跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(18.97.14.87) 您好!臺灣時間:2024/12/05 21:18
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:張博豪
研究生(外文):Bo-Hao Chang
論文名稱:熱塑性複合材料電磁波屏蔽效益之研究
論文名稱(外文):A Study of Electromagnetic Shielding Effectiveness of thermoplastic Composites
指導教授:鄭大偉鄭大偉引用關係
口試委員:陳志恆李貴琪鄭國彬
口試日期:2007-06-20
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:材料科學與工程研究所
學門:工程學門
學類:綜合工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:119
中文關鍵詞:碳纖維聚丙烯複合材料電磁波屏蔽無電電鍍熱壓成型
外文關鍵詞:Carbon fiberpolypropyleneElectroless platingElectromagnetic Shielding Effect
相關次數:
  • 被引用被引用:3
  • 點閱點閱:483
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
近年來,隨著電子產品大眾化、精密化的發展趨勢,並且3C電子產品使用率之提升,人體接觸電磁波的機會也愈來愈多,使得外來電磁波的干擾亦形成一種新的污染公害。有鑑於此,為了有效降低電磁波干擾及影響,選用質輕的金屬材料或導電性高分子複合材料,是目前屏蔽電磁波之重要發展方向。而導電高分子材料因加工自由度高、質輕等優點而廣泛應用於電磁波遮蔽材料。
導電高分子填充材料多使用碳纖維、碳黑及金屬粉末,其中碳纖維具有高導電性、低密度及複合材料之補強特性,故本研究碳纖維作為填充材料,將碳纖維經過無電電鍍處理,使其表面分別披覆金屬鎳及銅,增加碳纖維之導電度,混摻於聚丙烯(PP)高分子基材中,製成具有電磁波屏蔽功能之高分子複合材料,研究不同高分子成型方式與金屬鍍層對於碳纖維電學性質及複合材料電磁波屏蔽效益之影響。
根據實驗結果顯示,以熱壓成型的方式製作高分子複合材料可獲得較佳的電磁波遮蔽效果,以碳纖維10 vol.%添加量製作之碳纖維複合材料,相對於射出成型的方式,平均遮蔽效果由27dB提升至54dB。而當碳纖維表面披覆不同金屬鍍層時,可有效降低碳纖維之電阻係數,進而提升複合材料之電磁波遮蔽效果,分別在4 vol.%添加量下,經過無電電鍍銅與鎳處理之碳纖維製成之複合材料,其電磁波遮蔽效果分別由22dB提升至43dB與40dB。
In recent years, since the polymer embraces a great number of superb characteristics, such as light weight, design flexibility, low costs, mass production capability, and etc, it is widely applied in 3C electronic product. However, using plastic housings has a serious problem with electromagnetic interference(EMI). It could cause noise signals and even malfunction of the electronic appliances due to their poor electrical conductivity. But it can be easily converted to highly conductive material by adding electric conductivity particles to damp the EMI pollution.

Among the various conductive fillers, carbon fibers have been proved to be a good candidate for EMI shielding. However, the electrical resistivity of a carbon fiber is much higher than the metal filler, so it must to use a greater number of carbon fibers in order to achieve the same shielding effect. In recent years, the Electroless plating is the new techniques of surface treatment of carbon fibers used to improve the electrical conductivity of carbon fiber. The copper-coated and nickel-coated carbon fibers have been proved to be a good candidate for EMI shielding.
The result showed that the shielding effectiveness(SE) of carbon fiber filled polypropylene composites was found to be higher SE than the others fillers under the same volume percentage. In addition, high electromagnetic shielding was obtained for the composite with carbon fibers at the longer length. The average of SE of composites containing 10 vol.% carbon fiber was measured to be 53 dB at frequency of 900 MHz 、1800 MHz and 2450 MHz. The copper-coated and nickel-coated carbon fibers could improve the SE of composites form 22 dB to 40 dB and 43 dB at 4 vol. %.
目錄
摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iv
目錄 iv
表目錄 viii
圖目錄 ix
第一章 前言 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 3
第二章 文獻回顧 4
2.1 何謂電磁波 4
2.1.1 電磁波之來源 5
2.1.2 電磁波頻譜 5
2.1.3 電磁波之種類 7
2.1.4 電磁波之特性 8
2.2 電磁波之危害 12
2.2.1 電磁相容 13
2.2.2 電磁波對人體之危害 16
2.2.3 電磁波汙染防制措施 20
2.3 電磁波遮蔽材料 20
2.3.1 金屬材料 20
2.3.2 高分子材料 21
2.3.3 導電高分子材料 22
2.3.4 本質型導電高分子(Intrinsically conductive polymers) 23
2.3.5 表面型導電高分子 24
2.3.6 填充型導電高分子 24
2.4 碳系填充材料 26
2.4.1 碳纖維 26
2.5 導電高分子之導電原理 28
2.6 電磁波遮蔽原理 33
2.6.1 吸收損失(Absorption loss,A) 36
2.6.2 反射損失(Reflection loss,R) 38
2.6.3 多重反射(Multi-reflection Loss) 41
2.6.4 不均勻屏蔽理論 42
2.7 高分子成型技術 43
2.7.1 壓縮成型 43
2.7.2 射出成型 44
2.8 無電電鍍 45
2.8.1 非金屬材料電鍍 46
2.8.2 無電電鍍鍍液之組成及其功能 49
2.8.3 無電電鍍鎳 50
2.8.4 國內外相關文獻 51
第三章 實驗材料及方法 54
3.1 實驗材料 54
3.1.1 聚丙烯(Polypropylene, PP) 54
3.1.2 碳纖維(Carbon Fibers, CF) 55
3.1.3 碳黑(Ketjenblack EC-600JD) 56
3.1.4 實驗藥品 56
3.2 實驗設備 57
3.2.1 棒磨機 57
3.2.2 光學顯微鏡 57
3.2.3 超音波震盪機 58
3.2.4 電磁加熱攪拌機 59
3.2.5 固體比重測定法 59
3.2.6 電阻係數分析 60
3.2.7 電子顯微鏡分析 61
3.2.8 X-ray繞射分析儀 62
3.2.9 雙螺桿混練機 62
3.2.10 破碎機 63
3.2.11 射出成型機 64
3.2.12 熱壓成型機 64
3.2.13 表面電阻係數及導電率 65
3.2.14 電磁波屏蔽效益測試 66
3.2.15 拉伸試驗 68
3.3 實驗流程 70
3.3.1 碳纖維長度處理 70
3.3.2 基材前處理 70
3.3.3 無電電鍍鎳 72
3.3.4 無電電鍍銅 73
3.3.5 填充材性質分析 74
3.3.6 導電性複合材料的製備 75
第四章 結果與討論 78
4.1 填充材料對於複合材料電磁波遮蔽之影響 78
4.2 碳纖維長度分析 80
4.3 碳纖維長度對複合材料EMSE之影響 83
4.4 填充材添加量對複合材料EMSE之影響 84
4.5 高分子成型技術對複合材料EMSE之影響 85
4.6 碳纖維添加量對複合材料物理性質之影響 87
4.7 碳纖維表面金屬化處理 89
4.7.1 碳纖維表面無電電鍍銅處理 89
4.7.2 碳纖維表面無電電鍍鎳處理 90
4.8 碳纖維表面金屬化之SEM分析 91
4.8.1 碳纖維表面無電電鍍銅處理 91
4.8.2 碳纖維表面無電電鍍鎳處理 98
4.9 碳纖維表面金屬化之XRD分析 105
4.10 表面金屬化碳纖維之電阻係數分析 107
4.11 表面金屬化處理對複合材料電磁波遮蔽效益之影響 109
4.12 非導電基材金屬化處理對複合材料電磁波遮蔽效益之影響 111
第五章 結論與建議 113
5.1 結論 113
5.2 建議 115
參考文獻 116
附錄 120

表目錄
表2.1日常生活中常見的產生非游離輻射之設備 5
表2.2 游離輻射與非游離輻射之特性分析 7
表2.3電磁波障礙之實例 13
表2.4 EMC之資訊技術設備產品種類與輻射限制值 16
表2.5電磁波造成之健康障礙 17
表2.6非職業場所之一般民眾於環境中暴露各頻段非游離輻射之建議值 19
表2.7應用於EMI或其他遮蔽等級之樹脂種類 25
表2.8不同種類碳纖維之物理性質 27
表2.9不同種類纖維之電阻係數及其應用 28
表2.10 不同填充材料對於復合材料電磁波遮蔽之影響 31
表2.11 dB值代表的遮蔽效果 34
表2.12反射損失與吸收損失之差異 40
表2.13 典型活化液組成 47
表2.14 標準活化液組成 48
表2.15 典型無電鍍鎳鍍液組成 50
表2.16 無電鍍鎳磷鍍層之性質 51
表2.17 典型無電電鍍銅之鍍液組成 52

表3. 1聚丙烯(3365)物理性質規格表 54
表3. 2 型號TC35-12K 碳纖維之基本性質 55
表3. 3 敏化液成分及處理條件 71
表3. 4 活化液成分及處理條件 71
表3. 5 鎳鍍液成分及處理條件 72
表3. 6 銅鍍液成分及處理條件 73
表3. 7 填充材料之種類與添加量 75
表3. 8 無電電鍍處理之碳纖維代稱 76

表4.1 Cu-2之鍍層成分分析 93
表4.2 Cu-5之鍍層成分分析 95
表4.3 Cu-8之鍍層成分分析 97
表4.4 Ni-2之鍍層成分分析 100
表4.5 Ni-5之鍍層成分分析 102
表4.6 Ni-8之鍍層成分分析 104

圖目錄
圖2. 1電磁波之組成 4
圖2. 2電磁波譜 6
圖2. 3 電磁場干擾特性 8
圖2. 4 波阻抗與觀察點至輻射源距離之關係 9
圖2. 5 近場與遠場的分別 10
圖2. 6 輻射源之配置 11
圖2. 7 電磁相容性 14
圖2. 8 高分子材料之種類 21
圖2. 9 電磁波遮蔽材料之種類及遮蔽方式 23
圖2. 10導電性高分子複合材料依表面電阻值分類 25
圖2. 11 碳纖維製作方式 27
圖2. 12 導電率與導電填充量之關係 29
圖2. 13導電率與滲透濃度之關係 29
圖2. 14 長徑比對複合材料電阻係數之影響 30
圖2. 15 碳纖維間距對體積電阻之影響 32
圖2. 16 電磁波遮蔽原理 35
圖2. 17屏蔽材料厚度對電磁波遮蔽效果的影響 36
圖2. 18多次反射損失示意圖 41
圖2. 19 不均勻屏蔽示意圖 42
圖2. 20 熱壓成型機之示意圖 44
圖2. 21 射出成型機之操作流程 44
圖2. 22 電鍍法與無電鍍之差異 45
圖2. 23 無電鍍前處理之流程圖 46
圖2. 24 表面催化之示意圖 48
圖2. 25 無電電鍍銅反應示意圖 53

圖3. 1 PP塑膠粒 54
圖3. 2 長6mm之碳纖維 55
圖3. 3 球磨機 57
圖3. 4光學顯微鏡 58
圖3. 5超音波震盪機 58
圖3. 6電磁加熱攪拌機 59
圖3. 7比重瓶 60
圖3. 8 低電阻係數測試儀 61
圖3. 9 掃描式電子顯微鏡 61
圖3. 10 XRD分析儀 62
圖3. 11雙螺桿混練機 63
圖3. 12 破碎機 63
圖3. 13.射出成型機 64
圖3. 14熱壓成型機 65
圖3. 15 同心圓電阻測試儀 66
圖3. 16電磁波屏蔽效益測試系統 67
圖3. 17 (a) HP8722向量網路分析儀 (b) 同心圓電極測試夾 67
圖3. 18拉伸試驗試樣尺寸 68
圖3. 19 萬能強度試驗機 69
圖3. 20 碳纖維長度處理 70
圖3. 21 基材前處理流程圖 70
圖3. 22 複合材料製作流程圖 77

圖4. 1 不同導電填充材料對於複合材料電磁波遮蔽效果之影響 79
圖4. 2 研磨25分鐘之碳纖維SEM分析 80
圖4. 3 研磨25分鐘之碳纖維長度分析 81
圖4. 4 研磨30分鐘之碳纖維SEM分析 81
圖4. 5 研磨30分鐘之碳纖維長度分析 82
圖4. 6 研磨35分鐘之碳纖維SEM分析 82
圖4. 7 研磨35分鐘之碳纖維長度分析 83
圖4. 8 不同纖維長度對於複合材料電磁波遮蔽效果之影響 84
圖4. 9 不同添加量對於複合材料電磁波遮蔽效果之影響 85
圖4. 10熱壓成型方式對複合材料電磁波遮蔽效果之影響 86
圖4. 11 破碎處理對於複合材料電磁波遮蔽效果之影響 87
圖4. 12 不同碳纖維添加量對複合材料物理性質之影響 88
圖4. 13 無電電鍍銅碳纖維之外觀 89
圖4. 14 無電電鍍鎳碳纖維之外觀 90
圖4. 15 碳纖維表面之SEM分析 91
圖4. 16 Cu-2之表面SEM分析(500倍) 92
圖4. 17 Cu-2表面SEM分析(10k倍) 92
圖4. 18 Cu-2表面EDX分析 93
圖4. 19 Cu-5表面SEM分析(500倍) 94
圖4. 20 Cu-5表面SEM分析(10k倍) 94
圖4. 21 Cu-5表面鍍層之EDX分析 95
圖4. 22 Cu-8表面SEM分析(500倍) 96
圖4. 23 Cu-8表面SEM分析(10k倍) 96
圖4. 24 Cu-8表面鍍層之EDX分析 97
圖4. 25 Ni-2表面SEM分析(500倍) 98
圖4. 26 Ni-2表面SEM分析(10k倍) 99
圖4. 27 Ni-2表面鍍層之EDX分析 99
圖4. 28 Ni-5表面SEM分析(500倍) 100
圖4. 29 Ni-5表面SEM分析(20k倍) 101
圖4. 30 Ni-5表面鍍層之EDX分析 101
圖4. 31 Ni-8表面SEM分析(500倍) 102
圖4. 32 Ni-8表面SEM分析(20k倍) 103
圖4. 33 Ni-8表面鍍層之EDX分析 103
圖4. 34 無電電鍍銅之碳纖維XRD分析 105
圖4. 35無電電鍍鎳之碳纖維XRD分析 106
圖4. 36 無電電鍍銅碳纖維之電阻係數分析 107
圖4. 37 無電電鍍鎳碳纖維之電阻係數分析 108
圖4. 38 無電電鍍銅碳纖維之電阻係數分析(4 vol.%添加量) 109
圖4. 39 無電電鍍鎳碳纖維之電阻係數分析(4 vol.%添加量) 110
圖4. 40 非導電基材表面金屬化處理對電磁波遮蔽之影響 112
參考文獻
【1】張坤煌,「EMI與導電複合材料」,工業材料,第十卷,第一五四期,1999,第94-101頁。
【2】洪明瑞、黃然、陳建宏、蘇南,「環保趨向與營建材料未來發展之介紹(一)」,現代營建,第302期,2005,第45∼55頁。
【3】莊東漢,防電磁波干擾材料技術,電子月刊,第五卷,第六期,1999,第168-178頁
【4】劉秀琴,「個人電腦的EMI屏蔽對策與導電化電鍍市場」,工業材料,132期,1997,第67-71頁
【5】曹龍泉,防電磁波干擾電子資訊產品外殼材料研究,博士論文,國立台灣大學材料科學與工程學研究所,台北,2000。
【6】黃胤年,1987,電磁波學,新學識文教出版中心。
【7】正田英介、高木正藏編,趙立竹、董玉琦譯,電磁學,北京:科學出版社,2001,第145-147頁、第158-159頁。
【8】R. M. Gresham, “EMI/RFI Shielding of plastics”, Plating and Surface Finishing, Feb, 1988, PP.63-69.
【9】施幸宏,環保署非署原子能游離輻射污染之防制策略報告,通訊雜誌,第三十三期,民國89年11月。
【10】蘇明俊、陳輝樺,”電磁波頻譜”,國立自然科學博物館簡訊,第164期,民國90年7月。
【11】董光天,2005,電磁干擾防制與量測,全華科技圖書股份有限公司。
【12】廖秋峰、詹益松,「ESD消除及EMI屏蔽材料」,工業材料,161期,2000,第163-176頁。
【13】蔡秋藤,「電磁干擾之接地屏蔽與濾波設計」,新竹:工業出版社,1990,第1-25頁。
【14】陳柏宏編譯,「電磁干擾與防止對策」,文笙書局
【15】天笠啟祐,1997,電磁波的夢饜,創意力文化事業有限公司。
【16】卓聖鵬編譯,EMC的基礎與實踐,台北:全華,1998,第7-1至7-6頁。
【17】莊東漢,防電磁波干擾材料技術,電子月刊,第五卷,第六期,1999,第168-178頁。
【18】郭銀景、呂文紅、唐富華、楊陽,2004,電磁兼容原理與應用。
【19】劉世榮,1999,塑膠加工學,滄海書局。
【20】陳立新、焦劍、藍立文,2004,功能塑料,材料科學與工程出版中心。
【21】趙敏、高俊剛、刑奎林、趙興藝,2002,改姓聚丙烯新材料,化學工業出版社。
【22】倪瑞銘,「導電高分子市場與技術發展現況」,化工資訊,第六卷,第六期1992,第28-33頁
【23】邱顯堂,導電塑膠的材料設計與評估,塑膠資訊,1996,No.8,pp.1-14
【24】謝宗燕,導電性聚氨基甲酯製品電氣性質與機械性質之研究,碩士論文,國立台北科技大學有機高分子研究所,台北
【25】宮本武明、本宮達也,2000,新纖維材料入門,中國紡織工業研究中心。
【26】孫長春,「淺論電磁波污染與防制」,黎明學報,第十四卷,第二期,2002,第17-25頁。
【27】Mamunya Ye.P., Davydenko V.V., Pissis. P., Lebedev E.V., “Electrical and thermal conductivity of polymers filled with metal powders”, Journal of European Polymer Journal, vol.38, 2002, pp. 1887-1897.
【28】Novak. I., Krupa. I., Chodak. I., “Investigation of the correlation between electrical conductivity and elongation at break in polyurethane-based adhesives”, Journal of Synthetic Metals, vol.131, 2002, pp. 93-98.
【29】清水康敬,「電磁波干擾材料與電磁波吸收材料」,日本工業材料,第26-29頁。
【30】Xiaopiang Shui, D.D.L Chung, “Nickel Filament Polymer-Matrix Composites with Surface Impedance and High Electromagnetic Interference Shielding Effectiveness”, Electronic Materials, 1997, 26, pp.928-934
【31】Xiaoyi Liang, Licheng Ling, Chunxiang Lu, Lang Liu, “Resistivity of carbon fiber/ABS resin composites”, Materials Letter, 2000, 43, pp.144-147.
【32】王慶斌、劉萍、尤利文、林嘯天,1999,電磁干擾與電磁兼容技術,機械工業出版社。
【33】Schelkunoff, S. A., Friis, H. T., “Antennas Theory and Partice, New York: John Wiley&Sons, 1952.
【34】滕旭、胡志昂,「電子系統干擾實用技術」,北京,國防工業,2004
【35】王彚中、馬振基,「EMI/RFI遮蔽用導電性高分子複合材料」,塑膠資訊,No.33,1999,第1-14頁。
【36】彭秉輝,導電性複合材料於射出成型之EMI屏蔽效應研究,碩士論文,私立中原大學機械工程學系,桃園,2002。
【37】Richard B.Schulz, V.C. Plantz, D.R. Brush, “Shielding Theory and Practice”, IEEE TRANSACTION ON ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY, Vol.30, NO.3 1988
【38】林建中,「高分子加工學」,文京圖書,1999。
【39】劉大佼,「高分子加工原理與應用」,揚智文化事業股份有限公司,1997
【40】張宏祥、王為,「電鍍工藝學」,天津科學技術出版社,2002。
【41】安茂忠,「電鍍理論與技術」,哈爾濱工業大學出版社,2004
【42】王裕淵,「鏡面加工之無電電鍍鎳技術」,機械工業雜誌,249期,12月號,2003,第224-231頁。
【43】莊萬發,無電解鍍金-化學鍍金技術,1996,富漢出版社。
【44】黃飛雄,「無電鍍鎳特性與應用」,工業技術,85期,1981,第21-28頁。

【45】劉惠玉,陳東,唐芳京,凌慧,任湘菱,「化學鍍法製備銀殼聚苯乙烯微球」,物理化學學報,22(5),2006,pp.644-648。
【46】G. O. Mallory, J. B. Hajdu, “Electroless Plating: Fundamentals and Applications”, AESF, Orlando, Florida, USA, 1990, Chap1.
【47】G. O. Gawrilov, “Chemical (Electroless) Nickel-Plating”, Portcullis Press Limlted, Redhill, Surrey, 1979, Chap1.
【48】許士龍,2,2''-聯吡啶對化學銅析鍍的影響,碩士論文,國立台北科技大學,台北,2004。
【49】柯文淞、余寄仲,「鐵氧磁體電磁波吸收材料」,中華民國磁性技術協會會訊,第三十一期,2002,第4-10頁
【50】邱首凱,塑膠複合材料對電磁波屏蔽效應之研究,碩士論文,國立中山大學,高雄,2001。
【51】劉文海,「鈦製筆記型電腦外殼」,金屬工業研究發展中心,2000。
連結至畢業學校之論文網頁點我開啟連結
註: 此連結為研究生畢業學校所提供,不一定有電子全文可供下載,若連結有誤,請點選上方之〝勘誤回報〞功能,我們會盡快修正,謝謝!
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top