CN116887151A - 一种纸盆及其制备方法、包含其的扬声器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种纸盆及其制备方法、包含其的扬声器，所述纸盆的制备原料以质量份计包括如下组分：竹浆40‑70份，碳纤维5‑10份，芳纶纤维25‑50份；所述芳纶纤维经过打浆处理后与碳纤维混合，得到的复合物再与竹浆进行混合。通过将三种纤维以特定的用量进行协同增效/性能互补，不仅有效发挥了碳纤维和芳纶纤维的高强度、高模量的优势，而且提升了纤维之间的结合力和交织力，构建出以碳纤维为支撑纤维、以芳纶纤维为缠绕纤维、以竹浆为填充纤维的微观纸盆结构，赋予所述纸盆高强度、低密度、具有适当内阻尼的特点，从而拓宽扬声器的频率相应范围，提高扬声器的灵敏度，抑制纸盆的分割振动，使扬声器频响特性更平坦。
Description
技术领域
本发明属于扬声器技术领域，具体涉及一种纸盆及其制备方法、包含其的扬声器。
背景技术
纸盆是扬声器系统的关键部件，纸盆的性能在很大程度上决定了扬声器的有效频率范围、失真性能、音质等性能。传统的纸盆采用植物纤维为原料，但以植物纤维制备的纸盆存在刚性不足的缺点，因此，提高纸盆的刚性和强度对于扬声器性能的改善是十分必要的。目前，在纸盆中添加高强度、高模量的纤维是提高其刚性的常用手段。
CN108978326A公开了一种喇叭鼓纸用的浆料，由如下重量份的原料混合分散而成：40-60份木浆纤维，10-25份棉纤维，10-20份天然蚕丝，4-8份羊毛纤维，0.1-0.8份防弹纤维，0.05-1份纳米纤维素，1-3份特殊纤维，0.1-0.5份玻璃纤维，3-5份酚醛树脂，1-3份羟乙基纤维素，1-3份助流助滤剂，0.5-1份分散剂聚氧化乙烯，2-8份染料，1-5份施胶剂。该浆料结合了木浆、棉浆和天然蚕丝的分散成型特点，再加上羊毛纤维、防弹纤维、玻璃纤维等具有高强度、高弹性模量的纤维，使鼓纸具有强度高、转曲多、弹性好等优点。然而，该浆料中的防弹纤维、玻璃纤维等表面光滑，化学活性基团少，憎水性强，其与植物纤维复配抄纸时，纤维之间的结合力较弱，导致纸张结构疏松，对纸盆的增强效果并不理想。
CN111629317A公开了一种红木复合振膜，按重量份数计包括如下原料：棉浆20-25份、马尼拉麻15-20份、草浆10-15份、防弹纤维5-10份、红木50-60份；通过红木、马尼拉麻、棉浆、草浆和防弹纤维复配，使红木复合振膜的刚性好、比弯曲率高、密度小。但是，防弹纤维直接加入到植物纤维浆料中，其与植物纤维无法有效结合，对纸盆振膜刚性的改善作用不明显。
CN115734129A公开了一种含碳纤维的纸盆及其制备方法，所述纸盆的原料按重量份计包括：漂白硫酸盐木浆30-50份，马尼拉麻浆10-30份，棉浆10-30份，碳纤维10-30份，聚乙烯醇(PVA)纤维5-30份；其中，PVA以纤维状添加到纸浆中，提高了碳纤维在纸盆浆料中的添加量上限，使碳纤维的最高添加量提高至30％；但在制备厚度较大的纸盆时，热压模具温度不能有效传递到纸盆内部，导致纸盆内部分布的PVA纤维不能完全熔融，PVA纤维不能发挥增强碳纤维和植物纤维之间结合力的作用，使碳纤维与植物纤维的结合力不足，纸盆结构疏松，强度较低。
研究表明，纸盆的强度受到纤维强度和纤维间结合力的共同影响，尽管现有技术中不乏向植物纤维中添加增强纤维、以期提高纸盆刚性的方法，但增强纤维的表面光滑，几乎无官能团的存在，导致增强纤维与植物纤维之间的结合力较弱，增强纤维的添加量不能过高，而且纸盆的内部结构疏松，增强效果不明显，目前纸盆的刚性和强度依然无法满足高性能扬声器的性能需求。
因此，开发具有高强度和高刚性，并兼具低密度、适宜内阻尼的纸盆，以获得性能更加优良的扬声器，是本领域的研究重点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种纸盆及其制备方法、包含其的扬声器，通过竹浆、碳纤维、芳纶纤维的设计和相互协同，三种纤维之间具有优良的结合力和交织力，使所述纸盆的强度高、密度低、具有适当的内阻尼，所述纸盆应用于扬声器时，可以拓展扬声器的频率响应范围，提高扬声器的灵敏度，抑制扬声器的高频分割振动，使扬声器的频率响应曲线更加平缓。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种纸盆，所述纸盆的制备原料以质量份计包括如下组分：
竹浆 40-70份
碳纤维 5-10份
芳纶纤维 25-50份；
所述芳纶纤维经过打浆处理后与碳纤维混合，得到的复合物再与竹浆进行混合。
本发明经过大量研究发现，碳纤维具有高强度、高模量的优点，但纤维表面光滑，无官能团存在，碳纤维无法与植物纤维形成氢键作用，碳纤维与植物纤维之间的结合力弱，一方面使碳纤维在纸盆中的添加量不宜过高，另一方面使纸盆的内部结构因植物纤维与碳纤维之间的结合力不足而比较疏松，纸盆的强度不足。同时，碳纤维具有脆性，分布于纸盆中的碳纤维不易弯曲和分丝帚化，这也导致碳纤维和植物纤维的交织力弱。芳纶纤维具有良好的机械力学性能，但其表面光滑，化学活性基团较少，憎水性强。芳纶纤维和植物纤维复配抄纸时，两种纤维之间的结合力较弱，导致纸张内部结构疏松，纸盆的强度不足。
基于前述研究结果，本发明提供的纸盆中，采用特定用量的竹浆、碳纤维、芳纶纤维三种纤维进行复配，且芳纶纤维并非直接添加，而是对芳纶纤维进行打浆处理，由此使处理后的芳纶纤维的长度不变，但纤维主干表面存在着大量呈毛绒状的微细纤维，分丝帚化程度明显提高，有利于提高芳纶纤维和碳纤维、竹浆中植物纤维的交织点。本发明将三种纤维以特定的用量进行协同增效/性能互补，不仅有效发挥了碳纤维和芳纶纤维的高强度、高模量的优势，而且提升了三种纤维之间的结合力和交织力，构建出以碳纤维为支撑纤维、以芳纶纤维为缠绕纤维、以竹浆为填充纤维的微观纸盆结构，赋予所述纸盆高强度、低密度、具有适当内阻尼的特点，从而拓宽扬声器的频率相应范围，提高扬声器的灵敏度，抑制纸盆的分割振动，使扬声器频响特性更平坦。
本发明提供的纸盆的制备原料中，所述竹浆的质量份为40-70份，例如可以为42份、45份、48份、50份、52份、55份、58份、60份、62份、65份或68份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述碳纤维的质量份为5-10份，例如可以为5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份、8份、8.5份、9份或9.5份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述芳纶纤维的质量份为25-50份，例如可以为28份、30份、32份、35份、38份、40份、42份、45份或48份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
以下作为本发明的优选技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的目的和有益效果。
优选地，所述竹浆的纤维平均长度为1.5-2.0mm，例如可以为1.55mm、1.6mm、1.65mm、1.7mm、1.75mm、1.8mm、1.85mm、1.9mm或1.95mm，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值，进一步优选1.55-1.93mm。
需要说明的是，所述竹浆的纤维平均长度为打浆后的纤维平均长度。
优选地，所述碳纤维的平均长度为4-7mm，例如可以为4.2mm、4.5mm、4.8mm、5mm、5.2mm、5.5mm、5.8mm、6mm、6.2mm、6.5mm或6.8mm，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述碳纤维的拉伸强度为2500-4500MPa，例如可以为2800MPa、3000MPa、3500MPa、3500MPa、3800MPa、4000MPa、4200MPa或4400MPa，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述碳纤维的弹性模量为200-300GPa，例如可以为210GPa、220GPa、230GPa、240GPa、250GPa、260GPa、270GPa、280GPa或290GPa，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述碳纤维的断裂伸长率为1.3％-1.9％，例如可以为1.4％、1.5％、1.6％、1.7％或1.8％，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述碳纤维的密度为1.5-2.0g/cm3，例如可以为1.55g/cm3、1.6g/cm3、1.7g/cm3、1.8g/cm3或1.9g/cm3，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
作为本发明的优选技术方案，所述碳纤维的拉伸强度为3000MPa，弹性模量为225GPa，断裂伸长率为1.7％，密度为1.7g/cm3，平均长度为4-7mm，具有高强度和高模量，其作为支撑纤维，能够有效发挥提高纸盆强度和模量的效果。
优选地，所述芳纶纤维的拉伸强度为2500-3500MPa，例如可以为2600MPa、2800MPa、3000MPa、3100MPa、3200MPa、3300MPa或3400MPa，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述芳纶纤维的弹性模量为100-150GPa，例如可以为105GPa、110GPa、115GPa、120GPa、125GPa、130GPa、135GPa、140GPa或145GPa，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述芳纶纤维的断裂伸长率为2.0％-3.0％，例如可以为2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述芳纶纤维的密度为1.38-1.45g/cm3，例如可以为1.39g/cm3、1.4g/cm3、1.41g/cm3、1.42g/cm3、1.43g/cm3或1.44g/cm3，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
作为本发明的优选技术方案，所述芳纶纤维的拉伸强度为2815MPa，弹性模量为126GPa，断裂伸长率为2.5％，密度为1.44g/cm3；与碳纤维相比，碳纤维在力学性能上更有优势，芳纶纤维则比碳纤维具有更大的延展率和更小的密度。
优选地，所述芳纶纤维的平均长度为5.5-6.5mm，例如可以为5.6mm、5.7mm、5.8mm、5.9mm、6mm、6.1mm、6.2mm、6.3mm或6.4mm，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述芳纶纤维经过打浆处理后的叩解度为15-40°SR，例如可以为16°SR、18°SR、20°SR、22°SR、25°SR、28°SR、30°SR、32°SR、35°SR或38°SR，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
作为本发明的优选技术方案，所述芳纶纤维经过打浆处理后的叩解度为15-40°SR，平均长度为5.5-6.5mm，使芳纶纤维保持较长的长度不变，同时纤维主干表面存在着大量呈毛绒状的微细纤维，分丝帚化程度明显提高，从而提高芳纶纤维和其它纤维的交织点和结合力，使其作为缠绕纤维，提升纸盆的强度和模量。
优选地，所述碳纤维与芳纶纤维的质量比为1:(4-6)，例如可以为1:4.2、1:4.5、1:4.8、1:5、1:5.2、1:5.5或1:5.8等。
作为本发明的优选技术方案，所述碳纤维与芳纶纤维的质量比为1:(4-6)，二者作为增强纤维能够协同增效，构筑以碳纤维作为支撑纤维、以芳纶纤维作为缠绕纤维、以竹浆作为填充纤维的特定微观结构，使所述纸盆具有高强度和高模量、低密度、适宜的内阻尼特点。如果碳纤维与芳纶纤维的配比超出优选的范围，则会影响纸盆在强度、密度、内阻尼多项性能之间的平衡效果，尤其带来强度的降低。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的纸盆的制备方法，所述制备方法包括：
将竹浆进行打浆处理，得到组分A；
将芳纶纤维分散于水中进行打浆，得到组分B；
所述组分B与碳纤维进行第一混合并分散均匀，得到组分C；
所述组分A与组分C混合后过滤，得到纸盆湿胚；
将所述纸盆湿胚进行热压成型，得到纸盆毛坯；
将所述纸盆毛坯进行冲切，得到所述纸盆。
本发明提供的纸盆的制备方法中，首先分别对竹浆、芳纶纤维进行打浆处理，然后将芳纶纤维打浆处理得到的组分B与碳纤充分混合均匀，至碳纤维被芳纶纤维包裹缠绕，得到组分C；该组分C再与竹浆打浆处理得到的组分A混合，构建出以碳纤维为支撑纤维、以芳纶纤维为缠绕纤维、以竹浆为填充纤维的微观结构，进而经过过滤、热压成型和冲切，得到所述纸盆。
优选地，所述竹浆进行打浆处理的浆浓为1.1％-1.8％，例如可以为1.15％、1.2％、1.25％、1.3％、1.35％、1.4％、1.45％、1.5％、1.55％、1.6％、1.65％、1.7％或1.75％，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值，进一步优选1.5％-1.6％。
优选地，所述组分A的叩解度为20-26°SR，例如可以为21°SR、22°SR、23°SR、24°SR或25°SR，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
作为本发明的优选技术方案，对竹浆进行打浆处理，得到叩解度为20-26°SR、纤维平均长度为1.5-2.0mm的组分A，从而使竹浆可以更好地起到填充效果。
优选地，所述芳纶纤维与水的质量比为1:(230-300)，例如可以为1:235、1:240、1:245、1:250、1:255、1:260、1:265、1:270、1:275、1:280、1:285、1:290或1:295等。
优选地，所述芳纶纤维的打浆采用槽式打浆机进行。
优选地，所述芳纶纤维分散于水中进行打浆的过程中飞刀与底刀之间的间隙为0.1-0.3mm，例如可以为0.12mm、0.15mm、0.18mm、0.2mm、0.22mm、0.25mm或0.28mm，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述芳纶纤维分散于水中进行打浆的时间为4-10h，例如可以为4.5h、5h、5.5h、6h、6.5h、7h、7.5h、8h、8.5h、9h或9.5h，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述组分B的叩解度为15-40°SR，例如可以为16°SR、18°SR、20°SR、22°SR、25°SR、28°SR、30°SR、32°SR、35°SR或38°SR，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
作为本发明的优选技术方案，采用特定的打浆工艺对芳纶纤维进行打浆处理，通过控制芳纶纤维与水的质量比为1:(230-300)，并控制飞刀与底刀之间的间隙为0.1-0.3mm，使打浆过程中飞刀与底刀对芳纶纤维无剪切作用，依靠芳纶纤维之间互相摩擦，使芳纶纤维的高取向皮层脱落，芯层的微原纤抽出，形成毛绒状的分丝盘绕在主干周围，从而在芳纶纤维表面分丝出大量呈毛绒状的微细纤维，最大程度地提高芳纶纤维的分丝帚化程度，得到叩解度(打浆度)为15-40°SR的组分B，从而提高芳纶纤维和其它纤维的交织点和结合力，改善纸盆的强度。
优选地，所述第一混合的物料还包括水和分散剂。
优选地，所述分散剂包括聚乙二醇。
优选地，以所述芳纶纤维(组分B的绝干量)与碳纤维的总质量为100％计，所述分散剂的质量为50-120％，例如可以为60％、70％、80％、90％、100％、110％或115％，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
作为本发明的优选技术方案，所述第一混合中，将组分B与碳纤维分散在水中，添加聚乙二醇来提高组分B中芳纶纤维和碳纤维的分散性，并充分搅拌均匀，使碳纤维被组分B中经过打浆处理的芳纶纤维包裹缠绕，形成复合物(组分C)；所述复合物再与竹浆混合，构建出以碳纤维为支撑纤维、以芳纶纤维为缠绕纤维、以竹浆为填充纤维的纸盆结构。
优选地，所述纸盆湿胚的制备方法具体包括：将组分A与组分C混合，加水稀释后过滤，得到纸盆湿胚。
优选地，所述热压成型的方法具体包括：将所述纸盆湿胚置于高温模具中，经压榨和干燥，得到纸盆毛坯。
优选地，所述热压成型的温度为150-200℃，例如可以为155℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃或195℃，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述冲切的方法具体包括：采用冲切模具去除纸盆毛坯的中孔和边料，得到所述纸盆。
优选地，所述制备方法具体包括：
将竹浆分散于水中进行打浆处理，得到叩解度为20-26°SR的组分A；
将芳纶纤维分散于水中进行打浆，所述芳纶纤维与水的质量比为1:(230-300)，飞刀与底刀之间的间隙为0.1-0.3mm，打浆4-10h，得到叩解度为15-40°SR的组分B；
将组分B与碳纤维分散于水中，并加入聚乙二醇作为分散剂，分散均匀，得到组分C；
将所述组分A与组分C混合，加水稀释后过滤，得到纸盆湿胚；
将所述纸盆湿胚置于高温模具中，于150-200℃热压成型，得到纸盆毛坯；
采用冲切模具对所述纸盆毛坯进行冲切，去除中孔和边料，得到所述纸盆。
第三方面，本发明提供一种扬声器，所述扬声器包含如第一方面所述的纸盆。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的纸盆中，采用特定用量的竹浆、碳纤维、芳纶纤维三种纤维进行复配，且所述芳纶纤维经过打浆处理，使处理后的芳纶纤维的长度不变，而纤维主干表面存在大量呈毛绒状的微细纤维，分丝帚化度明显提高，有利于提高芳纶纤维和碳纤维、竹浆中植物纤维的交织点。本发明将三种纤维以特定的用量进行协同增效/性能互补，不仅有效发挥了碳纤维和芳纶纤维的高强度、高模量的优势，而且提升了三种纤维之间的结合力和交织力，构建出以碳纤维为支撑纤维、以芳纶纤维为缠绕纤维、以竹浆为填充纤维的微观纸盆结构，赋予所述纸盆高强度、低密度、具有适当内阻尼的特点，从而拓宽扬声器的频率相应范围，提高扬声器的灵敏度，抑制纸盆的分割振动，使扬声器频响特性更平坦。
(2)本发明通过组分的设计和制备工艺的优化，使所述纸盆的杨氏模量为5.5-7.8GPa，密度为0.43-0.62g/cm3，损耗因数为0.049-0.077，兼具高强度和高模量、低密度、适当内部阻尼和较高的稳定性，使包含其的扬声器具有更高的高频截止频率，频响曲线更加平滑。
附图说明
图1为本发明实施例1、实施例3、对比例4提供的纸盆用于扬声器的频响曲线测试图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
本文所用术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，还可包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
本发明以下具体实施方式中，所使用的物料的具体信息如下所示：
(1)竹浆：购于广州市韵奇电声科技发展有限公司。
(2)碳纤维：短切碳纤维，平均长度为6mm，购于广州市韵奇电声科技发展有限公司。
(3)芳纶纤维：对位芳纶纤维，平均长度为6mm，购于广州市韵奇电声科技发展有限公司。
(4)聚乙二醇：购于上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
实施例1
一种纸盆及其制备方法，所述纸盆的制备原料以质量份计包括如下组分：
竹浆 64份
碳纤维 6份
芳纶纤维 30份；
所述纸盆的制备方法具体包括如下步骤：
(1)将竹浆分散于水中，用槽式打浆机打浆，打浆的浓度为1.57％，得到叩解度为25°SR的组分A；
将芳纶纤维分散于水中，芳纶纤维与水的质量比为1:280，用槽式打浆机进行打浆，飞刀与底刀之间的间隙为0.2mm，打浆8h，得到叩解度为40°SR的组分B；
将组分B与碳纤维分散于水中，并加入聚乙二醇(以组分B的绝干量与碳纤维的总质量为100％计，聚乙二醇的添加量为100％)作为分散剂，充分搅拌分散均匀，得到组分C；
(2)将步骤(1)得到的组分A与组分C混合，加水稀释，过滤，得到纸盆湿胚；
(3)将所述纸盆湿胚置于高温模具中进行热压成型，控制温度为185℃，经压榨和干燥，得到纸盆毛坯；
(4)采用冲切模具对步骤(3)得到的纸盆毛坯进行冲切，去除中孔和边料，得到所述纸盆。
实施例2-8，对比例1-6
一种纸盆，其与实施例1的区别仅在于，组分的用量和/或叩解度不同，具体如表1所示，其中，“--”代表未添加该组分；纸盆的制备方法与实施例1相同。
表1
对比例7
一种纸盆，其与实施例1的区别仅在于，将竹浆替换为等质量的棉浆(购自广州市韵奇电声科技发展有限公司)，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例8
一种纸盆，其与实施例1的区别仅在于，将碳纤维替换为等质量的玻璃纤维(平均长度为6mm，购自深圳市特力新材科技有限公司)替换，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例9
一种纸盆，其与实施例1的区别仅在于，芳纶纤维不进行打浆处理，直接将芳纶纤维、碳纤维、聚乙二醇与组分A(叩解度为25°SR)混合，加水稀释后过滤，得到纸盆湿胚；组分和其他制备步骤均与实施例1相同。
对比例10
一种纸盆，其与实施例1的区别仅在于，芳纶纤维进行打浆时，槽式打浆机的飞刀与底刀的间隙为0mm，打浆8h，得到叩解度为40°SR的组分B；组分和其他制备步骤均与实施例1相同。
对比例11
一种纸盆，其与实施例1的区别仅在于，步骤(1)中不制备组分C，将组分A、组分B、碳纤维和聚乙二醇直接混合，加水稀释，过滤，得到纸盆湿胚；组分、用量和其他制备步骤均与实施例1相同。
对实施例1-8、对比例1-11提供的纸盆进行性能测试，方法如下：
(1)密度：采用质量/体积的方法，纸盆的质量通过电子天平测量，纸盆的厚度通过千分尺测量，纸盆的体积通过纸盆的3D模型计算得到；
(2)杨氏模量：采用KLIPPEL R&D SYSTEM中的材料参数测试模块(MPM)测试纸盆的杨氏模量，用于表征其强度；
(3)损耗因数：采用KLIPPEL R&D SYSTEM中的材料参数测试模块(MPM)测试纸盆的损耗因数，用于表征其阻尼；
密度、杨氏模量和损耗因数的测试结果如表2所示。
(4)扬声器频率响应(频响)曲线的测试：采用待测的纸盆组装扬声器，扬声器为6.5inch低音扬声器，将音圈放置在磁路系统中，并与纸盆连接；当音圈通以交变音频电流时，音圈在磁场中受电磁力而产生活塞振动，带动纸盆推动空气振动，从而发出声音。在消音室内测试扬声器的频响曲线，测试系统为Soundcheck；给喇叭输入一个1W的正弦信号，然后用麦克风在1m处接受到喇叭发出的声音；通过电脑进行综合计算可以得出喇叭在1m、1W下的频响曲线；其中，实施例1、实施例3、对比例4提供的纸盆用于扬声器的频响曲线测试图如图1所示。
表2
由表2的测试数据可知，本发明采用特定用量的竹浆、碳纤维、芳纶纤维进行复配，且所述芳纶纤维经过打浆处理，三种纤维以特定的用量进行协同增效/性能互补，并与特定的制备方法相互协同，使实施例1-6提供的纸盆的杨氏模量为5.5-7.8GPa，密度为0.43-0.62g/cm3，损耗因数为0.049-0.077，从而赋予纸盆高强度、低密度、具有适当内阻尼的特点，有效拓宽了扬声器的频率相应范围，提高扬声器的灵敏度，抑制纸盆的分割振动，使扬声器的频响特性更平坦。
本发明中，通过碳纤维与芳纶纤维的配比设计和优化，优选其质量比为1:(4-6)，二者作为增强纤维能够协同增效，构筑以碳纤维作为支撑纤维、以芳纶纤维作为缠绕纤维、以竹浆作为填充纤维的特定微观结构，有效提升纸盆的强度和模量，使纸盆在低密度、高强度、适宜内阻尼的多项性能之间保持优良的平衡。由实施例1和实施例7-8的对比可知，碳纤维和芳纶纤维的质量比偏大或偏小时，纸盆无法兼顾高模量、低密度、适当的内阻尼的有益效果。
本发明提供的纸盆中，采用特定用量的竹浆、碳纤维、芳纶纤维三种纤维进行复配，纤维之间通过协同增效/性能互补，并与特定的制备方法(包括打浆的方法、叩解度、组分复合的工艺步骤等)复配，构建出以碳纤维作为支撑纤维、以芳纶纤维作为缠绕纤维、以竹浆作为填充纤维的微观结构，使所述纸盆的强度和杨氏模量高，密度小，并具有适宜的内阻尼特性。
由实施例1和对比例1的对比可知，当竹浆(组分A)的叩解度过小时，竹浆无法起到“填充”作用，导致纸盆的杨氏模量下降；由实施例1和对比例2的对比可知，当竹浆的叩解度过大时，竹浆的填充效果太强，导致纸盆的密度偏大。
由对比例3和对比例4可知，如果纸盆的制备原料中缺少碳纤维和芳纶纤维中的任意一种，即碳纤维和芳纶纤维没有协同增效作用，此时纸盆无法兼顾高强度、低密度、适当的内阻尼的效果，尤其是强度和模量明显降低。
对比例5中，碳纤维和芳纶纤维的添加量过多，竹浆的添加量过低，此时纸盆纤维间的氢键作用太弱，纸盆无法成型，也无法进行后续的性能测试。
由实施例1和对比例6的对比可知，当碳纤维和芳纶纤维添加量过低、竹浆用量过高时，纸盆的杨氏模量下降，密度增加。
由实施例1和对比例7的对比可知，用等质量的相同叩解度的棉浆替代竹浆时，棉浆纤维的长度过长，无法起到填充的作用，导致纸盆的杨氏模量和强度降低。
由实施例1和对比例8的对比可知，如果用等质量的玻璃纤维替代碳纤维，玻璃纤维的强度小于碳纤维，且比重大于碳纤维，导致纸盆的杨氏模量和强度下降，密度增加。
由实施例1和对比例9的对比可知，如果将芳纶纤维直接添加到制备纸盆的纸浆中时，纤维之间的结合力差，导致纸盆的杨氏模量下降；且纸盆中没有绒毛状的分丝，导致纸盆的损耗因数下降。
由实施例1和对比例10的对比可知，芳纶纤维打浆时，槽式打浆机的飞刀与底刀的间隙减小为0mm，此时芳纶纤维被切断，分丝帚化效果差，无法起到包裹缠绕的作用，导致纸盆的杨氏模量下降，同时损耗因数下降。
由实施例1和对比例11的对比可知，直接把组分A、组分B和碳纤维进行混合，分散在水中，此时无法构建出以碳纤维为支撑纤维、以芳纶纤维为缠绕纤维、以竹浆为填充纤维的纸盆结构，导致纸盆的杨氏模量下降，密度增加。
由图1可知，实施例1和实施例3提供的纸盆应用于扬声器时，扬声器有较高的高频截止频率，频响曲线比较平滑；对比例4提供的纸盆的模量/强度和损耗因子较差，因此应用于扬声器时，扬声器的高频截止频率前移，且扬声器的频响曲线在高频段出现较多峰谷，频响曲线平滑度下降。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的纸盆及其制备方法、包含其的扬声器，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种纸盆，其特征在于，所述纸盆的制备原料以质量份计包括如下组分：
竹浆40-70份
碳纤维5-10份
芳纶纤维25-50份；
所述芳纶纤维经过打浆处理后与碳纤维混合，得到的复合物再与竹浆进行混合。
2.根据权利要求1所述的纸盆，其特征在于，所述竹浆的纤维平均长度为1.5-2.0mm。
3.根据权利要求1或2所述的纸盆，其特征在于，所述碳纤维的平均长度为4-7mm；
优选地，所述芳纶纤维的平均长度为5.5-6.5mm；
优选地，所述芳纶纤维经过打浆处理后的叩解度为15-40°SR。
4.根据权利要求1-3任一项所述的纸盆，其特征在于，所述碳纤维与芳纶纤维的质量比为1:(4-6)。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的纸盆的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将竹浆进行打浆处理，得到组分A；
将芳纶纤维分散于水中进行打浆，得到组分B；
所述组分B与碳纤维进行第一混合并分散均匀，得到组分C；
所述组分A与组分C混合后过滤，得到纸盆湿胚；
将所述纸盆湿胚进行热压成型，得到纸盆毛坯；
将所述纸盆毛坯进行冲切，得到所述纸盆。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述组分A的叩解度为20-26°SR；
优选地，所述芳纶纤维与水的质量比为1:(230-300)；
优选地，所述芳纶纤维分散于水中进行打浆的过程中飞刀与底刀之间的间隙为0.1-0.3mm；
优选地，所述芳纶纤维分散于水中进行打浆的时间为4-10h；
优选地，所述组分B的叩解度为15-40°SR。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述第一混合的物料还包括水和分散剂；
优选地，所述分散剂包括聚乙二醇；
优选地，以所述芳纶纤维与碳纤维的总质量为100％计，所述分散剂的质量为50-120％。
8.根据权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述纸盆湿胚的制备方法具体包括：将组分A与组分C混合，加水稀释后过滤，得到纸盆湿胚；
优选地，所述热压成型的方法具体包括：将所述纸盆湿胚置于高温模具中，经压榨和干燥，得到纸盆毛坯；
优选地，所述热压成型的温度为150-200℃；
优选地，所述冲切的方法具体包括：采用冲切模具去除纸盆毛坯的中孔和边料，得到所述纸盆。
9.根据权利要求5-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括：
将竹浆分散于水中进行打浆处理，得到叩解度为20-26°SR的组分A；
将芳纶纤维分散于水中进行打浆，所述芳纶纤维与水的质量比为1:(230-300)，飞刀与底刀之间的间隙为0.1-0.3mm，打浆4-10h，得到叩解度为15-40°SR的组分B；
将组分B与碳纤维分散于水中，并加入聚乙二醇作为分散剂，分散均匀，得到组分C；
将所述组分A与组分C混合，加水稀释后过滤，得到纸盆湿胚；
将所述纸盆湿胚置于高温模具中，于150-200℃热压成型，得到纸盆毛坯；
采用冲切模具对所述纸盆毛坯进行冲切，去除中孔和边料，得到所述纸盆。
10.一种扬声器，其特征在于，所述扬声器包含如权利要求1-4任一项所述的纸盆。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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