汽车座椅PVC面料打孔设计对面料力学性能影响分析
来源 | AUTO内饰行家
摘要：车座椅PVC面料在打孔后,既要满足设计要求,又要满足力学性能要求｡本文通过对某PVC面料常规打孔设计后的拉延强度以及撕裂强度两项性能进行测试,不同孔径与孔距在多种排列组合情况下,PVC面料是否满足试验标准｡根据本次试验结果,得出相应结论,并规避设计无法实现量产的问题｡
关键词：汽车座椅;PVC面料;打孔设计;拉延强度;切口撕裂强度;力学性能中图分类
汽车座椅PVC面料打孔设计,作为汽车座椅设计中的重要元素,可以在整车设计方案中体现设计师的风格意图,同时在动静态感知中,也有良好的表现,例如视觉感观､座椅通风､皮革手感和气味等｡随着大众审美的不断提升以及对汽车认知概念的不断更新,各大主机厂对汽车审美也一直在提高｡现如今客户在选购汽车时,造型设计逐渐成为汽车购买的重要参考点之一｡
座椅的设计在整个汽车内饰造型设计中,起到了关键作用｡有数据表明,人们在观察某一物体时,前20s给人最直接视觉传达就是大面积色块搭配;在20s后的视觉感官中,细节的设计尤为的加分,而座椅的色块搭配正好占据了设计中的绝大部分｡所以在前期设计过程中,皮革面料的孔型设计,便成为了座椅外观设计的其中一个重要因素<1>｡
皮革打孔设计对皮革本身的力学性能是一种考验,也可以称作是一种“破坏性工艺”｡其考验的是皮革在打孔后,是否既能够满足设计要求,也能够满足车企车规等力学性能要求｡为了验证皮革面料在不用孔型条件下,是否能够满足企业标准和力学性能要求,本文作者以常规孔型设计为基础,孔径､孔距为变量进行排列组合｡通过拉延强度､切口撕裂强度两项力学性能试验进行验证,不同孔型条件是否符合标准,并得出最终结论｡
实验材料
本文研究所使用的PVC面料所有试样,由同一供应商提供,采用同一种生产工艺｡PVC试样符合市面上大部分企业标准的配方,仅改变打孔参数<2>｡
孔径是指孔的直径;孔距指的是2个孔的中心距,即第一个孔的中心到第二个孔中心的距离(图1)｡为了保证试验样品能够覆盖更多的孔型设计方案,将孔径与孔距的选择范围,设立在常规与非常规2种条件之间进行排列组合｡孔径参数范围:0.7~1.4mm;孔距参数范围:4.0~7.0mm｡
（1）常规范围:孔径为0.9~1.2mm;孔距为5.0mm和6.0mm｡
（2）非常规范围分为上下限值｡上限孔径:1.3mm､1.4mm,上限孔距:7.0mm;下限孔径:0.7mm和0.8mm,下限孔距:4.0mm｡
孔径和孔距的选择排列组合方式有2种,分别为同一种孔径与不同孔距进行排列,以及同一种孔距与不同孔径进行排列,共得出32种组合<3>｡
试验方法
拉伸强度
拉伸强度是指材料在受到拉伸力作用下所能承受的最大应力值｡在工程设计和材料选择中,拉伸强度是一个非常总重要的参数,它直接影响材料的使用寿命和安全性能｡拉延强度测试依据通用汽车世界范围工程标准GMW3010-2014CodeH断裂加载力测试进行｡测试参数如下｡
测试拉伸方向:垂直机械方向≥200N;试样尺寸:260.0mm×50.0mm,纵向､横向各取3个样片,取样以面料经纬向为基准(图2),横向为平行于纬向,纵向为平行于经向;实验室环境:环境温度为(22±3)℃,环境度为(50±5)%RH;测试速度:以(100.0±5.0)mm/min条件下的试验速率进行拉伸,试验始标距为100.0mm;预置应力:5N｡
切口撕裂强度
切口撕裂强度是指在拉伸过程中,材料在断裂前所承受的最大拉力｡它是衡量材料抗撕裂性能的一项重要指标,通常用于评价纸张､织物和皮革等柔性材料的品质｡切口撕裂强度依据ISO13937-2-2000《纺织品.织物撕破特性.第2部分:裤形试样撕破强力的测定(单舌法)》进行测试｡测试参数如下｡
拉伸方向:垂直机械方向≥20N;试样尺寸:50.0mm×200.0mm,纵向､横向各取3个样片,取样以面料经纬向为基准,横向为平行于纬向,纵向为平行于经向;实验室环境:环境温度为(22±3)℃,环境度为(50±5)%RH;测试速度:以100.0mm/min的速度拉伸直至断裂;切口要求:从宽度中心开始做一个长度为100.0mm的纵向夹缝,在试样的末切端初标记撕裂结束25.0mm,以指测试结束时撕裂的位置(图3)｡
实验结果与分析
同孔距不同孔径的实验结果
将变量设定为孔距不变,孔径递增进行测试｡孔距分别为0.7mm､0.6mm､0.5mm和0.4mm的测试结果如表1~表4所示｡
从试验数据可知,相同配方的PVC面料,孔距不变,孔径由0.7mm递增至1.4mm｡随着孔径的递增,PVC面料所承受的拉力呈现出递减状态｡根据试验标准,在打孔后横向与纵向最小承受力要求≥200N,据此统计,表1~表4中标注为红色的数据则是失败组合｡也就是说,7.0mm孔距条件下合格率达到100%;6.0mm孔距条件下,除1.3mm孔径与1.4mm孔径组合失败外,合格率达到75%;而5.0mm孔距失败较多,合格率仅有25%;4.0mm孔距条件下则全部失败<4>。
同孔径不同孔距的拉伸强度的实验结果
变量设定为孔径不变,孔距递增进行测试｡孔径分别为0.7mm､0.8mm､0.9mm､1.0mm､1.1mm､1.2mm､1.3mm和1.4mm的测试结果如表5~表12所示｡
根据试验数据可知,相同配方的PVC面料孔径不变,孔距由4.0mm递增至7.0mm,随着孔距的递增,PVC面料所承受的拉力也呈现出递增状态｡根据试验标准,在打孔后横向与纵向起始拉伸力要求≥200N,据此进行统计,表5~表12中标注红色的数据则为失败组合｡经统计,0.7mm和0.8mm孔径条件下合格率最高达到75%;0.9mm､1.0mm､1.1mm和1.2mm孔径条件下合格率为50%;1.3mm和1.4mm孔径条件下,合格率仅为25%｡
切口撕裂强度试验结果
分别在每一种孔距条件下进行不同孔径的切口撕裂强度试验,试验结果如表13所示｡
根据切口撕裂强度试验数据可知,试验结果的合格率极高,32组数据中,合格率达到90%｡失败的组合集中在4mm孔距,孔径分别为1.2mm､1.3mm和1.4mm,而孔径和孔距均为极限取样值<5>｡
实验结论
本文通过某座椅PVC面料打孔设计对力学性能影响的试验研究,可以得到以下结论｡
(1)孔间距是对打孔面料拉力值合格率产生影响的关键因素｡试验数据显示,在相同孔间距组合范围条件下,孔径由小到大逐步递增,则拉力值数据整体呈递减趋势｡合格的样片集中在6.0mm和7.0mm孔间距的组合范围中,而4.0mm和5.0mm的组合合格率却是不到半数｡由此可知,孔间距数值的大小是决定面料是否合格的重要因素｡所以在实际设计中,PVC面料打孔的孔间距越大,所能承受的拉力值也就越大,合格率也就越高｡
(2)在相同孔径不同孔间距的组合中,孔距的变化由小到大为逐步递增,拉力值的测试结果也为递增状态,其中1.2mm以下孔径组合合格率可以达到50%｡由此可知,随着孔间距逐步变大,面料的合格率也逐步降低｡那么可以得出,在相同孔径的状态下,孔间距越大,面料所能承受的拉力值也就越小｡换言之,越大的孔距对面料表面的破坏程度也就越大,因此面料本身对拉力的承受能力便会随之下降｡但是就合格率而言,孔径的大小对面料本身并没有起到决定性作用,而孔间距的数值大小,依然是影响面料拉伸强度是否合格的重要因素｡
(3)试验数据显示,面料在切口以后所呈现的状态趋势同拉伸强度结果相似,对面料所能承受拉力值影响的因素,同样是孔距越大拉力值越大,孔径越大拉力值越小｡但根据以上切口撕裂强度试验结果表明,样片合格率达到90%,其中不合格的样片为仅3组极限值组合｡这说明在常规打孔设计组合中,孔径和孔间距的大小对面料受到撕裂或切割后,不会因为打孔而遭受到更大的破坏｡
(4)此次打孔试验的孔型组合均为常规循环孔型｡如在设计中遇到非循环组合,或通过打孔呈现大面积花型图案的设计案例,则需要在整个面料打孔覆盖面积中,选取孔径最大､孔间距最小的一部分进行取样试验,试验的最终结果可以覆盖整个面料｡
结束语
在汽车座椅造型设计中,打孔作为汽车内饰设计中的重要元素,某种意义上也是设计趋势走向的重要信号｡现阶段孔型设计不单只局限于常规孔型,大面积图案定位循环或小花型的定位循环也逐渐成为趋势｡无论是国产品牌还是合资品牌,甚至一些将传统设计作为家族标志的,也开始寻求突破｡非常规孔型的设计不断地涌出,对PVC面料的特性以及生产工艺的要求也越来越高,同时对PVC面料配方的改进也会随着设计的变迁而不断地提升｡
【参考文献】
<1>唐国强 汽车座椅造型设计研究
<2>徐树峰 , 吴先毅 , 李铭仪 , 等 . 座椅 PVC 面料的气味性能对整车嗅觉
感官品质的影响
<3>李德群 , 黄志高 . 塑料注射成型工艺及模具设计
<4>李彬 , 黄江玲 , 谢静雅 , 等 . 汽车座椅 PVC 革耐磨性影响因素研究
皮革科学与工程 ,2019,29(04):40-43.
<5>李彬 , 熊芬 , 胡玉洁 , 等 . 汽车座椅 PVC 革柔软度影响因素研究
作者：王硕、韦东林、杨松霖
上汽通用五菱汽车股份有限公司，柳州
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