多重复合材料可降温手机壳研究

丁宇豪 饶婉宁 胡慧璇

摘要：随着科技的发展，手机已经成为人们日常生活中必不可少的工具之一，其使用过程中暴露的机身过热的问题严重影响着手机的运行速度和使用寿命。市面上的手机壳外观多种多样，质量却参差不齐，而且大多数只是起着减震、防摔的作用，很少手机壳是具有降温的功能。可降温手机壳正是着眼于此，可以有效帮助减少手机因长时间使用而产生的多余热量，降低手机温度，提高运行速度，节省手机电量损耗，达到手机的性能最优化和用户的最佳使用体验。

关键词：复合材料；手机壳；降温

前言

目前，我国手机市场仍然处在高速发展阶段，手机在当今社会已成为人们日常生活中不可或缺的工具之一。根据国家统计局统计，人均每天花费在手机上的时间长达5个小时以上。手机在长时间使用下，通常会伴随着发烫发热的情况，包括快速充电情况下也有部分手机会发烫发热。目前市场上的手机壳基本上都是起着装饰、防摔的作用，而且此类手机壳还会阻碍手机与空气的流通，加剧手机发热。有鉴于此，可降温手机壳有着相当广阔的市场前景。本项目旨在研究多重复合材料的优化组合与设计，除了拥有普通手机壳具备的减震、防摔以及装饰作用外，还具有降低手机温度更加实用必要的功能。

一、材料介绍

（一）降温材料介绍

1.导热硅脂

导热硅脂具有高导热率和极佳的导热性，可以在短时间内实现快速散热降温。同时绝缘导热硅脂具备的良好的电绝缘性可以有效防止手机在充电过程中发生漏电触电现象，起到必要的保护作用。另外它所具有的较宽的使用温度，很好的使用稳定性，较低的稠度以及良好的施工性能等特性都使得导热硅脂能够广泛应用于电子元件降温，加之其价格便宜，大受市场欢迎。

2.石墨散热片

石墨导热片能平滑贴附在任何平面和曲面当中，并且能够依据客户的需求作任何形式的切割。石墨膜的优势：①可靠性提高②不会发生硅氧烷③不污染周围器件、环保④石墨膜易于加工，便于安装。

（二）材料的科学性

导热硅脂和石墨散热片都是环保降温材料，这两种材料已经广泛运用电脑CPU散热、手机电池导热方面。导热硅脂是一种高导热绝缘有机硅材料，具有优异的电绝缘性，又有优异的导热性，同时具有低游离度，耐高低温、耐水、臭氧、耐气候老化，此类硅材料对产生热的电子元件，提供了极佳的导热效果。石墨散热片是一种全新的导热散热材料，具有独特的晶粒取向，能够沿水平方向均匀导热，且能够作任何形式的切割。利用这两种材料的导热散热性，制作出多重复合材料可降温手机壳。

（三）材料的先进性

多重复合材料可降温手机壳的先进之处就是运用了双材质的散热材料，这样不但有利于保护手机，而且也能均匀导热，加大可吸收的热量。市面上的手机壳一般具有塑料和硅胶两种成分。就塑料而言，一般可以有ABS工程塑料，PC聚碳酸酯等等不同的塑料材料。ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体以一定比例共聚能合成出性能很好的塑料，便于注塑加工。PC是指聚碳酸酯，透明性好，无毒无害，耐冲击性能很好，也是常见的材料。硅胶是一种橡胶，是指含有Si-C键、且至少有一个有机基是直接与硅原子相连的化合物，习惯上也常把那些通过氧、硫、氮等使有机基与硅原子相连接的化合物也当作有机硅化合物。其中，以硅氧键（-Si-O-Si-）为骨架组成的聚硅氧烷，是有机硅化合物中为数最多，研究最深、应用最广的一类，约占总用量的90%以上。还有一些壳子是金属的，会屏蔽信号；还有皮革的、竹子的木头的等等。但用以上两种材料制成的手机壳会阻碍手机与空气的流通，加剧手机发热发烫问题，因而减少手机的使用寿命，增加使用时的安全隐患。多重复合材料可降温手机壳采用了双材质的散热材料，有利于均匀导热、加大可吸收的热量，我们会在实验设计中精算这两种材料的配比，达到最优导热散热的性能。

（四）材料的独特性

所设计的产品是市场上所没有的内置双层降温设计。第一种材料导热硅脂同时具有低游离度（趋向于零），耐高低温、耐水、臭氧、耐气候老化等特点，并且几乎永远不固化，可在-50℃—+230℃的温度下长期保持使用时的脂膏状态。第二种材料导热石墨片是一种全新的导热散热材料，沿两个方向均匀导热，屏蔽热源与组件的同时改进消费类电子产品的性能。

这两种较为便宜的降温材料随处可见，这二种较为便宜的材料具有可靠的稳定性，比起石墨烯一类的高端昂贵的材料，我们更加能降低成本，我们的手机壳在售价上就有一定优势，且产品的性能及稳定性上能更胜一筹。

二、设计过程

（一）设计材料：温度计、AB胶、导热硅脂、铝合金铝片（定制）、美工剪刀、石墨散热片、泡沫棉双面胶、美工刀、硅胶手机壳

（二）设计过程：

1.首先组装手机壳的背板：将泡沫棉双面胶剪成合适的条状贴合在铝合金铝片的四边，同时手机摄像头四周也要贴合到位，这样才可以防止加入导热硅脂时可能会出现的渗漏情况。再从摄像头中间往下贴一条泡沫棉，以此为一个基线，左右各两条粘合（以摄像头孔到充电底端为准，贴合的位置均匀分布），背板的防漏框就制作完成了。

2.将导热硅脂取出适量，填入背板的各格的防漏框中，即可完成散热液的填充。

3.将石墨散热片沿铝合金铝片的四周对齐，即可进行石墨散热片与铝合金铝片的贴合密封工作，对准四周的点，让石墨散热片与铝合金铝片紧密贴合以达到良好的散热效果。

4.用美工刀將硅胶手机壳的背板进行切割，同时四周边框留出一厘米的边界。切割前一定要画好切割线，以防止出现割歪的现象！

5.将散热背板用美工剪刀四周沿边剪短一厘米，同样也是要在剪切前画好切割线，防止割多或割少影响与硅胶手机壳边界的衔接，以至于手机无法紧密贴合手机壳。

6.挤出适量AB胶进行混合，涂薄薄的一层到硅胶手机壳留有一厘米的四周边界上，再将散热背板贴合到四周边界上。涂抹AB胶的时候要边点边均匀涂抹开来，后续为了粘合紧密涂抹2-3次，量不可以过多，静放24小时粘性达到最强。

7.至此，多重复合材料可降温手机壳设计完成。

三、多重复合材料可降温手机壳功能分析

如图1，图2所示，一种多重复合降温材料多功能手机壳，包括手机壳本体（1），所描述机壳本體（1）为通过侧边（2）和底面（3）组成：且侧边（2）和底面（3）的连接使手机壳本体（1）的内部形成可容置手机的凹腔：底面（3）为通过石墨散热片（31）、导热硅脂（32）以及金属外层（33）组成；且石墨散热片（31）和金属外层（33）之间形成空腔；空腔中填充有所述导热硅脂（32）；石墨散热片（31）是一种全新的导热散热材料，具有独特的晶粒取向，沿水平方向均匀导热；石墨散热片（31）片层状结构能平滑贴附在任何平面和弯曲的表面当中，并且能够依客户的需求作任何形式的切割；导热硅脂（32）以有机硅酮为主要原料，添加耐热、导热性能优异的材料，制成的导热型有机硅脂状复合物；手机壳本体（1）外部包裹有外套；侧边（2）为硅胶制作而成。

四、测试过程

（一）实验过程：

（二）实验分析：

以上两次实验分别运行了一款视频软件和一款游戏软件，以初始温度作为控制变量，在运行软件的同时每间隔30s测量一次手机的温度。为了精确测量数据，测试时间达到5分钟以上，测试次数都达到10次，最终统计温度取值为10次数据的平均值。

由以上数据得知，在同样的实验环境下，同时运行同一款软件，使用降温手机壳的手机温度与裸机的手机温度随着运行时间的增加都会升高，但明显可以看到使用降温手机壳的手机温度上升较为缓慢，未使用降温手机壳的手机温度则出现了较大升温。在实验5分钟左右，两者的温差达到4.3℃——5.3℃，也就意味着降温手机壳仅在5分钟左右的时间即可将手机温度降低4℃以上，降温效率达到12.35%。另外，随着运行时间的增加，两者的温差必然继续扩大，降温手机壳的降温效率也会有大幅度提升。

实验数据表明该降温手机壳工作时间短但制冷效果显著，对手机发热有明显的降温效果。

五、结论

随着手机普及率的上升，对手机壳的需求量也在不断上涨。考虑到手机的更新换代，手机壳市场将一直处于非饱和状态。人们对手机壳的需求也将实现从追求装饰到追求实际功能的转变，可降温手机壳的市场也会越来越大。

多重复合材料可降温手机壳利用石墨散热片和导热硅脂的散热功能，具有较高的稳定性。导热硅脂适用于微波通讯、微波传输设备、微波专用电源、稳压电源等各种微波器件的表面涂覆或整体灌封。此类硅材料对产生热的电子元件，提供了极佳的导热效果。如：晶体管、CPU组装、热敏电阻、温度传感器、汽车电子零部件、汽车冰箱、电源模块、打印机头等。石墨散热片应用IC、CPU、MOS、LED、散热片、LCD-TV、笔记本电脑、通讯设备、无线交换机、DVD、手持设备、摄像机/数码相机、移动电话等等。

android手机都采用了高性能的CPU，如今手机都有很多采用了双核CPU。这和电脑的CPU一个道理，性能越好，功耗就越大，而功耗大了，电池放电就快，电池快速放电时也会发热，从而导致手机CPU和电池的温度较高。我们利用两种材料的散热功能，组装完成多重复合材料可降温手机壳，对于发热的手机cpu和电池具有较快的降温效果。

手机长时间发热还会加速手机本身的老化进程，缩短其寿命，手机壳的功能不应该只是单纯的减震防摔，还应具备降温延长寿命的功能。多重复合材料可降温手机壳不仅降温效果显著，而且成本低廉，既减震防摔，又实用轻巧。该保护壳同时可以适用于所有智能手机类型以及其他电子设备，如平板电脑、笔记本电脑。

多重复合材料可降温手机壳在降低手机温度的同时也降低了手机的电量损耗。如果将该外壳推广到所有的手机以及其他电子设备，那么产生的节电效果将会是显著而惊人的，对我们资源节约型社会的建设也将会有着重大的意义。

参考文献：

[1]《2016-2021年中国手机壳行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》、以及百度百科.