基于立绒和毛圈周期结构的频率选择立体织物的制作方法

本发明属于纺织品领域，涉及一种基于立绒和毛圈周期结构的频率选择立体织物。

背景技术：

周期结构是由特定的单元形状按照设定的距离阵列而成，其对不同频率电磁波的吸收反射能力不同，所以具有频率选择性透射或反射的特征，可以看作是一种空间滤波器。周期结构分为平面周期结构和立体周期结构，平面周期结构在各个电磁频段和通信、天线、雷达等诸多领域均有重要应用，立体周期结构主要用于雷达罩和吸波材料。

基于纺织品的周期结构。传统研究中多限于平面结构和纯金属材料，主要源于平面周期结构容易制备、计算简单、可以多层复合及加载等。此外，金属化纺织品及具有金属特性的纺织品的加工技术日益成熟，也使人们开始关注平面频率选择纺织品的开发，并已取得一定进展，例如中国专利申请CN200910054882.9利用化学镀银的方法在涤纶织物表面形成一层银，从而赋予织物电磁屏蔽性能；中国专利申请CN200910048743.5利用化学镀铜的方法在涤纶织物表面形成一层铜，从而赋予织物电磁屏蔽性能；中国专利200810204134.X利用坡莫合金和服用纱线交织制成织物实现电磁屏蔽；美国专利US19970943957对尼龙等化纤长丝进行镀银制成导电长丝纱，然后采用针织结构织成高导电防辐射针织物；中国专利CN1130223提供一种电热、屏蔽、防静电多功能导电织物及其制备方法,制成的导电织物成本低、质轻、柔软，可水洗，环境稳定性和再加工性良好可作为导电材料,电磁波，微波屏蔽材料与面发热材料；美国专利US2014022139-A1公开了一种配置有柔性电磁纺织品的电子带隙特性频率选择表面，以抑制边缘和曲面衍射效应，该频率选择表面织物具有电阻可设计性、轻质、灵活等优点。由此可见，金属化纺织品将以高柔性、轻质、便利、低成本等优势成为金属很好的替代品。

在周期结构实际应用当中，多涉及有限周期结构或立体结构，如雷达罩，可穿戴式电磁服装等。其边界或多维影响因素比较复杂，但目前对立体周期结构，尤其是基于立体织物的周期结构还没有系统的研究和完整的理论。与平面周期结构不同的是：平面周期结构主要利用结构单元基底吸波材料的作用实现对电磁波的吸收，而周期结构单元对通过的电磁波提供频率选择作用。立体周期结构主要是通过结构特征对电磁波产生吸收作用，可避免平面结构中过度依赖吸波材料的缺陷。由于多维空间的多维因素，立体周期结构在设计上也会获得更多的空间和灵活性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于立绒和毛圈周期结构的频率选择立体织物。

本发明提供的立体织物，由平面织物和位于所述平面织物上的立绒和/或毛圈组成；

其中，所述立绒和毛圈均由电磁纺织品构成

且所述立绒和毛圈的排列方式为周期性排列；

且所述立绒和毛圈同时存在时，所述立绒和毛圈间隔排列；

所述平面织物与所述立绒和毛圈之间通过纱线结合。

上述立体织物中，所述电磁纺织品选自导电纤维和电磁功能纤维纱线中的至少一种；

其中，所述导电纤维具体选自金属化纤维、金属纤维、有机电磁功能纤维、碳纤维和本征导电高分子纤维中的至少一种；

所述金属化纤维为表面镀覆金属的纤维，具体选自镀银纤维、镀铜纤维和镀镍纤维中的至少一种；

所述金属纤维具体选自铝纤维、铁纤维、铜纤维和坡莫合金纤维中的至少一种；

所述有机电磁功能纤维为在纺丝过程中加入了导电粉体和/或磁性粉体的纤维，具体选自有机碳黑导电纤维和有机铁氧体丙纶纤维中的至少一种；

所述本征导电高分子纤维选自聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩导电高分子纤维中的至少一种；

所述电磁功能纤维纱线为由具有电磁功能的纤维和普通纺织材料通过纺纱获得的纯纺纱、混纺纱、包芯纱和并捻纱中的至少一种；具体选自镀银纤维长丝纱、棉/不锈钢混纺纱、有机导电纤维/涤纶并捻纱和涤纶/不锈钢包芯纱中的至少一种，再具体可为镀银纤维纱线；

构成所述平面织物的纺织纤维选自棉、毛、麻、丝、涤纶、锦纶、腈纶、丙纶和维纶中的至少一种。

所述立绒和毛圈中，绒毛和毛圈的高度均为0.1mm-100mm，具体为3mm；

所述立体周期结构中，排列单元的间距为0.01mm-20mm，具体为2mm或6mm；

所述平面织物的尺寸可根据实际需要裁剪，如可为30cm×30cm，厚度为0.01mm-50mm，具体为1mm。

所述纱线结合的方式为所述电磁纺织品中的纱线穿过所述平面织物形成U形结构；

所述U形结构在所述平面织物的底部成连通或不连通状态。

所述立体周期结构为以纱线为单元的立绒、毛圈结构，或者以立绒、毛圈结构间隔排列的周期结构。这种立体周期结构构成了频率选择结构。

上述本发明提供的制备立体织物的方法，包括如下步骤：

利用簇绒地毯割绒提花织造方法，将前述电磁纺织品按照设定图案周期性织造在所述平面织物上形成所述立绒和/或毛圈，加固成型后得到所述立体织物。

上述方法的织造步骤中，簇绒地毯机的针距为0.01mm-20mm，针迹长度为0.01mm-20mm，绒毛和毛圈的高度均为0.1mm-100mm。在实际操作中，可根据目标频率的带通或带阻要求，采用三维电磁仿真软件模拟设计合适单元间距、单元高度、材料性能等，确定立体织物的图形和尺寸参数。

所述加固成型步骤可按照各种常规方法进行，如可通过涂胶加固的方法实现。

另外，上述本发明提供的立体织物在制备滤波器件中的应用及含有该立体织物的滤波器件，也属于本发明的保护范围。其中，所述滤波器件为空间滤波器件，所述空间滤波器件具体为雷达罩、反射面天线或微波武器。

本发明提供了一种基于立绒和毛圈周期结构的频率选择立体织物及其制备方法，增大了现有频率选择纺织品设计的维度和自由度，克服了现有周期结构设计中对材料依赖性。

本发明的技术效果在于：

1、可简便地制备基于立绒和毛圈织物的空间滤波器件；

2、可实现空间滤波器件的高柔性化、可挠曲化、低成本化和轻质化，可应用于高性能雷达罩、复用反射面天线等产品；

3、利用上述加工技术和不同参数的研究分析，可较系统地得到立绒和毛圈织物周期结构频响特性的影响因素，对后续立体织物周期结构的研究具有一定指导性意义。并可通过简单优化设计得到符合实际需求的周期频率选择产品。

附图说明

图1为本发明的立体织物周期结构之一的毛圈织物结构图；

图2为本发明的立体织物周期结构之一的立绒织物样品图；

图3为本发明的立体织物周期结构之一的立绒织物实物图；

图4为本发明实施例1中立绒织物周期结构材料的传输性能曲线；

图5为本发明实施例2中立绒织物周期结构材料的传输性能曲线。

图6为本发明实施例3中立绒织物周期结构材料的传输性能曲线；

图7为本发明实施例4中立绒织物周期结构材料的传输性能曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。

下述实施例所得立体织物均在如下条件下进行反射性能的检测：

利用拱形法测试系统进行测试。使用工作频段为1-18GHz喇叭天线作为发射和接收天线。调整发射天线喇叭中心、接收天线喇叭中心、样品台中心的垂直高度一致，发射天线和接收天线到样品台的水平距离都为190cm，发射和接收天线之间的夹角为30°，检测织物尺寸300mm*300mm。

实施例1

如图1所示的立体织物，由厚度为1mm的平面织物和位于平面织物上的立绒组成；

其中，立绒部分由镀银纱线构成，且立绒的排列方式为周期性排列；

构成平面织物的材料为普通丙纶簇绒地毯基布；

构成立绒材料的为镀银纱线，由9根75D/24f的镀银纤维构成，绒毛间距6mm，绒高3mm；

该平面织物与立绒之间通过纱线结合，该纱线结合的方式为镀银纱线穿过平面织物形成U形结构；

U形结构在平面织物的底部成连通状态。

该立体织物可按照如下步骤制备制得：

(1)设计结构形状及尺寸：采用三维电磁仿真软件模拟设计所需产品的图案和参数，在簇绒织机的电脑控制系统进行参数设置，包括设置其簇绒地毯机的针距6mm、针迹长度6mm和绒高参数3mm等。

(2)选择基底材料：使用普通丙纶材质簇绒地毯基布。

(3)制备立绒织物周期结构材料：根据步骤(1)中所设计参数，利用簇绒地毯割绒提花织造技术，将由9根75D/24f的镀银纤维构成的镀银纱线以一定规律周期性配置织造在步骤(2)中的丙纶材质簇绒地毯基布上，形成所需立绒织物。

(4)成型：将步骤(3)制得的立绒周期结构进行涂胶加固后整理，得到稳定的立体织物。

该实施例所得立体织物的传输性能曲线如图4所示；由图可知，该结构具有良好的频率选择特性，在11GHz频率处呈现良好的谐振特性。

实施例2

如图2-图3所示的立体织物，由厚度为1mm的平面织物和位于平面织物上的立绒组成；

其中，立绒部分由镀银纱线构成，且立绒的排列方式为周期性排列；

构成平面织物的材料为普通簇绒地毯基布；

构成立绒材料的为镀银纱线，芯层为尼龙纤维，外层为银纤维，绒毛间距6mm，绒高6mm；

该平面织物与立绒之间通过纱线结合，该纱线结合的方式为镀银纱线穿过平面织物形成U形结构；

U形结构在平面织物的底部成连通状态。

该立体织物的制备方法与实施例1类似，仅对相应的工艺参数作适应性调整即可。

该实施例所得立体织物的传输性能曲线如图5所示；由图可知，该结构具有良好频率选择特性，在8GHz频率处呈现良好的谐振特性。

实施例3

如图2-图3所示的立体织物，由厚度为1mm的平面织物和位于平面织物上的立绒组成；

其中，立绒部分由镀银纱线构成，且立绒的排列方式为周期性排列；

构成平面织物的材料为普通簇绒地毯基布；

构成立绒材料的为镀银纤维纱线，芯层为尼龙纤维，外层为银纤维，绒毛间距2mm，绒高3mm；

该平面织物与立绒之间通过纱线结合，该纱线结合的方式为镀银纱线穿过平面织物形成U形结构；

U形结构在平面织物的底部成连通状态。

该立体织物的制备方法与实施例1类似，仅对相应的工艺参数作适应性调整即可。

该实施例所得立体织物的传输性能曲线如图6所示；由图可知，该结构具有良好的频率选择特性，在15GHz频率处呈现良好的谐振特性。

实施例4

如图2-图3所示的立体织物，由厚度为1mm的平面织物和位于平面织物上的立绒组成；

其中，立绒部分由镀银纱线构成，且立绒的排列方式为周期性排列；

构成平面织物的材料为普通簇绒地毯基布；

构成立绒材料为棉/不锈钢混纺纱，芯层为尼龙纤维，外层为银纤维，绒毛间距 2mm，绒高3mm；

该平面织物与立绒之间通过纱线结合，该纱线结合的方式为棉/不锈钢混纺纱穿过平面织物形成U形结构；

U形结构在平面织物的底部成连通状态。

该立体织物的制备方法与实施例1类似，仅对相应的工艺参数作适应性调整即可。

该实施例所得立体织物的传输性能曲线如图7所示；由图可知，该结构具有良好的频率选择特性，在11.5GHz频率处呈现良好的谐振特性。

本发明利用纺织品成形工艺和簇绒地毯织造技术制备基于立体织物的周期结构材料，可得到柔性轻质的空间滤波器，在雷达罩、复用反射面天线、特定波段微波武器等领域具有广阔的工程实用价值。