碳纤维在电磁屏蔽材料中的应用

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1、万方数据·24·M0d墨燕。。巷，妻。盘盖露pli星协。第-s卷第z期ModemPlasticsProcessingaI】dApplications币川苗印1朋碳纤维在电磁屏蔽材料中的应用靳武刚(中国电子科技集团公司第三十九研究所，西安，710065)摘要：简要阐述电磁屏蔽的原理，介绍了碳纤维的性能，论述了碳纤维增强塑料应用于电磁屏蔽复合材料的主要形式和研究的主要内容。美t词：碳纤维电磁屏蔽塑料性能复台材料述评电磁屏蔽设计是现代电子设备的必备要求，采用电磁屏蔽材料设计和制造电子设备的壳体(罩)是行之有效的技术途径之

2、一。电磁屏蔽材料主要有两种作用，一是保护电子线路免受外部电磁波的干扰，二是防止内部产生的干扰波向外部发射，即起隔离内外电磁波的作用。电磁屏蔽材料的研究是当今比较活跃的领域，各种新型材料向着屏蔽效率高、质量轻的方向发展。塑料大量代替金属材料成为壳体的主要材料，必须增加塑料壳体的电磁屏蔽性能。碳纤维是具有高强度、质量轻的纤维材料，并且具有较高的导电性能，碳纤维增强塑料电磁屏蔽材料是理想的结构与功能一体的壳体材料。1电磁屏蔽的原理良好的屏蔽材料能反射大部分入射电磁波，而吸收其很少的一部分，这部分电磁波在屏蔽材料内部的多次

3、反射过程中被耗散，仅有极少部分进入电子设备内部，由于数量甚微，基本上不造成危害。屏蔽材料对电磁波可分为反射、吸收和透过3种效果。电磁波干扰实质上属于噪音干扰，其计量单位为分贝(dB)。对于良导体如银、铜和铝合金金属材料，反射是屏蔽的主要作用。对于铁和磁钢等高导磁性材料，吸收是屏蔽的主要作用。按照schelkunoff电磁屏蔽理论，屏蔽效果(SE)是电磁波能量的吸收损失(A)、内部反射损失(B)与表面的反射损失(R)的和。当A在10dB以上时B可忽略不计，可简化为sE等于R与A的和。在一定的条件下可按下式计算[1]：

4、sE一50+10lg(邯力+1．7}以／pB(1)式中：卜电磁波频率，Hz；P一厚度，mm；舶——体积电阻率，n-cm。当电磁波的频率一定时，屏蔽效果随着电阻率的降低而增加。换言之，屏蔽效果随着屏蔽材料导电率的增加而增加。因此，屏蔽材料的研究是设法提高材料的导电率。一般的屏蔽要求sE在30～40dB，即屏蔽材料的体积电阻率在ln·cm以下。碳纤维应用研究的主要目的是通过不同的复合工艺使碳纤维在绝缘的塑料基体中形成导电网络，提高塑料的电导率，同时可增加力学性能。2碳纤维的性能特点制造电子设备壳(罩)的各种材料的电阻率

5、见表1。与金属填充物相比较碳纤维具有质量轻的优点。碳纤维是纤维状的碳材料，即其化学组成中碳元素占总质量的90％以上。元素碳根据其原子结合方式的不同，可形成金刚石、石墨、卡宾等结晶态。随先驱物和热处理条件的变化，密度在1．6～2．og／cnl3变化，其力学性能也在一定范围变化。含量在99％以上的纤维又称石墨纤维，但在大多数场合下用“碳纤维”来泛指含石墨纤维的所有碳纤维。碳纤维最突出的特点是强度大和模量高、密度小，和碳素材料一样具有很好的耐高温、耐腐蚀性。碳纤维的强度超过金属钛和最强的钢，强度仅逊色于PBO(芳杂环高聚

6、物纤维)等少数纤维，模量超过所有金属、有机高分子和无机陶瓷纤维。碳纤维有极好的热、电传导性，阻燃性能良好，热膨胀系数极低，收稿日期：2003一0917。作者简介：靳武刚，1970年生，男，工程师。毕业于西北大学．主要从事纤维增强树脂复合材料应用研究．已发表论文20余篇。万方数据靳武刚．碳纤维在电磁屏蔽材料的应用·25·并且还有低辐射线吸收性、非磁性和不磁化、极好的振动阻尼性、抗蠕变和抗疲劳性能以及生物相容性。碳纤维的缺点是脆性、耐磨性及压缩性能较差。典型碳纤维的性能见表2。碳纤维在应用中多作为增强材料而利用其优良的

7、力学性能，因此使用中更多地是按力学性能分类。按照制造条件其纤维结构分为碳纤维(炭化温度800～1600℃)、石墨纤维(炭化温度2000～3Ooo℃)。碳纤维的微晶取向度和结晶度愈高，其导热系数愈大，电阻率愈小。因此高模量纤维的电阻率小。表1各种相关材料的电阻率Ⅲn·m材料名称电阻率材料名称电阻率银(1．59～1．62)×10_6PP1016以上铜(1．59～1．62)×106PE1016以上铜粉‘1’10一4氯乙烯lo“以上铝(2．66～2．75)×10_6尼龙6610“铁(10～20)×106聚苯乙烯10”咀上钢

8、(2．44～13．30)×106浆碳酸酯(2～5)×106环氧树脂10¨～10i6碳纤维(1．5～3，o)×103酚醛树脂107～10“石墨纤维(5～8)×10_4苯胺树脂10“～10”碳黑‘2’o～o．1-1硅树脂lo”以上石墨粉‘3’o．01注：(1)粒径为2～5pm；(z)粒径为O．05～O．10肛1；(3)粒径为2．0～2．5“m。表2典型碳纤维的各