复合材料件及其加工方法、零部件和电子设备与流程

本技术涉及电子，尤其涉及一种复合材料件及其加工方法、零部件和电子设备。

背景技术：

1、在手机、平板电脑和笔记本电脑等电子设备内，通常设有各种用于承载电子设备内部的电路元件、且用于承受来自外部环境的冲击，对电路元件进行防护的零部件，例如，手机中的中框，笔记本电脑中的c壳和d壳等。因此，零部件具有高强度的需求。在此基础上，为了提高电子设备的散热效果以及达到电子设备的轻量化的目的，零部件又有高导热和质轻的需求。但现有的材料难以同时满足这些需求，有待于进一步改进。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种复合材料件及其加工方法、零部件和电子设备，复合材料件具有高强度、高导热和质量轻的特点，电子设备中零部件的至少一部分采用复合材料件进行加工，有利于提高零部件的结构强度和导热性能，同时降低零部件的质量。

2、为达到上述目的，本技术的实施例采用如下技术方案：

3、第一方面，本技术提供了一种复合材料件，包括：多层导热纤维增强布和导热结合层。多层导热纤维增强布堆叠设置；相邻的两层导热纤维增强布之间设置有导热结合层，且利用导热结合层粘接在一起，导热结合层包括树脂基体和导热填料，导热填料分布于树脂基体内，导热填料包括线状导热填料、片状导热填料和粒状导热填料中的至少两种形态的填料。

4、根据本技术实施例的复合材料件，质量轻，并且在复合材料件中，通过使得导热填料包括线状导热填料、片状导热填料和粒状导热填料中的至少两种形态的填料，不同形态的导热填料之间可以相互填补，增加导热填料之间的接触面积，提高导热填料在树脂基体中的分布密度，从而可以利用不同形态的导热填料在导热能力较差的树脂基体中构建导热网络，形成导热通路，实现热量在导热结合层内沿着多个方向进行传导，提高导热结合层的导热能力。并且，导热填料因相互填补增加了接触面积，也有利于在更低的导热填料的掺入量下的前提下，保证复合材料件的导热能力，达到节省成本的目的，还可降低导热填料的添加对复合材料件的力学性能的影响。此外，在复合材料件中，设置多层导热纤维增强布，有利于提高复合材料件的结构强度，并且导热纤维增强布在纤维的延伸方向上具有良好的导热性能，从而有利于进一步提高复合材料件的导热性能。

5、简而言之，本技术实施例的复合材料件，具有高强度、高导热和质量轻的特点。

6、在第一方面的一些实施例中，导热填料为表面改性的导热填料，以增大导热填料和树脂基体的相容性。由此，可以增大导热填料与树脂基体的相容性和结合力，降低导热填料与树脂基体的热阻，进一步提高导热结合层的导热能力，并且提升复合材料的强度和韧性，提高导热填料在树脂基体内的分散效果，防止导热填料在树脂基体内出现聚集的现象，

7、在第一方面的一些实施例中，表面改性的导热填料采用等离子体表面改性得到。采用等离子体方法处理导热填料的表面，无污染，处理设备可以循环使用，经济性高。

8、在第一方面的一些实施例中，导热纤维增强布为纤维单向布。相比于纤维双向编织布来说，纤维单向布中的纤维之间排列更紧凑，有利于提高导热纤维增强布的自身密度，从而有利于提高导热纤维增强布在纤维的延伸方向上的抗拉强度。

9、在第一方面的一些实施例中，相邻的两层纤维单向布的纤维不平行。由此一来，由于纤维单向布在其自身的纤维的延伸方向上的导热能力比较优异，通过多角度交错来设置多层纤维单向布，可以显著增加复合材料件在横向内各方向的导热能力。同时，由于纤维单向布在纤维的延伸方向上有更高的抗拉强度，通过多角度交错来设置多层纤维单向布，可以有效增加复合材料件各方向上的强度，避免因所有的纤维单向布中的纤维的延伸方向一致，而导致的复合材料件的强度差的问题。

10、在第一方面的一些实施例中，相邻的两层纤维单向布中纤维之间的夹角的取值范围小于或等于45°。从而进一步地提高复合材料件在横向内各方向的导热能力，有效增加材料各方向上的强度，避免因所有的纤维单向布中的纤维的延伸方向一致，而导致的复合材料件的强度差的问题。

11、在第一方面的一些实施例中，多层纤维单向布中的纤维均不平行。从而进一步地提高复合材料件在横向内各方向的导热能力，有效增加材料各方向上的强度，避免因所有的纤维单向布中的纤维的延伸方向一致，而导致的复合材料件的强度差的问题。

12、在第一方面的一些实施例中，纤维单向布为至少三层，沿着多层纤维单向布的堆叠方向，且由复合材料件的一端指向复合材料件的另一端的方向上，多层纤维单向布中的纤维沿着顺时针方向依次偏转预设夹角。这样一来，有利于实现复合材料件中的多层纤维单向布中的纤维呈现出螺旋堆叠的形式，从而可以更好的提高复合材料件在横向内各方向的导热能力，有效增加材料各方向上的强度，避免因所有的纤维单向布中的纤维的延伸方向一致，而导致的复合材料件的强度差的问题。

13、在第一方面的一些实施例中，线状导热填料包括碳纳米管和碳纤维中的至少一种。碳纳米管具有良好的力学性能，具体而言，碳纳米管具有高弹性模量和高强度，碳纳米管的结构稳定性高。并且碳纳米管的长径比比较大，沿碳纳米管长度方向的导热性能很高，而且碳纳米管的质量很轻。碳纤维是一种含碳量在90％以上的高强度高弹性模量的纤维材料。碳纤维除了具有良好的力学性能以外，还具有良好的耐高温、耐摩擦和导热性能，并且碳纤维的质量很轻。因此，当线状导热填料包括碳纳米管和/或碳纤维时，一方面有利于减轻复合材料件的重量，另一方面有利于提高复合材料件的导热性，还有利于提高复合材料件的结构强度和弹性模量，从而使得复合材料件具有较优的力学性能。

14、在第一方面的一些实施例中，片状导热填料包括石墨烯、氧化石墨烯和氟化石墨烯中的至少一种。从而有利于提高复合材料件的导热性，还有利于提高复合材料件的结构强度和弹性模量，使得复合材料件具有较优的力学性能。

15、在第一方面的一些实施例中，粒状导热填料包括氮化物颗粒、碳化物颗粒、氧化物颗粒、金属颗粒和金刚石颗粒中的至少一种；其中，氮化物颗粒包括氮化硼、氮化铝和氮化硅中的至少一种；碳化物颗粒包括碳化硅；氧化物颗粒包括氧化铝、氧化镁、氧化锌中的至少一种。由此，粒状导热填料的导热性能比较好，结构强度比较高，从而有利于提高导热结合层的导热能力和刚度，进而提高复合材料件的导热能力和刚度。

16、在第一方面的一些实施例中，当线状导热填料包括碳纳米管时，碳纳米管的长度的取值范围为1～2微米，且碳纳米管的横截面的等效直径的取值范围为10～30纳米。这样一来，线状导热填料的尺寸较小，有利于线状导热填料在树脂基体中的均匀分布，还有利于线状导热填料与片状导热填料、粒状导热填料之间的相互填补，进而可以进一步增加导热填料之间的接触面积，提高导热填料在树脂基体中的分布密度，提高导热结合层的导热能力。并且还有利于进一步地在更低的导热填料的掺入量下的前提下，保证复合材料件的导热能力，达到节省成本的目的，进一步降低导热填料的添加对复合材料件的力学性能的影响。

17、在第一方面的一些实施例中，当线状导热填料包括碳纤维时，碳纤维的长度的取值范围为50～450微米，且碳纤维的横截面的等效直径的取值范围为5～7微米。这样一来，一方面有利于防止因线状导热填料的长度过大，而不容易在树脂基体中均匀分布，另一方面可以保证线状导热填料具有较大的长径比，从而可以保证线状导热填料具有良好的横向导热效果，有利于热量在由线状导热填料、片状导热填料和粒状导热填料相互接触所形成的导热通路内的快速传递，从而提高复合材料件的导热效率。

18、在第一方面的一些实施例中，片状导热填料的表面积的取值范围为10μm2～100μm2。由此一来，有利于防止因片状导热填料的表面积过大，而不容易在树脂基体中均匀分布，同时还可以防止片状导热填料的表面积过大，而不容易与粒状导热填料和线状导热填料充分混合。同时还可以防止因片状导热填料的表面积过小，而不利于导热结合层的结构强度提升的问题。

19、在第一方面的一些实施例中，粒状导热填料的粒径的取值范围为30～100微米。有利于保证粒状导热填料在树脂基体中均匀分布。

20、在第一方面的一些实施例中，树脂基体为热固性树脂。由于热固性树脂在室温下为液态，这样，在复合材料件的实际加工过程中，一方面有利于将导热填料充分混合在热固性树脂内，从而有利于导热结合层内导热填料的均匀分布，从而进一步地提高复合材料件的导热能力。另一方面，液态的热固定树脂与导热纤维增强布之间的浸润效果好，接触面积大，有利于提高导热结合层对相邻的两层导热纤维增强布的粘接效果，提高复合材料件的结构强度，还有利于液态的热固定树脂中的导热填料嵌入导热纤维增强布的表面，从而提高导热填料与导热纤维增强布的接触面积，进而提高复合材料件的导热效果。此外，热固性树脂还具有高强度、耐热性好、抗腐蚀、耐老化、尺寸稳定性好等优良的性能。

21、在第一方面的一些实施例中，热固性树脂包括环氧树脂、苯并噁嗪树脂和酚醛树脂中的至少一种。

22、进一步的，这些热固性树脂中，从耐热性、力学特性及与导热纤维增强布的粘接性的均衡性优异的观点考虑，可以选择使用环氧树脂。

23、在第一方面的一些实施例中，导热纤维增强布的材料包括碳纤维、石墨纤维、碳纳米管纤维、石墨烯纤维、玻璃纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维和氮化硼纤维中的至少一种。

24、在第一方面的一些实施例中，当导热纤维增强布的材料包括碳纤维时，碳纤维为沥青基碳纤维。相较于其它材料，沥青基碳纤维在其自身纤维的延伸方向上具有优异的导热能力，有利于提高复合材料件的导热效果。

25、在第一方面的一些实施例中，在复合材料件中，以导热结合层的重量份为30～50份计，多层导热纤维增强布的重量份为50～70份。由此一来，有利于保证复合材料件的结构强度。

26、在第一方面的一些实施例中，在导热结合层中，以树脂基体的重量份为57份～74份计，线状导热填料的重量份为1份～3份，片状导热填料的重量份为5份～10份，粒状导热填料的重量份为20份～30份。这样一来，有利于保证线状导热填料、片状导热填料和粒状导热填料在树脂基体中的充分混合，有利于使得导热通路更加丰富，进一步地提高导热结合层的导热性能。

27、第二方面，本技术提供一种复合材料件，包括：多层纤维单向布和导热结合层。多层纤维单向布堆叠设置，相邻的两层纤维单向布的纤维不平行，相邻的两层纤维单向布之间设置有导热结合层，且利用导热结合层粘接在一起。

28、根据本技术实施例的复合材料件，质量轻。并且，本技术的复合材料件，相比于纤维双向编织布来说，纤维单向布中的纤维之间排列更紧凑，有利于提高纤维单向布的自身密度，从而有利于提高纤维单向布在纤维的延伸方向上的抗拉强度。并且由于纤维单向布在其自身的纤维的延伸方向上的导热能力比较优异，通过多角度交错来设置多层纤维单向布，可以显著增加复合材料件在横向内各方向的导热能力。同时，由于纤维单向布在纤维的延伸方向上有更高的抗拉强度，通过多角度交错来设置多层纤维单向布，可以有效增加复合材料件各方向上的强度，避免因所有的纤维单向布中的纤维的延伸方向一致，而导致的复合材料件的强度差的问题。

29、简而言之，本技术实施例的复合材料件，具有高强度、高导热和质量轻的特点。

30、在第二方面的一些实施例中，相邻的两层纤维单向布中纤维之间的夹角的取值范围小于或等于45°。从而进一步地提高复合材料件在横向内各方向的导热能力，有效增加材料各方向上的强度，避免因所有的纤维单向布中的纤维的延伸方向一致，而导致的复合材料件的强度差的问题。

31、在第二方面的一些实施例中，多层纤维单向布中的纤维均不平行。从而进一步地提高复合材料件在横向内各方向的导热能力，有效增加材料各方向上的强度，避免因所有的纤维单向布中的纤维的延伸方向一致，而导致的复合材料件的强度差的问题。

32、在第二方面的一些实施例中，纤维单向布为至少三层，沿着多层纤维单向布的堆叠方向，且由复合材料件的一端指向复合材料件的另一端的方向上，多层纤维单向布中的纤维沿着顺时针方向依次偏转预设夹角。这样一来，有利于实现复合材料件中的多层纤维单向布中的纤维呈现出螺旋堆叠的形式，从而可以更好的提高复合材料件在横向内各方向的导热能力，有效增加材料各方向上的强度，避免因所有的纤维单向布中的纤维的延伸方向一致，而导致的复合材料件的强度差的问题。

33、在第二方面的一些实施例中，在复合材料件中，以导热结合层的重量份为30～50份计，多层纤维单向布的重量份为50～70份。由此一来，有利于保证复合材料件的结构强度。

34、在第二方面的一些实施例中，导热结合层包括树脂基体，树脂基体为热固性树脂。由于热固性树脂在室温下为液态，这样，在复合材料件的实际加工过程中，液态的热固性树脂与纤维单向布之间的浸润效果好，接触面积大，有利于提高导热结合层对相邻的两层纤维单向布的粘接效果，提高复合材料件的结构强度，同时提高复合材料件的导热效果。此外，热固性树脂还具有高强度、耐热性好、抗腐蚀、耐老化、尺寸稳定性好等优良的性能。

35、在第二方面的一些实施例中，热固性树脂包括环氧树脂、苯并噁嗪树脂和酚醛树脂中的至少一种。

36、进一步的，这些热固性树脂中，从耐热性、力学特性及与纤维单向布的粘接性的均衡性优异的观点考虑，可以选择使用环氧树脂。

37、在第二方面的一些实施例中，纤维单向布的材料包括碳纤维、石墨纤维、碳纳米管纤维、石墨烯纤维、玻璃纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维和氮化硼纤维中的至少一种。

38、在第二方面的一些实施例中，当纤维单向布的材料包括碳纤维时，碳纤维为沥青基碳纤维。相较于其它材料，沥青基碳纤维在其自身纤维的延伸方向上具有优异的导热能力，有利于提高复合材料件的导热效果。

39、第三方面，本技术提供一种电子设备的零部件，该零部件的至少一部分采用上述第一方面的任意一种复合材料件或者采用上述第二方面的任意一种复合材料件加工而成。

40、示例性的，零部件为手机或平板电脑的中框。

41、第四方面，本技术提供一种电子设备包括上述的零部件。

42、示例性的，电子设备为手机或平板电脑。

43、第五方面，本技术提供一种复合材料件的加工方法，包括如下步骤：将导热填料、固化剂与热固性树脂混合分散均匀，以制备预浸料树脂混合物；其中，导热填料包括线状导热填料、片状导热填料和粒状导热填料中的至少两种形态的填料；制备导热纤维增强布；将导热纤维增强布浸渍于预浸料树脂混合物中，以获得预浸料；将多层预浸料堆叠设置，以获得复合材料件坯；对复合材料件坯进行热压处理，以得到复合材料件。

44、第六方面，本技术提供一种复合材料件的加工方法，包括如下步骤：将热固性树脂和固化剂混合分散均匀，以制备预浸料树脂混合物；制备导热纤维增强布；其中，导热纤维增强布为纤维单向布；将纤维单向布浸渍于预浸料树脂混合物中，以获得预浸料；将多层预浸料堆叠设置，以获得复合材料件坯；其中，相邻的两层预浸料的纤维不平行；对复合材料件坯进行热压处理，以得到复合材料件。

45、其中，第三方面至第六方面中任一种设计方式所带来的技术效果可参见第一方面和第二方面中不同设计方式所带来的技术效果，此处不再赘述。