多梳經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。在現有的汽車頂棚材料中，經編面料憑借其良好的尺寸穩定性、脫散性小、不易卷邊、透氣等優點，在汽車頂棚材料中占據越來越大的市場[1]。

經編面料外層朝向顧客，直觀地展示頂棚的外觀形態，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。現有的經編汽車頂棚內飾對花紋的設計較為單一，為了進一步發展汽車內飾材料，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狀

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

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塑料，目前生態塑料的水平已經達到最高，在2009年推出的混動車中，汽車內飾使用生物塑料已經占整個內飾的60%[2]。在面料組織結構設計方面與國內有所不同，國外的設計較為大膽，不受傳統因素的約束，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感。Audi公司推出了新型的經濟型汽車，采用一種特里科經編編織的毛圈結構布來制作頂棚，采用經編襯緯織物來制作車門的內飾材料[3]。

國內汽車用紡織品的發展歷史比較短，目前，只有少數的進口高檔汽車才使用紡織材料作為汽車內飾的裝飾材料，對頂棚紡織材料的花紋結構設計更是少之又少。中國對于汽車內飾材料的研究尚處于起步階段，不管是從質量還是外觀設計，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、門板等內飾，這些成果已經應用于實際生產，且生產的產品能夠達到德國大眾汽車公司標準。

為了順應汽車工業的快速發展，改善目前國內汽車內飾材料花紋設計單一等不足，適應汽車生產的要求以及內飾材料個性化的發展趨勢，經編復合材料憑借其不易脫散、尺寸穩定性好、耐清洗、花紋設計更多樣化等優點，被應用到越來越多的汽車內飾產品中。

經編汽車面料的復合狀態主要是三層結構(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，又能夠提高生產效率并達到環保的功效，因此被大多汽車面料生產商所青睞[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

頂棚的外觀形態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，需與整個車內飾格調相適應，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范，并要求面料不易產生形變，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《汽車內飾材料的燃燒特性》來進行生產織造。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飾力學、強度等性能要求，否則會影響后續的模壓成型，不利于實際生產應用。在組織結構設計時，主要考慮其力學性能、外觀形態以及地組織的緊密穩固，以確保設計的組織結構所生產的織物尺寸穩定性能優異，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編機編織而成的汽車頂棚面料，其地組織通常采用的是經平、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、織物結構設計以及后整理工藝的優化，從而能有效達到汽車內飾面料性能的要求。

3.1.1 生產設備

編織汽車頂棚材料常用Tricot經編機，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

經編汽車內飾面料以滌綸為主，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 墊紗規律

結合經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，其墊紗數碼及穿紗規律如表2所示。

表2 經編汽車頂棚面料墊紗數碼和穿紗規律設計Tab.2 Design of cushion yarn number and threading law of warp knitted automobile ceiling fabric

續 表

3.2.2 結構設計圖

在WKCAD上設計花型紋樣的完整循環以及織物仿真圖，花型大小為根據墊紗數碼來確定，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

經編織物#1：采用三梳結構設計，前梳GB1和中梳GB2采用經絨和經斜結合，分別采用滿穿經絨墊紗和經斜墊紗(針背橫移數為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，經絨組織和經斜組織線圈反向墊紗改善了織物的歪斜狀態，橫向穩定性較好，在織物正面呈現出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，經平和變化經平(經絨)結合，均采用6穿2空穿紗，先用一段變化經平組織，再用經平組織二者結合，形成柱狀網眼效應，同時在經平和經絨組織結合的部位，線圈相互克服傾斜呈現直立狀態，正面呈現出V字形的線圈縱行，反面前梳經平組織的延展性將中梳經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，經平組織滿穿，織物手感更為厚實，在豎縱條網眼的位置出現凹凸效應，這部分織物易出現起球現象，但縱條效果更為明顯。從織物模擬仿真圖看出，相較于經編織物#1而言，經編織物#2所呈現的花紋效果不明顯，但空穿和實穿的交替會呈現出一種較為大氣素雅的橫縱條紋。

經編織物#3：采用三梳結構設計，前梳GB1為經絨+編鏈組織，中梳GB2為經絨組織，后梳GB3地組織為編鏈組織，因而該織物的縱向穩定性極好，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，更好的展現橫條紋。而經絨與經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。

經編織物#4：采用四梳結構設計，前梳GB1采用經平和經絨結合，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出來，中梳GB2采用襯緯組織與經平組織結合，使用FDY作為原料，與GB1原料有所區分，更好呈現波紋效果，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，織物緊密性和穩定性更好。經編織物#4與經編織物#1編織出花紋的梳櫛，完整的組織循環跨橫列數較大，二者均能呈現出效果特殊的紋樣。

經編織物#5：采用四梳結構設計，在織物#2的基礎上，添加一梳GB4地梳經絨組織，且墊紗方式與中梳GB3經平組織為反向，使得織物的橫向穩定性更好，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，呈現色效果會更好。

經編織物#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花紋效果，可使用陽離子滌綸絲；在一個完整的組織循環中，梳櫛跨橫列數多的所展現的花紋效果更好，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，結構較為穩固，織物的力學等性能更好。因此在后續生產設計，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。

改變墊紗數碼和穿紗方式，使得經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感。隨著汽車以及汽車內飾產品的逐漸發展，經編面料的花型設計更加多樣化以及品質逐漸提升，那么經編面料在汽車上的應用必將越來越普及。