轻质电磁波屏蔽复合涂料的制备及性能研究

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电磁波既会引起人体器官伤害,也会使电子仪器无法正常工作,电磁污染已被列为第四大污染。通常可以采用电磁屏蔽涂料,涂覆于电磁波发生源或需保护的物体表面,来消除或减弱电磁波的影响。但是,所用的涂料中通常含高密度的银、镍、铜等金属粉末,不但使涂料密度增加,也由于金属粉末容易沉降而导致均匀性下降;另一方面,电磁波与材料之间的相互作用效应及其作用机理,也正在成为目前材料科学研究中的重要内容。本文采用平均粒径为50-100μm,堆积密度为0.3g/cm3的空心玻璃微珠粉末为核心,通过粉末化学镀的方法,在空心玻璃微珠表面镀覆导电性优异的银、磁性优良的铁镍合金,制备轻质的导电和磁性粉末。在此基础上,进一步在轻质导电粉表面镀覆铁镍合金,以及在轻质磁性粉末表面镀覆银,制备出新型的兼有导电与磁性的轻质复合粉末。并通过扫描电子显微镜、能谱成分分析、X射线衍射仪、GM-Ⅱ型多功能电阻率检测仪、VSM振动磁强计、甘氏比重瓶密度测定等手段,对轻质导电和磁性粉末的制备方法,影响空心玻璃微珠化学镀银及化学镀铁镍的因素,以及影响复合粉末密度、粉末电阻率、粉末表面形貌及成分、相组成等的因素进行研究。对上述四种银/微珠、银/铁镍/微珠、铁镍/微珠、铁镍/银/微珠复合粉末,分别与丙烯酸树脂混合,制备轻质的屏蔽涂料。用平板玻璃条涂敷法测定涂料的导电性,用Agilent S参量8720ET矢量网络分析仪和Agilent E 8363 PNA网络分析仪测定不同频率下涂料的电磁波反射、屏蔽性能,以及涂料在不同频率下的介电常数和磁导率,对复合粉末种类、体积含量、涂层厚度等与涂料电磁波屏蔽及反射效能进行了探讨。在空心玻璃微珠化学镀银的研究中,确定了以下的最优镀液组成和镀覆工艺参数:17.5g/L硝酸银、100mL/L氨水、7g/L氢氧化钠、11.0ml/L甲醛,温度为室温,银氨溶液的滴加时间为90min。该镀液中银析出率能够达到85%左右。通过装载量的调整,可以制备出不同银含量的轻质复合导电粉末,当银含量为30wt%时粉末具有优良的导电性,导电粉末的密度为0.75g/cm3,粉末电阻率为0.0023Ω·cm。在空心玻璃微珠化学镀铁镍的研究中,确定了以下的最优镀液组成和镀覆工艺参数:17.0g/L NiCl2·6H2O、7.8g/L FeSO4(NH42SO4·6H2O、37.0mL/L氨水(等分成两份)、60.0g/L酒石酸钾钠(C4H4KNaO6·4H2O)、29.0g/L次亚磷酸钠(NaH2PO2·H2O)(等分成两份),反应温度为75℃,取其中一份氨水和次亚磷酸钠混合配制成滴加液滴加,滴加时间为60min,总反应时间为90min。该镀液中铁镍的析出率能够达到90%左右。通过装载量的调整,可以制备出不同铁镍含量的轻质复合磁性粉末,其中铁/镍质量比为1:6,当铁镍含量为32wt%时,磁性粉末密度0.80g/cm3,粉末具有优良的磁性能,剩磁为2.5emu/mL,矫顽力为0.8kOe(63.6kA/m),饱和磁化强度为5.9emu/mL。在兼有导电和磁性复合粉末的制备研究中,通过镀铁镍粉末的化学镀银得到了含银34wt%含铁镍29wt%密度为0.98g/cm3的银/铁镍/微珠复合粉末,通过镀银粉末的化学镀铁镍得到了含铁镍29wt%含银21wt%密度为0.88g/cm3的铁镍/银/微珠复合粉末,前者的电阻率为0.012Ω·cm,矫顽力0.9kOe,饱和磁化强度1.2emu/mL,后者的电阻率0.19Ω·cm,矫顽力同为0.9kOe,饱和磁化强度3.0emu/mL。在屏蔽涂料的制备及性能研究中,发现:复合粉末在体积含量为40vol%时,涂料具有优良的涂覆性、导电性,其中银/微珠复合粉末涂料和银/铁镍/微珠复合粉末涂料的电阻率分别为和0.42Ω·cm和0.9Ω·cm。用导电性的银/微珠和银/铁镍/微珠复合粉末—丙烯酸树脂涂料的电磁波屏蔽性能优异,在涂层厚度为1mm时即能达到-35dB的屏蔽效能,其屏蔽效能和涂料厚度有关,2mm时达到-43dB。另一方面,铁镍/微珠和铁镍/银/微珠复合粉末粉末涂料的屏蔽性能不如镀银粉末涂料,但是其具有一定的电磁波吸收效能,其中铁镍/银/微珠复合粉末-丙烯酸树脂涂料的屏蔽效能强于铁镍/微珠复合粉末-丙烯酸树脂涂料,1mm铁镍/银/微珠复合粉末涂料的屏蔽效能为-16.5dB,1mm铁镍/微珠复合粉末涂料的屏蔽效能为-13dB,另外可以根据反射强度反映出涂料的电磁波吸收能力,1mm铁镍/银/微珠复合粉末涂料和铁镍/微珠复合粉末涂料的反射强度分别为-1.0dB和-2.8dB,同样厚度的银/铁镍/微珠复合粉末涂料和银/微珠复合粉末涂料的反射强度分别达到-0.5dB和-0.3dB。含银34wt%、铁镍29wt%的银/铁镍/微珠复合粉末,制备的粉末体积含量为40%的丙烯酸树脂涂料,其密度为0.93g/cm3,远低于加入相同体积含量银粉的丙烯酸树脂涂料4.50g/cm3的密度,并且其屏蔽性能与纯银粉制备的涂料相当,都在-35dB左右。
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