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何芳,等:ABS/镀镍碳纤维复合材料电磁屏蔽特性研究21

ABS/镀镍碳纤维复合材料电磁屏蔽特性研究

何芳万怡灶黄远李皓王玉林
(天津大学复合材料研究所,天津300072)

摘要采用热压工艺制备了镀镍碳纤维(CF)增强(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS)复合材料,研究了CF
长度及含量对其电磁屏蔽特性的影响。结果表明,制得的镀镍CF镀层均匀、连续,且沿CF径向分布有大量沟槽;CF
长度以2～4mm为宜,随着CF含量的增加,复合材料的电磁屏蔽效能提高,当CF质量分数为20%时,ABS/镀镍CF
复合材料在0.03～1.2GHz频率范围内的电磁屏蔽效能均在83dB以上。
关键词镀镍碳纤维ABS复合材料电磁屏蔽

随着现代电子工业的高速发展,各种军用、商用型,探讨了制备工艺、CF长度及含量对复合材料电
和家用电子产品的数量急剧增加,而电子线路和元磁屏蔽效能的影响。
件的微型化、集成化、轻量化和数字化,均导致了日1实验部分
常使用的电子产品易受外界电磁波干扰而出现误1.1主要原材料
动、图像障碍及声音障碍等,同时这些电子产品本身高强型聚丙烯腈(PAN)基CF:拉伸强度2800
也向外发射电磁波,从而造成电磁波公害。为了防MPa,弯曲弹性模量200GPa,密度1.75g/cm3,直径
止这种危害,人们多采用电磁屏蔽材料作防护。由6～8μm,吉林碳素厂;
于电磁屏蔽材料在社会生活、经济建设和国防建设硫酸镍、氯化钠、硼酸、无水硫酸钠、硫酸镁:均
中发挥着越来越重要的作用,因此电磁屏蔽材料的为分析纯,天津化学试剂四公司;
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研发也愈发成为人们关注的重要课题。ABS:秦皇岛天人科技发展有限公司。
与其它纤维相比,碳纤维(CF)强度大、模量高、1.2设备仪器
密度小,和碳素材料一样具有很好的耐高温、耐腐蚀环境扫描电子显微镜(SEM):XL30型,荷兰
性,同时具有极好的热、电传导性,阻燃性能良好,热Philips公司;
膨胀系数极低,并且还有低辐射线吸收性、非磁性和光学显微镜:BX51M型,日本Olympus公司;
不磁化、极好的振动阻尼性、抗蠕变和抗疲劳性能及远场屏蔽效能测试装置:DN1015型,东南大学
生物相容性[3]。同时由CF制备的电磁屏蔽复合材电磁兼容教研室。
料由于成型加工和屏蔽一次性完成,力学性能好,便1.3试样制备
于大批量生产,因此它是电磁屏蔽材料的一个重要(1)CF电镀工艺
发展方向。先将CF用丙酮溶剂浸泡24h以上,以除去表
一般认为,复合材料的屏蔽效能小于30dB为面的环氧涂层;随后在450℃烘箱中空气氧化处理1
差;30～60dB为中等,可用于一般工业或商业用电h,以使CF表面粗糙。将硫酸镍、氯化钠、硼酸、无
子设备;60～90dB为良好,可用于航空航天及军用水硫酸钠、硫酸镁等化学试剂按照一定比例配制成
仪器设备;90dB以上为优,用于要求苛刻的高精电镀溶液,在20～40℃下对CF进行电镀,时间控制
[4]
度、高敏感度产品。但是目前电磁屏蔽效能较高在30min左右。将电镀好的镀镍CF用大量清水反
的CF屏蔽复合材料主要依赖进口,且价格昂贵,很复冲洗,干燥,备用。
难满足电子产品低成本的要求。而国内类似材料的(2)复合材料试样制备
电磁屏蔽效能一般在50～60dB以下,难以应用于分别采用单螺杆挤出和溶液混料两种工艺制备
电磁屏蔽要求较高的场合,因此迫切需要开发出工ABS/镀镍CF复合材料。单螺杆挤出法是将ABS
艺简单、价格适中、电磁屏蔽效能可调的CF复合材粒料从主料口加入,镀镍CF从侧加料口加入,挤出
料。为此,笔者分别采用单螺杆挤出和溶液混料两温度210～230℃,然后将挤出的原料热压成型。溶
种工艺制备了(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物
(ABS)/镀镍CF复合材料,并将复合材料热压成收稿日期:2007203205
22工程塑料应用2007年,第35卷,第5期

液混料法是利用热塑性树脂粉碎机将ABS粒料粉切力的作用下发生断裂,因而CF非常碎小,难以形
碎,并采用250μm(60目)筛过筛。将镀镍CF分成有效的搭接;而由溶液混料制备的复合材料内部
别截成2～4mm或4～6mm的小段。选用合适粘CF长度为2～4mm,纤维相对完整,同时CF之间形
度及沸点的有机溶剂作为分散剂,将镀镍CF、ABS成了有效的搭接,这不但有利于保证复合材料的力
粉料和分散剂混合并充分搅拌,随后抽滤、干燥,最学性能,同时更有利于形成导电网络。
后在230℃热压成型。本研究中笔者配制的分散剂图3为两种工艺制备的复合材料(CF质量分数
粘度可调,可满足不同镀层厚度的镀镍CF的均匀均为15%)的电磁屏蔽效能曲线。由图3可以看
分散要求,且可重复使用。最后将两种热压成型的出,在0.03～1.2GHz频率范围内,单螺杆挤出工艺