TW201625417A - 聲學振膜用多層複合體 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種使用作為電聲轉換器用振膜之多層複合體，其包括至少一第一外側層與一第二外側層(表層)，其中至少一個表層(第一表層)係由聚苯硫醚塑膠形成， 其特徵為：聚苯硫醚塑膠的鹵素含量(「PPS塑膠」)不超過550ppm。

Description

聲學振膜用多層複合體
本發明係關於一種使用作為電聲轉換器用振膜之多層複合體，其包含至少一外側聚苯硫醚膜。
行動電話與智慧型手機中用來再生對話、鈴聲、音樂等的聲音生成係藉由小型電聲轉換器，所謂的微揚聲器，完成。此種微揚聲器的振膜大小(該大小也能使用於耳機、筆記型電腦、LCD電視或個人數位助理(PDA))典型上係在20mm2至900mm2之範圍。
由於微揚聲器基於設計要求而相應的在電子裝置上變得越來越小且越來越薄，但額外地仍應以更高的功率作業，使微揚聲器與特別是其振膜的溫度負荷越來越高。與此同時，對揚聲器的聲學性質的要求也提高了，揚聲器在例如智慧型手機中越來越常被使用來大聲播放音樂，且仍應具有良好的聆聽品質。因此，近年來對於微揚聲器振膜的機械恢復力與音質的要求大幅提高。
揚聲器振膜通常應盡可能的硬且輕，以產生高聲壓並涵蓋廣頻率範圍，但另一方面同時要有良好的阻尼，以展現盡可能平滑的頻率響應。由於硬、輕與良好的阻尼等性質產生構造上的衝突而無法全部同時滿足 (硬度越高則阻尼越低，反之亦然)，通常各振膜必須在振膜材料的硬度與阻尼上做出妥協，或是將堅硬的材料與具良好阻尼的材料組合。因此經常使用多層複合體(特別是多層積層體)，然後將其成形為振膜。其中多層複合體通常包含加強層或穩定層以及阻尼層的振膜。
現今市場常見的多層複合體中使用之硬膜，其本身很少帶有阻尼。
如US 7,726,441 B中敘述一種由多層複合體形成之振膜，該多層複合體係由二個硬的聚合物膜與一個位在這些膜之間減振的黏著劑層所組成。US 8,189,851 B中敘述使用軟的壓敏性黏著劑作為多層複合體中的阻尼層，並取用基於彈性模數E(楊氏模數)的機械損耗因數(delta角正切值；tan δ)來衡量多層振膜整體結構的阻尼。其係定義為損耗模數E“與儲藏模數E‘的比值：tan δ=E“/E‘，並應在相應的頻率區間具有最小值。
作為用於硬的聚合物膜(振膜的表層)之聚合物膜材料，依據先前技術已知包括聚苯硫醚塑膠(聚苯硫醚一般也標記為PPS並使用在本說明書內文中)。但其振膜以PPS作為表層材料來製造之(微)揚聲器，具有令人不滿意的聲學失真，而導致聲學信號的聲音損害。能被量化為揚聲器的非線性失真並能在揚聲器簡單的量測到之大小為所謂的「總諧波失真」，在業界通常以英文術語「Total Harmonic Distortion」表示或簡稱為「THD」。此在業界常用的標記此後也使用於本說明書內文中。
THD係定義為全部諧波的總功率Ph對基本震盪的功率P1之比，且通常以百分比表示：THD[%]=(Ph/P1)* 100
為了實現揚聲器振膜的最佳化之聲學性質而被使用作為表層膜材料之塑膠，如聚醚醯亞胺(PEI)、聚芳酯(PAR)或聚醚醚酮(PEEK)，係明顯貴於PPS。
用於如使用於上述種類的振膜的薄膜的PPS之製造，通常係藉由二鹵化苯(特別是二氯化苯)與硫化鈉在高沸點偶極非質子溶劑(例如N-甲基吡咯酮)中之聚縮合來進行。此種製成敘述於例如US 4,910,294中。EP 0737705 A示出另一種方法，其中聚合物之製造係由帶有鹵素末端基之預聚物進行。以該製造方法會附帶的產生相對高的比例之含鹵素的(副)產物，其以可觀的量殘留於聚合物中。這導致市售的聚苯硫醚膜具有相對高比例的鹵素，其能藉由一般的分析方式被定量測定。其通常為氯。
工業常見的PPS產品經常具有大於600ppm之鹵素比例，通常甚至大於900ppm。其中1ppm係使用為相當於基於1千克的受分析PPS膜材料有1毫克的鹵素。
使用於聲學振膜之PPS膜的鹵素含量，與此振膜使用作為揚聲器之性質的關聯，至今還未被討論。
本發明之課題為提供一種用於製造揚聲器振膜(聲學振膜)之薄膜複合體系統，其係廉價的並因此在經濟上令人感興趣，但由其製成的聲學振膜具有相對於 市售PPS膜更為提升的聲學性質。其中該振膜需不失去關於高抗撓剛度、低密度以及高內阻尼之良好性質。
當作為此振膜之表層膜的材料，雖然仍使用PPS，但選擇總鹵素含量不大於550ppm之PPS時，此課題出人意料地被解決。測量表明，以THD所表示的揚聲器之失真，在使用此種振膜時，比起使用其表層係由市售PPS所形成之振膜，係明顯更低。此效果為熟悉本技藝者所無法預見。
因此，本發明係關於一種使用作為電聲轉換器用振膜或用來製造電聲轉換器用振膜之多層複合體，其至少包含一第一外側層與一第二外側層(以下稱為表層)，視需要的一設置於這些表層之間的阻尼層，其中至少一個表層(「第一表層」)係由聚苯硫醚塑膠所形成，且其中聚苯硫醚塑膠(「PPS塑膠」)的鹵素含量係不超過550ppm。
在表層之間可選擇設置其他層。多層複合體可為雙層複合體(都是表層)，其可為三層複合體(特別是表層-阻尼層-表層)，或或包括三個以上的層，其中較佳至少一個位在兩個表層之間的層為阻尼層。其中至少一個阻尼層(在三層或多層複合體中)特佳為黏著劑層，特別是壓敏性黏著劑層。
較佳為第一表層的厚度為1至50μm，更佳為1至5μm。
適合使用作為第二表層之薄膜係例如由以下成分所形成之薄膜：聚醚醚酮(PEEK)、市售聚苯硫醚(PPS)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚芳酯(PAR)、聚醯亞胺(PI)、聚醚醯亞胺(PEI)、聚苯碸(PPSU)、聚醚碸(PES)、聚碸(PSU)或熱塑性聚胺甲酸酯(TPU)。
但在特定情況依據本發明較佳為兩個表層都是由鹵素貧乏的PPS所製成，即多層複合體的兩個表層都是由其各自的鹵素含量都不超過550ppm之聚苯硫醚塑膠所形成。
在更佳情況中，第二表層所具有的厚度也為1至50μm，較佳為1至5μm。
在一特佳實施形態中，兩個表層都是由相同的鹵素貧乏之PPS塑膠所製成，及/或兩個表層的厚度係相同的，即特別是以對稱的(或至少在外側表層對稱的)多層複合體存在。
於一實施變體中，本發明之多層複合體係由兩個積層在一起之塑膠膜形成，其中至少一個薄膜(視需要也可為兩個薄膜)係由鹵素含量550ppm不超過之聚苯硫醚塑膠形成。當雙層複合體沒有額外的阻尼層也能具有充足的減振性質，及/或在應用上對阻尼的要求低時，則此種雙薄膜系統能特佳地使用作為振膜。
特佳為在製造雙層複合體時其中一個薄膜能被軟化及/或熔化，以提升對另一個薄膜之黏附。為此，薄膜特佳適合由熱塑性聚胺基甲酸酯形成。因此雙層複合體的一特佳組態，係包含一TPU膜與一由減少鹵素含量的PPS形成之薄膜。
如開頭所述，振膜應具良好的阻尼，以展現盡可能平滑的阻尼。因此在多層複合體的兩個表層之間較佳具有一阻尼層，其可為單層的或者其本身形成多層的。多層振膜整體結構的阻尼之度量係機械損耗因數(delta角正切值；tan δ)，其係以損耗模數E“與儲存模數E‘的比值定義：tan δ=E“/E‘。取用基於彈性模數E(楊氏模數)的機械損耗因數(delta角正切值；tan δ)來衡量多層振膜整體結構的阻尼。其係定義為損耗模數E“與儲藏模數與儲存模數E‘的比值：tan δ=E“/E‘，並應在相應的頻率區間具有最小值。
已知黏著劑，特別是壓敏性黏著劑，能滿足對阻尼層的要求，並能在多層複合體中提供高阻尼。因此，於一較佳方式中，阻尼層包含一單層或多層的雙面膠帶(特別是壓敏性膠帶)；具體來說阻尼層係由一單層或多層的雙面膠帶(特別是壓敏性膠帶)所形成。此種壓敏性膠帶除了其減振效果外，基於其(自)黏著性質能使層在複合體中黏合。
於一較佳實施變體中阻尼層本身為單層的，使多層複合體為三層複合體。此時阻尼層較佳為一壓敏黏著劑層。在特佳情況中，多層複合體具有一表層-壓敏性黏著 劑-表層之類型的對稱三層結構，其中外側的表層在其化學組成與厚度上都是相同的。
較佳為三層複合體中(壓敏性)黏著劑層的層厚達2μm至100μm，較佳為5μm至50μm，特佳為10μm至30μm。
本發明另一變體提供一(對稱或非對稱的)五層結構，其中表層具有一內側載體層或穩定層，其係例如由以聚醚醚酮(PEEK)、市售聚苯硫醚(PPS)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚芳酯(PAR)、聚醯亞胺(PI)、聚醚醯亞胺(PEI)、聚苯碸(PPSU)、聚醚碸(PES)、聚碸(PSU)或熱塑性聚胺甲酸酯(TPU)所形成之薄膜構成，或者特佳也可由以具有鹵素含量小於550ppm的鹵素貧乏聚苯硫醚(PPS)所形成之薄膜構成。在此內側載體層或穩定層與任一外側表層之間分別設有一(壓敏性)黏著劑層。較佳為兩個(壓敏性)黏著劑層在化學上相同及/或等厚。但(壓敏性)黏著劑層也能在其化學性質及/或其厚度上有不同選擇。
較佳為內側載體層或穩定層之厚度為1~50μm，較佳為1~30μm，特佳為1~5μm。
較佳為(壓敏性)黏著劑層的厚度各自獨立地為1~100μm，較佳為1~50μm，特佳為2~40μm。
此處特佳為具有在其各別的化學組成與其各別的厚度上相同之表層，與在其各別的化學組成與其各別的厚度上相同之(壓敏性)黏著劑層之完全對稱的五層複合體結構。
作為壓敏性黏著劑(也稱為自黏性黏著劑或由英文：「pressure sensitive adhesives」而稱為PSA)，特別是指一種聚合物材料，其(視需要適當添加其他成分，例如增黏樹脂)在使用溫度下(只要沒有另外定義，即是在室溫下)為永久黏性並具有永久黏著能力，並在接觸時黏附在各種表面上，特別是立即黏附(具有所謂的「黏性」(黏著性或觸黏性))。其在使用溫度下不用藉由溶劑或藉由加熱來活化(但通常或多或少藉由壓力的作用)即能充分潤濕欲黏合的基材，藉此能在黏著劑與基材之間為黏附形成充足的交互作用。影響此過程的影響參數包括壓力以及接觸時間。壓敏性黏著劑的特殊性質特別歸因於包括其黏彈性質。
於較佳情況中，係使用丙烯酸酯壓敏性黏著劑作為黏著劑層。此為一種黏著劑，其聚合物基質為由丙烯酸單體(以下係理解為特別是丙烯酸與甲基丙烯酸、上述酸的酯以及能與上述酸共聚合之其他衍生物)所構成之聚合物，其中丙烯酸單體(視需要與其他共聚單體一起)在聚合時係至少用能以此實質上決定黏著劑的性質之量來使用。例如在聚合時，壓敏性黏著劑的丙烯酸單體比例可使用至少50重量%、至少80重量%或100重量%(純丙烯酸酯系統)。
其他的行家所熟知的黏著劑，特別是壓敏性黏著劑，在本發明義涵中也能使用，其中特別是選擇對PPS發揮良好的黏附，此外還具有良好的減振性質之黏著劑。因此也能使用例如矽膠黏著劑及/或聚胺基甲酸酯 黏著劑及/或橡膠黏著劑，特別是矽膠壓敏性黏著劑、聚胺基甲酸酯壓敏性黏著劑或橡膠壓敏性黏著劑。
要製造多層結構，壓敏性黏著劑係以行家所熟悉的塗布方式以所期望的層厚直接塗布在兩個表層之一上，或者是間接的藉由暫時性轉移載體(如矽化紙或矽化膜)的塗層，與兩個薄膜層中的第一個薄膜積層然後揭下暫時性轉移載體。兩個薄膜層中的第二個薄膜能直接施加在單側積層之複合體的壓敏黏著性側。為達到穩固的複合體黏結強度及避免封入空氣，適合的積層裝置為在橡膠滾筒之間或者是一鋼鐵與一橡膠滾筒之間的材料帶連續地與可變動調節的觸壓力連接之積層裝置。
電聲轉換器用振膜(特別是揚聲器振膜)之製造係例如藉由將本發明之多層複合體加以壓印或深抽來進行，藉此賦予此複合體特定三維外型。為此，多層複合體係例如在加熱模中加熱，並藉由施加壓力及/或真空來壓成成品模的形狀。
本發明之多層複合體能極佳地使用於在其中接受多模穴熱成型之製程的電聲轉換器用振膜之製造方法。此方法中，多層積層體被放在可加熱的加熱模上，該加熱模包含帶有欲成形的振膜之陰刻(negative imprint)之凹陷。接下來，藉由例如IR輻射加熱並藉此軟化該多層積層體，然後從上方以壓縮空氣壓入凹陷中。或者，該軟化的多層積層體也能以由矽膠或發泡矽膠構成的衝頭壓入模具。
依據本發明製造之多層複合體能實現總鹵素含量小於400ppm。除了提升聲學性質以外的另一個優點為藉此，由其所得到的揚聲器振膜在其應用範圍，由於較低的總鹵素含量，而低於電子產業通常需要的極限值。
[實施例、比較例]
以下以數個實施例與反例說明本發明想法，但非以此限縮本發明。
首先，由外部實驗室分析市面可得之標準PPS膜的鹵素含量。其中均發現氯為所包含的鹵素，其他鹵素未能以顯著量偵測到。受測的樣本均含有大於1000ppm(1000mg/kg)之氯含量。
減少鹵素的PPS膜之鹵素含量為532ppm。
製作由均為4μm厚的PPS膜、均為10μm丙烯酸酯或矽膠阻尼層(均為標準壓敏性黏著劑；在實施例1與比較例1中以及實施例2與比較例2中均為相同的)與均為4μm厚的PPS膜所組成的三層複合體，來用於THD測定，其中依據本發明之實施例係使用減少鹵素之PPS膜，而比較試驗係使用標準PPS膜(參見表1)。
將此三層複合體藉由熱成形加以成形為長15mm與寬11mm之矩形振膜，並將此振膜安裝進除此之外結構相同的微揚聲器中。THD曲線之紀錄係以R&S®音頻分析儀(Rohde & Schwarz)分別以相同方式進行，因此數值可以直接彼此比較。在相對比較時，不取決於THD測量中的各個精確測定值。
兩個揚聲器的共振頻率均在450Hz。帶有由減少鹵素之PPS膜製成的多層複合體振膜的揚聲器之THD曲線在整個頻率範圍，在帶丙烯酸酯阻尼層之複合體以及帶矽膠阻尼層之複合體之情形，均介於0.1與10kHz之間，低於帶有由市售PPS膜製成之振膜的揚聲器之THD曲線。表1中示範性的舉出在低於共振頻率之頻率的THD值。
實驗顯示，依據本發明能解決本發明之課題，其中在聲學振膜中以具減少鹵素含量(<550ppm)之PPS膜來取代標準PPS膜。所使用的PPS膜之鹵素含量對於以此種薄膜製成之揚聲器振膜的聆聽品質之影響，為熟習本技藝者所未預期的。
其顯示以減少的鹵素含量製作之PPS膜所製成的振膜在低於共振頻率測定之THD值，均低於使用市售標準PPS膜所製成的比較振膜(相同厚度與形狀，相同揚聲器)的THD值。

Claims (12)

  1. 一種使用作為電聲轉換器用振膜之多層複合體，其至少包含一第一外側層與一第二外側層(表層)，且其中至少一個表層(第一表層)係由一聚苯硫醚塑膠形成，其特徵為：聚苯硫醚塑膠(「PPS塑膠」)的鹵素含量不超過550ppm。
  2. 如請求項1之多層複合體，其中第一表層的厚度為1至50μm。
  3. 如請求項1之多層複合體，其中第一表層之厚度為1至5μm。
  4. 如請求項1之多層複合體，其中兩個表層都是由其各別的鹵素含量都不超過500ppm之聚苯硫醚塑膠所形成。
  5. 如請求項4之多層複合體，其中兩個表層的厚度分別為1至50μm。
  6. 如請求項4之多層複合體，其中兩個表層的厚度分別為1至5μm。
  7. 如上述請求項中任一項之多層複合體，其中兩個表層係由相同的PPS塑膠製成。
  8. 如上述請求項中任一項之多層複合體，其中在兩個表層之間設置有一阻尼層。
  9. 如請求項8之多層複合體，其中阻尼層係由一雙面壓敏黏著性膠帶構成或是包含一雙面壓敏黏著性膠帶。
  10. 如上述請求項中任一項之多層複合體，其中阻尼層係一壓敏黏著劑層。
  11. 如上述請求項中任一項之多層複合體，其係表層/壓敏性黏著劑/表層之三層結構。
  12. 一種揚聲器振膜，其係藉由將如上述請求項中任一項之多層複合體加以熱成形而得，特別是藉由壓印及/或深抽。
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