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電磁波防護(hù)涂料工藝研究

文檔作者：李麗光李文遠(yuǎn) 文檔來(lái)源：解放軍理工大學(xué)程兵工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年11月01日
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涂料綜迷
Coatings Review
電磁波防護(hù)涂料工藝研究
The Technical Research of Electromagnetic Shield Coatings
李麗光，李文遠(yuǎn)（解放軍理工大學(xué)程兵工程學(xué)院，南京210007）
1電磁波防護(hù)涂料的組成
摘要：電磁環(huán)境的復(fù)雜性促使電磁波防護(hù)涂料的
電磁波防護(hù)涂料一般包括填料、聚合物基體、稀釋劑、
廣泛應(yīng)用。以涂料的制備為研究對(duì)象，總結(jié)試驗(yàn)經(jīng)
固化劑和其它助劑。各種組成成分及常用類型如圖1所示。
驗(yàn)論述了影響涂層防護(hù)性能的諸因素，提出了使涂
銅系、鎳系導(dǎo)電顆粒，高分子聚合物，
料防護(hù)性能較好的參數(shù)方案。
填料
非金屬粉體。纖維或鐵氧體表血改性，
點(diǎn)鐵氧體系列，基鐵，手性材料
關(guān)鍵詞：防護(hù)涂料；電磁波防護(hù)；填料：聚合物基
體：稀釋劑；固化劑
聚合物基體
環(huán)氧樹(shù)脂M5R618，
環(huán)氧樹(shù)脂M5R6101，丙酸樹(shù)等
0引言
稀釋劑
丙酮、四氫化碳、
二甲苯，乙酸乙酯等
現(xiàn)代信息化社會(huì)中，人類的生活環(huán)境日益具有電磁環(huán)
電磁渡防護(hù)涂料
境的內(nèi)涵。隨著電子、通信、計(jì)算機(jī)、家用電器和電氣設(shè)
助劑
硅烷偶聯(lián)劑K3-550、k04-560
有機(jī)潤(rùn)十
備越來(lái)越多地服務(wù)于人類，人在享受生活方便的同時(shí)也在
遭受電磁輻射的危害。有文獻(xiàn)報(bào)道，空間人為電磁能量每
脂肪胺類，芳香故，脂防環(huán)類，改性胺
固化劑
類、酸酐類。低分子聚酰等，一般選
年以7%～14%的速度增長(zhǎng)，到2010年環(huán)境電磁能量密度最
用型號(hào)為1-31配套固化劑
高可增加56倍。鑒于電磁環(huán)境的日益復(fù)雜性，無(wú)論是對(duì)人
圖1電磁波防護(hù)涂料組成
的身體健康還是電子元件的正常工作都應(yīng)增加對(duì)電磁波
進(jìn)行防護(hù)的必要性，因此探討電磁波及其防護(hù)措施是極為
2影響涂層性能的因素
重要的，各研究單位也相繼開(kāi)展了對(duì)電磁波防護(hù)材料的研
影響涂層性能的因素主要有填料形狀、含量、填料的
究并形成多個(gè)分支，其中涂料因其施工簡(jiǎn)單、方便，而應(yīng)
表面處理、膠粘劑及溶劑和涂層厚度等。
用范圍非常廣泛。
電磁波屏蔽涂料和吸波涂料屬于功能涂料范疇，是根
2.1填料形狀的影響
據(jù)電磁波防護(hù)涂料的防護(hù)機(jī)理劃分的。前者是以反射電磁
電磁波防護(hù)涂料性能的決定因素是填料種類。不同種
波能量的形式衰減電磁輻射能量，即采用電磁屏蔽將對(duì)電
填料粒子具有不同的形狀，從電磁波防護(hù)涂料起作用的機(jī)
磁波敏感的電子設(shè)備在空間上與電磁波輻射環(huán)境隔離開(kāi)，
理分析，球狀粒子只有3個(gè)接觸點(diǎn)，而且接觸面積小，在
減少電磁波對(duì)設(shè)備的耦合影響，用導(dǎo)電、導(dǎo)磁的涂料制成
密集堆砌狀態(tài)下才彼此接觸，枝狀粒子之間的接觸點(diǎn)在3
屏蔽體，將電磁能量限制在一定的空間范圍內(nèi)，使電磁能
個(gè)以上，更容易形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，在保證導(dǎo)電能力的前提下，
量從屏蔽體的一端傳輸?shù)搅硪欢藭r(shí)受到很大的衰減；后者
可以使填料的填充量大大減少，從而可以提高制備好的涂
主要是以吸收電磁波能量的形式，將電磁能量轉(zhuǎn)化為焦耳
層的物理性能、穩(wěn)定性、機(jī)械性能和耐環(huán)境性能。北京工
熱能量衰減電磁輻射。
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涂技與文Coatinas Technology&amp;amp;Abstracls
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涂料述
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業(yè)大學(xué)張曉寧研究表明片狀粒子的吸波效果比球狀粒子
（7）取材方便，價(jià)格低廉。
的吸波效果好：（1）當(dāng)吸收劑顆粒為圓片形時(shí)，材料的吸
常用膠粘劑及其電磁參數(shù)見(jiàn)表1。
波效能明顯大于吸收劑顆粒為球形的情況：（2）由吸收劑
顆粒形貌所引起的材料吸波效能的改善，隨著吸收劑顆粒
表1常用膠粘劑及其電磁參數(shù)
電磁參數(shù)的增大而變得更加明顯。
膠粘劑類型
介電常數(shù)e
損耗值tg8*
環(huán)氧樹(shù)脂618
2.95
0.040
2.2填料含量的影響
環(huán)氧樹(shù)脂648
3.39
0.074
從理論上分析，當(dāng)填料含量小于50%時(shí)，粒子數(shù)目相
環(huán)氧樹(shù)脂TDE-85
3.39
0.071
對(duì)少，各自獨(dú)立或部分接觸，不易形成導(dǎo)電三維網(wǎng)絡(luò)體系，
環(huán)氧樹(shù)脂AG80
3.32
0.071
涂層對(duì)電磁波基本上沒(méi)有防護(hù)性能，所以一般研究人員所
環(huán)氧樹(shù)脂AS-70
3.70
0.053
聚氨酯DW-1
2.87
0.032
作的試驗(yàn)研究都是從60%開(kāi)始。四川大學(xué)管登高采用鎳粉
氯磺化聚乙烯
6.86
0.042
為研究對(duì)象，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)鎳粉含量在60%左右時(shí)，
聚硫橡膠
14.0
0.150
粒子間的接觸數(shù)目少，形成的導(dǎo)電通路少，粒子之間距離
氯丁橡膠
4.0
0.026
相對(duì)遠(yuǎn)，形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)稀疏，因此整個(gè)涂層導(dǎo)電性差，
聚酰胺
2.7-3.2
0.005
防護(hù)效果差；當(dāng)鎳粉含量在60%～80%之間時(shí)，部分粒子由
環(huán)氧樹(shù)脂的特點(diǎn)是粘附力高、韌性好、收縮率低，因
于相互接觸或由于隧道效應(yīng)而形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，隨粒子間接
而形成的復(fù)合材料強(qiáng)度高，尺寸穩(wěn)定性好；含有活潑的環(huán)
觸數(shù)目的增多，間距縮短，涂層的表面電阻率急劇下降，
氧基團(tuán)，可與多種類型的固化劑交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚
從而使涂層的防護(hù)效果提高。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)得出結(jié)論：涂
物，固化過(guò)程中沒(méi)有低分子物排出，不易產(chǎn)生氣泡；熱穩(wěn)
層填料粒子的含量在60%一70%的范圍內(nèi)，導(dǎo)電效果最好，
定性好。
可以實(shí)現(xiàn)符合要求的防護(hù)效果。
通常選擇環(huán)氧樹(shù)脂618型或6101型作為膠粘劑，其
配制電磁波防護(hù)涂料助劑的質(zhì)量配比通常是：環(huán)氧樹(shù)脂：
2.3基體與溶劑的影響
稀釋劑：固化劑-10：1：2。
2.3.1基體
2.3.2稀釋劑
聚合物基體是吸波涂料中的成膜物質(zhì)，它決定著材料
稀釋劑的作用主要是為了溶解樹(shù)脂基體，調(diào)節(jié)黏稠
的主要力學(xué)性能和耐環(huán)境性能，同時(shí)也對(duì)涂層的吸波性能
度，并在一定程度上控制固化時(shí)間。涂料從液態(tài)逐漸變?yōu)?
產(chǎn)生重要影響，所以研制與選擇高性能膠粘劑已成為吸波
固態(tài)的過(guò)程中，稀釋劑揮發(fā)產(chǎn)生的基料收縮力使粒子從孤
涂料技術(shù)的難點(diǎn)之一。
立分散的狀態(tài)逐漸相互趨近，并最終固定下來(lái)。
實(shí)驗(yàn)研究表明，使用不同種類的膠粘劑對(duì)試樣屏蔽或
選擇稀釋劑的一般原則是：具有溶解涂料中膠粘劑基
吸波效能有一定的影響，但不顯著，所以可以把膠粘劑的
體的能力；不與涂料中加入的其它助劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；不
其他指標(biāo)作為選擇的依據(jù)，比如機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性、濕
改變填料粒子本身具有的性能；不降低涂層的物理性能；
度穩(wěn)定性等。
對(duì)應(yīng)用表面沒(méi)有溶蝕性。在使用環(huán)氧樹(shù)脂作為膠粘劑基體
選取膠粘劑類型的標(biāo)準(zhǔn)可以概括為：
時(shí)一般選用價(jià)廉易得的丙酮，特殊情況時(shí)，如在涂料中加
（1）基體本身無(wú)雜質(zhì)，黏稠度適合所需，流動(dòng)性好；
入硅烷偶聯(lián)劑，丙酮就不再適合用作稀釋劑，改用二甲苯
（2）物理性能好，能耐一定的高溫，機(jī)械強(qiáng)度高，耐環(huán)
或乙酸乙酯。選用二甲苯作稀釋劑，操作過(guò)程中應(yīng)小心謹(jǐn)
境性能好，可使制備出的涂層具有耐環(huán)境性能；
慎，二甲苯是有刺激性氣味的有毒物質(zhì)，與丙酮相比，具
（3）對(duì)粉體顆粒有較強(qiáng)的粘附性能，膠粘劑基體在復(fù)合
有毒性高、滲透能力強(qiáng)、揮發(fā)快等特點(diǎn)，在試驗(yàn)中，用量
材料中應(yīng)能與顆粒填料很好地粘附成一個(gè)整體，從而構(gòu)成
較丙酮略少。
具有新性能的復(fù)合材料：
根據(jù)施工工藝的不同，稀釋劑加入量也不盡相同。采
（4）成膜樹(shù)脂的固體分不宜過(guò)高，否則填料粒子的添加
用刷涂方法制備電磁防護(hù)涂料時(shí)，樹(shù)脂基體與稀釋劑的質(zhì)
量很難加大；
量百分?jǐn)?shù)比為10：1。如果稀釋劑加入量過(guò)少，則膠粘劑
（5）良好的工藝性能。復(fù)合材料在成形加工時(shí)需要有較
不能充分溶解，其中的填料粒子不能充分分散并相互接
易控制的條件，即膠粘劑基體具有合適的黏度、固化時(shí)間、
觸，造成樹(shù)脂和填料的分堆聚集；如果稀釋劑加入量過(guò)多，
收縮率等；
刷涂后固化時(shí)間長(zhǎng)，帶來(lái)制備上的不方便，效率低下，而
（6）介電常數(shù)小，以保證靜電屏蔽的效能：
且在長(zhǎng)時(shí)間固化過(guò)程中，分散在其中的填料粒子由于重力
涂料技術(shù)與文Coatings Technology&amp;amp;Abstracts
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的作用沉降，使涂層下部填料粒子增多，上部樹(shù)脂含量高，
在0.2%～0.4%。
導(dǎo)致表面電導(dǎo)率或磁導(dǎo)率下降，直接影響涂層的防護(hù)性
能。因此，稀釋劑的加入量適合，則固化時(shí)間適合，填料
2.5涂層厚度的影響
粒子沉降不明顯，分散均勻，能夠得到性能好的涂層。
通過(guò)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)理論可知涂層導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)三維方
2.3.3固化劑
向的聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)涂層厚度較小時(shí)，粒子只能在兩個(gè)方向
電磁波防護(hù)涂料在流態(tài)時(shí)電流幾乎不能通過(guò)，不具有
上形成比較完整的聯(lián)通，而在立體空間的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通不佳，
預(yù)期的屏蔽和吸波效果，隨著涂層的固化，稀釋劑的揮發(fā)，
涂層導(dǎo)電性差。同時(shí)，很多試驗(yàn)結(jié)果都顯示，涂層的厚度
基體聚合使填料粒子相互接觸形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，涂層才變得
并不是越厚越好，厚度與防護(hù)性能的曲線大致呈正態(tài)分
具有導(dǎo)電性，因此，涂層的充分固化十分重要。添加固化
布，當(dāng)涂層厚度達(dá)到一定臨界值時(shí)，測(cè)得的性能曲線開(kāi)始
劑量少時(shí)，固化時(shí)間長(zhǎng)，涂層中的填料粒子沉降時(shí)間長(zhǎng)，
呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。涂層厚度的選取與填料粒子的含量有密切
由于重力作用聚集在涂層底部，使樹(shù)脂與填料分層，防護(hù)
關(guān)系，因此，對(duì)于具體涂層的最佳厚度需通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定，
效果喪失；添加固化劑量多時(shí)，固化時(shí)間短，稀釋劑等溶
一般涂層厚度范圍集中在0.2-1mm范圍內(nèi)合適。
劑揮發(fā)速度快，使涂層內(nèi)部產(chǎn)生很多孔狀缺陷，阻礙填料
粒子相互接觸形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)電性能下降，測(cè)得的防護(hù)
3存在的問(wèn)題
效果差。
涂料研究人員在電磁波防護(hù)材料方面做了大量的研
究工作，取得了一定的成果，目前仍然存在的問(wèn)題是：
2.4填料表面處理的影響
（1）電磁波防護(hù)涂料的防護(hù)性能根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)只能達(dá)
填料的表面處理主要作用是改善粒子在涂層中的分
到良好及良好以下?tīng)顟B(tài)；
散性，涂層中添加的填料粒子一般粒度較小，在微米和納
（2）當(dāng)增加填料粒子在涂料中含量時(shí)，所制備的涂層
米尺寸之間，和基體、稀釋劑、固化劑等共混后難于分散
機(jī)械性能差，粘結(jié)強(qiáng)度低、溫度穩(wěn)定性差、耐環(huán)境性能差；
均勻。
（3）亟需制定出可以實(shí)現(xiàn)性能好、施工方便、制備簡(jiǎn)
硅烷偶聯(lián)劑是涂料制備中常用的一種，在涂料中起雙
單的一種具體試驗(yàn)配比方案標(biāo)準(zhǔn)；
重作用：一方面偶聯(lián)劑分子的一個(gè)鍵與高分子基體連接，
（4）缺乏環(huán)境友好性的涂料；
另一個(gè)鍵與填料連接，增加了涂層的結(jié)合強(qiáng)度；另一方面
（5）針對(duì)已經(jīng)提出的兩種對(duì)涂層防護(hù)機(jī)理的解釋（導(dǎo)
填料一般屬于親水性的物質(zhì)，而聚合物基體又大多屬于疏
電鏈路理論和隧道效應(yīng)理論），需要進(jìn)一步探尋。
水的非極性物質(zhì)，加入偶聯(lián)劑，使其包覆在填料物質(zhì)的表
面，增加了無(wú)機(jī)物與有機(jī)物之間的親和性，對(duì)填料粒子表
4結(jié)語(yǔ)
面有潤(rùn)濕作用，減緩沉降，使顆粒更容易在涂層中分散。
綜上所述，從影響涂層質(zhì)量的因素填料形狀、含量、
對(duì)填料粒子進(jìn)行表面處理有兩種方法：一是用配制好
填料的表面處理、膠粘劑及溶劑和涂層厚度等幾方面得到
的偶聯(lián)劑稀溶液浸泡15min；二是將用稀釋劑稀釋的偶聯(lián)
結(jié)論：
劑溶液直接加入到制備涂層的漿料中。兩種方法起到的作
（1）填料粒子的形狀對(duì)涂層性能有重要影響，在一般
用是相同的，不同之處在于對(duì)偶聯(lián)劑用量的敏感程度。采
情況下，片狀粒子、枝狀粒子作為填料的性能比球狀粒子
用第一種方法，涂料整體的導(dǎo)電性隨偶聯(lián)劑用量的不同變
好；
化較大；采用第二種方法，偶聯(lián)劑的用量對(duì)其導(dǎo)電性的影
（2）填料含量在60%一80%之間時(shí)，涂層防護(hù)性能較好；
響稍小。分析其原因是采用浸泡方法對(duì)填料粒子進(jìn)行表面
（3）痕量的偶聯(lián)劑處理填料粒子可提高粒子的分散
處理，如果偶聯(lián)劑用量大，則填料粒子表面包覆偶聯(lián)劑較
性；
完全，從而將粒子與粒子之間相互接觸形成導(dǎo)電鏈路的通
（4）選擇機(jī)械性能、物理性能等好的膠粘劑，并在聚
道截?cái)啵箤?dǎo)電性大大降低；采用直接加入的方法，由于
合物基體中添加配比適當(dāng)?shù)娜軇?，在能保證黏稠度等適宜
偶聯(lián)劑與填料粒子作用時(shí)，還有大量的聚合物圍繞周圍，
施工的因素基礎(chǔ)上，加入的溶劑應(yīng)盡可能少量；
所加入的偶聯(lián)劑不能全部起作用包覆在粒子表面，如果偶
（5）涂層厚度根據(jù)試驗(yàn)制備的涂層所需，取范圍在
聯(lián)劑用量大，對(duì)其導(dǎo)電性的影響沒(méi)有采用浸泡方法顯著。
0.2-1mm之內(nèi)的數(shù)值較好。
因此，配置的涂料需要進(jìn)行攪拌分散時(shí)，一般采用后種方
從涂料組成及制備的各個(gè)環(huán)節(jié)入手開(kāi)發(fā)出薄型、質(zhì)
法，可以在比較大的范圍內(nèi)保證涂層的導(dǎo)電性。
輕、頻段寬、防護(hù)性能好、環(huán)境友好型防護(hù)涂料是今后電
因此，在涂料中使用偶聯(lián)劑應(yīng)以痕量為佳，一般控制
磁波防護(hù)涂料的必然發(fā)展方向。
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