电磁屏蔽涂料

.4电磁屏蔽涂料 1. 4. 1电磁屏蔽涂料的组成及分类     电磁屏蔽涂料按其组成及导电机理可分为本体型和复合型两大类。本体型电磁屏 蔽涂料是指涂料中成膜高分子化合物本身具有导电性，无需再添加其他导电性组分。 导电高分子化合物具有质量轻、可通过分子设计进行电阻率调节等优点，由于合成及 加工困难，成本高，应用受到限制，在现阶段仅限于实验室研究，尚未有商业化产品 出现。     目前，所说的电磁屏蔽涂料通常是指复合型电磁屏蔽涂料。它由成膜物质(粘结 剂)、填(颜)料、助剂及溶剂组成，其中至少有一种组份是具有导电性能。一般采用 绝缘高聚物为成膜物，.加入导电填料提供自由载流子而使其具有导电性。常用的树脂 有环氧树脂、聚胺脂、酚醛、聚酞亚胺和丙烯酸树脂等。 1.4.2电磁屏蔽涂料用填料     由1.4.1可知，电磁屏蔽涂料其组分中起屏蔽作用的为导电填料粒子，导电填料又称为导电剂，是电磁屏蔽涂料的重要组成部分。导电填料的种类可以作为屏蔽涂料的一个分类依据。常见的一些导电填料及性能见表1.3 a                           从表1.3中可以看出:金属系填料相比其他填料具有电阻率低、导电性能好、屏 蔽效能((SE)较高、外观具有金属光泽等优点，但是在实际工业应用也存在一些的问题， 下面分别进行。     1.金、银填料     银是最早使用的导电填料。银的优点是电阻率低，导电性好，氧化速度慢，而且 银的氧化物也具有导电性。使用金、银作为导电填料主要有两个问题:其一是价格昂 贵，其二是由于贵金属密度大在途层内产生迁移带来的弊端。银的迁移现象是当银作 为电极使用时，从阴极来的银在阳极成树枝生长，导致短路现象[42]。    2。铜填料     铜是容易被氧化的金属，其氧化物是绝缘体。若不做特殊处理，铜是不能用作达 导电填料的。这是因为涂层的电导率会随时间延长，氧化程度增加，电阻增大。目前 的防氧化技术主要有如下几种:     （1）表面镀金属;     （2）加入还原剂将铜粉表面的氧化铜还原为铜;     (3)有机磷化物处理:用有机磷化物先将铜粉进行预处理，再与基料混合制成 涂料;        (4)聚合物稀溶液处理。     但是无论采用哪种处理方式，都将增加电磁屏蔽涂料的处理成本，填料电磁屏蔽 稳定性降低。     3.镍填料     镍粉价格适中，性能与银基本接近，稳定性介于银粉和铜粉之间。在实际使用过 程中，也存在由于镍粉在涂层中迁移所导致的导电性下降问题。目前，由于镍基涂料 价格适中，屏蔽效果好，抗氧化能力比铜强，因而成为当前欧美等国电磁屏蔽用涂料 的主流。其主要缺点有: （1）镍基屏蔽涂料在低、中频段效果好，在高频区电磁屏蔽效果不理想【43】 （2）镍基屏蔽涂料的导电性(从某种程度来说也就是其屏蔽效能)受导电镍粉 的大小、形状、含量以及成膜树脂的种类以及固化条件等影响较大; （3）镍粉在空气环境中与铜粉一样，也存在着氧化腐蚀，从而降低乃至最后丧 失其导电性能; （4）在涂料储存过程中金属填料的沉降问题。 1.4.3金属导电填料对涂料导电性能的影响     影响电磁屏蔽涂料导电性的因素很多，主要有三大方面的因素:组分材料的影响、 复合状态的影响、使用环境条件的影响。其中起决定作用的是组分材料的影响，而组 分材料中导电填料的性质从某种程度来说决定了涂料的导电性能。     金属系填料从形态上又可以分为金属粉末、金属纤维和金属合金。常见金属的导 电性能见表1.4[']0       (1)金属粉末     金属粉末粒径的密度、大小以及形状对导电复合材料的电阻率影响较大。在相同 的条件下，金属粉末粒径越小，越易形成导电通道，达到相同电阻率所需金属粉的体 积含量越小。但金属粉末含量一般在50%以上时，才会使材料电阻率达到导电复合涂料的要求，这必然会对复合材料的力学强度产生影响。另外，由于金属的密度远大于 聚合物基体的密度，因此在复合涂料的成型过程中容易出现分层或不均匀现象，影响 材料质量稳定性。     (2)金属纤维     金属纤维与金属粉相比，金属纤维的应用更为广泛。它具有质量轻、易加工等特 点。金属作为导电复合材料的导电体也存在一些问题，金属填料的密度较高，按球形 粒子考虑，理论上的渗滤阐值为Qc=0.38，加入如此多的量，复合材料的密度将显著 提高。有些问题是聚合物及填充剂本身带来的，例如铜会催化一些聚合物降解，铁、 铜、铝的颗粒表面容易迅速氧化，所形成的氧化层是非导电体，因而在很大程度上破 坏了复合材料的导电性能，而且颗粒越小，这种影响就越严重，因为细小颗粒的氧化 层远大于大尺寸的颗粒。据Prosvirin和Savitskii报道[as]:氧化铝的电阻率高达 1护O-cm. Schee:也报道铝颗粒表面的氧化层会使金属颗粒的芯部绝缘，一旦颗粒表 面被氧化，即使加入大量的金属填料，复合材料仍然是不导电的。为减少填充金属的 量并增加导电复合体系的强度，常使用金属纤维、镀金属纤维、薄片状金属和带状金 属作填料;为增强填料与基体的相容性，常将纤维状金属与粉末状金属并用。金属镍 的氧化速率慢，通常将镀镍粒子和镀镍纤维作为导电体使用。 1.4:4低频磁场屏蔽涂料的电磁屏蔽特点     一般来说，电磁屏蔽涂料按电磁场的不同分为电场屏蔽涂料、平面波电磁场屏蔽 涂料、磁场屏蔽涂料三类，其中磁场屏蔽涂料又可以分为【伺:低频磁场屏蔽涂料、 频磁场屏蔽涂料以及交变电磁场屏蔽涂料。     对于电场屏蔽，主要选择电导率高的导电体作为导电填料，电导率越高电磁屏蔽 效果越好，因此主要选择高电导率材料，如铜、铝、金等良导体;当屏蔽体至源的距 离:，不论源的性质(电场或磁场)如何，均属平面波，对于平面波的屏蔽也是要 求材料的电导率高、磁导率低，因此电场屏蔽材料如铜、铝、金等完全适用于平面波 的屏蔽;对于磁场屏蔽主要采用高磁导率的材料，由于高磁导率材料中的磁阻很小， 用高磁导率材料作屏蔽，可使磁场压缩在屏蔽体内，因为其磁导率μ很大，虽然电导 率σ很小，但μσ的乘积却提高，这样吸收损耗也很大。其中低频磁场的电磁屏蔽是 利用高磁导率的材料(如铁、镍铁合金、坡莫合金)构成磁力线的低磁阻通路，磁导率 越高，则磁阻越低，使大部分磁场“包封”在屏蔽体内，起到了磁隔离的作用。     由上面分析可知，屏蔽高频电磁波，需要用高电导率的金属材料，如:铜、银等， 低频磁屏蔽则需要高磁导率的软磁材料，然而低频磁屏蔽有其复杂的一面。磁屏蔽需 要高磁导率材料，但磁导率并不是固定不变的，它会随外加磁场、频率等而变化。随 着频率增大，磁导率会急剧下降，如图1.1。磁导率还与外加磁场强度有关，当外加 磁场强度较低时，磁导率随着外加磁场的增加而升高，当外加磁场强度超过一定值时， 磁导率急剧下降，这是称材料发生了饱和。材料一旦发生饱和，就失去了磁屏蔽的作 用。材料的磁导率越高，越容易饱和。     由图1.1，坡莫合金在低频磁场区，尤其是在<<1KHz频率时有比其它软磁材料高 得多的磁导率(μ)，在所构成的磁通路中磁阻最低，使大部分磁场“包封”在屏蔽体 内，起到了磁屏蔽的效果。在低频磁场区，能取得比镍基及其它软磁体屏蔽涂料的屏 蔽作用。     但是随着外磁场频率和磁场强度的增加，其磁导率下降很快，屏蔽效果降低，不 适合高频交变磁场的电磁屏蔽。