专利名称：一种用于电缆的复合电磁屏蔽材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电力电子领域的电磁屏蔽材料，该材料可以有效屏蔽电缆、电器以及电子元器件内外产生的电磁波。
背景技术：
电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility, EMC),指某电子设备既不干扰其它设备，同时也不受其它设备影响的性能。随着电力电子工业发展及人们对产品品质和安全性的要求提高，电磁兼容性已经成为产品质量重要的一项指标。实现电磁兼容的主要手段是电磁屏蔽，即对两个空间区域之间进行电磁场的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射，具体来说，就是用屏蔽材料将元器件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；或者用屏蔽材料将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。能够产生屏蔽作用的主要机制来自屏蔽材料对导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波产生吸收作用(涡流损耗)、反射作用(电磁波在屏蔽体上的界面反射)和抵消作用(电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可抵消部分干扰电磁波)，从而使减弱电磁波的干扰。目前，常用的屏蔽方法有以下几种(1)当干扰电磁场的频率较高时，利用低电阻率的金属材料中产生的涡流，形成对外来电磁波的抵消作用，从而达到屏蔽的效果。目前，已经应用的有铜系、镍系、银系材料作为电磁屏蔽材料的填料；(2)当干扰电磁波的频率较低时，要采用高导磁率的材料，从而使磁力线限制在屏蔽体内部，防止扩散到屏蔽的空间去，比如采用高磁导率金属材料或软磁铁氧体材料。(3)在某些场合下，如果要求对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时，往往采用不同的金属材料组成多层屏蔽体，比如采用 Ag/Cu, Cu/ 石墨，Ag/Si02 等。在目前常用的体系中，很难做到对高低频电磁波同时进行有效的吸收，另外，采用金属作为导电填料，在高填充情况下使得屏蔽材料的密度增大，柔韧度下降，使得其应用受到限制。根据电磁屏蔽的原理，真正影响屏蔽体屏蔽效能的因素有两个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磁导体。在单纯采用导电金属填料情况下，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。于是，人们采用铁氧体材料来作为吸波材料来消除单纯电磁波反射的缺陷。六角晶M型锶铁氧体是一类非常重要的电磁波吸收剂，其自然共振频率较高，在高频下不易产生趋肤电流，介电常数较小，可与其它吸波材料混合使用来对吸波涂层的电磁参数进行调 节，然而，缺点是在制备时工艺难度较大，工艺的稍微变动就会对吸波性能产生影响，同时，要提高单一 M型铁氧体的磁导率，难度也比较大。如果采用较高磁导率的铁磁性金属粉吸收剂，虽然其具有良好的温度稳定性和较高的饱和磁化强度Ms，但这些铁磁性金属粉吸收剂在微波频段下因受限于“趋肤效应”而粒度不能太大，并且要求分布均匀，体积分数不能过大，因此也限制其填充量的提高。另外，铁磁性金属材料同样具有比重大的缺陷。因此，在屏蔽材料中，无论是单一采用铁氧体或铁磁性金属材料以及它们之间的简单复合，均无法获得轻质、高填充、良好屏蔽效能的屏蔽材料。要想获得突破，需要在屏蔽填料的结构上进行创新。考虑到电磁波在屏蔽层中的有效反射与吸收是达到最佳屏蔽效果的本质，倘若填料的结构能够使电磁波在屏蔽层内多次反射与吸收，减少漏电漏磁，则可以设想，屏蔽效果将大大提高。申请人在利用水热法制备碳微球的研究中发现，通过控制制备工艺，可以获得理想的导电碳球形颗粒，那么，在碳球形颗粒形成的后期，倘若在表面引入同时具有高饱和磁化强度的W型铁氧体，则会形成一种新的复合导电填料，以此填料制成的屏蔽层，可以使电磁波多次在填料颗粒中反射与吸收，达到良好的吸波效果。由此构成了本发明的思路。
发明内容
本发明目的是提供一种在具有较强电磁屏蔽功能的轻质复合材料。本发明采用的技术方案是一种用于电力电子电缆的复合电磁屏蔽材料，所述复合电磁屏蔽材料主要由质量比为30 60 40 70的电磁屏蔽填料和热塑性塑料制成。所述热塑性塑料为本领域常规用于电缆材料的热塑性塑料。热塑性塑料是目前用量广泛的一类聚合物材料，具有加热软化、冷却硬化的特性，在加热时变软可以流动，而冷却时变硬可以成型，并且这种过程可以反复进行。在电力电缆领域常用于作为绝缘层或与外界环境隔离的保护层，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、尼龙、聚对苯二甲酸丁二醇酯等。本发明采用常用的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。所述电磁屏蔽填料为采用水热法制得的导电碳微球颗粒，同时，该微球表面包裹有一层Zn2-W型铁氧体。经过研究表明，该复合微球可以充分发挥表层Zn2-W型铁氧体的电磁波吸收功能以及中心导电碳微球的电磁波屏蔽功能，使得电磁波在碳微球表面多次反射后由铁氧体层吸收，达到较强的电磁屏蔽效果。同时，相对于传统的导电金属屏蔽材料，由于铁氧体层和碳微球均具有较低的密度，使得该电磁屏蔽材料更为轻质。所述复合导电碳微球颗粒的尺寸为O. 5 10 μ m。为了保证电磁屏蔽填料与聚乙烯树脂基体之间良好的结合，所述绝缘导热材料中还包括质量为所述电磁屏蔽填料质量O. 5 I %的偶联剂。所述偶联剂为本领域常规用于绝缘热导材料的偶联剂，如硅烷偶联剂和钛酸脂偶联剂等，根据本发明研究的结果，发现硅烷偶联剂与聚乙烯结合性更好，因此，本发明中优选为性价比较高的硅烷偶联剂KH550。所述绝缘导热材料由如下方法制备得到在30 60质量份的复合导电碳微球中加入O. 3 O. 6质量份的硅烷偶联剂，与70 40质量份的聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂混合后经双螺杆挤出机混炼挤出，混炼温度为230°C，得到所述绝缘导热材料。本发明的有益效果主要体现在采用特殊的电磁屏蔽填料，该填料可以在保证塑料基体良好加工性能的基础上获得良好的电磁屏蔽性能，同时具有较低的密度，相比于传统的导电金属填料，电磁屏蔽性能提高20%，密度降低一半，且具有良好的柔性，不影响电缆的弯曲缠绕等要求。在同时要求电磁屏蔽和柔性轻质的领域中，具有较好应用前景。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此
实施例I 4:表面包裹有Zn2-W型铁氧体的导电碳复合微球的制备采用水热法和低温热处理来获得表面包裹有Zn2-W型铁氧体的导电碳复合微球。以葡萄糖作为碳微球的前驱体原料，在水热反应釜进行一段时间后，加入硝酸铁、氧化锌、碳酸锶，继续进行水热反应，生成表面含有Fe、Zn、Sr的碳微球，再将该微球在500-800°C下进行热处理，使其表面铁氧体化和内部石墨化，得到表面包裹有Zn2-W型铁氧体的导电碳复合微球。将获得的导电碳复合微球称取300g、400g、450g、500g、550g、600g，分别加入3g、4g、4. 5g、5g、5. 5g、6g硅烷偶联剂(型号KH550，浙江省化工研究院)进行表面处理，干燥后与700g、600g、550g、500g、450g和400g聚对苯二甲酸丁二醇酯混合,然后在小型双螺杆挤出机上混炼挤出，混炼温度为230°C。所得材料的密度以阿基米德排水法获得，屏蔽效能的测试根据GB12190-2006《电磁屏蔽室屏蔽效能的测试方法》和QJ2809-1996《平面材料屏蔽效能的测试方法》进行检测。测量结果显示，在lKHz-lGHz范围内，样品的屏蔽效能在76db以上，最大屏蔽效能达到85db。在lGHz-30GHz范围内，样品的屏蔽效能在35dB以上。
表I不同填量下所得屏蔽材料的性能
屏蔽填料百分比屏蔽效能屏蔽效能II
密产
__wt%__dB(lK-lGHz) dB(lG-30GHz)__又
实施例 I__30__>55__>25__1.58
实施例 2__40__>60__>30__1.70
实施例 3__45__>66__>34__1.77
实施例 4__50__>69__>38__1.85
实施例 5__55__>76__>45__1.93
实施例 660>72>392.0权利要求
1.一种用于电力电子领域的复合电磁屏蔽材料，所述复合电磁屏蔽材料主要由质量比为30 60 70 40的电磁屏蔽填料和热塑性塑料制成。
2.如权利要求I所述的复合电磁屏蔽材料，其特征在于所述热塑性塑料为聚对苯二甲酸丁二醇酯。
3.如权利要求I所述的绝缘导热材料，其特征在于所述电磁屏蔽填料为表面包裹有Zn2-W型铁氧体的导电碳复合微球颗粒。
4.如权利要求3所述的绝缘导热材料，其特征在于所述复合微球颗粒尺寸为O.5 10 μ m0
5.如权利要求I 4之一所述的绝缘导热材料,其特征在于所述电磁屏蔽材料中还包括质量为所述电磁屏蔽填料质量O. 5 I %的偶联剂。
6.如权利要求5所述的绝缘导热材料，其特征在于所述偶联剂为硅烷偶联剂。
7.如权利要求I所述的绝缘导热材料，其特征在于所述绝缘导热材料由如下方法制备得到在30 60质量份的表面包裹有Zn2-W型铁氧体的导电碳复合微球中加入O. 3 O. 6质量份的硅烷偶联剂，与70 40质量份的聚对苯二甲酸丁二醇酯混合后经双螺杆挤出机混炼挤出，得到所述复合电磁屏蔽材料。
全文摘要
本发明提供了一种用于电力电子领域的复合电磁屏蔽材料，所述复合电磁屏蔽材料主要由质量比为30～60∶70～40的电磁屏蔽填料和热塑性塑料制成。电磁屏蔽填料为表面包裹有Zn2-W型铁氧体的导电碳复合微球颗粒。填料和热塑性塑料经混合、混炼、挤出造粒而得到，可用作电力电子器件的外壳或屏蔽层，该材料同时具有较强屏蔽和吸收效能。
文档编号C08L67/02GK102634177SQ201210146180
公开日2012年8月15日 申请日期2012年5月7日 优先权日2012年5月7日
发明者乔梁, 姜力强, 车声雷, 郑精武 申请人:杭州千石科技有限公司