CN116074703A - 发声装置的振膜及发声装置 - Google Patents

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CN116074703A CN202111275666.4A CN202111275666A CN116074703A CN 116074703 A CN116074703 A CN 116074703A CN 202111275666 A CN202111275666 A CN 202111275666A CN 116074703 A CN116074703 A CN 116074703A
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Abstract

本申请公开了一种发声装置的振膜及发声装置，振膜包括至少一层改性乙丙橡胶膜层，改性乙丙橡胶膜层由无机空心微珠、添加剂以及由乙烯和丙烯为基础单体合成的聚合物混炼形成混炼胶后进行交联反应制备而成；无机空心微珠的粒径为1μm～60μm，改性乙丙橡胶膜层中的无机空心微珠的分布密度为0.15g/cm3～0.9g/cm3，改性乙丙橡胶膜层在130℃的环境下，放置70h，压缩率为25％条件下的压缩永久变形量≤55％。本申请的振膜包括将无机空心微珠、添加剂和由乙烯和丙烯为基础单体合成的聚合物混炼形成混炼胶后进行交联反应制备而成的改性乙丙橡胶膜层，由此不仅能够降低振膜材料的密度，提升发声装置的中频灵敏度，而且使得振膜材料在高温条件下具有优异的回弹性能。

Description

发声装置的振膜及发声装置
技术领域
本申请涉及电声技术领域，更具体地，涉及一种发声装置的振膜及使用该振膜的发声装置。
背景技术
随着5G时代的到来，智能电子设备发展迅速，人们对于智能电子设备的音感、音质的要求越来越高。也就是说，扬声器的发声品质和稳定性标准越来越高。振膜作为扬声器组件的重要组成，其性能对于扬声器的音质稳定性有着重要影响。橡胶振膜本身具有软弹性，其低频性能优异，具有更高的响度，更舒适的听感，受到了大家的青睐。然而，橡胶材料的密度大,橡胶材质的振膜材料会使得振动系统质量变大，从而会造成扬声器产品的中频灵敏度低。
此外，常规乙丙橡胶材质的振膜在高温等严苛的环境下，力学性能将会下降，降低振膜的回弹性，进而影响了发声装置的声学性能。
因此，需要一种新的技术方案，以解决上述问题。
发明内容
本申请的一个目的在于提供一种发声装置的振膜。
本申请的另一个目的在于提供上述振膜组成的发声装置。
为了实现以上目的，本申请提供了以下技术方案。
根据本申请第一方面实施例的发声装置的振膜，所述振膜包括至少一层改性乙丙橡胶膜层，所述改性乙丙橡胶膜层由无机空心微珠、添加剂以及由乙烯和丙烯为基础单体合成的聚合物混炼形成混炼胶后进行交联反应制备而成；其中，所述无机空心微珠的粒径为1μm～60μm，所述改性乙丙橡胶膜层中的所述无机空心微珠的分布密度为0.15g/cm3～0.9g/cm3，所述改性乙丙橡胶膜层在130℃的环境下，放置70h，压缩率为25％条件下的压缩永久变形量≤55％。
根据本申请的一些实施例，所述改性乙丙橡胶膜层的密度为0.4g/cm3～1.1g/cm3。
根据本申请的一些实施例，所述改性乙丙橡胶膜层的拉伸强度为3MPa～35MPa。
根据本申请的一些实施例，所述无机空心微珠的含量占所述混炼胶总量的5wt％～40wt％。
根据本申请的一些实施例，所述无机空心微珠的抗压强度≥10MPa。
根据本申请的一些实施例，所述改性乙丙橡胶膜层的玻璃化转变温度≤-20℃。
根据本申请的一些实施例，所述无机空心微珠的表面设有偶联剂，所述偶联剂对所述无机空心微珠进行表面改性以使所述无机空心微珠与所述乙烯和丙烯为基础单体合成的聚合物的基体界面结合；其中，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂和铝酸酯类偶联剂中的至少一种。
根据本申请的一些实施例，所述偶联剂的含量占所述无机空心微珠添加量的1wt％～10wt％。
根据本申请的一些实施例，所述添加剂包括交联剂、补强剂和防老剂，其中，所述交联剂为硫磺类和有机过氧化物类硫化体系中的至少一种；所述补强剂为炭黑、白炭黑、氧化石墨烯、蒙脱土、滑石粉、陶土、云母粉、长石粉、海藻酸钠、磁粉、硅藻土中的至少一种；所述防老剂为防老剂N-445、防老剂246、防老剂4010、防老剂SP、防老剂RD、防老剂ODA、防老剂OD和防老剂WH-02中的至少一种。
根据本申请的一些实施例，所述交联剂的含量占所述混炼胶的0.5wt％～4.5wt％，所述补强剂的含量占所述混炼胶的5wt％～65wt％，所述防老剂的含量占所述混炼胶的0.1wt％～5wt％。
根据本申请的一些实施例，所述振膜为单层结构，所述振膜由一层所述改性乙丙橡胶膜层构成。
根据本申请的一些实施例，所述振膜为复合层结构，所述振膜还包括由热塑性弹性体、工程塑料和热固性弹性体中的至少一种制成的膜层。
根据本申请第二方面实施例的发声装置，包括振动系统以及与所述振动系统相配合的磁路系统，所述振动系统包括振膜和结合在所述振膜一侧的音圈，所述磁路系统驱动所述音圈振动以带动所述振膜发声，所述振膜为根据本申请上述实施例的所述振膜。
根据本申请第三方面实施例的发声装置，包括壳体以及设在所述壳体内的磁路系统和振动系统，所述振动系统包括音圈、第一振膜和第二振膜，所述音圈的顶部与所述第一振膜相连，所述磁路系统驱动所述音圈振动以带动所述第一振膜发声，所述第二振膜的两端分别与所述壳体和所述音圈的底部相连，所述第二振膜为根据本申请上述实施例的所述振膜。
根据本申请实施例的发声装置的振膜，通过采用无机空心微珠、添加剂和由乙烯和丙烯为基础单体合成的聚合物混炼形成混炼胶后，进行交联反应制备而成的改性乙丙橡胶膜层作为振膜材料，不仅能够降低振膜材料的密度，提升发声装置的中频灵敏度，而且使得振膜材料具有优异的力学性能和耐温性能，使得振膜在高温条件下仍具有优异的回弹性能，从而有效地提升了振膜的使用效果和发声装置的声学稳定性。
通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请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申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。
图1为根据本申请实施例的发声装置的振膜的断裂应变随无机空心微珠的质量占比的变化图；
图2为根据本申请实施例的发声装置的振膜的不同密度的改性乙丙橡胶膜层的中频Fr曲线；
图3为根据本申请实施例的发声装置的整体结构示意图；
图4为根据本申请实施例的发声装置的局部结构示意图；
图5为根据本申请实施例的发声装置的剖面图；
图6为根据本申请实施例的发声装置的爆炸图。
附图标记
发声装置100；
壳体10；音圈11；第一振膜12；第二振膜13；磁路系统14；
振膜15；折环部151；球顶部152。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本申请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申请的范围。
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，决不作为对本申请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。
下面结合附图具体描述根据本申请实施例的发声装置的振膜。
根据本申请实施例的发声装置的振膜，振膜包括至少一层改性乙丙橡胶膜层，改性乙丙橡胶膜层由无机空心微珠、添加剂以及由乙烯和丙烯为基础单体合成的聚合物混炼形成混炼胶后进行交联反应制备而成。其中，无机空心微珠的粒径为1μm～60μm，改性乙丙橡胶膜层中的无机空心微珠的分布密度为0.15g/cm3～0.9g/cm3，改性乙丙橡胶膜层在130℃的环境下，放置70h，压缩率为25％条件下的压缩永久变形量≤55％。
根据本申请实施例的发声装置的振膜可以由至少一层改性乙丙橡胶膜层构成。具体地，本申请中的振膜可以为单层结构，也可以为多层复合结构。当振膜为单层结构时，即振膜由一层本申请的改性乙丙橡胶膜层制成。当振膜为多层复合结构时，振膜包括至少一层改性乙丙橡胶膜层，振膜由改性乙丙橡胶膜层与其他材料的膜层复合而成。可选地，当振膜中含有多层改性乙丙橡胶膜层时，相邻的两层改性乙丙橡胶膜层之间可以间隔设置，即相邻的两层改性乙丙橡胶膜层之间也可以设置其他材料的膜层，当然相邻的两层改性乙丙橡胶膜层之间也可以贴合设置，可以根据实际的使用需求选择设置，本申请对此不作具体限制。
具体地，由乙烯和丙烯为基础单体合成的聚合物的分子结构式可以为下式式(Ⅰ)所示。
Figure BDA0003329356200000061
式(Ⅰ)中：m、n为自然数。
由乙烯和丙烯为基础单体合成的聚合物能够形成乙丙橡胶。乙丙橡胶分子主链上，乙烯和丙烯单体呈无规则排列，失去了聚乙烯或聚丙烯结构的规整性，从而成为弹性体。乙丙橡胶包括以单烯烃乙烯、丙烯共聚成二元乙丙橡胶(EPM)和以乙烯、丙烯及少量非共轭二烯烃为单体共聚而制得三元乙丙橡胶(EPDM)。其中，乙烯单体与丙烯单体的质量比的范围为0.25～4，非共轭二烯烃单体的含量为乙烯单体和丙烯单体总含量的1％～15％。
为了便于描述，将由乙烯和丙烯为基础单体合成的聚合物定义为基础聚合物。
其中，改性乙丙橡胶膜层是向基础聚合物中添加无机空心微珠制成。通过将无机空心微珠、添加剂和基础聚合物混炼后，能够形成混炼胶，混炼胶硫化后能够形成改性乙丙橡胶膜层。也就是说，基础聚合物能够形成乙丙橡胶，乙丙橡胶相当于基材，无机空心微珠和基础聚合物经过混炼过程后，无机空心微珠可以分散在基材中。由于无机空心微珠的密度小于橡胶的密度，通过向橡胶中加入无机空心微珠，能够降低振膜材料的密度，得到低密度的振膜。
在添加无机空心微珠的乙丙橡胶振膜材料与未添加无机空心微珠的乙丙橡胶振膜材料具有相同硬度的条件下，本申请的振膜具有更低的振膜密度，能够降振动系统的振动质量。其中，发声装置的频率响应的中频区是振动系统质量控制区，其振动质量越低，中频灵敏度越高，本申请通过将无机空心微珠加入基础聚合物中能够有效降低振动系统的振动质量，提升振动系统的中频灵敏度。
因此，采用本申请振膜的发声装置的中频灵敏度相对于采用常规乙丙橡胶振膜材料的发声装置的中频灵敏度有了大幅提高。即本申请的振膜能够提升发声装置的中频频率响应，从而使得发声装置具有更高的中频灵敏度。
需要说明的是，频响(Fr)是在电子学上用来描述一台仪器对于不同频率的信号的处理能力的差异。同失真一样，频响(Fr)是一个非常重要的参数指标。频响也称响曲线，是指增益随频率的变化曲线。任何音响设备或载体(记录声音信号的物体)都有其频响曲线。
无机空心微珠是一种中空、薄壁、坚硬、轻质的球体，其具有较高的强度密度比。本申请的发声装置的振膜添加有无机空心微珠，能够有效地降低橡胶的密度和重量，从而使得振膜的整体重量减轻，降低振动系统的振动质量，提升了发声装置的灵敏度。
无机空心微珠可以为空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠等。其中，空心玻璃微珠由无机材料二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化镁、硅酸钠等及内部封闭的气体组成。空心玻璃微珠外壳的主要成分为硼硅酸盐，其具有刚性大、化学稳定性好和熔点高等特点，填充至橡胶后，能够有效地防止由光和热引起的橡胶老化，从而提高橡胶材料的耐温性。另外，空心玻璃微珠是非常优异的隔热材料，可以有效地阻隔外界热量，能够有效地减缓外界热量对于橡胶内部网络结构的破坏。
也就是说，将无机空心微珠加入乙丙橡胶中，有效的提升了乙丙橡胶的耐老化性和耐温性。添加了无机空心微珠的低密度橡胶振膜产品在较为严苛的高温环境中使用时依然能保持较好的声学性能。同时，无机空心微珠具有较高的抗压强度，可以保证无机空心微珠在混炼过程不被挤压破碎。
进一步地，无机空心微珠的粒径在1μm～60μm范围内可选择，优选5μm～30μm，例如，无机空心微珠的粒径可以是1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm或者60μm。也就是说，可以根据振膜厚度的不同来选择不同粒径的无机空心微珠，以保证无机空心微珠在基材中均匀分散。
此外，随着无机空心微珠尺寸的减小，改性乙丙橡胶膜层中的无机空心微珠的分布密度会呈现增大的趋势，通过选择合适的无机空心微珠的尺寸，可以将改性乙丙橡胶膜层中的无机空心微珠的分布密度控制在0.15g/cm3～0.9g/cm3的范围内，例如，无机空心微珠的分布密度可以为0.15g/cm3、0.2g/cm3、0.35g/cm3、0.5g/cm3、0.6g/cm3、0.7g/cm3、0.8g/cm3或者0.9g/cm3。为保证无机空心微珠可以有效的降低振膜密度，无机空心微珠的分布密度优选为0.35g/cm3～0.8g/cm3。
由于将无机空心微珠加入乙丙橡胶中，有效的提升了乙丙橡胶的耐温性。在高温下，改性乙丙橡胶膜层的内部网络结构受破坏程度很小，在承受外力载荷时，与常规乙丙橡胶材料的膜层相比，本申请的改性乙丙橡胶膜层的内部网络恢复性能更高，回弹性更好。
需要说明的是，回弹性是衡量橡胶振膜产品声学振动稳定性的重要指标，振膜材料回弹性越好，发声装置的声学振动稳定性越好，发声装置的声学品质越高。
具体地，通过将改性乙丙橡胶膜层在130℃的环境下，放置70h，预压缩率25％条件下进行压缩，改性乙丙橡胶膜层的压缩永久形变量≤55％。表一示出了对具有不同含量的无机空心微珠的改性乙丙橡胶膜层的压缩永久变形量的测试结果。此处的无机空心微珠选为空心玻璃微珠，需要说明的是，空心玻璃微珠为无机空心微珠的一种，采用空心玻璃微珠或者是其它无机空心微珠，都同样能够体现无机空心微珠在材料中所起到的作用。
测试指标：压缩永久变形量
测试方法：按照GB/T7759-1996(B法)测试EPDM硫化胶压缩永久变形值，测试条件为：试验温度130℃，改性乙丙橡胶膜层的放置时间为70h，改性乙丙橡胶膜层的预压缩率为25％；同一个样品测试3次取平均值。
振膜材料中无机空心微珠的含量对振膜材料的回弹性能的影响如下：
表一
Figure BDA0003329356200000091
Figure BDA0003329356200000101
如表一所示，空心玻璃微珠添加量为0的乙丙橡胶的压缩永久变形量为65％，大于55％。随着空心玻璃微珠的添加量的增加，改性乙丙橡胶膜层的压缩永久变形量逐渐降低。这表明无机空心微珠的加入有效地降低了高温环境对于橡胶内部网络结构的破坏作用，在承受载荷时，仍然具有优异的恢复性，使得改性乙丙橡胶膜层的压缩永久变形量降低。也就是说，通过向基础聚合物中添加一定含量的无机空心微珠来作为振膜材料，可以有效地提升改性乙丙橡胶膜层的回弹性。
进一步地，将具有不同含量的无机空心微珠的改性乙丙橡胶膜层的振膜和常规乙丙橡胶膜层的振膜，在120℃烘烤168h处理后，应用到扬声器中，进行相关声学测试，测试结果如表二所示。
测试指标：扬声器模组F0(谐振频率)变化量
表二
空心玻璃微珠质量占比(wt％) 0 10 30 40
120℃*168h扬声器F0变化量(Hz) 31 20 15 13
空心玻璃微珠添加量为0的乙丙橡胶为常规乙丙橡胶膜层。如表二所示，随着空心玻璃微珠的添加量的增加，改性乙丙橡胶膜层的扬声器模组F0变化量明显逐渐降低。这表明，在对振膜高温烘烤处理后，采用本申请的改性乙丙橡胶膜层的扬声器的F0的稳定性更佳。
也就是说，改性乙丙橡胶膜层与常规乙丙橡胶膜层相比具有更加优良的回弹性。本申请的振膜在处于严苛环境下仍然能够保证振膜产品力学性能的一致性，使得采用本申请振膜的发声装置在更为严苛的温度环境中依然能够保持稳定的声学性能，进而可以提升发声装置在极端环境下的使用可靠性。
由此，根据本申请实施例的发声装置的振膜，通过采用无机空心微珠、添加剂和由乙烯和丙烯为基础单体合成的聚合物混炼形成混炼胶后，进行交联反应制备而成的改性乙丙橡胶膜层作为振膜材料，不仅能够降低振膜材料的密度，提升发声装置的中频频率响应，而且使得振膜材料具有优异的耐温性和耐形变性能，振膜在高温条件下仍具有优异的回弹性能，从而有效地提升了振膜的使用效果和发声装置的声学稳定性。
需要说明的是，常规乙丙橡胶膜层为未添加无机空心微珠的乙丙橡胶制成的膜层。
根据本申请的一个实施例，无机空心微珠的抗压强度≥10MPa。
换句话说，无机空心微珠具有较高的抗压强度，不仅可以保证无机空心微珠在混炼过程不被挤压破碎，而且将其加入乙丙橡胶中，可以有效的提高改性乙丙橡胶膜层的拉伸强度。在振膜具有较高的机械强度时，可以保证振膜在极限环境中不会因为推动力过大，而出现被过度拉伸的现象，进一步保证了振膜的使用效果。
在本申请的一些具体实施方式中，无机空心微珠的含量占混炼胶总量的5wt％～40wt％。
也就是说，可以在基础聚合物中添加占混炼胶总量的5wt％～40wt％的无机空心微珠来制备改性乙丙橡胶膜层。随着无机空心微珠添加量的增大，改性乙丙橡胶膜层的密度降低，可以通过对无机空心微珠密度的添加量的控制，来得到所需性能的振膜材料。无机空心微珠的含量可以是5wt％～40wt％之间的任意数值，例如，无机空心微珠的含量可以为5wt％、10wt％、15wt％、20wt％、30wt％或者40wt％。
需要说明的是，由于无机空心微珠的分布密度远小于橡胶的密度，因此随着无机空心微珠的添加质量增高，橡胶材料的密度将显著下降。具体地，当无机空心微珠的含量较低时(小于5wt％)，对振膜材料的密度影响不大，振膜仍然具有较大的密度。
当无机空心微珠含量过高时(大于40wt％)，无机空心微珠的质量占比过高，含胶量降低，材料模量升高，断裂应变降低，会导致改性乙丙橡胶膜层失去橡胶本征的软弹性。由于其力学强度过高，导致制备的振膜在相同的推动力下，所能达到的最大振幅降低，使得发声装置的低频Fr降低。并且，过量的添加无机空心微珠会使得改性乙丙橡胶膜层的密度大幅度降低，所制备的振膜断裂伸长率和强度较低，容易出现塌陷、破膜等可靠性问题。
由此，通过采用添加占混炼胶总量5wt％～40wt％的无机空心微珠所制备的改性乙丙橡胶膜层为振膜材料，可以同时兼顾振膜的密度和强度，有效保证了振膜优良的中频性能和低频性能。
根据本申请的一个实施例，改性乙丙橡胶膜层与水之间的表面接触角≥85°。
需要说明的是，橡胶黏膜现象是因为橡胶内部小分子配合剂的析出所导致的。在橡胶材料振膜高温成型过程中，橡胶内部的小分子配合剂迁移到表面，粘附在模具中，多次成型会使模具上的小分子配合剂累积量越来越多，一方面造成模具被腐蚀，另一方面橡胶振膜产品表面与累积在模具上的小分子配合剂形成物理键合作用，两方面综合作用造成橡胶的严重黏膜。橡胶黏膜是橡胶加工过程中的难以避免的问题，橡胶黏膜对于振膜产品的成型状态有着非常大的影响。黏膜会造成橡胶尺寸稳定性差，对模具造成腐蚀等，严重黏膜会使极薄的振膜出现拉扯变形、破膜和尺寸不稳定等可靠性问题，从而造成振膜产品的成型不良。
由于黏膜与表面极性基团有关，通过测量表面接触角可以对振膜的黏膜程度进行表征，表面接触角越小，振膜的黏膜性越高。为了评估改性乙丙橡胶膜层的黏膜状态，在本申请中，申请人对在相同成型条件下制得的添加不同含量无机空心微珠的振膜材料表面进行了表面接触角测试。
还需要说明的是，若某一物质与水的表面接触角小于90°，则说明该物质的表面是亲水性的，即液体较易润湿该物质，其角度越小，表示润湿性越好；若某一物质与水的表面接触角大于90°，则说明该物质的表面是疏水性的，即液体不容易润湿该物质，容易在表面上移动。
表三示出了添加不同含量的无机空心微珠的乙丙橡胶形成的振膜材料对振膜材料的表面接触角的影响。
振膜材料中无机空心微珠的含量对振膜的黏膜性的影响如下：
测试方法为：测量不同空心玻璃微珠含量的橡胶振膜和对应的成型30次后的模具表面接触角；按照GGS1616水滴角标准进行测试，每个样品取十个点测量取平均值。
需要说明的是，EPDM常规橡胶+xwt％空心玻璃微珠为添加xwt％空心玻璃微珠的EPDM常规橡胶，即不同空心玻璃微珠含量的改性乙丙橡胶膜层，x为10,30,40。
表三
橡胶振膜产品材质 表面接触角
EPDM常规橡胶振膜材料 75°
EPDM常规橡胶+10wt％空心玻璃微珠的振膜材料 87°
EPDM常规橡胶+30wt％空心玻璃微珠的振膜材料 96°
EPDM常规橡胶+40wt％空心玻璃微珠的振膜材料 103°
如表三所示，未添加空心玻璃微珠的乙丙橡胶与水的表面接触角为75°，小于90°，黏膜性高。随着乙丙橡胶中空心玻璃微珠的添加量的增加，橡胶振膜材料的表面接触角有了明显上升，这表明改性乙丙橡胶膜层的黏膜状态得到了明显改善。
也就是说，由于低密度的无机空心微珠为表面光滑，刚性足够大的无机填料，将其填充至橡胶中，一方面能够降低橡胶本身的粘附性，另一方面可以有效地改善橡胶内部小分子配合剂的表面迁移，从而改善了橡胶的黏膜现象。由此，保证了振膜产品的成型质量。
根据本申请的一个实施例，改性乙丙橡胶膜层的拉伸强度为3MPa～35MPa。
在本申请的一些具体实施方式中，改性乙丙橡胶膜层的撕裂强度为15N/mm～85N/mm。
也就是说，通过向基础聚合物中添加无机空心微珠来形成低密度橡胶振膜材料，其拉伸强度能够控制在3MPa～35MPa的范围内，撕裂强度能够控制在15N/mm～85N/mm的范围内。例如，改性乙丙橡胶膜层的拉伸强度可以为3MPa、6MPa、10MPa、16MPa、20MPa、25MPa、30MPa或者35MPa。改性乙丙橡胶膜层的撕裂强度可以为15N/mm、30N/mm、45N/mm、50N/mm、70N/mm、80N/mm或者85N/mm。即改性乙丙橡胶膜层能够具有合适的力学性能，由其制备的振膜，在发声装置的使用过程中，不易出现破膜等问题，有效地保证振膜使用的可靠性。
根据本申请的一个实施例，改性乙丙橡胶膜层的室温储能模量为0.5MPa～35MPa。通过向基础聚合物中添加无机空心微珠来形成低密度橡胶振膜材料，改性乙丙橡胶膜层的室温储能模量能够在0.5MPa～35MPa范围内，能够保证振膜具有良好的回弹性。
也就是说，采用该改性乙丙橡胶膜层制备的振膜具有优异的阻尼性能和回弹性，振动系统在振动发声过程中能有效抑制偏振现象，振动系统的一致性更佳。本申请的振膜的各个部分的振动一致性更好，有效降低了发声装置的失真。
在本申请的一些具体实施方式中，改性乙丙橡胶膜层的硬度为35A～80A。
需要说明的是，发声装置可以是扬声器。该扬声器包括振动系统和与振动系统相互配合的磁路系统，振动系统包括本申请提供的振膜，振膜可以为折环振膜或者平板振膜。采用本申请的振膜的扬声器具有发声效果好、耐用性良好等优点。
其中，该扬声器的F0(谐振频率)正比于杨氏模量和厚度(参见式(1)至式(3))，可以通过改变扬声器振膜的厚度以及杨氏模量来实现F0的变化，具体调节原理如下：
Figure BDA0003329356200000151
式(1)中，Mms为扬声器的等效振动质量，Cms为扬声器的等效顺性。
Figure BDA0003329356200000161
式(2)中，Cms1为弹波顺性,Cms2为振膜顺性。无弹波设计时，扬声器的等效顺性即为振膜顺性。
Figure BDA0003329356200000162
式(3)中，W为振膜的折环部的总宽度；t为膜片厚度；dvc为振膜音圈贴合外径；E为振膜材质的杨氏模量；u为振膜材质的泊松比。
可见，扬声器的F0正比于模量和厚度，而橡胶的模量正比于其硬度，因此可以使用硬度替代其模量。例如，当想要得到饱满的低音和舒适的听感时，在扬声器具有较低的F0的同时，应使振膜具有足够的刚度和阻尼。由此，通过调节扬声器振膜的硬度以及厚度就能够调节扬声器F0的大小。当将振膜材料的硬度控制在35A～80A的范围内，室温储能模量在0.5MPa～35MPa的范围内时，扬声器的F0的能够达到500Hz～1500Hz，从而使得扬声器具有优良的低频性能。
在本申请的一些具体实施方式中，改性乙丙橡胶膜层的玻璃化转变温度≤-20℃。
也就是说，通过向基础聚合物中添加无机空心微珠来形成低密度橡胶振膜材料，再通过对无机空心微珠的添加量进行调节，能够将振膜的玻璃化转变温度控制在≤-20℃。例如，-20℃、-23℃、-25℃、-30℃等。优选地，改性乙丙橡胶膜层的玻璃化转变温度可以≤-30℃。较低的玻璃转变温度能够使振膜在低温环境中一直保持较好的橡胶弹性，从而使发声装置可以在极端环境性能够正常的发声，进一步提升了发声装置的声学性能和使用可靠性。
由此，通过向乙丙橡胶中添加无机空心微珠，可以将本申请的振膜的玻璃化转变温度控制在≤-20℃，能够使得改性乙丙橡胶膜层在常温下保持高弹态，使得振膜具有良好的回弹性。在振膜的使用温度低于0℃时，扬声器振膜工作时可以一直保持较好的橡胶弹性，从而扬声器表现出较高的音质。同时，降低了在低温环境中扬声器振膜破坏的风险，可靠性更高。并且，具有较低的玻璃化转变温度的振膜，能够使得振膜材料在高于玻璃化转变温度工作时，振膜材料的模量一致性高，由该振膜材料制备的振膜的F0在全温域具有更优良的稳定性。
根据本申请的一个实施例，改性乙丙橡胶膜层的密度为0.4g/cm3～1.1g/cm3。
也就是说，通过向基础聚合物中添加无机空心微珠来形成低密度橡胶振膜材料，再通过对无机空心微珠的添加量进行调节，能够将振膜的密度控制在0.4g/cm3～1.1g/cm3。例如，振膜的密度可以是0.4g/cm3、0.6g/cm3、0.7g/cm3、0.8g/cm3、0.9g/cm3、1g/cm3或者1.1g/cm3。由此，通过上述设置，可以对改性乙丙橡胶膜层减重30％-50％，起到很好的减重效果，大大提升了振膜的发声灵敏度。
表四示出了不同添加量的无机空心微珠对改性乙丙橡胶膜层密度的影响。此处的无机空心微珠选为空心玻璃微珠，需要说明的是，空心玻璃微珠为无机空心微珠的一种，采用空心玻璃微珠或者是其它无机空心微珠，都同样能够体现无机空心微珠在材料中所起到的作用。
如表四所示，随着无机空心微珠的添加量的增加，改性乙丙橡胶膜层的密度逐渐降低。
通过对添加不同含量的空心玻璃微珠的改性乙丙橡胶膜层的断裂应变进行测定，能够得到改性乙丙橡胶膜层的断裂应变随空心玻璃微珠的质量占比变化图。如图1所示，随着无机空心微珠添加量的增加，断裂应变逐渐降低。当加入的无机空心微珠的质量占比过高时，含胶量降低，无机空心微珠与橡胶基体会出现分相，导致力学性能变差，断裂应变会有大幅降低，改性乙丙橡胶膜层的弹性变差，加工过程中易造成破膜等可靠性问题，难以满足振膜使用性能的要求。
振膜材料中无机空心微珠的含量对振膜的密度的影响如下：
测定方法：通过密度天平直接测定
表四
空心玻璃微珠质量百分比(wt％) 0 5 10 40 50
橡胶密度(g/cm3) 1.1 1.04 0.98 0.57 0.47
振膜材料中无机空心微珠的含量对振膜的中频Fr的影响如下：
如图2所示，通过对不同密度的振膜的发声装置的中频Fr进行测试，随着振膜密度的增加，具有其的发声装置的中频性能逐渐降低。也就是说，通过向由乙烯和丙烯为基础单体合成的聚合物中添加无机空心微珠形成的振膜材料，能够降低振膜的密度，提升发声装置的中频灵敏度。
其中，还需要说明的是，当低密度橡胶密度较低时(＜0.4g/cm3)，其无机空心微珠含量较高，力学性能变差，所制备的振膜断裂应变低，容易出现塌陷、破膜等可靠性问题。当无机空心微珠含量较低，振膜密度较大(＞1g/cm3)，所制备的振膜在相同厚度下，质量较普通常规振膜，对发声装置的中频灵敏度提高不明显。
根据本申请的一个实施例，无机空心微珠的表面设有偶联剂，偶联剂对无机空心微珠进行表面改性以使无机空心微珠与乙烯和丙烯为基础单体合成的聚合物的基体界面结合。其中，偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂和铝酸酯类偶联剂中的至少一种。
其中，无机空心微珠属于极性不溶物质，而二元乙丙橡胶(EPM)或三元乙丙橡胶(EPDM)是极性较低的橡胶，由于二者极性的差别，会造成两者的相容性不好。将无机空心微珠直接或过多地填充至乙丙橡胶中，会导致乙丙橡胶材料力学性能的下降，对其使用性能造成不利影响。因此，需采用偶联剂对无机空心微珠进行表面改性处理。
也就是说，无机空心微珠需要通过偶联剂进行表面改性，以达到与橡胶基体(乙丙橡胶)良好的界面结合，从而保证无机空心微珠在橡胶基体中的均匀分散。偶联剂可以选择硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂和铝酸酯类偶联剂中的至少一种。无机空心微珠本身就具有刚性大，化学稳定性好，熔点高和优异的隔热性等优点，其表面再经过偶联剂改性后，能够与橡胶基体形成良好的界面粘合，进一步提高了橡胶的耐温性。
在本申请的一些具体实施方式中，偶联剂的含量占无机空心微珠添加量的1wt％～10wt％。
也就是说，可以将偶联剂的添加量控制在占无机空心微珠添加量的1wt％～10wt％的范围内，优选地，偶联剂的添加量为占无机空心微珠添加量的3wt％～7wt％。
需要说明的是，偶联剂添加量过低，达不到对无机空心微珠表面改性的目的，难以保证无机空心微珠在橡胶基体中的均匀分散。偶联剂添加量过高，会造成偶联剂自身发生偶合交联，对无机空心微珠表面改性效果不理想。只有将偶联剂含量调配至合适范围内，才能保证无机空心微珠与橡胶基体有良好的界面结合，达到补强效果。
由此，通过将偶联剂的含量控制在占无机空心微珠添加量的1wt％～10wt％的范围内，能够保证无机空心微珠与基础聚合物有良好的界面结合，无机空心微珠可以在橡胶基体中的均匀分散，从而对橡胶基体达到良好的补强效果，以使本申请的振膜具有良好的力学性能和耐温性能。
根据本申请的一个实施例，添加剂包括交联剂、补强剂和防老剂。其中，交联剂为硫磺类和有机过氧化物类硫化体系中的至少一种；补强剂为炭黑、白炭黑、氧化石墨烯、蒙脱土、滑石粉、陶土、云母粉、长石粉、海藻酸钠、磁粉和硅藻土中的至少一种；防老剂为防老剂N-445、防老剂246、防老剂4010、防老剂SP、防老剂RD、防老剂ODA、防老剂OD和防老剂WH-02中的至少一种。
在本申请的一些具体实施方式中，交联剂的含量占混炼胶的0.5wt％～4.5wt％，补强剂的含量占混炼胶的5wt％～65wt％，防老剂的含量占混炼胶的0.1wt％～5wt％。
其中，交联剂的含量占混炼胶的0.5wt％～4.5wt％，优选1wt％～3wt％。交联剂的用量直接决定交联程度，当交联剂在体系中含量低于0.5wt％时，橡胶的交联程度较低，力学强度低下，材料的力学性能难以满足产品需求。而当交联剂含量大于4.5wt％时，橡胶的交联程度较高，材料的断裂伸长率较低，材料韧性不足，在长期使用过程容易脆化断裂。
防老剂的含量占混炼胶的0.1wt％～5wt％，橡胶在使用过程中，随时间的延长，分子链断裂产生游离的自由基，加速自身老化。添加防老剂能够中止橡胶制品中产生自催化活性游离基。过少的添加量达不到延长使用寿命的效果，而过多的添加量，由于其不能与弹性体较好的互溶，难以均匀分散，导致材料力学性能下降，并且随着时间延长易向表面析出。
补强剂的含量占混炼胶的5wt％～65wt％，补强剂通过与橡胶分子链通过相互之间的缠扰、范德华力或氢键形成界面之间的互作用，材料受力时，分子链比较容易在补强剂表面上滑动，但不易和补强剂脱离，橡胶分子与补强剂构成了一种能够滑动的强固的键，力学强度增大。而过量的补强剂导致材料的拉伸强度显著增大，断裂伸长率急剧下降，无法满足产品需求。
根据本申请的一个实施例，振膜为单层结构，振膜由一层改性乙丙橡胶膜层构成。
在本申请的一些具体实施方式中，振膜为复合层结构，振膜还包括由热塑性弹性体、工程塑料和热固性弹性体中的至少一种制成的膜层。
也就是说，当振膜为复合振膜时，其包括至少一层改性乙丙橡胶膜层。可以包括一层改性乙丙橡胶膜层，也可以包括多层改性乙丙橡胶膜层，多层改性乙丙橡胶膜层之前可以相邻设置，也可以间隔设置，具体设置方法可以根据发声装置的具体设计要求来选择。
其中，热塑性弹性体为热塑性聚酯弹性体、热塑性聚氨酯弹性体、热塑性聚酰胺弹性体和有机硅弹性体中的至少一种，工程塑料为聚醚醚酮、聚芳酯、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯及聚对苯二甲酸丁二醇酯中的至少一种。热固性弹性为天然橡胶(NR)、丁苯橡胶(SBR)、顺丁橡胶(BR)、异戊橡胶(IR)、氯丁橡胶(CR)、丁基橡胶(IIR)、丁腈橡胶(NBR)、氯化丁腈橡胶(HNBR)、乙丙橡胶(EPDM)、硅橡胶(Q)、氟硅橡胶、氟橡胶(FPM)、聚氨酯橡胶(AU)、丙烯酸酯橡胶(ACM)、乙烯-丙烯酸酯橡胶(AEM)、乙烯-醋酸乙烯橡胶(EVM)、氯磺化聚乙烯橡胶(CSM)、氯醚橡胶(CO)和聚硫橡胶中的至少一种。
进一步地，当振膜为复合振膜时，复合振膜可以由热塑性聚酯弹性体、热塑性聚氨酯弹性体、热塑性聚酰胺弹性体和有机硅弹性体中的至少一种制成的膜层和改性乙丙橡胶膜层组成。塑性聚氨酯弹性体、热塑性聚酰胺弹性体和有机硅弹性体的原料可以有多种选择，可以根据具体需求来选择。由塑性聚氨酯弹性体、热塑性聚酰胺弹性体和有机硅弹性体制成的膜层和改性乙丙橡胶膜层组成的复合振膜具有优良的力学性能，在能够保证一定机械强度的同时，还具有较高的阻尼值。
总而言之，根据本申请实施例的发声装置的振膜，通过采用该改性乙丙橡胶膜层为原料制备的振膜，并且通过对无机空心微珠的添加量的控制，不仅降低了振膜的密度，提升了发声装置的中频Fr，而且能够使得振膜具有优异的回弹性，振动系统在振动发声过程中的振动稳定性好，进一步地，采用本申请的振膜的发声装置在更为严苛的环境下(高温)依然能够保持优异的声学性能。
需要说明的是，本申请提供的振膜可组成任意构造的发声装置，例如以下典型的发声装置：包括振动系统和与振动系统相配合的磁路系统，振动系统包括振膜和结合在振膜一侧的音圈。当发声装置工作时，音圈通电后在磁路系统的磁场力的作用下，音圈可以上下振动以带动振膜振动，振膜振动时可以进行发声。
根据本申请第二方面实施例的发声装置，包括振动系统以及与振动系统相配合的磁路系统，振动系统包括振膜和结合在振膜一侧的音圈，磁路系统驱动音圈振动以带动振膜发声，振膜为上述实施例的振膜。具体而言，当发声装置工作时，音圈通电后在磁路系统的磁场力的作用下，音圈可以上下振动以带动振膜振动，振膜振动时可以进行发声。
如图3和图4所示，发声装置包括一个由本申请上述实施例所制备而成的振膜15，振膜15可以由折环部151和球顶部152组成，改性乙丙橡胶膜层可以应用在振膜的折环部151。本领域技术人员可以根据实际产品需求做相应的调整，例如折环部151向音圈11侧凸起，球顶部152位于折环部151下表面，振动系统中添加定心支片等。
如图5和图6所示，根据本申请第三方面实施例的发声装置100，包括壳体10以及设在壳体10内的磁路系统14和振动系统，振动系统包括音圈11、第一振膜12和第二振膜13，音圈11的顶部与第一振膜12相连，磁路系统14驱动音圈11振动以带动第一振膜12发声，第二振膜13的两端分别与壳体10和音圈11的底部相连，第二振膜13为上述实施例的振膜。
也就是说，根据本申请实施例的发声装置100还可以包括两个由本申请上述实施例制备而成的振膜，即第一振膜12和第二振膜13，第一振膜12可以用于振动发声，第二振膜13可以用于平衡音圈11的振动。具体而言，当发声装置100工作时，音圈11通电后在磁路系统14的磁场力的作用下，音圈11可以上下振动以带动第一振膜12振动，第一振膜12振动时可以进行发声。第二振膜13也可以跟随音圈11上下振动，由于第二振膜13的两端分别与壳体10和音圈11的底部相连，第二振膜13可以平衡音圈11的振动，可以防止音圈11出现偏振的现象，从而可以提升发声装置100的发声效果。
需要进行说明的是，可以将第一振膜12和第二振膜13同时采用本申请上述实施例的振膜，也可以是第一振膜12和第二振膜13中的一个采用本申请上述实施例的振膜，本申请对此不作具体限制。
下面结合具体实施例对本申请的发声装置的振膜进行具体说明。
对比例一
按质量份计，配方如表五所示，按该配方混炼后进行进行交联反应形成振膜材料。其中，EPDM中的乙烯单体含量为51％，第三单体为ENB(乙叉降冰片烯)含量为7.7％。
表五
配方 用量(质量份数)
EPDM(乙烯和丙烯为基础单体合成的聚合物) 100
硫 1.5
促进剂2-硫醇基苯并噻唑(M) 1.5
促进剂二丁基二硫代氨基甲酸锌(BZ)(BZ) 1.5
氧化锌 5
硬脂酸 2
白炭黑 30
偶联剂Si-69 2
石蜡油 20
防老剂4010 3
实施例一
按质量份计，配方如表六所示，按该配方混炼后进行进行交联反应形成振膜材料。其中，空心玻璃微珠尺寸为18μm。
表六
Figure BDA0003329356200000241
Figure BDA0003329356200000251
测试指标：断裂强度、断裂应变、压缩永久变形量和密度
表七示出了对比例一和实施例一的振膜材料的性能测试结果，体现了添加无机空心微珠对振膜材料的断裂强度、断裂应变、压缩永久变形量和密度的影响。
测试方法：
(1)拉伸性能按照ASTMD412-2016标准测定拉伸强度和断裂伸长率，试样形状为哑铃状，拉伸速率500mm/min，每组样品测试5次取平均值。
(2)按照GB/T7759-1996(B法)测试硫化胶压缩永久变形值，测试条件为：试验温度130℃。
常规乙丙橡胶与本申请添加无机空心微珠的乙丙橡胶的物性对比如下：
表七
Figure BDA0003329356200000261
由表七可以看出，由于空心玻璃微珠的加入，本申请的振膜材料的断裂强度增大，断裂应变降低。也就是说，本申请的改性乙丙橡胶膜层具有优异的力学性能，其完全能够满足振膜加工力学的要求，且振膜产品在使用过程中不易出现破膜等可靠性问题。
进一步地，由于无机空心微珠具有较低的密度，加入后改性乙丙橡胶密度显著降低。而且，对本申请实施例一的改性乙丙橡胶膜层的压缩永久变形量明显小于对比例一中的常规乙丙橡胶膜层的压缩永久变形量。因此本实施例中的橡胶膜层相较于未添加无机空心微珠的乙丙橡胶膜层具有优异的回弹性。
也就是说，本申请的振膜与常规的振膜相比，其密度有了大幅降低，不仅提高了发声装置的中频灵敏度，而且本申请的振膜与常规的乙丙橡胶振膜相比，压缩永久变形量更小，表明其具有更加优异的回弹性，回弹性是衡量橡胶振膜产品声学振动稳定性的重要指标，回弹性越好，其声学振动稳定性越好，因此，采用本申请的振膜的发声装置在更为严苛的环境下(高温)依然能够保持优异的声学性能。
虽然已经通过例子对本申请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，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (14)

1.一种发声装置的振膜，其特征在于，所述振膜包括至少一层改性乙丙橡胶膜层，所述改性乙丙橡胶膜层由无机空心微珠、添加剂以及由乙烯和丙烯为基础单体合成的聚合物混炼形成混炼胶后进行交联反应制备而成；
其中，所述无机空心微珠的粒径为1μm～60μm，所述改性乙丙橡胶膜层中的所述无机空心微珠的分布密度为0.15g/cm3～0.9g/cm3，所述改性乙丙橡胶膜层在130℃的环境下，放置70h，压缩率为25％条件下的压缩永久变形量≤55％。
2.根据权利要求1所述的发声装置的振膜，其特征在于，所述改性乙丙橡胶膜层的密度为0.4g/cm3～1.1g/cm3。
3.根据权利要求1所述的发声装置的振膜，其特征在于，所述改性乙丙橡胶膜层的拉伸强度为3MPa～35MPa。
4.根据权利要求1所述的发声装置的振膜，其特征在于，所述无机空心微珠的含量占所述混炼胶总量的5wt％～40wt％。
5.根据权利要求1所述的发声装置的振膜，其特征在于，所述无机空心微珠的抗压强度≥10MPa。
6.根据权利要求1所述的发声装置的振膜，其特征在于，所述改性乙丙橡胶膜层的玻璃化转变温度≤-20℃。
7.根据权利要求1所述的发声装置的振膜，其特征在于，所述无机空心微珠的表面设有偶联剂，所述偶联剂对所述无机空心微珠进行表面改性以使所述无机空心微珠与所述乙烯和丙烯为基础单体合成的聚合物的基体界面结合；
其中，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂和铝酸酯类偶联剂中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的发声装置的振膜，其特征在于，所述偶联剂的含量占所述无机空心微珠添加量的1wt％～10wt％。
9.根据权利要求1所述的发声装置的振膜，其特征在于，所述添加剂包括交联剂、补强剂和防老剂，
其中，所述交联剂为硫磺类和有机过氧化物类硫化体系中的至少一种；所述补强剂为炭黑、白炭黑、氧化石墨烯、蒙脱土、滑石粉、陶土、云母粉、长石粉、海藻酸钠、磁粉、硅藻土中的至少一种；所述防老剂为防老剂N-445、防老剂246、防老剂4010、防老剂SP、防老剂RD、防老剂ODA、防老剂OD和防老剂WH-02中的至少一种。
10.根据权利要求9所述的发声装置的振膜，其特征在于，所述交联剂的含量占所述混炼胶的0.5wt％～4.5wt％，所述补强剂的含量占所述混炼胶的5wt％～65wt％，所述防老剂的含量占所述混炼胶的0.1wt％～5wt％。
11.根据权利要求1所述的发声装置的振膜，其特征在于，所述振膜为单层结构，所述振膜由一层所述改性乙丙橡胶膜层构成。
12.根据权利要求1所述的发声装置的振膜，其特征在于，所述振膜为复合层结构，所述振膜还包括由热塑性弹性体、工程塑料和热固性弹性体中的至少一种制成的膜层。
13.一种发声装置，其特征在于，包括振动系统以及与所述振动系统相配合的磁路系统，所述振动系统包括振膜和结合在所述振膜一侧的音圈，所述磁路系统驱动所述音圈振动以带动所述振膜发声，所述振膜为权利要求1-12中任一项所述的振膜。
14.一种发声装置，其特征在于，包括壳体以及设在所述壳体内的磁路系统和振动系统，所述振动系统包括音圈、第一振膜和第二振膜，所述音圈的顶部与所述第一振膜相连，所述磁路系统驱动所述音圈振动以带动所述第一振膜发声，所述第二振膜的两端分别与所述壳体和所述音圈的底部相连，所述第二振膜为权利要求1-12中任一项所述的振膜。
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