3D化的機織、針織和無紡織物

吳欣娟

D的不同之處在于深度。長度、寬度和厚度或被稱之為深度，這是人的視覺產生的三個維度。無巧不成書，三維已成為整個紡織行業中最新最顯著的特征。其厚度的特異性就在于有別于傳統的2D針織、編織和無紡布。可以這樣說，世界上幾乎所有物品都具有長度、寬度和深度。但當傳統的機織、針織、非織造織物與人造的長度和寬度相比，第三維度看似變得無足輕重，因為，在過去的 20 年間，工程師和設計師們深入研發2D紡織品，其中的厚度也越來越變化多樣。即使這樣，3D紡織品也在悄無聲息地出現，特別是復合材料工業領域，目前它又在向其他技術領域拓展，如橫機或多款服裝市場。

說得更清楚些，關于長度和寬度，3D織物對深度或顯著的形狀都有個非常明確的概念，每種都具有視覺明顯的可衡量性。不過，在真實的3D織物里，無論是機織、針織或無紡布的結構，深度必須充分納入整個紡織結構，通過設計、工程和制造工藝而形成。鑒于這一定義，3D織物的深度并不是添加組件或多個層被縫合或膠合或在已完成的基本織物后組裝在一起。

事實上，概念上的3D紡織品或3D織物結構已存在了很長的時間。大多數情況下，人們只是不承認或沒有這種提法罷了。通常情況下，紡織制造工藝具有廣度，已有多種方法生產3D紡織品。每個過程提供的屬性部分類似于傳統的二維固有特性。一般情況下，3D編織具備拉伸性和一致性，3D機織也能提供穩定性和均勻性。3D無紡布能批量生產且能控制密度。當提花系統納入機織或針織面料制造設備時，它大大增加了個性操控性和穩定性。因此，它雖然錯綜復雜，卻可實現復雜機織或針織物的形狀、圖案和幾何圖形。

在紡織結構中加入第三維并使其貫穿全部，這就通過紗經緯紗形成明顯的3D維度，它幾乎擺脫了傳統紡織技術的局限，直接增強和改進了產品的性能。工程師或設計師幾乎可以想象，這種強化產品，從非常復雜且完全過時的單件服裝到復合材料預制件，其范圍涵蓋之廣是前所未有的。在多維紗線系統中，它通過深度或“Z”方向允許設計人員創建復雜的工程結構，或創建目標并設定減輕或弱化應力集中區，增強其拉伸性并支持其他基本的設計特點。這種可能性遠非毫無止境，但相當多的應用工程師和設計師，他們代表了廣泛的行業和分類市場，正探索著3D紡織提供的潛在機會。

3D的諸多可能性

3D紡織應用領域遠遠超越了傳統。在諸多情況下，它重量輕、強度高，是3D紡織品有效利用率提升的主要動因。3D在航空航天、軍事和汽車，其減輕的重量可直接轉化為提高能源效率的推手，且還能提高性能，因此它要成為工業領域的領頭羊，也要引領其他工業和技術。

諸多領域也同樣使用了3D紡織品。在許多主要成分是金屬的復合產品上，3D編織技術已在減輕重量上表現出具有同等或更好的性能。如，美國CFM公司開發制造的噴氣發動機家族，即其中的扇葉片就使用了3D紡織物，它大大減輕了產品重量。又如，法國賽峰集團和費爾菲爾德均利用了3D紡織產品，美國通用電氣公司研發的新型噴氣式發動機扇葉片也采用了3D紡織物。3D編織碳纖維復合材料風扇葉片等部件促使發動機總成燃油效率提高近15%。

3D機織物的應用

3D織物的應用領域越來越廣泛，復合材料的高能見度和多功能也備受人們推崇，3D紡織在應用到更廣泛的領域時創建了向下滴流效應。這個術語雖然陌生，但它實實在在已進入一個嶄新的領域。隨著知識的積累，提高識別和使用數據庫的3D紡織品也促進了技術人員采用這項整體技術的信心，從而被廣泛地接受和自我成長。

密集編織的三維織物非常適用于復合材料的應用，它能在設計及編程中充分實現自身的價值，還能控制纖維鋪放的三維編織技術，也可創造不同的橫截面形狀包括“T”“L”“F”“+”以及完全集成的結構預制件，即不同截面形狀和5～125毫米的厚度和織坯均可生產。

如果高強度和輕盈性是3D織物發展的主要驅動因素，即使它不是其他應用的主要驅動力，接下來它需要強化的肯定是其他性能。工程師和設計師現在所研究的3D紡織品僅作為一種工具用以應對復雜的技術挑戰并使其從設計研究中獲益。應用范圍的擴大和大眾化普及的提高，它使設計和工程工具更有效率，從而讓我們更好地了解如何把3D紡織品再弄上一個臺階。加上三維紡織品的先天優勢，帶有個性化的纖維的定位和定制的3D纖維制品均能派上很多用場。

3D編織技術的應用

無論是經紗還是緯紗3D編織法，它們都提供了令人難以置信的設計工程多功能性。雖然一些3D編織的應用可涉及剛性復合材料，但使用的絕大多數是軟性產品。一般情況下，經編通常可創建比緯編更穩定的織物，縱橫交錯的循環技術又創造了天然的柔軟性、批量化和整合性。因此，3D機織往往又能提供3D的密集性和硬度，3D編織常常表現出固有的柔韌性、靈活性和彈性。多方向拉伸以及復原性，厚度和密度及重量均可設計成或設計出3D針織面料。更不要說，對一些設計，一個模式的建設可能是在前面的面料，而一個完全不同的配置可能會在后面。曲線、輪廓、口袋和其他配置可以被納入完整成型的整體服裝。紋理、密度和厚度均可添加或刪除，近似形狀均可創建，它還可集成多個組件的橫截面，以及多個定制的紗線系統完全設計成整體形狀的預制件和最終產品，以最大限度地提高性能和效率。

在針織間隔織物的完整結構中，3D無紡的結構可超過50mm的厚度，這種厚度有助于制造特殊的填充應用材料，提高座椅和床墊或其他空氣流動，而舒適度、透氣性或嵌合的醫療應用無縫壓縮裝也可通過3D編織來實現。3D紡織物模式還可改善絕緣和聲學性能。

3D無紡技術的應用

根據需要，可通過幾種不同的方法制造3D無紡布。傳統的毛氈、絕緣墊等復合剎車盤等高密度產品生產曾使用針刺沖壓技術。但今天，各種絕緣和其他無紡品，如美國公司用熔融紡絲技術研發出用于制造無塵或氣流網和3D增量制造技術。

所謂的增量制造是屬于3D打印的范疇，它在技術上不屬于紡織制造，但可作為3D紡織應用到其他任何領域。從純粹的3D技術角度看，它有內在的固化能力，即為聚酯準確定位，或在任何厚度情況下創建完整的3D集成結構。3D無紡一度引發很大的爭議，3D打印也仍處于方興未艾時期，因此并不完善。但要知道，它在聚酯材料領域的應用是無限的。當然，3D打印還不完美，有待于進一步完善。

3D紡織品，其市場和應用清單還在繼續發展和擴大。隨著設計和工程效益的繼續擴大，新的創新應用程序會繼續促進大眾的接受度。

（據美國紡織世界最新資料http：//www.textileworld.com/textile-world/nonwovens-technical-textiles/2016/07/3-d-textiles-the-difference-is-depth/）