CN109705561B - 一种具有优良散热性的手机外壳及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有优良散热性的手机外壳及其制备方法，属于手机配件技术领域。该手机外壳为有机‑无机复合材料，其原料包括以下按照重量份计的组分：聚碳酸酯40‑65份、超高分子量聚乙烯18‑25份、纳米氮化铝纤维5‑10份、三氧化二铋4‑8份、改性可膨胀石墨5‑10份、硼酸镁晶须3‑7份。将上述原料经双螺杆挤出造粒，并通过注塑机进行注塑成型后，经冷却脱模，即可得到所述的手机外壳。本发明以聚碳酸酯和超高分子量聚乙烯为基体，通过添加纳米氮化铝纤维、三氧化二铋以及改性可膨胀石墨等组分，可以制得高强度、高导热系数以及高辐射屏蔽效能的手机外壳，从而可以解决现有塑料手机外壳散热性较差、防辐射能力欠佳等问题。

Description

一种具有优良散热性的手机外壳及其制备方法

技术领域

本发明涉及手机配件技术，具体是一种具有优良散热性的手机外壳及其制备方法。

背景技术

手机，可以说是人们最为常见的娱乐和通信工具。当然，随着科学信息技术的飞速发展，对于手机配件的要求是越来越高，除了美观、实用，手机配件的高性能也已经成为人们对手机的基本要求了。就比如，手机的外壳，不仅要美观、有手感，而且还需要具有易散热、防辐射等特点。

然而，传统采用金属材料制作的手机外壳虽然散热性好，但是加工成本高，而且还存易产生信号屏蔽、易变形以及耐磨性差等弊端；另外，现有技术中也有采用塑料作为手机外壳的材料，譬如采用PC/ABS塑料，虽然耐磨且不易变形，但是存在散热性差以及防辐射效果差等问题。故还需要对手机外壳的材料进行改善，以提高手机外壳的散热性和防辐射能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优良散热性的手机外壳及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种具有优良散热性的手机外壳，为有机-无机复合材料，其中，所述手机外壳的原料包括以下按照重量份计的组分：聚碳酸酯40-65份、超高分子量聚乙烯18-25份、纳米氮化铝纤维5-10份、三氧化二铋4-8份、改性可膨胀石墨5-10份、硼酸镁晶须3-7份。

作为本发明进一步的方案，所述手机外壳的原料包括以下按照重量份计的组分：聚碳酸酯47-58份、超高分子量聚乙烯20-23份、纳米氮化铝纤维7-9份、三氧化二铋5-7份、改性可膨胀石墨6-8份、硼酸镁晶须4-6份。

作为本发明再进一步的方案，所述手机外壳的原料包括以下按照重量份计的组分：聚碳酸酯52份、超高分子量聚乙烯22份、纳米氮化铝纤维8份、三氧化二铋6份、改性可膨胀石墨7份、硼酸镁晶须5份。

作为本发明再进一步的方案，所述的超高分子量聚乙烯的分子量为不小于180万。

作为本发明再进一步的方案，所述的三氧化二铋为δ型三氧化二铋。

作为本发明再进一步的方案，所述的改性可膨胀石墨为硼酸和二甲基硅油改性的可膨胀石墨，其具体制备方法为：先将可膨胀石墨用乙醇分散，然后添加二甲基硅油进行搅拌，再接着加入硼酸，并用超声波进行分散后，过滤、烘干，即可得到所述的改性可膨胀石墨。

本发明还提供一种上述具有优良散热性的手机外壳的制备方法，具体的，包括以下步骤：

(1)先按上述的重量份进行聚碳酸酯、超高分子量聚乙烯、纳米氮化铝纤维、三氧化二铋、改性可膨胀石墨和硼酸镁晶须组分的配料，备用；

(2)将上述配好的纳米氮化铝纤维、三氧化二铋、改性可膨胀石墨、硼酸镁晶须混合，得到无机原料；然后将无机原料投入到聚氨酯球磨机中，并添加无水乙醇和硅烷偶联剂进行球磨，得到原料浆；

(3)将上述得到的原料浆烘干，然后与配好的聚碳酸酯和超高分子量聚乙烯组分进行混匀，并用双螺杆挤出机挤出造粒，得到复合材料；

(4)将上述得到的复合材料填充到注塑机中，并在120-160Mpa压力以及250-300℃温度条件下注塑到模具中，接着在80-110Mpa的压力下进行保压后，然后经冷却、脱模，即可得到所述的手机外壳。

作为本发明再进一步的方案，所述步骤(2)中无水乙醇的添加质量为所述无机原料质量的1-3倍；所述步骤(2)中二甲基硅油的添加质量为所述无机原料质量的1％-5％。

作为本发明再进一步的方案，所述步骤(3)中双螺杆挤出机的转速为150-200r/min，挤出温度为230-260℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明以聚碳酸酯和超高分子量聚乙烯为基体，通过添加纳米氮化铝纤维、三氧化二铋以及改性可膨胀石墨等组分，可以制得高强度、高导热系数以及高辐射屏蔽效能的手机外壳，该手机外壳散热性好、防辐射能力强、不易弯折损坏，以及具备优良的阻燃性。

(2)本发明通过采用纳米氮化铝纤维，有利于氮化铝在聚碳酸酯的分散性，从而可以显著提高手机外壳的导热性；另外，通过加入δ型三氧化二铋和改性可膨胀石墨组分与纳米氮化铝纤维进行复配，可以辅助提升手机外壳的导热性，并且可以提升手机外壳的强，以及可以显著提升手机外壳的防辐射能力。

(3)本发明通过加入经硼酸和二甲基硅油改性的可膨胀石墨，可以提高可膨胀石墨与聚碳酸酯和超高分子量聚乙烯之间的界面相容性，以及使可膨胀石墨能够在聚氯乙烯中分散均匀，从而可以显著提高手机外壳的阻燃性，以及可以提升手机外壳的强度、导热性和辐射屏蔽效能等性能。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

该实施例提供的一种具有优良散热性的手机外壳，为有机-无机复合材料，其原料包括以下按照重量计的组分：聚碳酸酯32.5kg、超高分子量聚乙烯9kg、纳米氮化铝纤维2.5kg、三氧化二铋2kg、改性可膨胀石墨2.5kg、硼酸镁晶须1.5kg。其中，所述的超高分子量聚乙烯的分子量为不小于180万；所述的三氧化二铋为δ型三氧化二铋。

所述的改性可膨胀石墨为硼酸和二甲基硅油改性的可膨胀石墨，其具体制备方法为：先将可3.5kg膨胀石墨用35kg的乙醇进行分散，然后添加35g的二甲基硅油进行搅拌，再接着加入70g的硼酸，并用超声波进行分散60min后，过滤、烘干，即可得到所述的改性可膨胀石墨。

另外，上述一种具有优良散热性的手机外壳的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)先按上述的重量份进行聚碳酸酯、超高分子量聚乙烯、纳米氮化铝纤维、三氧化二铋、改性可膨胀石墨和硼酸镁晶须组分的配料，备用；

(2)将上述配好的纳米氮化铝纤维、三氧化二铋、改性可膨胀石墨、硼酸镁晶须混合，得到无机原料；然后将无机原料投入到聚氨酯球磨机中，并添加无水乙醇和硅烷偶联剂进行球磨，得到原料浆；其中，无水乙醇的添加质量为所述无机原料质量的1倍，二甲基硅油的添加质量为所述无机原料质量的1％。

(3)将上述得到的原料浆烘干，然后与配好的聚碳酸酯和超高分子量聚乙烯组分进行混匀，并用双螺杆挤出机挤出造粒，得到复合材料；其中，双螺杆挤出机的转速为150r/min，挤出温度为230℃

(4)将上述得到的复合材料填充到注塑机中，并在120Mpa压力以及250℃温度条件下注塑到模具中，接着在80Mpa的压力下进行保压后，然后经冷却、脱模，即可得到所述的手机外壳。

实施例2

该实施例提供的一种具有优良散热性的手机外壳，为有机-无机复合材料，其原料包括以下按照重量计的组分：聚碳酸酯20kg、超高分子量聚乙烯12.5kg、纳米氮化铝纤维5kg、三氧化二铋4kg、改性可膨胀石墨5kg、硼酸镁晶须3.5kg。其中，所述的超高分子量聚乙烯的分子量为不小于180万；所述的三氧化二铋为δ型三氧化二铋。

所述的改性可膨胀石墨为硼酸和二甲基硅油改性的可膨胀石墨，其具体制备方法为：先将可3.5kg膨胀石墨用35kg的乙醇进行分散，然后添加35g的二甲基硅油进行搅拌，再接着加入70g的硼酸，并用超声波进行分散60min后，过滤、烘干，即可得到所述的改性可膨胀石墨。

另外，上述一种具有优良散热性的手机外壳的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)先按上述的重量份进行聚碳酸酯、超高分子量聚乙烯、纳米氮化铝纤维、三氧化二铋、改性可膨胀石墨和硼酸镁晶须组分的配料，备用；

(2)将上述配好的纳米氮化铝纤维、三氧化二铋、改性可膨胀石墨、硼酸镁晶须混合，得到无机原料；然后将无机原料投入到聚氨酯球磨机中，并添加无水乙醇和硅烷偶联剂进行球磨，得到原料浆；其中，无水乙醇的添加质量为所述无机原料质量的3倍，二甲基硅油的添加质量为所述无机原料质量的5％。

(3)将上述得到的原料浆烘干，然后与配好的聚碳酸酯和超高分子量聚乙烯组分进行混匀，并用双螺杆挤出机挤出造粒，得到复合材料；其中，双螺杆挤出机的转速为200r/min，挤出温度为260℃

(4)将上述得到的复合材料填充到注塑机中，并在160Mpa压力以及300℃温度条件下注塑到模具中，接着在110Mpa的压力下进行保压后，然后经冷却、脱模，即可得到所述的手机外壳。

实施例3

该实施例提供的一种具有优良散热性的手机外壳，为有机-无机复合材料，其原料包括以下按照重量份计的组分：聚碳酸酯29kg、超高分子量聚乙烯15kg、纳米氮化铝纤维3.5kg、三氧化二铋2.5kg、改性可膨胀石墨3kg、硼酸镁晶须2kg。其中，所述的超高分子量聚乙烯的分子量为不小于180万；所述的三氧化二铋为δ型三氧化二铋；所述的改性可膨胀石墨为硼酸和二甲基硅油改性的可膨胀石墨，其具体制备方法为：先将可膨胀石墨用乙醇分散，然后添加二甲基硅油进行搅拌，再接着加入硼酸，并用超声波进行分散后，过滤、烘干，即可得到所述的改性可膨胀石墨。

另外，上述一种具有优良散热性的手机外壳的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)先按上述的重量份进行聚碳酸酯、超高分子量聚乙烯、纳米氮化铝纤维、三氧化二铋、改性可膨胀石墨和硼酸镁晶须组分的配料，备用；

(2)将上述配好的纳米氮化铝纤维、三氧化二铋、改性可膨胀石墨、硼酸镁晶须混合，得到无机原料；然后将无机原料投入到聚氨酯球磨机中，并添加无水乙醇和硅烷偶联剂进行球磨，得到原料浆；其中，无水乙醇的添加质量为所述无机原料质量的2倍，二甲基硅油的添加质量为所述无机原料质量的3％。

(3)将上述得到的原料浆烘干，然后与配好的聚碳酸酯和超高分子量聚乙烯组分进行混匀，并用双螺杆挤出机挤出造粒，得到复合材料；其中，双螺杆挤出机的转速为180r/min，挤出温度为250℃

(4)将上述得到的复合材料填充到注塑机中，并在150Mpa压力以及270℃温度条件下注塑到模具中，接着在100Mpa的压力下进行保压后，然后经冷却、脱模，即可得到所述的手机外壳。

实施例4

该实施例提供的一种具有优良散热性的手机外壳，为有机-无机复合材料，其原料包括以下按照重量计的组分：聚碳酸酯23.5kg、超高分子量聚乙烯11.5kg、纳米氮化铝纤维4.5kg、三氧化二铋3.5kg、改性可膨胀石墨4kg、硼酸镁晶须3kg。其中，所述的超高分子量聚乙烯的分子量为不小于180万；所述的三氧化二铋为δ型三氧化二铋。

所述的改性可膨胀石墨为硼酸和二甲基硅油改性的可膨胀石墨，其具体制备方法为：先将可3.5kg膨胀石墨用35kg的乙醇进行分散，然后添加35g的二甲基硅油进行搅拌，再接着加入70g的硼酸，并用超声波进行分散60min后，过滤、烘干，即可得到所述的改性可膨胀石墨。

另外，上述一种具有优良散热性的手机外壳的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)先按上述的重量份进行聚碳酸酯、超高分子量聚乙烯、纳米氮化铝纤维、三氧化二铋、改性可膨胀石墨和硼酸镁晶须组分的配料，备用；

(2)将上述配好的纳米氮化铝纤维、三氧化二铋、改性可膨胀石墨、硼酸镁晶须混合，得到无机原料；然后将无机原料投入到聚氨酯球磨机中，并添加无水乙醇和硅烷偶联剂进行球磨，得到原料浆；其中，无水乙醇的添加质量为所述无机原料质量的2倍，二甲基硅油的添加质量为所述无机原料质量的3％。

(3)将上述得到的原料浆烘干，然后与配好的聚碳酸酯和超高分子量聚乙烯组分进行混匀，并用双螺杆挤出机挤出造粒，得到复合材料；其中，双螺杆挤出机的转速为180r/min，挤出温度为250℃

(4)将上述得到的复合材料填充到注塑机中，并在150Mpa压力以及270℃温度条件下注塑到模具中，接着在100Mpa的压力下进行保压后，然后经冷却、脱模，即可得到所述的手机外壳。

实施例5

该实施例提供的一种具有优良散热性的手机外壳，为有机-无机复合材料，其原料包括以下按照重量份的组分：聚碳酸酯26kg、超高分子量聚乙烯11kg、纳米氮化铝纤维4kg、三氧化二铋3kg、改性可膨胀石墨3.5kg、硼酸镁晶须2.5kg。其中，所述的超高分子量聚乙烯的分子量为不小于180万；所述的三氧化二铋为δ型三氧化二铋。

所述的改性可膨胀石墨为硼酸和二甲基硅油改性的可膨胀石墨，其具体制备方法为：先将可3.5kg膨胀石墨用35kg的乙醇进行分散，然后添加35g的二甲基硅油进行搅拌，再接着加入70g的硼酸，并用超声波进行分散60min后，过滤、烘干，即可得到所述的改性可膨胀石墨。

另外，上述一种具有优良散热性的手机外壳的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)先按上述的重量份进行聚碳酸酯、超高分子量聚乙烯、纳米氮化铝纤维、三氧化二铋、改性可膨胀石墨和硼酸镁晶须组分的配料，备用；

(2)将上述配好的纳米氮化铝纤维、三氧化二铋、改性可膨胀石墨、硼酸镁晶须混合，得到无机原料；然后将无机原料投入到聚氨酯球磨机中，并添加无水乙醇和硅烷偶联剂进行球磨，得到原料浆；其中，无水乙醇的添加质量为所述无机原料质量的2倍，二甲基硅油的添加质量为所述无机原料质量的3％。

(3)将上述得到的原料浆烘干，然后与配好的聚碳酸酯和超高分子量聚乙烯组分进行混匀，并用双螺杆挤出机挤出造粒，得到复合材料；其中，双螺杆挤出机的转速为180r/min，挤出温度为250℃

(4)将上述得到的复合材料填充到注塑机中，并在150Mpa压力以及270℃温度条件下注塑到模具中，接着在100Mpa的压力下进行保压后，然后经冷却、脱模，即可得到所述的手机外壳。

对比例1

除不含有纳米氮化铝纤维，其他组分及其含量和制备方法与实施例5相同。

对比例2

除不含有三氧化二铋，其他组分及其含量和制备方法与实施例5相同。

对比例3

除不含有改性可膨胀石墨，其他组分及其含量和制备方法与实施例5相同。

对比例4

除将改性可膨胀石墨替换成未经改性的可膨胀石墨，其他组分及其含量和制备方法与实施例5相同。

对比例5

除将改性可膨胀石墨替换成只经硼酸改性的可膨胀石墨，其他组分及其含量和制备方法与实施例5相同。

将上述实施例1-5和对比例1-5制得的手机外壳与现有产品(现有采用PC/ABS塑料的手机外壳)进行拉伸强度、弯曲强度、导热系数、辐射屏蔽效能(频率为10Hz以及10000Hz时的屏蔽效能，检测方法参见SJ20524-1995)以及阻燃等级(UL94)等性能的对比。其中，检测对比结果如下表1：

表1

由上表1的检测结果可以看出，按照本发明提供的实施例1-5的技术方案制得的手机外壳具有强度高、导热系数高、辐射屏蔽效能高以及阻燃效果好等特点。相比于现有的PC/ABS塑料的手机外壳，本发明制得的手机外壳的强度、散热性、防辐射能力以及阻燃性均较优。

从对比例1-2和实施例5的测试结果可以看出，本发明通过加入纳米氮化铝纤维，并与三氧化二铋等组分进行复配作用下，可以显著提高手机外壳的导热系数、强度以及辐射屏蔽效能。

另外，从对比例3和实施例5的测试结果可以看出，本发明通过加入经硼酸和二甲基硅油改性的可膨胀石墨，可以显著提高手机外壳的阻燃性，以及可以提升手机外壳的导热性和辐射屏蔽效能等，其效果要比未经改性的可膨胀石墨和只经硼酸改性的可膨胀石墨更加明显。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种具有优良散热性的手机外壳，为有机-无机复合材料，其特征在于，所述手机外壳的原料包括以下按照重量份计的组分：聚碳酸酯40-65份、超高分子量聚乙烯18-25份、纳米氮化铝纤维5-10份、三氧化二铋4-8份、改性可膨胀石墨5-10份、硼酸镁晶须3-7份；

所述的改性可膨胀石墨为硼酸和二甲基硅油改性的可膨胀石墨，其具体制备方法为：先将可膨胀石墨用乙醇分散，然后添加二甲基硅油进行搅拌，再接着加入硼酸，并用超声波进行分散后，过滤、烘干，即可得到所述的改性可膨胀石墨；

所述手机外壳的制备方法包括以下步骤：

（1）先按上述的重量份进行聚碳酸酯、超高分子量聚乙烯、纳米氮化铝纤维、三氧化二铋、改性可膨胀石墨和硼酸镁晶须组分的配料，备用；

（2）将上述配好的纳米氮化铝纤维、三氧化二铋、改性可膨胀石墨、硼酸镁晶须混合，得到无机原料；然后将无机原料投入到聚氨酯球磨机中，并添加无水乙醇和硅烷偶联剂进行球磨，得到原料浆；

（3）将上述得到的原料浆烘干，然后与配好的聚碳酸酯和超高分子量聚乙烯组分进行混匀，并用双螺杆挤出机挤出造粒，得到复合材料；

（4）将上述得到的复合材料填充到注塑机中，并在120-160Mpa压力以及250-300℃温度条件下注塑到模具中，接着在80-110Mpa的压力下进行保压后，然后经冷却、脱模，即可得到所述的手机外壳。

2.根据权利要求1所述的一种具有优良散热性的手机外壳，其特征在于，所述手机外壳的原料包括以下按照重量份计的组分：聚碳酸酯47-58份、超高分子量聚乙烯20-23份、纳米氮化铝纤维7-9份、三氧化二铋5-7份、改性可膨胀石墨6-8份、硼酸镁晶须4-6份。

3.根据权利要求2所述的一种具有优良散热性的手机外壳，其特征在于，所述手机外壳的原料包括以下按照重量份计的组分：聚碳酸酯52份、超高分子量聚乙烯22份、纳米氮化铝纤维8份、三氧化二铋6份、改性可膨胀石墨7份、硼酸镁晶须5份。

4.根据权利要求1所述的一种具有优良散热性的手机外壳，其特征在于，所述的超高分子量聚乙烯的分子量为不小于180万。

5.根据权利要求1所述的一种具有优良散热性的手机外壳，其特征在于，所述的三氧化二铋为δ型三氧化二铋。

6.根据权利要求1所述的一种具有优良散热性的手机外壳的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中无水乙醇的添加质量为所述无机原料质量的1-3倍；所述步骤（2）中硅烷偶联剂的添加质量为所述无机原料质量的1%-5%。

7.根据权利要求1所述的一种具有优良散热性的手机外壳的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中双螺杆挤出机的转速为150-200r/min，挤出温度为230-260℃。