一种具有仿形功能的中空夹层织物的制作方法

本发明属于特种机织物结构技术领域，具体涉及一种具有仿形功能的中空夹层织物。

背景技术：

随着雷达、天线的快速发展，其结构形式多种多样，尺寸也越来越大，天线的保护罩、屏蔽罩等已经不再是传统的平面结构，开始向着弧形、球形等方向发展。作为保护罩以及屏蔽罩等防护结构的预制体的织物也需要向着弧形、回转体等方向发展。

请参阅图1，在目前，弧形的复合材料的传统制作方法为：首先制作平整的预制体织物，该织物具有第一外侧结构110、第二外侧结构120以及将第一外侧结构和第二外侧结构连接在一起的中间结构130，其中的第一外侧结构与第二外侧结构的组织结构相同，在需要时，将该预制体织物裁剪成小块，利用织物自身的变形量实现弧形的形变。这种工艺形成的复合材料缺陷明显，织物拼接处结构薄弱，复合材料整体均匀性较差，只能实现结构简单的织物的拼接，中空织物的结构复杂，无法采用此种工艺操作。采用该种工艺制备的天线罩纤维体积含量高、透波率较差；复合材料均匀性较差，影响透波均匀及稳定性。

中空夹层织物回转体织造技术已见报道，专利(cn201410707112.0)阐述了一种中空夹芯回转体织物及其应用，该种结构内外层织物根数一致、织物面层长度一致、主要以牺牲织物的站立性为代价，实现带曲率的过渡，该种方式制备的复合材料的批次一致性较差，对制品的透波、屏蔽性能影响非常大，且中空织物结构特点决定，织物只有绒经垂直的状态下，复合材料的性能才能够得到发挥，反之性能损失较大。

天线罩要求透波性能优异、电磁穿透率强，屏蔽罩要求隔绝信号传输，达到隐身性能，两者共性都要求织物纤维体积含量低、高度一致性好、批次稳定性好，因此传统的方式已经无法满足新一代天线保护罩、屏蔽罩的要求。

技术实现要素：

为解决带曲率天线罩、屏蔽罩等系列产品在制备过程中，纤维体积含量高、高度一致性较差、织物均匀性等缺陷，本发明提供一种中空夹层织物，具体的技术方案为：

一种具有仿形功能的中空夹层织物，其具有一轴线，相对于该轴线，该中空夹层织物呈单曲率；该中空夹层织物具有外层织物和内层织物，内层织物与外层织物呈非对称结构，该外层织物由外层经纱与外层纬纱相交织而成，该内层织物由内层经纱与内层纬纱相交织而成，外层纬纱与内层纬纱均沿平行于所述轴线的方向延伸；在外层织物与内层织物之间设置有绒经，该绒经与内层织物和外层织物均交织，且该绒经垂直于所述轴线；所述绒经形成中间芯层；外层织物的展开长度大于内层织物的展开长度。

优选地，该中空夹层织物由石英纤维、玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维中的至少一种编织而成。

该中空夹层织物可采用常规中空夹层织物专用织机机织成型，提高生产效率和产品批次稳定性。该中空夹层织物采用单曲率结构，且内层织物与外层织物呈非对称机构，由此可以根据不同的曲率要求，分别设计内层织物与外层织物的纬纱根数，使内、外层织物采用不同的纬纱根数，从而可以使内层织物的内层经纱和外层织物的外层经纱具有相同或大致相同的弯曲度，使内层织物和外层织物具有大致相同的内应力，使中空夹层织物具有更为稳定的结构。而在现有技术中，由于内层织物与外层织物的纬纱根数相同，使内层织物的相邻纬纱之间的距离要小于外层织物的相邻纬纱之间的距离，因此使内层织物的经纱具有更大的弯曲度，导致内层织物的内应力要远大于外层织物的内应力，使内层织物的经纱具有更大的可能导致断裂的可能性，增加中空夹层织物的结构不稳定性。

在本申请中，中空夹层织物的曲率半径的大小，可通过调整外层织物与内层织物上的纬纱的根数差进行调整。

进一步，在一个织物组织循环内，内层织物的内层纬纱的根数为n根，外层织物的外层纬纱的根数为n+m*n/2根，其中，n为≥4的偶数，m为≥1的整数。织物中经组织点纬组织点沉浮规律达到循环时，称为组织循环。

当内层织物的内层纬纱的根数确定后，即可根据不同的曲率要求以及对该中空夹层织物的强度和密度的要求来确定外层织物的外层纬纱的根数。

复合材料的力学性能与预制体中纤维体积含量及纤维取向度息息相关，纤维体积含量越高，纤维取向度越直，织物的性能就越好，根据不同的曲率设计不同的外层纬纱根数，在复合成型的过程中，外面层织物舒展，不至产生压缩变形，连接织物的内外面层的绒经纱呈等距离分布，不至牵制内外面层而发现形变和翘曲。

进一步，外层织物的外层经纱的浮长大于或等于内层织物的内层经纱的浮长。在本申请中，浮长表示织物中一根纱线上相邻两个组织点之间的纱线长度，用一根经纱跨越的纬纱根数表示；或用一根纬纱跨越的经纱根数表示。

织物的浮长越长，紧度越低，织物的柔软性越好，更有利于织物的仿形。内层织物与模具面贴合，仿形效果由模具保障，外层织物通过绒经与内层织物相连，复合成型完全依赖织物的结构，外层织物越柔软越有利于绒经自然站立。

优选地，为使中空夹层织物内部结构均匀，具有稳定的结构以及抗压性能，包括透波等物理指标的均匀性，所述中间芯层为等壁厚结构。

中空夹层织物中间及面层等壁厚的结构设计在力学性能上赋予产品稳定的抗拉及抗压性能，提高了产品在外界一定的气动载荷、高温高湿及颠振等环境下的使用寿命，并且产品批次稳定性好，质量可靠；在电性能方面其保证了产品在不同透波区域指标一致，使整个系统的波束指向误差、副瓣扰动及波束展宽等尽可能降低，提高天线的定位精度和扫描范围。

优选地，外层织物的厚度为0.5-5mm，内层织物的厚度为0.5-5mm，中间芯层的厚度为3-20mm。进一步优选，外层织物的厚度为1-3mm，内层织物的厚度为1-3mm，中间芯层的厚度为5-15mm。在上述条件下，已能较为广泛地适应于作为预制体的结构。

一般用于制作保护罩体时，要求具有一定的强度和刚度，以达到保护天线的目的。转化为预制体要求织物有一定的厚度，以满足复合材料制备的需求。

根据不同的要求，需要采用不同的纤维来编织中空夹层织物，具体地，当该中空夹层织物由石英纤维或玻璃纤维中的至少一种编织而成时，该中空夹层织物用于制作透波产品的保护外罩；当该中空夹层织物由碳纤维编织而成时，该中空夹层织物用于屏蔽罩或防静电罩。

玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，是十分优异的复合材料基体材料，被广泛应用于透波材料的保护罩；石英纤维具有优异的透波性能，而中空夹层织物为结构透波材料，因此，使用石英纤维制备的中空夹层织物可用于制备高端透波产品的保护外罩；碳纤维轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，x射线透过性好，因此具有良好的导电导热性能，电磁屏蔽性好的特点，以碳纤维为原料制备中空夹层织物可用于制备屏蔽罩或防静电罩。

本发明具有仿形功能的中空夹层织物能够一次织造成型，具有不同长度的内层织物和外层织物，使该中空夹层织物的弯曲具有更好的稳定性，能够更好的贴合模具，实现织物的功能仿形；由于降低了内层织物的纬纱根数，相比现有技术，可有效地降低芯部结构的密度，使中空夹层织物的密度更加趋向于均匀，同时由于降低了内层织物的纬纱根数，可有效地降低纤维用量，降低制造成本。与现有技术相比，具有仿形性能更优异，结构强度大幅提升、高度一致性、均匀性更好的优势，能够极大的提升产品的各项性能指标。

附图说明

图1为现有技术中，中空夹层织物的结构示意图。

图2为本发明一实施例的结构示意图。

图3为本发明另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图2，一种具有仿形功能的中空夹层织物500,具有一轴线200，在图2中，轴线200垂直于纸面，为显示清楚，该轴线采用一个小的圆圈表示，在本申请中，将朝向轴线方向的称为内侧，在图2中，箭头n的指向为内侧，与该内侧相反的方向称为外侧，则中空夹层织物的位于外侧的织物称为外层织物，位于内侧的织物称为内层织物。

相对于该轴线200，该中空夹层织物500呈单曲率；该中空夹层织物500具有外层织物510和内层织物520，内层织物520与外层织物510呈非对称结构。该外层织物510由外层经纱与外层纬纱相交织而成，在图2中，示例性的显示了两根外层经纱，分别用标记1和2表示。在图2中，示例性的显示了十二根外层纬纱，分别用标记11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21和22表示。

该内层织物520由内层经纱与内层纬纱相交织而成，在图2中，示例性的显示了两根内层经纱，分别用标记3和4表示。在图2中，示例性的显示了八根内层纬纱，分别用标记31、32、33、34、35、36、37和38表示。

外层纬纱与内层纬纱均沿平行于轴线200的方向延伸；在外层织物510与内层织物520之间设置有绒经，该绒经与内层织物520和外层织物510均交织，且该绒经垂直于上述轴线200；绒经形成中间芯层530，在图2中，示例性的显示了两根绒经，分别用标记5和6表示。在本实施例中，外层织物510与内层织物520以轴线200为中心轴呈同心圆结构，使外层织物的展开长度大于内层织物的展开长度。

在一个织物组织循环内，内层织物的内层纬纱的根数为n根，外层织物的外层纬纱的根数为n+m*n/2根，其中，n为≥4的偶数，m为≥1的整数。具体在本实施例中，n为8，m为1。

在本申请中，织物中经组织点纬组织点沉浮规律达到循环时，称为组织循环。

可以理解，在其它实施例中，内层纬纱的根数与外侧纬纱的根数还可以为其它数量，请参阅图3，在另一实施例中，m为2，内层纬纱根数为8，外层纬纱根数为16，外层织物与内层织物长度差异更大，适用于曲率更大的场合。

在本实施例中，外层织物的外层经纱的浮长大于内层织物的内层经纱的浮长。其中外层织物的浮长为2，内层织物的浮长为1。

且中间芯层为等壁厚结构。在本实施中，外层织物的厚度为0.5mm，内层织物的厚度为0.5mm，中间芯层的厚度为7mm，外层织物与内层织物的厚度相同，可以理解，在其它实施例中，外层织物与内层织物的厚度可以不同，例如，采用外层织物为3mm，内层织物为4mm，或外层织物为1mm，内层织物为5mm。根据不同的要求，外层织物的厚度可以为1-5mm之间的任意数据，内层织物的厚度为1-5mm之间的任意数据，中间芯层的厚度为3-20mm之间的任意数据。

在本实施例中，中空夹层织物500采用玻璃纤维制作，可以理解，在其它实施例中，还可以采用石英纤维、碳纤维或芳纶纤维中任意一种编织而成，或者采用包括上述纤维的混合纤维编织而成。

本实施例中的中空夹层织物500用于制作透波产品的保护外罩。当用于制作透波产品的保护外罩时，还可以采用石英纤维来编织中空夹层织物。

当采用碳纤维来编织中空夹层织物时，该中空夹层织物可用于制作屏蔽罩或防静电罩。

将本实施例中的中空夹层织物500与现有的常规的与本实施例等厚度的具有仿形功能的8mm中空夹层织物和常规8mm中空夹层织物同时应用于天线罩保护罩产品，分别制备直径为500mm、800mm的单曲率半圆弧产品，进行对比，结果如表1。

表1

通过表1可以看出，采用本申请所制作的产品的半圆弧的cv值更低，即产品的厚度更加均匀，或高度更加一致。