CN105525336A - 一种碳纤维金属复合电子产品机身结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纤维金属复合电子产品机身结构，包括铝合金边框与位于铝合金边框内侧、与铝合金边框一体复合的碳纤维中框板，铝合金边框具有经表面腐蚀处理形成的微孔结构，碳纤维中框板与铝合金边框的具有微孔结构的表面相结合，经热压固化成型为一体。一种碳纤维金属复合电子产品机身结构的制作方法，包括：准备铝合金边框；对铝合金边框进行表面腐蚀处理从而在铝合金边框的表面形成微孔结构；将碳纤维布放置在铝合金边框内侧，对碳纤维布进行3D塑型和热压固化处理，处理后形成与铝合金边框结合为一体的碳纤维中框板。该碳纤维金属复合电子产品机身结构重量较轻，强度高，抗压能力强。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳纤维金属复合电子产品机身结构及其制作方法。
背景技术
目前随着碳纤维材料的广泛应用，在国内电子行业将碳纤维应用到电子产品中是一种趋势。碳纤维材料既拥有铝镁合金高雅坚固的特性，又有ABS工程塑料的可塑性，强度和导热能力又优于普通的ABS塑料，在电子产品上的应用越来越多，包括平板电脑、手机外壳等电子产品外壳，外观造型要求也越来越丰富多彩。
目前在手机上应用金属材料是手机行业的热点和趋势，因为金属材料可以很好的提升手机的质感。由于金属的密度高和重量高特性，目前选择使用的金属材料最多的是铝合金，材质轻，易加工。而鉴于铝材金属特性，虽然轻质，但是强度不高，大大降低了机身的硬度，出现了机身抗压能力差，很容易被压弯等问题。因此，亟待提供一种能满足高硬度、优异的强度重量比、抗腐蚀、耐磨等性能要求的机身结构。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种碳纤维金属复合电子产品机身结构及其制作方法，解决现有铝合金机身的重量较大但硬度不高，机身抗压能力差，很容易被压弯等问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种碳纤维金属复合电子产品机身结构，包括铝合金边框与位于所述铝合金边框内侧、与所述铝合金边框一体复合的碳纤维中框板，所述铝合金边框具有经表面腐蚀处理形成的微孔结构，所述碳纤维中框板与所述铝合金边框的具有所述微孔结构的表面相结合，经热压固化成型为一体。
进一步地：
所述微孔的孔径为20～100纳米，所述微孔均匀分布在铝合金边框表面。
所述碳纤维中框板是由交错铺叠于所述铝合金边框内侧的碳纤维布经3D塑型和热压固化处理而形成的碳纤维结构。
一种碳纤维金属复合电子产品机身结构的制作方法，包括以下步骤：
S1、准备铝合金边框；
S2、对所述铝合金边框进行表面腐蚀处理从而在所述铝合金边框的表面形成微孔结构；
S3、将碳纤维布放置在所述铝合金边框内侧，对所述碳纤维布进行3D塑型和热压固化处理，处理后形成与所述铝合金边框结合为一体的碳纤维中框板，其中所述铝合金边框通过具有所述微孔结构的表面与所述碳纤维中框板结合。
进一步地：
步骤S2中，所述表面腐蚀处理包括电化学腐蚀处理。
所述电化学腐蚀处理采用0.5～2mol/L的盐酸、0.5～1.0mol/L的硫酸、0.5～1.0mol/L的磷酸混合液作为电解液。
步骤S2包括：将所述铝合金边框放入质量浓度为2％～10％的氢氧化钠溶液中，水浴加热2～5分钟，清洗后，放入1％～10％硝酸溶液中，浸泡3～10分钟，再次清洗后，放入到电解槽中，槽中盛入0.5～2mol/L的盐酸、0.5～1.0mol/L的硫酸、0.5～1.0mol/L的磷酸混合液作为电解液，并加入了适量的缓蚀剂，以所述铝合金边框作为阳极，以电解槽中石墨作为阴极，直流电解20～40s，电流密度控制在0.10～0.30A/cm2，槽液温度控制在30～50℃；处理完之后浸入丙酮液5～10s，之后洗净并烘干。
步骤S3包括：将碳纤维预浸布裁切成预定尺寸，再将裁切好的碳纤维布铺叠于所述铝合金边框内侧，以用于形成所述碳纤维中框板。
步骤S3还包括：将铺叠好的碳纤维布与所述铝合金边框放入3D塑型模具内，塑型30～60s，然后转换到热压成型机中进行热压固化，固化温度为135～150℃，压力40～60kg，固化10～15min，然后冷却。
步骤S3之后还包括：对成型结构进行打磨去除碳纤维预浸布成型后溢出的环氧树脂。
本发明的有益效果：
本发明采用铝合金边框和碳纤维中框板复合成型的机身结构，解决了现有的铝合金中框硬度不高，抗压能力差和容易被压弯等问题，还减轻了铝合金机身的重量，而且不会破坏手机整机的金属质感。为了使铝合金边框和碳纤维中框板成型为一体，本发明中铝合金边框具有经表面腐蚀处理形成的微孔结构，铝合金边框通过其具有微孔结构的表面与碳纤维中框板形成结合界面，经热压固化成型为一体，铝合金边框上的微孔结构有效增强两者界面之间的结合力，提高碳纤维与铝合金结合的附着强度。碳纤维复合材料质量轻、强度大，重量仅相当于钢材的20％到30％，硬度却是钢材的10倍以上。本发明提供的碳纤维金属复合机身结构充分利用了碳纤维复合材料轻质，高强，高模，耐化学腐蚀，热膨胀系数小等特性，相对于现有的铝合金中框，本发明使得整个机身中框结构强度可增强1/3，质量可减少1/3。
附图说明
图1为本发明一种实施例中的铝合金边框结构示意图；
图2为本发明一种实施例的碳纤维金属复合机身结构示意图。
具体实施方式
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。
参阅图1和图2，在一种实施例中，一种碳纤维金属复合电子产品机身结构，包括铝合金边框1与位于所述铝合金边框1内侧、与所述铝合金边框1一体复合的碳纤维中框板2，所述铝合金边框1具有经表面腐蚀处理形成的微孔结构(未图示)，所述碳纤维中框板2与所述铝合金边框1的具有所述微孔结构的表面相结合，经热压固化成型为一体。
在优选的实施例中，铝合金边框1上的微孔的孔径为20～100纳米，所述微孔均匀分布在铝合金边框1的表面。
在优选的实施例中，所述碳纤维中框板2是由交错铺叠于所述铝合金边框1内侧的碳纤维布经3D塑型和热压固化处理而形成的碳纤维结构。
在一种较佳实施例中，碳纤维中框板2的厚度为0.5mm。
参阅图1和图2，在一种实施例中，一种碳纤维金属复合电子产品机身结构的制作方法，包括以下步骤：
S1、准备铝合金边框1；
S2、对所述铝合金边框1进行表面腐蚀处理从而在所述铝合金边框1的表面形成微孔结构；
S3、将碳纤维布放置在所述铝合金边框1内侧，对所述碳纤维布进行3D塑型和热压固化处理，处理后形成与所述铝合金边框1结合为一体的碳纤维中框板2，其中所述铝合金边框1通过具有所述微孔结构的表面与所述碳纤维中框板2结合。
在优选的实施例中，步骤S2中，所述表面腐蚀处理包括电化学腐蚀处理。在更优选的实施例中，所述电化学腐蚀处理采用0.5～2mol/L的盐酸、0.5～1.0mol/L的硫酸、0.5～1.0mol/L的磷酸混合液作为电解液。
在更优选的实施例中，步骤S2包括：将所述铝合金边框1放入质量浓度为2％～10％的氢氧化钠溶液中，水浴加热2～5分钟，清洗后，放入1％～10％硝酸溶液中，浸泡3～10分钟，再次清洗后，放入到电解槽中，槽中盛入0.5～2mol/L的盐酸、0.5～1.0mol/L的硫酸、0.5～1.0mol/L的磷酸混合液作为电解液，并加入了适量的缓蚀剂，以所述铝合金边框1作为阳极，以电解槽中石墨作为阴极，直流电解20～40s，电流密度控制在0.10～0.30A/cm2，槽液温度控制在30～50℃；处理完之后浸入丙酮液5～10s，之后洗净并烘干。
在优选的实施例中，步骤S3包括：将碳纤维预浸布裁切成预定尺寸，再将裁切好的碳纤维布铺叠于所述铝合金边框1内侧，以用于形成所述碳纤维中框板2。
在优选的实施例中，步骤S3还包括：将铺叠好的碳纤维布与所述铝合金边框1放入3D塑型模具内，塑型30～60s，然后转换到热压成型机中进行热压固化，固化温度为135～150℃，压力40～60kg，固化10～15min，然后冷却，得到铝合金边框1与碳纤维中框板2一体成型的复合结构。
在优选的实施例中，步骤S3之后还包括：对成型结构进行打磨去除碳纤维预浸布成型后溢出的环氧树脂。
在具体实施例中，铝合金边框1制备时，可先将铝挤材料线切割固定尺寸的铝板，再使用CNC机床铣削内腔，然后经过精加工处理，得到铝合金边框产品。在铝合金边框1上进行微孔处理时，可将铝合金边框1产品先置于清洗液中处理，再经过酸液和碱液中进行化学表面处理，然后置于化学腐蚀液中进行微孔处理，从而得到具有一定微孔结构的铝合金边框1，微孔的孔径为20～100纳米，均匀分布在铝合金边框1表面。在铝合金边框1与碳纤维中框板2一体复合时，可将具有微孔结构的铝合金边框1置于3D塑型模具中，将准备好的碳纤维布交错铺叠与铝合金边框中间，然后进行3D塑型，接着再放入热压固化中进行热压固化成型，取出后，进行相应的表面处理即得到铝合金碳纤维复合中框产品。
将铝合金边框1与碳纤维复合成一个整体的中框，利用碳纤维复合材料具有轻而强、轻而刚、耐腐蚀、耐疲劳、结构尺寸稳定性好，不仅能增加中框的硬度，提高中框结构的抗压能力，还降低了中框的重量，且不会影响中框的整体性能和金属质感效果，其质量相比全铝合金中框可减轻10％，强度可增加30％，抗压能力可增加20％，而且中框板2的抗压性对于非破坏性的压力可以起自我修复作用。
实例
铝合金边框的制备
将铝或铝合金铝挤固定在夹具上，用线切割切割出160mm*80mm*10mm的铝合金板，然后将该铝合金板装入CNC机台中粗铣内腔和定位柱，然后用夹具固定住边框，精加工内腔结构。加工完之后取出用油污清洗机清洗铝合金边框，去除油污，然后用去离子水清洗干净，在烤箱中烘干即可。
铝合金边框微孔处理
先将上述铝合金边框放入2％～10％氢氧化钠溶液中，40℃水浴加热2～5分钟中，然后用去离子水清洗干净；然后将放入1％～10％硝酸溶液中，浸泡3～10分钟，浸泡完之后同样用去离子水清洗；接着将边框放入到电解槽中，槽中盛入0.5～2mol/L的盐酸、0.5～1.0mol/L的硫酸、0.5～1.0mol/L的磷酸混合液作为电解液，并加入了一定的缓蚀剂，以边框作为阳极，电解槽中石墨作为阴极，直流电解20～40s，电流密度控制在0.10～0.30A/cm2，槽液温度控制在40℃；然后取出浸入丙酮5～10s，接着用去离子水洗净并烘干即可。
铝合金边框和碳纤维一体复合
将微孔处理的边框装入到3D塑型模具中，定位固定，然后将的碳纤维预浸布裁切成140mm*80mm，再将裁切好的碳纤维布根据需求铺叠于边框内侧，并放入3D塑型模具内进行内腔结构塑型，塑型30～60s，然后转换到热压成型机中热压固化，固化温度为135～150℃，压力40～60kg，固化10～15min，冷却模具至室温，取出模具里面的产品就得到一体产品，然后再进行内框结构精细打磨去除成型溢出的环氧树脂，即可得到铝合金边框和碳纤维一体复合边框。
经过实测，由上述实例得到的碳纤维金属复合机身结构重量为63g，比起同种规格但整体采用铝合金中框的机身结构重量(70g)大约减轻7g，其中碳纤维中框板的抗压强度比铝合金中框的抗压强度(6.5MP力)增大2MP。
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。
Claims (10)
1.一种碳纤维金属复合电子产品机身结构，其特征在于，包括铝合金边框与位于所述铝合金边框内侧、与所述铝合金边框一体复合的碳纤维中框板，所述铝合金边框具有经表面腐蚀处理形成的微孔结构，所述碳纤维中框板与所述铝合金边框的具有所述微孔结构的表面相结合，经热压固化成型为一体。
2.如权利要求1所述的碳纤维金属复合电子产品机身结构，其特征在于，所述微孔的孔径为20～100纳米，所述微孔均匀分布在铝合金边框表面。
3.如权利要求1或2所述的碳纤维金属复合电子产品机身结构，其特征在于，所述碳纤维中框板是由交错铺叠于所述铝合金边框内侧的碳纤维布经3D塑型和热压固化处理而形成的碳纤维结构。
4.一种碳纤维金属复合电子产品机身结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、准备铝合金边框；
S2、对所述铝合金边框进行表面腐蚀处理从而在所述铝合金边框的表面形成微孔结构；
S3、将碳纤维布放置在所述铝合金边框内侧，对所述碳纤维布进行3D塑型和热压固化处理，处理后形成与所述铝合金边框结合为一体的碳纤维中框板，其中所述铝合金边框通过具有所述微孔结构的表面与所述碳纤维中框板结合。
5.如权利要求4所述的碳纤维金属复合电子产品机身结构的制作方法，其特征在于，步骤S2中，所述表面腐蚀处理包括电化学腐蚀处理。
6.如权利要求5所述的碳纤维金属复合电子产品机身结构的制作方法，其特征在于，所述电化学腐蚀处理采用0.5～2mol/L的盐酸、0.5～1.0mol/L的硫酸、0.5～1.0mol/L的磷酸混合液作为电解液。
7.如权利要求6所述的碳纤维金属复合电子产品机身结构的制作方法，其特征在于，步骤S2包括：将所述铝合金边框放入质量浓度为2％～10％的氢氧化钠溶液中，水浴加热2～5分钟，清洗后，放入1％～10％硝酸溶液中，浸泡3～10分钟，再次清洗后，放入到电解槽中，槽中盛入0.5～2mol/L的盐酸、0.5～1.0mol/L的硫酸、0.5～1.0mol/L的磷酸混合液作为电解液，并加入了适量的缓蚀剂，以所述铝合金边框作为阳极，以电解槽中石墨作为阴极，直流电解20～40s，电流密度控制在0.10～0.30A/cm2，槽液温度控制在30～50℃；处理完之后浸入丙酮液5～10s，之后洗净并烘干。
8.如权利要求4至7任一项所述的碳纤维金属复合电子产品机身结构的制作方法，其特征在于，步骤S3包括：将碳纤维预浸布裁切成预定尺寸，再将裁切好的碳纤维布铺叠于所述铝合金边框内侧，以用于形成所述碳纤维中框板。
9.如权利要求8所述的碳纤维金属复合电子产品机身结构的制作方法，其特征在于，步骤S3还包括：将铺叠好的碳纤维布与所述铝合金边框放入3D塑型模具内，塑型30～60s，然后转换到热压成型机中进行热压固化，固化温度为135～150℃，压力40～60kg，固化10～15min，然后冷却。
10.如权利要求4至9任一项所述的碳纤维金属复合电子产品机身结构的制作方法，其特征在于，步骤S3之后还包括：对成型结构进行打磨去除碳纤维预浸布成型后溢出的环氧树脂。
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