CN107793979A - 一种相变胶水和壳体及其制备方法和应用 - Google Patents

一种相变胶水和壳体及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及壳体领域，公开了一种相变胶水和壳体及其制备方法和应用。所述壳体包括至少两层金属层以及位于所述金属层之间的粘合层，所述粘合层由含有30‑80重量％的树脂、15‑60重量％的相变储能材料和2‑10重量％的填料的相变胶水形成，所述相变储能材料为微胶囊相变材料且其相变温度为30‑60℃。本发明提供的壳体通过将金属层之间通过相变胶水粘合，能够使得不同金属层之间具有较高的结合力，并且得到的壳体的散热性能非常好，可实现良好的散热且温度基本不升高或者升高幅度很小的目的，从而避免出现烫手的问题，非常适用合用作手机外壳或者笔记本电脑外壳，极具工业应用前景。

Description

一种相变胶水和壳体及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及壳体领域，具体地，涉及一种相变胶水、一种壳体及其制备方法、所述壳体作为手机外壳或笔记本电脑外壳的应用。
背景技术
现有的电子设备例如手机的外壳包括金属外壳和塑料外壳。其中，金属外壳比塑料外壳质感更好，也成为很多用户的购机标准之一，所以目前手机厂商越来越多地使用金属作为外壳。然而，智能手机配置换代越来越快，特别是SoC频率越来越高、核心数越来越多、性能越来越强大，但是发热量也越来越大。由于金属导热性比塑料要高得多，在同等硬件配置情况下，采用金属外壳的手机总是比采用塑胶外壳的手机烫，影响使用体验，于是金属外壳的散热成为了亟待解决的一个问题。
目前各大手机厂商都在积极地做散热设计，比如，在SoC表面上设置散热层，例如，石墨层、导热硅脂层、金属层等等。此外，也有手机厂商将电脑的散热方式引进到手机上，比如将热管用于手机的散热，电脑上使用热管时，会在热管的冷凝端加上散热片，并用风扇进行吹风散热，但是手机要求防水防尘，并且超薄设计，所以手机散热无法照搬电脑的散热方式，热管的冷凝端并没有主动散热方式，只能连接到手机金属框进行被动散热。然而，采用这种散热方式进行散热仅仅是将热量从手机内部导出到手机外部，而却没有解决热量传递给使用者导致的烫手问题，影响用户体验。人手接触温度在40℃以上的物体就会有不适感，现在的旗舰机长时间满负荷运行时SoC动辄六七十度，传导至手机壳上也有四五十度，用户体验不好。
发明内容
本发明的目的是为了克服采用现有的手机散热方式仅能够将热量从手机内部导出到手机外部，而没有解决热量传递给使用者导致的烫手问题的缺陷，而提供了一种的相变胶水、一种壳体及其制备方法、所述壳体作为手机外壳或笔记本电脑外壳的应用。
本发明的发明人经过深入研究后发现，将金属层之间采用同时含有30-80重量％的树脂、15-60重量％的相变储能材料和2-10重量％的填料的相变胶水进行粘合而形成的这种特定的夹层结构壳体不仅具有较高的结合力，而且散热性能非常好，非常适合用作手机外壳或者笔记本电脑外壳。基于此，完成了本发明。
具体地，本发明提供了一种相变胶水，其中，所述相变胶水含有30-80重量％的树脂、15-60重量％的相变储能材料和2-10重量％的填料，所述相变储能材料为微胶囊相变材料且其相变温度为30-60℃。
本发明还提供了一种壳体，其中，所述壳体包括至少两层金属层以及位于所述金属层之间的粘合层，所述粘合层由上述相变胶水形成。
本发明还提供了所述壳体的制备方法，该方法包括将不同金属层的需要粘合的表面涂布上所述相变胶水，接着进行热压成形。
此外，本发明还提供了所述壳体或者由上述方法制备得到的壳体作为手机外壳或笔记本电脑外壳的应用。
在本发明提供的壳体中，金属层之间通过所述相变胶水粘合，能够使得不同金属层之间具有较高的结合力，并且得到的壳体可实现良好的散热且温度基本不升高或者升高幅度很小的目的，从而避免出现烫手的问题，该壳体非常适合用作手机外壳或者笔记本电脑外壳，极具工业应用前景。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明提供的壳体的一种具体实施方式。
图2为结合力测试试样。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供的相变胶水含有树脂、相变储能材料和填料，以所述相变胶水的总重量为基准，所述相变胶水中含有30-80重量％的树脂、15-60重量％的相变储能材料和2-10重量％的填料，所述相变储能材料为微胶囊相变材料且其相变温度为30-60℃。
根据本发明提供的相变胶水，优选地，所述相变胶水含有50-75重量％的树脂、20-45重量％的相变储能材料和2-8重量％的填料。
本发明对所述相变储能材料的微胶囊内的相变材料的种类没有特别地限定，可以为现有的相变温度为30-60℃的各种相变材料，优选为结晶水合盐和/或石蜡类材料。其中，所述结晶水合盐的实例包括但不限于：Na2SO4·10H2O、Zn(NO3)2·6H2O、NaCH3COO·3H2O、Na2S2O3·5H2O和Ca(NO3)2·4H2O中的至少一种，从原料易得性的角度出发，所述结晶水合盐特别优选为Na2SO4·10H2O和/或Zn(NO3)2·6H2O。所述石蜡类材料优选为C18-C30的石蜡，更优选为C18-C22的石蜡。此外，所述微胶囊的胶囊壳的材质通常可以为高分子类材料，例如，可以为聚乙烯、聚苯乙烯、聚脲、聚酰胺、环氧树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂等中的至少一种。将上述相变材料灌装进所述胶囊壳中的方式也可以采用现有的各种方式进行，对此本领域技术人员均能知悉，在此不作赘述。
根据本发明的一种优选实施方式，所述相变储能材料的微胶囊内的相变材料同时含有结晶水合盐和石蜡类材料，这样能够更有效地吸收手机或者电脑散发的热量，从而使得在更长的运行时间下壳体温度仍不升高，更好地解决烫手的问题。此时，所述结晶水合盐和石蜡类材料可以分别制成微胶囊之后再将所得结晶水合盐微胶囊和石蜡类材料微胶囊配合使用，也可以将结晶水合盐和石蜡类材料先混合之后再制成微胶囊，优选采用前者，这样更有利于工业化大规模化操作，并避免由于结晶水合盐和石蜡类材料之间的相互作用而带来的问题。也即，相应地，所述相变储能材料优选为结晶水合盐微胶囊和石蜡类材料微胶囊的混合物。进一步地，所述结晶水合盐微胶囊和石蜡类材料微胶囊的重量比优选为(0.01-10):1，更优选为(0.5-1):1。
所述相变储能材料的相变温度应该为30-60℃，优选为30-45℃。在本发明中，所述相变储能材料的相变温度是指该相变储能材料内的相变材料由固态转变为液态时的温度。
本发明对所述相变储能材料的粒径(即微胶囊的粒径)没有特别地限定，例如，可以为1-100微米，优选为1-30微米，更优选为1-10微米。在本发明中，所述粒径采用美国PPS公司的Accu Sizer TM 780光学粒径检测仪进行测定。
本发明对所述树脂的种类没有特别地限定，可以为现有的各种能够起作粘结作用的树脂，其具体实例包括但不限于：环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、硅胶树脂和聚硫树脂中的至少一种，特别优选为环氧树脂和/或聚氨酯树脂。术语“硅胶树脂”是指以硅-氧-硅为主链，硅原子上连接有有机基团的半无机高聚物。
所述树脂可以为液态的，也可以为固态的。当所述树脂为液态但是粘度很高(例如高于50000cps)或者为固态时，为了更便于所述相变胶水的使用，优选将所述树脂溶解在稀释液中之后再用于相变胶水中，此时，相应地，所述相变胶水中还含有稀释剂。所述稀释剂的用量优选使得所述树脂的粘度为50000cps以下，更优选为10000cps-50000cps。其中，所述稀释剂可以为现有的各种能够将树脂溶解的惰性液态物质，对此本领域技术人员均能知悉，在此不作赘述。
为了更有利于所述相变胶水的固化，优选地，所述相变胶水中还含有固化剂。所述固化剂的种类应该根据树脂的种类进行选择。例如，对于环氧树脂而言，所述固化剂可以为胺系固化剂和/或酸酐系固化剂。具体地，所述胺系固化剂可以为乙二胺、三甲基六亚甲基二胺、二乙基三胺、羟甲基乙二胺、羟乙基乙二胺、二羟乙基乙二胺、羟乙基二乙烯三胺、二羟乙基乙二胺、羟乙基二乙烯三胺、二羟乙基二乙烯三胺、羟乙基己二胺、一氰乙基乙二胺、二氰乙基乙二胺、二氰乙基己二胺、二氰二胺、环己二胺、孟烷二胺、胺乙基呱嗪、六亚甲基四胺、异佛尔酮二胺以及二氨基环己烷中的一种或多种；所述酸酐系固化剂可以为甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢苯酐、丁二酸酐和己二酸酐中的一种或多种。对于聚氨酯树脂而言，所述固化剂优选选自甲苯二异氰酸酯(TDI)、三甲氧苄胺嘧啶(TMP)的加成物、TDI和含羟基组分的预聚物以及TDI的三聚体。对于丙烯酸树脂而言，所述固化剂优选选自异氰酸酯、吡啶、环氧树脂和三聚氰胺脲醛中的一种或多种。此外，所述固化剂的含量以使得所述树脂得以固化为准，例如，相对于100重量份的所述树脂，所述固化剂的含量可以为10-100重量份，优选为12-50重量份。
根据本发明提供的相变胶水，所述填料起作提高相变胶水粘结力和强度的作用。本发明对所述填料的种类没有特别地限定，可以为现有的各种能够提高相变胶水的粘结力和强度的物质，其具体实例包括但不限于：石棉绒、玻璃纤维、滑石粉、金属及其氧化物、硅胶粉、瓷粉、钛白粉和石墨粉中的至少一种。其中，所述金属可以为铝粉、铜粉、铁粉、铬粉、钛粉等中的至少一种。相应地，所述金属氧化物可以为氧化铝、氧化铜、氧化铁、氧化铬粉、二氧化钛等中的至少一种。从原料易得性的角度考虑，所述填料优选为石棉绒、玻璃纤维和滑石粉中的至少一种。
本发明提供的壳体包括至少两层金属层以及位于所述金属层之间的粘合层，所述粘合层由所述相变胶水形成。
本发明对所述金属层的数量没有特别地限定，例如，所述金属层的数量可以为2-10，优选为2-5，更优选为2-3。当所述金属层的数量为n时，所述粘合层的数量为n-1。此外，不同金属层的厚度可以相同或不同，并可以各自独立地为100-2000微米，优选各自独立地为300-1500微米，更优选各自独立地为500-1000微米。不同粘合层的厚度也可以相同或不同，并可以各自独立地为100-1000微米，优选各自独立地为200-800微米，更优选各自独立地为300-600微米。在本发明中，所述金属层和粘结层的厚度均指单层厚度。此外，需要说明的是，当所述金属层的数量≥3时，相邻的金属层之间均需要通过上述相变胶水进行粘合，即，相邻两块金属层之间均设置有粘合层。根据本发明的一种具体实施方式，如图1所示，所述壳体包括三层金属层，且相邻的金属层之间均通过所述相变胶水进行粘合，即，相邻的金属层之间均设置有粘合层。
本发明对所述金属层的材质没有特别地限定，可以由现有的各种能够用作手机或笔记本电脑外壳的金属形成，例如，不同金属层可以各自独立地选自不锈钢层、铝合金层和镁合金层中的至少一者。
本发明提供的壳体的制备方法包括将不同金属层的需要粘合的表面涂布上所述相变胶水，接着进行热压成形。
本发明对所述热压成形的条件没有特别地限定，优选地，所述热压成形的条件包括温度为50-150℃，压力为1-5MPa，时间为10-60min；更优选地，所述热压成形的条件包括温度为80-120℃，压力为2-4MPa，时间为20-40min。
本发明对所述相变胶水的涂布量没有特别地限定，只要能够将不同金属层牢固粘合在一起即可，优选地，所述相变胶水的用量使得经热合之后得到的粘合层的厚度为100-1000微米，更优选为200-800微米，最优选为300-600微米。
为了更有利于相变胶水的涂布，优选地，该方法还包括在涂布之前，将所述金属层进行除油处理。所述除油的具体方法可以按照本领域各种常规的方法进行，例如可以采用酸碱除油。
根据本发明的一种具体实施方式，所述壳体的制备方法包括以下步骤：
(1)将所述树脂、相变储能材料和填料以及任选的固化剂加入高速分散机中，以500-1000r/min的转速搅拌10-30min，搅拌结束后放入真空度为0.01-0.05MPa的真空箱中消泡20-40min，得到相变胶水；
(2)将金属层进行酸碱除油处理，并在不同金属层之间的需要粘合的表面涂布上所述相变胶水，接着放入热压机中，并在50-150℃、1-5MPa下热压10-60min。
此外，本发明还提供了所述壳体或者由上述方法制备得到的壳体作为手机外壳或笔记本电脑外壳的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
该实施例用于说明本发明提供的相变胶水和壳体及其制备方法。
(1)相变胶水的制备：
将环氧树脂(购自卡夫特公司，牌号为K-8315，粘度为20000cps)65重量％、C20石蜡微胶囊(相变温度为36℃，粒径为5-20微米)33重量％和滑石粉(购自上海跃江钛白化工制品有限公司，平均粒径为5微米)2重量％加入高速分散机中，以900r/min的转速搅拌20min，搅拌结束后放入真空度为0.04MPa的真空箱中消泡30min，得到相变胶水A1。
(2)壳体的制备：
将两块厚度均为0.4mm的6系铝合金板进行酸碱除油处理，然后将步骤(1)得到的相变胶水A1涂布到上述两块铝合金板的一侧表面上，采用两块铝合金板中间夹一层相变胶水的方式进行粘合，接着放入热压机中，并在120℃、3MPa下热压40min，得到壳体K1，其包括两层厚度均为0.4mm的铝合金层以及位于两层铝合金层之间的一层厚度为0.2mm的粘合层。
实施例2
该实施例用于说明本发明提供的相变胶水和壳体及其制备方法。
(1)相变胶水的制备：
将环氧树脂(购自卡夫特公司，牌号为K-9103c，粘度为10000cps)60重量％、C20石蜡微胶囊(相变温度为36℃，粒径为5-20微米)20重量％、Na2SO4·10H2O微胶囊(相变温度为32℃，粒径为10-30微米)8重量％、石棉绒(购自敦煌市森鑫矿业有限责任公司，牌号为A5-50)2重量％以及乙二胺固化剂10重量％加入高速分散机中，以900r/min的转速搅拌20min，搅拌结束后放入真空度为0.03MPa的真空箱中消泡30min，得到相变胶水A2。
(2)壳体的制备：
将两块厚度均为0.4mm的不锈钢板进行酸碱除油处理，然后将步骤(1)得到的相变胶水A2涂布到上述两块不锈钢板的一侧表面上，采用两块不锈钢板中间夹一层相变胶水的方式进行粘合，接着放入热压机中，并在90℃、3MPa下热压30min，得到壳体K2，其包括两层厚度均为0.4mm的不锈钢层以及位于两层不锈钢层之间的一层厚度为0.2mm的粘合层。
实施例3
该实施例用于说明本发明提供的相变胶水和壳体及其制备方法。
(1)相变胶水的制备：
将聚氨酯树脂(购自汉高公司，牌号为HF8000e，粘度为12000cps)50重量％、Zn(NO3)2·6H2O微胶囊(相变温度为36℃，粒径为10-30微米)38重量％、玻璃纤维(购自泰山玻璃纤维有限公司，牌号为EC10-1.5-T435N)5重量％以及三甲氧苄胺嘧啶固化剂7重量％加入高速分散机中，以900r/min的转速搅拌20min，搅拌结束后放入真空度为0.03MPa的真空箱中消泡30min，得到相变胶水A3。
(2)壳体的制备：
将两块厚度均为0.4mm的镁合金板进行酸碱除油处理，然后将步骤(1)得到的相变胶水A3涂布到上述两块镁合金板的一侧表面上，采用两块镁合金板中间夹一层相变胶水的方式进行粘合，接着放入热压机中，并在室温、3MPa下热压60min，得到壳体K3，其包括两层厚度均为0.4mm的镁合金层以及位于两层镁合金层之间的一层厚度为0.2mm的粘合层。
对比例1
该对比例用于说明参比的相变胶水和壳体及其制备方法。
按照实施例1的方法制备相变胶水和壳体，不同的是，环氧树脂的用量为20重量％，C20石蜡微胶囊的用量为60重量％，滑石粉的用量为20重量％，得到相变胶水和壳体D1，所述壳体D1包括两层厚度均为0.4mm的铝合金层以及位于两层铝合金层之间的一层厚度为0.2mm的粘合层。
对比例2
该对比例用于说明参比的相变胶水和壳体及其制备方法。
按照实施例1的方法制备相变胶水和壳体，不同的是，相变胶水中未加入滑石粉，而仅将环氧树脂和C20石蜡微胶囊以65:33的重量比按照实施例1的方式混合均匀，得到相变胶水和壳体D2，所述壳体D2包括两层厚度均为0.4mm的铝合金层以及位于两层铝合金层之间的一层厚度为0.2mm的粘合层。
测试例
测试例用于说明壳体性能的测试。
(1)结合力的测试：
将试样加工成如图2所示的形状，其中，两侧的三层结构为夹持区域，中间的三层结构为粘结区域，夹持区域的中心与粘结区域的中心的距离为100mm±0.25mm，粘结区域的轴向长度为12.5mm±0.25mm，横向宽度为25mm±0.25mm。接着采用拉拔力测试仪进行金属层与粘结层之间结合力的测试，具体地，在平行于粘结区域且在试样主轴方向上施加一拉伸力，测试搭接粘结处的剪切应力，当粘结区域被破坏时的拉伸力即为所得结合力。结果见表1。
(2)散热性能的测试：
采用高通810处理器的手机进行测试，将手机后盖分别替换为由实施例1-3和对比例1-2制备得到的壳体以及厚度均为1mm的铝合金壳体、不锈钢壳体和镁合金壳体，接着重新组装。
将手机亮度调至最大，不间断运行狂野飙车15min。在5min、10min和15min时分别测定外壳温度最高点，结果见表1。
表1
注：表1中所述的铝合金壳体、不锈钢壳体和镁合金壳体的厚度均为1mm。
从以上结果可以看出，在本发明提供的壳体中，金属层之间通过所述相变胶水进行粘合，能够使得不同金属层之间具有较高的结合力，并且得到的壳体的散热性能非常好，可实现良好的散热且温度基本不升高或者升高幅度很小的目的，从而出现避免烫手的问题，非常适用合用作手机外壳或者笔记本电脑外壳，极具工业应用前景。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (13)

1.一种相变胶水，其特征在于，所述相变胶水含有30-80重量％的树脂、15-60重量％的相变储能材料和2-10重量％的填料，所述相变储能材料为微胶囊相变材料且其相变温度为30-60℃。
2.根据权利要求1所述的相变胶水，其中，所述相变胶水含有50-75重量％的树脂、20-45重量％的相变储能材料和2-8重量％的填料。
3.根据权利要求1所述的相变胶水，其中，所述相变储能材料的微胶囊内的相变材料为结晶水合盐和/或石蜡类材料；
优选地，所述结晶水合盐为Na2SO4·10H2O、Zn(NO3)2·6H2O、NaCH3COO·3H2O、Na2S2O3·5H2O和Ca(NO3)2·4H2O中的至少一种，所述石蜡类材料为C18-C30的石蜡；
优选地，所述相变储能材料为结晶水合盐微胶囊和石蜡类材料微胶囊的混合物；
优选地，所述结晶水合盐微胶囊和石蜡类材料微胶囊的重量比为(0.01-10):1。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的相变胶水，其中，所述相变储能材料的相变温度为30-45℃。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的相变胶水，其中，所述相变储能材料的粒径为1-100微米，优选为1-30微米。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的相变胶水，其中，所述树脂为环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、硅胶树脂和聚硫树脂中的至少一种。
7.根据权利要求1-3中任意一项所述的相变胶水，其中，所述填料为石棉绒、玻璃纤维、滑石粉、金属及其氧化物、硅胶粉、瓷粉、钛白粉和石墨粉中的至少一种，所述金属为铝粉、铜粉、铁粉、铬粉、钛粉中的至少一种。
8.根据权利要求1-3中任意一项所述的相变胶水，其中，所述相变胶水中还含有固化剂；相对于100重量份的所述树脂，所述固化剂的含量为10-100重量份。
9.一种壳体，其特征在于，所述壳体包括至少两层金属层以及位于所述金属层之间的粘合层，所述粘合层由权利要求1-8中任意一项所述的相变胶水形成。
10.根据权利要求9所述的壳体，其中，所述金属层的数量为2-10；所述金属层的厚度为100-2000微米，所述粘合层的厚度为100-1000微米；所述金属层选自不锈钢层、铝合金层和镁合金层中的至少一者。
11.权利要求9或10所述的壳体的制备方法，该方法包括将不同金属层的需要粘合的表面涂布上权利要求1-8中任意一项所述的相变胶水，接着进行热压成形。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其中，所述热压成形的条件包括温度为50-150℃，压力为1-5MPa，时间为10-60min。
13.权利要求9或10所述的壳体或者由权利要求11或12所述的方法制备得到的壳体作为手机外壳或笔记本电脑外壳的应用。
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