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電子產品外殼的材質和工藝分析

發布時間:2021-11-05

這種名為Tepex的復合材料是一種半成品板材(有機板材),也用于汽車工業的輕量化結構件。其基體由聚酰胺6(PA6)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、熱塑性聚氨酯(TPU)或其他熱塑性塑料組成,通常由高強度玻璃纖維或碳纖維連續纖維織物、長纖維氈或羊毛增強。纖維完全浸入基體樹脂中,幾乎沒有氣泡(完全增強)。因此,所有載荷都通過基體樹脂從一根長纖維傳遞到下一根長纖維。通常,織物纖維彼此成直角排列,并在兩個方向上均勻(平衡)分布。通常也使用經紗強度高的織物,而且大部分纖維都是單向的。因此,相應半成品的特性,如剛度、強度和熱膨脹,都取決于方向。


同時,混合成型工藝是加工半成品的首選方法。該過程從半成品預切件開始,這意味著組件的最終形狀。在被加熱到基體的熔化溫度以上之后,預切件被放置在開放式注射模具的半模之間。關閉模具并使預切件成型。同時,短纖維增強型基體塑料用于背面成型或包覆成型。與嵌入式成型相反,熱成型和注射成型不是單獨的工藝步驟,而是在一個加工步驟中進行,沒有單獨的成型模具。由于減少了加工步驟的數量,降低了投資成本和加工周期,所以這個過程非常高效。半成品Tepex預切件的另一個優點是其性能已經形成。因此,不需要在模具中固結,固結對于熱塑性塑料在經濟上是不可行的。


嵌件在單獨的烘箱中加熱,并以塑化狀態轉移到開放式注射模具中。在這個步驟中,沒有橫向增強的連續纖維單向帶的半成品件是不利的,因為當模具合模時,材料會分離,因此纖維更容易被切割(所謂的模具滑動)。對于織物增強的半成品件,多網格經紗和緯紗具有橫向增強功能,大大簡化了塑化狀態下嵌件的加工。


表面要求高的脫模零件

消費電子產品,特別是信息技術產品的外殼部件必須具有光滑且通常有光澤的表面。半成品復合材料可以滿足這些要求,前提是產品在配備有受控快速加熱/冷卻系統的混合模具中制造。因此,脫模表面幾乎無需任何二次處理即可進行后續噴涂工藝。相比之下,同樣可以用來生產平板電腦外殼的壓鑄金屬,在噴涂前往往需要用填充物、打磨拋光,使表面光滑。除了花費更多的時間和精力,還會產生更多的浪費。與金屬壓鑄相比,Tepex混合成型具有更低的能耗和二氧化碳排放。

Tepex極其適合生產消費電子和IT產品外殼的另一個重要原因是,它可以用更薄的材料壁厚獲得高抗變形性和高剛性。這兩項性能明顯高于注塑成型的熱塑性塑料,復合材料的主要競爭對手是小家電外殼。當使用碳纖維增強材料時,其比彎曲剛度與壓鑄鋁和鎂相當,但其比彎曲強度明顯更高。這些特性發揮了重要作用,使得智能手機和其他智能手機的外殼零件很薄和輕,但同時又較堅固,從而表現出很高的抗變形能力,確保電子設備部件(如顯示器、電路板和充電電池)得到很好的保護。剛度是這類設備制造商的一個重要標準,在成品零件的綜合系統試驗和受力變形試驗中得到驗證。


加強筋更容易生產

如果殼體零件是混合成型,很容易通過注射成型獲得加強筋。因為復合材料的基體與注射成型材料相同,所以可以在加強筋和殼體之間實現很強的分子結合。除了復合材料本身的特定剛度外,通過結構設計(如球體或邊緣)可以獲得更高的剛度。

Tepex在消費電子領域的首批應用包括Research  in  Motion(RIM)的智能手機外殼??梢栽O計出比傳統注塑外殼更堅固、輕薄的產品。新外殼采用TPU基復合材料半成品和嵌入式成型工藝制成。它的外觀采用了很醒目的元素,即染色玻纖織物有規律地排列在復合材料中,并涂上透明涂料,突出這種視覺效果。

Tepex還被用作鎂壓鑄件的替代品,并用于戴爾商用筆記本頂蓋的大規模生產。其含有以PC為基體、碳纖維和玻璃纖維織物增強的半成品復合材料。除了高剛性、重量輕等優點之外,鎂被復合材料替代的原因還在于其更高的能效、更安全的加工和優異的部件表面加工質量。

特別苛刻的是阻燃性能:由于處理器的高能量密度,考慮到相應產生的熱量,使用的半成品復合材料必須通過UL 94 V0阻燃測試。因此,人們開發了無鹵阻燃劑的概念,它不影響纖維的潤濕性和附著力,因此不會破壞復合材料的機械性能,肉眼可見的平紋碳纖維織物帶來誘人的外觀效果。

筆記本電腦外殼是混合成型工藝的首批系列應用之一,具有快速加熱/冷卻溫度控制系統。

這些應用突出了注塑工藝集成功能的廣泛應用范圍,如用于加強筋、固定件和導軌??梢员WC良好信號傳輸的無碳天線窗口也可以通過注塑工藝集成。


首款碳纖維智能手機

消費電子和信息技術領域的功能集成趨勢仍在繼續。以前,由于碳纖維的電磁屏蔽和由此產生的無線電信號阻塞,人們認為不可能生產帶有碳纖維外殼的網絡設備。然而,通過使用Carbon  Mobile的HyRECM(混合無線電復合材料)技術,碳纖維和相關的復合材料以某種方式結合在一起,從而無線電信號可以通過合成的化合物。碳纖維外殼內還集成了可輔助天線功能的導電3D印刷電路板。

外殼采用以TPU為基體的半成品復合材料制成。它的單一外殼結構類似于一級方程式賽車的軸承底盤。這種一體化設計充分利用了碳復合材料的剛度。這款智能手機僅重125克,比傳統手機輕1/3左右,厚度只有6.3 mm,比傳統手機薄25%。消費電子和信息技術行業對可持續材料的需求也在增加。其目的是減少廢品,從使用壽命過期的部件中回收資源。作為一種純熱塑性系統材料,從材料閉環循環的意義上來說,Tepex有機板材可以很容易地回收。在適當的條件下,切碎的廢料,無論是單一的還是與未增強或短纖維增強的復合材料混合的,都可以通過常規的注射成型和擠出設備毫無問題地進行加工?;厥债a品的強度、剛度和韌性等機械性能與相應纖維含量的傳統短纖維增強塑料相同。

不久前推出的Tepex半成品復合材料的基體材料中,有一半是從廢舊水瓶中回收的PC材料。這種復合材料的目標用途是比短碳纖維或玻璃纖維增強的注射成型材料要求更高的應用。另一種可持續性的材料是亞麻纖維織物和生物材料相結合的復合材料。這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觀和感覺。

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