ES2207517T3 - Procedimiento para la fabricacion de membranas para convertidores electroacusticos, asi como membranas. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para fabricar una membrana para convertidores electroacústicos, que contiene una capa del núcleo que contiene espuma de poli(met)acrilimida y al menos una capa superficial, caracterizado porque se lamina la capa superficial con la capa del núcleo utilizando una presión 0.4 MPa y una temperatura 160ºC, se compacta al mismo tiempo al menos la cara de la capa del núcleo que está en contacto con la capa superficial y a continuación se enfría el material compuesto obtenido a una temperatura por debajo de 80ºC, antes de reducir la presión a la presión ambiental.

Description

Procedimiento para la fabricación de membranas para convertidores electroacústicos, así como membranas.

La presente invención se refiere a procedimientos para la fabricación de membranas para convertidores electroacústicos, que contienen una capa del núcleo que contiene espuma de poli(met)acrilimida y al menos una capa superficial, así como a membranas para convertidores electroacústicos.

Los convertidores electroacústicos o altavoces son dispositivos que son capaces de transformar corrientes alternas en el intervalo de la frecuencia sónica en sonidos audibles. Estos dispositivos se conocen ampliamente en el área técnica y están descritos a título de ejemplo en los documentos US-PS 4.928.312, DE-OS 30 36 876 y DE-OS 22 25 710.

Para la fabricación de estos altavoces se necesitan membranas, que deben satisfacer numerosas condiciones. De esta forma, el peso de la membrana debería ser lo más bajo posible, por otro lado su firmeza debe satisfacer altos requisitos, para que las membranas se comporten como émbolos rígidos también a altas frecuencias.

Así se describe en el documento EP-A-0 087 177 una membrana que contiene una capa de espuma de poli(met)acrilimida. En ese documento se expone que la capa que contiene poli(met)acrilimida puede estar dotada de una capa superficial. Esta capa superficial se aplica a temperatura ambiente con un pegamento, para garantizar que la densidad de la capa del núcleo se mantenga baja. Según el documento EP-A-0 087 277 el producto de la densidad por el módulo de elasticidad debería ser lo más bajo posible, ya que este parámetro es una medida de la calidad de la membrana.

En la solicitud de patente europea EP-A 0 126 841 se da a conocer una membrana para altavoces compuesta por dos capas de papel, que están unidas entre sí en toda la superficie mediante una capa intermedia de plástico. La fabricación de la estructura sándwich se consigue intercalando entre las capas de papel un plástico termoplástico espumado y prensando este material compuesto entre placas para prensar calientes, de tal manera que la capa intermedia de plástico presente un espesor igual o hasta doble que una de las capas de papel.

El dotar a las membranas de altavoces con capas superficiales puede tener muchos motivos. Entre ellos se encuentran, entre otros, un aumento de la firmeza de la membrana, por otro lado también pueden ser decisivos los motivos de estética. Sin embargo, el procedimiento propuesto en el documento EP-A-0 087 177 para la fabricación de membranas para convertidores acústicos que contienen una capa del núcleo que contiene espuma de poli(met)acrilimida y al menos una capa superficial, es costoso porque es un procedimiento de dos etapas. Además, es adecuado solamente para capas superficiales que presenten una estructura fibrosa, ya que solamente mediante ella se puede garantizar la volatilización del disolvente del material compuesto por la capa del núcleo y la superficial.

Además se ha comprobado que las láminas decorativas se pueden separar fácilmente de la capa del núcleo en el uso continuo, si están dispuestas sobre una capa de poli(met)acrilimida especialmente lisa. Aquí hay que considerar que la membrana debe estar
configurada, por cierto, como un émbolo rígido pero que, sin embargo, esta meta solamente se puede conseguir de forma imperfecta y las vibraciones y los torcimientos son inevitables. Estas vibraciones pueden causar desprendimientos durante un largo período de tiempo.

Considerando el estado de la técnica expuesto y discutido en el presente documento, era una tarea de la presente invención proporcionar procedimientos que sean lo más sencillos posibles de realizar, para fabricar membranas para convertidores electroacústicos que contienen una capa del núcleo que contiene espuma de poli(met)acrilimida y al menos una capa superficial.

Otra tarea de la invención consiste en proporcionar un procedimiento para la fabricación de membranas para convertidores electroacústicos, en los que puedan lograrse tiempos de ciclo cortos.

Además la invención se basaba en la tarea de producir membranas para convertidores electroacústicos, que contengan una capa del núcleo que contiene espuma de poli(met)acrilimida y al menos una capa superficial, en las que los problemas de desprendimiento descritos anteriormente estén reducidos o
eliminados.

Estas tareas, así como otras que por cierto no se mencionan literalmente pero que se derivan evidentemente del contexto discutido en el presente documento o resultan necesariamente de éste, se solucionan mediante procedimientos para la fabricación de una membrana para un convertidor electroacústico, que contenga una capa del núcleo que contiene espuma de poli(met)acrilimida y al menos una capa superficial, con todas las características de la reivindicación 1 independiente de procedimiento.

Las modificaciones convenientes del procedimiento según la invención se protegen en las reivindicaciones dependientes referidas a la reivindicación 1. Respecto a la membrana para convertidores electroacústicos, el objeto de la reivindicación 8 facilita una solución a la tarea que sirve de base a la invención.

En el primer objeto de la presente invención se consigue proporcionar un procedimiento para la fabricación de una membrana para un convertidor electroacústico, que contiene una capa del núcleo que contiene espuma de poli(met)acrilimida y al menos una capa superficial, con el que la capa superficial se aplica especialmente firme sobre la capa del núcleo, mediante la laminación de la capa superficial con la capa del núcleo utilizando una presión \geq 0.4 MPa y una temperatura \geq 160ºC, compactando al mismo tiempo al menos la cara de la capa del núcleo que está en contacto con la capa superficial y a continuación enfriando el material compuesto obtenido a una temperatura por debajo de 80ºC, antes de reducir la presión a la presión ambiental.

En el segundo objeto de la presente invención se consigue proporcionar una membrana para un convertidor electroacústico que contiene una capa del núcleo que contiene espuma de poli(met)acrilimida y al menos una capa superficial, cuya capa superficial tampoco se desprende de la capa del núcleo tras largos usos, mediante una resistencia al pelado \geq 10 Nmm/mm, un módulo de elasticidad \geq 50 MPa y una resistencia a la flexión \geq 2 MPa.

Mediante las medidas según la invención se consiguen, entre otras, especialmente las siguientes ventajas:

\Rightarrow

Combinación de la compactación y la laminación en una sola etapa.

\Rightarrow

Los procedimientos según la invención permiten tiempos de ciclo muy cortos.

\Rightarrow

Mediante el procedimiento según la invención, la capa superficial se aplica especialmente firme sobre la capa del núcleo.

\Rightarrow

En el procedimiento según la invención se pueden utilizar también capas superficiales que no presenten una estructura fibrosa.

\Rightarrow

La firmeza deseada del componente se puede ajustar en un intervalo amplio, a través del grado de compactación de la capa del núcleo en combinación con la elección de la capa superficial.

El procedimiento según la invención está caracterizado porque la capa superficial se lamina con la capa del núcleo utilizando una presión \geq 0.4 MPa y una temperatura \geq 160ºC, al mismo tiempo se compacta al menos la cara de la capa del núcleo que está en contacto con la capa superficial y a continuación se enfría el material compuesto obtenido a una temperatura por debajo de 80ºC, antes de reducir la presión a la presión ambiental. En general, esto se puede conseguir mediante los denominados procedimientos de prensado en caliente. Estos procedimientos son conocidos ampliamente en el área técnica, estando comprendidas en la invención también formas de realización especiales, como por ejemplo prensas de doble banda, prensas SMC y prensa GMT. En el proceso de prensado se utilizan preferiblemente espaciadores, los denominados limitadores. Estos facilitan el ajuste de un grado de compactación deseado de la capa del núcleo, sin que por ello se limite la invención.

Las formas de realización preferidas de la membrana según la invención presentan dos capas superficiales, que forman con la capa del núcleo una estructura sándwich. La fabricación de una membrana tal se representa ahora mediante las figuras siguientes.

Muestran:

La figura 1: muestra la prensa al colocar las capas superficiales y la capa del núcleo,

La figura 2: muestra el calentamiento a la temperatura de compactación y el cerrado hasta el contacto y

La figura 3: muestra el cerrado de la prensa a la temperatura de compactación.

Las figuras 1 a 3 muestran esquemáticamente la fabricación de la membrana según la invención. Primero se coloca la capa (3) del núcleo, que presenta espuma de poli(met)acrilimida, junto con las capas (4) superficiales aplicadas a los dos lados en la prensa que presenta las placas (1) calentables y enfriables y los limitadores (2). Este procedimiento puede tener lugar a una temperatura < 80ºC, que corresponde aproximadamente a la temperatura de extracción del material compuesto del ciclo de prensado previo.

A continuación se conduce la prensa a la posición de contacto, lo que se representa en la figura 2. Aquí se aumenta la temperatura de la prensa a la temperatura de compactación. La temperatura de compactación es de al menos 160ºC, se encuentra preferiblemente en un intervalo de 165 - 230ºC, prefiriéndose muy especialmente el intervalo de 175 - 180ºC. Si la temperatura es menor que 160ºC pueden aparecer daños en la estructura de los poros de la espuma rígida de poli(met)acrilimida.

En cuanto se ha alcanzado esa temperatura, se conduce la prensa hasta alcanzar los limitadores, tal como se representa en la figura 3. Aquí se compacta la capa del núcleo al grado de compactación previsto. Esto se indica con el número 5 de referencia. En general, la presión requerida para ello es de al menos 0,4 MPa. Según la temperatura que se ha ajustado, puede elegirse también una presión más elevada, preferiblemente en el intervalo de 1 a 16 MPa. El tiempo de permanencia en la prensa está determinado, entre otros, por las condiciones de endurecimiento de la resina o del pegamento. El material compuesto fabricado debe enfriarse a una temperatura de al menos < 80ºC antes de poder sacarlo de la prensa, ya que en caso contrario las celdas compactadas vuelven a tomar su forma original.

Además también es posible producir el material compuesto según la invención mediante un calentamiento de las capas exteriores. Aquí se ajusta la temperatura de la prensa directamente a la temperatura de compactación, compactando la prensa la capa del núcleo con una presión > 0.4 MPa, especialmente de 1-16 MPa y laminando al mismo tiempo las capas superficiales con la capa del núcleo. Preferiblemente, la prensa se ajusta a una presión de aproximadamente el 70% de la resistencia a la presión de la espuma de poli(met)acrilimida.

Las etapas siguientes corresponden a las mencionadas anteriormente.

Mediante el procedimiento según la invención se compacta la capa del núcleo preferiblemente a un espesor menor que el 90%, preferiblemente menor que el 80%, referido al espesor original. En muchos casos, si la compactación es menor, la laminación no se adhiere suficientemente sin el uso de pegamentos especiales. Compactar significa que los poros de la capa del núcleo se reducen. Con ello aumenta esencialmente la firmeza de la membrana, sin que ello afecte esencialmente su aptitud como convertidor electroacústico.

Las capas del núcleo relevantes para el procedimiento de la invención presentan espuma de poli(met)acrilimida.

La notación (met)acrilo comprende metacrilo, acrilo, así como mezclas de ambos.

Las espumas de poli(met)acrilimida para las capas del núcleo de membranas contienen unidades periódicas, que pueden representarse mediante la fórmula I,

1

en la que R^{1} y R^{2} representan hidrógeno o un grupo metilo iguales o diferentes y

R^{3} representa hidrógeno o un resto alquilo o arilo con hasta 20 átomos de carbono, siendo preferido el hidrógeno.

Preferiblemente, las unidades de estructura I forman más del 30% en peso, especialmente preferido más del 50% en peso y prefiriéndose muy especialmente más del 80% en peso de la espuma de poli(met)acrilimida.

La fabricación de espumas rígidas de poli(met)acrilimida utilizables según la invención es conocida y presentada, por ejemplo, en los documentos GB-PS 1 078 425 y 1 045 229, DE-PS 1 817 155 (= US-PS 3 627 711) o DE-PS 27 26 259 (= US-PS 4 139 685).

De esta manera las unidades de fórmula (I) estructural pueden formarse, entre otros, al calentar a desde 150 hasta 250ºC, de unidades próximas de ácido (met)acrílico y de (met)acrilnitrilo mediante una reacción de isomerización cíclica (compárense los documentos DE-C 18 17 156, DE-C 27 26 259, EP-B 146 892). En primer lugar se produce habitualmente un producto primario, mediante la polimerización de los monómeros en presencia de un iniciador radical a bajas temperaturas, por ejemplo a desde 30 hasta 60ºC con un calentamiento posterior a desde 60 hasta 120ºC, que se espuma luego mediante un calentamiento a aproximadamente desde 180 hasta 250ºC con un agente espumante contenido (véase el documento EP-B 356 714).

Para ello se puede formar en primer lugar, por ejemplo, un copolímero que presenta ácido (met)acrílico y (met)acrilnitrilo preferiblemente en una relación molar de entre 2 : 3 y 3 : 2.

Además, junto a estos copolímeros pueden utilizarse otros comonómeros, como por ejemplo éster del ácido acrílico o metacrílico, especialmente con alcoholes inferiores con de 1 a 4 átomos de C, estireno, ácido maleico o su anhídrido, ácido itacónico o su anhídrido, vinilpirrolidona, cloruro de vinilo o cloruro de vinilideno. El porcentaje de comonómeros que no se pueden o son difíciles de ciclar, no debe exceder el 30% en peso, preferiblemente el 10% en peso.

Como otros monómeros pueden utilizarse, ventajosamente de forma igualmente conocida, pequeñas cantidades de agentes de curado como por ejemplo acrilato de alilo, metacrilato de alilo, diacrilato o dimetacrilato de etilenglicol o sales metálicas polivalentes del ácido acrílico o metacrílico, como metacrilato de magnesio. Las cantidades pueden ser de, por ejemplo, el 0,005 hasta el 5% en peso.

Además, los productos primarios pueden contener los aditivos habituales. A estos pertenecen, entre otros, los productos antiestáticos, antioxidantes, agentes de desmolde, ignifugantes, lubricantes, colorantes, agentes de mejora del flujo, las cargas, los estabilizadores frente a la luz y compuestos orgánicos de fósforo, como fosfitos o fosfonatos, pigmentos, medios protectores de la eflorescencia y plastificantes.

Como iniciadores de la polimerización se utilizan los en sí conocidos para la polimerización de metacrilatos, por ejemplo compuestos azo como azodiisobutironitrilo, así como peróxidos como peróxido de dibenzoilo o peróxido de dilauroilo, o también otros compuestos peróxidos, como por ejemplo peroctanoato de t-butilo o peracetales, como también dado el caso iniciadores redox (compárese aquí por ejemplo H. Rauch-Puntigam, Th. Völker, Acryl-und Methacrylverbindungen, Springer, Heidelberg, 1967 o Kira-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 1, página 286 y siguientes, John Wiley & Sons, Nueva York, 1978). Los iniciadores de polimerización se utilizan preferiblemente en cantidades del 0,01 al 0,3% en peso, referido a los materiales de partida. También puede ser favorable combinar iniciadores de polimerización con diferentes características de descomposición respecto al tiempo y la temperatura. Por ejemplo, es muy adecuada la utilización simultánea de perpivalato de terc-butilo, perbenzoato de terc-butilo y per-2-etilhexanoato de terc-butilo.

Para espumar el copolímero durante la transformación en un polímero que contiene grupos imido sirven, de la manera conocida, los agentes espumantes que forman una fase gaseosa a una temperatura de 150 a 250ºC mediante descomposición o evaporación. Los agentes espumantes con estructura de amida, como urea, monometil o N,N'-dimetilurea, formamida o monometilformamida, liberan amoníaco o aminas al descomponerse, que pueden contribuir a la formación adicional de grupos imido. Sin embargo, también pueden utilizarse agentes espumantes libres de nitrógeno como ácido fórmico, agua o alcoholes monovalentes alifáticos con de 3 a 8 átomos de C, como propanol, butanol, isobutanol, pentanol o hexanol. En la mezcla básica de reacción, los agentes espumantes se utilizan en cantidades de aproximadamente el 0,5 al 8% en peso, referido a los monómeros empleados.

Por ejemplo, una espuma de polimetacrilimida empleable preferida especialmente se puede obtener mediante las siguientes etapas:

1. Producir una placa polimérica mediante polimerización radical en presencia de uno o varios iniciadores así como, dado el caso, de otros aditivos habituales, que fueron expuestos con anterioridad a modo de ejemplo, compuesta por

(a)

una mezcla de monómeros con un 40 - 60% en peso de metacrilonitrilo, 60 - 40% en peso de ácido metacrílico y dado el caso hasta un 20% en peso, referido a la suma de ácido metacrílico y metacrilonitrilo, de monómeros insaturados vinílicos, monofuncionales

(b)

un 0,5 - 8% en peso de una mezcla de agentes espumantes compuesta por formamida o monometilformamida y un alcohol monovalente alifático con 3 a 8 átomos de carbono en la molécula

(c)

un sistema de agentes de curado, que está compuesto por

(c.1)

un 0.005 - 5% en peso de un compuesto insaturado vinílico polimerizable radicalmente con al menos 2 enlaces dobles en la molécula y

(c.2)

un 1 - 5% en peso de óxido de magnesio disuelto en la mezcla de monómeros

2. Espumar la placa a temperaturas de 200 a 260ºC para obtener una placa de polimetacrilimida y a continuación

3. Tratar con calor en dos etapas, teniendo la primera etapa una duración de 2 - 6 horas a 100 - 130ºC y la segunda etapa de 32 - 64 horas a 180 - 220ºC.

Además, pueden obtenerse polimetacrilimidas con indeformabilidad por calor elevada mediante la reacción de poli(metacrilato de metilo) o sus copolímeros con aminas primarias, que también pueden utilizarse según la invención. En representación del gran número de ejemplos de esta imidación de análogo polimérico se mencionan los documentos: US 4 245 374, EP 216 505 A2, EP 860 821. Una indeformabilidad por calor elevada se consigue aquí o mediante la utilización de arilaminas (documento JP 05222119 A2) o mediante la utilización de comonómeros especiales (documentos EP 561 230 A2, EP 577 002 A1). Todas estas reacciones no dan espumas sino polímeros sólidos, que deben ser espumados en una segunda etapa separada para conseguir una espuma. En el área técnica también se conocen técnicas para ello.

Las espumas rígidas de poli(met)acrilimida pueden adquirirse también comercialmente, como por ejemplo ®Rohacell de Röhm GMBH, que se suministra en diferentes densidades y tamaños.

Previo a la compactación, la densidad de la espuma de poli(met)acrilimida se encuentra en el intervalo de 20 kg/m^{3} a 180 kg/m^{3}, prefiriéndose especialmente en el intervalo de 50 a 110 kg/m^{3}.

La capa del núcleo puede presentar adicionalmente más capas. El espesor de la capa del núcleo previo a la compactación se encuentra en el intervalo de 1 a 100 mm, especialmente en el intervalo de 5 a 40 y prefiriéndose especialmente en el intervalo de 10 a
30 mm.

Como capa superficial se puede utilizar todo producto laminar conocido que sea estable bajo los parámetros de tratamiento necesarios para la fabricación de la membrana, como presión y temperatura. A ellos pertenecen entre otros por ejemplo películas que contengan polipropileno, poliéster, poliamida, poliuretano, poli(cloruro de vinilo), poli((met)acrilato de metilo) y/o metal, como por ejemplo aluminio. Además, pueden utilizarse preferiblemente esteras o tiras que contienen fibra óptica, fibra de carbono y/o fibra de aramida. Como capa superficial pueden utilizarse también tiras que presenten una estructura
multicapa.

Por ejemplo, pueden utilizarse preferiblemente preimpregnados. Estos son tiras impregnadas previamente con plásticos endurecibles, normalmente esteras de fibra óptica o tejidos de filamento de vidrio, que pueden tratarse mediante prensado en caliente para dar piezas moldeadas o un producto semiacabado. A ellos pertenecen, entre otros, los llamados GMT y SMC.

Además, también se conocen plásticos reforzados con fibra de carbono, que son especialmente adecuados como capas superficiales.

Preferiblemente, el espesor de la capa superficial se encuentra en el intervalo de 0,05 a 10 mm, preferiblemente en el intervalo de 0,1 a 5 mm y prefiriéndose especialmente en el intervalo de 0,5 a 2 mm.

Para mejorar el agarre se puede utilizar también un pegamento. Sin embargo, esto no es necesario en el caso de ciertos materiales de la capa superficial.

Las membranas fabricadas según el procedimiento según la invención tienen excelentes propiedades mecánicas. De esta manera la resistencia al pelado según la norma DIN 53295 es, por ejemplo, de 10 Nmm/mm o más, preferiblemente más de 15 Nmm/mm. El módulo de elasticidad según la norma DIN 53 423 es mayor o igual que 50 MPa, especialmente mayor que 60 MPa.

Además, también la resistencia a la flexión según la norma DIN 53423 es sorprendentemente alta con valores de 2 MPa o más, especialmente mayores que 2,3 MPa. También la resistencia a la flexión según la norma DIN 53 293 presenta valores de 8 MPa o más, especialmente mayores que 10 MPa.

Ejemplo 1

Se colocan sobre la cara superior y la inferior de una espuma de polimetacrilimida (®ROHACELL 51), con medidas de 300 x 300 x 25 mm, capas Cytec GFK/EP preimpregnadas (Cycom 69). Este paquete se coloca en una prensa calentable. A continuación se conduce la prensa a la posición de contacto y se calienta a 180ºC. Luego se conduce la prensa a 20 mm, utilizándose topes de espesor. A continuación, se enfría la prensa a una temperatura de 80ºC y se saca la membrana terminada. El ensayo de pelado según la norma DIN 53 295 da un valor de 18 Nmm/mm.

Ejemplo comparativo 1

Este ejemplo se realiza como el ejemplo 1 con la diferencia de que no se compacta la capa del núcleo, es decir que no se conduce la prensa a 20 mm. El ensayo de pelado según la norma DIN 53 295 da un valor de 6 Nmm/mm.

La elevada resistencia al pelado es especialmente importante para los altavoces de membrana plana, también llamados DML (=Distributed Mode Loudspeaker), ya que en el caso de este principio para altavoces la membrana vibra en sí misma para generar sonido.

Claims (9)

1. Procedimiento para fabricar una membrana para convertidores electroacústicos, que contiene una capa del núcleo que contiene espuma de poli(met)acrilimida y al menos una capa superficial, caracterizado porque se lamina la capa superficial con la capa del núcleo utilizando una presión \geq 0.4 MPa y una temperatura \geq 160ºC, se compacta al mismo tiempo al menos la cara de la capa del núcleo que está en contacto con la capa superficial y a continuación se enfría el material compuesto obtenido a una temperatura por debajo de 80ºC, antes de reducir la presión a la presión ambiental.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque para la laminación, se calienta al menos la cara de la capa del núcleo que está en contacto con la capa superficial a una temperatura en el intervalo de 165 a 230ºC, especialmente en el intervalo de 175 a 180ºC.

3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque se utiliza para la laminación una presión en el intervalo de 1 a 16 MPa.

4. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa del núcleo se compacta a un espesor menor que el 90%, referido al espesor original.

5. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se utiliza una capa del núcleo que está compuesta por espuma de poli(met)acrilimida.

6. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se utiliza como capa superficial un producto laminar que contiene fibras de carbono, fibras de vidrio, fibras de aramida, polipropileno, poliéster, poliamida, poliuretano, poli((met)acrilato de metilo), poli(cloruro de vinilo) y/o metal.

7. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se utilizan dos capas superficiales para conseguir una estructura sándwich.

8. Membrana fabricada según una de las reivindicaciones 1 a 7 para convertidores electroacústicos, membrana que contiene una capa del núcleo de espuma de poli(met)acrilimida y al menos una capa superficial, caracterizada porque la resistencia al pelado es \geq 10 Nmm/mm, el módulo de elasticidad es \geq 50 MPa y la resistencia a la flexión es \geq 2 MPa.

9. Membrana según la reivindicación 8, caracterizada porque la membrana presenta dos capas superficiales.