《玻璃纤维》期刊创刊于1972年，刊号：ISSN1005-6262，CN32-1129/TQ，是经国家新闻出版总署批准、南京玻璃纤维研究设计院有限公司主管/主办的全国建材类核心期刊。多年来，期刊秉持“引领行业风尚，反映学科进展，突出实际应用，传递市场信息”的办刊宗旨，内容涵盖玻璃纤维等高性能纤维及复合材料的生产、应用、测试、回收等各环节，重点围绕工程技术领域新技术、新工艺、新方法，展现最新科技成果和科研进展。

为了响应国家科技创新的号召，分享玻纤行业最新科研成果，凸显行业前沿动态，推动学术交流和科研发展，同时增强读者与作者之间的互动和交流，《玻璃纤维》期刊特别策划“主编荐读”专栏，每月推出一篇由本刊主编推荐的优秀论文。欢迎大家对主编荐读的论文进行评论和互动，共同助力期刊高质量发展。

本期为大家带来“主编荐读”——《产业用经编纺织品的应用与发展》，作者：马丕波 江南大学纺织科学与工程学院副院长。

经编凭借其在科技含量、生产效率及产品性能方面的显著优势，在纺织工业中占据重要地位。经编织物是由一组或几组经纱在经编针织机上同时编织成圈、相互串套而成的针织物，其种类繁多，应用广泛。随着纤维原料与设备技术的不断进步，经编产品的品质与档次得到了显著提升，逐渐向高端化和功能化转型。同时，其应用领域持续拓宽，已从传统的服装饰品领域拓展至许多产业领域，包括农业、体育防护、 土木建筑、交通运输、国防军工、航空航天、风力发电及生物医疗等，并且均获得了显著成就。

在工业发达国家，产业用经编纺织品已深入国民经济的各个层面，展现出巨大的潜在市场与广阔的发展空间。本文简要总结了目前经编产业用纺织品行业的发展现状、经编主要织物结构分类，重点介绍了经编纺织品在各个产业领域上的最新应用进展，并对其后续发展趋势进行了展望。

产业用经编纺织品是广泛应用于工业和商业领域中的经编织物，具有强度高、耐磨性好、透气性优良等特点。随着合成材料和功能性纤维的发展，越来越多的新型材料被融入经编纺织品中，以提升其性能。例如，通过添加抗菌、阻燃、抗紫外线等功能性纤维，使经编纺织品的功能得到了极大丰富。目前经编技术正朝着生产自动化、控制智能化、操作程序简易化、功能应用多样化等方向发展，在压电陶瓷贾卡技术、CFRP技术和自动集成智能控制技术等方面，已取得较大创新性成果^［1］。部分经编纺织品通过集成传感器和电子元件等，发展成为智能纺织品，并在医疗、运动监测等领域得到了应用。经编产品凭借其可设计性强、良好的成型性和适型性、轻质高强、耐疲劳及高生产效率等一系列优点，被广泛应用于工业建筑、医疗、航空航天、汽车制造等诸多领域，且在产业用纺织品领域的产品占比持续提高。

随着经编行业的发展，市场竞争日益激烈，部分大型企业通过技术创新和品牌建设占据了市场主导地位。同时，许多中小企业在特定细分市场通过创新和灵活的生产能力也取得了一定成功。许多企业在不同国家设立生产基地，以降低成本并满足当地市场需求。近几年，中国产业用经编纺织品处于2020年超常规增长后的恢复调整期，国际贸易政策和关税变化对产业用经编纺织品的出口和进口产生了一定影响，虽然行业的销售、利润、进出口和投资都出现了不同程度的下降，但主要产品的生产依然保持着稳步增长。

2.1  经编网眼类织物结构

当织物局部出现线圈横列中断时，会在织物表面形成网眼结构。在实际生产经编网眼织物时，织物的尺寸可从薄到厚，网眼的形状多种多样，包括圆柱形网结、平行网、三角形、正方形、长方形、菱形、六角形、椭圆形等。经编网眼产品的耐磨损性能较强、质量轻、透光性良好、稳定性较高、生产效益好。通过配有2~8把梳栉的单针床或双针床拉舍尔经编机，再选择合适的原料可以生产各种产业用网眼纺织品（如图1所示），如建筑施工处的保护网、采矿防落石网、体育场防护网等^［3］，同时也在如卫星天线金属网和电磁屏蔽材料等高端领域中得到应用。当经编网眼结构应用于各类防护场景，若对性能要求不高，可选用单针床拉舍尔经编机进行平型网的生产；若对安全指标要求较高，则可选用HDR8型双针床拉舍尔经编机，采用一穿一空（GB1、GB2、GB7、GB8）和两穿两空（GB3、GB6） 的穿纱方式，再用GB4 和GB5两把梳栉固化网边来生产更高性能的防护网。

a 网眼织物1     b 网眼织物2     c网眼织物3

图 1  经编网眼织物

2.2  经编间隔类织物结构

经编间隔织物（如图2所示）是一种三维立体结构织物，由两个独立的表面层和起连接支撑作用的间隔纱组成，通常使用双针床经编机生产，机号范围广。织物上下两个表面层的原料和组织选择多样，通常各采用两把梳栉进行满穿或者一穿一空， 间隔层的组织结构较简单，一般采用两把梳栉在前后两个针床轮流垫纱成圈。经编间隔织物的结构稳定，原料适应性广，生产环节污染小，干燥速度快， 同时间隔层的存在使织物具有良好的透气透湿性和抗压性，对于不同的应用场景，织物厚度即间隔距离也会随之变化，厚度在1.5~10.0mm范围内的为较薄的间隔织物，可用于座椅包覆面料、鞋服产品中，厚度在10.0~60.0mm范围内的为较厚的间隔织物，主要用于座垫、床垫等层压产品中^［4］。除此之外，经编间隔织物因具有透气透湿、抗震、过滤、隔音及缓解压力等优良性能，还应用于建筑业轻质中空材料、医疗衬垫材料、体育场人造草坪等诸多领域。

图2  经编间隔织物三维空间结构图

2.3  经编取向类织物结构

取向类经编结构，又称轴向类经编结构，是通过在经编地组织的特定一个或几个方向分别衬入平行伸直的、不成圈的纱线形成的。经编轴向织物采用预定向经编机生产，机号一般较低。根据增强纱的方向分布，可分为单轴向、双轴向和多轴向织物3种。其中，多轴向经编织物（如图3所示）又被称为无褶皱织物，编织较为灵活，能实现多层次多角度编织，角度一般有0^。、+45^。、90^。、-45^。，具有良好的整体铺覆性和纤维约束性，能精确控制预成型织物中的纤维方向，纤维屈曲度小，有利于充分发挥纤维强力，经编结构可通过捆绑组织显著提升复合材料的力学性能，在生产多轴向经编增强织物时，编织纱一般选用涤纶进行满穿，铺纬纱一般选用碳纤维、玻璃纤维等高性能原料，织物体密度在4~6g/cm³ 。与传统的机织结构增强织物相比，取向经编织物具有高强高模、优异的抗撕裂性能、良好的铺覆性能以及面内各向同性等优点，主要用作柔性和刚性复合材料的增强骨架^［5-7］。此外，它的原料适应性强、生产效率高、产品综合性能优越，目前，取向经编织物被应用于建筑结构、航空航天、风力发电叶片、车船复合层压板、覆盖类材料、大型运输带、生物医疗、土木合成材料等领域的新型材料中，并表现出持续发展的趋势。

a 多轴向经编织物图

b 多轴向经编织物结构图

图3 多轴向经编织物

3.1  土工建筑用纺织品

经编纺织品所特有的取向结构和3D间隔结构为现今土工与建筑产业发展提供了优良可靠的结构材料^［8］。经编产品的结构特点使得经编纺织品能够满足土工建筑应用中低购价、大产量、耐疲劳、轻量化等一系列要求，正在逐渐取代传统的水泥、金属等建筑材料，成为一种优质环保的新型结构材料。

经编纺织品在建筑施工和采矿等领域有着广泛的应用，其中经编网眼结构织物被用于多种防护网，如施工场地的侧面保护网、无结集安全网、墙体保护网和脚手架防护网，以及采矿作业中的防落石网等（如图4所示）。此外，将经编间隔织物与传统建筑材料结合，可形成一种不易形变的经编间隔织物/水泥基复合材料，该材料通过向间隔结构织物的间隔丝空隙中填充水泥，然后通过加水、固化等处理工艺制备而成，其间隔距离在12.0~30.0mm之间。此类工艺相较于传统建筑工艺，具有硬化凝结速度快、施工效率高、成本低廉、易裁剪拼接、便于锚固以及环境友好等优势，为经编产品在土工建筑领域的应用开辟了新的途径。经编轴向结构在土工材料的生产中也发挥着重要作用，特别是用于制造土工格栅。土工格栅作为一种关键的土工建筑材料，具有高强度、良好的稳定性和耐腐蚀性等特点， 通常在RS3MSUS 型经编机上生产，广泛应用于公路、铁路等基础设施的路基加固中。Penghui S^［9］等人研究了各类参数对双向经编PET土工格栅性能的影响，表明了在2%应变下，土工格栅的双轴和单轴拉伸试验中拉伸载荷差值均大于20%，且限制在沙子中比限制在砾石中的经编聚酯土工格栅表现出更高的拉伸强度，为其应用提供了参考。针对不同的使用场景和环境，国内外还需开发优化不同结构的土工格栅，使其性能得到充分发挥。

图4  经编纺织品在土工建筑上的应用

经编轴向结构目前还应用于一种新型的建筑结构——膜结构，因膜结构具有出色的经济性、可满足大跨度需求、较短的建筑周期、施工便捷性、高度的适应性、卓越的安全性以及节能环保等优点，已被普遍应用于体育场所、展览馆和仓储建筑等（如图5所示）。在膜结构工程中，织物类膜材料是应用面最广泛的材料，目前作为柔性复合材料的薄膜基  布主要是平纹织物，然而，经编类织物因在拉伸与剪切变形稳定性、刚度、强度等力学性能方面具有明显优势，正在逐步取代平纹织物，针对经编类膜材料的性能，研究者们进行了深入的探讨，马俊杰^［10］等人研究了一种双轴向经编织物类膜材料（如图6所示） 的抗撕裂强度和力学行为受各项参数的影响规律， 张阳^［11］则对经编织物类膜材料的中心与梯形撕裂性能进行了系统研究，深入探讨了其损伤机理，为相关织物膜材的损伤分析及膜结构的安全性评估提供了有价值的参考。此外，在多轴向膜结构方面，敬凌霄制备了以多轴向经编聚酯织物为增强体，用聚氨酯及聚乙烯进行流延涂层的膜结构材料，研究了其各向增强的力学特点，并指出其具有重要的科学和经济意义，进一步证明了经编技术在膜结构建筑方面的应用具有显著优势^［12］。目前，经编膜结构已在国内外得到广泛应用，如日本长居体育场的张拉膜， 其面积可达到19 000m²，上海体育场是我国首次使用膜结构，但其是由国外公司进行设计施工，我国在原料和装备技术方面还存在欠缺。

图5 织物类膜结构的应用

图6 经编织物类膜材料的微细结构

当前，在土工建筑领域中经编产业用纺织品的应用主要集中在轴向结构产品。随着现阶段各类产品对性能和环保要求的提高，高性能材料和环保材料将逐步替代传统建筑材料，并不断细化不同材料与结构的经编纺织品在土工建筑领域不同应用场景的分类，促进其向高性能、多用途、多功能方向发展。

3.2  航空航天用纺织品

随着航空航天领域的飞速发展，该产业对新型高性能材料的需求不断提升，经编作为一种高效的织物加工方法，其产品结构丰富、尺寸稳定性强、适型性和可设计性强，综合性能卓越，成为了航空航天领域纺织材料的理想选择，现已在卫星天线网、电磁屏蔽、火箭缓冲气囊、航空航天飞行器的壳体与内饰等多处应用^［13］。

航空航天领域较常用的经编结构是经编网格结构、经编间隔结构和经编轴向结构。轴向经编结构尤其适用于低弯曲率的大型部件，如飞机机体的成型，也能制成具有高比强度和抗疲劳性的超薄或超厚经编复合材料^［14-15］。如今，以碳纤维为基础的多轴向经编复合材料已成功应用于各类飞机部件，如空客A380的外翼翼梁与厚压力支撑框架、空客 A400M 的货舱门，其生产一般选用12K及以上的碳纤维进行织造，织物克重在100~300g/m² 之间^［16］。经编网眼针织物的特殊结构使其无需进一步处理即可保持稳固的形状，此外，因其轻质、稳定和结构多变的优点，已被用于太阳能电池的半刚性帆板和大型可部署星载空间天线上。由东华大学陈南梁^［17］开发设计的玻璃纤维经编网眼织物是半刚性电池帆板的关键性材料，已成功应用于中国的“天宫一号”航天器，此项发明不但极大提升了“天宫一号”的能源生产能力，还减轻了电池舱盖的重量（如图7所示）。与此同时，他的团队在卫星天线研究方面也取得了重大进步，他们成功研制出了直径为0.03mm的极细镀金钼捻股丝纤维，并设计开发了并线、整经等专用经编设备，创建了一整套经编生产工艺装备（如图8所示）。目前，这种金属丝网类材料已通过一系列机械、电气性能测试，其拉伸断裂强度大于1kg/cm，断裂伸长率低于50%，微波反射系数在95%以上，网面接触电阻不超过5Ω，达到国内外先进水平。

图7 玻璃纤维经编网格材料在航空航天的应用

图8 超细金属经编网眼材料在航空航天的应用

虽然经编纺织品在航空航天领域展现出了极大的应用前景，但相较于国外，我国在高性能材料的研发制备方面的技术水平仍有差距。因此，经编材料在航空航天中的应用中，需要不断探索优化原材料，高性能纤维的研发与应用依然是当前的研究热点。

3.3  生物医疗用纺织品

经编纺织品因其孔隙率高、不易受潮、易成型、不易脱散稳定性好、强度高、柔韧性优异等特点，在生物医用纺织品领域的应用广泛。经编医用纺织品包括人造器官支架、人造血管、手术缝合线、疝气修补片、医用减震材料、绷带和其他敷料创伤材料等（如图9所示）。

图9 经编纺织品在生物医疗上的应用

传统医用衬垫材料多为海绵或泡沫材料，虽能满足基本医疗需求，但在环保性、填充性和透气性方面存在缺陷，经编间隔织物作为一种具有三维结构的纺织材料，有效填补了这些缺陷。吴梦捷^［18］等人的研究表明与同等厚度的海绵材料相比，经编间隔织物的透气性显著提高，且其透气性能可通过参数设计进行可控调节。经编网眼结构在医疗上的应用也较为广泛，如医用绷带和疝修补网片等。采用经编网眼结构制备的医用绷带，具有较大的比表面积，能加速药物释放并促进伤口愈合。李书龄^［19］等选用E玻璃纤维设计了一种经编织物，将聚氨酯材料涂覆在织物上，开发出一种舒适安全、透气服帖、塑形性好的医用玻璃纤维专用绷带，其抗冲击强度超过65.8kJ/m²，透气量不低于1.18m/s，固化时间低于5min，这些指标均达到或超越国外的技术要求，该产品已在国内外市场得到推广和应用。经编补片因其独有的纺织结构优势，如轻便、透气多孔、力学各向异性、柔韧服帖、可按需剪裁等，在针织人体修补材料中应用最为成功广泛，但其导致的炎症还需进一步解决^［20］。Vittoria Civilini^［21］等人研究了九种不同网格结构的经编材料，探讨了机械性能与经编网形态结构的相关性，为疝气治疗和网片设计的进步铺平了道路。对于疝气引发的并发症如形成包裹网片并导致其收缩的疤痕组织，Jiao Y^［22］等人采用静电纺丝制造聚己内酯蜘蛛丝状纤维垫，将这些纤维垫与体外动态培养方法研究动态环境下优选的疝气网结合，开发出了一种可以预防纤维化的疝补片，为解决其并发症提供了一定思路。

对比国外，我国生物医用纺织品领域起步较晚，技术水平一般。目前，许多优秀的成型产品仍停留在科研实验室阶段尚未投入生产，国内高端生物医用纺织品在很大程度上还在依靠进口。但随着需求驱动和科技的持续进步，生物医用纺织品领域会迎来蓬勃发展，未来将朝着可降解、微创以及智能化方向深入研究。

3.4  车船内饰用纺织品

随着车船等交通工具对内饰材料的舒适保暖性、隔音性和安全性等特性要求的日益提升，经编纺织品开始逐渐被用作内饰产品。例如，汽车轮船中的方向盘把手、座椅、顶棚等部件，多采用经编间隔结构制备，以满足其舒适美观性的要求；车船中的仿麂皮面料和复合层压板多采用经编轴向结构制备，以提升质感与耐用性（如图10所示）。

图10 经编纺织品在车船上的应用

图 11  风力发电机叶片的结构图

风电叶片的梁帽大多采用玻璃纤维复合材料，材料所用的增强体为轴向经编织物。在生产时要根据不同位置来确定铺设层数、铺纬方向与材质等，织物克重通常在600g/m²上下，每层编织线比重在1%左右，铺纬纱线每层比重基本相当。武维莉等人选取了风电叶片中常用的4种玻璃纤维增强经编织物，通过实验、构建模型、有限元仿真模拟和织物压缩变形几个方面，深入探究了织物几何状态及其压缩特性，为实际复合材料风电叶片生产提供了理论支撑^［29］。随着经编技术与材料的发展，叶片在性能方面也得到了提高，孙震等人对由三维角联锁织物与双轴向经编玻纤织物增强的复合材料叶片进行了研究，着重分析了增强体结构对叶片弯扭耦合性能的影响，结果表明三维角联锁织物材料叶片的弯扭耦合系数约为传统的双轴向经编材料叶片的3倍，这对增强体复合材料在风力机叶片的应用有重要的指导意义^［30］。玻璃纤维复合材料是目前制造风机叶片的主要材料，但随着叶片向轻质化、大型化、环保化方向迈进，美国研究表明，完全使用此原料能达到的叶片长度为60m，已渐渐不能满足叶片性能与长度平衡发展的需要，目前国内外正在寻找更好的材料和技术以适应大型叶片发展的要求。目前，碳纤维复合材料满足现阶段需求并在逐步应用，展纤技术也可大幅降低风电叶片的质量，但其发展还未完全成熟，需进一步深入探索^{［31，32］}。

如今，我国已逐步掌握了玻纤、碳纤/玻纤、碳纤的高速多轴向经编加工技术，并基本实现了碳纤维多轴向经编装备技术的产业化应用，攻克了大丝束碳纤维的展开技术，以及多轴向全规格铺层编织技术，实现了碳纤维多轴向织物的全规格和低成本的编织，并推动了其在复合材料中的应用，但其大规模应用还需对原料性能、制造工艺与成本进行控制研究。随着可再生能源的发展和可持续理念的深入人心，风力发电行业更具前景，也为经编纺织品的研发与应用提供了巨大的市场空间。

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