一种电磁屏蔽复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于屏蔽材料技术领域，涉及一种电磁屏蔽复合材料及其制备方法。

背景技术

现有的新能源汽车为纯电动驱动，与燃油车相比，辐射量较高，向车内电磁辐射范围更广；并且为适应电动汽车依赖电能作为整车的动力来源，由于车内多种电力和电子设备分布紧凑，车体的包裹性也导致车内的感生磁场分布复杂，驾乘者与多种磁场源距离较近，不可避免会受到磁场侵害。针对新能源汽车中的复杂电磁环境，通常采用在电子设备中添加屏蔽层以避免其他设备产生的电磁辐射影响电子设备中的信号电路，特别是高频电路和模拟电路等对干扰相对敏感的电路。此外，新能源汽车所配备的电池组在受到撞击时，极易起火燃烧，甚至发生爆炸，严重危害人们的生命安全。非晶、纳米晶软磁合金带材是一类厚度在40μm以下的薄带材料，因具有较高的饱和磁感应强度、在较宽的频率范围内具有高磁导率等性能，因而几层带材即可对磁场产生有效的屏蔽效果，当前常被作为新型电磁屏蔽材料来使用，制作出的电磁屏蔽材料具有轻薄的优势。但是目前非晶、纳米晶薄带材料在应用时必须要对其进行热处理后才具有更优的屏蔽性能，经过后续处理制成屏蔽材料，当屏蔽材料应用于汽车底部时，但由于架乘人员频繁接触甚至踩踏会造成带材碎裂加剧，导致电磁屏蔽效果差，磁性能衰减严重；而且现有的屏蔽片不具有阻燃、防爆作用，当新能源汽车发生意外撞击时，易发生火灾，甚至造成人员伤亡。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种多层结构的、具有良好屏蔽性能和抗撕裂性能的电磁屏蔽复合材料。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种电磁屏蔽复合材料，所述电磁屏蔽复合材料包括至少一层电磁屏蔽层和至少一层泡沫金属层，还包括至少一层阻燃层和至少一层弹性层；所述弹性层贴覆于复合材料的最外侧；所述各层材料之间由粘粘层贴合。

作为优选，所述阻燃层的外层贴覆有弹性层。

作为优选，所述电磁屏蔽层包括软磁层和导电层。

作为优选，所述导电层的材料包括铝及铝合金、铜及铜合金、金及金合金、银及银合金、导电布中的一种或多种。

作为优选，所述软磁层厚度为1～300μm；所述导电层的厚度为1～200μm。

作为优选，所述软磁层为非晶软磁合金带材、纳米晶软磁合金带材中的一种或多种。

作为优选，所述阻燃层厚度为0.01～1mm。

进一步优选，所述阻燃层的材料包括石棉布、碳纤维布、玻璃纤维、防爆棉、泡沫硅橡胶中一种或多种。

作为优选，所述弹性层的材料包括硅胶、聚氨酯、发泡材料中的一种或多种。

进一步优选，所述弹性层材料的邵氏硬度Hs为60-75HD，厚度为0.5～3mm。

更进一步优选，弹性层中添加1～5wt％的金属材料，金属材料为铜、银、镍、铝中的一种或多种。

作为优选，所述泡沫金属层的材料包括泡沫铜、泡沫镍、泡沫铝、泡沫铁、泡沫钛、泡沫银、泡沫锌、泡沫铁镍、泡沫镍铬、泡沫钴镍、泡沫不锈钢中的一种或多种。

进一步优选，泡沫金属为片材或卷材。

进一步优选，泡沫金属层的厚度为0.1～20mm。

作为优选，所述各层材料之间由粘粘层贴合后，再经缝纫线缝制成一体。

进一步优选，粘贴层的厚度为2～7μm。

本发明还公开了一种磁场屏蔽复合材料的制备方法，所述制备方法包括：

S1、将软磁层与导电层贴覆，得到屏蔽层；

S2、在屏蔽层的一侧或两侧贴覆泡沫金属层；

S3、在泡沫金属层和/或屏蔽层的另一侧依次贴覆至少一层阻燃层、至少一层弹性层，各层材料之间由粘粘层贴合后，再经缝纫线缝制成一体。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过设置屏蔽层、泡沫金属层、阻燃层和弹性层，使电磁屏蔽复合材料具有较好的屏蔽效果和结构稳定性。

2、本发明的电磁屏蔽复合材料由于弹性层、泡沫金属层、屏蔽层的存在，使磁场屏蔽复合材料具有更好的弹性，且具有抗撕裂的作用，能够减少因踩踏造成的片材碎裂造成的漏磁现象，降低材料的磁导率衰减速度，增加屏蔽效果。

3、本发明在屏蔽层外部设置阻燃层，能够降低新能源汽车发生碰撞时的起火燃烧速率，延缓燃烧及爆炸的发生，增加逃生时间，安全性更高，且阻燃层兼具绝缘性能，无需额外设置绝缘材料，使得生产成本大幅降低。

附图说明

图1为本发明电磁屏蔽复合材料的结构示意图。

图2为本发明实施例1、2中电磁屏蔽复合材料的结构示意图。

图3为本发明实施例3中电磁屏蔽复合材料的结构示意图。

图4为本发明实施例4中电磁屏蔽复合材料的结构示意图。

图5为本发明对比例1中电磁屏蔽复合材料的结构示意图。

图6为本发明对比例2中电磁屏蔽复合材料的结构示意图。

1、弹性层，11、上层弹性层，12、下层弹性层，2、阻燃层，3、屏蔽层，3’、第一屏蔽层，3”、第二屏蔽层，31、导电层，32、软磁层，4泡沫金属层，41、第一泡沫金属层，42、第二泡沫金属层，5、粘结层。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

一种电磁屏蔽复合材料，如图1所示，从下至上依次包括：下层弹性层12、阻燃层2、至少一层屏蔽层3、至少一层泡沫金属层4、上层弹性层12；屏蔽层3中靠近阻燃层2一侧的为屏蔽层3中的导电层31，屏蔽层31中靠近上层弹性层11一侧的为屏蔽层中软磁层32。

所述屏蔽层包括软磁层32和导电层31，其中软磁层32厚度为1～300μm，导电层31的厚度为1～200μm。

所述导电层31的材料包括铝及铝合金、铜及铜合金、金及金合金、银及银合金、导电布中的一种或多种。

所述泡沫金属层4的厚度为0.5～3mm，其材料包括泡沫铜、泡沫镍、泡沫铝、泡沫铁、泡沫钛、泡沫银、泡沫锌、泡沫铁镍、泡沫镍铬、泡沫钴镍、泡沫不锈钢中的一种或多种。

所述弹性层1厚度为0.5～3mm，邵氏硬度Hs为60～75HD，其材料包括硅胶、聚氨酯、发泡材料中的一种或多种；

弹性材料中添加1～5wt％的金属材料，金属材料为铜、银、镍、铝中的一种或多种。

所述阻燃层2的厚度为0.01～1mm，其材料包括石棉布、碳纤维布、玻璃纤维、防爆棉、泡沫硅橡胶中一种或多种。

各层材料之间由粘粘层贴合后，再经缝纫线缝制成一体，其缝纫线优选用导电铜线。

实施例1

本实施例的电磁屏蔽复合材料，如图2所示，从下至上依次包括：下层弹性层12、阻燃层2、第一泡沫金属层41、第一屏蔽层3’、第二泡沫金属层42、第二屏蔽层3”、上层弹性层11；其中第一屏蔽层3’中靠近阻燃2层一侧的为导电层31，第二屏蔽层3”中靠近上层弹性层11一侧的为软磁层32。

其中屏蔽层3中软磁层32为厚度为15μm，宽度为60mm的Fe-Si-B-Cu-Nb纳米晶软磁合金带材，导电层31的材料为厚度为10μm的铝材；阻燃层2的材料为碳纤维布；弹性层1为硅胶，含有2wt％的铜，硬度Hs为70HD；泡沫金属层4为厚度为1mm的泡沫镍；

粘结层5为厚度为5μm的高温双面胶。

屏蔽层的制备：

将Fe-Si-B-Cu-Nb纳米晶软磁合金带材在500℃进行2h的热处理，然后与导电层31材料经粘结层5材料贴合，得到屏蔽层3。

电磁屏蔽复合材料的制备：

依次将下层弹性层12、阻燃层2、第一泡沫金属层41、第一屏蔽层3’、第二泡沫金属层42、第二屏蔽层3”、上层弹性层11通过粘结层5材料贴合，然后选用导电铜线缝制成一体，制得电磁屏蔽复合材料；将电磁屏蔽复合材料裁切为100*100mm的检材备用。

将检材采用法兰同轴法的电磁脉冲屏蔽效能测试方法和阻燃性能检测仪，对屏蔽复合材料进行屏蔽效能测试和阻燃性能测试；将检材采用抗拉强度度测试仪进行抗撕裂性能测试，相关具体结果见表1、表2。

实施例2

本实施例的电磁屏蔽复合材料，如图2所示，从下至上依次包括：下层弹性层12、阻燃层2、第一泡沫金属层41、第一屏蔽层3’、第二泡沫金属层42、第二屏蔽层3”、上层弹性层11；其中第一屏蔽层3’中靠近阻燃2层一侧的为导电层31，第二屏蔽层3”中靠近上层弹性层11一侧的为软磁层32。

其中屏蔽层3中软磁层32为厚度为15μm，宽度为60mm的Fe-Si-B-C-Cr纳米晶软磁合金带材，导电层31的材料为厚度为10μm的铝材；阻燃层2的材料为碳纤维布；下层弹性层12、上层弹性层11的材料为硅胶，含有2wt％的铜，邵氏硬度Hs为70HD；泡沫金属层4为厚度为1mm的泡沫镍；粘结层5为厚度为5μm的高温双面胶。

屏蔽层的制备：

将Fe-Si-B-C-Cr非晶软磁合金带材在300℃进行2h的热处理，然后与导电层31材料经粘结层5材料贴合，得到屏蔽层3。

电磁屏蔽复合材料的制备：

依次将下层弹性层12、阻燃层2、第一泡沫金属层41、第一屏蔽层3’、第二泡沫金属层42、第二屏蔽层3”、上层弹性层11通过粘结层5材料贴合，然后选用导电铜线缝制成一体，制得电磁屏蔽复合材料；将电磁屏蔽复合材料裁切为100*100mm的检材备用。

将制得的电磁屏蔽复合材料进行性能测试，具体结果见表1、表2。

实施例3

本实施例的磁场屏蔽复合材料，如图3所示，从下至上依次包括：下层弹性层12、阻燃层2、泡沫金属层4、屏蔽层3、上层弹性层11；其中屏蔽层3中靠近阻燃2层一侧的为导电层31，屏蔽层3中靠近上层弹性层11一侧的为软磁层32。

其中屏蔽层3中软磁层32为厚度为15μm，宽度为60mm的Fe-Si-B-Cu-Nb纳米晶软磁合金带材，导电层31的材料为厚度为100μm的铝材；阻燃层2的材料为碳纤维布；下层弹性层12、上层弹性层11的材料为硅胶为硅胶，含有2wt％的铜；泡沫金属层4为厚度为1mm的泡沫镍；粘结层5为厚度为5μm的高温双面胶。

屏蔽层的制备：

将Fe-Si-B-Cu-Nb纳米晶软磁合金带材在500℃进行2h的热处理，然后与导电层31材料经粘结层5材料贴合，得到屏蔽层3。

电磁屏蔽复合材料的制备：

依次将下层弹性层12、阻燃层2、泡沫金属层4、屏蔽层3、上层弹性层11通过粘结层5材料贴合，然后选用导电铜线缝制成一体，制得电磁屏蔽复合材料；将电磁屏蔽复合材料裁切为100*100mm的检材备用。

将制得的电磁屏蔽复合材料进行性能测试，具体结果见表1、表2。

实施例4

本实施例的电磁屏蔽复合材料，如图4所示，从下至上依次包括：下层弹性层12、阻燃层2、第一泡沫金属层41、屏蔽层3、第二泡沫金属层42、上层弹性层11；其中屏蔽层3中靠近第一泡沫金属层41一侧的为导电层31，屏蔽层3中靠近第二泡沫金属层42一侧的为软磁层32。

其中屏蔽层3中软磁层32为厚度为15μm，宽度为60mm的Fe-Si-B-Cu-Nb纳米晶软磁合金带材，导电层31的材料为厚度为100μm的铝材；阻燃层2的材料为碳纤维布；上层弹性层11、下层弹性层12的材料为硅胶，含有2wt％的铜；泡沫金属层4为厚度为1mm的泡沫镍；粘结层5为厚度为5μm的高温双面胶。

屏蔽层的制备：

将Fe-Si-B-Cu-Nb纳米晶软磁合金带材在500℃进行2h的热处理，然后与导电层31材料经粘结层5材料贴合，得到屏蔽层3。

电磁屏蔽复合材料的制备：

依次将下层弹性层12、阻燃层2、第一泡沫金属层41、屏蔽层3、第二泡沫金属层42、上层弹性层11通过粘结层5材料贴合，然后选用导电铜线缝制成一体，制得电磁屏蔽复合材料；将电磁屏蔽复合材料裁切为100*100mm的检材备用。

将制得的电磁屏蔽复合材料进行性能测试，具体结果见表1、表2。

实施例5

本实施例的电磁屏蔽复合材料，如图2所示，从下至上依次包括：下层弹性层12、阻燃层2、第一泡沫金属层41、第一屏蔽层3’、第二泡沫金属层42、第二屏蔽层3”、上层弹性层11；其中第一屏蔽层3’中靠近阻燃2层一侧的为导电层31，第二屏蔽层3”中靠近上层弹性层11一侧的为软磁层32。

其中屏蔽层3中软磁层32为厚度为15μm，宽度为60mm的Fe-Si-B-Cu-Nb纳米晶软磁合金带材，导电层31的材料为厚度为100μm的铝材；阻燃层2的材料为碳纤维布；下层弹性层12、上层弹性层11的材料为硅胶，不加入金属，硬度为70HD；泡沫金属层4为厚度为1mm的泡沫镍；粘结层5为厚度为5μm的高温双面胶。

屏蔽层的制备：

将Fe-Si-B-Cu-Nb纳米晶软磁合金带材在500℃进行2h的热处理，然后与导电层31材料经粘结层5材料贴合，得到屏蔽层3。

电磁屏蔽复合材料的制备：

依次将下层弹性层12、阻燃层2、第一泡沫金属层41、第一屏蔽层3’、第二泡沫金属层42、第二屏蔽层3”、上层弹性层11通过粘结层5材料贴合，然后选用导电铜线缝制成一体，制得电磁屏蔽复合材料；将电磁屏蔽复合材料裁切为100*100mm的检材备用。

将制得的磁场屏蔽复合材料进行性能测试，具体结果见表1、表2。

对比例1

本对比例制得的电磁屏蔽复合材料如图5所示，从上至下包括软磁层32、导电层31、软磁层32。

软磁层32选用Fe-Si-B-Cu-Nb纳米晶软磁合金带材，带材宽度为60mm，厚度为15μm；导电层31选用铝材，厚度为100μm；双面胶厚度为5μm。

电磁屏蔽复合材料的制备：

将Fe-Si-B-Cu-Nb纳米晶软磁合金带材在500℃进行2h的热处理，然后将纳米晶软磁合金带材、铝箔通过双面胶贴合得到屏蔽复合材料，将其裁切为100*100mm的检材备用。

将制得的磁场屏蔽复合材料进行性能测试，具体结果见表1、表2。

对比例2

本对比例制得的电磁屏蔽复合材料如图6所示，从上至下包括第一屏蔽层3’、泡沫金属层4、第二屏蔽层3”。

第一屏蔽层3’、第二屏蔽层3”中软磁层32均选用Fe-Si-B-Cu-Nb非晶软磁合金带材，带材宽度为60mm，厚度为15μm；第一屏蔽层3’、第二屏蔽层3”中导电层31选用铝材，厚度为10μm；双面胶厚度为5μm。

屏蔽层的制备：

将Fe-Si-B-Cu-Nb非晶软磁合金带材经500℃进行2h的热处理，然后与导电层31材料经粘结层5材料贴合，分别得到第一屏蔽层3’、第二屏蔽层3”。

电磁屏蔽复合材料的制备：

依次将第一屏蔽层3’、泡沫金属层4、第二屏蔽层3”通过粘结层5材料贴合制得电磁屏蔽复合材料；将电磁屏蔽复合材料裁切为100*100mm的检材备用。

将制得的电磁屏蔽复合材料进行性能测试，具体结果见表1、表2。

对比例3

本对比例的电磁屏蔽复合材料，无泡沫金属层，从下至上依次包括：下层弹性层12、阻燃层2、屏蔽层3、上层弹性层11；其中屏蔽层中靠近阻燃2层一侧的为导电层31，屏蔽层3中靠近上层弹性层11一侧的为软磁层32。

屏蔽层的制备：

将Fe-Si-B-Cu-Nb纳米晶软磁合金带材在500℃进行2h的热处理，然后与导电层31材料经粘结层5材料贴合，得到屏蔽层3。

电磁屏蔽复合材料的制备：

依次将下层弹性层12、阻燃层2、屏蔽层3、上层弹性层11通过粘结层5材料贴合制得电磁屏蔽复合材料；将电磁屏蔽复合材料裁切为100*100mm的检材备用。

将制得的电磁屏蔽复合材料进行性能测试，具体结果见表1。

表1、实施例与对比例的电磁屏蔽复合材料性能数据表

表2实施例与对比例的阻燃性能、抗撕裂性能数据表

(表中：极限氧指数：是表征材料燃烧行为的指数，氧指数高表示材料不易燃烧，氧指数低表示材料容易燃烧。续燃时间：在规定的实验室条件下，移开火源后材料的持续燃烧，有焰燃烧的时间。续燃时间越短表明材料阻燃性能越好。抗拉强度、撕裂强度直角、撕裂强度裤型均表示屏蔽复合材料的抗撕裂性能，数值越大，表示抗撕裂性能越好。)

由表1可知，本发明实施例1～5的电磁屏蔽复合材料在高低频环境中均具有优异的屏蔽效能，从整体屏蔽效果来看明显优于对比例1～3的电磁屏蔽复合材料；由表2可知，本发明的电磁屏蔽复合材料由于存在弹性层、泡沫金属层、屏蔽层的存在，使电磁屏蔽复合材料具有更好的弹性，且具有抗撕裂的作用，能够减少因踩踏造成的片材碎裂造成的漏磁现象，降低材料的磁导率衰减速度；屏蔽材料内设置阻燃层，能够降低新能源汽车发生碰撞时的起火燃烧速率，延缓燃烧及爆炸的发生，增加逃生时间，安全性更高，且阻燃层兼具绝缘性能，无需额外设置绝缘材料，使得生产成本大幅降低。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。