随着电子设备在军事、工业及民用等各领域的广泛应用, 随之而来的电磁干扰或无线电干扰问题也愈发严重[1]。电磁辐射与干扰不仅会影响电子设备的正常运转, 通讯的传输, 甚至会威胁到人类的健康, 这些危害使其成为继水污染、大气污染和噪声污染之后的新型污染源[2], “联合国人类环境会议”已将电磁辐射污染列入必须控制的主要污染物之一[3]。因此, 减少电磁辐射所造成的危害, 我国迫切需要进行自主研究和开发电磁波屏蔽材料, 尽快形成屏蔽材料产业。
1 聚合物基电磁屏蔽复合材料专利技术
电磁屏蔽用导电聚合物复合材料按制造方法大致可分为两类:一类是在已成型塑料的表面上涂覆一层导电膜, 即表面涂覆型, 方法包括金属喷镀、真空镀、溅射镀、贴金属箔、湿法化学镀或电镀等, 通常需要特殊的工艺设备;另一类是将导电填料分散在聚合物中形成导电塑料, 即填充型, 方法是将导电填料与聚合物熔融共混。从20世纪80年代开始, 第二种方法开始普遍受到各国的关注, 并有许多专利出现[4]。下面将针对上述两种类型的聚合物基电磁屏蔽复合材料进行介绍。
1.1 表面涂覆型聚合物基电磁屏蔽复合材料
表面涂覆型聚合物基电磁屏蔽复合材料的一种典型应用是制备电磁屏蔽纺织物, 即在聚合物基纤维表面上镀覆金属导电膜, 制备得到电磁屏蔽纺织品, 如东华大学公告号为CN1270020C的专利文件中采用尼龙、涤纶或腈纶作为基材纤维, 通过第一次化学镀铜, 然后第二次电镀镍制得镀覆有铜、镍的导电纤维纺织品, 该方法制得的电磁屏蔽纺织品, 由于选取了具有特殊屏蔽特性的铜金属和镍金属, 可将20MHz~1GHz的电磁辐射衰减到平均85db, 且手感柔软、透气性好, 广泛用于导电机织布、导电无纺布、导电编织布、屏蔽衬垫等方面。
在电子设备方面, 为了减轻重量, 降低成本, 越来越多的设备厂商采用塑料材料制造构件或者外壳, 而塑料构件对于电磁干扰是没有屏蔽效应的, 对此, 松扬电子材料 (昆山) 有限公司公告号为CN103144376B的专利文件提供了一种具有电磁屏蔽效应的复合式铜箔基板, 其由依次叠合的铜箔层、绝缘聚合物层、金属屏蔽层、导电胶层和叠构层五构成, 其中, 金属屏蔽层为下述三种材料层中的一种:厚度小于等于1微米且为真空溅镀膜、厚度大于1微米小于7.5微米的载体型金属膜或厚度大于等于7.5微米的金属箔;该复合式铜箔基板具备了电磁屏蔽功能, 可以有效的提高产品的电磁兼容性, 使产品的使用更安全, 使用效果更好, 并更具备环保的效益。
1.2 填充型聚合物基电磁屏蔽复合材料
填充型聚合物基电磁屏蔽复合材料是在高分子聚合物或共混物中加入导电或磁性填料而制得的。填料按种类可划分为金属系和碳系两大类。金属系包含金属粉末、金属纤维和金属合金等, 而碳系则包括炭黑、石墨、碳纤维、碳纳米管和石墨烯等填料。
中国科学院金属研究所公告号为CN100577715C的专利文件公开了一种电磁屏蔽高分子复合材料, 其主要由泡沫金属与高分子材料复合而成;高分子材料为热塑性树脂、热固性树脂或橡胶;电磁屏蔽高分子复合材料中还含有填料, 填料包括镍粉、铜粉、铁粉、铝粉、铁氧体粉、氧化锌粉、银粉、碳纤维、纳米碳纤维一种或者几种;以泡沫金属镍及其粉末为导电填料制备的电磁屏蔽高分子复合材料, 在10MHz~1500MHz电磁波范围内, 具有60~120d B以上的电磁屏蔽效能。
2 聚合物基电磁屏蔽复合材料专利申请情况
目前, 国内聚合物基电磁屏蔽复合材料领域的专利申请量较少, 但近五年有逐渐增多的趋势。在近几年的专利申请中, 主要申请人有苏州城邦达力材料科技有限公司、松扬电子材料 (昆山) 有限公司、安徽神剑新材料股份有限公司等, 其中, 苏州城邦达力材料科技有限公司的专利申请主要涉及具有电磁屏蔽功能的膜材料 (如CN105491786A) , 松扬电子材料 (昆山) 有限公司的专利申请涉及电磁屏蔽线路板 (如CN103144376B) , 安徽神剑新材料股份有限公司的专利申请涉及电磁屏蔽涂料 (如CN105255330A) 。
另外, 高校在聚合物基电磁屏蔽复合材料领域也有研究, 如清华大学、吉林大学、东华大学等, 其中, 清华大学涉及碳纳米管/聚合物复合材料的研究 (如CN101409999B) , 吉林大学涉及聚醚醚酮基复合电磁屏蔽材料的研究 (如CN102321338B、CN103088462B等) , 东华大学涉及电磁屏蔽纺织物的研究 (如CN101287354B、CN102140707B等) 。
摘要：本文介绍了聚合物基电磁屏蔽复合材料领域的专利技术, 并对该领域的专利申请情况进行了简要分析。
参考文献
[1] Geetha S., Kumar K.K.S., Vijayan M., et al.EMI shielding:Methods and Materials-A Review[J].Journal of Applied Polymer Science, 2009, 112:2073-2086.
[2] 刘顺华, 刘军民, 董星龙等.电磁波屏蔽及吸波材料[M].北京:化学工业出版社, 2007.
[3] 益小苏, 杜善义, 张立同.复合材料手册[M].北京:化学工业出版社, 2009.
[4] 赵福辰.电磁屏蔽材料的发展现状[J].材料开发与应用, 2001, 16 (5) :29-33.