摘要 2007年,蘋果(Apple)發布了首部iPhone,并帶來了一個全新的市場。多年來,蘋果一直偏愛鋁制機身的智能手機設計。隨著iPhone的流行,鋁、不銹鋼、鈦或鎂等材料的金屬外殼...
2007年,蘋果(Apple)發布了首部iPhone,并帶來了一個全新的市場。多年來,蘋果一直偏愛鋁制機身的智能手機設計。隨著iPhone的流行,鋁、不銹鋼、鈦或鎂等材料的金屬外殼成為一種潮流,這些材料結合了優秀的機械性能、美感和手感。
在大多數中端和高端型號中,金屬外殼已替換了塑料外殼。
邁向玻璃:新一代智能手機外殼
全玻璃的智能手機外殼展示出了工業設計師的雄心,但是,它可能不具備所需的機械性能以通過如跌落等產品測試。
由于這一點以及不斷發展的輕薄化潮流,只要全柔性顯示屏技術尚未成熟,預計我們將會看到擁有全玻璃外殼的高端產品,同時繼續使用金屬中框作為天線放大器,以抵消印刷電路板 (PCBs)、電磁干擾屏蔽及金屬外殼等造成的射頻信號衰減。

納米注塑技術(NMT)提供了金屬與高分子聚合物直接粘結技術,這是一道在外觀處理制程前(如陽極氧化處理或PVD)的重要加工工藝。
NMT將經過特殊表面處理的金屬與高分子聚合物粘結在一起,產生了強勁的粘合。這種結合強度可能受到金屬表面、加工條件或聚合物材質的影響。
不同的金屬需要用不同的處理方法達到合適的表面效果(微米或納米級的孔洞),以產生最佳的聚合物滲透性和粘結性。
重要的是,要取得高的結合強度,需避免空氣積聚在納米孔洞,所以高分子聚合物的流動性至關重要。
鋁是最常見的NMT金屬材料,一般在NMT之后還要進行陽極氧化處理以達到品牌客戶的外觀要求,所以一定要使用能夠經受住陽極處理工藝的高分子聚合材料,如聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯硫醚(PPS) 或聚砜(PSU)。
不銹鋼和鈦合金等擁有更高機械性能的金屬材料,作為新一代智能手機外殼的最佳候選者,有更廣泛的外觀處理工藝,如PVD。
PVD 需要三個小時150°C至180°C的加工溫度,使得以往常用于NMT的高分子聚合材料并不適合。PPS由于較差的抗紫外線性能和染色性,不能滿足外觀部件的審美要求。
因此,OEM必須選擇高溫穩定性更好的高分子聚合材料,如聚醚醚酮(PEEK)或具有高玻璃轉化溫度(Tg)和熱變形溫度(HDT)的新型PPA。
NMT工藝可描述為如下流程:

圖:NMT工藝的流程。
1) 金屬清洗過后,表面會形成微米和納米級孔隙。對于鋁而言,常用的工藝是化學溶液腐蝕。2) 一旦金屬受到合適的腐蝕和清理,通過高壓將塑料共混物與其結合。這樣聚合物可以填充進入金屬表面的結構從而得到很高的金屬聚合物之間的結合力。
3) 在金屬和塑料注塑成型后,就可對金屬進行表面處理了,如陽極氧化或PVD。

上圖:適用于NMT結合法的鋁的電子掃描顯微鏡圖像(左)和不銹鋼(右)基體表面。

上圖:上:顯示了NMT工藝制造的剪切試樣。下:顯示了不同金屬材料樣條剪切測試后的樣本。
帝斯曼研發了一款基于高性能ForTii® Ace高分子聚合物的新型材料,適合用于NMT。它獨特的C4分子結構的化學性,產生了比其他PPA更優越的結晶行為。
ForTii® Ace同時擁有所有芳香族尼龍(PPA)中最高的Tg。受到芳香烴含量影響,它的Tg溫度和耐化學性接近PEEK。ForTii® Ace高分子聚合物同時具有所有PPA中最高的機械強度。
該材料能與鈦合金和不銹鋼結合達到異常高的NMT粘結力度。
這是由于該材料具有較高的高分子聚合物強度和優秀的加工性能。
高分子聚合物的流動性和結晶對于NMT工藝的粘結強度非常必要。一旦金屬表面結構受到充分填充,該材料自身的結晶確保優秀的結合強度、高剛性和聚合物強度。
對于使用鈦合金和不銹鋼的NMT外殼,帝斯曼已經研發兩種專用于NMT工藝的牌號,ForTii NMX33和ForTii Ace NMX5。
對于高尺寸穩定性、耐熱性和淺色物料的紫外線穩定性的應用而言,是理想材料。
這兩個牌號都已經批量生產,設計者可以利用他們設計出新一代全玻璃外殼以及具有極致美感和材料性能的創新性金屬塑料粘結部件。
NMT是一種優雅的技術,粘結了金屬和塑料,用于不同的應用和工業中,包括工業、航空航天和汽車行業。
帝斯曼擁有完整的產品組合包括PBT、PPA和PPS。這種廣泛的產品組合使得制造商可以通過與帝斯曼的合作獲得多種設計和工業材料選擇以及應用支持。
ForTii NMX33和ForTii Ace NMX5顯示了不銹鋼和鈦兩者粘結力度的最高性能。
它們各自的熔點分別是320°C和340°C,這些牌號的超高耐熱性,使得它們可以承受PVD工藝所要求的極端溫度。
實現智能手機創新的下一次飛越
2017年智能手機設計的趨勢很清晰,它正在遠離鋁制外殼,走向玻璃或陶瓷材料,配以具有較高機械強度的金屬中框。而金屬中框的機械強度又取決于使用的高分子聚合材料與金屬的粘結性以及高分子聚合材料本身的機械性能。
帝斯曼的新型ForTii® Ace聚合物將性能提升到目前只有PEEK才能達到的水平。這些新型材料具有與PEEK相近的耐化性,機械性和耐熱性,同時也提供了極佳的尺寸穩定性和優秀的粘結韌性。
ForTii® Ace使得設計者超越當前的材料性能,實現下一次智能手機創新的巨大飛越。
本文作者:
Tamim Sidiki、段偉偉、王騰、Frank Burgt-van-der、于斌、鄭立東、Michelle Seitz、Julie Liong