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1、现代塑料加工应用24ModernPlasticsProcessingandApplications第16卷第1期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。关键词:碳纤维电磁屏蔽塑料性能复合材料述评电磁屏蔽设计是现代电子设备的必备要求,采t厚度,mm;用电磁屏蔽
2、材料设计和制造电子设备的壳体(罩)是B体积电阻率,cm。行之有效的技术途径之一。电磁屏蔽材料主要有两当电磁波的频率一定时,屏蔽效果随着电阻率种作用,一是保护电子线路免受外部电磁波的干扰,的降低而增加。换言之,屏蔽效果随着屏蔽材料导二是防止内部产生的干扰波向外部发射,即起隔离电率的增加而增加。因此,屏蔽材料的研究是设法内外电磁波的作用。电磁屏蔽材料的研究是当今比提高材料的导电率。一般的屏蔽要求SE在30~较活跃的领域,各种新型材料向着屏蔽效率高、质量40dB,即屏蔽材料的体积电阻率在1cm以下。碳轻的
3、方向发展。塑料大量代替金属材料成为壳体的纤维应用研究的主要目的是通过不同的复合工艺使主要材料,必须增加塑料壳体的电磁屏蔽性能。碳碳纤维在绝缘的塑料基体中形成导电网络,提高塑纤维是具有高强度、质量轻的纤维材料,并且具有较料的电导率,同时可增加力学性能。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。2碳纤维的性能特点1电磁屏蔽的原理制造电子设备壳(罩)的各种材料的电阻率见表1。与金属填充物相比较碳纤维具有质量轻的优点。良好的屏蔽材料能反射大部分入射电磁波,而碳纤维是纤维状的碳材料,即
4、其化学组成中碳元素吸收其很少的一部分,这部分电磁波在屏蔽材料内占总质量的90%以上。元素碳根据其原子结合方部的多次反射过程中被耗散,仅有极少部分进入电式的不同,可形成金刚石、石墨、卡宾等结晶态。随子设备内部,由于数量甚微,基本上不造成危害。屏先驱物和热处理条件的变化,密度在1.6~3蔽材料对电磁波可分为反射、吸收和透过3种效果。2.0g/cm变化,其力学性能也在一定范围变化。含电磁波干扰实质上属于噪音干扰,其计量单位为分量在99%以上的纤维又称石墨纤维,但在大多数场贝(dB)。对于良导体如银、铜和铝合金金属材料
5、,合下用!碳纤维∀来泛指含石墨纤维的所有碳纤维。反射是屏蔽的主要作用。对于铁和磁钢等高导磁性碳纤维最突出的特点是强度大和模量高、密度小,和材料,吸收是屏蔽的主要作用。碳素材料一样具有很好的耐高温、耐腐蚀性。碳纤按照Schelkunoff电磁屏蔽理论,屏蔽效果(SE)维的强度超过金属钛和最强的钢,强度仅逊色于是电磁波能量的吸收损失(A)、内部反射损失(B)PBO(芳杂环高聚物纤维)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
6、为SE等于R与A的和。在[1]一定的条件下可按下式计算:收稿日期:2003-09-17。SE=50+10lg(作者简介:靳武刚,1970年生,男,工程师。毕业于西北大学,主Bf)+1.7tf/B(1)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。式中:f电磁波频率,Hz;靳武刚.碳纤维在电磁屏蔽材料的应用25好的热、电传导性,阻燃性能良好,热膨胀系数极低,目前电磁屏蔽塑料主要有表面导电型和填充复并且还有低辐射线吸收性、非磁性和不磁化、极好的合型两
7、大类。表面导电型是利用贴金属箔、金属熔振动阻尼性、抗蠕变和抗疲劳性能以及生物相容性。融喷涂和非电解电镀等方法使塑料表面获得很薄的碳纤维的缺点是脆性、耐磨性及压缩性能较差。典导电金属层。表面涂层和表面喷镀已得到广泛应型碳纤维的性能见表2。碳纤维在应用中多作为增用,但这些导电层经过长年累月的应用易发生剥离[3]强材料而利用其优良的力学性能,因此使用中更多和脱层现象。碳纤维增强塑料应用于电磁屏蔽地是按力学性能分类。按照制造条件其纤维结构分材料主要为填充复合型。填充复合型是在非导电性为碳纤维(炭化温度800~1600#
8、)、石墨纤维(炭化材料中加入导电填料,按成型工艺可区分为填充型、温度2000~3000#)。碳纤维的微晶取向度和结复合材料型。填充复合型是将导电填料与树脂基体晶度愈高,其导热系数愈大,电阻率愈小。因此高模复合为一体形成屏蔽材料。导电填料一般是选用导量纤维的电阻率小。电性能优良的大尺寸纤维状或片状材料,如金属纤[1]维或碳纤维。与表面导电型屏蔽材料相比,填充复表1各种相关材料的电阻率
