随着通信技术的发展，设备的集成度越来越高，系统内部的电磁兼容性也相应升级。尤其是在5G技术加快普及的当下，电磁干扰和辐射泄露成为了亟待解决的难题。

为解决这些问题，一般会采用电磁屏蔽材料进行屏蔽。目前应用较多的电磁屏蔽器件有导电塑料器件、导电硅胶、金属屏蔽器件、导电布衬垫、吸波器件等。

今天我们就来看看，导电塑料在这一领域是如何发挥作用的。

01 电磁屏蔽原理

要了解导电塑料，就必须了解下游应用所用到的原理。所谓电磁屏蔽EMC，就是针对电磁干扰EMI现象的反制手段，本质上是对于干扰源发出的电磁波进行反射和吸收。

目前主要是通过材料对于电磁能流进行反射和引导，在设备或环境内部产生与干扰源电磁场相反的电流和磁场，从而减弱电磁场的辐射效应。

电磁屏蔽的效果与屏蔽结构的表面、屏蔽体内部产生的电荷、电流以及极化现场有着密切关联。

各种金属材料仍然是目前使用最广泛的电磁屏蔽材料，主要原理是通过反射损耗（几乎没有吸收损耗）。

但由于5G的推进，各行业对于轻量化、小型化、定制化的需求越来越高，金属电磁屏蔽材料能耗高、屏蔽性能固定、重量大、密度大、易腐蚀、成型加工性能较差等缺点显露出来，所以目前逐渐被新型的电磁屏蔽塑料（导电塑料）所替代。

02 什么是导电塑料？

按常识来说，塑料是一种绝缘体。但各类全新助剂填料的出现，诸如碳纤维、金属纤维、镀镍石墨等等，使得塑料也可成为一种导体。

一般来说，用表面电阻率来体现材料的导电性能，按照表面电阻率的差异，塑料可以分为以下几类：

其中表面电阻率在105以下的即为导电级塑料，101-103的高电导率材料具有对电磁波吸收损耗、减弱电磁辐射效果的作用，可用于电磁屏蔽选材。今天我们主要来看在5G背景下的电磁屏蔽等相关应用。

03 导电塑料分类及电磁屏蔽性能

除了通过导电性能以外，还可以按照制作方法分为结构型导电塑料和复合型导电塑料：

结构型导电塑料
是指高聚物本身具有导电性或经过化学改性后具有导电性的塑料，能发挥自身化学结构的作用，使其本质上能够导电，再通过化学方法进行掺杂以增长其导电性。

复合型导电塑料
是指经物理改性后具有导电性的塑料，一般是将导电性物质如炭黑、碳纤维、石墨、金属粉末、金属纤维等掺混于树脂中制成。目前90%的导电塑料都属于复合型，其应用广泛。

镀镍碳纤维丝
选择不同的塑料基体与甚至与不同比例的导电物质结合，其带来的电磁屏蔽性能也不一样。导电塑料作为屏蔽材料可根据产品的厚度来调节屏蔽效能，其屏蔽效能在30-90dB之间。

04 铝合金VS导电塑料5大性能对比

蔽能效
任何EMI屏蔽的总屏蔽效能都等于反射和吸收损耗之和。传统铝合金或镁合金的EMI屏蔽主要通过反射来实现，但就EMI屏蔽效果而言，吸收屏蔽增强比反射损耗降低更好，而金属类材料的渗透性很小或者是几乎没有。

而导电塑料的屏蔽效能可在30-90dB之间调节，且可用产品的厚度来调节屏蔽效能，此类产品属热塑性塑料既有导电性，又有顺磁性，其EMI屏蔽级别超过规定的表面导电率测试性能。导电塑料产品的镍、石墨和碳素纤维成分本身都具有损耗属性。

导电率、渗透性、厚度和频率越大，吸收所产生的衰减也越大。导电率越大，频率越低，反射损耗就越大。其渗透性远远超过常用EMI屏蔽材料。

耐腐蚀性
导电塑料常以高性能工程塑料为基材，具有非常优异的可加工性，且生产能耗较低，最重要的是具有非常强的耐腐蚀性和耐化性，使其成为恶劣环境下，尤其是户外应用的理想选择。

实验数据表明，经过360小时的盐雾曝光（5%NaCl溶液、35℃、95%相对湿度），材料的电磁屏蔽有效性未发生任何变化。

其中采用高稳定性的镀镍碳纤维和镀镍石墨粉本身就具有耐腐蚀性的直接结果。而这是普通金属材料所无法达到的效果。

如今导电塑料屏蔽罩也不再需要进行昂贵的喷漆或电镀二次加工处理，就能实现在恶劣环境中的稳定性。

轻量化
导电塑料产品最重的情况下，其质量也不到常用金属零件的四分之一，且密度也更小。轻量化加上能够薄壁成型，使得零件的整体质量平均能够减少75%左右。

图片来源：飞荣达导电塑料
但要注意的是，由于密度大幅降低，材料的壁厚还是需要大于冲弯不锈钢金属零件。不过即便如此，重量也可以比不锈钢零件轻50%左右。

成本&生产能耗比较
导电塑料虽然具有诸多优势，但其原料价格昂贵的劣势还是比较明显。对于相同体积的零部件来说，铝合金原料成本更低。

但从整体加工流程来看，铝合金加工工艺更为复杂，而塑料的加工工艺更为简便：

由此来看，导电塑料的设备要求会更低，且加工周期短、生产效率高。结合导电塑料的加工性能而言，在同等应用需求下，当零部件形状较为简单时，铝合金稍占价格优势；而零部件形状较为复杂时，导电塑料的加工成本要比铝合金更低。

此外，从生产能耗来看，诸如PC/ABS等工程塑料在生产时的能耗（包括原材料）均远低于铝合金材料的能耗。而这在当前碳中和大行其道的背景下，意义不言自明。

可设计
在30-1680MHz范围内，导电塑料的屏蔽性能是比不上铝合金材料的。但注意，后者的屏蔽性能如同我们上文所说，是固定的，因而不具有可设计性。

例如，在低频范围内铝合金的屏蔽性能达不到设计要求，而导电塑料可通过掺入特殊组分对组成进行调配，可在各个频段对其屏蔽性能进行调节，从而具备高于铝合金的可设计性，以满足不同应用领域的不同需求。

05 生产工艺

如同上文表格中显示，导电塑料的生产工艺和普通塑料没有太大区别，一般都采用注塑工艺一次成型，故不需要机加、电镀、喷漆等复杂的二次工艺，大大降低了加工成本。

但是，在生产复合型导电塑料的过程中，为了使导电填料在基体中更好地形成导电网络，提供导电性能，一定要注意注塑过程中的剪切问题。

一般来说，高剪切不利于导电填料形成导电网络。此外，注塑的速度、压力、熔体温度、背压等因素都会影响剪切力的大小。

注塑速度

剪切力（速率）和注塑速度成正比关系，注塑速度越高，越不利于形成导电网络。

注塑压力

在开环注塑机上，注塑压力越大往往注射速度也越快，因此其影响类似于增加注射速度。

在闭环控制机器上，速度控制更为精密，只有在注塑压力高于最大阻力时再增加则速度/剪切力不会增加，相似于射速，注塑压力越高，越不利于导电网络形成。

熔体温度

一般情况下，增加熔体温度则熔体黏度会降低，在相同的注塑速度下，剪切力会降低。

因此溶体温度越高，更有利于在低剪切的速率下确保树脂的填充，如此将越有利于导电网络的形成。

背压

大的背压会在熔胶时产生更高的剪切，对纤维类导电填充物有一定的破坏，不利于形成导电网络；对于在共混中分散不好的材料或导电粒子团聚过大时更大背压有改善作用。

背压的选择需要慎重，对于通常的选择，我们需要从低背压开始，当观测到产生团聚的产品，高背压才会起到有利作用。

模温

模具温度低时，表层的冷却速度更快，导电粒子更容易被固定在表层，因此表层的电阻会降低，而低模温下冷冻层会变厚，芯层的剪切力会增加，此时芯部的电阻会增大。

如果产品的检验需要用到这种接触式表面电阻设备，则需要更多导电填充物在表面可以被接触，所以低模温是更好的选择。

浇口尺寸

浇口处的剪切会增大，严重时会撕裂导电填料之间的联系，破坏导电网络，导致体积电阻增大。

对于纤维类导电填料，高剪切还会造成纤维长度变短，不利于形成导电网络；浇口尺寸越大，越有利于导电网络的形成。

产品厚度

产品厚度越小，越容易产生高剪切；这里类似于浇口：产品厚度越大，越有利于导电网络的形成。

总结来说，如果想要高效提升注塑件的导电性能，就要往高料温、低射速、低模温、低注塑压力、大浇口以及厚壁产品这些方向走。

06 导电塑料应用案例

通信基站悬挂结构件
导电塑料由于密度小，仅为常用金属的25%，且重量较轻、机械强度较高，所以在通信基站发射塔上的悬挂结构上具有一定的应用优势。此外，也是金属压铸基站壳体的优质替代方案。

毫米波雷达
毫米波雷达是汽车ADAS不可或缺的核心传感器。当下市场也越来越关注汽车毫米波雷达的搭载数量，毫米波雷达中在天线罩和射频前端之间就会用到电磁屏蔽材料。

除此之外，雷达的后盖底板也会要求具有EMI电磁屏蔽性能的材料，且同时需要能够一定程度上耐受化学品攻击。

电源盖板
目前通信设备上的电源系统的电源盖板还是以铝压铸件为主，而铝压铸件存在的主要问题是：质量重、成本偏高、不易加工，屏蔽效能不可调等。采用导电塑料的替代金属材料就可以避免这些问题，满足市场更高的需求。

屏蔽腔
这是电磁屏蔽材料的重要应用领域。目前通信设备上的屏蔽腔大多采用铝合金压铸件，但如同上文所言：压铸件密度大，易腐蚀，成型性差这些问题难以解决；

采用普通塑料电镀的话，也会出现长期使用过程中，镀层脱落、产品失效的问题。

所以导电塑料制一体化屏蔽腔成为了全新的应用解决方案。组装便捷，且产品可靠性相较于第二种方案更高，能应用于更宽泛的工况，且在屏蔽性能满足要求的同时，大大降低成本。

除了上述应用，还有包括通信假面板、连接器、光纤护套、导光盒以及军工产品等等。

来源：功能高分子及助剂