汽车用装饰面料设计

时间:2022-06-22 09:14:15

汽车用装饰面料设计

本文针对汽车用装饰面料的特殊要求,从纤维选择、纱线设计和织物设计等方面归纳了汽车用装饰面料的设计要点。

According to the increasing requirements of car-used decoration textiles, from how to select the fiber and yarn to how to design the pattern and texture of car-used decoration fabric were elaborated in this paper.

中国交通部门预测,2012年国内汽车保有量会突破 1 亿辆,年销量会突破 2 000 万辆。随之汽车用纺织品的用量也快速增多。假设每辆汽车平均耗用 20 kg纺织品,2012年国内汽车用纺织品的用量就可以达到 40 万t,未来汽车纺织品的需求量将以每年 15% ~ 20% 的速度增长。汽车生产商也越来越意识到纺织品汽车内饰的重要性。汽车内饰在整个汽车售价中仅占 4% 左右,因此提高汽车内饰的质量水平,成本低、回报高,受到汽车生产企业的欢迎。

据统计,95% 以上的汽车座椅采用纺织面料。对汽车座椅面料,不但要求花纹图案设计精美,而且要求高耐磨性和抗紫外线以及能降解。座椅面料的耐磨时间应该与汽车的使用寿命相当。人们在选择汽车用装饰面料时首先要考虑织物的耐磨性和抗紫外线性能,其次还要考虑材料的拉伸性质、撕裂强力、阻燃性、透气性、吸湿性、抗静电、耐清洁性及可回收性等。

1 纤维材料选择

1.1 纤维的耐磨性

1.1.1 纤维的机械性质

织物的耐磨性取决于纤维的性能,纤维伸长能力越大、弹性回复率越高、断裂强力越高,织物耐磨性越好。常用化纤的耐磨性优劣依次为:锦纶 涤纶 丙纶 氯纶 腈纶 粘胶;天然纤维中,羊毛耐磨性最好,其次是蚕丝、棉,最差的是麻。锦纶的耐磨性好,但它的耐光性差,因此锦纶不宜在车用装饰面料上的使用。

棉和粘胶及其它纤维素纤维,易起皱且折痕不易回复,耐磨性又远低于合成纤维,在车用座椅面料上较少使用,但可做座椅套、靠垫、抱枕等。羊毛的耐磨性尚可,但价格太贵,通常只在高档汽车上使用。羊毛的吸水性较好,在夏季具有更好的热舒适性。麻类织物质地坚固、吸湿透湿速度快、抗菌防菌,适用于夏季座椅套。在车顶和车门等内饰件增强材料中,可使用麻类纤维替代玻璃纤维,因为在发生碰撞事故中,其模压件不会产生锐利碎片,同时也可避免玻纤引起的皮肤及呼吸道过敏反应。

1.1.2 纤维的几何特征

因为长纤维之间的抱合力好,纤维不易从纱中抽,所以用长纤维织成织物的耐磨性较好。因此精梳织物的耐磨性好于普梳织物;中长纤维织物的耐磨性好于棉型纤维织物。

从纤维的细度上考虑,理论上认为纤维越细,则纱中纤维根数越多,纱的抱合力越好,织物越耐磨。但实际情况是太细的纤维强力低、刚性差,反而不耐磨。一般认为细度2.7 ~ 3.3 dtex这个范围的纤维最耐磨。中长纤维由于细度适中,其耐磨性较好。

相对于圆形截面纤维而言,异形截面的纤维有扁平、椭圆、中空、三角形、十字形等。异形截面纤维会使纤维耐弯曲性下降。但中空纤维,包括中空异形纤维耐磨次数和耐弯曲次数却明显提高,甚至提高 2 ~ 3 倍。中空纤维的这种性质与其中空化后纤维内部应力的减小有关。曾有专门针对中空和实心锦纶耐磨性的比较实验,结果显示无论实心异形纤维还是中空纤维,做成织物后的耐磨性都比圆形纤维有所提高。

1.1.3 纤维的结构

纤维的微观结构即大分子材料的结晶度和取向度。结晶度太大和太小都不耐磨,结晶度在 40% ~ 50% 之间,最为耐磨。比如耐磨性最好的锦纶,它的结晶度就是 45%。涤纶的结晶度是 50% ~ 60%,所以耐磨性比锦纶差。在结晶度相同的情况下,晶料的大小也影响耐磨性,一般来说是晶料越大越不耐磨。

大分子材料的取向度越高,耐磨性越好。化纤材料在制造过程中可以通过拉伸而提高大分子的取向度。

1.2 纤维的耐光性

腈纶耐紫外线降解和耐光性都很好,耐磨性在合成纤维中最差,它特别适合于做汽车的顶篷和有篷汽车的车篷。

锦纶的耐磨性优良,但耐光性差,限制了它在车用装饰织物方面的使用。由于锦纶的高弹性,人们常用它织造安全气囊及轮胎帘子线。

涤纶具有较好的抗紫外线性能,良好的机械性能,相对便宜的价格等优点,使得全世界 95% 以上的车用装饰面料由涤纶制成。有一种低强高伸型的涤纶,其断裂伸长率、弹性回复率和断裂强度较大,故其织物的耐磨性优良。涤纶的缺点是较低的吸水性在热天导致热舒适性较差。

丙纶比重最小,比涤纶更便宜。因丙纶只能原液染色,必须大批量生产,颜色单调。另外,丙纶的吸水性比涤纶更差,耐光性也很差,所以丙纶在车用纺织品中常常用来做地毯,用熔喷法生产的超细纤维丙纶做汽车里面的过滤材料。

1.3 PET、PTT及PBT纤维

作为聚酯系纤维有PET、PTT及PBT等。PET、PTT及PBT纤维的分子链中都存在刚性链苯环和柔性亚甲基 (―CH2―),PTT、PBT与PET在化学结构上的主要差异是:PET分子链链节上有 2 个亚甲基,PTT分子链链节上有 3 个亚甲基,而PBT分子链链节上有 4 个亚甲基。PTT和PBT纤维由于(―CH2―)链增长,使得分子链易于挠曲,所以纤维大分子链的柔性和弹性提高,且吸湿性、染色性、柔软性也比PET显著改善。PTT、PBT比PET更适应做车用装饰面料。

2 纱线设计

2.1 短纤纱

将短纤维纺成纱线的方法有传统的环锭纺、转杯纺和喷气纺等。由于成纱机理不同,转杯纱和喷气纱的耐磨性都不及环锭纱。而对汽车用纺织品来说,在临界捻系数的范围内,合理提高环锭纱捻系数可以提高纱线的耐磨性,捻系数太大或太小都不利于织物的耐磨性。

涤纶和羊毛混纺的短纤纱织物是高端汽车装饰面料最好的选择。混纺纱由于纤维性状上的差异,使成纱截面内不同纤维分别趋向外层或内层分布。最常见的是长度较长而细度更细的纤维会分布于纱的中心,粗而短的纤维易分布于纱的外层。若想使羊毛纤维分布于涤毛混纺纱的外层,则可选择长度更长些、线密度更细些的涤纶。

2.2 长丝纱

现在 95% 以上的车用装饰面料是由涤纶纤维制成的,使用涤纶长丝比用涤纶短纤维纺成的纱线成本更低,且强力和耐磨性更好。要使长丝纱具有短纤纱的重要特性――既保暖又透气,可以采用变形纱。在汽车用织物中,主要使用假捻变形丝和空气变形丝。

2.2.1 假捻变形丝

假捻变形丝由于是将各单丝进行螺旋缠绕后热定形的,纱线的蓬松性好,满足织物保暖透气要求。当纱线不受力时,单丝收缩弯曲;在受力时,单丝被拉直成平行状。这就为纱线提供了延伸性,这对汽车用纺织品非常有用,因为座椅等面料要求三维成型,织物要有足够的延伸性,但机织物的特点就是尺寸稳定性好而延伸性差。提高纱线的延伸性可以弥补机织物在车用纺织品使用上的缺陷。

2.2.2 空气变形丝

汽车装饰织物应用的另一类纱线是空气变形丝,也称为网络丝。这种纱线的蓬松性和触感好,可以提高织物的耐久性和质量。在空气变形丝生产时,选择PBT或PTT聚酯聚合体,变形丝的延伸性和回复能力更好,更能满足三维成型织物的应用,给汽车内饰设计者更大的方便。

化纤厂生产的涤纶长丝有POY、DTY、FDY等,汽车用纺织品选取预取向丝POY。由于这种纱线在生产中留有一定量的残余伸长,在生产汽车用纺织品,特别是相对延伸性较小的机织物,预取向丝可以在一定压力下模压成三维的形状,如门板或机头壳等。

2.3 特殊纱线

在座椅套设计时,有时也用到植有绒毛纤维的纱线,这类纱线有雪尼尔线和植绒线。雪尼尔线是用两根芯线通过加捻将绒纤维固定,绒纤维已被切成一定的长度。植绒线是通过静电将绒纤维附着在表面涂有粘合剂的芯线上,粘胶纤维常被用来做芯线,绒纤维最好使用易弯曲的纤维。实际使用时,植绒线比雪尼尔线更耐磨。

3 织物设计

在汽车装饰织物领域应用的织物形成方法是机织、针织及非织造等 3 种生产方法。单纯从织物结构来讲,机织物经向和纬向的结构弹性都很小,纬编织物经向和纬向的结构弹性都很大,经编织物经向和纬向的结构弹性介于两者之间。

3.1 机织物

机织物过去一直在汽车装饰领域占据统治地位。近年由于座椅面料在拐角处的延伸性越来越被受到重视,所以凭借织物组织的创新设计来提升花型的视觉效果的方法得到广泛应用。

汽车内饰织物要求具有较高的耐磨性,不易滑移,因此浮长不宜过长,织物表面不宜过于光滑。常用织物组织有平纹、变化平纹、斜纹、变化斜纹、平纹地小提花、重经重纬组织、双层组织、起绒组织等。例如填芯双层大提花结构,织物厚实、花型饱满、立体感强,表面凹凸,驾坐稳定性好,是机织物中常用的结构。

机织绒类织物是汽车内饰常选用的座椅面料,它外观豪华,但成本较高。它的延伸性基本与平面机织物相似,但纱线使用的灵活性受限。

3.2 经编织物

由于经编工艺高效的生产方法、较低的生产成本,其占汽车用装饰面料的最大份额。经编针织物常用于车门、车顶、中柱、窗帘,常见品种有特里科经编和拉舍尔经编两类。

特里科经编织物分平面织物和毛圈绒织物 2 类,通过印花、刷绒等染整后处理,可使织物表面花型丰富并产生高密长毛绒。但特利科经编工艺提供花型的能力有限,即使在配备 4 ~ 6 把梳栉的机器上,因为有限的横移运动会使花型被限止在很小的范围内。

拉舍尔经编常用于生产绒类织物,主要有双针床拉舍尔经编绒织物和双针床经编间隔织物,是应用广泛的汽车内饰织物,底布常常使用涤纶低弹丝,毛绒多用短纤纱,毛绒和底布是线圈联结,因此毛绒不易脱落,而且毛绒密度高,每平方厘米可达 1 000 个绒头,织物尺寸稳定。但是它使用纱线的局限性比机织绒更大,表面花型受限,但其生产速度快,它的生产效率比机织绒生产高 4 ~ 5 倍,因而产品成本更低。现在双针床拉舍尔经编绒类织物是用途广泛的汽车用装饰织物生产方法,可生产平绒和半平绒,用于座椅垫和靠背垫。

3.3 纬编织物

纬编织物的结构弹性是最大的,纬编织物分横机织物和圆机织物,主要用于汽车坐垫套。纬编生产工艺可以利用电子提花技术配合色纱使织物具有丰富多样的色彩和花纹图案,在产品变化周期上比经编更加灵活,因而也更能适应个性化设计的要求。纬编横机织物结构的几何形态柔和而具有延伸性。雪尼尔线、植绒线、细结子线等的应用可使织物具有较好的外观效果,利用电脑横机还可以生产三维成型的汽车座椅和门板。纬编圆机织物可以通过提花形成变化多样的织物花纹,采用多种色纱可形成多色花型。

普通机织物及机织提花织物伸长小,尺寸稳定,强度较针织物高,花色丰富多彩,但缺乏豪华的观感,经编绒类则在这方面占有优势。为使汽车内饰给人一种豪华感,西欧汽车生产商将坐椅的中心部位改用拉舍尔经编织物,而车侧和坐垫仍采用机织物。这一变化趋向表明,单层机织物所占的比例将下降,拉舍尔经编织物的使用将上升。在美国,机织提花装饰织物有可能取代单层机织物的地位。

3.4 车用装饰织物的色彩及图案设计

汽车装饰织物的色彩要与汽车内外总体色彩协调。汽车内装饰应作为一个整体来进行设计,应根据汽车品牌、型号、使用对象来设计内饰织物的色彩与图案。汽车内装饰设计受传统文化的影响,如日韩汽车厂商的内饰设计就受到中国消费者的喜爱,因为日韩和我们同属亚洲文化,有一定的相通性。

白色、黑色、灰色是汽车最普通的色系,也常见红色、蓝色、黄色、绿色等色系的产品。据统计,银色连续 9 年占据全球最受欢迎汽车颜色首位,因银调比较匹配汽车金属构造外观。黑色一直是很多高档轿车所使用的颜色。在我国,浅色和中等色调内饰在豪华车的市场最受青睐。

轿车的内装饰风格呈现多样化的发展趋势,满足不同性别、年龄、地区和民族的审美要求;体现不同消费者的个性,比如时尚、奢华、绝对优雅、创新、运动等概念。如今消费者对汽车的要求已不仅仅是行驶,而是集行驶、休闲、展示个性、身份象征为一体的综合载体。这就需要根据汽车品牌、消费者特点等来设计开发不同风格、系列的汽车内饰产品。还可以有针对性地进行个性化产品设计,以满足车主的特色需求。

参考文献

[1] 冯庆详,迈克・哈德卡斯特尔. 汽车用纺织品[M]. 北京:中国纺织出版社,2004.

[2] 姜怀等. 纺织材料学[M]. 北京:中国纺织出版社,2001.

[3] 王小娟.PTT纤维的性能研究[J]. 染整技术,2009(5):12 16.

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