多梳經(jīng)編汽車頂棚織物的設計與仿真

唐紗麗，陳慰來，馬 晨

(浙江理工大學紡織科學與工程學院(國際絲綢學院)，杭州 310018)

汽車頂棚面料是汽車內(nèi)飾的主體材料，需具有隔音、隔熱、防水、防油污、阻燃等多種功能。在現(xiàn)有的汽車頂棚材料中，經(jīng)編面料憑借其良好的尺寸穩(wěn)定性、脫散性小、不易卷邊、透氣等優(yōu)點，在汽車頂棚材料中占據(jù)越來越大的市場[1]。

經(jīng)編面料外層朝向顧客，直觀地展示頂棚的外觀形態(tài)，所以汽車頂棚材料的美觀度對于消費者來說十分重要，頂棚的外觀和觸感會極大的影響消費者的購買選擇?，F(xiàn)有的經(jīng)編汽車頂棚內(nèi)飾對花紋的設計較為單一，為了進一步發(fā)展汽車內(nèi)飾材料，需要面料在滿足基本要求的情況下，風格紋理設計更加飽滿、更具有視覺沖擊，刺激消費者的購買欲望。

1 汽車頂棚面料應用現(xiàn)狀

汽車目前正處于一個高速發(fā)展的時代，越來越多的高新技術應用到汽車產(chǎn)品上，國外汽車頂棚材料的生產(chǎn)，在原料、組織設計以及生產(chǎn)等工藝上都遙遙領先于國內(nèi)。

國外大部分汽車頂棚材料，在原料使用上逐漸趨向于復合材料、新型功能性纖維以及納米纖維等新型纖維。豐田汽車公司從2000年起就開始在汽車中應用生態(tài)塑料，目前生態(tài)塑料的水平已經(jīng)達到最高，在2009年推出的混動車中，汽車內(nèi)飾使用生物塑料已經(jīng)占整個內(nèi)飾的60%[2]。在面料組織結構設計方面與國內(nèi)有所不同，國外的設計較為大膽，不受傳統(tǒng)因素的約束，比如在紡制麂皮、牛皮等針織面料惟妙惟肖，不同的顏色和紋樣可以展現(xiàn)出不同的效果，既降低了購買成本，又能很好地體驗真皮的質(zhì)感。Audi公司推出了新型的經(jīng)濟型汽車，采用一種特里科經(jīng)編編織的毛圈結構布來制作頂棚，采用經(jīng)編襯緯織物來制作車門的內(nèi)飾材料[3]。

國內(nèi)汽車用紡織品的發(fā)展歷史比較短，目前，只有少數(shù)的進口高檔汽車才使用紡織材料作為汽車內(nèi)飾的裝飾材料，對頂棚紡織材料的花紋結構設計更是少之又少。中國對于汽車內(nèi)飾材料的研究尚處于起步階段，不管是從質(zhì)量還是外觀設計，與國外還存在一定的差距[4]。20世紀80年代中期，上海市紡織科學研究院在“七五”“八五”等國家重點攻關項目中，先后研發(fā)出了低密度隔音、隔熱、防震汽車用非織造襯墊材料，可以應用于汽車頂棚、門板等內(nèi)飾，這些成果已經(jīng)應用于實際生產(chǎn)，且生產(chǎn)的產(chǎn)品能夠達到德國大眾汽車公司標準。

為了順應汽車工業(yè)的快速發(fā)展，改善目前國內(nèi)汽車內(nèi)飾材料花紋設計單一等不足，適應汽車生產(chǎn)的要求以及內(nèi)飾材料個性化的發(fā)展趨勢，經(jīng)編復合材料憑借其不易脫散、尺寸穩(wěn)定性好、耐清洗、花紋設計更多樣化等優(yōu)點，被應用到越來越多的汽車內(nèi)飾產(chǎn)品中。

經(jīng)編汽車面料的復合狀態(tài)主要是三層結構(單層針織布+海綿軟泡+水刺無紡布)，如圖1所示，能有效改善汽車頂棚表面的平整度，不同組織結構可以設計不同性能的面料以及豐富的花型，結合目前的全成型技術和提花技術，既能夠有效達到面料對性能的要求，又能夠提高生產(chǎn)效率并達到環(huán)保的功效，因此被大多汽車面料生產(chǎn)商所青睞[5]。

圖1 針織三層結構示意Fig.1 Schematic diagram of knitted three-layer structure

2 多梳經(jīng)編汽車頂棚織物的性能要求

汽車頂棚是極大程度上影響乘客視覺感受的外觀配件，除此之外，頂棚材料的其他各項性能在一定程度上也會影響消費者的購車選擇。

2.1 外觀形態(tài)

頂棚的外觀形態(tài)對乘客有著直接的影響，因此頂棚的表面應當清潔、平整、無折痕、疵點、污斑等，各接縫邊緣應當完好；表面的顏色和紋理，應當與設計批準的樣品一致，且不宜過于浮夸，需與整個車內(nèi)飾格調(diào)相適應，顏色和花紋可設計的更加飽滿、更具有視覺沖擊，可大幅度提升乘客的舒適感和滿足感，一般整體基調(diào)以黑色、灰色、白色、淺黃色為主，紋理主要是菱形格紋、方格、橫縱豎條等花紋圖案以及起絨處理[6]。

2.2 力學性能

頂棚材料要求各項力學穩(wěn)定性較好，其中包括斷裂強力、頂破強力、剝離強力等，需按照標準指標嚴格規(guī)范，并要求面料不易產(chǎn)生形變，與汽車頂棚需高度貼合[7]。

2.3 其他性能

汽車頂棚材料的其他性能主要包括有阻燃、強度、氣味、色牢度等。汽車作為常見的易燃易爆品，直接關系到乘客的生命安全，因此各個部位的阻燃性都不容忽視，需嚴格按照國家標準GB 8410-2006《汽車內(nèi)飾材料的燃燒特性》來進行生產(chǎn)織造。頂棚材料的強度主要是指材料層之間的剝離強度，其彎曲強度、耐磨損強度等，不但會影響頂棚的美觀及使用性能，對頂棚的安裝也會有很大的影響[8]。

3 多梳經(jīng)編汽車頂棚織物設計

頂棚織物組織結構的設計須滿足汽車內(nèi)飾力學、強度等性能要求，否則會影響后續(xù)的模壓成型，不利于實際生產(chǎn)應用。在組織結構設計時，主要考慮其力學性能、外觀形態(tài)以及地組織的緊密穩(wěn)固，以確保設計的組織結構所生產(chǎn)的織物尺寸穩(wěn)定性能優(yōu)異，符合頂棚材料的要求。

織物的組織結構設計會直接影響其風格，對于單針床特里科特經(jīng)編機編織而成的汽車頂棚面料，其地組織通常采用的是經(jīng)平、編鏈等較為密實的組織。而提花組織一般由前面1-2把梳櫛來完成，通過梳櫛橫移來實現(xiàn)設計的花型，在工藝反面利用延展線的關系，亦可形成一定的圖案。

3.1 設備與原料

設計經(jīng)編多梳汽車頂棚面料，并且賦予織物表面一定的紋樣效果，可以通過設置機器的編織工藝參數(shù)、織物結構設計以及后整理工藝的優(yōu)化，從而能有效達到汽車內(nèi)飾面料性能的要求。

3.1.1 生產(chǎn)設備

編織汽車頂棚材料常用Tricot經(jīng)編機，因其梳櫛較少，并且機號高(一般E24-E32)、采用復合針、機速高達3000 r/min，牽伸角度大于90°～110°，比較適合編織組織結構和紋樣簡單的面料[9-10]。

3.1.2 原料

經(jīng)編汽車內(nèi)飾面料以滌綸為主，本文主要選用普通滌綸(包括DTY滌綸低彈絲、FDY全拉伸長絲)、仿毛型滌綸(FDY+DTY)、陽離子滌綸絲(見表1)。

表1 原料選用與織物性能Tab.1 Selection of raw materials and fabric properties

3.2 工藝設計

共舉例設計6種織物組織，分別是三梳方格、縱條、橫條花型以及四梳波浪形、縱條、橫條，其組織較為現(xiàn)代化且立體感較強。以下花型設計均在WKCAD3.0上完成。

3.2.1 墊紗規(guī)律

結合經(jīng)編織物的特性和頂棚面料的要求，三梳和四梳織物各設計3種，其墊紗數(shù)碼及穿紗規(guī)律如表2所示。

表2 經(jīng)編汽車頂棚面料墊紗數(shù)碼和穿紗規(guī)律設計Tab.2 Design of cushion yarn number and threading law of warp knitted automobile ceiling fabric

續(xù) 表

3.2.2 結構設計圖

在WKCAD上設計花型紋樣的完整循環(huán)以及織物仿真圖，花型大小為根據(jù)墊紗數(shù)碼來確定，具體如圖2-圖7所示。

(a)結構設計圖

(a)結構設計圖

(a)結構設計圖

(a)結構設計圖 (b)仿真圖圖5 織物#4組織結構設計Fig.5 Structure design of fabric #4

(a)結構設計圖 (b)仿真圖圖6 織物#5組織結構設計Fig.6 Structure design of fabric #5

(a)結構設計圖

3.2.3 組織結構分析

經(jīng)編織物#1：采用三梳結構設計，前梳GB1和中梳GB2采用經(jīng)絨和經(jīng)斜結合，分別采用滿穿經(jīng)絨墊紗和經(jīng)斜墊紗(針背橫移數(shù)為3)，使用陽離子滌綸絲+FDY作為原料，使用陽離子滌綸絲作為原料的部分染色效果會更加明顯，形成方格紋樣，經(jīng)絨組織和經(jīng)斜組織線圈反向墊紗改善了織物的歪斜狀態(tài)，橫向穩(wěn)定性較好，在織物正面呈現(xiàn)出V字形圈柱，紋路較為清晰，彈性和延伸線適中。后梳GB3作為地梳，采用滿穿經(jīng)平組織，使用低彈絲作為，使得織物較為密實的同時具備一定的彈性[13]。

經(jīng)編織物#2：采用三梳結構設計，前梳GB1和中梳GB2均采用FDY滌綸長絲為原料，經(jīng)平和變化經(jīng)平(經(jīng)絨)結合，均采用6穿2空穿紗，先用一段變化經(jīng)平組織，再用經(jīng)平組織二者結合，形成柱狀網(wǎng)眼效應，同時在經(jīng)平和經(jīng)絨組織結合的部位，線圈相互克服傾斜呈現(xiàn)直立狀態(tài)，正面呈現(xiàn)出V字形的線圈縱行，反面前梳經(jīng)平組織的延展性將中梳經(jīng)絨組織的延展線捆綁住，因而織物的緊密型較好，并且脫散性小，手感好紋路清晰。GB3地梳采用DTY為原料，經(jīng)平組織滿穿，織物手感更為厚實，在豎縱條網(wǎng)眼的位置出現(xiàn)凹凸效應，這部分織物易出現(xiàn)起球現(xiàn)象，但縱條效果更為明顯。從織物模擬仿真圖看出，相較于經(jīng)編織物#1而言，經(jīng)編織物#2所呈現(xiàn)的花紋效果不明顯，但空穿和實穿的交替會呈現(xiàn)出一種較為大氣素雅的橫縱條紋。

經(jīng)編織物#3：采用三梳結構設計，前梳GB1為經(jīng)絨+編鏈組織，中梳GB2為經(jīng)絨組織，后梳GB3地組織為編鏈組織，因而該織物的縱向穩(wěn)定性極好，并且可以形成厚薄不一的凹凸效應，因為以橫向縮小的經(jīng)絨+編鏈組織形成了凸出的部分，使用陽離子滌綸絲為原料，更好的展現(xiàn)橫條紋。而經(jīng)絨與經(jīng)絨同向運動形成了拉緊的橫列，外觀像格子縐，且GB2與GB3均使用DTY滌綸低彈絲，使得織物又具有一定的彈性。

經(jīng)編織物#4：采用四梳結構設計，前梳GB1采用經(jīng)平和經(jīng)絨結合，形成波浪形的紋樣，且使用陽離子滌綸絲作為原料，可以將波浪形的紋樣更好的展現(xiàn)出來，中梳GB2采用襯緯組織與經(jīng)平組織結合，使用FDY作為原料，與GB1原料有所區(qū)分，更好呈現(xiàn)波紋效果，襯緯組織起著橫向連接并且加固結構的作用，使得織物結構更加穩(wěn)固。GB3和GB4兩把梳櫛作為地梳，均使用DTY長絲，加固的同時起到一定的彈性作用，墊紗方式分別為滿穿經(jīng)絨和滿穿編鏈，GB3的墊紗運動方向與GB1反向，可以有效改善織物的歪斜，織物緊密性和穩(wěn)定性更好。經(jīng)編織物#4與經(jīng)編織物#1編織出花紋的梳櫛，完整的組織循環(huán)跨橫列數(shù)較大，二者均能呈現(xiàn)出效果特殊的紋樣。

經(jīng)編織物#5：采用四梳結構設計，在織物#2的基礎上，添加一梳GB4地梳經(jīng)絨組織，且墊紗方式與中梳GB3經(jīng)平組織為反向，使得織物的橫向穩(wěn)定性更好，手感較織物A2更厚實，有利于改善織物的起毛起球性能。前兩梳GB1和GB2使用陽離子滌綸絲來編織，并且前兩梳有空穿，后兩梳GB3和GB4使用DTY滿穿，使織物更加緊密，在前梳空穿和實穿交替的部位可形成凹凸效應，且從模擬仿真圖可以看出，明顯使用陽離子滌綸絲作為面紗的原料，呈現(xiàn)色效果會更好。

經(jīng)編織物#6：采用四梳結構設計，在織物#3的基礎上，添加GB2中梳，同GB1反向墊紗運動，改善織物的傾斜性，織物更加緊密，縱橫向穩(wěn)定性都較好，所選用的原料與#3相同，不同的是#3穿紗方式為滿穿，#6為3穿1空，由仿真效果圖可以看出，滿穿所呈現(xiàn)的效果更好。織物#6為四梳，織物整體更加飽滿硬挺，織物抗折皺性能會更好。

4 結 語

在編織汽車頂棚織物時，陽離子滌綸絲相較于普通滌綸而言，染色效果更好，在編織前梳為更好的呈現(xiàn)花紋效果，可使用陽離子滌綸絲；在一個完整的組織循環(huán)中，梳櫛跨橫列數(shù)多的所展現(xiàn)的花紋效果更好，能有效設計特殊花紋組織；三梳和四梳結構均可以編織頂棚面料，四梳相較三梳而言，地組織和面組織均可以用兩梳編織，整個織物的布面會較為平整，結構較為穩(wěn)固，織物的力學等性能更好。因此在后續(xù)生產(chǎn)設計，編織較為特殊的花紋時，可采用陽離子滌綸絲來編織四梳結構。

改變墊紗數(shù)碼和穿紗方式，使得經(jīng)編汽車頂棚面料可以具備更加豐富的花型以及更加舒適高級的質(zhì)感。隨著汽車以及汽車內(nèi)飾產(chǎn)品的逐漸發(fā)展，經(jīng)編面料的花型設計更加多樣化以及品質(zhì)逐漸提升，那么經(jīng)編面料在汽車上的應用必將越來越普及。