CN111147641A - 复合板材、壳体组件和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了复合板材、壳体组件和电子设备。该复合板材包括层叠设置的第一板材和第二板材，其中，第一板材包括第一聚合物基材和分散于第一聚合物基材中的第一石墨与玻璃微珠；第二板材包括第二聚合物基材和分散于第二聚合物基材中的第二石墨。由此，中空的玻璃微珠作为垂直方向的隔热材料可以有效降低垂直导热系数，石墨作为导热材料可以有效提高复合板材的面内导热系数，从而大大提高复合板材的导热系数各向异性比，而且上述结构的复合板材还具有较低的介电常数，所以，当该复合板材用于电子设备的壳体时，壳体可以快速地将局部结构产生热点的热量进行面内分散，而且还可以避免对电子设备的信号产生屏蔽作用。

Description

复合板材、壳体组件和电子设备

技术领域

本申请涉及材料技术领域，具体的，涉及复合板材、壳体组件和电子设备。

背景技术

手机中的天线、芯片等结构单元运行时的发热量会导致局部结构产生热点，通常通过结构布局优化，加装导热铜管、凝胶、石墨片等导热附件来消除热点，而这样会导致过多占用有限的手机内部空间。随着5G时代的来临，手机发热量上升，若依然采用金属、石墨块等导热附件进行散热，金属、石墨块材对通讯信号会造成一定的屏蔽作用，所以对热点的消除又提出了新的挑战。

因此，关于壳体板材的研究有待深入。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本申请的一个目的在于提出一种具有较高的导热系数各向异性比的板材。

在本申请的一个方面，本申请提供了一种复合板材。根据本申请的实施例，该复合板材包括：层叠设置的第一板材和第二板材，其中，所述第一板材包括第一聚合物基材和分散于所述第一聚合物基材中的第一石墨与玻璃微珠；所述第二板材包括第二聚合物基材和分散于所述第二聚合物基材中的第二石墨。由此，中空的玻璃微珠作为垂直方向的隔热材料，可以有效降低垂直导热系数，石墨(包括第一石墨和第二石墨)作为导热材料，可以有效提高复合板材的面内导热系数，从而使得本申请的复合板材实现垂直方向低导热，面内方向高导热的目的，以大大提高复合板材的导热系数各向异性比，而且上述结构的复合板材还具有较低的介电常数，所以，当该复合板材用于电子设备的壳体时，壳体可以快速地将局部结构产生热点的热量进行面内分散，而且还可以避免对电子设备的信号产生屏蔽作用。

在本申请的另一个方面，本申请提供了一种壳体组件。根据本申请的实施例，所述壳体组件的至少一部分是由前面所述的复合板材构成的。由此，该壳体组件具有较佳的面内导热系数和较低的垂直导热系数，从而使其具有较高的导热系数各向异性比，而且该壳体组件还具有较低的介电常数，所以本申请的壳体组件可以快速地将局部结构产生热点的热量进行面内分散，而且还可以避免对电子设备的信号产生屏蔽作用。

在本申请的又一个方面，本申请提供了一种电子设备。根据本申请的实施例，所述电子设备包括：前面所述的壳体组件；显示屏组件，所述显示屏组件与所述壳体组件相连，所述显示屏组件和所述壳体组件之间限定出安装空间，其中，所述壳体组件的第一板材朝向所述显示屏组件设置；以及主板，所述主板设置在所述安装空间内且与所述显示屏组件电连接。由此，该电子设备的壳体组件具有较高的导热系数各向异性比和较低的介电常数，电子设备运行时壳体组件可以快速地将局部结构产生热点的热量进行面内分散，而且壳体组件对电子设备的信号的屏蔽作用较差，不会影响电子设备的通讯信号。

附图说明

图1是本申请一个实施例中复合板材的结构示意图。

图2是本申请另一个实施例中电子设备的结构示意图。

附图标记：10-复合板材；11-第一板材；12-第二板材；1000-电子设备；100-壳体组件；200-显示屏组件

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

在本申请的一个方面，本申请提供了一种复合板材。根据本申请的实施例，参照图1，该复合板材10包括：层叠设置的第一板材11和第二板材12，其中，第一板材11包括第一聚合物基材和分散于所述第一聚合物基材中的第一石墨与玻璃微珠；第二板材12包括第二聚合物基材和分散于所述第二聚合物基材中的第二石墨。由此，中空的玻璃微珠作为垂直方向的隔热材料，可以有效降低垂直导热系数，石墨(包括第一石墨和第二石墨)作为导热材料，可以有效提高复合板材的面内导热系数，从而使得本申请的复合板材实现垂直方向低导热，面内方向高导热的目的，以大大提高复合板材的导热系数各向异性比，而且上述结构的复合板材还具有较低的介电常数(即复合板材同时具有较低的垂直导热系数、较高的导热系数各向异性比和较低的介电常数)，所以，当该复合板材用于电子设备的壳体时，壳体可以快速地将局部结构产生的热点的热量进行分散，而且还可以避免对电子设备的信号产生屏蔽作用。另外，虽然第二板材中没有玻璃微珠，但是第二板材与第一板材复合层叠设置，可以在保证复合板材具有较低垂直导热系数的同时，进一步的提高其面内导热系数，进而更进一步的提高复合板材的导热系数各向异性比。

其中，较高的面内导热系数可以使复合板材的热点的热量在复合板材的面内快速分散，从而热量均匀地从复合板材导出；较低的垂直导热系数可避免复合板材的热点处的热量还未分散就垂直导出(若垂直导出，会使得导出热量处的复合板材过热)。所以较高的导热系数各向异性比，可以使复合板材的热点处的热量在复合板材的面内快速分散，且避免热量垂直导出。

需要说明的是，导热系数各向异性比是指板材的面内导热系数与垂直导热系数的比值，其中，面内导热系数是指板材平面内xy二维方向上的导热率，即板材平面延伸的方向，垂直导热系数是指与板材平面垂直z方向上(即板材的厚度方向)的导热率。另外，文中术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

进一步的，玻璃微珠满足以下条件至少之一：

1、直径为2～90微米(比如2微米、5微米、10微米、20微米、25微米、30微米、35微米、40微米、45微米、50微米、55微米、60微米、65微米、70微米、75微米、80微米、85微米、90微米)，如此，上述直径范围内的玻璃微球，即可以使得复合板材具有较低的垂直导热系数，而且在制备时便于与第一聚合物基材和第一石墨等材料分散均匀，再者玻璃微珠还具有良好的抗压强度，以避免其在制备工艺中破碎；若直径小于2微米，玻璃微珠的隔热性能相对较差，无法很好的降低复合板材垂直方向上的导热系数；若直径大于90微米，则玻璃微珠的浮力相对偏高，则在制备工艺中玻璃微珠与其他原料混合时不易均匀分散，而且玻璃微珠的抗压强度相对偏低，在制备工艺中或后续使用中易发生破碎。在一些实施例中，玻璃微珠的直径为5～50微米，如此，复合板材的垂直导热系数较低，玻璃微球的抗压强度也较高，不易破碎，且在制备第一板材时玻璃微珠较容易分散均匀，所以，得到的复合板材的综合性能较高。

2、抗压强度为10～100MPa(比如10MPa、20MPa、30MPa、40MPa、50MPa、60MPa、70MPa、80MPa、90MPa、100MPa)，如此，在第一板材制备中或后续使用中，上述抗压强度的玻璃微珠不易破碎，进而有效保证复合板材较低的垂直导热系数；若抗压强度小于10MPa，则在第一板材的制备工艺中或后续使用中，玻璃微珠易发生破碎，影响复合板材的性能和生产良率；若抗压强度大于100MPa，则表面玻璃微珠的壁厚较大，如此会使得玻璃微珠的导热系数偏高，进而不利于复合板材垂直导热系数的降低。在一些实施例中，玻璃微珠的抗压强度为40～70MPa，如此玻璃微珠即不易破碎，而且其导热系数也较低，从而可以使得复合板材的整体性能较高。

需要说明的是，由于复合板材中玻璃微球的数量是很多，不可能所有玻璃微球的直径和抗压强度完全相同，所以，上述玻璃微球的直径可以是指所使用的玻璃微球的平均直径，也可以是指所使用的玻璃微球的直径在上述范围内分布；上述玻璃微球的抗压强度是指所使用的玻璃微球的平均抗压强度。

进一步的，第一石墨和第二石墨分别为片状石墨。由此，片状石墨可以更好的提高第一板材和第二板材的面内导热系数，进而更好的提升复合板材的面内导热系数，从而更进一步的提高复合板材的导热系数各向异性比。

其中，片状石墨满足以下条件至少之一：

1、长宽尺寸(包括长度尺寸和宽度尺寸)为15～300微米(比如15微米、20微米、30微米、40微米、50微米、60微米、70微米、80微米、90微米、100微米、120微米、130微米、150微米、170微米、180微米、200微米、220微米、250微米、280微米、300微米)，如此，上述尺寸的石墨在复合板材中容易相互接触形成导热网络，提高复合板材的面内导热系数，且可以保证复合板材较低的垂直导热系数；若尺寸小于15微米，片状石墨粒子之间不易相互接触形成导热网络，且在板材成型时剪切力不足以使片状石墨沿平面取向，进而相对不利于更好的提高复合板材的面内导热系数；若尺寸大于300微米，片状石墨容易卷曲，从而导致垂直导热系数提升，且在制备工艺中，原料混料时易断裂破碎。在一些实施例中，片状石墨的长宽尺寸为50～200微米，如此，复合板材即具有较高的面内导热系数，且垂直导热系数较低，使其具有较高的导热系数各向异性比。

2、厚度(即在垂直方向上的厚度)为0.2～20微米(比如0.2微米、1微米、3微米、5微米、8微米、10微米、12微米、15微米、17微米、20微米)。如此，上述厚度的石墨粒子不易团聚，稳定性较好，且在面内方向与垂直方向上的厚度差异较大，如此，可以很好提高复合板材的导热系数各向异性比；若厚度小于0.2微米，则石墨粒子相对容易发生团聚，导致复合板材的导热稳定性较差；若厚度大于20微米，则会使石墨粒子在面内方向与垂直方向上的厚度差异不明显，进而不利于复合板材的导热系数各向异性比的提升。在一些实施例中，片状石墨的厚度为2～10微米，如此，复合板材的导热系数各向异性比更高，且导热稳定性较佳，即复合板材的综合性能优异。

需要说明的是，上述片状石墨的厚度和长宽尺寸是指的所采用的片状石墨的平均厚度大小和平均长宽尺寸。

进一步的，第一聚合物基材和第二聚合物基材的具体材料没有特殊要求，本领域技术人员可以根据复合板材的应用等实际情况灵活选择。在一些实施例中，第一聚合物基材和第二聚合物基材的具体材料分别包括但不限于PEEK(聚醚醚酮)、PEI(聚醚酰亚胺)、PA(尼龙，聚酰胺)、PPS(聚苯硫醚)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)和PC(聚碳酸酯)中的至少一种。由此，上述材料具有较佳的力学性能，而且与石墨和玻璃微珠的兼容性较佳。

进一步的，基于第一板材的总质量，按质量百分比计，第一聚合物基材的质量百分比为55％～75％(比如55％、57％、59％、60％、61％、63％、65％、67％、69％、70％、71％、73％、75％)，第一石墨的质量百分比为15％～20％(比如15％、16％、17％、18％、19％、20％)，玻璃微珠的质量百分比为10％～25％(比如10％、12％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、23％、25％)。由此，上述配比得到的第一板材具有较高的面内导热系数和较低的垂直导热系数，使得第一板材具有较高的导热系数各向异性比，同时第一板材还具有较低的介电常数，从而提高复合板材整体的导热系数各向异性比，并降低其介电常数。若玻璃微珠的质量百分比小于10％，则会使得复合板材的垂直导热系数相对较高，进而使其导热系数各向异性比相对较低，而且还不利于复合板材整体介电常数的降低；若玻璃微珠的质量百分比大于25％，则第一石墨或第一聚合物基材的含量就会相对降低，如此，会使的复合板材的面内导热系数相对较低或机械强度等性能相对较差。若第一石墨的含量小于15％，则会导致第一板材的面内导热系数相对较差，进而降低复合板材整体的面内导热系数，进而降低其导热系数各向异性比；若第一石墨的含量大于20％，则玻璃微珠或第一聚合物基材的含量就会相对降低，如此，会使的复合板材的垂直导热系数相对较高或机械强度等性能相对较差。

进一步的，基于所述第二板材的总质量，按质量百分比计，第二聚合物基材的质量百分比为65％～85％，第二石墨的质量百分比为15％～35％。由此，上述配比的第二板材具有良好的面内导热系数，其与第一板材叠层复合设置，可以更好的提高复合板材的面内导热系数，进而进一步的提高复合板材的导热系数各向异性比。若第二石墨的含量小于15％，则第二板材的面内导热系数相对较低，对复合板材的导热系数各向异性比的提高不明显；若第二石墨的含量大于35％，则会导致第二聚合物基材的含量相对较低，从而会使得第二板材的机械性能等性能相对较差，而且，可能还会使得第二板材整体的垂直导热系数提升，从而提升复合板材整体的垂直导热系数。

其中，第一板材和第二板材中还可以包括适量的硅烷偶联剂和抗氧化剂等助剂，以提高第一板材和第二板材的抗老化、机械强度、抗氧化等性能。

根据本申请的实施例，第一板材和第二板材制备时，先利用混炼机将所需原料进行混炼，之后再采用挤出和压延方式进行共挤成型得到第一板材和第二板材，其中在挤出或流延加工时，力场和聚合物基材的流场都是水平方向的，所以第一板材和第二板材中的绝大部分片状石墨均可以沿面内方向水平分布。

其中，挤出和流延的具体工艺条件没有特殊要求，本领域技术人员可以根据所选用的聚合物基材进行灵活设计(即在所选的纯聚合物的成型工艺基础上进行微调即可)。以PC(聚碳酸酯)作为基材为例，混炼好的混合物先经热风干燥机120℃干燥3～5h以上，控制其水分小于0.02％；共挤机的料口直径为40～100mm，螺杆长度直径比L/D为(15:1)～(25:1)，压缩比为(1.5:1)～(30:1)，螺杆回转速度为40～70r/min，料筒温度220～270℃。

进一步的，第一板材的厚度和第二板材的厚度比为1:1～2:1，比如1:1、1.2:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.8:1、2:1。由此，复合板材具有会更好的面内导热系数和更低的垂直导热系数；若第二板材的厚度大于第一板材的厚度，会相对提升复合板材垂直导热系数，进而降低复合板材的导热系数各向异性比；若第一板材的厚度和第二板材的厚度比大于2:1，则会相对降低复合板材的面内导热系数，进而降低复合板材的导热系数各向异性比。

其中，复合板材的厚度本领域技术人员可以复合板材的应用环境和用途等实际情况灵活选择。在一些实施例中，复合板材用于电子设备的壳体组件，复合板材的厚度为0.6～0.8毫米，比如0.6毫米、0.65毫米、0.7毫米、0.75毫米、0.8毫米。由此，可以使得壳体组件具有较佳的面内导热系数和较低的垂直导热系数，从而使其具有较高的导热系数各向异性比。

在本申请的另一个方面，本申请提供了一种壳体组件。根据本申请的实施例，所述壳体组件的至少一部分是由前面所述的复合板材构成的。由此，该壳体组件具有较佳的面内导热系数和较低的垂直导热系数，从而使其具有较高的导热系数各向异性比，而且该壳体组件还具有较低的介电常数，所以本申请的壳体组件可以快速地将局部结构产生热点的热量进行面内分散，而且还可以避免对电子设备的信号产生屏蔽作用。

其中，复合板材中的第一板材远离壳体组件的外观面设置，第二板材靠近外观面设置。如此，可以更好地防止热点处热量在板材的垂直方向扩散。

其中，壳体组件的具体外形结构没有限制要求，可以为2D结构、2.5D结构或3D结构，本领域技术人员根据实际需求灵活设计即可。

另外，壳体组件还可以包括纹理层、镀膜层。颜色层，以满足用户对壳体组件外观多样性的需求。

在本申请的又一个方面，本申请提供了一种电子设备。根据本申请的实施例，参照图2，电子设备1000包括：前面所述的壳体组件100；显示屏组件200，所述显示屏组件200与所述壳体组件100相连，所述显示屏组件200和所述壳体组件100之间限定出安装空间，其中，所述壳体组件100的第一板材11朝向所述显示屏组件200设置；以及主板(图2中未示出)，所述主板设置在所述安装空间内且与所述显示屏组件电连接。由此，该电子设备的壳体组件具有较高的导热系数各向异性比和较低的介电常数，电子设备运行时壳体组件可以快速地将局部结构产生热点的热量进行面内分散，而且壳体组件对电子设备的信号的屏蔽作用较差，不会影响电子设备的通讯信号。

其中，电子设备的具体种类没有特殊要求，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择，在一些实施例中，电子设备的具体种类包括但不限于手机(如图2所示)、笔记本、iPad、kindle、游戏机等电子设备。

实施例

表1中所有实施例和对比例中均以PC为聚合物基材(包括第一聚合物基材和第二聚合物基材)，以相同的工艺方法和条件制备复合板材，其中，复合板材中石墨、玻璃微珠、聚合物板材的含量、尺寸，第一板材和第二板材的厚度比例以及复合板材的测试结果参照下表1，其中，复合板材的总厚度为0.60±0.03毫米。其中，面内导热系数的测试标准为ASTM E1461，垂直导热系数的测试标准为ASTM 5476，介电常数的测试标准为GB/T 12636-90。

表1

由上述实施例1～37和对比例1可知，通过玻璃微珠的加入，本申请中的复合板材具有较高的导热系数各向异性比，且介电常数也比较低。其中，由实施例1～7可知，玻璃微珠的直径在5～50微米内分布，抗压强度在40～70Mpa时，复合板材的导热系数各向异性比更高，垂直导热系数更低，介电常数值更低；由实施例8～14可知，石墨的长宽尺寸在50～200微米时，复合板材具有较高的导热系数各向异性比，和较低的介电常数；由实施例15～20可知，第一板材中石墨含量介于15％～25％时，复合板材的导热系数各向异性比更高，且垂直导热系数也比较低；由实施例21～26可知，第一板材中玻璃微珠的含量介于10％～25％时，复合板材的导热系数各向异性比更高，同时介电常数值也较低；由实施例28～34可知，第二板材中石墨的含量介于15％～35％时，复合板材同时具有较高的导热系数各向异性比和较低的介电常数；由实施例37可知，若第一板材的厚度比例偏大时，虽然复合板材具有良好的导热系数各向异性比，但是其介电常数也较高，不利于提高复合板材的综合性能；根据实施例34可知，若第二板材的厚度大于第一板材的厚度，则会使得垂直导热系数相对偏大。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种复合板材，其特征在于，包括层叠设置的第一板材和第二板材，其中，

所述第一板材包括第一聚合物基材和分散于所述第一聚合物基材中的第一石墨与玻璃微珠；

所述第二板材包括第二聚合物基材和分散于所述第二聚合物基材中的第二石墨。

2.根据权利要求1所述的复合板材，其特征在于，基于所述第一板材的总质量，按质量百分比计，所述第一聚合物基材的质量百分比为55％～75％，所述第一石墨的质量百分比为15％～20％，所述玻璃微珠的质量百分比为10％～25％。

3.根据权利要求1或2所述的复合板材，其特征在于，基于所述第二板材的总质量，按质量百分比计，所述第二聚合物基材的质量百分比为65％～85％，所述第二石墨的质量百分比为15％～35％。

4.根据权利要求1或2所述的复合板材，其特征在于，所述玻璃微珠满足以下条件至少之一：

直径为2～90微米，优选为5～50微米；

抗压强度为10～100MPa，优选为40～70MPa。

5.根据权利要求3所述的复合板材，其特征在于，所述第一石墨和所述第二石墨分别为片状石墨。

6.根据权利要求5所述的复合板材，其特征在于，所述片状石墨满足以下条件至少之一：

长宽尺寸为15～300微米，优选为50～200微米；

厚度为0.2～20微米，优选为2～10微米。

7.根据权利要求1所述的复合板材，其特征在于，所述第一板材的厚度和所述第二板材的厚度比为1:1～2:1。

8.根据权利要求7所述的复合板材，其特征在于，所述复合板材的厚度为0.6～0.8毫米。

9.一种壳体组件，其特征在于，所述壳体组件的至少一部分是由权利要求1～8中任一项所述的复合板材构成的。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

权利要求9所述的壳体组件；

显示屏组件，所述显示屏组件与所述壳体组件相连，所述显示屏组件和所述壳体组件之间限定出安装空间，其中，所述壳体组件的第一板材朝向所述显示屏组件设置；以及

主板，所述主板设置在所述安装空间内且与所述显示屏组件电连接。

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