多个有关电磁兼容性的国家标纪还颁布了I电lishiu申请专利多篇。reserved,http://www.cnki.net EMI/RF丨屏蔽概述电磁干扰(EMI)及无线电波干扰(RFI)是一种电磁辐射现象,它能直接或间接引发电子设备产生误操作或系统失灵。一般EMI/RFI发生的电磁波频率在10kHz至10GHz之间,这些电磁波干扰来自于电路截断器、计算机、汽车的点火装置、汽车通讯系统、摇控器、电视、手提电话等。而会受到EMI/RFI影响的产品有商用机器、家用电子产品、收音机、计算机等。
随着电子产品的小型化及高速运算电子组件需求的增加,对于电磁波干扰EMI、无线电波干扰RFI及静电放电(ESD)的防护日益重要。小型化、高密度化的电子组件,最易受电子噪声干扰及静电破坏,因此需要进行电磁波屏蔽及静电防护处理,并且电子组件从制造、储存、运输到产品使用过程中均需要采用防静电材料。
在电子产品组件日渐小型化的趋势下,各国对EMI/RFI屏蔽的需求都非常重视。欧洲经济共同体(EC)和美国联邦通讯委员会(FCC)的电磁兼容(EMC)规定,要求相关电子产品的生产厂家及销售公司确认其产品在使用期限内满足EMI屏蔽技术要求,并必须带有CE标志方能在市场上销售。
日本通产省商检局也于1984年9月制定商品电磁兼容性管理办法,并分别从1986年元月1日至1987年1月明确规定复印机、打字机、电视机、监视器、终端机、录放机、文字处理机、键盘、磁盘驱动器等40项计算机信息产品,还有微波炉、音响、家电产品等均要纳入EMC管制范围。我国自20世纪80年代以来,也由国家质量技术监督局组织制订了70磁兼容认证管理办法,规定在中国境内销售使用列入电磁兼容性安全认证产品目录中的产品的企业,应申请电磁兼容性认证。可见,为了避免电磁干扰的影响,必须创造电磁兼容(EMC)环境,以降低电子电器产品的电磁干扰,提高电子电器产品的电磁耐受性。
EMI/RFI屏蔽技术现状2.1EMI/RF丨屏蔽屏蔽材料愈厚,体积电阻愈小,屏蔽效果愈大,因此从体积电阻可预测大概的屏蔽效果。若要有充分的屏蔽效果,最小需cm以下的体积电阻。屏蔽效果受频率影响很大,一般来说,具30~60dB的屏蔽效果就可供实用。屏蔽效果评价见表1.表1屏蔽效果评价屏蔽效果/评价几乎无屏蔽效果屏蔽效果的最低下限平均值平均值以上90以上最佳屏蔽效果化学专业硕士,复旦大学高分子科学系博士,多年从事高分子共混合金及功能高分子材料的研究、开发和生产应用工作,负责开发的多个项目已获国家级新产品或上海市新产品称号。目前已发表学术论文陈永生等。热塑性导电塑料在屏蔽电磁波干扰中的应用设计各种复杂形状观及低成本见图的,她hSft质褓膣8对两的屏蔽效率进行对比。结22常用屏蔽方法概述塑料由于具有密度小、容易加工、耐腐蚀及优异的物理机械性能,因而被广泛应用于电子电气行业作为壳体、底板等结构件但由于塑料是电绝缘体因此电磁波很容易穿过塑料件,所以必须对绝缘的高分子材料进行导电性处理,使之具有一定的EMI屏蔽防护能力。使用的处理方法一般分为内部添加及外部处理2方面。外部处理包括采用导电漆及表面金属化处理(电镀、真空蒸着)甚至以金属薄片或金属网贴合处理;内部添加则是在塑料、橡胶基材中加入高导电性的材料如金属以防止电荷造成损害及产生电子噪声。添加的导电填充剂及导电纤维包括导电炭黑、铜、镍等金属碎片或粉末及不锈钢丝、碳纤维、石墨纤维、铜纤维、镀铝玻纤等。导电填充剂中的导电炭黑主要用于ESD防护方面,导电纤维可用在EMI/RFI屏蔽方面。
(1)外部处理:化学镀、溅镀、真空蒸镀、电弧表面处理等金属化,银、铜及镍之导电涂层。
⑵内部添加:铜、镍等金属粉末、不锈钢丝、碳纤维、石墨纤维、铜纤维、镀铝玻纤等。
目前EMI屏蔽方法仍以外部处理为主(见表表2美国EM丨屏蔽市场14屏蔽方法市场份额,金额/106美元导电漆、涂料化学电镀金属内衬真空蒸镀金属导电复合物其他塑料屏蔽合计塑料屏蔽占整个屏蔽市场比率屏蔽市场总计尽管内部添加方法通常有以下之缺点,如需要高的添加量、分散不均、加工困难及易影响物性,而常造成塑料材料脆裂等,但比起以金属做为电磁干扰屏蔽及静电消散等,有质量轻、容易加工成型,能因此是未来的研发方向。
目前使用在EMI/RFI屏蔽方面的导电纤维主要为3种:导电碳纤维、镀镍的石墨纤维及不锈钢丝,其中约60%的市场份额被不锈钢丝纤维垄断。
各种EM丨屏蔽方法成本对比117注:材料为ABS/NCG纤维热塑性共混物,混合方式为干混;尺12.7mm;屏蔽要求为100MHz1GHz范围为40dB表面电阻为小于1V块3种主要导电纤维复合材料性能对比表3是导电碳纤维、镀镍的石墨纤维及不锈钢纤维的复合材料性能对比。由表3可见,不锈钢纤维的加入对基体树脂的外观颜色、机械性能、加工性能影响最为轻微,而且达到相同屏蔽效率时所需的添加量最少。但另一方面,不锈钢纤维却不能象碳纤维及镀镍的石墨纤维那样对基体树脂同时起到增强的作用。
表3主要EM丨屏蔽纤维复合材料对比种类添加材料质对基体树脂的影响量百分数,颜色机械性模塑加工性碳纤维不锈钢纤维镀镍碳纤维注:H为严重影响;L为轻微影响;M为影响程度适中。
表4是镀镍碳纤维与不锈钢纤维热塑性复合材料的性能对比。由表4可见,2种导电纤维在相同树脂基体、相同添加量的情况下,导电性能与屏蔽效果几乎相同,但不锈钢纤维对基体材料的性能影响较小。由表4可见,不锈钢纤维对基体材料性能如收缩率、强度、模量影响较小;镀镍的石墨纤维对基体材料同时有增强作用;低添加量时不锈钢纤维屏蔽效率较高,高添加量时镀镍的石墨纤维及屏蔽效率较高。碳纤维、镀镍碳纤维分别与ABS共混,采用Brabender塑化仪混合(240G30r/min)得到热塑性导电复合材料。当纤维含量分别为10%,20%,果发现镀镍碳纤维导电复合材料的屏蔽效率比碳纤维导电材料高40 50%表4镀镍碳纤维与不锈钢纤维聚碳酸酯复合材料性能对比111项目纤维含量,%收缩率,拉伸强度/MPa弯曲强度/MPa弯曲模量/MPa zod冲击强度/(°m缺口无缺口屏蔽效率/dB约30注:C为聚碳酸酯;NCG为镀镍碳纤维;SS为不锈钢纤维;混合方式为干混。
4加工方法的影响41Brabender密炼与双螺杆挤出的对出1718对于ABS度镍碳纤维及ABS/碳纤维热塑性复合材料体系,在纤维含量分别为10%、20%、30%时,如果米用Brabender塑化仪(240G30r/min)混合方式,则纤维的长度能保持在临界长度200um以上,屏蔽效率在10~47dB;而当采用双螺杆挤出机进行混合时,纤维的长度仅仅为50效率几乎为零。
2干混与双螺杆挤出的对出1是加工方法对NCG纤维/PC复合材料性能的影响。
加工方法对NCG纤维/PC复合材料性能的影响注:CG纤维/PC复合材料体系,纤维含量10%;为双螺杆挤出与干混时的性能比值。图中灰色为干混黑色从可见,当镀镍碳纤维NCG的含量为10%,以采用干混混合方式时复合材料的物性值为基准,则采用双螺杆挤出混合时,材料的强度、韧性、模量、屏蔽效率降低约10%~20%.在纤维含量更低(约5%)寸,如果采用双螺杆挤出的混合方式,则几乎使复合材料失去EMI的屏蔽能力。
由此可见,合适的加工设备与正确的加工方法对纤维导电复合材料各项性能具有重要的影响。
5结语各种导电纤维的导电性能均不相同,例如要达到相同的屏蔽效果,需添加导电碳纤维15%、不锈钢丝只要4%、镀镍的石墨纤维需要8%.不锈钢纤维通常有较好的性质、较少的添加量及好的加工方式。
导电纤维添加剂的使用必须注意添加量及加工方法,才能具有好的EMI屏蔽特性,不致影响树脂基体的机械、加工性能。
因此,综合考虑成本、加工方便、性能的长期保持性、环保及回收等因素,未来EMI屏蔽材料的研发方向是以内部添加导电填充剂的开发为主,以降低添加量、提高导电能力、降低对基体材料物性的影响及改善加工适应性为主要的研究开发热点。
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