CN109218924A - 用于发声装置的振膜、发声装置及其组装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于发声装置的振膜、发声装置及其组装方法。该振膜包括乙烯‑丙烯酸酯共聚物和乙烯‑丙烯酸酯‑羧酸共聚物中的至少一种通过交联反应制备而成的膜层。该振膜的分子结构包括乙烯基‑丙烯酸基基团。该基团使材料的化学结构对称度降低，立构规整度降低，空间位阻大，从而使振膜具有高的损耗因子，发声装置的阻尼效果良好。

Description

用于发声装置的振膜、发声装置及其组装方法
技术领域
本发明涉及电声转换技术领域，更具体地，涉及一种用于发声装置的振膜、发声装置及其组装方法。
背景技术
用于发声装置的振膜多采用多层复合材料，例如，PEEK、PAR、PEI、PI等工程塑料，TPU、TPEE等弹性体材料，丙烯酸胶膜、硅胶胶膜等胶膜，通过合理的搭配复合为两层、三层或者更多层数的带状材料，以满足不同性能的发声装置的需求。此外，由于硅橡胶具有良好的热稳定性、良好的疏水性能和优异的回弹性能也被用于制作振膜。
然而，上述材料都存在各自的缺点，例如，PEEK、PAR等工程塑料，虽然耐温性较好，但材料回弹性较差，产品易产生膜折，无法起到防水的作用。TPU、TPEE等弹性体材料的熔点较低，耐温性较差。硅橡胶材料虽然热稳定性和回弹性均较好，但因其化学结构对称，立构规整度高，对称取代的甲基空间位阻小，导致材料的阻尼性较低，造成硅橡胶振膜的产品失真较大。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于发声装置的振膜的新技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于发声装置的振膜。该振膜包括乙烯-丙烯酸酯共聚物和乙烯-丙烯酸酯-羧酸共聚物中的至少一种通过交联反应制备而成的膜层。
可选地,所述膜层为由所述乙烯-丙烯酸酯-羧酸共聚物与胺类物质交联剂反应形成的酰胺交联聚合物和/或酰亚胺交联聚合物。
可选地,还包括向所述乙烯-丙烯酸酯共聚物和乙烯-丙烯酸酯-羧酸共聚物中的至少一种添加无机填料补强剂。
可选地,所述无机填料补强剂包括炭黑、气相二氧化硅、沉淀碳酸钙和硫酸钡中的至少一种。
可选地,所述乙烯-丙烯酸酯-羧酸共聚物以下列化学式表示：
其中，x,y,z为自然数；R、R’为烷基。
可选地,所述乙烯-丙烯酸酯共聚物以下列化学式表示：
其中，x,y为自然数；R为烷基。
可选地,所述胺类物质交联剂包括己二胺、六亚甲基二胺氨基甲酸盐、三乙撑四胺、亚基二苯胺和二邻甲苯胍中的至少一种。
可选地,所述乙烯-丙烯酸酯共聚物的交联剂包括用于使所述乙烯-丙烯酸酯共聚物产生自由基的过氧化物交联剂，以及用于与所述乙烯-丙烯酸酯共聚物发生自由基聚合的助交联剂。
可选地,所述过氧化物交联剂包括1,3-1,4-二(叔丁基过氧异丙基)苯、过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷、过氧化叔丁基异丙苯、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)-3-己炔、4,4`-双(叔丁基过氧基)戊酸正丁酯、1,1`-双(叔丁基过氧基)-3,3,5三甲基环己烷和2,4-二氯过氧化苯甲酰中的至少一种。
可选地,所述助交联剂包括三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、N,N`-间苯撑双马来酰亚胺、二烯丙基邻苯二酸酯、三烯丙基异氰酸酯和三烯丙基氰酸酯中的至少一种。
可选地,所述振膜为单层结构或者复合振膜，所述复合振膜包括所述膜层。
可选地,所述振膜为单层结构，所述振膜的厚度为10-200μm。
可选地,所述振膜的厚度为60-120μm。
可选地,所述振膜采用模压-注塑成型或者气压成型的方式制备而成。
根据本发明的第二方面，提供了一种发声装置。该装置包括相互配合的磁路系统和振动系统，所述振动系统包括本发明提供的所述振膜。
根据本发明的第三方面，提供了一种发声装置的组装方法。该方法包括：将乙烯-丙烯酸酯共聚物和乙烯-丙烯酸酯-羧酸共聚物中的至少一种与交联剂混合，并制备成设定结构的振膜坯料，所述振膜坯料具有粘结性能；将所述振膜坯料与发声装置的音圈、外壳、补强层和导磁轭中的至少一种直接粘结在一起；在高温条件下使所述振膜坯料硫化，以形成固定连接。
根据本公开的一个实施例，该振膜的分子结构包括乙烯基-丙烯酸基基团。该基团使材料的化学结构对称度降低，立构规整度降低，空间位阻大，从而使振膜具有高的损耗因子，发声装置的阻尼效果良好。
此外，二元共聚物和/或三元共聚物形成的分子链形成的分子链具有较强的分子间力，这使得振膜的耐温性良好。并且三元共聚物中的羧酸单体基团能够进一步提高振膜的耐温性能，并且能够提供交联点，以形成网状大分子结构。
此外，乙烯基-丙烯酸基基团形成的分子链的柔顺性良好,这使得该振膜回弹性以及拉伸强度良好。
此外，二元共聚物或三元共聚物与交联剂发生交联反应，以形成网状大分子结构，从而使成型后的振膜获得足够的硬度。并且网状大分子结构与填料的结合强度更高，可以通过添加填料，进一步增强振膜的强度。
此外，由于硬度和回弹性良好，故振膜的破膜风险低，在受到水的压力时不易变形，这使得振膜的防水效果良好。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1是根据本发明的一个实施例的振膜与硅橡胶振膜的THD对比曲线。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
根据本发明的一个实施例，提供了一种用于发声装置的振膜。该振膜包括乙烯-丙烯酸酯共聚物和乙烯-丙烯酸酯-羧酸共聚物中的至少一种通过交联反应制备而成的膜层。可选地，振膜为单层结构或者由多个膜层复合而成的复合振膜。复合振膜包括上述膜层。
具体地，共聚物为线性分子结构。乙烯-丙烯酸酯共聚物为二元共聚物,即二聚物。乙烯-丙烯酸酯-羧酸共聚物为在上述二元共聚物的基础上引入羧酸单体而形成的三元共聚物,即三聚物。在该例子中，二元共聚物和/或三元共聚物与交联剂反应生成的材料为AEM橡胶。
其中,乙烯-丙烯酸酯共聚物用以下列化学式表示：
其中，x,y为自然数；R为烷基,例如甲基,乙基等具有-CnH2n+1结构的基团。
其中,乙烯-丙烯酸酯共聚物的交联剂包括用于使乙烯-丙烯酸酯共聚物产生自由基的过氧化物交联剂，以及用于与乙烯-丙烯酸酯共聚物发生自由基聚合的助交联剂。交联机理如下：
该二聚物在过氧化物交联剂的作用下,在主链上产生自由基。助交联剂(Coagent)与自由基作用，发生交联反应，使不同的二聚物通过助交联剂聚合在一起，以形成网状结构的交联聚合物。
优选地，过氧化物交联剂包括1,3-1,4-二(叔丁基过氧异丙基)苯过氧化二异丙苯2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷过氧化叔丁基异丙苯2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)-3-己炔4,4`-双(叔丁基过氧基)戊酸正丁酯1,1`-双(叔丁基过氧基)-3,3,5三甲基环己烷2,4-二氯过氧化苯甲酰中的至少一种。
优选地，助交联剂包括三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)、N,N`-间苯撑双马来酰亚胺(HVA-2)、二烯丙基邻苯二酸酯(DAP)、三烯丙基异氰酸酯(TAIC)、三烯丙基氰酸酯(TAC)中的至少一种。
上述过氧化物交联剂以及助交联剂的来源广泛，交联速度适中，形成的振膜的质地均一。
当然，过氧化物交联剂以及助交联剂不限于上述实施例，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。
其中，乙烯-丙烯酸酯-羧酸共聚物可以通过以下列化学式表示：
其中，x,y,z为自然数；R、R’为烷基,例如甲基,乙基等具有-CnH2n+1结构的基团。
其中，乙烯-丙烯酸酯-羧酸共聚物的交联剂为胺类物质交联剂，即分子中含有氨基的物质。
乙烯-丙烯酸酯-羧酸共聚物与胺类物质交联剂反应形成的酰胺交联聚合物和/或酰亚胺交联聚合物。酰胺交联聚合物和酰亚胺交联聚合物均为网状大分子结构。交联机理如下：
在该例子中，胺类物质交联剂，例如NH2-R-NH2的氨基中的氢原子与羧酸单体中的羟基通过脱水缩合，以形成酰胺交联聚合物。部分酰胺交联聚合物进一步脱水缩合，以形成酰亚胺交联聚合物。酰胺交联聚合物和酰亚胺交联聚合物均为网状大分子结构。
优选地,胺类物质交联剂包括己二胺、六亚甲基二胺氨基甲酸盐(DiakNo.1)、三乙撑四胺、亚基二苯胺(MDA)、二邻甲苯胍(DOTG)中的至少一种。上述胺类物质的来源广泛，形成的交联聚合物的质地均一。
例如，上述二聚物和与其对应的过氧化物交联剂、交联助剂混合在一起，上述三聚物和与其对应的胺类物质交联剂混合在一起，两种混合物在进行硫化成型过程中进行混合，以形成共混的交联聚合物。通过这种方式，同样能够形成具有高强度、高阻尼特性的振膜。
优选地，交联剂占AEM橡胶总质量的百分数为0.1-20％。该比例范围的交联剂能够起到良好的交联效果，使振膜兼具足够的硬度以及回弹性能。
本发明实施例的振膜，其分子结构包括乙烯基-丙烯酸基基团。该基团使材料的化学结构对称度降低，立构规整度降低，空间位阻大，从而使振膜具有高的损耗因子，发声装置的阻尼效果良好。
此外，二元共聚物和/或三元共聚物形成的分子链具有较强的分子间力，这使得振膜的耐温性良好。并且三元共聚物中的羧酸单体基团能够进一步提高振膜的耐温性能，并且能够提供交联点，以形成网状大分子结构。在一个例子中，振膜的短期耐温可达190-200℃，长期耐温可达170-180℃，可满足发声装置对振膜的耐温性的要求。
此外，乙烯基-丙烯酸基基团形成的分子链的柔顺性良好,这使得该振膜回弹性以及拉伸强度良好。
此外，二元共聚物或三元共聚物与交联剂发生交联反应，以形成网状大分子结构，从而使成型后的振膜获得足够的硬度。并且网状大分子结构与填料的结合强度更高，可以通过添加填料，进一步增强振膜的强度。
此外，由于硬度和回弹性良好，故振膜的破膜风险低，在受到水的压力时不易变形，这使得振膜的防水效果良好。
在一个例子中，向乙烯-丙烯酸酯共聚物和乙烯-丙烯酸酯-羧酸共聚物中的至少一种添加无机填料补强剂。无机填料补强剂能够提高振膜的硬度，起到补强的作用。
可选地，无机填料补强剂包括炭黑、气相二氧化硅、沉淀碳酸钙和硫酸钡中的至少一种。上述材料的来源广泛、成本低，并且容易与其他橡胶原材料结合在一起。例如，炭黑的型号为N550FEF、N683APF、N774SRF-HMAS、N762SRF-LMNS、ISAF和MT中的至少一种。上述材料以粉体的形式添加到二聚物和/或三聚物中。
优选地，炭黑占原材料的总质量的百分数为20-70％。该比例范围使振膜兼具良好的硬度、拉伸强度以及回弹性能。
表1是本发明实施例的三聚物通过交联反应形成的振膜与硅橡胶振膜的性能对比，其中两种振膜的结构相同。
型号 硬度/Shore A 在23℃条件下的损耗因子 拉伸强度/MPa
本发明振膜 65 0.20 17
硅橡胶振膜 65 0.07 9
表1
可见，本发明实施例的振膜与硅橡胶振膜的硬度相当。但本发明实施例的振膜的损耗因子约为硅橡胶振膜的3倍，拉伸强度约为硅橡胶振膜的2倍。这表明，与硅橡胶振膜相比，本发明实施例的振膜具有更好的阻尼效果以及拉伸强度。
图1是根据本发明的一个实施例的振膜与硅橡胶振膜的THD(高次谐波失真)对比曲线。本发明实施例的振膜为三聚物通过交联反应制得的振膜，即AEM振膜。两种振膜的结构相同，并且安装到同样型号的扬声器中。
其中，实线为硅橡胶振膜在不同频率下的THD曲线；虚线为AEM振膜在不同频率下的THD曲线。
由图1可以看出，在各个频段，虚线均位于实线的下方，并且越往低频段虚线与实线的差距越大。这表明，安装AEM振膜的扬声器的高次谐波失真小，尤其在低频段。因此，本发明实施例的振膜能够显著降低扬声器的失真，并使扬声器具备良好的低频效果。
在一个例子中,振膜采用模压-注塑成型或者气压成型的方式制备而成。
其中，在模压-注塑成型中，二聚物及其对应的交联剂和/或三聚物及其对应的交联剂被注塑到阴、阳模具中，并进行模压。
首先，进行一次硫化。例如，一次硫化的温度为150℃-200℃。将上述原材料加工成为具有设定形状的振膜，例如折环振膜或者平面振膜。优选地，一次硫化的温度为170℃，时间为10min。
然后，将一次硫化后成型的振膜从阴、阳模具中取出，并放置到烘箱中进行二次硫化。二次硫化的条件例如是：硫化温度为200℃/硫化时间为1h、硫化温度为175℃/硫化时间为4h、硫化温度为150℃/硫化时间为8h或者硫化温度为125℃/硫化时间为24h。上述二次硫化条件使振膜的结构稳定，成型效果好。
通过两次硫化，网状大分子结构的转化率更高，振膜的结构强度更高、回弹性更好，阻尼性能更加优良。
其中，在气压成型中，只有一个模具，即模头。该模头设置成与振膜的结构相对应的形状。例如，振膜为折环振膜。模头在与折环振膜的内连接部和外连接部相对应的部位均呈平面，在与折环部相对应的部位形成横截面为半圆形的环状凸起。
在制作时，首先，半固态的原材料被放置到模头上。
然后，将模头置于密闭的腔体中。向密闭的腔体中充气，例如氮气等，并加热，以进行高温、高压成型。高压使原材料贴附到模头上，高温能够加速橡胶的硫化。
优选地，加热温度为150℃-200℃，压强为0.2-1.0MPa。该温度和压力范围形成的振膜的性能优良。
优选地,振膜为单层结构，振膜的厚度为10-200μm。例如，振膜为二聚物和/或三聚物发生交联反应形成的交联聚合物。该厚度范围的振膜回弹性、耐温性、阻尼性和硬度均较好。
进一步地，振膜的厚度为60-120μm。该厚度范围的振膜的回弹性、耐温性、阻尼性和硬度更加优良。
优选地,振膜的硬度为30-90ShoreA。该硬度范围的振膜能够满足不同发声装置的F0(谐振频率)的需求，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种发声装置。该发声装置包括磁路系统和与磁路系统配合发声的振动系统。振动系统包括本发明提供的振膜。振膜与音圈的一端连接。音圈的另一端插入磁路系统的磁间隙中。
该发声装置具有声音效果好、失真小、防水效果好的特点。
根据本发明的又一个实施例，提供了一种发声装置的组装方法。该方法包括：
S1、将乙烯-丙烯酸酯共聚物和乙烯-丙烯酸酯-羧酸共聚物中的至少一种与交联剂混合，并制备成设定结构的振膜坯料，振膜坯料具有粘结性能。振膜坯料是指为进行硫化的振膜，其具有与振膜相同或相似的结构。上述材料制得的振膜坯料具有粘结性能。
例如，振膜坯料包括中心部、边缘部和位于中心部和边缘部之间的折环部。振膜坯料可以通过设定结构的模具制得，也可以通过流延、吹塑等方式制得。
在其他示例中，振膜坯料呈平面结构。
S2、将振膜坯料与发声装置的音圈、外壳、补强层和导磁轭中的至少一种直接粘结在一起。直接粘结是指依靠振膜坯料自身的粘结性能与其他部件进行粘结，而不是通过粘结剂与其他部件粘结。
例如，音圈和/或补强层被粘结在振膜坯料的中心部。补强层用于降低成型后的振膜的分割振动。外壳或者导磁轭与振膜坯料的边缘部粘结在一起。
S3、在设定温度条件下使振膜坯料硫化，以形成固定连接。振膜坯料在设定温度条件下，例如150-200℃，进行硫化，以形成振膜，并与其他部件连接在一起。
在该例子中，由于振膜坯料本身具有粘结性能，故可以在成型之前直接将其设置到设定位置并与其他部件进行粘结。然后，进行硫化成型。通过这种方式，既能够保证振膜与其他部件的粘结效果，密封效果，提高发声装置的防水性能，又能够节省振膜与其他部件组装的步骤，节省了粘结剂，提高了组装效率。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (16)

1.一种用于发声装置的振膜,其特征在于,包括乙烯-丙烯酸酯共聚物和乙烯-丙烯酸酯-羧酸共聚物中的至少一种通过交联反应制备而成的膜层。
2.根据权利要求1所述的振膜,其特征在于,所述膜层为由所述乙烯-丙烯酸酯-羧酸共聚物与胺类物质交联剂反应形成的酰胺交联聚合物和/或酰亚胺交联聚合物。
3.根据权利要求1所述的振膜,其特征在于,还包括向所述乙烯-丙烯酸酯共聚物和乙烯-丙烯酸酯-羧酸共聚物中的至少一种添加无机填料补强剂。
4.根据权利要求3所述的振膜,其特征在于,所述无机填料补强剂包括炭黑、气相二氧化硅、沉淀碳酸钙和硫酸钡中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的振膜,其特征在于,所述乙烯-丙烯酸酯-羧酸共聚物以下列化学式表示：
其中，x,y,z为自然数；R、R’为烷基。
6.根据权利要求1所述的振膜,其特征在于,所述乙烯-丙烯酸酯共聚物以下列化学式表示：
其中，x,y为自然数；R为烷基。
7.根据权利要求2所述的振膜,其特征在于,所述胺类物质交联剂包括己二胺、六亚甲基二胺氨基甲酸盐、三乙撑四胺、亚基二苯胺和二邻甲苯胍中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的振膜,其特征在于,所述乙烯-丙烯酸酯共聚物的交联剂包括用于使所述乙烯-丙烯酸酯共聚物产生自由基的过氧化物交联剂，以及用于与所述乙烯-丙烯酸酯共聚物发生自由基聚合的助交联剂。
9.根据权利要求8所述的振膜,其特征在于,所述过氧化物交联剂包括1,3-1,4-二(叔丁基过氧异丙基)苯、过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷、过氧化叔丁基异丙苯、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)-3-己炔、4,4`-双(叔丁基过氧基)戊酸正丁酯、1,1`-双(叔丁基过氧基)-3,3,5三甲基环己烷和2,4-二氯过氧化苯甲酰中的至少一种。
10.根据权利要求8所述的振膜,其特征在于,所述助交联剂包括三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、N,N`-间苯撑双马来酰亚胺、二烯丙基邻苯二酸酯、三烯丙基异氰酸酯和三烯丙基氰酸酯中的至少一种。
11.根据权利要求1所述的振膜,其特征在于,所述振膜为单层结构或者复合振膜，所述复合振膜包括所述膜层。
12.根据权利要求1所述的振膜,其特征在于,所述振膜为单层结构，所述振膜的厚度为10-200μm。
13.根据权利要求12所述的振膜,其特征在于,所述振膜的厚度为60-120μm。
14.根据权利要求1所述的振膜,其特征在于,所述振膜采用模压-注塑成型或者气压成型的方式制备而成。
15.一种发声装置，其特征在于，包括相互配合的磁路系统和振动系统，所述振动系统包括如权利要求1-14中的任意一项所述的振膜。
16.一种发声装置的组装方法，其特征在于，包括：
将乙烯-丙烯酸酯共聚物和乙烯-丙烯酸酯-羧酸共聚物中的至少一种与交联剂混合，并制备成设定结构的振膜坯料，所述振膜坯料具有粘结性能；
将所述振膜坯料与发声装置的音圈、外壳、补强层和导磁轭中的至少一种直接粘结在一起；
在高温条件下使所述振膜坯料硫化，以形成固定连接。
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