CN116583402A - 多功能片材和层压件、制品、以及方法 - Google Patents

多功能片材和层压件、制品、以及方法 Download PDF

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Abstract

提供了包括超高分子量聚乙烯(UHMWPE)片材的多功能层压件和便携式电子设备、以及用于制造该多功能层压件和将其用于便携式电子设备中的方法。

Description

多功能片材和层压件、制品、以及方法
技术领域
本公开涉及多功能层压件、包括超高分子量聚乙烯(UHMWPE)片材的便携式电子设备、以及用于制造该多功能层压件和将其用于便携式电子设备中的方法。
背景技术
移动电子设备，也称为个人或便携式电子设备(如手机、智能手机、平板电脑、笔记本电脑、电子书阅读器、MP3播放器、掌上电脑、以及类似产品)，具有发热部件。随着移动电子设备技术和移动互联网的发展，移动终端的功能和性能逐渐接近或趋近于电脑，尤其是随着智能手机行业的快速发展，在终端内的主芯片CPU和GPU的频率越来越高，并且CPU和GPU的核的数量逐渐从单核演变为双核、四核以及甚至八核，并且在终端移动电话与网络之间的数据交换量也急剧增加，这大大增加了终端设备中每个芯片的功耗。例如，当手机温度高时(尤其在玩电子游戏时)，由于手机的保护机制，手机的性能会降低。功耗的增加带来了终端设备的发热问题，并且很难像在电脑上一样在移动终端的CPU和GPU上加上风扇来降温。此外，无线充电正在成为标准解决方案，尤其对于未来的消费类电子产品而言，因此，不干扰无线充电的散热解决方案变得至关重要。
目前，移动终端的散热方式主要是在移动终端的壳表面内部(如在后电池盖内部和电池仓壳内部)增加大面积铜箔层压区或石墨片区来提高散热。由于铜箔和石墨片的高横向热导率的特性，因此增加壳的散热表面积来进行降温。热传导方式的关键问题是将热源芯片内部的热量迅速地以低热阻方式传递至壳的外表面，从而有利于将热量从设备内部的高温区传递至外表面的低温区。然而，金属和石墨/石墨烯或半导体会干扰/使得无法进行无线充电和/或无线信号发射/接收。风扇会增加设备的总体积和重量，同时需要额外的电源。
此外，移动设备特别容易因掉落而损坏，至少是因为它们每天多次地被拿起、放下、使用、或处理不当。保护壳和盖长期以来一直被用于保护此类移动设备。因此，需要一种多功能材料系统，其在无线充电的同时能够有效地散热并且能够保护移动设备而不干扰无线信号发射/接收，从而实现移动设备的柔性天线设计。
具体实施方式
如本说明书通篇所使用的，除非上下文另有明确指示，否则以下缩写应具有以下含义：℃＝摄氏度；K＝开氏度；W＝瓦特；g＝克；nm＝纳米，μm＝微米(micron/micrometer)；mm＝毫米；s＝秒；并且min＝分钟。除非另外指出，否则所有量是重量百分比(wt％)并且所有比率是摩尔比。所有数值范围都是包含端值的，并且可以按任何顺序组合，除了显然此数值范围被限制为合计达100％的情况之外。除非另外指出，否则所有聚合物和低聚物的分子量均为以g/mol或道尔顿为单位的重均分子量(Mw)，并且是使用凝胶渗透色谱法与聚苯乙烯标准品进行比较而确定的。
除非上下文另有明确指示，否则冠词“一个/种(a/an)”和“所述(the)”是指单数和复数。如本文使用的，术语“和/或”包括相关项中的一个或多个的任何和全部组合。术语“聚合物”是指由重复的单体单元构成的分子。术语“共聚物”是指由两种或更多种化学不同的单体作为聚合单元构成的聚合物，并且包括嵌段共聚物、三元共聚物、四元共聚物等。本公开中的聚合物和共聚物可以含有有机和/或无机添加剂。
应理解的是，尽管术语第一、第二、第三等可以在本文中用于描述不同元件、部件、区域、层和/或部分，但这些元件、部件、区域、层和/或部分不应被这些术语限制。这些术语仅用于区分一个元件、部件、区域、层和/或部分与另一个元件、部件、区域、层和/或部分。因此，第一元件、部件、区域、层和/或部分可在不背离本公开传授内容的情况下被称为第二元件、部件、区域、层和/或部分。当元件被称为在另一个元件“上”或“布置在”另一个元件“上”时，其意指定位在物体部分上或下，而不是本质上意指基于重力方向定位在物体部分的上侧，并且它可以直接在其他元件上或居间元件可能存在于其之间。相比之下，当将一个元件称为“直接在”另一个元件“上”或“直接布置在”另一个元件“上”时，不存在居间元件。
此外，还应理解的是，当一个元件、部件、区域、层和/或部分被称为“在”两个元件、部件、区域、层和/或部分“之间”时，它可以是所述两个元件、部件、区域、层和/或部分之间的唯一元件、部件、区域、层和/或部分，或者也可以存在一个或多个居间元件、部件、区域、层和/或部分。
术语“膜”包括“层”和“片材”状结构。在整个本说明书中，术语“膜”、“层”和“片材”可互换使用。层可以是一个层或具有不同的物理特性或相同的物理特性但不同的聚合物组成的多个层。
设备的散热器通常被用来将来自热源的热量消散到大面积来促进散热或热消散。在本公开中，术语“散热(heat dissipate/heat dissipation/heat dissipating)”或“热消散(heat spread/heat spreading)”可互换使用。
本公开涉及一种多功能层压件，其包括超高分子量聚乙烯(UHMWPE)片材、第一聚合物层和第二聚合物层，其中所述UHMWPE片材被夹在所述第一与第二聚合物层之间并且所述第一和第二聚合物层由不同材料制成。
已知通过外延机械拉伸的UHMWPE薄膜可以具有高热导率。本公开的UHMWPE片材包括至少一个UHMWPE层。这些UHMWPE层是平面的，即，在两个方向上具有尺寸，这些尺寸显著大于第三尺寸。在用于制造UHMWPE层的拉伸工艺过程中不使用溶剂。拉伸比率可以从100至150变化。在拉伸工艺过程中，层内的聚合物链沿拉伸方向取向，即基本上对齐。在拉伸过程中层被空穴化。层的密度可以小于0.90g/cm3，或小于0.85g/cm3。使用层面密度和层的厚度以及通过氦测比重法确定密度。美国专利号7,858,004和美国专利公开号2017/0373360A1公开了这样的UHMWPE层的制备，将其全部内容通过援引并入本文。
本公开的UHMWPE层具有良好的在拉伸方向上的热导率k∥。k∥可以为至少6W/mK、或至少10W/mK、或至少15W/mK、或至少20W/mK、或至少25W/mK、或至少30W/mK、或至少35W/mK、或至少40W/mK、或至少45W/mK、或至少50W/mK、或至少60W/mK。垂直于层的平面的热导率k⊥显著减小。k⊥等于或小于0.20W/mK、或小于0.18W/mK、或小于0.15W/mK。k∥/k|的比率大于200、或大于250、或大于400。
UHMWPE层具有其他优越的机械、化学和电特性。例如，它是极其坚韧的塑料，具有高弹性模量、耐磨损性和耐磨性。它展现出几乎不吸水。另外，它是耐久的，具有低摩擦和强耐化学性。此外，UHMWPE是电绝缘体并且具有良好的介电特性。UHMWPE具有低介电常数Dk和低耗散因数Df。例如，UHMWPE层在高达30GHz的高频下具有小于2.2的Dk以及小于0.00022的Df。
在一些实施例中，UHMWPE片材可以包括两个或更多个UHMWPE层。这提供了增加的散热以及增加的机械强度。所述两个或更多个层可以以层结构布置，其中每个层的拉伸方向与所述片材的所有其他层的拉伸方向一致。可替代地，所述层可以被分成两个组，其中所述层以层结构交替地布置，其中第一组的拉伸方向相对于第二组的拉伸方向成一定角度以提供两个方向上的热传导。在一个实施例中，所述角度是90度。在一些实施例中，以层结构的层可以粘合在一起，例如通过使用粘合剂。在一个实施例中，热导率为至少0.2W/mK或至少0.5W/mK的粘合剂可以用于将UHMWPE层粘合在一起。
UHMWPE片材的商业产品可以包括但不限于DuPontTMTemprionTMOHS(从特拉华州威明顿的内穆尔杜邦公司(DuPont de Nemours,Inc.)可商购)和(从荷兰阿纳姆的帝人芳纶公司(Teijin Aramid)可商购)。
第一和第二聚合物层可以是硬涂层、粘合剂层、或保护层。硬涂层可以由有机材料、或有机/无机杂化材料制成。有机材料的实例可以包括但不限于环氧-硅氧烷树脂、硅酮、聚(甲基)丙烯酸酯、聚氨酯-(甲基)丙烯酸酯、聚氨酯、环氧树脂、及其组合。无机材料可以包括但不限于二氧化硅、氧化铝或氧化锆。有机/无机杂化材料可以是聚倍半硅氧烷。
在一个实施例中，硬涂层可以由硬涂层组合物产生，所述硬涂层组合物含有环氧-硅氧烷低聚物、具有50至250nm平均直径的有机颗粒以及具有一个或多个环氧或氧杂环丁烷部分的反应性载体。所述组合物和所得的硬涂层在美国专利申请号2019/0185710中公开，将其全部内容通过援引并入本文。
在另一个实施例中，硬涂层可以由硬涂层组合物产生，所述硬涂层组合物包含硅氧烷低聚物或具有二氧化硅或金属氧化物的纳米颗粒的硅氧烷低聚物。所述组合物和硬涂层在美国专利申请号2017/0369654和2019/0185633中公开，将其全部内容通过援引并入本文。
在又另一个实施例中，硬涂层可以包含由紫外线可固化的丙烯酸组合物制成的聚氨酯-(甲基)丙烯酸酯作为硬涂层组合物。所述组合物可以包含脂肪族三-、四-、或五-官能的(甲基)丙烯酸酯单体、含有异氰尿酸酯基团的丙烯酸酯单体、尿烷(甲基)丙烯酸酯低聚物和UV自由基引发剂。所述组合物和硬涂层在美国专利申请号2019/0185602中公开，将其全部内容通过援引并入本文。
本公开的硬涂层组合物可以进一步包含增韧剂、助粘剂、和有机溶剂。增韧剂可以选自由以下组成的组：环氧化合物、聚醚化合物和聚醚胺。多种助粘剂均可使用，并且在本领域中是熟知的。助粘剂的实例可包括但不限于硅烷偶联剂，如3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、氨基丙基三甲氧基硅烷、8-甲基丙烯酰氧基-辛基三甲氧基硅烷、((氯甲基)苯乙基)三氯硅烷、1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷和N,N'-双[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]乙二胺；以及聚醚胺，如JEFFAMINETMD230和JEFFAMINETMT403，从德克萨斯州伍德兰市的亨斯迈集团(Huntsman Corporation)可商购。
有机溶剂可以是一种或两种或更多种有机溶剂的混合物。有机溶剂的实例可以包括但不限于丙二醇甲醚；醚乙酸酯，如丙二醇甲基乙酸酯；酮，如甲基异丁基酮、甲基乙基酮、甲基丙基酮、甲基异戊基酮和二甲基酮；酯，如2-羟基异丁酸甲酯、乙酸乙酯和乙酸丁酯；和醇，如甲醇和丁醇；及其混合物。
在一些实施例中，硬涂层可以包括至少两个硬涂层。硬涂层可以具有0.1至200μm、或0.5至150μm、或1至100μm、或1至50μm、或1至30μm、或1至20μm、或1至10μm、或1至6μm、或2至50μm、或2至10μm、或2至5μm、或3至50μm、或3至30μm、或3至15μm、或5至50μm、或5至25μm、或10至50μm、或10至35μm、或15至50μm、或15至30μm的厚度。
硬涂层可以具有高模量和硬度。硬涂层可以具有至少2H、或至少3H、或至少4H、或至少5H、或至少6H、或至少7H、或至少8H、或至少9H的铅笔硬度。铅笔硬度是使用布置在玻璃上的硬涂层测量的。硬涂层具有至少3GPa、或至少4GPa、或至少8GPa的纳米压痕模量。
粘合剂层可以包含压敏粘合剂(PSA)、光学透明粘合剂(OCA)、光学透明树脂(OCR)等。粘合剂层可以以膜状形状形成，其可以使用硅酮、硅酮-(甲基)丙烯酸酯、硅酮-环氧树脂、聚氨酯-(甲基)丙烯酸酯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚(烷基)丙烯酸酯、聚丁二烯、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯(PU)、乙烯基醚聚合物、环氧树脂、苯乙烯和丁二烯的嵌段共聚物、聚苯乙烯、多糖、酚醛树脂、蛋白质衍生的粘合剂、含丙烯酸或甲基丙烯酸的聚合物、含聚(羟乙基)丙烯酸酯的聚合物、及其组合使用热或压缩工艺进行粘合。粘合剂层可以由单一材料或两种或更多种材料形成。在一个实施例中，粘合剂层可以包含具有低于-30℃或高于80℃的玻璃化转变温度(Tg)的聚合物。在一些实施例中，粘合剂层可以在本发明的覆盖窗组件中被层之间的弹性体层所代替。粘合剂层的厚度可以从1至200μm、或从1至100μm、或从1至50μm、或从1至20μm、或从3至50μm、或从3至20μm、或从5至50μm、或从5至40μm、或从5至30μm、或从5至20μm、或从5至15μm、或从7至15μm、或从10至30μm、或从10至20μm变化。
保护层可以是提供保护的任何聚合物层。用作保护层的聚合物材料的实例可以包括但不限于聚酰亚胺、聚酰亚胺-聚酰胺、聚酰胺、聚醚砜、环烯烃共聚物、聚酯-酰亚胺、聚碳酸酯、聚酯、聚氨酯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚氨酯-(甲基)丙烯酸酯、硅酮、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)聚合物、聚醚嵌段酰胺(PEBA)、聚丙烯酸、氟硅酮、聚乙烯醇、聚醚酰亚胺、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚碳酸酯-尿烷(甲基)丙烯酸酯(PCUA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醚酮、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、或其组合。在一些实施例中，保护层可以是热塑性弹性体，包括但不限于聚氨酯、硅酮、或它们的衍生物。在一个实施例中，保护层可以是硅基热塑性硫化胶(TPSiV)，包括热塑性弹性体，从特拉华州威明顿的内穆尔杜邦公司可商购。一个实例是/>5300A6002。
保护层的厚度可以是1至600μm、或3至600μm、或5至600μm、或10至600μm、或15至600μm或20至600μm、25至600μm、或25至550μm、或25至500μm、或25至450μm、或25至400μm。
在一些实施例中，多功能层压件可以进一步包括选自由以下组成的组中的层：玻璃层、第三聚合物层、玻璃纤维层、陶瓷层、及其组合。第三聚合物层可以与先前描述的第一或第二聚合物层相同。在一个实施例中，第三聚合物层可以是硅基热塑性硫化胶(TPSiV)。
本公开还涉及一种多功能层压件，其包括超高分子量聚乙烯(UHMWPE)片材、第一聚合物层和层，其中所述UHMWPE片材被夹在所述第一聚合物层与所述层之间，并且其中所述层选自由以下组成的组：玻璃层、玻璃纤维层、陶瓷层、及其组合。所述UHMWPE片材和所述第一聚合物层与先前描述的那些相同。
在本公开中，可以使用任何适合用于便携式电子设备的玻璃层。玻璃层可以具有0.1微米、或0.5微米、或1微米、或10微米、或20微米、或30微米、或40微米、或50微米、或60微米、或70微米、或80微米、或90微米、或100微米、或125微米、或150微米、或175微米、或200微米、或250微米、或300微米、或350微米、或400微米、或500微米、或600微米、或700微米、或800微米、或900微米的厚度。在一些实施例中，玻璃层可以是超薄玻璃层。如本文使用的，术语“超薄玻璃层”意指具有0.1微米至75微米厚度的玻璃层。
玻璃层可以是非强化的、或化学和/或热强化的玻璃层。热强化的玻璃层是通过将玻璃层加热到高于玻璃的玻璃化转变温度的高温，并且将层的表面快速冷却(“骤冷”)而强化的，而层的内部区域，由于玻璃的厚度和相当低的热导率而绝热，以较慢的速率冷却。对于玻璃层的化学强化工艺，通过如离子扩散等工艺改变玻璃表面附近区域的化学组成来产生表面压缩应力。在一些基于离子扩散的工艺中，所得的玻璃层的外部部分可以通过将表面附近的较大的离子交换为较小的离子以在表面上或表面附近施加负拉伸应力来强化。
在一些实施例中，玻璃层可能已经进行了离子交换工艺。在这样的实施例中，玻璃层可以被称作离子交换玻璃层。离子交换工艺导致玻璃层具有在玻璃层的上表面和/或下表面中的至少一个上的压缩应力，并且在玻璃层的厚度上的至少两个点处金属氧化物的浓度不同。金属氧化物可以是碱金属氧化物。
多功能层压件可以通过涂布和层压不同的层来制成。在一些实施例中，使用任何已知的涂布技术将硬涂层组合物涂布到UHMWPE片材上，所述涂布技术包括但不限于狭缝式模具涂布、刮涂棒涂布、线棒涂布、辊对辊涂布、狭缝涂布、柔性版印刷、压印、喷涂、浸涂、旋涂、覆涂、流涂、丝网印刷、喷墨印刷、凹版涂布等。硬涂层组合物与先前描述的那些相同。在将硬涂层组合物的层施加到UHMWPE片材上之后，可以任选地如在60℃至150℃、或70℃至120℃、或70℃至90℃的温度下对所述层进行软烘烤，以去除任何有机溶剂。
然后将在UHMWPE片材上的硬涂层组合物的层通过暴露于紫外线(UV)辐射进行固化，典型地在240至400nm的波长下并且以足够的UV剂量以形成在UHMWPE片材上的固化的硬涂层。可以使用多种UV系统。UV系统的实例可以包括但不限于Fusion D灯泡、H UV灯和中压汞UV灯。所使用的特定波长将取决于硬涂层组合物中所使用的特定的一种或多种光引发剂。此类波长选择和UV剂量完全在本领域技术人员的能力范围内。在一个实施例中，UV剂量可以从200至8,000mJ/cm2、或从400至6,000mJ/cm2、或从500至5,000mJ/cm2变化。
然后粘合剂层可以通过本领域已知的层压机被层压到涂布的UHMWPE片材的UHMWPE一侧上以形成多功能层压件。在一些实施例中，玻璃层、玻璃纤维层、陶瓷层或第三聚合物层可以进一步被层压到多功能层压件的粘合剂层一侧上。在一个实施例中，第三聚合物层可以是硅基热塑性硫化胶(TPSiV)。可以在0.4MPa和100℃下以1ml/min进行层压来形成本公开的多功能层压件。
在一些实施例中，粘合剂层可以与玻璃层、玻璃纤维层、陶瓷层或第三聚合物层层压来形成第一层压件。UHMWPE片材然后可以被层压到第一层压件的粘合剂层一侧来形成第二层压件。此外，通过在UHMWPE片材的顶部涂布硬涂层组合物可以形成硬涂层从而形成多功能层压件。涂布工艺和层压工艺与上述那些相同。
在一些实施例中，使用如上述任何已知的涂布技术将硬涂层组合物涂布到UHMWPE片材上。硬涂层组合物与先前描述的那些相同。在将硬涂层组合物的层施加到UHMWPE片材上之后，可以任选地对所述层进行软烘烤以去除任何有机溶剂。然后将在UHMWPE片材上的硬涂层组合物的层通过暴露于紫外线(UV)辐射进行固化。然后将涂布的UHMWPE片材的未涂布一侧与聚合物层层压。可以在0.4MPa和100℃-120℃下以1ml/min进行层压。聚合物层与第一、第二或第三聚合物层所描述的那些相同。在一个实施例中，聚合物层可以是硅基热塑性硫化胶(TPSiV)。
本公开的多功能层压件具有改善的热和机械特性。多功能层压件的热特性可以包括例如热导率、热导、比热容、热容、热扩散率等。热导率与跨越响应于通过材料所施加的热通量的距离的固有温差成比例，其中典型的单位为功率/长度-温度，如瓦特/米-开尔文。热导是由本体表面之间的单位温差引起的通过材料的单位面积的稳态热流的时间速率，其中典型的单位为功率/温度，如瓦特/开尔文。比热容是响应于热能的固有温度升高，其中典型的单位为能量/质量-温度，如焦耳/千克-开尔文。热容包括材料的质量，其中典型的单位为能量/温度，如焦耳/开尔文。热扩散率是热导率与质量密度和比热容的乘积之比，并且指示材料将多快达到与其周围环境相似的温度，其中典型的单位为面积/时间，如平方米/秒。
层压件的热特性可以使用本领域普通技术人员已知的方法测量。例如，Angstrom或热波技术常用于测量固体材料的热扩散率。材料的热扩散率通常通过使用瞬态方法直接测量，该方法使用测量的对随时间变化的热源的瞬态温度响应。瞬态方法分类为瞬变的和周期性的温度方法。在瞬变方法中，热扩散率是由样品对输入热量突然变化的温度响应来估计的。众所周知的实例是闪光方法，如激光闪光分析或氙灯闪光分析。在周期性的温度方法中，热扩散率是由样品对周期性(随时间变化)热量输入的响应来估计的。实例可以包括3ω-方法和Angstrom方法。其他用于测量热特性的方法可以包括但不限于瞬态光栅光谱法、束偏转技术、热成像技术、用于根据ASTM D5470-12测量热界面材料的热传输特性的标准测试方法、和热循环。
落球测试可以揭示材料对外力的宽范围的抗冲击性。在本公开中，落球测试用于评估用于保护300μm厚的玻璃层的UHMWPE片材或多功能层压件的抗冲击性。使用10μm的粘合剂将本公开的没有玻璃层、玻璃纤维层或陶瓷层的UHMWPE或多功能层压件与300μm厚的玻璃粘合用于落球测试。含有玻璃层、玻璃纤维层或陶瓷层的多功能层压件可以直接用于落球测试。可以使用具有约20mm直径的32克球用于落球测试。记录球下落的高度。UHMWPE和多功能层压件可以具有至少60cm、或至少80cm、或至少100cm的高度，在球撞击玻璃层的表面后，玻璃层的表面上没有任何可见的裂纹。
落笔测试也可以揭示对外力的宽范围的抗冲击性。在本公开中，落笔测试也被用于评估用于保护300μm厚的玻璃的UHMWPE片材或多功能层压件的抗冲击性。使用10μm的粘合剂将本公开的没有玻璃层、玻璃纤维层或陶瓷层的UHMWPE或多功能层压件与300μm厚的玻璃粘合用于落球测试。含有玻璃层、玻璃纤维层或陶瓷层的多功能层压件可以直接用于落笔测试。可以使用具有0.5mm笔尖直径的总重量为11克的笔用于落笔测试。UHMWPE和多功能层压件可以具有至少40cm、或至少50cm、或至少60cm、或至少80cm、或至少85cm的高度，在笔撞击玻璃层的表面后，玻璃层的表面上没有任何可见的裂纹。
电子设备可以具有壳体。电子部件和机械结构可以被包封在壳体中。壳体可以覆盖设备的前表面、侧壁和后表面。壳体可以使用组装在一起的多重结构来实现。壳体可以由前面板和后面板附接到其上的中央框架形成。前面板和后面板可以包括许多具有不同功能的层。在一些壳中，前面板和/或后面板可以包括外部透明层(例如盖玻璃或透明聚合物膜)。面板可以是可移除的。例如，后面板可以与壳体的其余部分分离以提供进入电子设备的内部入口。
本公开还涉及一种用于便携式电子设备的壳体的后面板。所述后面板可以用来散热和保护所述便携式电子设备免受外力的冲击。所述便携式电子设备选自由以下组成的组：智能手机、个人数字助理、相机、音频播放器、音频录制设备、医疗器械、电子工具、收音机、和照明设备、枪、游戏机、密钥卡、及其组合。在一个实施例中，所述便携式电子设备是智能手机。
壳体的后面板可以是平坦的后面板。在一些实施例中，所述平坦的后面板包括UHMWPE片材。在一些实施例中，所述平坦的后面板包括多功能层压件。所述UHMWPE片材和所述多功能层压件与先前描述的那些相同。本公开的后面板可以是柔性或刚性的，因此它可以被放置在便携式电子设备中的后壳体的任何位置以实现最快的散热。后壳体的内表面朝向便携式电子设备的电子部件并且外表面背对着电子部件。在一些实施例中，后面板可以被放置在便携式电子设备的后壳体的内表面上。在一个实施例中，后面板可以被放置在便携式电子设备的后壳体的凹部内。在一些实施例中，后面板可以被放置在便携式电子设备的后壳体的外表面上。在一个实施例中，后面板可以用粘合剂粘附到便携式电子设备的后壳体。所述粘合剂可以是与先前描述的粘合剂层相同的聚合物材料。
本公开还涉及一种便携式电子设备，其包括壳体的后面板。所述壳体的后面板与先前描述的那些相同。所述便携式电子设备选自由以下组成的组：智能手机、个人数字助理、相机、音频播放器、音频录制设备、医疗器械、电子工具、收音机、和照明设备、枪、游戏机、密钥卡、及其组合。在一个实施例中，所述便携式电子设备是智能手机。具有本公开的后面板的智能手机可以将智能手机背部的热区(例如GPU和CPU)产生的热量快速地散开，因此使用者可以体验到改进的性能以及在手持智能手机时更好的温度感受。AnTuTu App可以用来间接地测量智能手机中的GPU和CPU的热性能。AnTuTu App是智能手机和平板电脑的基准测试工具，可让使用者检查智能手机和平板电脑的性能。在一些实施例中，使用AnTuTuApp，包括本公开的后面板的智能手机的性能得分与没有后面板的智能手机相比可以提高至少6％。此外，本公开的后面板是电绝缘的，因此智能手机可以用于无线充电而不干扰智能手机背部的信号传输。此外，本公开的智能手机可以得到更好的保护免受外力(如跌落)的冲击。
通常，便携式电子设备会暴露于恶劣的环境条件。例如，便携式电子设备可能会因粗暴处理和跌落而损坏。此外，工业化学品、油脂、水、灰尘和污垢可能会损坏或毁坏正在运行的设备并禁止使用设备的有价值的数据。将便携式电子设备放在保护壳内以进行运输和使用是常见的。本公开还涉及一种用于便携式电子设备的保护壳。所述便携式设备与先前描述的那些相同。在一些实施例中，所述保护壳包括UHMWPE片材。所述UHMWPE片材与先前描述的那些相同。在一些实施例中，所述保护壳包括多功能层压件。所述多功能层压件与先前描述的那些相同。所述保护壳被适配为接收并且至少部分地包封所述便携式电子设备。在一个实施例中，所述保护壳可以用于包封智能手机的背部。用于包封智能手机的背部的保护壳可以改善散热和智能手机跌落造成的损坏。
实例
材料
硬涂层液体配制品-P2
通过在丙二醇甲醚乙酸酯(166.67重量份，西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich))中混合以下项来制备配制品：EbercrylTM8602(45重量份，湛新公司(Allnex))、4356(20重量份，IGM树脂公司(IGM Resins))、Sartomer SR399(15重量份，阿科玛公司(Arkema))、EbercrylTMLED 02(15重量份，湛新公司)、Esacure KTO 46(5重量份，IGM树脂公司)。将所得混合物过滤(孔径0.2μm，WhatmanTM)并且然后添加OPTOOL DAC-HP(1重量份，大金工业有限公司(Daikin Industries,Ltd.))和NANOBYK-3601(1重量份，美国毕克公司(BYK USA Inc.))，随后过滤(孔径1.0μm，WhatmanTM)。通过进一步用丙二醇甲醚乙酸酯(西格玛奥德里奇公司)、甲基异丁基酮(西格玛奥德里奇公司)、或2-戊酮(西格玛奥德里奇公司)稀释将最终配制品浓度范围调节至20至60wt％固体。
UHMWPE层
60μm的DuPontTMTemprionTM OHS膜，具有的面内热导率为45W/mK(机器方向)，0.2W/mK(横向方向)，并且面间热导率为0.2W/mK；其从特拉华州威明顿的内穆尔杜邦公司可商购。
UHMWPE片材
将UHMWPE层相对于其较高导热方向以90°对齐角度堆叠，因此在机器方向和横向方向上均具有约16W/mK的面内热导率。UHMWPE片材的厚度为120μm。
粘合剂层
10μm的聚丙烯酸酯双面粘合剂膜卷，从四川东材科技集团股份有限公司(SichuanEM Technology Co.Ltd)可商购。
玻璃层
0.3mm玻璃层，Eagle XG(0.3mm)，从康宁公司(Corning Incorporated)可商购。
层压件的制备
实例1
将粘合剂卷放置在固持支架上并使用C-Sun M25E层压机(从台湾志圣公司(CSun)可商购)在0.4MPa下、在1m/min的速度和100℃下层压到0.3mm玻璃层上以形成第一层压件。然后在0.4MPa下、在1m/min和100℃下将UHMWPE片材层压到第一层压件的粘合剂一侧以形成多功能层压件。
实例2
将粘合剂卷放置在固持支架上并使用C-Sun M25E层压机(从台湾志圣公司可商购)在0.4MPa下、在1m/min的速度和100℃下层压到0.3mm玻璃上以形成第一层压件。然后在0.4MPa下、在1m/min和100℃下将UHMWPE片材层压到第一层压件的粘合剂一侧以形成第二层压件。使用刮棒涂布机将10.2g的P2和10.2g的丙二醇单甲醚乙酸酯(PGMEA)的混合物涂布到第二层压件的UHMWPE片材的顶部，在90℃下在烘箱中干燥5分钟，并且使用HeraeusFusion H UV灯固化5秒以形成多功能层压件。固化后，硬涂层为2-3μm厚。
对比实例1
使用与实例1相同的程序制造层压件，除了将UHMWPE片材替换为厚度为120μm的PET膜。
对比实例2
使用与实例2相同的程序制造层压件，除了将UHMWPE片材替换为厚度为120μm的PET膜。
落球测试
进行落球测试以评估层压件对损坏的抗冲击性。将从实例1或对比实例1得到的层压件放置在180μm厚的不锈钢垫片的顶部，其中层压件的UHMWPE片材或PET膜直接与不锈钢垫片接触。不锈钢垫片被固定到不锈钢桌子上。将约20mm直径的32克不锈钢球自层压件顶部测量的不同高度落下，以评估层压件用于保护层压件的玻璃层的有效性。当球从100cm的高度落下时，实例1的层压件在玻璃层的表面上显示出可见的裂纹，而当球从26cm的高度落下时，对比实例1的层压件在玻璃层的表面上显示出可见的裂纹。
落笔测试
进行落笔测试以评估层压件对损坏的抗冲击性。从实例2或对比实例2得到的层压件被放置在180μm厚的不锈钢垫片的顶部，其中层压件的硬涂层直接与不锈钢垫片接触。不锈钢垫片被固定到不锈钢桌子上。具有约0.5mm笔尖直径的11克的笔自层压件顶部测量的不同高度落下，以评估层压件用于保护层压件的玻璃层的有效性。当笔从88cm的高度落下时，实例2的层压件在玻璃层的表面上显示出可见的裂纹，而当笔从28cm的高度落下时，对比实例2的层压件在玻璃层的表面上显示出可见的裂纹。

Claims (26)

1.一种多功能层压件，其包括超高分子量聚乙烯(UHMWPE)片材、第一聚合物层和第二聚合物层，其中所述UHMWPE片材被夹在所述第一与第二聚合物层之间并且所述第一和第二聚合物层由不同材料制成。
2.如权利要求1所述的多功能层压件，其中，所述UHMWPE片材包括至少一个UHMWPE层并且具有小于0.90g/cm3的密度。
3.如权利要求2所述的多功能层压件，其中，所述至少一个UHMWPE层在没有溶剂的情况下被拉伸并且具有至少6W/mK的在拉伸方向上的热导率k∥以及等于或小于0.20W/mK的垂直于所述层的平面的热导率k⊥。
4.如权利要求2或3所述的多功能层压件，其中，所述UHMWPE片材包括两个或更多个UHMWPE层并且所述两个或更多个UHMWPE层被分成两个组，其中所述层以层结构交替地布置，其中第一组的拉伸方向与第二组的拉伸方向垂直以提供两个方向上的热传导。
5.如权利要求1至4中任一项所述的多功能层压件，其中，所述第一或第二聚合物层是保护层、硬涂层、或粘合剂层。
6.如权利要求1至5中任一项所述的多功能层压件，其中，所述层压件进一步包括选自由以下组成的组中的层：玻璃层、第三聚合物层、玻璃纤维层、陶瓷层、及其组合。
7.如权利要求6所述的多功能层压件，其中，所述第三聚合物与所述第一或第二聚合物层相同或不同。
8.一种多功能层压件，其包括超高分子量聚乙烯(UHMWPE)片材、第一聚合物层和选自由以下组成的组中的层：玻璃层、玻璃纤维层、陶瓷层、及其组合；其中所述UHMWPE片材被夹在所述第一聚合物层与所述层之间。
9.一种用于便携式电子设备的壳体的后面板，其包括超高分子量聚乙烯(UHMWPE)片材。
10.如权利要求9所述的后面板，其中，所述UHMWPE片材包括至少一个UHMWPE层并且具有小于0.90g/cm3的密度。
11.如权利要求10所述的后面板，其中，所述至少一个UHMWPE层在没有溶剂的情况下被拉伸并且具有至少6W/mK的在拉伸方向上的热导率k∥以及等于或小于0.20W/mK的垂直于所述层的平面的热导率k⊥。
12.如权利要求10或11所述的后面板，其中，所述UHMWPE片材包括两个或更多个UHMWPE层并且所述两个或更多个UHMWPE层被分成两个组，其中所述层以层结构交替地布置，其中第一组的拉伸方向与第二组的拉伸方向垂直以提供两个方向上的热传导。
13.一种用于便携式电子设备的壳体的后面板，其包括如权利要求1至8中任一项所述的多功能层压件。
14.如权利要求9至13中任一项所述的后面板，其中，所述便携式电子设备选自由以下组成的组：智能手机、个人数字助理、相机、音频播放器、音频录制设备、医疗器械、电子工具、收音机、和照明设备、枪、游戏机、密钥卡、及其组合。
15.如权利要求14所述的后面板，其中，所述便携式电子设备是智能手机。
16.如权利要求13至15中任一项所述的后面板，其中，所述后面板被放置在所述便携式电子设备的后壳体的内表面。
17.如权利要求16所述的后面板，其中，所述后面板被放置在所述便携式电子设备的所述后壳体的凹部内。
18.如权利要求13至15中任一项所述的后面板，其中，所述后面板被放置在所述便携式电子设备的后壳体的外表面。
19.如权利要求18所述的后面板，其中，所述后面板用粘合剂粘附到所述便携式电子设备的所述后壳体。
20.一种便携式电子设备的保护壳，其包括超高分子量聚乙烯(UHMWPE)片材。
21.如权利要求20所述的保护壳，其中，所述UHMWPE片材包括至少一个UHMWPE层并且具有小于0.90g/cm3的密度。
22.如权利要求21所述的保护壳，其中，所述至少一个UHMWPE层在没有溶剂的情况下被拉伸并且具有至少6W/mK的在拉伸方向上的热导率k∥以及等于或小于0.20W/mK的垂直于所述层的平面的热导率k⊥。
23.如权利要求21或22所述的保护壳，其中，所述UHMWPE片材包括两个或更多个UHMWPE层并且所述两个或更多个UHMWPE层被分成两个组，其中所述层以层结构交替地布置，其中第一组的拉伸方向与第二组的拉伸方向垂直以提供两个方向上的热传导。
24.一种便携式电子设备的保护壳，其包括如权利要求1至8中任一项所述的多功能层压件。
25.如权利要求20至24中任一项所述的保护壳，其中，所述便携式电子设备选自由以下组成的组：智能手机、个人数字助理、相机、音频播放器、音频录制设备、医疗器械、电子工具、收音机、和照明设备、枪、游戏机、密钥卡、及其组合。
26.如权利要求25所述的保护壳，其中，所述便携式电子设备是智能手机。
CN202080107692.3A 2020-10-23 2020-10-23 多功能片材和层压件、制品、以及方法 Pending CN116583402A (zh)

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