电磁屏蔽材料

1、电磁屏蔽材料1 电磁屏蔽理论不同的设备,从大功率的电视、无线电广播站、高频加热工业设备到不同用途的测量、检验和实验仪器以及日常的通讯设备(如手机等) ,都是电磁能的辐射源。电磁能辐射的频段为3 Hz31012Hz。1 电磁屏蔽理论电磁屏蔽的作用是减弱由某些辐射源所产生的某个区(不包含这些源) 内的电磁场效应,有效地控制电磁波从某一区域向另一区域辐射而产生的危害。其作用原理是采用低电阻的导体材料,由于导体材料对电磁能流具有反射和引导作用,在导体材料内部产生与源电磁场相反的电流和磁极化,从而减弱源电磁场的辐射效果。1 电磁屏蔽理论根据Schelkunoff 电磁屏蔽理论,金属材料的电磁屏蔽效果为电

2、磁波的反射损耗、电磁波的吸收损耗与电磁波在屏蔽材料内部多次反射过程中的损耗三者之和。银、铜、铝等是极好的电导体,相对电导率r 大, 电磁屏蔽效果以反射损耗为主;而铁和铁镍合金等属于高磁导率材料,相对磁导率r 大,电磁屏蔽衰减以吸收损耗为主。一般情况下,材料的导电性越好,屏蔽效果越好;随着频率升高,电磁波穿透力增强,屏蔽效果下降。2 电磁屏蔽技术的发展在过去的二十几年里,由电器设备的干扰而产生的问题即所谓的电磁辐射已成为人们普遍关注的一个热点问题。电磁波辐射易使周围的电子电器设备受到干扰,产生误操作、图像障碍或声音障碍,而且还会造成计算机信息泄露等严重的社会问题。同时电视机、计算机、手机等常用电

3、器的电磁辐射也会对人体产生危害,因此,人们研究了适用于不同领域的各种电磁屏蔽技术,如电磁屏蔽纸技术、板材技术、薄膜技术和织物技术等。下面介绍电磁屏蔽纤维的制法。2. 1 电磁屏蔽纤维的制法2.1.1 电镀法将普通纤维先经过退浆处理后用溶剂浸泡，再经化学粗化、敏化、活化处理后用化学电镀法使金属沉积在纤维表面。这种方法制得的纤维导电率高、强度高、耐磨、耐腐蚀性好,但手感较差,抱合困难,金属不易匀化,耐洗牢度不高。2. 1 电磁屏蔽纤维的制法2.1.2 涂层法在普通纤维表面涂上金属或金属化合物,可采用粘合剂使金属粘附在纤维表面,也可将纤维直接软化后与金属粘和。这种方法的缺点是涂层易脱落,且不易分布均

4、匀。2. 1 电磁屏蔽纤维的制法2.1.3 复合纺纱法将镀金属纤维与普通纤维进行复合纺纱可制得具有电磁屏蔽功能的复合纤维。日本钟纺公司在1998 年应用美国SAVQVOIT 公司生产的镀银尼龙丝(含银率30 %) 与其他短纤进行复合纺纱,其爱科斯安其制品可以阻断96 %以上的电磁波。适用于受电磁波辐射较强环境下工作的人和心脏起搏器使用者。2. 1 电磁屏蔽纤维的制法2.1.4 共混纺丝法将具有电磁屏蔽功能的无机粒子或粉末与普通纤维切片共混后进行纺丝,可制备具有良好的导电性和铁电性的纤维,又使纤维不失去原有的强度、延伸性、耐洗性和耐磨性。共混法制得的材料具有成本低、寿命长、可靠性高等优点,但屏蔽

5、性能不高,特别是高频时屏蔽性能会下降。而增加填料的用量将损失材料的机械性能。因而对于电磁屏蔽纤维的共混纺丝法的研究将致力于改善填料性能、优化填料排列方式,以达到屏蔽性能、机械性能、工艺性能的和谐统一。3 电磁屏蔽材料的原料电磁屏蔽用材料一般要求具有一定的导电性，因而通常都要添加具有一定导电能力的物质。其导电填料可以是金属片、金属粉末或金属纤维,非金属(石墨、碳黑) 粉末或纤维及镀金属的碳纤维、玻璃纤维、云母等,基体材料可采用橡胶、塑料、纤维等。3 电磁屏蔽材料的原料3. 1 导电材料金属片和金属粉末是最初使用的电磁屏蔽材料的填料。银具有优良的导电性能,耐氧化,用银粉或镀银填料作电磁屏蔽材料具有

6、突出的屏蔽效果。但银的价格昂贵,只适合作特殊场合的屏蔽原料。铜的导电性能良好,价格适中,但铜的密度较大,不易在聚合物基体中分散,从而影响复合材料的电磁屏蔽效果,而且铜粉容易被氧化变质而降低导电性。金属镍粉不像铜粉那样容易氧化,但镍的电导率较低。为了提高填料的综合性能,常常将金属铜、镍或银混合使用。如在铜粉上敷一层镍或在铜粉上镀银,可达到理想的屏蔽效果。3 电磁屏蔽材料的原料金属纤维由于具有较大的长径比,容易在聚合物基体中形成导电网络,因而得到较为广泛的应用。开发应用的品种有铁纤维、黄铜纤维、不锈钢纤维等。黄铜纤维价格低,屏蔽效果好。铁纤维填充塑料是新开发出来的一个品种,其综合性能优良,成型加工

7、性好。用铁纤维填充尼龙、塑料产品韧性好,尺寸稳定性好。不锈钢纤维具有耐磨、耐腐蚀、抗氧化性能好、弯曲强度高、导电性高等特点,虽然价格较高,但用量少,对塑料制品和设备的影响也小。3 电磁屏蔽材料的原料石墨、碳黑具有成本低、分散性好等特点,但往往在很高的含量下才能具有一定的电磁屏蔽效果,这样会导致产品的力学性能显著下降,而且制品本身为黑色,影响了产品的外观,应用范围受到限制。碳纤维具有高强、高模、化学稳定性好、比重小等优点,但碳纤维的导电能力不能满足电磁屏蔽的要求,需在纤维表面形成一层导电膜,提高其电磁屏蔽效果。3 电磁屏蔽材料的原料3. 2 复合材料金属- 橡胶分散体系形成的导电涂料可用作高频屏

8、蔽用包装材料、密封环等。金属- 纤维体系可用于电磁防护服以及特定场合的装饰材料,纤维原料可采用聚丙烯、聚酯和聚丙烯腈纤维等。而目前研究和应用最多的是基于塑料的电磁屏蔽材料,主要包括表面导电材料和导电复合材料两大类。3 电磁屏蔽材料的原料3. 3 其他新型材料纳米材料将成为新型的电磁屏蔽材料。纳米材料是介于分子和体相材料之间的中介项,纳米材料的特殊结构导致奇异的表面效应和体积效应,使其具有特殊的抗紫外线、抗老化、抗菌消臭以及良好的导电性和静电屏蔽效应。将具有这些特殊功能的纳米材料与纺织原料进行复合可以制备各种功能纤维。目前,国内已研制出抗紫外线纤维和远红外发射纤维。对于纳米材料的电磁屏蔽功能的应用还有待于进一步的研究。4 电磁屏蔽织物的应用前景随着现代科技的发展和人民生活水平的不断提高,高科技的电器产品得到越来越普遍的青睐,手机、电脑、电视机在给人们带来便利和享受的同时,电磁辐射产生的问题也日益严重。为减少和避免电磁辐射对人体造成的伤害,电磁屏蔽织物的需求将越来越大。国内外现已研制出用涂层法、电镀法及复合纺丝法制造的电磁屏蔽织物,共混纺丝法正处于研制阶段,这些技术在电磁屏蔽织物领域将得到越来越广泛的应用。4 电磁屏蔽织物的应用前景与薄膜、板材等电磁屏蔽