一種帶保溫加熱功能的手機(jī)殼的制作方法

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(佳木斯大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 黑龍江 佳木斯 154007)

0 引 言

手機(jī)電池通常為鋰離子電池， 在正常溫度下使用，電池內(nèi)的鋰離子會保持很好的活性，電解液通過化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行遷移和填補(bǔ)，在電池的正負(fù)極出現(xiàn)電勢差進(jìn)而產(chǎn)生電流。而在低溫環(huán)境下，電池內(nèi)會產(chǎn)生鋰離子沉積現(xiàn)象，也就是說它的活性逐漸變低、擴(kuò)散性變差，不再和物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致電阻變大、電池的放電能力變?nèi)酢ｋ姵貙嶋H工作電壓的降低，依靠電池供電的手機(jī)就會出現(xiàn)“跳電”情況，甚至觸發(fā)低溫保護(hù)機(jī)制，手機(jī)自動關(guān)機(jī)[1]。對于東北的氣候，冬季的時間明顯偏長，室外的溫度基本在零度以下，若長期在寒冷的環(huán)境下使用手機(jī)，而沒有對手機(jī)的電池進(jìn)行妥當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)，會使手機(jī)的使用性能下降。而且手機(jī)功能正常操作情況下鋰電池的使用溫度區(qū)間在0℃至零上40℃之間，在0℃以下，電池容量減少，零下20℃基本自動關(guān)機(jī)。在東北大部分地區(qū)，冬季室外溫度基本持續(xù)在零下20℃以下，甚至零下30℃，因此手機(jī)在室外低溫條件下基本不能較長時間使用，同時也就不能在冰雪景區(qū)內(nèi)留下更多的影音照片。

手機(jī)保護(hù)殼的材質(zhì)有很多有，如硅膠、TPU、PC材質(zhì)、ABS、皮革、金屬材質(zhì)。手機(jī)保護(hù)殼作用有以下幾點：1、保護(hù)手機(jī)，以防硬物在手機(jī)屏幕或機(jī)身上留下劃痕；2、手機(jī)保護(hù)殼上可以印上各種花色；3、硅膠殼可以防止指甲長時間與按鍵接觸刮花、磨壞，有保護(hù)屏幕和按鍵的作用；4、硅膠殼有防滑的作用；5、蘋果手機(jī)套，還具有增強(qiáng)信號的作用，因為某些手機(jī)外殼與金屬接觸后形成磁場干擾了手機(jī)信號，給手機(jī)穿上絕緣的手機(jī)殼，就可以增強(qiáng)信號了。目前，國內(nèi)普遍生產(chǎn)的手機(jī)殼材料有PC，簡稱聚碳酸酯也就是工程塑料。PC材料是一種綜合性能優(yōu)良的非晶型熱塑性樹脂，具有優(yōu)異的延伸性、尺寸穩(wěn)定性及耐化學(xué)腐蝕性，還具有較高的強(qiáng)度[2]。然而，尚沒有一款適用于針對特殊條件下延續(xù)電池壽命的手機(jī)殼。為解決特殊環(huán)境條件下延續(xù)電池壽命，提高手機(jī)續(xù)航能力，設(shè)計了一種帶保溫加熱功能的手機(jī)殼，它在連接外置電源(例如充電寶)后加熱，內(nèi)部保溫，保證了鋰電池的正常使用，從而可以長時間的使用打電話，拍照等功能。從外觀上，可以添加多元素的繪制圖案吸引顧客消費；從外形上，采用橡膠材料可以有效增加手機(jī)的抗摔能力；從性能上，有特殊的加熱裝置能夠使手機(jī)在低溫狀態(tài)下保持正常工作并一定程度上提高手機(jī)電池的使用率和安全性。

1 實驗材料及方法

1.1 材料選擇

采用丁基橡膠、ABS塑料、皮革制成手機(jī)殼殼體，殼體內(nèi)部注入玻璃纖維，以取得防滑、抗摔、保溫的效果和良好的手感。加熱模塊選擇硅橡膠加熱板，硅橡膠加熱板是一種通電即發(fā)熱的薄片，標(biāo)準(zhǔn)厚度為1.8mm。加熱元件采用鎳鉻絲或用厚度0.05 mm～0.10mm的鎳鉻箔蝕刻成一定的形狀，兩面包以導(dǎo)熱絕緣材料，經(jīng)高溫模壓成形及老化熱處理而成，殼體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 手機(jī)殼體結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 實驗方法

實驗手機(jī)殼用丁基橡膠、ABS塑料、皮革等制成，殼體1部雕刻凹凸花紋以達(dá)到防滑的效果;加熱板2用鎳鉻合金電熱絲，鎳鉻合金電熱絲均勻的鋪設(shè)在殼體1內(nèi)部，電熱絲外設(shè)有保護(hù)層防止電熱絲損傷，鋪設(shè)時避開手機(jī)主要發(fā)熱元件如CPU，電熱絲的直徑為0.08mm，工作電壓為5V，功率為10w;在加板2集成溫度控制模塊，控制手機(jī)溫度保持在10℃-20℃之間；導(dǎo)線4用銅質(zhì)薄片排線，銅質(zhì)導(dǎo)線可外接電源進(jìn)行供電，外置電源5優(yōu)選充電寶。實驗用手機(jī)為蘋果7，分別采用丁基橡膠、ABS工程塑料、皮革進(jìn)行鑄造成手機(jī)殼，殼厚度為5毫米，內(nèi)部植入玻璃纖維，按照電池位置，削減出一個硅膠加熱板位置，將硅膠加熱板分別粘置于三種材料不同的手機(jī)殼上，連接好USB線，測試手機(jī)置于零下20℃下，將電量為100%的未佩戴與佩戴保溫加熱功能的手機(jī)殼續(xù)航時間進(jìn)行對比。

2 實驗結(jié)果及分析

不同手機(jī)殼材料在零下20℃的環(huán)境下續(xù)航時間如圖2所示。實驗結(jié)果表明，沒有佩戴手機(jī)殼手機(jī)在低溫環(huán)境下15min左右后，手機(jī)便啟動低溫保護(hù)裝置，導(dǎo)致手機(jī)功能無法使用，并且在17min時手機(jī)電量已降至1%，在19min手機(jī)自動關(guān)機(jī)。對比佩戴保溫加熱功能的手機(jī)殼的手機(jī)在零下20℃的環(huán)境下，30min后仍然使用，且ABS材質(zhì)的手機(jī)殼耗電量最快。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于ABS塑料材質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)為0.25W/(m·k),保溫效果相對較差,導(dǎo)致手機(jī)在低溫狀態(tài)下使用30min后手機(jī)電量下降20%左右；皮革(導(dǎo)熱系數(shù)為0.18W/(m·k))材質(zhì)的手機(jī)殼保溫效果相對較好，測得30min后手機(jī)電量下降10%左右，而丁基橡膠(導(dǎo)熱系數(shù)為0.09W/(m·k))材質(zhì)的手機(jī)殼保溫加熱效果最佳，測得30min后手機(jī)電量僅下降3%左右，屬于正常使用耗電量，說明在實驗條件下，丁基橡膠材質(zhì)的保溫加熱手機(jī)殼在低溫狀態(tài)下，維持手機(jī)電量的效果最好，能保持長的續(xù)航時間。

圖2 電量與續(xù)航時間關(guān)系圖(-20℃)

3 結(jié) 論

1)皮革、ABS塑料及丁基橡膠三種材質(zhì)制備的保溫加熱功能的手機(jī)殼都可起到保溫加熱效果，可有效提高手機(jī)在低溫狀態(tài)下的續(xù)航時間。

2)丁基橡膠手機(jī)殼保溫加熱效果最好，續(xù)航時間最長，可選用丁基橡膠材質(zhì)來制備保溫加熱功能手機(jī)殼。

參考文獻(xiàn):

[1] 吳東方 .蘋果手機(jī)為何沒有安卓手機(jī)耐凍[J] .大眾用電，2016(03)

[2] 范雪嬌 .論手機(jī)殼的制作及其市場經(jīng)濟(jì)探討[J]. 現(xiàn)代交際，2017(18).