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      电子产品外壳的材质和工艺分析

      发布时间:2021-11-05

      这种名为Tepex的复合材料是一种半成品板材(有机板材),也用于汽车工业的轻量化结构件。其基体由聚酰胺6(PA6)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、热塑性聚氨酯(TPU)或其他热塑性塑料组成,通常由高强度玻璃纤维或碳纤维连续纤维织物、长纤维毡或羊毛增强。纤维完全浸入基体树脂中,几乎没有气泡(完全增强)。因此,所有载荷都通过基体树脂从一根长纤维传递到下一根长纤维。通常,织物纤维彼此成直角排列,并在两个方向上均匀(平衡)分布。通常也使用经纱强度高的织物,而且大部分纤维都是单向的。因此,相应半成品的特性,如刚度、强度和热膨胀,都取决于方向。


      同时,混合成型工艺是加工半成品的首选方法。该过程从半成品预切件开始,这意味着组件的最终形状。在被加热到基体的熔化温度以上之后,预切件被放置在开放式注射模具的半模之间。关闭模具并使预切件成型。同时,短纤维增强型基体塑料用于背面成型或包覆成型。与嵌入式成型相反,热成型和注射成型不是单独的工艺步骤,而是在一个加工步骤中进行,没有单独的成型模具。由于减少了加工步骤的数量,降低了投资成本和加工周期,所以这个过程非常高效。半成品Tepex预切件的另一个优点是其性能已经形成。因此,不需要在模具中固结,固结对于热塑性塑料在经济上是不可行的。


      嵌件在单独的烘箱中加热,并以塑化状态转移到开放式注射模具中。在这个步骤中,没有横向增强的连续纤维单向带的半成品件是不利的,因为当模具合模时,材料会分离,因此纤维更容易被切割(所谓的模具滑动)。对于织物增强的半成品件,多网格经纱和纬纱具有横向增强功能,大大简化了塑化状态下嵌件的加工。


      表面要求高的脱模零件

      消费电子产品,特别是信息技术产品的外壳部件必须具有光滑且通常有光泽的表面。半成品复合材料可以满足这些要求,前提是产品在配备有受控快速加热/冷却系统的混合模具中制造。因此,脱模表面几乎无需任何二次处理即可进行后续喷涂工艺。相比之下,同样可以用来生产平板电脑外壳的压铸金属,在喷涂前往往需要用填充物、打磨抛光,使表面光滑。除了花费更多的时间和精力,还会产生更多的浪费。与金属压铸相比,Tepex混合成型具有更低的能耗和二氧化碳排放。

      Tepex极其适合生产消费电子和IT产品外壳的另一个重要原因是,它可以用更薄的材料壁厚获得高抗变形性和高刚性。这两项性能明显高于注塑成型的热塑性塑料,复合材料的主要竞争对手是小家电外壳。当使用碳纤维增强材料时,其比弯曲刚度与压铸铝和镁相当,但其比弯曲强度明显更高。这些特性发挥了重要作用,使得智能手机和其他智能手机的外壳零件很薄和轻,但同时又较坚固,从而表现出很高的抗变形能力,确保电子设备部件(如显示器、电路板和充电电池)得到很好的保护。刚度是这类设备制造商的一个重要标准,在成品零件的综合系统试验和受力变形试验中得到验证。


      加强筋更容易生产

      如果壳体零件是混合成型,很容易通过注射成型获得加强筋。因为复合材料的基体与注射成型材料相同,所以可以在加强筋和壳体之间实现很强的分子结合。除了复合材料本身的特定刚度外,通过结构设计(如球体或边缘)可以获得更高的刚度。

      Tepex在消费电子领域的首批应用包括Research  in  Motion(RIM)的智能手机外壳。可以设计出比传统注塑外壳更坚固、轻薄的产品。新外壳采用TPU基复合材料半成品和嵌入式成型工艺制成。它的外观采用了很醒目的元素,即染色玻纤织物有规律地排列在复合材料中,并涂上透明涂料,突出这种视觉效果。

      Tepex还被用作镁压铸件的替代品,并用于戴尔商用笔记本顶盖的大规模生产。其含有以PC为基体、碳纤维和玻璃纤维织物增强的半成品复合材料。除了高刚性、重量轻等优点之外,镁被复合材料替代的原因还在于其更高的能效、更安全的加工和优异的部件表面加工质量。

      特别苛刻的是阻燃性能:由于处理器的高能量密度,考虑到相应产生的热量,使用的半成品复合材料必须通过UL 94 V0阻燃测试。因此,人们开发了无卤阻燃剂的概念,它不影响纤维的润湿性和附着力,因此不会破坏复合材料的机械性能,肉眼可见的平纹碳纤维织物带来诱人的外观效果。

      笔记本电脑外壳是混合成型工艺的首批系列应用之一,具有快速加热/冷却温度控制系统。

      这些应用突出了注塑工艺集成功能的广泛应用范围,如用于加强筋、固定件和导轨。可以保证良好信号传输的无碳天线窗口也可以通过注塑工艺集成。


      首款碳纤维智能手机

      消费电子和信息技术领域的功能集成趋势仍在继续。以前,由于碳纤维的电磁屏蔽和由此产生的无线电信号阻塞,人们认为不可能生产带有碳纤维外壳的网络设备。然而,通过使用Carbon  Mobile的HyRECM(混合无线电复合材料)技术,碳纤维和相关的复合材料以某种方式结合在一起,从而无线电信号可以通过合成的化合物。碳纤维外壳内还集成了可辅助天线功能的导电3D印刷电路板。

      外壳采用以TPU为基体的半成品复合材料制成。它的单一外壳结构类似于一级方程式赛车的轴承底盘。这种一体化设计充分利用了碳复合材料的刚度。这款智能手机仅重125克,比传统手机轻1/3左右,厚度只有6.3 mm,比传统手机薄25%。消费电子和信息技术行业对可持续材料的需求也在增加。其目的是减少废品,从使用寿命过期的部件中回收资源。作为一种纯热塑性系统材料,从材料闭环循环的意义上来说,Tepex有机板材可以很容易地回收。在适当的条件下,切碎的废料,无论是单一的还是与未增强或短纤维增强的复合材料混合的,都可以通过常规的注射成型和挤出设备毫无问题地进行加工。回收产品的强度、刚度和韧性等机械性能与相应纤维含量的传统短纤维增强塑料相同。

      不久前推出的Tepex半成品复合材料的基体材料中,有一半是从废旧水瓶中回收的PC材料。这种复合材料的目标用途是比短碳纤维或玻璃纤维增强的注射成型材料要求更高的应用。另一种可持续性的材料是亚麻纤维织物和生物材料相结合的复合材料。这些完全由可再生材料制成的半成品具有吸引人的生物碳外观和感觉。

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