劉波濤，籍海燕

(國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心，北京 100160)

經(jīng)編間隔織物具有的獨(dú)特三維立體結(jié)構(gòu)的織物，體現(xiàn)了現(xiàn)代先進(jìn)紡織技術(shù)，是一種技術(shù)紡織品，于20世紀(jì)80年代末期開(kāi)始在雙針床拉舍爾經(jīng)編機(jī)上得到系列開(kāi)發(fā)。經(jīng)編間隔織物由三個(gè)系統(tǒng)的紗線(即兩個(gè)表層紗線和一個(gè)系統(tǒng)的間隔紗線)編織而成。間隔紗貫穿于兩個(gè)表層之間，在兩個(gè)表層之間形成一個(gè)間隔層。在雙針床經(jīng)編機(jī)上，用機(jī)前和機(jī)后的1～2把梳櫛分別在前、后兩個(gè)針床上編織分離的兩片單面織物，間隔層一般是通過(guò)中間1～2把梳櫛在前、后兩個(gè)針床上輪流成圈，把上述編織的前、后兩片織物連接起來(lái)[1]。編織原理如圖1所示。

圖1 經(jīng)編間隔織物的編織原理Fig.1 Knitting principle of warp-knitted spacer fabric

織物中間的間隔是經(jīng)編間隔織物的真正意義所在，其又被稱為間隔織物或三明治織物。在間隔織物中間有一個(gè)靠許多平行排列的間隔絲支撐起來(lái)的大空間，這種物理空間結(jié)構(gòu)賦予間隔織物一些特殊的性能：在厚度方面有很大的彈性；間隔絲的毛細(xì)現(xiàn)象能使液體從間隔的一個(gè)表層傳遞到另一個(gè)表層，因此，其具有良好的導(dǎo)濕性。總體而言，這種特殊的結(jié)構(gòu)使經(jīng)編間隔織物具有良好的透氣性、透濕性，良好的抗壓、抗震和隔音性能，以及耐洗滌不變形等性能[2]。

1 經(jīng)編間隔織物的研究概況

國(guó)內(nèi)外經(jīng)編間隔織物的研究大體經(jīng)歷了三個(gè)十年，可以總結(jié)為三個(gè)階段，即生產(chǎn)工藝研究、產(chǎn)品應(yīng)用研究和綜合性能研究三個(gè)階段。具體而言，20世紀(jì)80年代中期至90年代中期為生產(chǎn)工藝研究階段，以薄型產(chǎn)品為主，生產(chǎn)工藝和技術(shù)逐步成熟，基礎(chǔ)研究為規(guī)模開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)，期間的產(chǎn)品大量應(yīng)用于鞋材；20世紀(jì)90年代中期至21世紀(jì)為初為產(chǎn)品應(yīng)用研究階段，隨著中厚型間隔織物的生產(chǎn)與應(yīng)用，一些新的應(yīng)用領(lǐng)域不斷被開(kāi)發(fā)出來(lái)，值得一提的是在床墊、坐墊等襯墊領(lǐng)域，在國(guó)外其被用于床墊、汽車座椅等，后來(lái)又被應(yīng)用于復(fù)合材料、醫(yī)療、建筑等領(lǐng)域；近10年來(lái)是綜合性能研究階段，2010年以來(lái)，研究有如下三個(gè)重點(diǎn)方向：壓縮回彈變形與透氣(濕、熱)研究、織物性能的改進(jìn)與適應(yīng)不同使用的研究、原料與設(shè)備工藝適應(yīng)性研究[3]?？梢?jiàn)，經(jīng)編間隔織物正隨著技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品的性能不斷完善，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展。

1.1 應(yīng)用領(lǐng)域

經(jīng)編間隔織物按照應(yīng)用領(lǐng)域主要分為：服裝用、家用、休閑體育用、汽車用、復(fù)合材料用，以及包括過(guò)濾材料、醫(yī)用材料、包裝材料、建筑防護(hù)網(wǎng)、航空器面板、清潔布、保護(hù)套、貧瘠地域種植或屋頂綠化用墊等的其他類。

總體而言，經(jīng)編間隔織物以服裝用、家用、休閑體育用和汽車用領(lǐng)域?yàn)橹?，而休閑體育用一直保持持續(xù)增長(zhǎng)，休閑體育用經(jīng)編間隔織物集中在鞋面面料方面，主要應(yīng)用了經(jīng)編間隔織物透氣、抗壓彈性好的特點(diǎn)，經(jīng)編間隔織物在該領(lǐng)域的應(yīng)用起步較早，發(fā)展較為平穩(wěn)。服用面料適用于普通消費(fèi)群體，同時(shí)，經(jīng)編間隔織物在特種服裝比如消防隔熱服、防切割面料中的應(yīng)用也在逐步發(fā)展。汽車領(lǐng)域用的經(jīng)編間隔織物從2000年之后進(jìn)入快速發(fā)展期，這與汽車在現(xiàn)代家庭中的普及，市場(chǎng)需要旺盛不無(wú)關(guān)系。

1.2 專利申請(qǐng)趨勢(shì)和主要申請(qǐng)人情況

圖2是經(jīng)編間隔織物的專利申請(qǐng)趨勢(shì)。從該圖中可以看出，經(jīng)編間隔織物的專利申請(qǐng)始于20世紀(jì)80年代，從2000年以后開(kāi)始快速發(fā)展，申請(qǐng)量大幅上升。這也反映出經(jīng)編間隔織物在近這些年越來(lái)越受到行業(yè)重視，技術(shù)在不斷地快速發(fā)展。經(jīng)編間隔織物的專利申請(qǐng)趨勢(shì)與前文所述的國(guó)內(nèi)外經(jīng)編間隔織物的研發(fā)發(fā)展趨勢(shì)是一致的，由此可見(jiàn)，專利的發(fā)展與產(chǎn)品的研發(fā)和技術(shù)進(jìn)步是緊密相關(guān)的，專利技術(shù)的發(fā)展也體現(xiàn)了該產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展。

圖2 經(jīng)編間隔織物專利申請(qǐng)趨勢(shì)Fig.2 Patent application trend of warp-knitted spacer fabrics

就專利申請(qǐng)的區(qū)域而言，經(jīng)編間隔織物的原創(chuàng)專利主要集中在中國(guó)、日本和德國(guó)，這些國(guó)家也是傳統(tǒng)的紡織強(qiáng)國(guó)，在紡織品的技術(shù)研發(fā)和生產(chǎn)等方面都處于世界領(lǐng)先水平。

經(jīng)編間隔織物重要申請(qǐng)人的專利數(shù)量如圖3所示。從圖3可以看出，專利申請(qǐng)量最大的是日本旭化成株式會(huì)社，處于搖搖領(lǐng)先的位置，其次是中國(guó)的福建省晉江市華宇織造有限公司，再次是德國(guó)穆勒紡織品公司，緊隨其后的是日本世聯(lián)株式會(huì)社、中國(guó)的江南大學(xué)、日本住江織物株式會(huì)社等。

圖3 經(jīng)編間隔織物重要申請(qǐng)人的專利數(shù)量Fig.3 Number of patent applications for warp-knitted spacer fabrics

日本的旭化成株式會(huì)社主要涉及家用、汽車用和其他領(lǐng)域，且以汽車用為主；世聯(lián)株式會(huì)社以服用和汽車用為主；住江織物株式會(huì)社以汽車用為主；德國(guó)的穆勒紡織品公司以汽車用為主；我國(guó)的企業(yè)申請(qǐng)人福建省晉江市華宇織造有限公司則以服用和家用為主，我國(guó)的高校申請(qǐng)人江南大學(xué)則涉及了除汽車用外的其他織物?？傮w來(lái)看，我國(guó)申請(qǐng)人主要涉及服用、家用以及休閑體育用，國(guó)外的申請(qǐng)人則主要涉及家用和汽車用，尤其重視汽車用產(chǎn)品。對(duì)于日本企業(yè)旭化成株式會(huì)社，其涉及的其他用途也比較多，其中包括過(guò)濾用、醫(yī)用、逃生坡道以及土地綠化等各種方面，可見(jiàn)其對(duì)市場(chǎng)的前瞻性較高。

2 國(guó)內(nèi)外專利技術(shù)研究進(jìn)展

經(jīng)編間隔織物技術(shù)創(chuàng)新的手段主要有以下幾種：編織方法、纖維材料選擇、材料填充和后整理。從時(shí)間延續(xù)性上看，編織方法和纖維材料選擇是從早期沿用至今的常規(guī)技術(shù)手段，而且申請(qǐng)的數(shù)量較多。具體而言，編織方法的改進(jìn)是使用最為普遍、歷史最為悠久的技術(shù)手段，其次是纖維材料選擇。然而，采用單一的技術(shù)手段制備經(jīng)編間隔織物具有局限性，隨著技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)始同時(shí)采用幾種技術(shù)手段相結(jié)合的方式進(jìn)行生產(chǎn)，比如采用纖維材料選擇和編織方法相結(jié)合，利用這種技術(shù)的申請(qǐng)人有日本旭化成株式會(huì)社。材料填充和后整理是2000年之后發(fā)展起來(lái)的技術(shù)手段。一般來(lái)說(shuō)，技術(shù)手段的選擇是根據(jù)具體的應(yīng)用領(lǐng)域，比如，選擇吸濕排汗纖維材料，結(jié)合親水性整理技術(shù)，可以得到高強(qiáng)透濕的經(jīng)編間隔織物，利用這種技術(shù)的國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人有福建省晉江市華宇織造有限公司。重點(diǎn)介紹如下：

2.1 編織方法

日本旭化成株式會(huì)社于2002年3月29日申請(qǐng)了坐墊用立體編織物，公開(kāi)號(hào)為WO02079558A1[4]，其由表里兩層織物和用于連接該兩層織物的單絲形成的連接絲構(gòu)成，立體編織物中的單絲曲率為0.01～1.6，立體編織物壓縮50%時(shí)的單絲彎曲伸長(zhǎng)率為20%以下，單絲彎曲狀態(tài)如圖4所示。具有有彈力的緩沖性、反復(fù)或長(zhǎng)期使用時(shí)也不易損壞彈力性、緩沖耐久性良好的立體編織物。特別是用作吊床式坐墊時(shí)，是顯示了具有有彈力感的緩沖性、與人體的適合感良好、并且坐下后的下陷小、形態(tài)保持性良好的緩沖材料。

圖4 立體編織物壓縮50%后的單絲彎曲狀態(tài)Fig.4 Monofilament bending of three-dimensional braided fabric after 50% compression

江南大學(xué)于2006年12月19日申請(qǐng)了一種抗壓結(jié)構(gòu)經(jīng)編間隔織物的形成方法，公開(kāi)號(hào)為CN101037827A[5]，主要是針對(duì)現(xiàn)有工藝中，一般中間的間隔紗線在配置上基本上成相互平行排列形態(tài)，使整體的間隔織物具有平行四邊形的不穩(wěn)定性，尤其在大間隔厚度時(shí)，在壓力下容易“趴下”，難以使制品形成較大的間隔厚度或具有較大的抗壓性能，從而影響到經(jīng)編間隔織物的用途拓展。該申請(qǐng)采用的方法能使中間的間隔紗線相互間配置成一定的角度，具有一定程度的“三角形”的支架結(jié)構(gòu)，不僅能改善經(jīng)編間隔織物的形態(tài)穩(wěn)定性和承壓能力，而且能有助于大間隔厚度的實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)制品機(jī)械性能的提高和最終用途的擴(kuò)展。對(duì)橫向連接梳櫛，綜合考慮兩個(gè)針床的相互配合進(jìn)行穿對(duì)紗，讓前后針床編織成的網(wǎng)眼在織物的橫向成為交錯(cuò)配置狀態(tài)，如圖5所示，使將前后針床織針編織成的編鏈進(jìn)行跨接的間隔紗線相互間在織物橫截面上的幾何形態(tài)成為連續(xù)的“W”形，達(dá)到提高的間隔紗線的形態(tài)穩(wěn)定性和間隔織物的抗壓能力的目的。

圖5 前后片網(wǎng)眼橫向交錯(cuò)配置的示意圖Fig.5 Schematic diagram of front and rear mesh laterally staggered configuration

日本旭化成株式會(huì)社于2014年8月12日申請(qǐng)了網(wǎng)狀立體針織物，公開(kāi)號(hào)為JP2015061958A[6]，其采用表層底層為鋸齒形網(wǎng)狀并錯(cuò)位間隔配置的編織方法，提高織物透氣性、保形性，立體編織物截面構(gòu)造如圖6所示。本發(fā)明的網(wǎng)狀立體針織物是即使在反復(fù)使用的情況下壓縮時(shí)的回彈力也不易降低、而且尺寸穩(wěn)定性也優(yōu)異的使用方便性良好的緩沖材料，因此其產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值非常高。其不僅可以用于汽車座椅的緩沖材料，還可以廣泛用于床、墊子、沙發(fā)的緩沖材料、坐墊、枕頭等、衣料用護(hù)具、運(yùn)動(dòng)用的護(hù)具、醫(yī)療用材料、土木建筑材料、沖擊吸收材料、過(guò)濾材料、其他產(chǎn)業(yè)用材料等。

圖6 立體編織物截面構(gòu)造示意圖Fig.6 Schematic diagram of 3D braided fabric section construction

2.2 纖維材料選擇

日本旭化成株式會(huì)社于1998年3月18日申請(qǐng)了立體針織物，公開(kāi)號(hào)為JPH11269747 A[7]，其采用聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯(PTT)纖維作連接紗，能夠在不損害壓縮彈性恢復(fù)性的情況下進(jìn)一步提高了與人體的合身性、形狀追隨性的立體編織物。適合用于肩墊、胸罩杯、連衣裙的緩沖材料、護(hù)具的緩沖材料、保溫衣料等的襯里材料、頭盔的內(nèi)襯、人體保護(hù)墊等與人體接觸的緩沖材料、緩沖材料、保型材料、保溫材料等用途。

日本旭化成株式會(huì)社于2003年8月26日申請(qǐng)了立體針織物，公開(kāi)號(hào)為JP2005068605A[8]，連接紗中含有10%～50%復(fù)絲，并且復(fù)絲的單纖維細(xì)度≤20 dtex，提高織物的減震減噪性能，由三維針織物的壓縮產(chǎn)生的噪聲水平≤65 dB，適合用于汽車、鐵道車輛、飛機(jī)、兒童座椅、嬰兒車、輪椅、家具、辦公用等座位的立體編織物及座位用立體編織物。

日本旭化成株式會(huì)社于2002年12月24日申請(qǐng)了緩沖材料，公開(kāi)號(hào)為JP2004204372 A[9]，其在立體編織物的表面和背面的紗的一部分或全部采用具有異性截面的滌綸長(zhǎng)絲，使織物具有良好的吸濕快干性，作為寢具材料、家具的沙發(fā)材料、汽車用座椅材料，在長(zhǎng)時(shí)間就座時(shí)也不會(huì)誘發(fā)不適感、舒適性優(yōu)異。

2.3 多種手段相結(jié)合

福建省晉江市華宇織造有限公司于2012年6月13日申請(qǐng)了基于混合型化纖的高強(qiáng)透濕經(jīng)編層狀網(wǎng)布，公開(kāi)號(hào)為CN102704179A[10]，其通過(guò)纖維改性、織物涂層、經(jīng)編技術(shù)的相互結(jié)合，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的化纖經(jīng)編層狀網(wǎng)布粗糙、舒適性差和不易加工的技術(shù)缺陷，達(dá)到了低成本高附加值以及高度優(yōu)良的回潮率、吸濕性、高強(qiáng)度，高彈性、產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性和手感風(fēng)格的有益效果。

總體而言，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人在技術(shù)上主要采用功能型纖維來(lái)織造具有某種功能的織物，比如采用抗紫外紗線、吸濕排汗紗線等使織物具有相應(yīng)的功能。例如，這類技術(shù)的代表有：福建省晉江市華宇織造有限公司的申請(qǐng)CN201410417664、CN200910112291，常熟市大發(fā)經(jīng)編織造有限公司的申請(qǐng)CN201310258472。也有申請(qǐng)人采用幾種技術(shù)手段相結(jié)合來(lái)提高織物的性能，例如，福建省晉江市華宇織造有限公司的申請(qǐng)CN201210193127。編織方法上的改進(jìn)主要在于采用特殊的間隔紗連接方法或墊紗編織方式使織物具有更好的穩(wěn)定性或強(qiáng)度，江南大學(xué)在這方面有較深入的研究，其代表性專利申請(qǐng)有CN200610161257。

就國(guó)外專利申請(qǐng)的發(fā)展而言，日本企業(yè)在技術(shù)發(fā)展方面走在了前面，代表性的企業(yè)是旭化成株式會(huì)社，其根據(jù)產(chǎn)品的用途進(jìn)行了一系列的研發(fā)，比如其注冊(cè)的經(jīng)編間隔織物產(chǎn)品cubitTM、fusionTM，背后都有相應(yīng)的重點(diǎn)專利做為支持，即JP8826298A、JP2002372352A和JP2005019220A。申請(qǐng)?zhí)枮镴P8826298A的專利申請(qǐng)是旭化成株式會(huì)社早期的申請(qǐng)，也是后續(xù)研發(fā)的基礎(chǔ)專利，其主要采用PTT纖維來(lái)達(dá)到實(shí)現(xiàn)經(jīng)編間隔織物具有較好的抗壓彈性。PTT纖維，是聚對(duì)苯二甲酸丙二酯纖維的簡(jiǎn)稱，俗稱彈性滌綸，有較好的耐磨性和拉伸回復(fù)性，并具有彈性大、蓬松性好的特點(diǎn)，旭化成株式會(huì)社正是利用了PTT纖維的這些特點(diǎn)。旭化成株式會(huì)社在后續(xù)的研發(fā)中不斷對(duì)該基礎(chǔ)專利進(jìn)行改進(jìn)，比如，專利申請(qǐng)JP2002577956，就是在其基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)了編織方法，設(shè)計(jì)合適的單絲曲率，使織物的壓縮恢復(fù)性、緩沖耐久性更優(yōu)良。旭化成株式會(huì)社針對(duì)特殊用途，采用特定的技術(shù)方案，比如，為減少汽車震動(dòng)帶來(lái)的噪音干擾而專門(mén)設(shè)計(jì)了汽車用經(jīng)編間隔織物，相應(yīng)的專利有JP2003301834A。再比如，為了使久坐的座椅等織物具有吸濕快干性，提高人體舒適感，采用異形截面的聚酯纖維為原料來(lái)制備具有吸濕速干性的面料，相應(yīng)的專利有JP2002372352A。還有，采用彈性絲連接紗編織彈性間隔織物，相應(yīng)的專利有JP2003540429。另外，通過(guò)改進(jìn)編織方法提升織物性能的代表性專利有世聯(lián)株式會(huì)社的申請(qǐng)?zhí)枮镴P20055042480的專利申請(qǐng)等。

3 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)編間隔織物特殊的三維結(jié)構(gòu)賦予了這類織物廣闊的發(fā)展空間。經(jīng)編間隔織物的技術(shù)發(fā)展正在逐步走向成熟穩(wěn)定期，而拓展經(jīng)編間隔織物的用途，并根據(jù)其用途和市場(chǎng)需求開(kāi)發(fā)出功能更佳的細(xì)分產(chǎn)品，是今后發(fā)展的方向。對(duì)于我國(guó)創(chuàng)新主體特別是相關(guān)企業(yè)而言，了解國(guó)內(nèi)外專利技術(shù)創(chuàng)新的情況和發(fā)展趨勢(shì)，有助于其結(jié)合自身特點(diǎn)和市場(chǎng)需求找到合適的切入點(diǎn)，避免滿目投入，提高研發(fā)資源利用率。