CPAM對(duì)碳纖維-鎳粉電磁屏蔽紙的影響研究

鄒文俊　陸趙情　楊　潔

(陜西科技大學(xué)輕工與能源學(xué)院,陜西省造紙技術(shù)及特種紙品開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,

陜西西安，710021)

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·電磁屏蔽紙·

CPAM對(duì)碳纖維-鎳粉電磁屏蔽紙的影響研究

鄒文俊陸趙情楊潔

(陜西科技大學(xué)輕工與能源學(xué)院,陜西省造紙技術(shù)及特種紙品開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,

陜西西安，710021)

摘要：在抄造碳纖維-鎳粉電磁屏蔽紙的過(guò)程中,研究了CPAM(陽(yáng)離子聚丙烯酰胺)用量對(duì)鎳粉留著率、紙張導(dǎo)電性能及強(qiáng)度性能的影響。結(jié)果表明，CPAM用量在0.4%時(shí)碳纖維-鎳粉電磁屏蔽紙的各項(xiàng)性能最好。

關(guān)鍵詞：CPAM；碳纖維；鎳粉；導(dǎo)電性；電磁屏蔽紙

隨著電子工業(yè)的高速發(fā)展,電子電器設(shè)備無(wú)處不在。這些設(shè)備在極大提高人們生活水平、促進(jìn)社會(huì)發(fā)展的同時(shí),也會(huì)產(chǎn)生電磁輻射。這些電磁輻射可以穿透眾多物質(zhì),產(chǎn)生電磁污染,在電子工業(yè)高速發(fā)展的今天電磁污染日益突出[1],成為除大氣污染、水污染和噪音污染外的又一環(huán)境污染,被稱作第四大污染[2]?？茖W(xué)研究表明, 長(zhǎng)期處于電磁波輻射環(huán)境中，人們的身心健康會(huì)受到嚴(yán)重威脅[3-5]。聯(lián)合國(guó)早在1969年人類(lèi)環(huán)境會(huì)議上就把電磁輻射列入“造成公害的主要污染物”[6]。電磁干擾是電磁輻射影響范圍更廣的方面。所謂電磁干擾(electromagnetic interference,簡(jiǎn)稱EMI)通常是指有害電磁波對(duì)電子設(shè)備的正常運(yùn)作產(chǎn)生干擾甚至引起障礙的現(xiàn)象[7- 8]。全世界每年由于電磁干擾而發(fā)生的電氣設(shè)備故障所造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)5億美元。隨著對(duì)電磁輻射所引起的危害的重視,電磁屏蔽材料的研究也越來(lái)越多,碳纖維紙作為屏蔽材料可以用于商業(yè)或電子產(chǎn)品的防電磁輻射和抗電磁干擾等方面,而且符合對(duì)現(xiàn)代材料輕量化的要求[9-10]。由于鎳粉的電阻率比碳纖維要低得多, 因此添加鎳粉抄造的碳纖維屏蔽紙具有更好的屏蔽效果,而且還具備高強(qiáng)度、高模量、低質(zhì)量等性能[11]。鎳粉和纖維一樣表面都呈負(fù)電性,兩者在一起會(huì)產(chǎn)生排斥作用,使得鎳粉主要依靠機(jī)械截留作用留著在紙張中,造成其留著率較低。因此,在紙張抄造過(guò)程中加入陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(CPAM),利用靜電橋梁作用可以將填料吸附在纖維上,起到增強(qiáng)、助留的作用。前期研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)鎳粉用量為80%,采用碳纖維與植物纖維混合漿料(其中含碳纖維25%)時(shí),抄造的紙張綜合性能最好。本實(shí)驗(yàn)主要研究CPAM用量對(duì)鎳粉留著率及碳纖維-鎳粉電磁屏蔽紙性能的影響。

1實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)原料

短切碳纖維：長(zhǎng)度3 mm,南京緯達(dá)復(fù)合材料有限公司提供；鎳粉：粒徑≤1.5 μm，無(wú)錫順達(dá)金屬粉末有限公司提供；植物纖維：漂白針葉木漿,打漿度40°SR,寧波中華紙業(yè)有限公司提供；陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(CPAM)：相對(duì)分子質(zhì)量1000萬(wàn),日本住友精化公司提供。

1.2實(shí)驗(yàn)儀器

ZQSz 23Valley打漿機(jī)，肖氏打漿度儀，抄片器，陜西科技大學(xué)機(jī)械廠；GFJO4A高速分散機(jī)，上海涂料工業(yè)機(jī)械廠；標(biāo)準(zhǔn)漿樣疏解器，瑞典產(chǎn)；抗張強(qiáng)度試驗(yàn)儀，瑞典L &W公司；FZ-2006A電阻率測(cè)試儀，上海華巖有限公司；JY-50M高溫爐，陜西科技大學(xué)；S4800掃描電鏡(SEM)，日本HITACHI公司。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1碳纖維-鎳粉電磁屏蔽紙的抄造

將適量的十二烷基苯磺酸鈉溶解在60℃的水中,加入碳纖維,用電動(dòng)攪拌器攪拌10 min,去除原來(lái)絲束上的表面油脂雜質(zhì),用清水清洗后干燥備用。

用高速分散機(jī)將導(dǎo)電鎳粉分散10 min,使其均勻分散。在已分散好的碳纖維-植物纖維混合漿料(其中含碳纖維25%)中加入80%鎳粉和一定量CPAM(用量均對(duì)絕干纖維量),疏解500轉(zhuǎn)后,利用抄片器抄造碳纖維-鎳粉電磁屏蔽紙。

1.3.2鎳粉留著率的測(cè)定[12-13]

將每組紙張撕好,平衡水分后炭化,冷卻后放入高溫爐中于900℃下進(jìn)行灼燒至質(zhì)量恒定,冷卻后稱取質(zhì)量。根據(jù)式(1)測(cè)定鎳粉留著率。

(1)

式中，Rt為鎳粉留著率，%；A為紙張灰分,%；B為紙料灰分,%；C為纖維灰分,%；D為填料灼燒減量,%；0.94為抄紙后紙漿的得率及纖維原料和膠料中的灰分平均含量的總修正系數(shù)。

1.3.3導(dǎo)電率的測(cè)定

采用四探針?lè)ㄊ褂肍Z-2006A電阻率測(cè)試儀測(cè)試紙樣的電阻率,取兩次極性相反數(shù)值絕對(duì)值的平均值。

2結(jié)果與討論

2.1CPAM用量對(duì)鎳粉留著率的影響

圖1為CPAM用量對(duì)鎳粉留著率的影響。由圖1可以看出,鎳粉留著率隨CPAM用量的增加而提高，隨后趨于穩(wěn)定。這主要是因?yàn)镃PAM用量的增加使纖維表面的正電荷吸附點(diǎn)增加,在鎳粉用量一定的情況下,能吸附更多帶負(fù)電的鎳粉,從而使鎳粉留著率提高。當(dāng)CPAM用量低于0.3%時(shí),鎳粉留著率增加較快,超過(guò)0.3%后變化趨勢(shì)不明顯。在未添加CPAM時(shí),纖維和鎳粉都帶有負(fù)電荷,兩者沒(méi)有靜電吸附作用,主要是依靠機(jī)械截流作用使鎳粉留著在紙張內(nèi),因此鎳粉留著率較低。CPAM用量較少時(shí),纖維表面正電荷吸附點(diǎn)較少,鎳粉很少一部分能被吸附,導(dǎo)致留著率依然不高；但CPAM用量逐漸增加后,纖維表面的正電荷區(qū)域變多,即吸附點(diǎn)增多,所以留著率也得到了提高。膠體吸附作用對(duì)鎳粉留著率的提高有巨大作用,CPAM的使用很大程度上提高了鎳粉的留著率。

圖1　CPAM用量對(duì)鎳粉留著率的影響

2.2CPAM用量對(duì)紙張抗張強(qiáng)度的影響

圖2為CPAM用量對(duì)紙張抗張強(qiáng)度的影響。如圖2所示,紙張抗張指數(shù)隨CPAM用量的增加先增大后下降。在未添加CPAM時(shí),紙張的抗張指數(shù)約為26.5 N·m/g,CPAM用量為0.4%時(shí),紙張抗張指數(shù)最大,為34.0 N·m/g。隨著CPAM用量的增加,物料之間通過(guò)架橋作用形成微絮聚團(tuán),結(jié)合力得到增強(qiáng),從而使紙張強(qiáng)度加強(qiáng)。但是當(dāng)CPAM用量過(guò)大時(shí),物料過(guò)度地發(fā)生絮聚,從微絮聚團(tuán)變成較大的絮聚團(tuán),導(dǎo)致纖維和填料分布不均,紙張勻度較差,從而引起局部應(yīng)力集中,紙張的抗張強(qiáng)度變差。

圖2　CPAM用量對(duì)紙張抗張指數(shù)的影響

2.3CPAM用量對(duì)紙張導(dǎo)電性能的影響

圖3為CPAM用量對(duì)紙張導(dǎo)電性能的影響。由圖3可知,紙張電阻率隨CPAM用量的增加逐漸下降,導(dǎo)電能力提高。當(dāng)CPAM用量為0.4%時(shí),電阻率基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。分析其原因可能是,CPAM用量的增加導(dǎo)致了鎳粉留著在紙張內(nèi)的數(shù)量增多,由于鎳粉的長(zhǎng)徑比很小，能給導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)通路提供較好的近程導(dǎo)電能力,使電阻率下降,導(dǎo)電能力得到提高；當(dāng)CPAM用量超過(guò)0.4%時(shí),鎳粉粒子的數(shù)量趨于穩(wěn)定,因此,其電阻率也基本穩(wěn)定。

圖3　CPAM用量對(duì)紙張電阻率的影響

圖4　添加CPAM前后紙張的掃描電鏡圖(×1000)

圖4為添加CPAM前后碳纖維-鎳粉電磁屏蔽紙的SEM圖片。由圖4可知,添加了CPAM的紙張內(nèi)部纖維上比未添加CPAM的吸附了更多的鎳粉粒子,即CPAM的加入使鎳粉留著率明顯提高,紙張的強(qiáng)度性能和導(dǎo)電性能均得到提高。

3結(jié)論

在抄造碳纖維-鎳粉電磁屏蔽紙時(shí)添加陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(CPAM)，研究CPAM用量對(duì)鎳粉留著率、紙張強(qiáng)度性能及導(dǎo)電性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)CPAM用量為0.4%時(shí)，鎳粉留著率及紙張各項(xiàng)性能最好。

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(責(zé)任編輯：劉振華)

Effect of CPAM on Electromagnetic Shield Paper Made of Carbon Fiber-Nickel Powder

ZOU Wen-jun*LU Zhao-qingYANG Jie

(CollegeofLightIndustryandEnergy,ShaanxiUniversityofScienceandTechnology,ShaanxiProvinceofKeyLabofPaperTechnologyandSpecialtyPaper,Xi’an,ShaanxiProvince, 710021)

(*E-mail: m18092157189@163.com)

Abstract：In this paper the effect of CPAM on electromagnetic shield paper made of carbon fifer-nickel powder was studied by adding various dosage of CPAM to the furnish and comparing the strength property and conductivty of the paper, and the retention rate of nickel powder. Experimental results showed that when the CPAM dosage was 0.4%, the properties of carbon fiber-nickel powder electromagnetic shield paper was the best.

Key words：CPAM； carbon fiber； nickel powder； conductivity； electromagnetic shielding paper

收稿日期：2015- 08-15(修改稿)

中圖分類(lèi)號(hào)：TS761

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.11980/j.issn.0254- 508X.2016.02.014

作者簡(jiǎn)介：鄒文俊先生,在讀碩士研究生；研究方向：高性能紙基功能材料的研究。