复合材料和电磁辐射屏蔽件的制作方法

1.本发明涉及一种用于屏蔽电磁辐射的复合材料以及涉及一种电磁辐射屏蔽件。


背景技术：

2.电气和电子装置在其性能方面可能受到电磁辐射(也称为电磁波)的干扰的影响。为了确保此类电气和电子装置的可靠且持久的运行，通过屏蔽此类电磁辐射来保护这些电气和电子装置是重要的。电气和电子装置可通过使用屏蔽件来防止来自外部的杂散辐射。然而，也可使用屏蔽件来保护环境免受由电气和电子装置产生的电磁辐射。
3.此外，讨论了高频电磁辐射，因为它是潜在的健康危害。对于在较高ghz范围内的辐射尤其如此。ghz范围也就是所谓的毫米波范围。ghz辐射广泛用于雷达(3mhz-110ghz)和微波炉(2.455ghz)，并且可能对生物材料造成热损伤。出于这个原因，who、icnirp和ieee制定了在400mhz至300ghz范围内将人类的暴露限制于2-10w m2的值的指南和规定。这也是越来越多地用于新技术发展如基于雷达的距离传感器(24ghz和77ghz)和第5代移动通信5g(3-30ghz和后期30-300ghz)的频率范围。因此，对电磁屏蔽材料的需求越来越大，以便避免装置故障并还保护世界上的人类和动物的健康，其中此类装置的数量正在快速地增长。
4.此外，在没有有效的屏蔽件的情况下，电磁辐射是干扰源，其通过能量场的电感和电容耦合而损害电子装置的功能。示例是串扰、噪声、反射和最后但同样重要的数字信号的扰频。这造成了网络扰动并还造成了如在关键领域诸如医药、运输、安全和数据处理中所出现的器械的完全故障。
5.随着5g技术的发展，因此需要改进且高效的屏蔽件。不仅需要高效的电磁干扰(emi)屏蔽材料来减少不想要的辐射，而且需要保护元件本身免受外部杂散信号的影响。特别期望的是用于屏蔽的频率选择性表面结构(fss)的可能性，即某些波长被有效地屏蔽，而其他波长不被屏蔽。
6.emi屏蔽的一种可能性是使用导电材料反射辐射。在未来将变得越来越重要的emi屏蔽件的另外的可能性在其电偶极子和/或磁偶极子与辐射相互作用时使用电磁(em)辐射的吸收。这两种效应的组合是基于这一事实，即散射中心和界面或缺陷位点导致em辐射因多次内反射和散射而被捕获，这导致em波的吸收和耗散。
7.导致反射的简单的金属护套广泛地用于低频。在更小的装置和部件例如手持装置中，金属护套具有因其重量、易腐蚀性以及与塑料相比此类金属护套的较高处理成本而造成的缺点。因此，即使对于在千赫兹范围内的em屏蔽件，也需要轻质、廉价且易处理的屏蔽材料。具有导电填料的聚合物复合材料已经满足用于在khz和mhz范围内屏蔽的这些条件。在mhz范围内，由于其吸收em辐射的能力，它们还具有特殊优势。金属填料负载通常超过35重量％，然而，限制了可处理性和耐腐蚀性。导电炭黑作为填料用于此类复合材料，但是也具有因黑色磨损而造成的缺点。其他碳形式诸如碳纳米管和石墨烯正在研究中，也与磁性组分结合，但是在ghz范围内显示出限制性，并且尚未在应用上取得突破。
8.材料的屏蔽效率被定义为对于特定波长在透射通过这种材料时电磁辐射的衰减。
屏蔽是由反射以及吸收引起的。异质材料如金属泡沫和金属复合材料与介电材料可以是电磁辐射的特别有效的吸收剂，因为它们结合了多次反射和吸收，从而增加了吸收的路径长度。吸收起源于产生引起材料加热(即，电能的热耗散)的局部电流(位移电流)。
9.因此，存在对特别是用于5g移动无线电技术的3-300hz的宽带和射频范围的改进的屏蔽材料的需求。


技术实现要素：

10.该目的通过一种根据权利要求1所述的用于屏蔽电磁辐射的复合材料并通过一种包含这样的复合材料的电磁辐射屏蔽件解决。根据本发明的复合材料是用于屏蔽电磁辐射的材料。该复合材料包括基质材料和金属纤维。金属纤维嵌入在基质材料中。金属纤维含有选自由以下组成的组的元素中的至少一种、优选地一种：铜、银、金、镍、钯、铂、钴、铁、铬、钒、钛、铝、硅、锂、前述元素的组合和含有前述元素中的一者或多者的合金。
11.根据本发明的屏蔽件可在3和300ghz之间的频率范围内提供高达20到60db的强吸收损耗。此外，甚至可将该材料作为涂层、油漆、层压物或胶带应用于微型电子产品。此外，除了作为有效的屏蔽材料之外，根据本发明的复合材料重量轻、易加工和抗冲击，因为金属纤维的低量对基质材料的性能的影响仅很小；具有良好的耐腐蚀性，因为金属纤维嵌入在基质材料中；由于金属纤维的低量而相对便宜；并且允许很大的设计自由度。
12.在不受任何理论束缚的情况下，ghz电磁吸收性能的机制不是基于固有电导损耗而是介电性。根据麦克斯韦方程，在一个理想导体中，当电荷载流子在电磁场中加速和减速时，会产生辐射场，其抵消入射波。在根据本发明的复合材料中，组合了三种机制以提高屏蔽效率：
13.由天线机构吸收：通过将金属光纤的长度调整到ghz频率范围(即，四分之一波长)的谐振长度天线而引起的吸收增强。在1.0mm至25mm范围内的金属纤维的长度证明在吸收在3至300ghz范围内、尤其是在3至30ghz范围内的频率范围内的电磁辐射方面是有效的。因此，金属纤维的长度优选在1.0至25mm范围内，更优选地在1.3至20mm范围内，甚至更优选地在1.5至18mm范围内，甚至进一步更优选地在1.8至15mm的范围内，高度优选地在1.9至10mm的范围内。也可以使用具有大于2.5mm的长度的金属纤维。
14.阻抗匹配：当z
in
＝z0＝377ω时，实现阻抗匹配的理想条件。这里z
in
是导电分散体组分的阻抗，并且z0是介电基质组分的阻抗。在特定匹配厚度(tm)和匹配频率(fm)下可以满足以上条件。理想地，有效频率范围应该尽可能宽，这可通过将tm调谐到1/4波长的倍数(nλ/4)来控制。nλ/4是由于入射波和反射波之间的破坏性干扰而实现零反射的介质材料的必要长度。-20db的衰减被认为是99％微波吸收，这在大多数情况下被认为是足够的屏蔽。
15.作为法拉第笼(faraday cage)的经验法则，开口间隙的直径与要屏蔽的电磁波的波长之比应为1/10或更小。因此，当金属纤维之间的平均距离在λ/10左右时是优选的，以防止任何透射。当金属纤维的含量优选地基于复合材料的总重量在0.02至2.5重量％的范围内时，这可用本发明的复合材料针对3至300ghz实现。
16.在根据本发明的复合材料中，优选的是，基质是电绝缘材料。由此，金属纤维彼此电隔离。因此，可获得高水平的屏蔽效率。特别优选的是，纤维彼此不接触，这例如通过提供浓度小于20重量％的纤维或调整纤维的长度来实现。0.02至2.5重量％的范围是特别优选
的。在纤维彼此不接触的情况下，有可能获得本发明的复合材料而没有显著的dc电导率。在该上下文中，特别优选的是，除金属纤维之外，本发明的复合材料不包括另外的导电添加剂、诸如炭黑或碳纳米管等。
17.当基质是聚合物材料时是优选的。这允许将金属纤维彼此隔离并提供对聚合物材料进行成型工艺、诸如使用例如双螺杆或单螺杆挤出机的挤出成型、注射成型、熔吹、压延、层压等的机会。聚合物材料优选地是热塑性材料、橡胶材料或热固性树脂材料。
18.热塑性材料的优选示例是聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯及其共聚物、聚甲基丙烯酸酯及其共聚物、聚氯乙烯、聚酰胺、脂族聚酯和芳族聚酯、聚酰亚胺、聚缩醛、聚硅氧烷、聚苯硫醚、聚碳酸酯、聚苯醚(特别是ppo)、聚醚酮(特别是(pek和peek)、热塑性聚氨酯、纤维素的热塑性衍生物。
19.橡胶材料的优选示例包括聚丁二烯橡胶、聚异戊二烯橡胶、丁腈橡胶(nbr)、epdm橡胶、聚硅氧烷橡胶、热塑性弹性体(诸如热塑性烯烃(tpo))、苯乙烯的共聚物(诸如sbs和sebs)、热塑性聚氨酯(tpu)、热塑性酰胺聚合物和共聚物(tpa)、热塑性聚酯共聚物(tpc)和离聚物、例如乙烯和甲基丙烯酸的共聚物。离聚物可以例如以品牌名为surlyn获得。
20.可用作基质材料的合适的热固性树脂和预聚物的优选示例是酚醛树脂(诸如novolak和bakelit)、三聚氰胺树脂、环氧化物树脂和聚氨酯。
21.疏水性聚合物的使用甚至更优选，因为它们提供了嵌入金属纤维的改进的耐候性。此类疏水聚合物的优选示例是聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯及其共聚物、聚氯乙烯、聚硅氧烷、聚丁二烯橡胶、聚异戊二烯橡胶、丁腈橡胶(nbr)、epdm橡胶、聚硅氧烷橡胶、热塑性弹性体诸如热塑性烯烃(tpo)、苯乙烯的共聚物(诸如sbs和sebs)和酚醛树脂。
22.根据本发明的用于电磁屏蔽的复合材料可用多种金属纤维实现。根据本发明，金属纤维含有选自由以下组成的组的元素中的至少一种：铜、银、金、镍、钯、铂、钴、铁、铬、钒、钛、铝、硅、锂、前述元素的组合和含有前述元素中的一者或多者的合金。优选地，金属纤维含有选自由以下组成的组中的至少一种、或一种元素：铜、银、金、镍、钯、铂、铁、钒、铝、硅、锂、前述元素的组合和含有前述元素中的一者或多者的合金。
23.特别合适的金属纤维是这样的，即具有选自由以下组成的组的至少一种材料：cu及其与si、fe和mn的合金、al及其与si、mg、ti、fe和mn的合金、也称为透磁合金和超透磁合金的μ-金属、以及金和银及其合金。还优选的是钴合金的金属纤维，诸如由钴和余量铁、钼、硼和/或硅组成的合金，例如co
66
fe4mo2b
12
si
16
。
24.金属纤维可例如使用用于通过熔纺制造金属股线的设备和方法通过熔纺来生产，诸如在申请号ep19175749.1的欧洲专利申请、wo2016/020493a1和wo2017/042155a1中公开的示例中进行描述，所述申请的关于形成并因此获得金属纤维的方法的内容在此以引用方式并入。因此，金属纤维可以是例如cu、cu
99
si1、cu
96
si4、al、al
99
si1、fe
40
ni
40b20
、au、ag、pb、si或前述项的组合以及包含一种或多种前述项的合金的金属纤维。令人惊讶的是，在所有情况下，当铜和铝与si、fe和mn合金化并与聚合物基质、特别是与疏水聚合物诸如例如聚烯烃复合时，都实现了非常好的长期腐蚀稳定性。对于co
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fe4mo2b
12
si
16
的金属纤维，也观察到同样情况。与例如通过集束拉拔获得的其他金属纤维相比，如在申请号ep19175749.1的欧洲专利申请、wo2016/020493a1和wo2017/042155a1中所述的熔纺获得的金属纤维由于非晶或纳米晶结构而具有较低脆性。较低脆性使得可通过挤压将金属纤维与基质材料一起加工
而不会断裂。具有较高脆性的纤维在挤出处理期间断裂，从而使它们缩短。因此，当金属纤维与从集束拉拔获得到的纤维一样脆时，难以生产具有明确限定长度的金属纤维的复合材料。因此，通过熔纺获得的金属纤维、特别是上文提到的那些优选地用于本发明的复合材料中。由于从熔纺获得的金属纤维的柔性，此类金属纤维可在挤出处理之前以期望长度提供，在挤出处理期间维持该长度，使得本发明的复合材料可通过使用挤出处理来获得具有明确限定长度的金属纤维。
25.当使用非晶金属纤维时，特别是当这些嵌入在疏水性聚合物中时，可实现优异的腐蚀稳定性。因此，当根据本发明的复合材料中的金属纤维是非晶金属纤维时是特别优选的。当这些非晶金属纤维嵌入在疏水性聚合物材料中时是甚至更优选的。与结晶金属纤维相反，非晶金属纤维具有玻璃体结构或纳米晶结构。用于确定金属纤维是否为非晶的一种简单方法是dsc测量。非晶金属纤维在dsc测量中显示出在加热期间的放热事件，这在结晶金属纤维中是观察不到的。该放热事件可例如通过结晶、即从玻璃体结构转变为结晶结构引起。通常，不锈钢纤维具有结晶结构。
26.如果金属化合物由于磁感应而具有软磁性，则可进一步改进吸收效果。因此，高度优选的是金属纤维由μ-金属制成，甚至更优选地由选自由具有76至81重量％的镍含量和余量铁、铜、铬和/或钼的μ-金属组成的组的μ-金属制成。这些μ-金属表现为软的、或多或少的瞬时磁化并能够通过磁感应吸收电磁能。因此，可使用由μ-金属制成的金属纤维实现特别有效的屏蔽。甚至当使用模塑成型技术生产包含μ-金属的复合材料(诸如上文提到的用于聚合物材料的那些)时也是如此。
27.其他高度优选的金属纤维由铜或铜合金或铝或铝合金制成，所述铜合金优选为cu
99
si1、cu
98
si2、cu
96
si4、cu
88
si
12
或cu
92
sn8，所述铝合金优选为al
99
si1。铜合金和铝合金与其纯金属相比可更容易地使用熔纺技术制造，同时它们表现出几乎相同的电导率。由于优越的导电性使位移电流的产生更容易，铜、铜合金、铝和铝合金的纤维表现出优异的屏蔽效果。
28.优选的是，金属纤维不由不锈钢制成。虽然原则上可使用由不锈钢制成的金属纤维，但是用其他金属纤维(诸如上文提到的那些)可获得更好的屏蔽效果。在不受理论束缚的情况下，需注意，屏蔽取决于进入材料中的电磁波强度衰减到1/e的距离，该距离也被称为趋肤深度δ。趋肤深度与ν-1/2
成比例并取决于材料，其中ν是电磁波的频率。在1至100ghz的频率范围内，铜的趋肤深度为2.0至0.2μm，铝的趋肤深度为2.6至0.2μm，钢的趋肤深度为13.2至1.3μm，并且碳的趋肤深度为59μm至5.9μm。由于钢和碳材料的高趋肤深度，因此当本发明的复合材料基本上不含钢(特别是不锈钢)和碳材料(例如碳黑、碳纤维或碳纳米管)时是优选的。通过使用铜、铜合金、铝、铝合金和/或μ金属的金属纤维，可用相对薄的纤维实现期望屏蔽效果。通过使用较薄纤维，增加了表面与体积比，这进一步改进了屏蔽效果。
29.根据本发明的复合材料中的金属纤维的量优选地设定为使得纤维彼此不接触，即低于渗滤阈值。为了使金属纤维低于渗滤阈值，优选的是它们的浓度小于20重量％。甚至更优选地，金属纤维浓度在0.02至2.5重量％范围内。鉴于基于法拉第定律的加工性能和屏蔽效率，复合材料中金属纤维的量的上限优选为基于复合材料的总重量为小于1重量％、更优选小于0.5重量％并甚至更优选地等于或小于0.25重量％。鉴于基于由天线机构吸收和阻抗匹配的屏蔽机制，金属纤维的量的下限优选为基于复合材料的总重量为等于或大于0.04
重量％、更优选地等于或大于0.05重量％并甚至更优选地等于0.06重量％。通过如上所述调整金属纤维浓度，可调整纤维之间的距离。通过调整纤维之间的距离，可选择性地屏蔽某些波长的电磁波，而对其他波长的屏蔽效果则不那么明显。
30.通过使用具有0.5至4μm-1
、优选地0.8至3.5μm-1
、更优选地1.5至3.2μm-1
、甚至更优选地2.0至3μm-1
的表面与体积比的金属纤维可特别良好地获得本发明的效果。这种纤维相对于其重量有特别大的表面积，这允许增加位移电流的感应，从而高度有效地屏蔽电磁波，同时可节省重量和材料。
31.在本发明的复合材料中，可使用不同形状的金属纤维横截面。当金属纤维的横截面不是圆形时，可实现更高的表面与体积比。因此，优选的是，横截面的一个边缘比横截面的另一部分的边缘具有更小的弯曲度，即，具有更小的弯曲度的边缘的曲率半径比横截面的其他部分处的曲率半径大。对于一个边缘比另一个边缘具有更小的弯曲度的横截面的优选示例是椭圆形横截面和月牙形横截面以及半圆形横截面。当横截面具有不弯曲的一个边缘、即平坦边缘时是特别优选的。更优选地，金属纤维具有带有两个平坦边缘的横截面。甚至更优选地，金属纤维的横截面为矩形。
32.在本发明中优选使用具有矩形横截面的金属纤维和具有椭圆形横截面的金属纤维。在具有矩形横截面的金属纤维的情况下，优选的是，它们具有80μm或更小、更优选地70μm或更小、甚至更优选地40μm或更小和甚至进一步更优选地5μm或更小的宽度和优选地50μm或更小、更优选地30μm或更小、甚至更优选地10μm或更小和甚至进一步更优选地5μm或更小的厚度。金属纤维的宽度和厚度没有特定下限。然而，金属纤维可具有不小于1μm、优选不小于3μm的宽度和不小于1μm的厚度。
33.在具有椭圆形横截面的金属纤维的情况下，优选的是，它们具有80μm或更小，更优选为70μm或更小，甚至更优选为40μm或更小并甚至进一步更优选地5μm或更小的平均直径。椭圆形横截面的平均直径是指最大直径和最小直径的平均值。具有椭圆形横截面的金属纤维的最小直径没有特定下限。然而，最小直径可不小于1μm，优选地不小于3μm，并且更优选地不小于5μm。
34.无论金属纤维的横截面的形状是矩形、椭圆形或月牙形还是圆形，金属纤维的横截面都优选地等于或小于50μm2，更优选地等于或小于30μm2，甚至更优选等于或小于25μm2，最优选地等于或小于20μm2。金属纤维的横截面的下限优选等于或大于0.5μm2，更优选地等于或大于1.0μm2。在一定横截面积、诸如上文指定的横截面积下，在复合材料中形成金属纤维的特别精细的网状网络，从而产生高屏蔽效率，如在ghz范围内屏蔽所要求的。在不束缚于理论的情况下，据信屏蔽效率的增加是由当横截面积如上所指出的那样小时所增加的表面积引起的。增加的表面积导致感应的位移电流的增加，如下文更详细地解释，从而产生更好的屏蔽效果。与此同时，可减少复合材料的重量，因为屏蔽可用较低量的金属纤维实现。此外，在0.5至10μm2范围内的这些低横截面积允许改进的加工性能，因为金属纤维是高度柔性的，尤其是当使用通过熔纺获得的金属纤维时更是如此。
35.优选的是，在根据本发明的复合材料中，金属纤维彼此之间不发生电接触。由此，由天线机构吸收可通过调整纤维的长度来优化。此外，在纤维彼此之间不电接触的情况下，复合材料的dc电导率降低。
36.根据本发明的复合材料不需要额外的导电材料，诸如炭黑、碳纤维或碳纳米管。因
此，优选的是，根据本发明的复合材料不含炭黑、碳纤维或碳纳米管。由于复合材料不含炭黑、碳纤维和碳纳米管，可避免因磨损而造成的染色。此外，可以在期望可以看穿屏蔽件的情况下提供透明的屏蔽件，或者可通过添加颜料对屏蔽件进行着色。应理解，如本文所用的术语颜料不包括炭黑、碳纤维和碳纳米管。
37.本发明的复合材料优选地是电磁屏蔽件。因此，使用根据本发明的复合材料作为特别是在3至300ghz的ghz范围内的电磁屏蔽件也是本发明的一部分。该使用可以是用于在3至30ghz范围内或在30至300ghz范围内或在该两个范围内的频率的屏蔽中。
38.优选地，包含根据本发明的复合材料的电磁屏蔽件可具有单个层或可由多层层压物(例如两个或更多个层)生产。然而，优选的是，电磁屏蔽件具有用于实现该电磁屏蔽件的单个层。这样的单层屏蔽件可容易地生产，并且由于结合了三种用于吸收电磁辐射的机制，本发明复合材料在屏蔽这种电磁辐射方面仍然是高度有效的。
39.包括如上所述和权利要求中所述的复合材料的电磁辐射屏蔽件也是本发明的一部分。
40.优选地，本发明的屏蔽件是用于电子装置或用于其部件的壳体。
41.在该上下文中，包括用如上所述和权利要求中所述的屏蔽件、即用如上所述和权利要求中所述的复合材料屏蔽电磁辐射的至少一个部件的电子装置也是本发明的一部分。
42.复合材料通过将纤维切割成与要被屏蔽的em光谱相对应的适当长度来制备(见下文)。金属纤维或在通过熔融固结之前与基质聚合物的细粉混合或直接与聚合物熔体或单体树脂混合物复合。
43.在双螺杆挤出机中直接复合对于适合高频em屏蔽的较短纤维来说已经是可能的，平均纤维长度不会显著变化。
附图说明
44.现在将仅参照附图和图以及通过本发明的复合材料和屏蔽件的各种示例进一步详细地且通过举例的方式描述本发明。在附图中，示出的是：
45.图1当em波在3d材料上射击时的入射、反射和发射功率以及电磁场强度的示意性表示；
46.图2实施例3的cusi
4-tps-sebs复合材料在1hz至8mhz范围内测量的阻抗；
47.图3实施例4的cusi
4-tps-sebs复合材料在1hz至8mhz范围内测量的阻抗；
48.图4实施例3和实施例4的复合材料的吸水性；
49.图5实施例3的cusi
4-尼龙复合材料在水中老化前后在1hz至8mhz范围内测量的阻抗；
50.图6实施例4的cusi
4-尼龙复合材料在水中老化前后在1hz至8mhz范围内测量的阻抗；
51.图7含有0.5重量％、2.5重量％，10重量％，20重量％，30重量％和50重量的cusi4纤维的实施例3样品的照片。
具体实施方式
52.屏蔽效率取决于反射和吸收。屏蔽效率(ae)测量特定频率的em波穿过材料时材料
使其衰减的程度。图1示出了em波与材料的可能的相互作用。当em波到达材料的表面时，入射功率(pe)的某一部分被反射(pr)，而另一部分以热的形式被吸收和消散，并且剩余部分透射穿过屏蔽材料(p
t
)。因此，三个不同过程，即反射、吸收和多次内反射，促成对应于屏蔽有效性的总衰减(等
53.式1)。
[0054][0055]
emi屏蔽的主要机制是反射。反射损耗(ae
反射
)与屏蔽材料的表面与em波之间的相对阻抗失配有关。反射损耗的量值与材料的导电率(σ)与磁导率(μ)之比成比例，即ae
反射
∝
σ/μ。
[0056]
由于其优异的导电性，金属可与封闭层或网络一样很好地反射电磁辐射或使电磁辐射转向。其中高频场可堆积静电荷的电气装置通常由接地金属屏蔽件保护。这可防止高频电磁辐射从装置逸出，与此同时还可提供对来自外部的杂散辐射的屏蔽。然而，在ghz范围内的简单金属屏蔽件对于小部件和对必须在高压下压缩的导电密封件的需要不是很实际。
[0057]
emi屏蔽的另一个机制是吸收。em波的强度在其穿过导体的材料时呈指数降低。吸收损耗导致材料因介质中感应的电流而变热。以分贝(db)为单位的吸收损耗(ae
吸收
)取决于电导率(σ)、磁导率(μ)和样品厚度(d)，即ae
吸收
∝
σμd。
[0058]
在薄膜中，在两个外界面之间的多次反射利于吸收，em波从第二界面反射，返回到第一界面，并且从第一界面反射回第二界面。
[0059]
其中穿透深度δ由δ＝(fπσμ)-1/2
给定，并且被定义为在外表面以下在入射场衰减到其原始值的1/e处的厚度，其中f是入射波的频率。
[0060]
此外，基于多次反射的屏蔽效率ae
多次反射
基于厚度d和穿透深度δ并可用等式(2)表示
[0061][0062]
例如在部件具有强烈变化的渗透率的多孔材料或复合材料中，也可以通过材料的内部结构来实现多次反射。在这种异质微结构中，局部场发生很大变化。纳米/微结构的不同电磁性质充当极化空间，这导致了位移电流与传导电流相比的延迟。在这些条件下，介电常数和磁导率可用有效介电常数(ε＝ε
′
+iε
″
)和磁导率(μ＝μ
′
+iμ
″
)代替。ε
′
和μ
′
分别是指电量存储和磁量存储。ε
″
和μ
″
分别表示介电损耗和欧姆损耗。这些对每个部件的几何形状、大小、电导率和体积分数有复杂的依赖性。当复合材料和自由空间的阻抗匹配时，发生来自复合材料的表面的ghz波的反射的完全衰减(最大化吸收)。阻抗匹配的理想条件是当zin＝z0＝377ω。这里，z0是自由空间的本征阻抗，并且z
in
是吸收体的输入阻抗。
[0063]-20db的衰减被认为是99％微波吸收，这在大多数情况下被认为是足够的屏蔽。此外，在技术领域中，不仅需要高效屏蔽，而且需要重量低、厚度最小、耐腐蚀和化学性、良好柔性、可调谐形态、易加工和经济性。
[0064]
ae对μ和σ的依赖性(见等式2)表明导电磁性金属的屏蔽受吸收而不是受反射的支配。这是由于较低的电导率造成的，这导致了较低的反射但更大的穿透深度。这里，由热塑
性塑料和特别地由软磁性金属(诸如由钴和余量铁、钼、硼和/或硅组成的μ-金属或合金，例如以商品名购得的co
66
fe4mo2b
12
si
16
)制成的薄纤维制成的细分散复合材料是理想的吸收屏蔽材料。如上所述，这种软磁性金属的细纤维可通过熔纺生产。而且，磁性材料的尺寸也对磁导率有很大的影响。在较大颗粒的情况下，位移电流的损耗由于感应位移电压(u
位移
∝
区域)的增加而增加并产生更好的ae结果(屏蔽效应)。此外，金属纤维的各向异性导致电磁阻尼的增加。
[0065]
接下来，将参考非限制性示例描述本发明。
[0066]
制备了几种示例性复合材料。在表1中总结组合物。为了制备复合材料，应用了以下复合过程。
[0067]
复合
[0068]
使用挤出处理进行复合。将具有圆锥螺杆且体积为15ml的同向旋转双螺杆微型复合机(dsm xplore，荷兰)用于示例性复合材料。组合物指示于表1中。需注意，实施例1和2的复合材料以浓度为0重量％、10重量％、20重量％、30重量％、40重量％和50重量％的金属纤维生产。实施例3和4的复合材料以浓度为2.50重量％、5重量％、10重量％、20重量％、30重量％和50重量％的金属纤维生产。基质材料和金属纤维同时送入微复合机中。
[0069]
对于实施例1和2，在210℃下以40rpm的螺杆旋转速率混合10分钟。整个过程在氮气气氛下进行。随后，将所得的复合材料在5.5ml注射成型机(dsm xplore)上在以下条件下加工成标距长度60mm、宽20mm、厚2mm的试样：缸温210℃、模具温度60℃、保压7mpa、保压时间10秒、冷却时间20秒。
[0070]
对于实施例3，使用了相同过程，但是在混合期间的温度和在注射成型期间的缸温是190℃。实施例3的复合材料的照片图像在图7中被示出为不同浓度的金属纤维。从照片中可认识到，随着金属纤维的浓度的增加，金属纤维之间的平均距离减小。针对阻抗测量观察到的30至20重量％的渗滤阈值与来自照片的光学印模相匹配。
[0071]
实施例4的复合材料与实施例3的复合材料相同，但是它们通过热压处理而不是像实施例3那样使用注射成型进行处理。通过热压，通过在1.7巴的压力和180℃的温度下压制10分钟(metlprep，澳大利亚)从实施例4的复合材料获得具有25mm直径和1.6mm厚度的粒料。
[0072]
表1
[0073]
[0074]
sebs是由苯乙烯和丁二烯嵌段共聚物加氢生产的一种氢化热塑性含苯乙烯弹性体，具有优异的机械性能、耐化学性和耐热性。sebs基化合物具有优异的弹性体性能和橡胶样外观，并且具有优异的耐候性、耐uv性和耐臭氧性，从而使其成为户外和长使用寿命应用的优选选择。sebs的化学结构根据下式：
[0075][0076]
其中x、m、n、v和y是整数。
[0077]
实施例3的复合材料的阻抗测量在图2中示出，并且实施例4在图3中示出。用于实施例2的复合材料的阻抗测量与实施例3的那些相当。可认识到，通过注射成型获得的实施例3的复合材料的渗滤阈值在30和20重量％之间，对于实施例2的复合材料也是如此。对于实施例4的复合材料观察到类似的渗滤阈值，然而，渗滤极限似乎不那么突变，这可通过与通过注射成型获得的样品相比通过热压制备的样品具有更小均质性来解释。
[0078]
涂层的制备
[0079]
根据以下过程使用kpg搅拌器制备溶剂型涂层。laropal a 81(在pms中的60％固体)(20g)和5g garamite-7305在62ml 1-甲氧基-2-乙酸丙酯中在1000rpm下搅拌5分钟。然后，加入18g cusi4纤维(长度约1.5mm)并在500rpm下再搅拌5分钟。使用刮漆棒(drawdown rod)(刮片)将分散体作为涂层施加到聚碳酸酯板上，并且然后在室温下固化24小时。
[0080]
腐蚀测试
[0081]
为了评估所获得的复合材料的耐腐蚀性，将样品在50℃的温度下在蒸馏水中老化7天。在处理之后，观察到无点蚀、腐蚀的主面侵蚀或cusi4纤维氧化。在水中老化前后对样品进行加权，并且评估总水吸收性，并且其量为0.22至0.5重量％，这表明聚合物复合材料对水合的高抗性。实施例3和4的复合材料的吸水性示出于图4中，其中上方条是指实施例4的复合材料，下方条是指实施例3的复合材料。需注意，铜完全氧化成cuo将伴随25％的重量增加。特别是对于具有高铜含量的那些样品，铜的氧化被限制在小于金属的2至3％。这指示了高耐腐蚀性。对于纤维含量低的样品，相对更高的氧化量可通过表面效应来解释，所述表面效应可通过变更复合条件来避免。
[0082]
在腐蚀试验之后，阻抗没有显著变化，如可从针对实施例3的复合材料的图5和针对实施例4的复合材料的图6中看出。这证实了所获得的复合材料的高腐蚀稳定性。
[0083]
屏蔽
[0084]
由实施例2的组合物制备emi屏蔽组合物，该组合物包含cusi4带(2μm厚、10μm宽和2mm长)和尼龙-6作为基质材料。将复合材料切碎成粒料，并且将粒料成型到注射成型机中。使用电化学工作站im6(zahner-elektrik gmbh&co.kg)测量在振幅为20mv的情况下在1hz-8mhz范围内的阻抗(施加5mv的无介电势垒的低阻抗样品除外)。使用不锈钢盘形电极d＝
18mm的测量单元进行跨粒料厚度的2电极阻抗测量。在其中一个电极上放置25μm厚的kapton膜作为介电势垒(db)。当材料中的单个高导电路径使电极短路时，这就准许消除这种情况。电池用im6套组的短电缆连接到im6；im6被配置为4电极测量以补偿电缆的阻抗。结果示于图2中。
[0085]
基于该结果，通过以下获得反射损耗(rl)：
[0086][0087]
这导致-3至-6db之间的衰减，即对电磁能量的10-30％吸收。在更高频率下，电荷位移的功率损耗增加。在8ghz时，观察到的电磁波功率损耗增加了106(p
∝
f2)，从而在ghz范围内实现了几乎完全屏蔽。