研究低頻電磁波磁屏蔽復合涂料
無
1 王定華 , 趙家升 1電磁兼容原理與設計 1 成都: 電子科
技大學出版社 , 1995
2 沙斐 1機電一體化系統的電磁兼容技術 1北京: 中國電
力出版社 , 1999
引言
隨著電子、通信等技術的快速發展 , 電磁輻射已成為一種新的污染源 , 世界衛生組織把電磁輻射污染列為世界第三大公害。電磁輻射污染會導致電磁干擾、電磁環境污染和電磁信息泄密等一系列問題。
過去的研究大部分集中在電場的輻射危害�，F在通過大量調查研究發現 , 低頻磁場的危害尤為嚴重。一方面 , 低頻磁場產生的磁場干擾是影響其他電子電氣設備正常工作的重要因素。例如 , 發動機所產生的低頻磁場能使附近的計算機的圖象和讀數及通信設備產生失真。另一方面 , 低頻磁場會使人體的中樞神經系統紊亂、心血管系統失調 , 并增加白血病、腦瘤、乳腺癌的發病率。因此 , 低頻磁場會嚴重危及國家政治、軍事和社會安全 , 對低頻磁場的輻射采取預防與治理措施顯得十分必要。
減少低頻磁場輻射的方法有很多 , 除在結構上合理布線、合理安置元部件外 , 采用磁屏蔽材料進行磁屏蔽也是一種有效方法。例如 , 用磁屏蔽材料建立磁屏蔽室 , 對電力、電子設備外殼進行磁屏蔽 , 用磁屏蔽材料對信號線和電源線進行屏蔽 , 以 達到防止外磁場對設備、器件干擾的目的。因此 , 從材料角度講 , 研究和開發新的低頻電磁波磁屏蔽材料尤為必要。
傳統的低頻磁屏蔽材料多采用薄鋼板、薄片、薄帶等單一材料 , 如常用鐵、硅鋼片、不銹鋼、坡莫合金等作低頻磁屏蔽材料。材料經常被機械加工成薄板、薄片或薄帶 , 這不僅會降低材料的磁屏蔽性能 , 而且使得能耗增大、成本增高、性價比降低、使用不方便。
選擇非晶磁性合金粉、鎳粉等并將其復合作為屏蔽涂料的導磁填料 , 研制出低頻磁屏蔽復合涂料 , 不僅工藝簡單 , 而且成本低 , 使用方便。
2 實驗
211 材料( 采用的原材料有: 鎳粉 經過表面改性的平均 μ ( μ 粒度為 210～312 m; 磁性纖維 直徑 8 m , 長徑 ) ( 比為 6～10∶1 ; 非晶磁粉 經過表面改性的平均μ ) ( ) 粒度為 40～70 m ; 鈦酸酯偶聯劑 自制 ; 改性( ) ( ) 丙烯酸樹脂 自制 ; 專用稀釋劑 自制 。
212 制備工藝 ( 主要工藝為: 先將導磁填料 包括鎳粉、磁性 ) 纖維和非晶磁粉等 進行偶聯處理 , 并按比例配制成復合填料 , 然后向復合填料中按比例加入潤濕溶劑和樹脂等; 再對混合物通過專用設備進行研磨、球磨讓其充分混合 , 最后加入溶劑攪拌均勻并調節粘度并將成品封裝入桶。
213 性能測試
首先, 按一定規格制作一個用于磁屏蔽性能測試的盒子 , 并將其處理干凈 , 然后將制備好的磁屏蔽復合涂料均勻地噴涂或刷涂于盒子表面 , 并將其進行室溫 24h 固化和干燥 , 最后進行涂層厚度和磁屏蔽性能測試。
低頻磁屏蔽性能測試方法如下: 先在盒子中選擇一定的位置點 , 然后對同一點在不同頻率下 , 在盒子未涂涂料前和涂涂料后進行磁場強度測試。低頻磁屏蔽效能可以通過如下公式計算獲得
H
0
( )
SE = 20lg 1
H
1
式中 SE ———低頻磁屏蔽效能 , dB
H ———盒子未涂涂料前所測得的磁場強度
0
H ———盒子涂涂料后所測得的磁場強度
13 結果與討論
311 涂料粘度和涂層厚度
經過測試 , 涂料粘度為 30～40s, 涂層厚度為
μ
200～400
m。
312 涂料低頻磁屏蔽性能
低頻電磁波磁屏蔽復合涂料在電磁波低頻區
)
(
f ≤20kHz 的頻率范圍內 , 磁屏蔽效能測試結果如圖1 所示 , 其低頻磁屏蔽效能 SE 最高可達14～15dB , 而且在低頻區存在兩個屏蔽峰值。1
1
根據低頻磁屏蔽理論 , 一個由鐵磁材料制成的盒子放在外磁場中 , 磁力線大部分被集中在屏蔽體內部通過。因此 , 屏蔽盒在低頻區有磁屏蔽作用。
Φ
由磁路定律可以知道 , 屏蔽體內部的磁通量 由
下式計算1
1
在高磁導率、大磁路截面積和低磁阻條件下 , 材料的低頻磁屏蔽效能好。我們選擇了高磁導率的非晶磁粉、磁性纖維、鎳粉作復合導磁填料 , 這些導磁填料作為導磁網絡的基體。丙烯酸樹脂作為粘接劑有助于填料形成密實的導磁網絡。將所制備的涂料涂在盒子上并完全固化后 , 形成了密實而均勻的導磁網絡 , 這個網絡有很好的導磁性能。因而 ,磁路變得流暢 , 大部分磁力線被集中在屏蔽體內部通過 , 泄漏到外邊的磁力線很少。因此 , 能對低頻
磁場進行屏蔽。
用導磁材料制成的屏蔽體對低頻線圈進行磁屏蔽的磁力線分布如圖 2 所示。4 結論
本文研制了一種新型的低頻電磁波磁屏蔽復合 ( ) 涂料。該涂料在電磁波低頻區 f ≤20kHz 的頻率范圍內 , 磁屏蔽效能 SE 最高可達 14～15dB。涂μ 料粘度為 30～40s, 涂層厚度為 200～400 m。
該涂料成本低、使用方便 , 能降低低頻電磁輻射污染 , 在低頻電磁屏蔽領域有應用價值。
5 應用
這種涂料可使用于從恒定磁場到 20kHz 的整個電磁波低頻段。低頻電磁波磁屏蔽復合涂料具有抗磁場干擾、防電磁環境污染和防電子信息泄漏的性能 , 可涂敷在塑料、木材、混凝土、金屬等表面而建造成磁屏蔽室、電子信息保密室; 可進行電子電氣設備外殼的磁屏蔽和信號線與電源線的屏蔽等。低頻磁屏蔽復合涂料的使用噴涂、刷涂均可 , 室溫或低溫烘干固化。
研制出一種新型的低頻電磁波磁屏蔽材料 , 通過理論分析和試驗 , 證明其低頻電磁波磁屏蔽性能。
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