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随着社会电气化的飞速发展,电子产品的种类、数量和电子元件精密程度的不断提高,电子元件所造成的电磁辐射、元件本身受外界电磁波干扰及人体电磁辐射危害等问题变得日益严峻。电磁辐射不仅直接影响到电子产品的性能以及信息产业的健康有序发展,对人类及其它生物体也会造成严重伤害,而且还对国家政治、军事以及经济信息的安全带来极大的危害。因此,对电磁屏蔽材料的开发(特别是轻量化产品)具有十分重要的意义。
碳纤维具有导电性能好、质量轻、价格比金属纤维低、易加工、耐氧化性能好等优点,是很有发展前景的电磁波屏蔽材料。本课题以碳纤维为原料来开发高性能碳纤维导电屏蔽纸,以拓宽电磁屏蔽材料的研究领域和应用范围,并为研制高性能电磁屏蔽材料提供依据。
本课题对碳纤维的表面金属化改性工艺及纸页的涂布工艺进行了探讨,系统研究了纸页的力学性能、导电性能、屏蔽性能及其影响因素。
碳纤维的扫描电镜观察结果表明,氧化前碳纤维表面比较光滑,沟槽很少或者基本上没有;经过氧化后其表面因氧化产生刻蚀,明显产生轴向沟槽,而且沟槽较多较深,使得其表面的极性基团增加,比表面积增大,为化学镀镍提供了条件;敏化活化时间在75min左右时,沉积中心足够且分布均匀,因此镀层连续均匀;镀层的沉积量随着时间的增加而增加。
镀镍碳纤维含量在15%左右,纸页导电性有明显区别,之前体积电阻率下降较快,之后平缓变化,但是,表面未镀镍碳纤维屏蔽纸的体积电阻率一直高于镀镍后的纸样。碳纤维镀镍后,纸页抗张强度明显提高,当碳纤维含量达到25%时,效果更加明显。碳纤维镀镍后纸页的屏蔽效能得到较大幅度的提高。
屏蔽涂料中填料的用量存在渗滤阈值,超过用量后对涂层电阻的改善并没有很大贡献,相反会破坏导电网络的连续性。成膜树脂与填料的质量比也存在渗滤阈值的极限,超过此质量比值,导电性不会有明显提高,也影响涂层的其他物理和机械性能。偶联剂的用量和添加方式都会影响涂料的性能,固化工艺要遵从高电导率的机理。
镀镍碳纤维导电屏蔽纸具有较好的屏蔽性能,其屏蔽原理为反射损耗与吸收损耗,屏蔽效能随纸页导电性的提高而升高,并对不同频率的电磁波产生不同的屏蔽效能。经过涂布后的镀镍碳纤维纸,其抗张强度和屏蔽效能均有不同程度的提高,且双面涂布效果明显好于单面涂布。碳纤维导电屏蔽纸具有较好的屏蔽效能,能够代替厚重的金属板和容易氧化、脱落的金属涂层,应用于需要对电磁波进行屏蔽、防护及信息保密的军工、政治、商业、民用等场合,具有非常广阔的前景。