CN104541594B - 电磁波屏蔽材料以及电磁波屏蔽用叠层体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电磁波屏蔽材料，其显示优异的成形性以及良好的电磁波屏蔽功能。电磁波屏蔽材料1包含合成树脂11和薄片化石墨12，所述薄片化石墨12是石墨烯的叠层体，其包含石墨烯叠层数为200层以下且长宽比为20以上的薄片化石墨12。

Description

电磁波屏蔽材料以及电磁波屏蔽用叠层体
技术领域
本发明涉及一种显示电磁波屏蔽功能的电磁波屏蔽材料以及电磁波屏蔽用叠层体，特别是使用有包含合成树脂与碳材料的复合材料的电磁波屏蔽材料以及电磁波屏蔽用叠层体。
背景技术
通常，在电子机器中，为了保护电路以及电子部件元件而广泛地使用电磁波屏蔽材料。例如下述专利文献1公开了金属纳米粒子分散于由有机溶剂等形成的分散介质中而成的电磁波屏蔽用组合物。
另外，下述专利文献2公开了使碳纳米管或纤维状碳材料分散于合成树脂而形成的电磁波屏蔽材料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-33113号公报
专利文献2：日本特开2005-191384号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
如专利文献1记载的现有的电磁波屏蔽材料中使用了金属粒子，金属薄膜或者金属粉末等。为了使电磁波屏蔽功能充分地显现而必须大量的添加上述金属材料。因此，存在电磁波屏蔽材料的成形性等加工性能低的问题。
如专利文献2所记载的：为了在分散有碳纳米管或纤维状碳材料的电磁波屏蔽材料中也能够充分的实现电磁波屏蔽效果，必须添加大量的碳纳米管或纤维状碳材料。因此，存在成形性差的问题。
本发明的目的是提供一种电磁波屏蔽材料以及电磁波屏蔽用叠层体，其在能够减少导电性材料的添加量，提高成形性的同时还能够显示充分的电磁波屏蔽功能。
用于解决技术问题的技术方案
本发明的电磁波屏蔽材料包含合成树脂以及薄片化石墨，所述薄片化石墨是石墨烯的叠层体，石墨烯叠层数为200层以下，并且所述薄片化石墨的长宽比为20以上。
本发明的电磁波屏蔽材料中，优选相对于100重量份所述合成树脂为1～30重量份的比例含有所述薄片化石墨。在该情况下，能够进一步提高电磁波屏蔽功能，且能够进一步提高成形性。
本发明的电磁波屏蔽材料优选表示所述薄片化石墨在长度方向上的角度偏差的标准偏差σ为20°以下。在该情况下，薄片化石墨的长度方向的角度偏差少，能够进一步提高电磁波屏蔽功能。
本发明的电磁波屏蔽材料中，作为上述合成树脂，优选使用热塑性树脂。在该情况下，能够进一步提高成形性。作为上述合成树脂，优选使用聚烯烃类树脂，更优选使用聚丙烯类树脂。聚丙烯类树脂等的聚烯烃类树脂价格便宜，因此能够降低电磁波屏蔽材料的成本。
本发明的电磁波屏蔽用叠层体具备至少一层第一合成树脂层以及至少一层第二合成树脂层，所述第一合成树脂层根据本发明构成的电磁波屏蔽材料形成，所述第二合成树脂层叠层于所述第一合成树脂层上，并且不包含所述薄片化石墨。
本发明的电磁波屏蔽用叠层体，优选将所述第一合成树脂层的总厚度记为T1、将所述第二合成树脂层的总厚度记为T2时，比值(T1/T2)在1/10～10的范围。在该情况下，能够提供电磁波屏蔽功能良好且成形性得到提高的叠层体。
优选所述第一合成树脂层与所述第二合成树脂层交替叠层。在该情况下，能够使成形性和电磁波屏蔽功能更加高度的平衡。另外，优选所述第一合成树脂层与所述第二合成树脂层交替叠层而形成的叠层体的叠层数为5层以上。叠层数为5层以上时，能够进一步提高电磁波屏蔽功能。
发明的效果
本发明的电磁波屏蔽材料中，使用了石墨烯叠层数为200层以下并且长宽比为20以上的薄片化石墨，因此，即使减少薄片化石墨的含量，也能够显现出充分的电磁波屏蔽功能。因此，能够降低薄片化石墨的含有比例，从而能够提高成形性和加工性
附图说明
图1是本发明的一个实施方式中涉及的电磁波屏蔽材料的示意性剖视图。
图2是本发明的一个实施方式中涉及的电磁波屏蔽用叠层体的示意性剖视图。
图3是本发明的其他实施方式中涉及的电磁波屏蔽用叠层体的示意性剖视图。
标记说明
1 电磁波屏蔽材料
2，3 电磁波屏蔽用叠层体
11 合成树脂
12 薄片化石墨
21 第一合成树脂层
22 第二合成树脂层
具体实施方式
下面，对本发明的具体实施方式进行说明，由此来明确本发明。
(合成树脂)
本发明的用于电磁波屏蔽材料的合成树脂没有特别限制。可以适当的使用热塑性树脂或者热固化性树脂。优选成形性优异的树脂，因此，可以使用热塑性树脂。
作为热塑性树脂，没有特别限定，可以使用聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯等各种热塑性树脂。作为热塑性树脂，优选使用聚丙烯、聚乙烯、乙烯与丙烯形成的无规共聚物、乙烯与丙烯形成的嵌段共聚物、乙烯与α-烯烃形成的共聚物等聚烯烃类树脂。进一步优选使用聚丙烯类树脂，即丙烯的均聚物、丙烯与乙烯形成的共聚物等。上述聚丙烯类树脂广泛应用于各种树脂成形体且廉价。另外，上述聚丙烯类树脂在较低的温度下能够容易成形。因此，通过使用聚丙烯类树脂，能够降低成本，并且能够进一步提高成形性。
(薄片化石墨)
本发明中使用的薄片化石墨是指：对石墨进行剥离处理而得到的、比原石墨更薄的石墨烯叠层体。本发明中使用的薄片化石墨中的石墨烯叠层数为数层以上，200层以下。优选数层以上，100层以下。更优选数层～10层左右。以上述比例对石墨烯进行叠层而成的薄片化石墨具有长宽比较大的形状。本发明中，薄片化石墨的长宽比为20以上。
因此，本发明的电磁波屏蔽材料中，石墨烯叠层数为200层以下且长宽比为20以上，因此，在分散于合成树脂的情况下，能够发挥良好的电磁波屏蔽功能。另外，即使减少薄片化石墨的添加比例，也能够显现出充分的电磁波屏蔽功能。
虽然没有特别限定，但是本发明中，优选以相对于100重量份所述合成树脂为1～30重量份的比例含有薄片化石墨。薄片化石墨的含有比例在该范围内时，能够显现出更加良好的电磁波屏蔽功能，并且能够进一步提高成形性。
(电磁波屏蔽材料)
本发明涉及的电磁波屏蔽材料中，所述特定的薄片化石墨分散于所述合成树脂中。
另外，还可以将上述薄片化石墨以外的填料分散在上述电磁波屏蔽材料中。作为该填料，可以列举由碳粉末或CNT(碳纳米管)这样的薄片化石墨以外的碳质材料形成的填料、氧化铝、碳酸钙等碳质材料以外的无机填料等。
对电磁波屏蔽材料的物理形状没有特别限定。就本发明的电磁波屏蔽材料而言，能够减少薄片化石墨的添加比例，因此，能够提高成形性。因此，本发明的电磁波屏蔽材料可以适用于得到各种形状的电磁波屏蔽构件。作为如上所述的形状的例子可以列举片状物、叠层了多层而成的平板状叠层体。还可以为筒状、球状、或者根据用途形成的复杂形状。
参照图1～图3对本发明的电磁波屏蔽材料以及电磁波屏蔽用叠层体的实施方式进行说明。
图1是示出本发明的一个实施方式中涉及的电磁波屏蔽材料的示意性剖视图。图1所示电磁波屏蔽材料1具有片状的形状。电磁波屏蔽材料1中，合成树脂11内分散有上述薄片化石墨12。这里，优选薄片化石墨12的长度方向的角度没有偏差。优选表示薄片化石墨12的长度方向的角度偏差的标准偏差σ为20°以下。即，优选薄片化石墨整体的长度方向相对于电磁波屏蔽材料1的两个方向的平均方向的角度为X时，表示薄片化石墨的长度方向的角度偏差的标准偏差σ为20°以下。即，优选薄片化石墨的分散方式为几乎所有的薄片化石墨以沿长度方向在X±20°以下的范围内存在。在该情况下，能够进一步提高电磁波屏蔽功能。
图2是示出本发明的一个实施方式中涉及的电磁波屏蔽用叠层体的示意性剖视图。本实施方式的电磁波屏蔽用叠层体2具备至少一层的第一合成树脂层21以及至少一层的第二合成树脂层22，其中，所述第二合成树脂层22叠层于所述第一合成树脂层21。第一合成树脂层21是由本发明的电磁波屏蔽材料形成的。因此，上述特定的薄片化石墨12分散于合成树脂中。另一方面，第二合成树脂层22是不包含薄片化石墨的合成树脂层。作为构成第二合成树脂层22的合成树脂，可以使用上述的适宜的合成树脂。优选使用热塑性树脂，更优选聚烯烃类树脂，进一步优选聚丙烯类树脂。由此，能够进一步提高成形性，并且能够进一步降低成本。
进一步优选构成第一合成树脂层21的合成树脂与构成第二合成树脂层22的合成树脂相同。在该情况下，在能够进一步降低成本的同时，还能够提高第一合成树脂层21与第二合成树脂层22的粘合强度。
构成第一合成树脂层21的合成树脂与构成第二合成树脂层22的合成树脂可以是不同的树脂。在该情况下，通过使构成第一合成树脂层21的第一合成树脂与构成第二合成树脂层22的第二合成树脂具有不同性能，从而显示各种性能。例如，作为第一合成树脂或第二合成树脂可以使用耐冲击性高的合成树脂，例如可以使用ABS树脂。在该情况下，在电磁波屏蔽用叠层体中，可以提高耐冲击性。
另外，优选第一合成树脂层21的总计厚度为T1、第二合成树脂层22的总厚度为T2时，比值(T1/T2)在1/10～10的范围。在该情况下，在电磁波屏蔽用叠层体2中，第一合成树脂层21占支配地位，因此，能够进一步提高电磁波屏蔽功能。
另外，与上述电磁波屏蔽材料同样，可以将薄片化石墨以外的其他填料分散于第一合成树脂层21中。作为这种填料，没有特别限定，可以列举由碳粉末、碳纳米管这样的碳质材料形成的薄片化石墨以外的填料，以及碳酸钙、氧化硅等其他无机填料等。并且，在第二合成树脂层22中，也可以配合上述薄片化石墨以外的适宜的填料。
对于第一合成树脂层21和第二合成树脂层22中各层的厚度没有特别的限定，第一合成树脂层21中一层的厚度与第二合成树脂层22中一层的厚度可以不同，也可以相同。
图3是本发明的电磁波屏蔽用叠层体的其他实施方式的示意性剖视图。电磁波屏蔽用叠层体3中，第一合成树脂层21和第二合成树脂层22交替叠层。如上所述，第一合成树脂层21与第二合成树脂层22交替叠层时，能够进一步提高电磁波屏蔽功能，同时，还能够进一步提高成形性。
本发明的电磁波屏蔽用叠层体中，第一合成树脂层21与第二合成树脂层22的叠层数没有特别限定，优选5层以上，更优选7层以上。进一步优选更多的叠层数。通过增加叠层数量，能够进一步提高电磁波屏蔽功能。另外，优选电磁波屏蔽用叠层体的每1mm厚度的叠层数为1000层以下。这是由于制造每1mm厚度的叠层数比1000层多的电磁波屏蔽用叠层体难以在制造中实现。
如上所述，本发明的电磁波屏蔽材料的物理形状不限于这样的片状或者由多层叠层而成的叠层体的形状。
(制造方法)
本发明的电磁波屏蔽材料的制造方法没有特别限定，对包含上述合成树脂和上述特定的薄片化石墨的原料进行混炼，采用适当的方法成形即可。成形方法没有特别限定，可以使用熔融挤出法，溶液流延法等适宜的成型方法。
例如可以列举下述方法：使用适宜的混炼机将上述薄片化石墨混炼到合成树脂中，使用双轴挤出机等在加热条件下挤出并成形。另外，作为原料，可以使用石墨或者膨胀石墨而不使用薄片化石墨。膨胀石墨或者石墨与热塑性树脂这样的合成树脂一起在加热条件下进行混炼。在该情况下，通过在加热条件下进行熔融混炼，在膨胀石墨或者上述石墨原料中，石墨烯之间发生剥离。其结果，上述薄片化石墨在熔融混炼物中均匀的分散。因此，通过成形可以得到电磁波屏蔽材料。并且，膨胀石墨可以通过向石墨的层间插入硝酸离子等电解质离子这样的电化学方法等而得到。
另外，本发明的电磁波屏蔽用叠层体可以通过对构成第一合成树脂层与第二合成树脂层的各树脂组合物共挤出成形的方法得到。像这样获得叠层体的具体方法没有特别限定，例如可以适当的使用湿法叠层法，干法叠层法，挤出涂层法，多层熔融挤出法，热熔叠层法以及热叠层法等。
作为上述制造方法，优选使用容易制造本发明的电磁波屏蔽用叠层体的多层熔融挤出法。作为上述多层熔融挤出法，例如可以列举多料道(マルチマニホールド)法以及供料头法等。
作为通过上述供料头法制造上述电磁波屏蔽用叠层体的方法，例如可以列举下述方法。向第一挤出机和第二挤出机这两者中分别导入第一合成树脂组合物和第二合成树脂组合物，从上述第一挤出机和上述第二挤出机中同时挤出上述第一合成树脂组合物和第二合成树脂组合物。将从上述第一挤出机以及上述第二挤出机中挤出的上述第一合成树脂组合物和第二合成树脂组合物送入供料头。在上述供料头中，上述第一合成树脂组合物和第二合成树脂组合物合流。由此，可以得到第一合成树脂层和第二合成树脂层叠层而成的叠层体。
进一步，将上述叠层体移送至多层形成头，在上述多层形成头中进行多层化，可以得到层数为10层以上的电磁波屏蔽用叠层体。
并且，上述多层成形并不限于上述方法，可以通过适宜的多层化方法以及装置进行。例如，也可以通过重复对上述电磁波屏蔽用叠层体进行翻折而实现多层化，得到电磁波屏蔽用叠层体。
以下，通过列举本发明的具体实施例，来明确本发明。但本发明并不限定于这些实施例。
(实施例1)
通过对83重量份聚丙烯类树脂(日本聚丙烯株式会社制造，商品型号；EA9)和17重量份薄片化石墨(XG-Science公司制造，商品型号；XGnP-H5，石墨烯叠层数＝180，长宽比＝100)进行熔融混炼并压制成形，得到厚度为2mm的树脂板状的电磁波屏蔽材料。采用下述KEC法对该电磁波屏蔽材料的电磁波屏蔽效果进行测定。100MHz频率的屏蔽效果为10dB。
KEC法：社团法人关西电子工业振兴中心法
测定工具：电场防护效果评价用元件
测定方法：在信号发射天线和接收天线之间插入试料，测定电磁场的强度。另外，对未插入试料时的电磁场强度进行测定。测定频率为
100kHz～1GHz。以未插入试料时的电磁场强度为基准，用分贝(dB)表示插入测定试料时的衰减量。
(实施例2)
使用99.2重量份聚丙烯类树脂，0.8重量份薄片化石墨，除此之外与实施例1使用相同的方法得到树脂板状的电磁波屏蔽材料。测定该电磁波屏蔽材料的电磁波屏蔽效果。10MHz频率的屏蔽效果为4dB。
(比较例1)
得到由实施例1中使用的100重量份聚丙烯类树脂形成的、厚2mm的树脂板状电磁波屏蔽材料。对该电磁波屏蔽材料的电磁波屏蔽效果进行测定。
10MHz频率的屏蔽效果为1dB以下。
(比较例2)
使用石墨粉末(SECcarbon公司制造，商品型号；SNO-5，石墨烯叠层数＝1500，长宽比＝10)代替薄片化石墨，除此之外与实施例1相同地得到厚2mm的树脂板状电磁波屏蔽材料。该电磁波屏蔽材料的10MHz频率的屏蔽效果为1dB。
(比较例3)
使用碳纤维(东丽公司制造，商品型号；torekaT010-003，纤维直径：7μm，长3mm)代替薄片化石墨，除此之外与实施例1同样地得到厚2mm的树脂板状电磁波屏蔽材料。该电磁波屏蔽材料的10MHz频率的屏蔽效果为1dB。
(实施例3)
在由100重量份聚丙烯类树脂(日本聚丙烯株式会社制造，商品型号：EA9)形成的厚1mm的树脂板的两面对由83重量份聚丙烯类树脂(日本聚丙烯株式会社制造，商品型号；EA9)和17重量份薄片化石墨(XG-Science公司制造，商品型号；XGnP-H5，石墨烯叠层数＝180，长宽比＝100)形成的厚1mm的树脂板进行热融粘并叠层。由此，得到厚3mm的电磁波屏蔽用叠层体。所得到的电磁波屏蔽用叠层体的10MHz的电磁波屏蔽效果为20dB。
(实施例4)
使用石墨烯叠层数为90的薄片化石墨(XG-Science公司制造，商品型号；XGnP-M5，石墨烯叠层数＝90，长宽比＝200)代替石墨烯叠层数为180的薄片化石墨，除此之外与实施例3同样的得到厚3mm的电磁波屏蔽用叠层体。所得到的电磁波屏蔽用叠层体的10MHz频率的屏蔽效果为30dB。
(实施例5)
将厚0.3mm的树脂板B与厚0.5mm的树脂板A进行热粘，通过以ABABABA的形式交替叠层，得到厚3.2mm的两种7层的叠层体，树脂板B由100重量份聚丙烯树脂(日本聚丙烯株式会社制造，商品型号；EA9)形成，树脂板A由83重量份聚丙烯类树脂(日本聚丙烯株式会社制造，商品型号；EA9)和17重量份薄片化石墨(XG-Science公司制造，商品型号；XGnP-H5，石墨烯叠层数＝180，长宽比＝100)形成。所得到的电磁波屏蔽用叠层体的10MHz频率的屏蔽效果为80dB。另外，100MHz频率的电磁波屏蔽效果为40dB，1000MHz频率的电磁波屏蔽效果为20dB。
(比较例4)
使用石墨粉末(SECcarbon公司制造，商品型号；SNO-5，石墨烯叠层数＝1500，长宽比＝10)代替薄片化石墨，除此之外与实施例3同样地得到厚3mm的电磁波屏蔽用叠层体。所得到的电磁波屏蔽用叠层体的10MHz频率的屏蔽效果为1dB。
(比较例5)
使用碳纤维(东丽公司制造，商品型号；torekaT010-003，纤维直径：7μm，长3mm)代替薄片化石墨，除此之外与实施例3同样地得到厚3mm的电磁波屏蔽用叠层体。所得到的电磁波屏蔽用叠层体的10MHz频率的屏蔽效果为1dB。

Claims (9)

1.一种电磁波屏蔽材料，其包含合成树脂以及薄片化石墨，
所述薄片化石墨是石墨烯的叠层体，石墨烯叠层数为200层以下，并且所述薄片化石墨的长宽比为20以上，
表示所述薄片化石墨在长度方向上的角度偏差的标准偏差σ为20°以下。
2.权利要求1所述的电磁波屏蔽材料，其以相对于100重量份所述合成树脂为1～30重量份的比例含有所述薄片化石墨。
3.权利要求1或2所述的电磁波屏蔽材料，其中，所述合成树脂为热塑性树脂。
4.权利要求3所述的电磁波屏蔽材料，其中，所述合成树脂为聚烯烃类树脂。
5.权利要求4所述的电磁波屏蔽材料，其中，所述聚烯烃类树脂为聚丙烯类树脂。
6.一种电磁波屏蔽用叠层体，其具备至少一层第一合成树脂层以及至少一层第二合成树脂层，
所述第一合成树脂层由权利要求1所述的电磁波屏蔽材料形成，所述第二合成树脂层叠层于所述第一合成树脂层上，并且不包含所述薄片化石墨。
7.权利要求6所述的电磁波屏蔽用叠层体，其中，将所述第一合成树脂层的总厚度记为T1、将所述第二合成树脂层的总厚度记为T2时，比值(T1/T2)在1/10～10的范围。
8.权利要求6或7所述的电磁波屏蔽用叠层体，其中，所述第一合成树脂层与所述第二合成树脂层交替叠层。
9.权利要求8所述的电磁波屏蔽用叠层体，其中，所述第一合成树脂层与所述第二合成树脂层交替叠层而形成的叠层体的叠层数为5层以上。
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