CN113462158A - 无线充电器壳体及无线充电器 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种无线充电器壳体及无线充电器,无线充电器壳体满足以下条件:表面电阻率的取值大于或者等于1010Ω;导热率的取值大于或者等于0.8W/m.K;拉伸强度的取值大于或者等于60MPa;冲击强度的取值大于或者等于4KJ/m2。满足上述四个条件的无线充电器壳体具备较佳的绝缘性、散热效果、较佳的抗冲击性能以及跌落性能,使得无线充电器壳体应用在无线充电器时,可提升无线充电器的绝缘性和散热效果,进而可分别提升无线充电器的充电效率和功率,无线充电器壳体的较佳强度性能可提升对无线充电器内部器件的保护强度,避免无线充电器受冲击时损坏。

Description

无线充电器壳体及无线充电器
技术领域
本申请涉及材料技术领域,特别涉及一种无线充电器壳体及无线充电器。
背景技术
人们的日常生活中对手机的依赖程度越来越高,手机充电的便携性、快速性成为了人民越来越重视的一个问题。无线充电器凭借着优异的便携性,受到越来越多的青睐,对无线充电器功率要求也越来越高,充电功率越高,设备完成充电所需要的时间越短。目前市面上主流的无线充电器均采用电磁感应的充电原理,充电过程中会产生热量,热量的堆积会损伤设备甚至引发爆炸火灾等危险。基于安全性的考虑,手机电池的充电芯片会限制无线充电器的充电功率以避免手机温度过高。一旦手机温度过高,芯片会控制降低充电功率,这样会导致充电效率降低充电时间延长。因此如何对无线充电器降温使无线充电器长期处于高功率充电状态是实现快速充电的关键技术之一,成为了本领域技术人员关注的一个焦点。
现有技术中多以阻燃PC/ABS等材料制造无线充电器壳体,但是受制于PC/ABS等导热率太低,PC/ABS的导热率仅为0.25W/m.K,无线充电器内部热量传导到壳体表面速度太慢。高导热率塑料,能够起到很好的散热降温的作用,导电型导热材料虽然导热率更高,但会影响电磁感应无法应用于无线充电器;绝缘型高导热塑料,需要大量填充导热填料才能达到较好的导热效果,且大量填充会导致材料的性能尤其抗冲击性能会严重恶化,难以满足无线充电器抗跌落冲击的要求。
发明内容
本申请提供一种无线充电器壳体及无线充电器,其中无线充电器壳体具有较好的绝缘性、散热效果以及力学性能。
第一方面,本申请提供一种无线充电器壳体,所述无线充电器壳体满足以下条件:表面电阻率的取值大于或者等于1010Ω;导热率的取值大于或者等于0.8W/m.K;拉伸强度的取值大于或者等于60MPa;冲击强度的取值大于或者等于4KJ/m2。其中,冲击强度是指缺口冲击强度。表面电阻率的取值大于或者等于1010Ω时,可使无线充电器壳体具有较佳的绝缘性,对无线充电器的电磁感应影响较小,进而提升无线充电器的充电效率。导热率的取值大于或者等于0.8W/m.K时,可使无线充电器壳体具有较佳的散热效果,能够及时将无线充电器内部产生的热量传输到外部,进而可避免无线充电器内部升温过高而烧毁无线充电器。拉伸强度的取值大于或者等于60MPa,冲击强度的取值大于或者等于4KJ/m2时,可使无线充电器壳体具有较佳的强度,增强无线充电器壳体的抗冲击性能和跌落性能。满足上述四个条件的无线充电器壳体具备较佳的绝缘性、散热效果、较佳的抗冲击性能以及跌落性能,使得无线充电器壳体应用在无线充电器时,可提升无线充电器的绝缘性和散热效果,进而可分别提升无线充电器的充电效率和功率,无线充电器壳体的较佳强度性能可提升对无线充电器内部器件的保护强度,避免无线充电器受冲击时损坏。
其中,表面电阻率、导热率、拉伸强度以及冲击强度的测试方式如后面效果实施例中所述。
在一实施方式中,所述无线充电器壳体的表面电阻率的取值大于或者等于1016Ω,所述无线充电器壳体的导热率的取值大于或者等于2.1W/m.K,所述无线充电器壳体的拉伸强度的取值大于或者等于100MP,所述无线充电器壳体的冲击强度的取值大于或者等于8KJ/m2。当无线充电器壳体满足上述条件时,可进一步提升无线充电器的绝缘性、散热效果以及保护强度。
在一实施方式中,所述无线充电器壳体的原料组分至少包括树脂基体、绝缘导热填料、碳系热辐射填料以及玻璃纤维,在原料组分中,所述树脂基体占所述原料组分的质量百分比的取值位于[29.8%,60%]内,所述绝缘导热填料占所述原料组分的质量百分比的取值位于[20%,60%]内,所述碳系热辐射填料占所述原料组分的质量百分比的取值位于[0.2%,6%]内,所述玻璃纤维占所述原料组分的质量百分比的取值位于[10%,45%]内,其中,所述树脂基体、所述绝缘导热填料、所述碳系热辐射填料以及所述玻璃纤维占所述原料组分的质量百分比之和大于或者等于80,且小于或者等于100%。
其中,取值位于[a,b]内,表示取值包括下限值a、上限值b以及位于a和b之间的任意值,[a,b]即表示大于或者等于a,且小于或者等于b,在上述各组分的取值中,均包括下限值、上限值以及位于下限值和上限值之间的任意值,例如,取值位于[20%,60%]内,表示取值包括20%和60%以及位于20%和60%之间的任意值。
其中,树脂基体具有较优的流动性,能够保证原料组分具有较优的加工成型性以及无线充电器壳体的力学性能(拉伸强度、弯曲强度和冲击强度)。
大量的绝缘导热填料的堆积形成导热通路,具有优异的散热效果,原料组分中的碳系热辐射填料提高了材料的热辐射系数,有助于无线充电器壳体自身的热量向周围环境辐射,降低自身温度,少量的碳系热辐射填料分散在材料中不会形成导电通路,使得材料仍然具有很好的绝缘性。
玻璃纤维使得该无线充电器壳体的强度增强,由于填充了大量的绝缘导热填料使得树脂基体的力学性能会大幅度下降,而玻璃纤维的加入能够大幅度提高了无线充电器壳体的强度、模量以及抗冲击、跌落性能,并且树脂基体占据一定的体积,可使得绝缘导热填料堆积更紧密、分散排布更容易形成导热网络。
在本申请中,玻璃纤维可提升无线充电器壳体的强度,由于绝缘导热填料和碳系热辐射填料一般为无机材料,与树脂基体的相容性很差,绝缘导热填料和碳系热辐射填料填充后材料的力学性能会大幅度下降,而玻璃纤维的加入起到了骨架的作用,能够大幅度提高了无线充电器壳体的强度、模量以及抗冲击、跌落性能,并且玻璃纤维的加入在材料中一方面占据一定的体积空间,使得绝缘导热填料和碳系热辐射填料堆积更紧密更容易形成导热通路,从而可以达到与绝缘导热填料相同或者相接近的导热率。本申请中绝缘导热填料和碳系热辐射填料配合使用,相互协作提升材料的导热率。
考虑到无线充电器壳体的表面电阻率、导热率以及强度性能(拉伸强度和冲击强度),本申请将树脂基体、绝缘导热填料、碳系热辐射填料以及玻璃纤维设置为上述质量百分比,其组分是综合考虑各个化学元素对无线充电器壳体综合性能指标的贡献而确定的,通过上述特定含量的各元素的联合作用,均衡了各种性能,得到了表面电阻率的取值大于或者等于1010Ω,导热率的取值大于或者等于0.8W/m.K,拉伸强度的取值大于或者等于60MPa,冲击强度的取值大于或者等于4KJ/m2等综合性能优异的无线充电器壳体。
在一实施方式中,所述无线充电器壳体的原料组分还包括其他添加剂;所述其他添加剂占所述原料组分的质量百分比的取值位于(0,20%]内,其中,所述树脂基体、所述绝缘导热填料、所述碳系热辐射填料、所述玻璃纤维、以及所述其他添加剂占所述原料组分的质量百分比之和等于100%。其中,取值位于(a,b]内,表示取值包括上限值b以及位于a和b之间的任意值,且不包括下限值a,例如取值位于(0,20%],表示取值包括20%以及位于0和20%之间的任意值,不包括0。
其他添加剂例如紫外线吸收剂、抗氧化剂能够减缓材料的老化,延长制得的无线充电器的使用寿命,润滑剂能够提高材料的流动加工性,改善无线充电器壳体的外观质量。本申请将树脂基体、绝缘导热填料、碳系热辐射填料、玻璃纤维以及其他添加剂设置为上述质量百分比,可得到表面电阻率的取值大于或者等于1010Ω,导热率的取值大于或者等于0.8W/m.K,拉伸强度的取值大于或者等于60MPa,冲击强度的取值大于或者等于4KJ/m2综合性能优异的无线充电器壳体。
考虑到无线充电器壳体的表面电阻率、导热效果和力学性能,在一实施方式中,所述绝缘导热填料包括氮化硼、氧化铝、氧化镁、氧化锌、碳化硅和氮化硅中的至少一种。在一实施方式中,所述绝缘导热填料为氮化硼,氮化硼具有较佳的散热性能。优选的,所述氮化硼为六方型氮化硼,所述六方型氮化硼的平均粒径的取值大于或者等于5微米,且小于或者等于160微米,所述六方型氮化硼的堆积密度的取值大于或者等于0.4g/cm3,且小于或者等于1.2g/cm3。氮化硼是片层填料,容易取向排列,而玻璃纤维的存在能够阻碍氮化硼的取向,使得材料的导热率更均匀,通过上述玻璃纤维和绝缘导热填料质量百分比的设置,可使得氮化硼发挥较好的散热效果,提升无线充电器壳体的导热率。在一实施方式中,六方型氮化硼的平均粒径的取值大于或者等于40微米,且小于或者等于80微米,六方型氮化硼的堆积密度的取值大于或者等于0.8g/cm3,且小于或者等于1.0g/cm3
考虑到无线充电器壳体的表面电阻率、导热效果和力学性能,在一具体实施方式中,绝缘导热填料占原料组分的质量百分比的取值位于[25%,45%]内。在一具体实施方式中,绝缘导热填料占原料组分的质量百分比的取值位于[25%,30%]内。在一具体实施方式中,绝缘导热填料占原料组分的质量百分比的取值位于[30%,45%]内。在一具体实施方式中,绝缘导热填料占原料组分的质量百分比的取值位于[30%,35%]内。
考虑到无线充电器壳体的表面电阻率、导热效果以及力学性能,在一实施方式中,所述碳系热辐射填料包括石墨、石墨烯、石墨烯微片、碳纳米管、炭黑、沥青基碳纤维等中的至少一种。在一实施方式中,所述碳系热辐射填料包括石墨、石墨烯以及石墨烯微片中的至少一种。其中,石墨、石墨烯以及石墨烯微片的热辐射性能更高,可提升无线充电器的散热效果。石墨、石墨烯、石墨烯微片都是片层填料,容易取向排列,而玻璃纤维的存在能够一定程度上阻碍绝缘导热填料的取向,使得材料的导热率更均匀。
在一具体实施方式中,碳系热辐射填料占原料组分的质量百分比的取值位于[0.3%,3%]内。在一具体实施方式中,碳系热辐射填料占原料组分的质量百分比的取值位于[0.3%,1%]内。在一具体实施方式中,碳系热辐射填料占原料组分的质量百分比的取值位于[1%,3%]内。在一具体实施方式中,碳系热辐射填料占原料组分的质量百分比的取值位于[1%,2%]内。在一具体实施方式中,碳系热辐射填料占原料组分的质量百分比的取值位于[2%,3%]内。
考虑到无线充电器壳体的表面电阻率、导热效果、力学性能以及生产要求,在一实施方式中,所述石墨的粒径的取值大于或者等于3微米,且小于或者等于300微米,所述石墨烯微片的粒径的取值大于或者等于3微米,且小于或者等于300微米。粒径在上述范围内时的石墨和石墨烯微片具有较高的堆积密度,石墨和石墨烯微片不易飘扬更有利于无线充电器壳体工业化生产制造,并且粒径在上述范围内时的石墨和石墨烯微片更容易在材料中形成导热通路并且对材料力学性能尤其是冲击性能的影响较小,使得无线充电器壳体具有较好的力学性能。另外,粒径在上述范围内时的石墨和石墨烯微片使得材料具有较佳的粘度且流动性较好,有利于二次加工制造以及后续的无线充电器壳体制造成型。
在一具体实施方式中,石墨的粒径的取值大于或者等于20微米,且小于或者等于50微米。在一具体实施方式中,石墨的粒径的取值大于或者等于50微米,且小于或者等于150微米。在一具体实施方式中,石墨的粒径的取值大于或者等于50微米,且小于或者等于100微米。在一具体实施方式中,石墨的粒径的取值大于或者等于60微米,且小于或者等于80微米。在一具体实施方式中,石墨的粒径的取值大于或者等于40微米,且小于或者等于60微米。在一具体实施方式中,石墨的粒径的取值为50微米。
在一具体实施方式中,石墨烯微片的粒径的取值大于或者等于20微米,且小于或者等于50微米。在一具体实施方式中,石墨烯微片的粒径的取值大于或者等于50微米,且小于或者等于150微米。在一具体实施方式中,石墨烯微片的粒径的取值大于或者等于50微米,且小于或者等于100微米。在一具体实施方式中,石墨烯微片的粒径的取值大于或者等于60微米,且小于或者等于80微米。在一具体实施方式中,石墨烯微片的粒径的取值大于或者等于40微米,且小于或者等于60微米。在一具体实施方式中,石墨烯微片的粒径的取值为50微米。
考虑到无线充电器壳体的导热效果,在一实施方式中,所述石墨中的碳含量大于或者等于95%。当石墨中的碳含量大于或者等于95%时,具有更高的导热率,可提升无线充电器壳体的散热效果。
考虑到无线充电器壳体的导热效果,在一实施方式中,所述石墨烯微片中的碳含量大于或者等于95%。当石墨烯微片中的碳含量大于或者等于95%时,具有更高的导热率,可提升无线充电器壳体的散热效果。
考虑到无线充电器壳体的力学性能,在一实施方式中,所述树脂基体包括聚苯硫醚、聚酰胺、液晶高分子、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯中的至少一种。在一实施方式中,所述聚酰胺包括尼龙6、尼龙66、尼龙612、尼龙1012、尼龙6T和尼龙1010中的至少一种。聚酰胺中的这几种尼龙可使得无线充电器壳体具有较好的形变能力,进而使得无线充电器壳体具有较好的强度、模量以及抗冲击、跌落性能。在一具体实施方式中,树脂基体为聚苯硫醚。其中聚苯硫醚本身还具有阻燃性能,当树脂基体采用聚苯硫醚时,可不添加其他阻燃剂同样具有阻燃效果。
考虑到无线充电器壳体的表面电阻率、导热效果以及力学性能,在一具体实施方式中,树脂基体占原料组分的质量百分比的取值位于[30%,45%]内。在一具体实施方式中,树脂基体占原料组分的质量百分比的取值位于[30%,34%]内。在一具体实施方式中,树脂基体占原料组分的质量百分比的取值位于[35%,40%]内。在一具体实施方式中,树脂基体占原料组分的质量百分比的取值位于[45%,60%]内。在一具体实施方式中,树脂基体占原料组分的质量百分比的取值位于[50%,55%]内。
考虑到无线充电器壳体的力学性能,在一实施方式中,所述玻璃纤维包括高模玻纤和扁平玻纤中的至少一种。其中,所述高模玻纤的拉伸强度的取值大于或者等于1500MPa,拉伸模量的取值大于或者等于60GPa,优选的,所述高模玻纤的拉伸强度的取值大于或者等于2500MPa,拉伸模量的取值大于或者等于85GPa。所述扁平玻纤的异形比为1∶2-1∶5,异形比是指长宽比。
考虑到无线充电器壳体的表面电阻率、导热效果以及力学性能,在一具体实施方式中,玻璃纤维占原料组分的质量百分比的取值位于[20%,40%]内。在一具体实施方式中,玻璃纤维占原料组分的质量百分比的取值位于[20%,35%]内。在一具体实施方式中,玻璃纤维占原料组分的质量百分比的取值位于[20%,30%]内。在一具体实施方式中,玻璃纤维占原料组分的质量百分比的取值位于[30%,35%]内。
在一实施方式中,当所述原料组分中的其他添加剂不为0时,其他添加剂包括偶联剂、增韧剂、阻燃剂、润滑剂、紫外线吸收剂、抗菌剂和抗氧剂中的至少一种。其中所述偶联剂用于提高树脂基体与其他成分的相容性。所述增韧剂用于进一步使得无线充电器壳体抗冲击、跌落性能得到提高。所述阻燃剂使得无线充电器壳体具有阻燃特性,满足无线充电器壳体对阻燃性的要求。所述润滑剂用于提高无线充电器壳体的流动加工性,改善无线充电器壳体的外观质量。所述紫外线吸收剂和所述抗氧剂用于提升无线充电器壳体的抗紫外线作用和抗氧化作用,减缓材料所制备的产品老化,延长所制备产品的使用寿命。抗菌剂用于提升无线充电器壳体的抗菌能力。
在一实施方式中,所述偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷(KH-151)、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、γ-缩水甘油醚氧丙基三乙氧基硅烷(KH-561)或者γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、γ-巯丙基三乙基硅烷(KH580)和γ-巯丙基三甲基硅烷(KH590)中的至少一种。基于无线充电器壳体质量百分比为100%的总原料组分,偶联剂占原料组分的质量百分比的取值位于(0,1%]内。
在一实施方式中,所述增韧剂包括乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物、马来酸酐接枝氢化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(简称SEBS-g-MAH)弹性体、马来酸酐接枝聚烯烃(简称PO-g-MAH)、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物和马来酸酐接枝三元乙丙橡胶(简称EPDM-g-MAH)等中的至少一种。基于无线充电器壳体质量百分比为100%的总原料组分,增韧剂占原料组分的质量百分比的取值位于(0,15%]内。
在一实施方式中,所述阻燃剂包括有机阻燃剂和无机阻燃剂中的至少一种,有机阻燃剂包括十溴二苯乙烷、溴化环氧树脂、溴化聚苯乙烯、聚溴化苯乙烯和溴代三嗪中的至少一种,无机阻燃剂包括三氧化二锑、锑酸钠和硼酸锌中的至少一种。基于无线充电器壳体质量百分比为100%的总原料组分,阻燃剂占原料组分的质量百分比的取值位于(0,15%]内。
在一实施方式中,所述润滑剂包括含氟润滑剂、含硅润滑剂、聚丙烯蜡、改性聚丙烯蜡、改性聚丙烯、超支化聚酯、聚乙烯蜡、改性聚乙烯蜡、芥酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯、改性聚乙烯、乙烯丙烯共聚物、硬脂酸酯、硬脂酸和硬脂酸盐类润滑剂等中的至少一种。基于无线充电器壳体质量百分比为100%的总原料组分,润滑剂占原料组分的质量百分比的取值位于(0,2%]内。优选的,润滑剂占原料组分的质量百分比的取值位于(0.5,2%]内。
在一实施方式中,所述抗氧剂包括四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、3,9-双[1,1-二甲基-2-[(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酰氧基]乙基]-2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷、N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮、二缩三乙二醇双[β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯]、双(2,4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、硫代二丙酸双十八酯、四(2,4-二叔丁基苯基-4,4'-联苯基)双亚膦酸酯、季戊四醇类十二硫代丙酯、双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的至少一种。基于无线充电器壳体质量百分比为100%的总原料组分,抗氧剂占原料组分的质量百分比的取值位于(0,1%]内。优选的,抗氧剂占原料组分的质量百分比的取值位于(0.2,1%]内。
第二方面,本申请一实施方式还提供一种无线充电器,所述无线充电器包括功能器件和如上述任一项实施例中的壳体,所述功能器件位于所述壳体中。所述功能器件用于实现无线充电。采用本申请的无线充电器壳体具备较佳的绝缘性、散热效果、较佳的抗冲击性能以及跌落性能,使得无线充电器壳体应用在无线充电器时,可提升无线充电器的绝缘性和散热效果,进而可分别提升无线充电器的充电效率和功率,可使无线充电器长期处于高功率充电状态,较少充电时间,满足无线充电器壳体对散热、快速充电的需求,无线充电器壳体的较佳强度性能可提升对无线充电器内部器件的保护强度,避免无线充电器受冲击时损坏。
第三方面,本申请一实施方式还提供一种导热复合材料,所述导热复合材料至少包括树脂基体、绝缘导热填料、碳系热辐射填料以及玻璃纤维,在所述导热复合材料中,所述树脂基体占所述导热复合材料的质量百分比的取值位于[29.8%,60%]内,所述绝缘导热填料占所述导热复合材料的质量百分比的取值位于[20%,60%]内,所述碳系热辐射填料占所述导热复合材料的质量百分比的取值位于[0.2%,6%]内,所述玻璃纤维占所述导热复合材料的质量百分比的取值位于[10%,45%]内,其中,所述树脂基体、所述绝缘导热填料、所述碳系热辐射填料以及所述玻璃纤维占所述导热复合材料的质量百分比之和大于或者等于80,且小于或者等于100%。
在一实施方式中,所述导热复合材料还包括其他添加剂;所述其他添加剂占所述导热复合材料的质量百分比的取值位于(0,20%]内,其中,所述树脂基体、所述绝缘导热填料、所述碳系热辐射填料、所述玻璃纤维、以及所述其他添加剂占所述导热复合材料的质量百分比之和等于100%。
上述导热复合材料具备较佳的绝缘性、散热效果以及力学性能,可用于二次加工制备无线充电器壳体。导热复合材料优选的组分与上述无线充电器壳体的原料组分相同,因此对于该导热复合材料所包括的材料组分,例如树脂基体、绝缘导热填料、碳系热辐射填料、玻璃纤维、以及其他添加剂等,均可以参见前述对于无线充电器壳体所包括的材料组分的相关限定,在此不再赘述。
第四方面,本申请一实施方式还提供一种壳体,所述壳体使用如上面所述的导热复合材料制成。所述壳体包括无线充电器壳体、充电宝壳体、笔记本壳体、IPad壳体、手机中框、家居产品壳体等。还可包括其他在使用时会发热或者发热较大的电子产品的壳体或中框部件。当壳体为无线充电器壳体时,采用本申请的导热复合材料制备,可使得无线充电器壳体的绝缘性佳、散热效果好以及力学强度高,满足无线充电器壳体对绝缘性、散热、抗跌落等发展的要求。
本申请一实施方式还提供一种无线充电器,所述无线充电器包括功能器件和如上面所述的壳体,功能器件位于壳体中。
第五方面,本申请一实施方式还提供一种热塑性工程塑料,所述热塑性工程塑料的原料组分至少包括树脂基体、绝缘导热填料、碳系热辐射填料以及玻璃纤维,在所述原料组分中,所述树脂基体占所述原料组分的质量百分比的取值位于[29.8%,60%]内,所述绝缘导热填料占所述原料组分的质量百分比的取值位于[20%,60%]内,所述碳系热辐射填料占所述原料组分的质量百分比的取值位于[0.2%,6%]内,所述玻璃纤维占所述原料组分的质量百分比的取值位于[10%,45%]内,其中,所述树脂基体、所述绝缘导热填料、所述碳系热辐射填料以及所述玻璃纤维占所述原料组分的质量百分比之和大于或者等于80,且小于或者等于100%。
在一实施方式中,所述热塑性工程塑料的原料组分还包括其他添加剂;所述其他添加剂占所述原料组分的质量百分比的取值位于(0,20%]内,其中,所述树脂基体、所述绝缘导热填料、所述碳系热辐射填料、所述玻璃纤维、以及所述其他添加剂占所述原料组分的质量百分比之和等于100%。
上述热塑性工程塑料具备较佳的绝缘性、散热效果以及力学性能,可用于二次加工制备无线充电器壳体。
热塑性工程塑料优选的原料组分与上述制备无线充电器壳体的原料组分相同,因此对于该塑性工程塑料所包括的材料组分,例如树脂基体、绝缘导热填料、碳系热辐射填料、玻璃纤维、以及其他添加剂等,均可以参见前述对于无线充电器壳体所包括的材料组分的相关限定,在此不再赘述。
第六方面,本申请一实施方式还提供一种热塑性工程塑料的制备方法,包括:
将热塑性工程塑料的原料组分均匀混合;
将均匀混合后的组分挤出造粒,得到制造所述热塑性工程塑料。
其中,得到的热塑性工程塑料可用于制备无线充电器壳体。在一实施方式中,将均匀混合后的组分挤出造粒得到的热塑性工程塑料颗粒的粒径的取值大于或者等于2.5mm,且小于或者等于4mm。在其他实施方式中,热塑性工程塑料颗粒的粒径还可为其他尺寸,具体可根据需求来设置,在本申请中不做限制。
所制备的无线充电器壳体具备较佳的绝缘性、散热效果以及力学性能,满足无线充电器壳体对绝缘、散热、抗跌落等发展的要求。
第七方面,本申请一实施方式还提供一种无线充电器壳体的制备方法,包括:
将上述热塑性工程塑料通过注塑工艺或模压工艺,制得所述无线充电器壳体。
在一些实施方式中,将无线充电器壳体的原料组分直接用于制备无线充电器,具体包括:
将上述无线充电器壳体的原料组分均匀混合;
将混合均匀的混合物通过注塑工艺或模压工艺,制得无线充电器壳体。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对本申请实施例中所需要使用的附图进行说明。
图1是本申请实施例5提供的无线充电器壳体的内部扫描电镜图;
图2是本申请实施例5提供的无线充电器壳体的内部扫描电镜图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。
为方便理解,下面先对本申请实施例所涉及的英文简写和有关技术术语进行解释和描述。
石墨烯微片:是指碳层数多于10层、厚度取值为大于或者等于5纳米且小于或者等于100纳米范围内的超薄的石墨烯层状堆积体。
CAS号:又称CAS登录号或CAS登记号码,是某种物质(化合物、高分子材料、生物序列(Biological sequences)、混合物或合金)的唯一的数字识别号码,美国化学会的下设组织化学文摘社(Chemical Abstracts Service,简称CAS)负责为每一种出现在文献中的物质分配一个CAS编号。
PPS:Phenylenesulfide,聚苯硫醚。
PA:Polyamide,聚酰胺,也称尼龙。
LCP:Liquid Crystal Polimer,液晶聚合物。
ABS:Acrylonitrile Butadiene Styrene,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。
PC:Polycarbonate,聚碳酸酯。
PBT:Polybutylene terephthalate,聚对苯二甲酸丁二醇酯。
本申请一实施方式提供一种无线充电器壳体,无线充电器壳体满足以下条件:表面电阻率的取值大于或者等于1010Ω;导热率的取值大于或者等于0.8W/m.K;拉伸强度的取值大于或者等于60MPa;冲击强度的取值大于或者等于4KJ/m2。其中,冲击强度是指缺口冲击强度。表面电阻率的取值大于或者等于1010Ω时,可使无线充电器壳体具有较佳的绝缘性,对无线充电器的电磁感应影响较小,进而提升无线充电器的充电效率。导热率的取值大于或者等于0.8W/m.K时,可使无线充电器壳体具有较佳的散热效果,能够及时将无线充电器内部产生的热量传输到外部,进而可避免无线充电器内部升温过高而烧毁无线充电器。拉伸强度的取值大于或者等于60MPa,冲击强度的取值大于或者等于4KJ/m2时,可使无线充电器壳体具有较佳的强度,增强无线充电器壳体的抗冲击性能和跌落性能。满足上述四个条件的无线充电器壳体具备较佳的绝缘性、散热效果、较佳的抗冲击性能以及跌落性能,使得无线充电器壳体应用在无线充电器时,可提升无线充电器的绝缘性和散热效果,进而可分别提升无线充电器的充电效率和功率,无线充电器壳体的较佳强度性能可提升对无线充电器内部器件的保护强度,避免无线充电器受冲击时损坏。
其中,表面电阻率、导热率、拉伸强度以及冲击强度的测试方式如后面效果实施例中所述。
在一实施方式中,无线充电器壳体的表面电阻率的取值大于或者等于1016Ω,无线充电器壳体的导热率的取值大于或者等于2.1W/m.K,无线充电器壳体的拉伸强度的取值大于或者等于100MP,无线充电器壳体的冲击强度的取值大于或者等于8KJ/m2。当无线充电器壳体满足上述条件时,可进一步提升无线充电器的绝缘性、散热效果以及保护强度。
在一实施方式中,无线充电器壳体的原料组分至少包括树脂基体、绝缘导热填料、碳系热辐射填料以及玻璃纤维,在原料组分中,树脂基体占原料组分的质量百分比的取值位于[29.8%,60%]内,绝缘导热填料占原料组分的质量百分比的取值位于[20%,60%]内,碳系热辐射填料占原料组分的质量百分比的取值位于[0.2%,6%]内,玻璃纤维占原料组分的质量百分比的取值位于[10%,45%]内,其中,树脂基体、绝缘导热填料、碳系热辐射填料以及玻璃纤维占原料组分的质量百分比之和大于或者等于80,且小于或者等于100%。
其中,取值位于[a,b]内,表示取值包括下限值a、上限值b以及位于a和b之间的任意值,[a,b]即表示大于或者等于a,且小于或者等于b,在上述各组分的取值中,均包括下限值、上限值以及位于下限值和上限值之间的任意值,例如,取值位于[20%,60%]内,表示取值包括20%和60%以及位于20%和60%之间的任意值。
其中,树脂基体具有较优的流动性,能够保证原料组分具有较优的加工成型性以及无线充电器壳体的力学性能(拉伸强度、弯曲强度和冲击强度)。
大量的绝缘导热填料的堆积形成导热通路,具有优异的散热效果,原料组分中的碳系热辐射填料提高了材料的热辐射系数,有助于无线充电器壳体自身的热量向周围环境辐射,降低自身温度,少量的碳系热辐射填料分散在材料中不会形成导电通路,使得材料仍然具有很好的绝缘性。
玻璃纤维使得该无线充电器壳体的强度增强,由于填充了大量的绝缘导热填料使得树脂基体的力学性能会大幅度下降,而玻璃纤维的加入能够大幅度提高了无线充电器壳体的强度、模量以及抗冲击、跌落性能,并且树脂基体占据一定的体积,可使得绝缘导热填料堆积更紧密、分散排布更容易形成导热网络。
在本申请中,玻璃纤维可提升无线充电器壳体的强度,由于绝缘导热填料和碳系热辐射填料一般为无机材料,与树脂基体的相容性很差,绝缘导热填料和碳系热辐射填料填充后材料的力学性能会大幅度下降,而玻璃纤维的加入起到了骨架的作用,能够大幅度提高了无线充电器壳体的强度、模量以及抗冲击、跌落性能,并且玻璃纤维的加入在材料中一方面占据一定的体积空间,使得绝缘导热填料和碳系热辐射填料堆积更紧密更容易形成导热通路,从而可以达到与绝缘导热填料相同或者相接近的导热率。本申请中绝缘导热填料和碳系热辐射填料配合使用,相互协作提升材料的导热率。
考虑到无线充电器壳体的表面电阻率、导热率以及强度性能(拉伸强度和冲击强度),本申请将树脂基体、绝缘导热填料、碳系热辐射填料以及玻璃纤维设置为上述质量百分比,其组分是综合考虑各个化学元素对无线充电器壳体综合性能指标的贡献而确定的,通过上述特定含量的各元素的联合作用,均衡了各种性能,得到了表面电阻率的取值大于或者等于1010Ω,导热率的取值大于或者等于0.8W/m.K,拉伸强度的取值大于或者等于60MPa,冲击强度的取值大于或者等于4KJ/m2等综合性能优异的无线充电器壳体。
在一实施方式中,无线充电器壳体的原料组分还包括其他添加剂;其他添加剂占原料组分的质量百分比的取值位于(0,20%]内,其中,树脂基体、绝缘导热填料、碳系热辐射填料、玻璃纤维、以及其他添加剂占原料组分的质量百分比之和等于100%。其中,取值位于(a,b]内,表示取值包括上限值b以及位于a和b之间的任意值,且不包括下限值a,例如取值位于(0,20%],表示取值包括20%以及位于0和20%之间的任意值,不包括0。
其他添加剂例如紫外线吸收剂、抗氧化剂能够减缓材料的老化,延长制得的无线充电器的使用寿命,润滑剂能够提高材料的流动加工性,改善无线充电器壳体的外观质量。本申请将树脂基体、绝缘导热填料、碳系热辐射填料、玻璃纤维以及其他添加剂设置为上述质量百分比,可得到表面电阻率的取值大于或者等于1010Ω,导热率的取值大于或者等于0.8W/m.K,拉伸强度的取值大于或者等于60MPa,冲击强度的取值大于或者等于4KJ/m2综合性能优异的无线充电器壳体。
考虑到无线充电器壳体的表面电阻率、导热效果和力学性能,在一实施方式中,绝缘导热填料包括氮化硼、氧化铝、氧化镁、氧化锌、碳化硅和氮化硅中的至少一种。在一实施方式中,绝缘导热填料为氮化硼,氮化硼具有较佳的散热性能。优选的,氮化硼为六方型氮化硼,六方型氮化硼的平均粒径的取值大于或者等于5微米,且小于或者等于160微米,六方型氮化硼的堆积密度的取值大于或者等于0.4g/cm3,且小于或者等于1.2g/cm3。氮化硼是片层填料,容易取向排列,而玻璃纤维的存在能够阻碍氮化硼的取向,使得材料的导热率更均匀,通过上述玻璃纤维和绝缘导热填料质量百分比的设置,可使得氮化硼发挥较好的散热效果,提升无线充电器壳体的导热率。在一实施方式中,六方型氮化硼的平均粒径的取值大于或者等于40微米,且小于或者等于80微米,六方型氮化硼的堆积密度的取值大于或者等于0.8g/cm3,且小于或者等于1.0g/cm3
考虑到无线充电器壳体的表面电阻率、导热效果和力学性能,在一具体实施方式中,绝缘导热填料占原料组分的质量百分比的取值位于[25%,45%]内。在一具体实施方式中,绝缘导热填料占原料组分的质量百分比的取值位于[25%,30%]内。在一具体实施方式中,绝缘导热填料占原料组分的质量百分比的取值位于[30%,45%]内。在一具体实施方式中,绝缘导热填料占原料组分的质量百分比的取值位于[30%,35%]内。
考虑到无线充电器壳体的表面电阻率、导热效果以及力学性能,在一实施方式中,碳系热辐射填料包括石墨、石墨烯、石墨烯微片、碳纳米管、炭黑、沥青基碳纤维等中的至少一种。在一实施方式中,碳系热辐射填料包括石墨、石墨烯以及石墨烯微片中的至少一种。其中,石墨、石墨烯以及石墨烯微片的热辐射性能更高,可提升无线充电器的散热效果。石墨、石墨烯、石墨烯微片都是片层填料,容易取向排列,而玻璃纤维的存在能够一定程度上阻碍绝缘导热填料的取向,使得材料的导热率更均匀。
在一具体实施方式中,碳系热辐射填料占原料组分的质量百分比的取值位于[0.3%,3%]内。在一具体实施方式中,碳系热辐射填料占原料组分的质量百分比的取值位于[0.3%,1%]内。在一具体实施方式中,碳系热辐射填料占原料组分的质量百分比的取值位于[1%,3%]内。在一具体实施方式中,碳系热辐射填料占原料组分的质量百分比的取值位于[1%,2%]内。在一具体实施方式中,碳系热辐射填料占原料组分的质量百分比的取值位于[2%,3%]内。
考虑到无线充电器壳体的表面电阻率、导热效果、力学性能以及生产要求,在一实施方式中,石墨的粒径的取值大于或者等于3微米,且小于或者等于300微米,石墨烯微片的粒径的取值大于或者等于3微米,且小于或者等于300微米。粒径在上述范围内时的石墨和石墨烯微片具有较高的堆积密度,石墨和石墨烯微片不易飘扬更有利于无线充电器壳体工业化生产制造,并且粒径在上述范围内时的石墨和石墨烯微片更容易在材料中形成导热通路并且对材料力学性能尤其是冲击性能的影响较小,使得无线充电器壳体具有较好的力学性能。另外,粒径在上述范围内时的石墨和石墨烯微片使得材料具有较佳的粘度且流动性较好,有利于二次加工制造以及后续的无线充电器壳体制造成型。
在一具体实施方式中,石墨的粒径的取值大于或者等于20微米,且小于或者等于50微米。在一具体实施方式中,石墨的粒径的取值大于或者等于50微米,且小于或者等于150微米。在一具体实施方式中,石墨的粒径的取值大于或者等于50微米,且小于或者等于100微米。在一具体实施方式中,石墨的粒径的取值大于或者等于60微米,且小于或者等于80微米。在一具体实施方式中,石墨的粒径的取值大于或者等于40微米,且小于或者等于60微米。在一具体实施方式中,石墨的粒径的取值为50微米。
在一具体实施方式中,石墨烯微片的粒径的取值大于或者等于20微米,且小于或者等于50微米。在一具体实施方式中,石墨烯微片的粒径的取值大于或者等于50微米,且小于或者等于150微米。在一具体实施方式中,石墨烯微片的粒径的取值大于或者等于50微米,且小于或者等于100微米。在一具体实施方式中,石墨烯微片的粒径的取值大于或者等于60微米,且小于或者等于80微米。在一具体实施方式中,石墨烯微片的粒径的取值大于或者等于40微米,且小于或者等于60微米。在一具体实施方式中,石墨烯微片的粒径的取值为50微米。
考虑到无线充电器壳体的导热效果,在一实施方式中,石墨中的碳含量大于或者等于95%。当石墨中的碳含量大于或者等于95%时,具有更高的导热率,可提升无线充电器壳体的散热效果。
考虑到无线充电器壳体的导热效果,在一实施方式中,石墨烯微片中的碳含量大于或者等于95%。当石墨烯微片中的碳含量大于或者等于95%时,具有更高的导热率,可提升无线充电器壳体的散热效果。
考虑到无线充电器壳体的力学性能,在一实施方式中,树脂基体包括聚苯硫醚、聚酰胺、液晶高分子、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯中的至少一种。在一实施方式中,聚酰胺包括尼龙6、尼龙66、尼龙612、尼龙1012、尼龙6T和尼龙1010中的至少一种。聚酰胺中的这几种尼龙可使得无线充电器壳体具有较好的形变能力,进而使得无线充电器壳体具有较好的强度、模量以及抗冲击、跌落性能。在一具体实施方式中,树脂基体为聚苯硫醚。其中聚苯硫醚本身还具有阻燃性能,当树脂基体采用聚苯硫醚时,可不添加其他阻燃剂同样具有阻燃效果。
考虑到无线充电器壳体的表面电阻率、导热效果以及力学性能,在一具体实施方式中,树脂基体占原料组分的质量百分比的取值位于[30%,45%]内。在一具体实施方式中,树脂基体占原料组分的质量百分比的取值位于[30%,34%]内。在一具体实施方式中,树脂基体占原料组分的质量百分比的取值位于[35%,40%]内。在一具体实施方式中,树脂基体占原料组分的质量百分比的取值位于[45%,60%]内。在一具体实施方式中,树脂基体占原料组分的质量百分比的取值位于[50%,55%]内。
考虑到无线充电器壳体的力学性能,在一具体实施方式中,玻璃纤维包括高模玻纤和扁平玻纤中的至少一种。其中,高模玻纤的拉伸强度的取值大于或者等于1500MPa,拉伸模量的取值大于或者等于60GPa,优选的,高模玻纤的拉伸强度的取值大于或者等于2500MPa,拉伸模量的取值大于或者等于85GPa。扁平玻纤的异形比为1∶2-1∶5,异形比是指长宽比。
考虑到无线充电器壳体的表面电阻率、导热效果以及力学性能,在一具体实施方式中,玻璃纤维占原料组分的质量百分比的取值位于[20%,40%]内。在一具体实施方式中,玻璃纤维占原料组分的质量百分比的取值位于[20%,35%]内。在一具体实施方式中,玻璃纤维占原料组分的质量百分比的取值位于[20%,30%]内。在一具体实施方式中,玻璃纤维占原料组分的质量百分比的取值位于[30%,35%]内。
在一实施方式中,当原料组分中的其他添加剂不为0时,其他添加剂包括偶联剂、增韧剂、阻燃剂、润滑剂、紫外线吸收剂、抗菌剂和抗氧剂中的至少一种。其中偶联剂用于提高树脂基体与其他成分的相容性。增韧剂用于进一步使得无线充电器壳体抗冲击、跌落性能得到提高。阻燃剂使得无线充电器壳体具有阻燃特性,满足无线充电器壳体对阻燃性的要求。润滑剂用于提高无线充电器壳体的流动加工性,改善无线充电器壳体的外观质量。紫外线吸收剂和抗氧剂用于提升无线充电器壳体的抗紫外线作用和抗氧化作用,减缓材料所制备的产品老化,延长所制备产品的使用寿命。抗菌剂用于提升无线充电器壳体的抗菌能力。
在一实施方式中,偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷(KH-151)、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、γ-缩水甘油醚氧丙基三乙氧基硅烷(KH-561)或者γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、γ-巯丙基三乙基硅烷(KH580)和γ-巯丙基三甲基硅烷(KH590)中的至少一种。基于无线充电器壳体质量百分比为100%的总原料组分,偶联剂占原料组分的质量百分比的取值位于(0,1%]内。
在一实施方式中,增韧剂包括乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物、马来酸酐接枝氢化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(简称SEBS-g-MAH)弹性体、马来酸酐接枝聚烯烃(简称PO-g-MAH)、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物和马来酸酐接枝三元乙丙橡胶(简称EPDM-g-MAH)等中的至少一种。基于无线充电器壳体质量百分比为100%的总原料组分,增韧剂占原料组分的质量百分比的取值位于(0,15%]内。
在一实施方式中,阻燃剂包括有机阻燃剂和无机阻燃剂中的至少一种,有机阻燃剂包括十溴二苯乙烷、溴化环氧树脂、溴化聚苯乙烯、聚溴化苯乙烯和溴代三嗪中的至少一种,无机阻燃剂包括三氧化二锑、锑酸钠和硼酸锌中的至少一种。基于无线充电器壳体质量百分比为100%的总原料组分,阻燃剂占原料组分的质量百分比的取值位于(0,15%]内。
在一实施方式中,润滑剂包括含氟润滑剂、含硅润滑剂、聚丙烯蜡、改性聚丙烯蜡、改性聚丙烯、超支化聚酯、聚乙烯蜡、改性聚乙烯蜡、芥酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯、改性聚乙烯、乙烯丙烯共聚物、硬脂酸酯、硬脂酸和硬脂酸盐类润滑剂等中的至少一种。基于无线充电器壳体质量百分比为100%的总原料组分,润滑剂占原料组分的质量百分比的取值位于(0,2%]内。优选的,润滑剂占原料组分的质量百分比的取值位于(0.5,2%]内。
在一实施方式中,抗氧剂包括四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、3,9-双[1,1-二甲基-2-[(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酰氧基]乙基]-2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷、N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮、二缩三乙二醇双[β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯]、双(2,4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、硫代二丙酸双十八酯、四(2,4-二叔丁基苯基-4,4'-联苯基)双亚膦酸酯、季戊四醇类十二硫代丙酯、双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的至少一种。基于无线充电器壳体质量百分比为100%的总原料组分,抗氧剂占原料组分的质量百分比的取值位于(0,1%]内。优选的,抗氧剂占原料组分的质量百分比的取值位于(0.2,1%]内。
其中,上述抗氧剂各物质的CAS号如表1所示。
表1
Figure BDA0003134761730000121
本申请一实施方式还提供一种无线充电器,无线充电器包括功能器件和如上述任一项实施例中的壳体,功能器件位于壳体中。功能器件用于实现无线充电。采用本申请的无线充电器壳体具备较佳的绝缘性、散热效果、较佳的抗冲击性能以及跌落性能,使得无线充电器壳体应用在无线充电器时,可提升无线充电器的绝缘性和散热效果,进而可分别提升无线充电器的充电效率和功率,可使无线充电器长期处于高功率充电状态,较少充电时间,满足无线充电器壳体对散热、快速充电的需求,无线充电器壳体的较佳强度性能可提升对无线充电器内部器件的保护强度,避免无线充电器受冲击时损坏。
本申请一实施方式还提供一种导热复合材料,导热复合材料至少包括树脂基体、绝缘导热填料、碳系热辐射填料以及玻璃纤维,在导热复合材料中,树脂基体占导热复合材料的质量百分比的取值位于[29.8%,60%]内,绝缘导热填料占导热复合材料的质量百分比的取值位于[20%,60%]内,碳系热辐射填料占导热复合材料的质量百分比的取值位于[0.2%,6%]内,玻璃纤维占导热复合材料的质量百分比的取值位于[10%,45%]内,其中,树脂基体、绝缘导热填料、碳系热辐射填料以及玻璃纤维占导热复合材料的质量百分比之和大于或者等于80,且小于或者等于100%。
在一实施方式中,导热复合材料还包括其他添加剂;其他添加剂占导热复合材料的质量百分比的取值位于(0,20%]内,其中,树脂基体、绝缘导热填料、碳系热辐射填料、玻璃纤维、以及其他添加剂占导热复合材料的质量百分比之和等于100%。
上述导热复合材料具备较佳的绝缘性、散热效果以及力学性能,可用于二次加工制备无线充电器壳体。导热复合材料优选的组分与上述无线充电器壳体的原料组分相同,因此对于该导热复合材料所包括的材料组分,例如树脂基体、绝缘导热填料、碳系热辐射填料、玻璃纤维、以及其他添加剂等,均可以参见前述对于无线充电器壳体所包括的对应的材料组分的相关限定,在此不再赘述。具体的,前述关于无线充电器壳体的实施例中对树脂基体的描述也适用于对位于该导热复合材料内的树脂基体的描述。前述关于无线充电器壳体的实施例中对绝缘导热填料的描述也适用于对位于该导热复合材料内的绝缘导热填料的描述。前述关于无线充电器壳体的实施例中对碳系热辐射填料的描述也适用于对位于该导热复合材料内的碳系热辐射填料的描述。前述关于无线充电器壳体的实施例中对玻璃纤维的描述也适用于对位于该导热复合材料内的玻璃纤维的描述。前述关于无线充电器壳体的实施例中对其他添加剂的描述也适用于对位于该导热复合材料内的其他添加剂的描述。
本申请一实施方式还提供一种壳体,壳体使用如上面所述的导热复合材料制成。壳体包括无线充电器壳体、充电宝壳体、笔记本壳体、IPad壳体、手机中框、家居产品壳体等。还可包括其他在使用时会发热或者发热较大的电子产品的壳体或中框部件。当壳体为无线充电器壳体时,采用本申请的导热复合材料制备,可使得无线充电器壳体的绝缘性佳、散热效果好以及力学强度高,满足无线充电器壳体对绝缘性、散热、抗跌落等发展的要求。
本申请一实施方式还提供一种无线充电器,无线充电器包括功能器件和如上面所述的壳体,功能器件位于壳体中。
本申请一实施方式还提供一种热塑性工程塑料,热塑性工程塑料的原料组分至少包括树脂基体、绝缘导热填料、碳系热辐射填料以及玻璃纤维,在原料组分中,树脂基体占原料组分的质量百分比的取值位于[29.8%,60%]内,绝缘导热填料占原料组分的质量百分比的取值位于[20%,60%]内,碳系热辐射填料占原料组分的质量百分比的取值位于[0.2%,6%]内,玻璃纤维占原料组分的质量百分比的取值位于[10%,45%]内,其中,树脂基体、绝缘导热填料、碳系热辐射填料以及玻璃纤维占原料组分的质量百分比之和大于或者等于80,且小于或者等于100%。
在一实施方式中,热塑性工程塑料的原料组分还包括其他添加剂;其他添加剂占原料组分的质量百分比的取值位于(0,20%]内,其中,树脂基体、绝缘导热填料、碳系热辐射填料、玻璃纤维、以及其他添加剂占原料组分的质量百分比之和等于100%。
上述热塑性工程塑料具备较佳的绝缘性、散热效果以及力学性能,可用于二次加工制备无线充电器壳体。
热塑性工程塑料优选的原料组分与上述制备无线充电器壳体的原料组分相同,因此对于该热塑性工程塑料所包括的材料组分,例如树脂基体、绝缘导热填料、碳系热辐射填料、玻璃纤维、以及其他添加剂等,均可以参见前述对于无线充电器壳体所包括的对应的材料组分的相关限定,在此不再赘述。具体的,前述关于无线充电器壳体的实施例中对树脂基体的描述也适用于对位于该热塑性工程塑料内的树脂基体的描述。前述关于无线充电器壳体的实施例中对绝缘导热填料的描述也适用于对位于该热塑性工程塑料内的绝缘导热填料的描述。前述关于无线充电器壳体的实施例中对碳系热辐射填料的描述也适用于对位于该热塑性工程塑料内的碳系热辐射填料的描述。前述关于无线充电器壳体的实施例中对玻璃纤维的描述也适用于对位于该热塑性工程塑料内的玻璃纤维的描述。前述关于无线充电器壳体的实施例中对其他添加剂的描述也适用于对位于该热塑性工程塑料内的其他添加剂的描述。
本申请一实施方式还提供一种热塑性工程塑料的制备方法,包括:
将热塑性工程塑料的原料组分均匀混合;
将均匀混合后的组分挤出造粒,得到制造所述热塑性工程塑料。
其中,得到的热塑性工程塑料可用于制备无线充电器壳体。在一实施方式中,将均匀混合后的组分挤出造粒得到的热塑性工程塑料颗粒的粒径的取值大于或者等于2.5mm,且小于或者等于4mm。在其他实施方式中,热塑性工程塑料颗粒的粒径还可为其他尺寸,具体可根据需求来设置,在本申请中不做限制。
所制备的无线充电器壳体具备较佳的绝缘性、散热效果以及力学性能,满足无线充电器壳体对绝缘、散热、抗跌落等发展的要求。
本申请一实施方式还提供一种无线充电器壳体的制备方法,包括:
将上述热塑性工程塑料通过注塑工艺或模压工艺,制得所述无线充电器壳体。
在一些实施方式中,将无线充电器壳体的原料组分直接用于制备无线充电器,具体包括:
将上述无线充电器壳体的原料组分均匀混合;
将混合均匀的混合物通过注塑工艺或模压工艺,制得无线充电器壳体。
为了说明本申请中无线充电器壳体的原料组成有利于形成较佳的绝缘性、散热效果、较佳的抗冲击性能以及跌落性能的无线充电器壳体,本申请做了如下具体实施例1至实施例15、对比例1至对比例11以及测试效果进行说明。
无线充电器壳体的制备及效果实施例
依照表2、表4、表6以及表8中各实施例和对比例所示的质量比组成,用双螺杆挤出机对树脂基体、绝缘导热填料、碳系热辐射填料、玻璃纤维、其他添加剂进行混炼并形成颗粒后,经过注塑或模压成型制造出无线充电器壳体,并对各实施例和各对比例制备的无线充电器壳体进行效果测试,效果测试包括导热率、拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度、阻燃性、表面电阻率、滚筒跌落、耐湿热性、耐水性、耐候性能以及对无线充电器进行充电测试。其中各效果测试的方法如下所述:
(1)导热率:ISO 22007-2。
(2)拉伸强度:ISO 527,拉伸速度5mm/min。
(3)弯曲强度:ISO178:2019,弯曲速度2mm/min。
(4)弯曲模量:ISO 178,弯曲速度2mm/min。
(5)冲击强度:缺口冲击强度,ISO 180,23℃条件下。
(6)阻燃性:UL 94,测试样品的厚度为1.6mm。
(7)耐湿热性:85%湿度、85℃,1000h下,测试高温高湿条件下的导热率、冲击强度保持率和阻燃性,其中导热率、冲击强度保持率和阻燃性的测试方式如上所述,耐湿热性的冲击强度保持率是指在85%湿度、85℃、1000h下测试的缺口冲击强度与23℃条件下测试的缺口冲击强度的百分比。
(8)耐候性能:ASTM G155-13循环1,紫外老化后测试导热率、冲击强度保持率和阻燃性,其中导热率、冲击强度保持率和阻燃性的测试方式如上所述,耐候性的冲击强度保持率是指在ASTM G155-13循环1、紫外老化后测试的缺口冲击强度与23℃条件下测试的缺口冲击强度的百分比。
(9)耐水性能:70℃,水煮168小时,测试导热率、冲击强度保持率和阻燃性,其中导热率、冲击强度保持率和阻燃性的测试方式如上所述,耐水性的冲击强度保持率是指在70℃、水煮168小时后测试的缺口冲击强度与23℃条件下测试的缺口冲击强度的百分比。
(10)表面电阻率:IEC62631-3-2。
(11)充电时间:通过注塑制成无线充电器壳体,并组装成制品(制品中已经安装好无线充电功能电子元件)在其他工作参数不变的条件下比较充电时间。
(12)滚筒跌落:通过注塑制成无线充电器壳体,并组装成制品(制品中已经安装好无线充电功能电子元件),23℃储存12小时后于50cm高出自由跌落制品表面,连续300次,如观察不到裂纹即算通过。
表2
Figure BDA0003134761730000151
其中,表2中实施例1至实施例7中的石墨烯微片的粒径的取值均为80微米(μm),且石墨烯微片中的碳含量的取值大于或者等于95%;高模玻纤的拉伸强度的取值大于或者等于1500MPa、拉伸模量的取值大于或者等于60GPa;扁平玻纤的异形比为1∶2-1∶5;氮化硼为六方型氮化硼。将上述表2中实施例1至实施例7制备的无线充电器壳体进行测试,测试结果如表3所示,其中E+16表示1016
表3
Figure BDA0003134761730000152
Figure BDA0003134761730000161
请参阅表3中的效果数据,其中导热率可达到4.8/m.K,耐湿热性、耐水性以及耐候性测试的导热率均不变;充电时间最短可缩短至40min,导热率越高充电所需的时间越短,这说明可提高无线充电器的充电效率;表面电阻率为E+16Ω,具有较好的绝缘性;拉伸强度可达到125Mpa,缺口冲击强度可达到12KJ/m2,耐湿热性、耐水性以及耐候性测试的冲击强度保持率可达到90%或者90%以上,具有较好的力学性能(拉伸强度、弯曲强度以及冲击强度)、耐湿热性、耐水性以及耐候性,且可通过滚筒跌落测试;实施例1至实施例6的阻燃性为V-0,V-0是阻燃性的等级,表示具有较好的阻燃效果,实施例7的阻燃性为HB,也能达到阻燃的最低等级。从实施例1至实施例7可以看出无线充电器壳体的各组分在本申请的质量比范围内具有较好的效果,本申请中无线充电器壳体的各组分是综合考虑各个化学元素对无线充电器壳体综合性能指标(包括导热效果、绝缘性以及力学性能等)的贡献而确定的,通过上述特定含量的各元素的联合作用,均衡了各种性能,得到了散热效果较好、绝缘性好、力学性能较佳、耐候性、耐水性、耐湿热性以及充电时间短等综合性能优异的无线充电器壳体。
本申请还做了实施例5的内部扫描电镜图,请参阅图1和图2,玻璃纤维10均匀的分布在材料内部,起到了增强材料的作用,而氮化硼、石墨烯微片导热填料堆积密切形成了完整的导热路径,且片层导热填料沿着流动方向和垂直流动方向都有排列,形成了立体的导热网络,材料的导热系数显著提高。
为了进一步说明本申请的有益效果,本申请还做了如表4所示的对比例1至对比例5,其中对比例1至对比例5中各组分用量如表4所示。
表4
对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5
PPS 52 80
PA6 60 100
PC/ABS 100
六方氮化硼 45 20 40
石墨烯微片 3
玻璃纤维
在表4中对比例1中没有使用玻璃纤维,对比例2和对比例3中没有使用石墨烯微片和玻璃纤维,对比例4中仅用PA6,对比例5中仅用PC或者ABS。其中表4中的六方氮化硼、石墨烯微片与表2中相同。将上述表4中对比例1至对比例5制备的无线充电器壳体进行测试,测试结果如表5所示。
表5
Figure BDA0003134761730000171
从表5可看出,对比例1至对比例5的力学性能大幅度下降,在对比例1中没有使用玻璃纤维作为材料骨架,使得拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度的效果变差,且滚筒跌落测试不通过;对比例2和对比例3中没有使用石墨烯微片和玻璃纤维,力学性能也较差;对比例4中仅用PA6,对比例5中仅用PC或者ABS,力学性能也较差。对比例2至对比例5的导热率下降,散热效果较差,充电时间延长。这说明在本申请中通过玻璃纤维、树脂基体、石墨烯微片以及氮化硼之间相互协作才能得到散热效果较好、绝缘性好、力学性能较佳、耐候性、耐水性、耐湿热性以及充电时间短等综合性能优异的无线充电器壳体。
为了进一步说明本申请的有益效果,本申请还做了如表6所示的对比例6至对比例11,其中对比例6至对比例11是在实施例4的基础上所做,各组分用量如表6所示。
表6
Figure BDA0003134761730000181
在表6中,石墨烯微片的粒径的取值均为80微米(μm),且石墨烯微片中的碳含量的取值大于或者等于95%;扁平玻纤的异形比为1∶2-1∶5;氮化硼为六方型氮化硼,将上述表6中对比例6至对比例11制备的无线充电器壳体进行测试,测试结果如表7所示。
表7
Figure BDA0003134761730000182
Figure BDA0003134761730000191
从表6和表7可知,与实施例4相比,对比例6中PPS的用量过多,扁平玻纤的用量过少,使得力学强度(拉伸强度、弯曲强度以及缺口冲击强度)下降,且滚筒跌落测试不通过,无法用于无线充电器中,并且导热率有所下降,充电时间增加,说明无线充电器的充电效率下降;对比例7中的六方氮化硼的用量过少,使得导热率大幅度下降,且充电时间大幅度增加,充电效率下降;对比例8中PPS的用量过少,六方氮化硼的用量过多,虽然导热率明显增加,但力学强度(拉伸强度、弯曲强度以及缺口冲击强度)大幅度下降,且滚筒跌落测试不通过,无法用于无线充电器中;对比例9中石墨烯微片的用量过多,虽然导热率有所提高,但力学强度较差;对比例10中PPS的用量过少,扁平玻纤的用量过多,导热率和力学性能均有所下降;对比例11中不添加石墨烯微片作为热辐射绝缘导热填料,使得导热率下降,充电时间延长。从对比例6至对比例11与实施例4对比可知,树脂基体、玻璃纤维、石墨烯微片以及氮化硼的质量比在本申请的数值范围内具有较佳的相互协作效果,使得实施例4具有较好的导热性能、力学性能以及较佳的充电效果等综合性能。
为了进一步说明本申请的各组分具有更佳的有益效果,本申请还做了如表8所示的实施例8至实施例15,其中实施例8至实施例15中各组分用量如表8所示。
表8
Figure BDA0003134761730000192
Figure BDA0003134761730000201
在表8中,实施例8至实施例11、实施例14和实施例15中石墨烯微片的粒径的取值均为80微米(μm),且石墨烯微片中的碳含量的取值大于或者等于95%,石墨的粒径的取值均为80微米(μm),且石墨的碳含量的取值大于或者等于95%;实施例12中是石墨烯微片的粒径的取值为1μm,实施例13中的石墨烯微片的粒径的取值为350μm;扁平玻纤的异形比为1∶2-1∶5;氮化硼为六方型氮化硼,将上述表8中实施例8至实施例15制备的无线充电器壳体进行测试,测试结果如表9所示。
表9
Figure BDA0003134761730000202
从表9可知,当实施例8采用氮化铝替代氮化硼时,导热率相较于实施例4有所下降,这是因为氮化硼具有更高的导热系数,使得散热效果更好;实施例9中采用聚乙烯PE替代PPS,使得导热率和力学性能均下降,这说明PPS的效果更佳;实施例10中增加了增韧剂,实施例11采用石墨替换石墨烯微片,同样具有较佳的效果。
实施例12与实施例4相比,实施例12中的石墨烯微片的直径为1微米,实施例4中的石墨烯微片的直径为80微米,实施例12的导热率有所下降,但力学性能有所升高,这说明采用直径为80微米的石墨烯微片的导热效果比1微米的导热效果要更好,这是因为80微米的石墨烯微片相较于1微米的石墨烯微片更利于形成导热通路,而且80微米的石墨烯微片使得无线充电器壳体的粘度较低、流动性更好,有利于二次加工制造以及后续的无线充电器壳体制造成型。实施例13与实施例4相比,实施例13中的石墨烯微片的直径为350微米,实施例13的导热率有所提高,但是冲击强度有所下降,这说明直径为350微米的石墨烯微片虽然更容易形成导热通路但是对冲击性能的破坏大,综合比较实施例4比实施例12和实施例13的效果要好。
实施例14中采用PBT作为树脂基体,PBT本身没有阻燃性,所以需要加入阻燃剂用于提升阻燃效果,实施例14中的导热率稍差,但力学性能较佳,综合性能较佳。
实施例15与实施例14相比,阻燃剂的用量稍微减少,阻燃等级变为V-1,但仍然可满足无线充电器壳体的要求,综合性能较佳。
以上对本申请实施例所提供的无线充电器壳体及无线充电器进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施例进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想;对于本领域的一般技术人员,依据本申请的思想,在具体实施例及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (16)

1.一种无线充电器壳体,其特征在于,所述无线充电器壳体满足以下条件:
表面电阻率的取值大于或者等于1010Ω;
导热率的取值大于或者等于0.8W/m.K;
拉伸强度的取值大于或者等于60MPa;
冲击强度的取值大于或者等于4KJ/m2
2.根据权利要求1所述的无线充电器壳体,其特征在于,所述无线充电器壳体的原料组分至少包括树脂基体、绝缘导热填料、碳系热辐射填料以及玻璃纤维,在所述原料组分中,所述树脂基体占所述原料组分的质量百分比的取值位于[29.8%,60%]内,所述绝缘导热填料占所述原料组分的质量百分比的取值位于[20%,60%]内,所述碳系热辐射填料占所述原料组分的质量百分比的取值位于[0.2%,6%]内,所述玻璃纤维占所述原料组分的质量百分比的取值位于[10%,45%]内,其中,所述树脂基体、所述绝缘导热填料、所述碳系热辐射填料以及所述玻璃纤维占所述原料组分的质量百分比之和大于或者等于80,且小于或者等于100%。
3.根据权利要求2所述的无线充电器壳体,其特征在于,所述绝缘导热填料占所述原料组分的质量百分比的取值位于[25%,45%]内。
4.根据权利要求2所述的无线充电器壳体,其特征在于,所述碳系热辐射填料占所述原料组分的质量百分比的取值位于[0.3%,3%]内。
5.根据权利要求2所述的无线充电器壳体,其特征在于,所述玻璃纤维占所述原料组分的质量百分比的取值位于[20%,40%]内。
6.根据权利要求2所述的无线充电器壳体,其特征在于,所述树脂基体占所述原料组分的质量百分比的取值位于[30%,40%]内。
7.根据权利要求2所述的无线充电器壳体,其特征在于,所述绝缘导热填料包括氮化硼、氧化铝、氧化镁、氧化锌、碳化硅和氮化硅中的至少一种。
8.根据权利要求2所述的无线充电器壳体,其特征在于,所述碳系热辐射填料包括石墨、石墨烯、石墨烯微片、碳纳米管、炭黑、沥青基碳纤维等中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的无线充电器壳体,其特征在于,所述石墨的粒径的取值大于或者等于3微米,且小于或者等于300微米,所述石墨烯微片的粒径的取值大于或者等于3微米,且小于或者等于300微米。
10.根据权利要求2所述的无线充电器壳体,其特征在于,所述树脂基体包括聚苯硫醚、聚酰胺、液晶高分子、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯中的至少一种。
11.根据权利要求2所述的无线充电器壳体,其特征在于,所述玻璃纤维包括高模玻纤和扁平玻纤中的至少一种。
12.一种无线充电器,其特征在于,所述无线充电器包括功能部件和如权利要求1-11任一项所述的壳体,所述功能部件位于所述壳体内。
13.一种导热复合材料,其特征在于,所述导热复合材料至少包括树脂基体、绝缘导热填料、碳系热辐射填料以及玻璃纤维,在所述导热复合材料中,所述树脂基体占所述导热复合材料的质量百分比的取值位于[29.8%,60%]内,所述绝缘导热填料占所述导热复合材料的质量百分比的取值位于[20%,60%]内,所述碳系热辐射填料占所述导热复合材料的质量百分比的取值位于[0.2%,6%]内,所述玻璃纤维占所述导热复合材料的质量百分比的取值位于[10%,45%]内,其中,所述树脂基体、所述绝缘导热填料、所述碳系热辐射填料以及所述玻璃纤维占所述导热复合材料的质量百分比之和大于或者等于80,且小于或者等于100%。
14.一种壳体,其特征在于,所述壳体使用如权利要求13所述的导热复合材料制成。
15.一种无线充电器,其特征在于,所述无线充电器包括功能器件和如权利要求14所述的壳体,所述功能器件位于所述壳体中。
16.一种热塑性工程塑料,其特征在于,所述热塑性工程塑料的原料组分至少包括树脂基体、绝缘导热填料、碳系热辐射填料以及玻璃纤维,在所述原料组分中,所述树脂基体占所述原料组分的质量百分比的取值位于[29.8%,60%]内,所述绝缘导热填料占所述原料组分的质量百分比的取值位于[20%,60%]内,所述碳系热辐射填料占所述原料组分的质量百分比的取值位于[0.2%,6%]内,所述玻璃纤维占所述原料组分的质量百分比的取值位于[10%,45%]内,其中,所述树脂基体、所述绝缘导热填料、所述碳系热辐射填料以及所述玻璃纤维占所述原料组分的质量百分比之和大于或者等于80,且小于或者等于100%。
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