產業用經編針織物的應用與發展

蔣高明+高哲

摘要：產業用經編針織物作為重要的紡織品類型之一，以其可設計性強和應用領域廣泛等特點，極具發展潛力，逐漸成為產業用紡織品行業創新發展的主要方向。文章從應用特點與優勢等方面，闡述了產業用經編針織物在能源、航空航天、建筑、醫療以及陸路交通等多個領域的最新應用；分析總結了行業發展存在的問題；從研發、人才培養、平臺建設和新領域開發等 4 個方面提出建議，以使我國產業用經編針織物行業實現健康、有序的發展。

關鍵詞：產業用經編針織物；軸向經編織物；經編間隔織物；復合材料；應用與發展

中圖分類號：TS186.5 文獻標志碼：A

Application and Development of Industrial Warp-knitted Fabric

Abstract： As one of important categories of textiles， industrial warp-knitted fabric has great development potential and has become the new development direction of technical textiles sector. By introducing the characteristics and advantages of this kind of product， the paper discussed the latest applications of warpknitted fabric in the fields of energy， aerospace and aviation， architecture， medical and land transportation. The problems existing in the development of the industrial warp-knitting sector were summarized. It also give suggestions on R & D， personnel training， platform construction and opening up new application fields， aimed at promoting the healthy and well-organized development of the industry.

Key words： industrial warp-knitted fabric； axial warp-knitted fabric； warp-knitted spacer fabric； composite materials； application and development

產業用紡織品作為紡織業的重要組成部分，具有技術含量高、產品附加值高、勞動生產率高、產業滲透面廣等特點，并成為衡量一個國家紡織工業水平的重要標志。我國產業用紡織品纖維年加工總量超過1 000萬t，占我國紡織品總份額的17%以上；在國際范圍內，過去一年，產業用紡織品市場銷售額超過1 300億美元。在眾多的產業用紡織品類型中，產業用經編針織物具有可設計性強、應用領域廣泛和創新發展潛力大等特點，產品較其他類型的紡織品顯示出更大的優越性，表現為高質量、高性能、低成本、低消耗和環境友好。產業用經編針織物所占據的市場份額日漸增大，其應用主要集中在風力發電、航空航天、建筑、醫療衛生、陸路交通等多個領域。

產業用經編織物可實現高效生產，單機臺可每天生產1.5 t以上坯布，日產量最多可達到10 t；其次，穩定的織物組織結構和變化豐富的織物結構類型增強了織物的可設計性，為產品開發提供重要前提；另外，某些特殊經編織物結構，如經編多軸向無屈曲結構和經編間隔結構等，具有良好的綜合性能，采用高性能纖維織造，可加工輕質高強的產品，是適應特殊領域要求的優選結構，可作為創新產業用領域的研發重點，具有較大的發展空間。

本文圍繞產業用經編針織物在幾個重點發展領域的應用進行詳細闡述，并從多個角度對我國產業用經編針織物發展提出建議。

1 產業用經編針織物的應用

1.1 經編針織物在風力發電領域的應用

風能是一種清潔的可持續能源，并且蘊藏量巨大。我國的風力發電產業，經歷了一段時期的低迷，在國家高度重視環保的前提下，日漸回暖，使該領域逐漸呈現出良好的態勢。

在風能領域中，風電葉片（圖 1）是發電設備的核心部件，通常由高性能纖維織物增強的樹脂基復合材料制成。而作為決定葉片力學性能的關鍵，復合材料增強體的織物原料和結構成為了葉片研發的重點。在當今的風電葉片生產中，軸向經編織物占織物使用量的80%。原因在于，此類織物中，各個紗層中的紗線呈平行伸直排列，其力學理論值可達到90%以上，而機織角聯鎖結構中，經緯紗的利用率只有70%。此外，在葉片根部等應力集中的部位，可采用交叉鋪緯和增加鋪層數量及鋪層角度等手段織造纖維含量高、厚度大的織物，以滿足特殊的力學性能要求。

葉片的長度不同，其所選用的增強織物原料也有差異，一般情況下，超過40 m的葉片就會在局部或整體采用強度更高的碳纖維來替代玻璃纖維，以降低葉片重量，保證運轉的安全性和穩定性，提升葉片的力學性能。得益于碳纖維材料的高強度、低密度和碳纖維經編軸向織物在加工過程中特殊的纖維展平工藝，使得同等規格的單片葉片，采用碳纖維經編軸向材料增強要比采用玻璃纖維減重50%。

如今，國外所生產的最長風電葉片搭載于丹麥維斯塔斯（Vestas）的V164-7MW型風機，風機葉片長達80 m。我國的連云港中復集團生產出75 m葉片，東方汽輪機廠也生產出60 m的葉片，在這些產品中，均采用軸向經編織物作為主要增強材料，其輕質高強和腐蝕耐候性強等特點使其在未來的風電葉片產業中仍會占據主導地位。

1.2 經編針織物在航空航天領域的應用

航空航天是率先采用產業用經編針織物的領域之一。航天飛行器質量每減少 1 kg，就可以使運載火箭的質量減輕500 kg，顯著降低了能耗，提高了氣動性能。因此，研發人員選擇采用織物增強的復合材料，替代傳統金屬部件，作為火箭蒙皮。而軸向經編織物，由于其經編綁縛系統從厚度方向上的加固作用，使得該類織物整體性好，織物抗拉強力和彈性模量較高而且抗剪切性能較好，具有良好的面內力學性能，抗脫層強力高，適用于航空航天這類高技術要求下的前沿科技領域。

當今，采用高性能纖維加工而成的軸向經編織物增強復合材料已成功推廣至民用航空領域，如在空客A380和波音787等大型客機的關鍵部件中，軸向針織物增強復合材料的使用量達到35 t/架。這種新型材料的抗拉強度是鋼的 2 倍，模量是鋼的 7 倍、鋁合金的 8 倍，可有效增強飛機部件的耐用性、安全性，并且使飛機總質量減重25%，可更有效地節約燃油。

另有一種軸向經編織物在飛行器上的典型應用體現在當代飛艇。日本研究人員開發出一款超大飛艇，采用只有200 g/m2的軸向經編織物作為蒙皮材料，可承受超過6 500 N/5 cm的壓力，并且該材料還有較強的抗蠕變性和耐候性，使飛艇這類需要大面積蒙皮的特殊飛行器的綜合性能得以明顯提升。

1.3 經編針織物在建筑領域的應用

近年來，經編針織物及其增強復合材料逐漸成為了建筑用紡織品的主力軍，其增強構件重量只有磚瓦、水泥或鋼材等常規構件的1/30，極大地減輕了建筑結構的質量；并且抗外力損傷能力強，能較好地承受地震等嚴重破壞力作用，一旦受損，其修補也比較容易，可實現靈活安裝、拆卸。

1.3.1 經編增強混凝土構件

隨著社會的高速發展，簡潔性、高強度、耐久性和環保性等特點成為現代建筑材料的主要發展方向。采用玻璃纖維或碳纖維經編織物增強的混凝土元件適合薄壁結構，可以在不加厚建筑外殼的條件下，使用更厚的絕緣材料，而總墻壁厚度的減少，也能讓出更大的室內空間。這種新型混凝土構件意味著較少的資源使用量、較低的CO2的排放量和更低的能量損耗。

德國開姆尼茨大學的研究人員利用細度為2 400 tex的耐堿玻璃纖維加工四層雙軸向織物，通過與混凝土復合，制備成了厚度僅為 4 mm的層壓板，其纖維含量為50%，抗拉強度可達到165 MPa。此外，一家德國公司還開發出一種間隔織物，其特點是將經編三維間隔結構與雙軸向結構相結合，專門用于增強混凝土元件（圖 2），該產品有極大的承載能力和很低的克重，尤其適合用于建筑物外立面。

另外，經編織物增強的混凝土結構也適用于橋梁建設，體現出了該類材料在大跨度建筑結構中的優勢。德累斯頓工業大學利用馬利莫多軸向縫編機生產的經編織物增強建筑結構，設計了第一座織物增強橋梁，該橋的跨度為8.6 m，寬度為 3 m，其中含有2.5 m3的混凝土，織物使用量為300 m2（圖3）。

1.3.2 經編土工材料

土工格柵在建筑業是優良的材料，能大面積吸收和導流水分，防止水土流失，加固地基，可用于公路、鐵軌、橋梁和堤壩的建設。此類材料已在國內廣泛應用于土木工程之中，如深圳西部隧道、青藏鐵路工程以及南水北調工程等。新型的高強度格柵（圖 4）在0°和90°方向上都有1 000 kN的抗張強度，織物克重達到3 300 g/m2，并且還有防火涂層。這類產品在采礦防護、屋頂加固和房屋側墻構件等方面可發揮重要作用。

另外，西格里公司與德累斯頓工業大學聯合開發了碳纖維多軸向土工格柵，該產品采用50 K的大絲束碳纖維，通過Malitronic多軸向經編機以560 r/min的機速加工成無屈曲織物，織物的抗張強力可達1 400 N/mm2，與基材復合形成土工加固部件，既有力提升了結構強度，而且又通過大絲束碳纖維的應用降低了成本。

1.3.3 經編隔熱、吸聲材料

建筑物和建筑物組件必須滿足建筑內微氣候的需要，并且具有一定的聲學性能。在雙針床拉舍爾經編機上生產的三維經編間隔織物因其特殊的結構，可以兼具隔熱和吸聲性能。該類織物在設計和編織時可根據織造參數的變化，生產出規格繁多，適用性廣泛的產品，并且可以通過樹脂浸潤、涂層、層合等工藝拓寬其應用，提升其性能。

經編間隔織物由于其中間層的存在，可以儲存大量空氣，形成類似雙層玻璃窗的夾層隔熱保溫效果。歐洲研究人員研制出寬40 cm、長 5 m、高 2 cm的經編間隔織物通道形成陽光熱能效系統，用以吸收太陽輻射產生的熱能，在環境溫度為20 ℃時，管道內部的空氣溫度能夠達到140 ℃，可以有效地實現建筑物的能源自給。

國內的研究人員采用不同組織結構的經編間隔織物與樹脂結合，制備成吸聲復合材料板材，作為交通工具內飾或建筑內墻墻面貼合的吸聲材料。間隔織物中的連接紗非常密集且相互交錯，使聲波在板材內部可以得到充分的反射而轉化成熱能，其吸聲系數的高低可通過間隔織物的組織結構變化以及間隔紗的密度和角度而定。

1.4 經編針織物在醫療保健領域的應用

經編針織物醫療產品在多年的發展中，已經推廣到織物保健品和人體植入針織材料等多個領域。

1.4.1 經編疝氣修補網

疝是多發病癥，傳統的治療方法是將受損組織直接縫合，而采用修補網片對受損組織進行修補治療，治愈效果好，復發率小于1.5%。

經編疝修補網片（圖 5）在針織人體修補材料中應用最為廣泛，也最為成功。其原材料包括聚酯、膨化聚四氟乙烯、聚丙烯等。其中，以聚丙烯單絲經經編工藝織造成的網狀結構，具有強度高、軟化溫度高（適合高溫滅菌）、排異小、可在很快時間內形成纖維組織沉積層、生物相容性好等優良特點。目前，經編聚丙烯疝修補網的孔徑為 1 ～ 4 mm，恰當的孔徑使纖維細胞膠原質和循環組織順利的長入，從而可以使網片與人體充分結合。

1.4.2 經編人造血管

當人類的血管發生病變或嚴重破損時，血管的移植成為挽救生命的必要手段，因此，人造血管應運而生。經編人造血管不易卷邊、不易脫散、抗蠕變性能好，比機織人造血管更便于縫合，被看作是當今人造血管的優選材料。

經編人造血管（圖 6）由雙針床經編機生產，并且該機型已經實現國產化，采用多把花梳和地梳，可以織造出單根、分叉等多種結構形態和多種尺寸的人造血管，以適應不同使用要求。經編人造血管的原材料通常為滌綸或蠶絲。蠶絲人造血管比聚酯纖維人造血管更柔軟，更有彈性，其直徑僅為1 mm，不易產生血栓，并且其蛋白質成分可與人體內組織相容，對需要更換血管的幼小患者也非常實用，因此，蠶絲人造血管成為近年來業界開發的重點。

1.4.3 保健型功能經編間隔產品

國外某企業將傳感器附著在RD6N型雙針床經編機生產的間隔織物內部，由存在背部病灶或長期存在背痛的患者穿著，在體表跟蹤監測脊椎骨姿態，當穿著者坐姿不佳時，會通過輕微振動在人體背部產生靜態載荷，發出警報，預防背部疼痛或避免疼痛加劇。

經編間隔織物還可被制成手術臺臺墊或病床床墊。在長時間的手術中，有效緩解患者因局部血管受壓變形，血液循環受阻而引起的現“壓痛”。與傳統的凝膠體氈相比，可更有效地分散壓力、導濕并且維持病人的體溫。這種臺墊可使受壓部位的壓力降低25%，大幅降低壓痛的產生幾率。另外，由于經編間隔類織物厚度較大，可以在間隔層內部布置多種監測感應器，在患者臥床期間，全方位實時監控體征，如出現指標異常，可以第一時間做出警示，爭取搶救和治療的寶貴時間，可用于急診和重癥監護的環境中。

1.4.4 經編矯形器

經編間隔織物能在醫療或康復中心用作矯形器（圖 7）或繃帶材料，通過改善身體支撐和運動系統的形狀和功能，使某些常見的骨科問題得以緩解，穩固四肢、降低病變帶來的肢體壓力。這種矯形器使用氨綸和復合滌綸紗線作為主要原料，在織造中，通過改變墊紗參數、穿紗方式、彈性紗線的細度和紗線張力來實現織物結構中的彈性漸變，在不同的區域產生應力-應變特征，穿著舒適，并且可實現熱量和水汽的傳送，以調整矯形器和穿著者皮膚間的微氣候。

1.5 經編針織物在陸路交通領域的應用

陸路交通行業是產業用經編針織物應用的朝陽領域。隨著民用復合材料的開發和推廣，經編增強復合材料已經逐漸引起了汽車和高速列車兩大行業的關注。經編復合材料在力學性能上與傳統金屬材料相比，具有更大的優勢，可以滿足新型陸路交通工具力學性能（表 1）和耐老化性能強要求，并且可以實現易保養、易維修的目標。此外，經編間隔織物在汽車座椅內飾上的應用也逐漸趨于成熟，并為實現座椅減震、吸聲等功能發揮著重要的作用。

1.5.1 多軸向多層經編增強殼體

寶馬公司近年推出的i系列電動汽車的乘客艙整體架構都是由碳纖維增強塑料制得，包括強度要求最高的A柱和B柱等部位。開發人員選擇西格里公司提供的24 K的碳纖維，加工出克重為600 g/m2的經編多軸向布，以多層多軸向布疊加，形成超厚的織物增強結構，再通過真空輔助傳遞模塑工藝形成形狀復雜且擁有大曲度的部件。這種新型車體滿足了電動車的輕質要求，據粗略統計，使用碳纖維增強復合材料替代傳統材料，可使整車減重至少100 kg以上，有效提升了該車的續航能力

另一方面，近年來，國內的軌道交通急速發展，為進一步提升列車殼體強度，設計人員采用了48層碳纖維多軸向經編織物增強的復合材料，用于生產地鐵和高速列車車頭殼體。這種多層超厚的材料具有高強度、低蠕變、纖維含量高、抗沖擊性能好、使用壽命長等優點，現已成功應用在杭州的地鐵車頭上。

此外，在車體結構上，織物增強復合材料也發揮出了優勢。列車的殼體結構占整車質量的13% ～ 15%，因而，殼體結構的輕量化是使列車減重的重要途徑。法國國營鐵路公司利用碳纖維經編復合材料代替鋁制或鋼制的車體，在實現質量降低25%的同時，還充分表現出了復合材料在振動性能、絕熱性能和聲學性能等諸多方面的優點，并且列車的舒適性也有所提高。

1.5.2 經編汽車座椅內飾材料

對于汽車座椅用織物，從重量、最低頂破強度、耐磨性和耐老化性等方面均有嚴格的要求，經編織物的輕質、耐用、織物結構穩定等特性可以完全滿足行業標準需要。歐洲每年用于制作汽車座椅的織物中，經編織物的比重占到50%以上，一定程度上替代了傳統海綿材料（圖 8）。通過壓縮性能測試顯示，在初始厚度相近的情況下，在塑性塌陷階段，經編間隔材料所承受的最大壓力是傳統海綿材料的 3 ～ 4 倍。另外，汽車內飾用經編間隔織物還具有降噪和防震等性能，如采用特殊纖維材料織造，還可具有阻燃等功能。

2 我國產業用經編針織物發展的建議

當今，產業用經編針織物的發展突飛猛進，成為了重要的經濟增長點，因而需要行業內有一整套研發、生產、推廣、應用的產業鏈條，注重人才培養、行業信息整合以及應用領域創新，以改變大多數企業技術水平薄弱、研發投入不足以及產品低水平重復等問題，使產業用經編針織物行業實現良性發展。

2.1 加大研發的力度

行業中的中小型企業資金力量薄弱、人力資源有限，導致研發和設備改造升級緩慢，嚴重阻礙新產品的開發，其產品出現嚴重的同一化和低水平重復的問題。因而，尋求與高等院?；蚩蒲袡C構的合作是一條調整產品結構、提升產品競爭力的有效途徑。利用相關機構的人才、理論和儀器設備優勢，結合企業市場敏銳度高的特長，形成產學研鏈條，促進新技術、新工藝的研發，實現產品差別化，拓寬應用領域，避免惡性競爭。

2.2 加強專業人才的培養

人才培養已經被諸多產業用經編針織品企業列為重要的發展戰略內容之一。但國內大多企業對人才的培養缺乏系統化統籌，沒有針對性。因此，可以選擇與高校等學術、科研機構緊密結合，利用其軟件和硬件優勢，充分結合生產實踐，通過培訓與合作增強員工技術水平、提高業務能力、加強員工創新思維、提升研發能力，培養創新型和技術型人才，并通過科學整合人力資源，最大限度地發揮人力資源優勢。

2.3 加強平臺的建設

我國產業用經編針織品企業普遍規模較小，在與大型企業的交流與銜接時處于劣勢，信息量小，缺乏市場敏銳度，盲目跟從，產品升級緩慢。所以，必須通過建立產業集群地，對資源進行充分整合和有效利用，提高效率與效益，推進產業升級；通過建立信息化平臺，使集群地內部的企業實現資源共享，及時了解國內外同行發展的動態以及新產品、新工藝和新市場的開拓動向。良性平臺的建設，將會大步提升產業的整體發展。

2.4 加強新應用領域的開發

目前，我國產業用經編針織品的應用范圍較窄，企業缺乏開闊眼界和思路，因而需要進一步加強產品應用創新，并且對產品結構和發展模式進行革新。要沿著產品功能化、使用周期可循環化、技術集成化和應用導向化的趨勢發展。新的應用領域和途徑的開拓，可以帶動設備的研發、原料的創新、織造水平的提升以及后整理技術的革新，使整條產業鏈乃至全行業得到總體發展，極大地促進經濟建設。

3 結語

在我國未來的產業用經編產品行業發展中，應合理利用資源，立足于研發自主創新的技術和產品，滿足市場需求，調整產品結構，提升產品附加值，生產出差別化、高端化的產品，提高企業的核心競爭力，使產品向更廣泛更深入的領域滲透，保證產業用經編針織物行業實現健康、有序的發展。

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2.3 加強平臺的建設

我國產業用經編針織品企業普遍規模較小，在與大型企業的交流與銜接時處于劣勢，信息量小，缺乏市場敏銳度，盲目跟從，產品升級緩慢。所以，必須通過建立產業集群地，對資源進行充分整合和有效利用，提高效率與效益，推進產業升級；通過建立信息化平臺，使集群地內部的企業實現資源共享，及時了解國內外同行發展的動態以及新產品、新工藝和新市場的開拓動向。良性平臺的建設，將會大步提升產業的整體發展。

2.4 加強新應用領域的開發

目前，我國產業用經編針織品的應用范圍較窄，企業缺乏開闊眼界和思路，因而需要進一步加強產品應用創新，并且對產品結構和發展模式進行革新。要沿著產品功能化、使用周期可循環化、技術集成化和應用導向化的趨勢發展。新的應用領域和途徑的開拓，可以帶動設備的研發、原料的創新、織造水平的提升以及后整理技術的革新，使整條產業鏈乃至全行業得到總體發展，極大地促進經濟建設。

3 結語

在我國未來的產業用經編產品行業發展中，應合理利用資源，立足于研發自主創新的技術和產品，滿足市場需求，調整產品結構，提升產品附加值，生產出差別化、高端化的產品，提高企業的核心競爭力，使產品向更廣泛更深入的領域滲透，保證產業用經編針織物行業實現健康、有序的發展。

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2.3 加強平臺的建設

我國產業用經編針織品企業普遍規模較小，在與大型企業的交流與銜接時處于劣勢，信息量小，缺乏市場敏銳度，盲目跟從，產品升級緩慢。所以，必須通過建立產業集群地，對資源進行充分整合和有效利用，提高效率與效益，推進產業升級；通過建立信息化平臺，使集群地內部的企業實現資源共享，及時了解國內外同行發展的動態以及新產品、新工藝和新市場的開拓動向。良性平臺的建設，將會大步提升產業的整體發展。

2.4 加強新應用領域的開發

目前，我國產業用經編針織品的應用范圍較窄，企業缺乏開闊眼界和思路，因而需要進一步加強產品應用創新，并且對產品結構和發展模式進行革新。要沿著產品功能化、使用周期可循環化、技術集成化和應用導向化的趨勢發展。新的應用領域和途徑的開拓，可以帶動設備的研發、原料的創新、織造水平的提升以及后整理技術的革新，使整條產業鏈乃至全行業得到總體發展，極大地促進經濟建設。

3 結語

在我國未來的產業用經編產品行業發展中，應合理利用資源，立足于研發自主創新的技術和產品，滿足市場需求，調整產品結構，提升產品附加值，生產出差別化、高端化的產品，提高企業的核心競爭力，使產品向更廣泛更深入的領域滲透，保證產業用經編針織物行業實現健康、有序的發展。

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