CN117119717A - 保护壳及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种保护壳及电子设备，保护壳包括壳本体，所述壳本体包括相对设置的迎冲击面和背冲击面，所述壳本体沿其厚度方向上从所述迎冲击面向所述背冲击面设置多层纤维层，其中，所述多层纤维层中的至少一层纤维层含有由刚性纤维制成的第一纱线，且含有所述第一纱线的纤维层从更靠近所述迎冲击面的一侧开始设置，所述刚性纤维的拉伸模量大于85GPa，拉伸强度大于3.0GPa，断裂伸长率小于等于3％。本申请实施例的保护壳，通过提升纤维增强体的抗剪切破坏能力，增加能量耗散能力，从而提高保护壳的抗冲击性和抗穿刺能力。

Description

保护壳及电子设备

技术领域

本申请涉及电子设备技术领域，尤其涉及保护壳及电子设备。

背景技术

常规纤维板材制作的保护壳，例如，电池盖，由外观装饰层与主体纤维板材组成，其中主体纤维板材，由多层玻璃纤维预浸料堆叠后，热压为层合复合结构。但是，现有的电池盖耐穿刺、抗冲击能力弱，在使用中，若发生意外跌落、重物冲击等事件，容易造成尖锐物体刺穿电池盖，刺入电池电芯，导致电池短路，甚至起火爆炸等事故发生。因此，提升电池盖及保护壳的耐穿刺、抗冲击能力至关重要。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种保护壳及电子设备，用以解决现有保护壳不耐穿刺，抗冲击能力弱的问题，从而更好的保护电子设备。

本申请的一些实施方式提供了一种保护壳。以下从多个方面介绍本申请，以下多个方面的实施方式和有益效果可互相参考。

第一方面，本申请提供一种保护壳，包括壳本体，壳本体包括相对设置的迎冲击面和背冲击面，壳本体沿其厚度方向上从迎冲击面向背冲击面设置多层纤维层，其中，多层纤维层中的至少一层纤维层含有由刚性纤维制成的第一纱线，且含有第一纱线的纤维层从更靠近迎冲击面的一侧开始设置，刚性纤维的拉伸模量大于85GPa，拉伸强度大于3.0GPa，断裂伸长率小于等于3％。

根据本申请实施例的保护壳，通过在迎冲击面一侧优先布局一层或多层高刚性的刚性纤维，提升纤维增强体的抗剪切破坏能力，增加能量耗散能力，从而提高保护壳的抗冲击性和抗穿刺能力。

作为本申请第一方面的一个实施例，含有第一纱线的纤维层和迎冲击面之间的纤维层少于预设数量。

作为本申请第一方面的一个实施例，最上方的含有第一纱线的纤维层作为迎冲击面。

作为本申请第一方面的一个实施例，多层纤维层中的至少一层纤维层中含有由韧性纤维制成的第二纱线，韧性纤维的断裂伸长率大于刚性纤维的断裂伸长率。该结构可以增加纤维层整体的韧性，进一步提高保护壳的抗冲击和抗穿刺性能。

作为本申请第一方面的一个实施例，韧性纤维的断裂伸长率大于3％。高韧性的纤维，可以有效提升抗穿刺抗冲击能量耗散。

作为本申请第一方面的一个实施例，含有第二纱线的纤维层从更靠近背冲击面的一侧开始设置，能够更好的耗散冲击能量。

作为本申请第一方面的一个实施例，含有韧性纤维的纤维层还包括第一纱线，其中，第一纱线与第二纱线互相交织。例如第一纱线为纬纱，第二纱线为经纱，经纱和纬纱互相交织。

作为本申请第一方面的一个实施例，第一纱线中包括高强玻璃纤维、玄武岩纤维、石英纤维、碳纤维中的一种或多种纤维。

作为本申请第一方面的一个实施例，第二纱线中包括芳纶、高强高模聚乙烯纤维、高强涤纶纤维中的一种或多种纤维。

作为本申请第一方面的一个实施例，保护壳为电子设备的电池盖，电池盖基于抗穿刺、抗冲击性能需求的不同将至少一层多层纤维层分为至少两个区域，每个区域之间的纤维组成不同。在确保提高电池盖抗冲击、抗穿刺能力的同时，还能够基于实际的功能应用、结构强度需求降低成本。

作为本申请第一方面的一个实施例，电池盖的纤维层包括三个区域，三个区域包括：

第一区域，第一区域至少覆盖电子设备摄像模组所在区域，此外，还可以覆盖电子设备天线及主板等，第一区域由第一纤维制成的纱线作为经线或纬线，与第四纤维制成的纱线编织而成，其中，经线为沿电池盖纵向设置的纱线，纬线为沿电池盖的横向设置的纱线；

第二区域，第二区域为覆盖电子设备的电池模组的区域，第二区域由第二纤维制成的纱线作为经线或纬线，与所述第四纤维制成的纱线编织而成；

第三区域，第三区域为覆盖电子设备的天线和主板的区域，第三区域将第三纤维制成的纱线作为经线或纬线，与所述第四纤维制成的纱线编织而成，

其中，第一纤维、第二纤维、和第三纤维制成的纱线，在编织时设置的横向或纵向相同；其中，所述第四纤维制成的纱线贯穿所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域，第一纤维、第二纤维和第三纤维不同。该保护壳可以有效的针对不同需求的部件进行合理保护，更有利于从成本的控制。

作为本申请第一方面的一个实施例，有多层纤维层分为多个区域，相同区域对应的各纤维层的纤维的种类相同。

作为本申请第一方面的一个实施例，划分有区域的多个纤维层设置在迎冲击面和背冲击面对应的纤维层之间。

作为本申请第一方面的一个实施例，迎冲击面对应的纤维层包括刚性纤维，背冲击面对应的纤维层包括韧性纤维，韧性纤维的断裂伸长率大于刚性纤维的断裂伸长率。

作为本申请第一方面的一个实施例，电池盖的所有纤维层均划分区域，相同区域的各纤维层之间的纤维种类不同。

作为本申请第一方面的一个实施例，从迎冲击面沿厚度的至少一层含有刚性纤维，从背冲击面沿厚度的至少一层含有韧性纤维，刚性纤维的拉伸模量大于韧性纤维的拉伸模量，韧性纤维的断裂伸长率大于刚性纤维的断裂伸长率。

作为本申请第一方面的一个实施例，第一纤维、第二纤维和第三纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、石英纤维、碳纤维、芳纶、高强高模聚乙烯纤维和高强涤纶纤维中的一种或多种。

作为本申请第一方面的一个实施例，第四纤维制成的纱线贯穿第一区域、第二区域和第三区域，第四纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、石英纤维、碳纤维、芳纶、高强高模聚乙烯纤维和高强涤纶纤维中的一种或多种。

作为本申请第一方面的一个实施例，每一纤维层为平纹织物、斜纹织物或缎纹织物。

作为本申请第一方面的一个实施例，每一层纤维层为经过树脂浸渍得到的织物预浸料。提高各层纤维之间的粘结力。

作为本申请第一方面的一个实施例，壳本体由每一层织物预浸料堆叠，并经过压合而成。

作为本申请第一方面的一个实施例，压合采用手糊成型、袋压成型、或模压成型，压合的温度为80-160℃。

第二方面，本申请还公开一种电子设备，包括上述第一方面实施例的保护壳。

附图说明

图1为一种纤维板材的堆叠结构示意图；

图2为不同厚度玻璃纤维层对应的纤维板材的结构示意图；

图3为常规玻纤电池盖穿刺后显微镜照片；

图4为从能量耗散的角度观察穿刺的电池盖的结构示意图；

图5为本申请一个实施例的保护壳的厚度方向的分层结构示意图；

图6为本申请一个实施例的保护壳的厚度方向的另一分层结构示意图；

图7为本申请一个实施例的纤维板材穿刺破坏实验的显微镜照片；

图8a为本申请一个实施例的第一纱线和第二纱线混编的保护壳的分层结构示意图；

图8b为本申请一个实施例的第一纱线和第二纱线混编的编织结构示意图；

图9为电池盖区域分配结构示意图；

图10为本申请一个实施例的电池盖的单层纤维层的编织结构示意图；

图11为本申请一个实施例的组成电池盖的多层纤维层叠加结构示意图；

图12为本申请一个实施例的组成电池盖的多层纤维层叠加的另一结构示意图；

图13为本申请一个实施例的组成电池盖的多层纤维层叠加的另一结构示意图；

图14为本申请一个实施例的纤维板材的制备方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请各实施例进行清楚、完整的描述。

为了便于理解本申请的技术方案，下面首先描述本申请的技术问题。

参考图1，图1示出了一种纤维板材的堆叠结构示意图。如图1所示，一种纤维板材包括四层纤维层，这些纤维层是由玻璃纤维制成的纱线编织而成。将这些纤维层，亦可称为玻纤电子布，经堆叠、压合后，得到纤维板材。例如2116电子布，该布厚度0.09mm，由22.5tex的玻纤细纱编织，平纹结构，实测成品的纤维板材，含四层纤维层，厚度为0.45mm，穿刺值为50-70N。这种材料由于断裂韧性和抗剪切破坏强度较差，发生脆性断裂，无法有效传导应力，冲击点处能量集中，难以扩散，导致中心处被刺穿，发生分层损伤。

为了解决上述出现的材料容易刺穿，发生分层损伤，一些方案中，通过增加单层纤维层的厚度，减少层数的方式。或，通过降低单层纤维层的厚度，增加纤维层的层数的方式，来解决被刺穿和分层损伤的问题。例如，对于不同厚度玻璃纤维织布(玻璃纤维层)，可以设置不同层数，以确保材料整体厚度。

参考表1，表1为普通玻璃纤维电子布规格。在表1中示例性列举了不同牌号、不同厚度玻纤布。

表1普通玻璃纤维电子布规格

玻纤电子布牌号	1080	2116	1506	7628
					对应纱线牌号	D450	E225	E110	G75
纱线纤度tex	11.2	22.5	45	68
					织物厚度mm	0.05	0.09	0.15	0.18

如表1所示，不同牌号的玻璃纤维电子布的纱线纤度和织物厚度不同，纤度越大时，通常单层纤维层(织物)厚度越大。因此，在实际制作板材时，针对不同牌号厚度的玻璃纤维电子布设置不同的堆叠层数，以确保同等厚度的同时，提高抗穿刺能力。

参考图2，图2示出了不同厚度玻璃纤维层对应的纤维板材的结构示意图。如图2中的(a)所示，为图1中的中等厚度的纤维层堆叠四层纤维层得到的纤维板材。如图2中的(b)所示，该纤维层与图2中的(a)的纤维层相比，该纤维层为纤度更小、厚度更薄。例如，1080玻纤电子布，通过增加层数保持纤维板材的整体厚度，例如，七层或八层堆叠。图中示例性的采用五层进行说明。如图2中的(c)所示，该纤维层与图2中的(a)的纤维层相比，纤度更大、厚度更厚。例如，1506或7628玻纤电子布。采用更少层数来构成纤维板材，例如，两层或三层堆叠，以确保纤维板材的整体厚度，从而，可以在确保整体厚度的基础上，通过增加层数或者是单层厚度来提高纤维板材的抗冲击力。

然而，不同的厚度的玻纤预浸料叠层设计，虽然可以满足不同成品厚度的需求，但仍以玻纤电子细纱为纤维增强体。这种材料由于自身的抗冲击抗穿刺能力弱，增加层数或厚度，依然存在由于自身较差的断裂韧性、较低的断裂强力和剪切强度，对于纤维板材抗冲击和抗穿刺能力瓶颈的问题。且电子细纱编织难度大，易产生毛丝，极大制约了纤维板材的性能。在要求较高的产品中，例如电子产品的电池盖上的应用会受到限制，或直接导致影响产品的质量。

下面结合照片观察图2中所示的常规玻璃纤维板材在经过穿刺实验后的效果。该穿刺实验采用的穿刺治具为1mm直径针头，正面刺穿由纤维板材制备的电池盖。其中，针头首先接触的一面(正对针头的一面)为迎冲击面，与迎冲击面相对的一面为背冲击面(背对针头的一面)。

参考图3，图3示出了常规玻纤电池盖穿刺后显微镜照片。如图3中的(a)所示，经过1mm直径针头穿刺试验后，迎冲击面的破坏口边缘平整，表明为脆性剪切破坏。如图3中的(b)所示的背冲击面层，呈十字状劈裂。如图3中的(c)所示，进一步放大玻璃纤维照片后，观察玻璃纤维的发生明显剪切断裂。

结合冲击实验结果，并基于动力学理论对冲击实验结果进行分析。由于纤维板材制备的电池盖从结构上属于层合复合材料，以纤维增强体的抗剪切强度和最大拉伸应力为破坏准则。经分析得到，在层合复合材料的冲击过程中，迎冲击面受压缩，层内纤维的剪切破坏发生在拉伸破坏之前，主要通过纤维剪切断裂耗散能量。而背冲击面，将承受更多因冲击造成的中心点处塑性形变，通过纤维从树脂基体中抽拔及拉伸断裂耗散能量。分析表明，常规玻纤电池盖，树脂与纤维增强体未能有效协同增强，无法有效传导应力，几乎没有纤维拨出及塑性形变，能量耗散形式单一。

参考图4，图4示出了从能量耗散的角度观察穿刺的电池盖的结构示意图。如图4所示，在针头穿过电池盖后，迎冲击面510主要发生压缩变形、脆性断裂、纤维剪切破坏的情况。而背冲击面520主要发生塑性形变、韧性断裂、纤维抽拔、拉伸断裂等情况。由此，可以看出，采用图2所示方案制备的纤维板材的抗冲击和抗穿刺能力依然较弱。

为了解决上述技术问题，本申请提供一种保护壳，通过将保护壳在厚度方向上的梯度设计，对靠近迎冲击面的一侧进行刚性优化。即选择刚性较好的纤维，并设置于靠近迎冲击面的一侧，从而可以有效的提高保护壳的抗冲击抗穿刺能力。

其中，该保护壳可以通过本申请实施例得到的纤维板材制备得到，该保护壳可以应用到需要被保护的产品中，例如可以应用到电子设备中作为电池盖，来保护电子设备内部的结构，提高产品质量。电子设备可以是平板电脑、手机、电子阅读器、遥控器、个人计算机(personal computer，PC)、笔记本电脑、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)、车载设备、网络电视、可穿戴设备、电视机等具有显示界面的产品，以及智能手表、智能手环等智能显示穿戴产品。本申请实施例对上述电子设备的形式不做特殊限制。以下实施例为了方便说明，均是以电子设备为手机为例进行的举例说明。

此外，也可以应用到其他技术领域，例如光伏、半导体等领域，作为保护其他器件的产品，本申请对应用的领域并不做限定。

下面结合具体实施例，对本申请的保护壳的结构进行说明。

参考图5，图5示出了本申请实施例的保护壳的厚度方向的分层结构示意图。保护壳可包括壳本体或其他结构部件，其中壳本体是由本申请实施例的纤维板材制备得到，纤维板材是由纤维编织，浸润(预浸)，压合等步骤得到。以下实施例中提及的纤维板体的结构，即表示为保护壳的结构。

如图5所示，壳本体包括相对设置的迎冲击面510和背冲击面520，壳本体510沿其厚度方向上从迎冲击面510向背冲击面520设置多层纤维层。这些纤维层可以是纤维的纱线在经过编织后，在经过树脂预浸后，经过压合得到。其中，多层纤维层中的至少一层纤维层含有由刚性纤维制成的第一纱线。含有第一纱线的纤维层从更靠近迎冲击面510的一侧开始设置。换句话说，含有第一线的纤维层更靠近迎冲击面510。至少是从上往下的(迎冲击面510到背冲击面520)预设数量含有第一纱线的纤维层，相较于背冲击面520更加靠近迎冲击面510。例如，如图5所示，可以将迎冲击面510的第一层纤维层设置为含有第一纱线的纤维层。也可以是以迎冲击面作为基准从上到下数2层(预设数量的具体实例)内必须要有含第一纱线的纤维层。又可以是从迎冲击面510的第一层开始计数，到第N层都含有第一纱线的纤维层，其中，N可以是壳本体的总的纤维层数，也可以小于总的纤维层数。此外，也可以是含有第一纱线的纤维层和迎冲击面之间的纤维层少于预设数量，例如间隔1层、2层等。

如图5所示，以四层纤维层为例，可以将第一层纤维层和第二层纤维层设置为含有第一纱线的纤维层。此外，在一些实施例中，也可以是第一层虽不含有第一纱线，但是相比于背冲击面520，含有第一纱线的纤维层更靠近迎冲击面510。例如，如图5中，将第二层纤维层设置为含有第一纱线的纤维层，相比于背冲击面520，第二层纤维层更靠近迎冲击面510。另外，刚性纤维选择刚性好、模量高、拉伸强度大的纤维，例如，刚性纤维的拉伸模量大于85GPa，拉伸强度大于3.0GPa，断裂伸长率小于等于3％，该指标的纤维制作的纱线具有较好的刚性，基于该纱线编织得到的纤维层也具有较强的刚性。

本申请通过在迎冲击面一侧优先布局一层或多层高刚性的刚性纤维，提升纤维增强体的抗剪切破坏能力，增加能量耗散能力，从而提高保护壳的抗冲击性和抗穿刺能力。

在本申请的一个实施例中，刚性纤维可以是高强玻璃纤维、玄武岩纤维、石英纤维、碳纤维中的一种或多种纤维。也即，第一纱线中可以包括高强玻璃纤维、玄武岩纤维、石英纤维、碳纤维中的一种或多种纤维。

由于本申请中的刚性纤维的刚性好，例如，刚性纤维的拉伸模量大于85GPa，拉伸强度大于3.0GPa，断裂伸长率小于等于3％，优于常见的纤维板材采用的普通玻璃纤维。因此第一纱线的纤维层力学性能得到显著提升。

参考表2，以高强度玻璃纤维纱线为例，与普通玻璃纤维电子细纱的性能指标对比数据。

表2普通玻纤电子细纱与高强度玻璃纤维纱线性能对比

由表2可以看出，高强度玻璃纤维纱线的各项性能，例如拉伸模量、拉伸强度都明显高于普通玻纤电子细纱的性能指标。

经过实验验证，以高强度玻璃纤维纱线的高强1号作为第一纱线制备纤维板材，并且将含有第一纱线的纤维层优先设于迎冲击面的一侧，纤维板材的厚度设定为0.46mm，其穿刺值可达到95N以上。而与业界常规方案制备的纤维板材比较，业界纤维板材的厚度为0.45mm，其穿刺值为70N。本申请方案得到的纤维板材的穿刺值与业界相比，可以提升35％以上。以高强度玻璃纤维纱线的高强3号作为第一纱线制备纤维板材，纤维板材的厚度设定为0.41mm，其穿刺值可达到120N以上。本申请方案得到的纤维板材的穿刺值与业界相比，可以提升70％。

在本申请的实施例中，含有第一纱线的纤维层可以是将第一纱线作为编织时的经线或纬线得到。其中，经线为沿保护壳的纵向设置的纱线，纬线为与经线相交的且沿保护壳的横向设置的纱线。当第一纱线为经线时，纬线可以是其他纱线。例如，普通玻璃纤维制成的纱线，经线与纬线编织后得到刚性纤维织布，将刚性纤维织布预浸树脂后压合得到刚性纤维层。反之，当第一纱线为纬线时，经线可以是其他纱线。例如，普通玻璃纤维制成的纱线等。

此外，在另一些实施例中，为了进一步提高刚性纤维层的刚性，还可以将第一纱线既作为经线，又作为纬线进行编织，得到完全是第一纱线编织的纤维层。

上述实施例得到的保护壳，从厚度方向上，对材料的结构分层和面内性能进行了差异化设计，呈现不同刚性和韧性梯度叠层，以匹配迎冲击面和背冲击面不同的能量耗散机制，充分发挥纤维编织体与基体的协同增强作用。

在上述实施例中，通过对迎冲击面刚性优化，来提高保护壳(纤维板材)的抗冲击抗冲刺性能。下面的实施例中，基于迎冲击面的刚性优化，进一步对背冲击面进行韧性优化进行说明。

参考图6，图6示出了本申请实施例的保护壳的厚度方向的另一分层结构示意图。如图6所示，壳本体包括相对设置的迎冲击面510和背冲击面520。壳本体沿其厚度方向上从迎冲击面510向背冲击面520设置多层纤维层。多层纤维层中的至少一层纤维层中含有由韧性纤维制成的第二纱线，韧性纤维的断裂伸长率大于刚性纤维的断裂伸长率。也就是说，在靠近背冲击面520的一侧设置高韧性的纤维纱线编织层。且该韧性纤维的韧性大于刚性纤维的韧性。从而通过改善背冲击面520的纤维增强体的韧性，从而可以强化纤维体与树脂基体协同，塑性形变弥散能量，并通过纤维拔出和拉伸断裂，进一步提升能量耗散能力。

在本申请的一个实施例中，含有第二纱线的纤维层可以设于背冲击面520所在的层。如图6所示的第四层，也可以是如图6中的第三层和第四层都进行设置。此外，也可以设置在第三层，与迎冲击面510相比第三层纤维层更靠近背冲击面520。通过提高与冲击力背向一侧的纤维层的韧性，以提升能量耗散能力，从而提高纤维板材的抗冲击和抗穿刺性能。

在本申请的一个实施例中，韧性纤维优选强度高、韧性好的纤维。可以是芳纶、高强高模聚乙烯纤维、高强涤纶纤维中的一种或多种纤维。也即，第二纱线中包括芳纶、高强高模聚乙烯纤维、高强涤纶纤维中的一种或多种纤维。

由于本申请中的韧性纤维的较高的韧性，例如，韧性纤维的断裂伸长率大于3％，优于传统的纤维板材采用的普通玻璃纤维。因此，将该韧性纤维设置于靠近被冲击面的一侧，可以进一步提升纤维板材的能量耗散能力。

在本申请的实施例中，含有第二纱线的纤维层可以是将第二纱线作为编织时的经线或纬线得到。其中，经线为沿保护壳的纵向设置的纱线，纬线为与经线相交的且沿保护壳的横向设置的纱线。当第一纱线为经线时，纬线可以是其他纱线，例如，普通玻璃纤维制成的纱线，经线与纬线编织后得到刚性纤维织布，再将刚性纤维织布预浸树脂后，压合得到刚性纤维层。反之，当第二纱线为纬线时，经线可以是其他纱线，例如，普通玻璃纤维制成的纱线等。

此外，在另一些实施例中，为了进一步提高刚性纤维层的刚性，还可以将第二纱线既作为经线，又作为纵线进行编织，得到全为第二纱线编织的纤维层。

将上述图6所示结构的保护壳进行实验验证。以常规的玻璃纤维与纱线纤度为24.2tex芳纶混编平纹机织布，并且将含有第二纱线的纤维层优先设于背冲击面的一侧。纤维板材的厚度设定为0.42mm，其穿刺值可达到130N以上。而与业界常规方案制备的纤维板材比较，业界纤维板材的厚度为0.45mm，其穿刺值为70N。本申请方案得到的纤维板材的穿刺值可以提升85％以上。以纯芳纶布叠层方案(即经线和纬线均采用芳纶编织得到的编织层)，纤维板材的厚度为0.43mm，穿刺值可达150N，与业界常规方案制备的纤维板材比较提升110％。

参考图7，图7示出了本申请实施例的纤维板材穿刺破坏实验的显微镜照片。如图7所示，采用常规的玻璃纤维与纱线纤度为24.2tex芳纶混编后得到的纤维板材，经过直针穿刺后，从图7中的(a)中迎冲击面和图7中的(b)中背冲击面的破坏后的显微镜照片中可以看出，由于芳纶具有更优的韧性，大量纤维拨出，并塑性形变直至拉伸断裂，有效提升抗穿刺抗冲击能量耗散。

在一些实施例中，为了进一步提升本申请实施例的保护壳的抗冲击和抗穿刺性能，可以将第一纱线作为经线，将第二纱线作为纬线，或者将第一纱线作为纬线，将第二纱线作为经线，编织得到韧性纤维编织布，再经过预浸，压合得到韧性纤维层。

参考图8a和8b，图8a示出了本申请实施例的第一纱线和第二纱线混编的保护壳的分层结构示意图。图8b示出了本申请实施例的第一纱线和第二纱线混编的编织结构示意图。如图8a所示，将靠近背冲击面520的第三层和第四层的纤维层，经过第一纱线和第二纱线进行编织。如图8b所示的编织结构。例如，纬线为第二纱线，经线为第一纱线，从而得到高刚性、高韧性的纤维层。

下面以保护壳为电子设备的电池盖为例进一步对本申请实施例的保护壳进行说明。

考虑到提高电池盖抗冲击、抗穿刺能力的同时，还需要基于实际的功能应用降低成本。本申请的实施例中，将电池盖按照各部位对应的电子设备内部部件的位置，对电池盖进行分区域设置，每个区域设置可以基于对被保护的部件的需求程度选择合理的纤维。依据不同功能分区性能需求，通过纤维编织，优化纤维增强体的局部性能，实现平面内强度、刚度、韧性梯度分布。

下面以手机作为电子设备为例对电池盖分区域设置进行说明，电池盖即为手机后盖。

参考图9，图9示出了电池盖区域分配结构示意图。如图9中的(a)所示，手机的电池盖对应的保护的手机内部的部件分别有摄像模组(对应摄像模组区)，电池模组(对应电池模组区)，以及天线、主板即其他部件(对应天线、主板及其他功能模组区)。根据这些部件对保护度的需求，对应的将电池盖分为如图9中的(b)所示的第一区域、第二区域和第三区域。由于不同部件对保护程度的需求不同，设置不同的刚性或韧性的纤维，可以实现降低成本的需求。例如，电池在受到外力发生穿刺时，容易导致燃烧等风险。因此，可以选择拉伸模量更大的纤维设置在电池模组所在的第二区域。而天线主板及其他区域所在的第三区域则可以选择拉伸模量稍微低于第二区域的纤维，从而实现既满足功能需求的同时，又能够降低成本。

在本申请的实施例中，对于不同区域对应的纤维可以根据需求进行选择。对于电池盖厚度方向而言，每一层的纤维层的纤维布局结构可以采用上述图5、图6和图8a所示的结构。即优先将高刚性的刚性纤维靠近迎冲击面的一侧设置，将高韧性的韧性纤维靠近背冲击面的一侧设置。实现了不仅从电池盖的表面纵向梯度分布，即单层纤维层进行分区域的梯度设置，还可以从厚度方向上进行梯度设置，即纤维层与纤维层之间的纤维梯度设置。实现了纤维板材的三维设置，具有更强的设置空间。

参考图10所示，图10示出了本申请实施例的电池盖的单层纤维层的编织结构示意图。以一层纤维层为例，对所分的区域的纤维选择进行说明。如图10所示，可以选择一种纤维(第四纤维)制成的纱线，并作为贯穿第一区域、第二区域和第三区域的经线。再选择第一纤维、第二纤维和第三纤维制成的纱线，分别作为第一区域、第二区域和第三区域的纬线，将经线和纬线相互交织，得到分区域的单层的纤维织布。

其中，第一纤维、第二纤维和第三纤维可以选择不同种类的纤维，例如，可以是玻璃纤维、玄武岩纤维、石英纤维、碳纤维、芳纶、高强高模聚乙烯纤维和高强涤纶纤维中的一种或多种。第四纤维可以是玻璃纤维、玄武岩纤维、石英纤维、碳纤维、芳纶、高强高模聚乙烯纤维和高强涤纶纤维中的一种或多种。

在本申请的实施例中，在电池盖的厚度方向上，当多层纤维层按照区域分区后，再基于靠近迎冲击面一侧的纤维层优先选择刚性更强(拉伸模量高，拉伸强度大，断裂伸长率偏小)的纤维作为纬线，靠近背冲击面一侧的纤维优先选择韧性更强的(断裂伸长率更大)的纤维作为纬线，编织得到多层堆叠的纤维层，从而实现在电池盖的厚度上的梯度分布。具体的设置方式可以参考图5、图6、图8a描述的纤维层结构。

参考图11，图11示出了本申请实施例的组成电池盖的多层纤维层叠加结构示意图。如图11所示，电池盖是由图11中的多层纤维层叠加而成。其中，在各纤维层之间比较，迎冲击面510所在的纤维层的刚性最强(拉伸模量高，拉伸强度大，断裂伸长率小)，背冲击面520所在的纤维层的韧性最强(断裂伸长率大)。以图11中的第一区域为例，就刚性而言，迎冲击面所在的第一区域的纤维的拉伸模量高于背冲击面520所在的第一区域的纤维的拉伸模量。就韧性而言，背冲击面520所在的第一区域的纤维的断裂伸长率高于迎冲击面510所在的第一区域的纤维的断裂伸长率。

而对于中间的其他层纤维，可以按照刚性逐渐减小。或者，从迎冲击面开始设置固定层数的同一刚性的纤维层，从背冲击面开始设置固定层数的同一刚性的纤维层。又或者，中间的纤维层为普通的纤维编织的纤维层。本申请对于设置的具体形式并不限定。

在本申请的另一个实施例中，在电池盖的厚度上的各纤维层中，只有部分纤维层进行分区设置，对于分区域纤维层之间可以是连续的设置，也可以是具有间隔的设置方式。

参考图12，图12示出了本申请是实施例的组成电池盖的多层纤维层叠加的另一结构示意图。如图12所示，迎冲击面510和背冲击面520的纤维层并未按照需求分区，而夹在迎冲击面510和背冲击面520之间的其他纤维层进行了分区。其中，夹在中间的其他纤维层的设置方式可以与图11的设置方式相同，此处不再赘述。

参考图13，图13示出了本申请实施例的组成电池盖的多层纤维层叠加的又一结构示意图。如图13所示，每间隔一层设置一层分区域纤维。其中，分区域的纤维层的设置方式，可以按照越靠近迎冲击面510纤维层的对应的纤维刚性越强，越靠近背冲击面520纤维层的韧性越大。而未分区域的纤维层，可以是普通玻璃纤维制成的纤维层。也可以是靠近迎冲击面510的刚性更强，靠近背冲击面520的韧性更强的规则设置。也可以是多种方式结合。本申请对未分区域的纤维层的结构不做限定。

需要说明的是，上述实施例中对于电池盖的分区数量，以及分区的位置仅为示例性说明。在一些实施例中，区域的数量可以是更多或更少，例如，可以是2个、4个、5个等。此外，对于分区的方向也不进行限定，例如可以是沿电池盖的横向划分，可以沿电池盖的纵向划分。

本申请实施例的保护壳，基于产品部件对保护程度的需求，从纤维层的结构分层和面内对保护壳进行了差异化设计，依据纤维层抗冲击失效模式制定，在厚度方向上，呈现不同刚度与韧性梯度叠层，以匹配不同能量耗散机制。将靠近迎冲击面的纤维选择为高刚性、抗剪切纤维层，通过纤维增强体的剪切破坏耗散冲击能量。背冲击面为抗拉伸编织纤维层，通过纤维增强体的抽拔和拉伸断裂耗散冲击能量。上下层的连续纤维层(纤维增强体)，作为保护壳材料的主承力结构，通过不同机制，快速耗散中心区冲击能量，与基体有效协同高效耗能。通过混编设计，实现局部区域强化，形成面内梯度强化结构。满足不同产品的模组对抗冲击性能的要求，以达到成本和性能最优平衡。

下面结合上述实施例对保护壳的纤维板材的制备方法进行说明。

参考图14，图14示出了本申请实施例的纤维板材的制备方法的流程图。如图14所示，该方法包括S1410-S1440。

S1410，选择纤维制成的纱线进行编织，得到编织物。

例如，在图5所示的结构中，可以选择刚性纤维进行编织，其中，刚性纤维可的拉伸模量大于85GPa，例如，90GPa、95GPa、100GPa、105GPa等。拉伸强度大于3.0GPa，例如，3.2GPa、3.6GPa、4.0GPa、4.7GPa。断裂伸长率小于等于3％，例如，2.5％、2％、1.5％、1％等。例如，高强玻璃纤维、玄武岩纤维、石英纤维、碳纤维中的一种或多种纤维。

在图6和图8a、图10-13所示结构中，即选择高刚性的刚性纤维，又结合韧性纤维，采用两种纤维分别进行编织得到编织物(对应图6所示结构)。或者两种纤维结合进行编织(对应图8a所示结构)。又或者分区域的编织方式(对应图10-13所示结构)

在一些实施例中，织物的结构可以是平纹织物、斜纹织物或缎纹织物。

需要说明的是，在一些实施例中，也可以是多根纱线进行编织，得到多轴织物，例如，60°三轴机织物。本申请对此并不做限定。

此外，本申请对编织物的厚度、纤维纤度、克重、经纬密度、编织方式不做限定。

S1420，将编织物浸润树脂，得到织物预浸料。

其中，树脂可以为环氧树脂，树脂的含量在35-65％左右。

S1430，堆叠预浸料。

其中，当预浸料为刚性纤维制备而成时，可以采用一层或多层的预浸料堆叠在常规玻纤预浸料的上层。也可以是堆叠到相比于背冲击面更靠近迎冲击面的层中。其具体的设置方式可以参考图5中描述的结构，此处不再赘述。

当预浸料为韧性纤维制备而成，或者预浸料为刚性纤维和韧性纤维作为经线和纬线混编制备而成时，可以堆叠在整体预浸料的下层，或靠近背冲击面的层中。其具体的设置方式可以参考图6、图8a所示的结构，此处不再赘述。

当预浸料为刚性纤维和韧性纤维作为纬线或经线分区域编织时，在结合刚度和韧性的需求进行设置(对应图10-13所示结构)。

S1440，将堆叠的多层预浸料进行压合，得到纤维板材。

其中，可以采用手糊成型、袋压成型、模压成型等工艺进行压合，热压温度为80-160℃左右，压力为1-3MPa，固化时间为10-30min。

经过上述纤维板材的制备方法得到纤维板材，具有较高的抗冲击性能和抗穿刺性能。

需要说明的是，本申请的纤维板材的制备方法中未提及材料、设备和步骤，可以参考现有技术的实现方式，此处不再详细说明。

虽然通过参照本申请的某些优选实施例，已经对本申请进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。

Claims (23)

1.一种保护壳，其特征在于，包括壳本体，所述壳本体包括相对设置的迎冲击面和背冲击面，所述壳本体沿其厚度方向上从所述迎冲击面向所述背冲击面设置多层纤维层，其中，所述多层纤维层中的至少一层纤维层含有由刚性纤维制成的第一纱线，且含有所述第一纱线的纤维层从更靠近所述迎冲击面的一侧开始设置，所述刚性纤维的拉伸模量大于85GPa，拉伸强度大于3.0GPa，断裂伸长率小于等于3％。

2.根据权利要求1所述的保护壳，其特征在于，含有所述第一纱线的纤维层和所述迎冲击面之间的纤维层少于预设数量。

3.根据权利要求1所述的保护壳，其特征在于，最上方的含有所述第一纱线的纤维层作为所述迎冲击面。

4.根据权利要求1所述的保护壳，其特征在于，所述多层纤维层中的至少一层纤维层中含有由韧性纤维制成的第二纱线，所述韧性纤维的断裂伸长率大于所述刚性纤维的断裂伸长率。

5.根据权利要求4所述的保护壳，其特征在于，所述韧性纤维的断裂伸长率大于3％。

6.根据权利要求4或5所述的保护壳，其特征在于，含有所述第二纱线的纤维层从更靠近所述背冲击面的一侧开始设置。

7.根据权利要求4-6任一项所述的保护壳，其特征在于，含有所述韧性纤维的纤维层还包括所述第一纱线，其中，所述第一纱线与所述第二纱线互相交织。

8.根据权利要求1所述的保护壳，其特征在于，所述第一纱线中包括高强玻璃纤维、玄武岩纤维、石英纤维、碳纤维中的一种或多种纤维。

9.根据权利要求4-7任一项所述的保护壳，其特征在于，所述第二纱线中包括芳纶、高强高模聚乙烯纤维、高强涤纶纤维中的一种或多种纤维。

10.根据权利要求1所述的保护壳，其特征在于，所述保护壳为电子设备的电池盖，所述电池盖基于抗穿刺、抗冲击性能需求的不同将至少一层所述多层纤维层分为至少两个区域，每个区域之间的纤维组成不同。

11.根据权利要求10所述的保护壳，其特征在于，所述电池盖的纤维层包括三个区域，三个所述区域包括：

第一区域，所述第一区域至少覆盖所述电子设备摄像模组，所在区域，所述第一区域由第一纤维制成的纱线作为经线或纬线，与第四纤维制成的纱线编织而成，其中，所述经线为沿所述电池盖纵向设置的纱线，所述纬线为沿所述电池盖的横向设置的纱线；

第二区域，所述第二区域为覆盖所述电子设备的电池模组的区域，所述第二区域由第二纤维制成的纱线作为经线或纬线，与所述第四纤维制成的纱线编织而成；

第三区域，所述第三区域为覆盖所述电子设备的天线和主板的区域，所述第三区域将第三纤维制成的纱线作为经线或纬线，与所述第四纤维制成的纱线编织而成，其中，所述第一纤维、所述第二纤维、和所述第三纤维制成的纱线，在编织时设置的横向或纵向相同；

其中，所述第四纤维制成的纱线贯穿所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域，所述第一纤维、所述第二纤维和所述第三纤维不同。

12.根据权利要求11所述的保护壳，其特征在于，有多层所述纤维层分为多个所述区域，相同所述区域对应的各所述纤维层的纤维的种类相同。

13.根据权利要求12所述的保护壳，其特征在于，划分有所述区域的多个纤维层设置在所述迎冲击面和所述背冲击面对应的纤维层之间。

14.根据权利要求13所述的保护壳，其特征在于，所述迎冲击面对应的纤维层包括所述刚性纤维，所述背冲击面对应的纤维层包括韧性纤维，所述韧性纤维的断裂伸长率大于所述刚性纤维的断裂伸长率。

15.根据权利要求11所述的保护壳，其特征在于，所述电池盖的所有纤维层均划分所述区域，相同所述区域的各所述纤维层之间的纤维种类不同。

16.根据权利要求15所述的保护壳，其特征在于，从所述迎冲击面沿所述厚度的至少一层含有所述刚性纤维，从所述背冲击面沿所述厚度的至少一层含有韧性纤维，所述韧性纤维的断裂伸长率大于所述刚性纤维的断裂伸长率。

17.根据权利要求11-16任一项所述的保护壳，其特征在于，所述第一纤维、所述第二纤维和所述第三纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、石英纤维、碳纤维、芳纶、高强高模聚乙烯纤维和高强涤纶纤维中的一种或多种。

18.根据权利要求11所述的保护壳，其特征在于，所述第四纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、石英纤维、碳纤维、芳纶、高强高模聚乙烯纤维和高强涤纶纤维中的一种或多种。

19.根据权利要求1-18任一项所述的保护壳，其特征在于，每一所述纤维层为平纹织物、斜纹织物或缎纹织物。

20.根据权利要求1-19任一项所述的保护壳，其特征在于，每一层所述纤维层为经过树脂浸润得到的织物预浸料。

21.根据权利要求20所述的保护壳，其特征在于，所述壳本体由每一层所述织物预浸料堆叠，并经过压合而成。

22.根据权利要求21所述的保护壳，其特征在于，所述压合采用手糊成型、袋压成型或模压成型，所述压合的温度为80-160℃。

23.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-22任一项所述的保护壳。