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电磁屏蔽膜行业发展分析及竞争格局

日期:2020-09-20 22:35
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摘要:电磁屏蔽膜行业发展分析及竞争格局

电磁屏蔽膜行业发展分析及竞争格局

电磁屏蔽膜行业发展分析及竞争格局
电磁屏蔽即利用屏蔽材料阻隔或衰减被屏蔽区域与外界的电磁能量传播。电磁屏蔽的作用原理是利用屏蔽体对电磁能流的反射、吸收和引导作用,其与屏蔽结构表面和屏蔽体内部感生的电荷、电流与极化现象密切相关。屏蔽按其原理分为电场屏蔽(静电屏蔽和交变电场屏蔽)、磁场屏蔽(低频磁场和高频磁场屏蔽)和电磁场屏蔽(电磁波的屏蔽)。通常所说的电磁屏蔽是指后一种,即对电场和磁场同时加以屏蔽。


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1、电磁屏蔽材料
(1)铁磁材料与金属良导体材料
铁磁材料和金属良导体材料是常用的屏蔽材料。铁磁材料适用于低频(100kHz 以下 1 磁场的屏蔽,其作用原理是利用铁磁材料高的磁导率引导磁力线通过高穿透材料并在附近空间降低磁通密度而达到磁屏蔽的目的。常用的铁磁材料有纯铁、硅钢、坡莫合金(铁镍合金)等。坡莫合金的电磁屏蔽效果要比其它几种优越得多,坡莫合金有 3 个主要的成分阁,即 78%Ni、65%Ni 和 50%Ni,其中 78%Ni 坡莫合金的磁导率要比另外两种高得多,达 3×10 ~1.2×10 量级。坡莫合金对应力较敏感,且磁性能与热处理关系极大,而提供使用的材料是未经热处理的,所以使用时必须了解和掌握热处理工艺。新出现的铁一钴(FeCo)合金、铁铝合金也是软磁合金材料,可用于低频磁场的屏蔽。
因铁磁性材料电导率小而不适合高频电磁场的屏蔽,金属良导体具有较高的电导率适合高低频电磁场以及静电场的屏蔽。电磁屏蔽中电导率成为选择屏蔽材料的主要依据,表 2 为部分金属的电导率和磁导率。*常用的是钢板、镀锌薄钢板、铜板、铝板等电导率好的材料。金属屏蔽材料还具有优良的力学性能,但是其密度大、易腐蚀、不易加工等缺点明显,局限性较大。
(2)表面敷层薄膜屏蔽材料
这类材料是使塑料等绝缘体的表面附着一层导电层,从而达到屏蔽的目的,属于以反射损耗为主的屏蔽材料。常用的制备方法包括化学镀金、真空喷镀、溅射、金属熔射以及贴金属箔等。这类表层导电薄膜屏蔽材料普遍具有导电性能好、屏蔽效果明显等优点,其缺点是表层导电薄膜附着力不高,容易产生剥离,二次加工性能较差。
a 化学镀金
化学镀金是采用非电解电镀法把金属 Ni、Fe—Nit6J 或 CIgNi 等镀到 ABS等工程塑料表面。该方法是目前塑料表面金属化用得*多、效果*好的一种方法,也是目前唯壹不受壳体材料形状及大小限制且能获得厚度均匀导电层的方法。目前常用的塑料是电镀级 ABS 工程塑料,镀层采用镍或铜镍复合镀层。在0MHz~1.0GHz 范围内,一般采用化学镀镍镀层,屏蔽效果已达 60dB 左右,对于要求更高的可以采用镀铜作底层镀镍作面层的复合镀层,单独的铜镀层也能达到较好的屏蔽效果,但是由于铜在空气中容易氧化,抗腐蚀性能差而不能单独使用,这种复合镀层屏蔽效果可达 90dB 以上。化学镀金的优点是效果好,不受壳体形状和大小的限制,镀层均匀附着力强,可批量生产且成本低;缺点是适宜电镀的塑料品种较少。改进方法包括通过共混改性技术使 ABS 与其它塑料形成塑料合金、塑料表面接枝、表面化学处理等使某些难于电镀的塑料能够电镀,从而扩展这类材料的应用范围。
b 真空镀金
真空镀金是在真空容器中把 A1、Gr、Cu 等低沸点金属气化,并使其在塑料表面凝结而形成均匀的金属导电膜。真空镀金可适用于各种塑料,镀层导电性好、沉积速度快,但是真空容器大小限制了塑料制品的大小,对平坦表面处理效果较好,对于复杂形状表面则成膜厚度的均匀性难于控制。为了提高镀层与塑料的粘附力,必须使塑料表面保持高度清洁,不受污染。通常预先将塑料表面进行预处理,去除杂质,使处理后的表面变得粗糙,以提高金属镀层的粘附性。预处理方法大致有喷铁砂清洁处理、化学浸蚀和涂底漆 3 种。其中涂底漆法是一种比较好的预处理方法,它既不需要特殊的喷砂设备,生产速度也较快,并且也不会造成危害性较大的化学污染。对于聚烯烃类塑料在喷镀前需进行电晕处理,以提高表面氧化基团的含量和极性。
c 溅射镀金
溅射镀金是在真空容器中将氩离子用高能量冲击到金属上使金属气化,然后在塑料织物等的表面形成金属薄膜 。溅射镀金也能适用于各种塑料,与真空镀金法相比,其镀层金属与塑料的粘附力一般要更强一些,但是其设备费用高昂,也同样存在真空镀金法所存在的优缺点。
d 金属熔射
金属熔射法是将金属在电弧高温下瞬间熔融后立即用高压空气将熔融金属吹成雾状喷到塑料表面上。将金属 Zn 经电弧高温熔化后用高速气流将其以极细的颗粒状粉末吹到塑料表面,形成一层极薄的金属层,厚度约 5 n,具有良好的导电性,体电阻率可达 10·cm 以下,屏蔽效果约为 60~120dB。金属熔射法的缺点是镀 Zn 层与塑料之间的粘附力较差,镀层容易脱落,需要特殊的熔射装置。
e 贴金属箔
贴金属箔复合屏蔽材料是将金属箔或复合金属箔 迥等与塑料薄板、薄片或薄膜先用粘接剂粘合在一起,再用层压法压制成型,可制作软质和硬质的屏蔽材料。金属箔可以贴在表面,也可贴在两层塑料之间。其优点是方法简单易行、粘接强度高、不易部分脱落,而且导电性能良好,屏蔽效果可达 0dB 以上,但是对于复杂形状则施 T 操作非常困难
(3)填充复合型屏蔽材料
这类材料是采用导电填料与塑料等成型材料填充复合而成的。导电填料一般选用导电性能优良的纤维状、网状、树枝状或片状材料,常用的有金属纤维、碳纤维、镀金属纤维、超细碳黑、云母片、金属片、金属合金粉等;成型材料常用合成树脂类材料,如聚苯醚、聚碳脂酸、ABS、尼龙和热塑性聚酯等。填充复合型屏蔽材料具有一次加工成型,缩短加工工艺过程,便于批量生产的优势,是继表层导电型屏蔽材料之后推向市场的新型材料,也是当前的一个发展方向。影响该类材料屏蔽效果的因素比较复杂,导电填料和基体的性质、形态,导电填料在塑料基体中的填充量和分散程度以及复合工艺技术等均与屏蔽效果密切相关。
从 20 世纪 80 年代开始,该方法受得了广泛关注。国外美、英、日等国起步较早,发展较快,已开放了大量此类材料,我国则起步较晚。金属纤维具有优良的导电性,而且机械力学和导热性能良好,用金属纤维填充的复合材料具有较好的电磁屏蔽效果、机械力学性能和导热性能。常用的金属纤维有黄铜纤维、铁纤维、不锈钢纤维等。围内外都有将金属纤维填充到不同树脂中制得导电复合材料的不少成功事例。金属纤维填充复合型屏蔽材料的缺点是在成型过程中易产生缠绕折断,金属纤维易被氧化腐蚀、密度大、价格贵等。
碳纤维、碳化硅纤维等填充复合型屏蔽材料则具有密度小、比强度高、化学稳定性好、成型性好等优点,在电磁屏蔽复合材料的应用方面受到了重视。对用短碳纤维(SCF)和长碳纤维(LCF)与共聚物等制得的复合材料的屏蔽性能得到了较好研究,并且力学性能和屏蔽效果较同等条件下的碳黑填充复合材料优良。近年来,碳纤维织物与聚合物复合成为填充复合型电磁屏蔽材料研究的一个热点,这是因为普遍看好碳纤维织物具有良好的导电网络,使得在碳纤维填充量较小的情况下仍具有良好的电磁屏蔽性能。
普通碳纤维用作电磁屏蔽复合材料的填料虽然得到了广泛应用,但其填充量高、屏蔽效果不是很好。近年来发展了碳纤维表面改性处理技术来解决上述问题。普通碳纤维可以借助特殊的工艺处理方法,通过改善碳纤维的电磁性能而使屏蔽性能得到进一步提高。这些方法主要包括碳纤维表面镀覆 SiC、沉积超细石墨颗粒、涂敷聚苯胺(PANI) 、表面镀金属等。如德围 BASF 公司研制了一种表面镀 SiC 的碳纤维,在频率 500MHz 时屏蔽效能可达 48dB。以前对镀金属纤维及其复合材料的研究开发主要以碳纤维为基材,高昂的成本使其在商品化的过程中受到制约,现在的镀铝玻璃纤维以其优越的性价比在工业化生产中得到广泛的应用。近年来国内外在镀铝玻璃纤维方面开展了大量的研究工作,取得大量研究成果。已经成功开发了改性的塑料导电材料、抗静电材料、电磁屏蔽材料以及特种导电混纺织物等。
玻璃纤维与其他导电填料相比具有密度小、易成型、导电好、生产工艺简单、成本低、可大批量生产等优点,另外它和一般的玻璃纤维性状相同且与树脂的亲和性好、分散性好。镀铝玻璃纤维是一种新型复合材料,它是在玻璃纤维表面上镀覆一层薄薄的、致密的高导电金属——铝,在金属层上再进行表面处理,以提高其分散性及防止金属表面氧化。使玻璃由绝缘材料变为导电材料,由热的不佳导体变为良导体。通过对玻璃纤维表面的金属化,使玻璃纤维在保留原有力学性能的基础上又具有了金属纤维良好的导电、导热等一系列新的性能。所以能使用以前的金属模具和成型设备进行挤压成型、注射成型,产品的外观非常好,可达到一般玻璃纤维增强的 FRP、FRTP、ABS 的表面效果,因而是一种性能非常优异的导电填料。镀铝玻璃纤维良好的传热性能,在模压成型的工艺中传热更快,能缩短周期,减少消除热点,减少成品的热应力,降低制品翘曲的几率。可以看出除具有优异的电磁屏蔽性能外,其还具有良好的力学特性,实现了结构功能一体化。

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