导电塑料在通信设备电磁屏蔽上的应用介绍

随着通信技术的发展，设备的集成度越来越高，系统内部的电磁兼容性也相应升级，为解决电磁波辐射泄露和干扰问题，一般会采用电磁屏蔽材料进行屏蔽。5G基站核心技术升级，基站数量增加带动着电磁屏蔽材料需求显著提升。目前应用较多的电磁屏蔽器件有导电塑料器件、导电硅胶、金属屏蔽器件、导电布衬垫、吸波器件等。

           

 

      各种电磁屏蔽器件  
   
      一：电磁屏蔽原理

    电磁屏蔽的原理是对于干扰源电磁波的反射与吸收，一般是通过材料对电磁能流进行反射和引导作用，在内部产生与源电磁场相反的电流和磁极化场，从而减弱源电磁场的辐射效果，其与屏蔽结构表面和屏蔽体内部感生的电荷、电流与极化现象密切相关。  

一般作为电磁屏蔽的材料都具有一定的导电性，塑料在我们印象中一般是作为绝缘材料使用，那么导电塑料是如何应用于电磁屏蔽呢？下面我们就先来简单了解下：  

二：导电塑料介绍

其实对塑料进行一定的加工，例如将塑料基体与导电填料组成海岛结构复合体系，能够依靠量子力学隧道效应使得电子具有在粒子间的跃迁能力，提升塑料的导电性，变成“半导体”导电的作用，这种就称为导电塑料。

一般用表面电阻率来表征材料对电流的阻抗大小，表面电阻率越小，导电性越强。按照材料表面电阻率的不同，塑料可以分为：

绝缘材料：10^12~10^15 ohm/sq

抗静电材料：10^10~10^12 ohm/sq

静电耗散材料：10^6~10^12 ohm/sq

导电材料：≤10^5  ohm/sq

电磁屏蔽材料：10^1~10^3 ohm/sq

其中表面电阻小于≤10^5  ohm/sq为导电级塑料，而表面电阻在10^1~10^3 ohm/s的导电塑料一般可作为电磁屏蔽材料。其电导率较高，对电磁波具有一定的吸收损耗，能够减弱电磁场的辐射效果，是电磁屏蔽材料的重要选择。

三：导电塑料分类

导电塑料分为两大类， 用物理方法制成的导电塑料称为复合型导电塑料，用化学方法制成的导电塑料称为本征型（又称结构型）导电塑料。

产品	分类	细分	主要用途
电磁屏蔽塑料	复合型1	填充型：填充铜、镍等金属粉末、不锈钢纤维、碳纤维、铜纤维、镀镍碳纤维等	电磁屏蔽 抗静电
	本征型	合成型：共轭π电子体系的本征型导电高分子（ICPS)如聚苯胺、聚乙炔、聚吡咯等

1.本征型导电塑料

是指高聚物本身具有导电性或经过化学改性后具有导电性的塑料，能发挥自身化学结构的作用，使其本质上能够导电，再通过化学方法进行掺杂以增长其导电性。

2.复合型导电塑料

是指经物理改性后具有导电性的塑料，一般是将导电性物质如炭黑、碳纤维、石墨、金属粉末、金属纤维等掺混于树脂中制成。目前90%的导电塑料都属于复合型，其应用广泛。            

图  飞荣达碳纤维填充系列导电塑料

选择不同的塑料基体与甚至与不同比例的导电物质结合，其带来的电磁屏蔽性能也不一样。导电塑料作为屏蔽材料可根据产品的厚度来调节屏蔽效能，其屏蔽效能在30-90dB之间。

表：不同导电塑料的电磁屏蔽性能

导电填料	塑料基体	导电填料体积分数/%	屏蔽能效/dB
铝箔	聚碳酸酯、ABS	20	45~65
Fe纤维	尼龙、聚乙烯	20~80	60~80
不锈钢纤维	聚氯乙烯	6	40
Cu纤维	聚苯乙烯	10	32~67
镀Ni石墨纤维	ABS树脂	40	80
超细黑炭	PP	20	40

来源：导电塑料在航天领域的应用展望

四：导电塑料生产工艺

将PC/ABS、PC、ABS、PA、PPE 等树脂与镀镍碳纤维、不锈钢纤维等导电物质结合，通过塑料与填料混合，经过塑料加工工艺，导电性得到一定的提升，实现了从绝缘体到半导体再到导体的巨大变化，从而使其具有EMI屏蔽功能和接地功能。            

             导电塑料采用注塑工艺，一次成型，不需要机加工、电镀、喷漆、镀膜等等复杂的二次工艺，有利于大大降低加工成本，而且经过注塑加工可以实现更为复杂的结构。导电塑料的密度（1.2~1.4g/cm3）为常用金属的四分之一，即使与铝相比也仅为铝的一半，能被加工成1.0mm左右的薄壁结构，重量降低75%。

五：导电塑料部分应用介绍

导电塑料具有良好的电磁屏蔽性能，且具有密度小、韧性好、成本 低、易于加工、屏蔽性能可调节的优点，是金属屏蔽材料的潜在替代品。导电塑料主要用于集成电路、汽车电子、电气等领域EMI屏蔽外壳以及中、高压电缆中使用的半导电屏蔽料，能够在保持塑料固有特性的同时具有类似金属导电性的特性。

1.通信基站的悬挂结构件

导电塑料的密度（1.2~1.4g/cm3）为常用金属的四分之一，即使与铝相比也仅为钢的一半。导电塑胶由于密度小，在通信基站发射塔上的悬挂结构上具有一定的应用优势，此外，也是金属压铸壳体很好的替代方案。  

2.电源盖板

目前通信设备上的电源系统的电源盖板还是以铝压铸件为主，而铝压铸件存在的主要问题是：质量重、成本偏高、不易加工，屏蔽效能不可调等。采用导电塑料的替代金属材料就可以避免这些问题，满足市场更高的需求。            

             3.屏蔽腔   目前通信设备上的屏蔽腔大多采用铝合金压铸件，但压铸件密度大，易腐蚀，成型性差，采用普通塑料电镀，在长期使用过程镀层易脱落从而使产品功能失效；采用导电塑料一体方案，组装方便，产品可靠性好，屏蔽性能可以满足要求，成本也降低。  

  导电塑料在EMI上的应用还包括通信假面板、连接器（光纤护套、电源护套等）电脑显示器后壳、导光盒，以及军工用品等。  

本文部分信息来源飞荣达

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审核编辑 ：李倩