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现代电子工业正在向数字化、集成化、微型化和轻量化高速发展。为了保护电子线路免受外部电磁波的干扰,同时,防止元器件内部产生的电磁波向外部发射,研究和开发高性能电磁波屏蔽材料十分迫切。针对现有金属纤维填充导电高分子材料存在填充含量高、比重大、表观不良,以及金属纤维表面因氧化导致接触电阻增大,材料在使用过程中电磁波屏蔽性能不断衰减等问题,本论文首次采用低熔点金属合金作为第三组分,研究ABS-铜纤维-低熔点合金三组分体系的形态控制对复合材料的导电性能,力学性能和成型加工性能的影响。
研究发现,在混炼和成型加工过程中,少量的低熔点合金可以将分散在ABS基体中的铜纤维连接起来,形成自焊接的三维网络骨架结构。这种自焊接的导电性骨架结构可以防止铜纤维的表面氧化,消除铜纤维间的接触电阻,复合材料的电阻率可达10-3Ω·cm以下。同时,可以有效降低铜纤维的填充含量:加入1vol%锡铅合金,就可将铜纤维的临界体积分数从5vol%降低到3vol%。此外,这种骨架结构可以显著增强复合材料的电磁屏蔽性能。向5vol%铜纤维填充ABS体系中加入5vol%锡铅合金,使得复合材料的电磁屏蔽效果在30-1500MHz的频率范围从10dB以下增加到50dB以上。
研究还发现,降低ABS的加工粘度以及剪切速率有利于铜纤维在混炼和分散过程中保持较大的长径比,促进自焊接导电骨架结构的形成,显著提高复合材料的导电性能。低熔点合金焊料还具有降低体系粘度,改良表观状态的作用。流变特性研究表明,三组分熔体流动服从幂律定律。在低剪切形变区,随着剪切速率的增加、自焊接骨架结构逐渐遭受破坏,复合熔体出现强烈的剪切变稀效应;但是在高剪切形变区,这种剪切变稀效应减弱,非牛顿指数升高。