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CN111836174A - 一种复合振膜、复合振膜的制备方法及发声装置 - Google Patents

一种复合振膜、复合振膜的制备方法及发声装置 Download PDF

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CN111836174A
CN111836174A CN202010623519.0A CN202010623519A CN111836174A CN 111836174 A CN111836174 A CN 111836174A CN 202010623519 A CN202010623519 A CN 202010623519A CN 111836174 A CN111836174 A CN 111836174A
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diaphragm
composite
film layer
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王婷
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Goertek Inc
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Abstract

本申请公开了一种复合振膜、复合振膜的制备方法及发声装置。复合振膜包括胶膜层和支撑层，胶膜层采用橡胶材料与交联剂经交联反应制成，橡胶材料包括乙烯‑丙烯酸酯二元共聚物和乙烯‑丙烯酸酯‑不饱和有机羧酸三元共聚物中的至少一种，按照质量份数计，橡胶材料的质量份数为100份，交联剂的质量份数为0.5份～10份，胶膜层的模量为1MPa～20MPa；支撑层采用热塑性弹性体制成。本申请的胶膜层具有高阻尼、高回弹，寿命长、耐油、耐候性等特点，胶膜层同支撑层粘结牢靠，胶膜层模量比常规丙烯酸胶膜/硅胶胶膜层高。在振膜成型过程中，胶膜层受挤压均匀变形，振膜各部位厚度均一，可靠性优。

Description

一种复合振膜、复合振膜的制备方法及发声装置
技术领域
本申请涉及电声转换技术领域，更具体地，涉及一种复合振膜、复合振膜的制备方法及发声装置
背景技术
现有发声装置中，振膜多采用复合振膜结构。现有的弹性体振膜材料采用独特的软硬段结合，既有热可塑性，又有良好的回弹性，具有优异的性价比，被广泛应用到复合振膜结构中。
现有的热塑性弹性体复合结构振膜，多采用热塑性弹性体与常规丙烯酸胶膜/硅胶胶膜复合结构，由于常规丙烯酸胶膜/硅胶胶膜中无补强剂，故常规胶膜的模量小，高温下易被挤压流淌。
参见图1所示，现有的弹性体制成的复合振膜1′采用高温气爆成型方式，复合振膜1′的折环根部11′易被挤压，导致折环根部11′的胶层变薄，复合振膜整体厚度均匀性变差，在可靠性验证过程中，易造成应力集中，造成可靠性失效。再者，热塑性弹性体长期使用温度不高，由于模组空间有限，散热能力受到限制，随复合振膜大功率、长时间振动，复合振膜温度显著升高，热塑性弹性体易发生不可恢复变形，影响产品使用寿命。
发明内容
本申请的目的在于提供一种复合振膜，复合振膜的制备方法及具有该复合振膜的发声装置，该复合振膜各部位厚度均一，可靠性优，具有高阻尼、高回弹，寿命长、耐油、耐候性等特点。
上述目标和其他目标将通过独立权利要求中的特征来达成。进一步的实现方式在从属权利要求、说明书和附图中体现。
第一方面，本申请提供一种复合振膜，包括胶膜层和支撑层，所述胶膜层采用橡胶材料与交联剂经交联反应制成，所述橡胶材料包括乙烯-丙烯酸酯二元共聚物和乙烯-丙烯酸酯-不饱和有机羧酸三元共聚物中的至少一种，按照质量份数计，所述橡胶材料的质量份数为100份，所述交联剂的质量份数为0.5份～10份，所述胶膜层的模量为1MPa～20MPa；所述支撑层采用热塑性弹性体制成。
所述交联剂为过氧化物交联剂。
可选的，所述过氧化物交联剂包括1,3-1,4-二(叔丁基过氧异丙基)苯、过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷、过氧化叔丁基异丙苯、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)-3-己炔、4,4`-双(叔丁基过氧基)戊酸正丁酯、1,1`-双(叔丁基过氧基)-3,3,5三甲基环己烷和2,4-二氯过氧化苯甲酰中的至少一种。
可选的，所述乙烯-丙烯酸酯-不饱和有机羧酸三元共聚物中的不饱和有机羧酸含量为三元共聚物的(0.1～4.5)％。
可选的，所述胶膜层还包括填料；所述填料的质量份数为3份～60份。
可选的，所述填料包括氧化硅、硅酸盐、碳酸盐、无定形炭中的至少一种。
可选的，所述胶膜层的厚度为5um～100um。
可选的，所述胶膜层的硬度为25A～75A。
可选的，所述胶膜层通过压延或涂布工艺制成。
可选的，所述胶膜层和所述支撑层相贴合，并气爆成型形成所述复合振膜。
可选的，所述热塑性弹性体包括聚酯热塑性弹性体、聚氨酯热塑性弹性体、聚烯烃热塑性弹性体、聚苯乙烯类热塑性弹性体、聚酰胺热塑性弹性体中的至少一种。
可选的，所述复合振膜包括一层胶膜层和一层支撑层，所述胶膜层和所述支撑层相粘结；
或者，所述支撑层包括第一支撑层和第二支撑层；所述第一支撑层和所述第二支撑层之间分别贴合于所述胶膜层的两侧。
第二方面，本申请同时还提供一种发声装置，该发声装置包括相互配合的磁路系统和振动系统，所述振动系统包括上述的振膜。
第三方面本申请同时还提供一种复合振膜的制造方法，包括：
步骤S1、将质量份数为100份的橡胶材料和质量分数为0.5份～10份的交联剂混合制成胶膜胚料；其中，所述橡胶材料包括乙烯-丙烯酸酯二元共聚物和乙烯-丙烯酸酯-不饱和有机羧酸三元共聚物中的至少一种；
步骤S2、将所述胶膜胚料与支撑层相贴合形成复合层；
步骤S3、对所述复合层进行加热加压处理形成复合振膜。
可选的，在步骤S1中，采用涂布工艺将所述乙烯-丙烯酸酯二元共聚物和乙烯-丙烯酸酯-不饱和有机羧酸三元共聚物中的至少一种与交联剂混合制成片状的胶膜胚料。
可选的，在所述步骤S1和所述步骤S2之间还包括将所述胶膜胚料进行干燥的过程，其中，干燥温度为80℃～100℃。
可选的，在步骤S3中，对所述复合层进行气爆成型形成所述振膜；
其中，在所述气爆成型的过程中，所述胶膜胚料发生交联反应并定型。通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。
本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：
本申请中的胶膜层具有高阻尼、高回弹，寿命长、耐油、耐候性等特点，胶膜层同支撑层粘结牢靠，胶膜层模量比常规丙烯酸胶膜/硅胶胶膜层高。在振膜成型过程中，胶膜层受挤压均匀变形，振膜各部位厚度均一，可靠性优。本申请的复合振膜提升了高温回弹性，在复合振膜高温振动过程中形变可恢复，有更优的声学性能。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。
图1是现有技术中复合振膜的厚度示意图；
图2是本申请复合振膜的厚度示意图；
图3是申请复合振膜的第一种剖视结构示意图；
图4是申请复合振膜的第二种剖视结构示意图；
图5是现有技术的复合振膜和本申请的复合振膜的TMA性能测试图。
图中，1′复合振膜；11′、折环根部；1、复合振膜；11、折环根部；12、胶膜层；13、支撑层；131、第一支撑层；132、第二支撑层。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
参见图2至图4所示，本申请提供一种复合振膜1，包括胶膜层12和支撑层13，所述胶膜层12采用橡胶材料与交联剂经交联反应制成，所述橡胶材料包括乙烯-丙烯酸酯二元共聚物和乙烯-丙烯酸酯-不饱和有机羧酸三元共聚物中的至少一种，按照质量份数计，所述橡胶材料的质量份数为100份，所述交联剂的质量份数为0.5份～10份，所述胶膜层的模量为1MPa～20MPa；所述支撑层采用热塑性弹性体制成。
本申请振膜为胶膜层12和支撑层13复合结构，胶膜层12采用了上述的二元共聚物和/或三元共聚物从而提高了胶膜层的模量。本申请实施例中胶膜层12采用质量份数为100份的橡胶材料和质量份数为0.5份～10份的交联剂经交联反应制成，增大了交联剂的含量，利于提高交联度，从而进一步增加胶膜层12的模量，使得胶膜层12具有高阻尼、高回弹，高长期使用寿命、耐油性、耐候性等特点。当交联剂的质量份数小于0.5份时，容易导致胶膜层12交联密度小，压缩变形量大，复合振膜1在较大的振膜振动过程中，容易变形失效。当交联剂的质量份数大于10份时，会导致胶膜层12交联度过大，胶膜层12断裂伸长率变小，复合振膜1整体低温可靠性差，容易发生破膜。
胶膜层12和支撑层13粘结牢靠，胶膜层12的模量为1MPa～20MPa比现有技术中常用的丙烯酸胶膜/硅胶胶膜高。参见图1所示为现有技术中复合振膜的厚度示意图；参见图2所示为本申请复合振膜的厚度示意图。由图1和图2可明显看出，现有技术中复合振膜1′的折环根部11′易被挤压，导致折环根部11′的胶层变薄，复合振膜1′整体厚度均匀性变差，在可靠性验证过程中，易造成应力集中，造成可靠性失效。而本申请的复合振膜1成型过程中，胶膜层12受挤压可均匀变形，复合振膜成型过程中折环根部11挤胶轻微，复合振膜厚度均一性优，可靠性更优。
在参见图5所示，为现有技术的复合振膜和本申请的复合振膜的TMA性能测试图，从图5中可以看出本申请复合振膜在同样的温度环境下，拉伸膨胀量更低，因此本申请的复合振膜1在大功率、长时间振动过程产生的高温环境中，变形量更小，耐温性更高。
另外本申请的胶膜层12，采用了化学交联方法，提升了耐温性，长期使用温度可达到170-200℃，有效地提升了复合振膜1的高温回弹性，在复合振膜1高温振动过程中形变可恢复，从而有效避免产品失效，提高了产品的使用寿命。
具体的，乙烯-丙烯酸酯二元共聚物可以通过以下化学式表示：
Figure BDA0002563796740000051
其中，R为烷基，x、y为自然数。
乙烯-丙烯酸酯-不饱和有机羧酸三元共聚物可以通过以下化学式表示：
Figure BDA0002563796740000061
其中，R、R’为烷基，x、y、z为自然数。
现有的单层AEM振膜一般采用高温硫化，硫化温度为190～230℃，硫化时间为60～1000s，硫化温度越高，硫化时间越短。本申请复合振膜1所采用的支撑层13采用热塑性弹性体制成，热塑性弹性体耐温性一般，在复合振膜1成型的过程中，如果成型温度超过180℃会出现明显的复合振膜1粘模头问题，振膜取膜过程中，容易造成振膜拉伸，严重影响生产良率。针对于此，本申请中，交联剂采用低温硫化剂，例如可以为过氧化物交联剂。通过采用过氧化物交联剂，实现了低温硫化剂硫化体系，硫化温度为140-180℃，硫化时间为30-300s，从而防止了支撑层13变形，提高了产品质量。
具体的，所述过氧化物交联剂包括1,3-1,4-二(叔丁基过氧异丙基)苯、过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷、过氧化叔丁基异丙苯、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)-3-己炔、4,4`-双(叔丁基过氧基)戊酸正丁酯、1,1`-双(叔丁基过氧基)-3,3,5三甲基环己烷和2,4-二氯过氧化苯甲酰中的至少一种。
在一种可能的实施方案中，所述乙烯-丙烯酸酯-不饱和有机羧酸三元共聚物中的不饱和有机羧酸含量为三元共聚物的(0.1～4.5)％。
在该实施方案中，三元共聚物中的不饱和有机羧酸是主要的交联基团，增加它的比例可以提升反应基团的量，从而提升交联度，增大胶膜层的模量及回弹性。不饱和有机羧酸含量低于三元共聚物的0.1％时，则交联单体量小，交联密度低，回弹性差，易高温振动变形失效；不饱和有机羧酸含量高于三元共聚物的4.5％时，则交联单体量大，交联密度过高，断裂伸长率减小，低温回弹性变差，易导致产品低温可靠性破膜。
在一种可能的实施方案中，所述胶膜层还可以包括填料和助剂成分；所述填料的质量份数为3份～60份。该实施方案中，通过在胶膜层添加填料可以起到提高胶膜层弹性模量的效果。
其中，填料包括氧化硅、硅酸盐、碳酸盐、无定形炭中的至少一种。
在一种可能实施的方案中，可以向乙烯-丙烯酸酯二元共聚物和/或乙烯-丙烯酸酯-不饱和有机羧酸三元共聚物中添加补强剂。补强剂能够提高复合振膜的硬度，起到补强的作用。其中，补强剂可以包括炭黑、气相二氧化硅、沉淀碳酸钙中的至少一种。炭黑的型号可以为N550FEF、N683APF、N774SRF-HMAS、N762SRF-LMNS、ISAF和MT中的至少一种。
在一种可能的实施方案中，本申请实施例提供的复合振膜1中，胶膜层12的厚度为5um～100um。其中，胶膜层12的厚度为5um～100um时综合性能最好。当胶膜层12的厚度小于5um时，成品的复合振膜1的阻尼小，THD(谐波失真)高，当胶膜层12的厚度超过100um，成品的复合振膜1重量过大，灵敏度变差，因此当胶膜层12的厚度小于5um时或厚度超过100um时，声学性能均不佳。
在一种可能的实施方案中，所述胶膜层12的硬度为25A～75A。当胶膜层12的硬度小于25A时，胶膜层12的硬度太小，胶膜层12所用的共聚物的分子量小，填料少，交联度低，在胶膜层12振动的过程中，胶膜层12容易产生不可恢复变形，从而造成复合振膜1失效。当胶膜层12的硬度高于75A时，胶膜层12中填料量大，填料易团聚不均匀及缺陷点，胶膜层12断裂伸长率变小，低温可靠性验证中易破膜失效。因此，胶膜层12的硬度设计为25A～75A时，既延长了复合振膜1的使用寿命，又能提高了复合振膜1的声学性能。
在一种可能的实施方案中，所述胶膜层12通过压延或涂布工艺制成。
在采用压延工艺时，将物料通过一系列相向旋转着的水平辊筒间隙，使物料承受挤压和延展作用，最后制成具有设定厚度、宽度与表面光洁的薄片状胶膜层12。另外，也可以将物料制成糊状聚合物，采用涂布工艺制成薄片状胶膜层12。
在一种可能的实施方案中，所述胶膜层12和所述支撑层13相贴合，并气爆成型形成所述振膜。其中，因为胶膜层12具有一定粘性，在将胶膜层12和所述支撑层13贴合时，两者会粘接起来，在气爆成型中的高温、高压作用下，两者进一步固定连接。
在一种可能的实施方案中，所述热塑性弹性体包括聚酯热塑性弹性体、聚氨酯热塑性弹性体、聚烯烃热塑性弹性体、聚苯乙烯类热塑性弹性体、聚酰胺热塑性弹性体中的至少一种。
可选的，参见图3所示，所述复合振膜1包括一层胶膜层12和一层支撑层13，所述胶膜层12和所述支撑层13相粘结。在该实施方案中，复合振膜1仅仅包括两层结构，较为轻薄，胶膜层12与支撑层13粘结牢靠，胶膜层12模量比常规丙烯酸胶膜/硅胶胶膜层12高。在振膜成型过程中，胶膜层12受挤压均匀变形，振膜各部位厚度均一，可靠性优。
或者，参见图4所示，所述支撑层13包括第一支撑层131和第二支撑层132；所述第一支撑层131和所述第二支撑层132之间分别贴合于所述胶膜层12的两侧。该实施方案中，胶膜层12的两侧面均设置支撑层，支撑层对胶膜层12具有保护的作用，使得胶膜层12保持良好的物理性能，从而利于延长产品使用寿命。
本申请实施例中同时还提供一种发声装置，该发声装置包括相互配合的磁路系统和振动系统，所述振动系统包括上述的复合振膜。
该发声装置具有声音效果好、失真小、防水效果好的特点。
本申请实施例中，同时还提供一种复合振膜1的制造方法，包括：
步骤S1、将质量份数为100份的橡胶材料和质量分数为0.5份～10份的交联剂混合制成胶膜胚料；其中，所述橡胶材料包括乙烯-丙烯酸酯二元共聚物和乙烯-丙烯酸酯-不饱和有机羧酸三元共聚物中的至少一种；
步骤S2、将所述胶膜胚料与支撑层13相贴合形成复合层；
步骤S3、对所述复合层进行加热加压处理形成复合振膜1。
其中，在步骤S1中，采用涂布工艺将所述乙烯-丙烯酸酯二元共聚物和乙烯-丙烯酸酯-不饱和有机羧酸三元共聚物中的至少一种与与交联剂混合制成片状的胶膜胚料。在该步骤S1中，并不发生交联反应。
其中胶膜胚料是通过压延或涂布工艺制成的片状结构，在所述步骤S1和所述步骤S2之间还包括将片状的胶膜胚料进行干燥的过程，可以通过烤箱对胶膜胚料进行干燥处理，其中，为了防止在干燥过程中，胶膜层12发生交联反应，烤箱的干燥温度为80℃～100℃。当干燥温度低于80℃时，胶膜层12干燥时间长，不利于提高生产效率，当干燥温度高于100℃时，胶膜胚料存在交联的风险，因此干燥温度设计为80℃～100℃，兼顾了生产效率和制造工艺要求。
可选的，在步骤S3中，对所述复合层进行气爆成型形成所述振膜；
其中，在所述气爆成型的过程中，所述胶膜胚料发生交联反应并定型。在复合振膜1成型过程中，胶膜层12受挤压可均匀变形，使得复合振膜1各部位厚度更均一，可靠性更优。且因为胶膜层12采用化学交联方法，提升耐温性，长期使用温度可达到170-200℃，可有效提升复合振膜1的高温回弹性，在复合振膜1高温振动过程中形变可恢复，具有更优的声学性能。
本申请同时还提供上述发声装置的组装方法。该方法包括：将复合振膜1与发声装置的音圈、外壳、补强层和导磁轭中的至少一种直接粘结在一起。直接粘结是指依靠复合振膜1自身的粘结性能与其他部件进行粘结，而不是通过粘结剂与其他部件粘结。
例如，外壳或者导磁轭与复合振膜1粘结在一起。可以通过设定温度条件下使复合振膜1的胶膜层12硫化，并与其他部件连接在一起。由于复合振膜1本身具有粘结性能，故可以在成型之前直接将其设置到设定位置并与其他部件进行粘结。然后，进行硫化成型。通过这种方式，既能够保证复合振膜1与其他部件的粘结效果，密封效果，提高发声装置的防水性能，又能够节省复合振膜1与其他部件组装的步骤，节省了粘结剂，提高了组装效率。
虽然已经通过例子对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (16)

1.一种复合振膜，其特征在于，包括胶膜层和支撑层；
所述胶膜层采用橡胶材料与交联剂经交联反应制成，所述橡胶材料包括乙烯-丙烯酸酯二元共聚物和乙烯-丙烯酸酯-不饱和有机羧酸三元共聚物中的至少一种，按照质量份数计，所述橡胶材料的质量份数为100份，所述交联剂的质量份数为0.5份～10份，所述胶膜层的模量为1MPa～20MPa；
所述支撑层采用热塑性弹性体制成。
2.根据权利要求1所述的复合振膜，其特征在于，所述交联剂为过氧化物交联剂。
3.根据权利要求2所述的复合振膜，其特征在于，所述过氧化物交联剂包括1,3-1,4-二(叔丁基过氧异丙基)苯、过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷、过氧化叔丁基异丙苯、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)-3-己炔、4,4`-双(叔丁基过氧基)戊酸正丁酯、1,1`-双(叔丁基过氧基)-3,3,5三甲基环己烷和2,4-二氯过氧化苯甲酰中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的复合振膜，其特征在于，所述乙烯-丙烯酸酯-不饱和有机羧酸三元共聚物中的不饱和有机羧酸含量为三元共聚物的(0.1～4.5)％。
5.根据权利要求1所述的复合振膜，其特征在于，所述胶膜层还包括填料；所述填料的质量份数为3份～60份。
6.根据权利要求5所述的复合振膜，其特征在于，所述填料包括氧化硅、硅酸盐、碳酸盐、无定形炭中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的复合振膜，其特征在于，所述胶膜层的厚度为5um～100um。
8.根据权利要求1所述的复合振膜，其特征在于，所述胶膜层的硬度为25A～75A。
9.根据权利要求1所述的复合振膜，其特征在于，所述胶膜层通过压延或涂布工艺制成。
10.根据权利要求1所述的复合振膜，其特征在于，所述胶膜层和所述支撑层相贴合，并气爆成型形成所述复合振膜。
11.根据权利要求1-10任一所述的复合振膜，其特征在于，所述热塑性弹性体包括聚酯热塑性弹性体、聚氨酯热塑性弹性体、聚烯烃热塑性弹性体、聚苯乙烯类热塑性弹性体、聚酰胺热塑性弹性体中的至少一种。
12.根据权利要求1-10任一所述的复合振膜，其特征在于，所述复合振膜包括一层胶膜层和一层支撑层，所述胶膜层和所述支撑层相粘结；
或者，所述支撑层包括第一支撑层和第二支撑层；所述第一支撑层和所述第二支撑层之间分别贴合于所述胶膜层的两侧。
13.一种发声装置，其特征在于，包括相互配合的磁路系统和振动系统，所述振动系统包括如权利要求1-12中任一所述的复合振膜。
14.一种复合振膜的制造方法，其特征在于，包括：
步骤S1、将质量份数为100份的橡胶材料和质量分数为0.5份～10份的交联剂混合制成胶膜胚料；其中，所述橡胶材料包括乙烯-丙烯酸酯二元共聚物和乙烯-丙烯酸酯-不饱和有机羧酸三元共聚物中的至少一种；
步骤S2、将所述胶膜胚料与热塑性弹性体制成的支撑层相贴合形成复合层；
步骤S3、对所述复合层进行加热加压处理形成复合振膜。
15.根据权利要求14所述的复合振膜的制造方法，其特征在于，在所述步骤S1和所述步骤S2之间还包括在80℃～100℃环境下，对所述胶膜胚料进行干燥的过程。
16.根据权利要求14或15所述的复合振膜的制造方法，其特征在于，在步骤S3中，对所述复合层进行气爆成型形成所述振膜；
其中，在所述气爆成型的过程中，所述胶膜胚料发生交联反应并定型。
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