一种电子设备防水防摔壳体及制备方法
【专利摘要】一种电子设备防水防摔壳体及制备方法，该壳体包括碳纤维片材结构、一体成型在碳纤维片材结构的背面及周边的注塑结构、一体成型在碳纤维片材结构的正面的软胶保护结构以及一体成型在注塑结构上的硅胶防水结构，其中碳纤维片材结构与注塑结构结合为一体而形成具有固定外形的外壳结构件，注塑结构的一部分对碳纤维片材结构的周边侧面形成包裹，注塑结构的另一部分在外壳结构件的背面形成为装配结构，硅胶防水结构形成在装配结构上，从而装配结构与相对应的结构件装配时，借助硅胶防水结构的弹性与相应的装配件进行过盈配合而实现防水密封。由此，提供整机轻薄，强度高，质量轻，能以简单工艺实现其复杂结构，具备优异的抗摔性和防水性的电子产品外壳。
【专利说明】
_种电子设备防水防摔壳体及制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种电子设备防水防摔壳体及制备方法。
【背景技术】
[0002]随着手机，可穿戴产品，移动电子等3C电子产品轻薄化，时尚化，实用化的产品需求，现有的电子产品外壳越来越多的采用比铝合金材料更轻，强度比钢更高，导热性比塑胶更好的碳纤维材料，以满足产品厚度越来越薄，整机的强度越来越高，质量轻，耐高温且散快的需求。
[0003]为满足高强度需求，外壳部分一般采用比强度、比模量高于钢7倍以上的热压成型碳纤维编织布，但由于材料及热压工艺限制，只能制备成结为平面及弧面的片材，无法满足结构复杂的3C电子产品需求。
[0004]即使是对于结构简单的碳纤维产品，也需要多层热压缓慢成型，且受热压工艺限制，产品热压完后还需采用大量的CNC加工，在结构件上加工出无法热压成型的产品结构，使材料成本本来就高的碳纤维产品价格更加昂贵。
[0005]碳纤维材料虽然轻便且强度高，比重只有钢的1/4，但同时也导致了其韧性及耐冲击性相对较差，在日常使用时易因跌落或强行撞击等状况，发生断裂而导致昂贵的碳纤维广品损坏。
[0006]随着手机防水功能的普及，用户对手机防水的要求越来越高，但碳纤维材料的吸水性导致无法实现手机防水功能，无法满足现有3C电子产品的功能需求。
【发明内容】
[0007]本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种电子设备防水防摔壳体及制备方法，实现整机轻薄化、高强度，轻质量，优异的抗摔性和防水性，且生产成本低适合大规模量产。
[0008]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0009]—种电子设备防水防摔壳体，包括碳纤维片材结构、一体成型在所述碳纤维片材结构的背面及周边的注塑结构、一体成型在所述碳纤维片材结构的正面的软胶保护结构以及一体成型在所述注塑结构上的硅胶防水结构，其中所述碳纤维片材结构与所述注塑结构结合为一体而形成具有固定外形的外壳结构件，所述注塑结构的一部分对所述碳纤维片材结构的周边侧面形成包裹，所述注塑结构的另一部分在所述外壳结构件的背面形成为装配结构，所述硅胶防水结构形成在所述装配结构上，从而所述装配结构与相对应的结构件装配时，借助所述硅胶防水结构的弹性与相应的装配件进行过盈配合而实现防水密封。
[0010]进一步地:
[0011]所述碳纤维片材结构为由多张单层碳纤维布与树脂浸润叠加制成的碳纤维热压原料经过热压固化成型的热压碳纤维片材结构。
[0012]所述注塑结构为由碳纤维树脂复合材料或PC、PA、PPS、PBT、PAEK、PPSU或其含GF的复合材料注塑成型的结构。
[0013]所述碳纤维树脂复合材料为聚邻苯二甲酰胺与碳纤维的复合材料。
[0014]所述碳纤维片材结构和所述注塑结构的对应位置上形成有拉胶孔，所述软胶保护结构的一部分通过所述拉胶孔延伸到所述碳纤维片材结构和所述注塑结构的背面，从而紧固在所述碳纤维片材结构和所述注塑结构上;或者，所述碳纤维片材结构的正面刷有粘性底涂剂，所述软胶保护结构借助所述粘性底涂剂结合在所述碳纤维片材结构上。
[0015]所述注塑结构的中间部分的厚度为0.4?1.5_，所述注塑结构的侧面包裹部分的厚度为0.5mm以上。
[0016]所述软胶保护结构为TPU或TPSIV材料，优选地，所述软胶保护结构位于所述碳纤维片材结构正面的部分的厚度为0.4?1.0mm。
[0017]所述注塑结构和所述软胶保护结构是通过双色注塑的第一射和第二射成型，或单独分两次成型。
[0018]所述硅胶防水结构是由液态硅胶材料注塑成型，或由固态硅胶热压成型，优选地，所述娃胶防水结构最薄处的厚度为0.15mm以上。
[0019]—种制作所述的电子设备防水防摔壳体的方法，包括以下步骤:
[0020]准备碳纤维片材结构；
[0021]在所述碳纤维片材结构的背面及周边一体成型注塑结构；
[0022]在所述碳纤维片材结构的正面一体成型软胶保护结构；
[0023]以及在所述注塑结构上一体成型硅胶防水结构；
[0024]其中所述碳纤维片材结构与所述注塑结构结合为一体而形成具有固定外形的外壳结构件，所述注塑结构的一部分对所述碳纤维片材结构的周边侧面形成包裹，所述注塑结构的另一部分在所述外壳结构件的背面形成为装配结构，所述硅胶防水结构形成在所述装配结构上，从而所述装配结构与相对应的结构件装配时，借助所述硅胶防水结构的弹性与相应的装配件进行过盈配合而实现防水密封。
[0025]本发明的有益效果:
[0026]本发明的电子设备防水防摔壳体及制备方法，能够提供整机轻薄，强度高，质量轻，能以简单工艺实现其复杂结构，具备优异的抗摔性和防水性的电子产品外壳结构，满足3C电子产品结构件轻薄、耐用和实用化的要求，同时其生产成本低，制备工艺简单，适合大规模量产。本发明的具体优点体现在以下诸多方面:
[0027]1、提供了一种碳纤维片材结构+注塑结构+软胶结构+硅胶结构的3C电子产品一体成型结构件，易于大规模量产。
[0028]2、解决了碳纤维材料无法应用于复杂结构的3C电子产品结构件的结构及制备工艺问题，通过热压与注塑成型工艺互补，实现壳体结构的同时反向降低了生产成本。
[0029]3、改善了碳纤维材料因强度高导致的韧性及抗冲击性差问题，使碳纤维材料的3C电子产品可适用于日常生活中的各种跌落及局部冲击情况，解决了结构件抗冲击性差易开裂问题。
[0030]4、突破了碳纤维结构件因吸水性而无法使3C电子产品防水的问题，使碳纤维与硅胶一体成型，利用硅胶材料密封性能好的特性，实现了碳纤维材料结构件的高等级防水。
[0031]5、利用碳纤维轻薄的特性，在实现3C电子产品结构件轻薄高强度的同时，大幅降低了结构件厚度，同时避免因厚度降低导致的整机强度弱等问题，从而有效满足了电子产品更轻薄、更便携、更时尚的需求。
[0032]6、借助碳纤维材料的高导热性，解决了传统3C电子产品内部电子元件发热量大导致散热困难的问题，避免内部电子元件温度过高而损毁，从而增加了昂贵的电子产品的使用周期。
[0033]7、较佳地，注塑结构使用收缩率小的注塑碳纤维树脂复合材料，避免塑胶材料与热压碳纤维材料因收缩比不同而导致的产品内应力变形及尺寸管控问题，成型精度高，品质管控难度低，良率高且易于量产。
[0034]8、利用碳纤维材料抗辐射、抗放射的材料特性，进一步降低手机内部的电磁辐射对人体的伤害，使碳纤维材料的3C电子产品不但实用，耐用，且更加的健康。
[0035]9、较佳地，热压碳纤维、注塑碳纤维树脂复合材料、软胶、硅胶等材质的结构综合应用，满足消费者对3C电子产品实用、时尚、耐用的需求。
【附图说明】
[0036]图1a-1b分别为本发明一种实施例中的碳纤维片材结构背面立体示意图、正面立体示意图；
[0037]图2a_2d分别为本发明一种实施例中的碳纤维片材结构+注塑结构的背面立体示意图、正面立体示意图、背面视图以及A-A剖面图；
[0038]图3a_3d分别为本发明一种实施例中的碳纤维片材结构+注塑结构+软胶保护结构的背面立体示意图、正面立体示意图、背面视图以及B-B剖面图；
[0039]图4a_4d分别为本发明一种实施例中的碳纤维片材结构+注塑结构+软胶保护结构+硅胶防水结构的背面立体示意图、正面立体示意图、背面视图以及C-C剖面图；
[0040]图5a_5b分别为本发明一种实施例的电子设备防水防摔壳体的背面视图以及D-D剖面图。
【具体实施方式】
[0041]以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0042]参阅图1a至图5b，在一种实施例中，一种电子设备防水防摔壳体，包括碳纤维片材结构1、一体成型在所述碳纤维片材结构I的背面及周边的注塑结构2、一体成型在所述碳纤维片材结构I的正面的软胶保护结构3以及一体成型在所述注塑结构2上的硅胶防水结构4，其中所述碳纤维片材结构I与所述注塑结构2结合为一体而形成具有固定外形的外壳结构件，所述注塑结构2的一部分对所述碳纤维片材结构I的周边侧面形成包裹，所述注塑结构2的另一部分在所述外壳结构件的背面形成为装配结构(例如位于产品内部的扣位6、筋位7、固定位、支撑位等复杂结构)，所述硅胶防水结构4形成在所述装配结构上，从而所述装配结构与相对应的结构件装配时，借助所述硅胶防水结构4的弹性与相应的装配件进行过盈配合而实现防水密封。
[0043]在优选的实施例中，所述碳纤维片材结构I为由多张单层碳纤维布与树脂浸润叠加制成的碳纤维热压原料经过热压固化成型的热压碳纤维片材结构I。
[0044]在优选的实施例中，所述注塑结构2为由碳纤维树脂复合材料或PC、PA、PPS、PBT、PAEK、PPSU或其含GF的复合材料注塑成型的结构。
[0045]在更优选的实施例中，所述碳纤维树脂复合材料为聚邻苯二甲酰胺与碳纤维的复合材料。
[0046]在优选的实施例中，所述碳纤维片材结构I和所述注塑结构2的对应位置上形成有拉胶孔5，所述软胶保护结构3的一部分通过所述拉胶孔5延伸到所述碳纤维片材结构I和所述注塑结构2的背面，从而紧固在所述碳纤维片材结构I和所述注塑结构2上。在另一些实施例中，也可以不设置拉胶孔5，而在所述碳纤维片材结构I的正面刷有粘性底涂剂，所述软胶保护结构3借助所述粘性底涂剂结合在所述碳纤维片材结构I上。
[0047]在优选的实施例中，所述注塑结构2的中间部分的厚度为0.4?1.5mm，所述注塑结构2的侧面包裹部分的厚度为0.5mm以上。
[0048]在优选的实施例中，所述软胶保护结构3为TPU或TPSIV材料，或是其他可作为外观面的软胶材料，更优选地，所述软胶保护结构3位于所述碳纤维片材结构I正面的部分的厚度为0.4?1.0mm。
[0049]在一些实施例中，所述注塑结构2和所述软胶保护结构3可以通过双色注塑的第一射和第二射成型。在另一些实施例中，所述注塑结构2和所述软胶保护结构3也可以单独分两次成型。
[0050]在不同的实施例中，所述硅胶防水结构4可以是由液态硅胶材料注塑成型，也可以是由固态硅胶热压成型。优选地，所述硅胶防水结构4最薄处的厚度为0.15_以上。
[0051 ] 参阅图1a至图5b，在另一种实施例中，一种制作前述任一实施例的电子设备防水防摔壳体的方法，包括以下步骤:
[0052]准备碳纤维片材结构I;
[0053]在所述碳纤维片材结构I的背面及周边一体成型注塑结构2;
[0054]在所述碳纤维片材结构I的正面一体成型软胶保护结构3;
[0055]以及在所述注塑结构2上一体成型硅胶防水结构4;
[0056]其中所述碳纤维片材结构I与所述注塑结构2结合为一体形成具有固定外形的外壳结构件，所述注塑结构2的一部分对所述碳纤维片材结构I的周边侧面形成包裹，所述注塑结构2的另一部分在所述外壳结构件的背面形成为装配结构，所述硅胶防水结构4形成在所述装配结构上，从而所述装配结构与相对应的结构件装配时，借助所述硅胶防水结构4的弹性与相应的装配件进行过盈配合而实现防水密封。
[0057]以下结合附图进一步描述本发明具体实施例的结构及制备工艺。
[0058]1、碳纤维片材结构制作
[0059]根据产品要求与形状使用热压工艺制作碳纤维布，具体如下。
[0060]根据产品厚度要求，使用多张单层碳纤维布与树脂浸润叠加制成碳纤维热压原料。根据产品外形，开设碳纤维热压模具，并将制备好的碳纤维布放入热压模具中压成所需要的形状，并在高温条件下固化成型。使用冲切治具或激光切割工艺，加工出摄像头、闪光灯、喇叭孔等结构并切除热压完成后多余的碳纤维部分，制备成可模内注塑的碳纤维壳料片材。碳纤维片材结构上还可设有加强碳纤维片材结构与碳纤维树脂复合材料和软胶材料的拉胶孔。产品的厚度较佳为0.3?1.2mm，或根据产品要求调整。[0061 ] 2、碳纤维片材结构+注塑结构制作
[0062]将热压成型的碳纤维片材结构放入碳纤维注塑模具中，注塑碳纤维树脂复合材料。此步骤可以是双色注塑中的第一射结构成型，也可是单独一次成型，具体可根据产品要求及工艺选择。
[0063]将碳纤维片材结构放入自动点胶机的固定治具内，使用自动点胶机在碳纤维片材结构需与碳纤维树脂复合材料结合的区域刷上底涂粘结剂，刷完后按使用要求备用或进行烘干。
[0064]将底涂剂处理完的碳纤维片材结构放入注塑模具中，通过模具上定位孔或碳纤维片材结构基准面固定。
[0065]塑胶模具合模并注塑碳纤维树脂复合材料。作为注塑材料的碳纤维树脂复合材料可以采用按重量百分比计的PPA(聚邻苯二甲酰胺)70%+CF(碳纤维)30%复合材料，在碳纤维材料背面的次外观面上进浇，填充在碳纤维片材结构周边，及填充3C电子产品内部，成型产品内部所需而无法热压的结构，主要作用有:
[0066]固定碳纤维片材结构的外形，使碳纤维片材结构与碳纤维复合材料结合为一体，由片材转换为稳固的结构件，并起到固定碳纤维片材结构尺寸的作用；
[0067]包裹保护碳纤维片材结构外形切面的同时，掩盖切面及切面周边的粗糙、不平整、尺寸变形等缺陷；
[0068]通过注塑碳纤维树脂复合材料，直接成型3C电子产品内部复杂的扣位，筋位、固定位、支撑位等无法热压成型的复杂结构，弥补热压碳纤维片材结构无法制成复杂结构且成本尚昂的缺陷。
[0069]注塑填充碳纤维树脂复合材料上可形成有增强碳纤维片材结构及软胶结合力的拉胶孔。
[0070]产品中间的注塑结构厚度优选为0.4?1.5mm，使材料有效填充并降低产品厚度，产品侧面包裹碳纤维片材结构的注塑结构厚度优选0.5mm以上，利于填充的同时有效固定和保护碳纤维片材结构。
[0071 ] 3、碳纤维片材结构+注塑结构+软胶保护结构制作
[0072]将碳纤维片材结构与碳纤维树脂复合材料一体成型后的产品，在双色注塑模具内进行第二射的软胶成型，也可单独进行一次软胶成型。
[0073]填充软胶材料形成产品表面的防摔保护结构。可采用TPU或TPSIV等可作为外观面的软胶材料，厚度优选0.4?1.0mm，保证产品轻薄的同时又具备足够的结构弹性。
[0074]软胶材料可通过产品背面的拉胶孔进浇，软胶材料穿过碳纤维树脂复合材料结构及碳纤维片材结构的拉胶孔，完成产品正面的软胶防摔保护结构填充，起到保护碳纤维片材结构的作用。
[0075]如结构限制无法做拉胶结构，可在软胶与碳纤维片材结构的结合面上，使用点胶机在碳纤维片材结构表面刷粘性底涂剂，以增强软胶与碳纤维片材结构的粘性，防止脱落。
[0076]4、碳纤维片材结构+注塑结构+软胶保护结构+硅胶防水结构制作
[0077]将碳纤维片材结构与碳纤维树脂复合材料及软胶一体成型的产品，放入硅胶模具内进行模内一体成型，填充硅胶防水结构以实现防水。
[0078]硅胶材料的种类可根据产品及工艺需求，选择流动性好的液态硅胶材料注塑成型，或采用成本较低的固态硅胶热压成型。
[0079]硅胶成型前，需使用自动点胶机对碳纤维树脂复合材料与硅胶结合的区域进行自动化的局部点胶处理，并按胶水使用要求进行烘烤。
[0080]娃胶结构的厚度按防水等级需求设计，最薄处结构优选0.15mm以上，避免出现娃胶与碳纤维树脂复合材料粘结力弱的问题。
[0081]另外，在完成碳纤维片材结构+碳纤维树脂复合材料+软胶+硅胶一体成型后，按产品要求进行尺寸、粘结性、气密性等防水测试，以实现高等级防水需求。
[0082]将最终产品与相对应的结构件装配时，通过碳纤维树脂复合材料上的弹性硅胶，与相应的装配件进行侧面过盈配合，实现高等级的防水效果。
[0083]根据产品需求，还可对产品表面进行打磨、UV、喷涂等表面处理，保护碳纤维材料并实现时尚新颖的产品外观。
[0084]产品的塑胶扣位结构可与相应的装配件通过定位筋进行定位，并通过扣合结构使之紧密结合，达到可反复拆卸装配效果。
[0085]为改善碳纤维片材结构与注塑材料收缩不同而导致的变形，优选采用碳纤维树脂复合材料，也可根据产品结构及外观需求，选用其他如PC、PA、PPS、PBT、PAEK、PPSU或其含GF的复合材料等塑胶材料及相应的表面处理工艺。
[0086]碳纤维片材结构也可根据功能需求，选择凯夫拉等其他片材，满足不同功能3C电子产品的需求。
[0087]以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种电子设备防水防摔壳体，其特征在于，包括碳纤维片材结构、一体成型在所述碳纤维片材结构的背面及周边的注塑结构、一体成型在所述碳纤维片材结构的正面的软胶保护结构以及一体成型在所述注塑结构上的硅胶防水结构，其中所述碳纤维片材结构与所述注塑结构结合为一体而形成具有固定外形的外壳结构件，所述注塑结构的一部分对所述碳纤维片材结构的周边侧面形成包裹，所述注塑结构的另一部分在所述外壳结构件的背面形成为装配结构，所述硅胶防水结构形成在所述装配结构上，从而所述装配结构与相对应的结构件装配时，借助所述硅胶防水结构的弹性与相应的装配件进行过盈配合而实现防水密封。2.如权利要求1所述的电子设备防水防摔壳体，其特征在于，所述碳纤维片材结构为由多张单层碳纤维布与树脂浸润叠加制成的碳纤维热压原料经过热压固化成型的热压碳纤维片材结构。3.如权利要求1所述的电子设备防水防摔壳体，其特征在于，所述注塑结构为由碳纤维树脂复合材料或PC、PA、PPS、PBT、PAEK、PPSU或其含GF的复合材料注塑成型的结构。4.如权利要求3所述的电子设备防水防摔壳体，其特征在于，所述碳纤维树脂复合材料为聚邻苯二甲酰胺与碳纤维的复合材料。5.如权利要求1至4任一项所述的电子设备防水防摔壳体，其特征在于，所述碳纤维片材结构和所述注塑结构的对应位置上形成有拉胶孔，所述软胶保护结构的一部分通过所述拉胶孔延伸到所述碳纤维片材结构和所述注塑结构的背面，从而紧固在所述碳纤维片材结构和所述注塑结构上;或者，所述碳纤维片材结构的正面刷有粘性底涂剂，所述软胶保护结构借助所述粘性底涂剂结合在所述碳纤维片材结构上。6.如权利要求1至4任一项所述的电子设备防水防摔壳体，其特征在于，所述注塑结构的中间部分的厚度为0.4?1.5_，所述注塑结构的侧面包裹部分的厚度为0.5_以上。7.如权利要求1至4任一项所述的电子设备防水防摔壳体，其特征在于，所述软胶保护结构为ITU或TPSIV材料，优选地，所述软胶保护结构位于所述碳纤维片材结构正面的部分的厚度为0.4?1.0mm。8.如权利要求1至4任一项所述的电子设备防水防摔壳体，其特征在于，所述注塑结构和所述软胶保护结构是通过双色注塑的第一射和第二射成型，或单独分两次成型。9.如权利要求1至4任一项所述的电子设备防水防摔壳体，其特征在于，所述硅胶防水结构是由液态硅胶材料注塑成型，或由固态硅胶热压成型，优选地，所述硅胶防水结构最薄处的厚度为0.15mm以上。10.—种制作如权利要求1至9任一项所述的电子设备防水防摔壳体的方法，其特征在于，包括以下步骤: 准备碳纤维片材结构； 在所述碳纤维片材结构的背面及周边一体成型注塑结构； 在所述碳纤维片材结构的正面一体成型软胶保护结构； 以及在所述注塑结构上一体成型硅胶防水结构； 其中所述碳纤维片材结构与所述注塑结构结合为一体形成具有固定外形的外壳结构件，所述注塑结构的一部分对所述碳纤维片材结构的周边侧面形成包裹，所述注塑结构的另一部分在所述外壳结构件的背面形成为装配结构，所述硅胶防水结构形成在所述装配结构上，从而所述装配结构与相对应的结构件装配时，借助所述硅胶防水结构的弹性与相应的装配件进行过盈配合而实现防水密封。
【文档编号】H05K5/06GK106028729SQ201610533919
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月7日
【发明人】唐臻, 谢守德, 王长明, 韩静, 孙侥鲜, 黄启忠, 杜勇, 雷霆, 谢志勇, 陈建勋
【申请人】东莞劲胜精密组件股份有限公司