电磁屏蔽涂料

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1、.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

2、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卷1.3常用屏蔽涂料用导电填料性质特点项目填料林积电阻率性质特点填料篠黑10 103成本低二密度小、黑色、产品外观差石墨成本低、杂质多、电阻率高、产品外观差成本亂 高强度、抗腐如 用量少金亦耐腐蚀、导电性好、成本昂贵、密度大金属填料-银10-5耐腐蚀、导电性优异、成本高、密度大银1OJ稳定性、成本和导电性一股铜104导电性能好、

3、成本较低、但易氧化腐蚀不锈钢10主要适用不锈钢理，成本较低效果差金属氧10稳定性好、颜色洩、电阻率高化物氧化锡W稳定性妤、颜色浅、电限率髙从表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, 下面分别进行分析。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

4、路现象422。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

5、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。

6、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1.401.4些常瓜金属相对电导率金属填料种类金属填料种类相对电导串Agto&Za03Cu2.0Pd0.26AuQ.7Ni0,22AlSd0,15(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

7、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

8、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

9、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;当屏蔽体至源的距九离:r ，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2兀求材料的电导率高、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，因为其磁导率卩很大，虽然电导 率。很小，但卩。的乘积却提高，这样吸收损耗也很大

10、。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 和戲场频率(KHz)坡其音金14 -雄导辜M垢Id1.1醸屏蔽材料的频事特性由图1.1,坡莫合金在低频磁场区，尤其是在vvlKHz频率时有比其它软磁材料高 得多的磁导率(卩)，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。