电磁屏蔽复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种电磁屏蔽复合材料及其制备方法。所述电磁屏蔽复合材料包括：基体层，由复合物形成，所述复合物包括树脂与表面改性的导电和/或导磁粉体，导电和/或导磁粉体均匀分散在树脂中；有效层，由导电纤维织物形成，所述导电纤维织物具有网状结构，形成连续的导电网络；覆盖层，由导电材料形成，其中，覆盖层和基体层分别位于有效层的上表面和下表面上，基体层与所要屏蔽的目标物相接触。根据本发明的实施例的电磁屏蔽复合材料质量轻、屏蔽性能优良、力学强度良好并且具有耐热性。
【专利说明】电磁屏蔽复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电磁屏蔽材料领域，尤其涉及一种电磁屏蔽复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]电磁辐射与电磁干扰对国防军事与人民生活都有着严重影响，因而电磁屏蔽与吸收材料成为各国的研究热点。
[0003]现有的电磁屏蔽材料主要包括涂覆型、结构型和复合型三类。涂覆型屏蔽材料主要指在制品表面贴导电箔或喷涂导电漆，该类材料要求制品的形状不能过于复杂，并且粘贴或喷涂的表层在使用过程中容易磨损脱落而丧失屏蔽功能。结构型电磁屏蔽材料主要指金属和导电高分子材料，其中，金属屏蔽材料的电磁屏蔽效果优良，但比重相对较大。复合型屏蔽材料主要指导电和/或导磁填料与高分子形成的复合材料，其中，导电和/或导磁填料包括例如金属系填料、金属氧化物系填料和碳系填料。
[0004]在复合型屏蔽材料中，金属系填料主要包括粉体与纤维两种类型。虽然金属及其氧化物填料的导电性好，但相对于碳系填料其密度较高。当金属及其氧化物填料的添加量高于临界值时，电磁屏蔽复合材料的力学强度会受到负面影响。碳系屏蔽填料主要包括粉状与纤维两种形式，其中粉状填料的表面因含有大量的极性物质而不易分散，并且由于导电性较弱，因此需要较高的填充量才能起到电磁屏蔽的作用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种电磁屏蔽性能优良、质量轻、力学强度良好并具有耐热性的电磁屏蔽复合材料。
[0006]本发明的一方面提供一种电磁屏蔽复合材料，所述电磁屏蔽复合材料包括:基体层，由复合物形成，所述复合物包括树脂与表面改性的导电和/或导磁粉体，导电和/或导磁粉体均匀分散在树脂中；有效层，由导电纤维织物形成，所述导电纤维织物具有网状结构，形成连续的导电网络；覆盖层，由导电材料形成，其中，覆盖层和基体层分别位于有效层的上表面和下表面上，基体层与所要屏蔽的目标物相接触。
[0007]根据本发明的实施例，所述有效层还可以包括由与构成基体层的复合物相同的复合物形成的层，所述有效层可以被构造为多个由导电纤维织物形成的层和多个由复合物形成的层沿着电磁屏蔽材料的厚度方向交替地层叠在覆盖层和基体层之间，并且覆盖层和基体层分别与由导电纤维织物形成的层相接触。
[0008]根据本发明的实施例，所述覆盖层可以由与构成基体层的复合物相同的复合物形成，或者所述覆盖层由金属形成。
[0009]根据本发明的实施例，所述树脂可以为热固性树脂或热塑性树脂，所述导电和/或导磁粉体可以包括金属粉末和金属氧化物粉末中的至少一种。
[0010]本发明的另一方面提供一种制备电磁屏蔽复合材料的方法，所述方法包括:a.对导电和/或导磁粉体进行表面改性；b.将经过表面改性的导电和/或导磁粉体与树脂按照1:3?1:10的重量比例混合均匀形成复合物，将复合物铺设在模具中；c.在所述复合物上铺设具有网状结构的导电纤维织物，以形成连续的导电网络；d.在所述导电纤维织物上铺设覆盖层，得到复合材料将所述复合材料加热并模压固化成形。
[0011]根据本发明的实施例，所述方法还可以包括:按顺序反复执行多次步骤b和步骤C，以形成交替层叠的多个由复合物形成的层和多个由导电纤维织物形成的层，所述交替层叠的多个由复合物形成的层和多个由导电纤维织物形成的层作为整体，形成具有电磁屏蔽性能的有效层。
[0012]根据本发明的实施例，所述覆盖层可以由与构成基体层的复合物相同的复合物形成，或者所述覆盖层由金属形成。
[0013]根据本发明的实施例，所述树脂可以为热固性树脂或热塑性树脂，所述导电和/或导磁粉体可以包括金属粉末和金属氧化物粉末中的至少一种。
[0014]根据本发明的实施例，当所述树脂为热固性树脂时，在步骤b中向导电和/或导磁粉体与树脂的复合物中加入固化剂。
[0015]根据本发明的实施例，在步骤a中，可以利用助剂对导电和/或导磁粉体进行表面改性。
[0016]根据本发明的实施例的电磁屏蔽材料可具有至少一个以下优点:
[0017]1、与金属和单纯添加金属导电填料的屏蔽材料相比，根据本发明的实施例的电磁屏蔽材料质量更轻；
[0018]2、与包括短碳纤维和其他导电短纤维的屏蔽材料相比，根据本发明的实施例的电磁屏蔽性能更加优良；
[0019]3、与采用其他高分子材料的屏蔽复合材料相比，根据本发明的实施例的电磁屏蔽复合材料具有良好的力学强度与耐热性。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]通过结合附图对实施例的描述，本发明的上述和/或其他特征和方面将变得清楚和易于理解。在下文中，除非另有说明，相同的附图标记始终指示相同的元件，在附图中:
[0021]图1是根据本发明的实施例的电磁屏蔽复合材料的示意性剖视图；
[0022]图2是根据本发明的实施例的电磁屏蔽复合材料的制备方法的流程图。
【具体实施方式】
[0023]以下，将参照附图详细地描述本发明的实施例。然而，本发明不应该被理解为局限于在此阐述的实施例，而是提供这些实施例使得本发明的公开是彻底的和完整的，并把本发明的范围充分传达给本领域技术人员。
[0024]图1是根据本发明的实施例的电磁屏蔽复合材料的示意性剖视图。
[0025]如图1所示，根据本发明的实施例的电磁屏蔽复合材料包括:基体层10，由复合物形成，所述复合物包括树脂11与表面改性的导电和/或导磁粉体12，导电和/或导磁粉体12均匀分散在树脂11中；有效层20，包括导电纤维织物21，所述导电纤维织物21具有网状结构，形成连续的导电网络；覆盖层30，由导电材料形成，其中，覆盖层30和基体层10分别位于有效层20的上表面和下表面上，基体层10与所要屏蔽的目标物相接触。
[0026]根据本发明，可以使用树脂制成电磁屏蔽复合材料的基体层10。树脂具有质量轻、易于加工成型的特点，因此，可以将树脂应用于电子设备来代替传统的金属壳体。然而，由于高分子材料本身往往是绝缘体，纯树脂的电阻率很大，对电磁辐射基本没有屏蔽作用。因此，在本发明中，使用导电和/或导磁粉体与树脂混合形成复合物，从而对树脂材料进行导电改性，提高树脂基体对电磁波的屏蔽性能。
[0027]在本实施例中，基体层10由复合物形成，所述复合物包括树脂11和导电和/或导磁粉体12，导电和/或导磁粉体12均匀地分散在树脂11中，这种结构使复合物的电阻率与纯树脂相比有大幅度降低。导电和/或导磁粉体12赋予基体层10导电性能，使得电磁波经过基体层10时反射次数增加，电磁波的反射次数越多，反射损耗和吸收损耗就越大。当利用具有这种结构的复合物形成基体层10并使基体层10与所要屏蔽的目标物相接触时，该电磁屏蔽复合材料能够表现出优良的电磁屏蔽效果。
[0028]根据本发明的实施例，树脂11可以为热固性树脂或热塑性树脂，树脂的重量百分含量可以占电磁屏蔽复合材料总重量的50%?90%。树脂11可以包括环氧树脂、酚醛树月旨、聚氨酯、三聚氰胺、聚酰亚胺、聚酰胺、聚乙炔等中的至少一种。在一个实施例中，由于环氧树脂密实、附着力强并具有良好的耐辐射性，因而成为优选的树脂。
[0029]根据本发明的实施例，导电和/或导磁粉体12可以包括金属粉末和金属氧化物粉末中的至少一种，其中，金属粉末可以是从铜粉、镍粉、银粉、铁粉和铝粉等中选择的至少一种，金属氧化物粉末可以是从铁氧化物、镍氧化物和锌氧化物等中选择的至少一种。在一个实施例中，由于铝粉质量轻并且具有优异的导电性能以及相对低廉的价格，因而成为优选。
[0030]在本实施例中，有效层20被覆盖层30和基体层10夹持在中间，形成类似于“三明治”的三层结构。有效层20包括导电纤维织物21，其中，导电纤维织物21具有网状结构，例如，该网状结构可以具有平纹或斜纹，该导电纤维织物可以是单向织物或双向织物，其中，具有斜纹的双向编织的导电纤维织物的电磁屏蔽性能更佳。导电纤维织物的网状结构可以形成连续的导电网络，起到增加电磁屏蔽复合材料的整体强度和导电性能的作用，并且还可以改善电磁波的吸收效果。
[0031]现有技术通常采用细长的导电纤维、切短的导电纤维或者同时采用长纤维与短纤维作为填充材料来形成复合材料，因而填料的纤维组织是彼此独立的结构，并没有形成交织的网络。相比之下，由于本发明的实施例的复合材料采用网状结构的导电纤维织物，形成了连续交织的导电网络结构，这种连续导电网络结构不但可以显著提高电磁屏蔽性能，还能使复合材料进一步纤薄化、轻巧化。根据本发明的实施例，导电纤维织物可以是碳纤维织物、镀金属纤维织物和镀金属玻璃纤维织物中的至少一种。在一个实施例中，导电纤维织物优选为双向碳纤维织物。
[0032]由于不同种类的树脂或导电纤维织物的重量和厚度不同，因此根据本发明的实施例的电磁屏蔽复合材料的基体层10、有效层20和覆盖层30的厚度可以根据具体的组成材料和所要取得的电磁屏蔽性能来决定。另外，考虑到本发明的电磁屏蔽复合材料的整体轻便性，本实施例的有效层20可以只包括单层的导电纤维织物；然而，本发明不限于此，可以根据所期望达到的电磁屏蔽性能来设置有效层20。
[0033]例如，当所要屏蔽的电磁辐射较强时，电磁屏蔽复合材料可以含有多层导电纤维织物21。在这种情况下，根据本发明的实施例，有效层20还可以包括与构成基体层10的复合物相同的复合物，并且有效层20被构造为多个由复合物形成的层和多个由导电纤维织物形成的层沿着电磁屏蔽材料的厚度方向交替地层叠在覆盖层30和基体层10之间，覆盖层30和基体层10分别与由导电纤维织物21形成的层接触。此时，各层导电纤维织物21之间包括由树脂11和导电和/或导磁粉体12形成的复合物，由于树脂11在加热之后具有一定的粘结性，因此可以保证多个由导电纤维织物21形成的层和多个由复合物形成的层之间存在一定的粘结强度，从而使本发明的实施例的电磁屏蔽复合材料整体兼具良好的力学强度和电磁屏蔽性能。
[0034]在本实施例中，覆盖层30由导电材料形成。在一个实施例中，覆盖层30可以由金属形成，例如，铜箔。然而，在另一个实施例中，覆盖层30也可以由与构成基体层10的复合物相同的复合物形成。在这种情况下，覆盖层30可以具有与基体层10相同的电磁屏蔽性质，因此电磁屏蔽复合材料的上表面和下表面均可以与所要屏蔽的目标物接触。也就是说，电磁屏蔽复合材料可以置于两个或更多所要屏蔽的目标物之间。
[0035]在本实施例中，导电和/或导磁粉体12是经过表面改性的材料。表面改性的目的在于提高粉体与树脂的亲和力，同时避免粉体结块或成团，使粉体可以均匀地分散在树脂中，从而改善导电复合物的整体电磁屏蔽性能。
[0036]因此，与金属和单纯添加金属导电填料的屏蔽材料相比，根据本发明的实施例的电磁屏蔽材料质量更轻；与包括短碳纤维和其他导电短纤维的屏蔽材料相比，根据本发明的实施例的电磁屏蔽性能更加优良；与采用其他高分子材料的屏蔽复合材料相比，根据本发明的实施例的电磁屏蔽复合材料具有良好的力学强度和耐热性。
[0037]在下文中，将结合图2来详细描述根据本发明的实施例的电磁屏蔽复合材料的制备方法。图2是根据本发明的实施例的电磁屏蔽复合材料的制备方法的流程图。
[0038]如图2中所示，根据本发明的实施例的制备电磁屏蔽复合材料的方法包括以下步骤:a.利用助剂对导电和/或导磁粉体进行表面改性(SlO) ；b.将经过表面改性的导电和/或导磁粉体与树脂按照1:3?1:10的重量比例混合均匀以形成复合物，将复合物铺设在模具中(S20) ；c.在所述复合物上铺设具有网状结构的导电纤维织物，以形成连续的导电网络(S30) ；d.在所述导电纤维织物上形成覆盖层，得到复合材料(S40) ；e.将所述复合材料加热并模压固化成形，从而得到根据本发明的电磁屏蔽复合材料(S50)。
[0039]在步骤SlO中，对导电和/或导磁粉体进行表面改性。对导电和/或导磁粉体表面改性的目的在于提高导电和/或导磁粉体与树脂的亲和力，同时避免导电和/或导磁粉体结块或者成团，以确保导电和/或导磁粉体可以均匀地分散在树脂中，改善导电复合物的整体电磁屏蔽性能。如果不执行表面改性，导电和/或导磁粉体将与树脂产生分离相，从而无法形成导电通路，影响复合材料的屏蔽性能。根据本发明的实施例，可以利用化学方法通过加入助剂来执行表面改性，可以按照导电和/或导磁粉体重量的约I %的量来添加助齐U。但本发明不限于此，任何能够有助于提高粉体-树脂复合物的分散均匀性的表面改性方法都可以用于本发明的导电和/或导磁粉体。
[0040]在一个实施例中，导电和/或导磁粉体可以包括金属粉末和金属氧化物粉末中的至少一种，用于表面改性的助剂可以是偶联剂，偶联剂可以是从硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中选择的一种。优选地，偶联剂可以是诸如氨基硅烷偶联剂的硅烷偶联剂。[0041 ] 在步骤S20中，将经过表面改性的导电和/或导磁粉体与树脂按照1:3?1:10的重量比例混合均匀形成复合物，然后将复合物铺设在模具中。
[0042]在一个实施例中，当树脂为热固性树脂时，还需要向树脂和导电和/或导磁粉体的复合物中加入固化剂。在这种情况下，复合物的组成按重量百分比计可以包含约50%?90%的热固性树脂、约5%?10%的固化剂以及约10%?30%的导电和/或导磁粉体，再将复合物铺设在模具中。
[0043]在另一个实施例中，当树脂为热塑性树脂时，不必加入固化剂，可以将混合均匀的热塑性树脂与导电和/或导磁粉体挤出或模压成具有一定外观尺寸的薄片，再将薄片铺设在模具中。
[0044]在步骤S30中，在步骤S20所获得的复合物上铺设具有网状结构的导电纤维织物，以形成连续的导电网络。
[0045]在一个实施例中，仅铺设一层导电纤维织物。然而，还可以根据期望得到的电磁屏蔽性能而铺设多层导电纤维织物。在这种情况下，反复执行步骤S20和步骤S30多次，以形成交替层叠的多个由复合物形成的层和多个由导电纤维织物形成的层，所述交替层叠的多个由复合物形成的层和多个由导电纤维织物形成的层作为整体，形成具有电磁屏蔽性能的有效层。
[0046]在步骤S40中，在导电纤维织物上形成覆盖层。
[0047]在一个实施例中，覆盖层可以由金属形成。例如，可以将铜箔铺设在导电纤维织物上作为覆盖层。在另一个实施例中，覆盖层可以由与步骤20中形成的复合物相同的复合物形成，例如，可以在步骤S40中，通过执行步骤S20来将经过表面改性的导电和/或导磁粉体与树脂按照1:3?1:10的重量比例混合均匀以形成复合物，再将复合物铺设在导电纤维织物上作为覆盖层。
[0048]最后执行步骤S50，合上模具，将前述各步骤形成的复合材料在一定的温度和压力下加热并模压固化成形。
[0049]下面，将描述通过本发明的实施例的制备方法来制备的电磁屏蔽复合材料的具体示例以及电磁屏蔽性能的检测结果。
[0050]示例 I
[0051]室温下，称取3g氨基硅烷偶联剂与200g无水乙醇配制成醇溶液。称取10g Al粉加入氨基硅烷偶联剂的醇溶液中，对Al粉表面改性，采用磁力搅拌器搅拌30分钟后过滤，在130°C下干燥1min后研磨待用。
[0052]将15g表面改性后的Al粉加入至15g甘油醚类稀释剂中，并加入0.03g消泡剂。搅拌均匀后，加入10g环氧树脂，并加入1g固化剂搅拌均匀。
[0053]室温下，将50g上述Al粉与环氧树脂的混合液体导入模具的下模中，再将碳纤维织物铺在混合液体上，再将50g上述Al粉与环氧树脂的混合液体导至碳纤维织物上。合上模具，以5°C /min的升温速度将模具温度升至130°C以使树脂固化。待60min之后，将模具冷却至室温，打开模具取出制品，从而得到样品I。
[0054]测得样品I的电阻为9.80 Ω.cm。
[0055]示例 2
[0056]室温下，称取3g氨基硅烷偶联剂与200g无水乙醇配制成醇溶液。称取10g Al粉加入氨基硅烷偶联剂的醇溶液中，对Al粉表面改性，采用磁力搅拌器搅拌30分钟后过滤，在130°C下干燥1min后研磨待用。
[0057]将1g表面改性后的Al粉加入至1g甘油醚类稀释剂中，并加入0.03g消泡剂。搅拌均匀后，加入10g环氧树脂，并加入1g固化剂搅拌均匀。
[0058]室温下，将50g上述Al粉与环氧树脂的混合液体导入模具的下模中，再将碳纤维织物铺在混合液体上，再将50g上述Al粉与环氧树脂的混合液体导至碳纤维织物上。合上模具，以5°C /min的升温速度将模具温度升至130°C以使树脂固化。待60min之后，将模具冷却至室温，打开模具取出制品，从而得到样品2。
[0059]测得样品2的电阻为21.05 Ω.cm。
[0060]示例 3
[0061]室温下，称取3g氨基硅烷偶联剂与200g无水乙醇配制成醇溶液。称取10g Al粉加入氨基硅烷偶联剂的醇溶液中，对Al粉表面改性，采用磁力搅拌器搅拌30分钟后过滤，在130°C下干燥1min后研磨待用。
[0062]将25g表面改性后的Al粉加入至25g甘油醚类稀释剂中，并加入0.03g消泡剂。搅拌均匀后，加入10g环氧树脂，并加入1g固化剂搅拌均匀。
[0063]室温下，将50g上述Al粉与环氧树脂的混合液体导入模具的下模中，再将碳纤维织物铺在混合液体上，再将50g上述Al粉与环氧树脂的混合液体导至碳纤维织物上。合上模具，以5°C /min的升温速度将模具温度升至130°C以使树脂固化。待60min之后，将模具冷却至室温，打开模具取出制品，从而得到样品3。
[0064]测得样品3的电阻为9.76 Ω.cm。
[0065]根据上述示例可以看出，制得的电磁屏蔽复合材料电阻均较小，电阻值越小表示屏蔽效果越好。由于在有效层中形成了连续的导电网络，并且由树脂与导电和/或导磁粉体构成的复合物具有良好的导电性能，使得根据本发明的复合材料整体具有优良的电磁屏蔽性能。
[0066]综上所述，根据本发明的实施例的电磁屏蔽复合材料及其制备方法可以在有效层中形成连续的导电网络，并且可以形成由导电性能良好的复合物构成的基体层，从而改善了复合材料的整体电磁屏蔽性能。所制得的电磁屏蔽复合材料与现有复合材料相比质量更轻、电磁屏蔽性能更优良并且力学强度和耐热性更好。
[0067]虽然已经结合示例性实施例描述了本发明，但在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以做出各种变化和修改，本发明的保护范围以权利要求书的限定为准。
【权利要求】
1.一种电磁屏蔽复合材料，所述电磁屏蔽复合材料包括: 基体层，由复合物形成，所述复合物包括树脂与表面改性的导电和/或导磁粉体，导电和/或导磁粉体均匀分散在树脂中； 有效层，由导电纤维织物形成，所述导电纤维织物具有网状结构，形成连续的导电网络； 覆盖层，由导电材料形成， 其中，覆盖层和基体层分别位于有效层的上表面和下表面上，基体层与所要屏蔽的目标物相接触。
2.根据权利要求1所述的电磁屏蔽复合材料，其中，所述有效层还包括由与构成基体层的复合物相同的复合物形成的层，所述有效层被构造为多个由导电纤维织物形成的层和多个由复合物形成的层沿着电磁屏蔽材料的厚度方向交替地层叠在覆盖层和基体层之间，并且覆盖层和基体层分别与由导电纤维织物形成的层相接触。
3.根据权利要求1所述的电磁屏蔽复合材料，其中，所述覆盖层由与构成基体层的复合物相同的复合物形成，或者所述覆盖层由金属形成。
4.根据权利要求1所述的电磁屏蔽复合材料，其中，所述树脂为热固性树脂或热塑性树脂， 其中，所述导电和/或导磁粉体包括金属粉末和金属氧化物粉末中的至少一种。
5.一种制备电磁屏蔽复合材料的方法，所述方法包括: a.对导电和/或导磁粉体进行表面改性； b.将经过表面改性的导电和/或导磁粉体与树脂按照1:3?1:10的重量比例混合均匀形成复合物，将复合物铺设在模具中； c.在所述复合物上铺设具有网状结构的导电纤维织物，以形成连续的导电网络； d.在所述导电纤维织物上铺设覆盖层，得到复合材料； e.将所述复合材料加热并模压固化成形。
6.根据权利要求5所述的方法，所述方法还包括: 按顺序反复执行步骤b和步骤c多次，以形成交替层叠的多个由复合物形成的层和多个由导电纤维织物形成的层，所述交替层叠的多个由复合物形成的层和多个由导电纤维织物形成的层作为整体，形成具有电磁屏蔽性能的有效层。
7.根据权利要求5所述的电磁屏蔽复合材料，其中，所述覆盖层由与构成基体层的复合物相同的复合物形成，或者所述覆盖层由金属形成。
8.根据权利要求5所述的电磁屏蔽复合材料，其中，所述树脂为热固性树脂或热塑性树脂， 其中，所述导电和/或导磁粉体包括金属粉末和金属氧化物粉末中的至少一种。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，当所述树脂为热固性树脂时，在步骤b中向导电和/或导磁粉体与树脂的复合物中加入固化剂。
10.根据权利要求5所述的方法，其中，在步骤a中，利用助剂对导电和/或导磁粉体进行表面改性。
【文档编号】H05K9/00GK104470344SQ201410802102
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月17日 优先权日:2014年12月17日
【发明者】刘金彦 申请人:广州三星通信技术研究有限公司, 三星电子株式会社