CN104553137A - 柔性吸波织物及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种柔性吸波材料及其应用，其采用纺织级铁纤维制备，各层可用不同媒质铁纤维，其包括反射底层和损耗层，还可于损耗层上设阻抗匹配表层，三层间可形成磁性损耗逐渐降低的阻抗渐变结构，其中，可以不锈钢长丝包芯纱织物作为表面阻抗匹配层，以铁纤维混纺纱织物作为中间过渡层及损耗层，以不锈钢短纤混纺纱织物作为底层反射层及介电损耗层。本发明的吸波材料相比常规涂层及结构型吸波材料面密度小，吸收强，频带宽，厚度薄，具有良好的形状适应性和便携性，其反射率为-20dB时，吸波率可达99%，可用于武器雷达遮蔽蓬盖布、特种环境下的防护服、电子元件抗干扰遮盖面料等及其他防护用纺织品方面，对拓展吸波材料应用领域具有显著的实践价值。

Description

柔性吸波织物及其应用
技术领域
本发明属于电磁波吸收技术领域，尤其是柔性吸波织物及其应用，具体涉及一种复合层柔性吸波织物，特别是涉及一种三层不同媒质铁纤维柔性吸波织物及其应用。
背景技术
随着各种新型探测系统和精确制导武器的相继问世，隐身兵器和隐身技术的重要性日益凸显，发展和应用隐身技术，提高军事斗争中重要目标的生存能力，提高武器系统的突防能力，已成为国防体系建设的重要战略。吸波材料作为隐身技术的关键，在军用和民用领域均具有重大实用价值和工程价值，传统隐身材料微波吸收剂主要包括导电碳纤维、铁氧体、金属微粉磁性吸波材料、纳米磁性吸波材料等。目前吸波材料的开发主要限于两种途径，一是采用微粉（或纤维）等吸波剂通过涂覆工艺使材料达到吸波特性，二是采用微粉（或纤维）等吸波剂通过填充工艺使材料达到吸波特性。
关于第一种途径，在涂覆过程中，主要存在吸波涂料与结构体的粘附力、吸波粉末的氧化脱落以及吸波剂的使用对基体的原有性能的破坏等问题，且一些吸收剂密度较大，影响了制品的轻量化要求。
关于第二种途径，将吸波材料填充于基体（比如树脂）中时，欲获得较强的吸波性能，则要求吸波体的含量较高，易导致基体连续性降低，且材料较厚显著影响了结构型的复合材料的机械性能。
其中，铁纤维作为轻质磁性雷达波吸收剂，具有单位体积中储存磁能较高、饱合磁化强度较大、介电损耗吸收较强、磁导率较高等特性。纤维状外形结构具有显著各向异性，为突破传统絮状或球形颗粒材料的Snoek极限对磁导率和共振频率的理论限制提供了基础条件。通过调节纤维的长径比、分布状态、体积含量，可调节材料的电磁参数。小含量即可实现宽频带（4～18GHz）内的高吸收，且质量比传统的金属微粉材料减轻40%～60%。
然而，目前上述工艺制备而成的均属于硬质复合材料，对于铁纤维的研究均基于非纺织级铁纤维，纤维长度多在1mm以下，制备方法多为涂覆或填充工艺制得的硬质复合材料，在形状适应性、便携性、应用领域等方面存在局限性。
另外，目前的吸波材料中还包括一些柔性吸波材料，例如：中国专利申请CN 102505324 A 提供了一种碳长丝包芯纱编链弹性结构的吸波经编织物及其用途，以碳长丝包芯纱、其它纤维或它们的组合相互串套成多列线圈，并来回衬纬，由经编加工的多梳栉编链方法制成；中国专利申请CN 102425027 A提供了一种碳长丝包芯纱的添纱绕经高弹性吸波纬编织物及其用途，由碳长丝包芯纱（包括碳长丝束及包覆在其外侧的其他纤维）全部或部分构成的横向添纱和纵向绕经（至少有一种）吸波纬编针织物；中国专利申请CN 101407975 A 提供了一种柔性非织造吸波材料的制备，采用吸波碳纤维和涤纶纤维充分混合后梳理成网、铺网、加固制成；中国专利申请CN 103832009提供了一种吸收电磁波的多层结构面料及其加工方法，其具有通过连接线连接的三层，前两层主要是为了达到阻抗匹配，第三层作为吸波层，并以炭黑、片状糖基铁或二者混合物为吸波剂，并通过物理气相沉积方法将其沉积到织物各层和连接线。
然而，上述工艺制备而成的柔性吸波材料，虽然可满足吸波特性及形状适应性，但在力学性能上依然存在一些不足，且都以碳纤维为唯一吸波材料，材料功能单一，单一介质单层材料电磁参数调整范围较小，很难在宽频率范围内同时满足阻抗匹配和强吸收，而对于镀层而言，镀层的厚度、镀层的均匀性、镀层的损耗，均对吸波性能及实际应用产生影响。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明目的在于提供一种柔性吸波材料，其具有吸波频带宽、质量轻、厚度薄、吸收能力强的特性。
本发明又一目的在于提供一种柔性吸波材料，其可直接利用吸波剂制成吸波织物，性能稳定，不易损耗。
本发明又一目的在于提供一种柔性吸波材料，其加工灵活多变、各层参数易调节。
本发明又一目的在于提供一种柔性吸波材料，其具有内部高电磁损耗。
本发明又一目的在于提供一种柔性吸波材料，其具有高的表面阻抗匹配。
本发明又一目的在于提供一种柔性吸波材料，其具有高的吸波率。
本发明又一目的在于提供一种柔性吸波材料，其在反射率为-20dB时，吸波率达到最高。
本发明又一目的在于提供一种柔性吸波材料，其对频率为10GHz的电磁波，吸波率最高。
本发明又一目的在于提供一种柔性吸波材料，其各层不同组分间形成阻抗渐变。
本发明又一目的在于提供一种柔性吸波材料，其各层不同结构间形成阻抗渐变。
本发明又一目的在于提供一种柔性吸波材料的制备方法，其便于柔性吸波材料选择适用的铁纤维的配伍组合。
为了达到上述目的，本发明提供的主要技术方案包括：
一种复合层柔性吸波织物，其采用纺织级铁纤维制备。
优选为采用纺织级铁纤维直接织成。
优选地，各层采用不同媒质铁纤维分别织成。
优选地，所述复合层柔性吸波织物包括：反射底层和损耗层。
其中，所述反射底层优选为反射及介电损耗层。
优选地，所述反射底层为不锈钢短纤混纺纱织物。
优选为，所述不锈钢短纤混纺纱织物的混纺比为8%至41%。例如分别选取8%、22%、30%或41%时，对应克重分别为288.3、290.8、294.9或300.1g/m2，经密为180根/10cm，纬密为120根/10cm，织物组织为平纹。
其中，所述损耗层优选为吸波损耗层。
优选地，所述损耗层为铁纤维混纺纱织物。
优选为，所述铁纤维混纺纱织物的混纺比为8.33%，克重为350.0 g/m2，经密为180根/10cm，纬密为120根/10cm，织物组织为平纹。
所述的复合层柔性吸波织物，优选为还包括阻抗匹配表层，形成损耗层作为中间过渡层的三层织物。较佳的，所述复合层柔性吸波织物形成磁性损耗逐渐降低的阻抗渐变结构。
其中，所述阻抗匹配表层优选为不锈钢长丝包芯纱织物。
所述不锈钢长丝包芯纱织物的结构优选为，以不锈钢长丝作为中心，外部被其他纤维包覆。
优选为，所述不锈钢长丝包芯纱织物的纱芯直径为28μm，克重为120.4 g/m2，经密为280根/10cm，纬密为250根/10cm，织物组织为平纹。
本发明还提供一种三层柔性吸波织物，其由表层、底层和中间层构成，其中：所述表层为表面阻抗匹配层，所述中间层为吸波损耗层，所述底层为反射及介电损耗层。
优选地，所述三层柔性吸波织物形成磁性损耗逐渐降低的阻抗渐变结构。
其中，所述表层优选为不锈钢长丝包芯纱织物。
所述不锈钢长丝包芯纱织物的结构优选为，以不锈钢长丝作为中心，外部被其他纤维包覆。
其中，所述中间层优选为铁纤维混纺纱织物。
其中，所述底层优选为不锈钢短纤混纺纱织物。
优选为，表层为纱芯直径为28μm的不锈钢包芯纱，经密纬密分别为280根/10cm和250根/10cm；
中间层采用混纺比为8.33%的铁纤维混纺纱，经密纬密分别为180根/10cm和120根/10cm；
底层使用混纺比为30%的不锈钢纤维混纺纱，经密纬密分别为180根/10cm和120根/10cm。
此结构的吸波织物的电磁波吸收性能良好，且质量相对较轻，有较强的实用性。
本发明还提供一种复合层柔性吸波材料，其由表层至底层形成磁性损耗逐渐降低的阻抗渐变结构。
优选地，所述复合层柔性吸波材料包括反射底层和损耗层，其中，损耗层的介电损耗和/或磁损耗强于反射底层。
其中，各层通过组分和/或结构的不同形成阻抗渐变结构。
优选地，所述损耗层为铁纤维混纺纱织物，所述反射底层为不锈钢短纤混纺纱织物。
优选地，还包括阻抗匹配表层，形成损耗层作为中间过渡层的三层织物。
本发明还提供一种柔性吸波织物的应用，其可以用于武器雷达遮蔽棚盖布、特种环境下的防护服和/或电子元件抗干扰遮盖面料。
本发明的有益效果是：
本发明的柔性吸波材料，其基于纺织级铁纤维制备，具有吸波频带宽、吸收高的优点，尤其是相较常规的涂层及结构型吸波材料的面密度小，还具有质量轻、厚度薄的优点；其可直接利用吸波剂制成吸波织物，性能稳定，不易损耗；其具有高的表面阻抗匹配，利于电磁波进入，可减少面层的反射；其具有内部高电磁损耗，尤其是通过反射底层和损耗过渡层的设置，可以实现对电磁波多次吸收损耗，进一步提高了其内部电磁损耗；其多层织物结构在吸收体内产生驻波，可以抵消部分微波，同时织物间有空隙，空隙内的空气使微波在吸收体内产生局域共振；其各层不同组分、不同结构间形成阻抗渐变，可有效防止电磁波透过；其加工灵活多变、各层参数易调节、可设计自由度大；其在反射率为-20dB时，吸波率可达到99%；其对频率为10GHz的电磁波可吸收达99%；且其形状适应性、便携性良好，适宜于工程应用，尤其是可以用于武器雷达遮蔽棚盖布、特种环境下的防护服、电子元件抗干扰遮盖面料等，对拓展吸波材料应用领域具有显著的实践价值。
附图说明
图1是本发明四个实施例的吸波性能测试结果示意图（其中，各实施例的各层织物组织为平纹；表层均为纱芯直径为28μm的不锈钢包芯纱，经密纬密分别为280根/10cm和250根/10cm；中间层均采用混纺比为8.33%的铁纤维混纺纱，经密纬密分别为180根/10cm和120根/10cm；1#、2#、3#、4#所示实施例的底层的混纺比分别为8%、22%、30%和41%，克重分别为288.3、290.8、294.9和300.1g/m2，经密为180根/10cm，纬密为120根/10cm）。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图通过实施例对本发明作详细描述。
本发明一个实施例的三层柔性吸波织物，其包括表层、中间层和底层，且其各层采用不同媒质的铁纤维织成，形成一种三层不同媒质铁纤维柔性吸波织物。
其中，以不锈钢长丝包芯纱织物作为表面阻抗匹配层，以铁纤维混纺纱织物作为中间过渡层及损耗层，以不锈钢短纤混纺纱织物作为底层反射层及介电损耗层。
上述三层结构并构成阻抗渐变结构，以进一步防止电磁波透过。
其中，作为表层的不锈钢长丝包芯纱织物，是以不锈钢长丝位于纱线中心，外部被其它纤维包缠而成。
其纱芯直径为28μm，克重为120.4 g/m2，经密为280根/10cm，纬密为250根/10cm，织物组织为平纹。
其中，作为中间层的铁纤维混纺纱织物，其具有较强的介电损耗和磁损耗特性。
其混纺比为8.33%，克重为350.0 g/m2，经密为180根/10cm，纬密为120根/10cm，织物组织为平纹。
其中，作为底层的不锈钢短纤混纺纱织物，其磁性损耗逐渐降低（相对中间层而言）。
其混纺比为30%，克重为294.9 g/m2，经密为180根/10cm，纬密为120根/10cm，织物组织为平纹。
参见图1，本发明四个实施例的吸波性能测试示意图，由图可知，四种织物的最低反射率均优于-22dB，织物反射率达-20dB折算为吸收率即为99%。其中，1#、2#实施例中的织物反射率<-10dB 带宽均在5GHz以上，吸收带宽较大；3#、4#实施例中的织物在13GHz附近最低反射率在-28dB左右，雷达率吸收率约为99.8%，由于织物反射率达-20dB吸收率接近100%能满足吸波要求，因此，四个实施例的织物均满足雷达隐身要求。
由于1#实施例中的织物反射率<-10dB 带宽为6.4Ghz接近7GHz，且密度最小，因此选1#实施例为最优的。其反射率为-20dB时，吸波率可达99%。而且，其不仅电磁波吸收性能良好，而且质量相对较轻，有较强的实用性。
本发明的柔性吸波材料，其包含铁纤维和不锈钢纤维，并利用纺织级铁纤维和不锈钢纤维分别织制吸波织物的不同层，如以不锈钢长丝包芯纱织物做为表面阻抗匹配层，以铁纤维混纺纱织物做为中间过渡层及损耗层，以不锈钢短纤混纺纱织物做为底层反射层及介电损耗层，即其由纺织级铁纤维及不同媒质织制而成，因此，其不仅使得吸波材料的选择更多，丰富了吸波材料的功能，使得吸波材料的参数调整范围更大，能满足在宽频率范围内同时满足阻抗匹配和强吸收的要求，使其设计自由度更大、更适宜于工程应用，而且，可有效提高柔性吸波材料的力学性能；并且，其多层织物结构在吸收体内产生驻波，可以抵消部分微波，同时织物间有空隙，空隙内的空气使微波在吸收体内产生局域共振，进一步提高了其吸波性能；并且，本发明依据材料表面阻抗匹配和内部高电磁损耗原则，确定了多层结构织物设计的思想，结合纺织加工灵活多变、各层织物参数易调节的优点，在各层不同组分、不同结构织物间形成阻抗渐变，例如，其铁纤维混纺纱织物具有较强的介电损耗和磁损耗特性，而作为底层的不锈钢短纤混纺纱织物，使其磁性损耗逐渐降低，形成了阻抗渐变结构，可有效防止电磁波透过，进一步提高了其吸波性能。
由此可知，本发明的吸波材料相比常规涂层及结构型吸波材料面密度小，吸收强，频带宽，厚度薄，具有良好的形状适应性和便携性，可用于武器雷达遮蔽蓬盖布、特种环境下的防护服、电子元件抗干扰遮盖面料等及其他防护用纺织品方面，对拓展吸波材料应用领域具有显著的实践价值。

Claims (12)

1.一种复合层柔性吸波织物，其特征在于：采用纺织级铁纤维制备。
2.如权利要求1所述的复合层柔性吸波织物，其特征在于：各层采用不同媒质铁纤维分别织成。
3.如权利要求1所述的复合层柔性吸波织物，其特征还在于由表层、底层和中间层构成，其中：
所述表层为表面阻抗匹配层；
所述中间层为吸波损耗层；
所述底层为反射及介电损耗层。
4.如权利要求3所述的复合层柔性吸波织物，其特征在于：
由表层至底层形成磁性损耗逐渐降低的阻抗渐变结构。
5.如权利要求4所述的复合层柔性吸波材料，其特征在于：
各层通过组分和/或结构的不同形成阻抗渐变结构。
6.如权利要求5所述的复合层柔性吸波织物，其特征在于：
所述表层为不锈钢长丝包芯纱织物。
7.如权利要求6所述的复合层柔性吸波织物，其特征在于：
所述不锈钢长丝包芯纱织物的结构为，以不锈钢长丝作为中心，外部被其他纤维包覆。
8.如权利要求5所述的复合层柔性吸波织物，其特征在于：
所述中间层为铁纤维混纺纱织物。
9.如权利要求5所述的复合层柔性吸波织物，其特征在于：
所述底层为不锈钢短纤混纺纱织物。
10.如权利要求9所述的复合层柔性吸波织物，其特征在于：
所述不锈钢短纤混纺纱织物的混纺比为8%至41%。
11.如权利要求5所述的复合层柔性吸波织物，其特征在于：
中间层采用混纺比为8.33%的铁纤维混纺纱，经密纬密分别为180根/10cm和120根/10cm；
底层使用混纺比为30%的不锈钢纤维混纺纱，经密纬密分别为180根/10cm和120根/10cm。
12.一种柔性吸波织物的应用，其特征在于：用于武器雷达遮蔽棚盖布、特种环境下的防护服和/或电子元件抗干扰遮盖面料。
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