WO2013163885A1 - 一种碳纤维构件的制造方法及该方法制得的碳纤维构件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳纤维构件的制造方法，包括：将第一侧表面具有纹理的膜片置于模具内，且所述膜片的第二侧表面与所述模具的内壁相抵；自所述模具上的注入口，向所述第一侧表面注入融熔碳纤维复合塑料，获得具有第一形状的构件；通过去除材料工艺使所述具有第一形状的构件获得具有第二形状的构件。与现有技术相比，本发明提供的制造方法在确保构件使用强度需求的基础上，可有效提高加工效率；并且应用本方法制得的碳纤维构件表面具有能够带来良好外观效果的碳纤维纹理。在此基础上，本发明还提供一种应用该制造方法制得的碳纤维构件。

Description

一种碳纤维构件的制造方法及该方法制得的碳纤维构件 技术领域

本发明涉及碳纤维构件的工艺技术， 具体涉及一种碳纤维构件的制造方 法及该方法制得的碳纤维构件。 背景技术

伴随着科技的发展及应用需求的提高， 各类电子产品不断推陈出新， 并 逐渐呈现出轻薄化的发展趋势； 同时， 在整机性能相同的前提下， 良好的产 品外观效果将直接影响到用户的选择。

例如， 现在的手机以大屏幕、 轻薄化作为主要发展趋势。 众所周知， 釆 用大屏幕、 轻薄化设计后， 必然会使手机外壳的强度降低， 故现有设计通常 选用比强度更高的材料制作手机外壳。 碳纤维复合材料是一种力学性能优异 的新材料， 与钢材相比， 它的比重不到钢材的 1/4 , 而抗拉强度是钢材的 7~9 倍； 目前， 随着碳纤维复合材料在各技术领域的广泛应用， 它在手机外壳或 其他承载构件上也多有应用。 特别是， 碳纤维布表面的特殊编织紋理能够带 来更为丰富的外观视觉效果。

现有技术釆用多层碳纤维布釆用热固性胶水粘叠加后热压成型， 后期再 合结构。 然而， 该工艺受自身特点的限制存在以下无法克服的缺陷： a.多层碳 纤维布压制成型的时间较长（热压 +冷压）， 产能低， 成本高； b.由于多层碳 纤维布通过热固性胶水粘合， 因此， 加工获得的卡扣结构较脆， 强度不足； c.构件在压制成型过程中，碳纤维布会因拉伸而产生扭曲，造成构件表面碳纤 维紋理外观不均匀， 影响外观质量。

有鉴于此，亟待另辟蹊径针对现有碳纤维构件的制作工艺进行优化设计， 在有效提高构件强度的基础上， 还能够兼顾产能及良好的外观效果等要求。 发明内容

针对上述缺陷， 本发明解决的技术问题在于， 提供一种碳纤维构件的制 造方法。 在此基础上， 本发明还提供一种应用该制造方法制得的碳纤维构件。

本发明提供的一种碳纤维构件的制造方法， 包括：

将第一侧表面具有紋理的膜片置于模具内， 且所述膜片的第二侧表面与 所述模具的内壁相抵；

自所述模具上的注入口 , 向所述第一侧表面注入融熔碳纤维复合塑料， 获得具有第一形状的构件；

通过去除材料工艺使所述具有第一形状的构件获得具有第二形状的构 件。

与现有技术相比， 本发明所述碳纤维构件的制造方法合理地整合了模内 装饰、 注塑及去除材料等工艺手段。 本方法以模内装饰用膜片作为载体， 形 成外观体现的紋理， 从而满足了良好外观效果的用户需求； 另一方面， 相比 于传统的釆用热固性胶水粘叠加热压成型的方法而言， 注塑成形大大提高了 生产效率， 可有效解决现有技术产能低、 成本高的问题。 此外， 本方法基于 注塑、 去除材料工艺合理分配了加工余量， 注塑时产品厚度可以相对较大， 避免了薄壁等特殊构件注塑成型良品率低的问题， 对于成型设备要求相对较 低， 可进一步控制加工成本。 显然， 在较高构件强度的基础上， 釆用该制造 方法制得的碳纤维构件还能够满足产能及良好的外观效果等方面的要求。

本发明还提供一种由前述制造方法制得的碳纤维构件。

本发明提供的碳纤维构件制造方法可适用于具有承载强度要求的薄轻类 构件， 特别适用于不同电子设备的薄壁类构件。 附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案， 下面将对实施例描述中所 需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本发 明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前 提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。

图 1为第一实施例所述碳纤维构件制造方法的流程框图；

图 2为第一实施例所述碳纤维构件制造方法的各工序简图；

图 3为第二实施例所述碳纤维构件制造方法的流程框图。

图中：

膜片 1、 第一侧表面 11、 第二侧表面 12、 模具 2、 注入口 3。 具体实施方式

本发明的核心是提供一种碳纤维构件的制造方法， 在满足较高产能的基 础上， 使得釆用该制造方法制得的碳纤维构件还能够满足承载强度及良好 外观效果的要求。 下面结合说明书附图具体说明本实施方式。

不失一般性， 本实施方式以手机为主体进行详细说明。 应当理解， 基于 如， 笔记本电脑或者 PAD平板电脑等。

该手机的外壳及嵌装于外壳上的显示屏（或兼具显示和输入功能）和按 键构成完整的手机壳体， 且手机壳体内部设置有电子元器件， 例如， 天线、 电源与功率控制模块、 无线通信处理器、 射频电路、 移动电话公司的 SIM卡 (分离的或不分离的）、为存放若干电话号码等信息的可改写可编程存储器、语 言处理模块和用于写电话号码的接口等。 除外壳之外， 其他功能元器件均可 以应用现有技术， 本文不再赘述。

请参见图 1 , 该图为第一实施例所述碳纤维构件制造方法的流程框图。 本实施方式所述手机的外壳应用该制造方法制成。 为便于理解， 请一并 该方法按照下述步骤执行： a.制备具有预定形状的膜片 1 , 该膜片 1的第一侧表面 11具有紋理。 该紋理可以釆用涂覆油墨的方式形成， 优选釆用压印工艺获得装饰用紋理。 应当理解， 对于本申请所述碳纤维构件的制造方法而言， 制备具有预定形状 的膜片为可选 /优选步骤。

b.将步骤 a制得的膜片 1置于模具 2内， 且该膜片 1的第二侧表面 12与 模具 2的内壁相抵。注塑完成后该第二侧表面 12即形成于该手机外壳的外表 面。

c.合模， 进行融熔碳纤维复合塑料的注入； 优选地， 注入口 3设置在该膜 片 1的第一侧表面 11的同侧， 以向第一侧表面注入融熔碳纤维复合塑料； 进 而形成以碳纤维复合塑料为主体的外壳基体。

d.开模， 获得具有第一形状的外壳。

e.将具有第一形状的外壳通过去除材料工艺获得具有第二形状的外壳，该 第二形状与外壳的预定形状相同。本文所涉及的预定形状即为产品设计形状； 应当理解， 本步骤所涉及的去除材料工艺包含壳体壁厚的加工， 同时也包含 卡扣等实体功能结构以及孔、 槽等具体功能结构 （图中未示出） 的加工。

本方法釆用了 IML ( In-mould-label, 模内装饰成型）技术， 以膜片 1作 为体现装饰紋理的载体， 以根据指示功能或者外观效果的要求获得预期的质 感， 具有良好外观的体验， 并且， 由于紋理附着在膜片 1 的内侧表面上， 因 此不会出现变色、 脱色等现象， 装饰效果始终如一； 同时， 外壳基材釆用碳 纤维复合塑料注塑成形， 同现有技术相比， 生产效率大大提高了， 并且具有 较高的强度。 此外， 具体执行过程中， 本领域技术人员完全可以基于注塑、 去除材料工艺合理确定加工余量， 可大大降低注塑工序的工艺成本。

其中， 本方法所用膜片 1 的材料可以根据实际情况进行选择， 例如， 釆 用 PET塑料或者 PC塑料。膜片 1第一侧表面 11上的紋理可以为碳纤维布紋 理， 其有机的平面排序可以与实际碳纤维紋理的完全相同。 进一步地， 也可 以通过压印形成三维紋样， 也就是说， 相应紋样的内陷深度也与实际碳纤维 紋理的相同。 由此进一步升其产品的丰富性， 带给用户更加饱满的视觉体验 和更力。逼真地材质感。

此外， 三维紋样的设计还可以使得融熔碳纤维复合塑料在毛细作用下进 入内陷的紋样当中， 增加了膜片 1与融熔碳纤维复合塑料之间的比表面积， 进而提高固化成型后两者之间的接合稳固程度， 有效防止膜片 1的开裂。

可以理解的是， 该三维紋样的内陷深度也可以釆用去除材料工艺形成。 作为母材的膜片 1碳纤维布厚度较薄， 釆用去除材料工艺形成该碳纤维布紋 理必然需要工艺成本较高的技术措施， 因此， 釆用压印工艺在膜片 1 的第一 侧表面 11形成三维的碳纤维紋理， 为最优方案。

上述方案中， 膜片 1第一侧表面 11上的紋理为碳纤维布紋理， 显然， 也 可以将紋理设计为其他艺术图案， 以获得更为个性化的艺术效果。 随着社会 的进步， 科技、 经济的快速发展， 消费者对更为个性化的品味追求不断提高， 为此， 手机外壳的紋理设计也将不断推陈出新， 例如更加数字化的三维紋样、 或者是模仿机械加工留下的痕迹， 或者是模仿更加接近自然， 仿佛能够直接 触摸到树木、 毛皮、 金属的质感， 提高产品的真实感。

色彩设计在紋理设计中同样起着重要的作用，为了满足不同群体的需要， 即使完全相同的图案也可以有多种配色方案。 例如： 对于碳纤维紋理， 最常 用的配色方案为黑色或白色。本方案也可以釆用了更为丰富多彩的配色方案， 如： 玛瑙粉、 珊瑚蓝、 酒红、 日光橙、 棕色、 金属灰等， 这些配色方案均可 以在膜片 1上印制实现， 从而使手机外壳具有多种亮丽的色彩。

针对本实施方式所述手机外壳等薄壳类碳纤维构件， 本方法实际执行过 程时应当兼顾注塑工艺难度及加工成本。 经生产试验确定， 对于设计碳纤维 复合塑料层的厚度为 0.3mm~0.6mm的外壳产品，或者说，对于具有第二形状 的构件中碳纤维复合塑料层的厚度为 0.3mm~0.6mm的成品，其前序工序当中 所述具有第一形状的构件中碳纤维复合塑料层的厚度为 1.0mm~2.0mm。 此工 序尺寸配置， 一方面能够有效适应碳纤维复合塑料的流动性， 在确保半成品 的注塑良率的基础上， 可降低该工序选用成型设备的要求； 另一方面可以实 现复杂的产品结构，并最大限度地控制去除材料工序的加工余量及加工成本。

此外， 去除材料工艺优选釆用 CNC ( Computer numerical control, 计算 机数字控制）机床去除相应的材料， CNC机床有如下特点： 加工精度高， 具 有稳定的加工质量； 可进行多坐标的联动， 能加工形状复杂的零件； 生产率 高， 一般为普通机床的 3~5倍； 自动化程度高， 可以减轻操作者的劳动强度； 批量化生产， 产品质量容易控制。 因此， 釆用 CNC机床可进一步提高产能、 控制产品精度。

为了避免融熔碳纤维复合塑料在流动过程中， 影响前述紋理的附着稳定 性， 可进一步针对其具体注塑工艺参数作合理优化。 优选地， 融熔碳纤维复 合塑料的注塑压力不大于 100MPa、 射速不大于 60mm/s; 经生产试验确定， 对于设计碳纤维复合塑料层的厚度为 0.3mm~0.6mm的外壳产品，注塑压力为 70MPa、 射速为 30mm/s能够获得兼顾注塑产能和良率的最佳效果。

如前述第一实施例所述碳纤维构件的制造方法， 其中步骤 a为可选碳纤 维构件的制造方法优选步骤， 基于此， 本文还提供另外一种有关碳纤维构件 制造方法的实施例， 具体请参见图 3 , 该图示出第二实施例所述碳纤维构件 的制造方法的流程框图。

该方法按照下述步骤执行：

b.将具有预定形状的膜片 1置于模具 2内， 该膜片 1的第一侧表面 11具 有紋理， 且该膜片 1的第二侧表面 12与模具 2的内壁相抵。 注塑完成后该第 二侧表面 12即形成于该手机外壳的外表面。

c.合模，进行融熔碳纤维复合塑料的注入，形成以碳纤维复合塑料为主体 的外壳基体。

d.开模， 获得具有第一形状的外壳。

e.将具有第一形状的外壳通过去除材料工艺获得具有第二形状的外壳，该 第二形状与外壳的预定形状相同。 应用理解， 本发明关于碳纤维手机外壳制造方法的设计构思还可以应用 于 PAD电脑、 笔记本电脑等电子设备的外壳或者其他承载构件当中。

以上所述仅是本发明的优选实施方式， 应当指出， 对于本技术领域的普 通技术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以做出若干改进和润 饰， 这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

权 利 要 求 书

1、 一种碳纤维构件的制造方法， 其特征在于， 包括：

将第一侧表面具有紋理的膜片置于模具内， 且所述膜片的第二侧表面与 所述模具的内壁相抵；

自所述模具上的注入口， 向所述第一侧表面注入融熔碳纤维复合塑料， 获得具有第一形状的构件；

通过去除材料工艺使所述具有第一形状的构件获得具有第二形状的构 件。

2、 根据权利要求 1所述的碳纤维构件的制造方法， 其特征在于， 所述构 件为薄壁类构件。

3、 根据权利要求 1或 2所述的碳纤维构件的制造方法， 其特征在于， 所 述具有第一形状的构件中碳纤维复合塑料层的厚度为 1.0mm~2.0mm, 所述具 有第二形状的构件中碳纤维复合塑料层的厚度为 0.3mm~0.6mm。

4、根据权利要求 1至 3任意一项所述的碳纤维构件的制造方法， 其特征 在于， 所述融熔碳纤维复合塑料的注塑压力不大于 100MPa、 射速不大于

60mm/s。

5、根据权利要求 1至 4任意一项所述的碳纤维构件的制造方法， 其特征 在于， 所述去除材料工艺为釆用计算机数字控制机床去除相应的材料。

6、根据权利要求 1至 5中任一项所述的碳纤维构件的制造方法， 其特征 在于， 所述紋理为釆用压印工艺形成的碳纤维紋理。

7、 根据权利要求 6所述的碳纤维构件的制造方法， 其特征在于， 所述碳 纤维布紋理具体为三维紋样。

8、根据权利要求 1至 7任意一项所述的碳纤维构件的制造方法， 其特征 在于， 所述膜片的材料具体为 PET塑料或者 PC塑料。

9、 一种由权利要求 1至 8中任一项所述制造方法制得的碳纤维构件。

10、 根据权利要求 9所述的碳纤维构件， 其特征在于， 所述碳纤维构件 具体为手机外壳或平板电脑外壳