專利名稱：一種電磁屏蔽高分子復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電磁屏蔽材料，特別提供了一種由泡沫金屬及高分子材料復(fù)合而成的新型電磁屏蔽材料。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在生產(chǎn)及生活中使用的電器及電子設(shè)備的數(shù)量越來(lái)越多，這些設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，往往要產(chǎn)生一些有用或無(wú)用的電磁波。一方面，這些電磁波會(huì)影響其他設(shè)備或系統(tǒng)的正常使用；另一方面，這些電磁波的泄漏，會(huì)造成信息泄漏。電磁信息的泄密關(guān)系到國(guó)家、經(jīng)濟(jì)和軍事等的安全。此外，電磁波也會(huì)對(duì)人體和生物體的健康造成危害。
電磁干擾(EMI)已成為社會(huì)公害，為防止電磁波輻射造成的干擾與泄漏，消除和減輕電磁波干擾，除了正確設(shè)計(jì)電路和電子元件的合理布局外，采用電磁屏蔽材料也是行之有效的技術(shù)途徑之一。
電子儀器在工作時(shí)，若儀器需要透氣散熱，就必須有散熱孔，而開(kāi)孔必然會(huì)造成電磁波的泄漏，這時(shí)就需要透氣性屏蔽材料。目前，對(duì)通風(fēng)窗進(jìn)行電磁屏蔽一般采用金屬網(wǎng)和蜂窩狀截止波導(dǎo)窗。金屬網(wǎng)的孔隙率大，對(duì)電磁波的屏蔽效果較低，對(duì)一些精密儀器設(shè)備來(lái)說(shuō)，就不能滿足要求，而蜂窩狀截止波導(dǎo)窗的電磁屏蔽效果雖然很好，但其體積和重量大，不便安裝和攜帶。
有論文證明泡沫鎳、泡沫銅和泡沫鎳銅具有良好的電磁屏蔽性能，但是，泡沫銅、泡沫鎳、泡沫鐵的抗氧化能力差，自身電磁屏蔽性能有頻率選擇性；強(qiáng)度特別低，使用中容易破損。
由于工程塑料制品具有質(zhì)量輕、價(jià)格低和易加工等優(yōu)點(diǎn)，因此，塑料制品在電子工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，但塑料對(duì)電磁波無(wú)屏蔽作用，為解決工程塑料抗電磁波干擾的問(wèn)題，目前所使用的方法主要有電磁屏蔽塑料和涂料。該類電磁屏蔽材料是一種功能高分子復(fù)合材料，其主要由成膜樹(shù)脂、導(dǎo)電填料、稀釋劑和助劑等組成。其中導(dǎo)電填料是電磁屏蔽材料的主要成份，一般導(dǎo)電填料占電磁屏蔽材料65wt％左右，它所起作用大小是衡量電磁屏蔽材料性能的關(guān)鍵，導(dǎo)電填料可分為金屬填料(含金屬氧化物、金屬纖維)、碳系填料(含碳纖維等)和復(fù)合填料等。
目前在實(shí)際生產(chǎn)中獲得應(yīng)用的主要是金屬填料，包括銀、銅、鎳等金屬粉末，以及金屬纖維，這些填料各有不同的特點(diǎn)，但都有共同的缺點(diǎn)——比重大，因此，填料在樹(shù)脂中容易沉降，不容易分散，這些都限制了它的使用。另外的缺點(diǎn)是必須大量添加才能具備較好的電磁屏蔽性能，使得電磁屏蔽塑料或者涂料的成本大幅度增加。本發(fā)明采用了上述泡沫金屬鎳及其粉末作為填料制備樹(shù)脂基和橡膠基電磁屏蔽材料，包括電磁屏蔽塑料、電磁屏蔽橡膠和電磁屏蔽涂料，解決了此問(wèn)題。例如1平方米面積，厚度1mm電磁屏蔽帶，如果采用添加鎳粉，需要添加大約1200-2300克，而電磁屏蔽性能只能在30-50db，同樣面積厚度采用本專利材料其重量為320g，電磁屏蔽性能達(dá)到75db以上，而且沒(méi)有遷移等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電磁屏蔽復(fù)合材料，屏蔽效果非常好并且成本低，因此可廣泛用于航空、航天、保密通信、電子、電氣和電器等高新技術(shù)領(lǐng)域，用來(lái)防止電磁波的泄漏，保證電子設(shè)備的正常工作。
本發(fā)明提供了一種電磁屏蔽高分子復(fù)合材料，可以為片材或者是卷材，其特征在于所述電磁屏蔽高分子復(fù)合材料主要由泡沫金屬與高分子材料復(fù)合而成；所述泡沫金屬具有通孔結(jié)構(gòu)，孔徑為60～6000μm，孔隙率75％以上，密度在0.03～1.20g/cm3之間；所述高分子材料為熱塑性樹(shù)脂、熱固性樹(shù)脂或橡膠。熱塑性樹(shù)脂包括聚乙烯、聚丙烯、ABS等樹(shù)脂。熱固性樹(shù)脂包括環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和樹(shù)脂和酚醛等樹(shù)脂。
本發(fā)明電磁屏蔽高分子復(fù)合材料中，還可以含有填料，填料包括鎳粉、銅粉、鐵粉、鋁粉、鐵氧體粉、氧化鋅粉、銀粉、碳纖維、納米碳纖維一種或者幾種。
本發(fā)明電磁屏蔽高分子復(fù)合材料中，所述泡沫金屬，選擇可以為泡沫鎳、泡沫銅、泡沫鐵、泡沫鋁、泡沫鋅、泡沫鎳銅、泡沫鎳鉻鋁、泡沫鎳鐵、泡沫銅鐵、泡沫鐵鉻鋁鎳。
本發(fā)明電磁屏蔽高分子復(fù)合材料可以為以下三種形式一、在泡沫金屬片材或卷材的表面包覆有一層高分子材料。二、以泡沫金屬片材或卷材作為基體骨架其間填滿高分子材料。三、破碎的泡沫金屬鑲嵌于高分子材料中。
本發(fā)明電磁屏蔽高分子復(fù)合材料中，泡沫金屬片材或卷材可以是由多層泡沫金屬片材或卷材復(fù)合而成的片材或卷材。特別地，可以是由多層的不同種泡沫金屬片材或卷材復(fù)合而成的片材或卷材。
本發(fā)明電磁屏蔽高分子復(fù)合材料中，所述泡沫金屬材料的制備方法可用采用熔融金屬發(fā)泡法、鑄造法、燒結(jié)法、金屬沉積法和濺射法等。
本發(fā)明利用泡沫金屬的開(kāi)孔結(jié)構(gòu)，孔隙率高(均在75％以上)，重量輕(0.03-1.20g/cm3)，具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，制備方法有以下幾種，一、以泡沫金屬為基體，表面涂覆具有防腐、增強(qiáng)基體強(qiáng)度、增強(qiáng)電磁屏蔽效果和其它功能的涂料，形成通孔結(jié)構(gòu)的電磁屏蔽片材或者卷材；二、直接將泡沫金屬作為基體澆注或者模壓高分子材料或者橡膠，制成致密的電磁屏蔽片材或者卷材；三、將泡沫金屬破碎，利用其枝狀結(jié)構(gòu)，作為填料，與高分子或者橡膠復(fù)合制備成電磁屏蔽片材或者卷材。
典型工藝是將泡沫金屬在樹(shù)脂或橡膠基體中間模壓成形，保留泡沫金屬網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成完整的導(dǎo)電和屏蔽網(wǎng)絡(luò)；屬于夾心式結(jié)構(gòu)，夾在基體材料中間形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的泡沫金屬可以是一層或多層，多層泡沫金屬可以是相同材料也可以不是相同材料。在與高分子或者橡膠復(fù)合前可以將粉狀填料制漿(用水或者溶劑)直接涂覆泡沫金屬表面，干燥后使用；或者將泡沫金屬利用偶聯(lián)劑處理。
本發(fā)明推薦泡沫鎳為原料的制備多孔電磁屏蔽材料，其優(yōu)點(diǎn)在于泡沫金屬鎳的孔隙連通，孔隙率高(均在90％以上)重量輕(0.16～0.85g/cm3)，具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。同時(shí)鎳的化學(xué)穩(wěn)定性好，電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率大的材料吸收損耗大，因此其具有良好的吸收電磁波的性能。電磁波在三維網(wǎng)絡(luò)中發(fā)射、折射，由于以自身吸收為主，反射電磁少，對(duì)其它設(shè)備造成的干擾少；電磁屏蔽效能極高，容易安裝和使用方便；以泡沫金屬鎳及其粉末為導(dǎo)電填料制備的電磁屏蔽高分子復(fù)合材料，填料的加入對(duì)基體材料的密度和機(jī)械性能影響不大，并且復(fù)合材料的電磁屏蔽效能高，導(dǎo)電填料在基體中分散均勻。在10MHz～1500MHz電磁波范圍內(nèi)，具有60～120dB以上的電磁屏蔽效能。
總之，本發(fā)明提供了以泡沫金屬為基，與其它高分子或者橡膠類的材料復(fù)合，高分子或者橡膠中可以添加導(dǎo)電、導(dǎo)磁粉體或者纖維，解決了國(guó)際上電磁屏蔽材料多孔透氣、防腐、氧化龜裂、沉降脫落、頻率選擇和增強(qiáng)的難題。


圖1泡沫金屬鎳的表面形貌掃描電鏡照片；具體實(shí)施方式
實(shí)施例1采用泡沫金屬鎳，泡沫鎳的面密度為320g/m2，厚度1.6mm，孔徑為110ppi；該泡沫金屬外觀具有金屬光澤，孔隙連通，孔隙率高達(dá)95％以上，具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。圖1是泡末金屬鎳的表面形貌掃描電鏡照片。
采用單組分丙烯酸樹(shù)脂+6％鐵氧體，經(jīng)過(guò)充分稀釋，將泡沫鎳浸入，外部施加超聲振蕩，1分鐘后取出，用高壓風(fēng)吹去孔中多余的涂料，只是在鎳骨架上留有一層涂料，自然干燥；之后按照中國(guó)航天工業(yè)總公司航天工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《QJ2809-96平面材料屏蔽效能的測(cè)試方法》對(duì)該多孔電磁屏蔽片材采用點(diǎn)頻法進(jìn)行電磁屏蔽效能測(cè)試，頻率范圍為100kKHz-1GHz，測(cè)得該材料平均具有90dB以上的電磁屏蔽效能。同時(shí)該材料的抗壓、抗折、抗沖擊等的性能有大幅度的提高。該片材特別適合應(yīng)用于電子設(shè)備工作時(shí)，需透氣散熱的設(shè)備窗口的情況。
實(shí)施例2模壓法制備泡沫銅/ABS樹(shù)脂電磁屏蔽塑料所需的主要原料泡沫銅用作填料，規(guī)格為200×200×1.8，面密度為350g/m2，孔徑為90PPI，選用熱塑性樹(shù)脂ABS為基體材料。制備工藝流程先把ABS樹(shù)脂和顏料混合均勻，鋪滿在平板模具底層，再把經(jīng)過(guò)樹(shù)脂處理并有一定強(qiáng)度的泡沫銅鋪上，然后加入樹(shù)脂把模具填滿，在溫度為300℃時(shí)，熱壓成型，所得產(chǎn)品規(guī)格為200×200×2.5。
對(duì)所得電磁屏蔽塑料進(jìn)行機(jī)械性能和電磁屏蔽性能。
該電磁屏蔽塑料，由于泡沫金屬鎳的金屬網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有破壞，因此，泡沫銅夾在ABS樹(shù)脂基體材料中間形成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。按照實(shí)施例1測(cè)試方法進(jìn)行電磁屏蔽效能測(cè)試，頻率范圍為100KHz-1GHz測(cè)得該材料平均具有60dB以上的屏蔽效能。
實(shí)施例3注射法制備泡沫金屬鎳粉/PE樹(shù)脂電磁屏蔽塑料所需的主要原料泡沫鎳，用粉碎機(jī)把它粉碎成50～500μm粉末，選用熱塑性樹(shù)脂聚乙烯(PE)。
制備工藝流程把60wt％PE樹(shù)脂、30wt％經(jīng)過(guò)偶聯(lián)劑處理的泡沫金屬鎳粉末和5wt％顏料和5％Fe3O4(鐵氧體)粉混合均勻，通過(guò)注射機(jī)，在溫度為200℃時(shí)，注射成型。
由于泡沫金屬鎳粉末具有95％以上的孔隙率和三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此，粉碎的泡沫金屬鎳粉末具有樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)，均勻分散在聚乙烯樹(shù)脂(PE)基體中形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，又由于泡沫金屬鎳粉末密度低重量輕對(duì)聚乙烯樹(shù)脂(PE)的密度和機(jī)械性能影響并不大。
按照實(shí)施例1測(cè)試方法進(jìn)行電磁屏蔽效能測(cè)試，頻率范圍為100kKHz-1GHz測(cè)得該材料平均具有60dB以上的屏蔽效能。圖3是電磁波對(duì)泡沫金屬鎳粉/PP樹(shù)脂的電磁屏蔽塑料電磁屏蔽效能的影響。
實(shí)施例4泡沫鎳/橡膠電磁屏蔽卷材所需的主要原料選用泡沫鎳，厚度1.5mm，孔徑為80PPI，氯化橡膠。制備工藝流程把混有炭黑氯化橡膠充入泡沫鎳，通過(guò)平板硫化機(jī)，在溫度為220℃時(shí)，制得電磁屏蔽復(fù)合卷材。
按照實(shí)施例1測(cè)試方法進(jìn)行電磁屏蔽效能測(cè)試，頻率范圍為100kKHz-1GHz測(cè)得該材料平均具有80dB以上的屏蔽效能。電磁屏蔽復(fù)合卷材，可用作電磁屏蔽窗簾和各種墊圈，防止信息的泄漏，另外，它還可以用于各種要求有靜電的場(chǎng)合，如計(jì)算機(jī)房等的地面，將有效地減少靜電引起的事故和損失。
實(shí)施例5泡沫金屬鎳粉/丙烯酸樹(shù)脂熱塑性電磁屏蔽涂料的制備所需的主要原料選用實(shí)施例1制備的泡沫金屬鎳，用粉碎機(jī)把它粉碎成50～500μm粉末，選用熱塑性樹(shù)脂丙烯酸樹(shù)脂為成膜物，乙酸乙酯和二甲苯為混合溶劑，KH550偶聯(lián)劑為添加劑。
制備工藝流程把泡沫金屬鎳粉末用含3wt％KH550偶聯(lián)劑的酒精溶劑進(jìn)行偶聯(lián)處理，80℃干燥1.5h，把處理干燥后的55wt％粉末、45wt％丙烯酸樹(shù)脂和適量的乙酸乙酯和二甲苯混合溶劑稀釋，置于球磨機(jī)中球磨45min，配制成電磁屏蔽涂料，涂刷于ABS塑料板上，涂層厚度＜110μm，按GJB2604-96《軍用電磁屏蔽涂料通用規(guī)范》測(cè)試，對(duì)30-1500MHz頻率的電磁波，屏蔽效能達(dá)65dB以上。
實(shí)施例6泡沫金屬銅粉/環(huán)氧樹(shù)脂熱固性電磁屏蔽涂料的制備所需的主要原料選用實(shí)施例1制備的泡沫金屬銅，用粉碎機(jī)把它粉碎成50～500μm粉末，選用熱固性樹(shù)脂環(huán)氧樹(shù)脂為成膜物，聚已酰胺為固化劑，丙酮為溶劑，KH550偶聯(lián)劑為添加劑。
制備工藝流程把泡沫金屬銅粉末用含3wt％KH550偶聯(lián)劑的酒精溶劑進(jìn)行偶聯(lián)處理，80℃干燥1.5h，把處理干燥后的55wt％粉末、45wt％環(huán)氧樹(shù)脂和適量溶劑丙酮稀釋，置于球磨機(jī)種球磨45min，配制成A組分。把固化劑聚已酰胺和適量溶劑丙酮稀釋，置于球磨機(jī)種球磨15min，配制成B組分。使用時(shí)，按A與B為2比1(質(zhì)量比)混合均勻制得電磁屏蔽涂料，涂刷于ABS塑料板上，涂層厚度＜110μm，按GJB2604-96《軍用電磁屏蔽涂料通用規(guī)范》測(cè)試，對(duì)30-1500MHz頻率的電磁波，屏蔽效能達(dá)60dB以上。
實(shí)施例7采用金屬泡沫鎳和泡沫鐵，泡沫鎳的面密度為320g/m2，厚度1.2mm，孔徑為110PPI；該泡沫金屬外觀具有金屬光澤，孔隙連通，孔隙率高達(dá)95％以上，具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。泡沫鐵的面密度為420g/m2，厚度1.6mm，孔徑為50PPI；該泡沫金屬外觀具有金屬光澤，孔隙連通，孔隙率高達(dá)95％以上。
采用單組分丙烯酸樹(shù)脂，經(jīng)過(guò)充分稀釋，將泡沫鎳和泡沫鐵浸入，外部施加超聲振蕩，1分鐘后取出，用高壓風(fēng)吹去孔中多余的涂料，只是在骨架上留有一層涂料，將泡沫鎳和泡沫鐵疊在一起，過(guò)輥，輥間距為(1.2+1.6)*0.95，之后放置平整，自然干燥；之后按照中國(guó)航天工業(yè)總公司航天工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《QJ2809-96平面材料屏蔽效能的測(cè)試方法》對(duì)該多孔電磁屏蔽片材采用點(diǎn)頻法進(jìn)行電磁屏蔽效能測(cè)試，頻率范圍為100kKHz-1GHz，測(cè)得該材料平均具有95dB以上的電磁屏蔽效能。該片材特別適合應(yīng)用于需要有一定強(qiáng)度和透氣的工作環(huán)境。
權(quán)利要求
1.一種電磁屏蔽高分子復(fù)合材料，為片材或者是卷材，其特征在于所述電磁屏蔽高分子復(fù)合材料主要由泡沫金屬與高分子材料復(fù)合而成；所述泡沫金屬具有通孔結(jié)構(gòu)，孔徑為60～6000μm，孔隙率75％以上，密度在0.03～1.20g/cm3之間；所述高分子材料為熱塑性樹(shù)脂、熱固性樹(shù)脂或橡膠。
2.按照權(quán)利要求1所述電磁屏蔽高分子復(fù)合材料，其特征在于所述電磁屏蔽高分子復(fù)合材料中還含有填料，填料包括鎳粉、銅粉、鐵粉、鋁粉、鐵氧體粉、氧化鋅粉、銀粉、碳纖維、納米碳纖維一種或者幾種。
3.按照權(quán)利要求2所述電磁屏蔽高分子復(fù)合材料，其特征在于所述泡沫金屬，選擇為泡沫鎳、泡沫銅、泡沫鐵、泡沫鋁、泡沫鋅、泡沫鎳銅、泡沫鎳鉻鋁、泡沫鎳鐵、泡沫銅鐵、泡沫鐵鉻鋁鎳。
4.按照權(quán)利要求1、2或3所述電磁屏蔽高分子復(fù)合材料，其特征在于所述電磁屏蔽高分子復(fù)合材料，是在泡沫金屬片材或卷材的表面包覆有一層高分子材料的夾心材料。
5.按照權(quán)利要求4所述電磁屏蔽高分子復(fù)合材料，其特征在于所述泡沫金屬片材或卷材是由多層泡沫金屬片材或卷材復(fù)合而成的片材或卷材。
6.按照權(quán)利要求5所述電磁屏蔽高分子復(fù)合材料，其特征在于所述泡沫金屬片材或卷材是由多層的不同種泡沫金屬片材或卷材復(fù)合而成的片材或卷材。
7.按照權(quán)利要求1、2或3所述電磁屏蔽高分子復(fù)合材料，其特征在于所述電磁屏蔽高分子復(fù)合材料，是以泡沫金屬片材或卷材作為基體骨架其間填滿高分子材料的實(shí)體材料。
8.按照權(quán)利要求7所述電磁屏蔽高分子復(fù)合材料，其特征在于所述泡沫金屬片材或卷材是由多層泡沫金屬片材或卷材復(fù)合而成的片材或卷材。
9.按照權(quán)利要求8所述電磁屏蔽高分子復(fù)合材料，其特征在于所述泡沫金屬片材或卷材是由多層的不同種泡沫金屬片材或卷材復(fù)合而成的片材或卷材。
10.按照權(quán)利要求1、2或3所述電磁屏蔽高分子復(fù)合材料，其特征在于所述電磁屏蔽高分子復(fù)合材料，是破碎的泡沫金屬鑲嵌于高分子材料中的實(shí)體材料。
全文摘要
一種電磁屏蔽高分子復(fù)合材料，為片材或者是卷材，其特征在于所述電磁屏蔽高分子復(fù)合材料主要由泡沫金屬與高分子材料復(fù)合而成；所述泡沫金屬具有通孔結(jié)構(gòu)，孔徑為60～6000μm，孔隙率75％以上，密度在0.03～1.20g/cm
文檔編號(hào)H05K9/00GK101050284SQ20061004624
公開(kāi)日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2006年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月5日
發(fā)明者李洪錫 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所