一种工频下高介电常数屏蔽膜及其制备方法与流程

本发明涉及电磁屏蔽材料技术领域，特别是涉及一种工频下高介电常数屏蔽膜及其制备方法。

背景技术：

工频，是指电力系统的发电、输电、变电与配电设备以及工业与民用电气设备采用的额定频率，中国采用50hz，有些国家和地区采用60hz。工频交变电场相对于射频等通讯波段频率低，一般可以处理为准静态电场和磁场。在交变电场中，材料的介电常数可表示为复数形式：εr＝ε’-jε”，其中ε’为复介电常数实部，反映了电介质极化过程中储存电荷能力之大小，ε”为复介电常数虚部，反映了电介质极化过程中的能量损耗，定义正切损耗tanδ＝ε”/ε’，代表了介电损耗。这些参数综合反映了材料在交变电场中的行为，针对不同的应用场景需针对性地使用在这些参数上具有不同数值的材料。

金属铁和金属铜及其合金是常用的电场屏蔽材料，在工频电场屏蔽方面多有使用，并为满足不同的场景需求，常做成特殊的宏观结构构件。比如申请号为201010110735.1的中国发明专利申请公开了一种电场屏蔽体及其制作方法，用复数根窄导体构成梳状或网络状的电屏蔽平面，可以减轻材料屏蔽电场过程中交变磁场带来的涡流和损耗。此外，填充金属粒子的复合材料也被用于工频电场的屏蔽，如《科技创新导报》2017年第31期论文《镍基复合涂料的工频电磁场屏蔽效能研究》发表了一种以羰基镍粉和水性清漆为主要原料制备出的针对工频电磁场的屏蔽涂料，对工频电场和工频磁场具有良好的屏蔽效果。

然而上述材料大多应用了金属的导电性实现对工频电场的屏蔽，容易产生电势差以及对电磁场的反射，影响器件的正常工作。

技术实现要素：

鉴于上述状况，本发明的目的在于提供一种工频下高介电常数屏蔽膜，解决现有技术容易产生电势差以及对电磁场的反射的问题。

一种工频下高介电常数屏蔽膜，所述屏蔽膜为热固性高分子树脂与花边形状软磁粉的复合物，并含有硫氰酸乙酯，所述硫氰酸乙酯所占的质量百分比为0.1％～10％。

其中，热固性高分子树脂可以为聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇、皮革型聚氨酯、水性聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、热固化丁腈橡胶中的任一种，所占材料的质量百分比为10％～60％，优选为15％～50％。在优选的质量分数范围内，既可以使软磁粉末充分填充、良好排列，又可以使材料具有足够的机械强度。

所述花边形状软磁粉可以为经球磨形成的坡莫合金粉、铁硅粉、铁硅铝粉、铁硅铬粉、铁硅铬镍合金粉中的任一种。花边形状软磁粉与热固性高分子树脂固含部分质量比为2:1～9:1，优选的，是5:1～9:1，特别是7:1。

所述硫氰酸乙酯在成型材料中所占质量百分数优选地可以是0.2％～3％。硫氰酸乙酯的加入可以保证材料具有高介电常数和介电损耗。

本发明还提供一种工频下高介电常数屏蔽膜的制备方法：包括以下步骤：

1)将热固性高分子树脂用溶剂溶解，使所述热固性高分子树脂固含量质量百分比为10％～60％；

2)将厚径比为1:2～1:50的花边形状软磁粉加入到上述溶解的热固性高分子树脂中，搅拌均匀形成浆料；

3)在体系中加入硫氰酸乙酯，加入的硫氰酸乙酯的质量百分比为不含所述溶剂的体系的0.1％～10％；

4)将混合体系搅拌均匀后在离型基质上刮涂成膜；

5)将刮涂好的薄膜在烘箱中加热烘干并取下，得到屏蔽膜成品。

其中，步骤1)中的所述溶剂为甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮、乙酸乙酯、乙酸甲酯、n,n-二甲基甲酰胺、乙醇、水中的任一种，或上述溶剂中能够互相相溶的两种或两种以上的组合物。

步骤3)中加入的硫氰酸乙酯的质量百分比为不含所述溶剂的体系的0.1％～10％(即成型材料中硫氰酸乙酯所占质量百分数为0.1％～10％)，优选的质量百分数为0.2％～3％。

其中，步骤4)中所述离型基质可以是离型纸或pet离型膜。

步骤5)中烘干可以在30～80℃下进行，优选的，是40～50℃。

经测试，所得到的膜材料复介电常数实部ε’和正切损耗值tanδ在50hz工频电场频率下均可达30以上。

本发明还提供另一种工频下高介电常数屏蔽膜的制备方法：包括以下步骤：

1)将热固性高分子树脂用溶剂溶解，使所述热固性高分子树脂固含量质量百分比为10％～60％；

2)将厚径比为1:2～1:50的花边形状软磁粉加入到上述溶解的热固性高分子树脂中，搅拌均匀形成浆料a；

3)将银包铜粉以花边形状软磁粉质量的1.1～3倍的量加入到溶解的热固性高分子树脂中，搅拌均匀形成浆料b；

4)在浆料a中加入硫氰酸乙酯，加入的硫氰酸乙酯的质量百分比为不含所述溶剂的体系的0.1％～10％；

5)将含有硫氰酸乙酯的浆料a搅拌均匀后在离型基质上刮涂成膜；

6)将刮涂好的薄膜在烘箱中加热烘至表干，然后将浆料b在浆料a形成的膜上再次刮涂；

7)浆料b涂覆好后进入烘箱，烘至全干，得到屏蔽膜成品。

其中，所述银包铜粉为片状或球形粉。

同时，也可将所得到的屏蔽膜与金属铝箔或铜箔直接复合，得到屏蔽效果加强且对电磁波反射很弱的复合材料。

本发明的有益效果为：所得到的屏蔽膜复介电常数实、虚部值及正切损耗在工频电场频率下均有很大的数值，明显高于其它高分子树脂与软磁粉末复合的柔性材料。同时电阻高，直流电阻达到10的5次方欧姆以上，该屏蔽膜能够将交变电场能量进行损耗，应用时能够有效避免感生电势和涡流，防止屏蔽过程中材料内部电势差的出现。此外，该屏蔽膜还可与金属屏蔽体联用，有效克服金属屏蔽罩在工频电场下做屏蔽应用时，对电磁波的反射以及由此造成的对罩中被屏蔽器件的干扰。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是实施例1制备的屏蔽膜的剖面结构示意图；

图2是实施例1制备的屏蔽膜在工频下复介电常数实部和正切损耗测试图，其中，实线为复介电常数实部ε’随频率变化的曲线，虚线为正切损耗tanδ随频率变化的曲线。

图3是实施例2制备的屏蔽膜的剖面结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明的实施方式提供了一种工频下高介电常数屏蔽膜，所述屏蔽膜为热固性高分子树脂与花边形状软磁粉的复合物，并含有硫氰酸乙酯，所述硫氰酸乙酯所占的质量百分比为0.1％～10％。

其中，热固性高分子树脂可以为聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇、皮革型聚氨酯、水性聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、热固化丁腈橡胶中的任一种，所占材料的质量百分比为10％～60％，优选为15％～50％。在优选的质量分数范围内，既可以使软磁粉末充分填充、良好排列，又可以使材料具有足够的机械强度。

所述花边形状软磁粉可以为经球磨形成的坡莫合金粉、铁硅粉、铁硅铝粉、铁硅铬粉、铁硅铬镍合金粉中的任一种。花边形状软磁粉与热固性高分子树脂固含部分质量比为2:1～9:1，优选的，是5:1～9:1，特别是7:1。

所述硫氰酸乙酯在成型材料中所占质量百分数优选地可以是0.2％～3％。硫氰酸乙酯的加入可以保证材料具有高介电常数和介电损耗。

本发明的实施方式还提供一种工频下高介电常数屏蔽膜的制备方法：包括以下步骤：

1)将热固性高分子树脂用溶剂溶解，使所述热固性高分子树脂固含量质量百分比为10％～60％；

2)将厚径比为1:2～1:50的花边形状软磁粉加入到上述溶解的热固性高分子树脂中，搅拌均匀形成浆料；

3)在体系中加入硫氰酸乙酯，加入的硫氰酸乙酯的质量百分比为不含所述溶剂的体系的0.1％～10％；

4)将混合体系搅拌均匀后在离型基质上刮涂成膜；

5)将刮涂好的薄膜在烘箱中加热烘干并取下，得到屏蔽膜成品。

其中，步骤1)中的所述溶剂为甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮、乙酸乙酯、乙酸甲酯、n,n-二甲基甲酰胺、乙醇、水中的任一种，或上述溶剂中能够互相相溶的两种或两种以上的组合物。

步骤3)中加入的硫氰酸乙酯的质量百分比为不含所述溶剂的体系的0.1％～10％(即成型材料中硫氰酸乙酯所占质量百分数为0.1％～10％)，优选的质量百分数为0.2％～3％。

其中，步骤4)中所述离型基质可以是离型纸或pet离型膜。

步骤5)中烘干可以在30～80℃下进行，优选的，是40～50℃。

经测试，所得到的膜材料复介电常数实部ε’和正切损耗值tanδ在50hz工频电场频率下均可达30以上。

本发明的实施方式还提供另一种工频下高介电常数屏蔽膜的制备方法：包括以下步骤：

1)将热固性高分子树脂用溶剂溶解，使所述热固性高分子树脂固含量质量百分比为10％～60％；

2)将厚径比为1:2～1:50的花边形状软磁粉加入到上述溶解的热固性高分子树脂中，搅拌均匀形成浆料a；

3)将银包铜粉以花边形状软磁粉质量的1.1～3倍的量加入到溶解的热固性高分子树脂中，搅拌均匀形成浆料b；

4)在浆料a中加入硫氰酸乙酯，加入的硫氰酸乙酯的质量百分比为不含所述溶剂的体系的0.1％～10％；

5)将含有硫氰酸乙酯的浆料a搅拌均匀后在离型基质上刮涂成膜；

6)将刮涂好的薄膜在烘箱中加热烘至表干，然后将浆料b在浆料a形成的膜上再次刮涂；

7)浆料b涂覆好后进入烘箱，烘至全干，得到屏蔽膜成品。

其中，所述银包铜粉为片状或球形粉。

同时，也可将所得到的屏蔽膜与金属铝箔或铜箔直接复合，得到屏蔽效果加强且对电磁波反射很弱的复合材料。

本发明提供的屏蔽膜复介电常数实、虚部值及正切损耗在工频电场频率下均有很大的数值，明显高于其它高分子树脂与软磁粉末复合的柔性材料。同时电阻高，直流电阻达到10的5次方欧姆以上，该屏蔽膜能够将交变电场能量进行损耗，应用时能够有效避免感生电势和涡流，防止屏蔽过程中材料内部电势差的出现。此外，该屏蔽膜还可与金属屏蔽体联用，有效克服金属屏蔽罩在工频电场下做屏蔽应用时，对电磁波的反射以及由此造成的对罩中被屏蔽器件的干扰。

下面分多个实施例对本发明实施例进行进一步的说明。本发明实施例不限定于以下的具体实施例。在不变主权利的范围内，可以适当的进行变更实施。

实施例1

一种工频下高介电常数的屏蔽膜的制备方法，包括以下步骤：

1)将皮革型聚氨酯浆料用体积比为1:1的丁酮和n,n-二甲基甲酰胺稀释，使聚氨酯的固含量为20％；

2)将厚径比为1:10的花边形状铁硅软磁粉加入到上述溶解的树脂中，粉体与树脂固含部分质量比为5:1，搅拌均匀形成浆料；

3)在体系中加入硫氰酸乙酯，使硫氰酸乙酯的质量分数为1％。

4)将混合体系搅拌均匀后在离型纸上刮涂成厚度为0.3mm的膜；

5)将刮涂好的薄膜在烘箱中50℃加热烘干并取下，得到屏蔽膜成品。

得到的薄膜结构剖面图如附图1所示，其中附图标记1为固化的树脂，附图标记2为软磁粉，均匀分布于膜中，需要指出的是，在附图1中仅表示出软磁粉在树脂中分布的相对情况，并非同比例放大的图，因此不应认为此图示出了磁粉与树脂的绝对含量。使用阻抗分析仪配以16451b测试夹具对所得屏蔽膜在10hz～1mhz频率范围内进行测定，得到复介电常数实部ε’以及正切损耗tanδ值随频率变化的曲线，如附图2所示，由图2的曲线可以得到，材料在50hz处的复介电常数实部ε’达到45.5，正切损耗达到35.5。可以看出，该屏蔽膜在工频下具有很高的介电常数，能够有效吸收和消耗工频电场能量。用欧姆表测得材料表面直流电阻为8×10⁵ω。

比较例1

按如下步骤制备屏蔽膜：

1)将皮革型聚氨酯浆料用体积比为1:1的丁酮和n,n-二甲基甲酰胺稀释，使聚氨酯的固含量为20％；

2)将厚径比为1:10的花边形状铁硅软磁粉加入到上述溶解的树脂中，粉体与树脂固含部分质量比为5:1，搅拌均匀形成浆料；

3)将混合浆料搅拌均匀后在离型纸上刮涂成厚度为0.3mm的膜；

4)将刮涂好的薄膜在烘箱中50℃加热烘干并取下，得到屏蔽膜成品。

用与实施例1相同的方法对屏蔽膜的性能进行测试。测得材料在50hz处的复介电常数实部ε’仅为8.1，正切损耗仅为5.5。

实施例2

一种工频下具有高介电常数的复合屏蔽膜的制备方法，包括以下步骤：

1)将皮革型聚氨酯浆料用丁酮稀释，使聚氨酯的固含量为25％；

2)将厚径比为1:8的花边形状铁硅铬软磁粉加入到上述溶解的高分子树脂中，粉体与树脂固含部分质量比为4:1，搅拌均匀形成浆料a；

3)将球形纳米银包铜粉以花边形状磁粉质量的2倍的量加入到步骤1)中溶解的高分子树脂中，搅拌均匀形成浆料b；

4)在浆料a中加入硫氰酸乙酯，使硫氰酸乙酯的质量分数为1.5％；

5)将含有硫氰酸乙酯的浆料a搅拌均匀后在离型膜上刮涂成0.3mm厚的膜；

6)将刮涂好的薄膜在烘箱中加热烘至表干，然后将浆料b在浆料a形成的膜上再次刮涂，形成0.3毫米的膜；

7)浆料b涂覆好后进入烘箱，烘至全干，形成屏蔽膜。

得到的薄膜结构剖面图如附图3所示，其中附图标记1为固化的树脂，附图标记2为软磁粉，附图标记3为银包铜粉，需要指出的是，在附图3中仅表示出软磁粉和银包铜粉在树脂中分布的相对情况，并非同比例放大的图，因此不应认为此图示出了软磁粉、银包铜粉与树脂的绝对含量。经测定，得到的屏蔽膜对工频电场的屏蔽达到65db。

比较例2

采用如下步骤制备对比材料：

1)将皮革型聚氨酯浆料用丁酮稀释，使聚氨酯的固含量为25％；

2)采用与实施例2中步骤3)相同的纳米银包铜粉及其加入量加入到得到的树脂中，得到与实施例2中步骤3)中浆料b相同的浆料；

3)将浆料在离型膜上刮涂成0.3mm厚的膜，并烘至表干，进而继续在上面刮涂0.3mm厚的膜，烘至全干。

将得到的膜取下，测得其对工频电场的屏蔽效能仅为55db。

由实施例1、2以及比较例1、2的测定结果可以看出，本发明所制得的屏蔽膜在工频下具有高的复介电常数实部及介电正切损耗值，对电场能量具有储存和消耗的显著能力。材料对工频电磁场具有显著的屏蔽能力，且不同于高含量金属粉填充的复合材料，其表面电阻值很高，说明具有很好的阻抗。因此，材料可以方便地贴覆于器件表面，而不会因导电对器件产生不良影响。由于高电阻值，在屏蔽过程中几乎不产生次生涡流，减少次生电磁效应。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。