CN100518481C - 金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料及其制备方法 - Google Patents
金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料及其制备方法，涉及屏蔽电磁波干扰的功能复合材料。本发明由金属纤维与导电聚合物复合组成的电磁屏蔽组分和树脂基体组成。制备方法包括金属纤维的剪切，以及与导电聚合物、树脂机械混合经球磨获得电磁屏蔽材料。由于本发明利用金属纤维作为金属填料来取代金属粉末，而金属纤维具有一定的长径比，更加有利于形成导电网络，对于降低成本和电磁屏蔽材料的重量具有显著作用。金属纤维和聚合物的复合增加了屏蔽效能的带宽，可以在较宽的频率范围内获得较高的屏蔽效能，采用不同金属纤维组合或合金纤维可以设计金属纤维导电网络的电磁性能，增加屏蔽效能中的吸收损耗，从而降低反射造成的二次污染。本方法制备简单，易于操作。
Description
技术领域
本发明涉及电磁屏蔽功能复合材料，用于屏蔽电磁波干扰。
背景技术
随着电子技术和电子设备的进步，电磁波对电子设备的正常使用和人类的健康地危害需要得到治理。电磁屏蔽材料是有效治理电磁波的危害，屏蔽电磁波干扰的重要手段。目前研究开发的复合电磁屏蔽涂料都是以球状金属粉末为主要的导电涂料的。2003年9月10日所公开的中国专利03121536.X“有机/无机复合电磁波吸收剂屏蔽涂层材料”中报道了一种有机/无机复合电磁波吸波及屏蔽涂料的构成模式。2005年3月23日公开了中国专利1597308A“一种有机/无机多层混合电磁波，屏蔽材料的制备方法”中描述了直接混合的简单制备方法，但需要利用多层复合来提高吸收和屏蔽效能。上述两项专利都是利用金属粉末作为主要的导电填料。由于金属粉末的球状特征，不易形成导电网络，所以往往要求较高的重量百分数来获取所要求的导电网络和屏蔽效能，一般而言为了得到较好的屏蔽效能其金属粉末的含量往往要求达到50％的重量百分数。而对于金属纤维的使用，目前仅仅具有利用不锈钢纤维制作导电塑料的研究。根据北京理工大学的研究《LDPE-不锈钢纤维电磁屏蔽材料的性能研究》以及《不锈钢纤维填充热塑性导电塑料研究进展》等文献的介绍，都是使用不锈钢纤维通过混炼和注塑生产导电塑料。从目前的结果看这类研究往往只能制作导电塑料防静电产品，其屏蔽效能还比较低，而且制作工艺和技术比较复杂，难以控制。对于利用金属纤维作为导电填料与导电聚合物结合制备复合电磁屏蔽涂料的工作尚未见报道。
发明内容
本发明提出了利用金属纤维，与导电聚合物和树脂混合而获得高效轻质复合电磁屏蔽材料成分配比和制备方法。这种方法工艺简单，易于控制并能够得到具有较高屏蔽效能的屏蔽材料。
本发明由金属纤维与导电聚合物复合组成的电磁屏蔽组分和树脂基体组成，金属纤维在屏蔽材料中的重量百分数为1至50％，导电聚合物的重量百分数为0.5至40％，其余为树脂基体。采用的金属纤维直径范围在5至30微米，纤维的长度范围在0.1至1毫米。采用的导电聚合物的电阻应小于100欧。
金属纤维可以是单一纯金属纤维或多种金属纤维的组合或合金纤维。
本发明提出的金属纤维/导电聚合物复合电磁屏蔽材料的制备方法是将金属纤维剪切到0.1到1毫米的长度，与导电聚合物和树脂基体材料直接进行机械混合，在球磨机球磨10分钟以上后得到电磁屏蔽材料。
与现有技术相比，本发明由于利用金属纤维作为金属填料来取代金属粉末，而金属纤维具有一定的长径比，更加有利于形成导电网络的，所以可以使用较少量的金属纤维达到形成导电网络而获得所要求的屏蔽效能的目的，对于降低成本和电磁屏蔽材料的重量具有显著作用。金属纤维和聚合物的复合增加了屏蔽效能的带宽，可以在较宽的频率范围内获得较高的屏蔽效能。同时采用不同金属纤维组合或合金纤维可以设计金属纤维导电网络的电磁性能，增加屏蔽效能中的吸收损耗，从而降低反射造成的二次污染。利用金属纤维制备电磁屏蔽材料工艺简单，易于操作。
由于可以选用不同的金属纤维(单一纯金属纤维)或金属纤维的组合(多种金属纤维组合)或合金纤维，能够满足高屏蔽效能和高吸收损耗的作用而降低反射损耗，从而达到低二次污染的目的。在屏蔽组分中选用导电聚合物可以提高高频频段的屏蔽效能。
将此材料涂抹在需要进行屏蔽的建筑物墙体、电子设备外壳以及其他需要屏蔽的场合，当涂层厚度为0.2-0.4毫米时，金属纤维量达到15％以上时，在30MHz-1500MHz的频率范围内屏蔽效能可达60dB以上。
具体实施方式
实施例1：选用直径为12微米的奥氏体(304)不锈钢纤维，手工剪切成1毫米左右的短纤维。选用利用DBSA二次掺杂的导电聚苯胺，其表面电阻为2欧，和丙烯酸树脂基体构成电磁屏蔽涂料的基本组分。将重量百分数为10％的不锈钢纤维和重量百分数为4％的导电聚苯胺以及重量百分数为86％的丙烯酸树脂机械混合后，放置在球磨机中球磨1小时制成电磁屏蔽涂料。将屏蔽涂料涂覆在直径为115毫米的树脂基片上用于测试屏蔽效能。涂层的厚度为0.4毫米。经测试该试样在30MHz-1500MHz的频率范围内其屏蔽效能达到45dB以上。
实施例2：选用直径为11微米的铁素体(430)不锈钢纤维，手工剪切成0.6毫米左右的短纤维。选用利用DBSA二次掺杂的导电聚苯胺，其表面电阻为2欧，和丙烯酸树脂基体构成电磁屏蔽涂料的基本组分。将重量分数为10％的不锈钢纤维和重量分数为4％导电聚苯胺以及重量分数为86％的丙烯酸树脂机械混合后，放置在球磨机中球磨15分钟制成电磁屏蔽涂料。将屏蔽涂料涂覆在直径为115毫米的树脂基片上用于测试屏蔽效能。涂层的厚度为0.4毫米。经测试该试样在30MHz-1500MHz的频率范围内其屏蔽效能达到40dB以上。
实施例3：选用直径为11微米的铁素体(430)不锈钢纤维，手工剪切成0.6毫米左右的短纤维。选用利用DBSA二次掺杂的导电聚苯胺，其表面电阻为2欧，和丙烯酸树脂基体构成电磁屏蔽涂料的基本组分。将重量分数为25％的不锈钢纤维和重量分数为5％导电聚苯胺以及重量分数为70％的丙烯酸树脂机械混合后，放置在球磨机中球磨2个小时制成电磁屏蔽涂料。将屏蔽涂料涂覆在直径为115毫米的树脂基片上用于测试屏蔽效能。涂层的厚度为0.4毫米。经测试该试样在30MHz-1500MHz的频率范围内其屏蔽效能达到60dB以上。
实施例4：选用直径为20微米的Ni金属纤维，手工剪切成0.5毫米左右的短纤维。选用利用HCL二次掺杂的导电聚苯胺，其表面电阻为30欧，和丙烯酸树脂基体构成电磁屏蔽涂料的基本组分。将重量分数为20％的金属Ni纤维和重量分数为5％导电聚苯胺以及重量分数为75％的丙烯酸树脂机械混合后，放置在球磨机中球磨1个半小时制成电磁屏蔽涂料。将屏蔽涂料涂覆在直径为115毫米的树脂基片上用于测试屏蔽效能。涂层的厚度为0.4毫米。经测试该试样在30MHz-1500MHz的频率范围内其屏蔽效能达到40dB以上。
实施例5：选用直径为20微米的Ni金属纤维和直径为12微米的不锈钢纤维，手工剪切成0.6毫米左右的短纤维。选用利用HCL二次掺杂的导电聚苯胺，其表面电阻为30欧，和丙烯酸树脂基体构成电磁屏蔽涂料的基本组分。将重量分数为10％的金属Ni纤维，重量分数为10％的不锈钢纤维和重量分数为5％导电聚苯胺以及重量分数为75％的丙烯酸树脂机械混合后，放置在球磨机中球磨1个小时制成电磁屏蔽涂料。将屏蔽涂料涂覆在直径为115毫米的树脂基片上用于测试屏蔽效能。涂层的厚度为0.4毫米。经测试该试样在30MHz-1500MHz的频率范围内其屏蔽效能达到55dB以上。
Claims (5)
1、一种金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料，其特征在于，该复合电磁屏蔽材料由金属纤维与导电聚合物复合组成的电磁屏蔽组分和树脂基体组成，金属纤维在屏蔽材料中的重量百分数为1至50％，导电聚合物的重量百分数为0.5至40％，其余为树脂基体。
2、如权利要求1所述的金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料，其特征在于，金属纤维直径范围在5至30微米，纤维的长度范围在0.1至1毫米。
3、如权利要求1所述的金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料，其特征在于，导电聚合物的电阻小于100欧。
4、如权利要求2所述的金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料，其特征在于，金属纤维是单一纯金属纤维或多种金属纤维的组合或合金纤维。
5、权利要求1所述的金属纤维/聚合物复合电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，将金属纤维剪切到所要求的长度后与导电聚合物和树脂基体材料直接进行机械混合，在球磨机球磨10分钟以上后形成电磁屏蔽材料。
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