碳纤维复合材料在电子产品上的应用进展

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碳纤维复合材料在电子产品上的应用进展

2024-07-12 11:15:30| 来源: 网络整理| 查看: 265

1998年首次采用碳纤维复合材料作为外壳的IBM 600系列笔记本电脑在全球共销售台以来,已经有多个厂商的多个机型采用,特别是超薄、超轻笔记本或Pad,其中代表的是Dell和联想的Thinkpad机型。Dell的XPS系列的碳纤维笔记本电脑,采用为全碳纤维的板材,外观为3K纹路,体现碳纤维的纹理和质感。联想的Thinkpad X系列的碳纤维笔记本电脑,采用三明治夹芯结构的碳纤维板材,其外观为UD纹路,有的产品还需要进一步喷涂,最主要突出其“轻”。以上两家品牌商,占据了碳纤维笔记本电脑的主要份额。而其他的品牌商,如HP等为了避开竞争,采用连续碳纤维增强的热塑性板材。

热固性的碳纤维笔记本电脑目前采用成型工艺是:先把碳纤维编织布或碳纤维丝束制成环氧基的预浸料,然后裁切、叠层,模压得到碳纤维的板材,板材经过CNC加工得到所需要的形状,然后通过二次注塑得到所需要的3D结构和连结部位。环氧树脂含有多个环氧基团,环氧基团具有比较活泼的反应活性,在固化剂的促进下,一定温度条件下,环氧基团和固化剂发生交联反应,形成三维网络结构的热固性材料。交联后的环氧热固性树脂不溶、不熔,收缩率低、尺寸稳定,力学性能和电性能好,耐腐蚀,刚性好,比较适合做电子产品。但热固性环氧树脂的回收性不好,另外不能加工复杂性能的结构,需要二次注塑。国际上该产品碳纤维编织布和预浸料,碳纤维片材的提供者主要是东丽。但国内经过多年的发展在该项目产品上也取得了突破,如江苏澳盛复合材料科技有限公司就可以提供碳纤维编织布和预浸料,全碳和夹芯结构的碳纤维片材。

针对热固性材料的不足,工程师们开发出热塑性的碳纤维片材,用于笔记本电脑外壳的制备。目前有多家国际知名设备厂商如恩格尔、克劳斯玛菲等和材料厂商如泰科纳、朗盛等一起配合开发,得到新的工艺,利用热塑性基体材料的连续碳纤维或制成的片状半成品,然后对这些半成品加热,使其在模具成型。对于3D结构部分,可以通过贴树脂膜片或树脂条,来实现凹凸或预埋螺丝柱。目前编织碳纤维增强的PC板材已经在笔记本电脑外壳中得到应用,但还不能制备太复杂结构,且废品率较高,得到的产品刚性较差,容易变形。

短玻纤增强的工程塑料在电子产品中应用非常广泛,它可以利用注塑成型,加工非常方便,可以成型非常复杂结构,而且成型时间短,效率高。自然而然,人们想到碳纤维短纤增强的工程塑料,在一些品牌的笔记本电脑上也有应用,例如联想Thinkpad T系列的某些型号。但因为无法利用连续纤维的性能,所以碳纤维短纤增强的工程塑料不能充分发挥碳纤维优越的性能,而且因为价格较高,相对性价比优势不是太明显,所以应用略有受限。

目前碳纤维笔记本电脑每年的数量在600-800万台,主要用于商务机等价格较高的机型,价格较高且主要被东丽垄断,限制了其发展。据Trendforce统计数据,2015年全球笔记本电脑出货量已达1.644亿台,如果加上其他的IPad之类,估计超过2亿台,再加之其他的3C产品,随着对超薄化、轻量化的需求,未来对超薄碳纤维复合材料的需求不可估量。

二、碳纤维复合材料在其他电子产品中结构性应用

随着电视功能的不断发展,人们不再满足单纯的观看电视节目,而是作为户外宣传、集会活动、大型会议等的工具。即使是家庭所用的普通电视,也朝的大屏幕的方向发展。特别是LED电视出现以后,满足了电视大屏幕、超薄的技术要求。

碳纤维的优异性能以及碳纤维复合材料的可设计性,因此技术人员自然而然的就想到把复合材料应用于电视机中的结构材料上。特别是对于许多大屏幕的电视,例如55吋以上的大屏幕电视,此类电视高端超薄产品及超薄模组的发展,背板厚度减薄和后壳结构形态平板化对对背板材料的刚性(抗变形能力)提出更高的需求。碳纤维复合材料具有强度大、刚性好的优点,利用碳纤维复合材料就非常有优势。江苏澳盛复合材料科技有限公司配合国内某知名电视机厂家对碳纤维背板的成型工艺、表面处理工艺、刚性指标进行研究。该电视机方案采用3K外观纹路、内层使用UD单向预浸料进行叠层设计,发现减重效果明显,达到50%以上,受力变形测试满足要求。而且传统的电视背板材料,如镀锌钢板、铝塑板、钢塑板,撤掉外力后,材料的会变形,不能完全恢复原样。而碳纤维背板无论厚薄与常规材料相比,撤掉外力后,其回弹能力强,受外力的冲击几乎不会变形。此外碳纤维背板其独特的编织纹路外观更具科技感,具有强度好、重量轻的优点,在追求轻薄的高端产品上具有较好的应用前景。

对于户外可拆卸的大屏幕LED电视,如演唱会或大型集会需要使用大屏幕的的LED显示屏,此类演唱会或大型集会都是临时性,而且更具不同的场合和需要对场景进行设计,此类大屏幕LED显示屏是有多快的屏幕拼接而成,在活动开始前安装结束后拆卸,但需要快速的装卸,因此轻量化要求很重要。碳纤维复合材料具有高强度、高模量、耐腐蚀、抗疲劳、抗蠕变等优点,用其制作箱体,既可以满足轻量化要求,还可以耐户外不利的环境。单人可完成的整屏安装,且可以更换整屏任意箱体,省时、搭建迅速、维护快速;省力,装卸简单、搬运轻便。因此户外可拆卸的大屏幕LED电视由原先的金属材料大多改外碳纤维复合材料。

对于可移动、可装卸或便携式电子产品,因为轻量化要求较高,碳纤维复合材料可以显示身手,除了上诉领域,例如碳纤维的摄像机、VR的可视眼睛等。但目前碳纤维的价格较高,所以还不能得到非常广泛的应用,主要用在一些高端领域。

此外如摄像机等需要人们身背、手持,甚至变换不同的角度进行拍摄,如果使用碳纤维复合材料制成其中的部件,将大大减轻重量,提高操控性。

三、碳纤维复合材料在电子产品中其他功能性应用

碳纤维除了具有高强度、高模量,还具有导电、导热、抗屏蔽,X光透过性及其他等特殊功能性,在电子产品上有一些功能性的应用。

司的ipad和minipad等平板电脑系列,因为具有笔记本电脑的部分功能,有非常方面携带,收到人们的好评。该系列产品定位满足人们的娱乐功能,因此声响对于人们的听觉感受非常重要。苹果公司在其ipad中设计使用了用碳纤维复合材料制造的共振片,使其产品具有非常好的影响效果。我们今天用ipad欣赏音乐或视频,感觉其声音浑厚,具有立体效果,这其中就有碳纤维的功劳。

碳纤维具有电磁屏蔽性,在抗干扰电子产品中,可以利用碳纤维复合材料作为壳体,提供有效保护。此外碳纤维还可以制成短纤维和粉末,作为高分子材料的填充,提高材料的导电性和导热性。

四、展望

碳纤维复合材料在电子产品中的应用,碳纤维复合材料轻、强的特点满足电子产品小、轻、便携化的发展趋势,在笔记本电脑、电视有着非常好的应用。而且,碳纤维复合材料还有导电、导热、X光透过性强、吸收电磁波等特殊性能,随着研究的深入,将有更多的应用。但目前受制于碳纤维成本和加工工艺,目前多用于高端产品中。相信随着碳纤维价格的下降和产品制作水平的提升,碳纤维复合材料在电子产品中的应用将越来越广泛。

五、澳盛科技开发的产品

型号 名称 特征 规格 Aosheng-1 碳纤改性粒子 PC20%CF、PA20%CFPP20%CF、PPS20%CFPEEK20%CF Aosheng-P1 碳纤片材 全碳 3K、UD,0.3-1.5mm Aosheng-P2 碳纤片材 PP夹芯 UD,0.8-1.2mm,密度1.2 Aosheng-P3 碳纤片材 自主开发低密度超强夹芯 UD,0.8-1.2mm,密度1.2 返回搜狐,查看更多


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