具有阻燃特性的宽频电磁波吸收复合体及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有阻燃特性的宽频电磁波吸收复合体及其制造方法，该复合体可应用在需要抗电磁干扰的电子元器件上。
【背景技术】
[0002]抗电磁干扰(EMI)材料的应用是电子元器件中抑制电磁干扰最为经济有效的手段之一，它通常由吸收剂和聚合物粘结剂经特定的工艺加工而成。吸收剂是指能够有效吸收入射电磁波，并通过能量转换将电磁能消耗掉或使电磁波因干涉而消失的一类材料。根据吸收机理的不同，吸波材料的损耗介质可分为电阻型、电介质型和磁介质型三类。磁损耗材料包括铁氧体粉、金属粉和其它纳米材料等。它们一般既具有介电损耗又有磁损耗，非常适合作为抗EMI吸波材料，其特征是:高的磁导率、高的饱和磁化强度和低的矫顽力。
[0003]铁是最基本的磁性元素，由于磁性能优异、储量丰富和成本优势，铁基合金成为了最重要的吸波剂之一。通过抑制金属磁性材料闭合磁畴的形成及涡流，可以得到GHz频段优异的抗EMI性能。但是随着频率的增加，这类材料的低电阻所导致的涡流损耗限制了其在高频的应用。因此，寻找一种能够扩展其电磁波吸收频段尤其是增加高频段的吸收效果的技术方案显得尤为重要。
[0004]另一方面，电子信息设备的阻燃特性是十分必要和关键的，因为一旦发生火灾而引发电子信息系统的崩溃将会造成重大损失。对于吸波材料而言，提高阻燃特性的途径可以分为三类:(I)对吸波剂进行阻燃改性；(2)设计新的聚合物分子结构使之具有本质高阻燃性；(3)添加阻燃剂。其中，阻燃剂的添加这种方法成本较低且可以快速实现。目前，最为常见的阻燃剂是卤系阻燃剂，如十溴二苯乙烷。但是卤系阻燃剂一直存在对人体和环境会产生影响这个不可回避的问题，致使其一直受到各国环保指令的限制(如欧盟RoHS指令2002/95/EC规定)。因此，含无卤型阻燃剂的吸波材料的开发成为行业发展的重要课题之
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【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种具有阻燃特性的宽频电磁波吸收复合体及其制造方法，该电磁波吸收复合体采用特定电磁波吸收结构，既能够增加电磁波吸收频段的宽度，又能够提高阻燃特性，可以广泛应用于电子产品抗电磁干扰的领域。
[0006]本发明具有阻燃特性的宽频电磁波吸收复合体，其结构包含三个部分:(I)铁基软磁合金颗粒，它可以是球形、方形、片形、针状、纤维状或其它不规则形状，它是引起电磁波衰减吸收的主要成分；(2)在铁基软磁合金颗粒表面复合一层高电阻的Mg(OH)2涂层，其含量在0.lwt%?30wt%;(3)三是有机聚合物粘结剂，它与Mg (OH)2复合，使铁基软磁合金颗粒连接成型。
[0007]图1是本发明具有阻燃特性的宽频电磁波吸收复合体的剖面图；图1中，11为铁基软磁合金颗粒，12为聚合物主体12，13为Mg (OH) 2涂层；图2是常见的铁基合金吸波体的剖面图；图2中，21为铁基软磁合金颗粒，22为聚合物主体12。两者的根本区别在于前者的金属磁性颗粒表面被氢氧化镁层包覆。氢氧化镁的电阻率可高达1011 Ω/cm，在软磁合金颗粒之间增加合适的氢氧化镁涂层可以减少颗粒之间的磁作用，并增加电阻损耗，这都有助于提高整个吸收体的电磁波吸收效果。此外，氢氧化镁也是一种填充型阻燃剂，通过受热分解时释放出结合水，吸收大量的潜热，来降低它所填充的合成材料在火焰中的表面温度，具有抑制聚合物分解和对所产生的可燃气体进行冷却的作用。氢氧化镁在受热时(340?490°C)发生分解，生成的活性氧化镁附着于可燃物表面又进一步阻止了燃烧的进行。氢氧化镁在整个阻燃过程中不但没有任何有害物质产生，而且其分解的产物在阻燃的同时还能够大量吸收橡胶、塑料等高分子燃烧所产生的有害气体和烟雾，活性氧化镁不断吸收未完全燃烧的熔化残留物，从使燃烧很快停止的同时消除烟雾、阻止熔滴，是一种良好的环保型无机阻燃剂。
[0008]本发明采用的铁基软磁合金颗粒，其材料包括但不限于FeS1、FeAl、FeSiAUFeSiB、FeN1、FeCo。
[0009]本发明采用的铁基软磁合金颗粒，粒径大小用D50表示，D50的测试方法为激光粒度法(马尔文激光粒度仪，型号:MS2000)。其范围区间用[a，b]表示，其中a为D50下限值，b为D50上限值，单位为微米。其平均粒径D50为[I，500]，较好为[10，300]，最好为[20，
100] ο
[0010]本发明铁基软磁合金颗粒表面覆盖物的化学组成为Mg (OH)2，其含量在[0.1wt30wt% ]，较好为[lwt%，20wt% ]，最好为[5wt%，10wt% ]。
[0011]所述的作为结合剂的有机聚合物为热塑性聚合物，包括但不限于:聚酯类树脂、聚乙烯树脂、聚氯乙烯树脂、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、尼龙、环氧树脂、聚丙烯酸类树脂、聚氨酯树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、纤维类树脂、腈基丁二烯类橡胶、苯乙烯丁二烯类橡胶、丁基橡胶、氯化聚乙烯橡胶、乙烯丙烯橡胶、丁腈橡胶、聚硫化物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、硅橡胶、天然橡胶等。有机粘结剂材料不限于上述材料，最适合的材料可依据吸波复合体的具体应用场合和制造装置的不同来选择确定。
[0012]依据材料的特性不同和其制备工艺的特点，本发明电磁波吸收复合体的制造方法包括如下步骤:(I)根据实际应用情况选择磁性金属材料的种类，并按照前述要求准备铁基软磁合金颗粒；(2)制备氢氧化镁的前驱体溶液，将铁基软磁合金颗粒投入氢氧化镁的前驱体溶液之中，在水性体系中通过化学反应给铁基软磁合金颗粒覆盖上一层Mg (OH) 2层。铁基软磁合金/氢氧化镁复合粉末的颗粒相对独立存在，氢氧化镁的含量符合前述要求；
(3)将上述粉体在高温炉中在一定的温度下进行热处理；(4)然后将热处理后的粉体与热塑性聚合物粘结剂混合，通过一种或多种成型工艺预成型成片状；(5)最后热压成型得到复合体。该吸波复合体可与双层胶带、胶水等结合，然后贴在需要抗电磁干扰的电子元器件上。
[0013]本发明氢氧化镁的前驱体溶液包括以下特征:(I)含有Mg元素的金属盐或化合物；(2)能产生(OH)阴离子的水溶液环境。
[0014]本发明的溶剂依据粘结剂的类型而选择，可以是水、甲苯、环己酮、乙酸乙酯、二甲苯等或其至少两种的组合。
[0015]本发明的成型工艺包括旋涂、带涂、压膜涂覆、印刷涂覆、刮涂、滚涂等方法涂覆在衬底上，也可以是模压或滚压的方法。
[0016]本发明的衬底材料包括但不限于PET、PP或PE等塑料膜，或者纸质衬底，或者金属箔，或者石墨膜等柔性材质。其中，电子领域常见的是涂覆在如PE、PET等塑料和Cu、Al、Au、Ag等金属材料表面。
[0017]本发明的优点和有益效果在于:提供一种具有阻燃特性的宽频电磁波吸收复合体及其制造方法，该电磁波吸收复合体采用特定电磁波吸收结构，既能够增加电磁波吸收频段的宽度，又能够提高阻燃特性，可以广泛应用于电子产品抗电磁干扰的领域。
[0018]本发明的电磁波吸收复合体，与相同重量百分比填充型吸波体相比，具有更宽的吸收频段。
[0019]本发明的电磁波吸收复合体，阻燃特性得到明显提高(参照UL94标准测试)。
【附图说明】
[0020]图1本发明具有阻燃特性的宽频电磁波吸收复合体的剖面图；
[0021]图2是常见的铁基软磁合金吸波体的剖面图；
[0022]图3实施例1中所获得的软磁合金颗粒/氢氧化镁复合的扫描电子显微照片；
[0023]图4实施例1中所获得的电磁波吸收复合体的X射线电子能谱图；
[0024]图5实施例2中所获得的电磁波复合吸收体的电磁波吸收图谱；
[0025]图6比较例I中所获得的电磁波复合吸收体的电磁波吸收图谱；
[0026]图7实施例3和比较例2中阻燃等级测试结果比较图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0028]本发明提供一种具有阻燃特性的宽频电磁波吸收复合体，包括聚合物主体12，所述聚合物主体12中均布有若干铁基软磁合金颗粒，所述铁基软磁合金颗粒表面覆盖Mg(OH)2^jl ;
[0029]所述铁基软磁合金颗粒为球形、方形、片形、针状、纤维状或不规则形状。
[0030]所述铁基软磁合金颗粒包括:FeS1、FeAl、FeSiAl、FeSiB、FeN1、FeCo。
[0031 ] 铁基软磁合金颗粒的尺寸D5。(累计粒度分布百分数达到50 %时所对应的粒径)为I?500微米，较好为10?300微米，最好为20?100微米。
[0032]所述Mg (OH)2涂层，其含量为0.lwt%? 30wt%，较好为Iwt %?20wt %，最好为5wt %?1wt % ο
[0033]所述聚合物主体12采用热塑性聚合物，包括:聚酯类树脂、聚乙烯树脂、聚氯乙烯树脂、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、尼龙、环氧树脂、聚丙烯酸类树脂、聚氨酯树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、纤维类树脂、腈基丁二烯类橡胶、苯乙烯丁二烯类橡胶、丁基橡胶、氯化聚乙烯橡胶、乙烯丙烯橡胶、丁腈橡胶、聚硫化物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、硅橡胶、天然橡胶。
[0034]本发明还提供上述具有阻燃特性的宽频电磁波吸收复合体的制造方法，包括如下步骤:
[0035]I)先在水性体系中给铁基软磁合金颗粒表面覆盖上一层Mg (OH) 2涂层，得到初步粉体；
[0036]2)再将上述粉体在一定的温度下进行热处理；
[0037]3)再将热处理后的粉体与热塑性聚合物混合；
[0038]4)再通过在衬底上涂敷、模压或滚压的方法预成型；
[0039]5)最后热压成型，得到复合体。
[0040]所述水性体系为:含有Mg元素的金属盐或化合物，且