CN106879197B - 一种软硬一体的电子产品壳体及其制备方法 - Google Patents

一种软硬一体的电子产品壳体及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种软硬一体电子产品壳体，包括：泡沫金属组成的刚性部分，和聚合物弹性体组成的柔性部分；所述泡沫金属和聚合物弹性体固定连接。本发明提供的电子产品壳体采用泡沫金属提供刚性骨架，具有优异的刚性，同时采用聚合物弹性体与泡沫金属固定连接，二者相互穿插形成的锁合力，使得金属与弹性体结合的非常结实，不易脱开。并且壳体外观可以是一体化的弹性体，能够保持外观效果和手感的一致性。

Description

一种软硬一体的电子产品壳体及其制备方法
技术领域
本发明涉及电子产品壳体技术领域，尤其涉及一种软硬一体的电子产品壳体及其制备方法。
背景技术
柔性电子技术是将有机/无机材料电子器件制作在柔性/可延性塑料或薄金属基板上的新兴电子技术，以其独特的柔性/延展性以及高效、低成本制造工艺，在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景，如柔性电子显示器、有机发光二极管OLED、印刷RFID、薄膜太阳能电池板、电子用表面粘贴(Skin Patches)等。
柔性电子产品的柔性弯折特性对产品外壳提出了特殊需求，壳体某些指定区域要求刚硬无弹性，而其他区域则要求柔软弹性好。
现有技术一般采用金属嵌件注塑的方法，将热塑性弹性体与高刚性板材注塑连接，但是该技术由于热塑性弹性体与高刚性板材接触面积小，接缝处极易断开。
还有通过纳米注塑成型(NMT)工艺将热塑性弹性体和金属板材结合到一起的技术，金属基材表面通过T处理后，塑料直接射出成型在金属表面，从而金属与塑料一体成形，但是该技术制备的壳体，弹性体极易受力变形，从微纳米孔中脱离，使得弹性体与金属板材分离。
因此，对于柔性电子产品的壳体而言，如何使金属与弹性体紧密连接成为亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种软硬一体的电子产品壳体及其制备方法，制备的壳体金属与弹性体紧密结合。
本发明提供了一种软硬一体电子产品壳体，包括：
泡沫金属组成的刚性部分，和聚合物弹性体组成的柔性部分；所述泡沫金属和聚合物弹性体固定连接。
优选的，所述固定连接具体为：
所述泡沫金属与聚合物弹性体在交接处相互穿插连接。
优选的，所述泡沫金属与聚合物弹性体的交接处具有胶黏剂。
优选的，所述泡沫金属的孔洞内部填充有聚合物弹性体。
优选的，所述软硬一体电子产品壳体，包括：
至少2个分离的泡沫金属组成的刚性部分；一个或多个聚合物弹性体组成的柔性部分；其中，所述柔性部分的数量少于所述刚性部分的数量。
优选的，所述聚合物弹性体填充于所述泡沫金属的孔洞内部，以及相邻泡沫金属之间的间隔区域。
优选的，所述填充于泡沫金属孔洞内部的聚合物弹性体与泡沫金属互相穿插交织。
优选的，所述聚合物弹性体填充于泡沫金属的预设边缘区域，以及相邻泡沫金属之间的间隔区域。
优选的，所述泡沫金属的孔径为0.05～1.0mm。
优选的，所述泡沫金属的孔隙率为40％～90％。
本发明提供了一种上述软硬一体电子产品壳体的制备方法，包括以下步骤：
将泡沫金属组成的刚性部分固定于模具中，将聚合物弹性体注入模具并注塑成型，得到所述电子产品壳体。
优选的，所述泡沫金属通过粉末冶金法、电镀法或3D打印的方法制备。
优选的，所述注塑成型为反应注射成型或液体注射成型。
本发明提供了一种电子设备，包括上述软硬一体电子产品壳体或者包括上述制备方法制备的软硬一体电子产品壳体。
与现有技术相比，本发明提供了一种软硬一体电子产品壳体，包括：泡沫金属组成的刚性部分，和聚合物弹性体组成的柔性部分；所述泡沫金属和聚合物弹性体固定连接。本发明提供的电子产品壳体采用泡沫金属提供刚性骨架，具有优异的刚性，同时采用聚合物弹性体与泡沫金属固定连接，二者相互穿插形成的锁合力，使得金属与弹性体结合的非常结实，不易脱开。并且壳体外观可以是一体化的弹性体，能够保持外观效果和手感的一致性。
附图说明
图1是本发明电化学沉积烧结的方法制备的泡沫金属的低倍电镜图；
图2是本发明电化学沉积烧结的方法制备的泡沫金属的高倍电镜图；
图3是本发明电化学沉积烧结的方法制备的泡沫金属的整体图示；
图4为3D打印得到的泡沫金属的示意图；
图5为3D打印得到的泡沫金属的局部放大示意图；
图6为泡沫金属形成的刚性部分示意图；
图7为填充聚合物弹性体后的壳体示意图；
图8为填充聚合物弹性体后的壳体的弯曲示意图。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。
本发明提供了一种软硬一体电子产品壳体，包括：
泡沫金属组成的刚性部分，和聚合物弹性体组成的柔性部分；所述泡沫金属和聚合物弹性体固定连接。
本发明提供的电子产品壳体采用泡沫金属提供刚性骨架，具有优异的刚性。
本发明对所述泡沫金属的金属种类并无特殊限定，采用本领域技术人员熟知的高刚性金属即可。
本发明对所述泡沫金属的制备方法并无特殊限定，可以采用本领域技术人员熟知的粉末冶金法、电镀法或3D打印的方法制备。
本发明提供的软硬一体电子产品壳体可应用的电子产品包括但不限于：智能手机、手表、智能眼镜、平板电脑、笔记本电脑等。
所述泡沫金属的孔径优选为0.05～1.0mm，更优选为0.1～0.3mm。具有上述孔径分布的泡沫金属制备的壳体具有更好的力学性能和均匀的外观。
所述泡沫金属的孔隙率优选为40％～90％。具有上述孔隙率的泡沫金属能够同时满足壳体对于强度、模量和注射充模性的工艺要求。
本发明采用聚合物弹性体与上述泡沫金属固定连接，制备得到软硬一体、可弯曲的电子产品壳体。
本发明对所述聚合物弹性体的材质并无特殊限定，可以为本领域技术人员熟知的热固性弹性体，如橡胶，或者本领域技术人员熟知的热塑性弹性体，如聚氨酯、苯乙烯类弹性体、聚烯烃类弹性体或聚酰胺类弹性体等。
本发明中，上述聚合物弹性体与泡沫金属固定连接的方式为：二者在交接处相互穿插连接，形成彼此互相穿插交织的网络结构。相互穿插形成的锁合力，使得金属与弹性体结合的非常结实，不易脱开。
在本发明的某些具体实施例中，上述穿插连接的具体方式为聚合物弹性体填充于软硬交接处的泡沫金属的孔洞内部，在交接处通过互相穿插交织形成网络结构，提供刚性部分和柔性部分固定连接的锁合力。未填充聚合物弹性体的泡沫金属可以焊接或固定其他结构。
在本发明的另外一些具体实施例中，聚合物弹性体除填充于软硬交接处的泡沫金属的孔洞内部外，还可以根据需求填充交接处以外的泡沫金属的孔洞内部。得到的壳体可以是一体化的弹性体，保持外观效果和手感的一致。
在本发明的某些具体实施例中，所述固定连接除了穿插连接外，泡沫金属与聚合物弹性体的交接处还具有胶黏剂，使得金属与弹性体除了锁合力外，还具有界面粘合力，更进一步提高了二者的结合强度。
所述聚合物弹性体除填充于泡沫金属孔洞内部，用于固定连接以外，还填充于相邻泡沫金属之间的间隔区域，形成柔性部分，使壳体达到弯曲的效果，所述柔性部分的位置、形状可以根据壳体需要弯曲的部位、形状、外观等工艺需求自行调整，本发明对此并无特殊限定。
本发明优选的，所述软硬一体电子产品壳体包括：
至少2个分离的泡沫金属组成的刚性部分；以及一个或多个聚合物弹性体组成的柔性部分；其中，所述柔性部分的数量少于所述刚性部分的数量。
优选的，所述柔性部分的数量比所述刚性部分的数量少一个。所述柔性部分填充于每2个分离的刚性部分之间的间隔区域。
当刚性部分具有2个时，所述柔性部分填充于2个分离的刚性部分之间的间隔区域，并与刚性部分固定连接，用于壳体达到弯曲的功能。所述固定连接为聚合物弹性体填充于所述泡沫金属的孔洞内部，与泡沫金属互相穿插交织。
当刚性部分具有2个以上时，所述柔性部分填充于每2个分离的刚性部分之间的间隔区域，并与相邻的刚性部分固定连接，用于壳体达到多处弯曲，或较大幅度弯曲的功能。所述固定连接为聚合物弹性体填充于所述泡沫金属的孔洞内部，与泡沫金属互相穿插交织。
在本发明的某些具体实施例中，所述聚合物弹性体填充于泡沫金属的预设边缘区域，以及相邻泡沫金属之间的间隔区域。形成外观为弹性体，手感顺滑的软硬一体的可弯曲壳体。
本发明提供了上述软硬一体电子产品壳体的制备方法，包括以下步骤：
将泡沫金属组成的刚性部分固定于模具中，将聚合物弹性体注入模具并注塑成型，得到所述电子产品壳体。
所述泡沫金属可以通过本领域技术人员熟知的粉末冶金法、电镀法或3D打印的方法制备。
上述注塑成型可以为本领域技术人员熟知的反应注射成型或液体注射成型。
将泡沫金属精确固定于模具中，根据壳体的弯曲需求，在预先设计好的区域注入聚合物弹性体进行注塑成型，即可得到形式多样的、可弯曲的软硬一体的壳体。
本发明提供了一种电子设备，包括上述软硬一体电子产品壳体或者包括上述制备方法制备的软硬一体电子产品壳体。
作为本发明的一个优选实施例，如图1～图3所示，采用网状泡沫塑料电化学沉积烧结的方法加工三维网状泡沫金属嵌件，具体的：
1、制备聚酯型聚氨酯泡沫塑料，本发明对所述制备方法以及制备原料并无特殊限定，可以为本领域技术人员熟知的聚氨酯泡沫塑料以及制备方法，例如，以甲苯二异氰酸酯、聚酯多元醇、水、有机硅匀泡剂、其它助剂为原料，制备聚氨酯泡沫塑料；
2、采用碱液水解法除去泡膜，进行网化处理；
3、将三维网状泡沫塑料裁切成接近最终需求尺寸的基体泡沫，并对其进行预处理，除油并消除残余孔壁；
4、对所述泡沫进行定型处理，利用治具保证最终产品的尺寸形态；
5、对所述泡沫进行导电化处理，如化学镀镍或浸涂石墨导电胶；
6、电镀处理，在泡沫孔棱上镀金属或合金层，如Cu、Ni等高刚性金属；金属仅包含在孔棱中，孔棱相互连接呈框架结构，孔隙相互连通，呈全通孔网状；
7、还原烧结，在还原性气氛中热解聚氨酯基体并烧结强化金属结构；
8、磨削及校形，确保符合最终尺寸形态。
若聚合物弹性体与泡沫金属间具有胶黏剂，则在磨削校形后还包括浸涂胶黏剂，增强泡沫金属与弹性聚合物的界面粘结性。
制备的泡沫金属如图1～图3所示，图1是低倍电镜图，图2是高倍电镜图，图3是泡沫金属整体图示。
作为本发明的另外优选实施例，如图4～图5所示，采用金属3D打印的方法加工三维网状泡沫金属嵌件，具体的：
1、以3D网状模型的数据文件计算机建模；
2、3D打印不锈钢泡沫金属件，可采用选区激光烧结SLS，选区激光熔化SLM，电子束选区融化EBSM等本领域技术人员熟知的金属3D打印工艺；
3、磨削及校形，确保符合最终尺寸形态。
若聚合物弹性体与泡沫金属间具有胶黏剂，则在磨削校形后还包括浸涂胶黏剂，增强泡沫金属与弹性聚合物的界面粘结性。
制备的泡沫金属如图4～图5所示，图4、图5分别为3D打印得到的泡沫金属的示意图。
作为本发明的另外优选实施例，以聚氨酯弹性体为例，采用液体注射成型加工的方法得到最终产品软硬一体壳体，具体的：
1、模具内涂脱模剂，将泡沫金属嵌入模具，需精确固定位置；
2、聚氨酯反应注射成型，A组分(聚醚、扩链剂、催化剂及其它助剂)与B组分(异氰酸酯)经计量后高压撞击混合并注射入模具；本发明对聚合物弹性体的原料并无特殊限定，可以为本领域技术人员熟知的适用于壳体的软质弹性体；
3、熟化，A、B液体组分在模具内发生凝胶反应而成为固体。
得到壳体后，还包括常规的后处理步骤，如校形，清理飞边，后熟化以改善产品的强度和耐热性等；以及检验，包装得到成品的步骤。
作为本发明的另外优选实施例，以橡胶弹性体为例，采用液体注射成型加工的方法得到最终产品软硬一体壳体，具体的：
1、模具内涂脱模剂，泡沫金属件嵌入模具，需精确固定位置；
2、双组分液体硅橡胶注射成型，A组分(含乙烯基的聚有机硅氧烷基础聚合物+铂催化剂)与B组分(含乙烯基的聚有机硅氧烷基础聚合物+含Si-H键的聚有机硅氧烷交联剂)，经计量混合后通过注射成形机注入模具；本发明对橡胶弹性体的原料并无特殊限定，可以为本领域技术人员熟知的适用于壳体的软质弹性体；
3、硫化，A、B液体组分在高温模具内发生硫化反应而交联成为固体。
得到壳体后，还包括常规的后处理步骤，如校形，清理飞边以改善产品的强度和耐热性等；以及检验，包装得到成品的步骤。
作为本发明的优选实施例，制备的壳体如图6～图8所示，其中，图6为泡沫金属形成的刚性部分示意图，所述刚性部分包括刚性板块部分和刚性条部分，刚性板块部分分为间隔布置的3部分，分别位于壳体的头、尾两部分以及中间区域，并与刚性条部分交替间隔布置，刚性条部分包括多个并排布置的泡沫金属条，所述多个泡沫金属条间隔、平行布置，且泡沫金属条的延伸方向垂直于产品的弯曲方向。
形成的壳体包括保护板和位于保护板边缘的保护翻边。
图7为填充聚合物弹性体后的壳体，聚合物弹性体填充于泡沫金属的所有孔洞内部，以及相邻泡沫金属之间的间隔区域。即聚合物弹性体填充于刚性板块部分和刚性条部分之间的间隙以及刚性条的多个泡沫金属条间的间隙中。壳体的外侧还包覆有弹性体。
图8为填充聚合物弹性体后的壳体的弯曲示意图。所述壳体可以成S型弯曲。
由上述实施例可知，本发明制备的壳体在指定区域非常刚硬无弹性，其他区域则非常柔软高弹性，能够良好的弯曲，并且软硬区域结合牢固。
以上对本发明提供的软硬一体电子产品壳体及其制备方法进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种软硬一体电子产品壳体，其特征在于，包括：
至少2个分离的泡沫金属组成的刚性部分，和一个或多个聚合物弹性体组成的柔性部分；其中，所述柔性部分的数量少于所述刚性部分的数量；
所述聚合物弹性体通过反应注射成型或液体注射成型的方法和泡沫金属固定连接；所述固定连接具体为：
所述聚合物弹性体填充于所述泡沫金属的孔洞内部，以及相邻泡沫金属之间的间隔区域，使所述泡沫金属与聚合物弹性体在交接处相互穿插交织连接，形成彼此互相穿插交织的网络结构。
2.根据权利要求1所述的电子产品壳体，其特征在于，所述泡沫金属与聚合物弹性体的交接处具有胶黏剂。
3.根据权利要求1所述的软硬一体电子产品壳体，其特征在于，所述聚合物弹性体填充于泡沫金属的预设边缘区域。
4.根据权利要求1所述的电子产品壳体，其特征在于，所述泡沫金属的孔径为0.05～1.0mm。
5.根据权利要求1所述的电子产品壳体，其特征在于，所述泡沫金属的孔隙率为40％～90％。
6.一种权利要求1～5任一项所述的软硬一体电子产品壳体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将泡沫金属组成的刚性部分固定于模具中，将聚合物弹性体注入模具并注塑成型，得到所述电子产品壳体；
所述注塑成型为反应注射成型或液体注射成型。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述泡沫金属通过粉末冶金法、电镀法或3D打印的方法制备。
8.一种电子设备，包括权利要求1～5任一项所述的软硬一体电子产品壳体或者包括权利要求6～7任一项所述的制备方法制备的软硬一体电子产品壳体。
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