè)計及測試數(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)合工藝對汽車座椅用織物進行復(fù)合層壓?多次測試取平均值,不同中間層復(fù)合織物的透氣率和剝離強力如表4所示?

結(jié)果與分析

因WKSF各性能指標(biāo)對復(fù)合的影響因素較多,因此采用灰色近優(yōu)法[14-15]對復(fù)合汽車座椅用織物的多個性能指標(biāo)進行綜合評價,分析WKSF結(jié)構(gòu)對復(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)試樣和測試數(shù)據(jù)建立灰矩陣Rn×m:

式中:Cn表示相應(yīng)的實際性能測試指標(biāo)為白化灰量;Rnm表示第m種織物的第n個性能測試數(shù)據(jù),也稱為灰元?

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

式中,Rnm表示第m種織物的第n個性能指標(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,多個評價指標(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)進行數(shù)值處理,得到的近優(yōu)白化灰矩陣如式(3)所示?

式中,μmax為Rnm所在n行中最大值,μmin為Rnm所在n行中最小值?

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

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4種織物的近優(yōu)白化灰元進行從大到小排序,可知4種織物的綜合性能優(yōu)劣順序為: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/(25cm2)?厚度為7.12mm?間隔絲密度為39.71根/cm2時,更適合復(fù)合功能汽車用座椅織物?

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)對復(fù)合座椅用織物透氣性?剝離強力和變異系數(shù)的影響,得到以下主要結(jié)論?

1)用TPU熱熔膠對汽車座椅用織物復(fù)合,織物的剝離強力均可達標(biāo)甚至遠高于標(biāo)準(zhǔn),且施膠量對剝離強力影響較大,復(fù)合時間對透氣影響較大?

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)合時間100s,施膠量50g/m2?

3)中間層經(jīng)編間隔織物對復(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/(25cm2),厚度7.12mm,間隔絲密度39.71根/cm2?

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