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碳纤维复合材料在电子产品上的应用进展
发布时间:2018-03-09      信息来源:      发布人:weishuoyi      点击:

近年来,轻量化技术所制造的复合材料已经在航空航天、轨道交通、船舶车辆、桥梁建筑、电动工具、体育运动器材以及计算机(Computer)、通信(Communication)、消费电子产品(Consumer Electronics)等“3C”电子产品诸多领域受到极大关注。轻量化技术的实现途径和关键技术主要有:

▶轻质材料的应用;

▶结构轻量化设计与优化;

▶新型制造工艺技术使用。

具备高强度、高模量、低比重、低热膨胀系数、耐腐蚀等众多优点的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)是当前各类高档军民装备轻质材料的典型代表,采用优质碳纤维原料与良好树脂基体制备的CFRP具有高强度、耐腐蚀、抗震、抗冲击等良好性能。CFRP的轻量化效果远高于合金材料,同等强度和模量下,与结构钢相比,减重可达90%以上。

计算机(Computer)、通信(Communication)、消费电子产品(Consumer Electronics)等“3C”电子产品目前朝着便携化、轻薄化发展。目前电子产品外壳和结构材料最常见的有金属材料、工程塑料、复合材料等,其他还有概念性产品如钛合金、木纹或竹纹、皮革等。从轻量化的趋势和成本、工艺考量,工程塑料、铝(镁)合金材料、碳纤维复合材料料等材料的应用越来越广泛。

碳纤维复合材料在笔记本电脑外壳上的应用

笔记本电脑是一种小型、可方便携带的个人电脑,主要分为商用型和消费型,随着技术的进步体积越来越小,重量越来越轻,而功能却越来越强大。笔记本电脑的外壳既是保护机体的最直接的方式,也是影响其散热效果、体重、美观度的重要因素,目前主要有工程塑料、铝(镁)合金材料、碳纤维复合材料等。

碳纤维复合材料是一种综合性能非常好的材质,其高强度、高模量、低比重、低热膨胀系数、耐腐蚀等众多优点,成为解决解决当前设备轻量化、小型化的问题“梦幻材料,使其在汽车、电子、家电、通信、仪表以及航空航天等领域的应用日益增多。它既拥有铝镁合金高雅坚固的特性,又有ABS工程塑料的高可塑性,它的外观类似塑料,但是强度和导热能力优于普通ABS塑料,而且碳纤维是一种导电材质,可以起到类似金属的屏蔽作用(ABS外壳需要另外镀一层金属膜来屏蔽),因此是笔记本材料的理想选择。


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。

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,使技术人员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。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。


        户外可拆卸的大屏幕LED电视                                                       LED模组

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。

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。苹果公司的ipad和minipad等平板电脑系列,因为具有笔记本电脑的部分功能,又方便携带,受到人们的好评。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中设计使用了碳纤维复合材料制造的共振片,使其产品具有非常好的音响效果。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。

 

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。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。

连云港纤维新材料研究院  李广斌

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