復合材料在電視機結構上的應用

劉興國

摘要：電視機產品外觀越薄、越窄對零件強度的要求越高，結構件應用復合材料滿足零件機械性能同時更有利實現零件的輕量化、低成本和更高外觀質感，提升產品的市場競爭力。本文介紹復合材料在電視機結構件上的應用現狀以及復合材料在未來電視機機結構中的應用前景。

關鍵詞：復合材料 ；電視機結構；零件強度；優化設計

1 緒論

復合材料是由兩種或者兩種以上具有不同物理、化學性質的材料通過微觀分子結構的結合，或者復雜工藝程序在物理層面形成的新型材料。復合材料保留了組分材料的主要優點，克服了單一材料在工程應用中的局限和不足，具有原組成材料所不具備的優異性能，因此在電視機結構零件設計中得到廣泛應用。電視機結構件應用的復合材料一類起增強作用，通過在樹脂基體中添加增強體，影響復合材料的主要性能，如密度、剛度、熱線性膨脹系數等。增強體在工藝成型時包裹在基體中形成零件的幾何形狀，增強零件的強度、剛性和尺寸穩定性等，常用的增強體有玻纖、碳纖、礦粉等。另一類復合材料起外觀作用，通常在金屬材料基體上復合新的材質和結構來實現外觀和增強作用。

2 復合材料在電視機結構中的應用現狀

2.1 在電視機模組膠框和面框上的應用

電視機模組中的膠框零件支撐著液晶玻璃，限位導光板、擴散板等背光零件，為把電視形態的邊寬、厚度做到極致優化，需要盡量降低膠框的空間占用，膠框零件形狀簡單，壁厚薄，細長形狀的膠框零件在產品遇到環境振動沖擊時要保持剛性，限制背光零件的變形位移和相互擦刮而產生雜質，以及限位不良出現間隙漏光等屏幕顯示缺陷。膠框零件選擇綜合性能比較好的PC樹脂為基材，增強材料選擇玻璃纖維，要滿足薄壁零件成型的工藝性，一般選擇在PC中添加10%的玻纖材料組成PC+GF10復合材料，復合材料的膠框零件尺寸穩定，強度高，在電視機模組結構中廣泛應用。

電視機面框零件作為產品外觀件的表面質量要求高，同時更要滿足裝配設計的要求。優化設計的面框裝配結構通過卡扣限位替代螺釘連接，卡扣設計在面框的四周側壁，裝配時面框側壁向外變形后卡扣的倒扣卡入背板實現裝配。金屬零件的尺寸穩定，實際應用中塑膠零件的尺寸波動對裝配可靠性影響很大。為滿足優化設計對面框零件的性能要求，面框選擇成型流動性好的ABS或PC ABS做基材，增強材料選擇15%比例的玻纖或礦粉，復合材料成型的面框零件尺寸穩定、強度高，尺寸受外部溫度變化影響小，提高了優化設計零件的配合質量和可靠性。

2.2 在電視機背板零件上的應用

電視機背板零件是產品的承載體和裝配基準，隨著電視機外觀趨勢金屬化、超薄化發展，金屬背板設計成機內件在外面包裹塑膠件作后殼的方式逐步被取代，優化設計的背板零件要大面積外漏作為產品的外觀，以體現出產品更薄和金屬質感。背板零件在沖壓成型后再經過遮蔽、靜電噴涂在外漏表面加工外觀涂層。復合材料是鍍鋅板基材通過脫油、脫脂、清洗、輥涂、烘烤、覆膜等一系列工藝過程，在材料外表面或者做為零件外觀的局部表面涂裝適合產品外觀需求的聚酯涂層所形成的PCM材料。PCM復合材料的外觀涂層較噴塑更加均勻、細膩，具有更強的金屬質感，零件工藝精致度提高顯著。

為滿足不同檔次市場需求，背板零件應用VCM板材的外觀效果更豐富、精致，產品外觀競爭力更強。VCM復合板材是在金屬板材上復合有外觀質感的PET或PVC薄膜形成的新型材料，金屬板材通過薄膜來實現各種顏色、圖案以及平面和立體的紋理效果，在薄膜上鍍膜、復合金屬箔等實現更加逼真、豐富的金屬工藝質感。VCM復合材料更利于實現電視產品金屬化、精致化的發展趨勢，在金屬背板和面框等外觀零件上的應用越來越普遍。

隨著電視機形態追求極致的超薄超窄，背板的形狀受到外觀更多限制，零件的強度持續下降，應用更高性能的材料才能適應產品形態的發展趨勢。一種三明治結構的復合板在超薄、大尺寸產品上開始進行設計應用，復合板材的結構主要分為三層，最外面一層金屬板材做產品外觀面使用，選擇VCM或者PCM金屬復合材料，中間層為樹脂，里面一層為普通鍍鋅板可以不做外觀處理。三種材質通過專用設備將樹脂加熱到熔融狀態后擠出在兩層金屬薄板之間，金屬薄板與高溫熔融狀態的樹脂通過高分子薄膜結合形成三明治結構的復合板。背板上應用較普遍的三明治結構板主要為鋁塑板和鋼塑板，復合板的剛度較普通鋼板大幅提高，非常適合超薄整機背板零件的使用性能要求，應用三明治結構復合板材的背板零件不需要成型復雜加強筋就有很好的結構剛性，可大幅節約背板零件的模具投入，縮短新產品開發周期。

為適應超薄電視產品對背板零件更高的性能要求，夾層為蜂窩狀的三明治結構板在背板零件結構設計中開始應用。蜂窩復合板的內、外兩層金屬板一般為鋁板，中間層是鋁箔材質的蜂窩狀結構，兩層鋁板與拉伸成中空正六邊形狀的蜂窩芯材通過高分子薄膜在高溫高壓下復合成為鋁蜂窩復合板，其中作為產品外觀的一側鋁板選用VCM或PCM復合材料預先表面處理。蜂窩鋁板重量輕、剛性好、表面導熱系數高，選用蜂窩鋁板的背板零件滿足電視機結構剛性和外觀同時還有替代模組散熱器的良好性能。復合蜂窩板是電視機超薄、輕量化、外觀高質感和零件功能整合設計的重要復合材料，其性能也滿足了投影電視對屏幕平整度和安裝輕便性的需要，目前已在投影電視屏幕背板上普遍應用。

3 復合材料在電視機結構上的應用前景

新材料、新工藝的應用推動著電視機產品形態不斷創新發展，復合材料的應用是新材料新工藝研究的重要方向。復合材料不僅保留著原有材料的優點，通過復合使其具有了原基材 不具有的優異性能，塑膠基材復合材料的應用提升了零件強度，降低了線性膨脹系數，使零件結構更穩定，優化設計的配合更可靠，提升裝配效率。金屬復合材料的應用增強零件使用功能同時降低系統成本，滿足產品不同檔次外觀和性能的需求。復合材料在未來電視機結構零件設計的以塑代鋼和功能整合和產品形態創新上具有廣闊前景。