高效能电磁屏蔽复合材料的开发与研究

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随着信息技术的发展,电磁辐射越来越引起人们的广泛关注,电磁波屏蔽也因此成为研究的热点。为了取得更好的屏蔽效果,各国在电磁屏蔽理论与新屏蔽材料的研发上做了大量的研究。在各类电磁屏蔽方法中,填充型电磁波屏蔽材料以其可以一次成型较复杂产品、工艺简单、无需特殊设备、成本低、适用面广等优点成为目前重要的研究领域之一。我国对电磁波屏蔽材料的研究起步较晚,大部分依赖进口,因此,对电磁屏蔽复合材料的研究是很有必要的。   本论文针对电磁波屏蔽材料的特殊要求,以材料学和电磁学理论为指导,以微米碳黑、铁粉等材料为填料,采用混炼技术,通过模压成型制备了碳黑/聚丙烯树脂系、铁粉/聚丙烯树脂系和碳黑/铁粉/聚丙烯树脂系电磁波屏蔽复合材料,系统性地研究了填料的组分、粒度、钛酸酯表面改性等对电磁波屏蔽复合材料导电性能的影响规律,同时研究了在100MHz-1GHz频段对电磁屏蔽效能的影响规律,研究开发出一类新型的电磁屏蔽复合材料。在理论上,探讨了各组分与在这个频段上的电磁波交互作用的微观机理。本文研究的电磁屏蔽复合材料具有低成本、高性能和成型简单等特点,在商用信息安全保密室的建设、商用防电磁波辐射装制的制备、高集成电子设备等方面具有重要的工程应用价值。本实验研究结果表明:1)碳黑/PP复合材料中,在填充量小于20%时,体积电阻率很高,屏蔽效能很低,且变化较慢,曲线也较为平坦;在20%-25%这狭窄的突变区域,碳黑含量较小的变化,体积电阻率显著变化,屏蔽效能大幅增加;大于25%之后,复合材料的体积电阻率、屏蔽效能随着碳黑含量的增加变化不明显。在碳黑填充量小于20%,随碳黑目数的增大,复合材料的导电性能、屏蔽效能随之增加,当填充量达到25%之后,由于粒子的团聚,高目数的复合材料导电性能、屏蔽效能下降。2)铁粉/PP复合材料中,在铁粉填充量小于20%时,体积电阻率变化较慢,屏蔽效能较低;当铁粉含量在20%-30%,随含量的增加,体积电阻率会急剧下降,屏蔽效能大幅增加;大于30%之后,复合材料的体积电阻率、屏蔽效能随着铁粉含量的增加变化不明显。在铁粉填充量小于20%,随铁粉目数的增大,复合材料的导电性能、屏蔽效能随之增加,当铁粉含量高于30%时,屏蔽值约为40dB。当填充量达到25%之后,由于粒子的团聚,高目数的复合材料导电性能、屏蔽效能下降。填充量较小时,500MHz之后屏蔽效能有略微的减小,500MHz-600MHz之后,随频率的增大,屏蔽效能显著地下降。3)钛酸酯改性填料粒子,使粒子能够更好地分散,形成更完善的导电导磁网络,复合材料的导电性能、屏蔽性能有所提高;但过量的钛酸酯包裹在粒子上又使其电性能下降,屏蔽效能下降。4)碳黑/铁粉/PP复合材料中,铁粉/碳黑比值为2:2时,复合材料的导电性最优,而当铁粉/碳黑比值为3:1时,复合材料的屏蔽效能最优。恰当的电性能、磁性能粒子的集成设计,能更好的提高复合材料的综合屏蔽效能。
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