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TW201501549A - 用以製造聲學振膜之複合體及聲學振膜 - Google Patents

用以製造聲學振膜之複合體及聲學振膜 Download PDF

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TW201501549A
TW201501549A TW103113395A TW103113395A TW201501549A TW 201501549 A TW201501549 A TW 201501549A TW 103113395 A TW103113395 A TW 103113395A TW 103113395 A TW103113395 A TW 103113395A TW 201501549 A TW201501549 A TW 201501549A
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adhesive
film
diaphragm
composite
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TW103113395A
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Michael Egger
Philip Schultz
Bernhard Muessig
Original Assignee
Tesa Se
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Abstract

本發明係關於一種用於製造聲學振膜之複合體，其中該複合體係包括一層內部載體層及至少二層在該載體層的兩側表面上之黏合劑層，且其中該載體層係由聚芳醚酮膜所構成；更進一步還關於一種用於聲能轉換器之相應的振膜。

Description

用以製造聲學振膜之複合體及聲學振膜
本發明係關於一種適用於製造電聲轉換器用振膜之層複合體，其係包括一層載體層及二層配置在該載體層之表面上的阻尼層。
電聲轉換器(也稱為聲能轉換器)係一種裝置，其將電子信號(也就是電壓)轉換為聲壓(即聲響信號)，反之亦然。聲能轉換器的範例有作為發聲器的揚聲器，以及麥克風，其傳感器及拾音器係做為聲音接收器。
於行動電話、智慧型手機、筆記型電腦、平板電腦、個人數位助理(PDA)及耳機中，發聲器透過所謂的微揚聲器來進行對話、鈴聲、音樂及其它音調與聲音的傳遞。以下應理解，在揚聲器中，由於裝置的尺寸小，內建於其中者也都是小尺寸。而聲響信號即是在其中藉由揚聲器振膜的運動產生，例如藉由機械性驅動音圈。對於此微揚聲器特別在可達到之音量的要求日益增加。由於性能提升與相應的更高的溫度負載，對於此微揚聲器的振膜之熱穩定性與其在熱負荷下的功能性也有更高的要求，因為傳統的振膜材料如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或聚碳酸酯(PC)越來越頻繁的達到其極限。
對於揚聲器振膜之材料的實際要求係具有高彎曲剛性、低厚度以及高內部阻尼。
為了盡可能滿足這些要求，越來越常使用多層積層體來做為揚聲器振膜。於此種多層積層體中組合了硬質塑膠膜與位於這些薄膜之間的軟質聲學阻尼層。聲學阻尼性能與這些層的機械阻尼性能有密切關聯。
因振膜在操作時會因高功率而強力升溫，特別在微揚聲器中(約至少揚聲器尺寸至50mm×30mm×10mm；於市面上一般的微揚聲器尺寸為例如5mm×10mm×2mm與8mm×12mm×2mm)由於其小尺寸，溫度可達到100℃以上，故所使用的外部薄膜不僅要具有高剛性，還必須額外具有良好的耐溫性。做為極適合外部薄膜用之材料，近年已揭示有高性能塑膠聚醚醚酮(PEEK)，其經常在多層積層體中使用做為額外的軟質阻尼層。
基於上述三層積層體，五層積層體中於內部阻尼層插入了另外的內部層。依據所謂的三明治理論，多層積層體按照原則，會因此達到多層或三明治振膜之高彎曲剛性，其中最硬層使用於外側，而軟質內部層則包在其中。因此，硬質PEEK膜總是被使用做為外層，而在現有技術中所提出的內層則明顯較軟。
如EP 2 172 059 A敘述一種五層積層體，其係由二層外側PEEK膜所構成，該等PEEK膜係分別以一層熱塑變形性膠黏劑鋪在絲絨的兩側。其中二個外側PEEK膜發揮的功用係給予積層體高彎曲剛性，同時內部的軟質層(黏合劑、絲絨)則確保積層體良好的內部阻尼。
US 2011/0272208 A中敘述另一種五層積層體。其係由二層外側薄膜層(其中提到，做為外部薄膜層用的材料，除了一些其它塑膠以外還有PEEK)所構成，該等外側薄膜層藉助丙烯酸膠黏劑鋪在PET膜的兩側。依據該說明書，振膜藉由其多層結構，比起由二個外部薄膜層所構成的三層積層體，例如聚芳酯膜(PAR膜)與介於此薄膜之間設置之阻尼黏合劑層，達到了更高的壽命。
而由於聚對苯二甲酸乙二酯的低玻璃轉移溫度(以10K/分鐘的加熱速率，於DSC中為約70℃)，於此材料加熱時會導致大幅的剛性降低，其連帶讓材料越來越軟，並在彈性模數顯示顯著下降(使用做為揚聲器振膜之薄膜材料的剛性係藉由所謂的彈性模數(也叫E-模數或拉伸模數、楊氏模數)來說明，其係以材料變形時應力對應變之比例在線性彈性之範圍來定義)。但聲學振膜本身在使用時即會如上述強烈加熱，所以PET膜在使用時表現為軟質內層，本身在導入塑膠膜後做為產品結構中的中間層而未突破上述穩定層應位於外側而阻尼層應位於內側之三明治理論。因此該說明書的揭示內容還是將PET侷限在做為位於內側的薄膜層之材料。振膜的具體結構之實施例在該說明書中未揭示。
而在PEEK因其對於彎曲剛性之良好特性而被使用在外部層的產品結構中，由於包括使用二個外部PEEK膜而相當昂貴。此外，此振膜的所有其它外向特性都由做為外部材料之PEEK決定。
本發明之課題係尋找另一種產品結構，其成本低廉特別有利生產，但其未失去高彎曲剛性、低厚度以及高內部阻尼的優良特性，較佳實現特性良好地符合各要求。
令人意外地，在使用以PEEK膜做為穩定膜來做為振膜的內部載體層時可解決此課題，且該振膜能特別用於在電聲轉換器使用。已發現僅使用PEEK膜做為中央中間層已足夠讓多層積層體整體不僅部會失去高彎曲剛性，還會有充足的穩定性，讓振膜在使用時有高壽命。其中阻尼特性特別係藉由設置在振膜表面之層，較佳為藉由黏合劑層，特佳為藉由自黏性黏合劑層(也稱為壓敏性黏合劑層)發揮。藉此能提供一種三層複合體做為用於獨立完成五層或多層積層體振膜之構件。
1、3‧‧‧阻尼層
2‧‧‧內部薄膜層
4、5‧‧‧其它薄膜層
A‧‧‧外部硬質層
K‧‧‧阻尼內層
第1圖顯示依據三明治理論之三層積層體。
第2圖顯示依據本發明之三層複合體。
第3圖顯示依據本發明之五層複合體。
因此，本發明係關於一種三層複合體，參照第2圖，其係由一層內部薄膜層(2)與二層配置於此薄膜層表面上之阻尼層(1,3)(其中較佳至少一個阻尼層為黏合劑層，特佳為二個阻尼層均為黏合劑層)，其中內部薄膜層(2)係由聚芳醚酮(PAEK)所構成之層，特別係由聚醚醚酮(PEEK)所構成。
此種三層複合體，特別具有黏合劑層，更佳為自黏性黏合劑層，來作為阻尼層，能適用於製造用於其它用途之五層複合體，或製造使用在例如揚聲器(如微揚聲器)之電聲轉換器用之振膜，具體來說係在兩個外部黏合劑表面(1、3)上配置其它薄膜層(4、5)，藉此產生至少五層之積層體，參照第3圖。
本發明之複合體特別適合使用於具50mm×30mm或更小之尺寸的微揚聲器(特別是極小的微揚聲器)用之振膜之用途，其最大延伸(即其最大延伸方向上的長度)不大於25mm，特別是不大於15mm。
微揚聲器用振膜在其平面延伸上可成形為例如圓形、橢圓形、矩形、正方形或其它。
外部無黏性之三層複合體也能沒有其它外部層地使用於其它用途，或使用來製造用於電聲轉換器之振膜。
甚至可以產生四層積層體並使用於其它用途，或使用來製造用於電聲轉換器之振膜；具體來說係由三層複合體所構成，其中一個阻尼層為黏合劑層，更佳為自黏性黏合劑層。
藉由本發明之結構，可破解三明治理論之整個產品的彎曲剛性係由外部層提供的教示。即使是極堅硬的中間層會對整個產品的阻尼性能有不良影響之假設，也令人驚訝地對本發明之產品設計不成立。
這是目前為止所未預料到的，依據三明治理論，係藉由多層或三明治振膜(在外側使用硬質層並包夾 軟質內層)才實現高彎曲剛性(見上文；參見Plantema,F,J.,1966，Sandwich Construction：The Bending and Buckling of Sandwich Beams,Plates,and Shells，Jon Wiley and Sons，New York；Zenkert,D.，1995，An Introduction to Sandwich Construction，Engineering Materials Advisory Services Ltd,UK；Latin American Journal of Solids and Structures，2012，9，367-381。第1圖顯示依據三明治理論之具有阻尼內層K與二個外部硬質層A之三層積層體)。如上文所述，基於五層積層體之振膜亦係依據像此教示之現有技術，各內部層係設計為不是由耐用的軟質材料(如絲絨)所構成，就是由至少在使用時為軟質的材料(如PET)所構成。基於這個理論，行家未曾使用在較高溫度「硬化」之材料來做為內載體層，特別是由聚芳醚酮如PEEK所構成。PEEK的玻璃轉移溫度係在144℃(DSC，加熱速率10K/min)，明顯高於在US 2011/0272208中所提出的PET膜之玻璃轉移溫度。相較於PET，PEEK膜係在大幅高於振膜於使用時所會產生的溫度才開始顯著軟化。
由一個中央聚芳醚酮膜層(特別是PEEK膜層)與二個配置在此PAEK膜層兩表面上之黏合劑層(特別是自黏性黏合劑層)所構成之三層複合體，呈現出一種雙面膠帶(特別是自黏性膠帶)。以黏合劑做為阻尼層提供以下優點：其一方面(特別是藉由自黏性特性)能使本身良好地固定在載體層上，且另一方面具有所需要的聲學。其顯示，若阻尼層被由相對硬質的薄膜材料(此處為 PAEK載體層，例如PEEK載體層)所構成之插入的中間層中斷，整個系統之良好的阻尼性能也不會明顯減損。
但於使用層狀複合體做為聲能轉換器用振膜 時，對外部的(壓敏)黏著性係不期望的，因為這會導致振膜的作業性變差也會導致其汙染(例如嚴重的灰塵附著)。因此還會使聲學所期待的性能受損。因此，較佳為至少一個，較佳為二個外部黏合劑層被提供有臨時性(也就是可再次撕除的)或永久性覆蓋，而產生四層，特別是五層積層體。
對於三層複合體的作業性，特別是當其需做 為獨立構件分送給顧客，讓顧客以此製作其所期望之振膜時，若在一個或二個黏合劑表面上安裝有臨時性覆蓋，特別是裱紙(例如離型紙、離型膜，或塗布有離型材料(如聚矽氧)之塑膠膜或紙膜)，其具體做為黏合劑層的防護但本身容易再次剝除，則為有利的。藉此使買家能夠原則上自由地選擇最終的外部薄膜，並讓產品做為聲學振膜之用途符合各別期望的使用目的或揚聲器型式。 必需的彎曲剛性、最終呈現的振膜之穩定性以及阻尼性能，已藉由所述三層系統充分滿足，使得能依照所期望之特定的其他產品特性，例如耐溫性或成本考量，來最佳地選擇外部薄膜。
五層積層體，特別是用於製造電聲轉換器用 振膜者，可藉由在二個外側黏合劑層上配置永久性覆蓋層(特別是薄膜層)來得到，在兩側上可選擇相同或不同的覆蓋層。於本發明一實施型態中，此永久性層係在剝除臨時性覆蓋後鋪上。
電聲轉換器用振膜(特別是揚聲器振膜)之製 造，主要係藉由多層積層體之壓印成型或深抽成型來進行，藉此帶給此積層體既定的三維形狀。為此，多層積層體被剪裁為例如所期望的尺寸，然後放入熱成型機。 接下來，積層體於熱成型機中加熱，然後藉由施加壓力及/或真空壓成最終振膜的形狀。
結果證明，使用僅一層中央PAEK層，較佳 為PEEK層，已給予積層體充足的高剛性，使得複合體中做為外側層可使用多種不同的甚至是具有低剛性之材料。其所具有的優點為一方面振膜的聲學特性可以非常有彈性的調整，同時兩個極昂貴的外部薄膜可更換為成本低廉的薄膜，讓整個積層體的成本降低。
基於PAEK膜(如PEEK膜)的高剛性，即使在 較高的溫度也能使用極薄的薄膜作為載體膜，並且還是確保複合體有充足的穩定性。藉由使用特別是薄的、兩側塗布有黏合劑之PEEK膜，能以此藉由積層不同的層，以簡單的方式輕鬆製造大量不同的具有客製的聲學特性之多層積層體。其中PAEK膜(特別是PEEK膜)負責積層體的高剛性，而二個在薄膜兩側的黏合劑層同時確保積層體必需的高內部阻尼。
於一較佳實施型態中，作用為載體層之PAEK 膜具有的厚度為1至50μm，更佳為1至30μm，特佳為2至25μm；及/或黏合劑層彼此獨立具有的厚度各在1至100μm之範圍，較佳係在1至50μm之範圍，特佳係在2至40μm之範圍。雖然黏合劑層厚度能彼此獨立的 選擇，但此種其中二個黏合劑層之厚度係選自上述範圍的相同值之三層積層體，具體來說為對稱膠帶，係顯示出特別適合應用或用於製造聲學振膜用五層積層體。
因此本發明之目標係進一步特別為一種由在兩側安裝有黏合劑層之(特別是薄的)PEEK膜所構成之複合體(參照第2圖)，其中：-中央PEEK膜(2)之厚度係達1~50μm，較佳係達1~30μm，特佳係達2~25μm，且-黏合劑層(1)與(3)之厚度係彼此獨立地達1~100μm，較佳係達1~50μm，特佳係達2~40μm。
於中央PAEK膜(特別是PEEK膜)的兩側上的黏合劑，較佳為自黏性黏合劑。做為自黏性黏合劑，與壓敏性黏合劑(PSA，壓力敏感性黏合劑)同義，係特指一種聚合物質，其(視需要藉由添加其它成分，例如增黏樹脂)在使用溫度(除非另外定義，否則均在室溫)具長時間黏性並能永久性黏合，並在與多種表面接觸時黏附於其上，特別是立即黏附(具有所謂的「黏附性(tack)」(黏性或觸黏性))。其能夠在使用溫度下沒有藉由溶劑或熱度而活化(但通常或多或少藉由高壓影響而活化)就與欲黏合之基材充分交聯，而藉此能在聚合物質與基材之間對於黏結構成充足的交換效果。影響此過程的影響參數係包括壓力與接觸時間。而壓敏性黏合劑的特殊特性則要歸因於特別是包括其黏彈性特性。
於較佳方式中，黏合劑層係使用丙烯酸酯壓敏性黏合劑。此黏合劑的基礎聚合物係由丙烯酸單體所構成之 聚合物(以下具體來說丙烯酸與甲基丙烯酸係理解為所述酸之酯類以及所述酸之可共聚之其它衍生物)，其中在聚合反應時係至少使用一定量的丙烯酸單體(視需要與其它共聚單體一起)，藉此實質決定黏合劑的特性。故可使用例如在聚合反應中具有的丙烯酸單體比例為至少50重量%、至少80重量%或100重量%(純丙烯酸酯系統)之壓敏性黏合劑。
其它行家所熟知的黏合劑也是可行的，並依 據本發明之目的使用。在兩側上的黏合劑可為相同的或彼此不同的。
要製造由基於裝備有雙面黏性的PAEK膜(特 別是PEEK膜)的多層積層體所構成之振膜，可使用例如將另一種耐高溫性塑膠膜積層在兩側，也就是在各黏合劑表面上之方法。符合的薄膜材料包括例如：聚芳酯(PAR)、聚醚醯亞胺(PEI)、聚芳基碸(例如聚苯碸(PPSU)與聚醚碸(PES))。作為一個或二個外側薄膜之薄膜材料，也可為例如：聚苯硫醚(PPS)、聚2,6-萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚醯亞胺(PI)與聚碸(PSU)。原則上當然也可選擇聚芳醚酮(如PEEK)做為一個或二個外側薄膜層。此外可依照所要求的產品來製造多層積層體，其中內部三層複合體之二個黏合劑層係以塗料、絲絨或織物覆蓋在外部側。
外部薄膜層的厚度較佳可彼此獨立地選自1 至50μm，更佳為選自1至30μm，特佳為選自2至25μm，對於要製造構成為對稱之振膜也是一樣。
本發明之三層複合體的範例係在厚度6μm的PEEK膜(Victrex之商品名Aptiv 2000-006G)上，於薄膜的兩側塗布有12μm厚的丙烯酸酯壓敏性黏合劑而得。此複合體接下來在兩側分別積層厚度6μm之PAR膜(Lofo公司之Aryphan N681 EM)。
此積層體藉由一般的壓印製程帶出振膜外型(矩形，17mm x 13mm，壓印前厚度42μm)，並依照一般的製造方式以此做出微揚聲器。該微揚聲器相較於以相同方式製成之具有市售可得的PAR-丙烯酸酯層-PAR-三層振膜(比較振膜1)之微揚聲器，係在使用測試中沒有聲學特性上的缺點，但相較於比較振膜1係具有更高的壽命。而與以依據US 2011/0272208 A(具有外部PEEK膜；內部PET層之厚度為6μm，黏合劑層係分別厚度12μm之丙烯酸酯黏合劑，選擇與本發明之待測振膜相同的方式製造比較振膜，外側PEEK膜分別為6μm；比較振膜2)之振膜所製成的微揚聲器相比，其在顧客使用測試中表現出更均勻的頻率響應以及較低的失真因數，且振膜製造成本也更低廉。
1、3‧‧‧阻尼層
2‧‧‧內部薄膜層

Claims (12)

  1. 一種用於製造聲學振膜之複合體，其中複合體係包括一層內部載體層及至少二層在該載體層的兩側表面上之黏合劑層，其特徵在於：該載體層係由聚芳醚酮膜所構成之層。
  2. 如請求項1之複合體，其中該聚芳醚酮膜係聚醚醚酮膜。
  3. 如上述請求項中任一項之複合體，其中至少一層黏合劑層為自黏性黏合劑層。
  4. 如上述請求項中任一項之複合體，其中二層黏合劑層均為自黏性黏合劑層。
  5. 如上述請求項中任一項之複合體，其中至少一層黏合劑層之黏合劑，特別是二層黏合劑層之黏合劑，係丙烯酸酯黏合劑。
  6. 如上述請求項中任一項之複合體，其中該內部PAEK膜層之厚度係達1至50μm，較佳係達1至30μm，特佳係達2~25μm，及/或該等黏著劑層之厚度係彼此獨立地達1至100μm，較佳係達1至50μm，特佳係達2至40μm。
  7. 如上述請求項中任一項之複合體，其中在黏合劑層的二個外側表面中的至少一個表面上，特別是二個表面上，係配置有裱紙。
  8. 如上述請求項中任一項之複合體，其中在黏合劑層的二個外側表面中的至少一個表面上，特別是二個表面上，係進一步配置有塑膠膜。
  9. 如請求項8之複合體，其中該等外側塑膠膜之厚度係彼此獨立地達1至50μm，較佳係達1至30μm，特佳係達2至25μm。
  10. 如上述請求項中任一項之複合體，其產品結構的層厚度及/或其層之組成係對稱的。
  11. 一種用於電聲轉換器之振膜，特別是揚聲器振膜，其係得自如上述請求項中任一項之複合體之壓印成型或深抽成型。
  12. 一種如請求項11之振膜之用途，其係用於製造電聲轉換器，特別是用於製造揚聲器。
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