TWI678933B - 具高內阻尼之多層積層體及其用途 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種用於製造電聲轉換器用振膜之多層積層體，其包括第一與第二表層、第一與第二阻尼層、與分離層，其中第一與第二阻尼層係由黏著劑構成，且它們的玻璃轉移溫度TG(DSC)至少相差10K。
Description
本發明係關於一種具高內阻尼之多層積層體，其係用於製造電聲轉換器用振膜。
行動電話與智慧型手機中播放對話、鈴聲、音樂等的聲音產生係藉由小型電聲轉換器，即所謂的微揚聲器。此種微揚聲器的振膜大小典型上係在20mm2至900mm2之範圍，該微揚聲器也被使用在耳機、筆記型電腦、液晶電視或個人數位助理(PDA)。
由於微揚聲器基於設計要求而在相應的電子裝置上越來越小且越來越平，但額外以更高的功率運作，微揚聲器與特別是其振膜的溫度應力越來越高。所以振膜必須由在高溫與強機械負載下仍具有長壽命且不會撕裂之材料製成。同時振膜材料應還具有良好的聲學性質，以給予揚聲器良好的音質。
對於揚聲器振膜的材料之一般性要求，一方面為高剛性與低密度以產生高聲壓並覆蓋廣頻率範圍。另一方面，材料應同時具有內阻尼，以確保平滑的頻率響應，並最小化失真。由於硬、輕且阻尼佳等性質有結構上的矛盾而無法全部同時滿足(越硬則阻尼越低，反之亦然)，通常各振膜必須就振膜材料的剛性與阻尼取得妥
協，或以阻尼良好的材料組合剛性材料。因此US 7,726,441 B說明一種由振膜，其係以由兩個剛性聚合物膜與一個介於這些薄膜間存在的阻尼黏著劑層所構成之多層積層體所製成。說明書DE 102007030665 A與US 8,141,676 B中分別說明一種5層積層體，其中兩個外層與一個中間層藉由熱塑性膠黏劑或丙烯酸膠黏劑把彼此隔開。於此種多層振膜中，兩個黏性層分別以相同厚度使用相同的黏著劑。這是因為於揚聲器中的振膜應盡可能的對稱並均勻振動，而不對稱的結構對於阻尼黏著劑層來說會容易導致失真，因此降低揚聲器的品質。此外，揚聲器的聲學性質可大幅取決於以不對稱結構中所使用的振膜哪一側固定於線圈上。因此對稱振膜普遍接受使用於揚聲器，以避免因振膜的錯誤安裝造成品質變動。
本發明之課題為提供一種特別是用於製造揚聲器(特別是微揚聲器)之振膜，該振膜就其阻尼性質來說進一步最佳化，並仍然具有良好剛性。
此課題能藉由如申請專利範圍中所述之振膜來解決。本發明發現，相較於由相同的黏著劑層所構成的多層振膜之內阻尼，由不同的黏著劑層所建構成的多層振膜之內阻尼能被提高，而因此提升具有此種振膜之揚聲器的音質。然而為了所期望的性能，若此等黏著劑無法彼此混合並在之前已作為兩個分離層存在，則於黏著劑本身之間需要分離的中間層。
本發明相應地係關於一種特別是用於製造電聲轉換器用振膜之多層積層體，其包括第一與第二表層、第一與第二阻尼層與分離層，其特徵在於：第一與第二阻尼層係由黏著劑所構成，該等黏著劑的玻璃轉移溫度彼此相差至少10K，較佳為20K。
此處作為多層積層體係指由多個彼此交疊配置之層所構成之特別是在平面上延伸之材料。積層體的不同層能藉由如共擠、塗層、積層或層壓等方法，或這些方法的組合來彼此連結。而此處作為多層振膜，特別係指用於揚聲器之振膜，其中振膜係藉由熱成形、壓印成形、深抽成形或其他成形方法由多層積層體製成。
1‧‧‧第一表層
2‧‧‧第一阻尼層
3‧‧‧分離層
4‧‧‧第二阻尼層
5‧‧‧第二表層
第1圖顯示本發明之用於製造電聲轉換器用振膜的具高內阻尼之多層積層體。
第2圖與第3圖分別顯示一個於f0有最大值之示範波形來解釋評價。
作為評估揚聲器振膜材料的品質之決定性因素，除了剛性以外，公認還有材料的內阻尼。內阻尼可由材料的振動行為算出，並用來衡量材料的音質。材料的阻尼越高，其音質越佳。
本發明之出發點為嘗試提升由聚醚醚酮(PEEK)膜、黏著劑層與第二PEEK膜所構成之3層積層體(其中黏著劑層係配置於兩個PEEK膜之間)的內阻
尼。因為PEEK膜具有極高的耐溫性與壽命，所以PEEK作為此種三層積層體的薄膜材料是有利的。因此其常被使用作為揚聲器振膜或多層積層體的一部分。
由於在此種由剛性外層膜與軟性黏著劑層所構成之積層體中，內阻尼主要受積層體中間之黏著劑層影響，第一個嘗試應澄清，是否能藉由使用兩個內阻尼不同之彼此交疊的不同的黏著劑層來替代中間黏著劑層，來達成內阻尼之提升。這能藉由使用具不同的玻璃轉移溫度之黏著劑來達成。因此，三層積層體的給定厚度d之黏性中間層應使用兩個分別具一半厚度d/2之黏著劑層，使中間層的總厚度不變。藉此兩個黏著劑在積層體中彼此相鄰存在，且其各自彼此不同的阻尼性質帶來好處，替此嘗試選擇了兩個彼此不相容的黏著劑，即此種黏著劑彼此不可混合。不然可能會產生兩黏著劑的混合物，而使黏著劑混合物在巨觀上如同一個新的黏著劑作用。由於這個原因，兩個不相容、彼此不可混合之黏著劑被分別塗布在各8μm厚之PEEK膜上。接下來兩個薄膜以塗布有黏著劑的面彼此相對，藉由施加壓力積層於彼此上，使兩個黏著劑層彼此交疊存在，並從兩側以PEEK膜覆蓋。
實驗中顯示，此種由兩個PEEK膜與兩個不同的不相容之黏著劑所構成之積層體的內阻尼，相較於分別僅使用兩種黏著劑中的一種之厚度相同的3層積層體，幾乎沒有改善。
但令人訝異的，在兩個黏著劑層之間插入額外的薄膜層會導致積層體的內阻尼之顯著提升。這是令人意外的，因為對照實驗顯示，簡單在兩個相同的黏著劑層插入額外的薄膜層甚至會對內阻尼有負面影響。此在相同的黏著劑層觀察到的影響，可能是因為此種積層體的剛性之提升並因而預期在兩個黏著劑層之間插入額外的薄膜層會有負面影響。
另一方面，本發明觀察到的於具有兩個不同的黏著劑與一個額外的薄膜層之5層積層體的情形內阻尼大幅上升之效果，不會是基於兩黏著劑的簡單分離，因為所使用的黏著劑係事先選擇為不相容，其本身不可能混合。此效果同樣不會純粹基於插入額外的分離層，因為這在兩個相同之黏著劑的情形降低了內阻尼。現在的由兩個不可混合之黏著劑與夾於其間之分離層所構成之組合，顯示此種積層體的內阻尼之顯著提升，是先前完全未預料到的。
本發明發現，在藉由額外的層將兩個基本上能相混，但顯示不同之玻璃轉移溫度的黏著劑彼此分開時，也會觀察到阻尼顯著提升。
玻璃轉移溫度之量測係以微差掃描熱量法(DSC)依據DIN 53765進行。只要沒有另外說明，玻璃轉移溫度TG的數值係參照依據DIN 53765：1994-03之玻璃轉換溫度值Tg。
第1圖顯示本發明之用於製造電聲轉換器用振膜的具高內阻尼之多層積層體。此種積層體包含第一表層1、第一阻尼層2、分離層3、第二阻尼層4與第二表層5。
作為表層1與5，可使用例如塑膠膜，其主要成分(特別是至少50重量%，較佳為全部)選自包含下列之群組：聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚對萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚芳醚酮(PAEK)、聚醚醯亞胺(PEI)、聚醯亞胺(PI)、聚芳酯(PAR)、聚苯硫醚(PPS)、聚苯碸(PPSU)、聚碸(PSU)、聚醚碸(PES)、聚胺酯(PU)、液晶聚合物(LCP)。也可以使用像鋁膜之金屬膜。薄膜可製成為平坦薄膜或經雙軸拉伸。特佳為表層係由聚醚醚酮所構成。
作為分離層3原則上也可為薄膜，其主要成分(特別是至少50重量%，較佳為全部)選自包含下列之群組：聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚對萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚芳醚酮(PAEK)、聚醚醯亞胺(PEI)、聚醯亞胺(PI)、聚芳酯(PAR)、聚苯硫醚(PPS)、聚苯碸(PPSU)、聚碸(PSU)、聚醚碸(PES)、聚胺酯(PU)、液晶聚合物(LCP)。
因為分離層於振動時比起外層受到較低的機械應力，且於加熱時軟化之分離層甚至可能是有利的，故另外也可使用由較低耐溫性的材料所構成之薄膜作為分離層。除了已經提過的材料以外，分離層的薄膜可由塑膠構成，其主要成分係選自包含下列之群組：聚乙烯[PE、LDPE(低密度PE)、MDPE(中密度PE)、HDPE(高密度PE)、LLDPE(線性低密度PE)、VLDPE(超低密度PE)]、
EVA(乙烯-乙酸乙烯酯)、聚丙烯(PP、PP均聚物、PP隨機共聚物、PP耐衝擊共聚物)、聚苯乙烯[PS、HI-PS(高耐衝擊PS)]、EPDM(乙烯-丙烯-二烯三元聚合物)、苯乙烯嵌段共聚物[SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)、SEBS(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯)、SIS(苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯)、SEPS(苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯)]。也可以使用不織布與梭織物、紙張、或泡棉。
表層可由相同的材料或不同的材料構成，其中分離層的材料原則上可獨立於表層之材料來選擇。分離層也可由與兩個表層中之一者或與兩個表層相同之材料所構成。分離層3、第一表層1與第二表層5也可全由不同材料所構成。
兩個表層與分離層之厚度係各自獨立地在1~100μm之範圍，較佳為1~50μm，特佳為2~30μm。層之厚度可藉由厚度計量測(DIN 53370：2006-11，方法F；正常環境)。為此，對於薄膜使用具有10mm之直徑與4N之載重量的圓盤狀厚度計(圓形)。
作為阻尼層2與4，係使用黏著劑，較佳為壓敏性黏著劑。其可為樹脂改性丙烯酸酯壓敏性黏著劑、丙烯酸酯分散劑、合成橡膠壓敏性黏著劑、聚矽氧壓敏性黏著劑、PU-壓敏性黏著劑等。
阻尼層2與4的厚度各自獨立地為1~100μm，較佳為2~50μm，特佳為4~30μm。典型上兩個阻尼層之厚度係大於表層之厚度並大於分離層之厚度。
兩個黏著劑層2與4之依據DSC(如本文中所提出之方式)測量的玻璃轉移溫度，係彼此相差至少10K，較佳為至少15K，更佳為至少20K。
積層體可具有不對稱幾何，意思是兩個表層的厚度及/或兩個阻尼層的厚度有不同的選擇，其中較佳為至少一個表層及/或至少一個阻尼層的厚度分別係自上述厚度範圍選出，特佳為兩個表層及/或兩個阻尼層的厚度分別係自上述厚度範圍選出。
較佳為積層體不管阻尼層的不同性質具有對稱的幾何，意思是至少兩個表層具有一致的厚度及/或至少兩個阻尼層具有一致的厚度；特別是分別自上述厚度範圍選出之厚度。
於特佳實施形態中兩個表層與分離層分別具有相同厚度，而兩個阻尼層也具有一致的厚度(其不需要等同於表層與分離層之厚度，但可以相同)。特佳厚度係分別自上述範圍選出。
於另一較佳實施形態中表層具有一致的厚度，兩個阻尼層也具有相同厚度，其中分離層係薄於各表層。
多層積層體之內阻尼的測定係基於歐伯斯特樑測試(Oberst Beam Test)，依據ASTM E756來測定材料的阻尼性質，即如下述：將積層體的寬10mm、長50mm之長條的一側固定，使其能以自由懸垂的15mm之長度振動。長條之固定係平行於10mm長邊，長條以15mm長邊垂直向下
懸垂。接下來藉由直接配置於長條後的揚聲器以聲波激發長條振動。其中聲波的頻率連續地由2Hz升高至2000Hz，並以雷射記錄其中自由振動的長條之位移。雷射係調校為其光束離長條下端垂直距離3mm並擊中長條中央。於振動中，長條的位移之量測係藉由雷射依據眾所皆知的雷射三角量測法進行。(除了聲學激發，也能純機械地以馬達振動長條，此方式的原理是一樣的。)
使用長條的位移與所測量到的聲壓對頻率之商數來評價。位移係如上所述以雷射量測，揚聲器所產生的聲波之頻率與聲壓係以麥克風同時紀錄。於所產生的曲線中，每個長條在各受測多層積層體的獨特特徵頻率達到最大值。達到此最大值的頻率被稱為共振頻率f0。對於多層積層體來說，此最大值旁的波形同樣具獨特特徵。由此波形可推導出多層積層體的內阻尼：長條在共振頻率前與後之陡峭上升與下降的位移表示低內阻尼，而在f0的最大值兩旁之平坦波形表示高內阻尼。內阻尼係由曲線的-4dB頻寬△4dB算出，即低於曲線最大值4dB的峰寬。此位置的峰寬(Hz)除以共振頻率f0得到內阻尼：=△4dB/f0
第2圖與第3圖分別顯示一個於f0有最大值之範例波形來解釋評價。於圖右方最大值兩旁的平坦曲線顯示相應的積層體之較高的內阻尼。
所有測量均係在23℃之溫度進行，樣品長條在測試前於23℃存放並調理24小時。各結果為每個試樣的5次量測之平均值。
製造由8μm厚的PEEK膜(Aptiv 1000-008G，Victrex公司)、30μm厚的依據DSC(DIN 53765)Tg=-44℃之聚丙烯酸酯黏著劑層、與8μm厚的PEEK膜所構成之3層積層體。內阻尼值=0.12。
製造由8μm厚的PEEK膜、30μm厚的依據DSC(DIN 53765)Tg=-23℃之聚丙烯酸酯黏著劑層、與8μm厚的PEEK膜所構成之3層積層體。內阻尼值=0.11。
於8μm厚的PEEK膜上塗布15μm的如實施例1所述之聚丙烯酸酯黏著劑(Tg=-44℃)。於第二個8μm厚的PEEK膜上塗布15μm的如實施例2所述之聚丙烯酸酯黏著劑(Tg=-23℃)。所使用的黏著劑係以不會彼此混合的方式選擇。將由各別的黏著劑與PEEK膜所構成之這兩個積層體於室溫在施加壓力下以黏著劑側彼此積層，其中要注意，在兩層黏著劑層間沒有封入氣泡。內阻尼值=0.13。
於8μm厚的PEEK膜上塗布15μm的如實施例1所述之聚丙烯酸酯黏著劑(Tg=-44℃)。於第二個8μm厚的PEEK膜上同樣塗布15μm的如實施例1所述之聚丙烯酸酯黏著劑(Tg=-44℃)。將這兩個由塗布了黏著劑之PEEK膜所構成之積層體以黏著劑側分別積層在2μm厚的PET膜的兩側上，產生由8μm PEEK膜、15μm聚丙烯
酸酯黏著劑(Tg=-44℃；如實施例1)、2μm PET膜、15μm聚丙烯酸酯黏著劑(Tg=-44℃；如實施例1)與8μm PEEK膜所構成之5層積層體。內阻尼值=0.08。
於8μm厚的PEEK膜上塗布15μm的如實施例1所述之聚丙烯酸酯黏著劑(Tg=-44℃)。於第二個8μm厚的PEEK膜上塗布15μm的如實施例2所述之(Tg=-23℃)聚丙烯酸酯黏著劑。將這兩個由塗布了黏著劑之PEEK膜所構成之積層體以黏著劑側分別積層在2μm厚的PET膜的兩側上，產生由8μm PEEK膜、15μm聚丙烯酸酯黏著劑(Tg=-44℃；如實施例1)、2μm PET膜、15μm聚丙烯酸酯黏著劑(Tg=-23℃；如實施例2)與8μm PEEK膜所構成之5層積層體。內阻尼值=0.19。
結果彙整：
根據本發明顯示，於三層積層體的黏著劑層中插入薄膜分離層會導致內阻尼變差(比較例2)。將三層積層體的黏著劑層，改變為二層由兩個一半厚度、不可混合之具有不同的玻璃轉移溫度之黏著劑層所構成之層，僅有些許阻尼提升(比較例1)。只有在同時執行這兩項措施時，積層體的內阻尼才有無法預料到的顯著提升(實施例3)。
Claims (11)
- 一種用於製造電聲轉換器用振膜之多層積層體，其包括第一與第二表層、第一與第二阻尼層、及分離層，其中該分離層係位於該第一阻尼層與該第二阻尼層之間的實體材料層，其特徵在於：該第一與第二阻尼層係由黏著劑所構成，且該等黏著劑的玻璃轉移溫度TG(以微差掃描熱量法(DSC)量測)至少相差10K；其中一或兩層阻尼層為壓敏性黏著劑。
- 如請求項1之多層積層體，其中該第一與第二阻尼層的黏著劑之玻璃轉移溫度TG(以微差掃描熱量法(DSC)量測)至少相差15K。
- 如請求項1或2之多層積層體，其中該第一及/或第二表層係由一種主要成分選自包含下列之群組之材料所構成：聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚對萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚醚醯亞胺(PEI)、聚醯亞胺(PI)、聚芳酯(PAR)、聚苯硫醚(PPS)、聚苯碸(PPSU)、聚碸(PSU)、聚醚碸(PES)、聚胺酯(PU)、液晶聚合物(LCP)。
- 如請求項1或2之多層積層體，其中該第一及/或第二表層之厚度為1至100μm。
- 如請求項1或2之多層積層體，其中該分離層係由一種主要成分選自包含下列之群組之材料所構成：聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚對萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚醚醯亞胺(PEI)、聚醯亞胺(PI)、聚芳酯(PAR)、聚苯硫醚(PPS)、聚苯碸(PPSU)、聚碸(PSU)、聚醚碸(PES)、聚胺酯(PU)、液晶聚合物(LCP)。
- 如請求項1或2之多層積層體，其中該分離層係由一種主要成分選自包含下列之群組之材料所構成：聚乙烯[聚乙烯(PE)、LDPE(低密度PE)、MDPE(中密度PE)、HDPE(高密度PE)、LLDPE(線性低密度PE)、VLDPE(超低密度PE)]、EVA(乙烯-乙酸乙烯酯)、聚丙烯[聚丙烯(PP)、PP均聚物、PP隨機共聚物、PP耐衝擊共聚物)、聚苯乙烯[聚苯乙烯(PS)、HI-PS(高耐衝擊PS)]、EPDM(乙烯-丙烯-二烯三元聚合物)、苯乙烯嵌段共聚物[SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)、SEBS(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯)、SIS(苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯)、SEPS(苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯)]。
- 如請求項1或2之多層積層體，其中該分離層係由不織布、梭織物、紙張或泡棉或由二層以上由上述材料所構成之層之多層複合體所構成。
- 如請求項1或2之多層積層體，其中該分離層之厚度為1至100μm。
- 如請求項1或2之多層積層體，其中一或兩層阻尼層之厚度為1至100μm。
- 一種如請求項1至9中任一項之多層積層體之用途，其係用於製造電聲轉換器用振膜。
- 一種振膜，其係藉由以熱成形、壓印成形、深抽成形或其他成形方法成形如請求項1至9中任一項之多層積層體而得。
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