專利名稱：電磁屏蔽木質(zhì)復(fù)合材料的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電磁屏蔽材料領(lǐng)域，具體涉及一種木質(zhì)電磁屏蔽材料的制造方法。
背景技術(shù)：
目前應(yīng)用的同類技術(shù)有1、一種電磁屏蔽復(fù)合材料的制備方法，屬于電磁屏蔽材料領(lǐng)域，具體制備步驟如下①選擇木質(zhì)材料，并將木質(zhì)材料在磁性金屬鹽的水溶液中浸漬預(yù)處理1～24小時后，取出干燥；②再進(jìn)一步控制其尺寸和形狀，并與改性樹脂充分混合，在一定溫度和壓力下進(jìn)行成型處理，并控制其孔隙率和孔隙分布；③再進(jìn)一步在非氧惰性氣氛下、250～1500℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行高溫處理，升溫速度1～20℃/分鐘，保溫時間1～6小時；④用有機(jī)物進(jìn)行涂層處理，控制涂層厚度，室溫固化。2、一種具有抗靜電和電磁屏蔽效能的人造板，包括兩層植物纖維膠合層，在兩層植物纖維膠合層之間設(shè)置一金屬平網(wǎng)，該金屬平網(wǎng)的網(wǎng)眼大小在20目以上，從而具有良好的抗靜電放電和電磁屏蔽效能，而且制造簡單，造價低廉。3、主要是在木質(zhì)板上、下表面分別設(shè)置一導(dǎo)電粘合層，又在兩導(dǎo)電粘合層的外側(cè)面分別又設(shè)置一貼面板。4、為了得到具有屏蔽電磁波和抗靜電的導(dǎo)電功能木質(zhì)復(fù)合板材，前者通過導(dǎo)電添料和黏合劑的混合物與木質(zhì)單元形成相間疊層結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)；后者則在木質(zhì)單元與黏合劑的混合坯料兩側(cè)，再覆以含有碳纖維的厚度層。這些已有技術(shù)的缺點是有些技術(shù)不能達(dá)到良好的電磁屏蔽效果，且存在金屬的腐蝕、膠層的開裂等耐久性差的問題，有些技術(shù)工藝較復(fù)雜，條件苛刻，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決已有技術(shù)不能達(dá)到良好的電磁屏蔽效果，且存在金屬的腐蝕、膠層的開裂等耐久性差、工藝較復(fù)雜、條件苛刻，成本高的缺點，本發(fā)明提供一種電磁屏蔽木質(zhì)復(fù)合材料的制造方法，它采用木材單板為基質(zhì)材料，利用化學(xué)鍍法在其雙側(cè)表面沉積合金鍍層，制成具有良好電磁屏蔽效能的木質(zhì)電磁屏蔽復(fù)合材料。本發(fā)明的電磁屏蔽木質(zhì)復(fù)合材料的制造方法包括如下步驟a、將木質(zhì)單板浸于膠體鈀液體中，室溫處理2～12min；b、取出后水洗，再浸于稀鹽酸溶液中處理0.5～2min；c、將木質(zhì)單板從鹽酸溶液中取出，蒸餾水洗；d、然后將木質(zhì)單板置于盛有鍍鎳溶液的反應(yīng)槽中，鍍液量與木質(zhì)單板的表面積之比為100～300mL/dm2，鍍液溫度45～95℃，施鍍時間20～90min，在木材表面上形成Ni-P合金鍍層。
按照上述工藝方法得出的電磁屏蔽木質(zhì)復(fù)合材料產(chǎn)品，具有屏蔽效果好，在30mHz～1.5GHz的頻率范圍內(nèi)，其電磁屏蔽效能可達(dá)35～60dB(如圖1)，工藝簡單，原料資源量大，制造成本低。同時，具有鍍層結(jié)合強(qiáng)度高、耐腐蝕且環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點。本發(fā)明工藝過程簡單，可以制出具有良好電磁屏蔽效能的木質(zhì)復(fù)合材料，此材料應(yīng)用范圍廣泛，可用于信息保密室、計算機(jī)控制室、精密儀器室和電站等重要部門，以防止信息泄露、電磁干擾和電磁輻射。同時，此復(fù)合材料強(qiáng)度不低于木材本身的強(qiáng)度，鍍層與木材表面結(jié)合牢固，同時保留了木材的天然紋理等天然特性。


圖1為木材單板化學(xué)鍍后的電磁屏蔽效能曲線， 代表松木， 代表水曲柳；圖2為鍍鎳水曲柳單板腐蝕前后電磁屏蔽效能比較曲線， 代表腐蝕前， 代表腐蝕后；圖3為鍍鎳落葉松單板腐蝕前后電磁屏蔽效能比較曲線， 代表腐蝕前， 代表腐蝕后；圖4為鍍鎳水曲柳單板低溫實驗電磁屏蔽效能曲線， 代表常溫， 代表低溫；圖5為鍍鎳落葉松單板低溫實驗電磁屏蔽效能曲線， 代表常溫， 代表低溫；圖6為鍍鎳水曲柳單板高溫實驗電磁屏蔽效能曲線， 代表常溫， 代表高溫；圖7為鍍鎳落葉松單板高溫實驗電磁屏蔽效能曲線， 代表常溫， 代表高溫；圖8為鍍鎳水曲柳單板表面及紡錘形木射線形貌圖；圖9為圖8的局部放大圖；圖10為鍍鎳落葉松單板表面及紡錘形木射線形貌圖；圖11為圖10的局部放大圖；圖12為鍍鎳水曲柳(×63倍)單板表面型貌圖；圖13為鍍鎳落葉松(×63倍)單板表面型貌圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實施方式按照下述步驟制備電磁屏蔽木質(zhì)復(fù)合材料a、將木質(zhì)單板浸于膠體鈀液體中，室溫處理2～12min，比過程為接種含有具催化作用的金屬鈀的膠團(tuán)；b、取出后水洗，再浸于稀鹽酸溶液中處理0.5～2min，此過程是將零價金屬鈀暴露出來，起催化化學(xué)鍍過程的作用；c、將木質(zhì)單板從鹽酸溶液中取出，蒸餾水洗；d然后將木質(zhì)單板置于盛有鍍鎳溶液的反應(yīng)槽中，鍍液量與木質(zhì)單板的表面積之比約為100～300mL/dm2，鍍液溫度45～95℃，施鍍時間20～90min，這樣Ni-P合金鍍層不斷沉積于木質(zhì)單板的表面上，在木材表面上形成均勻且連續(xù)的導(dǎo)電層。
本實施方式中所述膠體鈀液體由下述成分組成0.1～0.3g PdCl2、4～13gSnCl2、100～200g NaCl、100～400mL HCl、700～1100mL H2O。本實施方式中所述鍍鎳溶液由下述成分組成20～50g/L硫酸鎳、20～50g/L次亞磷酸鈉、10～45g/L醋酸鈉、5～35mL/L乳酸、10～45g/L氯化銨、0～0.006g/L硫脲，鍍鎳溶液的pH值為6.0～9.5。本實施方式中所述木質(zhì)單板的厚度為0.6mm。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一不同的是，為了提高電磁屏蔽效能，在Ni-P合金鍍層表面再化學(xué)鍍銅，將木質(zhì)單板置于盛有鍍銅溶液的反應(yīng)槽中，鍍液量與木質(zhì)單板的表面積之比約為100～300mL/dm2，鍍液溫度45～95℃，施鍍時間20～90min，這樣形成既耐腐蝕又具有良好導(dǎo)電性能的Ni-Cu復(fù)合鍍層。本實施方式中所述鍍銅溶液由下述成分組成15～35g/L硫酸銅、20～60g/L酒石酸鉀鈉、8～20mL/L甲醛，鍍銅溶液的pH值為10～13。
具體實施方式
三本實施方式中鍍鎳溶液、鍍銅溶液、膠體鈀液體的組成詳見表1、2和3。
表1化學(xué)鍍鎳溶液組成

表2化學(xué)鍍銅的溶液組成

表3膠體鈀液體的組成

具體實施方式
四本實施方式將詳細(xì)介紹電磁屏蔽木質(zhì)復(fù)合材料的制造方法中工藝參數(shù)的選擇依據(jù)一、穩(wěn)定劑化學(xué)鍍鎳中常用的穩(wěn)定劑分為四類，第一類為第六主族元素S、Se、Te的化合物，一些硫的無機(jī)物或有機(jī)物，如硫代硫酸鹽、硫氰酸鹽、硫脲及其衍生物等；第二類為某些含氧化合物，如AsO2-、IO3-、BrO3-、NO2-等通過在金屬表面活性部位的吸附而達(dá)到穩(wěn)定化學(xué)鍍鎳作用；第三類為重金屬離子，如Pb2+、Sn2+、Sb2+及Cd2+、Zn2+、Bi2+及Tl+等通過置換反應(yīng)沉積在活性金屬表面，從而在一定程度上抑制鎳在金屬表面的自催化作用；第四類為水溶性有機(jī)物，含雙極性的有機(jī)陰離子，至少含六個或八個碳原子，有能在某一定位置吸附形成水膜的功能團(tuán)的有機(jī)物。在施鍍單板的鍍液中加入三種穩(wěn)定劑中的任何一種，只要濃度適宜就可以起到穩(wěn)定鍍液的作用。但是，硫脲作為穩(wěn)定劑加入到鍍液中，不但可以穩(wěn)定鍍液，還可以起到加速劑的作用。硫脲的穩(wěn)定作用是因為它是一種軟堿，它極易通過硫原子吸附在屬于軟堿的金屬表面上。由于硫脲在金屬表面的強(qiáng)烈吸附，降低了H2PO2-在催化活性金屬表面上吸附的可能性，抑制了H2PO2-P-H鍵的斷裂即H2PO2-的氧化，從而降低了鎳的沉積速度和析氫量，達(dá)到穩(wěn)定化學(xué)鍍的作用。硫脲的加速作用因為它是一種陽極去極化劑，可以提高次磷酸鈉的還原能力，從而加速還原反應(yīng)。由于硫脲的雙重作用，所以，在施鍍木材單板的鍍液中加入硫脲作為加速劑。據(jù)文獻(xiàn)介紹，含硫化合物作穩(wěn)定劑對降低鍍層中磷含量有一定的作用，但必須很好地控制其添加量，超過6mg/L時，施鍍難以進(jìn)行。
二、絡(luò)合劑絡(luò)合劑在鍍液中的作用是增加鎳離子的溶解度，控制鍍液中游離鎳離子的濃度，以防鎳離子在堿性鍍液中生成氫氧化鎳沉淀。在化學(xué)鍍后期，鍍液中積累大量的亞磷酸根，絡(luò)合劑的存在可以防止亞磷酸鎳沉淀的產(chǎn)生。鍍液中絡(luò)合劑的含量過低，無法達(dá)到增加鎳離子的溶解度、防止產(chǎn)生沉淀的目的。不過，絡(luò)合劑的含量過高，使其所絡(luò)合的鎳離子被釋放出來的速度緩慢，鍍液中鎳離子的含量過低，使鍍層的沉積速度慢，在同樣時間內(nèi)無法獲得連續(xù)且足夠厚度的鍍層，從而使表面電阻率升高，電磁屏蔽效能降低。乳酸是化學(xué)鍍中常用的絡(luò)合劑，它既具有控制鎳離子濃度的作用，又具有加速化學(xué)鍍反應(yīng)速度的作用。因此，利用乳酸可以較短時間內(nèi)獲得連續(xù)且均勻的鍍層。
三、時間、溫度相關(guān)性溫度是影響化學(xué)鍍鎳的一個重要參數(shù)。在鍍液pH值恒定的條件下，溫度過低，反應(yīng)無法進(jìn)行。由下式可知，升高溫度，電動勢E變大，反應(yīng)速度加快，有利于化學(xué)鍍鎳的進(jìn)行。但溫度過高，鍍液的不穩(wěn)定因素增加，易使鍍液分解，造成不可挽回的損失。適中的溫度，既可保證在一定時間內(nèi)得到有效的鍍層，又使鍍液穩(wěn)定存在。
E=E0+RTZFln(aH2PO2-)2(aNi2+)(aHPO22-)(aH+)2]]>良好的木質(zhì)電磁屏蔽材料需要鍍層連續(xù)且均勻，因為其電磁屏蔽的機(jī)理是靠金屬層的反射作用，所以，鍍層連續(xù)的條件下，厚度的影響并不明顯。因此，在一定的溫度下，獲得較高的鍍速，可提高效率，達(dá)到良好的電磁屏蔽效果，所以本發(fā)明的鍍鎳溫度控制在45～95℃，施鍍時間20～90min。
四、電磁屏蔽對于電磁場的屏蔽，主要依靠屏蔽體的反射、吸收作用。反射主要是由于介質(zhì)(空氣)與金屬的波阻抗不一致引起的。二者相差越大，反射損耗越大。吸收是由電損耗、磁損耗及介電損耗等組成，這些損耗轉(zhuǎn)化為熱消耗在屏蔽體內(nèi)，從而達(dá)到阻止電磁輻射和防止電磁干擾的目的。電磁波在屏蔽體表面及體內(nèi)的吸收、反射情況。當(dāng)入射電磁波遇到屏蔽體后，由于兩者波阻抗不一致而使一部分電磁波被反射回空氣介質(zhì)中，另一部分穿透進(jìn)入屏蔽體。這部分電磁波因屏蔽體在電磁場中產(chǎn)生的電損耗、磁損耗及介電損耗等而消耗部分能量，即部分電磁波被吸收，剩余電磁波在到達(dá)屏蔽體另一表面時同樣由于阻抗不匹配，使部分電磁波反射回屏蔽體內(nèi)，形成在屏蔽體內(nèi)的多次反射，剩余部分穿透屏蔽體進(jìn)入空氣介質(zhì)。具體來說，電磁屏蔽效能由吸收損耗，反射損耗和多次反射損耗三部分組成，用公式表示為SE＝A+R+M(dB)，式中SE—總的屏蔽效能；A——吸收損耗；R——反射損耗；M——多次反射損耗。導(dǎo)電性越好，反射損耗越大，所以，銅的反射損耗要大于鎳。
五、化學(xué)鍍銅木材表面化學(xué)鍍鎳獲得的鍍鎳層內(nèi)不是純鎳，而是鎳—磷合金，具有鐵磁性，對磁場有一定的屏蔽作用，耐腐蝕較好。不過，鍍鎳層的導(dǎo)電性大大低于化學(xué)鍍銅層，對電場的屏蔽效果不如導(dǎo)電性非常好的銅。研制化學(xué)鍍鎳一銅復(fù)合鍍層木質(zhì)電磁屏蔽復(fù)合材料，既有化學(xué)鍍銅層的良好導(dǎo)電性、低廉的價格，又有鍍鎳層的鐵磁性以及耐各種環(huán)境腐蝕的特性。
具體實施方式
五本實施方式以水曲柳單板和落葉松單板為例，鍍鎳溶液和鍍銅溶液的組成及工藝條件參見表4和5。用于木材表面活化的膠體鈀活化液由0.2gPdCl2、20mLHCl、9g SnCl2、110gNaCl和700mLH2O所組成，其配制比例為PdCl2∶SnCl2∶NaCl∶HCl∶H2O＝1g∶45g∶550g∶100mL∶3500mL，將上述組分在室溫活化2～12min。
表4化學(xué)鍍鎳溶液組成及工藝條件

表5化學(xué)鍍銅的溶液組成及工藝條件

本實施方式中鍍層與木材表面的結(jié)合強(qiáng)度采用直拉法測定。其中木材板厚度為10mm，柱體的截面積為1000mm2，膠粘劑為熱熔膠，拉力F由AG-10TA萬能力學(xué)試驗機(jī)施加。用熱熔膠將金屬專用卡頭底面粘合在試件的中央，沿卡頭四周切斷裝鍍層，切割深至木材表面。然后把卡具連同試件固定在萬能力學(xué)實驗機(jī)上，在與鍍層表面垂直的方向均勻加載，利用直拉法測定鍍層與木材之間的結(jié)合強(qiáng)度過程中，各試件都是在鍍層完好無損的情況下，木材或膠層發(fā)生破壞。說明鍍層與木材之間的結(jié)合強(qiáng)度高于木材本身或膠層的強(qiáng)度，此現(xiàn)象表明鍍層與木材之間的結(jié)合強(qiáng)度高，結(jié)合非常緊密、牢固。在試驗的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下，對鍍后單板試件進(jìn)行表面檢查，測定電磁屏蔽效能。然后，按表6的實驗條件進(jìn)行實驗。將經(jīng)受試驗的試件表面清洗干凈，烘干，取出在室溫放置2h，進(jìn)行表面檢查，放置16h之后，進(jìn)行電磁屏蔽效能測試。
表6NaCl溶液腐蝕實驗條件

鍍后兩種單板經(jīng)NaCl溶液浸泡后，沒有發(fā)現(xiàn)鍍層有龜裂和脫層現(xiàn)象?？偟膩砜?，電磁屏蔽效能變化較小，如圖2和3所示。能夠滿足實際應(yīng)用過程中對耐腐蝕性能的要求。
將事先測定電磁屏蔽效能的鍍后單板置于-25℃的條件下，放置12天，取出，在室溫下放置16h，觀察表面是否有龜裂、脫層，然后測定電磁屏蔽效能。經(jīng)低溫處理的鍍后單板表面沒有出現(xiàn)龜裂和脫層現(xiàn)象，其電磁屏蔽效能的變化如圖4和5所示。低溫處理后，鍍后落葉松單板的電磁屏蔽效能稍有下降，鍍后水曲柳單板處理前后電磁屏蔽效能幾乎不變。因此，此電磁屏蔽復(fù)合材料完全可以在-25℃的條件下應(yīng)用。
將事先測定電磁屏蔽效能的鍍后單板置于烘箱中，在70℃條件下熱處理12h，取出在室溫放置2h，進(jìn)行表面檢查，觀察表面是否有龜裂、脫層，放置16h之后，進(jìn)行電磁屏蔽效能測試高溫處理后，鍍后單板表面沒有龜裂、脫層現(xiàn)象，如圖8～12所示。高溫處理對鍍后單板電磁屏蔽效能的影響如圖6和7所示。鍍后水曲柳單板高溫處理后的電磁屏蔽效能稍有下降，但在9kHz～1.5GHz的頻率范圍內(nèi)，電磁屏蔽效能仍高于50dB。因此，夏季高溫的條件一般不會對此電磁屏蔽復(fù)合材料的應(yīng)用有大的影響。
權(quán)利要求
1.電磁屏蔽木質(zhì)復(fù)合材料的制造方法，其特征在于所述電磁屏蔽木質(zhì)復(fù)合材料的制造方法包括如下步驟a、將木質(zhì)單板浸于膠體鈀液體中，室溫處理2～12min；b、取出后水洗，再浸于稀鹽酸溶液中處理0.5～2min；c、將木質(zhì)單板從鹽酸溶液中取出，用蒸餾水洗；d、然后將木質(zhì)單板置于盛有鍍鎳溶液的反應(yīng)槽中，鍍液量與木質(zhì)單板的表面積之比為100～300mL/dm2，鍍液溫度45～95℃，施鍍時間20～90min，在木材表面上形成Ni-P合金鍍層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁屏蔽木質(zhì)復(fù)合材料的制造方法，其特征在于所述膠體鈀液體由下述成分組成0.1～0.3g PdCl2、4～13g SnCl2、100～200gNaCl、100～400mL HCl、700～1100mL H2O。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁屏蔽木質(zhì)復(fù)合材料的制造方法，其特征在于所述膠體鈀液體由下述成分組成0.2g PdCl2、9g SnCl2、110g NaCl、100mL HCl、700mL H2O。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁屏蔽木質(zhì)復(fù)合材料的制造方法，其特征在于所述鍍鎳溶液由下述成分組成20～50g/L硫酸鎳、20～50g/L次亞磷酸鈉、10～45g/L醋酸鈉、5～35mL/L乳酸、10～45g/L氯化銨、0～0.00g/L硫脲，鍍鎳溶液的pH值為6.0～9.5。
5.根據(jù)利要求1所述的電磁屏蔽木質(zhì)復(fù)合材料的制造方法，其特征在于所述鍍鎳溶液由下述成分組成28g/L硫酸鎳、28g/L次亞磷酸鈉、15g/L醋酸鈉、12.5mL/L乳酸、25g/L氯化銨、0.002g/L硫脲，鍍鎳溶液的pH值為8.0。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁屏蔽木質(zhì)復(fù)合材料的制造方法，其特征在于所述電磁屏蔽木質(zhì)復(fù)合材料的制造方法還包括d步驟d、將c步驟獲得的木質(zhì)單板置于盛有鍍銅溶液的反應(yīng)槽中，鍍液量與木質(zhì)單板的表面積之比為100～300mL/dm2，鍍液溫度45～95℃，施鍍時間20～90min，形成Ni-Cu復(fù)合鍍層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電磁屏蔽木質(zhì)復(fù)合材料的制造方法，其特征在于所述鍍銅溶液由下述成分組成15～35g/L硫酸銅、20～60g/L酒石酸鉀鈉、8～20mL/L甲醛，鍍銅溶液的pH值為10～13。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電磁屏蔽木質(zhì)復(fù)合材料的制造方法，其特征在于所述鍍銅溶液由下述成分組成25g/L硫酸銅、40g/L酒石酸鉀鈉、12mL/L甲醛，鍍銅溶液的pH值為12。
全文摘要
電磁屏蔽木質(zhì)復(fù)合材料的制造方法，屬于電磁屏蔽材料領(lǐng)域，具體涉及一種木質(zhì)電磁屏蔽材料的制造方法。為了解決已有技術(shù)不能達(dá)到良好的電磁屏蔽效果，且存在金屬的腐蝕、膠層的開裂等耐久性差、工藝較復(fù)雜、條件苛刻，成本高的缺點，本發(fā)明的電磁屏蔽木質(zhì)復(fù)合材料的制造方法為木材→活化處理→水洗→解膠→蒸餾水洗→化學(xué)鍍鎳→化學(xué)鍍銅。按照上述工藝方法得出的電磁屏蔽木質(zhì)復(fù)合材料產(chǎn)品，具有屏蔽效果好，在30mHz～1.5GHz的頻率范圍內(nèi)，其電磁屏蔽效能可達(dá)35～60dB，工藝簡單，原料資源量大，制造成本低。
文檔編號H05K9/00GK1772450SQ200510010510
公開日2006年5月17日 申請日期2005年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月8日
發(fā)明者王立娟, 李堅, 劉一星 申請人:東北林業(yè)大學(xué)