一种扬声器用碳纤纸盆的制备方法
技术领域
本发明属于扬声器制造技术领域，具体涉及一种扬声器用碳纤纸盆的制备方法。
背景技术
纸盆是扬声器振动系统的关键部件，纸盆的性能在很大程度上决定了扬声器的有效频率范围、失真性能以及音质。但是纸质材料普遍存在刚性不足的问题，会使扬声器在高频振动时出现分割振动，影响扬声器的性能。而且传统的纸盆制备工序繁琐，所制备的纸盆厚度、密度等参数偏差较大。碳纤维具有高杨氏模量、高强度、轻质等优点，近年来，越来越多的人选择在纸盆中加入碳纤维来改善纸盆的刚性，如在抄纸时加入短切碳纤维、在纸盆上复合一层碳纤面、用碳纤编织布热压纸盆等。
CN105530575A公开了一种扬声器用高强度耐湿性纸盆，其通过聚偏氟乙烯、碳纤维和天然乳胶的组合，使得纸盆具有优秀的结构强度、耐腐蚀性能和耐疲劳性能，使扬声器可以长期在全频段保有较好的饱满度，从而极大地抑制了扬声器的失真。然而，所述的纸盆主要材料为聚偏氟乙烯，原料成本高，加工困难，其音质和阻尼特性也不如主要材料为纸张纤维的纸盆。
CN109218932A公开了一种碳纤布与纸浆抄纸复合盆，是由碳纤维编织布浸树脂初步成型后，再放到抄纸模具上，与抄纸的湿纸浆压合烘干形成复合纸盆。可以使纸盆兼具碳纤维的刚性和纸纤维的阻尼。这种方法的不足之处是所制备的纸盆受到碳纤布固有厚度的限制，无法生产口径较小、厚度较薄的纸盆。而且碳纤布和纸张纤维之间的结合力较弱，扬声器在高强度条件下工作时存在纸盆分层的隐患。
CN203675307U公开了一种用于扬声器的纸盆，该纸盆的椎体上设有碳纤面，纸盆椎体和碳纤面通过贴合固定。可以有效克服扬声器纸盆易折断、高失真的缺陷。这种方法的不足之处是难以保证碳纤面均匀地贴合在纸盆椎体表面，对加工精准度要求较高。而且这种方法并没有对纸盆的整体刚性起到提升作用。
因此，开发一种能够增强碳纤维和纸张纤维结合强度，同时加工精准度高的碳纤纸盆的制备方法是本领域目前研究的重点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种扬声器用碳纤纸盆的制备方法。所述制备方法增强碳纤维和纸张纤维结合强度，制备得到纸盆刚性好，可以避免扬声器在高频振动时出现分割振动，纸盆比模量高，可以使扬声器具有较好的瞬态响应性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种扬声器用碳纤纸盆的制备方法，所述扬声器用碳纤纸盆的制备方法包括以下步骤：
(1)将碳纤纸浸润在树脂溶液中并进行干燥，得到树脂改性碳纤纸；
(2)将步骤(1)得到的树脂改性碳纤纸上开设冲料孔；
(3)将步骤(2)开设冲料孔后的树脂改性碳纤纸热压；
(4)将步骤(3)热压后的树脂改性碳纤纸冲贯穿孔，得到所述扬声器用碳纤纸盆。
在本发明中，通过碳纤纸浸润树脂后热压成型制备纸盆，碳纤纸和浸润树脂的协同增效作用，共同提升纸盆的强度，从而提高纸盆的刚性，以避免扬声器在高频振动时出现分割振动，同时提高纸盆的比模量，可以使扬声器具有较好的瞬态响应性。此外，本发明在热压前添加步骤开设冲料孔的步骤，为后续碳纤纸的热压加工预留形变空间，使碳纤纸盆成型的过程中不易破损。
优选地，步骤(1)所述碳纤纸和树脂溶液的质量比为1:(1-2)，例如可以是1:1、1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.4、1:1.5、1:1.6、1:1.7、1:1.8、1:1.9、1:2等。
优选地，所述树脂溶液包括树脂和溶剂。
优选地，所述树脂和溶剂的质量比为(3-5):10，例如可以是3:10、3.2:10、3.4:10、3.6:10、3.8:10、4:10、4.2:10、4.4:10、4.6:10、4.8:10、5:10等。
优选地，所述树脂选自丙烯酸树脂、酚醛树脂或环氧树脂中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述树脂为丙烯酸树脂和酚醛树脂的组合，所述丙烯酸树脂和酚醛树脂质量比为(3-6):(1-4)；
其中，“3-6”可以是3、3.5、4、4.5、5、5.5、6等；
其中，“1-4”可以是1、1.5、2、2.5、3、3.5、4等。
优选地，所述树脂为丙烯酸树脂和环氧树脂的组合，所述丙烯酸树脂和酚醛树脂质量比为(1-3):(1-4)；
其中，“1-3”可以是1、1.5、2、2.5、3等；
其中，“1-4”可以是1、1.5、2、2.5、3、3.5、4等。
在本发明优选的树脂组合中进行浸润能够进一步提高增加碳纤纸的延展性，从而保证在热压碳纤纸盆的过程中可以有效地均匀碳纤纸在各个位置的厚度，并且可以降低破损的可能性。
优选地，所述溶剂为乙醇。
优选地，步骤(1)所述浸润的时间为20-40min，例如可以是20min、25min、30min、35min、40min等，所述浸润的温度为20-30℃，例如可以是20℃、22℃、24℃、26℃、28℃、30℃等。
优选地，步骤(1)所述干燥为风干，所述风干的温度为10-30℃，例如可以是10℃、15℃、20℃、25℃、30℃等，所述风干的时间为2-5h，例如可以是2h、2.5h、3h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h等。
优选地，步骤(1)干燥得到的树脂改性碳纤纸的含液量为25-50wt％，例如可以是25wt％、30wt％、35wt％、40wt％、45wt％、50wt％等。
在本发明中，步骤(1)干燥得到的树脂改性碳纤纸需要保留一定的含液量，所述含液量为树脂溶液占树脂改性碳纤纸的含量，保证含液量为25-50wt％，可以保证树脂改性碳纤纸表干，这样既能避免热压时粘住模具，又能保证开设冲料孔时，不会因为碳纤维的脆性，导致碳纤纸盆成型的过程中破损，得到纸盆的成型效果最佳。
优选地，步骤(2)所述贯穿孔的中心与步骤(4)所述贯穿孔的中心重合；
优选地，步骤(2)所述贯穿孔的直径小于步骤(4)所述贯穿孔的直径。
优选地，步骤(3)所述热压的温度为120-180℃，例如可以是120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃等。
优选地，所述扬声器用碳纤纸盆的制备方法包括以下步骤：
(1)将碳纤纸于20-30℃下在树脂溶液中浸润20-40min后，在10-30℃下风干2-5h，得到含液量为25-50wt％的树脂改性碳纤纸；
(2)将步骤(1)得到的树脂改性碳纤纸上开设冲料孔，所述贯穿孔的中心与步骤(4)所述贯穿孔的中心重合，所述贯穿孔的直径小于步骤(4)所述贯穿孔的直径；
(3)将步骤(2)开设冲料孔后的树脂改性碳纤纸在120-180℃下进行热压；
(4)将步骤(3)热压后的树脂改性碳纤纸冲贯穿孔，得到所述扬声器用碳纤纸盆。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述制备方法增强碳纤维和纸张纤维结合强度，制备得到纸盆，纸盆模量高，质量轻，应用于扬声器时，可以避免扬声器在高频时出现分割振动，同时具有较高的灵敏度；
(2)本发明所述制备方法简单，制备的纸盆性能稳定可靠，大规模生产时仍能保证一致性；
(3)由本发明所述制备方法制备得到的扬声器用碳纤纸盆杨氏模量为5.1-7.2GPa，比模量为8.0-10.5m，纸盆成型效果优良。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
以下实施例中各组分来源如下所示：碳纤纸为PAN基短切碳纤维和针叶木浆采用湿法无纺工艺制备而成，克重80g/m2，其型号为TFZ004，购买于东莞市通福正电子有限公司；环氧树脂型号为SA-6077H，购买于广州市台佳工业材料有限公司；酚醛树脂型号为803L，购买于广州市乾亦元合成材料科技有限公司；丙烯酸树脂型号为DJ-17，购买于江苏东禾电声配件有限公司。
实施例1
本实施例提供一种扬声器用碳纤纸盆的制备方法，所述扬声器用碳纤纸盆的制备方法包括以下步骤：
(1)将100份的碳纤纸于25℃下在135份的树脂溶液中浸润30min后，在20℃下风干3h，得到含液量为35wt％的树脂改性碳纤纸；所述树脂溶液按重量份数计包括：丙烯酸树脂30份，酚醛树脂5份，乙醇100份；
(2)将步骤(1)得到的树脂改性碳纤纸上开设冲料孔，所述贯穿孔的中心与步骤(4)所述贯穿孔的中心重合，所述贯穿孔的直径小于步骤(4)所述贯穿孔的直径；
(3)将步骤(2)开设冲料孔后的树脂改性碳纤纸在160℃下进行热压；
(4)将步骤(3)热压后的树脂改性碳纤纸冲贯穿孔，得到所述扬声器用碳纤纸盆。
实施例2
本实施例提供一种扬声器用碳纤纸盆的制备方法，所述扬声器用碳纤纸盆的制备方法包括以下步骤：
(1)将100份的碳纤纸于25℃下在135份的树脂溶液中浸润30min后，在30℃下风干3h，得到含液量为25wt％的树脂改性碳纤纸；所述树脂溶液按重量份数计包括：丙烯酸树脂20份，酚醛树脂15份，乙醇100份；
(2)将步骤(1)得到的树脂改性碳纤纸上开设冲料孔，所述贯穿孔的中心与步骤(4)所述贯穿孔的中心重合，所述贯穿孔的直径小于步骤(4)所述贯穿孔的直径；
(3)将步骤(2)开设冲料孔后的树脂改性碳纤纸在150℃下进行热压；
(4)将步骤(3)热压后的树脂改性碳纤纸冲贯穿孔，得到所述扬声器用碳纤纸盆。
实施例3
本实施例提供一种扬声器用碳纤纸盆的制备方法，所述扬声器用碳纤纸盆的制备方法包括以下步骤：
(1)将100份的碳纤纸于25℃下在135份的树脂溶液中浸润30min后，在20℃下风干3h，得到含液量为40wt％的树脂改性碳纤纸；所述树脂溶液按重量份数计包括：丙烯酸树脂15份，酚醛树脂20份，乙醇100份；
(2)将步骤(1)得到的树脂改性碳纤纸上开设冲料孔，所述贯穿孔的中心与步骤(4)所述贯穿孔的中心重合，所述贯穿孔的直径小于步骤(4)所述贯穿孔的直径；
(3)将步骤(2)开设冲料孔后的树脂改性碳纤纸在140℃下进行热压；
(4)将步骤(3)热压后的树脂改性碳纤纸冲贯穿孔，得到所述扬声器用碳纤纸盆。
实施例4
本实施例提供一种扬声器用碳纤纸盆的制备方法，所述扬声器用碳纤纸盆的制备方法包括以下步骤：
(1)将100份的碳纤纸于20℃下在140份的树脂溶液中浸润30min后，在20℃下风干4h，得到含液量为45wt％的树脂改性碳纤纸；所述树脂溶液按重量份数计包括：丙烯酸树脂30份，环氧树脂10份，乙醇100份；
(2)将步骤(1)得到的树脂改性碳纤纸上开设冲料孔，所述贯穿孔的中心与步骤(4)所述贯穿孔的中心重合，所述贯穿孔的直径小于步骤(4)所述贯穿孔的直径；
(3)将步骤(2)开设冲料孔后的树脂改性碳纤纸在140℃下进行热压；
(4)将步骤(3)热压后的树脂改性碳纤纸冲贯穿孔，得到所述扬声器用碳纤纸盆。
实施例5
本实施例提供一种扬声器用碳纤纸盆的制备方法，所述扬声器用碳纤纸盆的制备方法包括以下步骤：
(1)将100份的碳纤纸于20℃下在140份的树脂溶液中浸润30min后，在20℃下风干4h，得到含液量为45wt％的树脂改性碳纤纸；所述树脂溶液按重量份数计包括：丙烯酸树脂10份，环氧树脂30份，乙醇100份；
(2)将步骤(1)得到的树脂改性碳纤纸上开设冲料孔，所述贯穿孔的中心与步骤(4)所述贯穿孔的中心重合，所述贯穿孔的直径小于步骤(4)所述贯穿孔的直径；
(3)将步骤(2)开设冲料孔后的树脂改性碳纤纸在140℃下进行热压；
(4)将步骤(3)热压后的树脂改性碳纤纸冲贯穿孔，得到所述扬声器用碳纤纸盆。
实施例6
本实施例提供一种扬声器用碳纤纸盆的制备方法，与实施例1的区别仅在于，所述树脂溶液按重量份数计包括：丙烯酸树脂35份，乙醇100份，其他步骤与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供一种扬声器用碳纤纸盆的制备方法，与实施例1的区别仅在于，所述树脂溶液按重量份数计包括：酚醛树脂35份，乙醇100份，其他步骤与实施例1相同。
实施例8
本实施例提供一种扬声器用碳纤纸盆的制备方法，与实施例4的区别仅在于，所述树脂溶液按重量份数计包括：环氧树脂40份，乙醇100份，其他步骤与实施例1相同。
实施例9
本实施例提供一种扬声器用碳纤纸盆的制备方法，与实施例1的区别仅在于，步骤(1)所述风干时间为1h，得到含液量为60wt％的树脂改性碳纤纸，其他步骤与实施例1相同；
实施例9的扬声器用碳纤纸盆在制备过程中与模具粘粘，纸盆破损，无法成型。
实施例10
本实施例提供一种扬声器用碳纤纸盆的制备方法，与实施例1的区别仅在于，步骤(1)所述风干时间为6h，得到含液量为20wt％的树脂改性碳纤纸，其他步骤与实施例1相同。
实施例11
本实施例提供一种扬声器用碳纤纸盆的制备方法，与实施例1的区别仅在于，步骤(1)所述碳纤纸含量为150份，其他步骤与实施例1相同。
实施例12
本实施例提供一种扬声器用碳纤纸盆的制备方法，与实施例1的区别仅在于，步骤(1)所述碳纤纸含量为60份，其他步骤与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供一种扬声器用纸盆的制备方法，与实施例1的区别仅在于，将碳纤纸替换为克重为80g/m2的针叶木浆纸，其他步骤与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供一种扬声器用纸盆的制备方法，与实施例1的区别仅在于，不将碳纤纸浸润在树脂溶液中，直接进行步骤(2)在碳纤纸上开设冲料孔，其他步骤与实施例1相同。
对比例3
本对比例提供一种扬声器用纸盆的制备方法，与实施例1的区别仅在于，不进行步骤(2)在得到的树脂改性碳纤纸上开设冲料孔，而直接将步骤(1)得到树脂改性碳纤纸进行热压，其他步骤与实施例1相同；
对比例3的扬声器用碳纤纸盆在制备过程中由于材料延展性不够，导致该纸盆破损，无法成型。
性能测试
对上述实施例1-8、10-12和对比例1-2制备得到的各扬声器用纸盆进行性能测试，其中杨氏模量的测试方法参考自《扬声器振膜杨氏模量和损耗因数装置的研发》，比模量为杨氏模量与密度的比值；纸盆成型效果，其中“优”代表纸盆外径、中孔、高度尺寸合格合格，胴体表面平整，无褶皱，无破损；“良”代表纸盆外径、中孔、高度尺寸合格，胴体表面有轻微褶皱，无破损；“差”代表纸盆外径、中孔、高度尺寸不合格，胴体表面有轻微褶皱，无破损；“无法成型”代表纸盆有破损时均判定为无法成型；
具体测试结果如表1所示(“——”代表纸盆在热压时破损，无法成型)：
表1
由表1测试数据可知，由本发明所述制备方法制备得到的扬声器用碳纤纸盆杨氏模量为5.1-7.2GPa，比模量为8.0-10.5m，纸盆成型效果优良。说明本发明中，通过碳纤纸浸润树脂后热压成型制备纸盆，碳纤纸和浸润树脂的协同增效作用，共同提升纸盆的强度，从而提高纸盆的刚性，以避免扬声器在高频振动时出现分割振动，同时提高纸盆的比模量，可以使扬声器具有较好的瞬态响应性。此外，本发明在热压前添加步骤开设冲料孔的步骤，为后续碳纤纸的热压加工预留形变空间，使碳纤纸盆成型的过程中不易破损。
由实施例1和实施例6-8的对比可知，当使用丙烯酸树脂和酚醛树脂复配、或丙烯酸树脂和环氧树脂复配作为碳纤维纸的浸渍液时，可以兼顾纸盆的刚性和成型效果。当只用丙烯酸树脂时，纸盆的成型效果很好，但是刚性不足，只用酚醛树脂或环氧树脂时，纸盆的刚性较好，但是成型效果较差。
由实施例1和实施例9、10的对比可知，步骤(1)干燥得到的树脂改性碳纤纸需要保留一定的含液量，且需含液量为25-50wt％，这样既能避免热压时粘住模具，又能保证开设冲料孔时，不会因为碳纤维的脆性，导致碳纤纸盆成型的过程中破损，得到纸盆的成型效果最佳。
由实施例1和对比例1的对比可知，当用克重为80g/m2的针叶木浆纸代替碳纤维纸时，纸盆的刚性下降明显。由实施例1和对比例2的对比可知，不将碳纤纸在树脂溶液中浸润，直接在碳纤纸上开设冲料孔，碳纤维和纸张纤维的结合强度低，而且碳纤维的脆性，导致碳纤纸盆成型的过程中破损，得到纸盆的成型效果最佳。由实施例1和对比例3的对比可知，不在得到的树脂改性碳纤纸上开设冲料孔，而直接进行热压，纸盆在热压时会破损，无法成型。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明所述扬声器用碳纤纸盆的制备方法，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
