隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和城市人口的迅速增長,汽車、電子、通信、計(jì)算機(jī)及電氣設(shè)備等大量進(jìn)入家庭,生產(chǎn)和生活中的電子電氣設(shè)施越來越多,造成的電磁波輻射正以每年7%~14%的速度遞增,電磁波引起的電磁干擾(EMI)問題日益嚴(yán)重。

因此,如何減少電磁輻射強(qiáng)度,防止電磁輻射污染,保護(hù)環(huán)境,保護(hù)人體健康,已經(jīng)急迫地提到議事日程。電磁屏蔽材料的研發(fā)已成為人們關(guān)注的重要課題。金屬材料是理想的防電磁波輻射的材料,也是目前應(yīng)用較為廣泛的電磁屏蔽材料。新型電磁屏蔽材料的研究正向著高屏蔽效率、低密度的方向發(fā)展,用大量塑料代替金屬材料成為現(xiàn)代材料的發(fā)展趨勢。碳纖維強(qiáng)度高、質(zhì)量輕,并且具有較高的導(dǎo)電性能,可直接用于制備輕質(zhì)屏蔽材料,但其導(dǎo)電性不及相應(yīng)的金屬材料。鍍金屬碳纖維不僅具有碳纖維的高強(qiáng)度,而且有類似金屬的導(dǎo)電性,是現(xiàn)代高性能屏蔽材料的理想添加體。

本研究組前期曾采用溶液混料法制備了Ni-CF/ABS電磁屏蔽材料,在30~1200MHz頻率范圍內(nèi),其電磁屏蔽效能達(dá)到83dB[8]。但是溶液混料法步驟繁瑣,只局限于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)研究使用,較難應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。本文中研究采用單螺桿擠出工藝連接自動造粒設(shè)備制備Ni-CF/ABS電磁屏蔽復(fù)合材料。該工藝制備成本較低,能實(shí)現(xiàn)規(guī)模自動化生產(chǎn),可以彌補(bǔ)國內(nèi)迫切需求的工藝簡單、價(jià)格適中、電磁屏蔽效能優(yōu)良的碳纖維復(fù)合材料的空缺。

本文作者首先對碳纖維表面金屬化,然后采用單螺桿擠出工藝制備Ni-CF/ABS復(fù)合材料,并對復(fù)合材料的力學(xué)性能和電磁屏蔽性能的影響因素進(jìn)行研究,為設(shè)計(jì)高性能碳纖維電磁屏蔽材料提供依據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,Ni-CF/ABS復(fù)合材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能和突出的電磁屏蔽性能,是一種具有很好發(fā)展前景的電磁屏蔽材料。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料

實(shí)驗(yàn)用碳纖維為吉林碳素廠提供的T300型碳纖維,密度為1.75g/cm3,直徑為6~8μm,每絲束纖維含12000根單絲;電鍍用試劑為分析純,由天津江天化工技術(shù)有限公司提供;ABS由北京燕山石化有限公司提供;鈦酸酯由安徽泰昌化工有限公司提供。

1.2 碳纖維的電鍍與表面處理

將硫酸鎳、硼酸等化學(xué)試劑按照一定比例配制成溶液,在適當(dāng)溫度下對碳纖維進(jìn)行電鍍。將電鍍好的鍍鎳碳纖維(Ni-CF)用大量清水反復(fù)沖洗,干燥后進(jìn)行表面處理;之后將Ni-CF放入混和溶液中浸泡30min,烘干。

1.3 復(fù)合材料制備

將各種添加劑以一定比例與ABS充分混合。采用單螺桿擠出法將混合后的ABS包覆在Ni-CF表面。單螺桿擠出法即將混和好的ABS粒料從主料口加入,Ni-CF從側(cè)加料口加入,擠出溫度220~260℃,包覆好的原料從出料口擠出。將包覆好的原料切成長度適當(dāng)?shù)牧Ａ?然后將粒料注塑成型加工成標(biāo)準(zhǔn)試樣。復(fù)合材料中碳纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(Wf)分別為9%、12%、15%,復(fù)合材料樣品厚度為2mm。

1.4 性能測試

采用SEM對碳纖維電鍍前后的形貌進(jìn)行觀察;采用光學(xué)顯微鏡對材料鍍層厚度進(jìn)行觀察;彎曲性能參照GB/T9341-2000,采用CSS-44001電子萬能試驗(yàn)機(jī)測試;電磁屏蔽效能參照QJ2809-96,由中國計(jì)量科學(xué)研究院測定。測試環(huán)境條件:溫度為22.5℃;濕度為45%(RH);測試頻率范圍為30~1200MHz。

2 結(jié)果與分析

2.1 碳纖維連續(xù)電鍍鎳生產(chǎn)工藝研究

本研究首先對碳纖維進(jìn)行表面電鍍鎳處理,電鍍鎳工藝采用自行研制的連續(xù)電鍍生產(chǎn)設(shè)備。圖1為收集的電鍍后碳纖維宏觀照片。從圖1可以看出,M電鍍后的碳纖維表面呈銀白色,有金屬光澤。電鍍生產(chǎn)設(shè)備的裝置示意圖如圖2所示。