功能強(qiáng)大的復(fù)合材料

 雖然復(fù)合材料及其應(yīng)用在航空航天和國(guó)防工業(yè)的想法已經(jīng)被接受，新的功能和新的材料配方使復(fù)合材料電子產(chǎn)品外殼的使用值得再看一看。用復(fù)合材料取代金屬外殼不僅具有金屬所有的機(jī)械和電子優(yōu)勢(shì)，而且具有重量減少、耐腐蝕，并降低成本的增值好處（見(jiàn)圖1和圖2）。

 復(fù)合材料外殼最初吸引人的地方就在于減輕了重量。在飛機(jī)和衛(wèi)星上，這里節(jié)省一磅，那里節(jié)省一磅，加起來(lái)就顯著降低了整體的重量，并轉(zhuǎn)化為性能的提高。一架無(wú)人機(jī)可以飛更長(zhǎng)的距離，噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)可以實(shí)現(xiàn)更好的燃油經(jīng)濟(jì)性，并攜帶更多的武器。在衛(wèi)星上，每一磅重量的減少，都可以節(jié)省數(shù)千美元的發(fā)射費(fèi)用。然而，除了節(jié)省重量，復(fù)合材料外殼還必須滿足其他應(yīng)用要求的成本效益。

一個(gè)典型的復(fù)合材料開(kāi)始于一個(gè)高性能工程塑料與添加的填料，以提高特性。對(duì)于電子產(chǎn)品外殼，塑料可能是一個(gè)高溫的、可模制的熱塑性塑料，如聚苯硫醚（PPS）、聚醚酰亞胺（PEI)、PEEK（聚醚醚酮）或液晶聚合物（LCP）等級(jí)別。實(shí)際的熱塑性塑料通常取決于所需的操作溫度和看得見(jiàn)的流體暴露的結(jié)合。雖然玻璃纖維一直是最常用來(lái)增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的填料，而碳纖維或其他導(dǎo)電填料則通常用來(lái)生產(chǎn)具有良好電磁干擾（EMI）性能的材料。金屬填充物只是有可能，但通常不會(huì)選擇，因?yàn)樗麄儠?huì)增加材料的重量。

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    碳的加入可以是多種形式：作為碳納米管（CNT）、石墨烯的片晶、短或長(zhǎng)的碳纖維、碳微球和簡(jiǎn)單的碳粒子。表1總結(jié)了這些形式各自的優(yōu)勢(shì)。這些填充材料使塑料可以導(dǎo)電，以提供EMI屏蔽。大部分CNT填充塑料的電阻率能小于10嗎？以厘米計(jì)，在1％至5％的填料體積和1以下？以厘米計(jì)，填料體積在5％至10％。有時(shí)候，可以通過(guò)碳系填料金屬涂層來(lái)增加導(dǎo)電性。

    碳的類型對(duì)所得到的復(fù)合材料的強(qiáng)度將有顯著的效果。長(zhǎng)的碳纖維可以用于增加材料強(qiáng)度或硬度，從而與金屬的達(dá)成一樣，甚至超過(guò)金屬。

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節(jié)省重量

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    大多數(shù)熱塑性塑料明顯比金屬輕。復(fù)合材料外殼重量比對(duì)應(yīng)的鋁輕40％，比鋼材輕80％，但增加的中空微小球狀體為士兵系統(tǒng)，無(wú)人機(jī)和其他應(yīng)用程序進(jìn)一步減少了重量，而在這些地方每節(jié)省每一盎司的重量都很關(guān)鍵。

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 例如，鋁的密度為2.71g/cm3。工程聚合物像PEEK或PPS是鋁的一半左右，密度為1.3g/cm3至1.35g/cm3。碳微球的密度僅為0.17g/cm3。一個(gè)典型的復(fù)合材料外殼，結(jié)合了PEEK與碳纖維來(lái)增加強(qiáng)度，以及微球來(lái)節(jié)省重量，以獲得1.4g/cm3的密度。這幾乎是節(jié)省了相同尺寸零部件50％的重量。

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EMI保護(hù)

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    金屬外殼主要通過(guò)能量反射來(lái)提供EMI保護(hù)。當(dāng)多余的能量來(lái)自外殼外部時(shí)，這是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。當(dāng)外殼內(nèi)的電子設(shè)備輻射EMI時(shí)，能量可被反射進(jìn)入電子設(shè)備，而不是消除。在另一方面，復(fù)合材料的外殼，提供了反射和吸收的結(jié)合。內(nèi)部電子輻射的能量被復(fù)合材料吸收和消散了。如圖3所示，在EMI測(cè)試中，以及在現(xiàn)實(shí)世界的表現(xiàn)上，復(fù)合材料可能比金屬的性能好。 copyright 123456

    復(fù)合材料外殼可以方便地鍍覆化學(xué)鍍鎳、銅或金，或它們的任意組合。從EMI的角度來(lái)看，這種性能允許在一個(gè)小的重量增加的基礎(chǔ)上添加一個(gè)額外的屏蔽。

熱量擴(kuò)散

    由于高分子復(fù)合材料的熱導(dǎo)率低于鋁（<1W/mK），可能需要采取一些額外的措施來(lái)驅(qū)散內(nèi)部電子元件所產(chǎn)生的熱量。有多種技術(shù)可供選擇。復(fù)合材料聚合物墻壁某些區(qū)域的熱傳導(dǎo)性鋁或者石墨襯墊，為當(dāng)處提供了高的熱傳導(dǎo)率。更多熱塑性復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)材料頂部共同成型可以覆蓋更大的面積。還有其他技術(shù)，如熱電冷卻器或者用導(dǎo)熱管直接把熱量輸送到一些合適的散熱器里。

強(qiáng)度

    復(fù)合材料是強(qiáng)大的、可定制的，可以提供優(yōu)異的耐沖擊性、拉伸強(qiáng)度和耐彎曲性等。此外，由于復(fù)合材料不容易凹陷或變形，因此比對(duì)應(yīng)的鋁堅(jiān)固耐用。然而，工作溫度會(huì)影響復(fù)合材料的性能，因此，很好地了解復(fù)合材料所能承受的極端溫度是必要的。 本文來(lái)自123

環(huán)保耐用性

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    腐蝕是人們持續(xù)關(guān)注的關(guān)于金屬的一個(gè)問(wèn)題。由于電阻氧化物的堆積，鋁本身是相當(dāng)耐腐蝕的。然而，鋁與金屬，如鋼和銅，形成了一個(gè)明顯的原電池。這可能會(huì)導(dǎo)致鋁金屬的快速消耗，除非它有一個(gè)保護(hù)性涂層。一些長(zhǎng)期使用的涂料，如鎘，因?yàn)槎拘詥?wèn)題不再可用。鋁在電性能上也與現(xiàn)代飛機(jī)的碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)不能兼容。就其性質(zhì)而言，復(fù)合材料外殼對(duì)腐蝕和類似的破壞原因都是免疫的。他們都可與飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和典型安裝硬件電氣兼容。他們抵抗惡劣的化學(xué)品和溶劑，可在擴(kuò)展級(jí)溫度范圍內(nèi)工作。 內(nèi)容來(lái)自123456

模塑互連裝置 本文來(lái)自123

    為聚合物復(fù)合材料增加可選擇的金屬鍍層的功能，開(kāi)辟了零部件設(shè)計(jì)和功能的新的更高水平的靈活性。聚合物復(fù)合材料電鍍層的生產(chǎn)模式始于一種兩次注塑的成型工藝，或通過(guò)激光直接燒結(jié)，以產(chǎn)生模制互連裝置（MID）。這種電鍍模式的一種領(lǐng)先應(yīng)用是直接在外殼內(nèi)部集成天線。然而，電路追蹤，無(wú)線聯(lián)絡(luò)和其他結(jié)構(gòu)也是可能的——從本質(zhì)上創(chuàng)建一個(gè)三維結(jié)構(gòu)。MIDs將機(jī)械和電氣功能集成到一個(gè)單一的增值部分，減少了部件數(shù)量，從而簡(jiǎn)化了裝配，并提高了可靠性。

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對(duì)于包含無(wú)線功能的商業(yè)設(shè)備，TE Connectivity（TE）是MIDs領(lǐng)先的供應(yīng)商之一。手機(jī)和平板電腦僅僅是典型的包括這種天線的兩種設(shè)備類型。對(duì)于軍事和航空航天市場(chǎng)，外殼可以包含多個(gè)天線，復(fù)雜的三維定向天線，甚至可調(diào)諧天線。這種天線外殼往往都不容易損壞，而且通常有更少的檢測(cè)能力。

了解外殼

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    復(fù)合材料外殼的進(jìn)展來(lái)自于新材料技術(shù)，如碳納米管和碳纖維，以及來(lái)自于新的制造工藝。在促進(jìn)復(fù)合材料壓縮成型方面，企業(yè)正在大踏步前進(jìn)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了高精度的特點(diǎn)。例如，TE能夠提供定制的、基于聚合物和填料配方的外殼。不但能滿足應(yīng)用需求，而且也可以以一種具有成本效益的方式進(jìn)行塑造。從傳統(tǒng)上來(lái)說(shuō)，復(fù)合材料在提供大型和復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)方面向制造商提出了挑戰(zhàn)。通過(guò)透徹理解聚合物復(fù)合材料的性能，基本上二維板材的焊接可以產(chǎn)生三維結(jié)構(gòu)。其他連接技術(shù)也可用于最佳構(gòu)建的生產(chǎn)和應(yīng)用。

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結(jié)語(yǔ)

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    在指定復(fù)合材料外殼時(shí)，應(yīng)與供應(yīng)商緊密合作，仔細(xì)地為您的應(yīng)用需求尋求匹配的復(fù)合材料配方。通常這個(gè)配方往往會(huì)涉及填料類型的組合，提供一個(gè)協(xié)同的解決方案。雖然不存在單一的最好的解決方案，但找到特性的最佳平衡（強(qiáng)度、EMI性能、熱量控制及MID功能等），以較低的成本來(lái)提供增強(qiáng)的性能，是有可能的。