第二节 三维机织物的发展

早在1898年的橡胶传动带生产中，就出现了三维机织物。人们生产布层与布层间具有联结纱线的多层传动带，可以有效地消除布层间的滑动和脱层。以后，使用垂直于布层的接结纱（垂纱）来增强多的层织物得到应用。例如，多层的输送带织物、多层的造纸用毛毯、多层拉带、多层衬衣领的内衬等。

20世纪60年代末期，航空工业需要在高温条件下能承受多向拉伸的纤维增强复合材料，为此，法国、美国、日本的航空航天工业中发展了多维碳纤维织物。1963年报道了罗瑟等用提花开口织机织造圆锥形三维织物，1964年美国专利3132671号报道了三维织物成形的织造工艺。

1970年德国制造了能够织制圆形、椭圆形截面织物的织机，这种织机利用了极坐标的织造方法，专用于织造柱形、锥形的三维织物。1972年法国布罗彻发明了“全自动织造”设备，并于1986年完成了BR900型和BR2000型全自动设备的设计和安装，整套设备采用计算机控制生产的过程和各种工艺参数的计算，能够生产圆柱筒体、圆锥筒体织物，用来制造火箭发动机进气喉管、锥形排气管及火箭头等重要机件，织物是由径向、轴向、周向三组纱线交错而成。1974年日本福多等发明了三维方柱体织物的织造设备，生产的织物由三个相互呈垂直状态的纱线组成。1977年金（King）等创造了另一种三维柱体的织造设备，用于生产方柱和圆柱形织物，织物也是由三个相互垂直的纱线组成，所不同的是经纱是预先固化的刚性纤维棒。

1988年美国穆罕默德等发明的三维多层织物织造方法和设备，可织造矩形、T形、工字形断面织物，织物由经纱、纬纱、垂纱立体正交织成。

2009年，世界上第一台工业化生产的三维织机在瑞典投入运转，该机在两个相互垂直的方向上形成供纬纱引入的梭口，最大经纱根数3600根，排列成60×60的行与列，可织制的织物形状相当灵活，除了板状、管状结构的织物以外，还能织造十字形、π形、H形、T形、L形、J形等多种截面形状的型材织物。

对纺织复合材料进行系统研究的是美国国家航空航天局（NASA）。在1976～1985年，NASA进行了“the Aircraft Energy Efficiency Program”（简称ACEE计划）。随后的1985～1997年，NASA又进行了“Advanced Composites Technology Program”（ACT计划）。三维机织复合材料是研究内容的核心之一，得到了比较系统的研究结果，为以后三维织物的实际应用奠定了基础。

1991年，澳大利亚政府资助成立了“Cooperative Research Center For Aerospace Structures”（CRC-AS），该研究中心主要由科研单位、工业界和大学的有关机构组成，致力于纺织复合材料在航空航天方面的应用研究。该中心在1994年更名为“Cooperative Research Center For Advanced Composite Structures”（CRC-ACS），扩大了纺织复合材料在其他领域的应用研究，以培育澳大利亚工业在21世纪的国际竞争力。

我国自20世纪80年代开始到现在，对三维机织复合材料进行了大量的研究工作，初步完成了相应设备的改造或研制，积累了织物设计和生产的许多宝贵经验，能够加工多种形式的立体机织物，并复合成型。对三维机织复合材料细观结构、力学性能、计算机模拟等也进行研究，获得了有益的研究成果，为复合材料的设计和应用提供理论指导。但总的来讲，我国机织复合材料的研究还不系统，应用的领域和范围还有待扩大。