一种带保温加热功能的手机壳的制作方法

2018-06-28,,，,,

佳木斯大学学报（自然科学版） 2018年3期

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(佳木斯大学材料科学与工程学院黑龙江佳木斯 154007)

0 引言

手机电池通常为锂离子电池，在正常温度下使用，电池内的锂离子会保持很好的活性，电解液通过化学反应进行迁移和填补，在电池的正负极出现电势差进而产生电流。而在低温环境下，电池内会产生锂离子沉积现象，也就是说它的活性逐渐变低、扩散性变差，不再和物质发生化学反应，导致电阻变大、电池的放电能力变弱。电池实际工作电压的降低，依靠电池供电的手机就会出现“跳电”情况，甚至触发低温保护机制，手机自动关机[1]。对于东北的气候，冬季的时间明显偏长，室外的温度基本在零度以下，若长期在寒冷的环境下使用手机，而没有对手机的电池进行妥当的保护，会使手机的使用性能下降。而且手机功能正常操作情况下锂电池的使用温度区间在0℃至零上40℃之间，在0℃以下，电池容量减少，零下20℃基本自动关机。在东北大部分地区，冬季室外温度基本持续在零下20℃以下，甚至零下30℃，因此手机在室外低温条件下基本不能较长时间使用，同时也就不能在冰雪景区内留下更多的影音照片。

手机保护壳的材质有很多有，如硅胶、TPU、PC材质、ABS、皮革、金属材质。手机保护壳作用有以下几点：1、保护手机，以防硬物在手机屏幕或机身上留下划痕；2、手机保护壳上可以印上各种花色；3、硅胶壳可以防止指甲长时间与按键接触刮花、磨坏，有保护屏幕和按键的作用；4、硅胶壳有防滑的作用；5、苹果手机套，还具有增强信号的作用，因为某些手机外壳与金属接触后形成磁场干扰了手机信号，给手机穿上绝缘的手机壳，就可以增强信号了。目前，国内普遍生产的手机壳材料有PC，简称聚碳酸酯也就是工程塑料。PC材料是一种综合性能优良的非晶型热塑性树脂，具有优异的延伸性、尺寸稳定性及耐化学腐蚀性，还具有较高的强度[2]。然而，尚没有一款适用于针对特殊条件下延续电池寿命的手机壳。为解决特殊环境条件下延续电池寿命，提高手机续航能力，设计了一种带保温加热功能的手机壳，它在连接外置电源(例如充电宝)后加热，内部保温，保证了锂电池的正常使用，从而可以长时间的使用打电话，拍照等功能。从外观上，可以添加多元素的绘制图案吸引顾客消费；从外形上，采用橡胶材料可以有效增加手机的抗摔能力；从性能上，有特殊的加热装置能够使手机在低温状态下保持正常工作并一定程度上提高手机电池的使用率和安全性。

1 实验材料及方法

1.1 材料选择

采用丁基橡胶、ABS塑料、皮革制成手机壳壳体，壳体内部注入玻璃纤维，以取得防滑、抗摔、保温的效果和良好的手感。加热模块选择硅橡胶加热板，硅橡胶加热板是一种通电即发热的薄片，标准厚度为1.8mm。加热元件采用镍铬丝或用厚度0.05 mm～0.10mm的镍铬箔蚀刻成一定的形状，两面包以导热绝缘材料，经高温模压成形及老化热处理而成，壳体结构如图1所示。

图1 手机壳体结构示意图

1.2 实验方法

实验手机壳用丁基橡胶、ABS塑料、皮革等制成，壳体1部雕刻凹凸花纹以达到防滑的效果;加热板2用镍铬合金电热丝，镍铬合金电热丝均匀的铺设在壳体1内部，电热丝外设有保护层防止电热丝损伤，铺设时避开手机主要发热元件如CPU，电热丝的直径为0.08mm，工作电压为5V，功率为10w;在加板2集成温度控制模块，控制手机温度保持在10℃-20℃之间；导线4用铜质薄片排线，铜质导线可外接电源进行供电，外置电源5优选充电宝。实验用手机为苹果7，分别采用丁基橡胶、ABS工程塑料、皮革进行铸造成手机壳，壳厚度为5毫米，内部植入玻璃纤维，按照电池位置，削减出一个硅胶加热板位置，将硅胶加热板分别粘置于三种材料不同的手机壳上，连接好USB线，测试手机置于零下20℃下，将电量为100%的未佩戴与佩戴保温加热功能的手机壳续航时间进行对比。

2 实验结果及分析

不同手机壳材料在零下20℃的环境下续航时间如图2所示。实验结果表明，没有佩戴手机壳手机在低温环境下15min左右后，手机便启动低温保护装置，导致手机功能无法使用，并且在17min时手机电量已降至1%，在19min手机自动关机。对比佩戴保温加热功能的手机壳的手机在零下20℃的环境下，30min后仍然使用，且ABS材质的手机壳耗电量最快。产生这种现象的原因是由于ABS塑料材质的导热系数为0.25W/(m·k),保温效果相对较差,导致手机在低温状态下使用30min后手机电量下降20%左右；皮革(导热系数为0.18W/(m·k))材质的手机壳保温效果相对较好，测得30min后手机电量下降10%左右，而丁基橡胶(导热系数为0.09W/(m·k))材质的手机壳保温加热效果最佳，测得30min后手机电量仅下降3%左右，属于正常使用耗电量，说明在实验条件下，丁基橡胶材质的保温加热手机壳在低温状态下，维持手机电量的效果最好，能保持长的续航时间。