针织技术在产业用纺织品领域的应用

摘要：近年来，利用经编、圆纬编和横编技术形成的针织物在医疗卫生、环境保护、交通运输、航空航天、新能源等方面取得了明显改进。本文概述了针织技术及其在产业用纺织品领域的主要应用，并简要对国内外的针织装备进行了比较，重点介绍了轴向技术、结构增强技术和全成形技术在产业用领域的应用与研究开发现状。此外，探讨了针织原料在产业用纺织品领域的开发趋势，原料的普遍适应性和针织装备的高效生产，为产业用领域的材料的广泛应用提供了更广阔的解决方案。

关键词：针织；结构增强技术；成形技术；轴向针织物；产业用纺织品

中图分类号：TS183.92 文献标志码：A

Application of Knitting Technologies in Technical Textiles

Abstract： Recently， the application of knitted fabrics including warp-knitted， circular-knitted and flatknitted fabrics in medical & hygiene， environmental protection， transportation， aviation & aerospace and new energy fields has made remarkable progress. This article briefly introduced knitting technologies and their application in technical textiles and made a comparison on knitting equipment at home and abroad. The application， research and development of axial structure technology， reinforced structure technology and fully-fashioned technology were highlighted. Moreover， the developing trends of knitting materials were also discussed. The wide adaptability of raw materials and the high-efficient production of knitting equipment provide extensive solutions for widespread use of technical textiles.

Key words： knitting； reinforced structure technology； full-fashion technology； axial knitted fabrics； technical textiles

针织技术是从早期的手工编结、棒针编织以及钩针编织发展而来的。根据生产工艺不同，针织可分为经编和纬编，纬编包括圆纬编和横编。针织生产因工艺流程短、原料适应性强、翻新品种快、产品使用范围广、噪声小、能源消耗少等特点，而得到迅速发展。机械、控制、信息技术的进步推动了针织装备的快速发展，全球针织行业发展迅速，在纺织工业中所占的比例逐步上升。针织物平面覆盖系数较低，织物刚度较小，生产效率高，力学性能好，易于加工成复杂的形状和结构。结构多样性是针织技术的显著特征，为各种产业用纺织品领域材料提供了优势条件。

1 概况

产业用纺织品在社会的各个方面都起着重要的作用，产业用纺织品根据用途分为土工布、建筑用布、工业用布、汽车用布、医用纺织品和安全防护布，它在机械工程、运输、航空航天、建筑、医学、体育等方面已因产品的质量轻、高的强度和刚度、减振和抗热性而获得了很大的发展，这些产品通常和产品的高质量、高性能、低成本、低消耗和对环境的较少损害相结合。国际市场上，产业用纺织品的生产和应用处于领先的是美国，随后是法国、德国、英国。

在织物生产中，针织、机织和非织造产品的比例大致各占1/3，针织在纺织工业中的地位越来越重要。新原料的研发和不断推广、新型功能性整理技术的发展和新型针织装备的应用促进和带动了针织面料的开发及应用拓展；同时，国内针织产业集群和大型针织企业的兴起推动了针织产业向规模化、品牌化、国际化方向发展；针织研究机构对技术和设计的不断深入研究，带动了针织产品的结构、外观和功能创新。

2 针织技术及其发展

2.1 结构增强技术

结构增强是针织关键技术之一。针织结构用于复合材料增强始于20世纪90年代，它的线圈结构受负荷时能产生较大变形，可制成复杂形状构件。针织物线圈的严重弯曲，虽提高了织物整体可变形性，但织物的刚度和强度受到影响。此外，加工时由于纱线受到损伤，降低了复合材料的力学性能。因此针织结构复合材料应用缓慢。直到经编多轴向为代表的针织结构以其优异的力学性能和较低的生产成本在航天航空与风能发电等领域得到广泛应用，针织结构复合材料才开始被重视起来。

针织增强结构含纬编和经编两大类。圆纬机通过衬经、衬纬增强来实现多种管状结构材料的生产；横机通过衬经、衬纬来织造异形管状织物或双轴向平面增强材料。经编可通过经编间隔织物、网布及轴向材料等实现结构增强。其中，无屈曲结构的经编轴向增强材料自20世纪80年代初开发以来，备受产业界的关注，特别是近年来在风能发电叶片和机舱罩上的应用，推动了新能源的发展。

2.2 轴向技术

针织轴向织物按照生产加工装备的不同可分为经编轴向、纬编轴向织物，图 1 分别展示了 2 种针织轴向织物。

由于轴向经编织物具有较低的生产成本、较高的生产效率以及结构整体性、设计灵活性、抗撕裂性能好、层间剪切力强等优点而越来越引起人们的注意，在产业用领域具有很大的潜力，尤其是用作树脂复合材料的骨架，使用日趋广泛。将轴向经编织物作为骨架材料与树脂复合后，制成纤维增强复合材料，可用于飞机、航天器、汽车、舰艇、装甲车等方面。轴向织物按照纱线衬入方向的不同又分单轴向、双轴向和多轴向 3 种（图 2）。

多轴向技术是一种于20世纪70年代后期在国外迅速发展起来的新型织造技术，20世纪90年代得到广泛研究和推广应用，其特点为需求量大、生产效率高、生产成本低。德国在多轴向经编机制造方面长期处于技术垄断地位，如卡尔迈耶的Malimo Multiaxial型多轴向经编机最高机速可达1 400 r/min，相应产量可达240 m/h。我国先后成功研制“RCD-1型多轴向经编机”和“GE2M-2型多轴向经编机”，但国产多轴向经编机只能满足玻璃纤维多轴向织物的生产，不能用于生产碳纤维多轴向织物。多轴向经编增强材料研发较先进的国家有美国、德国、法国、英国、挪威等国家。

我国在20世纪90年代中期引进了第一台多轴向经编机。常州润源机械有限公司、常州市第八纺织机械有限公司先后研制出多轴向和双轴向经编机，机器速度达1 000 r/min以上。目前国内已生产多轴向经编机100多台，这些设备采用先进的集成控制技术和机械设计原理，整机性能达到国际先进水平，主要用于风力发电叶片及机舱罩的生产。

目前，碳纤维多轴向经编技术已成为研究热点，国内正在积极研发碳纤维多轴向经编机，碳纤维多轴向经编结构增强材料的开发和应用成为重要的研究课题。随着科学技术的不断发展，轴向经编复合材料在各行各业中的应用将会越来越广。

除碳纤维外，玻璃纤维、玄武岩纤维等高性能纤维应用到轴向针织物中，进一步促进了其产品进入到产业用领域中。甚至一些金属纤维材料在经编和纬编中都能得到应用，如用镍丝编织的经编网用于卫星天线，用纯合金铅纤维丝做芯、外包化学纤维用于防核辐射软铅屏和防护服等。

2.3 成形技术

针织物特别适宜做形状复杂与高能量吸收复合材料的增强结构，可通过衬垫纱制成结构稳定性高的结构材料，可形成不同大小网格，电子全成形压脚针织可形成特殊形状的织物，尤其是经编织物较纬编有较大的幅宽，生产效率高。针织物的线圈结构受负荷时能产生较大变形，可制成复杂形状构件；线圈可在复合材料中形成孔或编成孔，以代替钻孔，孔边有连续纤维，使强度和承载能力不会降低，可应用在圆形多轴向、多通管件、厚型三维结构体等异形结构的成形上。

利用横机的成形技术和小筒径圆纬机及袜机，采用平针、提花、双罗纹和毛圈等组织，配合弹力纱的积极式给纱系统和衬纬系统，可以加工具有不同弹性区域和延伸性的护膝、毛圈按摩手套、金属丝或玻璃纤维等衬纬织物。电脑横机如德国斯托尔的CMS 730T织可穿型以及日本岛精的MACH2X/2S全成形机器，结合移圈技术、楔形编织技术、多层织物技术、衬纬技术和多针距技术，可以加工各种变针距和多段密度的织物，使得加工三维结构及多通管状织物成为可能。

横机技术的优势在于组织和多功能的创造性，以及产品的适应性，可以使用多种原料进行单面、双面组织及衬纬、添纱和嵌花技术组合，实现三维、间隔、无缝、半成形或全成形的结构；有移圈弹簧的织针为实现三维夹层织物提供了可能，移圈技术不仅能方便地将一个针床上的线圈转移到另一个针床上去，而且通过线圈转移使一半织针空了出来，以编织不同结构的织物或中止编织一段时间而不干扰针织过程的连续性；采用玻璃纤维混合纱线加工复合针织预制件，利用衬纬方式生产碳纤维复合材料等横机产品均可形成横机复合材料，用于航空航天领域；利用多针距技术及多段变密度技术为无缝弯管提供了完美的解决方案。

成形针织是针织横机技术的一个重要性能，用针织横机生产三维成形织物，可获得三维实心成形织物，如图 3所示，不仅改进了三维结构的均匀性，而且减少了材料的耗费，降低了生产成本。与缠绕法管状结构材料相比，横编管状结构织物具有更高的能量吸收性能，同时节约了增强织物的线材消耗，并且与基体的粘合力强，其各种异形管可以避免管道弯曲时周围骨架层受力不匀问题，提高材料的抗爆破强力。

3 应用领域

目前，产业用纺织品已被广泛应用于医疗卫生、航空航天、交通运输、建筑工程、环境保护与新能源等领域。针织物在产业用纺织品的比例分布大约占16%，且呈增长趋势；其中经编针织物大约占了85%，其他的为平型和圆型纬编针织物。

3.1 医疗卫生用

医疗卫生用品分为直接接触、不直接接触和进入生物体类 3 种。利用横机成形性，可加工义肢（图 4）等针织结构材料。

经编技术在医疗卫生领域的使用包括普通的包扎布（图5（a））、绷带、医疗床垫的衬底织物，用于外科手术的服装、护士鞋面材料等，也包括一些具有高科技的产品，如经编疝气修补网、可降解人造皮肤基布和软组织修补材料、心包网、人造血管（图5（b））、人造食管、人造心脏瓣膜等进入生物体类针织品。

3.2 航空航天用

航空航天是最早应用经编复合材料的领域。20世纪80年代，美国Owens Corning公司、Hexcel公司和Milliken公司开发了该产品在航空航天领域的应用，NASA对Hexcel公司和Milliken公司的产品进行了鉴定，证明经编复合材料是适合于航空航天领域使用的高性能、高可靠性材料。

应用轻质高强的多轴向经编复合材料能使飞行器的重量降低20% ～ 25%，从而节约燃料，增加有效载荷。此外多轴向经编织物的原料适应性好，且织物的力学性能优异。由于经编多轴向织物纤维平行且伸直排列，所以纤维强度与刚度在复合材料中可以充分发挥。

在诸多高性能纤维复合材料中，碳纤维复合材料在航空航天领域中使用最为成熟。碳纤维复合材料与钢材相比其质量减轻75%，而强度却提高 4 倍。经编碳纤维复合材料在此领域应用广泛。大型客机如“空客A380”和“波音787-DREAM LINER”，同时包括民用小飞机，都大量使用碳纤维复合材料，目的是减轻机身重量、节省能源、减少部件数量、增强部件力学性能、降低维护费用等。经编产业凸显出较高的科技含量，多轴向经编增强材料也应用于航天航空等高科技领域，比如“玻璃纤维经编网格材料”作为关键技术和产品已成功应用于“天宫一号”。

3.3 交通运输用3.3.1 车船外体用

多轴向经编复合材料因其轻质高强可用于制造车辆壳体、发动机引擎盖、保险杠等，还可以在高铁无砟轨道上用作充填式垫板，地铁中作为第三轨保护罩、电缆支架、逃生平台等（图 6）。

同时，经编复合材料稳固性好，可用来制造船艇的船身（图 7）、舱壁、甲板、上部结构、桅杆、船帆等，造船业是目前经编复合材料应用很大的市场。

3.3.2 车船内外饰用

间隔织物具有重量轻，弯曲和压缩强度好的特点，用在游艇建造中，比传统夹层材料有节省重量，快速加工与不需防腐等优点。同时，间隔织物具有吸音的功能，成为优异的声屏障材料。

此外，针织物还大量用于汽车内饰及外饰，车辆内装饰如座椅外套、车内顶、车门护壁、侧面板、地毯和行李箱；外饰如车篷、盖布等；同时包括车里衬、垫底织物、轮胎、过滤材料、皮带、软管、气囊、消声器等。纬编产品具有较好的成形性、延伸性，以及优良的悬垂性，适合加工复杂的结构，其编织工艺灵活，用于各种大变形的柔性产业用材料，如汽车内部座椅套，车顶、门、搁架的衬里等。经编织物具有较好的花式性及保形性，所以经编网眼类、短毛高绒类、拉舍尔双针床丝绒类产品多用于不同季节的座椅面料，如图 8 所示的经编网眼三明治结构；经编毛圈丝绒用作车顶蓬、门板等部件；经编复合材料还可以用于车头增强材料基体、汽车排气软管增强材料和隔热材料等。

在作为汽车用复合材料时，织物需要具备轻质高强、耐冲击、耐腐蚀和耐化学药品等性能，所以常用的增强纤维包括玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、石棉纤维、芳纶、高密度聚乙烯纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯纤维、聚酰亚胺纤维等，以及天然纤维中的棉纤维，剑麻、洋麻、大麻、亚麻、黄麻等麻纤维和椰壳纤维等。

3.4 建筑工程用

3.4.1 增强混凝土

经编复合材料越来越多地用在增强混凝土上，用于重建和修复建筑物。如德累斯顿工业大学提出了一个新的观念，旨在使混凝土立柱在修复后承载能力能够得到提高。其方法是在混凝土立柱的整个长度方向上包覆一层多轴向经编增强结构来增固混凝土（图9（a）），这样可以恢复其稳定性，还能够提高抗扭转应力和弯曲应力。德国设计了第一座经编复合材料增强分断桥（图9（b）），该桥的跨度为8.6 m，宽度为 3 m，含有2.5 m3的混凝土和300 m2的针织品。

经编间隔结构复合材料的芯柱能分布载荷并提供良好抗剪切作用；与传统蜂窝、泡沫等夹层结构材料相比，不存在面芯剥离现象；受力时是一个渐变失效的过程，可以较长时间保持结构的整体性；结构中空，具有隔音、保暖、轻质高强等特点。在混凝土中使用的经编间隔织物，其两面有双轴向覆盖加固面，由AR玻璃纤维束加工制成，随后在其两面涂覆一层 4 mm厚的混凝土薄层，如图10所示。这种材料用作中间层在生产建筑材料PUR泡沫三明治结构墙板中使用。针织网眼织物因其孔率大、密度小、结构稳定，则常用作树脂砂轮增强复合材料、建筑外墙保温材料等。

3.4.2 土工布

在工程中土工布的使用非常重要，利用针织物的防护功能可应用于堤坝、道路等场合。在这个领域内经编技术显示出独特的吸引力，土工用经编针织物有土工布、土工格栅、土工膜、土工管材等，利用经编穿纱工艺的空穿和满穿（图11（a））及轴向垫纱，可以形成网状结构、轴向结构；也可以利用双针床织造形成双层结构或复合结构，在工程中起增强防护作用（图11（b））；网状结构孔隙率大、密度小、结构稳定，是土工格栅的理想材料（图11（c））。经编土工布既有经编布高强低伸的优点，又有过滤性能优越的特点，可以广泛用于加筋、隔离、排水和过滤等领域。另外，土工格栅、灯箱布也使用无屈曲结构的经编轴向增强材料。

3.5 环境保护与新能源用

高能量的消耗和对环境的责任迫使我们经济地使用材料，在利用天然能源时新的技术可在热转换装置和耐腐蚀方面起重要作用，从而有效达到环保的目的。拉舍尔经编结构与塑料管结合制成的易弯的热转换装置，可用于温室的表面加热。依据花纹要求，管子可与衬纬纱结合，还可局部地改变热流。易弯曲的加热垫也适合于办公室、家庭的地板和墙壁的加热系统，在低温地区用作加热媒介等。利用玻璃纤维经编基体与树脂复合，形成管道、管件、贮罐、化工设备及配件，可用于耐溶液、蒸汽、大气、化学气体及土壤、温度、光照、霉变和菌藻等腐蚀环境。

随着石油资源的日益减少，风能成为一种天然环保的能源选择。风能发电的关键部件之一是风机叶片，现代风机的叶片都采用纺织复合材料，呈薄壳结构。经编轴向织物在承受载荷方面具有明显的优势，绑缚在轴向的纱线系统能够处于最佳的承载状态并能完全利用伸直纱线的强力。纬编绑缚系统开发的多层轴向织物具有更好的可成型性，在叶片结构中也具有极好的应用前景。

除了以上 5 方面的应用领域，利用针织技术还可以生产特种部队训练服、飞行员用松紧带、隐形服装材料、超高温防护服用面料、防刺面料、防割材料、烤箱用模具增强材料、渔业用水溶性PVA网管等。

4 结语

针织工艺的技术灵活性、结构多样性、原料普适性、装备高效性使得针织产品在产业用纺织品领域的比重日渐提升，随着原料和装备的不断研发和创新，给针织技术在产业用领域的应用进一步提供了发展的机遇。

据《2013 — 2017年中国产业用纺织品行业发展环境与经营状况分析报告》数据显示，我国产业用纺织品行业在整个“十一五”期间，年均增长率均保持在10%以上。尽管我国产业用纺织品在纺织行业中所占的比重已提升到目前的20%左右，但与发达国家30%左右的比例相比，中国产业用纺织品仍然具有较大的发展空间。

参考文献

[1] 胡红.产业用针织物[J].国外纺织技术，1991（6）：1-7.

[2] 高哲，蒋高明，马丕波，等.碳纤维多轴向经编复合材料的应用于发展[J].纺织学报，2013，34（12）：144-151.

[3] Martin Legner，王琳，赵俐.CMS横机技术在产业用纺织品领域的应用[J].国际纺织导报，2006（11）：44-46.

[4] 张卓.产业用针织材料[J].江苏纺织，2002（11）：29-32.

[5] 孙进军，谭磊（译）.产业用纺织品——对针织工业的一种挑战[J].国外纺织技术（针织？服装分册），1995（2）：24-29.

[6] 邱冠雄，刘良森，姜亚明.纺织复合材料与风力发电[J].纺织导报，2006（5）：56-61，64.

[7] 李嘉禄.复合材料在汽车上应用的优势及主要类型[J].纺织导报，2009（6）：65-68.

[8] 许俊臣，陈南梁.天然彩色棉针织经编产品的开发利用[J].河北企业，2006（10）：59.

[9] 吴锦添，郭永华.玻璃钢在耐腐蚀中的应用及其评价[J].化学世界，1982（3）：90-91.

推荐访问:纺织品 领域 产业 技术

---