一種電子產品框體一體成型結構件及其製作方法與流程

2023-07-11 04:05:41

本發明涉及一種電子產品框體一體成型結構件及其製作方法。

背景技術：

隨著手機、可穿戴產品、移動電子等3C電子產品(Computer、Communication、Consumer Electronics，計算機、通信和消費電子)輕薄化、時尚化、實用化的產品需求，現有的電子產品外殼越來越多的採用比鋁合金材料更輕，強度比鋼更高，導熱性比塑膠更好的碳纖維材料，以滿足產品厚度越來越薄，整機的強度越來越高，質量輕，耐高溫且散快的需求。

為滿足高強度需求，外殼部分一般採用比強度、比模量高於鋼7倍以上的熱壓成型碳纖維編織布，但由於材料及熱壓工藝限制，只能製作成結為平面及弧面的片材，無法滿足結構複雜的3C電子產品需求。

即使是對於結構簡單的碳纖維產品，也需要多層熱壓緩慢成型，且受熱壓工藝限制，產品熱壓完後還需採用大量的CNC加工，在結構件上加工出無法熱壓成型的產品結構，使材料成本本來就高的碳纖維產品價格更加昂貴。

碳纖維材料雖然輕便且強度高，比重只有鋼的1/4，但同時也導致了其韌性及耐衝擊性相對較差，在日常使用時因受外力擠壓、強力撞擊、彎曲等變形量過大狀況，導致昂貴的碳纖維產品易斷裂，開裂或損壞。

隨著手機輕薄化的發展，越來越多的採用金屬材料作為內部的結構支撐，但由於塑膠與金屬的熱膨脹係數及收縮率不一致，金屬與塑膠一體成型後存在較大變形，導致現有手機結構不得不主體使用金屬而局部使用塑膠，雖然手機厚度降低，強度增加，但重量也相應增加，導致手機外殼及屏幕更容易摔傷。

因此需要一種工藝簡單並實現電子產品複雜結構，整機強度高，質量輕，抗摔傷，防碎屏的3C電子產品外殼結構，同時製作工藝簡單，製造成本低且適合大規模量產的碳纖維外殼製作工藝，滿足3C電子產品結構件輕薄時尚且實用化的發展趨勢。

技術實現要素：

本發明的主要目的在於克服現有技術的不足，提供一種電子產品框體一體成型結構件及其製作方法，實現整機結構輕薄，強度高，質量輕，成型精度好，能以簡單的工藝低成本高質量地實現框體複雜結構。

為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：

一種電子產品框體一體成型結構件，包括由碳纖維片材製作成的碳纖維片材外框和由金屬製作成的金屬內框，所述碳纖維片材外框和所述金屬內框通過注塑碳纖維樹脂複合材料成型為一體。

進一步地：

所述碳纖維片材為多張單層碳纖維布與樹脂浸潤疊加後通過熱壓製成的。

所述碳纖維片材熱壓固化成型為圓筒形，所述碳纖維片材外框為圓筒形的所述碳纖維片材切割形成的環狀碳纖維基材。

所述碳纖維片材外框的內側壁具有用於加強與所述碳纖維樹脂複合材料結合的拉膠結構，所述拉膠結構包括外凸結構和/或內凹結構，優選地，所述拉膠結構包括為T型的突起和/或凹槽。

所述金屬內框為鋁合金或不鏽鋼或鈦合金或鎂合金的內框，優選地，所述金屬內框通過壓鑄、澆鑄、鍛壓、衝壓、衝切、CNC加工中的一種或多種加工方式製成。

所述金屬內框的外側壁具有用於加強與所述碳纖維樹脂複合材料結合的拉膠結構，所述拉膠結構包括外凸結構和/或內凹結構。

所述碳纖維片材外框和所述金屬內框的表面經處理，以形成有用於加強與所述碳纖維樹脂複合材料結合的微孔，或增加底塗粘結劑。

所述碳纖維片材外框的厚度為0.3～5.5mm，所述碳纖維樹脂複合材料形成的中間注塑結構的平均厚度0.4～2.5mm，優選地，所述碳纖維樹脂複合材料為包含聚鄰苯二甲醯胺和碳纖維的複合材料。

所述碳纖維樹脂複合材料的至少一部分還注塑成型為電子產品內部的裝配構件，優選地，所述裝配構件包括扣位、筋位、固定位、支撐位中的一種或多種。

一種製作所述的電子產品框體一體成型結構件的製作方法，包括：

製作碳纖維片材外框；

製作成金屬內框；

將所述碳纖維片材外框和所述金屬內框放入注塑模具，通過注塑碳纖維樹脂複合材料使所述碳纖維片材外框和所述金屬內框相結合成型為一體；優選地，所述碳纖維樹脂複合材料的至少一部分還注塑成型為電子產品內部的裝配構件。

本發明的有益效果：

本發明的電子產品框體一體成型結構件及製備方法，其結構輕薄，強度高，質量輕，精度好，以簡單工藝實現其複雜結構，滿足手機、可穿戴產品3C電子產品結構件輕薄、抗摔性優、耐用和實用化的要求，同時其生產成本低，製備工藝簡單，適合大規模量產。本發明實施例的具體優點體現在以下諸多方面：

1、提供一種碳纖維片材外框+注塑碳纖維樹脂複合材料+金屬內框的電子產品框體一體成型結構件，易於大規模量產。

2、解決碳纖維片材無法應用於複雜結構的3C電子產品結構件的結構及製作工藝問題，通過熱壓碳纖維片材與注塑碳纖維樹脂複合材料成型結構的互補，實現結構功能和提升結構性能的同時降低了生產成本。

3、改善了碳纖維片材因強度高導致的韌性及抗衝擊性差問題，使碳纖維材料的3C電子產品可適用於日常生活中的各種跌落及局部衝擊情況，解決了結構件抗衝擊性差易開裂問題。

4、利用熱壓碳纖維輕薄的特性(可低至0.3mm)，在實現3C電子產品結構件輕薄高強度的同時，降低了結構件厚度，同時避免因厚度降低導致的整機強度弱等問題，從而進一步的實現了電子產品更輕薄、更便攜、更時尚的需求。

5、解決纖薄結構碳纖維片材無法承受過大外力而易彎曲、開裂、折斷損壞的難題，注塑碳纖維樹脂複合材料使纖薄碳纖維片材外框在內部有支撐保護，並有效吸收跌落或撞擊破壞力，使其具備較好防摔抗損壞性能。

6、藉助碳纖維材料的高導熱性，解決了傳統3C電子產品內部電子元件發熱量大導致散熱困難的問題，避免內部電子元件溫度過高而損毀，從而增加了昂貴的電子產品的使用周期。

7、優選使用收縮率小的注塑碳纖維樹脂複合材料配方，解決塑膠材料與熱壓碳纖維材料因收縮比不同而導致的產品內應力變形及尺寸管控問題，成型精度高，品質管控難度低，良率高且易於量產。

8、碳纖維片材外框、注塑碳纖維複合材料、金屬內框的材質結構一體成型，結構強度穩定可靠，生產尺寸穩定良品率高，適用於大規模量產。

9、有利於打破傳統外觀審美的疲勞，碳纖維材質實現產品外觀的時尚新穎，給消費者提供高端大氣的消費及使用體驗。

10、利用碳纖維材料抗輻射、抗放射的材料特性，降低電子產品內部的電磁輻射對人體的傷害，使碳纖維材料的電子產品不但實用，耐用，且更加的健康。

11、碳纖維片材、金屬內框與注塑碳纖維樹脂複合材料還可結合底塗粘結劑、軟膠、矽膠等各種材質進行綜合應用，提供了新的材料及工藝及外觀組合，進一步滿足消費者對3C電子產品實用、時尚、耐用的需求。

附圖說明

圖1為本發明一種實施例中碳纖維片材熱壓固化成型為圓筒形的結構示意圖；

圖2為本發明一種實施例中由圓筒形的碳纖維片材切割形成的碳纖維片材外框；

圖3為圖2所示的碳纖維片材外框的局部H的放大圖；

圖4和圖5分別為本發明一種實施例中的金屬內框的正反兩面立體示意圖；

圖6和圖7分別為本發明一種實施例中的碳纖維片材外框+金屬內框在注塑碳纖維樹脂複合材料前的正反兩面立體示意圖；

圖8和圖9分別為本發明一種實施例中的碳纖維片材外框+金屬內框在注塑碳纖維樹脂複合材料後的正反兩面立體示意圖；

圖10至圖12分別為本發明一種實施例中的電子產品框體一體成型結構件的主視圖、E-E截面圖和局部G的局部放大圖；

圖13和圖14分別為本發明一種實施例中的電子產品框體一體成型結構件經過後續CNC加工的正反兩面立體示意圖。

具體實施方式

以下對本發明的實施方式作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的範圍及其應用。

參閱圖1至圖14，在一種實施例中，一種電子產品框體一體成型結構件，包括由碳纖維片材製作成的碳纖維片材外框1和由金屬製作成的金屬內框2，所述碳纖維片材外框1和所述金屬內框2通過注塑碳纖維樹脂複合材料3成型為一體。

在優選的實施例中，所述碳纖維片材為多張單層碳纖維布與樹脂浸潤疊加後通過熱壓製成的。

在優選的實施例中，所述碳纖維片材熱壓固化成型為圓筒形，所述碳纖維片材外框1為圓筒形的所述碳纖維片材切割形成的環狀碳纖維基材。

在優選的實施例中，所述碳纖維片材外框1的內側壁具有用於加強與所述碳纖維樹脂複合材料3結合的拉膠結構101，所述拉膠結構包括外凸結構和/或內凹結構，更優選地，所述拉膠結構包括為T型的突起和/或凹槽。

在優選的實施例中，所述金屬內框2為鋁合金或不鏽鋼或鈦合金或鎂合金的內框。所述金屬內框2可以通過壓鑄、澆鑄、鍛壓、衝壓、衝切、CNC加工中的一種或多種加工方式製成。

在優選的實施例中，所述金屬內框2的外側壁具有用於加強與所述碳纖維樹脂複合材料3結合的拉膠結構，所述拉膠結構包括外凸結構和/或內凹結構。

在優選的實施例中，所述碳纖維片材外框1和所述金屬內框2的表面經處理，以形成有用於加強與所述碳纖維樹脂複合材料3結合的微孔，例如納米級微孔，或是增加底塗粘結劑等輔助材料。

在優選的實施例中，所述碳纖維片材外框1的厚度為0.3～5.5mm，所述碳纖維樹脂複合材料3形成的中間注塑結構的平均厚度0.4～2.5mm，更優選地，所述碳纖維樹脂複合材料3為包含聚鄰苯二甲醯胺和碳纖維的複合材料。

在優選的實施例中，所述碳纖維樹脂複合材料3的至少一部分還注塑成型為電子產品內部的裝配構件。所述裝配構件可以包括扣位、筋位、固定位、支撐位等。

在另一種實施例中，一種製作前述任一實施例的電子產品框體一體成型結構件的製作方法，包括：

製作碳纖維片材外框1；

製作成金屬內框2；

將所述碳纖維片材外框1和所述金屬內框2放入注塑模具，通過注塑碳纖維樹脂複合材料3使所述碳纖維片材外框1和所述金屬內框2相結合成型為一體。在優選的實施例中，所述碳纖維樹脂複合材料3的至少一部分還注塑成型為電子產品內部的裝配構件。

以下結合附圖進一步描述本發明具體實施例及其優點。

在具體實施例中，一種電子產品框體一體成型結構件可以採用以下具體工藝來製備。

根據產品的要求使用熱壓工藝製作圓筒形狀的碳纖維片材。其中，根據產品厚度要求，使用多張單層碳纖維布與樹脂浸潤疊加製成碳纖維熱壓原料。根據產品外形，開設碳纖維熱壓模具，並將製作好的碳纖維布放入熱壓模具中壓成所需要的圓筒形狀，並在高溫條件下固化成型。本例中碳纖維片材上還設計有加強碳纖維片材與碳纖維樹脂複合材料的拉膠孔。碳纖維片材的厚度較佳為0.3～5.5mm,低於0.3mm時，碳纖維片材在使用過程中易斷裂，過厚則會導致成本較高。

對圓筒形狀的碳纖維片材進行切割和切削等機械加工，製成所需的碳纖維片材外框結構。其中，使用機加工切割或雷射切割工藝，將碳纖維圓筒切割成要求厚度的環狀碳纖維基材。在碳纖維環狀基材的內側壁加工出外凸或內凹的T型槽，以便於碳纖維樹脂複合材料有效結合。通過機械加工碳纖維基材的高度與外形尺寸，及工藝所需的定位結構，製作成可模內注塑用的碳纖維片材外框。

使用鋁合金壓鑄工藝或不鏽鋼鍛壓工藝等方式製造金屬內框，並在內框上壓鑄、鍛壓、或CNC加工出與塑膠結合的拉膠結構。其中，可以在金屬內框外圍側壁兩端上下面上加工燕尾槽，平面橫向倒扣等拉膠結構。可以在金屬內框外圍側壁上加工凹槽，圓槽等利於拉膠及結合的結構。此工序可以包含衝切、整形、多次衝/鍛壓等壓鑄與鍛壓的整體工藝工序。

對碳纖維片材外框和金屬內框進行表面處理，使之能與碳纖維樹脂複合材料緊密的結合在一起。其中，將碳纖維片材外框放入自動刷膠機的固定治具內，使用自動刷膠機在碳纖維片材外框需與碳纖維樹脂複合材料結合的區域刷上底塗粘結劑，刷完後按使用要求烘乾備用。對金屬內框表面進行E/T等能增強碳纖維樹脂複合材料與金屬結合力的納米處理，使之與注塑碳纖維能有效結合。

碳纖維片材外框及金屬內框共同放入碳纖維注塑模具中，注塑碳纖維樹脂複合材料。其中，將底塗劑處理完的碳纖維片材外框放入注塑模具中，可通過模具上定位孔或利用碳纖維片材基準面固定。對金屬內框按要求進行預熱處理，並放入注塑模具中，通過模具上的定位孔或邊進行固定。塑膠模具合模並注塑碳纖維樹脂複合材料，作為注塑材料的碳纖維樹脂複合材料可以採用按重量百分比計的PPA(聚鄰苯二甲醯胺)70％+CF(碳纖維)30％複合材料，在碳纖維片材外框與金屬內框的間隙結構上進澆，填充在碳纖維片材外框周邊，及填充3C電子產品內部所需且無法熱壓的結構，主要作用有:

固定碳纖維片材的外形，使碳纖維片材外框與碳纖維複合材料結合為一體，由片材外框轉換為穩固的結構件，並起到固定碳纖維片材尺寸的作用；

在與碳纖維片材外框結合的同時，與金屬內框同步結合，並填充進碳纖維及金屬內框的位膠結構中，使碳纖維內框與碳纖維複合材料、金屬形成緊密穩固的結合；

通過注塑碳纖維樹脂複合材料，直接成型3C電子產品內部複雜的扣位，筋位、固定位，支撐位等無法熱壓成型的複雜結構，彌補熱壓碳纖維片材無法製成複雜結構且成本高昂的缺陷。

本例中的注塑填充碳纖維樹脂複合材料上設計有增強碳纖維片材結合力的拉膠孔。

產品中間的注塑結構平均厚度較佳為0.4～2.5mm，使材料有效填充並降低產品厚度，利於填充的同時有效固定和保護碳纖維片材。

將碳纖維與金屬一體成型的結構件進行後續的側按鍵孔，天線斷點、天線觸點、接地點、裝配尺寸餘量等CNC精加工。

可根據產品要求對金屬件件進行拋光、UV、噴塗等表面裝飾處理，獲得高強度、高硬度、新穎光亮，時尚高端的碳纖維質感效果。

根據產品的實際需求，金屬內框結構件也可選用壓鑄成型的壓鑄鋁、衝壓工藝製成的鋁合金結構，不鏽鋼結構、澆鑄成型的鈦合金等材料，製成高導熱、高強度、防摔傷、抗變形的金屬一體成型件，並且大量節約了金屬材料實現3C電子產品複雜結構的CNC加工量，大幅降低了生產製造成本。

以上內容是結合具體/優選的實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，其還可以對這些已描述的實施方式做出若干替代或變型，而這些替代或變型方式都應當視為屬於本發明的保護範圍。