CN108407164A - 陶瓷塑料复合结构件制备方法及电子设备外壳 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种陶瓷塑料复合结构件制备方法及电子设备外壳,该陶瓷塑料复合结构件的制备方法为先制备陶瓷外观件,再在陶瓷外观件内浇铸尼龙单体加热保温固化后得到陶瓷塑料复合结构件。该制备方法采用尼龙单体常压浇铸工艺,解决了模内注塑过程中注塑压力过高陶瓷炸裂的问题,尼龙与陶瓷的结合强度高,且由于长时间的保温固化,聚合的尼龙分子量大,力学综合性能优异。为了更好的提高陶瓷与浇铸尼龙的结合强度,浇铸前使用酸液腐蚀陶瓷表面得到纳米粗化表面,再在粗化表面上旋涂一层聚异氰酸酯胶水层作为过渡层提高陶瓷与浇铸尼龙的粘接强度。使用该结构件制备方法可以制备手机外壳、手表后盖、车钥匙外壳等陶瓷塑料复合电子设备外壳。
Description
技术领域
本发明涉及结构件制备技术领域,具体涉及复合结构件制备技术领域,特别涉及陶瓷塑料复合结构件制备方法及电子设备外壳。
背景技术
随着手机、手环(表)等消费电子及汽车通讯的迅猛发展,消费电子的外壳等外观结构件取得了长足的进步,也遇到新的问题。特别是5G通讯及汽车高频通讯对材料的需求和消费者审美能力的提升,传统单一的金属外壳和塑料材质外壳难以满足消费者。陶瓷由于其温润如玉,越来越受到消费者和设计厂商的亲耐,但陶瓷韧性差,单纯陶瓷外壳抗跌落性能不佳,导致其难以大规模应用。将陶瓷与塑料复合是解决单纯陶瓷外壳抗跌落性能不佳的手段之一。
专利公布号为CN 103895274的专利公开一种陶瓷与塑料复合件的制备方法,该方法为先制备陶瓷件,再在陶瓷表面印刷一层聚醋酸乙烯酯内胶水并固化形成胶水层,再将此含有胶水层的陶瓷件放入注塑模具中模内注塑塑料层,得到塑料与陶瓷复合件。该方案采用的模内注塑工艺,由于陶瓷韧性差,且陶瓷塑料复合结构件的陶瓷层很薄,通常小于1mm,因此由于注塑压力很容易导致注塑过程中陶瓷层炸裂而不良。
发明内容
有鉴于此,本发明针对现有技术存在之缺失,其主要目的是提供一种陶瓷塑料复合结构件制备方法,该制备方法为:步骤a)制备陶瓷外观件,步骤b)再在陶瓷外观件内浇铸尼龙单体固化后得到陶瓷塑料复合结构件。该制备方法采用常压浇铸工艺,解决了模内注塑过程中注塑压力过高陶瓷层炸裂的问题。由于采用尼龙单体浇铸固化的工艺,尼龙与陶瓷层的结合强度高,且由于长时间的保温固化,尼龙的分子量大,力学等综合性能优异。
优选的,还包括以下步骤:在步骤a)得到的陶瓷外观件表面形成纳米粗化表面。
优选的,在步骤a)得到的陶瓷外观件设置一层胶水层,该胶水层的厚度为5um~15um。
优选的,所述的陶瓷外观件的陶瓷基体为氧化物结构陶瓷、氮化物结构陶瓷和碳化物结构陶瓷中一种。
优选的步骤b)在陶瓷外观件浇铸尼龙单体固化按以下步骤进行:
b).1将浇铸尼龙单体己内酰胺熔融并抽真空脱水;
b).2在熔融的浇铸尼龙单体己内酰胺内加入催化剂并再次抽真空脱水得到己内酰胺活性料;
b).3将己内酰胺活性料浇铸于陶瓷外观件后保温固化。
优选的,步骤b).1中浇铸尼龙单体己内酰胺熔融温度为90℃~100℃,抽真空温度为110℃~130℃,真空度≤-0.095MPa,抽真空时间为5min~30min。
优选的,步骤b).2中抽真空温度为110℃~130℃,真空度≤-0.095MPa,抽真空时间为5min~30min。
优选的,步骤b).3中的浇铸温度为170℃~190℃,保温时间为10min~60min。
优选的,步骤b).2中催化剂为氢氧化钠或者金属钠,催化剂为浇铸尼龙单体己内酰胺重量百分的0.3%~2%。
优选的,使用酸液酸化腐蚀陶瓷外观件表面形成陶瓷外观件的纳米粗化表面,酸液的浓度大于0.3mol/L,酸液温度为60℃~95℃,腐蚀时间为10min~30min。
优选的,设置的胶水层为聚异氰酸酯胶水层,设置工艺为涂覆或喷涂工艺。
本发明还公开了一种电子设备外壳,被构造为合围形成中空腔体,靠近中空腔体的一侧为塑料基体,远离中空腔体的一侧为陶瓷基体,该电子设备外壳由以上所述的制备方法得到。
本发明的有益效果:本发明提供了一种陶瓷塑料复合结构件制备方法及电子设备外壳,该陶瓷塑料复合结构件的制备方法为先制备制备陶瓷外观件,该陶瓷为氧化物结构陶瓷、氮化物结构陶瓷和碳化物结构陶瓷中一种,再在陶瓷外观件内浇铸尼龙单体加热保温固化后得到陶瓷塑料复合结构件。该制备方法采用常压浇铸工艺,解决了模内注塑过程中注塑压力过高陶瓷层炸裂的问题,由于使用了尼龙单体浇铸固化的工艺,尼龙与陶瓷层的结合强度高,且由于长时间的保温固化,尼龙的分子量大,力学综合性能优异。同时为了更好提高陶瓷与浇铸尼龙的结合强度,浇铸前使用酸液腐蚀陶瓷表面得到纳米粗化表面,再在粗化表面上旋涂一层聚异氰酸酯胶水层作为过渡层提高陶瓷与浇铸尼龙的粘接强度。使用该陶瓷塑料复合结构件制备方法可以制备手机外壳、手表后盖、车钥匙外壳等陶瓷塑料复合电子设备外壳。
附图说明
图1为陶瓷塑料复合结构件的制备方法示意图。
图2为实施例3的车钥匙按键盘陶瓷毛坯结构示意图。
图3为实施例3的浇铸固化后得到的陶瓷塑料复合车钥匙按键盘的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细描述,其中所用到原料和设备也均为市售,没有特别要求。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明,而非对该发明的限定。
本发明主要目的是提供一种陶瓷塑料复合结构件制备方法,该制备方法为:首选制备陶瓷外观件,该陶瓷外观件的陶瓷基体为常见的氧化物结构陶瓷、氮化物结构陶瓷和碳化物结构陶瓷中一种,并无特殊限制,例如氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、氧化硅陶瓷、氧化镁陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化铝陶瓷等。在本实例中优选为氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、氧化硅陶瓷、氮化硅陶瓷。该陶瓷外观件的制备方法采用现有技术中陶瓷常用的制备方法,并无特殊限制,例如干压成型、凝胶注模成型、流延成型和注塑成型等,根据陶瓷外观件的结构复杂程度合理选择。例如结构简单的2D/2.5D表盖可以采用干压成型或者流延成型后再次整形得到所需形状,而形状复杂的3D外观结构件则需要采用注塑成型。成型后的外观结构件生坯经排胶烧结后得到该陶瓷外观结构件,在本实施例中优选的可以根据设计尺寸要求和外表面设计要求采用CNC精雕机、镭射激光以及5轴柔性抛光机等机加工设备将表面机加工处理,得到纹理、镜面等处理效果,提高陶瓷外观结构件的美观度。
得到陶瓷外观结构件后,就可在陶瓷外观件内浇铸尼龙单体固化后得到陶瓷塑料复合结构件。尼龙单体浇铸固化使用现有技术方案即可,并无特别限制,为了提高浇铸后的尼龙强度,浇铸可以选用真空浇铸,且浇铸前将熔融的尼龙单体己内酰胺脱水处理。在本实施例中浇铸尼龙单体固化按以下步骤进行:
b).1将浇铸尼龙单体己内酰胺熔融并抽真空脱水;优选的将己内酰胺在90℃~100℃温度范围内熔融,熔融后搅拌继续升高温度至110℃~130℃后开始抽真空脱水,为了提高脱水效果,优选的真空度≤-0.095MPa,抽真空时间为5min~30min。
b).2在熔融的浇铸尼龙单体己内酰胺内加入催化剂并再次抽真空脱水得到己内酰胺活性料;在本实施例中催化剂为氢氧化钠或者金属钠,为了生产安全考虑,优选的为氢氧化钠,催化剂用量为浇铸尼龙单体己内酰胺重量百分的0.3%~2%。在本实例中优选的步骤b).1抽真空脱水后恢复常压,继续保持温度为110℃~130℃之间加入催化剂搅拌保持温度搅拌抽真空,以抽除己内酰胺活化过程中产生的水分,为了提高抽除效果,抽真空的真空度≤-0.095MPa,抽真空时间为5min~30min后得到己内酰胺活性料,为了提高己内酰胺活化效果,在本实施例中优选的在加入催化剂的同时还可以加入占己内酰胺重量百分的0.1%~0.5%的商用列克纳胶活化。
b).3将己内酰胺活性料浇铸于陶瓷外观件后保温固化。在此步骤使用模具浇铸可以得到具有安装螺纹孔或其它功能结构的塑料件,在本实施例中浇铸时模具和陶瓷件的温度为170℃~190℃,保温时间为10min~60min后冷却脱模得到陶瓷塑料结构件。该浇铸过程为常压浇铸工艺,解决了模内注塑过程设计中注塑压力过高陶瓷层炸裂的问题。由于采用尼龙单体浇铸固化的工艺,尼龙与陶瓷层的结合强度高,且由于长时间的保温固化,尼龙的分子量大,力学综合性能优异。
为了提高浇铸尼龙与陶瓷件的结合强度,在本实施例中在使用酸液酸化腐蚀陶瓷外观件表面形成陶瓷外观件的纳米粗化表面。根据陶瓷材料不同,选用现有技术中常用的盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸中的一种,在本实施例中为了提高腐蚀效果,优选的为氢氟酸,酸液的浓度大于0.3mol/L,酸液温度为60℃~95℃,腐蚀时间为10min~30min。
在本实施例中为了进一步提升浇铸尼龙与陶瓷件的结合强度,在纳米粗化后的陶瓷外观件表面可以设置一层胶水层,在本实施例中优选的胶水为聚异氰酸酯胶,设置工艺为涂覆或喷涂工艺。
本发明还公开了一种电子设备外壳,该电子设备外壳被构造为合围形成中空腔体的空壳结构,靠近中空腔体的一侧为塑料基体,该塑料基体为上述浇铸尼龙的制备方法得到,远离中空腔体的一侧为陶瓷基体,陶瓷基体为上述陶瓷基体制备方法制备得到。使用该结构件制备方法制备的电子设备外壳可以是手机外壳、手表后盖、车钥匙外壳等陶瓷塑料复合电子设备外壳。
以下是本发明的实施例:
实施例1
耐摔陶瓷塑料手机外壳制备过程
将D50为0.7um的5kg氧化铝陶瓷粉与25g水性聚丙烯酸丁酯和12.5kg去离子水加入搅拌磨充分搅拌2h后在260℃喷雾干燥得到造粒粉,将造粒粉加入干压模具中按1200kg.f/cm2的压力压制得到陶瓷件毛坯并冷等静压整形后码垛以1℃/min升温至600℃保温2h排胶后以5℃/min速率升温至1500℃保温2h烧结后降温得到陶瓷结构件毛坯。
将该陶瓷结构件毛坯浸泡于0.3mol/L的溶液温度为95℃氢氟酸溶液中浸泡30min拿出冲洗干净后经过CNC机加工除去表面加工余量并外表面柔性抛光得到陶瓷结构件并在表面涂覆一层50um的聚异氰酸酯胶后备用。
称取200g己内酰胺加入三口烧瓶中加入至90℃使其溶剂后加入至110℃不断搅拌并使用真空泵抽真空至-0.95Mpa后保持30min抽取水分;然后充气泄压后向其中加入4g氢氧化钠和0.2g列克纳胶并不断搅拌在此110℃温度继续抽真空至-0.95Mpa后保持5min得到己内酰胺活性料。
将涂覆有聚异氰酸酯胶的陶瓷结构件迅速预热至130℃后将己内酰胺活性料浇铸至陶瓷结构件内表面加入至190℃保温10min后降至室温得到该耐摔陶瓷塑料手机外壳。将该耐摔陶瓷塑料手机外壳采用0.5mm/min的拉伸速率测试其结合强度为26.7Mpa,将其配重150g后至于2m高空竖直自由落下30次无开裂现象。
实施例2
耐摔陶瓷塑料手表外壳制备过程
称取硬脂酸10g、D50为0.5um的氧化锆陶瓷粉体2kg、58号石蜡80g,将称取的原料加入3L的密炼机在150℃密炼1h得到喂料,将喂料加入注塑机中在150MPa注塑成型得到手表后盖素坯,码垛放入脱脂炉中以0.2℃/min的速率缓慢升温至170℃,保温20h后随炉冷却,再将素坯码垛放入烧结炉中按1℃/min,升温至450℃保温两小时,然后1℃/min升温至650℃,然后以5℃/min速率升温至1500℃保温2h后按5℃/min降温至950℃随炉冷却得到手表毛坯。
将该毛坯浸泡于3mol/L的溶液温度为60℃氢氟酸溶液中浸泡10min拿出冲洗干净后经过CNC机加工除去表面加工余量并外表面柔性抛光得到陶瓷结构件并在表面喷涂一层20um的聚异氰酸酯胶后备用。
称取200g己内酰胺加入三口烧瓶中加入至100℃使其溶剂后加入至130℃不断搅拌并使用真空泵抽真空至-0.98Mpa后保持5min抽取水分;然后充气泄压后向其中加入0.6g氢氧化钠和1g列克纳胶并不断搅拌在此130℃温度继续抽真空至-0.98Mpa后保持30min得到己内酰胺活性料。
将涂覆有聚异氰酸酯胶的手表毛坯陶瓷结构件及待安装螺纹孔的模具迅速预热至130℃后将己内酰胺活性料浇铸至陶瓷结构件内表面加入至170℃保温60min后降至室温脱模得到该耐摔陶瓷塑料手表外壳。将该耐摔陶瓷塑料手表外壳采用0.5mm/min的拉伸速率测试其结合强度为35.4Mpa,将其配重50g后至于2m高空竖直自由落下30次无开裂现象。
实施例3
耐摔陶瓷塑料车钥匙按键盘制备过程
称取硬脂酸9g、D50为1um的氧化硅粉体2kg、58号石蜡80g,将称取的原料加入3L的密炼机在150℃密炼1h得到喂料,将喂料加入注塑机中在150MPa注塑成型得到车钥匙按键盘素坯,将其码垛放入脱脂炉中以0.2℃/min的速率缓慢升温至170℃,保温20h后随炉冷却,再将素坯码垛放入烧结炉中按1℃/min,升温至450℃保温两小时,然后1℃/min升温至650℃,然后以5℃/min速率升温至1250℃保温2h后随炉冷却得到车钥匙按键盘陶瓷毛坯。
将该毛坯浸泡于1.5mol/L的溶液温度为70℃氢氟酸溶液中浸泡20min拿出冲洗干净后经过CNC机加工除去表面加工余量并外表面柔性抛光得到陶瓷结构件并在表面喷涂一层20um的聚异氰酸酯胶后备用。
称取200g己内酰胺加入三口烧瓶中加入至100℃使其溶剂后加入至120℃不断搅拌并使用真空泵抽真空至-0.98Mpa后保持15min抽取水分;然后充气泄压后向其中加入2g氢氧化钠和0.5g列克纳胶并不断搅拌在此120℃温度继续抽真空至-0.98Mpa后保持20min得到己内酰胺活性料。
将涂覆有聚异氰酸酯胶的车钥匙按键盘毛坯陶瓷结构件及待安装螺纹孔的模具迅速预热至130℃后将己内酰胺活性料浇铸至陶瓷结构件内表面加入至180℃保温40min后降至室温脱模得到该耐摔陶瓷塑料车钥匙按键盘。将该耐摔陶瓷塑料车钥匙按键盘采用0.5mm/min的拉伸速率测试其结合强度为42.9Mpa,将其配重50g后至于2m高空竖直自由落下30次无开裂现象。
实施例4
耐摔陶瓷塑料手机中框制备过程
称取硬脂酸11g、7g氧化镁、D50为0.7um的氮化硅粉体2kg、58号石蜡80g,将称取的原料加入3L的密炼机在150℃密炼1h得到喂料,将喂料加入注塑机中在150MPa注塑成型得到素坯,将素坯码垛放入脱脂炉中以0.2℃/min的速率缓慢升温至170℃,保温20h后随炉冷却,再将素坯码垛放入烧结炉中按1℃/min,升温至450℃保温两小时,然后1℃/min升温至650℃降至室温,然后在石墨真空炉中以5℃/min速率升温至1550℃保温3h后随炉冷却得到陶瓷手机中框毛坯。
将该毛坯浸泡于1.5mol/L的溶液温度为80℃氢氟酸溶液中浸泡20min拿出冲洗干净后经过CNC机加工除去表面加工余量并外表面柔性抛光得到陶瓷结构件并在表面涂覆一层50um的聚异氰酸酯胶后备用。
称取200g己内酰胺加入三口烧瓶中加入至100℃使其溶剂后加入至120℃不断搅拌并使用真空泵抽真空至-0.98Mpa后保持15min抽取水分;然后充气泄压后向其中加入3g氢氧化钠和0.6g列克纳胶并不断搅拌在此120℃温度继续抽真空至-0.98Mpa后保持10min得到己内酰胺活性料。
将涂覆有聚异氰酸酯胶的中框陶瓷结构件及待安装螺纹孔的模具迅速预热至130℃后将己内酰胺活性料浇铸至陶瓷中框结构件内表面加入至180℃保温40min后降至室温脱模得到该耐摔陶瓷塑料手机中框。将该耐摔陶瓷塑料手机中框采用0.5mm/min的拉伸速率测试其结合强度为41.4Mpa,将其配重60g后至于2m高空竖直自由落下30次无开裂现象。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解,本申请中所涉及的发明范围,并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案,同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下,由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (10)
1.一种陶瓷塑料复合结构件制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
a)制备陶瓷外观件;
b)在陶瓷外观件浇铸尼龙单体固化得到陶瓷塑料复合结构件。
2.根据权利要求1所述的陶瓷塑料复合结构件制备方法,其特征在于,还包括以下步骤:在步骤a)得到的陶瓷外观件设置一层胶水层,该胶水层的厚度为5um~15um。
3.根据权利要求2所述的陶瓷塑料复合结构件制备方法,其特征在于,还包括以下步骤:在步骤a)得到的陶瓷外观件表面形成纳米粗化表面。
4.根据权利要求3所述的陶瓷塑料复合结构件制备方法,其特征在于:所述的陶瓷外观件的陶瓷基体为氧化物结构陶瓷、氮化物结构陶瓷和碳化物结构陶瓷中一种。
5.根据权利要求4所述的陶瓷塑料复合结构件制备方法,其特征在于,步骤b)在陶瓷外观件浇铸尼龙单体固化按以下步骤进行:
b).1将浇铸尼龙单体己内酰胺熔融并抽真空脱水;
b).2在熔融的浇铸尼龙单体己内酰胺内加入催化剂并再次抽真空脱水得到己内酰胺活性料;
b).3将己内酰胺活性料浇铸于陶瓷外观件后保温固化。
6.根据权利要求5所述的陶瓷塑料复合结构件制备方法,其特征在于:
步骤b).1中浇铸尼龙单体己内酰胺熔融温度为90℃~100℃,抽真空温度为110℃~130℃,真空度≤-0.095MPa,抽真空时间为5min~30min;
步骤b).2中抽真空温度为110℃~130℃,真空度≤-0.095MPa,抽真空时间为5min~30min;
步骤b).3中的浇铸温度为170℃~190℃,保温时间为10min~60min。
7.根据权利要求6所述的陶瓷塑料复合结构件制备方法,其特征在于:步骤b).2中催化剂为氢氧化钠或者金属钠,催化剂为浇铸尼龙单体己内酰胺重量百分的0.3%~2%。
8.根据权利要求7所述的陶瓷塑料复合结构件制备方法,其特征在于:使用酸液酸化腐蚀陶瓷外观件表面形成陶瓷外观件的纳米粗化表面,酸液的浓度大于0.3mol/L,酸液温度为60℃~95℃,腐蚀时间为10min~30min。
9.根据权利要求8所述的陶瓷塑料复合结构件制备方法,其特征在于:设置的胶水层为聚异氰酸酯胶水层,设置工艺为涂覆或喷涂工艺。
10.一种电子设备外壳,被构造为合围形成中空腔体,靠近中空腔体的一侧为塑料基体,远离中空腔体的一侧为陶瓷基体,其特征在于由权利要求1~9的任一权利要求所述的制备方法得到。
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