硅橡胶表面电磁屏蔽涂层的研究

为何导电橡胶能用于电磁屏蔽主要原理有二：1.导电橡胶内填充的导电颗粒当填充一定体积份数时，相互接触，形成电子连续状态，当外界电磁场到导电橡胶外部时，强烈的电磁波打到导电颗粒自由电子上，自由电子自由运动，自由电子在运动过程中形成与外界电磁场相反的电磁场，内外电磁场相互抵消，达到削弱电磁干扰波的作用；2.另外一个原理是能量转化，能量守恒定律，电磁波打到自由电子上，自由电子运动过程中，由于导电颗粒是有一定电阻，产生热量，即电磁干扰波——自由电子运动动能——热能，以削弱电磁干扰波。

导电橡胶是否真能导电依据电流、电压和电阻的关系，只有电压降时，总是会存在一定电流流动，只是电流太小，人感觉不到。

导电橡胶的体积电阻相对金属还是很大，依据体积电阻与距离成反比的关系，距离越长，阻值越大。

在医用电极上，导电橡胶已经被广泛应用，此时导电橡胶电极较薄，一般是在1mm以下，电极只是在上下二个面接触，即距离只有1mm，这时导电橡胶是完全通电的。

在日常生活中，我们完全可以剪下一小片的导电橡胶修理像遥控器的电接触头的位置，对于像遥控器的电池电极地方的铁片比较容易被腐蚀，如果换用导电橡胶薄片来代替电极，一不会生锈，二又可防水，三更换也方便，不失为一个好的选择。

而笔者所提的只是用导电炭黑填充的导电橡胶，体积电阻在几百欧姆厘米范围即可用于日常生活。

我们时常考虑一个问题：电磁屏蔽效能与体积电阻一定成正比例吗？即导电性越好，屏蔽效能越高？据外国学者研究发现，削弱干扰波的方法有三种：屏蔽、吸波和滤波。

导电橡胶由于其导电颗粒的作用，电子在运动过程中，可产生与外界相反的磁场，起到屏蔽的作用。

但吸波的原理与屏蔽相似，同样是用到微观粒子。

当填充的导电颗粒达到纳米级别时，不只是达到粒径是nm，更重要的是具有较高的比表面积，空隙率，这样的纳米粒子将具有更好的纳米效应，纳米效应即可有吸波作用。

就是导电颗粒填充的导电橡胶，可起到屏蔽与吸波的作用。

体积电阻可能只是从某一侧面反映屏蔽的大小，但无法衡量吸波能力的大小。

甲基乙烯基硅橡胶电磁屏蔽材料的结构设计与性能研究甲基乙烯基硅橡胶电磁屏蔽材料的结构设计与性能研究摘要：电磁屏蔽材料是一种能够吸收、反射或者传导电磁辐射的材料，广泛应用于电子设备、通信设备、航空航天等行业。

如何提高电磁屏蔽材料的性能一直以来都是研究者们关注的焦点。

本文针对甲基乙烯基硅橡胶电磁屏蔽材料的结构设计与性能进行了研究。

1. 引言电磁辐射会对电子设备产生干扰，因此需要对其进行屏蔽。

甲基乙烯基硅橡胶作为一种电磁屏蔽材料，具有良好的柔性、耐温性和耐腐蚀性，逐渐成为研究的热点。

本文针对甲基乙烯基硅橡胶电磁屏蔽材料的结构设计与性能进行深入研究。

2. 甲基乙烯基硅橡胶材料结构设计甲基乙烯基硅橡胶材料的结构设计是影响其电磁屏蔽性能的关键。

首先，需要选择合适的硅橡胶基体，以保证材料的柔性和耐温性。

同时，可以添加适量的填充剂，如导电填料和吸波填料，以提高材料的导电性和吸收能力。

此外，还可以通过调整硅橡胶的交联度和聚合度来改善材料的机械性能和热稳定性。

3. 甲基乙烯基硅橡胶材料性能研究（1）导电性能：导电性能是评价电磁屏蔽材料的重要指标。

在甲基乙烯基硅橡胶中引入导电填料，可以提高材料的导电性能。

常用的导电填料有碳黑、金属纳米颗粒等。

（2）吸波性能：吸波性能是指材料对电磁波的吸收能力。

在甲基乙烯基硅橡胶中引入吸波填料，可以提高材料的吸收能力。

吸波填料可以选择各种吸波介质，如石墨、石墨烯等。

（3）机械性能：机械性能是指材料在受力时的变形和破坏能力。

甲基乙烯基硅橡胶具有较好的柔性和弹性，可以在一定程度上保证材料的机械性能。

（4）热稳定性：热稳定性是指材料在高温环境下的稳定性能。

通过调节硅橡胶的交联度和聚合度，可以增加材料的热稳定性。

此外，还可以引入热稳定剂等助剂来提高材料的热稳定性。

4. 总结与展望甲基乙烯基硅橡胶电磁屏蔽材料的结构设计与性能研究是一个复杂而综合的课题。

本文通过分析甲基乙烯基硅橡胶材料的结构特点，并结合导电性能、吸波性能、机械性能和热稳定性等方面的研究，对其进行全面的探讨。

FIP电磁屏蔽导电橡胶用加成型液体硅橡胶的研制的开题报告1.研究背景与意义随着电子技术的飞速发展，电子设备的使用已经成为人们生活中不可或缺的一部分。

然而，这些电子设备在工作时可能会产生电磁干扰，并对其他电子设备或人体健康造成损害。

因此，开发一种有效的电磁屏蔽材料已成为当今的重要研究课题。

导电橡胶是一种重要的电磁屏蔽材料。

传统的导电橡胶一般采用炭黑作为导电填料，但是炭黑会对环境和健康造成不良影响。

目前，液体硅橡胶已成为一种重要的替代材料，具有良好的导电性能和机械性能，并且无毒、无臭、无味、无挥发物。

因此，研究液体硅橡胶的加成型配方和工艺对FIP电磁屏蔽导电橡胶材料的研究具有重要的意义。

2.研究内容与方法本研究旨在研究液体硅胶的加成型及其用于FIP电磁屏蔽导电橡胶的配方、性能及工艺。

具体研究内容包括：1）液体硅橡胶的制备工艺及物化性能的测试。

2）液体硅橡胶的加成型导电材料研制。

3）通过实验方法探究加成型导电材料的最佳配方，包括填料种类、填料含量以及硬化剂种类、掺加量等。

4）测试添加不同导电材料后的液体硅橡胶的导电性、力学性能和耐热性能等。

5）根据实验结果，制备出具有优良性能的FIP电磁屏蔽导电橡胶样品，并对其性能进行测试和评估。

本研究主要采用实验研究的方法，包括材料的制备、性能测试、配方优化等。

研究过程中，将结合理论研究和实践操作，对所得实验数据进行系统分析和统计处理。

3.预期成果及意义本研究预期能够研制出一种性能优异的FIP电磁屏蔽导电橡胶，并实现以下目标：1）开发一种无毒、无臭、无味、无挥发物、低成本的导电填料。

2）提高电磁屏蔽性能和机械性能，实现可靠性和稳定性。

3）为电子设备和人体提供可靠的保护，减少电磁污染对环境和人体健康的危害。

4）为相关产业提供新的材料选择，促进电子设备的发展。

本研究能够提高液体硅橡胶的应用领域，并且具有推广价值和市场前景，因此具有非常重要的实际意义。

功能硅橡胶在电磁屏蔽领域的应用现状及进展邹华门•赵素合'■田明'•张立群“（1.北京化工大学纳米材料先进制备技术与应用科学教育部重点实验室•北京100029,2 .北京化工大学北京市新型高分子材料制备与成型加工重点实验室•北京100029）摘要：冋顾了功能性硅橡胶应用于电磁屏蔽领域的发展背景•详细介绍了高导电硅楡胶和吸波硅橡胶的种类、应用场合及国内外发脱现状及研究进展•最后对国内这两种功能材料的研究和开发提岀了建议.关St词：高导电硅橡胶，吸波硅橡咬；电磁屏厳中图分类号：TQ333. 93 文就标识码：A 文章编号：1005 - 4030（2008）05 一0049—051电磁屏蔽硅橡胶的发展背聂自从1866年世界上第一台发电机发电以来，利用电磁效应的电气设备越来越广泛，同时也导致了大壘的负效应，电磁干扰、电磁信息泄露、环境电磁污染等问题也越来越突出，从而催生了高导电橡胶、吸波橡胶等功能性硅橡胶在电磁屏蔽领域的应用.电磁干扰的危害问题：随着电子、计算机与电信技术的迅猛发展及其广泛应用，空间电磁环境变御日趋复杂。

各种电子仪器、通讯器材和计算机本身就会产生电磁波，形响其他设备的正常运行，同时它们自己也会受到外来电磁波的干扰，这对帝密仪器、航空航天工程、导航设备、科学测於、医疗保健设备等重耍系统的潜在危害是巨大的. 在现代战争中•电磁干扰还会影响尖端武器的操纵和运行，通讯指挥系统也会因电磁干扰而发生觅大障碍•一些燃油系统的控制和现代武器的操纵均因受其影响而发生严重的后果⑴.电磁信息泄鋸问题：隧着信息产业的高速发展，各种信息、网络传播着数以亿计的军事、政治、经济等方面的重要情报和信息，由于电磁波辐射而导致的信息泄露事件时有发生，直接威胁到国家的政治、经济、军事的安全.研究表明，普通未采取屏蔽处理的计算机，在工作时辐射出带信息的电牧植日期：2008—04-22 作老荷介:邹华0977-）.^.潮北宜艮人•併澤•主耍从事特种功勰硅橡胶复合材料的研究.磁波•可在1000米外彼接收和复现.若采用尖端的接收和解码设备•则截获的最大距离会更远⑷.电磁环境污染问题：早在上世纪六、七十年代•科学家就开始研究电磁场对生物体的作用•结果表明电磁场会对人体组织产生不同程度的形响，移动电话、计算机、微波炉等与人们日常工作和生活密切相关的电磁辐射源产生的强辐射会对人体健康构成威胁.电磁污染巳被公认为大气污染、水质污染、噪音污染之后的第4大公害•联合国人类环境大会已将其列入必须控制的主要污染物之一，世界各国也纷纷开展电磁场对身体健康影响的研究工作以及对电磁耀肘的检测和控制工作.电磁辐射对社会正常运行构成的危害已引起人类的极大康视，一些发达国家和国际组织纷纷通过立法和制定标准规范电磁辐射剂*.1944年徳国电气工程师协会制订了世界上第一个电磁兼容性规范VDE0878；美国联邦通讯委员会制定了抗电磁干扰法規（FCC法）和“Tempest"技术标准，其中“FCC”規定大于1000Hz的电子装置要求屏蔽保护，并持EMI/RFI合格证才允许投放市场.国际无线电干扰待别委员会CISPR也制定了抗电磁干扰的国际标准，供各国参照执行⑸. 电磁編射的危害也引起我国政府的高度巫视，1998年，我国推行了电磁兼容EMC标准•于2003年5月1日起对涉及人类健康安全、环境保护和公共安全的产品强制实行包括电磁兼容认证（CEMC认证）在内的CCC认证制度⑷..另一方面，世界各国科学家还通过技术手段来抑制或消除电磁辐射，最通用的方法就是对电磁波进行屏蔽，因而促进了电磁屏紙材料的发展, 世界各国都纷纷加大了电磁屏蔽材料的研究和开发力度，相继开发出金属非品电磁屏蔽材料、发泡金属屏蔽材料、导电高分子屏蔽材料等.电磁屏蔽，就是对两个空间区域之何进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域向另一个区域的感应和辐射⑷.电磁屏蔽就是利用辐射电磁场在金属界面的反射和金属屏蔽层的吸收来抑制电磁辐射干扰的，从而有效控制从屏蔽材料的一侧空间第29客第5期2008年10月待种橡胶制品Special Purpose Rubber ProductsVol. 29 No. 5October 200850 倚种檢胶制品第29卷第5期向另一侧空间传递电磁能SL 根据Schelkunoff电磁屏蔽理论，屏蔽效能可用下式表示*SE = R4-A4-B (1) 式中SE(Shielding Effectness)为屏蔽材料的总屏蔽效能,R为表面反射损耗衰减,4为屏蔽材料内部吸收损耗衰减，B为屏蔽材料内部多次反射损耗克祓，单位为dB•如图1所示.因而屏蔽材料必须具有高的导电性和(或)髙的磁导率.图屏茂材料的屏蔽机理普通硅橡胶本身为高绝缘材料，磁导率也很低，对电磁波起不到任何屛蔽和吸收作用•但由于硅椽胶具冇其他橡胶无法比拟的优异的耐髙低温(-100-C 〜250 °C)、耐天候老化、低加工粘度以及高填充能力等性能•人们通过掺入大量导电填料或磁性填料等，实现了硅橡胶复合材料的功能化, 拓展了髙导电或高导磁硅橡胶在电磁屏蔽领域的应用■主要包拆髙导电硅橡胶和吸波硅橡胶这两大类.2高导电硅橡胶在电磁屏蔽领域的应用、发展现状和研究进展与传统的金属板、金属丝网等屏蔽材料相比, 电磁屏蔽硅橡胶材料除能提供良好的电磁屏蔽能力外,橡胶固有的弹性还保持了对水汽密封的功能，因此广泛应用于航天航空、船舶、舰艇、战车、工作站、计算机、数据通讯、医疗、家用电器等电子电气设备的密封系统中，起到环境密封和电磁屏蔽的双庫目的，以实现电子电气设备与环境调和、相共存的电磁兼容环境，抑制电磁干扰，同时避免靈要信息泄漏，保障国家政治、经济、军事等的安全.用于电磁屏蔽硅橡胶的导电填料主要有以下几大类：1•碳系材料：主耍包括导电烘黑、石蜃、碳纳米管以及碳纤维等.碳系材料填充硅橡胶的导电性较差，很难获得体积电阻率低于IQ・cm的高导电硅橡胶•因而多用于抗静电材料或屏蔽效能要求不高的电確屏蔽材料.2.金属填料：常见的是银、铜、铝等.铜、铝极易氧化而较少使用，银性质稳定不易氧化，能赋予硅橡胶复合材料优异的导电性和屏蔽效能•但存在价格昂贵的缺点.3.镀金属填料:这类填料是在金属填料的基础上发展起来的•主要是通过电镀、化学镀等方法，使高导电的银、铢等均匀涂覆于无机或有机的基材上，这类导电填料的突出待点是成本较低.电磁屏蔽硅橡胶•主要作为密封件用于电子设备及系统屏蔽体的通孔或缝隙，防止电磁波从这些缝隙中泄露，从而保障整个设备或系统的电磁兼容性。

第37卷第2期纺织高校基础科学学报V o l .37,N o .22024年4月B A S IC S C I E N C E S J O U R N A L O F T E X T I L E U N I V E R S I T I E SA pr .,2024 引文格式:苏晓磊,王鹏辉,贾艳.镀镍石墨导电硅橡胶电磁屏蔽复合材料的制备及性能[J ].纺织高校基础科学学报,2024,37(2):33-39.S U X i a o l e i ,WA N G P e n g h u i ,J I A Y a n .P r e p a r a t i o n a n d p e r f o r m a n c e o f n i c k e l c o a t e d g r a ph i t e /s i l i c o n e r u b b e r e l e c t r o m a g n e t i c s h i e l d i n g c o m po s i t e s [J ].B a s i c S c i e n c e s J o u r n a l o f T e x t i l e U n i v e r s i t i e s ,2024,37(2):33-39. 收稿日期:2023-06-07 修回日期:2023-10-22基金项目:陕西省教育厅服务地方专项计划项目(23J C 036);西安市科技计划项目(23K G DW 0031-2022);陕西省特支计划项目通信作者:苏晓磊(1982 ),男,教授,研究方向为功能性涂料㊁吸波材料㊁特种功能表面涂层等㊂E -m a i l :s u x i a o l e i @x pu .e d u .c n 镀镍石墨导电硅橡胶电磁屏蔽复合材料的制备及性能苏晓磊,王鹏辉,贾 艳(西安工程大学材料工程学院,陕西西安710048)摘 要 为了改善常规方法难以兼顾电磁屏蔽橡胶高导电导磁性能和其力学性能,以镀镍石墨(N C G )为填料,偶联剂为改性剂,硅橡胶为基材,采用机械共混的方式制备了系列镀镍石墨导电硅橡胶电磁屏蔽复合材料㊂测试分析了电磁屏蔽橡胶的硫化特性㊁力学性能㊁导电性能和屏蔽效能,并使用扫描电子显微镜表征了电磁屏蔽橡胶的微观组织㊂研究了镀镍石墨(N C G )添加量对导电硅橡胶力学性能㊁导电性能和屏蔽效能的影响,并对电磁屏蔽橡胶的导电和屏蔽机理进行了分析㊂结果表明:当填料添加量为180份时,填料能够在基体内部形成完整稳定的三维导电网络,使复合材料在具有良好力学性能的同时还具有优异的电学性能,电磁屏蔽橡胶的拉伸强度为3.688M P a ,体积电阻率为0.24Ω㊃c m ,其在X 波段(8.2~12.4G H z )内的平均屏蔽效能可达到55.25d B ㊂关键词 镀镍石墨;导电硅橡胶;电磁屏蔽橡胶;屏蔽效能;屏蔽机理开放科学(资源服务)标识码(O S I D)中图分类号:T Q 333.93 文献标志码:AD O I :10.13338/j .i s s n .1006-8341.2024.02.004P r e p a r a t i o n a n d p e r f o r m a n c e o f n i c k e l c o a t e d g r a ph i t e /s i l i c o n e r u b b e r e l e c t r o m a g n e t i c s h i e l d i n g c o m po s i t e s S U X i a o l e i ,WA N G P e n gh u i ,J I A Y a n (S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ,X i a n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y,X i a n 710048,C h i n a )A b s t r a c t I n o r d e r t o i m p r o v e t h e t r a d i t i o n a l m e t h o d s t h a t a r e d i f f i c u l t t o b a l a n c e t h e h i g h c o n -d u c t i v i t y ,m a g n e t i c p r o p e r t i e s ,a n d m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f e l e c t r o m a g n e t i c s h i e l d i n g ru b b e r (E S R ),a s e r i e s o f n i c k e l c o a t e d g r a p h i t e (N C G )c o n d u c t i v e s i l i c o n e r u b b e r e l e c t r o m a gn e t i c s h i e l -d i n g c o m p o s i t e m a t e r i a l s w e r e p r e p a r e d b y m e c h a n i c a l b l e n d i n g,w i t h c o a t e d N C G a s f i l l e r ,c o u -p l i n g a ge n t a s m o d if i e r ,a n d s i l i c o n e r u b b e r a s s u b s t r a t e .T h e v u l c a n i z a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s ,m e -c h a n i c a l p r o p e r t i e s ,c o n d u c t i v i t y ,a n d s h i e l d i ng e f f e c t i v e n e s s o f E S R w e r e t e s t e d a n d a n a l yz e d ,a n d t h e m i c r o s t r u c t u r e o f t h e r ub b e r w a sc h a r a c t e r i z ed b y S E M.T he ef f e c t o f N C G a d d i t i o n o n t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s,c o n d u c t i v i t y,a n d s h i e l d i ng e f f e c t i v e n e s s o f c o n d u c t i v e s i l i c o n e r u b b e r w a s s t u d i e d,a n d th e c o n d u c ti v i t y a n d s h i e l d i n g m e c h a n i s m o f E S R w e r e a n a l y z e d.T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e f i l l e r c a n f o r m a c o m p l e t e a n d s t a b l e t h r e e-d i m e n s i o n a l c o n d u c t i v e n e t w o r k i n s i d e t h e m a t r i x w h e n t h e f i l l e r a d d i t i o n a m o u n t i s180p a r t s,s o t h a t t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l c o u l d h a v e g o o d m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d e x c e l l e n t e l e c t r i c a l p r o p e r t i e s a t t h e s a m e t i m e,a n d t h e t e n s i l e s t r e n g t h o f t h e E S R i s3.688M P a,t h e v o l u m e r e s i s t i v i t y i s0.24Ω㊃c m,a n d i t s a v e r a g e s h i e l d i n g e f f i c i e n c y i n t h e X-b a n d(8.2~12.4G H z)c a n r e a c h55.25d B.K e y w o r d s n i c k e l c o a t e d g r a p h i t e;s i l i c o n e r u b b e r;e l e c t r o m a g n e t i c s h i e l d i n g r u b b e r;s h i e l d i n g e f f e c t i v e n e s s;s h i e l d i n g m e c h a n i s m0引言随着电子通信技术的发展,各种高集成和高功率无线通信系统和电子器件呈爆发式增长,这些电子设备在方便人们生活的同时也带来了电磁污染㊁电磁信息泄露等新的问题[1-3]㊂如今的电子设备越来越精密,应用的场景也越来越复杂㊂由于单一的金属屏蔽壳体因存在许多缝隙和孔洞,这些微小的孔隙极易导致电磁泄露和内部电子元器件的损坏,所以传统的金属屏蔽材料已经无法满足如今社会的需求㊂人们期望一种既具备优异的电磁屏蔽性能,又具有良好的弹性和密封性的材料来填补金属屏蔽体的缺陷,所以以电磁屏蔽橡胶为代表的电磁屏蔽新材料应运而生㊂除此之外,电磁屏蔽橡胶也可作为新型柔性可穿戴材料被广泛应用于生物医学㊁通讯电子㊁航空航天等领域㊂电磁屏蔽橡胶作为新型的电磁屏蔽材料具有密度小㊁易加工㊁耐腐蚀和大面积成膜等特点,可以替代多种金属类材料和无机导电材料应用在电子设备中[4]㊂硅橡胶基的电磁屏蔽材料延续了有机硅橡胶的结构特征,与一般的导电橡胶相比它具有耐高低温㊁耐老化㊁良好的生理惰性㊁加工制造工艺性能好等特点[5]㊂金属复合类的导电填料因其导电性优良且价格适中[6-7],成为近年来各个国家的研究热点㊂与其他金属复合类的填料相比,镀镍石墨的屏蔽性能相差不大,并且其成本低廉㊁易于分散,被广泛应用于电磁屏蔽橡胶行业中[8]㊂向辉研究了镀镍石墨粒径㊁交联剂和硅烷偶联剂种类对导电硅橡胶力学性能及导电性能的影响,但对于复合材料的屏蔽性能没有提及[9]㊂赵宜武等研究了镀镍石墨用量对N C G/三元乙丙橡胶导电复合材料性能的影响,并且探索了填料改性剂用量对复合材料导电稳定性的影响,对于复合材料的屏蔽效能也没有讨论研究[10]㊂杜宏阳等研究了镀镍石墨粉的添加量对镀镍石墨/杜仲橡胶复合材料导电性能㊁电磁屏蔽效能和力学性能的影响,但是其屏蔽效能较低,只能达到47.5d B[11]㊂Z H A N G等通过使用硅烷偶联剂K H550对空壳导电炭黑进行改性,制备了导电硅橡胶,但其屏蔽效能仅能达到20d B[12]㊂目前国内大多数研究人员都将材料的导电性(体积电阻率)指标作为电磁屏蔽橡胶最重要的关键性能进行研究,而忽视了屏蔽效能才是电磁屏蔽橡胶最重要的关键核心性能㊂本文基于硅烷偶联剂改性镀镍石墨填充硅橡胶基体的策略,采用机械共混法制备了一系列具有良好屏蔽效能和力学性能的电磁屏蔽硅橡胶㊂研究了不同添加量的镀镍石墨粉对电磁屏蔽硅橡胶屏蔽效能㊁力学性能及导电性能的影响㊂1实验1.1原料导电填料:镀镍石墨粉N C G(Z S-F120-6040,中晟嘉特(西安)材料科技有限公司,平均粒径120μm,镍含量60%,片状);无水乙醇(C2H6O,工业级,天津市富宇精细化工有限公司);偶联剂:K H550(南京奥诚化工有限公司);去离子水(自制);硅橡胶(R B B-6650-50,美国陶氏公司);交联剂:2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧)己烷(101-C8B S-45p s,南京强盛功能化学股份有限公司)㊂1.2设备与仪器无转子硫化仪(T H-7028,江苏天惠试验机械有限公司);场发射扫描电子显微镜(Q u a n t a-450-F E G +X-MA X50型,荷兰F E I公司);邵氏硬度计(H T-6510A,广州兰泰仪器有限公司);万能试验机(U TM5504,深圳三思试验设备有限公司);直流低电阻测试仪(T H2516型,同惠柏莱电子有限公司);43纺织高校基础科学学报第37卷电子密度计(S J -300G Y ,上海束句仪器科技有限公司);矢量网络分析仪(E 5061B E N A 型,是德科技有限公司)㊂1.3 镀镍石墨粉的改性由于硅橡胶与导电填料颗粒的界面结合力弱,不利于形成稳定导电的三维网络,因而将适量的硅烷偶联剂加入到配好的水解溶液(无水乙醇72%,去离子水8%)中,充分搅拌15m i n㊂后将镀镍石墨粉加入到配好的水解液中,充分搅拌使填料颗粒与改性溶液充分接触㊂处理后进行抽滤,并置于烘箱中120ħ烘干㊂1.4 电磁屏蔽硅橡胶的制备实验使用机械共混法制备导电硅橡胶,具体流程如下㊂1)塑炼:将硅橡胶加入开炼机中,待其包辊后调节辊距至1~2mm ,薄通塑炼3~4次㊂2)混炼:将改性后的导电填料少量多批地加入开炼机中,并将其混合均匀㊂再加入双二五混合均匀后混炼出片,再停放24h 后测量胶料的硫化曲线㊂3)一段硫化:将停放好的胶料加入模具中,使用平板硫化机进行一段硫化,硫化条件为180ħˑ5m i n ˑ10M P a㊂4)二段硫化:将一段硫化后的橡胶放入180ħ烘箱中加热3h ㊂具体制备工艺流程图如图1所示㊂图1 电磁屏蔽硅橡胶的制备流程F i g .1 P r o d u c t i o n p r o c e s s o f t h e e l e c t r o m a gn e t i c s i l i c o n e r u b b e r s h i e l d i n g2 结果与讨论2.1 电磁屏蔽硅橡胶的硫化性能电磁屏蔽硅橡胶的硫化性能指标如表1所示㊂可以看出:随着导电填料用量的增加,电磁屏蔽硅橡胶的焦烧时间(T 10)略有减小,但其正硫化时间(T 90)减小的趋势较为明显㊂这是由于硅橡胶本身是热的不良导体,它的表层与内层之间存在一定的温差,温度的传导时间较慢㊂而镀镍石墨作为一种金属复合粉体,具有较好的导热性能,随着其添加量的增大,复合材料的热传导速率就越快,其交联反应的速度随之加快,表现出来的焦烧时间和正硫化时间就越短㊂最大转矩(M H )和最小转矩(M L )可间接地表示材料的强度和模量,转矩差(M H -M L )则反映出电磁屏蔽硅橡胶的交联程度㊂表1 不同N C G 含量电磁屏蔽硅橡胶的硫化特性T a b .1 V u l c a n i z a t i o n p r o p e r t i e s o f e l e c t r o m a g n e t i c s h i e l d i n g s i l i c o n e r u b b e r w i t h v a r y i n g NC G c o n t e n t s 硫化性能指标 N C G 的用量/份0100120140160180200T 10/s 3793124232018T 90/s 284202184165166167159M L /(d N ㊃m )0.070.170.200.320.300.320.49M H /(d N ㊃m )0.731.251.391.541.621.741.96(M H -M L )/(d N ㊃m )0.661.081.191.221.321.421.47可以看出:随着导电填料用量的增加复合材料的强度随之增加,交联程度也在逐步上升㊂此外,复合材料的硬度和密度均随着导电填料用量的增加而增加㊂但将填料添加量增加到200份时,其密度变化不大,原因是过多的填料添加量对复合材料的交联密度影响越来越小,且能降低复合材料的力学性能㊂2.2 电磁屏蔽硅橡胶的微观形貌图2是不同导电填料用量电磁屏蔽硅橡胶的截面S E M 图片㊂可以看出:片状的镀镍石墨在硅橡胶基体内分布得较为均匀㊂当填料的添加量较少时,其在硅橡胶基体内分布得较为稀疏,填料颗粒间的间隙较大,无法在橡胶基体内形成完整稳定的三维导电结构[13]㊂随着填料添加量的不断增加,填料在基体内的堆积也越来越密集[14],逐渐形成完整密集的导电三维网络㊂但是当填料的添加量过多时,橡胶基体无法形成有效的交联网络,造成导电橡胶的导电能力下降㊂当导电填料的添加量为180份时,填料和硅橡胶基体之间的结合性最优,并且分散得比较均匀,能够形成较为稳定的导电网络㊂53第2期 苏晓磊,等:镀镍石墨导电硅橡胶电磁屏蔽复合材料的制备及性能(a )100份 (b )120份(c )140份 (d )160份(e )180份 (f )200份图2 不同N C G 添加量电磁屏蔽硅橡胶的S E M 图像F i g .2 S E M i m a g e s o f e l e c t r o m a g n e t i c s h i e l d i n g si l i c o n e r u b b e r w i t h v a r i o u s a m o u n t s o f N C G2.3 电磁屏蔽硅橡胶的力学性能对制备出的电磁屏蔽硅橡胶进行力学性能测试,结果如表2所示㊂可以看出:随着导电填料用量的增加,所制备的电磁屏蔽硅橡胶的拉伸强度先上升后下降㊂这是因为当填料的用量较少时,导电填料在硅橡胶基体内弥散分布,并且改性后的N C G 还与硅橡胶分子链之间具有一定相互作用,起到了补强的作用㊂当填料的用量较多时,一方面填料本身更容易出现团聚现象,在硅橡胶基体内部分散不均匀,产生应力集中㊂另一方面,填料加入过多会破坏硅橡胶的分子链结构,影响复合材料的交联程度,降低了复合材料的拉伸强度㊂当添加量为160份时,电磁屏蔽硅橡胶的拉伸强度最大,为3.755M P a㊂此外,复合材料的硬度和密度均随着导电填料用量的增加而增加㊂但是当填料添加量为200份时,其密度变化不大,原因是填料添加量过多对复合材料交联密度的影响越来越弱,降低了复合材料的力学性能㊂表2 不同N C G 含量电磁屏蔽硅橡胶的硫化特性T a b .2 M e c h a n i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f s i l i c o n e r u b b e r e l e c t r o m a g n e t i c s h i e l d i n g wi t h v a r i o u s N C G a d d i t i o n s 力学性能 N C G 的用量/份100120140160180200拉伸强度/M P a 2.5193.2273.4843.6753.7553.6883.606邵尔A 硬度49.873.475.576.177.379.380.6密度/(g㊃c m -3)1.1361.7661.8531.9402.0302.1212.1812.4 电磁屏蔽硅橡胶的导电性能图3为不同填料添加量对电磁屏蔽硅橡胶的体积电阻率的影响㊂可以看出:当填料添加量较低时,电磁屏蔽硅橡胶的体积电阻率较高㊂这是因为填料颗粒之间的间隙较大,无法在硅橡胶基体内形成稳定连续的导电网络㊂随着填料用量的增加,电磁屏蔽硅橡胶内部的导电网络逐渐被填补完整,体积电阻率随之下降㊂图3 N C G 添加量对电磁屏蔽硅橡胶的体积电阻率的影响F i g .3 E f f e c t o f N C G a d d i t i o n o n v o l u m e r e s i s t i v i t y of e l e c t r o m ag n e t i c shi e l d i n g si l i c o n e r u b b e r 通过与S E M 图对比分析可以了解到电磁屏蔽硅橡胶的导电原理,一般来说电磁屏蔽硅橡胶的电路有2种理论,分别是导电通路理论和隧道效应理论[15]㊂导电通路理论是指当导电填料添加量达到一定时,单位体积内的导电粒子之间相互接触或距离更近,形成导电通路[16]㊂经过改性的导电填料虽然表面存在偶联剂包覆层,但是偶联剂的含量较少并且浓度较低,极易击穿并能在硅橡胶基体中形成良好的导电网络㊂隧道效应理论则是指导电粒子间通过电子跃迁的方式,被激活的电子形成隧道电流[17]㊂当填料添加量较低时,填料间的间隙过大,导电粒子间的势垒较高,电子跃迁的难度也增加㊂随着填料添加量的增加,填料间的间隙慢慢变小,导电粒子间的势垒降低,电子较容易跃迁㊂当填料添加量为120份时,电磁屏蔽硅橡胶内部的导电网络基本形成,其体积电阻率出现骤降㊂当填料添加量为180份时,电磁屏蔽硅橡胶的体积电阻率最低,为0.24Ω㊃c m ㊂2.5 电磁屏蔽硅橡胶的屏蔽性能在时变电磁场中,电场和磁场总是同时存在的,63 纺 织 高 校 基 础 科 学 学 报 第37卷而实际应用中的屏蔽,大多数都是指电磁屏蔽㊂根据传输线理论[18-19],电磁波经过屏蔽材料会受到4种不同的屏蔽机制的影响,包括反射㊁吸收㊁多次反射和透射,如图4所示㊂当电磁波接触到屏蔽材料表面时,由于传播介质与材料的界面处会出现波阻抗突变,电磁波与电子或空穴等移动电荷载流子之间存在相互作用[20],使电磁波在材料表面发生反射,即为反射损耗(R);而未被表面反射的电磁波进入屏蔽材料,可以与屏蔽体的电偶极子或磁偶极子相互作用,在内部向前的传播过程中,其中一部分以热能的形式被消耗,即吸收损耗(A);而在屏蔽体内尚未衰减的另一部分电磁波,在接触到材料的另一边的表面时,再次遇到阻抗不连续的交界面,形成内部反射,重新回到屏蔽体内,即多重反射损耗(M);剩余的电磁波将透过电磁屏蔽材料,即为透射波[21]㊂图4基于传输线理论的电磁屏蔽机理[18]F i g.4 E M I s h i e l d i n g m e c h a n i s m b a s e d o nt r a n s m i s s i o n l i n e t h e o r y[18]根据谢坤诺夫(S c h e l k u n o f f)理论,电磁屏蔽效能(S E)定义为屏蔽材料对电磁波衰减的3种屏蔽机制之和,分别为反射(S E R)㊁吸收(S E A)和多次反射(S E M)㊂S E的单位以分贝(d B)表示,常用的计算公式为S E=S E A+S E R+S E M(1)S E R=-10l o g10σT16fεμr(2)S E A=-8.68t fμrσT2(3)S E M=20l o g101-10S E A10(4)式中:σT为总电导率;f为电磁波频率;ε为介电常数;μr为相对磁导率;t为材料厚度㊂当t大于材料的趋肤深度[(δ=πfμσ-1/2,其中μ为磁导率,σ为电导率)],或当总屏蔽效能大于15d B时,可以忽略由多次反射引起的屏蔽效能[22]㊂图5为电磁屏蔽硅橡胶的屏蔽机制示意图㊂电磁屏蔽硅橡胶之所以具有良好的屏蔽性能,其原因是镀镍石墨填料自身具有良好的导电性,并在硅橡胶基体内弥散均匀的分布形成了完整致密的导电网络㊂电磁屏蔽硅橡胶内部的导电网络中存在大量自由电子,使得电磁波在接触到电磁屏蔽硅橡胶的表面时会引起较大的表面反射[23],入射的电磁波与硅橡胶内部的高密度载流子发生相互作用,将电磁波的能量以热量的形式进行耗散[24]㊂入射的电磁波也会在硅橡胶基体内部填料颗粒之间形成多次反射和散射,衰减电磁波的强度[25]㊂除此之外,镀镍石墨颗粒本身也具有多层复合的层状结构[26],同样也会使电磁波多次反射,导致电磁波吸收和能量耗散,从而达到电磁屏蔽功能㊂当N C G用量较少时,电磁波在电磁屏蔽橡胶表面和内部的衰减较弱㊂随着填料用量的增加电磁屏蔽橡胶内部的导电结构越来越致密稳定,产生的感应涡流就越来越稳定,从而屏蔽效能就越高㊂图5电磁屏蔽硅橡胶的屏蔽机制示意图F i g.5 D i a g r a m o f t h e s h i e l d i n g m e c h a n i s m o fe l e c t r o m a g n e t i c s h i e l d i n g s i l i c o n e r u b b e r图6为不同填料添加量对电磁屏蔽硅橡胶的屏蔽效能曲线㊂可以看出:随着填料用量的增加,电磁屏蔽硅橡胶的屏蔽效能先上升再下降,屏蔽效能的变化趋势与体积电阻率的变化趋势基本相似㊂这是由于电磁波在X波段内,主要利用电磁感应现象在屏蔽体表面产生涡流的反磁场来达到屏蔽的目的,此时涡流的大小直接影响屏蔽效果㊂研究表明,当屏蔽体电阻较小时,屏蔽体产生的感应涡流却增大,其所表现出的屏蔽效能也越高㊂当填料的添加量达到180份时,电磁屏蔽橡胶在X波段内(8.2~12.4G H z)的平均屏蔽效能能达到55.25d B,最高屏蔽效能为58.82d B,基本可以满足大部分工业屏蔽需求(30~ 60d B)㊂而当导电填料用量过多时,一方面填料颗粒在屏蔽体内部产生团聚现象,无法在复合材料基体中充分分散;另一方面填料过多影响了电磁屏蔽橡胶的交联程度,降低了材料内部的致密性,降低了复合材料的导电性,从而使电磁屏蔽橡胶的屏蔽效能略有下降㊂73第2期苏晓磊,等:镀镍石墨导电硅橡胶电磁屏蔽复合材料的制备及性能图6 N C G添加量对电磁屏蔽硅橡胶屏蔽效能的影响F i g.6 E f f e c t o f N C G a d d i t i o n o n t h e s h i e l d i n g e f f e c t i v e-n e s s o f e l e c t r o m a g n e t i c s h i e l d i n g s i l i c o n e r u b b e r 3结语本文以镀镍石墨(N C G)为填料,硅橡胶为基材,采用机械共混的方式成功制备了系列镀镍石墨导电硅橡胶电磁屏蔽复合材料㊂当填料的添加量达到一定时,再加入N C G一方面会影响填料在硅橡胶基体内的分散性,另一方面会影响电磁屏蔽硅橡胶的交联程度,从而影响复合材料的性能㊂当填料添加量为180份时,填料在硅橡胶基体内部构筑了三维电磁耦合杂化网络,兼顾了电磁屏蔽橡胶高屏蔽性能和优异的力学性能,其拉伸强度为3.688M P a㊁邵尔A硬度为79.3㊁密度为2.121g/c m3,电磁屏蔽硅橡胶的体积电阻率为0.24Ω㊃c m,其在X波段内(8.2 ~12.4G H z)的平均屏蔽效能可达到55.25d B㊂参考文献(R e f e r e n c e 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电磁屏蔽涂层技术的电子设备防护电磁屏蔽涂层技术作为现代电子设备防护的重要手段，其在保障电子设备稳定运行、防止信息泄露及提高设备可靠性方面发挥着不可替代的作用。

随着信息技术的飞速发展和电子设备的广泛普及，电磁兼容性和信息安全问题日益凸显，电磁屏蔽涂层技术的研究与应用也因此显得尤为重要。

本文将从六个方面深入探讨电磁屏蔽涂层技术在电子设备防护中的应用。

一、电磁屏蔽涂层的基本原理电磁屏蔽涂层技术基于法拉第笼原理，通过在电子设备外壳或内部关键部件表面涂覆一层导电材料，形成连续的导电层，从而构建起一个屏蔽层。

当外部电磁波遇到这个屏蔽层时，会因为导电材料的反射、吸收和多次反射而大大减弱，有效阻止电磁波穿透，保护内部电路不受干扰。

同时，屏蔽层还能防止设备内部产生的电磁辐射外泄，维护周边环境的电磁兼容性。

二、材料选择与性能要求电磁屏蔽涂层的材料选择是决定其性能优劣的关键因素。

常见的材料包括金属粉末（如银、铜、镍）填充的环氧树脂、导电聚合物、碳纳米管等。

理想的电磁屏蔽涂层材料应具备高导电性、良好的附着力、耐腐蚀性、环境适应性和加工便利性。

此外，轻量化、薄型化也是现代电子设备对屏蔽涂层材料的迫切需求，以满足设备小型化的发展趋势。

三、涂层工艺与技术电磁屏蔽涂层的工艺技术直接影响涂层的均匀度、致密度和屏蔽效能。

目前，常用的工艺有喷涂、浸涂、刷涂、电镀、化学镀以及气相沉积等。

每种工艺都有其适用场景和优缺点，如喷涂工艺适用于复杂形状物体，但易造成厚度不均；电镀工艺可获得高质量涂层，但成本较高。

随着技术进步，新兴的纳米技术、等离子体技术也在涂层制备中展现出巨大潜力，可实现更精细的结构控制和更高效的电磁波吸收。

四、测试与评估方法为了确保电磁屏蔽涂层达到预期的防护效果，必须有一套严格的测试与评估体系。

常见的测试项目包括屏蔽效能（SE）、表面电阻率、附着力测试等。

屏蔽效能通常用分贝（dB）表示，反映了涂层对电磁波的衰减能力。

通过网络分析仪、屏蔽室等专业设备，可以在特定频率范围内测量屏蔽效能。