从工艺到应用,导电塑料的这5个知识点,你应该了解!
半个朋友
2024年10月15日 14:37:11
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随着通信技术的发展,设备的集成度越来越高,系统内部的电磁兼容性也相应升级,为解决电磁波辐射泄露和干扰问题,一般会采用电磁屏蔽材料进行屏蔽。      目前应用较多的电磁屏蔽器件有导电塑料器件、导电硅胶、金属屏蔽器件、导电布衬垫、吸波器件等      一、 电磁屏蔽原理 电磁屏蔽的原理是对于干扰源电磁波的反射与吸收,一般是通过材料对电磁能流进行反射和引导作用,在内部产生与源电磁场相反的电流和磁极化场,从而减弱源电磁场的辐射效果,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。

随着通信技术的发展,设备的集成度越来越高,系统内部的电磁兼容性也相应升级,为解决电磁波辐射泄露和干扰问题,一般会采用电磁屏蔽材料进行屏蔽。     


目前应用较多的电磁屏蔽器件有导电塑料器件、导电硅胶、金属屏蔽器件、导电布衬垫、吸波器件等 


    一、 电磁屏蔽原理


电磁屏蔽的原理是对于干扰源电磁波的反射与吸收,一般是通过材料对电磁能流进行反射和引导作用,在内部产生与源电磁场相反的电流和磁极化场,从而减弱源电磁场的辐射效果,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。




一般作为电磁屏蔽的材料都具有一定的导电性,塑料在我们印象中一般是作为绝缘材料使用,那么导电塑料是如何应用于电磁屏蔽呢?下面我们就先来简单了解下。


二、导电塑料介绍


其实对塑料进行一定的加工,例如将塑料基体与导电填料组成海岛结构复合体系,能够依靠量子力学隧道效应使得电子具有在粒子间的跃迁能力,提升塑料的导电性,变成“半导体”导电的作用,这种就称为导电塑料。

一般用表面电阻率来表征材料对电流的阻抗大小,表面电阻率越小,导电性越强。按照材料表面电阻率的不同,塑料可以分为:

绝缘材料:10^12~10^15 ohm/sq

抗静电材料:10^10~10^12 ohm/sq

静电耗散材料:10^6~10^12 ohm/sq

导电材料:≤10^5  ohm/sq

电磁屏蔽材料:10^1~10^3 ohm/sq

其中表面电阻小于≤10^5  ohm/sq为导电级塑料,而表面电阻在10^1~10^3 ohm/s的导电塑料一般可作为电磁屏蔽材料。其电导率较高,对电磁波具有一定的吸收损耗,能够减弱电磁场的辐射效果,是电磁屏蔽材料的重要选择。


三、 导电塑料分类


导电塑料分为两大类, 用物理方法制成的导电塑料称为复合型导电塑料,用化学方法制成的导电塑料称为本征型(又称结构型)导电塑料。



1.本征型导电塑料

是指高聚物本身具有导电性或经过化学改性后具有导电性的塑料,能发挥自身化学结构的作用,使其本质上能够导电,再通过化学方法进行掺杂以增长其导电性。

2.复合型导电塑料

是指经物理改性后具有导电性的塑料,一般是将导电性物质如炭黑、碳纤维、石墨、金属粉末、金属纤维等掺混于树脂中制成。目前90%的导电塑料都属于复合型,其应用广泛。           


选择不同的塑料基体与甚至与不同比例的导电物质结合,其带来的电磁屏蔽性能也不一样。导电塑料作为屏蔽材料可根据产品的厚度来调节屏蔽效能,其屏蔽效能在30-90dB之间。


表:不同导电塑料的电磁屏蔽性能


四、导电塑料生产工艺


将PC/ABS、PC、ABS、PA、PPE 等树脂与镀镍碳纤维、不锈钢纤维等导电物质结合,通过塑料与填料混合,经过塑料加工工艺,导电性得到一定的提升,实现了从绝缘体到半导体再到导体的巨大变化,从而使其具有EMI屏蔽功能和接地功能。           



导电塑料采用注塑工艺,一次成型,不需要机加工、电镀、喷漆、镀膜等等复杂的二次工艺,有利于大大降低加工成本,而且经过注塑加工可以实现更为复杂的结构。导电塑料的密度(1.2~1.4g/cm3)为常用金属的四分之一,即使与铝相比也仅为铝的一半,能被加工成1.0mm左右的薄壁结构,重量降低75%。


五、导电塑料部分应用介绍


导电塑料具有良好的电磁屏蔽性能,且具有密度小、韧性好、成本低、易于加工、屏蔽性能可调节的优点,是金属屏蔽材料的潜在替代品。导电塑料主要用于集成电路、汽车电子、电气等领域EMI屏蔽外壳以及中、高压电缆中使用的半导电屏蔽料,能够在保持塑料固有特性的同时具有类似金属导电性的特性。


1.通信基站的悬挂结构件

导电塑料的密度(1.2~1.4g/cm3)为常用金属的四分之一,即使与铝相比也仅为钢的一半。导电塑胶由于密度小,在通信基站发射塔上的悬挂结构上具有一定的应用优势,此外,也是金属压铸壳体很好的替代方案。



2.电源盖板

目前通信设备上的电源系统的电源盖板还是以铝压铸件为主,而铝压铸件存在的主要问题是:质量重、成本偏高、不易加工,屏蔽效能不可调等。采用导电塑料的替代金属材料就可以避免这些问题,满足市场更高的需求。           



3.屏蔽腔

目前通信设备上的屏蔽腔大多采用铝合金压铸件,但压铸件密度大,易腐蚀,成型性差,采用普通塑料电镀,在长期使用过程镀层易脱落从而使产品功能失效;采用导电塑料一体方案,组装方便,产品可靠性好,屏蔽性能可以满足要求,成本也降低。



导电塑料在EMI上的应用还包括通信假面板、连接器(光纤护套、电源护套等)电脑显示器后壳、导光盒,以及军工用品等。


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