TWI516191B - 用以形成具有自不同類型纖維形成之區段之纖維強化結構之方法 - Google Patents

Description

用以形成具有自不同類型纖維形成之區段之纖維強化結構之方法

本發明係關於纖維強化材料，且更特定言之，係關於由纖維強化材料形成之結構。

電子器件有時使用無線電路。舉例而言，諸如蜂巢式電話及平板電腦之攜帶型電子器件可含有用於處置無線通信之天線。在形成諸如電子器件之外殼及電子器件之可移除蓋的結構時，可能需要減少或消除可能干擾天線操作之不透通無線電的材料的存在。

在一些結構中，將未強化塑膠用作透通無線電材料，其與天線之存在相容。然而，在許多應用中，未強化塑膠可能不當地薄弱。

為解決此問題，塑膠可使用纖維來進行強化。舉例而言，由玻璃及碳形成之纖維可用於強化塑膠。碳纖維強化塑膠為堅固的，但並不透通無線電。玻璃纖維強化塑膠為透通無線電的，但在某些應用中可能不夠硬。

因此將需要能夠提供具有所要剛性及射頻透通屬性之纖維強化結構。

纖維強化塑膠結構可用於形成支撐結構及電子器件外殼部件。纖維強化塑膠結構可包括多種類型之纖維。結構之第一部分可由諸如玻璃纖維之第一類型之纖維形成且可為透通無線電的。結構之第二部分可由諸如碳纖維之第二類 型之纖維形成。結構之第二部分可比第一部分更硬且可為不透通無線電的。

該等結構之第二部分可用以選擇性增加纖維強化塑膠結構之剛度。該等結構之第一部分可用以維持無線電透通性以實現與無線電子器件操作的相容性。舉例而言，該第一部分可置放於無線電子器件中之天線附近以允許天線操作而不被結構之第二部分阻擋。

纖維強化結構可藉由滾捲預浸材料之薄片以形成在加熱模具中固化之卷而形成。預浸材料之薄片可包括使用第一類型纖維形成之第一區及使用第二類型纖維形成之第二區。預浸材料之第一及第二區之形狀可經組態以使得滾捲之預浸材料在第一類型纖維與第二類型纖維之間展現逐漸過渡，且使得纖維強化塑膠結構在固化後具有堅固的接頭。

本發明之其他特徵、本發明之本質及各種優點將自隨附圖式及較佳實施例之以下詳細描述而更顯而易見。

可藉由將纖維併入塑膠中而增強用於電子器件外殼組件、蓋之支撐結構及其他物品中之塑膠之強度。舉例而言，可將纖維併入諸如環氧樹脂及其他聚合物之塑膠中以增強其強度。在本文中有時將纖維強化塑膠結構已由在環氧黏合劑中之纖維形成的實例描述為一實例。大體上，任何適當類型的塑膠皆可由纖維來強化，包括諸如聚碳酸酯(PC)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、PC/ABS摻合物、環氧 樹脂等的塑膠。

圖1中展示說明性纖維強化塑膠結構。在圖1之實例中，纖維強化塑膠結構10具有矩形環形狀。此僅為說明性的。纖維強化結構10可形成為圓形環、具有直邊及彎曲邊之環，可形成為L形桿、直桿、彎曲桿，或可形成為其他適當形狀。

纖維強化結構10可包括多個部分，諸如區段12及區段14，每一區段可使用不同類型之纖維形成。作為實例，區段12可由諸如碳纖維強化塑膠之非透通無線電(亦即，不透通無線電)材料形成，且區段14可由諸如玻璃纖維強化塑膠之透通無線電材料形成。若需要，可使用其他纖維強化材料來形成結構10之區段12及14。此外，兩個以上不同區段可形成於結構10中。此等區段可位於結構10上之任何適當位置處。舉例而言，區段12可位於矩形環結構之四個邊中之任一者上，可包括矩形環結構之四個拐角中之任一者，可延伸超過矩形環結構之一個、兩個、三個或四個拐角，可包括沿著矩形環結構之一邊之多個區段，可包括在矩形環結構之相反邊上之多個區段，可包括在圓形環或其他形狀之材料環或條上的多個區段，可包括在矩形環、圓形環、材料之直線或彎曲部分上呈多區段組態之具有相同大小或不同大小的區段，或可包括透通無線電及不透通無線電纖維強化部分的任何其他型樣。圖1之實例僅為說明性的。

如圖2中所示，纖維強化結構10可併入到諸如電子器件 蓋32之產品內。蓋32可具有諸如擋板22之上部擋板及諸如擋板24之下部擋板。擋板22及24可由塑膠、皮革或其他適當材料形成。若需要，蓋32可不具有擋板。舉例而言，蓋32可使用保護套(slip case)設計來實施，其將諸如電氣器件之組件收納於蓋內之狹槽或其他凹座內。圖2之蓋32僅為說明性實例。

電子器件26可安裝於蓋32內。電子器件26可為(例如)平板電腦或具有諸如外殼28之外殼及諸如顯示器30之顯示器的其他電子設備。外殼28可由金屬、玻璃、陶瓷、纖維強化塑膠、其他材料、或此等材料之組合形成。若需要，外殼28可由纖維強化塑膠之多個部分(例如，玻璃纖維強化塑膠之一或多個區段或其他部分、碳纖維強化塑膠之一或多個區段或其他部分等等)形成。本文中有時將使用纖維強化塑膠結構10來提供對諸如蓋32之結構的支撐的說明性配置描述為實例。然而，此僅為說明性的。可將纖維強化塑膠結構10併入任何適當裝置(例如，電氣設備、電腦附件、其他產品等等)中。

可藉由蓋32之撓性部分沿著鉸鏈軸20接合上部擋板22與下部擋板24。當需要打開蓋32時，使用者可在方向16上抬起前部擋板22，使得前部擋板22相對於後部擋板24圍繞軸20旋轉。當需要關閉蓋32時，使用者可在方向18上放低前部擋板22。

蓋32之一個或兩個擋板可具備諸如圖1之纖維強化結構10的結構。此等纖維強化結構可充當內部支撐肋狀物，其 幫助將蓋32之潛在撓性之塑膠或皮革材料固持於適當位置。因為結構10之區段12由碳纖維強化塑膠(在此實例中)形成，所以區段12將傾向於比區段14更具剛性(更硬)，且將因此幫助產生擋板22之剛性、不可撓部分，使得擋板22在由使用者打開及閉合時不會過度撓曲。

圖3為在擋板22處於其閉合位置的組態中沿圖2之線38截取且在方向40上查看的蓋32及電子器件26之橫截面側視圖。如圖3中所示，電子器件26可含有諸如天線34之天線結構，其傳輸及接收射頻無線信號36。無線信號36可通過纖維強化結構10之透通無線電部分14及蓋32之材料。因為天線34並非位於纖維強化結構10之碳纖維強化部分12下方，所以天線34及相關聯射頻天線信號36將不會被導電材料阻擋。

纖維強化結構10可具有任何適當橫截面形狀。作為一實例，纖維強化結構10(例如，區段12及/或區段14)可具有如圖4中所展示之三角形橫截面形狀。作為另一實例，纖維強化塑膠結構10可具有如圖5中所展示之矩形橫截面形狀。圖6為在具有L形橫截面之說明性組態中之纖維強化塑膠結構10的橫截面圖。可在需要的情況下使用其他橫截面形狀(例如，T形狀等)及具有此等橫截面形狀之組合的區段。可使用具有對應橫截面形狀之模具、使用機械加工(例如，將粗糙結構磨成所要成品形狀)、使用模製與機械加工技術之組合或使用其他適當製造技術使纖維強化塑膠結構10具備所要的橫截面形狀。

圖7為展示諸如結構10之纖維強化塑膠結構可經形成及併入到組合件中的方式的圖。

可將玻璃纖維及碳纖維併入到諸如環氧樹脂之未固化塑膠樹脂的各別薄片中。可將此玻璃纖維材料及碳纖維材料之薄片(有時稱作預浸薄片)切割成恰當形狀且使用佈局工具42彼此相鄰地配置於工作表面上。如圖7中所示，例如，預浸材料46可包括左玻璃纖維預浸薄片14L及右玻璃纖維預浸薄片14R及中央碳纖維預浸薄片12M。大體上，可存在具有不同類型纖維的任何適當數目之材料薄片(例如，一或多個、兩個或兩個以上、三個或三個以上、四個或四個以上或五個或五個以上不同薄片，每一薄片具有潛在不同類型之纖維)。圖7之實例(其中存在玻璃纖維預浸體之兩個薄片及碳纖維預浸體之單一薄片)僅係說明性的。

預浸材料46可具有平行於縱軸(維度)44之長度L及平行於垂直橫向維度50之高度H。長度L可為(作為一實例)0.1至3 m、小於3 m、大於3 m、0.5至1 m、0.5至2 m、小於0.5 m、大於0.5 m、大於1 m、小於2 m、大於5 m、小於5 m，或任何其他適當長度。高度H可為(作為一實例)50 mm至100 mm、小於10 mm、大於10 mm、小於50 mm、大於50 mm、小於200 mm、大於200 mm、小於300 mm、大於300 mm等。預浸材料46之厚度(在圖7之起點(origination)進入頁面)可為(例如)0.05 mm、小於0.1 mm、大於0.1 mm,0.1 mm、介於0.05與0.2 mm之間、小於0.3 mm、大於0.1 mm、小於0.4 mm、大於0.4 mm等。在圖7之說明性組態 中，預浸材料46具有細長矩形佈局。若需要，預浸材料46可具有其他形狀。圖7之實例僅為說明性的。

為了確保玻璃纖維強化區段14與碳纖維強化區段12之間的接頭足夠堅固，可能需要相對於橫向維度50以非零角度切割薄片14L、14M及14R之邊緣48。若需要，邊緣48可具有彎曲部分、Z字形部分、直線及彎曲部分，或不同類型之預浸材料之間的界面沿著縱向維度44展開的其他組態。

如圖7中所示，邊緣48可在橫向維度50上橫跨預浸材料46之高度H，且可沿著預浸材料46之長度覆蓋至少一些縱向距離W。W之值可為(作為一實例)10 mm至80 mm、小於80 mm、大於10 mm等。部分14L及14R中之玻璃纖維及部分12M中之碳纖維可平行於縱軸44定向，如由圖7中之纖維56所指示。圖7之纖維56之說明性定向(其中纖維56主要沿著佈局之長度延伸)可幫助增強產品強度。然而，若需要，可使用編織預浸體或纖維定向於不同方向之預浸體。作為一實例，編織預浸體可用於需要貫穿橫截面之強度及/或剛度的情形下或需要在製造期間將預浸體固持在一起的情形下。亦可使用具有不同特性之多個預浸體層(亦即，一些層可具備縱向定向纖維，一些層可具有編織纖維等)。

在使用工具42佈局預浸材料46(例如，單一層或多個層)後，可使用諸如滾捲工具52之製造設備來圍繞縱軸46捲起預浸材料46(例如，單一層或多個層)，從而形成預浸體之卷(亦即，預浸體之細長桿或股束)，諸如預浸體卷58。若 需要，在滾捲製程期間可將諸如纖維54之可選纖維併入至預浸材料46之中心。纖維54可由諸如玻璃或其他介電質之材料形成，或可由其他適當材料形成。纖維54之直徑可為約1 mm、小於2 mm、大於1 mm、介於0.5與2 mm之間，或其他適當大小。纖維54之存在可幫助減少併入至卷中之碳纖維的量(潛在地節省成本)且可促進對卷之處置。

在其捲起狀態，卷58之玻璃纖維及碳纖維預浸體可藉由以下來表徵：左手玻璃纖維部分14L之曝露部分具有長度L1、碳纖維部分12M之曝露(最外)部分具有長度W+L2，及右手玻璃纖維部分14R之曝露部分具有長度W+L1。歸因於邊緣48之非零角度之存在，沿著寬度W遍及卷58之橫截面在玻璃纖維與碳纖維之間存在逐漸過渡。

在部分14L之區域L1中，例如，將僅存在玻璃纖維。在部分12M之區域L2中，將僅存在碳纖維。然而，在部分14L之區域L1與部分12M之區域L2之間的過渡區域W中，將存在依在卷58之完全玻璃纖維段與卷58之完全碳纖維段之間的沿著卷58之長度的距離而變的平滑轉換。卷58之部分12M與部分14R之間的過渡將類似地展現碳纖維與玻璃纖維之間的平滑過渡。因為在卷58之碳纖維區段與玻璃纖維區段之間的接頭處存在碳纖維與玻璃纖維之各別濃度的平滑過渡，所以在所形成之成品(固化)纖維強化塑膠部分中此等接頭之所得強度得以增強。平滑過渡亦將大體上顯著較平滑，且可展現降低之翹曲，此可改良美觀性。

為了使未固化的預浸體卷58固化，可將未固化預浸體卷 58插入至模製工具60中之凹槽或其他形狀中。模製工具60可包括具有兩個或兩個以上部分之經加熱及加壓之模具。作為實例，該模具可具有帶有凹槽(其具有矩形環佈局及V形橫截面)之下部金屬板，且可具有平坦之上部金屬板。若需要，則可使用其他類型之橫截面形狀(例如，U形、半圓形、矩形等)。卷58之段14L及14M之末端可在模具60內彼此鄰接，使得將在模製之後形成完整環形狀。

在將未固化預浸體卷58插入至模具中之後，該模具可應用壓力及高溫以使環氧樹脂(或其他塑膠)固化。作為一實例，經加熱及加壓之模具設備60可應用熱以將模具60及預浸材料之溫度升高至120℃至200℃歷時3至90分鐘、0.1分鐘至200分鐘、小於1分鐘、大於1分鐘、小於4分鐘、大於4分鐘、1至50分鐘、5至20分鐘、小於20分鐘、大於20分鐘、30至45分鐘、小於45分鐘、或大於45分鐘(作為實例)。模具60之熱及壓力將使預浸體卷固化以產生固化之纖維強化塑膠零件。可在固化之後使用去毛邊製程(例如，使用刮刀、刀片或其他設備)來移除塑膠之雜散片，藉此產生圖7之成品纖維強化塑膠結構10。

如圖7中所示，纖維強化塑膠結構10可具有諸如玻璃纖維強化區段14之透通無線電段，且可具有諸如碳纖維強化區段12之硬質不透通無線電段(亦即，區段12可比區段14較不透通無線電)。區段14可由卷58之部分14L及14R形成，且可具有諸如接頭62之接頭(在模具中部分14L及14R之末端在該接頭處彼此鄰接)。

裝配設備64可用以將纖維強化塑膠結構10併入至成品66中。產品66可為諸如電子器件(例如，平板電腦)之撓性蓋的附件，可為平板電腦、電腦、攜帶型電話或其他手持型器件、攜帶型電腦、音樂播放器、電視或其他電子設備中之外殼壁或內部外殼結構，或可與任何其他適當組合件或設備相關聯。

前述內容僅說明本發明之原理，且在不脫離本發明之範疇及精神的情況下，熟習此項技術者可作各種修改。

10‧‧‧纖維強化塑膠結構

12‧‧‧區段

12M‧‧‧中央碳纖維預浸薄片

14‧‧‧區段

14L‧‧‧左玻璃纖維預浸薄片

14R‧‧‧右玻璃纖維預浸薄片

16‧‧‧方向

18‧‧‧方向

20‧‧‧鉸鏈軸

22‧‧‧擋板

24‧‧‧擋板

26‧‧‧電子器件

28‧‧‧外殼

30‧‧‧顯示器

32‧‧‧蓋

34‧‧‧天線

36‧‧‧無線信號

38‧‧‧線

40‧‧‧方向

42‧‧‧佈局工具

44‧‧‧縱軸

46‧‧‧預浸材料

48‧‧‧邊緣

50‧‧‧橫向維度

52‧‧‧滾捲工具

54‧‧‧纖維

56‧‧‧纖維

58‧‧‧預浸體卷

60‧‧‧模製工具/模具/模具設備

62‧‧‧接頭

64‧‧‧裝配設備

66‧‧‧成品/產品

圖1為根據本發明之一實施例之說明性纖維強化塑膠結構的透視圖。

圖2為根據本發明之一實施例之說明性電子器件及相關聯蓋的透視圖。

圖3為根據本發明之一實施例之處於蓋中之說明性電子器件的橫截面側視圖，其展示處於蓋中之纖維加強結構如何可具有透通無線電部分及非透通無線電部分。

圖4為根據本發明之一實施例的圖1中所展示的類型之纖維強化結構的一部分的橫截面圖，其中該纖維強化結構具有三角形橫截面。

圖5為根據本發明之一實施例的圖1中所展示的類型之纖維強化結構的一部分的橫截面圖，其中該纖維強化結構具有矩形橫截面。

圖6為根據本發明之一實施例的圖1中所展示的類型之纖維強化結構的一部分的橫截面圖，其中該纖維強化結構具 有L形橫截面。

圖7為展示根據本發明之一實施例的圖1中所展示的類型之纖維強化塑膠結構可經建構及併入到成品組合件中的方式的圖。

10‧‧‧纖維強化塑膠結構

12‧‧‧區段

14‧‧‧區段

16‧‧‧方向

18‧‧‧方向

20‧‧‧鉸鏈軸

22‧‧‧擋板

24‧‧‧擋板

26‧‧‧電子器件

28‧‧‧外殼

30‧‧‧顯示器

32‧‧‧蓋

38‧‧‧線

40‧‧‧方向

Claims (20)

1. 一種無線器件蓋，其包含：一前部擋板，其包括一支撐框架；一後部蓋；及一撓性部分，其耦接至該前部擋板之一邊緣及該後部蓋之一邊緣，其中該撓性部分形成允許該前部擋板相對於該後部蓋旋轉之一鉸鏈；該支撐框架包含：一第一區域，其包含藉由第一組纖維強化之一塑膠材料，該第一組纖維由(comprised of)一不透通無線電(non-radio transparent)材料組成，一第二區域，其包含藉由第二組纖維強化之一塑膠材料，該第二組纖維由一透通無線電材料組成，其中該第二區域經組態以與包括於意欲置放於該無線器件蓋內之一無線器件中的一天線對準，及一纖維組件，其透過該第一區域及該第二區域被併入該支撐框架，該纖維組件由該透通無線電材料組成。
2. 如請求項1之無線器件蓋，其中該支撐框架經形成為一環，沿著該前部擋板之一周邊安置。
3. 如請求項2之無線器件蓋，其中該環進一步包含具有圓形拐角之一矩形。
4. 如請求項2之無線器件蓋，其中該第一組纖維及該第二組纖維定向於該環之方向上。
5. 如請求項2之無線器件蓋，其中該第一組纖維及該第二 組纖維定向於一多向織物中。
6. 如請求項1之無線器件蓋，其中該第一組纖維由碳纖維組成。
7. 如請求項6之無線器件蓋，其中該第二組纖維由玻璃纖維組成。
8. 如請求項7之無線器件蓋，其中該塑膠材料由環氧樹脂組成。
9. 如請求項2之無線器件蓋，其中該環具有一矩形橫截面。
10. 如請求項2之無線器件蓋，其中該環具有一L形橫截面。
11. 如請求項2之無線器件蓋，其中該環具有一三角形橫截面。
12. 如請求項1之無線器件蓋，其中該後部蓋包括一第二支撐框架，該第二支撐框架進一步包含：一第一區域，其包含藉由第一組纖維強化之一塑膠材料，一第二區域，其包含藉由第二組纖維強化之一塑膠材料，該第二組纖維進一步包含一透通無線電材料，其中該第二區域經組態以與包括於意欲置放於該無線器件蓋內之一無線器件中的一天線對準，及一第三區域，其安置於該第一區域與該第二區域之間，在該第三區域中該第一組纖維逐漸過渡至該第二組纖維。
13. 一種用於形成一無線器件蓋之一支撐框架的方法，該方 法包含：接收第一組纖維且將該第一組纖維定位於一佈局工具之一第一區域中；接收由一透通無線電材料形成之第二組纖維且將該第二組纖維定位於一佈局工具之一第二區域中，其中允許該第二組纖維之一部分與該第一組纖維重疊以產生一第三區域，在該第三區域中該第一組纖維逐漸過渡至該第二組纖維；藉由用一塑膠材料及固化劑浸漬該第一組纖維及該第二組纖維來產生一預浸層；將至少一預浸層置放於一模具內，其中該模具經組態以將該至少一預浸層塑形為一支撐框架；固化該至少一預浸層；自該所得支撐框架修整任何過量材料；及將該支撐框架耦接至一無線器件蓋之一撓性前部擋板。
14. 如請求項13之方法，其中該第二區域經組態以與意欲定位於該無線器件蓋內之一無線器件中之一天線對準。
15. 如請求項14之方法，其進一步包含在該固化製程期間對該至少一預浸層施加壓力。
16. 如請求項15之方法，其中固化該至少一預浸層進一步包含：將熱應用至該等預浸層歷時一預定時間量。
17. 如請求項15之方法，其中固化該至少一預浸層進一步包含：將該至少一預浸層曝露於紫外線輻射。
18. 如請求項14之方法，其中該第一組纖維由碳纖維組成。
19. 如請求項18之方法，其中該第二組纖維由玻璃纖維組成。
20. 如請求項19之方法，其中該塑膠材料由環氧樹脂組成。