CN116163146A - 复合导热吸声材料及其制备方法以及扬声器 - Google Patents
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- D06N2209/00—Properties of the materials
- D06N2209/06—Properties of the materials having thermal properties
- D06N2209/062—Conductive
Abstract
本发明公开了一种复合导热吸声材料及其制备方法以及扬声器，其中，所述复合导热吸声材料按质量百分比包括如下组分：活性炭棉毡，10％‑80％；沸石颗粒，5％‑75％；石墨烯颗粒，1％‑80％；胶粘剂，5％‑40％；其中，所述活性炭棉毡作为骨架，所述石墨烯颗粒通过所述胶粘剂粘接在所述活性炭棉毡的活性炭纤维表面，所述沸石颗粒通过所述胶粘剂粘接在所述石墨烯颗粒的表面及所述活性炭棉毡的活性炭纤维表面。本发明中的复合导热吸声材料不仅同时具有优异的导热性能和吸声性能，还具有良好的机械强度。
Description
【技术领域】
本发明涉及导热吸声材料技术领域，尤其涉及一种复合导热吸声材料及其制备方法以及扬声器。
【背景技术】
随着电子技术的迅速发展，电子元器件的集成程度和功率密度不断提高，电子器件的耗散功率密度和发热量也越来越大，因此散热问题变得越来越重要。现有扬声器的后腔常使用的吸声材料多为吸音纤维、吸音棉、沸石颗粒等。但是这些吸声材料的导热性能较差，无法满足扬声器大振幅及高功率的需求。
为了解决吸声材料导热性能差的问题，相关技术人员提出了两种改善方法。第一种是采用导热颗粒与吸声颗粒直接共混，但这种方法存在材料机械强度差的问题，虽然可以通过共混后再加压的方法提高其机械强度，但是吸声性能会大幅下降，无法满足吸声性能的需求；第二种是采用吸声颗粒与多孔导热块材共混，或采用导热颗粒与吸音多孔块材共混的方法，以制备复合导热吸音材料，如石墨烯，这种方法虽然能在一定程度上提升导热性能，但却难以实现导热性能与吸声性能均优异的效果。
通过上述可知，现有的吸音材料无法同时满足导热性能和吸声性能均优异的效果。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种复合导热吸声材料，以解决现有吸音材料无法同时满足导热性能和吸声性能均优异的问题。
第一方面，本发明提供了一种复合导热吸声材料，其按质量百分比包括如下组分：活性炭棉毡，10％-80％；沸石颗粒，5％-75％；石墨烯颗粒，1％-80％；胶粘剂，5％-40％；其中，所述活性炭棉毡作为骨架，所述石墨烯颗粒通过所述胶粘剂粘接在所述活性炭棉毡的活性炭纤维表面，所述沸石颗粒通过所述胶粘剂粘接在所述石墨烯颗粒的表面及所述活性炭棉毡的活性炭纤维表面。
优选的，所述活性炭棉毡的活性炭纤维之间具有孔径为1μm-1000μm的大孔。
优选的，所述活性炭棉毡的活性炭纤维表面具有孔径小于2nm的微孔，所述微孔的孔容比例为5％-95％。
优选的，所述沸石颗粒的粒径为50nm-1mm。
优选的，所述石墨烯颗粒为片状结构，所述石墨烯颗粒的粒径为0.1μm-50μm。
优选的，所述胶粘剂为丙烯酸酯类胶粘剂、丁苯类胶粘剂、聚氨酯类胶粘剂、环氧类胶粘剂以及有机硅类胶粘剂中的一种或多种。
第二方面，本发明提供了一种如上所述的复合导热吸声材料的制备方法，其包括以下步骤：
S1、根据扬声器后腔的形状对所述活性炭棉毡进行裁切，以匹配所述扬声器后腔；
S2、将所述沸石颗粒、所述石墨烯颗粒、所述胶粘剂与发泡剂和分散剂混合，得到导热吸声液；
S3、将裁切后的所述活性炭棉毡浸泡于所述导热吸声液中，得到复合导热吸声材料前驱体；
S4、对所述复合导热吸声材料前驱体进行速冻，以使所述复合导热吸声材料前驱体定型；
S5、对定型后的所述复合导热吸声材料前驱体进行冷冻干燥，以去除所述复合导热吸声材料前驱体内的分散剂；
S6、对去除分散剂后的所述复合导热吸声材料前驱体进行烘烤，以使所述复合导热吸声材料前驱体内的胶粘剂固化；
S7、使用水对胶粘剂固化后的所述复合导热吸声材料前驱体进行超声清洗，以去除所述复合导热吸声材料前驱体内的发泡剂、未粘结牢固的沸石颗粒和石墨烯颗粒；
S8、对超声清洗后的所述复合导热吸声材料前驱体进行烘干，以去除所述复合导热吸声材料前驱体内的水分，从而得到所述复合导热吸声材料。
优选的，所述步骤S2中，按质量份计算：所述沸石颗粒为100份，所述石墨烯颗粒为1-300份，所述胶粘剂为1-200份，所述发泡剂为1-50份，所述分散剂为50-9900份。
优选的，所述步骤S2中，所述发泡剂为物理挥发型发泡剂、热分解型发泡剂以及双组分反应型发泡剂中的一种或多种。
第三方面，本发明提供了一种扬声器，所述扬声器的后腔内填充有如上所述的复合导热吸声材料。
与相关技术相比，本发明中的复合导热吸声材料由于采用活性炭棉毡、沸石颗粒、石墨烯颗粒以及胶粘剂组成，从而可以通过活性炭棉毡作为骨架材料，为复合导热吸声材料提供支撑强度，同时通过其自身优异的吸声性能与吸声性能优异的沸石颗粒进行协调配合，进一步提升复合导热吸声材料的吸声性能，另外，活性炭棉毡和石墨烯颗粒同为炭基材料，导热性能优异的石墨烯颗粒还能分散且牢固的粘接在活性炭棉毡的活性炭纤维上，以形成连续的导热网格，提升复合导热吸声材料导热性能，而且石墨烯颗粒还能增加沸石颗粒的粘接接触面积，提高沸石颗粒的负载量，以显著提升复合导热吸声材料的吸声性能，进而使复合导热吸声材料同时具有优异的导热性能和吸声性能，且具有良好的机械强度。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为本发明实施例提供一种复合导热吸声材料的制备方法的步骤图；
图2为本发明实施例提供的一种复合导热吸声材料的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种复合导热吸声材料的SEM照片的不同程度的放大示意图。
【具体实施方式】
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种复合导热吸声材料，其按质量百分比包括如下组分：活性炭棉毡，10％-80％；沸石颗粒，5％-75％；石墨烯颗粒，1％-80％；胶粘剂，5％-40％；其中，所述活性炭棉毡作为骨架，所述石墨烯颗粒通过所述胶粘剂粘接在所述活性炭棉毡的活性炭纤维表面，所述沸石颗粒通过所述胶粘剂粘接在所述石墨烯颗粒的表面及所述活性炭棉毡的活性炭纤维表面。
其中，所述活性炭棉毡为多孔的，且其比表面积为100-1800m2/g；所述活性炭棉毡的活性炭纤维之间具有孔径为1μm-1000μm的大孔，优选为100μm-500μm；所述活性炭棉毡的活性炭纤维表面具有孔径小于2nm的微孔，所述微孔的孔容比例为5％-95％；所述活性炭棉毡的活性炭纤维也可以简称为活性炭棉毡纤维，所述活性炭棉毡纤维之间不仅具有丰富的大孔结构，还具有大量的微孔。
所述沸石颗粒的粒径为50nm-1mm，优选为50nm-500μm，更优为100nm-100μm，其可以采用细粉，也可以采用颗粒或者二次成型后的沸石颗粒。
所述石墨烯颗粒为片状结构，所述石墨烯颗粒的粒径为0.1μm-50μm。
所述胶粘剂为丙烯酸酯类胶粘剂、丁苯类胶粘剂、聚氨酯类胶粘剂、环氧类胶粘剂以及有机硅类胶粘剂中的一种或多种组合。
优选的，所述复合导热吸声材料按质量百分比包括如下组分：所述活性炭棉毡的质量为15％-50％；所述沸石颗粒的质量为20％-60％；所述石墨烯颗粒的质量为10％-50％；所述粘接剂的质量为5％-35％。
本实施例中，所述石墨烯颗粒通过所述胶粘剂粘接在所述活性炭棉毡的活性炭纤维表面，以形成连续的导热网络。
本实施例中，所述丙烯酸酯类胶粘剂为丙烯酸甲酯胶粘剂、丙烯酸乙酯胶粘剂、丙烯酸丁酯胶粘剂、丙烯酸异辛酯胶粘剂、甲基丙烯酸甲酯胶粘剂、甲基丙烯酸乙酯胶粘剂中的一种或多种组合；所述丁苯类胶粘剂为高温乳液聚合丁苯胶及低温乳液聚合丁苯胶中的一种或两种组合；所述聚氨酯类胶粘剂为多异氰酸酯胶粘剂、含异氰酸酯基的聚氨酯胶粘剂、含羟基聚氨酯胶粘剂、聚氨酯树脂胶粘剂中的一种或多种组合；所述环氧类胶粘剂为冷固化胶、热固化胶、光固化胶的一种或多种组合；所述有机硅类胶粘剂为有机硅树脂为基料的胶粘剂或以硅橡胶为基料的胶粘剂的一种或多种组合。
如图1所示，所述复合导热吸声材料的制备方法包括以下步骤：
S1、根据扬声器后腔的形状对所述活性炭棉毡进行裁切，以匹配所述扬声器后腔。
其中，所述活性炭棉毡进行裁切后的形状与所述扬声器后腔的形状匹配。
S2、将所述沸石颗粒、所述石墨烯颗粒、所述胶粘剂与发泡剂和分散剂混合，得到导热吸声液。
本实施例中，所述沸石颗粒为100份，所述石墨烯颗粒为1-300份，所述胶粘剂为1-200份，所述发泡剂为1-50份，所述分散剂为50-9900份；优选的，所述胶粘剂为5-30份，所述发泡剂为7-40份，所述分散剂为135-1800份。
本实施例中，所述发泡剂为物理挥发型发泡剂、热分解型发泡剂、双组分反应型发泡剂中的一种或多种；所述分散剂优选为水。
所述物理挥发型发泡剂为例如但不限于与水互溶低沸点有机溶剂，该有机溶剂为乙醇、丙酮、甲醇、异丙醇、四氢呋喃等中的一种或多种混合；所述热分解型发泡剂为过硫化物发泡剂、偶氮化合物发泡剂、碳酸氢盐发泡剂等，硫化物为过硫酸钾、过硫酸铵等中的一种或多种混合，偶氮化合物为偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈等中的一种或多种混合，碳酸氢盐为碳酸氢钠、碳酸氢钾等中的一种或多种混合；所述双组分反应型发泡剂为碳酸盐+盐酸、碳酸氢盐+盐酸等中的一种或多种混合，碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙、碳酸钡等中的一种或多种混合，碳酸氢盐为碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢钙、碳酸氢钡等中的一种或多种混合。
S3、将裁切后的所述活性炭棉毡浸泡于所述导热吸声液中，得到复合导热吸声材料前驱体。
其中，所述复合导热吸声材料前驱体也可以称为石墨烯掺杂沸石_活性炭棉毡复合导热吸声材料前驱体；浸泡时间为1-24h，但在利用超声或抽真空等方法的前提下，可以加快浸润，使所述浸泡时间缩短至1-60min，只要能使所述活性炭棉毡被所述导热吸声液完全浸润即可。
当浸泡结束后，可以先轻微擦拭所述复合导热吸声材料前驱体，以去除其表面多余的导热吸声液，以便于下一步骤的进行。
S4、对所述复合导热吸声材料前驱体进行速冻。
其中，进行速冻是为了使所述复合导热吸声材料前驱体定型。
进行速冻时，在低温的环境下进行，可以使用制冷设备进行速冻，也可以使用制冷剂进行速冻。
S5、对定型后的所述复合导热吸声材料前驱体进行冷冻干燥。
其中，进行冷冻干燥是为了去除所述复合导热吸声材料前驱体内的分散剂。
进行冷冻干燥时，可以采用冻干机进行，其冷冻的温度和时间没有限制，只要能将所述复合导热吸声材料前驱体内的分散剂完全去除即可。
S6、对去除分散剂后的所述复合导热吸声材料前驱体进行烘烤。
其中，进行烘烤是为了使所述复合导热吸声材料前驱体内的胶粘剂固化。
进行烘烤时，其条件是在能够使所述胶粘剂固化的前提下；烘烤的温度和时间根据选用的胶粘剂设定，只要能将所述胶粘剂完全固化，即石墨烯颗粒被牢固地粘在活性炭棉毡的活性炭纤维表面，以及沸石颗粒被牢固地粘在石墨烯颗粒表面即可。
S7、使用水对胶粘剂固化后的所述复合导热吸声材料前驱体进行超声清洗。
其中，进行超声清洗是为了去除所述复合导热吸声材料前驱体内的发泡剂、未粘结牢固的沸石颗粒和石墨烯颗粒。
使用的水优选为去离子水；进行超声清洗时，使用超声清洗器进行，其清洗次数和时间不限，只要能完全去除所述复合导热吸声材料前驱体内的发泡剂、未粘结牢固的沸石颗粒和石墨烯颗粒即可。
S8、对超声清洗后的所述复合导热吸声材料前驱体进行烘干。
其中，进行烘干是为了去除所述复合导热吸声材料前驱体内的水分，从而得到所述复合导热吸声材料。
进行烘干时，可以采用烘箱进行烘干，其烘干的温度一般为80℃-150℃，烘干的时间为0.5h-2h。
与相关技术相比，本发明中的复合导热吸声材料由于采用活性炭棉毡、沸石颗粒、石墨烯颗粒以及胶粘剂组成，从而可以通过活性炭棉毡作为骨架材料，为复合导热吸声材料提供支撑强度，同时通过其自身优异的吸声性能与吸声性能优异的沸石颗粒进行协调配合，进一步提升复合导热吸声材料的吸声性能，另外，活性炭棉毡和石墨烯颗粒同为炭基材料，导热性能优异的石墨烯颗粒还能分散且牢固的粘接在活性炭棉毡的活性炭纤维上，以形成连续的导热网格，提升复合导热吸声材料导热性能，而且石墨烯颗粒还能增加沸石颗粒的粘接接触面积，提高沸石颗粒的负载量，以显著提升复合导热吸声材料的吸声性能，进而使复合导热吸声材料同时具有优异的导热性能和吸声性能，且具有良好的机械强度，是一种极具应用价值的复合导热吸声材料。
为了能更好的体现本实施例中复合导热吸声材料，本实施例还提供了复合导热吸声材料的结构示意图，如图2所示，以及复合导热吸声材料的SEM照片的不同程度的放大示意图，如图3所示。
本发明还提供了一种扬声器的实施例，该扬声器的后腔内填充有如上所述的复合导热吸声材料。由于本实施例中扬声器的后腔内填充有如上所述的复合导热吸声材料，因此该扬声器能达到如上所述的复合导热吸声材料所达到的技术效果，在此不作赘述，另外，该扬声器的低频性能还能更加稳定，现已应用于手机、耳机、电脑、汽车、电视以及音响等领域。
为了能更好的体现以上所述的复合导热吸声材料的制备方法，以下将通过三个具体的实施例进行描述：
实施例一
本实施例中，所述复合导热吸声材料的制备方法的步骤为：将活性炭棉毡按照扬声器后腔的形状进行裁切；将沸石颗粒100份、石墨烯颗粒100份、胶粘剂40份、发泡剂40份、水1000份混合均匀，制备导热吸声液待用；将裁切后的活性炭棉毡放入导热吸声液中浸渍1h；取出浸润完毕的活性炭棉毡，轻轻且快速擦去表面多余的导热吸声液，之后进行速冻定型；利用冻干机冷冻干燥，完全除去材料中的水分；高温烘烤(烘烤时间及温度取决于胶粘剂的固化条件和发泡剂的发泡条件)，使胶粘剂完全固化，石墨烯颗粒被牢固得粘在活性炭棉毡的活性炭纤维上，沸石颗粒被牢固地粘接在沸石颗粒表面，从而得到复合导热吸声材料，其具体的形貌如图2所示。
实施例二
本实施例中，所述复合导热吸声材料的制备方法的步骤为：将活性炭棉毡按照扬声器后腔的形状进行裁切；将沸石颗粒200份、石墨烯颗粒100份、胶粘剂30份、发泡剂30份、水1200份混合均匀，制备导热吸声液待用；将裁切后的活性炭棉毡放入导热吸声液中浸渍1h；取出浸润完毕的活性炭棉毡，轻轻且快速擦去表面多余的导热吸声液，之后进行速冻定型；利用冻干机冷冻干燥，完全除去材料中的水分；高温烘烤(烘烤时间及温度取决于胶粘剂的固化条件和发泡剂的发泡条件)，使胶粘剂完全固化，石墨烯颗粒被牢固得粘在活性炭棉毡的纤维上，沸石颗粒被牢固地粘接在沸石颗粒表面，从而得到复合导热吸声材料。
实施例三
本实施例中，所述复合导热吸声材料的制备方法的步骤为：将活性炭棉毡按照扬声器后腔的形状进行裁切；将沸石颗粒300份、石墨烯颗粒100份、胶粘剂50份、发泡剂60份、水1500份混合均匀，制备导热吸声液待用；将裁切后的活性炭棉毡放入导热吸声液中浸渍1h；取出浸润完毕的活性炭棉毡，轻轻且快速擦去表面多余的导热吸声液，之后进行速冻定型；利用冻干机冷冻干燥，完全除去材料中的水分；高温烘烤(烘烤时间及温度取决于胶粘剂的固化条件和发泡剂的发泡条件)，使胶粘剂完全固化，石墨烯颗粒被牢固得粘在活性炭棉毡的纤维上，沸石颗粒被牢固地粘接在沸石颗粒表面，从而得到复合导热吸声材料。
为了能更好的体现以上三个具体实施例的技术效果，以下将三个具体实施例制备得到的复合导热吸声材料和其它的吸声材料分别放入适用工装，并使用阻抗分析仪测试其谐振频率(F0)降低值，通过跌落试验测试复合导热吸声材料的掉落破损情况。其中F0降低表示谐振频率向低频移动的程度，一般情况下，F0降低值越大，扬声器低频性能越好。其中，声学性能测试所使用的扬声器的工装后腔体积为0.4立方厘米(简称0.4cc)，具体的测试数据如表一所示。
表一、各实施例的声学性能测试结果
另外，还采用LFA447激光闪光导热分析仪，根据ASTM-E1530-06进行测试，具体为：将样品制备成112mm×83mm×2mm薄片，裁薄片中的五个位置分别取5个试样，将试样表面用酒精擦拭，均匀喷涂一层石墨，洗耳球吹干石墨层，分别将试样放入测试仪等待测试完成，其测试温度为25℃，具体的测试结果如表二所示。
表二、各实施例的声学性能测试结果
通过表一和表二的对比结果可知，本实施例中的复合导热吸声材料的吸声性能优异，相较于Bass颗粒(吸声颗粒)较差，但机械强度良好，无掉粉现象发生，导热性能显著优于活性炭棉毡、沸石、活性炭棉毡_沸石复合吸声材料，这体现出了本实施例中的复合导热吸声材料性价比极高，具有很大的应用价值。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种复合导热吸声材料，其特征在于，所述复合导热吸声材料按质量百分比包括如下组分：活性炭棉毡，10％-80％；沸石颗粒，5％-75％；石墨烯颗粒，1％-80％；胶粘剂，5％-40％；其中，所述活性炭棉毡作为骨架，所述石墨烯颗粒通过所述胶粘剂粘接在所述活性炭棉毡的活性炭纤维表面，所述沸石颗粒通过所述胶粘剂粘接在所述石墨烯颗粒的表面及所述活性炭棉毡的活性炭纤维表面。
2.如权利要求1所述的复合导热吸声材料，其特征在于，所述活性炭棉毡的活性炭纤维之间具有孔径为1μm-1000μm的大孔。
3.如权利要求2所述的复合导热吸声材料，其特征在于，所述活性炭棉毡的活性炭纤维表面具有孔径小于2nm的微孔，所述微孔的孔容比例为5％-95％。
4.如权利要求1所述的复合导热吸声材料，其特征在于，所述沸石颗粒的粒径为50nm-1mm。
5.如权利要求1所述的复合导热吸声材料，其特征在于，所述石墨烯颗粒为片状结构，所述石墨烯颗粒的粒径为0.1μm-50μm。
6.如权利要求1所述的复合导热吸声材料，其特征在于，所述胶粘剂为丙烯酸酯类胶粘剂、丁苯类胶粘剂、聚氨酯类胶粘剂、环氧类胶粘剂以及有机硅类胶粘剂中的一种或多种。
7.如权利要求1至6任意一项所述的复合导热吸声材料的制备方法，其特征在于，所述复合导热吸声材料的制备方法包括以下步骤：
S1、根据扬声器后腔的形状对所述活性炭棉毡进行裁切，以匹配所述扬声器后腔；
S2、将所述沸石颗粒、所述石墨烯颗粒、所述胶粘剂与发泡剂和分散剂混合，得到导热吸声液；
S3、将裁切后的所述活性炭棉毡浸泡于所述导热吸声液中，得到复合导热吸声材料前驱体；
S4、对所述复合导热吸声材料前驱体进行速冻，以使所述复合导热吸声材料前驱体定型；
S5、对定型后的所述复合导热吸声材料前驱体进行冷冻干燥，以去除所述复合导热吸声材料前驱体内的分散剂；
S6、对去除分散剂后的所述复合导热吸声材料前驱体进行烘烤，以使所述复合导热吸声材料前驱体内的胶粘剂固化；
S7、使用水对胶粘剂固化后的所述复合导热吸声材料前驱体进行超声清洗，以去除所述复合导热吸声材料前驱体内的发泡剂、未粘结牢固的沸石颗粒和石墨烯颗粒；
S8、对超声清洗后的所述复合导热吸声材料前驱体进行烘干，以去除所述复合导热吸声材料前驱体内的水分，从而得到所述复合导热吸声材料。
8.如权利要求7所述的复合导热吸声材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，按质量份计算：所述沸石颗粒为100份，所述石墨烯颗粒为1-300份，所述胶粘剂为1-200份，所述发泡剂为1-50份，所述分散剂为50-9900份。
9.如权利要求7所述的复合导热吸声材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述发泡剂为物理挥发型发泡剂、热分解型发泡剂以及双组分反应型发泡剂中的一种或多种。
10.一种扬声器，其特征在于，所述扬声器的后腔内填充有如权利要求1至6任意一项所述的复合导热吸声材料。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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