小米携MIX Fold 4碳纤维轻薄重构折叠屏登陆中国国际复材展
来源：小米技术 2024-08-16 10:09:54
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原文：http://shenzhen.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-246-14833.html 如何才能打造出一款既轻薄又性能卓越的折叠屏手机？又如何在 MIX Fold 4 大幅减重至226g、降厚薄至9.47mm的同时，依然在影像、性能、续航等方面保持行业领先？
小米的工程师团队秉持着「轻薄折叠与真旗舰体验可以兼得」的产品理念，将于9月2日-4日，携今年7月重磅推出的MIX Fold 4 碳纤维架构折叠屏手机及CFRP组件登陆第二十七届中国国际复合材料工业技术展览会创新产品展示区
【7.1号馆 7R32号展位】，欢迎各位业内同仁前来参观交流。
01
MIX Fold 4，全新“碳架构”设计
兼顾轻薄与性能，一直是折叠屏手机要面临的巨大挑战。不同于直板手机，折叠屏手机因其内部结构及零部件的复杂性高，使得整机重量和尺寸始终居高不下。而在过往常规的结构件材料，如玻璃、金属和塑胶等方面所进行的减薄减重，都已接近技术极限。想要让折叠屏更加轻薄，就必须另辟蹊径，从基础材料、制作工艺到整机设计进行全面革新。
因此，在设计小米第四代折叠屏手机时，工程师团队将目光投向了具有超高力学性能和低密度，被誉为“黑黄金”的“碳纤维复合材料”上。
“碳纤维复合”材料主要由14号碳元素构成，占比大于90%，而其纤维密度仅为1.8g/cm3。碳纤维的微观结构呈现为层层紧密且有序堆积的石墨化结构，这种结构赋予了碳纤维材料高强度和高模量的特性，其模量范围在230-900GPa之间，强度超过4.0GPa。
同时，当纤维形态的碳纤维与基体树脂有机结合后，所得到的材料不仅具有出色的力学性能，还拥有优异的抗冲击性能。令人惊讶的是，仅需1mm²面积的碳纤维（包含3571根弹丝）就能拉动重达559kg的物体。这种材料的抗拉强度极高，达到了5500MPa，是铝合金的13倍，更是普通铝合金的25倍。在相同的力学性能需求下，其重量仅为铝合金的1/15。这一创新选择不仅显著降低了设备的重量，还极大地提升了整体的结构强度。
正因如此，在MIX Fold 4上，小米首次大量采用了碳纤维复合材料，构建了独特的“碳架构”。但与碳纤维在飞机、轨道交通等行业的应用相比，手机对精密尺寸的需求对材料制备提出了更为严格的要求。为了满足手机对极致轻薄的需求，碳纤维材料需要被制作得更薄、更平整。
然而，由于碳纤维材料本身具有不可压缩的特性，同时行业内也缺乏处理这一问题的成熟工艺，因此在折叠手机中使用“碳架构”的成本和技术难度都远超过其他材料和架构。
02
工艺突破，行业领先的极致轻薄
那么如何才能将碳纤维复合材料真正应用于手机中？工程师团队从工艺上入手，首要解决的是如何让碳纤维复合材料做得更薄，突破行业现有的技术极限。
在材料上，MIX Fold 4采用的是T800级碳纤维展纱，其特点在于直径更细、模量更高，虽然强度出色，但在现有技术中更易出现断纱和碳丝聚集的问题。
为了应对这一挑战，工程师团队采取了增加振动滚轮数量、降低振动频率以及延长展纱时间的策略。这样做可以减少碳纤维在铺展时受到的机械外力，并确保其分布更为均匀，既降低了断纱率，又提高了展纱的均匀性。此外，还对碳纤维表面进行了化学和物理改性处理，涂覆了一层约1%的上浆剂，从而有效提升了碳纤维的活性、分散性和韧性，进一步降低了展纱时的断纱率。
经过一系列努力，工程师团队成功地将一束包含24000根碳丝的材料，通过振动技术均匀铺展成单层厚度<50um的碳纤维复合材料。这一成果不仅突破了行业内的制备工艺极限，成为最薄的碳纤维材料，而且为设计复杂结构件提供了更大的性能设计空间。
与此同时，工程师团队也考量到碳纤维材料电磁屏蔽的特性，可能会对手机信号接收造成干扰的。因此，工程师团队对碳纤维表面进行了镀镍和镀银处理，采用特殊的表面金属化技术和天线功能设计原理，确保金属粒子能均匀且紧密地附着在碳纤维表面，从而使连续碳纤维复合材料结构件在三维方向上的导电率达到天线要求。这一创新举措成功突破了碳纤维对天线信号的屏蔽限制，为碳纤维复合材料在手机领域的应用铺平了道路。
03
碳纤维核心硬件，轻薄与性能并存
在确定采用“碳架构”后，工程师团队进一步思考：如何将这一技术应用到手机上，以实现整体减重？在追求轻薄与性能并重的理念下，他们聚焦于“龙骨转轴浮板、屏幕支撑衬板、中框电池仓衬板”这三个核心硬件。
▍小米龙骨转轴浮板
小米龙骨转轴浮板是折叠手机的核心部件，承载着屏幕开合的精密运动。选材上一般多选择使用高强钢材料，然而，高强钢材料虽然保证了转轴浮板的强度和耐用性，但其重量却影响了折叠手机的轻便性。同时，传统的加工工艺如热压罐、缠绕、HP-RTM等并不适合生产小型尺寸的结构件。
碳纤维复合材料的引入为解决这一问题提供了新思路。这种材料以其轻质和高强度的特点，为转轴浮板的设计带来了显著的减重效果。在MIX Fold 4中，转轴浮板采用了100%的碳纤维材料，实现28%的刚度和300%的抗冲击强度提升。
然而，在转轴浮板中使用碳纤维材料并非易事。由于其表面存在大量需要与金属结构件配合的3D造型结构，对3D结构尺寸的一致性和稳定性要求极高。为此，MIX Fold 4采用了创新的精密模压工艺，将近107个小尺寸造型，通过一次模压完成，大幅节约了加工时长和生产成本。
此外，工程师团队还通过五层碳纤维精密模压技术，确保了碳纤维材料在转轴浮板中的成功应用。这一创新不仅降低了手机的重量，还显著提升了手机的整体强度和抗冲击性能。
▍屏幕支撑衬板
屏幕支撑衬板作为折叠手机的重要部件，不仅关乎手机的重量，更是确保屏幕强度和耐用性的核心结构。这一部件对材料的轻薄与强度有着极高的要求，同时，屏幕应用场景也对工艺所能实现的厚度和平整性设定了严格标准。
在MIX Fold 4中，有别于传统的SUS（不锈钢）材料，团队选择以T700和M40J两种规格的碳纤维复合材料，辅以低温固化工艺，降低固化过程中的速率，有效释放了基体树脂在固化时可能产生的热应力，进而使得衬板厚度达到了0.15mm的极限值。这一创新举措显著降低了手机的密度，从原先的7.9g/cm³骤降至1.5g/cm³，成功实现了71%的减重效果。
此外，MIX Fold 4在模具制作上也下足了功夫，通过镜面化处理，使得支撑板的外观达到了镜面级别，从而在视觉上和功能上都充分保证了平整性。这一系列的创新和改进，不仅让手机更加轻盈，还大幅提升了屏幕的支撑性能和耐用性。
▍中框电池仓衬板
中框电池仓，作为手机的结构支撑和电池容纳部分，类似于汽车的底盘和车架的作用，承载着手机的重量并提供稳定的基础。在MIX Fold 4中，中框电池仓区域几乎所有非3D结构的平面都采用了碳纤维材料替换，100%碳纤维材料制成的中框电池仓衬板面积达到了11568.13 mm²，占据整个中框面积的50%。这一创新设计不仅使电池仓减薄至0.18mm，还实现了显著的减重9.58g效果。
碳纤维材料在龙骨转轴浮板、屏幕支撑衬板、中框电池仓衬板这三个核心硬件中的应用，全部采用了100%的航天级T800H碳纤维材料。其应用总面积达到了33552mm²，抗拉强度高达5500MPa。配合单向带工艺和五层精密压模技术，中板的抗冲击性提升了300%，成功突破了当前折叠手机行业的技术瓶颈。
这些创新设计使得MIX Fold 4在闭合形态下的厚度仅为9.47mm，展开时更是薄至4.59mm。从外观上看，边框与SIM卡槽几乎齐平，73.1mm的宽度设计让单手握持也能感到贴合舒适。MIX Fold 4因此成为了目前市面上碳纤维含量最高的折叠屏手机，实现了轻薄、减重与高性能的完美结合。
04
轻薄便携，安全可靠不打折
碳纤维材料以其卓越的耐疲劳性能和高抗冲击性能，为碳纤维结构件赋予了更高的可靠性。
其中，IP68防水性能是用户在使用过程中考验手机性能的重要指标。MIX Fold 4在采用碳架构的材料体系时，面临了碳纤维复合材料和金属复合的复杂场景。为了解决界面结合效果，并进一步提升IP68防水性能，我们对技术方案进行了深入研究和创新。通过精细的工艺设计和点胶工艺，成功地将碳纤维结构件和金属件紧密结合，其效果堪比一体化金属结构件，从而满足了IP68防水性能的要求。
同时，与原先的铝合金相比，采用碳纤维的中框将抗冲击性能提升了300%。以减薄至0.18mm的碳纤维电池仓为例，在110g钢球从150cm高度自由落下冲击测试中，金属材料已出现明显且不可逆的形变，而碳纤维复合材料却毫无损伤。这充分证明了碳纤维复合材料在提升手机轻薄性、减重的同时，更能增强手机的可靠性。
得益于碳纤维材料的优异性能和工程师团队坚持不懈的创新精神，小米成功找到了轻量化与高强度可靠性之间的完美平衡，使得碳纤维材料能够在手机的核心硬件中得到全面应用。最终，我们实现了轻薄折叠与真旗舰体验的完美结合，为大家带来了全新的MIX Fold 4折叠手机。这款手机不仅轻薄便携，更拥有出色的性能和可靠性，为用户带来前所未有的使用体验。
小米折叠屏手机经过三代的技术沉淀与积累，已在多个关键领域取得了显著的突破，这些成果汇聚在全新推出的Xiaomi MIX Fold 4之中。9月2日-4日，小米将在
【7.1号馆 7R32号展位】展示上述创新成果，期待与您现场交流。
文章来源：http://shenzhen.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-246-14833.html
