專利名稱：一種用于電纜的復合電磁屏蔽材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于電力電子領域的電磁屏蔽材料，該材料可以有效屏蔽電纜、電器以及電子元器件內(nèi)外產(chǎn)生的電磁波。
背景技術：
電磁兼容性(Electromagnetic Compatibility, EMC),指某電子設備既不干擾其它設備，同時也不受其它設備影響的性能。隨著電力電子工業(yè)發(fā)展及人們對產(chǎn)品品質(zhì)和安全性的要求提高，電磁兼容性已經(jīng)成為產(chǎn)品質(zhì)量重要的一項指標。實現(xiàn)電磁兼容的主要手段是電磁屏蔽，即對兩個空間區(qū)域之間進行電磁場的隔離，以控制電場、磁場和電磁波由一個區(qū)域對另一個區(qū)域的感應和輻射，具體來說，就是用屏蔽材料將元器件、電路、組合件、電纜或整個系統(tǒng)的干擾源包圍起來，防止干擾電磁場向外擴散；或者用屏蔽材料將接收電路、設備或系統(tǒng)包圍起來，防止它們受到外界電磁場的影響。能夠產(chǎn)生屏蔽作用的主要機制來自屏蔽材料對導線、電纜、元部件、電路或系統(tǒng)等外部的干擾電磁波和內(nèi)部電磁波產(chǎn)生吸收作用(渦流損耗)、反射作用(電磁波在屏蔽體上的界面反射)和抵消作用(電磁感應在屏蔽層上產(chǎn)生反向電磁場，可抵消部分干擾電磁波)，從而使減弱電磁波的干擾。目前，常用的屏蔽方法有以下幾種(1)當干擾電磁場的頻率較高時，利用低電阻率的金屬材料中產(chǎn)生的渦流，形成對外來電磁波的抵消作用，從而達到屏蔽的效果。目前，已經(jīng)應用的有銅系、鎳系、銀系材料作為電磁屏蔽材料的填料；(2)當干擾電磁波的頻率較低時，要采用高導磁率的材料，從而使磁力線限制在屏蔽體內(nèi)部，防止擴散到屏蔽的空間去，比如采用高磁導率金屬材料或軟磁鐵氧體材料。(3)在某些場合下，如果要求對高頻和低頻電磁場都具有良好的屏蔽效果時，往往采用不同的金屬材料組成多層屏蔽體，比如采用 Ag/Cu, Cu/ 石墨，Ag/Si02 等。在目前常用的體系中，很難做到對高低頻電磁波同時進行有效的吸收，另外，采用金屬作為導電填料，在高填充情況下使得屏蔽材料的密度增大，柔韌度下降，使得其應用受到限制。根據(jù)電磁屏蔽的原理，真正影響屏蔽體屏蔽效能的因素有兩個一個是整個屏蔽體表面必須是導電連續(xù)的，另一個是不能有直接穿透屏蔽體的磁導體。在單純采用導電金屬填料情況下，屏蔽體上有很多導電不連續(xù)點，最主要的一類是屏蔽體不同部分結合處形成的不導電縫隙。這些不導電的縫隙就產(chǎn)生了電磁泄漏，如同流體會從容器上的縫隙上泄漏一樣。于是，人們采用鐵氧體材料來作為吸波材料來消除單純電磁波反射的缺陷。六角晶M型鍶鐵氧體是一類非常重要的電磁波吸收劑，其自然共振頻率較高，在高頻下不易產(chǎn)生趨膚電流，介電常數(shù)較小，可與其它吸波材料混合使用來對吸波涂層的電磁參數(shù)進行調(diào) 節(jié)，然而，缺點是在制備時工藝難度較大，工藝的稍微變動就會對吸波性能產(chǎn)生影響，同時，要提高單一 M型鐵氧體的磁導率，難度也比較大。如果采用較高磁導率的鐵磁性金屬粉吸收劑，雖然其具有良好的溫度穩(wěn)定性和較高的飽和磁化強度Ms，但這些鐵磁性金屬粉吸收劑在微波頻段下因受限于“趨膚效應”而粒度不能太大，并且要求分布均勻，體積分數(shù)不能過大，因此也限制其填充量的提高。另外，鐵磁性金屬材料同樣具有比重大的缺陷。因此，在屏蔽材料中，無論是單一采用鐵氧體或鐵磁性金屬材料以及它們之間的簡單復合，均無法獲得輕質(zhì)、高填充、良好屏蔽效能的屏蔽材料。要想獲得突破，需要在屏蔽填料的結構上進行創(chuàng)新?？紤]到電磁波在屏蔽層中的有效反射與吸收是達到最佳屏蔽效果的本質(zhì)，倘若填料的結構能夠使電磁波在屏蔽層內(nèi)多次反射與吸收，減少漏電漏磁，則可以設想，屏蔽效果將大大提高。申請人在利用水熱法制備碳微球的研究中發(fā)現(xiàn)，通過控制制備工藝，可以獲得理想的導電碳球形顆粒，那么，在碳球形顆粒形成的后期，倘若在表面引入同時具有高飽和磁化強度的W型鐵氧體，則會形成一種新的復合導電填料，以此填料制成的屏蔽層，可以使電磁波多次在填料顆粒中反射與吸收，達到良好的吸波效果。由此構成了本發(fā)明的思路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種在具有較強電磁屏蔽功能的輕質(zhì)復合材料。本發(fā)明采用的技術方案是一種用于電力電子電纜的復合電磁屏蔽材料，所述復合電磁屏蔽材料主要由質(zhì)量比為30 60 40 70的電磁屏蔽填料和熱塑性塑料制成。所述熱塑性塑料為本領域常規(guī)用于電纜材料的熱塑性塑料。熱塑性塑料是目前用量廣泛的一類聚合物材料，具有加熱軟化、冷卻硬化的特性，在加熱時變軟可以流動，而冷卻時變硬可以成型，并且這種過程可以反復進行。在電力電纜領域常用于作為絕緣層或與外界環(huán)境隔離的保護層，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、尼龍、聚對苯二甲酸丁二醇酯等。本發(fā)明采用常用的聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。所述電磁屏蔽填料為采用水熱法制得的導電碳微球顆粒，同時，該微球表面包裹有一層Zn2-W型鐵氧體。經(jīng)過研究表明，該復合微球可以充分發(fā)揮表層Zn2-W型鐵氧體的電磁波吸收功能以及中心導電碳微球的電磁波屏蔽功能，使得電磁波在碳微球表面多次反射后由鐵氧體層吸收，達到較強的電磁屏蔽效果。同時，相對于傳統(tǒng)的導電金屬屏蔽材料，由于鐵氧體層和碳微球均具有較低的密度，使得該電磁屏蔽材料更為輕質(zhì)。所述復合導電碳微球顆粒的尺寸為O. 5 10 μ m。為了保證電磁屏蔽填料與聚乙烯樹脂基體之間良好的結合，所述絕緣導熱材料中還包括質(zhì)量為所述電磁屏蔽填料質(zhì)量O. 5 I %的偶聯(lián)劑。所述偶聯(lián)劑為本領域常規(guī)用于絕緣熱導材料的偶聯(lián)劑，如硅烷偶聯(lián)劑和鈦酸脂偶聯(lián)劑等，根據(jù)本發(fā)明研究的結果，發(fā)現(xiàn)硅烷偶聯(lián)劑與聚乙烯結合性更好，因此，本發(fā)明中優(yōu)選為性價比較高的硅烷偶聯(lián)劑KH550。所述絕緣導熱材料由如下方法制備得到在30 60質(zhì)量份的復合導電碳微球中加入O. 3 O. 6質(zhì)量份的硅烷偶聯(lián)劑，與70 40質(zhì)量份的聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂混合后經(jīng)雙螺桿擠出機混煉擠出，混煉溫度為230°C，得到所述絕緣導熱材料。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在采用特殊的電磁屏蔽填料，該填料可以在保證塑料基體良好加工性能的基礎上獲得良好的電磁屏蔽性能，同時具有較低的密度，相比于傳統(tǒng)的導電金屬填料，電磁屏蔽性能提高20%，密度降低一半，且具有良好的柔性，不影響電纜的彎曲纏繞等要求。在同時要求電磁屏蔽和柔性輕質(zhì)的領域中，具有較好應用前景。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發(fā)明進行進一步描述，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于此
實施例I 4:表面包裹有Zn2-W型鐵氧體的導電碳復合微球的制備采用水熱法和低溫熱處理來獲得表面包裹有Zn2-W型鐵氧體的導電碳復合微球。以葡萄糖作為碳微球的前驅體原料，在水熱反應釜進行一段時間后，加入硝酸鐵、氧化鋅、碳酸鍶，繼續(xù)進行水熱反應，生成表面含有Fe、Zn、Sr的碳微球，再將該微球在500-800°C下進行熱處理，使其表面鐵氧體化和內(nèi)部石墨化，得到表面包裹有Zn2-W型鐵氧體的導電碳復合微球。將獲得的導電碳復合微球稱取300g、400g、450g、500g、550g、600g，分別加入3g、4g、4. 5g、5g、5. 5g、6g硅烷偶聯(lián)劑(型號KH550，浙江省化工研究院)進行表面處理，干燥后與700g、600g、550g、500g、450g和400g聚對苯二甲酸丁二醇酯混合,然后在小型雙螺桿擠出機上混煉擠出，混煉溫度為230°C。所得材料的密度以阿基米德排水法獲得，屏蔽效能的測試根據(jù)GB12190-2006《電磁屏蔽室屏蔽效能的測試方法》和QJ2809-1996《平面材料屏蔽效能的測試方法》進行檢測。測量結果顯示，在lKHz-lGHz范圍內(nèi)，樣品的屏蔽效能在76db以上，最大屏蔽效能達到85db。在lGHz-30GHz范圍內(nèi)，樣品的屏蔽效能在35dB以上。
表I不同填量下所得屏蔽材料的性能
屏蔽填料百分比屏蔽效能屏蔽效能II
密產(chǎn)
__wt%__dB(lK-lGHz) dB(lG-30GHz)__又
實施例 I__30__>55__>25__1.58
實施例 2__40__>60__>30__1.70
實施例 3__45__>66__>34__1.77
實施例 4__50__>69__>38__1.85
實施例 5__55__>76__>45__1.93
實施例 660>72>392.0權利要求
1.一種用于電力電子領域的復合電磁屏蔽材料，所述復合電磁屏蔽材料主要由質(zhì)量比為30 60 70 40的電磁屏蔽填料和熱塑性塑料制成。
2.如權利要求I所述的復合電磁屏蔽材料，其特征在于所述熱塑性塑料為聚對苯二甲酸丁二醇酯。
3.如權利要求I所述的絕緣導熱材料，其特征在于所述電磁屏蔽填料為表面包裹有Zn2-W型鐵氧體的導電碳復合微球顆粒。
4.如權利要求3所述的絕緣導熱材料，其特征在于所述復合微球顆粒尺寸為O.5 10 μ m0
5.如權利要求I 4之一所述的絕緣導熱材料,其特征在于所述電磁屏蔽材料中還包括質(zhì)量為所述電磁屏蔽填料質(zhì)量O. 5 I %的偶聯(lián)劑。
6.如權利要求5所述的絕緣導熱材料，其特征在于所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑。
7.如權利要求I所述的絕緣導熱材料，其特征在于所述絕緣導熱材料由如下方法制備得到在30 60質(zhì)量份的表面包裹有Zn2-W型鐵氧體的導電碳復合微球中加入O. 3 O. 6質(zhì)量份的硅烷偶聯(lián)劑，與70 40質(zhì)量份的聚對苯二甲酸丁二醇酯混合后經(jīng)雙螺桿擠出機混煉擠出，得到所述復合電磁屏蔽材料。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于電力電子領域的復合電磁屏蔽材料，所述復合電磁屏蔽材料主要由質(zhì)量比為30～60∶70～40的電磁屏蔽填料和熱塑性塑料制成。電磁屏蔽填料為表面包裹有Zn2-W型鐵氧體的導電碳復合微球顆粒。填料和熱塑性塑料經(jīng)混合、混煉、擠出造粒而得到，可用作電力電子器件的外殼或屏蔽層，該材料同時具有較強屏蔽和吸收效能。
文檔編號C08L67/02GK102634177SQ201210146180
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月7日 優(yōu)先權日2012年5月7日
發(fā)明者喬梁, 姜力強, 車聲雷, 鄭精武 申請人:杭州千石科技有限公司