主流笔记本电脑外壳材质发展趋势及工艺解析

细心的朋友可能会发现,越来越多的笔记本产品开始使用金属材质。的确,相对于传统的塑料材质来说,金属材质有着与生俱来的细腻质感和冰凉触感,所以它常被用于笔记本提升档次感的必杀技。加上抗压、耐磨和金属导热效果比塑料强的特性,因而越来越受欢迎,但其对应成本也会较高。 如今的笔记本市场正值英特尔八代酷睿处理器的普及,以及AMD锐龙移动处理器崛起的风口上,因此在挑选笔记本的过程中,处理器和显卡的强弱关系就成为了很多用户筛选产品的唯一指标。 实际上,笔记本不仅是用来“玩”(游戏)的,它更多的时间还是拿来“用”的,而影响笔记本实用性和耐用性的指标,则就体现在最基础的材料和结构学设计上。 笔记本的核心硬件包括处理器、主板、显卡、内存、硬盘和无线网卡等,它们都被一套完整的模具包裹固定。就质感和触感而言,笔记本模具的材质将起到决定性的作用。 一. 好的外壳应具备哪些因素? 绝大多数用户选购笔记本电脑常感性地以”美”来衡量一款机型的外壳,殊不知, “美观”仅仅是笔记本外壳三大作用中最 ”轻微”者。我们认为, 只有满足 ”保护性”与”散热性”并重的前提, “美”才是真正健康的美。 1.保护 笔记本电脑在携带和使用时不可避免地会受到外力冲击, 如果外壳材质不够坚硬, 首先受损的是液晶显示屏。笔记本轻薄化已成为目前的发展趋势之一, 在规定的厚度尺寸下, 保护液晶屏不受外力挤压受损的重担就落在了外壳上。

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2.散热 一般情况下, CPU和显卡芯片的热量可由散热器通过导风管排出机体, 而芯片组、内存和硬盘等设备则需借助外壳进行主动散热。因此, 我们常见到许多超轻薄机型以及配置较好的高性能机型都采用热传导性较好的金属材质辅助整机散热。然而, 利用笔记本外壳辅助散热难免产生弊端。 大家知道, 笔记本电脑硬盘多位于掌托下方,此时再利用金属材质掌托传导硬盘热量, 难免会影响用户的使用舒适度, 笔记本键盘亦如此。 因此, 外壳材质的散热性仅仅是首先考虑的第一步, 更重要的还是厂商们的精心设计(目前比较成熟的设计方案是: 掌托及键盘采用隔热材料, 避免热量直接与手接触; 机身底部采用高导热性材枓以加强散热)。

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3.美观 特殊外壳材质的使用不仅令整机标新立异、独具个性, 还能树立良好的产品形象, 体现品牌特色, IBM ThinkPad和Apple PowerBook便是两大典范。前者”千篇一律”的经典黑色造型早被广大用户熟知, 后者独到的白色设计也成为众品牌争相效仿的对象. 在ThinkPad和PowerBook成功的背后, 顶级的钛合金材质功不可没。 二. 市面上常见的几款材质机构件外壳No.1 塑料:向廉价感说NO 塑料应该是笔记本自诞生以来应用最为广泛的材料,只是“塑料”这个词听起来太过低端廉价,所以行业内还给它们起了更具学术性的名字——“PC+ABS工程塑料”。 ABS工程塑料即PC+ABS,这种材料既具有PC树脂的优良耐热性、耐冲击性,又具有ABS树脂优良的易加工性。它的优势明显,可塑造性强,颜色丰富,加工简单,成本低。 让塑料有质感 PC+ABS工程塑料的优势就是成本相对低廉,而且极易塑形,可以随意制定出各种棱角、流线和立体的外观造型。但是,塑料就是塑料,再怎么折腾,也难掩其质感和触感上的廉价性。 因此,为了提升卖相,笔记本厂商通常会在工程塑料的表面进行二次“装修”。 早期塑料材质笔记本最爱的装修技术,就是在表面镀上一层“钢琴烤漆”(有些品牌还将其称为“晶钻漾彩”),从而让笔记本获得颜色且更纯更亮,摸起来还有一种陶瓷般的触感。 随后,笔记本最爱的装修技术则换成了“IMR(模内转印)工艺”,在提供类陶瓷触感的同时,还能让笔记本外壳表层内带来金属拉丝、同心圆、磨砂、图案等个性纹理,可谓是“要啥样有啥样”。

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现在很多游戏本看着采用了金属拉丝的外壳,但实际上外壳却依旧是工程塑料,只是通过表面的拉丝纹理和镀膜工艺实现了金属的质感和光泽,这就是塑料材质的魅力。 有关塑料的误会 和金属材质相比,工程塑料的质感和强度处于下风,但其韧性和耐磨性表现却更为优异:受到轻微挤压和磕碰时不会变形,被异物划伤时的痕迹也较轻(其风险源于较大受力时有可能断裂)。抛开这些不谈,很多用户都对工程塑料存在误会,认为它没有金属材质的散热效果好。

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实际上,笔记本的散热有95%都是依靠覆盖CPU/GPU芯片表面的散热片、热管、风扇和散热鳍片的“套装”,只有非常小的一部分(主要应用在极致轻薄的超极本和PC平板二合一设备上)可能会借助石墨贴片引导到金属外壳上以增加散热面积。 对笔记本的整体发热量而言,这部分引导出来的热力几乎可以忽略不计,反而不如直接将笔记本后端用书本垫高,提升底部散热孔的空气流通率来的实在。 No2 金属:更高档的代言人 和塑料相比,金属材质有着与生俱来的细腻质感和冰凉触感,所以它常被用于笔记本提升档次感的必杀技。

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金属笔记本外壳又分为:铝镁合金、镁铝合金、钛合金三部分。

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铝镁合金 铝镁合金主要元素为铝,掺入少量的镁,含镁量在3-5%之间,被广泛应用于高档门窗制作、各种交通工具零部件、中高档笔记本外壳制作等。 铝镁合金优势在于抗压性强,易于上色,质量轻,散热好。铝镁合金劣势则是成型困难,成本高。 镁铝合金 如果镁金属含量较大则称为“镁铝合金”。镁铝合金主要成分为金属镁,比例占到90%其次是铝占到9%,另有1%的锌元素。镁铝合金主要应用于汽车产业(70%)、3C行业(20%)、军事和航空航天(10%)。

镁铝合金优势在于散热好,质量轻,抗压性强,加工性好,密度最小的工程金属;劣势相对铝镁合金的成本高,成型困难上加了一条,耐蚀性差。钛合金 钛合金可以说是铝镁合金的升级版。主要元素仍是铝,但加入微量钛金属,增强韧性。钛合金主要用于制作飞机发动机部件,其次是火箭、导弹的结构件,在医疗器械中也得到推广,而使用钛镁合金作为笔记本外壳时还渗入碳纤维材料,使硬度进一步加强。 优势明显,具有超高强韧性,更加纤薄,散热更好,能自动修复。 但相对应工艺也复杂,成本非常高金属也需要调味 为了提升金属质感,采用这一材质的笔记本最喜欢在表面引入拉丝工艺,即反复将铝板刮出线条(包括直纹、乱纹、螺纹波纹、同心圆等),可清晰显示每一根细微丝痕,从而极大提升金属表面的立体感和手感。

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同时,为了保护金属,阳极氧化着色工艺也是笔记本们最常用的后期优化,即在铝和铝合金表面上色提升颜值的同时,转化一层氧化膜,起到提高耐腐蚀性、增强耐磨性及硬度,保护金属表面等功效。

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值得一提的是,现在还有很多金属笔记本会在表面加上“类肤涂层”,其原理是将氯化橡胶或PU等材料融化在溶剂里,成为液体后再均匀地喷漆在笔记本外壳上,待待溶剂蒸发后而形成涂层。 顾名思义,类肤涂层的优势就是让金属摸起来会有好似皮肤般细腻的手感,还能在一定程度上起到防划伤、隔绝温度的作用。 金属也烦恼 无论是哪种合金材料,作为金属的分支它们也都有着类似的烦恼。首先,金属的强度虽高,但是韧性却极差,不经意的磕碰就容易在边角留下明显的磕痕,一旦因挤压而发生了形变,基本就不具备复原的可能。

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其次,金属的耐磨性并不见得比塑料好,特别是通过CNC工艺削出的亮边,非常容易留下细小的划痕。如果金属表面没有镀膜,当被尖锐的物体划过同样会出现明显的痕迹。 最后,金属对冷热非常敏感,吸热快,散热也快。冬天如果笔记本刚从户外拿到屋里使用表面会非常冻手,夏日里长时间玩游戏表面又容易烫手。所以,讲究一些的高端笔记本,通常会在金属表面加入类肤或一些隔热的涂层,避免温度引起触觉上的反感。 No3 碳纤维:不是金属胜似金属 ThinkPad和戴尔XPS等高端笔记本常会以“碳纤维”作为主打卖点之一,而这种材质也在不知不觉间成为了高端和顶级笔记本的专利。 复合碳纤维材质又分为:玻璃纤维和碳纤维。 以玻璃为原料经高温熔制、拉丝、等工艺制作而成。其主要成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等现广泛应用于航空航天、汽车及火车制造、家用电器及电子产品等。优势在于强度高,不燃性,耐腐蚀,耐热好,易加工,弹性系数高。 劣势则是质地脆,耐磨性一般。

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碳纤维则是一种含碳量超过95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。而碳纤维又分为几个不同等级:强度200-300吉帕之间的用来作汽车发动机300吉帕强度的主要用于飞机制造,500-600吉帕的顶级碳纤维用于航空制造值得一提的是ThinkPad X1 Carbon使用的正是强度超过500的顶级碳纤维。 碳纤维优势在于强韧度高,比金属合金更轻,散热最好的材质,拥有良好导电性。 但劣势也很明显,碳纤维所谓的高强度,主要表现在拉伸强度和拉伸模量很高,但其本身却又是一种脆性材料,韧性较差。 因此,碳纤维并不适合作为结构材料,在笔记本领域多是用于顶盖、掌托和底盖,需要搭配金属或塑料材质的骨架支撑。此外,碳纤维的外观单调缺乏变化、着色困难、成本高和有轻微漏电感的隐患(工艺瑕疵),很难在笔记本领域大范围普及。 在笔记本的发展历程中,还曾出现过杜拉铝、钛合金、FC-GF聚碳酸酯、皮革甚至竹子等特殊材质,但它们都因成本或工艺的原因没有普及开来。 三. 笔记本外壳加工工艺  最后再系统性说下笔记本外壳的六大加工工艺

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表面磨砂工艺 将光滑的外壳打磨成不光滑表面,使光照射在表面形成漫反射的一道工序。磨砂工艺有着不易留指纹,触感更舒适,防滑性更好的特点。 

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钢琴烤漆工艺 钢琴烤漆工艺是指对外壳材质进行高精度喷漆和长时间的表面处理,最终使表层获得水晶质感的绚亮光泽。需要指出的是该工艺极易划伤表面及留下指纹,难清理。主流笔记本厂商基本淘汰此工艺。 

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膜内漾印技术 膜内漾印技术是一种铸模涂层技术,在成型产品的表面增加一层透明涂层,涂层内层还可以设计压纹图案,将纹理图案镶嵌在笔记本外壳和上层漆面之间,形成美观大方的保护层。不仅具有很好的视觉效果,更可以起到防磨损的作用。但是容易留下指纹。

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阳极氧化 阳极氧化是在铝和铝合金的表面转化为一层氧化膜,这层氧化膜具有保护性、装饰性以及一些其他的功能特性。例如提高耐腐蚀性、增强耐磨性及硬度,保护金属表面等。ThinkPad S5等机型就使用了此种表面处理工艺。

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金属拉丝 反复将铝板刮出线条,在此过程中通过阳极处理生成特殊皮膜层,可清晰显示每一根细微丝痕,根据需要,拉丝可以制成直纹、乱纹、螺纹波纹等。此种工艺耐腐蚀性强,不易留指纹,但不耐划伤。

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类肤涂层 将氯化橡胶或PU等融化在溶剂里,成为液体后,再依靠喷漆设备,喷涂到笔记本外壳上,待待溶剂蒸发后而形成涂层。而Think更是在外壳涂层中加入了金属钛粒子,增强涂层耐磨性。此工艺手感较好,抗滑落,阻尼较大。但在使用过程中要避免碰撞、划伤等问题。

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笔记本是个庞大的产业,近年兴起的电竞应用加速的对于笔记本性能与外观的要求; 铝冲压件、Unibody件、注塑…, 可以有怎样的变化,想了解更多的使用与应用方式,就来 9月20日,昆山2019年第一届笔电材质创新论坛

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文章来源:磨料磨具网

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活动推荐:2019年第一届笔记本电脑材质创新高峰论坛(9月20日 昆山)

2019年第一届笔记本电脑材质创新高峰论坛

时间:9月20日(周五)

地点:昆山 皇冠 国际会展酒店

会议议题

No.议题演讲单位
15G笔电材质对材料需求及趋势联想研究院 总监 施金忠
2笔电CMF现状及未来趋势发展华硕 大中华区CMF負責人 黄圣杰
3适合笔电表面处理技术应用及趋势仁宝(工业设计工程部经理 宋展钧&罗技(外观研发技术经理 陈宜韵)
4西门子数子化制造在自动化工厂的应用西门子 行业经理 邓浚泉
5航空航天用超轻镁锂合金在笔电上的应用中国铝业郑州轻金属研究院 肖阳所长
6塑料(PPA、PPS、PC/ABS、PC)在笔电机壳上的应用巴斯夫 应用开发经理 王政
7适合微弧氧化工艺塑料特性解析苏州纳磐新材料 总经理 周玄全
8多区域温控新型急冷急热模温系统在NB外壳注塑成型中的应用诺驰机械 总经理 杨光
9纳米压印在笔记本电脑上应用昆山明宝滕纳米科技有限公司 总经理 林圳盛
10超轻金属材料性能研究及应用知名超轻材料企业
11铝合金在笔电上的应用南南铝加工 IT材料研究所所长 邓松云博士
12镁合金注射成型工艺在笔记本上的应用行业资深经理 梁永
13镁合金微弧氧化工艺在笔电上的应用苏州斯瑞克新材料 总经理 喻绍森
14CNC加工在笔电领域的应用解决方案迪奥数控 常务副总 曾令宽

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原文始发于微信公众号(艾邦高分子):主流笔记本电脑外壳材质发展趋势及工艺解析

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