Page 21 - 《精细化工》2023年第1期
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第 1 期                      张如强，等:  高性能聚酰亚胺电磁屏蔽材料的研究进展                                     ·13·


            成型得到，填充型的 PI EMI 屏蔽材料兼具承载和屏                        不同，屏蔽材料的 SE 也会不同。当电磁损耗功能
            蔽电磁波的双重功能。其中，填充型 PI EMI 屏蔽材                        材料含量较低时，无法在 PI 电磁屏蔽材料中形成良
            料主要通过不同种类电磁损耗功能材料的混合添加                             好导电通路，进而影响其 SE。
            实现导电网络的构建以及对电磁波的梯度吸收。例                                 一般来说，在一定的范围内随着电磁损耗功能
            如：刘沛江      [41] 将具有介电损耗能力的石墨烯和磁损                   材料含量的增加，PI 电磁屏蔽材料的 SE 有所增加，
            耗能力的铁氧体加入到 PI 树脂中通过热压成型法制                          如吴同华    [42] 探讨了碳纳米管（CNTs）含量对 PI 复
            备了一种三元复合材料。借助于石墨烯/铁氧体的高                            合膜屏蔽性能的影响，结果发现，通过调节 CNTs
            效吸波能力与 PI 树脂的高透波性、高强度，使得该                          的含量与分布，可以明显改善 PI 复合膜的 SE。当
            复合材料表现出优异的吸波性能、力学性能和热学                             CNTs 的含量在一定范围时，随着 CNTs 含量的增加，
            性能。此外，填充型的 PI EMI 屏蔽材料多以电磁屏                        CNTs 在 PI 基体中的导电网络逐渐相互贯通，使 PI
            蔽用 PI 复合泡沫和 PI 复合气凝胶的形态呈现，这                        复合膜表现出不同的 SE。但当 CNTs 含量（以 PI
            是因为，泡孔的引入即可降低 PI EMI 屏蔽材料的密                        基体的质量为基准，下同）增加到 5%时，其 SE 不
            度，满足当下电磁屏蔽材料轻量化的发展趋势，同                             再增加。这可能是因为 CNTs 的含量在 5%时，CNTs
            时也可实现电磁波在 PI EMI 屏蔽材料内部的多次                         在基体中形成的导电节点已饱和，过多的 CNTs 反
            反射与吸收。                                             而会影响 PI 复合膜微孔的形成，进而影响到屏蔽材

                                                               料的 SE。因此，只有电磁损耗功能材料含量达到一
                                                               定的程度时，才能在屏蔽材料中形成相互贯通的导
                                                               电网络，屏蔽材料才会显示出优秀的导电性能，进
                                                               而实现屏蔽材料对电磁波的高效吸收。
                                                               2.3   电磁损耗功能涂层的厚度
                                                                   由电磁屏蔽机理可知，穿透到屏蔽材料中的电

                     图 4  PI EMI 屏蔽材料结构示意图                     磁波的强度会随着导体的深度的增加而减小。目前，
            Fig. 4    Schematic diagram of the structure of PI EMI shielding   诸多研究显示，不同的电磁损耗功能涂层厚度使屏
                  materials                                                                     [43]
                                                               蔽材料体现出不同的 SE，如 DING 等              通过控制化
                 相较于复合型 PI EMI 屏蔽材料，填充型 PI EMI                 学沉积时间，制备了不同厚度的 PI 功能织物，并探
            屏蔽材料的制备较为简单，适合工业化生产，然而                             讨了镍-钨-磷（Ni-W-P）合金涂层厚度对 PI 功能织
            电磁损耗功能材料在高黏度的 PI 基体中不易分散均                          物屏蔽性能的影响，结果表明，不同厚度的 Ni-W-P
            匀，且在基体中不易形成贯通的导电网络，进而会                             合金涂层使得 PI 功能织物表现出不同的 SE。当沉
            直接影响屏蔽材料的 SE。                                      积时间为 2 h，厚度为 0.487  mm 的 PI 功能织物在 X
            2.2   电磁损耗功能材料的种类与用量                               波段的 SE 可达到 65 dB 以上。一般认为，电磁损耗
                 目前，电磁损耗功能材料主要有金属系材料、                          功能涂层的厚度越大，越有利于形成良好的导电网
            碳系材料、导电高分子系材料和复合系材料，如表                             络，屏蔽材料的屏蔽效果越好。但在某些情况下，电
            2 所示。                                              磁损耗功能涂层的厚度过大，反而会使屏蔽材料变得
                                                               厚重、灵活性变差，进而影响屏蔽材料的应用，所以
                      表 2   电磁损耗功能材料分类        [42]
            Table 2    Classification of electromagnetic loss functional   屏蔽材料中的电磁损耗功能涂层存在一个最佳厚度。
                    materials [42]                             2.4   PI 电磁屏蔽材料的制备方法
                 分类                     材料                         目前，PI 电磁屏蔽材料的制备有溶液共混法、原
             金属系         银、铜、镍、铝等                              位聚合法、浸涂法、粘贴法、化学沉积法、静电纺丝
             碳系          炭黑、石墨烯、碳纳米管、碳纤维等
                                                               法等多种制备方法，如表 3 所示。不同的制备方法会
             导电高分子系  聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等
                                                               使电磁损耗功能材料在屏蔽材料体内分散状态不同，
             复合系         镀镍石墨烯、镀镍纤维、镀银玻璃微珠等
                                                               同时也会影响到屏蔽材料的内部结构，进而影响屏蔽
                 其中铜、铝等大多数的良导体金属材料，主要                          材料的屏蔽性能以及力学性能。此外，不同的制备方
            以反射电磁波为主，而高导磁率的合金和铁氧体主                             法也会使 PI EMI 屏蔽材料呈现不同的结构形态。如
            要是对电磁波的吸收而不是反射               [35] 。此外，屏蔽材          MIAO 等  [44] 采用溶液共混法制备了一系列具有多孔
            料的导电性是 EMI SE 的关键参数之一，然而导电                         结构的 PI/多壁碳纳米管（MWCNTs）复合气凝胶。
            性能的好坏取决于电磁损耗功能材料的选择及其负                             PI/MWCNTs 复合气凝胶的多孔结构既有利于电磁
            载量。因此，电磁损耗功能材料的选择及其负载量                             波在材料内部的多次反射与吸收，同时也降低了该
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