使用由不同类型的纤维形成的片段形成纤维强化结构的方法
【专利摘要】本发明提供了用于形成支撑结构和电子设备外壳构件的纤维强化结构，所述纤维强化结构可包括多种类型的纤维。由诸如玻璃纤维的第一类型纤维形成的所述结构的第一部分可为无线电可透的。由诸如碳纤维的第二类型纤维形成的所述结构的第二部分可比所述第一类型纤维刚性更强，并且可为无线电不可透的。所述结构的所述第二部分可用于选择性地增加所述纤维强化结构的强度。所述结构的所述第一部分可用于保持无线电可透性以与无线电子设备操作兼容。所述纤维强化结构可通过轧制预浸材料片材形成，所述预浸材料片材包括具有所述第一类型纤维的第一区域和具有所述第二类型纤维的第二区域。
【专利说明】使用由不同类型的纤维形成的片段形成纤维强化结构的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纤维强化材料，并且更具体地讲，涉及由纤维强化材料形成的结构。
【背景技术】
[0002]电子设备有时使用无线电路。例如，便携式电子设备(例如蜂窝电话和平板型计算机)可包括用于处理无线通信的天线。在形成诸如用于电子设备的外壳和用于电子设备的可拆卸覆盖件的结构的过程中，期望减少或消除可能干扰天线操作的无线电不可透材料的存在。
[0003]在一些结构中，将未强化的塑料用作与天线的存在兼容的无线电可透材料。然而，在许多应用中，未强化的塑料可能不期望地为不牢固的。
[0004]为了解决这个问题，可使用纤维强化塑料。例如，由玻璃和碳形成的纤维可用于强化塑料。碳纤维强化塑料是坚固的，但不是无线电可透的。玻璃纤维强化塑料是无线电可透的，但在某些应用中可能刚性不足。
[0005]因此，期望能够提供具有所需的刚度和射频可透属性的纤维强化结构。
【发明内容】
[0006]纤维强化塑料结构可用于形成支撑结构和电子设备外壳构件。纤维强化塑料结构可包括多种类型的纤维。结构的第一部分可由第一类型纤维(例如玻璃纤维)形成，并且可为无线电可透的。结构的第二部分可由第二类型纤维(例如碳纤维)形成。结构的第二部分可比第一部分刚性更强，并且可为无线电不可透的。
[0007]结构的第二部分可用于选择性地增加纤维强化塑料结构的刚度。结构的第一部分可用于保持无线电可透性以与无线电子设备操作兼容。例如，第一部分可放置在无线电子设备中的天线附近，以允许天线操作而不会被结构的第二部分阻挡。
[0008]纤维强化结构可通过轧制预浸材料片材而形成，从而形成在加热模具中固化的辊。预浸材料片材可包括使用第一类型纤维形成的第一区域和使用第二类型纤维形成的第二区域。预浸材料的第一区域和第二区域的形状可被构造成使得轧制的预浸材料在第一类型纤维和第二类型纤维之间表现出逐渐过渡，并使得纤维强化塑料结构在固化后具有坚固接头。
[0009]通过附图和下面的【具体实施方式】，本发明的更多特征、其性质和各种优点将会更明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为根据本发明的实施例的示例性纤维强化塑料结构的透视图。
[0011]图2为根据本发明的实施例的示例性电子设备和相关覆盖件的透视图。
[0012]图3为根据本发明的实施例的覆盖件中的示例性电子设备的横截面侧视图，示出了覆盖件中的纤维强化结构如何可具有无线电可透部分和非无线电可透部分。
[0013]图4为根据本发明的实施例的图1所示类型的纤维强化结构的一部分的剖视图，其中纤维强化结构具有三角形横截面。
[0014]图5为根据本发明的实施例的图1所示类型的纤维强化结构的一部分的剖视图，其中纤维强化结构具有矩形横截面。
[0015]图6为根据本发明的实施例的图1所示类型的纤维强化结构的一部分的剖视图，其中纤维强化结构具有L形横截面。
[0016]图7为示出了根据本发明的实施例的图1所示类型的纤维强化塑料结构可被如何构造并结合到成品组件中的示意图。
【具体实施方式】
[0017]可通过将纤维结合到塑料中来提高用于电子设备外壳部件、覆盖件的支撑结构和其他项中的塑料的强度。例如，可将纤维结合到塑料(例如环氧树脂和其他聚合物)中以提高其强度。有时本文以纤维强化塑料结构已由环氧粘结剂中的纤维形成的例子为例。一般来讲，任何合适的塑料类型均可用纤维进行强化，包括诸如聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、PC/ABS共混物、环氧树脂等的塑料。
[0018]示例性的纤维强化塑料结构示于图1中。在图1的例子中，纤维强化塑料结构10具有矩形环形状。这仅是示例性的。纤维强化结构10可形成为圆环、具有直边和曲边的环，可形成为L形杆、直杆、曲杆，或可形成为其他合适的形状。
[0019]纤维强化结构10可包括多个部分，例如片段12和片段14，每个部分均可使用不同类型的纤维形成。例如，片段12可由非无线电可透(即，无线电不可透)材料(例如碳纤维强化塑料)形成，并且片段14可由无线电可透材料(例如玻璃纤维强化塑料)形成。如果需要，其他纤维强化材料可用于形成结构10的片段12和14。此外，可在结构10中形成不止两个不同的片段。这些片段可位于结构10上任何合适的位置。例如，片段12可位于矩形环结构的四个边的任一边上，可包括矩形环结构的四个拐角的任一拐角，可延伸穿过矩形环结构的一个、两个、三个或四个拐角，可包括沿着矩形环结构的一边的多个片段，可包括矩形环结构的相对边上的多个片段，可包括圆环或其他形状的材料环或条上的多个片段，可包括矩形环、圆环、材料的直的部分或弯曲部分上多个片段构造中相同大小或不同大小的片段，或可包括无线电可透或无线电不可透的纤维强化部分的任何其他图形。图1的例子仅是示例性的。
[0020]如图2所示，纤维强化结构10可结合到诸如电子设备覆盖件32的产品中。覆盖件32可具有上翻盖(例如翻盖22)和下翻盖(例如翻盖24)。翻盖22和24可由塑料、皮革或其他合适的材料形成。如果需要，覆盖件32可不具有翻盖。例如，可使用将部件(例如电子设备)容纳在覆盖件内的狭槽或其他凹陷部中的防滑外壳设计来实现覆盖件32。图2的覆盖件32仅为示例性的例子。
[0021]电子设备26可安装在覆盖件32内。电子设备26可为例如平板型计算机或具有外壳(例如外壳28)和显不器(例如显不器30)的其他电子设备。外壳28可由金属、玻璃、陶瓷、纤维强化塑料、其他材料或这些材料的组合形成。如果需要，外壳28可由纤维强化塑料的多个部分(如，玻璃纤维强化塑料的一个或多个片段或其他部分，碳纤维强化塑料的一个或多个片段或其他部分等)形成。有时本文以所述的纤维强化塑料结构10用于为诸如覆盖件32的结构提供支撑的示例性布置方式为例。然而，这仅是示例性的。纤维强化塑料结构10可结合到任何合适的设备中(如，电子设备、计算机附件、其他产品等)。
[0022]上翻盖22和下翻盖24可通过覆盖件32的柔性部分沿着铰链轴线20接合。当需要打开覆盖件32时，使用者可在方向16上提升前翻盖22，使得前翻盖22相对于后翻盖24围绕轴线20旋转。当需要闭合覆盖件32时，使用者可在方向18上降低前翻盖22。
[0023]覆盖件32的一个或两个翻盖可具有诸如图1的纤维强化结构10的结构。这些纤维强化结构可用作有助于保持覆盖件32的可能柔性塑料或皮革材料在适当位置的内部支撑肋。因为结构10的片段12由碳纤维强化塑料形成(在这个例子中)，片段12将倾向于比片段14更硬(刚性更强)，并且将因此有助于形成翻盖22的刚性、不可弯曲的部分，使得在使用者打开和闭合翻盖22时翻盖22不会过分弯曲。
[0024]图3为沿着图2的线38截取并在方向40上观察的翻盖22处于其闭合位置构造的覆盖件32和电子设备26的横截面侧视图。如图3所示，电子设备26可包括发射和接收射频无线信号36的天线结构，例如天线34。无线信号36可穿过纤维强化结构10的无线电可透部分14和覆盖件32的材料。因为天线34没有位于纤维强化结构10的碳纤维强化部分12的下面，所以天线34和相关的射频天线信号36将不会被导电材料阻挡。
[0025]纤维强化结构10可具有任何合适的横截面形状。例如，纤维强化结构10(如，片段12和/或片段14)可具有三角形横截面形状，如图4所示。又如，纤维强化塑料结构10可具有矩形横截面形状，如图5所示。图6为具有L形横截面的示例性构造的纤维强化塑料结构10的剖视图。如果需要，可使用其他横截面形状(如，T形等)和具有这些横截面形状的组合的片段。纤维强化塑料结构10可使用具有对应横截面形状的模具，使用机械加工(如，以将粗糙结构磨为所需的成品形状)，使用模制和机械加工技术的组合，或使用其他合适的制造技术而具有所需的横截面形状。
[0026]图7为示出了纤维强化塑料结构(例如结构10)可如何形成并结合到组件中的示意图。
[0027]玻璃纤维和碳纤维可结合到相应的未固化的塑料树脂(例如环氧树脂)片材中。该玻璃纤维材料片材和碳纤维材料片材(有时称为预浸材料片材)可切成适当的形状并使用布局工具42将其布置在彼此相邻的工作台上。例如，如图7所示，预浸材料46可包括左侧玻璃纤维预浸材料片材14L和右侧玻璃纤维预浸材料片材14R以及中间碳纤维预浸材料片材12M。一般来讲，可以存在具有不同纤维类型的任意数量的合适材料片材(如，各自具有可能不同纤维类型的一个或多个、两个或两个以上、三个或三个以上、四个或四个以上或五个或五个以上不同片材)。存在两个玻璃纤维预浸材料片材和单个碳纤维预浸材料片材的图7的例子仅为示例性的。
[0028]预浸材料46可具有平行于纵向轴线(维度)44的长度L和平行于垂直横向维度50的高度H。例如，长度L可为0.1至3m、小于3m、大于3m、0.5至lm、0.5至2m、小于0.5m、大于0.5m、大于lm、小于2m、大于5m、小于5m，或任何其他合适的长度。例如，高度H可为50_100mm、小于 10_、大于 10_、小于 50_、大于 50_、小于 200mm、大于 200mm、小于 300mm、大于300mm等。预浸材料46的厚度(在图7的起始中进入页面)可为例如0.05mm、小于
0.1mm、大于 0.lmm、0.1mm、介于 0.05 和 0.2mm之间、小于 0.3mm、大于 0.1mm、小于 0.4mm、大于0.4mm等。在图7的示例性构造中，预浸材料46具有细长的矩形布局。如果需要，预浸材料46可具有其他形状。图7的例子仅是示例性的。
[0029]为了确保玻璃纤维强化片段14和碳纤维强化片段12之间的接头为令人满意地坚固的，期望相对于横向维度50以非零角度切割片材14L、14M和14R的边缘48。如果需要，边缘48可具有弯曲部分、锯齿形部分、直的和弯曲部分，或沿着纵向维度44扩展不同类型的预浸材料之间的界面的其他构造。
[0030]如图7所示，边缘48可在横向维度50上跨越预浸材料46的高度H，并可沿着预浸材料46的长度覆盖至少一些纵向距离W。W的值可为例如10-80mm、小于80mm、大于IOmm等。14L和14R部分中的玻璃纤维和12M部分中的碳纤维可平行于纵向轴线44取向，如图7中的纤维56所指出的那样。图7的纤维56的示例性取向(其中纤维56主要沿着布局的长度延伸)可有助于提高产品强度。然而，如果需要，可使用在不同方向上取向的机织预浸材料或具有纤维的预浸材料。例如，机织预浸材料可用于需要穿过横截面的强度和/或刚度的情况下，或用于希望在制造过程中将预浸材料保持在一起的情况下。还可使用具有不同特性的多层预浸材料(即，一些层可具有纵向取向的纤维，一些层可具有机织纤维等)。
[0031]在使用工具42布置预浸材料46 (如，单层或多层)之后，制造设备(例如轧制工具52)可用于围绕纵向轴线46将预浸材料46(如，单层或多层)轧制到其自身上，以形成预浸材料的辊(即，预浸材料的细长棒或股线)，例如预浸材料辊58。如果需要，可在轧制过程中将任选的纤维(例如纤维54)结合到预浸材料46的中心。纤维54可由诸如玻璃或其他电介质的材料形成，或可由其他合适的材料形成。纤维54的直径可为约1mm、小于2mm、大于1_、介于0.5和2_之间或其他合适的尺寸。纤维54的存在可有助于减少结合到辊中的碳纤维的量(潜在地节约成本)，并可有助于辊的处理。
[0032]在其轧制状态中，辊58的玻璃纤维和碳纤维预浸材料可通过用于左侧玻璃纤维部分14L的暴露部分的长度LI，用于碳纤维部分12M的暴露(最外侧)部分的长度W+L2，以及用于右侧玻璃纤维部分14R的暴露部分的长度W+L1来表征。由于边缘48的非零角度的存在，沿着宽度W贯穿辊58的横截面的玻璃纤维和碳纤维之间存在逐渐过渡。
[0033]例如，在部分14L的区域LI中，将仅存在玻璃纤维。在部分12M的区域L2中，将仅存在碳纤维。然而，在部分14L的区域LI和部分12M的区域L2之间的过渡区域W中，沿着棍58的长度在棍58的完全玻璃纤维部分和棍58的完全碳纤维部分之间将存在随距离变化的平滑转换。辊58的部分12M和部分14R之间的过渡将在碳纤维和玻璃纤维之间同样表现出平滑过渡。因为在辊58的碳纤维和玻璃纤维片段之间的接头处在对应浓度碳纤维和玻璃纤维中存在平滑过渡，因此形成的成品(固化)纤维强化塑料部件中的这些接头的所得强度将提高。平滑过渡总体上还将明显地更平滑，并且可表现出降低的翘曲变形，这可提高美观。
[0034]为了固化未固化的预浸材料棍58,未固化的预浸材料棍58可插入到模具工具60中的凹槽或其他形状中。模具工具60可包括具有两个或两个以上部分的加热加压模具。例如，模具可具有带有凹槽的下部金属板，该下部金属板具有矩形环布局和V形横截面，并且可具有平的上部金属板。如果需要，可使用其他类型的横截面形状(如，U形、半圆形、矩形等)。辊58的部分14L和14M的末端可在模具60内彼此邻接，使得将在模制之后形成完整的环形状。[0035]在将未固化的预浸材料辊58插入到模具中后，模具可施加压力和升高的温度以固化环氧树脂(或其他塑料)。例如，加热加压模具设备60可施加热以提升高模具60和预浸材料的温度至120-200°C，保持3-90分钟、0.1至200分钟、小于I分钟、大于I分钟、小于4分钟、大于4分钟、1_50分钟、5-20分钟、小于20分钟、大于20分钟、30-45分钟、小于45分钟或大于45分钟(作为例子)。模具60的热和压力将固化预浸材料辊，从而产生固化的纤维强化塑料部件。塑料的杂散碎片可在固化后使用去毛边工艺(如，使用刮刀、刀片或其他设备)移除，从而产生图7的成品纤维强化塑料结构10。
[0036]如图7所示，纤维强化塑料结构10可具有诸如玻璃纤维强化片段14的无线电可透部分，并且可具有诸如碳纤维强化片段12的刚性的无线电不可透部分(即，片段12可比片段14具有较少的无线电可透性)。片段14可由辊58的部分14L和14R形成，并且可具有诸如接头62的接头(其中部分14L和14R的末端在模具中彼此邻接)。
[0037]组装设备64可用于将纤维强化塑料结构10结合到成品66中。产品66可为诸如用于电子设备(如，平板型计算机)的柔性覆盖件的附件，可为平板型计算机、计算机、便携式电话或其他手持设备、便携式计算机、音乐播放器、电视或其他电子设备中的外壳壁或内部外壳结构，或可与任何其他合适的组件或设备相关。
[0038]以上所述仅是说明本发明的原理，并且在不脱离本发明范围和实质的情况下，本领域内的技术人员可以做出各种修改。
【权利要求】
1.一种无线设备覆盖件，包括: 前翻盖，所述前翻盖包括支撑框架； 后覆盖件；和 耦合到所述前翻盖的边缘和所述后覆盖件的边缘的柔性部分，其中所述柔性部分形成允许所述前翻盖相对于所述后覆盖件旋转的铰链； 所述支撑框架还包括: 第一区域，所述第一区域包括由第一组纤维强化的塑料材料， 第二区域，所述第二区域包括由第二组纤维强化的塑料材料，所述第二组纤维还包括无线电可透材料，其中所述第二区域被配置成与将要被放置在所述无线设备覆盖件内的无线设备所包括的天线对准，以及 第三区域，所述第三区域设置在所述第一区域和所述第二区域之间，在所述第三区域中所述第一组 纤维逐渐过渡到所述第二组纤维。
2.根据权利要求1所述的无线设备覆盖件，其中所述支撑框架形成为沿着所述前翻盖的周边设置的环的形状。
3.根据权利要求2所述的无线设备覆盖件，其中所述环还包括具有圆角的矩形。
4.根据权利要求2所述的无线设备，其中所述第一组纤维和所述第二组纤维取向在所述环的方向上。
5.根据权利要求2所述的无线设备，其中所述第一组纤维和所述第二组纤维取向成多向编织。
6.根据权利要求1所述的无线设备覆盖件，其中所述第一组纤维由碳纤维构成。
7.根据权利要求6所述的无线设备覆盖件，其中所述第二组纤维由玻璃纤维构成。
8.根据权利要求7所述的无线设备，其中所述塑料材料由环氧树脂构成。
9.根据权利要求2所述的无线设备，其中所述环具有矩形横截面。
10.根据权利要求2所述的无线设备，其中所述环具有L形横截面。
11.根据权利要求2所述的无线设备，其中所述环具有三角形横截面。
12.根据权利要求1所述的无线设备，其中所述后覆盖件包括第二支撑框架，所述第二支撑框架进一步包括: 第一区域，所述第一区域包括由第一组纤维强化的塑料材料， 第二区域，所述第二区域包括由第二组纤维强化的塑料材料，所述第二组纤维进一步包括无线电可透材料，其中所述第二区域被配置成与将要被放置在所述无线设备覆盖件内的无线设备所包括的天线对准，以及 第三区域，所述第三区域设置在所述第一区域和所述第二区域之间，在所述第三区域中所述第一组纤维逐渐过渡到所述第二组纤维。
13.一种形成用于无线设备覆盖件的支撑框架的方法，所述方法包括: 接收第一组纤维并将所述第一组纤维定位在布局工具的第一区域中； 接收由无线电可透材料形成的第二组纤维并将所述第二组纤维定位在布局工具的第二区域中，其中允许所述第二组纤维的一部分与所述第一组纤维重叠，以形成其中所述第一组纤维逐渐过渡到所述第二组纤维的第三区域； 通过使用树脂和固化剂浸溃所述第一组纤维和所述第二组纤维，形成预浸材料层；将至少一个预浸材料层放置在模具中，其中所述模具被配置成使所述至少一个预浸材料层成形为支撑框架； 固化所述至少一个预浸材料层； 从所得的支撑框架修剪任何多余材料；以及 将所述支撑框架耦合到无线设备覆盖件的柔性的前翻盖上。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第二区域被配置成与将要被定位在所述无线设备覆盖件内的无线设备中的天线对准。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括在所述固化过程中将所述至少一个预浸材料层置于压力下。
16.根据权利要求15所述的方法，其中固化所述至少一个预浸材料层还包括向所述预浸材料层施加预定时间量的热。
17.根据权利要求15所述的方法，其中固化所述至少一个预浸材料层还包括将所述至少一个预浸材料层暴露在紫外线辐射中。
18.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一组纤维由碳纤维构成。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述第二组纤维由玻璃纤维构成。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述塑料材料由环氧树脂构成。
【文档编号】B29C63/00GK103974644SQ201280060780
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2012年9月26日 优先权日:2011年12月12日
【发明者】约翰·C·迪弗佐, 艾米·W·恩格, R·M·迈瑞特 申请人:苹果公司