CN103625041B - 一种复合外壳及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合外壳，所述复合外壳包括基材和位于基材表面的哑光层；所述基材由纤维干布与透明热塑性PA薄膜热压而成，所述哑光层为透明TPU层。本发明还提供了所述复合外壳的制备方法。本发明提供的复合外壳中，所述基材由纤维干布与透明热塑性PA薄膜热压而成，无需固化过程，使得工艺周期大大缩短，生产成本大大降低；同时，由于哑光层与预浸过程同时进行，不存在产品二次转移，即一步热压成型可同时实现纤维干布的预浸和哑光层的形成，产品良率高达90%以上。

Description

一种复合外壳及其制备方法

技术领域

本发明属于外壳成型领域，尤其涉及一种复合外壳及其制备方法。

背景技术

复合材料，如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等纤维编织的布状材料，因其具有高模量、高比强度等物理性能特点，可以实现超薄厚度同时兼具强度的成型件，因此目前已被广泛应用到手机、笔记本等电子产品的外壳结构件或外壳装饰件中。目前，该类复合材料外壳，多是采用热固性树脂预浸纤维布后热固化成型制备得到，即先用热固性树脂（例如环氧树脂、酚醛树脂、不饱和树脂）涂覆于纤维干布上，待干布浸透树脂后，将该预浸干布整体放置于成型模腔里，然后对模具进行加热加压以固化成型，形成具有一定形状的外壳，最后对外壳表面喷涂丙烯酸酯油漆，形成高光层/哑光层。

上述的复合材料外壳的成型工法，具有以下缺点：（1）成型工艺流程较长，这是由于存在预浸、固化、喷涂等多个步骤，导致较长的产品成型周期；（2）预浸树脂体系为热固性树脂，固化成型时间长，一般需要20min，加上冷却定型时间5min，成型周期至少需要25min，大幅增加了生产成本；（3）喷涂油漆形成哑光层为二次加工，需转移产品到喷房，无法避免接触灰尘颗粒，使得喷涂良率低，特别是哑光良率低，一般只能达到75%左右。

发明内容

本发明解决了现有技术中存在的复合材料外壳存在的成型周期长、生成成本高且产品良率低的技术问题。

本发明提供了一种复合外壳，所述复合外壳包括基材和位于基材表面的哑光层；所述基材由纤维干布与透明热塑性PA（聚酰胺）薄膜热压而成，所述哑光层为透明TPU（热塑性聚氨酯弹性体）层。

本发明还提供了一种所述复合外壳的制备方法，包括以下步骤：

S1、在纤维干布上下表面各覆盖一层透明热塑性PA薄膜；

S2、在上表面的透明热塑性PA薄膜表面再覆盖一层透明TPU薄膜；

S3、将S2得到的整体在230-250℃进行热压成型，冷却后得到所述复合外壳。

本发明提供的复合外壳中，所述基材由纤维干布与透明热塑性PA薄膜热压而成，无需固化过程，使得工艺周期大大缩短，生产成本大大降低；同时，由于哑光层与预浸过程同时进行，不存在产品二次转移，即一步热压成型可同时实现纤维干布的预浸和哑光层的形成，产品良率高达90%以上。

附图说明

图1是本发明提供的复合外壳的制备方法的工艺流程图。

图2是本发明实施例1中纤维干布与热塑性树脂薄膜的铺层结构示意图。

图3是本发明实施例2中纤维干布与热塑性树脂薄膜的铺层结构示意图。

图中，1-纤维干布，2——透明热塑性PA薄膜，3——透明TPU薄膜。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种复合外壳，所述复合外壳包括基材和位于基材表面的哑光层；所述基材由纤维干布与透明热塑性PA薄膜热压而成，所述哑光层为透明TPU层。

本发明中，所述纤维干布为现有技术中复合材料常用的各种纤维干布，例如，所述纤维干布所采用的纤维选自碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维中的任意一种，但不局限于此。更优选情况下，所述纤维干布的克重为220-240g/m²，厚度为0.24-0.26mm。所述纤维干布的编织纹路可以为平纹或斜纹，本发明没有特殊限定。优选情况下，本发明中，所述纤维干布可直接采用商购产品，例如当所述复合外壳用于移动电话的外壳时，鉴于其电磁屏蔽、干扰以及抗跌落冲击性能等问题，可以优选采用TeijinTwaronD22261610dtex和TeijinTechnoraT240B1670dtex，但不局限于此。

所述热塑性PA（又称尼龙）薄膜可采用现有技术中常用的热塑性PA树脂固化薄膜。优选情况下，热塑性PA薄膜的厚度为0.1-0.15mm。考虑到热塑性树脂与纤维干布熔合后的透明度及吸湿性问题，本发明中，优选情况下，所述热塑性PA薄膜优选采用PA12，例如可以采用EVONIK的RS6048，其厚度为0.125mm，但不局限于此。

本发明中，所述基材的厚度可根据复合外壳的具体应用领域而进行适当选择，而哑光层的厚度无需过大，只要能使复合外壳表面呈现哑光效果即可。优选情况下，所述基材的厚度为0.3-0.6mm，所述哑光层的厚度为0.1-0.12mm。

本发明还提供了一种所述复合外壳的制备方法，其工艺流程图如图1所示，具体包括以下步骤：

S1、在纤维干布上下表面各覆盖一层透明热塑性PA薄膜；

S2、在上表面的透明热塑性PA薄膜表面再覆盖一层透明TPU薄膜；

S3、将S2得到的整体在230-250℃进行热压成型，冷却后得到所述复合外壳。

本发明提供的复合外壳中，所述基材由纤维干布与透明热塑性PA薄膜热压而成，无需固化过程，使得工艺周期大大缩短，生产成本大大降低；同时，由于哑光层与预浸过程同时进行，不存在产品二次转移，即一步热压成型可同时实现纤维干布的预浸和哑光层的形成，产品良率高达90%以上。

其中，纤维干布和热塑性PA薄膜如前所述，此处不再赘述。

所述透明TPU薄膜与纤维干布、透明热塑性PA薄膜一起进行热压成型，最后覆盖于基材表面，形成所述哑光层。因此，所采用的透明TPU薄膜的厚度可根据哑光层的厚度进行适当选择。如前所述，所述哑光层的厚度优选为0.1-0.12mm，因此所述透明TPU薄膜的厚度优选为0.1-0.15mm。本发明中，所述透明TPU薄膜可直接采用商购产品，由于所述TPU薄膜为表面层，可优选采用具有表面磨砂效果的TPU薄膜，例如可采用Sheedom的DUS605，其厚度0.125mm。

如前所述，所述基材由纤维干布与透明热塑性PA薄膜热压后熔合形成。因此，基材的厚度可通过纤维干布、热塑性PA薄膜的厚度进行控制。当基材的厚度无需过大时，直接将一层纤维干布的上下表面覆盖热塑性PA薄膜，后续热压即可。而当基材的所需厚度较大时，则需多层纤维干布与热塑性PA薄膜胶体层叠并热压形成。因此，本发明中，步骤S1之后、S2之前还包括以下步骤S12：在其中一个表面的透明热塑性PA薄膜上继续覆盖纤维干布，然后在该层纤维干布表面再覆盖一层透明热塑性PA薄膜，并重复以上依次覆盖纤维干布、透明热塑性PA薄膜至达到基材所需厚度。

根据本发明提供的方法，最后对层叠后的整体进行一次热压成型即可得到表面具有哑光层的基材，最后裁切至合适尺寸即可。所述裁切可通过CNC、激光切割等处理，本发明没有特殊限定。

所述热压成型的温度与所采用的热塑性树脂密切相关。具体地，本发明中，纤维干布表面采用的热塑性树脂包括热塑性PA薄膜和热塑性TPU薄膜，在热压过程中为保证热塑性PA薄膜熔融并渗透入纤维干布内形成基材、而TPU层则覆盖于基材表面，因此热压成型的温度需达到热塑性PA树脂得到软化温度，因此，本发明中，热压成型的温度为230-250℃。

优选情况下，步骤S3中，热压压力为1.5-3MPa，热压时间为1-2min。

为尽量避免在热压成型合模受压过程中发生纤维滑移，作为本发明的一种优选实施方式，所述热压成型采用分段加压方式，同时有利于排出模腔中的空气。更优选情况下，所述分段加压方式包括三段，其中第一段压力为1.5MPa，第二段压力为2MPa，第三段压力为3MPa。其中，第一段压力、和第二段压力下无需保留较长时间，主要热压过程在第三段压力下完成。因此，更优选情况下，第一段压力下的保压时间为1-2s，第二段压力下的保压时间为1-2s。

热压成型完成后，冷却即可得到所述复合外壳。所述冷却可通过往模具水路中通入冻水，使模具温度在3min内从160℃降温至60℃，以充分适当热压成型过程中复合外壳所积聚的内应力。

实施例1

（1）铺层

纤维干布1：芳纶纤维干布TeijinTwaronD22261610dtex，其编织密度为7*7yarn/cm²,干布克重为230g/m²，厚度为0.25mm；

透明热塑性PA薄膜2：PA12（型号为EVONIK的RS6048），厚度0.125mm；

透明热塑性TPU薄膜3：Sheedom的DUS605，厚度0.125mm；

如图2所示，在纤维干布1的上下表面各覆盖一层透明热塑性PA薄膜2，然后在上表面的透明热塑性PA薄膜2表面再覆盖一层透明热塑性TPU薄膜3，得到铺层整体，然后将铺层整体放入热压成型设备的模腔内。

（2）热压成型、冷却

热压成型的工艺参数如表1所示：

表1

热压成型完后，停止对模具加热，并往模具水路中通入冻水，3min内使模具温度从160℃降到60℃，开模后取出产品，CNC修整法兰边，得到本实施例的复合外壳S1，其三维尺寸长×宽×高为125×65×9mm，总厚度为0.4mm，可用作移动电话的背面外壳。

实施例2

采用与实施例1相同的步骤，制备本实施例的复合外壳S2，不同之处在于：

步骤（1）中，如图3所示，在纤维干布1的上下表面各覆盖一层透明热塑性PA薄膜2，然后在上表面的透明热塑性PA薄膜2表面再依次覆盖纤维干布1、透明热塑性PA薄膜2、纤维干布1和透明热塑性PA薄膜2，最后在最表面的透明热塑性PA薄膜2表面覆盖一层透明热塑性TPU薄膜3，得到本实施例的铺层整体，然后将该铺层整体放入热压成型设备的模腔内。

通过上述步骤，得到本实施例的复合外壳S2，其三维尺寸长×宽×高为215×145×8.5mm，总厚度为0.7mm，可用作平板电脑的背面外壳。

对比例1

将芳纶纤维干布TeijinTwaronD22261610dtex浸渍于环氧树脂中，待纤维干布浸透树脂后，将其转入成型模腔中进行热压固化成型，得到与实施例1复合外壳S1形状相同的外壳，然后在该外壳表面喷涂丙烯酸树脂形成哑光层，得到本对比例的复合外壳DS1。

性能测试

1、记录实施例1-2和对比例1的工艺周期，该工艺周期指从热压成型至冷却得到产品的总时间；

2、记录实施例1-2和对比例1批量生产的良品率。

测试结果如表2所示。

表2

。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种复合外壳，其特征在于，所述复合外壳包括基材和位于基材表面的哑光层；所述复合外壳通过在纤维干布上下表面各覆盖一层透明热塑性PA薄膜；在上表面的透明热塑性PA薄膜表面再覆盖一层透明TPU薄膜后进行热压而成，所述哑光层为透明TPU层。

2.根据权利要求1所述的复合外壳，其特征在于，所述纤维干布所采用的纤维选自碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维中的任意一种。

3.根据权利要求1或2所述的复合外壳，其特征在于，所述纤维干布的克重为220-240g/m²，厚度为0.24-0.26mm。

4.根据权利要求1或2所述的复合外壳，其特征在于，所述基材的厚度为0.3-0.6mm，所述哑光层的厚度为0.1-0.12mm。

5.权利要求1所述的复合外壳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在纤维干布上下表面各覆盖一层透明热塑性PA薄膜；

S2、在上表面的透明热塑性PA薄膜表面再覆盖一层透明TPU薄膜；

S3、将S2得到的整体在230-250℃进行热压成型，冷却后得到所述复合外壳。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述纤维干布所采用的纤维选自碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维中的任意一种。

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述纤维干布的克重为220-240g/m²，厚度为0.24-0.26mm。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，S1中热塑性PA薄膜的厚度为0.1-0.15mm，S2中TPU薄膜的厚度为0.1-0.15mm。

9.根据权利要求5或8所述的制备方法，其特征在于，步骤S1之后、S2之前还包括以下步骤S12：在其中一个表面的透明热塑性PA薄膜上继续覆盖纤维干布，然后在该层纤维干布表面再覆盖一层透明热塑性PA薄膜，并重复以上依次覆盖纤维干布、透明热塑性PA薄膜至达到基材所需厚度。

10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，热压压力为1.5-3MPa，热压时间为1-2min。

11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述热压成型采用分段加压模式，其中第一段压力为1.5MPa，第二段压力为2MPa，第三段压力为3MPa。

12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，第一段压力下的保压时间为1-2s，第二段压力下的保压时间为1-2s。