高分子复合材料研究现状与发展趋势(2)

ＳＡＦＥｒｒ＆ＥＭＣＮｏ．５２０１０

万方数据

图１北京大学用ＣＮＴ／ＳＳＦ／ＰＡ６复合材料制造的屏蔽盒

２

碳纤维填充型导电高分子复合材料

碳纤维（ＣＦ）是一种碳含越高于９０％的无机高分子

纤维状碳材料。具有高比强度、高比模量、耐高温、耐疲劳、抗蠕变等优异性能，是电和热的良导体。

由ＣＦ填充的高分子复合材料，具有一定的导电性。ＣＦ是电的良导体，常见电阻率在（Ｏ．８—１．８）ｘ１０一ａ０ ｃｍ之间；高分子基体是绝缘体，电阻率在１０“～１０嵋Ｑ ｃｍ之间。两者复合之后导电性能介于导体和绝缘体之间，如表３所示。

衷３几种材料的电阻率（Ｏ ｃｍ）

材料０。ＯＦ行）

９０。（垂直）

碳纤维／环氧Ⅱ型１０－２１０１碳纤维，环氧Ｉ型１０４１００Ｓ玻璃纤维，环氧１０１４ｌＯ‘ｏ硼纤维，环氧１０－２ｌ０７

环氧树脂

ｌＯｏ

铝

ｌ矿

制备ＣＦ填充导电高分子复合材料需要先把ＣＦ和基体混炼造粒，然后通过注射、挤出或压塑等方法成型。以ＰＰ、ＡＢＳ、ＰＣ、聚甲醛（ＰＯＭ）为基体的ＣＦ复合材料中ＣＦ的最高体积分数为４０％。美国威斯康辛州Ｐｒｅｍｉｘ热塑性甥料公司的ＣＦ填充的导电高分子复合材料，以ＰＡ和ＰＰＳ为基体树脂，其中短切ＣＦ体积分数可高达６０％。Ｐｒｅｍｉｘ公司生产了用ＣＮＴ改进的ＣＦ混合填允料的导电高分子复合材料，当ＣＮＴ的体积分数达到３％时，材料便具有一定的导热性和导电性。

３

镀金属纤维填充型导电高分子复合材料

镀金属纤维，如镀镍碳纤维（ＮＰＣＦ）和镀镍石墨纤维

等也有很好的导电性能。这类纤维的使用町以降低成本，同时与金属纤维相比，密度较小。例如用ＮＰＣＦ填充ＰＡ、ＰＣ等基体的导电复合材料，在纤维质量分数为１５％时，

万方数据

ＥＭＣ材料应用

屏蔽效能可达到４４ｄＢ。同时，该材料在６０ｏＣ、９０％相对湿度条件下进行２０００ｈ的耐久性测试，结果表明：材料性能基本稳定，具有耐老化的特点。美国氰胺公司采用直径为７ｐ．ｍ镀层厚为０．５ｍ的镀镍石墨纤维作填充物，ＡＢＳ树脂为基体，当纤维质量分数达到４０％。１

０００ＭＨｚ

时的屏蔽效能达８０ｄＢ。而且，镀镍石墨纤维本身导电性能好，不易生锈，有助于提高复合材料的力学性能。用镀镍率为５０％的云母片填充ＰＰ形成的复合材料，当镀镍云母片体积分数为２５％时，１００—１

０００

ＭＨｚ范围内屏蔽

效能为４５—３０ｄＢ。采用镀镍率２５％加镀铜率２５％的云母片，当填充量体积分数为１７．５％时，在０～１

０００

ＭＨｚ频率

范围内屏蔽效能可提高到４０—６０ｄＢ，即在极宽的频率范围内，尤其在高频区域具有较好的屏蔽效果。

Ｌｕ

ＧｕａｎｇＨｏｎｇ等研究了ＮＰＣＦ在ＡＢＳ树脂中的电

性能和屏蔽性能。采用连续电镀设备，把０．２加．５¨ｍ厚的

镍镀在碳纤维表面，ＮＰＣＦ体积分数为１０％时，复合材料

的电磁屏蔽性能可达５０ｄＢ以上。ＨｕａｎｇＣｈｉ—Ｙｕａｎ等制备了碳纤维／ＡＢＳ复合材料和化学镀镍的碳纤维／ＡＢｓ复合材料，研究了化学镀镍对碳纤维级其复合材料的微观结构及其物理性能的影响。实验表明：在３０～１

０００ＭＨｚ

时，ＮＰＣＦ／ＡＢＳ导电复合材料的屏蔽性能达到４７ｄＢ。同时也研究了热处理方法对化学镀沉积Ｎｉ—Ｐ碳纤－维．／ＡＢＳ复合材料的电磁屏蔽性能影响规律。ＴｚｅｎｇＳｈｉｎｎ—Ｓｈｙｏｎｇ等研究了用粘接与化学镀制备铜、镍覆盖碳纤维，并以ＡＢＳ树脂为基体制备导电高分子复合材料。该复合材料中，由于纤维的分散性及镀层和纤维的良好结合性，其在

１００～１０００

ＭＨｚ范围内屏蔽效能为６０～８０ｄＢ。张腑芳等

用高抗冲聚苯乙烯（ＨＩＰＳ）树脂作为基体。用丙烯腈纤维经化学镀铜后再电镀镍制成的ＰＡＮ／Ｃｕ／Ｎｉ纤维做导电纤维，共混制备了导电复合材料，实验表明：在１一ｌ

０００ＭＨｚ

时，其屏蔽效果能达到５０～８０ｄＢ。曾炜用超声波化学法镀镍到聚对苯二甲酸乙二脂（ＰＥＴ）纤维表面，制备以环氧树脂为基体的导电高分子复合材料。实验测试了纤维表面镀层的形态结构对复合材料的电学性能和力学性能的关系。同时，结果显示质鼋分数为３％时该种纤维的高分子复合材料就有较好的导电性能和电磁屏蔽性能，在３—

１００

ＭＨｚ时，其屏蔽效能可达到３ｌ

ｄＢ。

４

几种导电纤维高分子复合材料性能比较

从导电性能Ｅ看，ＮＰＣＦ的高分子复合材料较好，电

磁屏蔽性能较强，在０．５－１

０００

ＭＨｚ频率范围内，屏蔽效

能可达６（）ｒ｛Ｂ，不过镀镍的技术减弱了复合材料的韧性；从复合材料的强度和刚度上看，选择碳纤维填充复合材料最好；从热稳定性上看．可以选择３０ｗｔ％ＮＰＣＦ填充聚醚醚酮（ＰＥＥＫ）的高分子复合材料，因为此材料可以在

２０１０年第５期安全与电磁兼容

６∞

兮

ＭＡＴＥＲＩＡＬＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＩＮＥＭＣ

１．８２

ＭＰａ应力作用下，加温至３１５℃才会产生变形；从尺

寸稳定性上看，４０ｗｔ％ＣＦ填充Ｐｃ的高分子复合材料较好，可以用来精细模塑加工和制作大尺寸的外壳，也可以选用不锈钢纤维填充ＰＣ或者ＡＢＳ的高分子复合材料，以达到较高的尺寸稳定性；从力学性能角度上看，可以使用４０％ＣＦ填充聚苯硫醚（ＰＰＳ）的导电高分子复合材料，其弯曲模量可达２７．５８ＧＰａ，具有高强度，耐化学腐蚀等特点；从强度增强角度上看，碳纤维填充的热塑性高分子复合材料能经受高强度机械作用；从耐冲击角度上看，使用炭黑作为导电填充物，聚烯烃、弹性体或含氟的高聚物为基体制备的导电高分子复合材料，或者用ＣＰ填充ＰＡ６６，都能够经受高冲击作用。

根据使用的环境，可以设计如下导电高分子复合材料：

结构部件：用尼龙基的导电高分子复合材料，其韧性和热稳定性较好，且有较强的刚度和韧性。

恶劣的化学环境：可以选用ＣＰ或ＣＦ作为导电纤维，聚丙烯酸酯（ＰＥＡ），聚四氟乙烯（ＥＴＦＥ）或ＰＰＳ做基体。 高温环境：使用ＣＦ填充ＰＥＥＫ，全氟烷氧基树脂（ＰＦＡ）或者ＰＰＳ制备的导电高分子复合材料。

综合性能：可以选用ＳＳＦ增强ＰＡ６型导电高分子复合材料。

厶阱９

５存在的问题与发展趋势

（１）如何在提高复合材料导电性能的前提下，对导电填料改性和开发，降低导电填料用量，增加分散性与取向性，减小比重；

（２）在加大导电填料用量提高导电功能的同时，增强复合材料可加工性能、力学和其他性能；

（３）降低导电塑料制备与加工成本；（４）改善导电塑料成型工艺和产品外观；

（５）提高综合使用性能，确保材料ｊｊＵ－ｒ性满足绿色化学的要求，符合国家的科学发展战略，使其技术实用化，从而能够大规模应用。

参考文献

ｆ１】王光华．电磁屏蔽导电复合塑料的研究现状【Ｊ】．材料导报，

２００７。２１（２）：２２—２５．【２】

梁琦．导电纤维在屏蔽塑料中应用的研究进展【Ｊ】．塑料制造，２００７（４）：８８—９２．

【３】何和智．电磁屏蔽 …… 此处隐藏：1562字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……