振膜材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种振膜材料及其制备方法和应用。

背景技术：

蓝牙耳机已经问世很久，虽然小巧轻便，但是由于存在信息传输的延时长、范围窄等问题，仍然有很大一部分用户会选择有线耳机。随着5g，即第五代移动通信技术的发展，关于信息传输的问题将得到解决。蓝牙耳机将具备更短的信号延时，更广的接收范围和更稳定的使用体验，从而大大提高其市场认可度。

由于耳机声音的来源是振膜的振动，因此振膜材料对音质和音色的影响是非常巨大的。想要耳机在高频部分有平坦的频响曲线，就需要减少振膜在高频状态下的分割振动。振膜的刚性越强，在振动中的同一性就越好，分割振动则越弱。但同时，振膜也需要具备较好的阻尼性能以降低其失真水平。

目前市场上的蓝牙耳机所使用的振膜材料主要分为三类：第一类是高分子材料，主要是pet或者peek，高分子材料质量较轻、加工难度较低且具备良好的阻尼性能，但共同的劣势是刚性比较差，杨氏模量较低，音质一般；第二类是金属材料，主要是铝、镁和钛等金属，金属材料的刚性强，但是加工难度大，而且较低的阻尼会导致耳机失真比较严重；第三类是特殊材料，比如部分高端蓝牙耳机会使用石墨烯振膜、铍振膜和金刚石振膜，这类材料的综合性能突出，但是成本高昂且产能较低，无法进行大规模的应用推广。因此，如果有一种材料，可以同时具备高分子材料的高阻尼和金属材料的高模量，同时便于加工、成本低廉，将会是非常优秀的耳机振膜材料。

lcp材料由于其自身的棒状分子结构，是一种刚性较强的高分子材料，非常适合作为振膜材料。授权公告号为cn208581346u的中国专利公开了一种新型高分子液晶振膜，但使用的是未经改性的液晶高分子，在刚性上仍然有提升的空间。玻璃纤维掺杂改性是提升高分子材料刚性的一种低成本、高效率的手段，申请公布号为cn110655792a的中国专利公开了一种适用于5g通信低介电激光成型复合材料及其制备方法，具体公开了一种用螺杆挤出方法制备的玻璃纤维&增韧剂改性lcp材料，但其目的在于改善材料的介电性能而非力/声学性能，并且这种方式无法生产薄膜材料，无法应用于振膜领域。且玻璃纤维的长度一般在50μm以上，直径一般在15μm以上，如果直接混合到lcp之中，若进行吹胀或者流延成膜的话，只能形成单一形态的膜。该薄膜中，玻璃纤维均匀分布，由于薄膜的厚度只有40μm，则玻璃纤维势必会突出薄膜的表面，造成薄膜表面粗糙。而表面过于粗糙则会引起以下问题：会使得薄膜表面很容易沾染污渍灰尘；难以通过常规仪器测量其厚度；粗糙的薄膜表面形态存在较大的波谷，这种波谷对应力集中非常敏感，会降低薄膜的抗蠕变能力，缩短使用寿命，同时还会影响振动形态，损害振膜的音质。

使用薄膜复合的方法可以解决表面粗糙度的问题，但是将多层10μm～15μm的薄膜进行精密的复合，不可避免的会增加工序和成本，还会出现诸如气泡等不良现象。此外，粘结剂的选用也会极大的影响复合膜的厚度和振动形态。因此，如何简单高效地制备三明治型的复合改性膜，是将玻璃纤维改性材料应用在lcp振膜的关键所在。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种振膜材料及其制备方法和应用，振膜材料表面平整光滑，且在高频段振动时能有效抑制分割振动。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种振膜材料，包括如下重量份的原料：lcp溶液100～140份、玻璃纤维粉15～30份、填充剂10～20份、增强剂5～10份和增韧剂5～10份。

本发明采用的另一技术方案为：

振膜材料的制备方法，将lcp溶液、玻璃纤维粉、填充剂、增强剂和增韧剂进行混合，得到改性混合料；在涂覆基底上依次涂覆lcp溶液、改性混合料和lcp溶液，得到lcp中间膜；将所述lcp中间膜在100～250℃条件下进行定型，得到所述振膜材料。

本发明采用的另一技术方案为：

振膜材料的应用，将所述振膜材料应用于5g蓝牙耳机、手机扬声器或电脑扬声器。

本发明的有益效果在于：在lcp溶液中加入玻璃纤维粉进行改性，并搭配合适比例的填充剂、增强剂和增韧剂，可以提高lcp的刚性，保留高分子材料本身的高阻尼和易加工的特性；采取三明治结构的涂覆方法，避免了掺杂玻璃纤维粉所导致的表面粗糙和断裂伸长率降低的问题，并且使得振膜材料具备更强的刚性，使其在高频段振动时能有效抑制分割振动。该振膜材料应用于5g蓝牙耳机可以使耳机具备更好的高频性能；同时，该振膜材料亦可以应用于手机或者电脑扬声器等发声器件，从而提高器件的音质。

附图说明

图1为本发明的振膜材料的频响曲线测试结果。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：在lcp溶液中加入玻璃纤维粉进行改性，并采取三明治结构的涂覆方法，避免了掺杂玻璃纤维粉所导致的表面粗糙和断裂伸长率降低的问题，并且使得振膜具备更强的刚性，使其在高频段振动时能有效抑制分割振动。

一种振膜材料，包括如下重量份的原料：lcp溶液100～140份、玻璃纤维粉15～30份、填充剂10～20份、增强剂5～10份和增韧剂5～10份。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：在lcp溶液中加入玻璃纤维粉进行改性，并搭配合适比例的填充剂、增强剂和增韧剂，可以提高lcp的刚性，保留高分子材料本身的高阻尼和易加工的特性，lcp材料的种类可以根据需要进行选择。

进一步的，所述lcp溶液的固含量为5～20％。

由上述描述可知，lcp溶液的固含量不应较高，较低易于涂膜。

进一步的，所述玻璃纤维粉的长度为50～100μm，直径为15～20μm。

进一步的，所述填充剂为钛白粉、炭黑粉、白炭黑粉和空心玻璃微珠中的至少一种。

由上述描述可知，填充剂的种类可以根据需要进行选择。

进一步的，所述钛白粉、炭黑粉和白炭黑粉的目数大于或等于4800，所述空心玻璃微珠的粒径小于或等于30μm。

进一步的，所述增强剂为云母粉、碳纳米纤维粉、碳纳米管粉和石墨烯粉中的至少一种。

由上述描述可知，增强剂的种类可以根据需要进行选择。

进一步的，所述云母粉的目数大于或等于4800，所述碳纳米纤维粉和碳纳米管粉的长度为5～50μm，所述石墨烯粉的片径为0.5～5μm。

进一步的，所述增韧剂为液体聚硫橡胶、液体丁腈橡胶、cpe和eva中的至少一种。

由上述描述可知，增韧剂的种类可以根据需要进行选择。

本发明涉及的另一技术方案为：

振膜材料的制备方法，将lcp溶液、玻璃纤维粉、填充剂、增强剂和增韧剂进行混合，得到改性混合料；在涂覆基底上依次涂覆lcp溶液、改性混合料和lcp溶液，得到lcp中间膜；将所述lcp中间膜在100～250℃条件下进行定型，得到所述振膜。

由上述描述可知，采取三明治结构的涂覆方法，避免了掺杂玻璃纤维粉所导致的表面粗糙和断裂伸长率降低的问题，并且使得振膜具备更强的刚性，使其在高频段振动时能有效抑制分割振动。

本发明涉及的另一技术方案为：

振膜材料的应用，将所述振膜材料应用于5g蓝牙耳机、手机扬声器或电脑扬声器。

由上述描述可知，该振膜应用于5g蓝牙耳机可以使耳机具备更好的高频性能；同时，该振膜亦可以应用于手机或者电脑扬声器等发声器件，从而提高器件的音质。

实施例一

本发明的实施例一为：

一种振膜材料的制备方法，包括如下步骤：

1、将lcp溶液、玻璃纤维粉、填充剂、增强剂和增韧剂进行混合，得到改性混合料。

本实施例中，所述改性混合料中包括如下重量份的原料：lcp溶液100～140份、玻璃纤维粉15～30份、填充剂10～20份、增强剂5～10份和增韧剂5～10份。所述lcp溶液的固含量为5～20％，lcp材料的种类可以根据需要进行选择。所述玻璃纤维粉的长度为50～100μm，直径为15～20μm。所述填充剂为钛白粉、炭黑粉、白炭黑粉和空心玻璃微珠中的至少一种。所述钛白粉、炭黑粉和白炭黑粉的目数大于或等于4800，所述空心玻璃微珠的粒径小于或等于30μm。所述增强剂为云母粉、碳纳米纤维粉、碳纳米管粉和石墨烯粉中的至少一种。所述云母粉的目数大于或等于4800，所述碳纳米纤维粉和碳纳米管粉的长度为5～50μm，所述石墨烯粉的片径为0.5～5μm。所述增韧剂为液体聚硫橡胶、液体丁腈橡胶、cpe和eva中的至少一种。

混合时，可将各个原料置入离心搅拌器中，以500～3000r/min的转速进行离心分散。

2、在涂覆基底上依次涂覆lcp溶液、改性混合料和lcp溶液，得到lcp中间膜。

涂覆时刮刀深度设定为20～40μm，预固化温度设置为50～150℃，一共涂覆三次。

3、将所述lcp中间膜在100～250℃条件下进行定型，得到所述振膜材料。

定型后，可将振膜材料与涂覆基底进行分离。

实施例二

本发明的实施例二为一种振膜材料的制备方法，与实施例一的不同之处在于：

步骤1中，改性混合料中包括：lcp溶液120份、玻璃纤维粉25份、填充剂10份、增强剂5份和增韧剂5份。lcp溶液的固含量为20％，所述填充剂为钛白粉，所述增强剂为云母粉，所述增韧剂为液体丁腈橡胶。混合时，以800r/min的转速进行离心分散。

步骤2中，涂覆时刮刀的深度为20μm，预固化温度为70℃。

步骤3中，将lcp中间膜在120℃条件下进行定型。

此外，将得到的振膜材料放置于圆形振膜模具上，将气压机的温度设置为200℃，压力设置为0.8mpa，气压得到圆形的耳机振膜。

实施例三

本发明的实施例三为一种振膜材料的制备方法，与实施例一的不同之处在于：

步骤1中，改性混合料中包括：lcp溶液100份、玻璃纤维粉15份、填充剂10份、增强剂5份和增韧剂5份。lcp溶液的固含量为10％，所述填充剂为白炭黑粉，所述增强剂为石墨烯粉，所述增韧剂为液体聚硫橡胶。混合时，以1500r/min的转速进行离心分散。

步骤2中，涂覆时刮刀的深度为30μm，预固化温度为100℃。

步骤3中，将lcp中间膜在150℃条件下进行定型。

将得到的振膜材料与tpu材料进行层压复合，tpu材料的厚度为40μm，层压温度为210℃，压力为1.2mpa，层压后得到扬声器中贴，将扬声器中贴胶结在peek折环上，得到手机扬声器振膜。

实施例四

本发明的实施例四为一种振膜材料的制备方法，与实施例二的不同之处在于：

步骤1中，改性混合料中包括：lcp溶液100份、玻璃纤维粉15份、填充剂20份、增强剂7份和增韧剂7份。lcp溶液的固含量为5％，所述填充剂为钛白粉，所述增强剂为云母粉，所述增韧剂为液体丁腈橡胶。混合时，以500r/min的转速进行离心分散。

步骤2中，涂覆时刮刀的深度为30μm，预固化温度为50℃。

步骤3中，将lcp中间膜在100℃条件下进行定型。

实施例五

本发明的实施例五为一种振膜材料的制备方法，与实施例二的不同之处在于：

步骤1中，改性混合料中包括：lcp溶液140份、玻璃纤维粉30份、填充剂15份、增强剂10份和增韧剂10份。lcp溶液的固含量为15％，所述填充剂为钛白粉，所述增强剂为云母粉，所述增韧剂为液体丁腈橡胶。混合时，以3000r/min的转速进行离心分散。

步骤2中，涂覆时刮刀的深度为40μm，预固化温度为150℃。

步骤3中，将lcp中间膜在250℃条件下进行定型。

实施例六

本发明的实施例六为一种振膜材料的制备方法，与实施例三的不同之处在于：

步骤1中，改性混合料中包括：lcp溶液120份、玻璃纤维粉25份、填充剂15份、增强8份和增韧剂7份。lcp溶液的固含量为5％，所述填充剂为白炭黑粉，所述增强剂为石墨烯粉，所述增韧剂为液体聚硫橡胶。混合时，以500r/min的转速进行离心分散。

步骤2中，涂覆时刮刀的深度为20μm，预固化温度为50℃。

步骤3中，将lcp中间膜在100℃条件下进行定型。

实施例七

本发明的实施例七为一种振膜材料的制备方法，与实施例三的不同之处在于：

步骤1中，改性混合料中包括：lcp溶液140份、玻璃纤维粉30份、填充剂20份、增强10份和增韧剂10份。lcp溶液的固含量为20％，所述填充剂为白炭黑粉，所述增强剂为石墨烯粉，所述增韧剂为液体聚硫橡胶。混合时，以3000r/min的转速进行离心分散。

步骤2中，涂覆时刮刀的深度为40μm，预固化温度为150℃。

步骤3中，将lcp中间膜在250℃条件下进行定型。

对实施例二至实施例七制备得到的振膜材料，使用济南兰光c640膜厚仪进行了厚度测试、根据iso-527-3测试标准进行了弹性模量和断裂伸长率的测试，其测试结果如表1所示。

表1振膜材料的性能测试结果

上表中，lcp纯膜的固含量为9％。

实施例二至实施例七制备得到的振膜材料，由于在两侧均涂覆有lcp溶液，所以其表面光滑，没有明显的颗粒感。从表1可知，实施例二至实施例七制备得到的振膜其弹性模量相较于lcp纯膜有较大幅度的提高，且断裂伸长率降低较少。

此外，对实施例二和实施例三制备得到的振膜材料用于测试频响曲线，其测试结果如图1所示，现有lcp振膜为住友化学vr300。从图中可以看出，实施例二与实施例三的频响曲线基本重合，现有lcp振膜的高频上限为6.5khz，而实施例二和实施例三经玻纤改性后的振膜材料高频上限为9.5khz，并且在5～10khz的频率范围内曲线更加平滑，说明玻纤改性后的振膜材料在高频处的分割振动较弱，音质更好。

实施例四至实施例七的测试结果与实施例二和实施例三类似，在此就不一一赘述。

综上所述，本发明提供的一种振膜材料及其制备方法和应用，通过玻璃纤维对lcp溶液进行改性，且振膜材料采用三层结构，避免了掺杂玻璃纤维粉所导致的表面粗糙和断裂伸长率降低的问题，并且使得振膜材料具备更强的刚性，使其在高频段振动时能有效抑制分割振动。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。