CN110903607A

CN110903607A - 基于镀银碳纤维的电磁屏蔽复合材料的制备方法

Info

Publication number: CN110903607A
Application number: CN201911258397.3A
Authority: CN
Inventors: 王永坤; 牛佳豪; 王星; 田文超; 时婧
Original assignee: Xidian University
Current assignee: Xidian University
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2020-03-24

Abstract

本发明公开了一种基于镀银碳纤维APCF的电磁屏蔽复合材料的制备方法，主要解决现有环氧树脂复合材料对电磁波屏蔽频率低、屏蔽频宽较窄、屏蔽性能差的问题。其制备方法是：1)对碳纤维CF依次进行清洁、粗化、敏化和活化的表面处理；2)通过无极化学镀银方法在碳纤维CF表面镀银，制得镀银碳纤维APCF；3)将环氧树脂EP、固化剂和稀释剂按100:5:10的质量比进行均匀混合；4)将镀银碳纤维APCF加入环氧树脂EP混合物中依次进行剪切混合和固化，得到镀银碳纤维APCF复合材料。本发明操作简单、条件要求低，制得复合材料在X波段内的较宽频带具备极佳的电磁屏蔽效果，可广泛应用于具有电磁屏蔽要求的芯片封装。

Description

基于镀银碳纤维的电磁屏蔽复合材料的制备方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种电磁屏蔽复合材料，可用于电子芯片的封装，以提供稳定的电磁工作环境。

技术背景

近年来，随着现代电子设备向微小化、高集成度以及高频率高功率方向快速发展，电磁环境已经成为影响电子设备稳定性的重要因素。微型化、高频化的电子器件便捷了人们的生活，提升了人们的效率。高频电子器件在工作时会产生电磁辐射，对环境中的电磁敏感元器件造成干扰，严重的可导致重大生命财产损失。与此同时，长期处于电磁辐射中会对人类的神经系统和免疫系统产生影响，严重可导致人体患病。因此，研究具有电磁屏蔽性能的电子封装材料对保障现代电子设备稳定运行、改善人类生存环境、保证信息安全具有重要意义。

现阶段国内外电子封装领域高性能复合材料的研究主要集中于聚合物基复合材料，聚合物基复合材料具备质轻、耐腐蚀、易加工的特点。但聚合物复合材料对电磁波的屏蔽效能仍存在一些问题，如工作频率低、工作频宽较窄、屏蔽性能不足等。碳系材料作为复合材料理想的填料，可以提高复合材料的导热和力学性能，但因其本身的电导率低、磁导率低，导致电磁屏蔽性能差。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提出一种基于镀银碳纤维的电磁屏蔽复合材料的制备方法，以在保证材料的力学、散热性能的同时，有效屏蔽外部复杂电磁波，为封装体内部芯片提供稳定的电磁环境。

实现本发明目的的技术思路是：通过对碳纤维进行表面金属化以显著提高碳纤维的导电性能，将兼具力学、热学和优异电磁屏蔽性能的镀银碳纤维APCF与环氧树脂EP材料进行复合，制备出具有电磁屏蔽效果的复合材料。

根据上述思路，本发明制作基于镀银碳纤维的电磁屏蔽复合材料方法，包括如下步骤：

(1)将碳纤维CF先在200～350℃的高温下焙烧处理5～20min，再超声洗涤25～40min后干燥；

(2)在洗涤干燥后的碳纤维CF表面通过无极电镀法制备银镀层，得到镀银碳纤维APCF:

2a)采用无极电镀法对碳纤维CF依次进行粗化、敏化、活化的表面处理；

2b)在AgNO₃中加入浓度为0.898～0.901g/ml的氨水配制银氨溶液，将经过表面处理的碳纤维CF分散在配制好的银氨溶液中，并以0.025～0.075ml/s的速率缓慢滴加HCHO溶液进行反应20～40min，再对碳纤维CF依次进行抽滤、洗涤、干燥，得到400～500nm厚的镀银碳纤维APCF；

(3)将环氧树脂EP、固化剂和稀释剂三者按100:5:10的质量比进行混合，再将镀银碳纤维APCF以4％～10％比例加入到该混合物中搅拌，使其不断剪切形成分散均匀的混合物；

(4)将分散均匀的混合物倒入模具中，在30℃～50℃下抽真空100～125min，再加热至70～90℃固化250min～400min，得到基于镀银碳纤维的电磁屏蔽复合材料。本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明由于采用无极电镀法对碳纤维CF进行表面镀银，操作简单、条件要求低；

2.本发明由于将镀银碳纤维APCF与环氧树脂EP进行复合，得到基于镀银碳纤维的电磁屏蔽复合材料，提高了电磁波屏蔽效果，为封装体内部芯片提供稳定的电磁环境。

附图说明

图1是本发明的实现流程图；

图2为镀银碳纤维APCF横截面的扫描电镜SEM图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步发明：

参照图1，本发明的具体实现给出如下三种实施例。

实施例1，制作碳纤维材料规格为T300，镀银碳纤维APCF添加量为4.5％的电磁屏蔽复合材料。

步骤1，对碳纤维CF表面进行处理。

1.1)焙烧与洗涤：

选用规格为T300的碳纤维CF，将其先在200℃的高温下焙烧处理5min，再超声洗涤25min后干燥，以清除掉T300碳纤维CF表面杂质；

1.2)粗化：

将NaOH加入水中，配制成质量浓度为7g/L的NaOH粗化液；

将焙烧与洗涤后的T300碳纤维CF先置于该粗化液中在1300W功率下超声分散45min，再使用1～3μm滤纸将T300碳纤维CF抽滤并洗涤；

1.3)敏化：

将SnCl₂·H₂O与HCl进行混合，制得SnCl₂·H₂O浓度为8g/L、HCl浓度为40ml/L的敏化液；

将粗化后的T300碳纤维CF先浸入15℃的敏化液中，反应50min，再使用1～3μm滤纸将该反应后的T300碳纤维CF抽滤并洗涤；

1.4)活化：

将PdCl₂、H₃BO₃、HCl进行混合，制得这三种材料浓度分别为0.2g/L、20g/L、5ml/L的活化剂；

将敏化后的T300碳纤维CF先浸入15℃的活化剂中反应30min，再使用1～3μm滤纸将该反应后的T300碳纤维CF抽滤并洗涤。

步骤2，制备镀银碳纤维APCF。

在AgNO₃中加入浓度为0.898g/ml的氨水配制银氨溶液；

将活化后的T300碳纤维CF分散在配制的银氨溶液中，并以0.025ml/s的速率缓慢滴加HCHO溶液进行反应20min；再对T300碳纤维CF依次进行抽滤、洗涤、干燥，得到银镀层为400nm厚的镀银碳纤维APCF，如图2所示。

步骤3，制备基于镀银碳纤维APCF的复合材料。

3.1)混合：

取2-乙基-4-甲基咪唑为固化剂，甲基丙烯酸缩水甘油酯为稀释剂；

将环氧树脂EP、固化剂和稀释剂三者按100:5:10的质量比加入剪切分散机中，以功率为320W，速率为23000rpm将其搅拌均匀；

再将制备好的镀银碳纤维APCF以4.5％比例加入到该剪切分散机中，使其不断剪切，直到形成分散均匀的混合物。

3.2)固化：

制备具有长、宽、高的长方体容器模具；

将分散均匀的混合物倒入模具中，在30℃下抽真空100min，再加热至70℃固化250min，得到基于镀银碳纤维的电磁屏蔽复合材料。

实施例2，制作碳纤维材料规格为T700，镀银碳纤维APCF添加量为7％的电磁屏蔽复合材料。

步骤一，对碳纤维CF表面进行处理。

1a)选用规格为T700的碳纤维CF，将其先在270℃的高温下焙烧处理15min，再超声洗涤30min后干燥，以清除掉T700碳纤维CF表面杂质；

1b)对完成1a)处理后的T700的碳纤维CF进行粗化处理：

先将NaOH加入水中，配制成质量浓度为10g/L的NaOH粗化液；再将焙烧与洗涤后的T700碳纤维CF置于该粗化液中在1600W功率下超声分散50min，再使用1～3μm滤纸将T700碳纤维CF抽滤并洗涤；

1c)对粗化处理后的T700的碳纤维CF进行敏化处理：

将SnCl₂·H₂O与HCl进行混合，制得SnCl₂·H₂O浓度为10g/L、HCl浓度为40ml/L的敏化液；将粗化后的T700碳纤维CF先浸入20℃的敏化液中，反应55min，再使用1～3μm滤纸将该反应后的T700碳纤维CF抽滤并洗涤；

1d)对敏化处理后的T700的碳纤维CF进行活化处理：

将PdCl₂、H₃BO₃、HCl进行混合，制得这三种材料浓度分别为0.4g/L、20g/L、5ml/L的活化剂；将敏化后的T700碳纤维CF先浸入20℃的活化剂中反应45min，再使用1～3μm滤纸将该反应后的T700碳纤维CF抽滤并洗涤。

步骤二，制备镀银碳纤维APCF。

在AgNO₃中加入浓度为0.898g/ml的氨水配制银氨溶液；将活化后的T700碳纤维CF分散在配制的银氨溶液中，并以0.050ml/s的速率缓慢滴加HCHO溶液进行反应30min；再对T700碳纤维CF依次进行抽滤、洗涤、干燥，得到银镀层为450nm厚的镀银碳纤维APCF。

步骤三，制备基于镀银碳纤维APCF的复合材料。

3a)制作含有镀银碳纤维APCF和环氧树脂EP的混合物：

3a1)取2-乙基-4-甲基咪唑为固化剂，甲基丙烯酸缩水甘油酯为稀释剂；

3a2)将环氧树脂EP、固化剂和稀释剂三者按100:5:10的质量比加入剪切分散机中将其搅拌均匀，其中搅拌功率为400W，搅拌速率为25000rpm；再将制备好的镀银碳纤维APCF以7％比例加入到该剪切分散机中，不断剪切搅拌该混合物直到形成分散均匀的混合物。

3b)对含有镀银碳纤维APCF和环氧树脂EP的混合物进行固化：

制备具有长、宽、高的长方体容器模具；将分散均匀的混合物倒入该模具中，在40℃下抽真空115min，再加热至80℃固化300min，得到基于镀银碳纤维的电磁屏蔽复合材料。

实施例3，制作碳纤维材料规格为T800，镀银碳纤维APCF添加量为10％的电磁屏蔽复合材料。

步骤A，对碳纤维CF表面进行处理。

A1)选用规格为T800的碳纤维CF，将其先在350℃的高温下焙烧处理20min，再超声洗涤40min后干燥，以清除掉T800碳纤维CF表面杂质；

A2)对完成A1)处理后的T800的碳纤维CF进行粗化处理：

A2.1)将NaOH加入水中，配制成质量浓度为15g/L的NaOH粗化液；

A2.2)将焙烧与洗涤后的T800碳纤维CF置于该粗化液中在2000W功率下超声分散60min，并使用1～3μm滤纸将T800碳纤维CF抽滤并洗涤；

A3)对粗化处理后的T800的碳纤维CF进行敏化处理：

A3.1)将SnCl₂·H₂O与HCl进行混合，制得SnCl₂·H₂O浓度为13g/L、HCl浓度为40ml/L的敏化液；

A3.2)将粗化后的T800碳纤维CF先浸入25℃的敏化液中，反应65min，再使用1～3μm滤纸将该反应后的T800碳纤维CF抽滤并洗涤；

A4)对敏化处理后的T800的碳纤维CF进行活化处理：

A4.1)将PdCl₂、H₃BO₃、HCl进行混合，制得这三种材料浓度分别为0.6g/L、20g/L、5ml/L的活化剂；

A4.2)将敏化后的T800碳纤维CF先浸入25℃的活化剂中反应60min，再使用1～3μm滤纸将该反应后的T800碳纤维CF抽滤并洗涤。

步骤B，制备镀银碳纤维APCF。

B1)在AgNO₃中加入浓度为0.901g/ml的氨水配制银氨溶液；

B2)将活化后的T800碳纤维CF分散在配制的银氨溶液中，并以0.075ml/s的速率缓慢滴加HCHO溶液进行反应40min；

B3)对反应后T800碳纤维CF依次进行抽滤、洗涤、干燥，得到银镀层为500nm厚的镀银碳纤维APCF。

步骤C，制备基于镀银碳纤维APCF的复合材料。

C1)制作含有镀银碳纤维APCF和环氧树脂EP的混合物：

C1.1)取2-乙基-4-甲基咪唑为固化剂，甲基丙烯酸缩水甘油酯为稀释剂；

C1.2)将环氧树脂EP、固化剂和稀释剂三者按100:5:10的质量比加入剪切分散机中将其搅拌均匀，其中搅拌功率为500W，搅拌速率为28000rpm；

C1.3)将制备好的镀银碳纤维APCF以10％比例加入到该剪切分散机中，不断剪切搅拌该混合物直到形成分散均匀的混合物；

C2)对含有镀银碳纤维APCF和环氧树脂EP的混合物进行固化：

C2.1)制备具有半径与厚度的圆柱形容器模具；

C2.2)将分散均匀的混合物倒入该圆柱形容器模具中，在50℃下抽真空125min，再加热至90℃固化400min，得到基于镀银碳纤维的电磁屏蔽复合材料。

本发明的效果可通过以下数据展示：

对本发明实施例1的复合材料性能进行测试，测试结果如表1：

表1：复合材料性能测试

以上描述仅是本发明的三个具体实例，并未构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种基于镀银碳纤维APCF的电磁屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(4)将分散均匀的混合物倒入模具中，在30℃～50℃下抽真空100～125min，再加热至70～90℃固化250min～400min，得到基于镀银碳纤维的电磁屏蔽复合材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其中2a)中采用无极电镀法对碳纤维CF依次进行粗化、敏化、活化的表面处理，其工艺过程如下：

粗化：将NaOH加入水中，配制成质量浓度为7～15g/L的NaOH粗化液，将碳纤维CF置于该粗化液中在1300～2000W功率下超声分散45～60min，再使用1～3μm滤纸将碳纤维CF抽滤并洗涤；

敏化：将SnCl₂·H₂O与HCl进行混合，制得SnCl₂·H₂O浓度为8～13g/L、HCl浓度为40ml/L的敏化液，将粗化后的碳纤维CF浸入15～25℃的敏化液中，反应50～65min，再使用1～3μm滤纸将该反应后的碳纤维CF抽滤并洗涤；

活化：将PdCl₂、H₃BO₃、HCl进行混合，制得这三种材料浓度分别为0.2～0.6g/L、20g/L、5ml/L的活化剂，将敏化后的碳纤维CF浸入15～25℃的活化剂中反应30～60min，再使用1～3μm滤纸将该反应后的碳纤维CF抽滤并洗涤。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述(3)中对混合物搅拌，是采用功率为320W～500W，搅拌速率为23000～28000rpm的剪切分散机进行。

4.根据权利要求1所述的方法，其中(4)中所述的模具，采用具有长、宽、高的长方体容器或具有半径与厚度的圆柱形容器。

5.根据权利要求1所述的方法，其中(1)中所述的碳纤维CF，其规格包括T300、T700和T800。