电磁波屏蔽涂料的开发应用
美国军方早在 20 世纪 60 年代就将银系导电涂料用作电磁屏蔽材料。银系涂料性能稳定,屏蔽效果极佳 ( 可达 65dB 以上 ) ,但由于其成本太高,只能适合于某些特定的场合;镍系涂料价格适中,屏蔽效果好,抗氧化能力比铜强,因而成为当前欧美等国电磁屏蔽用涂料的主流。其涂层厚度为 50 ~ 70 μ m 时体积电阻率为 10 -3 Ω· cm ,屏蔽效果可达 30 ~ 60dB(500 ~ 1000Hz) 。例如 TBA 公司开发的 ECP502X 和 ECP503 , AchesonColloids 公司的 Elecotrody440S 以及 BEE 化学公司的 IsolesR65 等均为镍系涂料,镍系涂料在低频区 (<30MHz) 的屏蔽效果不如铜系涂料。
铜系涂料导电性好,但抗氧化性差。随着近年抗氧化技术的发展,铜系涂料的开发与应用也逐渐增多。如日本昭和电工公司的铜/丙烯酸树脂 ( 牌号为 Copalexl00) 由于对铜进行了特殊处理,导电性能比较稳定,其用量仅为镍系涂料的一半。由于铜的体积电阻率比镍小,因此在涂层厚度相同时,铜系涂料的表面电阻率比镍系涂料低。铜系涂料的其它产品如 TBA 公司的 ECP510 , AchesonColloids 公司的 Elecotmdy437 , BEE 化学公司的 IsolexR73 以及化成工业公司的 ES3000 等。
对于石墨和炭黑等碳素系导电涂料,需要用高电导性和高结构性的炭黑作填料才能使其体积电阻降至 10 Ω· cm 以下,最低可达 10 -2 Ω· cm 左右。由于碳系涂料的导电性相对较差,用作电磁屏蔽材料的效果比其他金属填料要差一些。但碳系涂料具有耐环境性好,密度小,价格低等优点。
复合型导电涂料的导电机理比较复杂,其导电性受导电填料的种类、大小、形状、含量、成膜树脂的种类以及固化条件的影响。当前,对金属系电磁屏蔽导电涂料的研究关键在于如何更好地解决铜粉和镍粉的抗氧化性和涂料在储存过程中的金属填料的沉降问题。另外,该领域的一个潜在的重要趋势就是水性涂料的开发,在这方面已经出现了许多性能优异的以金属镍作为填料的配方,因为这种金属在很大的 pH 值范围内都具有优良的防腐性能。
电磁屏蔽涂料以复合型导电涂料为主要发展方向,尤其是美国和日本都很重视复合型屏蔽涂料的开发和应用。国外先进发达国家,特别是美国、英国、日本等国已经形成生产各种类别和系列规格的屏蔽涂料产业。对于屏蔽涂料的研究发展,日本始终走在世界的前列。其中,海尔兹化学株式会社就是日本有名的企业,该会社生产的波鲁斯系列屏蔽涂料在世界各国都享有极高的声誉。 80 年代末,美国生产屏蔽涂料的公司己超过 25 家,年销售额以每年 50 %的增长率增长。在西方,屏蔽材料特别是电磁屏蔽涂料的消耗量也是快速增加,特别是在计算机等行业。
我国对于电磁屏蔽涂料方面的研究 80 年代末才开始起步,目前国内一些单位在这方面已取得了一定的研究成果,如四川大学研究出的系列电磁屏蔽涂料,已通过鉴定并得到应用;北京市印刷技术研究所也研制出了性能稳定的铜系导电涂料,具有良好的电磁屏蔽效果。但是,我国在电磁屏蔽涂料领域中的研发仍较为落后,研究大于 1GHz 以上的微波隐身材料的单位较多,而开展频率在 10kHz ~ 1GHz 范围的电磁波屏蔽涂料的研究刚刚起步,研究单位少,研究的品种单一,电磁屏蔽性能低,未形成产品的系列化和产业化,因而国产电子设备及产品在防护电磁波辐射标准上大大落后于发达国家产品,也是难以跻身于进口名牌产品行列的重要因素之一。
目前国内电磁屏蔽的材质主要有屏蔽钢板、电磁屏蔽墙纸、电磁屏蔽涂料、电磁屏蔽丝网、电磁屏蔽贴膜等。电磁屏蔽钢板是传统的屏蔽材料,施工较为繁琐,我们的新型屏蔽材料(电磁屏蔽墙纸、电磁屏蔽涂料等)具有很多优势具体如下:
一、电磁屏蔽墙纸
电磁屏蔽墙纸是一种新型的、轻便的、环保的电磁屏蔽材料,可对不同辐射源产生的不同频段的电磁辐射进行有效的防护,材质轻便,安装简单,可随意裁剪,不受屏蔽空间形状的影响,安装后可直接在其表面喷刷涂料、粘贴壁纸等,广泛应用于棚顶、地面的电磁防辐射,满足专业用户、家庭及个人的不同需求
二、电磁屏蔽薄膜
电磁屏蔽薄膜就是这样一种既具有屏蔽性能又具有透光性能的玻璃贴膜,它能够改变电磁波的传输方向,从而阻断无线电、红外、紫外等各种电磁波的传播,防止信息被电子设备接获和电磁辐射干扰,确保信息安全、设备正常工作和避免人员遭受电磁辐射的危害。
三、电磁辐射防护涂料
电磁辐射防护涂料是一种新型的电磁屏蔽材料,不含有金属物质,主要成分是石墨、炭黑,稳定性高,具有极强的抗氧化能力。其使用方式与普通涂料一样,施工简单,适用于楼体、房间大面积屏蔽和不规则形状物体的屏蔽,较传统常规钢板结构的屏蔽方式有很大的优势,消除了钢板结构屏蔽房间的压抑感。电磁辐射防护涂料有高频低频两大类,对高频、低频电磁辐射有很好的电磁辐射防护效果。此涂料需要与乳胶漆等配合使用,适合用于电磁辐射较强的环境。
四、电磁辐射防护织物
电磁辐射防护织物将金属银耦合在线纱内,起到电磁防辐射的作用。材料内有支撑层、保护层,外观和手感与普通棉纱织物一样,透气性、通风性、透光性极好,可以洗涤、裁剪,缝制成窗帘、衣物、蚊帐等,用于机房、微波治疗室、居家窗户防辐射、孕妇防辐射服和儿童磁辐射防护蚊帐等,防止或减弱进入室内电磁波的辐射强度及电磁辐射对人体的影响。
五、电磁屏蔽丝网
电磁屏蔽丝网是一种将透光性和电磁屏蔽性完美结合的材料,具有良好的导电性、柔韧性和稳定性,可以与金属框架连接,防止电磁辐射泄漏和电磁波干扰,确保设备正常运转,避免人员受到电磁辐射的伤害。它分为化学纤维丝网和金属基丝网,可根据实际情况进行选择网格密度、丝径大小、材料颜色等
目前,常用的电磁屏蔽油漆主要是以复合法制得的,它由树脂、稀释剂、添加剂以及导电性填料等所组成。树脂具有粘结性,常用的有环氧树脂、聚氨酯、酚醛、聚酰亚胺、丙烯酸等树脂。使用时,可根据其固化条件,耐温、耐磨、硬度、挠曲等要求加以选择,也可将各类树脂混合使用以获得综合性能。稀释剂和添加剂用以降低树脂的黏度,浸润填充物,常用的有甲基溶纤剂、松木油、乙二醇丁醚醋酸酯等。稀释剂一般不采用溶剂型的,以免产生气泡而降低导电性和粘结性。添加剂用来改进导电胶的性能,如分散剂能使导电填料充分分散,补强剂能增大附着力等。
现有的电磁屏蔽油漆以导电油漆为主,导电涂料中加入的导电性填料一般是金、银、铜、镍等金属粉末和炭黑、石墨等非金属粉末。金粉的导电性最高,化学稳定性好,但价格昂贵,因此使用受到限制。银粉的导电性也很优良,价格较金粉为低,虽然配胶后易沉淀,有“迁移”现象,但采用还是较为普遍。铜、镍的性能与银相近,价格比银低得多,但易氧化,导电性不稳定,配胶的耐久性差。炭黑、石墨粉末作为导电填料,其分散性好,价格低廉,但导电性较差,用作电磁屏蔽是较为理想的材料。
许多人不了解电磁屏蔽的原理,认为只要用金属做一个箱子,然后将箱子接地,就能够起到电磁屏蔽的作用。在这种概念指导下结果是失败。因为,电磁屏蔽与屏蔽体接地与否并没有关系。真正影响屏蔽体屏蔽效能的只有两个因素:一个是整个屏蔽体表面必须是导电连续的,另一个是不能有直接穿透屏蔽体的导体。屏蔽体上有很多导电不连续点,最主要的一类是屏蔽体不同部分结合处形成的不导电缝隙。这些不导电的缝隙就产生了电磁泄漏,如同流体会从容器上的缝隙上泄漏一样。解决这种泄漏的一个方法是在缝隙处填充导电弹性材料,消除不导电点。这就像在流体容器的缝隙处填充橡胶的道理一样。这种弹性导电填充材料就是电磁密封衬垫。在许多文献中将电磁屏蔽体比喻成液体密封容器,似乎只有当用导电弹性材料将缝隙密封到滴水不漏的程度才能够防止电磁波泄漏。实际上这是不确切的。因为缝隙或孔洞是否会泄漏电磁波,取决于缝隙或孔洞相对于电磁波波长的尺寸。当波长远大于开口尺寸时,并不会产生明显的泄漏。[1]
防电磁辐射主要成分就是导电材质,分为碳、石墨或其它种类的金属粉。下面提供一张图片为您作为参考。
塑胶不能挡住电磁辐射。
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有专门的导电油漆,是20世纪60年代末产生的新的油漆品种。导电油漆的涂层具有导体、半导体的性能。它是由基料、填料、溶剂、助剂。
导电漆主要分为纯银导电漆、银铜导电漆、镍导电漆等。
导电油漆的导电率高,可用于地下电网的防腐,以及作为电磁屏蔽涂料。
导电油漆就是银、铜、镍或其它复合粒子制成的防电磁波干扰油漆,单组份、省工、省时、便捷、附着力好、平整、内聚力强、无疏松粒子,可用于金属、复合材料为基材的手机、计算器、精密仪器等壳体内壁喷涂材料。干燥固化后漆层性能稳定,喷涂在工件表面细腻平滑和纯银导电漆一样有优良的导电性能、细腻的导电粒子保证了电子元器件的安全性。