CN104878593A - 一种芳纶电磁屏蔽纤维的制备方法及电磁屏蔽层 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种芳纶电磁屏蔽纤维的制备方法及电磁屏蔽层，其中，芳纶电磁屏蔽纤维的制备方法为将经过预处理的多根芳纶纤维安放在磁控溅射机上，分别选用两种以上不同金属作为靶材，对芳纶纤维进行反复多次离子溅射处理，使芳纶纤维表面形成多层复合金属层，得到具有多层复合金属层的芳纶电磁屏蔽纤维；电磁屏蔽层为采用由上述制备方法得到的芳纶电磁屏蔽纤维在绕包机上对电缆半成品进行绕包编织处理形成。本发明可广泛应用于各类需要电磁屏蔽的产品。本发明制备方法制备工艺简单，成本低，适于规模化生产；本发明电磁屏蔽层，重量轻，壁薄，手感柔软，抗拉强度大，编制密度高，在保证屏蔽效果的同时，有效扩大产品用途。

Description

一种芳纶电磁屏蔽纤维的制备方法及电磁屏蔽层

技术领域

本发明涉及一种电磁屏蔽纤维的制备方法及电磁屏蔽层，尤其涉及一种芳纶电磁屏蔽纤维的制备方法及电磁屏蔽层。

背景技术

数字信号处理设备的信号处理速度一直都在提高，但在不同数字装置之间用于进行信号传输的外部布线的传输距离通常较长，难以在信号线附近安装用作稳定接地的金属壳体，而且近年来数字装置的壳体通常是不导电的，数字装置的内部布线难以通过壳体来降低辐射噪声；此外，信号在数字装置与可移动构件之间的传输也不稳定，例如在数字多功能装置中，由于图像读取装置是移动的，电缆与金属壳体的位置关系不固定，导致难以在图像读取装置与图像信号处理装置之间进行稳定的信号传输。为了解决这些问题，在信号传输领域，在数字装置的外部布线、需要高速信号传输的内部布线以及与可移动构件的信号通信中经常需要采用屏蔽电缆，以对外界信号进行屏蔽，使外界信号不至于明显干扰传输信号，确保信号质量和降低辐射噪声。

较原始的屏蔽电缆为双绞线，屏蔽效果较为有限；另一种屏蔽电缆是同轴线，具有较强的屏蔽效应，其作为常见的信号传输线，中心的铜芯传送高电平，外部包覆绝缘材料，绝缘材料外面是与铜芯共轴的筒状金属薄层，传输低电平的同时起到屏蔽的作用。同轴线的筒状金属薄层主要有金属网或薄壁金属管两种构成形式，其中，金属网由于网孔较多，屏蔽性能有所局限；而无缝薄壁金属管的硬度又较高，因此，折中的结构形式是采用管壁上沿纵向开设有缝隙的薄壁金属管。但是，有缝薄壁金属管会使同轴线的各向弯曲性能不同，这将使其在布线时遇到较多操作上的不便，如同轴线向所述缝隙所在一侧弯曲，则可能使弯曲处的缝隙裂开，影响屏蔽性能。

当今电子技术正在向高频化、数据化、集成化发展，而我国目前生产的电磁屏蔽层一般使用金属丝或金属带进行绕制，屏蔽纤维多为金属经过碾压抽拉制成的金属丝而得，金属的比重较大，且存在单丝强度较低等问题，使用时存在体积大、质量重、硬度高、编制密度低等缺点，已经不能满足科技高速发展的需要。

发明内容

针对上述问题，本发明的一个目的是提供一种芳纶电磁屏蔽纤维的制备方法，具有制备工艺简单，成本低，可规模化生产的优点。

本发明的另一个目的是提供一种电磁屏蔽层，具有优良的导电性、耐化学性和耐湿性，还具有壁薄、质量轻、编制密度高、手感柔软、适应温度范围广、抗拉强度大以及消除静电性能的优点。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种芳纶电磁屏蔽纤维的制备方法，其特征在于，将经过预处理的多根芳纶纤维安放在磁控溅射机上，分别选用两种以上不同金属作为靶材，对芳纶纤维进行反复多次离子溅射处理，使芳纶纤维表面形成多层复合金属层，得到具有多层复合金属层的芳纶电磁屏蔽纤维。

对芳纶纤维进行的所述预处理包括：对芳纶纤维进行整经处理和对整经处理后的芳纶纤维进行干燥处理。

所述芳纶纤维的长度为10-5000m、直径为10-200μm；所述多层复合金属层的厚度为0.05-5μm。

所述磁控溅射的真空度不大于50Pa，卷绕速度为0.4-8.0m/min，溅射功率为50-300W。

所述金属包括铜、镍、银和锡中的两种以上。

所述芳纶纤维为间位芳纶纤维或对位芳纶纤维。

一种电磁屏蔽层，该电磁屏蔽层采用上述芳纶电磁屏蔽纤维的制备方法得到的芳纶电磁屏蔽纤维对电缆半成品进行绕包编织处理形成，所述电磁屏蔽层位于电磁屏蔽电缆的内芯绝缘层和内衬层之间。

所述电磁屏蔽层绕包工艺的具体参数为：绕包角为10-80°，绕包速度为150-750r/min，绕包张力为0.5-10N，牵引速度为0.2-5m/min；绕包完成后电磁屏蔽电缆的最终外径为5-50mm。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的芳纶电磁屏蔽纤维的制备方法，采用磁控离子溅射工艺在高强度芳纶纤维表面喷镀多层复合金属层，具有制备工艺简单，成本低，可规模化生产的优点。2、芳纶纤维作为一种新型非金属材料，其应用遍及航空、航天、建筑、文体等各个方面。芳纶是一种耐高温、高模量、高强度、耐磨损、低电导率、密度为钢丝1/4的纤维材料，其强度超过了钢丝，常常被作为制备高性能复合材料的增强物质。本发明的电磁屏蔽层，选用芳纶纤维进行金属化处理后得到的芳纶电磁屏蔽纤维编织而成，有利于降低产品的重量，而且壁薄，手感柔软，抗拉强度大，编制密度高，在保证屏蔽效果的情况下，扩大产品的用途。

附图说明

图1是电磁屏蔽电缆的结构示意图；

图中，1电缆内芯，2内芯绝缘层，3电磁屏蔽层，4内衬层，5外护套。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明的芳纶电磁屏蔽纤维的制备方法，包括以下步骤：

1)将多根长度为10-5000m、直径为10-200μm的芳纶纤维放置在整经机上进行整经处理；

2)对整经处理后的芳纶纤维进行干燥处理；

3)将干燥处理后的芳纶纤维成排安放在磁控溅射机上，分别选用两种以上不同金属作为靶材，对芳纶纤维进行反复多次离子溅射处理，使芳纶纤维表面形成0.05-5μm厚的多层复合金属层，得到具有多层复合金属层的芳纶电磁屏蔽纤维。

上述实施例中，磁控溅射的真空度≤50Pa，卷绕速度为0.4-8.0m/min，溅射功率为50-300W。

上述实施例中，磁控溅射的真空度为10^-3-10Pa，溅射功率为50-250W。

上述实施例中，作为靶材的不同金属包括铜、镍、银、锡等。

上述实施例中，芳纶纤维为间位芳纶纤维或对位芳纶纤维或其他相关芳纶纤维。

间位芳纶全称“聚间苯二甲酰间苯二胺”，英文缩写MPIA，我国称为芳纶1313。芳纶1313是一种开发早、应用广、产量大、发展快的耐高温纤维品种，其总量居特种纤维的第二位。其分子架构为聚间苯二甲酰间苯二胺排列规整的锯齿形大分子，在熔融以前就已经分解，玻璃化温度Tg为270℃，在350℃以下不会发生明显的分解和碳化。当温度超过400℃时，纤维逐渐发脆、碳化直至分解，但不会产生融滴；在火焰中不延燃，具有较好的阻燃性，极限氧指数LOI为29％-32％，性能极佳。间位芳纶的突出特点是优异的耐高温性，良好的尺寸稳定性，优良的可纺性、防火性和耐腐蚀性。

对位芳纶全称“聚对苯二甲酰对苯二胺”，英文缩写PPTA，我国称为芳纶1414。对位芳纶的主链结构具有高度的规则性，大分子是以十分伸展的状态存在，它具有耐高温、防火、耐化学腐蚀及高的力学性能和抗疲劳性。它的强度为钢的3倍，为强度较高的涤纶工业丝的4倍，它的初始模量为涤纶工业丝的4-10倍，聚酰胺纤维的10倍以上。它的稳定性好，在150℃温度下收缩率为0。它在高温下仍能保持较高的强度，如在260℃温度下仍可保持原强度的65％。

如图1所示，本发明还提供了一种电磁屏蔽层3，其采用由上述制备方法得到的芳纶电磁屏蔽纤维在绕包机上对电缆半成品进行绕包编织处理形成，该电磁屏蔽层3位于电磁屏蔽电缆的内芯绝缘层2和内衬层4之间。

上述实施例中，电磁屏蔽层3的绕包工艺的具体参数为：绕包角为10-80°，绕包速度为150-750r/min，绕包张力为0.5-10N，牵引速度为0.2-5m/min；绕包完成后电磁屏蔽电缆的最终外径为5-50mm。

本发明的原理是采用磁控离子溅射工艺方式在高强度芳纶纤维表面喷镀铜、镍、锡、银等多层复合金属，制成具有高导电性或高导磁性的芳纶电磁屏蔽纤维，进而使用该芳纶电磁屏蔽纤维在电线电缆上绕包编织用作防电磁干扰的电磁屏蔽层，得到具有重量轻、抗拉强度高和导电性高等特性的电磁屏蔽电缆。应用本发明的芳纶电磁屏蔽纤维的制备方法，可以生产出具有不同电磁屏蔽性能、不同力学性能、不同防腐性能的芳纶电磁屏蔽纤维，以满足不同的电磁屏蔽、力学及防腐要求。

实施例1：对100米长的间位芳纶纤维进行整经，干燥之后在成排的间位芳纶纤维表面进行“铜-镍-铜-镍”的磁控溅射处理，使芳纶纤维表面形成0.1μm厚的四层复合金属层，从而得到芳纶电磁屏蔽纤维。使用此芳纶电磁屏蔽纤维对电缆进行绕包编织处理，得到芳纶电磁屏蔽纤维电缆，其最终屏蔽效果可达到30db以上。此方案适用于电磁屏蔽要求较低的电缆产品的电磁屏蔽层。

实施例2：对100米长的间位芳纶纤维进行整经，干燥之后在成排的间位芳纶纤维表面进行“铜-镍-铜-镍-锡”的磁控溅射处理，使芳纶纤维表面形成0.1μm厚的五层复合金属层，从而得到芳纶电磁屏蔽纤维。使用此芳纶电磁屏蔽纤维对电缆进行绕包编织处理，得到芳纶电磁屏蔽纤维电缆，其最终屏蔽效果可达到30db以上。此方案适用于有防腐要求但力学性能要求较低的电缆产品的电磁屏蔽层。

实施例3：对100米长的间位芳纶纤维进行整经，干燥之后在成排的间位芳纶纤维表面进行“铜-镍-铜-镍-银”的磁控溅射处理，使芳纶纤维表面形成0.1μm厚的五层复合金属层，从而得到芳纶电磁屏蔽纤维。使用此芳纶电磁屏蔽纤维对电缆进行绕包编织处理，得到芳纶电磁屏蔽纤维电缆，其最终屏蔽效果可达到30db以上。此方案适用于有防腐要求但力学性能要求较低的电缆产品的电磁屏蔽层。

实施例4：对100米长的间位芳纶纤维进行整经，干燥之后在成排的间位芳纶纤维表面进行“铜-镍-铜-镍-铜-镍-银”的磁控溅射处理，使芳纶纤维表面形成0.2μm厚的七层复合金属层，从而得到芳纶电磁屏蔽纤维。使用此芳纶电磁屏蔽纤维对电缆进行绕包编织处理，得到芳纶电磁屏蔽纤维电缆，其最终屏蔽效果可达到30db以上。此方案适用于有较高的防腐要求且电磁屏蔽要求也较高的电缆产品的电磁屏蔽层。

实施例5：采用对位芳纶纤维替换实施例1-4中的间位芳纶纤维，可以得到力学性能更优异的芳纶电磁屏蔽纤维。使用此芳纶电磁屏蔽纤维对电缆进行绕包编织处理，得到芳纶电磁屏蔽纤维电缆，其最终屏蔽效果可达到30db以上。此方案适用于力学性能要求较高的电缆产品的电磁屏蔽层。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种芳纶电磁屏蔽纤维的制备方法，其特征在于，将经过预处理的多根芳纶纤维安放在磁控溅射机上，分别选用两种以上不同金属作为靶材，对芳纶纤维进行反复多次离子溅射处理，使芳纶纤维表面形成多层复合金属层，得到具有多层复合金属层的芳纶电磁屏蔽纤维。

2.如权利要求1所述的一种芳纶电磁屏蔽纤维的制备方法，其特征在于，对芳纶纤维进行的所述预处理包括：对芳纶纤维进行整经处理和对整经处理后的芳纶纤维进行干燥处理。

3.如权利要求1或2所述的一种芳纶电磁屏蔽纤维的制备方法，其特征在于，所述芳纶纤维的长度为10-5000m、直径为10-200μm；所述多层复合金属层的厚度为0.05-5μm。

4.如权利要求1或2所述的一种芳纶电磁屏蔽纤维的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射的真空度不大于50Pa，卷绕速度为0.4-8.0m/min，溅射功率为50-300W。

5.如权利要求3所述的一种芳纶电磁屏蔽纤维的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射的真空度不大于50Pa，卷绕速度为0.4-8.0m/min，溅射功率为50-300W。

6.如权利要求1或2或5所述的一种芳纶电磁屏蔽纤维的制备方法，其特征在于，所述金属包括铜、镍、银和锡中的两种以上。

7.如权利要求3所述的一种芳纶电磁屏蔽纤维的制备方法，其特征在于，所述金属包括铜、镍、银和锡中的两种以上。

8.如权利要求1或2或5或7所述的一种芳纶电磁屏蔽纤维的制备方法，其特征在于，所述芳纶纤维为间位芳纶纤维或对位芳纶纤维。

9.一种电磁屏蔽层，其特征在于，该电磁屏蔽层采用如权利要求1至8任一项所述制备方法得到的芳纶电磁屏蔽纤维对电缆半成品进行绕包编织处理形成，所述电磁屏蔽层位于电磁屏蔽电缆的内芯绝缘层和内衬层之间。

10.如权利要求9所述的一种电磁屏蔽层，其特征在于，所述电磁屏蔽层绕包工艺的具体参数为：绕包角为10-80°，绕包速度为150-750r/min，绕包张力为0.5-10N，牵引速度为0.2-5m/min；绕包完成后电磁屏蔽电缆的最终外径为5-50mm。