[发明专利]用于便携式电子设备的聚合物-陶瓷复合材料壳体和壳体部件

说明书

用于便携式电子设备的壳体件及模制所述用于便携式电子设备的壳体件的方法。所述壳体件包含：包含聚合物基质中的陶瓷颗粒的壳体部件，陶瓷颗粒占壳体部件的50体积％至90体积％，以及聚合物基质占壳体部件的10体积％至50体积％；陶瓷颗粒具有50纳米至100微米的Dv50；陶瓷颗粒基本上无团聚；壳体部件具有大于90％的相对密度；壳体部件配置为覆盖便携式电子设备的一部分。本发明的模制所述壳体件的方法包括：将聚合物‑陶瓷核‑壳颗粒设置在模具中的腔体的工作部分中，每个核‑壳颗粒包括包含陶瓷颗粒的陶瓷核和围绕核的聚合物壳，所述壳包含聚合物，其中陶瓷核占粉末的50体积％至90体积％，并且聚合物壳占粉末的10体积％至50体积％；将模具加热至超过第一聚合物的熔融温度(Tm)的第一温度；在将模具的温度保持在处于或高于第一温度的同时使模具中的粉末经受第一压力，以限定其中陶瓷颗粒基本上无团聚的壳体部件的轮廓；将壳体部件冷却至低于第一聚合物的Tg或Tm的温度；和从模具中取出壳体部件。在所述壳体件和方法中，陶瓷颗粒包含Al₂O₃、Fe₃O₄、Fe₂O₃、ZnO、ZrO₂、SiO₂和/或这些陶瓷中任何两种或多于两种的组合；聚合物包含PPE、PPS、PC共聚物、PEI、PEI共聚物、PPSU、PAES、PES、PAEK、PBT、PP、PE、半结晶PI或半结晶聚酰胺。

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年2月14日提交的欧洲专利申请第20157480.3号和2019年10月11日提交的美国临时专利申请第62/914,278号的优先权权益，其通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开一般地涉及用于便携式电子设备的聚合物-陶瓷复合材料壳体，更具体地但非通过限制性的方式，涉及具有高比例陶瓷的便携式电子设备壳体和壳体部件以及制造所述壳体和壳体部件的方法。

背景技术

便携式电子设备通常具有一个或多于一个发射器和/或接收器，分别用于传输和接收射频(RF)信号。全金属壳体可能阻断这样的RF信号，从而限制其在便携式电子设备中的使用。为了让无线电信号通过金属壳体，通常需要复杂的模制技术以在壳体中引入塑料隙缝天线，这会导致壳体中不期望的美学差异并增加成本。陶瓷材料通常是RF透明的(例如，允许传输和/或接收RF信号如Wi-Fi、蓝牙、GPS、无线电信信号等)，并通常是坚固且耐刮擦的。然而，陶瓷材料往往容易开裂，使全陶瓷壳体的构造变得困难。聚合物是RF透明、抗裂且抗冲击的，但容易刮擦并缺乏刚度。因此，存在与陶瓷和聚合物壳体的构造和使用相关的挑战。

目前，具有高比例陶瓷的陶瓷-聚合物复合材料数量有限。已知的陶瓷-聚合物复合材料通常含有显著小于50体积％的陶瓷和显著大于50体积％的聚合物。

第一类这样的陶瓷-聚合物复合材料依赖于热固性方法，其中将单体与多孔陶瓷结构结合并固化以形成复合材料。但这种方法通常需要过长的固化时间，并且最终件的密度通常取决于陶瓷中孔隙的大小和树脂的黏度。

第二类这样的陶瓷-聚合物复合材料依赖于热塑性聚合物，其通常不需要时间来固化，而是可简单地加热至熔化并随后冷却以使热塑性聚合物凝固，从而允许相对较快的加工。陶瓷填料已与热塑性塑料复合以实现某些性质，包括刚度和强度。然而，由于常规复合技术的限制，这样的热塑性聚合物中的陶瓷填料含量通常被限制在显著小于50体积％。例如，在这种类型的传统方法中，向聚合物中加入陶瓷填料并在挤出机中复合该混合物和制粒(palletized)。通常，陶瓷填料在聚合物基质中的分散和分布高度依赖于陶瓷和聚合物的类型、其他添加剂和偶联剂、混合速率、剪切速率、温度及各种其他参数。至少由于这些限制，聚合物基质中较高比例的陶瓷填料(例如，大于50体积％)是挑战性的，并且可能例如损坏挤出机中的螺杆(取决于陶瓷的硬度)及由于剪切和热而使聚合物降解。