日本《纖維和工業(yè)》最近報(bào)道，明大公司開發(fā)出一種新型織物“四軸織物”，商品名叫“泰特拉斯（Tetras）”，這種織物由經(jīng)紗、緯紗和左右組成的斜紗構(gòu)成。與只由經(jīng)紗、緯紗構(gòu)成的二軸織物相比，四軸織物具有形態(tài)穩(wěn)定性、耐沖擊性、耐撕裂性、作為復(fù)合材料時(shí)的均勻性、曲面形成性能、耐卷曲性、耐扭曲特性等極有特征的性質(zhì)，克服了二軸織物的一些弱點(diǎn)，可用于體育休閑、土木建筑、交通運(yùn)輸、宇宙航空、醫(yī)療救護(hù)和能源等諸多領(lǐng)域。

    1、開發(fā)背景

    “四軸織物”的開發(fā)企業(yè)明大公司于1968年在岡山縣倉敷市創(chuàng)立。該公司一直開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、織造土木資材用途的特殊闊幅厚織物、裝卸作業(yè)用吊帶等產(chǎn)品，考慮在中國、韓國、臺(tái)灣省、東南亞地區(qū)技術(shù)力量和競爭力的提高中如何生存，全體職工團(tuán)結(jié)一致實(shí)施了進(jìn)一步的織物開發(fā)和用途研究。以包括日本在內(nèi)的亞洲地區(qū)為主，在尋求與各國家和地區(qū)差別化的基礎(chǔ)上，實(shí)施滿足來自用戶要求的工業(yè)資材領(lǐng)域的新產(chǎn)品開發(fā)，以迅速地實(shí)行轉(zhuǎn)移。在四軸織物開發(fā)技術(shù)中培育起來的織物織造技術(shù)為用戶所承認(rèn)，涉及裝卸搬運(yùn)用的吊具和土木工程等使用的特殊闊幅厚織物、對(duì)鋼筋混凝土的抗震加固用窄幅織物等，涉及許多方面的織物制品的訂單增加。

    關(guān)于四軸織物，著眼于70年代“手編制作的藤椅子”，“這如果能夠自動(dòng)化……”的想法開始，進(jìn)行研究開發(fā)。購進(jìn)了當(dāng)時(shí)的舊織機(jī)，從以獨(dú)自構(gòu)思為基礎(chǔ)的部件制作開始，經(jīng)過約1年的時(shí)間后，完成了第1號(hào)機(jī)。原理原則可以是想象中的織機(jī)，但離量產(chǎn)機(jī)還相差甚遠(yuǎn)，又繼續(xù)進(jìn)一步的研究。當(dāng)時(shí)，裝卸搬運(yùn)用吊具的開發(fā)也同時(shí)進(jìn)行，在直到有其吊具軌道以前，四軸織物開發(fā)一時(shí)中斷。直到80年代，世界最早的能夠量產(chǎn)的四軸織物自動(dòng)織機(jī)的制造再度挑戰(zhàn)，由此開始大約20年時(shí)間，進(jìn)行了多次的試制和改進(jìn)，現(xiàn)在，已發(fā)展到能夠穩(wěn)定量產(chǎn)的四軸織物自動(dòng)織機(jī)。進(jìn)而，前面提出了商標(biāo)注冊的四軸織物“泰特拉斯（Tetras）”、“Tetra-axial”“四軸”，構(gòu)筑了四軸織物的實(shí)用生產(chǎn)體制。

    圖1是表示四軸織物的概念圖。四軸織物由經(jīng)紗、緯紗和加上從左右組成的斜紗構(gòu)成。

    現(xiàn)在，這種四軸織物已形成該公司生產(chǎn)的織物產(chǎn)品的一個(gè)支柱。四軸織物可以使用滌綸、錦綸、芳綸、玻璃纖維、碳纖維等多種多樣的材質(zhì)，或者根據(jù)所要求的內(nèi)容不同采取不同素材的組合進(jìn)行織造。

    現(xiàn)在，已生產(chǎn)出對(duì)經(jīng)紗、緯紗、斜紗使用多種多樣素材的織物，有經(jīng)紗、緯紗：滌綸加工絲，斜紗：滌綸長絲；經(jīng)紗、緯紗：維綸，斜紗：維綸；經(jīng)紗、緯紗：碳纖維，斜紗：芳綸；經(jīng)紗、緯紗：芳綸，斜紗：芳綸等，期待向使用這些纖維的航空宇宙領(lǐng)域、大型結(jié)構(gòu)物領(lǐng)域、服裝·裝飾領(lǐng)域、興趣·愛好品行業(yè)、建筑用結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域、安全防護(hù)領(lǐng)域等各種各樣的應(yīng)用開展。

圖1  四軸織物的概念圖

    2、四軸織物的機(jī)械特性

    近年來，在體育·休閑用品、音響制品、汽車零部件、運(yùn)輸器械等領(lǐng)域，以織物為基材的復(fù)合材料利用其薄壁化、輕量化、高韌性、耐沖擊性、形態(tài)穩(wěn)定性、設(shè)計(jì)性等優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行使用。但是，迄今為止的織物，因?yàn)槭怯山?jīng)紗和緯紗構(gòu)成的二軸織物，對(duì)斜面方向容易變形，有耐撕裂性差等這種缺點(diǎn)，在尋求向有耐久性能的素材應(yīng)用展開方面成為課題。因此，開發(fā)了迄今沒有的世界首創(chuàng)的能夠量產(chǎn)化的四軸織物自動(dòng)織機(jī)，提供了這種織物，由于斜紗的存在，對(duì)形態(tài)穩(wěn)定性、扭曲特性、應(yīng)力的均勻化等具有優(yōu)越性，在宇宙航空領(lǐng)域，作為能夠期待在NASA（美國航空宇宙局）和航空機(jī)的利用，是美國巴里利蚌米爾茲公司注目的技術(shù)。表1和二軸織物的比較表示了四軸織物的特征。就①形態(tài)穩(wěn)定性、③耐沖擊性、④復(fù)合物的均勻性，從二軸織物和四軸織物的不同加以評(píng)價(jià)，關(guān)于形態(tài)穩(wěn)定性的強(qiáng)度變化，二軸織物在經(jīng)紗、緯紗方向比較，偏移方向的形態(tài)變化顯著大；而四軸織物“泰特拉斯”對(duì)任意方向都形態(tài)穩(wěn)定。從破壞情況的不同看，二軸織物一般第1次就被破壞，破壞能量相對(duì)小，而四軸織物“泰特拉斯”在軸方向的紗線破斷后，斜面方向的紗線為在其后破斷的多段破壞，與二軸織物相比，破壞能量大幅度提高。為此，耐沖擊性、穩(wěn)定性好是四軸織物的特征。涉及層壓織物素材應(yīng)力解析的二軸織物和四軸織物“泰特拉斯”也不同，二軸織物在左上和右下部分為負(fù)的剪切應(yīng)力作用，其他部分是正的剪切應(yīng)力作用。所以，從負(fù)到正的邊界應(yīng)力間隙大，成為變形、褶皺、反邊等原因。可是，四軸織物“泰特拉斯”全體應(yīng)力都均勻，形態(tài)穩(wěn)定。

表1  四軸織物與二軸織物的不同

    3、四軸織物自動(dòng)織機(jī)的特征

    四軸織物自動(dòng)織機(jī)由對(duì)織面的行進(jìn)方向在直行面內(nèi)可以回轉(zhuǎn)的斜紗筒子架（由多數(shù)筒子或整經(jīng)軸構(gòu)成）、在織面幅內(nèi)供給斜紗和經(jīng)紗的裝置、緯紗投梭裝置、打緯裝置、織物卷取裝置構(gòu)成。該公司重新考慮了在已有的織機(jī)上設(shè)置對(duì)織物行進(jìn)方向在直交面內(nèi)可以回轉(zhuǎn)的斜紗供給裝置的方法。在斜紗之間使經(jīng)紗開口插入緯紗。其后，采取每插入1根緯紗時(shí)，使斜紗左右移動(dòng)，織造出織物。在該織物織造的順序中，進(jìn)行了織物強(qiáng)度的調(diào)整、織物密度的最佳化、織物組織的設(shè)定、打緯的測時(shí)時(shí)期、經(jīng)紗保持裝置的插入精度、斜紗移送裝置的結(jié)構(gòu)、實(shí)用水平織機(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)現(xiàn)等各種改進(jìn)，成功地開發(fā)出有實(shí)用水平的劃時(shí)代四軸織物自動(dòng)織機(jī)。

    所開發(fā)的四軸織機(jī)外觀圖如圖2所示，能夠織造的四軸織物的基本規(guī)格如表2。

圖2  四軸織機(jī)的外觀圖

表2  能夠織造的四軸織物基本規(guī)格

    4、四軸織物的用途開發(fā)

    關(guān)于四軸織物“泰特拉斯”的用途開發(fā)，現(xiàn)在，興趣·愛好品中在高爾夫球桿（水野、瑪米亞奧比、日本球桿、藤倉橡膠工業(yè)）、網(wǎng)球（水野）、乒乓球和羽毛球拍（水野）等體育用具；喇叭的振動(dòng)板（開拓）等音響領(lǐng)域；住宅改造時(shí)的抗震加固（住友林業(yè)）領(lǐng)域等正式實(shí)用化。另外，由以當(dāng)?shù)刂袊胤綖橹行牡钠髽I(yè)研究開發(fā)隊(duì)伍開始的項(xiàng)目組織已經(jīng)著手開發(fā)“低成本開閉式帳篷屋”，因此，可以低成本設(shè)置，進(jìn)行了為開閉膜材的結(jié)構(gòu)物開發(fā)，以及使用四軸織物的薄壁性、耐撕裂性等特長的帳篷膜材開發(fā)，設(shè)想的實(shí)際尺寸幅寬模型試驗(yàn)機(jī)已經(jīng)完成�，F(xiàn)在，正采取由反復(fù)開閉的動(dòng)作確認(rèn)和風(fēng)動(dòng)試驗(yàn)等進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的采集和存在問題的修改等，由實(shí)證實(shí)驗(yàn)的開發(fā)現(xiàn)在正繼續(xù)進(jìn)行。其他，正實(shí)施向許多領(lǐng)域的樣品提供，活用四軸織物特征的產(chǎn)品開發(fā)在進(jìn)一步活躍。

     特別是以芳綸纖維、玻璃纖維、碳纖維等高功能性纖維為強(qiáng)化基材之一使用的樹脂復(fù)合材料，正以運(yùn)輸·搬運(yùn)機(jī)器領(lǐng)域?yàn)橹行淖鳛楹艽笮枨筮M(jìn)行期待。

    5、四軸織物的今后開展

    由經(jīng)紗、緯紗和加上左右斜紗構(gòu)成的四軸織物，與二軸織物比較，具有形態(tài)穩(wěn)定性、耐沖擊性、耐撕裂性、作為復(fù)合材料時(shí)的均勻性、曲面形成性能、耐卷曲性、耐扭曲特性等極有特征的性質(zhì)。

    根據(jù)這些特性，可以期待從宇宙航空領(lǐng)域到住宅領(lǐng)域、興趣·愛好領(lǐng)域等范圍的應(yīng)用。有活用輕量、高強(qiáng)度、扭曲特性的汽車用零部件材料（車頂棚、車門、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、驅(qū)動(dòng)軸等）、大型結(jié)構(gòu)部件材料（帳篷等膜結(jié)構(gòu)材料、風(fēng)力用葉片、高層建筑樓房大廈、隧道修補(bǔ)用材料等）、介護(hù)福祉醫(yī)療領(lǐng)域（車椅子、浴盆、介護(hù)用網(wǎng)、腰圍胸衣（脊柱和腰部固定用）等。在時(shí)裝、裝飾領(lǐng)域，一方面利用有特征的四軸織物的特性，同時(shí)也期待其設(shè)計(jì)性。在體育相關(guān)領(lǐng)域（高爾夫球桿、網(wǎng)球·羽毛球·乒乓球球拍等），利用扭曲、彎曲、耐沖擊性等特性，可以增強(qiáng)比賽的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)球筋。在土工布領(lǐng)域，作為土木建設(shè)用盛土加固材料的利用，在住宅領(lǐng)域，抗震性加固等是現(xiàn)階段能夠設(shè)想的用途。進(jìn)而，作為將來有希望的領(lǐng)域，可以期待進(jìn)一步對(duì)宇宙航空材料的應(yīng)用展開，容易設(shè)想到的有人造衛(wèi)星結(jié)構(gòu)材料、太陽能電池固定用材料，作為有發(fā)展前途的新型復(fù)合材料，受到各方面關(guān)注。

    四軸織物“泰特拉斯”也可以由各種各樣材料的組合進(jìn)行織造，作為一種新型的織物素材，可以期待在各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。