专利名称：具有隔离及吸收中低频电磁波塑料制品之方法
技术领域：
本发明是有关一种制备具有隔离及吸收中低频电磁波塑料制品之方法，特别是指一种在例如PC聚碳酸酯(Polycarbonate)、ABS丙烯睛-丁二烯-苯乙烯(Acronitrile-Butadine-Styrene)及/或 相类似之塑料原料中，添加入铁氧磁体(Ferrite)等软磁材料，及由 草酸钛及一草酸钡等二种水溶液混合产生一草酸基-钛酸钡，再将该 草酸基-钛酸钡加热处理后产生之钛酸钡粉末等材料，以适当的比例 添加成一混合物之后，再将该混合物置入射出成型机给予射出成型， 即成为具有阻隔电磁波及吸收中低频电磁波物质作用之各种电气设 备的外壳或构件等塑料制品，得以有效吸收及阻隔该电气设备及电子 通讯器材在使用状态下所发出的电磁波，进而保护近距离操作的使用 者或设备，可不受电磁干扰的危害。(二) 背景技术现有的电气化制品中，无论在何种的操作状态下，均会由于电压 及电流作用，导致该电气化制品之内部及外围环境中均会形成一电场 及一磁场，此种由电场及磁场所形聚辐射出的能量，便是所谓的"电 磁波"。由于在此类电磁波中，并未夹带任何高量的辐射能(例如吹风机 之电磁辐射检测为70毫米高斯(mG)、微波泸为200毫米高斯(mG)、 电胡刀为100毫米高斯(mG)及电话为200毫米高斯(mG)等)，而是一 种「非游离辐射」的能量，仅能对导体中之电子造成移动的现象，实 际上对于周遭环境中的物质并不会发生物理性游离的情况，更不会残 存于人体中造成立即性的伤害，所以人们对于该电磁干扰的存在，不 至于会像辐射屋或核废料所产生的游离辐射，令人心生恐惧，也正因 为该电磁波具有上述的危险性，导致人们往往忽略它的存在。此外，人类的脑部及神经系统，是依靠电化学原理来产生及传递 信息，使身体内部具有自律调节及意识传送功能，当人们的脑部或神 经系统受到该电磁波近距离的干扰影响以后，该电磁波极易会被误认
为是人体中自身所产生的内部信号，促使人体的生理及心理做出不当 的反应，而此种因电磁波干扰所造成人体异常的反应，极易使人们的生理及心理健康提早亮起了红灯。因此，近年来人们广范地研究电磁波对人体健康的影响，且其研 究报告及相关文献亦陆续出炉，并且一致认为长时间及短距离持续地 曝露在电磁波干扰下，将会产生各种有害人体身心健康发展之现象， 例如长时间的使用行动电话，并且一天平均超过30分钟的话，极 易导致人脑中心部的松果体产生聚集现象，而使脑部中钙质溢出，并 同时抑制体内荷尔蒙的成长，造成人体免疫系统机能丧失，使提高发 生癌症及脑部肿瘤的发生率。而且，近来更有许多欧美国家已经严格 禁止在加油站中使用行动电话，主要为防止行动电话所发出的电磁波 干扰，会产生不可收拾的危险及灾害。此外，实际上电磁波的危害并非仅针对人类而已，亦会使导体中 的电子发生移动现象，而此种造成电子自行移动的情形，更会使一些 电子器材，例如飞机及船舶之导航设备、汽车控制系统、人体用心 律调整器、医疗仪器等，均产生一些紊乱失灵而误判的情况，使人们 遭受到更大的危害。所以，随着时代的进步，人们的生活空间受到各种电气设备所发 出电磁辐射的污染与日俱增，故为了排除电磁波干扰的影响，创造出电磁兼容EMC(Electronic and Magnetic Compatibility)的环境，使 人们的健康不受危害，令各种电气制品皆可依当初所设计的功能，正 常运转而不受阻碍干扰。于是，许多先进国家已分别严格建立电磁兼 容EMC的相关管制规范，让电气制品发出的电磁干扰EMI (Electronic and Magnetic Interference)降至最低，并且同时提高各种电气化制 品的电磁耐受性EMS (Electronic and Magnetic Susceptibility), 使其在操作使用过程中，不受周遭其它电气制品电磁场环境的影响。故近年来，许多厂商为了使自已的制品能符合电磁兼容EMC的检 测标准，纷纷在其产品的电路或结构中，设计有例如金属板的遮隔， 及利用铜丝等金属网的反射等方式，以达成阻隔电磁波干扰之目的。目前的方法，均是采用消极抑制性的阻隔遮蔽，实际上对于电磁 波所产生的辐射能量，却并未因电磁波的辐射能量受到任何阻隔而有 所降低，而仅是将该电气设备所发出的电磁波阻绝于其结构体内部 中，以降低该电磁波外溢至周围环境中的程度而已。
发明内容本发明一种制备具有隔离及吸收中低频电磁波塑料制品之方法 的目的，系分别有1. 运用铁氧磁体(Ferrite)具有吸收电磁波后，能自生一磁场的 软磁特性，而将一适当比例的铁氧磁体(Ferrite)添加至塑料原料中， 再经由适当的混合制成一混合物后，经由塑料成型加工，制作成各种 电气及电子通讯器材之构件等，使该电气及电子器材在使用操作的过 程中所发出的电磁波，得以被该构件中的铁氧磁体(Ferrite)成份所 吸收，进而达到有效降低该电气制品中的电磁干扰(EMI)。2. 在本制法中，该铁氧磁体(Ferrite)系均匀地混合于塑料材料 内，再经塑性加工等程序后，即可达到藉由该铁氧磁体(Ferrite)不 断地吸收来自电气制品内部及外部环境中的电磁波，而自生一微量的 磁场，除可有效地吸收该电气制品本身所发出的电磁波外，亦可革除 来自外界环境中的电磁干扰，进而提升制品的电磁耐受性(EMS)，使 业者无需再为阻隔电磁波而另行设计一遮蔽结构，可将阻隔电磁波的 方法更为简易达成且更具经济成本效率。3. 由于铁氧磁体(FerHte)系属于一种软磁材料，在不受电磁波 干扰的情况下，并不具有任何吸收及隔离电磁波的功能，不会对其周 遭环境的人造成任何危害，而一旦接触到电磁波时，该铁氧磁体 (Ferrite)中未配位电子之原子(或离子)，即会不断地吸收该电磁波 的能量，并且将该能量转换成对人体无害的微量磁场，可确保周遭的 设备及人员能安全地处在一零电磁波污染的环境中工作。4. 利用该铁氧磁体(Ferrite)添加入塑料原料中，不仅不会影响 该塑料材料原有的各项物性，并且可以作为在塑料成型加工过程中所 必需添加的填充材料(如碳酸钙等)，进而有效地节省在塑料成型加工 中所使用的填充材料，促使能更降低制造成本，增益经济效益。5. 本发明之制品系可依据射出成型机所配置的模具，射出各种电 气设备之构件及外壳，而使该电气设备在使用状态时可有效吸收阻隔 电磁波，尤其是使用频率在100MHZ以下的电气设备，可以发挥到95 %以上的电磁波阻隔率，即便是使用频率于500MHZ以下的电气设备， 仍然可以发挥到63%以上的电磁波阻隔率，令近距离使用该电气设备 的操作使用者，不受到电磁波的干扰伤害。
6. 本发明利用该铁氧磁体(Ferrite)中所含有的金属氧化物，使 经塑料成型加工后之制品，具有比较习用的塑料制品更高的抗张强 度、冲击强度、表面硬度、密度及耐热度等机械性质。7. 本发明以适量的钛酸钡粉末与塑料有机化合物两者相混合，并 且实施加热至该塑料有机化合物之熔点时，再将该混合含有钛酸钡粉 末之非固态状塑料有机化合物，经捏合后予以抽丝呈条状连续输出， 再定距剪切成颗粒状，而具有吸收中低频电磁波物质之钛酸钡添加 物，进而可以直接加入至另一塑料有机化合物原料中，并经塑料成型 加工后，即可获得含有钛酸钡均匀分布之具有吸收中低频电磁波之塑 料制品，使该钛酸钡能平均地吸收来自电气制品内部所发出的中低频 电磁波，同时亦能阻绝来自外界环境中的电磁波干扰，进而有效地提 升制品的电磁耐受性(EMS)。8. 本发明所使用的钛酸钡材料具有极佳的极性(Spontaneous electric polarization),仅需以少量的钛酸钡添加物加入塑料有机 化合物，即能达到吸收99%以上中、低频电磁波的功效，更具有减轻 塑料制品的整体总重量，以及降低塑料制品的制造成本，使更具有商 业竞争力。9. 根据欧盟对环保的要求，所有销往欧洲市场的塑料制品必须能 完全被回收，且该塑料制品不得含有金属成份，本发明所采用钛酸钡 材料本身系为惰性物质，而非为金属态物质，将钛酸钡添加物加入塑 料有机化合物所制成的塑料成品，便不含有害人体健康或环境的金属 物质，而能完全符合欧洲共同体于1995年所制订，在塑料制品内不 可含有金属物质的规定。10. 现有塑料射出成型加工过程中，均需添加适量的碳酸钙作为 填充材料，将钛酸钡添加物加入塑料有机化合物所制成的塑料成品， 便能直接替代为该塑料成型加工过程中所必需添加的填充材料，进而 有效地减少或免用该填充材料，使制造成本可更为降低，相对有效地 更加提升了商场的竞争力。本发明一种制备具有隔离及吸收中低频电磁波塑料制品之方法， 其步骤包括(a).将一草酸钛及一草酸钡等二种水溶液混合，使反应产生一草 酸基-钛酸钡，再将该草酸基-钛酸钡加热处理，该加热温度系在 800G左右，以反应制成一粒径在0.5-30 IX m的钛酸钡粉末；
(b) .将铁氧磁体(Ferrite)研磨成直径小于74 n m的粉状细微颗粒 铁氧磁体；(c) .将上述钛酸钡粉末及粉状细微颗粒之铁氧磁体，以适当的比 例添加入塑料原料中，经适当的混合搅拌，并且加热至该塑料原料之 熔点；(d) .使该粉状细微颗粒铁氧磁体(Ferrite)与该塑料原料形成一混 合重量比在2% 24%之间的有机混合物，再将上述的混合物置入射出 成型机给予射出成型，即可成为具有阻隔电磁波及吸收中低频电磁波 的各种电气设备之外壳或构件等塑料制品。其中，该步骤(c)中粉状细微颗粒铁氧磁体(Ferrite)和塑料原料两 者之混合重量比例系为2%至24%之间的混合物。其中，该步骤(c)中的塑料原料是一种塑料有机化合物，尤其可以是聚 四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene)、聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol)、聚 乙烯(Polyethylene)、 聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride)、 聚丙烯 (Polypropylene ; 简称 PP)、 丙烯睛-丁 二烯-苯乙烯 (Acronitrile-Butadine-styrene ; 简称 ABS )、 聚碳酸酯 (Polycarbonate;简称PC)及聚碳酸酯/丙烯睛-丁 二烯-苯乙烯共聚物 (Polycarbonate/Acroni七rile—Bu七adine—styrene;简称PG/ABS)等多 种材料者。其中，在该步骤(a〉中该钛酸锶钡粉末之化学式为Ba(卜x)Ti03， 且0<X<1。其中，在该步骤(c)中该钛酸钡粉末与塑料原料两者混合的重量比 为1: 1。其中，该铁氧磁体系包括尖晶石-铁氧磁体(spinel Ferrite)及石榴 石一铁氧磁体(Garnet Ferrite)两种软磁成份，而该尖晶石—铁氧磁体 (Spinel Ferrite)之化学式系为(1MeO、 1Fe2<D3)，且该MeO为镍(Mi)、钴 (Go)、锰(Mn)及锌(Zn)等过渡金属(tmnsi七ion metal)的氧化物或其混合 物，而该石榴石-铁氧磁体(Game七Ferrite)之化学式系为(3Me2Os、 5Fe203)， 且该Me203为(Y〉、 (Gd)或稀土金属(rear earth metal)之氧 化物。本发明一种制备具有隔离及吸收中低频电磁波塑料制品之方法， 其优点在于所制得铁氧磁体及钛酸钡等添加物在塑料射出成型的过 程中，确实能达成均匀分布于塑料制品中，而具有吸收及阻隔该塑料 制品内部电磁波的效果，其在业界中系属创新突破之研发成果，极具
有产业利用性与商业的实用性。(四)
图1:系本发明之流程方块图。图2:系本发明中钛酸钡受到电场作用之示意图之一。 图3:系本发明中钛酸钡受到电场作用之示意图之二。 图4:系本发明中未受到电磁干扰时铁氧磁体随机排列示意图。 图5:系本发明中受到电磁干扰时铁氧磁体的排列示意图。图中主要标号如下10-草酸基-钛酸钡 12-草酸钡 30-铁氧磁体 40-塑料原料 51-钛原子具体实施方式
请参阅图1所示，本发明制备具有隔离及吸收中低频电磁波塑料 制品之方法之目的，其制法步骤包括(a) .将一草酸钛ll及一草酸钡12等二种水溶液混合，使反应产 生一草酸基-钛酸钡10，再将该草酸基-钛酸钡10加热处理，该加热 温度系在80(TC左右，以反应制成一粒径在0. 5 30p m的钛酸钡粉末 20，其化学式为Ba(i-x)Ti03，其中0<X<1;(b) .将铁氧磁体(Ferrite)30研磨成直径小于74ix历的粉状细微 颗粒铁氧磁体31;(c) .将上述钛酸钡粉末20及粉状细微颗粒之铁氧磁体31，以适 当的比例添加入塑料原料40中，经适当的混合搅拌，并且加热至该 塑料有机化合物之熔点；(d) .使该粉状细微颗粒铁氧磁体(Ferrite)31与该塑料原料40 形成一混合重量比在2%~24%之间的有机混合物，再将上述的混合物置 入射出成型机给予射出成型，即可完成具有阻隔电磁波及吸收中低频ll-草酸钛 20-钛酸钡粉末 31-粉状细微颗粒铁氧磁体 50-晶格
电磁波物质作用之各种电气设备的外壳或构件等塑料制品。上述研磨成粉状细微颗粒的铁氧磁体(Ferrite)20和塑料原料40 之混合重量比例系为2% 24%之间的混合物。上述塑料原料40是一种塑料有机化合物，尤其可以是聚四氟乙 烯(Polytetrafluoroethylene)、聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol)、聚 乙烯(Polyethylene)、聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride)、聚丙烯 (Polypropylene ;简称 PP)、丙烯睛-丁二烯-苯乙烯 (Ac簡itrile-Butadine-styr匿；简称 ABS )、 聚碳酸酯 (Polycarbonate;简称PC)及聚碳酸酯/丙烯睛-丁 二烯-苯乙烯共聚物 (Polycarbonate/ Acronitrile-Butadine-styrene;简称PC/ABS)等 多种材料者。又，该塑料射出成型的制品中所含的钛酸钡粉末20，系以吸收的方式阻隔电磁波，而非反射电磁波。所以，本发明之制法并无粒径上 的限制，且该钛酸钡粉末20能与塑料原料40兼容而具有极高的化学 稳定性，进而可以直接替代为该塑料成型加工过程中所必需添加的填 充材料，有效地减少或免用该填充材料，因而使得制造成本可更为降 低，更加提升商场的竞争力。另，该钛酸钡粉末20本身是一种惰性物质，而非为金属态物质， 使该钛酸钡添加物加入塑料原料40所制成的塑料成品，不会含有任 何有害人体健康或环境的金属物质，完全符合欧洲共同体于1995年所制订「于塑料制品内不可含有金属物质」的规定。本发明制造过程中所得的钛酸钡粉末20，系先以适当的比例与塑 料射出成型前的塑料原料颗粒互相混合，在经塑料成型加工所完成的 塑料制品中，其塑料原料40与该钛酸钡粉末20的最佳重量比系介于 0.5 15%之间，即可具有对1000MHZ以下之中低频电磁波，达成吸收 率99%以上，再以该钛酸钡粉末20的比重为5.8计算，则该钛酸钡 粉末20仅占该塑料制品整体体积的0.0008 0.03而己，意即，本发 明能以极少量的草酸基-钛酸钡10，就可达到极佳的电磁波吸收率。如图2及图3所示，本发明中该钛酸钡粉末20之晶格50中，由 于钛原子及钡原子大小上的差异，而造成晶格50中的钛原子51处于 非对称(asymmetric)的位置上。故本发明之钛酸钡添加物经塑料射出 成型加工后所得的制品， 一旦遇有电磁波的辐射干扰时，该制品中的 钛酸钡粉末20即会由于受到该电磁波中电场的辐射作用，而使该钛
酸钡粉末20之晶格50中的钛原子51跳动一适当位移A (如图2及图 3所示)，且在电磁波辐射干扰的过程中，其电场方向会呈180度不停 地交互切换改变(如图2及图3中之假想线及箭头所示)，同时该钛原 子51也会随着该电场方向的改变而于该晶格50中来回不停的跳动， 根据能量不灭定律，该钛原子51于跳动过程中所需的功及产生的热 能，均是来自该电场中的电场能量，所以该钛原子51每跳动一次就 能耗损该电场部份的能量，而若该制品中添加有重量比为5%的钛酸 钡粉末20计算，1平方公分的制品中即拥有数千万个钛酸钡粉末20 之晶格50,所以当该塑料制品以构件或壳体的型态受到电磁波的干扰 时，数以亿计的晶格50即可不断地吸收该电磁波中的电能而转化为 功或热能，且当该电场之电能被吸收而渐消弱的同时，该电磁波的磁 场亦会随电场电能的衰竭而渐渐降低其磁场强度，而使周遭的人们或 设备能完全不受电磁波的干扰或伤害。续请参阅图4所示，本发明中该具有阻隔电磁波的铁氧磁体 (Ferrite)30，系以随机方式排列于该塑料原料40内(如图4所示)， 俾使该成型后之塑料制品在受到内部或外部的电磁波干扰时，其内的 铁氧磁体(Ferrite)30便会发挥本身软磁的特性，将该电磁波之能量 吸收转换成一微量的磁场，所以当该铁氧磁体(Ferrite)30面对持续 不断而来的电磁波时，在该制品上即会出现一微量的磁场反应，但当 该电磁波消失后，该制品上的铁氧磁体(Ferrite)30即会由于无电磁 波的干扰作用，而使该制品呈无磁场反应；另，为了使该铁氧磁体 (Ferrite)30可更为容易地混合于塑料原料40中，可在铁氧磁体 (Ferrite)30添加入塑料原料40前，先行将该铁氧磁体(Ferrite)30 与硬脂酸(stearic acid)作用，使该铁氧磁体(Ferrite) 30可与塑料 原料40的混合度可更加均匀。又如图5所示，本发明中所使用的铁氧磁体(Ferrite)30系以陶 瓷类的铁氧磁体(Ferrite)为主，此类的铁氧磁体(Ferrite)经发明人研究后得知，其具有容易加工成粉末及导磁率较高等特性，且于每一 单位之铁氧磁体的成份中均含有Cr3 + 、Mn2 + 、Mn3+、Mn4+、Fe2+、Fe3+、 Ni2+、 Cu2+等的原子，而该原子中均分别具有3、 5、 4、 3、 4、 5、 2、 l个未配位电子，而这些包含在原子中未配位的电子，均会在自身的 运行轨域上自转并产生一净磁场，以致当受到外来电磁波的干扰时， 该净磁场即会吸收该电磁波之频率强度而逐渐改变自身的磁场方向， 直至大部份软磁成份中的多数净磁场的方向一致为止(如图5所示)， 所以当该塑料原料中之铁氧磁体(Ferrite)30含量达到一适当比例时，其制作成的制品吸收阻隔电磁波的效率则会越强，以致该铁氧磁体(Ferrite)30与塑料原料40的重量混合比为2 24%时，会使该每平 方公分塑料上含有0.01克以上的铁氧磁体(Ferrite)30，促使该塑料 能有效地吸收阻隔各种电气制品所发出99.9%以上的电磁波。再者，该铁氧磁体(Ferrite)系包括「尖晶石-铁氧磁体(Spinel Ferrite)」及「石榴石-铁氧磁体(Garnet Ferrite)」两种软磁成份， 其中该尖晶石-铁氧磁体(Spinel Ferrite)之化学式系为(1MeO、 lFe203)，且该MeO为镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)及锌(Zn)等过渡金属 (transition metal)的氧化物或其混合物，而该石榴石-铁氧磁体 (Garnet Ferrite)之化学式系为(3Me203、 5Fe203)，其中，该Me203 为(Y)、 (Gd)或稀土金属(rear earth metal)之氧化物。
权利要求
1、一种制备具有隔离及吸收中低频电磁波塑料制品之方法，其步骤包括(a).将一草酸钛及一草酸钡等二种水溶液混合，使反应产生一草酸基-钛酸钡，再将该草酸基-钛酸钡加热处理，该加热温度系在800℃左右，以反应制成一粒径在0.5～30μm的钛酸钡粉末；(b).将铁氧磁体研磨成直径小于74μm的粉状细微颗粒铁氧磁体；(c).将上述钛酸钡粉末及粉状细微颗粒之铁氧磁体，以预定的比例添加入塑料原料中，经混合搅拌，并且加热至该塑料原料之熔点；(d).使该粉状细微颗粒铁氧磁体与该塑料原料形成一混合重量比在2％～24％之间的有机混合物，再将上述的混合物置入射出成型机给予射出成型，即可成为具有阻隔电磁波及吸收中低频电磁波的各种电气设备之外壳或构件等塑料制品。
2、 根据权利要求1所述的一种制备具有隔离及吸收中低频电磁波塑 料制品之方法，其特征在于该步骤(C)中粉状细微颗粒铁氧磁体和 塑料原料两者之混合重量比例系为2%至24%之间的混合物。
3、 根据权利要求1所述的一种制备具有隔离及吸收中低频电磁波塑 料制品之方法，其特征在于该步骤(C)中的塑料原料是一种塑料有 机化合物，尤其可以是聚四氟乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯、聚氯乙烯、 聚丙烯、丙烯睛-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯及聚碳酸酯/丙烯睛-丁二烯-苯乙烯共聚物等多种材料。
4、 根据权利要求1所述的一种制备具有隔离及吸收中低频电磁波塑 料制品之方法，其特征在于在该步骤(a)中该钛酸锶钡粉末之化学 式为Bad—x)Ti03,且0<乂<1。
5、 根据权利要求l所述的一种制备具有隔离及吸收中低频电磁波塑料 制品之方法，其特征在于在该步骤(c)中该钛酸钡粉末与塑料原料 两者混合的重量比为1: 1。
6、 根据权利要求l所述的一种制备具有隔离及吸收中低频电磁波塑料制品之方法，其特征在于该铁氧磁体系包括尖晶石-铁氧磁体及 石榴石-铁氧磁体两种软磁成份，而该尖晶石-铁氧磁体之化学式系 为1MeO、 1Fe203,且该MeO为镍、钴、锰及锌等过渡金属的氧化 物或其混合物，而该石榴石-铁氧磁体之化学式系为3^6203、 5Fe2Q3，且该Me203为Y、 Gd或稀土金属之氧化物。
全文摘要
一种制备具有隔离及吸收中低频电磁波塑料制品之方法，其制法是(a)将一草酸钛及一草酸钡等二种水溶液混合，再将该草酸基-钛酸钡加热处理后产生一钛酸钡粉末；(b)将铁氧磁体研磨成粉状细微颗粒；(c)将钛酸钡粉末及粉状细微颗粒之铁氧磁体，添加入塑料原料中，经混合搅拌，并加热至该塑料有机化合物熔点；(d)使铁氧磁体与塑料有机化合物形成一混合重量比在2％～24％之间的混合物，再将混合物置入射出成型机射出成型，即完成该塑料制品；当电气设备在运转中产生电磁波干扰时，其外壳内部存在的铁氧磁体即会发挥软磁特性，不断吸收电磁波的能量转换成微量的磁场，进而降低电气设备的电磁干扰及提升电磁的耐受性，钛酸钡粉末同时产生吸收中低频电磁波作用。
文档编号B29B15/08GK101117013SQ20061010419
公开日2008年2月6日 申请日期2006年8月4日 优先权日2006年8月4日
发明者刘定忠 申请人:通用应材科技股份有限公司