11月15日艾邦在上海举办了第四届AR/VR产业链论坛。东莞聚龙高科研发总监章颂云出席了本次活动，并以《纤维增强复合材料在ARVR中的应用》为题进行了分享。聚龙高科业务主要聚焦在手机行业，是手机结构件和装饰件的典型制造企业。目前，聚龙高科在配合AR/VR领域厂家生产装饰件，本次论坛章总监希望通过分享聚龙高科在手机结构件方面的经验去助力AR/VR的发展。
1. 纤维增强复合材料在性能和比重上的优势分析
复合材料在消费类电子产品中的定位可以根据杨氏模量及密度两个维度来进行探讨。杨氏模量是应力应变曲线的斜率，杨氏模量越高，表示材料发生形变需要的力越大，材料的刚性越好，也意味着在相同强度下材料可以做到更薄；密度影响材料的比重，密度越低，重量就越轻。
目前应用在手机后盖上的材料主要有四种：板材、玻璃、陶瓷和玻纤。
-
板材：就是塑料或塑胶，目前在后盖应用中占有7成以上的份额。板材的比重最小，模量最低。用塑料做成的后盖最轻，但强度不够高。
-
玻璃：玻璃较板材高端一些，介于板材和陶瓷之间，密度2.5g/cm³，模量大概为70GPa。
-
陶瓷：陶瓷较玻璃更高端一些。杨氏模量大概为200+GPa，比板材高出两个数量级，强度很高，但陶瓷比重也最高。
-
纤维增强复合材料：以Meta 60全系后盖采用的玻纤复合材料为例，玻纤杨氏模量和密度介于板材和玻璃之间。常规玻纤板比重为1.9-2.0g/cm³，模量大概为30GPa；轻质玻纤板密度可低至1.4g/cm³，模量大概为20GPa，是聚龙高科未来在消费电子领域开发的重点，符合消费类市场对轻薄结构件的需求。
材料迭代背后的逻辑是热力学第二定律：一切孤立体系都是朝着熵增加的方向去发展。熵表示体系的混乱程度，体系的混乱程度越高，它的熵值越高，复杂程度越高。聚龙高科目前主要生产板材后盖，如PMMA+PC，将两种聚合物通过共混的工艺，可以实现高于单一材料的性能。为进一步提升聚合物性能，聚龙高科将纤维材料与聚合物共混，如PA6+短纤后，模量能实现大幅度提升，从3Gpa提升到15.8GPa，甚至23GPa；将短纤换成碳纤后，可以提升到55GPa，模量接近金属材料。
以碳纤复合材料为例，复合材料和传统金属材料相比，具有以下特性：
常见的轻质金属材料里，镁合金密度是1.8g/cm³，铝合金2.7g/cm³，钛合金4.5g/cm³。纤维增强聚合材料一般密度都在2g/cm³以下，如碳纤增强复合材料是1.5g/cm³，玻纤是1.4g/cm³，芳纶纤维为1.3g/cm³。
热膨胀系数是指升高单位温度，材料的相对膨胀率。热膨胀系数越低说明产品的尺寸稳定性越好。
纤维在取向方向上有强度和模量的优势，但在垂直方向上会比较差。一般会通纤维叠层来弥补这项缺点，比如将纤维制成纤维布，通过纵横交错的结构，实现横向和纵向的性能一致。
2. 常见纤维原材料与纤维制造工艺
玻纤的制造工艺包括喷丝、捻纱、整经、织布几个步骤：
首先把玻璃加热熔化，熔化后经过特殊的漏板拉成丝，再将丝拉伸、定型、取向，形成玻纤，单根的丝比较脆，需要将几根丝搅成线或纱，然后将其做成织物，通过横向纵向的排列形成布。聚龙高科常见的玻纤规格包括：2116 厚度为0.09 mm；1080厚度大概是0.05mm；7628 厚度 0.175 mm。
（2）玄武岩纤维
玄武岩纤维与玻纤的制造工艺相同，区别在于原材料。玄武岩是火山喷发冷却后形成的，原始形态是矿石。玄武岩纤维在模量、强度和耐温性上高于玻纤。
（3）碳化硅纤维
碳化硅纤维是陶瓷纤维的一种，模量最高可以做到400GPa，相当于玻纤的10倍。
（4）芳纶纤维
芳纶纤维是工业领域应用比较多的聚合物纤维，与上述3种无机纤维不同，聚合物纤维需要经过聚合形成聚合物，再通过熔融纺丝或溶液纺丝制成丝，再通过织布等工艺制成织物。芳纶纤维的优势在于比重小、模量高、韧性好，芳纶纤维密度为1.4g/cm³，模量与玻纤相当或超过玻纤。
总的来说，玻纤的优势是性价比最高；芳纶纤维在密度或者在模量上面都有优势；碳纤强度、模量最高；玄武岩纤维相对来说比较综合。
3. 复合材料的制备工艺及案例
（1）预浸料制造工艺（湿法）
例如将玻纤跟环氧树脂复合，首先需要用溶剂把环氧树脂溶解；然后再将玻纤布浸泡到环氧树脂里面，类似于浸胶；浸胶之后把溶剂挥发，形成半成品，叫半固化片；将半固化片进行组合叠合，层压后裁切、检板形成玻纤板。
（2）预浸料生产工艺（干法）
例如将热塑性PC和环氧树脂、玻纤复合。首先将PC 高温熔融形成流体，相当于液体，与玻纤复合；再将复合后的玻纤毡与树脂膜加热复合，形成半成品。然后将半成品进行模压，类似于热压机的原理，机器上面有两个热板，然后做一套模具，把材料放在模具里面，给予一定的压力、温度，让树脂固化成型。
4. 玻纤的后盖成型工艺
（1）玻纤A面工艺
（2）玻纤贴皮
（3）玻纤喷涂+3D拓印
（4）OMR工艺，实质上是外装饰膜贴合工艺原理
（5）3D透明玻纤
目前，聚龙高科可以提供2D、2.5D、 3D 及UNIBODY后盖工艺，可以从研发设计，到手板制作，到量产全制程服务终端客户。
5. 聚龙高科三大核心业务与核心竞争力
（1）三大核心业务
纹理模具——以PET/PC片材为基材，不同的微、纳米槽形结构设计，会产生不同质感、美轮美奂的光学效果，以提高产品品质和用户体验。
复合板——使用PC+PMMA复合板材，配合3D微结构设计，在满足手机整体质感外观的同时，解决玻璃机身易碎问题，极大提高手机抗摔能力。
3D膜片——适用于消费电子产品，如手机等产品的外观装饰，可用于3D玻璃贴合，通过表面的3D微结构设计表达绚丽色彩效果。
（2）核心竞争力
纹理设计——少数具备从微纳结构设计到加工能力的单位；极富经验的设计团队；国际最先进的显微光刻系统
工艺创新——具备高压模具设计开发能力；开模周期：5WDs；模具精度±0.03mm；1出8模具设计；卷对卷的工艺开发；复合纹理研发
材料研究——材料Know-How研究；失效过程材料分析；新材料的开发与导入；新工艺的开发；新产品的开发；
一站式交付——同时具备3D膜片和复合板的设计制造能力；全制程覆盖；具备胶印、厚纳米PVD等尖端工艺能力；3D膜片L/T：5WDs复合板L/T：7WDs玻纤板L/T: 7WDS
本文来源东莞聚龙高科研发总监章颂云在艾邦第四届AR/VR产业论坛上的演讲，论坛可公开资料下载及视频回放，请关注公众号“艾邦VR产业资讯”后，回复“20231115”获取。
The original article was first published on the WeChat official account (Aibang VR Industry News)：纤维增强复合材料在ARVR中的应用
English 
Chinese