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导电塑料和铝合金性能对比
导电塑料和铝合金性能对比
  金属材料仍然是至今使用最广泛的电磁屏蔽材料,其屏蔽方式主要是反射损耗,吸收损耗很小或没有。其主要优点是:强度高、韧性好、导电、导磁、导热性能好、屏蔽效能高,但其致命的弱点也很突出:能耗高,屏蔽性能不可调,密度大,易腐蚀,成型性差,人体感觉差(尤其是制作屏蔽室时),在广泛用于屏蔽机壳时存在加工过程复杂的问题,致使成本过高,因而逐渐被新型电磁屏蔽材料所代替。导电塑料是采用导电填料与聚合物填充复合而成的复合材料,是目前研究最广泛的新型电磁屏蔽材料,其屏蔽主要通过反射(特别是10 GHz以下)损耗和透射引起的吸收损耗来实现。它的优点突出:
  可一次加工成型,加工工艺过程短,便于批量生产;
  当产品寿命结束时,主要成分可以回收,而不像涂层或镀有金属层的物品需要进行昂贵的脱模处理,彻底解决了回收问题;
  是继表层功能型屏蔽材料之后推向市场的新型屏蔽材料,也是当前和未来最重要和最有发展前途的高性能电磁屏蔽材料。从20世纪80年代开始,导电塑料就受得了广泛关注,美国、英国、日本等国起步较早,发展较快,已向市场推出了多个品种,并在多个领域(如汽车和电子行业等)逐步取代常用的铝及其合金。下面是关于铝及其合金与填充型屏蔽塑料的简单对比。
  (一)屏蔽效能
  导电塑料作为一类新型的电磁屏蔽复合材料,屏蔽效能可在30-90dB之间调节,且可用产品的厚度来调节屏蔽效能,此类产品属热塑性塑料既有导电性,又有顺磁性,其EMI屏蔽级别超过规定的表面导电率测试性能。零件的表面导电率测试结果并不能代表其整体屏蔽性能。任何EMI屏蔽的总屏蔽效力都等于反射和吸收损耗。导电率、渗透性、厚度和频率越大,吸收所产生的衰减也越大。导电率越大,频率越低,反射损耗就越大。其渗透性远远超过常用EMI屏蔽材料。铝合金和镁合金等常用材料根据其导电率进行屏蔽,渗透性很小或没有。EMI 屏蔽主要通过反射(特别是 10GHz 以下的)和透入深度引起的吸收来实现。此产品的渗透性在所有频率下都可以通过增强吸收来提高屏蔽效力。吸收屏蔽增强比反射损耗降低更好,因此在这类应用中,此产品是一个合适的选择。与表面涂层(如真空沉积Al、Ni/Cu 金属镀层或导电性涂料)相比,较高级别的导电塑料可以提供同样的导电率,反射损耗也差不多。因为渗透性和厚度而引起的屏蔽吸收明显要高得多。用作结构元素,其厚度至少大于涂层。而吸收屏蔽与厚度成正比,所以此产品要优于表面涂层。导电塑料产品的镍、石墨和碳素纤维成分本身都具有损耗属性。
  (二)重量减轻
  导电塑料产品最重时不足常用金属零件的四分之一。其密度为 1.2 至 1.4 g/cm3,是铝密度 (2.7 g/cm3)的一半,并且远小于其它常用金属的密度。重量轻,加上能够成型的壁厚薄至1.0 mm或为铝压铸件的一半,从而使得零件的重量减轻 75%。虽然由于密度大幅降低,但它壁厚必须大于冲弯不锈钢金属零件,但其重量可以比不锈钢零件轻 50%。对于重敏运输或手持设备应用,可以帮助减轻重量和节省成本。
  (三)零部件成本比较
  对于相同体积的零部件而言,导电塑料比铝合金的原料成本价略高,而从加工成本看,由于铝合金的加工工艺流程较为复杂(金属原料→热处理→铸造→精密锻造(冷挤压、冷锻、热锻压)→机械加工→精密切削→抛光→喷砂→拉丝→激光雷射雕刻→阳极氧化上色→多次二次氧化上色),而导电塑料加工工艺较为简单(纤维表面金属化→塑料包覆→造粒→注塑→成形→上色等工艺),加工设备要求较低,加工周期短,生产效率高,工艺成本相对较低。综合比较原料与加工成本,当零部件形状简单时,导电塑料零部件与铝合金的价格相当,当零部件形状复杂时,导电塑料零部件的价格要低于铝合金。
  (四)生产能耗比较
  ABS/PC等工程塑料生产时的能耗(包括原材料)远低于铝合金材料的能耗。
  (五)耐腐蚀性
  导电塑料常以高性能工程塑料(如ABS+PC等)为基材,具有非常优异的耐化学腐蚀性、可加工性和低的生产能耗。具有非常强的耐腐蚀性,使其成为恶劣环境下户外应用的理想选择。经过360 小时的盐雾曝光(5% NaCl 溶液,35TC,95% 相对湿度 [ASTM B117]),电和屏蔽有效性未发生任何变化。该性能其中采用的高稳定性镀镍碳纤维和镀镍石墨粉本身具有耐腐蚀性的直接结果。现在,导电塑料屏蔽罩不再需要进行昂贵的喷漆或电镀二次加工处理以实现在恶劣环境中的稳定性。
  (六)可设计性对比
  虽然在30-1680MHz范围内导电塑料的屏蔽性很难超越铝合金,但后者的屏蔽性能不具有可设计性。例如,在低频范围内铝合金的屏蔽性能达不到设计要求,而包括导电塑料在内的复合材料的主要特点之一就是具备可设计性,换言之,通过掺入特殊的组分可以对导电塑料的组成进行调配,从而可在各个频段对其屏蔽性能进行调节,以满足不同的使用要求。
  (七)结论
通过以上多个方面的比较可知,导电塑料具有轻质、高强度、抗腐蚀、耐高温、成本低、易加工等特点,应用领域广泛。其在性能、成本(尤其是复杂零部件)等方面有着铝合金材料不可替代的优势,将会在电子行业及其它方面都有着非常广泛和乐观的应用前景,由导电塑料替代目前电子行业广泛应用的金属机壳及零部件将成为未来市场的发展趋势。
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