CN108684169B - 一种柔性壳体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种柔性壳体，包括：刚性骨架，所述刚性骨架包括至少两个分离的刚性部件；弹性纤维网，所述弹性纤维网两端分别与两个刚性部件固定连接，形成可弯折部分；柔性外壳，所述柔性外壳至少包覆于弹性纤维网外表面；在所述弹性纤维网未受弯折力状态下，所述柔性外壳与弹性纤维网相对应的区域具有褶皱。本发明通过在柔性壳体弯折区域设置弹性纤维网，利用弹性纤维网的预拉伸在柔性外壳可弯折区域形成褶皱，当机身弯曲时，柔性外壳仅仅是褶皱部分被拉紧至平滑状态，因而并不会增加拉伸模量，降低了壳体拉伸断裂的风险，同时褶皱的设置还会使壳体在拉伸时几乎没有蠕变，另外，壳体还具有防水防尘等功能，能够满足柔性屏产品对柔性壳体的要求。

Description

一种柔性壳体及其制备方法

技术领域

本发明涉及电子产品壳体技术领域，尤其涉及一种柔性壳体及其制备方法。

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。

当柔性屏是面朝面的向内弯曲时，柔性转轴对柔性外壳的拉伸作用示意图如图1所示，当机身伸直时，柔性屏与外壳均无拉伸；当机身弯曲时，柔性屏纯弯曲，而在弯折区域的柔性壳体则被大幅度拉伸而变长。为了确保柔性屏本身不拉伸不压缩仅仅是纯弯曲，产品的柔性壳体被迫要承受大幅度的反复拉伸弯折，所以对柔性壳体材料性能要求很高，例如：要求壳体材料的蠕变很小或没有；产品使用寿命内壳体不能有疲劳断裂；密封性好，不漏水，不进灰尘；外观美观，手感舒适等。

现有的解决方案如下：

一、采用橡胶壳体，利用模具成型出较大的锯齿状折纹(像扇面一样，截面为锯齿状)，将壳体伸缩转为锯齿状折纹的拉伸压缩变形。

该方案的缺点是：

在壳体壁厚及材料本身拉伸率的限制下，模具成型的锯齿状折纹比较大，整个壳体显得非常厚，臃肿，松松垮垮，影响外观与手感。

若采用单一弹性体材料做成没有锯齿状折纹的光滑壳体，则无论是聚氨酯材料还是有机硅材料，均有局限性：

1)采用高拉伸强度的聚氨酯弹性材料成型壳体，尽管聚氨酯材料综合力学性能好，但拉伸模量相对比较大，需要很大的力才能拉伸变形，极容易损坏精密的柔性转轴，用户体验也不好；

2)采用低拉伸强度的有机硅材料成型壳体，尽管有机硅材料的拉伸模量可以做的较小，但有机硅胶力学性能较差，很容易拉伸断裂，壳体使用寿命很短。

二、采用金属壳，固定在转轴上的金属条彼此搭接配合，形成像百叶窗帘一样的结构，覆盖住转轴背面。

该方案的缺点是：

金属条之间有缝隙，存在进灰尘，进水，夹头发等风险；如果金属条之间的缝隙过大而又比较锋利时，还有可能割伤手指。

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柔性壳体及其制备方法，制备的柔性壳体厚度较薄，拉伸模量低，抗疲劳断裂性好。

本发明提供了一种柔性壳体，包括：

刚性骨架，所述刚性骨架包括至少两个分离的刚性部件；

弹性纤维网，所述弹性纤维网两端分别与两个刚性部件固定连接，形成可弯折部分；

柔性外壳，所述柔性外壳至少包覆于弹性纤维网外表面；

在所述弹性纤维网未受弯折力状态下，所述柔性外壳与弹性纤维网相对应的区域具有褶皱。

优选的，与所述弹性纤维网端部连接的两个刚性部件之间还设置有：一个或多个分离的刚性支撑体，所述弹性纤维网覆盖于刚性支撑体外表面，且与刚性支撑体固定连接。

优选的，所述弹性纤维网由平行或近似平行于弯折方向的纵向纤维组和垂直或近似垂直于弯折方向的横向纤维组形成，所述纵向纤维组的纤维直径大于所述横向纤维组。

优选的，所述柔性外壳的材料基材中分散有短纤维。

优选的，所述弹性纤维网为聚氨酯。

优选的，所述刚性骨架的内表面设置有热熔固定柱。

本发明提供了一种柔性壳体的制备方法，包括以下步骤：

弹性纤维网两端分别固定连接刚性部件，形成壳体；

将壳体置于模具中，所述弹性纤维网为预拉伸状态，所述壳体上由所述弹性纤维网和所述刚性部件组成的一表面呈弯曲状；

在所述弹性纤维网外表面注射成型柔性外壳，脱模后预拉伸的弹性纤维网恢复收缩伸直状态，柔性外壳形成褶皱，获得所述柔性壳体。

优选的，在所述弹性纤维网内侧、与其端部连接的两个刚性部件之间，固定连接一个或多个分离的刚性支撑体。

优选的，设置多条平行或近似平行于弯折方向的纵向纤维；

设置多条垂直或近似垂直于弯折方向的横向纤维；

将所述纵向纤维和横向纤维交叉布置，获得弹性纤维网；

所述纵向纤维的纤维直径大于所述横向纤维。

本发明提供了一种电子设备，包括上述柔性壳体或者上述制备方法制备的柔性壳体。

与现有技术相比，本发明提供了一种柔性壳体，包括：刚性骨架，所述刚性骨架包括至少两个分离的刚性部件；弹性纤维网，所述弹性纤维网两端分别与两个刚性部件固定连接，形成可弯折部分；柔性外壳，所述柔性外壳至少包覆于弹性纤维网外表面；在所述弹性纤维网未受弯折力状态下，所述柔性外壳与弹性纤维网相对应的区域具有褶皱。本发明通过在柔性壳体弯折区域设置弹性纤维网，并利用弹性纤维网的预拉伸在柔性外壳可弯折区域形成褶皱，当机身弯曲时，柔性外壳仅仅是褶皱部分被拉紧至平滑状态，因而并不会增加拉伸模量，降低了壳体拉伸断裂的风险，同时褶皱的设置还会使壳体在拉伸时几乎没有蠕变，另外，壳体还具有防水防尘等功能，能够满足柔性屏产品对柔性壳体的要求。

附图说明

图1为刚性骨架和刚性支撑体的结构示意图；

图2为弹性纤维网结构示意图；

图3为弹性纤维网的局部放大示意图；

图4为柔性外壳褶皱示意图；

图5为弹性纤维网预拉伸状态示意图；

图6为壳体伸直时，可弯折区域的褶皱示意图；

图7为壳体弯曲时，可弯折区域光滑的示意图；

图8为本发明制备的柔性壳体爆炸图。

具体实施方式

本发明提供了一种柔性壳体，包括：

刚性骨架，所述刚性骨架包括至少两个分离的刚性部件；

弹性纤维网，所述弹性纤维网两端分别与两个刚性部件固定连接，形成可弯折部分；

柔性外壳，所述柔性外壳至少包覆于弹性纤维网外表面；

在所述弹性纤维网未受弯折力状态下，所述柔性外壳与弹性纤维网相对应的区域具有褶皱。

所述刚性骨架包括至少两个分离的刚性部件，形成壳体的骨架。

弹性纤维网设置于两个分离的刚性部件之间的间隔区域，并通过两端分别与两个刚性部件固定连接，形成可弯折部分，用于壳体达到弯曲的功能。

优选的，与弹性纤维网两端连接的刚性部件之间还设置有一个或多个分离的刚性支撑体，所述刚性支撑体的排列方向与刚性部件平行，用于可弯折部分的支撑。

所述弹性纤维网覆盖于刚性支撑体外表面，且与刚性支撑体固定连接。

刚性骨架和刚性支撑体的结构示意图如图1所示。

本发明优选的，所述刚性骨架的内表面设置有热熔固定柱，用于固定金属柔性转轴。

本发明对所述刚性骨架和刚性支撑体的材质并无特殊限定，可以为制备壳体的一般刚性材质，如具有刚性的树脂材料，PEEk等，或轻质金属材料等，在较薄的情况下可拥有较高的力学性能。

所述弹性纤维网由平行或近似平行于弯折方向的纵向纤维组和垂直或近似垂直于弯折方向的横向纤维组形成。

本发明中，所述弹性纤维网由纵向纤维组和横向纤维组交叉形成网状结构。

上述平行或近似平行于弯折方向的纵向纤维组，是将平行于弯折方向或沿弯折方向具有45°以内夹角方向设置的纤维定义为纵向纤维组。

上述垂直或近似垂直于弯折方向的横向纤维组，是将垂直于弯折方向或沿垂直弯折方向具有45°以内夹角方向设置的纤维定义为横向纤维组。

在本发明的某些具体实施例中，所述弹性纤维网由平行于弯折方向的纵向纤维组和垂直于弯折方向的横向纤维组形成。由于工艺需求或工艺条件限制，纤维的设置方向可以有15°以内的偏差，更进一步的，有10°以内的偏差。所述偏差可以为逆时针方向的偏差或顺时针方向的偏差。

所述弹性纤维网的示意图如图2所示。

图3为局部放大示意图。

上述弹性纤维网的设置方式能够提供较高的断裂拉伸率，同时能够提供回弹力，利于壳体弯曲后恢复伸直状态。

本发明优选的，所述纵向纤维组的纤维直径大于所述横向纤维组。

本发明采用较粗的纵向纤维组，能够满足壳体弯曲所需的断裂伸长率和回弹力，采用较细的横向纤维组，是由于该方向在壳体弯折时受力很小，细纤维有利于降低壳体总厚度。

本发明中，所述弹性纤维网材质优选为交联型回弹性纤维，如聚氨酯弹性纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维等。采用交联型弹性纤维可大幅增加其抗蠕变性能。

所述弹性纤维网和上述刚性部件、刚性支撑体的固定连接方式可以为胶黏剂黏贴，或其他本领域技术人员熟知的连接方式。

本发明所述柔性壳体还包括柔性外壳，所述柔性外壳至少包覆于弹性纤维网外表面，在所述弹性纤维网未受弯折力状态下，所述柔性外壳与弹性纤维网相对应的区域具有褶皱。

所述褶皱的示意图如图4所示。

当壳体处于弯曲状态时，弹性纤维网受到弯折力产生弯曲形变，壳体的可弯折区域被拉紧，柔性外壳的褶皱逐渐变小，趋于平滑，至壳体弯曲到最大状态时，柔性外壳的褶皱被拉伸至平滑状态。上述褶皱的设置可以降低拉伸模量，降低壳体拉伸断裂的风险。

本发明中，所述柔性外壳还可以包覆于所述刚性骨架外表面，且表面平滑，形成一体化的壳体。

所述柔性外壳的材质可以为一般柔性树脂材料，如有机硅等材料，具有弹性手感，厚度较薄。

本发明优选的，所述柔性外壳的材料基材中分散有短纤维，可增强壳体的防刺穿能力和抗拉伸撕裂性能及抑制已有裂纹扩展，增加壳体使用寿命。

所述短纤维可以为本领域技术人员熟知的具有高拉伸强度、高拉伸模量的超细短纤维，如芳纶短纤维等。

本发明通过在柔性壳体的弯折区域设置褶皱，当机身弯曲时，柔性外壳仅仅是褶皱部分被拉紧至平滑状态，并不会增加拉伸模量，产品弯折时的阻尼主要由柔性转轴控制，降低了壳体拉伸断裂的风险，用户体验好。

壳体发生弯曲时，仅有内埋的弹性纤维网被拉伸，而柔性外壳几乎不会被拉伸，所以壳体几乎无蠕变；长时间反复拉伸后，仅弹性纤维网会产生一点点蠕变，但也会被微褶皱所掩盖。

另外，壳体还具有防水防尘等功能，密封性能良好，手感滑爽。

由于柔性外壳基材中混有起架桥作用的短纤维，所以壳体抗疲劳断裂性好，使用寿命长。

本发明提供了上述柔性壳体的制备方法，包括以下步骤：

弹性纤维网两端分别固定连接刚性部件，形成壳体；

将壳体置于模具中，所述弹性纤维网为预拉伸状态，所述壳体上由所述弹性纤维网和所述刚性部件组成的一表面呈弯曲状；

在所述弹性纤维网外表面注射成型柔性外壳，脱模后预拉伸的弹性纤维网恢复收缩伸直状态，柔性外壳形成褶皱，获得所述柔性壳体。

所述弹性纤维网的设置方式如下：

设置多条平行或近似平行于弯折方向的纵向纤维；

设置多条垂直或近似垂直于弯折方向的横向纤维；

将所述纵向纤维和横向纤维交叉布置，获得弹性纤维网；

所述纵向纤维的纤维直径大于所述横向纤维。

所述纤维的材质同上，在此不再赘述。

本发明优选对纤维进行预处理，预先涂覆保护涂层，该保护涂层与纤维结合性好，与柔性外壳结合性较差，从而纤维可在拉伸与收缩时在柔性外壳内发生些微错动，利于柔性外壳褶皱的形成。

所述刚性部件可以采用具有刚性的树脂材料注塑形成。

本发明优选的，在所述刚性部件内表面注塑热熔型固定柱结构。

所述弹性纤维网通过两端与所述刚性部件固定连接。

本发明优选的，所述刚性部件与弹性纤维网的搭接处具有胶粘剂，用于粘结弹性纤维网。

本发明优选的，在所述弹性纤维网内侧、与其端部连接的两个刚性部件之间，固定连接一个或多个分离的刚性支撑体，所述刚性支撑体与刚性部件平行排列。

所述刚性支撑体可以采用具有刚性的树脂材料注塑形成。

所述弹性纤维网和刚性支撑体可以通过胶粘剂粘结。

然后将固定连接后形成的壳体置于模具中，所述弹性纤维网为预拉伸状态，所述壳体上由所述弹性纤维网和所述刚性部件组成的一表面呈弯曲状。

然后闭模，在所述弹性纤维网外表面注射成型柔性外壳，脱模后预拉伸的弹性纤维网恢复收缩伸直状态，柔性外壳形成褶皱，获得所述柔性壳体。

采用预拉伸状态，有助于防止在注射加工柔性外壳时将纤维网冲移位或冲变形，同时可以在柔性外壳上形成微褶皱。

在获得柔性壳体后，还可以包括去除浇口料或去除飞边等后处理。

在本发明的某些具体实施例中，形成柔性壳体后，在外表面喷涂高附着性的手感油，可以提供滑爽感觉的涂层，提高用户体验舒适度。

当壳体处于伸直状态时，即弹性纤维网未受弯折力，弯折区域因为预拉伸的弹性纤维收缩而使柔性外壳表面呈微褶皱状；当壳体处于弯曲状态时，弯折区域因微褶皱被拉平而呈表面光滑状态。

在本发明的某些具体实施例中，闭模后，在所述弹性纤维网外表面和所述刚性骨架外表面均注射成型柔性外壳，包覆于所述刚性骨架外表面的柔性外壳表面平滑。

所述柔性外壳的材质可以为一般柔性树脂材料，如有机硅等材料。

本发明优选的，所述柔性外壳的材料基材中分散有短纤维。可增强壳体的防刺穿能力和抗拉伸撕裂性能及抑制已有裂纹扩展，增加壳体使用寿命。

所述短纤维可以为本领域技术人员熟知的具有高拉伸强度、高拉伸模量的超细短纤维，如芳纶短纤维等。

所述短纤维优选表面浸涂有保护涂层，所述保护涂层既可以防止液体有机硅的银催化剂中毒，又可利于短纤维在液体有机硅中均匀分散，还可增强纤维与有机硅胶基体的结合力，从而防止硅胶裂纹的形成与扩展。

形成柔性壳体后，本发明可将所述刚性部件内表面注塑的热熔型固定柱结构，插入柔性转轴的固定孔中，热熔后，将壳体与转轴牢固地结合在一起，柔性转轴可以使柔性屏面对面弯曲。

本发明通过在柔性壳体可弯折区域增设弹性纤维网，并在弹性纤维网的预拉伸状态下注塑柔性外壳，形成微褶皱，降低了壳体的拉伸模量，以及拉伸断裂的风险。

本发明提供了一种电子设备，包括上述柔性壳体或者包括上述制备方法制备的柔性壳体。

本发明提供的柔性壳体可应用的电子设备包括但不限于：智能手机、手表、平板电脑、笔记本电脑等。

作为本发明的一个优选实施例，所述柔性壳体采用PEEK塑料(聚醚醚酮)刚性骨架，聚氨酯纤维弹性纤维网，有机硅胶柔性外壳，有机硅胶中分散有芳纶短纤维，具体的：

以聚氨酯纤维为原料，沿弯折方向采用聚氨酯粗纤维，沿垂直于弯折方向采用聚氨酯细纤维，交叉设置形成弹性纤维网；弹性纤维网表面涂覆防银催化剂中毒的弹性保护涂层；

采用PEEK注塑刚性骨架，包括至少两个分离的刚性部件，和多个刚性支撑体；

在刚性部件和刚性支撑体内表面注塑热熔固定柱；

刚性部件及刚性支撑体表面预处理：

将刚性部件和弹性纤维网黏贴的搭接处遮盖，其余位置喷涂介质层，用于增强塑料与液体有机硅的结合力；同时还可以利用注射料的包边结构、孔洞勾连结构等来进一步确保结合力；

在刚性部件遮盖的位置涂覆粘合剂，并与弹性纤维网粘合，所述粘合剂要选择既不会引起液体有机硅的银催化剂中毒，又能牢固粘住经过表面预处理的纤维网的种类；

将高性能芳纶1414纤维剪切成适当长度的短纤维，表面浸涂介质层，与双组份液体有机硅的A、B组分均匀分散混合，备用；

将已粘附弹性纤维网的刚性骨架放入液体有机硅注射模具中，纤维网处于预拉伸状态，闭合模具，将预先均匀混有短纤维的液体有机硅的A、B组分混合后注射进模具，快速固化，在刚性骨架和弹性纤维网外表面注射成型有机硅柔性外壳；

图5为弹性纤维网预拉伸状态示意图；

开模后取出柔性壳体，去除浇口料，去除飞边，当壳体伸直时，可弯折区域因为预拉伸的弹性纤维网收缩而使柔性壳体表面呈微褶皱状；当壳体弯曲时，可弯折区域因微褶皱被拉平而呈表面光滑状态；

图6为壳体伸直时，可弯折区域的褶皱示意图，其中，深灰色部分为褶皱区域；

图7为壳体弯曲时，可弯折区域光滑的示意图；

将柔性壳体的热熔固定柱插入柔性转轴的固定孔中，热熔后，将注塑/压注件与转轴牢固地结合在一起，可使柔性屏面对面的弯曲。

图8为制作的柔性壳体爆炸图，其中，1为褶皱区域，2为柔性外壳，3为弹性纤维网，4为粘合剂，5为刚性骨架，6为刚性骨架表面的介质层，7为金属柔性转轴。

本发明中，在纤维表面或刚性骨架表面涂覆的保护涂层，可以为本领域技术人员熟知的适用种类，本发明对此并无特殊限定。

由以上实施例可知，本发明制备的柔性壳体厚度较薄，拉伸模量低，抗疲劳断裂性好。

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 (10)

1.一种柔性壳体，包括：

刚性骨架，所述刚性骨架包括至少两个分离的刚性部件；

弹性纤维网，所述弹性纤维网两端分别与两个刚性部件固定连接，形成可弯折部分；

柔性外壳，所述柔性外壳至少包覆于弹性纤维网外表面；

在所述弹性纤维网未受弯折力状态下，所述柔性外壳与弹性纤维网相对应的区域具有褶皱；

所述弹性纤维网由平行或近似平行于弯折方向的纵向纤维组和垂直或近似垂直于弯折方向的横向纤维组形成。

2.根据权利要求1所述的柔性壳体，其特征在于，与所述弹性纤维网端部连接的两个刚性部件之间还设置有：一个或多个分离的刚性支撑体，所述弹性纤维网覆盖于刚性支撑体外表面，且与刚性支撑体固定连接。

3.根据权利要求1所述的柔性壳体，其特征在于，所述纵向纤维组的纤维直径大于所述横向纤维组。

4.根据权利要求1所述的柔性壳体，其特征在于，所述柔性外壳的材料基材中分散有短纤维。

5.根据权利要求1所述的柔性壳体，其特征在于，所述弹性纤维网为聚氨酯。

6.根据权利要求1所述的柔性壳体，其特征在于，所述刚性骨架的内表面设置有热熔固定柱。

7.一种柔性壳体的制备方法，包括以下步骤：

设置多条平行或近似平行于弯折方向的纵向纤维；

设置多条垂直或近似垂直于弯折方向的横向纤维；

将所述纵向纤维和横向纤维交叉布置，获得弹性纤维网；

弹性纤维网两端分别固定连接刚性部件，形成壳体；

将壳体置于模具中，所述弹性纤维网为预拉伸状态，所述壳体上由所述弹性纤维网和所述刚性部件组成的一表面呈弯曲状；

在所述弹性纤维网外表面注射成型柔性外壳，脱模后预拉伸的弹性纤维网恢复收缩伸直状态，柔性外壳形成褶皱，获得所述柔性壳体。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述弹性纤维网内侧、与其端部连接的两个刚性部件之间，固定连接一个或多个分离的刚性支撑体。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，

所述纵向纤维的纤维直径大于所述横向纤维。

10.一种电子设备，包括权利要求1～6任一项所述的柔性壳体或者包括权利要求7～9任一项所述的制备方法制备的柔性壳体。

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