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帝斯曼科学家带你了解: 新一代智能手机外壳发展趋势

来源:新材料在线|

发表时间:2017-03-21

点击:9308

2007年,苹果(Apple)发布了首部iPhone,并带来了一个全新的市场。


多年来,苹果一直偏爱铝制机身的智能手机设计。随着iPhone的流行,铝、不锈钢、钛或镁等材料的金属外壳成为一种潮流,这些材料结合了优秀的机械性能、美感和手感。


在大多数中端和高端型号中,金属外壳已替换了塑料外壳。


迈向玻璃:新一代智能手机外壳


全玻璃的智能手机外壳展示出了工业设计师的雄心,但是,它可能不具备所需的机械性能以通过如跌落等产品测试。


由于这一点以及不断发展的轻薄化潮流,只要全柔性显示屏技术尚未成熟,预计我们将会看到拥有全玻璃外壳的高端产品,同时继续使用金属中框作为天线放大器,以抵消印刷电路板 (PCBs)、电磁干扰屏蔽及金属外壳等造成的射频信号衰减。


金属高分子聚合物粘结技术的新需求


纳米注塑技术(NMT)提供了金属与高分子聚合物直接粘结技术,这是一道在外观处理制程前(如阳极氧化处理或PVD)的重要加工工艺。


NMT将经过特殊表面处理的金属与高分子聚合物粘结在一起,产生了强劲的粘合。这种结合强度可能受到金属表面、加工条件或聚合物材质的影响。


不同的金属需要用不同的处理方法达到合适的表面效果(微米或纳米级的孔洞),以产生最佳的聚合物渗透性和粘结性。


重要的是,要取得高的结合强度,需避免空气积聚在纳米孔洞,所以高分子聚合物的流动性至关重要。


铝是最常见的NMT金属材料,一般在NMT之后还要进行阳极氧化处理以达到品牌客户的外观要求,所以一定要使用能够经受住阳极处理工艺的高分子聚合材料,如聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯硫醚(PPS) 或聚砜(PSU)。


不锈钢和钛合金等拥有更高机械性能的金属材料,作为新一代智能手机外壳的最佳候选者,有更广泛的外观处理工艺,如PVD。


PVD 需要三个小时150°C至180°C的加工温度,使得以往常用于NMT的高分子聚合材料并不适合。PPS由于较差的抗紫外线性能和染色性,不能满足外观部件的审美要求。


因此,OEM必须选择高温稳定性更好的高分子聚合材料,如聚醚醚酮(PEEK)或具有高玻璃转化温度(Tg)和热变形温度(HDT)的新型PPA。


NMT工艺可描述为如下流程:


1) 金属清洗过后,表面会形成微米和纳米级孔隙。对于铝而言,常用的工艺是化学溶液腐蚀。


2) 一旦金属受到合适的腐蚀和清理,通过高压将塑料共混物与其结合。这样聚合物可以填充进入金属表面的结构从而得到很高的金属聚合物之间的结合力。


3) 在金属和塑料注塑成型后,就可对金属进行表面处理了,如阳极氧化或PVD。


上图:适用于NMT结合法的铝的电子扫描显微镜图像(左)和不锈钢(右)基体表面。


上图:上:显示了NMT工艺制造的剪切试样。下:显示了不同金属材料样条剪切测试后的样本。


用于NMT的新型高温材料


帝斯曼研发了一款基于高性能ForTii® Ace高分子聚合物的新型材料,适合用于NMT。它独特的C4分子结构的化学性,产生了比其他PPA更优越的结晶行为。


ForTii® Ace同时拥有所有芳香族尼龙(PPA)中最高的Tg。受到芳香烃含量影响,它的Tg温度和耐化学性接近PEEK。ForTii® Ace高分子聚合物同时具有所有PPA中最高的机械强度。


该材料能与钛合金和不锈钢结合达到异常高的NMT粘结力度。


这是由于该材料具有较高的高分子聚合物强度和优秀的加工性能。


高分子聚合物的流动性和结晶对于NMT工艺的粘结强度非常必要。一旦金属表面结构受到充分填充,该材料自身的结晶确保优秀的结合强度、高刚性和聚合物强度。


对于使用钛合金和不锈钢的NMT外壳,帝斯曼已经研发两种专用于NMT工艺的牌号,ForTii NMX33和ForTii Ace NMX5。


对于高尺寸稳定性、耐热性和浅色物料的紫外线稳定性的应用而言,是理想材料。


这两个牌号都已经批量生产,设计者可以利用他们设计出新一代全玻璃外壳以及具有极致美感和材料性能的创新性金属塑料粘结部件。


NMT是一种优雅的技术,粘结了金属和塑料,用于不同的应用和工业中,包括工业、航空航天和汽车行业。


帝斯曼拥有完整的产品组合包括PBT、PPA和PPS。这种广泛的产品组合使得制造商可以通过与帝斯曼的合作获得多种设计和工业材料选择以及应用支持。


ForTii NMX33和ForTii Ace NMX5显示了不锈钢和钛两者粘结力度的最高性能。


它们各自的熔点分别是320°C和340°C,这些牌号的超高耐热性,使得它们可以承受PVD工艺所要求的极端温度。


实现智能手机创新的下一次飞越


2017年智能手机设计的趋势很清晰,它正在远离铝制外壳,走向玻璃或陶瓷材料,配以具有较高机械强度的金属中框。而金属中框的机械强度又取决于使用的高分子聚合材料与金属的粘结性以及高分子聚合材料本身的机械性能。


帝斯曼的新型ForTii® Ace聚合物将性能提升到目前只有PEEK才能达到的水平。这些新型材料具有与PEEK相近的耐化性,机械性和耐热性,同时也提供了极佳的尺寸稳定性和优秀的粘结韧性。


ForTii® Ace使得设计者超越当前的材料性能,实现下一次智能手机创新的巨大飞越。


本文作者:

Tamim Sidiki、段伟伟、王腾、Frank Burgt-van-der、于斌、郑立东、Michelle Seitz、Julie Liong

文章版权属于帝斯曼中国。引用或转载需与帝斯曼中国联系,获取授权。

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