CN105113038A - 一种扬声器振膜材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扬声器振膜材料及其制备方法，属于电声产品技术领域。所述的振膜材料利用静电纺丝技术制得，通过将丝素与碳纳米管混纺，形成微纳米级纤维网状结构的扬声器振膜，后处理采用乙醇溶液浸渍及聚氨酯，聚丙烯酸酯或聚氯乙烯涂层整理，使振膜具有一定机械强度。本发明原材料供应充足，工艺简便，耗能小，在保证振膜强度同时可以制得具有超薄厚度的扬声器振膜，振膜的比弹性高，阻尼减振性能好，具有良好音效及高保真特点，这种丝素蛋白扬声器振膜还具有生物可降解性，有益于环境保护。

Description

一种扬声器振膜材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及电声产品技术领域，特别涉及一种扬声器振膜材料及其制备方法。

背景技术

扬声器是一种能将电学信号转换成声学信号的电声转换器，它将电信号转化成声信号，并通过扬声器振膜辐射到空气中去。扬声器振膜是扬声器结构中的关键部件，其原材料的选用以及成型工艺决定着其重要的力学及声学特性。对扬声器振膜一般要求有如下几点：（1）具有较低密度以及较薄的厚度，以保证扬声器的灵敏度。（2）弹性模量高，材料密度小，即要具有较高的比弹性（弹性模量/材料密度），轻质高强，使振膜能在较宽的频率范围内做活塞振动，覆盖的声场能够均匀。（3）振膜材料应该有较大的内部损耗，以使频率响应曲线尽量平滑，使音色柔顺平滑。

目前扬声器振膜使用的原材料有很多的种类分为纸系振膜材料和非纸系振膜材料，非纸系振膜材料又有高分子系振膜材料，液晶系振膜材料，高弹性纤维振膜，金属系振膜材料，陶瓷系振膜材料等。传统纸系材料可能的弱点是其特性会随环境湿度而变化，因纸吸收了湿气后其密度会变高（变重）、刚性会变差（变软），所以发声的特性也会受影响。干湿循环次数多了之后，可能会造成材料本身的疲劳，进而改变其原本的特性。纸系材料大多使用木质纤维或以木质纤维为主，大量消耗森林资源，不利于对环境的保护。同时，近年来，对纸系振膜材料的改性研究也几乎到达极限，因此人们正寻求其他新材料。

在本发明作出之前，公开号为CN10234460A的中国发明专利“ABS共聚物纳米复合材料制作的扬声器振膜”中，以丙烯腈—苯乙烯—丁二烯为主要原料，加入改性助剂纳米碳酸钙或纳米蒙脱土粒子，发泡剂氧化锌和硬脂酸锌，发泡助剂偶氮二甲酰胺，经混炼制备母料，再经注塑或挤出成型的方法，制得内部呈蜂窝状的扬声器振膜材料。公开号为CN102333269A的中国发明专利中，公开了一种以低密度聚乙烯纳米复合材料制备的扬声器振膜，该发明以低密度聚乙烯为和纳米碳酸钙和纳米二氧化硅为原料，同样经过混炼以及挤出成型制得一种蜂窝状结构扬声器振膜。公开号为CN102321297A的中国发明专利公开了一种纤维增强树脂基制作的扬声器振膜，其所用树脂为聚丙烯树脂，纤维为短切纤维，加入纳米蒙脱土粒子，再经过混炼，通过蜂窝发泡成型器制得蜂窝状扬声器振膜。公开号为CN102295806A的中国发明专利“植物纤维增强聚丙烯复合材料制制作的扬声器平板振膜”中，采用竹纤维与麻纤维，其他成分及成型工艺与公开号CN102321297中所述的“纤维增强材料制作的扬声器振膜”相似。上述技术方案均采用合成树脂为主要原料，对于扬声器振膜回收处理不利。同时，所采取的成型工艺比较复杂，所形成的蜂窝状结构并不易于控制。这些方法通过添加无机纳米粒子，使振膜强度有所增加而在振膜厚度上并没有突破。公开号为CN101720053A的中国发明专利“非木质纤维制作的扬声器膜及其制造工艺”中，通过将草类纤维，韧皮纤维，棉纤维按一定比例制成浆液，脱水沉积，再经过热压成型制成扬声器振膜，该振膜明显缺陷是强度不足。公开号为CN104135708A的中国发明专利“玉化砗磲珍珠质纳米粉及扬声器振膜的制作方法”中，通过机械磨碎和气流磨碎的方法制备玉化砗磲珍珠质纳米粉加到由棉绒毛和韧皮纤维制作的基础纸浆中制得一种扬声器振膜，其原材料制备过程复杂，尤其是玉化砗磲珍珠质纳米粉的制备，并且其材料来源不够广泛。

发明内容

本发明针对现有扬声器振膜材料存在的不足，提供一种具有良好音效及高保真的扬声器振膜材料及其制备方法。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：提供一种扬声器振膜材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）制备丝素固体材料：将蚕丝脱胶、烘干、溶解后制成丝素蛋白溶液，溶液经透析、离心、稀释后制备成丝素固体材料，所述的固体材料为膜或粉末；

（2）制备纺丝液：将步骤（1）得到的丝素固体材料粉碎后与碳纳米管混合，按质量百分比，碳纳米管为丝素的0.5%～2%；将得到的混合物溶解于有机溶剂中，所述的有机溶剂包括甲酸、六氟异丙醇或丙酮，得到质量浓度为4%～20%的丝素蛋白纺丝溶液；

（3）对步骤（2）得到的丝素蛋白纺丝溶液进行静电纺丝，静电纺丝工艺参数为：电压为8～25kV，推注速度为0.1～2mL/h，接收距离为8～20cm；在负极接收装置的锡箔纸上，得到沉积厚度为0.1～1mm的微纳米级静电纺丝纤维膜；

（4）挥发去除静电纺丝膜中的溶剂，纤网固结成型后，揭下锡箔纸上的纤维膜，置于质量浓度为70%～95%的乙醇溶液中，浸渍处理20min～2h，再用去离子水清洗，烘干；

（5）在温度为100～160℃的条件下，将步骤（4）得到的纤维膜表面进行单面涂层处理，涂层剂为聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚氯乙烯中的一种，或它们的任意组合，烘干后得到涂层厚度为0.1～2mm的表面涂层纤维膜；

（6）将步骤(5)得到的表面涂层纤维膜整理成平面状，再经切割或冲裁成形，得到一种扬声器振膜材料。

本发明技术方案还包括按上述制备方法得到的扬声器振膜材料。

本发明以丝素为基本原料，碳纳米管作为增强材料，通过静电纺丝技术制备具有微纳米级纤维网状结构的扬声器振膜，该扬声器振膜材料具有极薄的厚度，较高的比弹性，优良的阻尼减振性能，较高的强度和杨氏模量，其中强度可达10Mpa～50Mpa，杨氏模量可达600MPa～5Gpa。同时，振膜材料具有生物可降解性，由该材料制得的扬声器振膜的频响曲线平滑，音质细腻清晰，具有高保真性。

采用本发明所提供的技术方案，具有以下明显的优点：

1、本发明所述的振膜的原料主要由丝素蛋白组成，其具有良好的生物可降解性，有益于环境的保护。

2、本发明所述的振膜材料中加入了碳纳米管，形成碳纳米管增强丝素蛋白复合材料，由于加入了碳纳米管，使振膜具有较大的内部损耗，阻尼减振性能好，振膜强度增加。对振膜材料用乙醇溶液浸渍处理，改善了丝素的二级结构，使纤维结晶度增加，进一步提高了振膜强度。

2、本发明采用了静电纺丝技术，具有耗能小，溶剂可回收的优点，是一种环保高效的纳米制造技术，其所纺纤维直径在纳米级到微米级，碳纳米管在纤维中分布均匀，并且可以做到碳纳米管沿纤维长度方向取向排列，做到最大化发挥碳纳米管的高强高模的机械性能。纤维杂乱沉积形成了微纳米级纤维网状结构，它的厚度轻薄，具有轻质高强的特性，制成的振膜频响曲线平滑，具有高的声音响应性，音色圆润细腻。

4、本发明采用了聚氨酯，聚丙烯酸酯，聚氯乙烯涂层整理剂，赋予了振膜耐磨，耐撕裂，耐化学腐蚀等优势，使振膜具有高弹，阻尼，减振等特点，同时提高了扬声器振膜的耐久性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的碳纳米管与丝素共混静电纺丝膜电镜照片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1

（1）制备丝素膜：蚕丝脱胶后，溶解于9.3mol/L的溴化锂溶液中，丝素质量浓度为20%，对所得溶液进行过滤，透析，再利用离心机进行离心，离心后得到纯净的丝素溶液，其质量浓度在6%～7%之间，加去离子水稀释至丝素质量浓度为3%，将搅拌均匀的丝素溶液用注射器压入直径为9cm的培养皿中，每个培养皿注入15mL溶液，排除气泡后，在通风橱风干制得纯净的丝素膜。

（2）制备纺丝液：将（1）中丝素膜与碳纳米管混合溶解于无水甲酸中，纺丝液质量浓度为15%，碳纳米管占丝素质量的0.5%，溶液搅拌均匀后，再进行纺丝。

（3）调试静电纺丝参数，电压为15kV，推注速度为1mL/h，静电纺丝距离为12cm，纺丝过程中微纳米级纤维在负极接受装置锡箔纸上沉积，所纺振膜厚度为0.3mm。

（4）当（3）中静电纺丝膜中溶剂挥发完全，纤网固结成型后，轻轻揭下锡箔纸上的纤维膜，将该纤维膜置于质量浓度为75%的乙醇溶液中浸渍30min。浸渍后，用去离子水多次清洗，烘干。

（5）利用涂层机对纤维膜进行涂层，涂层整理剂为聚氯乙烯，温度控制为120℃，涂层厚度为0.2mm，涂层烘干时间为20min。

（6）通过激光切割，冲裁或模具热压使振膜最终形成平面状，圆弧状或喇叭状，用于扬声器振膜材料。

经测试，本实施例提供的扬声器振膜材料强度可达10Mpa～50Mpa，杨氏模量可达600MPa～5Gpa。

实施例2

（1）制备丝素粉末：蚕丝脱胶后，溶解于9.3mol/L的溴化锂溶液中，丝素质量浓度为20%，对所得溶液进行过滤，透析，再利用离心机进行离心，离心后得到纯净的丝素溶液，其质量浓度在6%～7%之间，加去离子水稀释至丝素质量浓度为3%，将搅拌均匀的丝素溶液利用冷冻干燥方法制备丝素多孔材料并研碎制成粉末。

（2）制备纺丝液：将（1）中丝素膜剪碎与碳纳米管混合溶解于六氟异丙醇中，纺丝液质量浓度为6%，碳纳米管占丝素质量的1%，溶液搅拌均匀后，再进行纺丝。

（3）调试静电纺丝参数，电压为20kV，推注速度为1.5mL/h,静电纺丝距离为12cm，纺丝过程中微纳米级纤维在负极接受装置锡箔纸上沉积，所纺振膜厚度为0.5mm。

（4）当（3）中静电纺丝膜中溶剂挥发完全，纤网固结成型后，轻轻揭下锡箔纸上的纤维膜，将该纤维膜置于质量浓度为85%的乙醇溶液中浸渍30min。浸渍后，用去离子水多次清洗，烘干。

（5）利用涂层机对纤维膜进行涂层，涂层整理剂为聚丙烯酸酯，温度控制为100℃，涂层厚度为1mm，涂层烘干时间为40min。

（6）通过激光切割，冲裁或模具热压使振膜最终形成平面状，圆弧状或喇叭状，用于扬声器振膜材料。

实施例3

（1）制备丝素膜：蚕丝脱胶后，溶解于9.3mol/L的溴化锂溶液中，丝素质量浓度为20%，对所得溶液进行过滤，透析，再利用离心机进行离心，离心后得到纯净的丝素溶液，其质量浓度在6%～7%之间，加去离子水稀释至丝素质量浓度为3%，将搅拌均匀的丝素溶液用注射器压入直径为9cm的培养皿中，每个培养皿注入15mL溶液，排除气泡后，在通风橱风干制得纯净的丝素膜。

（2）制备纺丝液：将（1）中丝素膜剪碎与碳纳米管混合溶解于丙酮中，纺丝液质量浓度为10%，碳纳米管占丝素的质量的2%，溶液搅拌均匀后，再进行纺丝。

（3）调试静电纺丝参数，电压为20kV，推注速度为2mL/h，静电纺丝距离为12cm，纺丝过程中微纳米级纤维在负极接受装置锡箔纸上沉积，所纺振膜厚度为1mm。

（4）当（3）中静电纺丝膜中溶剂挥发完全，纤网固结成型后，轻轻揭下锡箔纸上的纤维膜，将该纤维膜置于质量浓度为85%的乙醇溶液中浸渍40min。浸渍后，用去离子水多次清洗，烘干。

（5）利用涂层机对纤维膜进行涂层，涂层整理剂为聚氨酯，温度控制为100℃，涂层厚度为1.5mm，涂层烘干时间为60min。

（6）通过激光切割，冲裁或模具热压使振膜最终形成平面状，圆弧状或喇叭状，用于扬声器振膜材料。

Claims (2)

1.一种扬声器振膜材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）制备丝素固体材料：将蚕丝脱胶、烘干、溶解后制成丝素蛋白溶液，溶液经透析、离心、稀释后制备成丝素固体材料，所述的固体材料为膜或粉末；

（2）制备纺丝液：将步骤（1）得到的丝素固体材料粉碎后与碳纳米管混合，按质量百分比，碳纳米管为丝素的0.5%～2%；将得到的混合物溶解于有机溶剂中，所述的有机溶剂包括甲酸、六氟异丙醇或丙酮，得到质量浓度为4%～20%的丝素蛋白纺丝溶液；

（3）对步骤（2）得到的丝素蛋白纺丝溶液进行静电纺丝，静电纺丝工艺参数为：电压为8～25kV，推注速度为0.1～2mL/h，接收距离为8～20cm；在负极接收装置的锡箔纸上，得到沉积厚度为0.1～1mm的微纳米级静电纺丝纤维膜；

（4）挥发去除静电纺丝膜中的溶剂，纤网固结成型后，揭下锡箔纸上的纤维膜，置于质量浓度为70%～95%的乙醇溶液中，浸渍处理20min～2h，再用去离子水清洗，烘干；

（5）在温度为100～160℃的条件下，将步骤（4）得到的纤维膜表面进行单面涂层处理，涂层剂为聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚氯乙烯中的一种，或它们的任意组合，烘干后得到涂层厚度为0.1～2mm的表面涂层纤维膜；

（6）将步骤(5)得到的表面涂层纤维膜整理成平面状，再经切割或冲裁成形，得到一种扬声器振膜材料。

2.一种按权利要求1制备方法得到的扬声器振膜材料。