CN108103507A - 一种电磁屏蔽材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电磁屏蔽材料，基材上镀有三层金属，内层金属为镍层，中间层为铜层，最外层为铝层；本发明还公开了上述电磁屏蔽材料的制备方法，包括下述步骤：基材在真空状态下，利用磁控溅射设备溅射镀镍，然后加入镀液中电镀铜，基材水洗干燥后，再进行真空镀铝，基材的前进速度为0.5‑2m/min，真空度为0.4‑0.5Pa。本发明采用真空镀和电镀相结合，降低了单独化学镀或是真空镀的成本，并克服了化学镀浪费水资源及废水难以处理的缺陷；在基材的最外层真空镀铝代替电镀镍，能够使铝层非常薄，而且均匀，所得产品具有防静电、屏蔽电磁的功能。

Description

一种电磁屏蔽材料及其制备方法
技术领域
本发明属于电磁屏蔽材料领域，具体涉及一种电磁屏蔽材料及其制备方法。
背景技术
随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，高科技的电器产品越来越受到人们的欢迎，手机、电脑、电视机、微波炉给人们生活带来便利的同时，也给人们带来了一定的困惑，电磁辐射问题也日益突出。为减少和避免电磁辐射对人体造成的伤害，电磁屏蔽材料的需求也越来越大，出现了以导电海绵为代表的三维多孔导电结构的材料与以导电布为代表的二维结构屏蔽材料。对电磁屏蔽产品的性能要求也越来越高，而且除了具有抗电磁干扰和辐射、抗静电的功能以外，还希望同时具有抗紫外线辐射、抗菌除臭或其它一些附加功能。与薄膜、板材等电磁屏蔽材料相比，电磁屏蔽导电布和导电海绵因其独有的柔软性和加工方便的特性，使用越来越广，既可以加工成用于电子产品和器件的导电布胶带、冲型导电布和导电泡棉，又可以做成服装、包装袋、装饰材料等用于满足人们日常生活中防止电磁辐射的需要。
制备电磁屏蔽材料的方法主要有化学镀、电镀、溅射镀等。其中，化学镀铜镀镍工艺生产成本高，并且生产过程中产生的废水处理较难，对环境污染严重；电镀铜镀镍虽然降低了生产成本，但是由于基材本身不稳定，造成操作控制困难，产品质量难以保证；溅射镀使用的设备价格高昂，难以大规模生产，不能适应市场需要。目前采用较多的制备方法是溅射镀联合电镀铜和电镀镍工艺，较之传统的电磁屏蔽材料的制备方法更为环保，且制得的产品质量高。所得电磁屏蔽材料的构造为基体材料+金属导电层+防护层或者基材材料+导电层(导电层自身兼有防护功能)，导电层为铜层或镍层，防护层为镍层。现有电磁屏蔽材料生产时为了满足一定导电性能，往往通过提高导电层厚度来降低电阻，导致制造成本上升。
专利申请号为201310028884.7的发明公开了一种电磁屏蔽材料的制备方法、电磁屏蔽材料及其用途，该方法包括对织物进行预处理和烘干处理，预处理后在真空条件下通过磁控溅射设备溅射一定厚度的镍或铜或镍铬合金金属；再通过焦磷酸铜镀铜工艺进行电镀铜，镀铜后同时进行多级水洗、烘干处理并收卷；再进行电镀镍或镍钴合金或镍铁合金，然后进行多级水洗、烘干处理并收卷，完成所述电磁屏蔽材料的制备。该发明中为了提高材料的导电性能，金属镍的用量比较大，增加了生产成本，不利于工业化生产。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种电磁屏蔽材料及其制备方法。
本发明提供了一种电磁屏蔽材料，在基材表面附着金属，基材上镀有三层金属镀层，内层金属为真空镀镍层，附着金属镍的量为0.5-1g/m2；中间层为电镀铜层，附着金属铜的量为10-50g/m2；最外层为真空镀铝层，附着金属铝的量为1-2g/m2。
优选的，所述基材为布或海绵。
本发明还提供了一种电磁屏蔽材料的制备方法，包括下述步骤：
a)基材在真空状态下，利用磁控溅射设备溅射镀镍；
b)将步骤a)处理过的基材加入镀液中电镀铜，电镀温度为40-55℃，电流密度为4-6A/dm2；
c)将步骤b)处理过的基材水洗，干燥后，真空镀铝，基材的前进速度为0.5-2m/min，真空度为0.4-0.5Pa，靶极距为80cm。
优选的，步骤a)中所述基材的前进速度为4-7m/min。
优选的，步骤b)中所述镀液为氰化物镀液，焦磷酸盐镀液和硫酸盐镀液中的一种。
优选的，步骤b)中所述镀液为焦磷酸盐镀液，成份为焦磷酸铜、焦磷酸钾和氨水，pH为7-8。
优选的，所述焦磷酸铜的含量为60-80g/L，焦磷酸钾的含量为250-290g/L，氨水含量为3mL/L。
优选的，经过步骤a)处理后的基材附着金属镍的量为0.5-1g/m2。
优选的，经过步骤b)处理后的基材附着金属铜的量为10-50g/m2。
优选的，经过步骤c)处理后的基材附着金属铝的量为1-2g/m2。
本发明的有益效果是：采用真空镀和电镀相结合，降低了单独化学镀或是真空镀的成本，并克服了化学镀浪费水资源及废水难以处理的缺陷；在基材的最外层真空镀铝代替电镀镍，真空镀铝能够使铝层非常薄，而且均匀，所得产品既能保证防静电、屏蔽电磁的功能，又具有良好的透明度；铝具有很好的防电磁波和抗紫外线功能，导电性能比镍导电性能好，所得产品电阻低，电磁屏蔽效果好，并且铝价格较镍低廉，材料成本低，更适合大规模生产。
在电磁屏蔽领域中，铜是良好的电导体，相对电导率高，电磁屏蔽效果以反射损耗为主，镍属于高磁导率材料，相对磁导率较大，电磁屏蔽衰减以吸收损耗为主。铜的导电性能虽然好，价格适中，但容易被氧化，单独使用稳定性差。镍耐氧化，但电导率较低。传统的电磁屏蔽材料是将镍铜混合使用，提高产品的综合性能，但镍的用量大大增加，使得生产成本提高。铝的密度较小，具有良好的导电和导热性能，高反射性和耐氧化，所以本发明采用真空镀铝代替传统的电镀镍，在基材的最外层镀铝。
本发明通过上述技术方案制作的电磁屏蔽材料，在基材表面形成Ni-Cu-Al金属复合功能层，以最大效能吸收电磁波。最外层的金属铝层，在起到导磁功能的同时，保护所述的复合金属材料不受腐蚀。
附图说明
图1为实施例4所得产品100倍SEM照片
图2为实施例4所得产品5000倍SEM照片
具体实施方式
实施例1
1)真空镀镍
将280T聚氨酯纤维平纹布进行真空镀镍形成镍导电层，真空镀镍采用磁控溅射工艺，主要控制参数如下：靶极距80cm，靶规格尺寸：1260mm*120mm，错位交替分布6对靶。真空度为0.45Pa，氩气流量200sccm，电流10A，电压450V，基材前进速度6m/min，往返镀膜4次所得导电布金属镍的量为0.8g/m2。
2)电镀铜
将步骤1)处理后的导电布进行电镀铜，电镀液为焦磷酸盐，其中焦磷酸铜的含量为70g/L，焦磷酸钾的含量为270g/L，氨水3mL/L，镀液的pH为7，温度为50℃，电流密度为4A/dm2，阴极给电面积1100mm(宽幅)*500mm，走带速度0.42m/min；将电镀处理后布料水洗，然后在120℃下烘干，所得导电布金属铜的量为10g/m2。
3)真空镀铝
将经过步骤2)处理过的导电布进行真空镀铝，真空镀铝采用磁控溅射工艺，主要控制参数如下：靶极距80cm，靶规格尺寸：1260mm*120mm，错位交替分布6对靶。真空度为0.45Pa，氩气流量200sccm，电流10A，电压450V，基材前进速度1m/min。往返镀膜4次所得导电布金属铝的量为2g/m2。
实施例2
1)真空镀镍
将280T聚氨酯纤维平纹布进行真空镀镍形成镍导电层，真空镀镍采用磁控溅射工艺，主要控制参数如下：靶极距80cm，靶规格尺寸：1260mm*120mm，错位交替分布6对靶。真空度为0.4Pa，氩气流量200sccm，电流10A，电压450V，基材前进速度5m/min。往返镀膜4次所得导电布金属镍的量为1.0g/m2。
2)电镀铜
将步骤1)处理后的导电布进行电镀铜，电镀液为硫酸盐，其中硫酸铜的含量为180g/L，硫酸的含量为80g/L，氯化钠的含量为2g/L，镀液的pH为4.4，温度为50℃，电流密度为5A/dm2，阴极给电面积1100mm(宽幅)*500mm，走带速度0.26m/min；将电镀处理后布料水洗，然后在120℃下烘干，所得导电布金属铜的量为20g/m2。
3)真空镀铝
将经过步骤2)处理过的导电布进行真空镀铝，真空镀铝采用磁控溅射工艺，主要控制参数如下：靶极距80cm，靶规格尺寸：1260mm*120mm，错位交替分布6对靶。真空度为0.4Pa，氩气流量200sccm，电流10A，电压450V，基材前进速度1.5m/min。往返镀膜4次所得导电布金属铝的量为1.5g/m2。
实施例3
1)真空镀镍
将厚度为1.1mm的聚氨酯海绵进行真空镀镍形成镍导电层，真空镀镍采用磁控溅射工艺，主要控制参数如下：靶极距80cm，靶规格尺寸：1260mm*120mm，错位交替分布6对靶。真空度为0.5Pa，氩气流量200sccm，电流10A，电压450V，基材前进速度7m/min。往返镀膜4次所得导电海绵金属镍的量为0.7g/m2。
2)电镀铜
将步骤1)处理后的导电海绵进行电镀铜，电镀液为焦磷酸盐，其中焦磷酸铜的含量80g/L，焦磷酸钾的含量为290g/L，氨水3mL/L，镀液的pH为8，温度为50℃，电流密度为6A/dm2，阴极给电面积1100mm(宽幅)*500mm，走带速度0.15m/min；将电镀处理后布料水洗，然后在120℃下烘干，所得导电海绵金属铜的量为40g/m2。
3)真空镀铝
将经过步骤2)处理过的导电海绵进行真空镀铝，真空镀铝采用磁控溅射工艺，主要控制参数如下：靶极距80cm，靶规格尺寸：1260mm*120mm，错位交替分布6对靶。真空度为0.5Pa，氩气流量200sccm，电流10A，电压450V，基材前进速度1.5m/min。往返镀膜4次所得导电海绵金属铝的量为1.5g/m2。
实施例4
1)真空镀镍
将厚度为1.1mm的聚氨酯海绵进行真空镀镍形成镍导电层，真空镀镍采用磁控溅射工艺，主要控制参数如下：靶极距80cm，靶规格尺寸：1260mm*120mm，错位交替分布6对靶。真空度为0.45Pa，氩气流量200sccm，电流10A，电压450V，基材前进速度5m/min。往返镀膜4次所得导电海绵金属镍的量为1.0g/m2。
2)电镀铜
将步骤1)处理后的导电海绵进行电镀铜，电镀液为焦磷酸盐，其中焦磷酸铜的含量60g/L，焦磷酸钾的含量为250g/L，氨水3mL/L，镀液的pH为8，温度为50℃，电流密度为5A/dm2，阴极给电面积1100mm(宽幅)*500mm，走带速度0.1m/min。将电镀处理后布料水洗，然后在120℃下烘干，所得导电海绵金属铜的量为50g/m2。
3)真空镀铝
将经过步骤2)处理过的导电海绵进行真空镀铝，真空镀铝采用磁控溅射工艺，主要控制参数如下：靶极距80cm，靶规格尺寸：1260mm*120mm，错位交替分布6对靶。真空度为0.45Pa，氩气流量200sccm，电流10A，电压450V，基材前进速度1m/min。往返镀膜4次所得导电海绵金属铝的量为2g/m2。
实施例5
1)真空镀镍
将厚度为1.1mm的聚氨酯海绵进行真空镀镍形成镍导电层，真空镀镍采用磁控溅射工艺，主要控制参数如下：靶极距80cm，靶规格尺寸：1260mm*120mm，错位交替分布6对靶。真空度为0.45Pa，氩气流量200sccm，电流10A，电压450V，基材前进速度5m/min。往返镀膜4次所得导电海绵金属镍的量为1.0g/m2。
2)电镀铜
将步骤1)处理后的导电海绵进行电镀铜，电镀液为焦磷酸盐，其中焦磷酸铜的含量80g/L，焦磷酸钾的含量为280g/L，镀液的pH为6，温度为50℃，电流密度为5A/dm2，阴极给电面积1100mm(宽幅)*500mm，走带速度0.17m/min。将电镀处理后布料水洗，然后在120℃下烘干，所得导电海绵金属铜的量为30g/m2。
3)真空镀铝
将经过步骤2)处理过的导电海绵进行真空镀铝，真空镀铝采用磁控溅射工艺，主要控制参数如下：靶极距80cm，靶规格尺寸：1260mm*120mm，错位交替分布6对靶。真空度为0.45Pa，氩气流量200sccm，电流10A，电压450V，基材前进速度2m/min。往返镀膜4次所得导电海绵金属铝的量为1g/m2。
实施例6
1)真空镀镍
将280T聚氨酯纤维平纹布进行真空镀镍形成镍导电层，真空镀镍采用磁控溅射工艺，主要控制参数如下：靶极距80cm，靶规格尺寸：1260mm*120mm，错位交替分布6对靶。真空度为0.45Pa，氩气流量200sccm，电流10A，电压450V，基材前进速度6m/min。往返镀膜4次所得导电布金属镍的量为0.8g/m2。
3)电镀铜
将步骤1)处理后的导电布进行电镀铜，电镀液为氰化物，其中氰化亚铜的含量为70g/L，***的含量为15g/L，氢氧化钠15g/L，镀液的pH为9，温度为40℃，电流密度为4A/dm2，阴极给电面积1100mm(宽幅)*500mm，走带速度0.48m/min。将电镀处理后布料水洗，然后在120℃下烘干，所得导电布金属铜的量为10g/m2。
4)真空镀铝
将经过步骤2)处理过的导电布进行真空镀铝，真空镀铝采用磁控溅射工艺，主要控制参数如下：靶极距80cm，靶规格尺寸：1260mm*120mm，错位交替分布6对靶。真空度为0.45Pa，氩气流量200sccm，电流10A，电压450V，基材前进速度1m/min。往返镀膜4次所得导电布金属铝的量为2g/m2。
对比例1
1)真空镀镍
将厚度为1.1mm的聚氨酯海绵进行真空镀镍形成镍导电层，真空镀镍采用磁控溅射工艺，主要控制参数如下：靶极距80cm，靶规格尺寸：1260mm*120mm，错位交替分布6对靶。真空度为0.45Pa，氩气流量200sccm，电流10A，电压450V，基材前进速度5m/min。往返镀膜4次所得导电海绵金属镍的量为1.0g/m2。
2)电镀铜
将步骤1)处理后的导电海绵进行电镀铜，电镀液为焦磷酸盐，其中焦磷酸铜的含量80g/L，焦硫酸钾的含量为280g/L，氨水3mL/L，镀液的pH为8，温度为50℃，电流密度为5A/dm2，阴极给电面积1100mm(宽幅)*500mm，走带速度0.1m/min。将电镀处理后布料水洗，然后在120℃下烘干，所得导电海绵金属铜的量为50g/m2。
3)电镀镍
将经过步骤2)处理过的导电海绵进行电镀镍，电镀液为硫酸盐，其中硫酸镍的含量为300g/L，氯化镍的含量为60g/L，镀液的PH为4.4，温度为50℃，电流密度为5A/dm2，阴极给电面积1100mm(宽幅)*500mm，走带速度0.16m/min。将电镀处理后布料水洗，然后在120℃下烘干，所得导电海绵金属镍的量为15g/m2。
对比例2
1)真空镀镍
将厚度为1.1mm的聚氨酯海绵进行真空镀镍形成镍导电层，真空镀镍采用磁控溅射工艺，主要控制参数如下：靶极距80cm，靶规格尺寸：1260mm*120mm，错位交替分布6对靶。真空度为0.45Pa，氩气流量200sccm，电流10A，电压450V，基材前进速度5m/min。往返镀膜4次所得导电海绵金属镍的量为1.0g/m2。
2)电镀铜
将步骤1)处理后的导电海绵进行电镀铜，电镀液为焦磷酸盐，其中焦磷酸铜的含量80g/L，焦磷酸钾的含量为280g/L，镀液的pH为8，温度为50℃，电流密度为5A/dm2，阴极给电面积1100mm(宽幅)*500mm，走带速度0.1m/min。将电镀处理后布料水洗，然后在120℃下烘干，所得导电海绵金属铜的量为50g/m2。
3)真空镀镍
将经过步骤2)处理过的导电布进行真空镀镍，真空镀镍采用磁控溅射工艺，主要控制参数如下：靶极距80cm，靶规格尺寸：1260mm*120mm，错位交替分布6对靶。真空度为0.45Pa，氩气流量200sccm，电流10A，电压450V，基材前进速度5m/min。往返镀膜4次所得导电布金属镍的量为1g/m2。
实施例1-6和对比例1-2所得电磁屏蔽产品的产品质量比较见表1，产品的合格率是指产品的表面电阻标≤5mΩ/sq。
表1电磁屏蔽产品的质量
实施例 表面电阻(mΩ/sq) 产品合格率(％) 成本(元/m)
实施例1 1.8 91 13
实施例2 1.9 92 15
实施例3 1.4 93 16
实施例4 1.2 92 18
实施例5 1.8 93 14
实施例6 2 94 13
对比例1 2.8 76 24
对比例2 3.6 90 15
从上表中的数据可以看出，运用本发明的方法制备的电磁屏蔽产品的表面电阻都≦2mΩ/sq，产品的导电性良好，并且合格率都达到90％以上；对比例1中用电镀镍代替真空镀铝，生产成本大大增加，并且产品的导电性和合格率都降低；对比例2中最后一步用真空镀镍代替真空镀铝，所得产品的导电性大大下降。因此，本发明方法的重复操作性好，所得产品的导电性和稳定性高，生产成本较低。

Claims (10)

1.一种电磁屏蔽材料，在基材表面附着金属，其特征在于，基材上镀有三层金属镀层，内层金属为真空镀镍层，附着金属镍的量为0.5-1g/m2；中间层为电镀铜层，附着金属铜的量为10-50g/m2；最外层为真空镀铝层，附着金属铝的量为1-2g/m2。
2.如权利要求1所述的电磁屏蔽材料，其特征在于，所述基材为布或海绵。
3.一种电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
a)基材在真空状态下，利用磁控溅射设备溅射镀镍；
b)将步骤a)处理过的基材加入镀液中电镀铜，电镀温度为40-55℃，电流密度为4-6A/dm2；
c)将步骤b)处理过的基材干燥后，真空镀铝，基材的前进速度为0.5-2m/min，真空度为0.4-0.5Pa，靶极距为80cm。
4.如权利要求3所述的电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述基材的前进速度为4-7m/min。
5.如权利要求3所述的电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述镀液为氰化物镀液，焦磷酸盐镀液和硫酸盐镀液中的一种。
6.如权利要求3所述的电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述镀液为焦磷酸盐镀液，成份为焦磷酸铜、焦磷酸钾和氨水，pH为7-8。
7.如权利要求6所述的电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述焦磷酸铜的含量为60-80g/L，焦磷酸钾的含量为250-290g/L，氨水含量为3mL/L。
8.如权利要求3-7任一项所述的电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，经过步骤a)处理后的基材附着金属镍的量为0.5-1g/m2。
9.如权利要求3-7任一项所述的电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，经过步骤b)处理后的基材附着金属铜的量为10-50g/m2。
10.如权利要求3-7任一项所述的电磁屏蔽材料的制备方法，其特征在于，经过步骤c)处理后的基材附着金属铝的量为1-2g/m2。
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