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本论文针对目前电磁屏蔽复合材料的屏蔽效能较低、力学性能差或成本高的特点,以膨胀石墨、不锈钢纤维作为填充型电磁屏蔽基元材料,与ABS树脂采用共混、挤出成型、热压成型等工艺制备电磁屏蔽复合材料。考察了膨胀石墨、不锈钢纤维的含量、处理方法、形状等因素对复合材料导电性能、力学性能和电磁屏蔽效能的影响。以金属网、金属箔作为导电央层,与纯ABS树脂及上述填充型电磁屏蔽复合材料进行组合设计,制备出高屏蔽效能的多相电磁屏蔽夹层复合材料;并将金属网、金属箔和纯树脂三者复合的夹层材料进行扩大尺寸实验,通过自由空间法对它的电磁屏蔽效能进行分析。最后,对复合材料中金属网和金属箔导电夹层的回收做了初步设计。
在填充型电磁屏蔽基元材料的处理中,采用硅烷偶联剂KH550对膨胀石墨和不锈钢纤维具有良好的改性作用。在70 wt%的乙醇水溶液中,超声波对膨胀石墨有很好的粉碎效果。
对于膨胀石墨/ABS电磁屏蔽复合材料,膨胀石墨采用三种处理方法,1号膨胀石墨用硅烷偶联剂KH550改性:2号膨胀石墨在70 wt%的乙醇水溶液中超声波粉碎,再用硅烷偶联剂KH550改性;3号是膨胀石墨原样。三种填料相同含量下,填加2号膨胀石墨的复合材料体积电阻率最小,填加1号膨胀石墨的复合材料体积电阻率次之;三种填料相同含量下,填加2号膨胀石墨的复合材料拉伸强度最大、冲击强度最小,填加1号膨胀石墨的复合材料拉伸强度和冲击强度居于中间,填加1号膨胀石墨原样的复合材料拉伸强度最小、冲击强度最大。以前两种处理方式的膨胀石墨为填料,在频率范围为30 MHz~1.8 GHz内,厚度为2 mm的复合材料电磁屏蔽效能随膨胀石墨含量的增加而逐渐增强,并且这两种填料相同含量下,以填充2号膨胀石墨的复合材料电磁屏蔽效能较高,将其厚度增加为3 mm时,电磁屏蔽效能提高了2~3 dB。
对于膨胀石墨/不锈钢纤维/ABS电磁屏蔽复合材料,采用1.5 wt%硅烷偶联剂改性的膨胀石墨为填料,保持其含量为20 wt%。2 wt%硅烷偶联剂改性直径为12μm的不锈钢纤维。随着不锈钢纤维含量增加,复合材料的体积电阻率迅速下降。将不锈钢纤维改为直径为6.5μm,其含量为10 wt%时,体积电阻率从2.01×104Ω·cm降到2307Ω·cm。随着不锈钢纤维含量增加,拉伸强度先增加后减小,冲击强度基本不变。改为直径为6.5μm的不锈钢纤维时,复合材料的拉伸强度和冲击强度变化不大。添加了不锈钢纤维之后,电磁屏蔽效能明显增强,当不锈钢纤维含量达到16wt%时,在频率范围为30 MHz~1.8 GHz内,2 mm厚的复合材料电磁屏蔽效能可达10.21~33.68 dB;不锈钢纤维改为直径为6.5μm后,其含量为10wt%、复合材料的电磁屏蔽效能可达22.5~46.37 dB。
在复合了单层200目不锈钢网后,单层200目不锈钢网/ABS树脂的电磁屏蔽效能在30 MHz~1.8 GHz频率范围内可达23~70 dB。在复合了单层铝箔后,铝箔厚度为30μm,单层铝箔/ABS树脂的电磁屏蔽效能在30 MHz~1.8 GHz频率范围内可达61~84 dB。在复合了单层200目不锈钢网和单层铝箔时,单层200目不锈钢网/单层铝箔/ABS基层复合材料的屏蔽效能在30 MH~1.8 GHz频率范围内可达81~88 dB,屏蔽效能大于同频率下的单层200目不锈钢网或单层铝箔,但不是两者同频率下屏蔽效能简单的叠加。把以上三种夹层材料中的纯ABS树脂改为填充型电磁屏蔽复合材料作为匹配层后,电磁屏蔽效能均有所提高,但提高幅度不大。
对于大尺寸平板材料,厚度均约为1 mm、面积为1 m2的ABS板、PMMA板和环氧树脂板屏蔽效能几乎为0;将三种树脂版两面贴了单层200目不锈钢网与厚度为30μm的铝箔后,三种夹层材料的电磁屏蔽效能在30 MHz~1.8 GHz的频率范围内基本相同,且与厚度1 mm、面积为1 m2的金属铝板相比基本相当,可以说明三种树脂的屏蔽效能很大。对于夹层型复合材料中导电夹层回收可采用溶剂浸泡法和加热熔融法。