CN106659015A - 一种电子产品框体一体成型结构件及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种电子产品框体一体成型结构件，包括由碳纤维片材制作成的碳纤维片材外框和由金属制作成的金属内框，所述碳纤维片材外框和所述金属内框通过注塑碳纤维树脂复合材料成型为一体。一种制作所述的电子产品框体一体成型结构件的制作方法，包括：制作碳纤维片材外框；制作成金属内框；将所述碳纤维片材外框和所述金属内框放入注塑模具，通过注塑碳纤维树脂复合材料使所述碳纤维片材外框和所述金属内框相结合成型为一体。采用本发明，可实现整机结构轻薄，强度高，质量轻，成型精度好，能以简单的工艺低成本高质量地实现框体复杂结构。

Description

一种电子产品框体一体成型结构件及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种电子产品框体一体成型结构件及其制作方法。
背景技术
随着手机、可穿戴产品、移动电子等3C电子产品(Computer、Communication、Consumer Electronics，计算机、通信和消费电子)轻薄化、时尚化、实用化的产品需求，现有的电子产品外壳越来越多的采用比铝合金材料更轻，强度比钢更高，导热性比塑胶更好的碳纤维材料，以满足产品厚度越来越薄，整机的强度越来越高，质量轻，耐高温且散快的需求。
为满足高强度需求，外壳部分一般采用比强度、比模量高于钢7倍以上的热压成型碳纤维编织布，但由于材料及热压工艺限制，只能制作成结为平面及弧面的片材，无法满足结构复杂的3C电子产品需求。
即使是对于结构简单的碳纤维产品，也需要多层热压缓慢成型，且受热压工艺限制，产品热压完后还需采用大量的CNC加工，在结构件上加工出无法热压成型的产品结构，使材料成本本来就高的碳纤维产品价格更加昂贵。
碳纤维材料虽然轻便且强度高，比重只有钢的1/4，但同时也导致了其韧性及耐冲击性相对较差，在日常使用时因受外力挤压、强力撞击、弯曲等变形量过大状况，导致昂贵的碳纤维产品易断裂，开裂或损坏。
随着手机轻薄化的发展，越来越多的采用金属材料作为内部的结构支撑，但由于塑胶与金属的热膨胀系数及收缩率不一致，金属与塑胶一体成型后存在较大变形，导致现有手机结构不得不主体使用金属而局部使用塑胶，虽然手机厚度降低，强度增加，但重量也相应增加，导致手机外壳及屏幕更容易摔伤。
因此需要一种工艺简单并实现电子产品复杂结构，整机强度高，质量轻，抗摔伤，防碎屏的3C电子产品外壳结构，同时制作工艺简单，制造成本低且适合大规模量产的碳纤维外壳制作工艺，满足3C电子产品结构件轻薄时尚且实用化的发展趋势。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种电子产品框体一体成型结构件及其制作方法，实现整机结构轻薄，强度高，质量轻，成型精度好，能以简单的工艺低成本高质量地实现框体复杂结构。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种电子产品框体一体成型结构件，包括由碳纤维片材制作成的碳纤维片材外框和由金属制作成的金属内框，所述碳纤维片材外框和所述金属内框通过注塑碳纤维树脂复合材料成型为一体。
进一步地：
所述碳纤维片材为多张单层碳纤维布与树脂浸润叠加后通过热压制成的。
所述碳纤维片材热压固化成型为圆筒形，所述碳纤维片材外框为圆筒形的所述碳纤维片材切割形成的环状碳纤维基材。
所述碳纤维片材外框的内侧壁具有用于加强与所述碳纤维树脂复合材料结合的拉胶结构，所述拉胶结构包括外凸结构和/或内凹结构，优选地，所述拉胶结构包括为T型的突起和/或凹槽。
所述金属内框为铝合金或不锈钢或钛合金或镁合金的内框，优选地，所述金属内框通过压铸、浇铸、锻压、冲压、冲切、CNC加工中的一种或多种加工方式制成。
所述金属内框的外侧壁具有用于加强与所述碳纤维树脂复合材料结合的拉胶结构，所述拉胶结构包括外凸结构和/或内凹结构。
所述碳纤维片材外框和所述金属内框的表面经处理，以形成有用于加强与所述碳纤维树脂复合材料结合的微孔，或增加底涂粘结剂。
所述碳纤维片材外框的厚度为0.3～5.5mm，所述碳纤维树脂复合材料形成的中间注塑结构的平均厚度0.4～2.5mm，优选地，所述碳纤维树脂复合材料为包含聚邻苯二甲酰胺和碳纤维的复合材料。
所述碳纤维树脂复合材料的至少一部分还注塑成型为电子产品内部的装配构件，优选地，所述装配构件包括扣位、筋位、固定位、支撑位中的一种或多种。
一种制作所述的电子产品框体一体成型结构件的制作方法，包括：
制作碳纤维片材外框；
制作成金属内框；
将所述碳纤维片材外框和所述金属内框放入注塑模具，通过注塑碳纤维树脂复合材料使所述碳纤维片材外框和所述金属内框相结合成型为一体；优选地，所述碳纤维树脂复合材料的至少一部分还注塑成型为电子产品内部的装配构件。
本发明的有益效果：
本发明的电子产品框体一体成型结构件及制备方法，其结构轻薄，强度高，质量轻，精度好，以简单工艺实现其复杂结构，满足手机、可穿戴产品3C电子产品结构件轻薄、抗摔性优、耐用和实用化的要求，同时其生产成本低，制备工艺简单，适合大规模量产。本发明实施例的具体优点体现在以下诸多方面：
1、提供一种碳纤维片材外框+注塑碳纤维树脂复合材料+金属内框的电子产品框体一体成型结构件，易于大规模量产。
2、解决碳纤维片材无法应用于复杂结构的3C电子产品结构件的结构及制作工艺问题，通过热压碳纤维片材与注塑碳纤维树脂复合材料成型结构的互补，实现结构功能和提升结构性能的同时降低了生产成本。
3、改善了碳纤维片材因强度高导致的韧性及抗冲击性差问题，使碳纤维材料的3C电子产品可适用于日常生活中的各种跌落及局部冲击情况，解决了结构件抗冲击性差易开裂问题。
4、利用热压碳纤维轻薄的特性(可低至0.3mm)，在实现3C电子产品结构件轻薄高强度的同时，降低了结构件厚度，同时避免因厚度降低导致的整机强度弱等问题，从而进一步的实现了电子产品更轻薄、更便携、更时尚的需求。
5、解决纤薄结构碳纤维片材无法承受过大外力而易弯曲、开裂、折断损坏的难题，注塑碳纤维树脂复合材料使纤薄碳纤维片材外框在内部有支撑保护，并有效吸收跌落或撞击破坏力，使其具备较好防摔抗损坏性能。
6、借助碳纤维材料的高导热性，解决了传统3C电子产品内部电子元件发热量大导致散热困难的问题，避免内部电子元件温度过高而损毁，从而增加了昂贵的电子产品的使用周期。
7、优选使用收缩率小的注塑碳纤维树脂复合材料配方，解决塑胶材料与热压碳纤维材料因收缩比不同而导致的产品内应力变形及尺寸管控问题，成型精度高，品质管控难度低，良率高且易于量产。
8、碳纤维片材外框、注塑碳纤维复合材料、金属内框的材质结构一体成型，结构强度稳定可靠，生产尺寸稳定良品率高，适用于大规模量产。
9、有利于打破传统外观审美的疲劳，碳纤维材质实现产品外观的时尚新颖，给消费者提供高端大气的消费及使用体验。
10、利用碳纤维材料抗辐射、抗放射的材料特性，降低电子产品内部的电磁辐射对人体的伤害，使碳纤维材料的电子产品不但实用，耐用，且更加的健康。
11、碳纤维片材、金属内框与注塑碳纤维树脂复合材料还可结合底涂粘结剂、软胶、硅胶等各种材质进行综合应用，提供了新的材料及工艺及外观组合，进一步满足消费者对3C电子产品实用、时尚、耐用的需求。
附图说明
图1为本发明一种实施例中碳纤维片材热压固化成型为圆筒形的结构示意图；
图2为本发明一种实施例中由圆筒形的碳纤维片材切割形成的碳纤维片材外框；
图3为图2所示的碳纤维片材外框的局部H的放大图；
图4和图5分别为本发明一种实施例中的金属内框的正反两面立体示意图；
图6和图7分别为本发明一种实施例中的碳纤维片材外框+金属内框在注塑碳纤维树脂复合材料前的正反两面立体示意图；
图8和图9分别为本发明一种实施例中的碳纤维片材外框+金属内框在注塑碳纤维树脂复合材料后的正反两面立体示意图；
图10至图12分别为本发明一种实施例中的电子产品框体一体成型结构件的主视图、E-E截面图和局部G的局部放大图；
图13和图14分别为本发明一种实施例中的电子产品框体一体成型结构件经过后续CNC加工的正反两面立体示意图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参阅图1至图14，在一种实施例中，一种电子产品框体一体成型结构件，包括由碳纤维片材制作成的碳纤维片材外框1和由金属制作成的金属内框2，所述碳纤维片材外框1和所述金属内框2通过注塑碳纤维树脂复合材料3成型为一体。
在优选的实施例中，所述碳纤维片材为多张单层碳纤维布与树脂浸润叠加后通过热压制成的。
在优选的实施例中，所述碳纤维片材热压固化成型为圆筒形，所述碳纤维片材外框1为圆筒形的所述碳纤维片材切割形成的环状碳纤维基材。
在优选的实施例中，所述碳纤维片材外框1的内侧壁具有用于加强与所述碳纤维树脂复合材料3结合的拉胶结构101，所述拉胶结构包括外凸结构和/或内凹结构，更优选地，所述拉胶结构包括为T型的突起和/或凹槽。
在优选的实施例中，所述金属内框2为铝合金或不锈钢或钛合金或镁合金的内框。所述金属内框2可以通过压铸、浇铸、锻压、冲压、冲切、CNC加工中的一种或多种加工方式制成。
在优选的实施例中，所述金属内框2的外侧壁具有用于加强与所述碳纤维树脂复合材料3结合的拉胶结构，所述拉胶结构包括外凸结构和/或内凹结构。
在优选的实施例中，所述碳纤维片材外框1和所述金属内框2的表面经处理，以形成有用于加强与所述碳纤维树脂复合材料3结合的微孔，例如纳米级微孔，或是增加底涂粘结剂等辅助材料。
在优选的实施例中，所述碳纤维片材外框1的厚度为0.3～5.5mm，所述碳纤维树脂复合材料3形成的中间注塑结构的平均厚度0.4～2.5mm，更优选地，所述碳纤维树脂复合材料3为包含聚邻苯二甲酰胺和碳纤维的复合材料。
在优选的实施例中，所述碳纤维树脂复合材料3的至少一部分还注塑成型为电子产品内部的装配构件。所述装配构件可以包括扣位、筋位、固定位、支撑位等。
在另一种实施例中，一种制作前述任一实施例的电子产品框体一体成型结构件的制作方法，包括：
制作碳纤维片材外框1；
制作成金属内框2；
将所述碳纤维片材外框1和所述金属内框2放入注塑模具，通过注塑碳纤维树脂复合材料3使所述碳纤维片材外框1和所述金属内框2相结合成型为一体。在优选的实施例中，所述碳纤维树脂复合材料3的至少一部分还注塑成型为电子产品内部的装配构件。
以下结合附图进一步描述本发明具体实施例及其优点。
在具体实施例中，一种电子产品框体一体成型结构件可以采用以下具体工艺来制备。
根据产品的要求使用热压工艺制作圆筒形状的碳纤维片材。其中，根据产品厚度要求，使用多张单层碳纤维布与树脂浸润叠加制成碳纤维热压原料。根据产品外形，开设碳纤维热压模具，并将制作好的碳纤维布放入热压模具中压成所需要的圆筒形状，并在高温条件下固化成型。本例中碳纤维片材上还设计有加强碳纤维片材与碳纤维树脂复合材料的拉胶孔。碳纤维片材的厚度较佳为0.3～5.5mm,低于0.3mm时，碳纤维片材在使用过程中易断裂，过厚则会导致成本较高。
对圆筒形状的碳纤维片材进行切割和切削等机械加工，制成所需的碳纤维片材外框结构。其中，使用机加工切割或激光切割工艺，将碳纤维圆筒切割成要求厚度的环状碳纤维基材。在碳纤维环状基材的内侧壁加工出外凸或内凹的T型槽，以便于碳纤维树脂复合材料有效结合。通过机械加工碳纤维基材的高度与外形尺寸，及工艺所需的定位结构，制作成可模内注塑用的碳纤维片材外框。
使用铝合金压铸工艺或不锈钢锻压工艺等方式制造金属内框，并在内框上压铸、锻压、或CNC加工出与塑胶结合的拉胶结构。其中，可以在金属内框外围侧壁两端上下面上加工燕尾槽，平面横向倒扣等拉胶结构。可以在金属内框外围侧壁上加工凹槽，圆槽等利于拉胶及结合的结构。此工序可以包含冲切、整形、多次冲/锻压等压铸与锻压的整体工艺工序。
对碳纤维片材外框和金属内框进行表面处理，使之能与碳纤维树脂复合材料紧密的结合在一起。其中，将碳纤维片材外框放入自动刷胶机的固定治具内，使用自动刷胶机在碳纤维片材外框需与碳纤维树脂复合材料结合的区域刷上底涂粘结剂，刷完后按使用要求烘干备用。对金属内框表面进行E/T等能增强碳纤维树脂复合材料与金属结合力的纳米处理，使之与注塑碳纤维能有效结合。
碳纤维片材外框及金属内框共同放入碳纤维注塑模具中，注塑碳纤维树脂复合材料。其中，将底涂剂处理完的碳纤维片材外框放入注塑模具中，可通过模具上定位孔或利用碳纤维片材基准面固定。对金属内框按要求进行预热处理，并放入注塑模具中，通过模具上的定位孔或边进行固定。塑胶模具合模并注塑碳纤维树脂复合材料，作为注塑材料的碳纤维树脂复合材料可以采用按重量百分比计的PPA(聚邻苯二甲酰胺)70％+CF(碳纤维)30％复合材料，在碳纤维片材外框与金属内框的间隙结构上进浇，填充在碳纤维片材外框周边，及填充3C电子产品内部所需且无法热压的结构，主要作用有:
固定碳纤维片材的外形，使碳纤维片材外框与碳纤维复合材料结合为一体，由片材外框转换为稳固的结构件，并起到固定碳纤维片材尺寸的作用；
在与碳纤维片材外框结合的同时，与金属内框同步结合，并填充进碳纤维及金属内框的位胶结构中，使碳纤维内框与碳纤维复合材料、金属形成紧密稳固的结合；
通过注塑碳纤维树脂复合材料，直接成型3C电子产品内部复杂的扣位，筋位、固定位，支撑位等无法热压成型的复杂结构，弥补热压碳纤维片材无法制成复杂结构且成本高昂的缺陷。
本例中的注塑填充碳纤维树脂复合材料上设计有增强碳纤维片材结合力的拉胶孔。
产品中间的注塑结构平均厚度较佳为0.4～2.5mm，使材料有效填充并降低产品厚度，利于填充的同时有效固定和保护碳纤维片材。
将碳纤维与金属一体成型的结构件进行后续的侧按键孔，天线断点、天线触点、接地点、装配尺寸余量等CNC精加工。
可根据产品要求对金属件件进行抛光、UV、喷涂等表面装饰处理，获得高强度、高硬度、新颖光亮，时尚高端的碳纤维质感效果。
根据产品的实际需求，金属内框结构件也可选用压铸成型的压铸铝、冲压工艺制成的铝合金结构，不锈钢结构、浇铸成型的钛合金等材料，制成高导热、高强度、防摔伤、抗变形的金属一体成型件，并且大量节约了金属材料实现3C电子产品复杂结构的CNC加工量，大幅降低了生产制造成本。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电子产品框体一体成型结构件，其特征在于,包括由碳纤维片材制作成的碳纤维片材外框和由金属制作成的金属内框，所述碳纤维片材外框和所述金属内框通过注塑碳纤维树脂复合材料成型为一体。
2.如权利要求1所述的电子产品框体一体成型结构件，其特征在于,所述碳纤维片材为多张单层碳纤维布与树脂浸润叠加后通过热压制成的。
3.如权利要求1所述的电子产品框体一体成型结构件，其特征在于,所述碳纤维片材热压固化成型为圆筒形，所述碳纤维片材外框为圆筒形的所述碳纤维片材切割形成的环状碳纤维基材。
4.如权利要求1所述的电子产品框体一体成型结构件，其特征在于,所述碳纤维片材外框的内侧壁具有用于加强与所述碳纤维树脂复合材料结合的拉胶结构，所述拉胶结构包括外凸结构和/或内凹结构，优选地，所述拉胶结构包括为T型的突起和/或凹槽。
5.如权利要求1所述的电子产品框体一体成型结构件，其特征在于,所述金属内框为铝合金或不锈钢或钛合金或镁合金的内框，优选地，所述金属内框通过压铸、浇铸、锻压、冲压、冲切、CNC加工中的一种或多种加工方式制成。
6.如权利要求5所述的电子产品框体一体成型结构件，其特征在于,所述金属内框的外侧壁具有用于加强与所述碳纤维树脂复合材料结合的拉胶结构，所述拉胶结构包括外凸结构和/或内凹结构。
7.如权利要求1至6任一项所述的电子产品框体一体成型结构件，其特征在于,所述碳纤维片材外框和所述金属内框的表面经处理，以形成有用于加强与所述碳纤维树脂复合材料结合的微孔，或增加底涂粘结剂。
8.如权利要求1至6任一项所述的电子产品框体一体成型结构件，其特征在于,所述碳纤维片材外框的厚度为0.3～5.5mm，所述碳纤维树脂复合材料形成的中间注塑结构的平均厚度0.4～2.5mm，优选地，所述碳纤维树脂复合材料为包含聚邻苯二甲酰胺和碳纤维的复合材料。
9.如权利要求1至8任一项所述的电子产品框体一体成型结构件，其特征在于,所述碳纤维树脂复合材料的至少一部分还注塑成型为电子产品内部的装配构件，优选地，所述装配构件包括扣位、筋位、固定位、支撑位中的一种或多种。
10.一种制作如权利要求1至9任一项所述的电子产品框体一体成型结构件的制作方法，其特征在于,包括：
制作碳纤维片材外框；
制作成金属内框；
将所述碳纤维片材外框和所述金属内框放入注塑模具，通过注塑碳纤维树脂复合材料使所述碳纤维片材外框和所述金属内框相结合成型为一体；优选地，所述碳纤维树脂复合材料的至少一部分还注塑成型为电子产品内部的装配构件。
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