CN109986742A - 防水染色手机壳及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及手机壳防水领域，公开了防水染色手机壳及其制备方法。该手机壳包括：金属壳基体、在所述金属壳基体至少部分表面上形成的金属氧化膜层，以及所述金属氧化膜层结合的透明塑胶件，其中，所述金属氧化膜层从所述金属壳基体到所述透明塑胶件依次包括内层和外层，所述内层含有孔径为20‑80nm的第一微孔，所述外层含有孔径为10‑100nm的第二微孔，相邻的所述第一微孔和第二微孔彼此连通；所述透明塑胶件的一部分填充于所述第二微孔中以及可能填充进入第一微孔；其中，在所述外层与所述透明塑胶件接触的至少部分界面上以及所述第一微孔内还设置有染色层。具有良好的防水性能和装饰效果。

Description

防水染色手机壳及其制备方法
技术领域
本发明涉及手机壳防水领域，具体的，涉及防水染色手机壳及其制备方法。
背景技术
为了满足通信功能需求，目前市场上大多数的手机的外壳设计都是采用能够被无线射频穿透的非金属材料，例如：塑料，玻璃，陶瓷等，然而，金属从古到今都是人类喜爱的外观材料，因漂亮的外观效果越来越多的被设计用于手机的外壳上，为了满足金属手机壳体防水功能需求，目前市场上大多数的手机的外壳设计都是采用防水胶或密封圈的方案来防止结合处渗水，如金属+防水胶+金属或塑料来防水，或者金属+密封圈+金属或塑料来防水。然而，目前采用防水胶或密封圈的防水方案并不能起到理想的防水效果。
因而，目前的金属手机壳的防水仍有待改进。
发明内容
本发明的目的是为了克服手机防水并染色装饰的技术问题，提供防水染色手机壳，该手机壳具有理想的防水效果并具有染色装饰。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种防水染色手机壳，包括：金属壳基体、在所述金属壳基体至少部分表面上形成的金属氧化膜层，以及与所述金属氧化膜层结合的透明塑胶件；
其中，所述金属氧化膜层从所述金属壳基体到所述透明塑胶件依次包括内层和外层，所述内层含有孔径为20-80nm的第一微孔，所述外层含有孔径为10-100nm的第二微孔，相邻的所述第一微孔和第二微孔彼此连通；所述透明塑胶件的一部分填充于所述第一微孔和第二微孔中；
其中，在所述外层与所述透明塑胶件接触的至少部分界面上以及所述第一微孔内还设置有染色层。
优选地，所述金属氧化膜层的厚度为1-60μm。
优选地，所述内层的厚度为0.1-10μm，所述外层的厚度为1-60μm。
优选地，形成所述金属壳基体的材料包括铝合金、不锈钢和镁合金中的至少一种。
本发明第二方面提供一种制备本发明的防水染色手机壳的方法，包括：在金属壳基体部分表面形成第一氧化膜层，所述第一氧化膜层含有孔径为10-100nm的第二微孔；在所述第一氧化膜层的内侧形成第二氧化膜层，所述第二氧化膜层含有孔径为20-80nm的第一微孔；在所述第一氧化膜层的外侧的至少表面上和所述第一微孔内形成染色层，得到金属壳体；用透明树脂对所述金属壳体进行注塑，部分所述透明树脂填充于所述第一微孔和第二微孔中，并覆盖所述染色层，得到防水染色手机壳。
优选地，形成所述第一氧化膜层的过程包括：将所述金属壳基体置于硫酸溶液中进行第一阳极氧化。
优选地，所述第一阳极氧化的条件包括：阳极电压为1-50V，氧化温度为0-21℃，氧化时间为1-60min；所述硫酸溶液的浓度为1-200g/L。
优选地，通过所述第一阳极氧化形成的所述第一氧化膜层的厚度为1-60μm。
优选地，形成所述第二氧化膜层的过程包括：将形成有所述第一氧化膜层的金属壳基体置于磷酸溶液中进行第二阳极氧化。
优选地，所述第二阳极氧化的条件包括：阳极电压为1-50V，氧化温度为5-50℃，氧化时间为1-60min；所述磷酸溶液的浓度为1-50g/L。
优选地，通过所述第二阳极氧化形成的所述第二氧化膜层的厚度为0.1-10μm。
优选地，形成所述染色层的过程包括：将形成有所述第一氧化膜层和第二氧化膜层的金属壳基体浸泡在温度为20-60℃、颜色浓度为0.1-20g/L的染色溶液中10s-60min。
优选地，所述透明树脂选自聚亚苯基砜树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚丙烯树脂、聚碳酸酯树脂或聚氨酯树脂。
优选地，所述注塑的条件包括：注塑温度为250-300℃，注塑压力为70-150MPa，注塑时间为30s-2min。
通过上述技术方案，本发明提供的手机壳具有良好的防水性能，特别是金属壳基体和透明塑胶件通过金属氧化膜层中的微孔，由于透明塑胶件的一部分填充于所述微孔在金属壳基体表面形成的两层立体孔洞结构(即第一微孔和第二微孔)中，提供了金属壳基体与透明塑胶件两者之间结合紧密，防水效果显著提高。另外在第一氧化膜层的外层与透明塑胶件之间通过染色形成染色层，可以为手机壳提供装饰效果。
同时本发明提供的方法可以快速、有效的制备获得前面所述的手机壳。该方法操作方便、简单，易于实现大规模生产。
附图说明
图1是本发明的制备手机壳的流程示意图。
图2是形成具有第一氧化膜层的金属壳基体结构示意图。
图3是形成有第二氧化膜层的金属壳基体的结构示意图。
图4是形成染色层的金属壳体的结构示意图。
图5是本发明的防水染色手机壳的结构示意图。
附图标记说明
10、第一微孔 20、第二微孔 30、染色层
40、透明树脂 100、金属壳基体 110、第二氧化膜层
120、第一氧化膜层
具体实施方式
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。
本发明第一方面提供了一种防水染色手机壳，包括：金属壳基体、在所述金属壳基体至少部分表面上形成的金属氧化膜层，以及与所述金属氧化膜层结合的透明塑胶件，
其中，所述金属氧化膜层从所述金属壳基体到所述透明塑胶件依次包括内层和外层，所述内层含有孔径为20-80nm的第一微孔，所述外层含有孔径为10-100nm的第二微孔，相邻的所述第一微孔和第二微孔彼此连通；所述透明塑胶件的一部分填充于所述第一微孔和第二微孔中；
其中，在所述外层与所述透明塑胶件接触的至少部分界面上以及所述第一微孔内还设置有染色层。
根据本发明的实施例，金属壳基体和透明塑胶件的具体形状、结构等没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际手机的具体形状和结构需要进行选择和设计。例如，金属壳基体可以为长方形壳体、具有曲面侧壁的壳体等等。当然，本领域技术人员可以理解，金属壳基体上还可以设置有天线狭缝以及与手机的其它部件连接的结构等等。透明塑胶件可以与金属壳基体形状相似，形成空间可以放置手机的零部件。透明塑胶件可以位于金属壳基体的端部，可以是一端也可以是两端。当然，透明塑胶件上也可以设置其他结构和部件，例如加强筋、塑胶贴片、安装支架及塑胶底片等等，可以用于加强透明塑胶件与金属壳基体的结合强度、用于安装天线、固定手机零部件等等功能。需要说明的是，透明塑胶件与金属壳基体通过金属壳基体表面形成的含有的两层立体孔洞结构相结合，透明塑胶件的一部分填充于上述两层立体孔洞结构中，由此，塑胶件和金属壳本体结合紧密且牢固，具有较高的结合力和理想的防水性能。设置的染色层可以提供本发明的手机壳以装饰性。
本发明中，所述金属氧化膜层为阳极氧化膜层。不仅具有理想的耐腐蚀、耐磨、耐刮擦等性能，且可以方便、快捷的通过阳极氧化处理形成，工艺成熟，易于加工，适合规模化生产。
本发明中，优选地，所述金属氧化膜层的厚度为1-60μm。在此金属氧化膜层中进而形成所述第一微孔和第二微孔，用于透明塑胶件填充，可以实现提高金属壳基体与透明塑胶件的结合强度和手机壳的防水性能。
本发明中，优选地，所述内层的厚度为0.1-10μm，所述外层的厚度为1-60μm。所述第一微孔和第二微孔的深度可以分别为0.1-10μm、1-60μm。由此，可以提高注塑形成透明塑胶件的过程中注塑材料对微孔的填充度，保证注塑过程中熔融的注塑材料能渗透并填满此深度的微孔，提高透明塑胶件与金属壳基体的结合力和手机壳的防水性能。
本发明中，形成所述金属壳本体的材料没有特别限制，可以为本领域常用的制备手机壳的金属材料。优选地，形成所述金属壳基体的材料包括铝合金、不锈钢和镁合金中的至少一种。
本发明中，手机壳还有染色层，可以提供装饰性。如图3、4所示，在所述外层与所述透明塑胶件接触的至少部分界面上有染色层；在所述第一微孔内，主要是孔底部有染色层。所述染色层厚度不同可以形成颜色上的不同深浅。所述染色层还可以形成有图案。
本发明第二方面提供一种制备本发明的防水染色手机壳的方法，参照图1-5，包括：
S100：在金属壳基体100部分表面形成第一氧化膜层120，所述第一氧化膜层120含有孔径为10-100nm的第二微孔20；
S200：在所述第一氧化膜120的内侧形成第二氧化膜层110，所述第二氧化膜层110含有孔径为20-80nm的第一微孔10；
S300：在所述第一氧化膜120的外侧的至少表面上和所述第一微孔10内形成染色层30，得到金属壳体；
S400：用透明树脂对所述金属壳体进行注塑，部分所述透明树脂40填充于所述第一微孔10和第二微孔20中，并覆盖所述染色层30，得到防水染色手机壳。
本发明中，形成具有第一氧化膜层的金属壳基体结构示意图见图2。形成有第二氧化膜层的金属壳基体的结构示意图见图3。形成染色层的金属壳体的结构示意图见图4。制得的防水染色手机壳的结构示意图见图5。
本发明中，在形成所述第一氧化膜层之前，还包括对所述金属基体进行预处理的步骤，具体的，所述预处理依次包括抛光、无水乙醇清洗、碱洗和水洗。例如，可以将待预处理的金属基体放入抛光机内研磨，后用无水乙醇洗净，然后将金属基体浸渍在20-60g/L的氢氧化钠水溶液中进行碱洗，2min后取出用去离子水冲洗干净，得到经过预处理的金属基体。由此，可以有效清除金属基体表面的灰尘、杂质和油污等污染物，利于后续步骤的进行。当然，本领域技术人员可以理解，对金属壳基体进行预处理的方法并不限定于上述操作，只要能够有效清洁金属壳基体表面，使其满足后续步骤的要求即可，本领域技术人员可以根据需要进行选择。
本发明中，第一氧化膜层可以为阳极氧化膜层。优选地，形成所述第一氧化膜层的过程包括：将所述金属壳基体置于硫酸溶液中进行第一阳极氧化。
本发明中，第一阳极氧化处理的具体条件没有特别限制，只要能够形成具有合适的厚度和合适孔径的微孔结构的阳极氧化膜层即可。优选地，所述第一阳极氧化的条件包括：阳极电压为1-50V，氧化温度为0-21℃，氧化时间为1-60min；所述硫酸溶液的浓度为1-200g/L。由此，上述参数条件能够优于其它参数条件发挥作用，获得的第一氧化膜层具有合适的厚度和合适孔径的第二微孔，有利于提高金属壳本体与塑胶件的结合性能，手机壳的耐腐蚀性、耐磨性能和防水性能。完成所述第一阳极氧化后，将金属壳基体吹干。
本发明中，优选地，通过所述第一阳极氧化形成的所述第一氧化膜层的厚度为1-60μm。
本发明中，第二氧化膜层可以为阳极氧化膜层，优选地，形成所述第二氧化膜层的过程包括：将形成有所述第一氧化膜层的金属壳基体置于磷酸溶液中进行第二阳极氧化。
本发明中，第二阳极氧化处理的具体条件没有特别限制，只要能够形成具有合适厚度和合适孔径的微孔结构的阳极氧化膜层即可。优选地，所述第二阳极氧化的条件包括：阳极电压为1-50V，氧化温度为5-50℃，氧化时间为1-60min；所述磷酸溶液的浓度为1-50g/L。由此，获得的第二氧化膜层具有合适的厚度和合适孔径的第一微孔，有利于提高金属壳本体与塑胶件的结合性能，手机壳的耐腐蚀性、耐磨性能和防水性能。完成所述第二阳极氧化后，将金属壳基体吹干。
本发明中，优选地，通过所述第二阳极氧化形成的所述第二氧化膜层的厚度为0.1-10μm。
本发明中，可以通过以染色溶液进行浸泡在手机壳内形成染色层。优选地，形成所述染色层的过程包括：将形成有所述第一氧化膜层和第二氧化膜层的金属壳基体浸泡在温度为20-60℃、颜色浓度为0.1-20g/L的染色溶液中10s-60min。该过程还可以包括将浸泡过染色溶液的金属壳基体在清水中浸泡1-3min后，经金属壳基体吹干。
本发明中，通过所述注塑将透明塑料树脂结合到表面上形成了金属氧化膜层和染色层的金属壳基体上，形成最终的手机壳制品。所述注塑的具体操作步骤和条件没有特别限制，只要能够将形成透明塑胶件的透明树脂或组合物填充金属壳基体的两层立体孔洞结构中，并获得具有预定形状的透明塑胶件即可。优选地，所述注塑的条件包括：注塑温度为250-300℃，注塑压力为70-150MPa，注塑时间为30s-2min。由此，可以简单、快速、方便的通过一般注塑工艺形成防水性优异的手机壳，且适于工业化生产，成本低廉。
本发明中，所述透明树脂可以是满足透明要求的即可。可以选自非结晶性透明树脂。优选地，所述透明树脂可以选自聚亚苯基砜树脂(PPSU)、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(PET)、聚丙烯树脂(PP)、聚碳酸酯树脂(PC)或聚氨酯树脂(PU)。脱模并冷却后得到牢固结合在一起的金属壳本体与塑胶件的手机壳。
本发明提供的方法可以快速、有效的制备获得前面所述的手机壳，通过在金属壳基体上形成两层立体孔洞结构，使得透明树脂渗透到第二微孔和第一微孔中，更好地提供透明塑胶件与金属壳基体的结合。该方法成型更容易，强度更高，防水效果更好，且操作方便，简单，易于实现大规模生产。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
1、预处理：将市售的3mm厚6063铝合金板，切成15mm×80mm的长方形片，将其放入抛光机内研磨，后用无水乙醇洗净，然后将铝合金基材浸渍在40g/L的氢氧化钠水溶液中，2min后取出用去离子水冲洗干净，得到经过预处理的铝合金片；
2、第一阳极氧化处理：将上述铝合金片作为阳极放入18℃、含有浓度为180g/L硫酸的阳极氧化槽中，于20V电压下阳极氧化10min，吹干；
3、第二阳极氧化处理：将上述铝合金片作为阳极放入18℃、含有浓度为50g/L磷酸的阳极氧化槽中，于16V电压下阳极氧化10min，吹干；
4、染色：在烧杯中配制5g/L奥野502(日本奥野，蓝色染料)的5000ml水溶液，20℃的条件下，将所得铝合金片浸泡其中，10min后将其取出，放入装有水的烧杯中浸泡1min，后将铝合金片吹干；
5、注塑成型：将烘干后的铝合金片插入注射成型模具中，注塑含有25重量％玻璃纤维的聚碳酸酯(PC)树脂组合物，脱模并冷却后得到牢固结合在一起的铝合金与树脂组合物的铝合金树脂复合体，即得手机壳。
实施例2
按照实施例1的方法，不同的是，步骤(2)中以“12V电压”替代“20V电压”，制得手机壳。
实施例3
按照实施例1的方法，不同的是，步骤(2)中以“浓度为150g/L”替代“浓度为180g/L”，制得手机壳。
实施例4
按照实施例1的方法，不同的是，步骤(2)中以“10℃”替代“18℃”，制得手机壳。
实施例5
按照实施例1的方法，不同的是，步骤(3)中以“5V”替代“16V电压”，制得手机壳。
实施例6
按照实施例1的方法，不同的是，步骤(3)中以“浓度为20g/L”替代“浓度为50g/L”，制得手机壳。
实施例7
按照实施例1的方法，不同的是，步骤(3)中以“5℃”替代“18℃”，制得手机壳。
实施例8
按照实施例1的方法，不同的是，步骤(4)中以“在烧杯中配制10g/L奥野201(日本奥野，黄色染料)的5000ml水溶液，20℃的条件下，将所得铝合金片浸泡其中，20min后将其取出”替代“在烧杯中配制5g/L奥野502(日本奥野，蓝色染料)的5000ml水溶液，20℃的条件下，将所得铝合金片浸泡其中，10min后将其取出”。制得手机壳。
对比例1
按照实施例1的方法，不同的是，没有步骤(2)，不进行第一阳极氧化工序。制得手机壳。
对比例2
按照实施例1的方法，不同的是，没有步骤(3)，不进行第二阳极氧化工序。制得手机壳。
对比例3
按照实施例1的方法，不同的是，没有步骤(2)(3)(4)，不进行造孔和染色工序。制得手机壳。
性能测试：
1-防水性能测试：
根据国际标准IEC 60529-2013和GB4208-2008标准，定义IPX7防水条件为在水深1米浸水时间30min产品无水渗入。IPX8级防水条件定义为在水深1.5米浸水时间30min产品无水渗入。
对实施例1-8和对比例1-3制得的手机壳体按照上述IPX7和IPX8防水条件限定进行防水性能测试，手机壳无渗水现象为合格。结果见表1。
2-拉伸测试
将实施例1-8和对比例1-3制得的手机壳体固定于万能材料试验机进行产品结合强度测试，测试结果中最大载荷视为塑胶件与金属壳本体的结合力大小。测试结果见表1。
表1
结合强度(MPa) IPX防水测试 综合评价
实施例1 49 8 优
实施例2 48 8 优
实施例3 45 8 优
实施例4 49 8 优
实施例5 46 8 优
实施例6 47 8 优
实施例7 51 8 优
实施例8 49 8 优
对比例1 39 7 中
对比例2 35 7 中
对比例3 12 4 差
通过实施例、对比例和表1的结果可以看出，采用本发明提供的方法的实施例1-8制得的防水染色手机壳可以具有明显更好的防水和装饰效果。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。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，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种防水染色手机壳，包括：金属壳基体、在所述金属壳基体至少部分表面上形成的金属氧化膜层，以及与所述金属氧化膜层结合的透明塑胶件；
其中，所述金属氧化膜层从所述金属壳基体到所述透明塑胶件依次包括内层和外层，所述内层含有孔径为20-80nm的第一微孔，所述外层含有孔径为10-100nm的第二微孔，相邻的所述第一微孔和第二微孔彼此连通；所述透明塑胶件的一部分填充于所述第一微孔和第二微孔中；
其中，在所述外层与所述透明塑胶件接触的至少部分界面上以及所述第一微孔内还设置有染色层。
2.根据权利要求1所述的防水染色手机壳，其中，所述金属氧化膜层的厚度为1-60μm。
3.根据权利要求1所述的防水染色手机壳，其中，所述内层的厚度为0.1-10μm，所述外层的厚度为1-60μm。
4.根据权利要求1所述的防水染色手机壳，其中，形成所述金属壳基体的材料包括铝合金、不锈钢和镁合金中的至少一种。
5.一种制备权利要求1-4中任意一项所述的防水染色手机壳的方法，包括：
在金属壳基体部分表面形成第一氧化膜层，所述第一氧化膜层含有孔径为10-100nm的第二微孔；
在所述第一氧化膜层的内侧形成第二氧化膜层，所述第二氧化膜层含有孔径为20-80nm的第一微孔；
在所述第一氧化膜层的外侧的至少表面上和所述第一微孔内形成染色层，得到金属壳体；
用透明树脂对所述金属壳体进行注塑，部分所述透明树脂填充于所述第一微孔和第二微孔中，并覆盖所述染色层，得到防水染色手机壳。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，形成所述第一氧化膜层的过程包括：将所述金属壳基体置于硫酸溶液中进行第一阳极氧化；
优选地，所述第一阳极氧化的条件包括：阳极电压为1-50V，氧化温度为0-21℃，氧化时间为1-60min；所述硫酸溶液的浓度为1-200g/L；
优选地，通过所述第一阳极氧化形成的所述第一氧化膜层的厚度为1-60μm。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，形成所述第二氧化膜层的过程包括：将形成有所述第一氧化膜层的金属壳基体置于磷酸溶液中进行第二阳极氧化；
优选地，所述第二阳极氧化的条件包括：阳极电压为1-50V，氧化温度为5-50℃，氧化时间为1-60min；所述磷酸溶液的浓度为1-50g/L；
优选地，通过所述第二阳极氧化形成的所述第二氧化膜层的厚度为0.1-10μm。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，形成所述染色层的过程包括：将形成有所述第一氧化膜层和第二氧化膜层的金属壳基体浸泡在温度为20-60℃、颜色浓度为0.1-20g/L的染色溶液中10s-60min。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，所述透明树脂选自聚亚苯基砜树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚丙烯树脂、聚碳酸酯树脂或聚氨酯树脂。
10.根据权利要求5所述的方法，其中，所述注塑的条件包括：注塑温度为250-300℃，注塑压力为70-150MPa，注塑时间为30s-2min。
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