CN102514290B

CN102514290B - 一种金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102514290B
Application number: CN201110396589.8A
Authority: CN
Inventors: 王建忠; 汤慧萍; 奚正平; 朱纪磊; 敖庆波; 支浩; 马军
Original assignee: Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Current assignee: Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Priority date: 2011-12-04
Filing date: 2011-12-04
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2031-12-04
Also published as: CN102514290A

Abstract

本发明公开了一种金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料，包括上层聚合物和下层聚合物，以及设置于上层聚合物和下两层聚合物之间的金属纤维毡，所述金属纤维毡的孔隙填充有聚合物。另外，本发明还提供了该金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料的制备方法。本发明的金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料结构简单、设计新颖合理且屏蔽效果良好。该金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料由聚合物和金属纤维按一定方式排列构成，金属纤维与聚合物之间结合良好，而且金属纤维之间形成良好的冶金结合，大大提高了复合材料的电磁屏蔽效能。

Description

一种金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料及其制备方法

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着科学技术和电子工业的高速发展，各种数字化、高频化的电子电器设备急剧增加并逐步走入人们的生活，它们在带给人类生活方便和时尚的同时，也产生了危害人体健康的第四大污染——电磁辐射。电磁辐射会对人体的血液循环系统、内分泌系统、生殖系统、免疫系统以及大脑神经系统等产生不同程度的伤害，引发各种病变。与此同时，电子电器设备也正向着小型化、轻量化和高密度集成化方向发展，灵敏度越来越高，很容易受到外界电磁波干扰而出现误动、图像障碍等。目前，大部分电子电器设备的外壳采用聚合物材料制备，而聚合物材料本身对电磁波毫无屏蔽作用，因此，开发聚合物电磁屏蔽材料已迫在眉睫。

目前，聚合物电磁屏蔽材料主要有导电涂料、金属敷层屏蔽材料与填充复合型屏蔽材料三大类，填充复合型屏蔽材料由于具有良好且稳定的电磁屏蔽效能而受到广泛关注。目前，常用的合成树脂有聚苯醚、聚碳酸酯、ABS、尼龙和热塑性聚酯等；常用的导电填料有碳素系列(碳纤维、炭黑和石墨)和金属系列(金属粉末、金属纤维和金属合金)。相对于金属系列而言，碳素系列导电性较差，需要在其表面涂覆其他金属材料来提高导电性，生产成本较高。金属粉末或合金虽然导电性较好，但需要添加大量粉末或合金才能达到预期的屏蔽效果，导致成本较高且聚合物材料的力学性能下降。与金属粉末或合金相比，金属纤维具有较大的长径比和接触面积，当填充量相同时，金属纤维易形成导电网络，屏蔽效率高，综合性能好。目前，一种新型方法——“导电母粒法”解决了制备聚合物电磁屏蔽材料的许多技术难题，然而此法采用的金属纤维长度较短且母粒直径较小(约2mm)，难以保证金属纤维之间的充分接触；另外，由于金属纤维被增塑的聚合物夹带到模具中，因此在聚合物停止流动的模具边沿，相对缺少金属纤维，从而大大降低聚合物材料的电磁屏蔽效能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种结构简单、设计新颖合理且屏蔽效果良好的金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料，其特征在于，包括上层聚合物和下层聚合物，以及设置于上层聚合物和下两层聚合物之间的金属纤维毡，所述金属纤维毡的孔隙填充有聚合物。

上述的一种金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料，所述金属纤维毡的厚度为0.5mm～10mm，上层聚合物的厚度为1mm～25mm，下层聚合物的厚度为1mm～25mm。

上述的一种金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料，所述聚合物由环氧树脂或合成树脂与固化剂混合均匀后固化而成；所述固化剂为脂肪多元胺类固化剂、脂环多元胺类固化剂、脂肪芳香多元胺类固化剂、改性胺类固化剂、低分子聚酰胺类固化剂、酸酐类固化剂、叔胺类固化剂。

上述的一种金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料，所述脂肪多元胺类固化剂为乙二胺或二乙撑三胺，所述脂环多元胺类固化剂为二氨甲基环己烷、孟烷二胺或六氢吡啶，所述脂肪芳香多元胺类固化剂为间苯二甲胺，所述改性胺类固化剂为β-羟乙基乙二胺、二乙撑三胺与环氧丙烷丁基醚加成物、羟甲基二乙基三胺或氰乙基化二乙撑三胺，所述低分子聚酰胺类固化剂为200固化剂、250固化剂、650固化剂或651固化剂，所述酸酐类固化剂为甲基四氢邻苯二甲酸酐、桐油酸酐或十二烷基代顺丁烯二酸酐，所述叔胺类固化剂为三乙醇胺、三乙胺或苄基二甲胺。

本发明还提供了该金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将直径为8μm～200μm的金属纤维切成长度为4mm～100mm的金属纤维段，然后将金属纤维段铺制成厚度为1mm～50mm且表面光滑的金属纤维毛毡；

步骤二、将步骤一中所述金属纤维毛毡置于真空烧结炉中，在真空度为10^-2Pa～10^-3Pa，烧结温度为1000℃～1300℃的条件下烧结1h～3h，得到烧结金属纤维毡；

步骤三、采用压制设备对步骤二中所述烧结金属纤维毡进行平整处理，得到厚度为0.5mm～10mm，孔隙度为60％～98％的金属纤维毡；

步骤四、将环氧树脂或合成树脂与固化剂按50～95∶5～50的质量比混合配制成聚合物溶液；

步骤五、将部分步骤四中所述聚合物溶液倒入模具中，常温静置1h～10h或加热至80℃～200℃后静置1h～10h得到半固态聚合物；所述半固态聚合物的厚度为1mm～25mm；

步骤六、将步骤三中所述金属纤维毡置于步骤五中所述半固态聚合物上，然后将步骤四中剩余聚合物溶液倒入模具中并控制聚合物溶液液面超过金属纤维毡上表面5mm～30mm，常温静置5h～20h或加热至80℃～200℃后静置5h～20h，脱模后得到金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料结构简单、设计新颖合理且屏蔽效果良好的。

2、本发明的金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料由聚合物和金属纤维按一定方式排列构成，金属纤维与聚合物之间结合良好，而且金属纤维之间形成良好的冶金结合，大大提高了复合材料的电磁屏蔽效能，电磁屏蔽效能在50dB～85dB之间。

3、本发明的制备方法工艺简单、实现方便、所用设备均为常用设备、投入成本低，可操作性强。

4、采用本发明的方法可简单方便制备出多种高电磁屏蔽效能的金属纤维/聚合物复合材料，满足不同行业的需求。

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

本实施例的金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料的上、下两层聚合物厚度均为1mm，中间不锈钢纤维毡厚度为1mm，不锈钢纤维毡的孔隙填充有聚合物。

本实施例的金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料的制备方法为：

步骤一、采用牵切设备将直径为20μm的316L不锈钢纤维牵切成长度为100mm的不锈钢纤维段，然后采用无纺铺毡机或手工将不锈钢纤维段铺制成厚度为2mm且表面光滑的不锈钢纤维毛毡；

步骤二、将步骤一中所述不锈钢纤维毛毡置于真空烧结炉中，在真空度为10^-2Pa，烧结温度为1250℃的条件下烧结2h，得到烧结不锈钢纤维毡；

步骤三、采用压制设备对步骤二中所述烧结不锈钢纤维毡进行平整处理，得到厚度为1mm，孔隙度为60％的不锈钢纤维毡；

步骤四、将环氧树脂与乙二胺按95∶5的质量比混合，搅拌均匀得到聚合物溶液；

步骤五、将部分步骤四中所述聚合物溶液倒入模具中，常温静置10h得到厚度为1mm的半固态聚合物；

步骤六、将步骤三中所述不锈钢纤维毡置于步骤五中所述半固态聚合物上，然后将步骤四中剩余聚合物溶液倒入模具中并控制聚合物溶液液面超过不锈钢纤维毡上表面1.5mm，常温静置20h，脱模后得到金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料。

本实施例制备的金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料由聚合物和金属纤维按一定方式排列构成，金属纤维与聚合物之间结合良好，而且金属纤维之间形成良好的冶金结合，大大提高了复合材料的电磁屏蔽效能，电磁屏蔽效能在50dB～85dB之间。

实施例2

本实施例与实施例1相同，其中不同之处在于：所用固化剂为二乙撑三胺、二氨甲基环己烷、孟烷二胺、六氢吡啶、间苯二甲胺、β-羟乙基乙二胺、二乙撑三胺与环氧丙烷丁基醚的加成物、羟甲基二乙基三胺、氰乙基化二乙撑三胺、200固化剂、250固化剂、650固化剂、651固化剂、甲基四氢邻苯二甲酸酐、桐油酸酐、十二烷基代顺丁烯二酸酐、三乙醇胺、三乙胺或苄基二甲胺。

实施例3

本实施例的金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料的上层聚合物厚度为10mm、下层聚合物厚度为5mm，中间铜纤维毡厚度为0.5mm，铜纤维毡的孔隙填充有聚合物。

步骤一、采用牵切设备将直径为200μm的铜纤维牵切成长度为100mm的铜纤维段，然后采用无纺铺毡机或手工将铜纤维段铺制成厚度为1mm且表面光滑的铜纤维毛毡；

步骤二、将步骤一中所述铜纤维毛毡置于真空烧结炉中，在真空度为10^-3Pa，烧结温度为1030℃的条件下烧结3h，得到烧结铜纤维毡；

步骤三、采用压制设备对步骤二中所述烧结铜纤维毡进行平整处理，得到厚度为0.5mm，孔隙度为80％的铜纤维毡；

步骤四、将环氧树脂与乙二胺按92∶8的质量比混合，搅拌均匀得到聚合物溶液；

步骤五、将部分步骤四中所述聚合物溶液倒入模具中，常温静置8h得到厚度为5mm的半固态聚合物；

步骤六、将步骤三中所述铜纤维毡置于步骤五中所述半固态聚合物上，然后将步骤四中剩余聚合物溶液倒入模具中并控制聚合物溶液液面超过铜纤维毡上表面10.5mm，常温静置15h，脱模后得到金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料。

实施例4

本实施例与实施例3相同，其中不同之处在于：所用固化剂为二乙撑三胺、二氨甲基环己烷、孟烷二胺、六氢吡啶、间苯二甲胺、β-羟乙基乙二胺、二乙撑三胺与环氧丙烷丁基醚的加成物、羟甲基二乙基三胺、氰乙基化二乙撑三胺、200固化剂、250固化剂、650固化剂、651固化剂、甲基四氢邻苯二甲酸酐、桐油酸酐、十二烷基代顺丁烯二酸酐、三乙醇胺、三乙胺或苄基二甲胺。

实施例5

本实施例的金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料的上层聚合物厚度为25mm、下层聚合物厚度为25mm，中间FeCrAl纤维毡厚度为10mm，FeCrAl纤维毡的孔隙填充有聚合物。

步骤一、采用牵切设备将直径为100μm的FeCrAl纤维牵切成长度为50mm的FeCrAl纤维段，然后采用无纺铺毡机或手工将FeCrAl纤维段铺制成厚度为50mm且表面光滑的FeCrAl纤维毛毡；

步骤二、将步骤一中所述金属纤维毛毡置于真空烧结炉中，在真空度为10^-2Pa，烧结温度为1300℃的条件下烧结1h，得到烧结FeCrAl纤维毡；

步骤三、采用压制设备对步骤二中所述烧结FeCrAl纤维毡进行平整处理，得到厚度为10mm，孔隙度为98％的金属纤维毡；

步骤四、将环氧树脂与650固化剂按50∶50的质量比混合，搅拌均匀得到聚合物溶液；

步骤五、将部分步骤四中所述聚合物溶液倒入模具中，常温静置1h得到厚度为25mm的半固态聚合物；

步骤六、将步骤三中所述FeCrAl纤维毡置于步骤五中所述半固态聚合物上，然后将步骤四中剩余聚合物溶液倒入模具中并控制聚合物溶液液面超过FeCrAl纤维毡上表面30mm，常温静置20h，脱模后得到金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料。

实施例6

本实施例与实施例5相同，其中不同之处在于：所用固化剂为乙二胺、二乙撑三胺、二氨甲基环己烷、孟烷二胺、六氢吡啶、间苯二甲胺、β-羟乙基乙二胺、二乙撑三胺与环氧丙烷丁基醚的加成物、羟甲基二乙基三胺、氰乙基化二乙撑三胺、200固化剂、250固化剂、651固化剂、甲基四氢邻苯二甲酸酐、桐油酸酐、十二烷基代顺丁烯二酸酐、三乙醇胺、三乙胺或苄基二甲胺。

实施例7

本实施例的金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料的上层聚合物厚度为5mm、下层聚合物厚度为8mm，中间不锈钢纤维毡厚度为2mm，不锈钢纤维毡的孔隙填充有聚合物。

步骤一、采用牵切设备将直径为8μm的316L不锈钢纤维牵切成长度为4mm的不锈钢纤维段，然后采用无纺铺毡机或手工将不锈钢纤维段铺制成厚度为5mm且表面光滑的不锈钢纤维毛毡；

步骤二、将步骤一中所述不锈钢纤维毛毡置于真空烧结炉中，在真空度为2.3×10^-3Pa，烧结温度为1250℃的条件下烧结3h，得到烧结不锈钢纤维毡；

步骤三、采用压制设备对步骤二中所述烧结不锈钢纤维毡进行平整处理，得到厚度为2mm，孔隙度为70％的不锈钢纤维毡；

步骤四、将环氧树脂与间苯二甲胺按85∶15的质量比混合，搅拌均匀得到聚合物溶液；

步骤五、将部分步骤四中所述聚合物溶液倒入模具中，加热到80℃后静置2h得到厚度为8mm半固态聚合物；

步骤六、将步骤三中所述不锈钢纤维毡置于步骤五中所述半固态聚合物上，然后将步骤四中剩余聚合物溶液倒入模具中并控制聚合物溶液液面超过不锈钢纤维毡上表面7mm，加热到80℃后静置20h，脱模后得到金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料。

实施例8

本实施例与实施例7相同，其中不同之处在于：所用固化剂为乙二胺、二乙撑三胺、二氨甲基环己烷、孟烷二胺、六氢吡啶、β-羟乙基乙二胺、二乙撑三胺与环氧丙烷丁基醚的加成物、羟甲基二乙基三胺、氰乙基化二乙撑三胺、200固化剂、250固化剂、650固化剂、651固化剂、甲基四氢邻苯二甲酸酐、桐油酸酐、十二烷基代顺丁烯二酸酐、三乙醇胺、三乙胺或苄基二甲胺。

实施例9

本实施例的金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料的上层聚合物厚度为8mm、下层聚合物厚度为5mm，中间FeCrAl纤维毡厚度为5mm，FeCrAl纤维毡的孔隙填充有聚合物。

步骤一、采用牵切设备将直径为12μm的FeCrAl纤维牵切成长度为100mm的FeCrAl纤维段，然后采用无纺铺毡机或手工将FeCrAl纤维段铺制成厚度为30mm且表面光滑的FeCrAl纤维毛毡；

步骤二、将步骤一中所述FeCrAl纤维毛毡置于真空烧结炉中，在真空度为10^-3Pa，烧结温度为1100℃的条件下烧结2h，得到烧结FeCrAl纤维毡；

步骤三、采用压制设备对步骤二中所述烧结FeCrAl纤维毡进行平整处理，得到厚度为5mm，孔隙度为85％的FeCrAl纤维毡；

步骤四、将合成树脂和β-羟乙基乙二胺按75∶25的质量比混合，搅拌均匀得到聚合物溶液；

步骤五、将部分步骤四中所述聚合物溶液倒入模具中，加热到200℃后静置1h得到厚度为5mm的半固态聚合物；

步骤六、将步骤三中所述FeCrAl纤维毡置于步骤五中所述半固态聚合物上，然后将步骤四中剩余聚合物溶液倒入模具中并控制聚合物溶液液面超过FeCrAl纤维毡上表面12mm，加热到200℃后静置5h，脱模后得到金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料。

实施例10

本实施例与实施例9相同，其中不同之处在于：所用固化剂为乙二胺、二乙撑三胺、二氨甲基环己烷、孟烷二胺、六氢吡啶、间苯二甲胺、二乙撑三胺与环氧丙烷丁基醚的加成物、羟甲基二乙基三胺、氰乙基化二乙撑三胺、200固化剂、250固化剂、650固化剂、651固化剂、甲基四氢邻苯二甲酸酐、桐油酸酐、十二烷基代顺丁烯二酸酐、三乙醇胺、三乙胺或苄基二甲胺。

实施例11

本实施例的金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料的上层聚合物厚度为10mm、下层聚合物厚度为10mm，中间铜纤维毡厚度为5mm，铜纤维毡的孔隙填充有聚合物。

步骤一、采用牵切设备将直径为8μm的铜纤维牵切成长度为60mm的铜纤维段，然后采用无纺铺毡机或手工将铜纤维段铺制成厚度为20mm且表面光滑的铜纤维毛毡；

步骤二、将步骤一中所述铜纤维毛毡置于真空烧结炉中，在真空度为10^-3Pa，烧结温度为1000℃的条件下烧结1h，得到烧结铜纤维毡；

步骤三、采用压制设备对步骤二中所述烧结铜纤维毡进行平整处理，得到厚度为5mm，孔隙度为75％的铜纤维毡；

步骤四、将合成树脂和二乙撑三胺与环氧丙烷丁基醚的加成物按75∶25的质量比混合，搅拌均匀得到聚合物溶液；

步骤五、将部分步骤四中所述聚合物溶液倒入模具中，加热到100℃后静置10h得到厚度为10mm的半固态聚合物；

步骤六、将步骤三中所述铜纤维毡置于步骤五中所述半固态聚合物上，然后将步骤四中剩余聚合物溶液倒入模具中并控制聚合物溶液液面超过铜纤维毡上表面15mm，加热到100℃后静置15h，脱模后得到金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料。

实施例12

本实施例与实施例11相同，其中不同之处在于：所用固化剂为乙二胺、二乙撑三胺、二氨甲基环己烷、孟烷二胺、六氢吡啶、间苯二甲胺、β-羟乙基乙二胺、羟甲基二乙基三胺、氰乙基化二乙撑三胺、200固化剂、250固化剂、650固化剂、651固化剂、甲基四氢邻苯二甲酸酐、桐油酸酐、十二烷基代顺丁烯二酸酐、三乙醇胺、三乙胺或苄基二甲胺。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料，其特征在于，包括上层聚合物和下层聚合物，以及设置于上层聚合物和下层聚合物之间的金属纤维毡，所述金属纤维毡的孔隙填充有聚合物；

所述金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料的制备方法包括以下步骤：

步骤三、采用压制设备对步骤二中所述烧结金属纤维毡进行平整处理，得到厚度为0.5mm～10mm，孔隙度为60%～98%的金属纤维毡；

步骤四、将合成树脂与固化剂按50～95∶5～50的质量比混合配制成聚合物溶液；

2.根据权利要求1所述的一种金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料，其特征在于，所述金属纤维毡的厚度为0.5mm～10mm，上层聚合物的厚度为1mm～25mm，下层聚合物的厚度为1mm～25mm。