本發(fā)明屬于技術(shù)紡織品領(lǐng)域，涉及一種具有頻率選擇透通性的立體周期結(jié)構(gòu)織物。

背景技術(shù)：

周期結(jié)構(gòu)是由特定的單元形狀按照設(shè)定的距離陣列而成，其對不同頻率電磁波的吸收反射能力不同，所以具有頻率選擇性透射或反射的特征，可以看作是一種空間濾波器。周期結(jié)構(gòu)分為平面周期結(jié)構(gòu)和立體周期結(jié)構(gòu)，平面周期結(jié)構(gòu)在各個電磁頻段和通信、天線、雷達(dá)等諸多領(lǐng)域均有著重要的應(yīng)用，立體周期結(jié)構(gòu)主要用于雷達(dá)罩和吸波材料。

對于基于紡織品的周期結(jié)構(gòu)而言，傳統(tǒng)研究中多限于平面結(jié)構(gòu)和純金屬材料，主要源于平面周期結(jié)構(gòu)容易制備、計算簡單、可以多層復(fù)合及加載等。此外，金屬化紡織品及具有金屬特性的紡織品的加工技術(shù)日益成熟，也使人們開始關(guān)注平面頻率選擇紡織品的開發(fā)，并已取得一定進(jìn)展。例如中國專利申請CN200910054882.9利用化學(xué)鍍銀的方法在滌綸織物表面形成一層銀，從而賦予織物電磁屏蔽性能；中國專利申請CN200910048743.5利用化學(xué)鍍銅的方法在滌綸織物表面形成一層銅，從而賦予織物電磁屏蔽性能；中國專利200810204134.X利用坡莫合金和服用紗線交織制成織物實現(xiàn)電磁屏蔽；美國專利US19970943957對尼龍等化纖長絲進(jìn)行鍍銀制成導(dǎo)電長絲紗，然后采用針織結(jié)構(gòu)織成高導(dǎo)電防輻射針織物；中國專利CN1130223提供一種電熱、屏蔽、防靜電多功能導(dǎo)電織物及其制備方法,制成的導(dǎo)電織物成本低、質(zhì)輕、柔軟，可水洗，環(huán)境穩(wěn)定性和再加工性良好可作為導(dǎo)電材料,電磁波，微波屏蔽材料與面發(fā)熱材料；美國專利US2014022139-A1公開了一種配置有柔性電磁紡織品的電子帶隙特性頻率選擇表面，以抑制邊緣和曲面衍射效應(yīng)，該頻率選擇表面織物具有電阻可設(shè)計性、輕質(zhì)、靈活等優(yōu)點。中國專利CN102384904A提出一種化學(xué)檢測技術(shù)領(lǐng)域的三維周期結(jié)構(gòu)的金屬表面增強拉曼散射基底及其制備方法，得到了金屬表面增強拉曼散射基底。由此可見，金屬化紡織品在頻率選擇周期結(jié)構(gòu)領(lǐng)域?qū)⒖梢砸愿呷嵝?、輕質(zhì)、便利、低成本等優(yōu)勢成為金屬很好的替代品。

在周期結(jié)構(gòu)實際應(yīng)用當(dāng)中，多涉及有限周期結(jié)構(gòu)或立體結(jié)構(gòu)，如雷達(dá)罩，可穿戴式電磁服裝等。其邊界或多維影響因素比較復(fù)雜，但目前對立體周期結(jié)構(gòu)，尤其是基于立體織物的周期結(jié)構(gòu)還沒有系統(tǒng)的研究和完整的理論。與平面周期結(jié)構(gòu)不同的是：平面周期結(jié)構(gòu)主要利用結(jié)構(gòu)單元基底吸波材料的作用實現(xiàn)對電磁波的吸收，而周期結(jié)構(gòu)單元對通過的電磁波提供頻率選擇作用。立體周期結(jié)構(gòu)主要是通過結(jié)構(gòu)特征對電磁波產(chǎn)生吸收作用，可避免平面結(jié)構(gòu)中過度依賴吸波材料的缺陷。由于多維空間的多維 因素，立體周期結(jié)構(gòu)在設(shè)計上也會獲得更多的空間和靈活性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種具有頻率選擇透通性的立體周期結(jié)構(gòu)織物。

本發(fā)明提供的具有立體周期結(jié)構(gòu)單元的立體織物，由平面織物和固結(jié)于所述平面織物上的固結(jié)紗線構(gòu)成；

所述固結(jié)紗線由具有電磁功能的紗線1和普通紡織紗線2組成；

且所述固結(jié)紗線在所述平面織物表面構(gòu)成由立體結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的貼片型或縫隙型立體周期結(jié)構(gòu)。

上述立體織物中，所述立體結(jié)構(gòu)單元的形狀選自柱形、立體偶極子形、耶路撒冷子形和立體四腿加載形中的任意一種；

其中，所述柱形具體選自偶極子型立柱、正方形環(huán)柱形、三棱環(huán)柱形、實心圓柱形、孔隙型圓環(huán)柱形、十字型柱形、心形柱和空心環(huán)柱形中的任意一種。

所述立體結(jié)構(gòu)單元的高度為0.1mm-200mm；所述立體結(jié)構(gòu)單元的間距為0.01mm-200mm。

所述固結(jié)紗線在所述平面織物上方的形狀為立絨和/或毛圈；

所述固結(jié)的方式為所述固結(jié)紗線穿過所述平面織物形成U形結(jié)構(gòu)，且所述U形結(jié)構(gòu)在所述平面織物的底部成連通或不連通狀態(tài)。

所述立體周期結(jié)構(gòu)具有頻率選擇通透性。

所述貼片型為所述立體結(jié)構(gòu)單元之間間隔排列；

所述縫隙型為所述立體結(jié)構(gòu)單元之間的空隙由所述普通紡織紗線2填滿。

所述具有電磁功能的紗線1由具有電磁功能的纖維和普通纖維通過紡紗獲得的純紡紗、混紡紗、包芯紗、并捻紗和包纏紗中的至少一種，具體為不銹鋼紗線和鍍銀紗線中的至少一種；

其中，所述具有電磁功能的纖維具體選自金屬化纖維、金屬纖維、有機電磁功能纖維、無機導(dǎo)電纖維如碳纖維、石墨纖維和本征導(dǎo)電高分子纖維中的至少一種；

更具體的，所述金屬化纖維為表面鍍覆金屬的纖維，具體選自鍍銀纖維、鍍銅纖維和鍍鎳?yán)w維中的至少一種；

所述金屬纖維具體選自鋁纖維、鐵纖維、銅纖維、釹鐵硼纖維和坡莫合金纖維中的至少一種；

所述有機電磁功能纖維為在紡絲過程中加入了導(dǎo)電粉體和/或磁性粉體的纖維，具體選自有機碳黑導(dǎo)電纖維和有機鐵氧體丙綸纖維中的至少一種；

所述本征導(dǎo)電高分子纖維選自聚苯胺、聚吡咯、聚乙炔和聚噻吩導(dǎo)電高分子纖維中的至少一種；

所述普通纖維選自棉、毛、麻、絲、滌綸、錦綸、腈綸、丙綸、維綸、氯綸、聚乙烯、芳綸、芳砜綸和聚芳惡二唑纖維中的至少一種。

所述普通紡織紗線2選自棉、毛、麻、絲、滌綸、錦綸、腈綸、丙綸、維綸、氯綸、聚乙烯、芳綸、芳砜綸和聚芳惡二唑纖維中至少一種構(gòu)成的純紡紗、混紡紗或復(fù)合紗。

具有電磁功能的紗線1和普通紡織紗線2的線密度均為0.1-2000tex，具體為1887tex。

本發(fā)明提供的制備所述立體織物的方法，包括如下步驟：利用簇絨地毯割絨提花織造的方法，將所述固結(jié)紗線固結(jié)于所述平面織物上，得到所述立體織物。

所述織造步驟中，簇絨地毯機的針距為0.01mm-20mm，針跡長度為0.01mm-20mm，絨毛和毛圈的高度均為0.1mm-100mm。

另外，上述本發(fā)明提供的立體織物在制備濾波器件中的應(yīng)用及含有所述立體織物的濾波器件，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。其中，所述濾波器件具體為空間濾波器件，更具體為雷達(dá)罩、反射面天線或微波武器。

本發(fā)明提供了一種基于周期結(jié)構(gòu)、具有頻率選擇透通性的立體織物及其制備方法，增大了現(xiàn)有頻率選擇紡織品設(shè)計的維度和自由度，克服了現(xiàn)有周期結(jié)構(gòu)設(shè)計中對材料的依賴性。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于：

1、可簡便地制備具有立體周期結(jié)構(gòu)的頻率選擇透通性的柔性織物空間濾波器；

2、可實現(xiàn)空間濾波器件的高柔性化、可撓曲化、低成本化和輕質(zhì)化，可應(yīng)用于高性能雷達(dá)系統(tǒng)、電子防戰(zhàn)、特定波段微波武器等產(chǎn)品；

3、利用上述加工技術(shù)和不同參數(shù)的研究分析，系統(tǒng)地得到了織物立體周期結(jié)構(gòu)頻響特性的影響因素，得到了符合實際需求的周期頻率選擇產(chǎn)品。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的具有三棱柱體周期結(jié)構(gòu)的立體織物示意圖；

圖2是本發(fā)明的正方形柱體周期結(jié)構(gòu)的立體織物示意圖；

圖3是本發(fā)明的十字柱形周期結(jié)構(gòu)的立體織物示意圖；

圖4是本發(fā)明的空心圓環(huán)柱周期結(jié)構(gòu)的立體織物示意圖。

圖5為本發(fā)明實施例1中立絨織物周期結(jié)構(gòu)材料的傳輸性能曲線；

圖6為本發(fā)明實施例2中立絨織物周期結(jié)構(gòu)材料的傳輸性能曲線。

圖7為本發(fā)明實施例3中立絨織物周期結(jié)構(gòu)材料的傳輸性能曲線；

圖8為本發(fā)明實施例4中立絨織物周期結(jié)構(gòu)材料的傳輸性能曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明并不限于以下實施例。所述方法如無特別說明均為常規(guī)方法。所述原材料如無特別說明均能從公開商業(yè)途徑獲得。

下述實施例所得立體織物均在如下條件下進(jìn)行反射性能的檢測：

利用拱形法測試系統(tǒng)進(jìn)行測試。使用工作頻段為1-18GHz喇叭天線作為發(fā)射和接收天線。調(diào)整發(fā)射天線喇叭中心、接收天線喇叭中心、樣品臺中心的垂直高度一致，發(fā)射天線和接收天線到樣品臺的水平距離都為190cm，發(fā)射和接收天線之間的夾角為30°，檢測織物尺寸300mm*300mm。。

實施例1：

如圖1所示的立體織物，由平面織物和固結(jié)于平面織物上的固結(jié)紗線構(gòu)成；

固結(jié)紗線由不銹鋼紗線和普通不具有電性能的纖維組成；

且固結(jié)紗線在平面織物表面構(gòu)成由立體結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的貼片型立體周期結(jié)構(gòu)。

固結(jié)紗線的線密度為1887tex；

固結(jié)紗線在平面織物上方的形狀為立絨；

固結(jié)的方式為不銹鋼紗線穿過平面織物形成U形結(jié)構(gòu)，且U形結(jié)構(gòu)在平面織物的底部成連通狀態(tài)。

平面織物的厚度1mm，立絨立體結(jié)構(gòu)單元的形狀為三棱環(huán)柱形，柱高10mm，三角外邊長15mm，邊寬2mm；

構(gòu)成平面織物的材料為普通簇絨地毯基布。

該立體織物的制備方法如下：

(1)設(shè)計結(jié)構(gòu)形狀及尺寸：根據(jù)需要的頻率選擇透通性及其它性能要求，選擇介質(zhì)基底材料、電磁功能紗線和普通紗線，采用HFSS三維仿真軟件模擬設(shè)計合適單元形狀、間距、單元高度、材料性能等，確定立體織物的圖形和尺寸參數(shù)。使用簇絨織機的電腦控制系統(tǒng)設(shè)置立絨織物所需圖案和參數(shù)，包括設(shè)置其簇絨地毯機的針距2mm、針跡長度2mm和絨高參數(shù)10mm等。

(2)選擇基底材料為普通簇絨地毯基布；

(3)制備立絨織物周期結(jié)構(gòu)材料：根據(jù)步驟(1)中所設(shè)計參數(shù)，利用簇絨地毯割絨提花織造技術(shù)，將不銹鋼紗線和普通不具有電性能的纖維以一定規(guī)律周期性配置或交替配置織造在步驟(2)中所制普通簇絨地毯基布上形成所需立絨織物。

(4)成型：將步驟(3)制得的立絨周期結(jié)構(gòu)進(jìn)行涂膠加固后整理，得到穩(wěn)定的立體織物頻率選擇周期結(jié)構(gòu)。

該立體織物的傳輸性能曲線如圖5所示。由圖可知，該結(jié)構(gòu)具有良好頻率選擇特 性，在10GHz頻率處呈現(xiàn)良好的諧振特性。

實施例2：

如圖2所示的立體織物，由平面織物和固結(jié)于平面織物上的固結(jié)紗線構(gòu)成；

固結(jié)紗線由鍍銀紗線和普通不具有電性能的纖維組成；

且固結(jié)紗線在平面織物表面構(gòu)成由立體結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的貼片型立體周期結(jié)構(gòu)。

固結(jié)紗線的線密度為1887tex；

固結(jié)紗線在平面織物上方的形狀為立絨；

固結(jié)的方式為鍍銀紗線穿過平面織物形成U形結(jié)構(gòu)，且U形結(jié)構(gòu)在平面織物的底部成連通狀態(tài)。

平面織物的厚度1mm，立絨立體結(jié)構(gòu)單元的形狀為正方形環(huán)柱形，正方形單元邊長15mm，邊寬5mm，單元間距2mm，絨柱高10mm；

構(gòu)成平面織物的材料為普通簇絨地毯基布。

該立體織物的傳輸性能曲線如圖6所示。由圖可知，該結(jié)構(gòu)具有良好頻率選擇特性，在7.25GHz頻率處呈現(xiàn)良好的諧振特性。

實施例3：

如圖3所示的立體織物，由平面織物和固結(jié)于平面織物上的固結(jié)紗線構(gòu)成；

固結(jié)紗線由鍍銀紗線和普通不具有電性能的纖維組成；

且固結(jié)紗線在平面織物表面構(gòu)成由立體結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的貼片型立體周期結(jié)構(gòu)。

固結(jié)紗線的線密度為1887tex；

固結(jié)紗線在平面織物上方的形狀為立絨；

固結(jié)的方式為鍍銀紗線穿過平面織物形成U形結(jié)構(gòu)，且U形結(jié)構(gòu)在平面織物的底部成連通狀態(tài)。

平面織物的厚度1mm，立絨立體結(jié)構(gòu)單元的形狀為十字型柱形，十字型線長15mm，線寬2mm，單元間距2mm，絨柱高10mm；

構(gòu)成平面織物的材料為普通簇絨地毯基布；

該立體織物的傳輸性能曲線如圖7所示。由圖可知，該結(jié)構(gòu)具有良好頻率選擇特性，在7.1GHz頻率處呈現(xiàn)良好的諧振特性。

實施例4：

如圖4所示的立體織物，由平面織物和固結(jié)于平面織物上的固結(jié)紗線構(gòu)成；

固結(jié)紗線由鍍銀紗線和普通不具有電性能的纖維組成；

且固結(jié)紗線在平面織物表面構(gòu)成由立體結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的貼片型立體周期結(jié)構(gòu)。

固結(jié)紗線的線密度為1887tex；

固結(jié)紗線在平面織物上方的形狀為立絨；

固結(jié)的方式為鍍銀紗線穿過平面織物形成U形結(jié)構(gòu)，且U形結(jié)構(gòu)在平面織物的底部成連通狀態(tài)。

平面織物的厚度1mm，立絨立體結(jié)構(gòu)單元的形狀為孔隙型圓環(huán)柱形，圓環(huán)外直徑15mm，內(nèi)直徑2mm，單元間距2mm，環(huán)柱高10mm；

該立體織物的傳輸性能曲線如圖8所示。由圖可知，該結(jié)構(gòu)具有良好頻率選擇特性，在8.2GHz頻率處呈現(xiàn)良好的諧振特性。

本發(fā)明利用紡織品成形工藝和簇絨地毯織造技術(shù)制備基于立體織物的周期結(jié)構(gòu)材料，可得到柔性輕質(zhì)的空間濾波器，在雷達(dá)系統(tǒng)、電子防戰(zhàn)、特定波段微波武器等領(lǐng)域具有廣闊的工程實用價值。