经编间隔织物专利技术进展

刘波涛，籍海燕

(国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京 100160)

经编间隔织物具有的独特三维立体结构的织物，体现了现代先进纺织技术，是一种技术纺织品，于20世纪80年代末期开始在双针床拉舍尔经编机上得到系列开发。经编间隔织物由三个系统的纱线(即两个表层纱线和一个系统的间隔纱线)编织而成。间隔纱贯穿于两个表层之间，在两个表层之间形成一个间隔层。在双针床经编机上，用机前和机后的1～2把梳栉分别在前、后两个针床上编织分离的两片单面织物，间隔层一般是通过中间1～2把梳栉在前、后两个针床上轮流成圈，把上述编织的前、后两片织物连接起来[1]。编织原理如图1所示。

图1 经编间隔织物的编织原理Fig.1 Knitting principle of warp-knitted spacer fabric

织物中间的间隔是经编间隔织物的真正意义所在，其又被称为间隔织物或三明治织物。在间隔织物中间有一个靠许多平行排列的间隔丝支撑起来的大空间，这种物理空间结构赋予间隔织物一些特殊的性能：在厚度方面有很大的弹性；间隔丝的毛细现象能使液体从间隔的一个表层传递到另一个表层，因此，其具有良好的导湿性。总体而言，这种特殊的结构使经编间隔织物具有良好的透气性、透湿性，良好的抗压、抗震和隔音性能，以及耐洗涤不变形等性能[2]。

1 经编间隔织物的研究概况

国内外经编间隔织物的研究大体经历了三个十年，可以总结为三个阶段，即生产工艺研究、产品应用研究和综合性能研究三个阶段。具体而言，20世纪80年代中期至90年代中期为生产工艺研究阶段，以薄型产品为主，生产工艺和技术逐步成熟，基础研究为规模开发奠定基础，期间的产品大量应用于鞋材；20世纪90年代中期至21世纪为初为产品应用研究阶段，随着中厚型间隔织物的生产与应用，一些新的应用领域不断被开发出来，值得一提的是在床垫、坐垫等衬垫领域，在国外其被用于床垫、汽车座椅等，后来又被应用于复合材料、医疗、建筑等领域；近10年来是综合性能研究阶段，2010年以来，研究有如下三个重点方向：压缩回弹变形与透气(湿、热)研究、织物性能的改进与适应不同使用的研究、原料与设备工艺适应性研究[3]。可见，经编间隔织物正随着技术的发展，产品的性能不断完善，应用领域也在不断拓展。

1.1 应用领域

经编间隔织物按照应用领域主要分为：服装用、家用、休闲体育用、汽车用、复合材料用，以及包括过滤材料、医用材料、包装材料、建筑防护网、航空器面板、清洁布、保护套、贫瘠地域种植或屋顶绿化用垫等的其他类。

总体而言，经编间隔织物以服装用、家用、休闲体育用和汽车用领域为主，而休闲体育用一直保持持续增长，休闲体育用经编间隔织物集中在鞋面面料方面，主要应用了经编间隔织物透气、抗压弹性好的特点，经编间隔织物在该领域的应用起步较早，发展较为平稳。服用面料适用于普通消费群体，同时，经编间隔织物在特种服装比如消防隔热服、防切割面料中的应用也在逐步发展。汽车领域用的经编间隔织物从2000年之后进入快速发展期，这与汽车在现代家庭中的普及，市场需要旺盛不无关系。

1.2 专利申请趋势和主要申请人情况

图2是经编间隔织物的专利申请趋势。从该图中可以看出，经编间隔织物的专利申请始于20世纪80年代，从2000年以后开始快速发展，申请量大幅上升。这也反映出经编间隔织物在近这些年越来越受到行业重视，技术在不断地快速发展。经编间隔织物的专利申请趋势与前文所述的国内外经编间隔织物的研发发展趋势是一致的，由此可见，专利的发展与产品的研发和技术进步是紧密相关的，专利技术的发展也体现了该产品的技术发展。

图2 经编间隔织物专利申请趋势Fig.2 Patent application trend of warp-knitted spacer fabrics

就专利申请的区域而言，经编间隔织物的原创专利主要集中在中国、日本和德国，这些国家也是传统的纺织强国，在纺织品的技术研发和生产等方面都处于世界领先水平。

经编间隔织物重要申请人的专利数量如图3所示。从图3可以看出，专利申请量最大的是日本旭化成株式会社，处于摇摇领先的位置，其次是中国的福建省晋江市华宇织造有限公司，再次是德国穆勒纺织品公司，紧随其后的是日本世联株式会社、中国的江南大学、日本住江织物株式会社等。

图3 经编间隔织物重要申请人的专利数量Fig.3 Number of patent applications for warp-knitted spacer fabrics

日本的旭化成株式会社主要涉及家用、汽车用和其他领域，且以汽车用为主；世联株式会社以服用和汽车用为主；住江织物株式会社以汽车用为主；德国的穆勒纺织品公司以汽车用为主；我国的企业申请人福建省晋江市华宇织造有限公司则以服用和家用为主，我国的高校申请人江南大学则涉及了除汽车用外的其他织物。总体来看，我国申请人主要涉及服用、家用以及休闲体育用，国外的申请人则主要涉及家用和汽车用，尤其重视汽车用产品。对于日本企业旭化成株式会社，其涉及的其他用途也比较多，其中包括过滤用、医用、逃生坡道以及土地绿化等各种方面，可见其对市场的前瞻性较高。

2 国内外专利技术研究进展

经编间隔织物技术创新的手段主要有以下几种：编织方法、纤维材料选择、材料填充和后整理。从时间延续性上看，编织方法和纤维材料选择是从早期沿用至今的常规技术手段，而且申请的数量较多。具体而言，编织方法的改进是使用最为普遍、历史最为悠久的技术手段，其次是纤维材料选择。然而，采用单一的技术手段制备经编间隔织物具有局限性，随着技术的发展，开始同时采用几种技术手段相结合的方式进行生产，比如采用纤维材料选择和编织方法相结合，利用这种技术的申请人有日本旭化成株式会社。材料填充和后整理是2000年之后发展起来的技术手段。一般来说，技术手段的选择是根据具体的应用领域，比如，选择吸湿排汗纤维材料，结合亲水性整理技术，可以得到高强透湿的经编间隔织物，利用这种技术的国内申请人有福建省晋江市华宇织造有限公司。重点介绍如下：

2.1 编织方法

日本旭化成株式会社于2002年3月29日申请了坐垫用立体编织物，公开号为WO02079558A1[4]，其由表里两层织物和用于连接该两层织物的单丝形成的连接丝构成，立体编织物中的单丝曲率为0.01～1.6，立体编织物压缩50%时的单丝弯曲伸长率为20%以下，单丝弯曲状态如图4所示。具有有弹力的缓冲性、反复或长期使用时也不易损坏弹力性、缓冲耐久性良好的立体编织物。特别是用作吊床式坐垫时，是显示了具有有弹力感的缓冲性、与人体的适合感良好、并且坐下后的下陷小、形态保持性良好的缓冲材料。

图4 立体编织物压缩50%后的单丝弯曲状态Fig.4 Monofilament bending of three-dimensional braided fabric after 50% compression

江南大学于2006年12月19日申请了一种抗压结构经编间隔织物的形成方法，公开号为CN101037827A[5]，主要是针对现有工艺中，一般中间的间隔纱线在配置上基本上成相互平行排列形态，使整体的间隔织物具有平行四边形的不稳定性，尤其在大间隔厚度时，在压力下容易“趴下”，难以使制品形成较大的间隔厚度或具有较大的抗压性能，从而影响到经编间隔织物的用途拓展。该申请采用的方法能使中间的间隔纱线相互间配置成一定的角度，具有一定程度的“三角形”的支架结构，不仅能改善经编间隔织物的形态稳定性和承压能力，而且能有助于大间隔厚度的实现，实现制品机械性能的提高和最终用途的扩展。对横向连接梳栉，综合考虑两个针床的相互配合进行穿对纱，让前后针床编织成的网眼在织物的横向成为交错配置状态，如图5所示，使将前后针床织针编织成的编链进行跨接的间隔纱线相互间在织物横截面上的几何形态成为连续的“W”形，达到提高的间隔纱线的形态稳定性和间隔织物的抗压能力的目的。

图5 前后片网眼横向交错配置的示意图Fig.5 Schematic diagram of front and rear mesh laterally staggered configuration

日本旭化成株式会社于2014年8月12日申请了网状立体针织物，公开号为JP2015061958A[6]，其采用表层底层为锯齿形网状并错位间隔配置的编织方法，提高织物透气性、保形性，立体编织物截面构造如图6所示。本发明的网状立体针织物是即使在反复使用的情况下压缩时的回弹力也不易降低、而且尺寸稳定性也优异的使用方便性良好的缓冲材料，因此其产业上的利用价值非常高。其不仅可以用于汽车座椅的缓冲材料，还可以广泛用于床、垫子、沙发的缓冲材料、坐垫、枕头等、衣料用护具、运动用的护具、医疗用材料、土木建筑材料、冲击吸收材料、过滤材料、其他产业用材料等。

图6 立体编织物截面构造示意图Fig.6 Schematic diagram of 3D braided fabric section construction

2.2 纤维材料选择

日本旭化成株式会社于1998年3月18日申请了立体针织物，公开号为JPH11269747 A[7]，其采用聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)纤维作连接纱，能够在不损害压缩弹性恢复性的情况下进一步提高了与人体的合身性、形状追随性的立体编织物。适合用于肩垫、胸罩杯、连衣裙的缓冲材料、护具的缓冲材料、保温衣料等的衬里材料、头盔的内衬、人体保护垫等与人体接触的缓冲材料、缓冲材料、保型材料、保温材料等用途。

日本旭化成株式会社于2003年8月26日申请了立体针织物，公开号为JP2005068605A[8]，连接纱中含有10%～50%复丝，并且复丝的单纤维细度≤20 dtex，提高织物的减震减噪性能，由三维针织物的压缩产生的噪声水平≤65 dB，适合用于汽车、铁道车辆、飞机、儿童座椅、婴儿车、轮椅、家具、办公用等座位的立体编织物及座位用立体编织物。

日本旭化成株式会社于2002年12月24日申请了缓冲材料，公开号为JP2004204372 A[9]，其在立体编织物的表面和背面的纱的一部分或全部采用具有异性截面的涤纶长丝，使织物具有良好的吸湿快干性，作为寝具材料、家具的沙发材料、汽车用座椅材料，在长时间就座时也不会诱发不适感、舒适性优异。

2.3 多种手段相结合

福建省晋江市华宇织造有限公司于2012年6月13日申请了基于混合型化纤的高强透湿经编层状网布，公开号为CN102704179A[10]，其通过纤维改性、织物涂层、经编技术的相互结合，解决了现有技术中的化纤经编层状网布粗糙、舒适性差和不易加工的技术缺陷，达到了低成本高附加值以及高度优良的回潮率、吸湿性、高强度，高弹性、产品的尺寸稳定性和手感风格的有益效果。

总体而言，国内申请人在技术上主要采用功能型纤维来织造具有某种功能的织物，比如采用抗紫外纱线、吸湿排汗纱线等使织物具有相应的功能。例如，这类技术的代表有：福建省晋江市华宇织造有限公司的申请CN201410417664、CN200910112291，常熟市大发经编织造有限公司的申请CN201310258472。也有申请人采用几种技术手段相结合来提高织物的性能，例如，福建省晋江市华宇织造有限公司的申请CN201210193127。编织方法上的改进主要在于采用特殊的间隔纱连接方法或垫纱编织方式使织物具有更好的稳定性或强度，江南大学在这方面有较深入的研究，其代表性专利申请有CN200610161257。

就国外专利申请的发展而言，日本企业在技术发展方面走在了前面，代表性的企业是旭化成株式会社，其根据产品的用途进行了一系列的研发，比如其注册的经编间隔织物产品cubitTM、fusionTM，背后都有相应的重点专利做为支持，即JP8826298A、JP2002372352A和JP2005019220A。申请号为JP8826298A的专利申请是旭化成株式会社早期的申请，也是后续研发的基础专利，其主要采用PTT纤维来达到实现经编间隔织物具有较好的抗压弹性。PTT纤维，是聚对苯二甲酸丙二酯纤维的简称，俗称弹性涤纶，有较好的耐磨性和拉伸回复性，并具有弹性大、蓬松性好的特点，旭化成株式会社正是利用了PTT纤维的这些特点。旭化成株式会社在后续的研发中不断对该基础专利进行改进，比如，专利申请JP2002577956，就是在其基础上进一步改进了编织方法，设计合适的单丝曲率，使织物的压缩恢复性、缓冲耐久性更优良。旭化成株式会社针对特殊用途，采用特定的技术方案，比如，为减少汽车震动带来的噪音干扰而专门设计了汽车用经编间隔织物，相应的专利有JP2003301834A。再比如，为了使久坐的座椅等织物具有吸湿快干性，提高人体舒适感，采用异形截面的聚酯纤维为原料来制备具有吸湿速干性的面料，相应的专利有JP2002372352A。还有，采用弹性丝连接纱编织弹性间隔织物，相应的专利有JP2003540429。另外，通过改进编织方法提升织物性能的代表性专利有世联株式会社的申请号为JP20055042480的专利申请等。

3 结 语

经编间隔织物特殊的三维结构赋予了这类织物广阔的发展空间。经编间隔织物的技术发展正在逐步走向成熟稳定期，而拓展经编间隔织物的用途，并根据其用途和市场需求开发出功能更佳的细分产品，是今后发展的方向。对于我国创新主体特别是相关企业而言，了解国内外专利技术创新的情况和发展趋势，有助于其结合自身特点和市场需求找到合适的切入点，避免满目投入，提高研发资源利用率。