功能強大的復合材料

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

 復合材料外殼最初吸引人的地方就在于減輕了重量。在飛機和衛(wèi)星上，這里節(jié)省一磅，那里節(jié)省一磅，加起來就顯著降低了整體的重量，并轉(zhuǎn)化為性能的提高。一架無人機可以飛更長的距離，噴氣式戰(zhàn)斗機可以實現(xiàn)更好的燃油經(jīng)濟性，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)射費用。然而，除了節(jié)省重量，復合材料外殼還必須滿足其他應用要求的成本效益。

一個典型的復合材料開始于一個高性能工程塑料與添加的填料，以提高特性。對于電子產(chǎn)品外殼，塑料可能是一個高溫的、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）等級別。實際的熱塑性塑料通常取決于所需的操作溫度和看得見的流體暴露的結(jié)合。雖然玻璃纖維一直是最常用來增加結(jié)構(gòu)強度的填料，而碳纖維或其他導電填料則通常用來生產(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，但通常不會選擇，因為他們會增加材料的重量。

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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、短或長的碳纖維、碳微球和簡單的碳粒子。表1總結(jié)了這些形式各自的優(yōu)勢。這些填充材料使塑料可以導電，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，在1％至5％的填料體積和1以下？以厘米計，填料體積在5％至10％。有時候，可以通過碳系填料金屬涂層來增加導電性。

    碳的類型對所得到的復合材料的強度將有顯著的效果。長的碳纖維可以用于增加材料強度或硬度，從而與金屬的達成一樣，甚至超過金屬。

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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。復合材料外殼重量比對應的鋁輕40％，比鋼材輕80％，但增加的中空微小球狀體為士兵系統(tǒng)，無人機和其他應用程序進一步減少了重量，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。一個典型的復合材料外殼，結(jié)合了PEEK與碳纖維來增加強度，以及微球來節(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

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    金屬外殼主要通過能量反射來提供EMI保護。當多余的能量來自外殼外部時，這是一個優(yōu)勢。當外殼內(nèi)的電子設備輻射EMI時，能量可被反射進入電子設備，而不是消除。在另一方面，復合材料的外殼，提供了反射和吸收的結(jié)合。內(nèi)部電子輻射的能量被復合材料吸收和消散了。如圖3所示，在EMI測試中，以及在現(xiàn)實世界的表現(xiàn)上，復合材料可能比金屬的性能好。 copyright 123456

    復合材料外殼可以方便地鍍覆化學鍍鎳、銅或金，或它們的任意組合。從EMI的角度來看，這種性能允許在一個小的重量增加的基礎上添加一個額外的屏蔽。

熱量擴散

    由于高分子復合材料的熱導率低于鋁（<1W/mK），可能需要采取一些額外的措施來驅(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。復合材料聚合物墻壁某些區(qū)域的熱傳導性鋁或者石墨襯墊，為當處提供了高的熱傳導率。更多熱塑性復合材料在結(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熱管直接把熱量輸送到一些合適的散熱器里。

強度

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

環(huán)保耐用性

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    腐蝕是人們持續(xù)關注的關于金屬的一個問題。由于電阻氧化物的堆積，鋁本身是相當耐腐蝕的。然而，鋁與金屬，如鋼和銅，形成了一個明顯的原電池。這可能會導致鋁金屬的快速消耗，除非它有一個保護性涂層。一些長期使用的涂料，如鎘，因為毒性問題不再可用。鋁在電性能上也與現(xiàn)代飛機的碳纖維復合材料結(jié)構(gòu)不能兼容。就其性質(zhì)而言，復合材料外殼對腐蝕和類似的破壞原因都是免疫的。他們都可與飛機復合材料結(jié)構(gòu)和典型安裝硬件電氣兼容。他們抵抗惡劣的化學品和溶劑，可在擴展級溫度范圍內(nèi)工作。 內(nèi)容來自123456

模塑互連裝置 本文來自123

    為聚合物復合材料增加可選擇的金屬鍍層的功能，開辟了零部件設計和功能的新的更高水平的靈活性。聚合物復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先應用是直接在外殼內(nèi)部集成天線。然而，電路追蹤，無線聯(lián)絡和其他結(jié)構(gòu)也是可能的——從本質(zhì)上創(chuàng)建一個三維結(jié)構(gòu)。MIDs將機械和電氣功能集成到一個單一的增值部分，減少了部件數(shù)量，從而簡化了裝配，并提高了可靠性。

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對于包含無線功能的商業(yè)設備，TE Connectivity（TE）是MIDs領先的供應商之一。手機和平板電腦僅僅是典型的包括這種天線的兩種設備類型。對于軍事和航空航天市場，外殼可以包含多個天線，復雜的三維定向天線，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能力。

了解外殼

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    復合材料外殼的進展來自于新材料技術(shù)，如碳納米管和碳纖維，以及來自于新的制造工藝。在促進復合材料壓縮成型方面，企業(yè)正在大踏步前進，同時也實現(xiàn)了高精度的特點。例如，TE能夠提供定制的、基于聚合物和填料配方的外殼。不但能滿足應用需求，而且也可以以一種具有成本效益的方式進行塑造。從傳統(tǒng)上來說，復合材料在提供大型和復雜的三維結(jié)構(gòu)方面向制造商提出了挑戰(zhàn)。通過透徹理解聚合物復合材料的性能，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)和應用。

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結(jié)語

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    在指定復合材料外殼時，應與供應商緊密合作，仔細地為您的應用需求尋求匹配的復合材料配方。通常這個配方往往會涉及填料類型的組合，提供一個協(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（強度、EMI性能、熱量控制及MID功能等），以較低的成本來提供增強的性能，是有可能的。