复合材料在电视机结构上的应用

刘兴国

摘要：电视机产品外观越薄、越窄对零件强度的要求越高，结构件应用复合材料满足零件机械性能同时更有利实现零件的轻量化、低成本和更高外观质感，提升产品的市场竞争力。本文介绍复合材料在电视机结构件上的应用现状以及复合材料在未来电视机机结构中的应用前景。

关键词：复合材料 ；电视机结构；零件强度；优化设计

1 绪论

复合材料是由两种或者两种以上具有不同物理、化学性质的材料通过微观分子结构的结合，或者复杂工艺程序在物理层面形成的新型材料。复合材料保留了组分材料的主要优点，克服了单一材料在工程应用中的局限和不足，具有原组成材料所不具备的优异性能，因此在电视机结构零件设计中得到广泛应用。电视机结构件应用的复合材料一类起增强作用，通过在树脂基体中添加增强体，影响复合材料的主要性能，如密度、刚度、热线性膨胀系数等。增强体在工艺成型时包裹在基体中形成零件的几何形状，增强零件的强度、刚性和尺寸稳定性等，常用的增强体有玻纤、碳纤、矿粉等。另一类复合材料起外观作用，通常在金属材料基体上复合新的材质和结构来实现外观和增强作用。

2 复合材料在电视机结构中的应用现状

2.1 在电视机模组胶框和面框上的应用

电视机模组中的胶框零件支撑着液晶玻璃，限位导光板、扩散板等背光零件，为把电视形态的边宽、厚度做到极致优化，需要尽量降低胶框的空间占用，胶框零件形状简单，壁厚薄，细长形状的胶框零件在产品遇到环境振动冲击时要保持刚性，限制背光零件的变形位移和相互擦刮而产生杂质，以及限位不良出现间隙漏光等屏幕显示缺陷。胶框零件选择综合性能比较好的PC树脂为基材，增强材料选择玻璃纤维，要满足薄壁零件成型的工艺性，一般选择在PC中添加10%的玻纤材料组成PC+GF10复合材料，复合材料的胶框零件尺寸稳定，强度高，在电视机模组结构中广泛应用。

电视机面框零件作为产品外观件的表面质量要求高，同时更要满足装配设计的要求。优化设计的面框装配结构通过卡扣限位替代螺钉连接，卡扣设计在面框的四周侧壁，装配时面框侧壁向外变形后卡扣的倒扣卡入背板实现装配。金属零件的尺寸稳定，实际应用中塑胶零件的尺寸波动对装配可靠性影响很大。为满足优化设计对面框零件的性能要求，面框选择成型流动性好的ABS或PC ABS做基材，增强材料选择15%比例的玻纤或矿粉，复合材料成型的面框零件尺寸稳定、强度高，尺寸受外部温度变化影響小，提高了优化设计零件的配合质量和可靠性。

2.2 在电视机背板零件上的应用

电视机背板零件是产品的承载体和装配基准，随着电视机外观趋势金属化、超薄化发展，金属背板设计成机内件在外面包裹塑胶件作后壳的方式逐步被取代，优化设计的背板零件要大面积外漏作为产品的外观，以体现出产品更薄和金属质感。背板零件在冲压成型后再经过遮蔽、静电喷涂在外漏表面加工外观涂层。复合材料是镀锌板基材通过脱油、脱脂、清洗、辊涂、烘烤、覆膜等一系列工艺过程，在材料外表面或者做为零件外观的局部表面涂装适合产品外观需求的聚酯涂层所形成的PCM材料。PCM复合材料的外观涂层较喷塑更加均匀、细腻，具有更强的金属质感，零件工艺精致度提高显著。

为满足不同档次市场需求，背板零件应用VCM板材的外观效果更丰富、精致，产品外观竞争力更强。VCM复合板材是在金属板材上复合有外观质感的PET或PVC薄膜形成的新型材料，金属板材通过薄膜来实现各种颜色、图案以及平面和立体的纹理效果，在薄膜上镀膜、复合金属箔等实现更加逼真、丰富的金属工艺质感。VCM复合材料更利于实现电视产品金属化、精致化的发展趋势，在金属背板和面框等外观零件上的应用越来越普遍。

随着电视机形态追求极致的超薄超窄，背板的形状受到外观更多限制，零件的强度持续下降，应用更高性能的材料才能适应产品形态的发展趋势。一种三明治结构的复合板在超薄、大尺寸产品上开始进行设计应用，复合板材的结构主要分为三层，最外面一层金属板材做产品外观面使用，选择VCM或者PCM金属复合材料，中间层为树脂，里面一层为普通镀锌板可以不做外观处理。三种材质通过专用设备将树脂加热到熔融状态后挤出在两层金属薄板之间，金属薄板与高温熔融状态的树脂通过高分子薄膜结合形成三明治结构的复合板。背板上应用较普遍的三明治结构板主要为铝塑板和钢塑板，复合板的刚度较普通钢板大幅提高，非常适合超薄整机背板零件的使用性能要求，应用三明治结构复合板材的背板零件不需要成型复杂加强筋就有很好的结构刚性，可大幅节约背板零件的模具投入，缩短新产品开发周期。

为适应超薄电视产品对背板零件更高的性能要求，夹层为蜂窝状的三明治结构板在背板零件结构设计中开始应用。蜂窝复合板的内、外两层金属板一般为铝板，中间层是铝箔材质的蜂窝状结构，两层铝板与拉伸成中空正六边形状的蜂窝芯材通过高分子薄膜在高温高压下复合成为铝蜂窝复合板，其中作为产品外观的一侧铝板选用VCM或PCM复合材料预先表面处理。蜂窝铝板重量轻、刚性好、表面导热系数高，选用蜂窝铝板的背板零件满足电视机结构刚性和外观同时还有替代模组散热器的良好性能。复合蜂窝板是电视机超薄、轻量化、外观高质感和零件功能整合设计的重要复合材料，其性能也满足了投影电视对屏幕平整度和安装轻便性的需要，目前已在投影电视屏幕背板上普遍应用。

3 复合材料在电视机结构上的应用前景

新材料、新工艺的应用推动着电视机产品形态不断创新发展，复合材料的应用是新材料新工艺研究的重要方向。复合材料不仅保留着原有材料的优点，通过复合使其具有了原基材 不具有的优异性能，塑胶基材复合材料的应用提升了零件强度，降低了线性膨胀系数，使零件结构更稳定，优化设计的配合更可靠，提升装配效率。金属复合材料的应用增强零件使用功能同时降低系统成本，满足产品不同档次外观和性能的需求。复合材料在未来电视机结构零件设计的以塑代钢和功能整合和产品形态创新上具有广阔前景。