模制树脂元件及其制备方法以及用于扩音器的隔膜的制作方法

专利名称：模制树脂元件及其制备方法以及用于扩音器的隔膜的制作方法
发明
背景技术：
领域本发明涉及一种模制树脂元件，以及其制备方法，和涉及一种用于扩音器的模制树脂隔膜。
背景技术：
通常已知用于扩音器的隔膜由一种模制树脂元件组成。于是，为了使其活塞移动面积(piston movement area)扩大，就要求隔膜具有较大的比模量E/ρ(E弹性模数，ρ密度)以及较大的内部损耗以获得平坦的频率(flat frequency)特性。因而，当该隔膜由一种模制树脂元件组成时，为了改进其弹性模数，在注射成型或成片(sheet forming)过程中，通常采用一种在具有相对较大内部损耗的热塑性树脂中大量填入高模量纤维或填料而成的材料。然而，由于所用添加剂的数量增加，材料的相对密度也因而增大，这就导致了其比模量的增大，并且缩小了在注射成型中树脂条痕的长度，使得其薄型装填(thinly loaded)变得困难。因而，上述较大此模量和较大内部损耗的特性的改进就因此受到了限制。
为了改进比模量，通常采用一种减小其密度的方法。已知在一种由聚合物材料制成的隔膜中，加入化学发泡剂以获得一种模制成型的隔膜。由于发泡，就能使其重量变轻；然而泡沫直径变大则使其杨氏模量骤减，从而就无法达到比模量的改进。此外，发泡后的形状不均一，因此其外观可能没有吸引力，这也是问题之一。近来，有人提出了一种发泡隔膜，其中结合了注射成型、化学发泡、以及增强纤维等工艺。
另一方面，关于树脂模制工艺，微孔(micro cellular)技术是近来才被了解的一种用于成型多孔发泡微孔(pored foamed cell)的方法，其中采用了超临界流体使发泡的微孔以109/cm2或更大的泡沫密度均匀分散。根据该方法，在其强度不发生变质的情况下，也能够制得轻质的模制树脂产品。
专利文献1公开了关于上述微孔技术的工艺。
专利文献2也公开了有关上述发泡隔膜的工艺，其中结合使用了注射成型、化学发泡、以及一种增强纤维。
PCT国际申请的日文翻译文本No.H6-506724[专利文献2]日本公开专利申请No.H8-340594在结合了注射成型、化学发泡、以及一种增强纤维所制成的发泡隔膜中，当进行注射成型时，由于在该隔膜的表层内，微孔在平面厚度方向上纵向发泡，因此对于该表层的增强效果就无法达到。然而，由于化学发泡，每一个发泡的微孔都具有较大的直径，如数百μm，因此要控制其尺寸并且获得其整个平面都均匀发泡的状态就显得极度困难。为了弥补上述的缺陷，还要采用一种增强纤维；然而，该纤维无法起到增强该发泡微孔内部的作用，因此在其比模量的改善方面仍然存在着限制。
另一方面，通过采用该微孔技术获得的片状隔膜已为人们所熟知，其中使用超临界的二氧化碳气体将结晶的热塑性树脂片充满，在压力释放的同时形成一种约为10μm的均一微孔片状物。与通常的发泡树脂片相比，上述的片状隔膜具有均一性，并且具有更佳的外观。但是，因为由例如聚酯树脂单一材料制得的树脂片被用作为未经发泡的结晶树脂，其弹性模数与通常的隔膜材料相比要低，在发泡后，其弹性模数还会进一步降低。因而，尽管其比重较小，其弹性模数却是极大地降低了，当其用作为隔膜时，这就成为了一个问题。
此外，应用这种技术注射成型的隔膜也已为人们熟知。当应用微孔技术时，将二氧化碳气体在一种超临界条件下(在7.4MPa或更高压力下，31℃或更高温度下)注入成型机的料筒(cylinder)内部，以形成一种溶剂树脂(solvent resin)，该树脂中溶解了过饱和二氧化碳，同时伴随着模具内的成型，释放压力以获得微小的泡沫。然而，当例如注射成型一片薄的隔膜时，树脂趋向于迅速固化，因而建议的要在注射成型中形成一种均匀发泡体就变得极度困难。
本发明的目的在于提供一种模制树脂组分以及一种模制树脂扩音器隔膜，其中上述问题都已经得到解决，同时更容易得到轻质的产品，也能获得高质量的比模量，同时刚度也得到了提高。
发明概述在本发明中，将二氧化碳气体在预定的压力下连续加到一种热塑性树脂中，其中该树脂随着树脂的流动方向易于发生结晶以填满模具；在该树脂被填充后，在一定程度上移动该模具以进行注射成型，通过该注射成型形成五层第一和第二发泡层，其每一层都具有接近圆柱形的泡沫，泡沫在模具中树脂的流动方向上其长度为其直径的两倍或更大，一层未经发泡的核心层，它位于两层发泡层中间，以及在其前后表面上形成的未经发泡的表层。
因而，就能够获得较高水平的比模量和刚度以形成一种轻质的模制树脂元件，当其用作扩音器的隔膜时具有更好的特性。
附图简要说明

图1为一个透视图，其显示了根据本发明一个具体实施方式

的隔膜的形状；图2为一个剖视图，其显示了在根据本发明一个具体实施方式

的隔膜的树脂流动方向上的横截面；图3为一个剖视图，其显示了在与根据本发明一个具体实施方式

的隔膜的树脂流动方向相垂直的方向上的横截面；图4为一个说明图，其显示了根据本发明一个具体实施方式

的注射成型机的构造实例；图5为一图表，其显示了关于根据本发明的隔膜以及其他类型隔膜的物理性质(physicality)的测定结果；图6为图2相应的显微图；以及图7为图3相应的显微图。
优选实施方式的描述在下文中，将参照图1到7详细描述本发明的一个具体实施方式

。
作为根据该实施方式的模制树脂元件的一个实例，将对用于本发明扩音器隔膜的实例进行解释。图.1表明该具体实施方式

的隔膜的形状实例。根据该具体实施方式

的隔膜100是一种外径为110mm，内径为30mm，以及厚度为0.30mm的锥形隔膜。当该隔膜形成时，将树脂从位于成型装置中的模具的一个冷浇口(cold gate)通过一个薄膜浇口(film gate)注入，通过采用位于中央部分101上的树脂注射部分101a将树脂均匀地由中央部分101扩展(spread)到细薄的振动部分102上。在这个实例中，采用在树脂流动方向上易于结晶的热塑性树脂作为形成隔膜100的树脂；并且，当树脂进行模制时，通过溶解二氧化碳气体，在树脂本身内形成具有微小泡沫微孔的发泡层，其中该树脂构成隔膜100。形成该发泡层的工艺过程将在下文中进行描述。
图2与图3显示了图1所示的隔膜100的振动部分102的横截面。图2显示了在树脂流动方向、也就是图1所示的X方向上的横截面，以及图3显示了在与树脂流动方向相垂直的方向上、也就是图1所示的Y方向上的横截面。此外，图6为图.2相应的显微图，以及图7为图3相应的显微图。振动部分102的树脂发泡结构具有以下五层在中心形成的未发泡的核心层1，在核心层1的两个表面上的定向轻微发泡层2、3，以及均位于定向轻微发泡层外部的未发泡的表层，并且整个厚度大约为0.1mm到1mm。
在定向轻微发泡层2、3中所形成的每一个发泡微孔均为圆柱状，其直径为50μm或更小、长度为其直径的两倍或更大。特定地，当该横截面在图2的X方向、也就是在成型树脂流动方向上显示时，每个发泡微孔均具有细长的形状；并且，当该横截面在Y方向上显示时，每个发泡微孔均大致为圆形。图3所显示的圆形微孔的直径为50μm或更小。大量的发泡微孔分散在定向轻微发泡部分中，该定向轻微发泡部分构成了该隔膜总厚度的50％或更少。那些发泡微孔仅存在于该定向轻微发泡层2、3中，并且不是在同样也类似的含有二氧化碳气体的核心层1和表层4和5中形成的。
上述圆柱状发泡微孔的产生原理将在下文中得到说明。按照惯例，当制造诸如隔膜的薄型模制产品时，树脂迅速地固化，因而即使二氧化碳气体溶解了，也无法获得足以产生发泡的树脂粘度。然而，当在采用在树脂流动方向上能够便于结晶的热塑性树脂的具体实施方式

，并且晶体取向沿着充填树脂的方向时，该树脂部分则形成原纤维，从而导致所溶解的二氧化碳气体在树脂流动方向上特定地发泡。
当形成诸如隔膜的薄型产品时，只有能够形成晶体定向部分的树脂材料才能够从在树脂流动方向上便于结晶的热塑性树脂材料中被选用。尤其，优选使用含有超高分子聚烯烃或其类似物的聚烯烃，其中该聚烯烃，能够容易地形成结晶层，而且其弹性模数也能够得到极大的提高。特定地，优选主要由聚烯烃组合物制成的树脂，该聚烯烃组合物由在135℃下在萘烷溶液中特性粘数为10到40dl/g的超高分子聚烯烃和在135℃下在萘烷溶液中特性粘数为1到5dl/g的超高分子聚烯烃的多级聚合反应获得。
根据该实施方式的隔膜通过注射成型方法形成。图.4显示了所用的注射成型装置的示意图。采用具有能够以提供的压力注射二氧化碳气体的位于料斗进料(hopper taking)部分13后部的二氧化碳气体注射部分14的注射成型装置，并且将作为成分的树脂从料斗(hopper)中提出在塑化螺杆(plasticization screw)部分11中进行加热和熔化。二氧化碳气体被注入塑化螺杆(plasticization screw)部分11中，然后以熔融状态在塑化料筒(plasticization cylinder)15中渗入树脂中。此时，若由钢瓶16所提供的二氧化碳的压力低于树脂的压力，注射将会变得困难。因而，当测定树脂的压力时，气体的压力需要通过使用增压泵17得到调整并且进行注射。尽管只要二氧化碳处于气态和一种超临界状态或其类似状态，其压力就不专门规定，但对于树脂，二氧化碳的溶解能力仍需要很高，因而优选采用高压。然而，比实际所需更大的压力增加将会引起在所形成产品的表面产生较大的气泡，这是不利的。
由于在高压下溶解了二氧化碳气体的树脂以高速被注射进模具18、19中，当模具关闭时就要在其中施以反压或其类似压力。为了调整模具内的压力，优选地通过将二氧化碳气体由增压泵17送入压力调节气体注射部分20，将其内压力调整至与所注入树脂的压力相等。因此，优选地模具以橡胶或其类似物质进行填封(packing-sealed)，当树脂被注入时以防止所溶解的二氧化碳气体从模具中逸出。
此外，该注射成型装置的夹模机构21采用直接压力型、电动型或其类似种类的液压，并且该夹模机构21能够在树脂被注入后立刻脱模至预定厚度的范围，以此来控制发泡的厚度。在该具体实施方式

中，该注射成型装置为一种高速模压装置，其包括具有最大注射压力为2800kg/cm2、最大注射速度为1500mm/s、以及上升速率为10ms调整值的注射单元。
以下形成根据本发明具体实施方式

制成隔膜的实施例，以及解释其对比实例。
实施例1中采用由超高分子聚烯烃以及其他高分子聚烯烃的多级聚合反应制得的专用聚烯烃树脂(商品名LUBMERL3000，由Mitsui Chemicals制造)，它是在注射成型过程中在其内易于形成定向轻微发泡层的树脂材料之一。将树脂经由料斗12注入，并在塑化螺杆部分11中加热至280℃并熔融；然后将来自钢瓶16的液化二氧化碳气体经由增压泵17加压至6Mpa，并注入塑化螺杆部分11。模具18、19在80℃时以800mm/s的注射速度被树脂注满，保持压力，然后打开模具18、190.2mm以使其冷却，然后取出隔膜。
结果就获得一种优良的模制产品，其中在其外部表面上形成了表层，并且如图2和3所示，整个隔膜都均匀发泡。所得隔膜的厚度为0.49至0.52mm，大致类似于开模的数值，以及确定其膨胀比大约为1.7倍。当在与树脂流动方向相垂直的方向上切开该隔膜并将其显露出来时，圆柱状的发泡微孔在表层下仅仅形成于定向轻微发泡层中，而在核心层中则无法看到该现象。每个发泡微孔沿着树脂流动方向均呈圆柱状，并且其直径为50μm或更小。据了解由于进行高速薄型成型，因而在这个部分也就易于产生晶体定向。
采用实施例1中所用的相同树脂来用于模制，并且当充满树脂后，以0.4mm的量打开该模具以进一步提高其膨胀比。所得隔膜的厚度大约为0.7mm，并且泡沫的形状与实施例1中的相类似。
采用与实施例1和2中所用的相同树脂，并且当充满树脂后，以0.6mm的量打开该模具以模制成型隔膜。尽管由于缩孔(sink)的产生，无法获得具有均一表面的隔膜，但是根据发泡的状态，也能够得到与实施例1和2中相类似的形状。
根据实施例1到3中的结果，认识到即使二氧化碳气体被溶解，树脂还会在不超过预定范围的情况下发泡，并且将能够发泡的部分限定于定向轻微发泡层2和3，当观察其横截面时就能确认这一点。相应地，了解到当树脂的模制厚度为1mm或更小时，在模制时能获得一种有利的发泡条件。
采用实施例1中所用的相同树脂来进行模制成型隔膜，在树脂填充之后，不开模。尽管二氧化碳气体溶解于树脂中，由于其厚度较薄，该树脂未产生任何发泡就固化了。
采用通用聚丙烯树脂(下文中称之为PP)作为在240℃的温度下以及800mm/s的注射速率下的填充材料。与实施例1相似，在将树脂填充之后，将模具以0.2mm的量打开，并释放压力。结果，几乎无法确认发泡现象，其厚度也保持在起始状态的0.3mm；此外，由于模具被打开，其外部表面无法获得均一性。若是在PP中加入云母或其他无机填料形成的体系，其结果与上述一致，并且在高速和高压下的薄型模制成型中无法获得溶解于树脂中的二氧化碳气体的泡沫。
结果，了解当采用溶解有二氧化碳气体的通用树脂材料时，在诸如隔膜的薄模制产品中就无法确认存在发泡现象，因为树脂易于迅速固化。然而，正如本发明的具体实施方式

所表明的，在其内部能够观察到原纤维形成现象的同时伴随着晶体取向的树脂材料易于产生发泡现象。
准备好与上述对比实例中相类似的PP，并在其中干混0.1重量百分比的化学发泡物质以模制成型隔膜。模制成型的温度和模具的温度分别设定为200℃和80℃；然后填充树脂，以及维持压力之后，将模具打开0.2mm以产生泡沫。当在预定的温度下发泡物质通过分解产生氮气时，获得一种约0.5mm的发泡的产品，尽管其外观不尽如人意。当观察其横截面时，发现泡沫的直径为100μm或更大，这不是一个小数值，并且其形状由数个泡沫无规则排列为几乎呈球形。
上述实施例1到3以及对比实例1和3的物理性质通过振动簧片(vibrationreed)方法测定的结果列于图5中。测定的样品为在其树脂流动方向上切割的7mm的隔膜。此外，以对比实例1的未经发泡状态作为参考刚度1，与样品的刚度进行比较。
根据该测定结果，尽管随着膨胀比(开模的量)的增大，实施例1到3的比模量都降低，其刚度却得到极大地增加。相比于此，在PP中加入发泡剂的对比实例3的隔膜则具有较低的比模量和较低的刚度。因而，当采用本发明的该具体实施方式

时，通过选择适当的膨胀比就能获得具有良好性质的隔膜。
应该指出的是在上述实施方式中所给出的说明都是针对扩音器隔膜所使用的模制树脂；然而，当制备其他类型的模制树脂组分时，也可能进行类似的工艺过程并且获得如图2和3所示的处于均一状态的轻微发泡微孔。
根据本发明，在整个模制树脂组分上形成一表层和一核心层的状态下，在这两层之间能够形成轻微发泡微孔，以通过在薄型模制中的晶体取向形成一种定向轻微发泡层，从而获得轻质、高刚度和高比模量的产品。
所以，当将根据本发明获得的模制树脂组分应用于，例如，用于扩音器的一种隔膜时，就能获得诸如隔膜的高共振频率、再生频带(reproductionfrequendy band)的扩展、以及其类似的效果。
参照附图描述过了本发明的优选实施例，应该了解的是本发明并不限于那些具体实施方式

，以及在不背离所附加权利要求所定义的本发明的精神或范围前提下，本领域技术人员对其可进行多种改变和改进。
权利要求
1.一种由在树脂流动方向上易于结晶的热塑性树脂形成的模制树脂元件，其中该元件含有五层横截面结构在前后表面上所形成的未发泡的表层，分别在所述前后表面上的表层下所形成的第一和第二发泡层，其具有大致圆柱状泡沫，该泡沫在模具中树脂流动方向上其长度为其直径的两倍或更大，以及一层位于所述第一与第二发泡层中间的未发泡的核心层。
2.根据权利要求1的模制树脂组分，其特征在于所述的在树脂流动方向上易于结晶的热塑性树脂为一种主要由含有超高分子聚烯烃的聚烯烃组合物组成的树脂材料。
3.根据权利要求1的模制树脂组分，其特征在于所述的第一与第二发泡层是在树脂被模制成型时通过以预定的压力溶解二氧化碳气体而形成的。
4.一种生产模制树脂组分的方法，其特征在于在预定压力下将二氧化碳气体连续加到热塑性树脂中以填充模具，其中该热塑性树脂在其树脂流动方向上易于结晶，以及在所述填充模具之后，通过以某种方式移动模具进行注射成型以形成一种五层结构第一与第二发泡层，其含有大致圆柱状泡沫，该泡沫在模具中树脂流动方向上其长度为其直径的两倍或更大，一层位于所述两个发泡层中间未发泡的核心层，以及在其前后表面上所形成的未发泡的表层。
5.一种制备权利要求4模制树脂组分的方法，其特征在于所述在其树脂流动方向上易于结晶的热塑性树脂为一种主要由含有超高分子聚烯烃的聚烯烃组合物组成的树脂材料。
6.一种由在其树脂流动方向上易于结晶的热塑性树脂形成的扩音器隔膜，其包含五层横截面结构在其前后表面上所形成的未发泡的表层，分别在所述前后表面上的表层下所形成的第一和第二发泡层，其含有大致圆柱状泡沫，该泡沫在模具中树脂流动方向上其长度为其直径的两倍或更大，以及一层位于所述第一与第二发泡层中间未发泡的核心层。
7.根据权利要求6的扩音器隔膜，其特征在于所述的在树脂流动方向上易于结晶的热塑性树脂为一种主要由含有超高分子聚烯烃的聚烯烃组合物组成的树脂材料。
8.根据权利要求6的扩音器隔膜，其特征在于所述的第一与第二发泡层是在树脂被模制成型时通过以预定的压力溶解二氧化碳气体而形成的。
全文摘要
提供一种模制树脂元件和一种扩音器隔膜，在获得高比模量和轻质的重量同时，其刚度也得到了提高。在预定的压力下，将二氧化碳气体加到在其树脂流动方向上易于结晶的热塑性树脂中，以充满模具；并且，在充满树脂后，以某种方式移动模具以进行注射成型，形成五层定向轻微发泡层(2、3)，其含有大致为圆柱状的泡沫，泡沫在模具中树脂流动方向上其长度为其直径的两倍，一层位于该两发泡层之间的未发泡的核心层(1)，以及在其前后表面上形成的未发泡表层(4、5)。
文档编号B32B5/18GK1575038SQ2004100639
公开日2005年2月2日 申请日期2004年6月11日 优先权日2003年6月11日
发明者户仓邦彦, 瓜生胜 申请人:索尼株式会社