碳系电磁屏蔽材料的研究进展

碳系电磁屏蔽材料的研究进展*

郑志锋1,2,蒋剑春1,戴伟娣1,黄元波2,史正军2

(1 中国林业科学研究院林产化学工业研究所,南京210042;2 西南林学院西南山地森林资源

保育与利用省部共建教育部重点实验室,昆明650224)

摘要 碳系电磁屏蔽材料是屏蔽材料的重要组成部分。主要介绍了炭黑、石墨、碳纤维、碳纳米管及其他碳系电磁屏蔽材料的研究进展,着重阐述了这些碳系电磁屏蔽材料的优缺点和改性方法,并指出复合化和纳米化将是碳系电磁屏蔽材料今后发展的重点。

关键词 电磁屏蔽 碳系填料 屏蔽效能 导电性

Research Progress in Carbon based Electromagnetic Shielding C omposites

ZHEN G Zhifeng 1,2,JIANG Jianchun 1,DAI Weidi 1,HU ANG Yuanbo 2,SHI Zhengjun 2

(1 Institute of Chemical I ndustr y o f Fo rest Pr oducts,CA F,N anjing 210042;2 K ey L abo rato ry of P rotectio n,Cultiv ation and

U tilizat ion of F or est R eso ur ce in So uthw est Co untr y Coo per at ed by M inist ry of Education w ith Y unnan

P rov ince,Southwest Fo restr y U niver sity,K unming 650224)

Abstract Carbon based electro magnetic shielding composites are one of the impor tant shielding mater ials.In this pa per,the research pr og ress o f car bo n based electr omag netic shielding com posites,such as carbon black,gr a phite,carbon fiber,carbon nanotube and other kinds o f carbo n based materials,are ma inly intr oduced.T heir adv anta ges,disadvantag es and mo dificatio n metho ds are summarized in detail.F ina lly t he dev eloping tr end o f carbon based electro magnetic shielding materials,including composit e pr ocessing and nano pr ocessing ,is po int ed out.

Key words elect romag net ic shielding ,car bo n based filler,shielding effect,electr ical co nductivit y

*国家科技支撑计划资助项目(2006BA D19B06)

郑志锋:男,1975年生,博士后,副教授,硕士生导师,主要从事生物质转化的研究与教学工作 E mail:zheng zhifeng 666@hot mail.co m 蒋剑春:通讯作者,男,1955年生,研究员,博士生导师,主要从事生物质能源和炭材料的研究开发工作 E mail:bio e ner gy @163.co m

采用电磁屏蔽材料防止电磁辐射是行之有效的方法。

碳系电磁屏蔽材料是将碳系导电填料与聚合物树脂基体复合形成的填充复合型屏蔽材料。碳系填料因其具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、密度小、热膨胀系数小、价格低等优点,且某些碳系填料能显著提高复合材料的力学性

能,在电磁屏蔽复合材料中越来越受到青睐[1]

。本文就碳系电磁屏蔽材料的研究进展做一简要介绍。

1 炭黑系电磁屏蔽材料

炭黑(Carbon black,简写为C B)具有资源丰富、制备工艺简单、价格低廉、导电性能持久等优点,是早期主要的碳系电磁屏蔽材料。目前,炭黑常作为复合型电磁屏蔽材料或导电涂料型电磁屏蔽材料的填料。但炭黑的导电性较差,导电率在10-4~10S cm -1,由其复合的材料,其屏蔽效果并不理想,不如碳纤维等[2]

。常用炭黑为乙炔炭黑,其结构高度完整,石墨化程度完善,杂质少,可使材料具有良好的电磁屏蔽能力。

炭黑在高分子基体中的添加量和分散性是材料导电性和电磁屏蔽性的主要影响因素,炭黑添加量的增加和分散性的提高均可增加粒子相互接触的几率,从而形成大量的导电网络通道,使材料的体积电阻和表面电阻降低[3]。而且,随着炭黑填充复合材料电阻率的降低,屏蔽效果可迅速增加,如导电炭黑填充的室温硫化硅橡胶电阻率在1 cm 左右时可达到40dB 以上的屏蔽效能[4]

。提高炭黑在基体中的分散性也是非常关键的,可采用分散剂[5]和偶联剂的方法[6],从而改善炭黑与基体之间的结合状况和炭黑在基体中的分散均匀度,达到改善复合材料导电性和屏蔽性能的目的。当然,不同种类的炭黑在填充量相同时得到的复合材料结构往往不同,电性能也不同[7]。

对炭黑的研究主要集中在炭黑材料的改性以及新型导电炭黑的开发2个方面[8]。常用的改性方法是对炭黑进行高温热处理,从而增加炭黑的比表面积,改善炭黑的表面化学性质。将炭黑与陶土、滑石粉等惰性物质并用,也可增加改性效果;以炭黑与聚合物的化学接枝物作为母体,再与其它基体聚合物进行复合,可以显著提高材料的电磁屏蔽能力。还可采用在炭黑表面镀覆金属的方式来提高其电导率,如以甲醛为还原剂、硫酸铜为主盐,采用还原法,控制合适的工艺条件,可在炭黑粒子及炭黑聚集体表面比较完整地镀上