CN100577715C - 一种电磁屏蔽高分子复合材料 - Google Patents
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Abstract
一种电磁屏蔽高分子复合材料，为片材或者是卷材，其特征在于：所述电磁屏蔽高分子复合材料主要由泡沫金属与高分子材料复合而成；所述泡沫金属选择为泡沫镍、泡沫铜、泡沫铁，具有通孔结构，孔径为80～110PPI，孔隙率75%以上，密度在0.03～1.20g/cm3之间；所述高分子材料为ABS、PE、氯化橡胶、单组分丙烯酸树脂或环氧树脂。本发明屏蔽效果非常好并且成本低，因此可广泛用于航空、航天、保密通信、电子、电气和电器等高新技术领域，用来防止电磁波的泄漏，保证电子设备的正常工作。
Description
技术领域：
本发明涉及电磁屏蔽材料，特别提供了一种由泡沫金属及高分子材料复合而成的新型电磁屏蔽材料。
背景技术：
随着科学技术的发展，在生产及生活中使用的电器及电子设备的数量越来越多，这些设备在运转的同时，往往要产生一些有用或无用的电磁波。一方面，这些电磁波会影响其他设备或系统的正常使用；另一方面，这些电磁波的泄漏，会造成信息泄漏。电磁信息的泄密关系到国家、经济和军事等的安全。此外，电磁波也会对人体和生物体的健康造成危害。
电磁干扰(EMI)已成为社会公害，为防止电磁波辐射造成的干扰与泄漏，消除和减轻电磁波干扰，除了正确设计电路和电子元件的合理布局外，采用电磁屏蔽材料也是行之有效的技术途径之一。
电子仪器在工作时，若仪器需要透气散热，就必须有散热孔，而开孔必然会造成电磁波的泄漏，这时就需要透气性屏蔽材料。目前，对通风窗进行电磁屏蔽一般采用金属网和蜂窝状截止波导窗。金属网的孔隙率大，对电磁波的屏蔽效果较低，对一些精密仪器设备来说，就不能满足要求，而蜂窝状截止波导窗的电磁屏蔽效果虽然很好，但其体积和重量大，不便安装和携带。
有论文证明泡沫镍、泡沫铜和泡沫镍铜具有良好的电磁屏蔽性能，但是，泡沫铜、泡沫镍、泡沫铁的抗氧化能力差，自身电磁屏蔽性能有频率选择性；强度特别低，使用中容易破损。
由于工程塑料制品具有质量轻、价格低和易加工等优点，因此，塑料制品在电子工业中得到广泛应用，但塑料对电磁波无屏蔽作用，为解决工程塑料抗电磁波干扰的问题，目前所使用的方法主要有：电磁屏蔽塑料和涂料。该类电磁屏蔽材料是一种功能高分子复合材料，其主要由成膜树脂、导电填料、稀释剂和助剂等组成。其中导电填料是电磁屏蔽材料的主要成份，一般导电填料占电磁屏蔽材料65wt％左右，它所起作用大小是衡量电磁屏蔽材料性能的关键，导电填料可分为金属填料(含金属氧化物、金属纤维)、碳系填料(含碳纤维等)和复合填料等。
目前在实际生产中获得应用的主要是金属填料，包括银、铜、镍等金属粉末，以及金属纤维，这些填料各有不同的特点，但都有共同的缺点——比重大，因此，填料在树脂中容易沉降，不容易分散，这些都限制了它的使用。另外的缺点是必须大量添加才能具备较好的电磁屏蔽性能，使得电磁屏蔽塑料或者涂料的成本大幅度增加。本发明采用了上述泡沫金属镍及其粉末作为填料制备树脂基和橡胶基电磁屏蔽材料，包括电磁屏蔽塑料、电磁屏蔽橡胶和电磁屏蔽涂料，解决了此问题。例如1平方米面积，厚度1mm电磁屏蔽带，如果采用添加镍粉，需要添加大约1200-2300克，而电磁屏蔽性能只能在30-50db，同样面积厚度采用本专利材料其重量为320g，电磁屏蔽性能达到75db以上，而且没有迁移等问题。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种电磁屏蔽复合材料，屏蔽效果非常好并且成本低，因此可广泛用于航空、航天、保密通信、电子、电气和电器等高新技术领域，用来防止电磁波的泄漏，保证电子设备的正常工作。
本发明提供了一种电磁屏蔽高分子复合材料，可以为片材或者是卷材，其特征在于：所述电磁屏蔽高分子复合材料主要由泡沫金属与高分子材料复合而成；所述泡沫金属选择为泡沫镍、泡沫铜、泡沫铁，具有通孔结构，孔径为80～110PPI，孔隙率75％以上，密度在0.03～1.20g/cm3之间；所述高分子材料为ABS、PE、氯化橡胶、单组分丙烯酸树脂或环氧树脂。
本发明电磁屏蔽高分子复合材料中，还可以含有填料，填料选自镍粉、铜粉、铁粉、铝粉、铁氧体粉、氧化锌粉、银粉、碳纤维、纳米碳纤维一种或者几种。
本发明电磁屏蔽高分子复合材料可以为以下三种形式：一、在泡沫金属片材或卷材的表面包覆有一层高分子材料。二、以泡沫金属片材或卷材作为基体骨架其间填满高分子材料。三、破碎的泡沫金属镶嵌于高分子材料中。
本发明电磁屏蔽高分子复合材料中，泡沫金属片材或卷材可以是由多层泡沫金属片材或卷材复合而成的片材或卷材。特别地，可以是由多层的不同种泡沫金属片材或卷材复合而成的片材或卷材。
本发明电磁屏蔽高分子复合材料中，所述泡沫金属材料的制备方法可用采用熔融金属发泡法、铸造法、烧结法、金属沉积法和溅射法等。
本发明利用泡沫金属的开孔结构，孔隙率高(均在75％以上)，重量轻(0.03-1.20g/cm3)，具有三维网状结构的特点，制备方法有以下几种，一、以泡沫金属为基体，表面涂覆具有防腐、增强基体强度、增强电磁屏蔽效果和其它功能的涂料，形成通孔结构的电磁屏蔽片材或者卷材；二、直接将泡沫金属作为基体浇注或者模压高分子材料或者橡胶，制成致密的电磁屏蔽片材或者卷材；三、将泡沫金属破碎，利用其枝状结构，作为填料，与高分子或者橡胶复合制备成电磁屏蔽片材或者卷材。
典型工艺是将泡沫金属在树脂或橡胶基体中间模压成形，保留泡沫金属网络结构，形成完整的导电和屏蔽网络；属于夹心式结构，夹在基体材料中间形成导电网络的泡沫金属可以是一层或多层，多层泡沫金属可以是相同材料也可以不是相同材料。在与高分子或者橡胶复合前可以将粉状填料制浆(用水或者溶剂)直接涂覆泡沫金属表面，干燥后使用；或者将泡沫金属利用偶联剂处理。
本发明推荐泡沫镍为原料的制备多孔电磁屏蔽材料，其优点在于：泡沫金属镍的孔隙连通，孔隙率高(均在90％以上)重量轻(0.16～0.85g/cm3)，具有三维网状结构。同时镍的化学稳定性好，电导率和磁导率大的材料吸收损耗大，因此其具有良好的吸收电磁波的性能。电磁波在三维网络中发射、折射，由于以自身吸收为主，反射电磁少，对其它设备造成的干扰少；电磁屏蔽效能极高，容易安装和使用方便；以泡沫金属镍及其粉末为导电填料制备的电磁屏蔽高分子复合材料，填料的加入对基体材料的密度和机械性能影响不大，并且复合材料的电磁屏蔽效能高，导电填料在基体中分散均匀。在10MHz～1500MHz电磁波范围内，具有60～120dB以上的电磁屏蔽效能。
总之，本发明提供了以泡沫金属为基，与其它高分子或者橡胶类的材料复合，高分子或者橡胶中可以添加导电、导磁粉体或者纤维，解决了国际上电磁屏蔽材料多孔透气、防腐、氧化龟裂、沉降脱落、频率选择和增强的难题。
附图说明
图1泡沫金属镍的表面形貌扫描电镜照片；
具体实施方式
实施例1
采用泡沫金属镍，泡沫镍的面密度为320g/m2，厚度1.6mm，孔径为110ppi；该泡沫金属外观具有金属光泽，孔隙连通，孔隙率高达95％以上，具有三维网状结构。图1是泡末金属镍的表面形貌扫描电镜照片。
采用单组分丙烯酸树脂+6％铁氧体，经过充分稀释，将泡沫镍浸入，外部施加超声振荡，1分钟后取出，用高压风吹去孔中多余的涂料，只是在镍骨架上留有一层涂料，自然干燥；之后按照中国航天工业总公司航天工业行业标准《QJ2809-96平面材料屏蔽效能的测试方法》对该多孔电磁屏蔽片材采用点频法进行电磁屏蔽效能测试，频率范围为100kKHz-1GHz，测得该材料平均具有90dB以上的电磁屏蔽效能。同时该材料的抗压、抗折、抗冲击等的性能有大幅度的提高。该片材特别适合应用于电子设备工作时，需透气散热的设备窗口的情况。
实施例2模压法制备泡沫铜/ABS树脂电磁屏蔽塑料
所需的主要原料：泡沫铜用作填料，规格为200×200×1.8，面密度为350g/m2，孔径为90PPI，选用热塑性树脂ABS为基体材料。
制备工艺流程：
先把ABS树脂和颜料混合均匀，铺满在平板模具底层，再把经过树脂处理并有一定强度的泡沫铜铺上，然后加入树脂把模具填满，在温度为300℃时，热压成型，所得产品规格为200×200×2.5。
对所得电磁屏蔽塑料进行机械性能和电磁屏蔽性能。
该电磁屏蔽塑料，由于泡沫金属镍的金属网络没有破坏，因此，泡沫铜夹在ABS树脂基体材料中间形成连续的导电网络。按照实施例1测试方法进行电磁屏蔽效能测试，频率范围为100KHz-1GHz测得该材料平均具有60dB以上的屏蔽效能。
实施例3注射法制备泡沫金属镍粉/PE树脂电磁屏蔽塑料
所需的主要原料：泡沫镍，用粉碎机把它粉碎成50～500μm粉末，选用热塑性树脂聚乙烯(PE)。
制备工艺流程：
把60wt％PE树脂、30wt％经过偶联剂处理的泡沫金属镍粉末和5wt％颜料和5％Fe3O4(铁氧体)粉混合均匀，通过注射机，在温度为200℃时，注射成型。
由于泡沫金属镍粉末具有95％以上的孔隙率和三维网状结构，因此，粉碎的泡沫金属镍粉末具有树枝状结构，均匀分散在聚乙烯树脂(PE)基体中形成导电网络，又由于泡沫金属镍粉末密度低重量轻对聚乙烯树脂(PE)的密度和机械性能影响并不大。
按照实施例1测试方法进行电磁屏蔽效能测试，频率范围为100kKHz-1GHz测得该材料平均具有60dB以上的屏蔽效能。图3是电磁波对泡沫金属镍粉/PP树脂的电磁屏蔽塑料电磁屏蔽效能的影响。
实施例4泡沫镍/橡胶电磁屏蔽卷材
所需的主要原料：选用泡沫镍，厚度1.5mm，孔径为80PPI，氯化橡胶。制备工艺流程：
把混有炭黑氯化橡胶充入泡沫镍，通过平板硫化机，在温度为220℃时，制得电磁屏蔽复合卷材。
按照实施例1测试方法进行电磁屏蔽效能测试，频率范围为100kKHz-1GHz测得该材料平均具有80dB以上的屏蔽效能。电磁屏蔽复合卷材，可用作电磁屏蔽窗帘和各种垫圈，防止信息的泄漏，另外，它还可以用于各种要求有静电的场合，如计算机房等的地面，将有效地减少静电引起的事故和损失。
实施例5泡沫金属镍粉/丙烯酸树脂热塑性电磁屏蔽涂料的制备
所需的主要原料：选用实施例1制备的泡沫金属镍，用粉碎机把它粉碎成50～500μm粉末，选用热塑性树脂丙烯酸树脂为成膜物，乙酸乙酯和二甲苯为混合溶剂，KH550偶联剂为添加剂。
制备工艺流程：
把泡沫金属镍粉末用含3wt％KH550偶联剂的酒精溶剂进行偶联处理，80℃干燥1.5h，把处理干燥后的55wt％粉末、45wt％丙烯酸树脂和适量的乙酸乙酯和二甲苯混合溶剂稀释，置于球磨机中球磨45min，配制成电磁屏蔽涂料，涂刷于ABS塑料板上，涂层厚度＜110μm，按GJB2604-96《军用电磁屏蔽涂料通用规范》测试，对30-1500MHz频率的电磁波，屏蔽效能达65dB以上。
实施例6泡沫金属铜粉/环氧树脂热固性电磁屏蔽涂料的制备
所需的主要原料：选用实施例1制备的泡沫金属铜，用粉碎机把它粉碎成50～500μm粉末，选用热固性树脂环氧树脂为成膜物，聚已酰胺为固化剂，丙酮为溶剂，KH550偶联剂为添加剂。
制备工艺流程：
把泡沫金属铜粉末用含3wt％KH550偶联剂的酒精溶剂进行偶联处理，80℃干燥1.5h，把处理干燥后的55wt％粉末、45wt％环氧树脂和适量溶剂丙酮稀释，置于球磨机种球磨45min，配制成A组分。把固化剂聚已酰胺和适量溶剂丙酮稀释，置于球磨机种球磨15min，配制成B组分。使用时，按A与B为2比1(质量比)混合均匀制得电磁屏蔽涂料，涂刷于ABS塑料板上，涂层厚度＜110μm，按GJB2604-96《军用电磁屏蔽涂料通用规范》测试，对30-1500MHz频率的电磁波，屏蔽效能达60dB以上。
实施例7：
采用金属泡沫镍和泡沫铁，泡沫镍的面密度为320g/m2，厚度1.2mm，孔径为110PPI；该泡沫金属外观具有金属光泽，孔隙连通，孔隙率高达95％以上，具有三维网状结构。泡沫铁的面密度为420g/m2，厚度1.6mm，孔径为50PPI；该泡沫金属外观具有金属光泽，孔隙连通，孔隙率高达95％以上。
采用单组分丙烯酸树脂，经过充分稀释，将泡沫镍和泡沫铁浸入，外部施加超声振荡，1分钟后取出，用高压风吹去孔中多余的涂料，只是在骨架上留有一层涂料，将泡沫镍和泡沫铁叠在一起，过辊，辊间距为(1.2+1.6)*0.95，之后放置平整，自然干燥；之后按照中国航天工业总公司航天工业行业标准《QJ2809-96平面材料屏蔽效能的测试方法》对该多孔电磁屏蔽片材采用点频法进行电磁屏蔽效能测试，频率范围为100kKHz-1GHz，测得该材料平均具有95dB以上的电磁屏蔽效能。该片材特别适合应用于需要有一定强度和透气的工作环境。
Claims (6)
1、一种电磁屏蔽高分子复合材料，为片材或者是卷材，其特征在于：所述电磁屏蔽高分子复合材料主要由泡沫金属与高分子材料复合而成；所述泡沫金属选择为泡沫镍、泡沫铜、泡沫铁，具有通孔结构，孔径为80～110PPI，孔隙率75％以上，密度在0.03～1.20g/cm3之间；所述高分子材料为ABS、PE、氯化橡胶、单组分丙烯酸树脂或环氧树脂。
2、按照权利要求1所述电磁屏蔽高分子复合材料，其特征在于：所述电磁屏蔽高分子复合材料中还含有填料，填料选自镍粉、铜粉、铁粉、铝粉、铁氧体粉、氧化锌粉、银粉、碳纤维、纳米碳纤维一种或者几种。
3、按照权利要求1或2所述电磁屏蔽高分子复合材料，其特征在于：所述电磁屏蔽高分子复合材料，是在泡沫金属片材或卷材的表面包覆有一层高分子材料的夹心材料。
4、按照权利要求3所述电磁屏蔽高分子复合材料，其特征在于：所述泡沫金属片材或卷材是由多层泡沫金属片材或卷材复合而成的片材或卷材。
5、按照权利要求4所述电磁屏蔽高分子复合材料，其特征在于：所述泡沫金属片材或卷材是由多层的不同种泡沫金属片材或卷材复合而成的片材或卷材。
6、按照权利要求1或2所述电磁屏蔽高分子复合材料，其特征在于：所述电磁屏蔽高分子复合材料，是以泡沫金属片材或卷材作为基体骨架其间填满高分子材料的实体材料。
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