油漆365网讯： 王惠娟1，王保国2，张世麟2 (1.太原科技大学材料与工程学院，山西太原030024;2.中国电子科技集团第三十三研究所，山西太原030006) 摘要:以环氧树脂为基料、银粉为导电填料制备了环氧树脂电磁屏蔽涂料。研究了电磁屏蔽涂料的导电性能、屏蔽效能以及高、低温实验对材料性能的影响，确定了环氧树脂电磁屏蔽涂料在-60℃—125℃温度范围内屏蔽效能可以达到60dB，并保持稳定工作。 关键词:环氧树脂;导电涂料;电磁屏蔽 中图分类号:TQ630 文献标识码:A 电磁屏蔽涂料发展于上世纪五六十年代，随着通讯电子、电器设备的快速发展，电磁干扰与电磁污染也日益严重，电磁屏蔽涂料应运而生。大量的设备器件仪器外壳采用塑料壳体，而这些壳体本身不导电、无屏蔽性能，导致很多电子设备不能正常工作，使电磁波干扰和信息泄漏问题日益突出[1-2]。为了使电子电器产品具备抗电磁波干扰和电磁波辐射的能力，除了正确设计电路和合理布局电子元件外，采用电磁屏蔽涂料对其实施屏蔽是较为行之有效的途径[3]。电磁屏蔽涂料分为本征型和掺杂性电磁屏蔽涂料。其中，掺杂型导电涂料发展较快，目前主要以镍、银导电填料为主，复合粉类主要依赖于进口，粘合剂以热塑性丙烯酸树脂为主，品种少，应用范围受到很大局限。国内使用的环氧导电涂料主要依靠于进口，国内有中国电子科技集团第三十三所、北京印刷研究所等多家单位进行研发生产。 电磁屏蔽涂料已应用于军工领域，现代化的军事电子装备和做作战武器平台必须具备可靠的抗干扰性和隐身性能，尽可能降低自身的信号辐射、泄漏，保证军事信息及自身的安全性。 以环氧树脂和聚氨酯为粘合剂的热固型结构涂料具有牢度大、防湿热、抗盐雾等优点，具有广阔的应用前景。环氧树脂电磁屏蔽涂料可以在电子电器、公共设施等领域提供EMI(电磁干扰)屏蔽﹑抗静电保护﹑电晕屏蔽﹑表面接地和环境保护，能有效地减少电磁辐射、降低电子电磁设备间的相互干扰、防止有效信息的泄漏，解决电磁干扰在电子工业方面造成的工作上的困难及事故，提供较安全的工作环境。本文针对一种自制的环氧树脂电磁屏蔽涂料，研究分散工艺以及导电颗粒形貌对环氧树脂电磁屏蔽涂料的导电性能的影响，并对比高、低温试验前后环氧树脂的导电性能及附着力的差异，以确定环氧树脂电磁屏蔽涂料的适用温度。 1·实验 1.1原材料:环氧树脂、T31、二甲苯、银粉、聚硫橡胶 1.2环氧树脂电磁屏蔽原理 电磁屏蔽利用屏蔽体对电磁波的反射和吸收作用来实现的。电磁屏蔽效果由三部分组成，一是电磁波通过屏蔽体表面时，由阻抗突变引起的反射损耗;二是电磁波在屏蔽体内部传输时，电磁波能量被吸收的损耗;三是电磁波在屏蔽体内部的两个界面间的多次反射损耗。其公式为: SE=R+A+B(1) 式中:SE为电磁屏蔽效能;R为反射损耗，它包括电磁波在第一边界表面和第二边界表面上的反射损耗;A为吸收损耗;B为多重反射损耗，即电磁波在屏蔽体内部的表面多次反射和吸收的损耗。 1.3样品制备及性能测试 环氧树脂电磁屏蔽涂料制备过程:本实验将环氧树脂基体、导电填料以及稀释剂按照配方比例配成A组分，固化剂、增韧剂等各组分按一定比例配成B组分。把A组分和B组分分别通过一定的分散工艺进行混合分散。然后把A组分和B组分按一定比例混合搅拌均匀，根据需要调整其黏度，制备涂料样品。把涂料试样喷涂在基材或电子设备壳体上，进行常温或高温固化，固化完全后进行性能测试。 按照四探针法采用SDY-5型双电测四探针测试仪求平均值法测定样品方块电阻，直观反应了涂料的导电性能。按照GJB2604—1996测试标准采用同轴法检测导电涂料的屏蔽效能。环境实验:高温试验按GJB150.3A—2009进行，低温试验按GJB150.4A—2009进行，高低温实验完成后对涂料样品进行屏蔽效能测试。 2·结果与讨论 2.1环氧树脂电磁屏蔽涂料导电性能研究 由文献[4]可知，导电复合材料的屏蔽性能可由材料的表面电阻来间接表征，因此制成的导电涂料涂层表面电阻是一个重要的数据指标，导电涂料的方块电阻越小，导电性越好，屏蔽性能越好。本实验环氧树脂电磁屏蔽涂料当填料含量一定，厚度一定时，环氧树脂电磁屏蔽涂料的方块电阻测试结果如表1。     表1 环氧树脂电磁屏蔽涂料的方块电阻测试 EMI屏蔽环氧树脂导电涂料是一种不均匀的分散体系，导电性的好坏取决于导电填充料在混合体系中的分散性以及他们形成导电网络的能力。当导电填料含量一定时，导电填料的分散均匀性是EMI屏蔽环氧树脂导电涂料的导电性能好坏的关键因素，而分散工艺直接决定导电性填充料的分散程度和保持最佳导电结构的程度。 因此，必须在保证导电性填充料在混合涂料中的充分分散。 导电填料作为导电涂料的重要组成部分，其性能、形貌及其分布情况都影响着电磁屏蔽导电涂料的导电性能。导电颗粒的粒径大小是一个重要因素，粒径过大，单位体积内填料颗粒之间接触数目变少，导电性能变差;粒径过小，粒子间接触抵抗很高，涂膜的导电性也会变差。导电颗粒的形状以片形性和树枝状为主，片形性和枝状结构的导电颗粒，容易实现导电颗粒的良好搭接，导电颗粒充分接触，从而形成良好的导电网络。 由表1可知，环氧树脂电磁屏蔽涂料的方块电阻值≤0.02Ω/□，说明环氧树脂电磁屏蔽涂料具有较好的导电性，当导电颗粒用量一定时，良好的导电性取决于环氧树脂的充分分散及导电颗粒良好的性能。图1为环氧树脂电磁屏蔽涂料的SEM(扫描电镜)图，由图1可看出，导电颗粒的分散比较均匀，接触比较充分，形成了致密完整的导电网络。图2为导电颗粒微观结构图，由图2可以看出，银粉导电颗粒的片形性较好，粒径适中，实现导电颗粒的充分搭接。这就决定了环氧树脂电磁屏蔽涂料具有良好的导电性能，也可以预测出环氧树脂电磁屏蔽涂料具有较好的屏蔽效能。     图1 环氧树脂电磁屏蔽涂料的SEM( 扫描电镜) 图     图2 导电颗粒微观结构SEM图 2.2环氧树脂电磁屏蔽涂料屏蔽效能 根据Schel-kunoff的理论[5]，电磁屏蔽导电涂料的屏蔽效能决定于导电涂料的导电性能，导电性能越好，则屏蔽效能越好。图3为高、低温试验前涂层的屏蔽效能图，其中，屏蔽效能最小值为61.05dB，最大值为74.05dB。从图3中可以得出，环氧树脂电磁屏蔽涂料的屏蔽效能在10MHz—1.5GHz范围内达到60dB。导电颗粒良好的片形性及优良的分散均匀性决定了环氧树脂导电涂料较好的电磁屏蔽性能。另外，涂层具有一定的厚度也是屏蔽性能较好的一个重要原因。当涂层具有一定厚度时，导电颗粒不仅仅局限于在二维平面上形成导电网络，而是趋向于三维立体结构，形成贯穿整体的导电网络机会增多，电阻率下降，导电性能变好，涂层对电磁波的吸收和反射提高，涂层的屏蔽效能增加。     图3 环氧树脂电磁屏蔽涂料的屏蔽效能图 2.3环氧树脂电磁屏蔽涂料高、低温试验 本节中的环氧树脂电磁屏蔽效能图与上节中的电磁屏蔽效能图为同种配方制备的同一样品采用同轴法使用同一套设备测试的屏蔽效能图。高、低温实验根据GJB150.3A—2009和GJB150.4A—2009进行。其中，高温实验按照125℃贮存48h进行，低温试验按照-60℃贮存48h进行。图4为低温试验后测得的屏蔽效能图，其中，涂料的电磁屏蔽效能值最大为71.67dB，最小为60.11dB。图5为高温试验后测得的屏蔽效能图，图中，电磁屏蔽效能值最大为75.13dB，最小为60.11dB。     图4 低温试验后测得的屏蔽效能图     图5 高温试验后环氧树脂电磁屏蔽涂料屏蔽效能图 环氧树脂电磁屏蔽涂料高低温实验后样品性能测试，测试方块电阻、屏蔽效能和附着力，测试结果如表2。     表2 环氧树脂电磁屏蔽涂料试验后性能 由试验前后屏蔽效能图可以看出，低温试验和高温试验后，无论高频还是低频范围内，涂层的屏蔽效能没有受到明显影响，附着力依然良好，涂层表面无龟裂、起泡、脱落等明显现象。涂料的使用温度可以达到-60℃—+125℃，满足对环境温度要求较高的使用条件。 3·结论 环氧树脂电磁屏蔽涂料的性能指标可达到方块电阻≤0.02Ω/□;EMI屏效在频率10MHz—1.5GHz范围内≥60dB。由实验结果可以看出高、低温实验后，涂料的屏蔽效能、附着力无显著的变化，涂料表面无龟裂，起泡，表面脱落等现象。因此，涂料在-60℃—+125℃温度范围内可以保持功能稳定。 参考文献: [1]李勇.电磁辐射与电磁屏蔽涂料的应用[J].化学与粘结，2000，(4):189-191. [2]司琼.电磁屏蔽涂料的研究现状与发展趋势[J].上海涂料，2005，43(4):26-28. [3]管登高，黄婉霞，陈家钊，等.10kHz-1GHz镍基电磁波屏蔽复合涂料的研制及其在EMC中的工程应用[J].电讯技术，2000(6):13-18. [4] JAN C H，EMI shielding plastics[J]. Advances inPolymer Technology， 1995， 14( 2) : 137 - 150.