CN103722668A - 一种金属-塑料复合手机外壳及其成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种金属-塑料复合手机外壳及其成形方法。所提供的手机外壳具备金属表面和塑料结构特征，手机壳外表面由金属板材制成，壁厚较小，强度较高且外观优美；内表面的凸起结构特征采用塑料制成，便于形成复杂的安装结构，满足装配、减震等功能需求。所述的成形方法可使金属板材和塑料结构特征牢固结合在一起，为一体式结构。同时，所述的成形方法使塑料与金属的结合强度较高，满足手机的装配、使用要求，也可应用到家用电器、计算机及其它工业产品的外壳制作领域。

Description

一种金属-塑料复合手机外壳及其成形方法

技术领域

本发明涉及手机领域，具体为一种金属-塑料复合手机外壳及其成形方法。

背景技术

随着科技的不断进步与发展，人们对手机等电子产品提出了质量更轻、壁厚更薄、强度更高等诸多方面的要求，生产获得高质量的制品满足市场需求，成为工程中需要迫切解决的问题。众所周知，铝、镁、钛等轻质、高强材料由于具有高的比刚度、比强度和耐磨性，已在航空、电子技术、通讯等领域得到应用。利用铝、镁合金制作手机外壳更是近几年手机行业普遍采用的技术。

公开号为CN1903473A的中国专利公开了一种《一种镁合金手机外壳的温热成形方法及其专用模具》，该专利通过对模具及其坯料进行预先加热，利用温热拉深成形工艺，改善了成型件的受力状态，制作了表面质量好，刚性强以及形状和尺寸精度较高的镁合金手机外壳。但该工艺只能形成内部无复杂结构的金属手机壳体，该类零件存在安装困难的缺点。

公开号为CN102857597A的中国专利公开了一种《一种冲压手机外壳》，该专利先将规格统一的铝片进行裁切，裁切成符合尺寸的小铝片，再对小铝片在冲床上面进行分工序冲压，之后进行打磨和喷砂处理，形成铝合金手机外壳，结构和制作工艺比较简单，而且增加手机的美观程度。同样，该专利只能形成铝合金手机壳的外部结构，而对其内部安装结构的设计与制作并没有提及。

上述专利表明铝、镁等金属合金虽然具有成形制品薄，表面美观、强度高等优点，但由于金属材料的固有特性，难以成形复杂的内部结构，由金属材料制作的壳类零件在很多场合存在安装困难的缺点，限制了铝、镁等高强合金的应用领域。作为材料领域的后起之秀，塑料已成为现代社会生活中必不可少的材料，塑料注射成型是将高温下具有流动性能优良的熔融态液体注入模具型腔而成型制品，具有成形简单、成本低等优点，在生产复杂结构制品方面具有明显的优势。但利用塑料注射成形手机外壳，难以形成薄壁塑件，且存在尺寸稳定性差、刚性以及机械强度低等缺点。因此，摒弃金属合金和聚合物材料的成形缺点，将二者的成形优点有机结合，生产获得满足使用要求和市场需求的轻质、高强的金属-塑料产品是近年来兴起的新的研究方向。

公开号为CN102404424A的中国专利公开了一种《一种手机外壳及其制备方法》，该专利公布的手机外壳包括基材和附着于基材表面的片材，其中片材包括顺序设置的基层塑料片材、网状金属层、油墨层和粘结层等多层结构，基材为塑胶材料。成形时，将塑胶材料利用注射机注射到片材的粘结层上，形成具有一体结构的手机外壳。该制作工艺利用粘结层将金属层和塑胶材料粘结在一起，制作工艺复杂。同时又由于胶黏剂的使用造成了一定的环境污染，危害操作人员的身体健康。

公开号为CN103078976A的中国专利公开了一种《一种手机外壳的制作方法及手机外壳》，该专利公布的手机外壳包括非晶金属合金薄膜(15-50微米)，涂覆在非晶金属合金薄膜表面的热熔胶(5-50微米)和塑胶材料组成。成形时，将塑胶材料利用注射机注射到热熔胶上，靠热熔胶的粘结作用实现非晶合金与塑胶材料的结合。该制作方法仅限于非晶金属合金薄膜，非晶合金存在成本较高、制作困难、应用场合少的缺点，且利用热熔胶实现粘结，粘结强度和粘结工艺也易存在问题。

由于上述手机外壳存在的问题，开发一种新的成形速度快，成形效果好，且环境友好的金属-塑料复合手机外壳及其成形方法是目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明与其它成形方法相比，具有以下优点：①可获得壁厚均匀、表面美观的薄壁手机外壳；②能生产出带有螺钉孔、加强筋等复杂结构的轻量化制品，满足手机后续的装配需求；③制品的强度较高，且具有良好的尺寸精度和稳定性；④保护环境，避免了胶黏剂释放的有害气体对操作人员的身体伤害。

本发明的技术方案是：

本发明提供的一种金属-塑料复合手机外壳及其成形方法，其特征在于：所述的手机外壳外表面由金属板材制成，内表面的凸起结构特征采用塑料制成，所述成形方法的流程为：金属合金冲压成形-合金表面清洗-合金表面处理-塑料注射-产品成形，该成形方法使金属板材和塑料结构特征牢固结合在一起，为一体式结构。通过这种成形方法可以有效地将金属和塑料有机结合，且无需使用胶黏剂，所制产品既能满足整个手机产品的壁厚、强度和外观要求，又满足装配、减震等功能需求。

所述的手机外壳外表面由金属板材制成，金属板材材质为：铝合金、镁合金等轻合金以及不锈钢，内表面的凸起结构特征采用塑料制成，塑料包括聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯硫醚(PBS)等热塑性塑料及其相应的纤维增强塑料等，所述的成形方法可使金属板材和塑料结构特征牢固结合在一起，为一体式结构，具体包含以下步骤：

A、将金属板材利用预先设置的冲压模具冲压成形，并消除金属板材在冲压过程中留下的划痕，确保表面平整光滑。

B、将成形后的金属板材置入溶液中进行清洗，溶液为碱性溶液，也可是丙酮、乙醇等溶液，去除表面灰尘、油污等杂质。

C、将清洗过的金属板材进行表面处理，获取所需要的表面微孔特征，微孔直径在30纳米到1微米，保证塑料与金属表面有较大的比表接触面积，成形金属表面微孔的方法为：电化学腐蚀、微弧成形中的任意一种。

D、将处理好的金属板材放置入注射模具中，注射模具安装在注射机中，其型腔形状与成形后的金属板材一致，利用注射机将熔融塑料通过模具内设定的浇注***，直接在金属背面特定位置注射塑料熔体，形成所需结构特征。

E、熔融塑料在金属表面冷却固化后，与金属形成一体结构，牢固结合在一起。

F、将成形产品进行可能存在的塑料飞边进行简单后处理，并进行检测，便可得到最终的产品

根据步骤A至步骤F中所述注射成形方法得到的手机外壳，使金属板材与塑料结构特征牢固结合成一体结构，生产效率较高，且满足手机的装配、使用要求。

附图说明

图1是本发明提供的方法形成的手机外壳的示意图。

图2是本发明提供的手机外壳金属板材的表面微孔处理装置。

图3是金属板材经表面处理后得到的微孔结构。

图1中，1、手机壳背面塑料结构特征，2、金属板材。

图2中，2、金属板材，3、直流电源，4、温度计，5、电解槽，6、阴极不锈钢，7、恒温水浴锅。

具体实施方式

为使本发明所阐述的技术方案更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的金属-塑料复合手机外壳成形方法的流程为：金属合金冲压成形-合金表面清洗-合金表面处理-塑料注射-产品成形，具体步骤如下：

1)将金属板材利用预先制作的冲压模具进行冲压成形，并消除金属板材在冲压过程中留下的划痕，确保表面平整光滑。所述的冲压模具为金属专用的拉深模具，为保证手机外壳金属板材外表面的成形质量，可在模具和坯料上分别涂润滑剂。

2)将成形后的金属板材置入溶液中进行清洗，去除表面灰尘、油污等杂质，并用纯净水清洗、烘干。所述的溶液为碱性溶液也可是丙酮、乙醇等溶液。

3)将金属板材置入如图2所示的表面处理装置进行电化学腐蚀，或经微弧氧化处理后，得到所需要的表面微孔特征，如图3所示。所述的表面微孔特征其直径在30纳米到1微米之间。

4)将经表面处理的金属置入模具中，由注射机螺杆将融化的塑料通过模具内设定的浇注***注射到合金板材背面的特定位置，形成所需结构。所述的塑料包括：聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯硫醚(PBS)等热塑性塑料及其相应的纤维增强塑料，所述的模具安装在注射机中，其型腔形状与成形金属板材一致。

5)熔融塑料在金属表面冷却固化后，与金属形成一体结构，牢固结合在一起，得到材质为金属-塑料的手机外壳。

6)将成形产品进行简单后处理，便可得到最终的产品。所述的简单后处理是指对可能存在的塑料飞边进行清理，并进行检测。

实施实例一

选取厚度为0.8mm，牌号为2014铝合金轧制薄板，机加工成120mm×70mm×0.8mm、圆角半径为30mm坯料，经专用拉深模具冲压成形达到预定变形量后从模具中取出，得到表面质量好、刚性强、形状和尺寸精度高的铝合金手机外壳基层。将已成形的基层铝合金浸入到氢氧化钠溶液中，10分钟后取出，去除表面灰尘、油污等杂质，然后将其浸入到低浓度的硝酸溶液3分钟，去除残留在基层铝合金的碱液，取出后在纯净水中清洗干净，并烘干待用。

往电解槽5中加入150g/L的硫酸和草酸溶液配置电解溶液，将清洗烘干后的铝合金板材用电夹固定在电解槽的阳极1，将不锈钢固定在阴极6，使液面浸没阳极1和阴极6。打开电源，将直流电压调制16V，电流范围控制在0.1A-0.2A之间，槽液温度控制在20-30℃，电解30分钟。取出铝合金用纯净水洗净，并烘干，得到如图3所示的表面微孔结构。

将经表面处理的基层铝合金置入已安装在注射机的模具中，注射机将聚丙烯(PP)塑料原材料融化后，由注射机螺杆将融化的塑料通过模具内设定的浇注***注射到铝合金板材背面的特定位置，使熔体充分浸入到铝合金表面的微孔结构中。冷却固化后，PP塑料与铝合金板材便牢固粘结在一起，得到材质为铝合金-塑料的手机外壳。再将完成上述步骤的产品进行最后的检测、加工处理，最终得到成形产品，如图1所示。

实施实例二

选取厚度为0.8mm，牌号为AZ91D的镁合金轧制薄板，机加工成120mm×70mm×0.8mm、圆角半径为30mm坯料，在专用拉深模具和坯料上分别涂聚四氟乙烯润滑剂，然后冲压成形，得到表面质量好、刚性强、形状和尺寸精度高的镁合金手机外壳基层。将已成形的基层镁合金置入无水乙醇和丙酮溶液中清洗15分钟，彻底除去表面可能存在的污渍和其他杂质，然后用纯净水清洗干净，并烘干待用。

采用微弧氧化设备在浓度为9g/L的铝酸钠体系溶液中进行实验，AZ91D试样接电源正极，不锈钢氧化槽接负极，工艺参数为：电流密度2A/dm2，频率为1000Hz，控制方式为恒流控制；处理过程中对溶液进行循环搅拌并冷却，保持溶液温度20～30℃，设定氧化时间为30分钟。把处理好的基层镁合金板材用纯净水洗净，并烘干，可得到与图3所示相似的表面微孔结构。

将经表面处理的基层镁合金置入已安装在注射机的模具中，注射机将聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)塑料原材料融化后，由注射机螺杆将融化的塑料通过模具内设定的浇注***注射到镁合金板材背面的特定位置，使熔体充分浸入到镁合金表面的微孔结构中。冷却固化后，PBT塑料与基层镁合金便牢固粘结在一起，得到材质为镁合金-塑料的手机外壳。再将完成上述步骤的产品进行最后的检测、加工处理，最终得到成形产品，如图1所示。

Claims (3)

1.一种金属-塑料复合手机外壳及其成形方法，其特征在于：所述的手机外壳外表面由金属板材制成，内表面的凸起结构特征采用塑料制成，所述成形方法的流程为：金属合金冲压成形-合金表面清洗-合金表面处理-塑料注射-产品成形，该成形方法使金属板材和塑料结构特征牢固结合在一起，为一体式结构。

2.根据权利要求1所述的一种金属-塑料复合手机外壳及其成形方法，其特征在于：所述的手机外壳外表面由金属板材制成，金属板材材质为：铝合金、镁合金等轻合金以及不锈钢，内表面的凸起结构特征采用塑料制成，塑料包括聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯硫醚(PBS)等热塑性塑料及其相应的纤维增强塑料等，所述的成形方法可使金属板材和塑料结构特征牢固结合在一起，为一体式结构。

3.根据权利要求1所述的一种金属-塑料复合手机外壳及其成形方法，其特征在于：所述成形方法的流程为：金属合金冲压成形-合金表面清洗-合金表面处理-塑料注射-产品成形，具体包含以下步骤：

A、将金属板材利用预先设置的冲压模具冲压成形，并消除金属板材在冲压过程中留下的划痕，确保表面平整光滑。

B、将成形后的金属板材置入溶液中进行清洗，溶液为碱性溶液，也可是丙酮、乙醇等溶液，去除表面灰尘、油污等杂质。

C、将清洗过的金属板材进行表面处理，获取所需要的表面微孔特征，微孔直径在30纳米到1微米，保证塑料与金属表面有较大的比表接触面积，成形金属表面微孔的方法为：电化学腐蚀、微弧成形中的任意一种。

D、将处理好的金属板材放置入注射模具中，注射模具安装在注射机中，其型腔形状与成形后的金属板材一致，利用注射机将熔融塑料通过模具内设定的浇注***，直接在金属背面特定位置注射塑料熔体，形成所需结构特征。

E、熔融塑料在金属表面冷却固化后，与金属形成一体结构，牢固结合在一起。

F、将成形产品进行可能存在的塑料飞边进行简单后处理，并进行检测，便可得到最终的产品。

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