专利名称：扬声器棱边,其发泡成型方法,生产扬声器棱边的装置和系统以及包括该棱边的扬声器的制作方法
技术领域：
本发明的领域本发明涉及一种扬声器棱边，其被安置在扬声器的振动板(即锥形体)周围并且邻接框架的内周边以便保持振动板在其正确的位置，在那里不妨碍它自由振动。尤其，本发明涉及使用热固性组合物生产的扬声器棱边和机械发泡装置，还涉及发泡成型方法和系统以及发泡成型装置，它们全部被设计用来生产扬声器棱边。
在一些情况下，现有技术扬声器棱边7a由硫化橡胶泡沫形成。在其它情况下，热塑性树脂如丙烯酸系聚合物，聚碳酸酯，聚氨酯，聚酯，聚烯烃或类似物在各振动板7的周边熔融和注塑。另外，发泡的聚氨酯块料切割成厚板，各自随后切成既定厚度的薄片以便在模具中加热和压缩，获得扬声器棱边7a。
当注塑扬声器棱边7a时，熔融的热塑性树脂将保持在大约200℃到300℃的高温下。因此，用该棱边粘结和做成整体的振动板7在一对模具段41和42内易于经受热劣化。
其它问题是硫化泡沫橡胶不能提供足够高的发泡比率，因此增加了扬声器棱边和结合于其上的振动板的总重量。在这种情况下，频率-声压性能将变得比重量更轻的那些差。另外，这种硫化泡沫橡胶的扬声器棱边不得不使用高度复杂的粘合技术粘附于振动板，尽管如此，在粘附过程中还是遇到了困难。
图10图示了其弓形部分具有基底7b的扬声器棱边7a’(下文称为“聚氨酯泡沫板材/片材的热压缩制品”)。各基底7b的后角(凸钝角)在模具内的压缩过程中被热拉伸而具有较低的密度。因此，各基底7b的前(凹进)角由于压缩而密度变得更高。在前角和后角或表面层之间产生的这种密度的不均匀已经不希望地损害了强度和耐久性。这种扬声器棱边7a’的内周边与振动板7的周边共同振动，但所述棱边7a’的外周边被框架16保持在原位。结果，材料的疲劳只在与框架16相邻的那些基底7b之一中进行。各弓形部分基底的变薄区域7c在强度上未必是令人满意的。
聚氨酯泡沫的各板材由于发泡方法本身而在各区域之间具有不匀度。对应于所述板材中的区域，从用于形成聚氨酯泡沫的热压缩制品7a’的这种板材切取的片材不可避免地在密度上有所不同。因此，包括各自由那些板片组成的热压缩扬声器棱边7a’的扬声器1在它们的最低共振频率f。上具有明显的不同，从而改变了它们的质量或性能。例如，用100件样品测量的f。的变化发现为±15Hz。
图18是由图10中所示的板片117制成的热压缩扬声器棱边7a’的放大横断面图。如在图18中所示，表面层在热压缩模塑过程中已被压低，使得在所述层中的空隙泡孔瘪泡，产生了更硬和更致密的表皮68。在该表皮和内层规则发泡芯之间可以辨认出明显的边界。越过该边界，物理性能急剧变化，增加了共振的幅度和引起了音色的失真。
在图3中将看到热压缩板材/片材制品7a’的内部结构，它是使用60倍放大的显微镜拍摄的照片。在该照片和显示本发明的扬声器棱边7a的相同放大的另一显微镜照片的图2之间发现了令人惊奇的视觉差别。
在汽车门或类似物中安装的扬声器必须是防水的，而聚氨酯板材从它们的外表面吸收水。热压缩的聚氨酯板片的现有技术扬声器棱边7a’因此不是充分防水的。为了解决该缺陷，已经建议用氟化物树脂涂布扬声器棱边的表面。然而，鉴于那些现有技术扬声器棱边的开孔结构，应该避免任何过厚的涂层，因为这会使得氟化物树脂堵塞泡孔开口。因此，尽管显著增加了生产成本，但没有获得任何令人满意的防水罩面漆。
先前的日本专利申请No.11-61879公开了所述现有技术扬声器棱边的改进。根据该建议，将包括异氰酸酯和多元醇的双液体反应性组合物经搅拌混合机给至模具的一对阳模和阴模。在该模具内，两种成分例如在大约60℃下彼此反应以发泡和固化。由于这样一种低温，扬声器棱边模塑成型的各个循环必需不希望的长时间，例如2分钟。此外，双液体成分一旦一起共混，将很快固化，使得混合机被它们堵塞，除非立即转移到模具中。工艺管理，包括间断操作的工艺控制因此变得复杂和麻烦。双液体类原材料对环境条件如湿度敏感，使得发泡比在批料或批量之间往往会变化，很难确保均匀的质量。
本发明的公开鉴于在现有技术扬声器棱边及其现有技术制备方法中固有的缺陷，做出了本发明。这里提供的新型扬声器棱边由属于主成分的混合物的热固性组合物制成，其中主成分是聚氨酯预聚物和潜硬化剂，以及潜硬化剂是钝化固体多胺。在扬声器棱边的生产中，在将热固性组合物给入加热至临界热固性温度之下的温度的阴模之前，将气体分散在该组合物中。随后，将预先加热至临界温度之上的更高温度的阳模压合和装配在阴模上，使得各成分彼此反应以在模具内固化。换句话说，本发明中的热固性组合物属于单液体型，并且能够利用机械分散在所述组合物中的气体自发泡，从而它能够在主振动板周围直接模塑成型，以便在其周边发泡和固化。
本发明的这种单液体型热固性组合物能够连续或间歇注入模具中，并且比专利申请No.11-061879的情况平稳得多。模塑方法的间断能够更容易和在任何想要的时间进行控制。组合物不必在共混异氰酸酯和多元醇的步骤之后立即给至模具中，从而减少了原料损失。在被分开的模制品周围没有产生溢料或浪费，使得现在能够减少原材料的消耗和在模塑方法中不需任何附加控制，也降低了生产成本。热固化在加热至临界温度以上的温度时立即发生，获得了质量均匀的扬声器棱边。因此，这里提供的形成扬声器棱边的发泡成型方法能够通过更容易的操作来进行，并且减少了工业废料量。
本发明的第一形式提供了由属于主成分的混合物的热固性组合物制成的扬声器棱边，其中主成分是聚氨酯预聚物和潜硬化剂，以及潜硬化剂是钝化固体多胺。在供给至模具中之前将气体分散在热固性组合物中，使得组合物在其中自发发泡和固化以获得扬声器棱边。该热固性组合物属于单液体型，其中气体被机械分散，以便随后使组合物以简单的物理方式发泡。
本发明的第二形式提供了这样一种特征将可发泡的热固性组合物给至模具中和主振动板的周围，使得如在第一形式中定义的如此形成的扬声器棱边直接和自发粘附于所述板的周边，并且成一整体。
本发明的第三形式提供了这样一种特征在如第一或第二形式中定义的扬声器棱边中，在注入到模具中时，内部空隙泡孔通过已经机械分散在组合物中的气泡的立即膨胀来以物理方式产生，其中各气泡的内压力与大气压平衡。以这种方式生产的发泡结构可以仅由封闭的泡孔组成，或由混合的闭孔和开孔组成。
本发明的第四形式提供了这样一种特征在如第一到第三形式的任何一种中定义的扬声器棱边中，其中含有的空隙泡孔具有1μ-100μ范围内的尺寸。空隙泡孔的这种细小而均匀的尺寸在这里通过机械分散在热固性组合物中的细小气泡的物理发泡，然后由于各气泡的内压力和大气压之间的平衡作用使得气泡在其中适当地膨胀来实现。
本发明的第五形式提供了这样一种特征在如第一到第四形式的任何一种中定义的扬声器棱边中，如在第一到第四形式的任何一种中定义的空隙泡孔具有平均为20μ和分布在该平均值附近的直径。由于在扬声器棱边内的气体的机械分散和其物理膨胀，空隙泡孔具有如图12中所示的尖的和柱状的图形所说明的均匀直径。
本发明的第六形式提供了这样一种特征在如第一到第四形式的任何一种中定义的扬声器棱边中，它具有在0.15-0.9g/cm3范围内的密度。依靠气泡的机械分散和物理膨胀的发泡方法易于发泡比的精确控制。
本发明的第七形式提供了这样一种特征在如第一到第六形式的任何一种中定义的扬声器棱边中，它可以具有表面浮雕有模具内表面图案的表层。
本发明的第八形式提供了这样一种特征在如第一到第七形式的任何一种中定义的扬声器棱边中，它可以具有平滑地延续到所述棱边的内芯的表层，在它们之间没有任何明显或清晰的边界介入。这是因为空隙泡孔在生产发泡扬声器棱边的模具内几乎不瘪泡，因此确保了泡孔的均匀分布。
本发明的第九形式提供了这样一种特征在如第一到第八形式的任何一种中定义的扬声器棱边中，它可以具有弓形部分，其薄基底至少具有与其余较厚区域相同的密度。该特征是由于任何已发泡的制品不在模具中压缩，而未发泡的块状物质在模具中发泡和固化的事实。因此，弓形部分具有等于或高于所述扬声器棱边的邻接体区域的总密度，因此提供了振动的平稳和均匀传递。
本发明在其第十形式中进一步提供了制备扬声器棱边的方法。该方法包括以下步骤制备其主成分为聚氨酯预聚物和潜硬化剂的热固性组合物，潜硬化剂是钝化固体多胺，然后将气体机械分散在整个热固性组合物中，此后将该组合物注入到加热至临界热固化温度之下的温度的阴模中，和随后将阳模放在阴模中，其中阳模被加热至临界温度之上的更高温度，使得各成分彼此反应以在模具内在发泡的同时固化。实际上，阴模可以在热固性组合物的注入之前或之后不久加热至临界温度之下的温度，或者在任何所需的时间下加热，但在注入后在短时间内快速加热。另一方面，成型模具的阳模可以预先加热至临界温度之上的另一温度，或者在将阳模压配合在阴模时立即加热。现在能够以高速和令人惊奇的改进生产效率下生产发泡和固化扬声器棱边。
本发明的第十一形式提供了这样一种特征在第十形式中定义的方法中，它可以利用高频感应加热器用于加热模具，以便有效地固化和发泡其中的热固性组合物。该感应加热器迅速升高温度，从而缩短了加热模具所花费的循环时间。
本发明还进一步提供了作为其第十二形式的用于实施从热固性组合物制备上文定义的扬声器棱边的方法的装置。该装置包括#1、连接于具有活塞在其中往复运动的气缸的活塞型泵的抽吸设备，该设备用于在活塞的进气冲程中抽吸空气到气缸中；#2、用于在气缸充满气体之后将组合物加入气缸的供料设备；#3、用于在活塞的排气冲程中将组合物与气体机械混合的搅拌设备；#4、用于将气体分散的热固性组合物注入到形成扬声器棱边的模具的阴模中的压缩设备，其中阴模被加热至热固化临界温度之下的温度；#5、用于将阳模装配在阴模中的压制设备，其中阳模被加热至热固化临界温度之上的另一温度；和#6、用于使可发泡的热固性组合物在其中发泡和固化的模塑设备。
本发明的第十三形式提供了这样一种特征在如第十二形式中定义的装置中，它可以利用高频感应加热器或与模塑设备结合的高频感应加热器以使热固性组合物固化和发泡。该感应加热器将在短时间内和低成本下升高温度。
本发明还提供了作为其第十四形式的用于从热固性组合物制备扬声器棱边的系统。该系统包括(1.)使用具有活塞在其中往复运动的气缸的活塞型泵的抽吸过程，该过程设计用于在活塞的进气冲程中将空气抽吸到气缸中；(2.)用于在气缸充满空气之后将组合物加到气缸中的供料过程；(3.)用于在活塞的排气冲程中将组合物与气体机械混合的搅拌过程；(4.)用于将气体分散的热固性组合物注入到形成扬声器棱边的模具的阴模中的压缩过程，其中阴模被加热至热固化临界温度之下的温度；(5.)用于将阳模装配到阴模中的压制过程，其中阳模被加热至热固化临界温度之上的另一温度；和(6.)使其中的可发泡的热固性组合物发泡和固化的模塑过程。
在该系统中，往复活塞泵用于混合空气与热固性组合物，以便形成扬声器棱边。气体持续分散在组合物中，随后使组合物以连续方式自身发泡。与使组合物发泡的现有技术化学法相比，发泡是以物理方式进行。活塞泵能获得高度精确的气体与组合物的共混比，使得有可能精确控制最终产品的发泡程度。成型模具或热固性组合物本身以直接方式加热，从而加速了所述组合物的固化和改进了生产效率。
本发明的第十五形式提供了这样一种特征在如第十四形式中定义的系统中，它可以在用于使其中的可发泡的热固性组合物发泡和固化的模塑方法中利用高频感应加热器。在本发明系统中使用的该感应加热器将即时和直接加热注入到模具内的所述组合物。该系统适合于其中模具没有加热，而仅仅组合物本身加热的情况。
本发明进一步提供了作为其第十六形式的包括安置在其中的振动板和扬声器棱边的扬声器，其中扬声器棱边由主成分为聚氨酯预聚物和潜硬化剂的热固性组合物制成，以及潜硬化剂是钝化固体多胺。在给入模具中之前，将气体分散在整个热固性组合物中，使得组合物在其中自身发泡和固化，以获得扬声器棱边。这样有效生产的这种扬声器几乎不在音色上出现失真，它在低音区的共振频率没有太多降低，和具有改进的耐热和耐水性。
图3是由双液体型聚氨酯的发泡板材制备的现有技术棱边的类似照片；图4是用于制备根据本发明的扬声器棱边的模具的横断面图5同样是图4中所示的模具的横断面图，并且在该模具中，当嵌入模塑在所述振动板周边的周围并且与之成整体的扬声器棱边时，放置了振动板；图6是方框图，它显示了其中气体与压缩和注入之前的热固性组合物机械混合并且分散在其中以便在用于形成扬声器棱边的模具中发泡的方法；图7是表示在频率和作为扬声器输出的声压之间的相互关系的性能曲线图；图8也是显示通过在-60℃到+100℃的范围内测试本发明的扬声器棱边与由发泡双液体型聚氨酯制备的现有技术棱边测量的温度依赖流变学性能的曲线图；图9是用本发明扬声器棱边与由发泡双液体型聚氨酯制备的现有技术棱边在-40℃下试验所测得的在应变(即伸长率)和应力(即断裂强度)之间建立的相互关系的另一曲线图；图10是在通过压制发泡双液体型聚氨酯板材/片材制备的现有技术棱边中存在的弓形部分的横断面图；图11是存在于这里提供的扬声器棱边中的另一弓形部分的类似横断面图；图12是在本发明扬声器棱边中存在的空隙泡孔的直径的柱状的图；图13也是在现有技术扬声器棱边中存在的空隙泡孔的直径的象柱状图的图；图14是扬声器的固定周边的横断面图；图15是在扬声器中安装和部分显示横断面的固定周边的透视图；图16是在另一扬声器中安装和部分显示了横断面的扬声器棱边的阻尼周边的透视图；图17同样是现有技术扬声器棱边的卷状周边的透视图；和图18是通过压制发泡双液体型聚氨酯板材/片材制备的扬声器棱边的示意横断面图。
优选实施方案现在，将在以下参照附图来描述各形式的一些优选实施方案。
本描述这里列举了发给本申请人之一提出的申请的国际专利申请公开公报No.WO 95/26374。该公报公开了这里用作形成本发明的扬声器棱边的主原料的热固性组合物的细节和实例。总结我们的前一发明，多异氰酸酯和/或聚氨酯聚合物可以结合或单独使用，其中聚氨酯聚合物由各自具有因过量的多异氰酸酯与多元醇反应而获得的活性端部的分子组成。涂层胺化合物的微细粉末用作潜硬化剂，它是具有50℃或50℃以上的熔点和大约20μ或20μ以下的中值直径的钝化固体多胺。多胺的各粒子用中值直径2μ或2μ以下的微细粉末覆盖，以便阻断和钝化活性氨基。在氨基的热活化之后，氨基与异氰酸酯基的摩尔比是1∶0.5-1∶2.0。
这里用作主成分之一的聚氨酯预聚物是多异氰酸酯和聚氨酯预聚物的任何一种或任何结合物，其中后者通过多元醇与过量的多异氰酸酯化合物的反应以便在各分子链中具有活性端部来制备。固体多胺是由多胺的芯颗粒组成，因而在室温下为固体的化合物，多胺具有50℃或50℃以上的熔点和大约20μ或20μ以下的中值直径。各粒子用中值直径为2μ或2μ以下的微细粉末覆盖以便阻断和钝化存在于所述粒子中的活性氨基。固体多胺与微细粉末的比率选择为1∶0.001-1∶0.5(重量)。
多异氰酸酯可以从各自具有异氰酸酯基的芳族化合物，脂族化合物和脂环族化合物中选择。实例是甲苯二异氰酸酯(TDI)，二苯基甲烷二异氰酸酯，3，3’-二甲基-4，4’-亚联苯基二异氰酸酯，1，4-亚苯基二异氰酸酯，苯二亚甲基二异氰酸酯，四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯，亚萘基二异氰酸酯，二环己基甲烷-4，4’-二异氰酸酯，粗TDI，多亚甲基多苯基二异氰酸酯，异佛尔酮二异氰酸酯，六亚甲基二异氰酸酯，水合苯二亚甲基二异氰酸酯，从前述异氰酸酯衍生的任意的异氰脲酸酯，碳化二亚胺或双缩脲。这些化合物的任何一种或任何两种或多种的混合物可以单独或结合使用。
各自在其链中具有活性端部的聚氨酯预聚物可以通过多元醇与过量的多异氰酸酯在1.1-3.5范围内的OH基与NCO基摩尔比下的反应来制备。这种反应可以用催化剂(如有机锡化合物，包括二月桂酸二丁基锡，铋化合物，包括辛基羧酸铋，和叔胺催化剂)在室温或60-90℃下进行1-24小时。所得聚氨酯预聚物具有0.5-10wt％的活性异氰酸酯端基和在20℃下具有3000-50000厘泊的粘度。
多元醇可以是以下的任何一种多元醇如乙二醇，丙二醇，甘油，三羟甲基丙烷，季戊四醇，山梨醇，或蔗糖的聚醚-多元醇衍生物，其中氧化烯如环氧乙烷，环氧丙烷，或它们的任何混合物已经加聚到这些多元醇上；乙二醇，丙二醇和它们的低聚二醇衍生物；丁二醇，己二醇或聚四亚甲基醚二醇的多元醇衍生物；聚酯-多元醇衍生物如聚己内酯多元醇或聚己二酸乙二醇酯；聚丁二烯多元醇；高级羧酸(同系物)如具有羟基的蓖麻油的酯；和接枝了乙烯基单体的聚醚多元醇或聚酯的聚合物-多元醇衍生物。
作为用作上文提到的热固性组合物的一种成分的聚氨酯预聚物，可以使用以上列举的多异氰酸酯的任何一种，或任何具有活性异氰酸酯端基的聚氨酯预聚物。另外，这两类化合物的任何混合物可以替代单独使用的它们中的一种。
用作聚氨酯预聚物的潜硬化剂的固体多胺是在室温下为固体和具有50℃或50℃以上的熔点的芳族或脂族多胺。这些多胺的优选实例为4，4’-二氨基二苯基甲烷；2，4’-二氨基二苯基甲烷；3，3’-二氨基二苯基甲烷；3，4’-二氨基二苯基甲烷；2，2’-二氨基联苯；2，4’-二氨基联苯；3，3’-二氨基联苯；2，4-二氨基苯酚；2，5-二氨基苯酚；邻亚苯基二胺；间亚苯基二胺；2，3-甲代苯二胺；2，4-甲代苯二胺；2，5-甲代苯二胺；2，6-甲代苯二胺；3，4-甲代苯二胺；和类似固体芳族多胺。其它优选的实例是1，12-十二烷二胺；2，10-癸二胺；1，8-辛二胺；1，14-十四烷二胺；1，16-十六烷二胺；和类似脂族多胺。这些芳族和脂族多胺的任何一种或它们的任意混合物可以单独或结合使用。这些多胺必须被粉碎成20μ，或更优选3μ-1μ的中值直径。
为了钝化用作潜硬化剂的固体和颗粒多胺，各微细粒子的表面可以用“钝化剂”的粉末覆盖。该试剂是粘合于颗粒表面的有机粉末或无机粉末。无机钝化剂的实例是二氧化钛，碳酸钙，粘土，硅石，氧化锆，碳，氧化铝和滑石。优选的有机钝化剂是聚氯乙烯，聚丙烯酸系树脂，聚苯乙烯和聚乙烯，所有这些均为粉末状态。这些粉末的中值直径必须是2μ或2μ以下，更优选1μ或1μ以下。固体多胺的钝化是使得各微细粒子的表面被粉末覆盖的处理。多胺与粉末的重量比是1∶0.001-1∶0.5，和后者将加到在剪切摩擦共混机内粉碎成预定或既定目标直径的前者中。这种共混机的实例是所谓的 高速碰撞型搅拌混合机’，压缩剪切型搅拌混合机’等。
在当加到聚氨酯预聚物中的钝化固体多胺被加热以恢复它的活性时的阶段，异氰酸酯基与氨基的摩尔比优选是1∶0.5-1∶2.0。
除了固体多胺以外，可以使用任何适当的添加剂如普通催化剂和增塑剂(例如邻苯二甲酸二丁酯，邻苯二甲酸二辛酯，邻苯二甲酸二环己酯，邻苯二甲酸二异辛酯，邻苯二甲酸二异癸酯，邻苯二甲酸二苄酯，磷酸三辛酯，环氧型增塑剂，和聚酯型增塑剂如己二酸的酯)。用于加到组合物中的其它试剂是溶剂，触变剂，紫外线吸收剂，粘合助剂，脱水剂，发泡剂等，它们也以适当的比率使用。
按以上详细描述的方式制备的热固性组合物显示了对超过硬化阈值或临界温度的温度敏感的特性。详细地说，它本身在低于大约60℃的温度下不硬化，然而由于预先钝化的固体多胺的再活化，它在大约80℃或80℃以上的高温下开始硬化。组合物的硬化在该温度下进行，直到完全硬化为止。由于在非硬化温度和硬化温度之间的这种小差异，加热和冷却成型模具的时间缩短，从而减少了循环时间和有助于改进生产效率。另一方面和已如上所述，在热固性组合物中含有的气体产生了机械分散在整个组合物中的小气泡，使得它能够自发泡。气体在本实施方案中是空气，但应该理解的是，作为替代，这里可以使用具有象空气的惰性性质的任何其它气体。空气气泡与热固性组合物机械混合的细节详细公开在我们早先在日本公开公报No.11-128709中公开的专利申请中。
参照图6所示的框图状流程，说明了设计用于发泡成型本发明的扬声器棱边的装置50。该装置50包括具有活塞52在其中往复运动以接连地重复进气冲程和排气冲程的气缸51的活塞型泵53。在各进气冲程中，在将批量的热固性组合物10输送到气缸51中之前，将既定量的气体11给至气缸51中。在随后的活塞在所述泵53中的排气冲程中，气体11和组合物10的混合物经管道转移到其它泵中。构成压缩站140和同样由活塞52和气缸组成的该其它泵将混合物批料在压力下输送至注入站。因此，可发泡的热固性组合物的批料71被注入到用于形成扬声器棱边的模具的阴模41中，其中该阴模被加热，但保持在临界硬化温度之下的温度。在该步骤之后，将已经加热至临界硬化温度之上的更高温度的模具的阳模42压合和装配到阴模中，使得模具的总温度上升至大约60-80℃的临界温度以立即硬化热固性组合物。
图6中所示的装置的功能将更详细地论述。进料段20为活塞型泵53供给气体11和热固性组合物10，使得后者11和10彼此混合。各活塞型泵53基本由气缸51和活塞52组成，和用于使组合物发泡的气体11将在活塞52的进气冲程中在气缸51中吸取。此后，将一批未加工和流体热固性组合物10给入该气缸51中。在随后活塞的排气冲程中，将组合物10和在其中含有的气体挤出到管道中，同时，气体机械分散在组合物中。如此使得能够发泡的热固性组合物71的批料将进入压缩段20，在那里，相同的活塞型泵或增压泵将压缩这种可发泡的组合物。如此压缩和可发泡的热固性组合物随后经喷嘴‘N’注入到基本由阴模41和阳模42组成的模具40中。通过喷嘴‘N’吹入的在所述组合物中含有的许多细小和压缩气泡在接触大气压时立即膨胀。
因为其阴模41处于临界硬化温度之下的温度(大约60℃)的模具40整体上也在该临界温度之下，所以已发泡的组合物71直到下一工艺步骤为止不会自身开始硬化。然而，一旦加热至临界温度之上的温度(大约80℃)的阳模42装配在阴模上，发泡组合物很快变得比所述临界温度更热。结果，发泡热固性组合物现在很快在短时间内，例如在大约10秒内自身硬化，从而获得了如图11所示的固体成品构型。虽然在这里可以使用任何类型的活塞型泵，但上述往复体积活化器型泵53是优选的，因为活塞在气缸内往复运动以完成用于进气和排气的精确冲程。非常精确地称量气体和热固性组合物二者，以及在泵的各个循环中彻底排放。它们的批料型原料因此可正确地重复，并且具有优异的再现性。在图6所示的系统中例举了复式活塞泵，设计用于气体在组合物中的机械混合和分散以及用于随后的压缩和释放，以便进行其物理发泡。然而，考虑到连续排料的必要速度，该活塞型泵可以以任何其它适当方式设计。加热模具和/或热固性组合物的器具可以从已知的电阻加热器，电磁感应加热器，超声加热器，高频感应加热器等中选择，这些全部有助于高生产效率。
通过所示发泡成型方法和装置生产的扬声器7a具有其中几乎所有空隙泡孔为‘封闭型’的内部结构。如果发泡比高于在示例中的发泡比，那么有可能出现开放泡孔和封闭泡孔的共存。根据应用于振动板7的振动负荷，如此生产的扬声器棱边的壳体优选具有在0.15-0.9g/cm3范围内的密度。利用机械分散的小气泡的自发膨胀，发现在这里提供的成品扬声器棱边中的空隙泡孔具有窄分布的中值直径。从宏观和微观来看，扬声器棱边的内部结构是如此均匀的，以致显著改进了振动板的振动性能。优选，那些空隙泡孔的中值直径必需包括在1-100μ的范围内。
图2给出的照片显示了这里通过使小气泡以机械方式分散在其中的热固性组合物物理发泡提供的制品的内部结构。如在该照片中看到的那样，空隙泡孔的直径具有大约20μ的平均值和在大约1μ到大约100μ内变化。然而，如图12所示，泡孔尺寸的分布是非常窄的，其中几乎所有空隙泡孔具有接近于平均值20μ的直径。与通过本发明获得的这种均匀内部结构的相反，存在于图3所示的双液体型发泡聚氨酯板材中的现有技术空隙泡孔要粗得多。它们的直径具有大约200μ的平均值和在1-500μ之间变化，如图13中所说明的那样，显示了更宽的分布。这种现有技术结构不利地影响了发泡扬声器棱边的(拉伸)强度，刚度和整体强度。
这里提供的扬声器棱边可以具有其表面用模具的内表面(在其上例如形成了装饰图案，任何符号或类似物)转‘印’或浮雕的表皮。这种表皮是与所述棱边的内体构成整体的非常薄的层，在它们之间没有任何明显的边界介入。弯曲的环形区域将用作粘附或固定于振动板7或框架16的棱边的7a部分和棱边的7a波纹或卷状部分115之间的边界。该边界将经受由相邻元件或区域的频繁弯曲运动所引起的重复应力。因此，为了延长扬声器棱边7a的机械寿命，对应于弯曲弓形区域的变薄基底7c优选具有高于相邻的其余薄或较厚区域的密度。
将参照图4来详细说明使用模具40以模塑扬声器棱边7a的实际方法。首先，将主振动板7放置在模具40的阴模41中，然后经喷嘴‘N’将既定量的可发泡的热固性组合物71注入到该阴模中。在注射时，在将阳模42装配在阴模41中之前，组合物自身发泡以自发膨胀。预先加热阴模41和阳模42，使得热固性组合物71很快变热以达到大约80℃的临界硬化温度。因此，潜硬化剂被激活，以便将组合物块状物硬化成由模具的阴模41和阳模42规定的永久形状。该形状在放大比例尺上将如图4所示，获得了如图11所示的(反向)构型的产品。
图2的照片是按上述方式生产的扬声器棱边的横断面图。如在该照片中的证实的那样，棱边的弓形部分没有空隙泡孔的任何瘪泡或任何变形。这种均匀发泡的制品在强度上没有任何降低，而且改进了扬声器的声学性能。此外，振动板7和棱边7a彼此坚固地连接和联合在一起。
如以上重复的那样，本发明的扬声器棱边7a通过在阴模41和阳模42内使可发泡的热固性组合物发泡和热硬化来生产。如在图2中看到的那样，由于泡孔尺寸基本相同并且均匀分布在整个扬声器棱边中，不仅表面层而且内部结构都是均匀的。相反，图3显示了在现有技术棱边7a’中发现的不同尺寸的空隙泡孔的不均匀分布，该棱边是从双液体型聚氨酯板材切取的片材组成的热压缩复合件。因此，在本发明中，一点也不用害怕部分或整体上损害扬声器棱边的强度。在这里还需指出的是，延伸到空穴41b及凹槽42a和42b中的热固性组合物块状物(mass)的表面将与模具的壁接触。这意味着，硬化的热几乎被那些壁所吸收，从而在块状物本身被硬化的同时，空隙泡孔往往不会自身膨胀，如此提供了致密的表层68。在该表层68中没有发现针眼，它比扬声器棱边的内发泡体要稍为致密。此外，在表皮68和发泡体之间不存在任何边界层或界面，与图18所示的现有技术情况相反。这种与主体平稳连续的表皮68不产生任何寄生振荡，也不增加共振幅度。表层68的厚度不受阴模41和阳模42形状的局部变化的影响，横跨弓形部分115的较薄区域7c和7c各自具有足够的厚度。弓形部分115的薄基底7b因此具有足以抵抗扬声器长期使用过程中的断裂的强度。
还如上所述，这里使用单液体型热固性组合物，它主要由聚氨酯预聚物和作为潜硬化剂的钝化多胺组成。利用该特征，能够在更容易的工艺控制和原料消耗减少下生产本发明的扬声器棱边。另外，其棱边整体粘合于振动板的扬声器在它的其它性能上优于现有技术的扬声器。例如，本发明的热固性组合物的发泡件(即本发明的棱边7a)显示，其拉伸强度或粘弹性按图8所示的方式随温度变化的关系。现有技术双液体型聚氨酯板片(即现有技术棱边7a’)的相应性能也表示在图8的曲线图中。物理发泡的棱边7a显示，在-60℃至+100℃的温度范围内，沿纵坐标轴绘制的模量随沿横坐标绘制的温度的变化而变化较小。与该令人惊奇的效果相反，现有技术棱边7a’显示，在相同的温度范围内，模量具有从大约106到大约109的更大变化，即前者的大约1000倍大。在接近0℃处在值“tanδ”中发现了明显的峰，表明从其玻璃状相转移到其橡胶状相。然而，在本发明扬声器棱边7a中，至于值“tanδ”，不存在拐点，因此它的声学性能对温度变化不太敏感和因此它的特性整体上更佳。
图9表示了在-40℃下通过拉伸试验测得的应力(伸长率)和应变(断裂强度)之间的相互关系。发泡比为2.5的本发明扬声器棱边将与现有技术的双液体型扬声器棱边比较。本发明棱边的应力-应变曲线表现了轻微和平稳的梯度，类似线性函数并因此显示了橡胶状性质。另一方面，现有技术棱边的应力-应变曲线在大约20％的伸长率下具有拐点，明显不同于本发明棱边的情况。这意味着，在再现声音时易于发生失真，各声音的幅度很难精确再现，以及低音调范围再现很差。
在振动板的7个表面区域上可以进行等离子体处理或底漆施涂，使得扬声器棱边7a能够坚固地粘合于其上，从而以可靠的方式与之成为整体。
至于由本发明的第十方面定义的方法，以及由第十二到第十四方面定义的装置和系统，所有的它们都是有利的，在于用于形成扬声器棱边的热固性组合物本身在其温度达到80℃时立即硬化。尽管这种快速的硬化，但机械分散的气体和组合物的物理发泡提供了在大约20μ中值的几乎相同直径的微小空隙泡孔。微波装置(microwave range)(即高频感应加热器)可以用作加热装置。
当根据本发明的第一或第二方面生产扬声器棱边时，热固性组合物将在模具内流动，以避免它们质量的任何不规则。当给至模具时，组合物不需加热，使得主振动板7不会被热损害。因此，能够容易地以可靠方式形成扬声器棱边7a，以使其坚固地粘结于模具内的所述板，并与之成整体。
在这种情况下，不需进行任何单独的操作来将棱边7a粘结于振动板7。使热固性组合物在模具内流动，直到它本身硬化为止，从而使棱边7a和板7彼此更坚固地粘结和成为一体，改进了成品扬声器的耐久性。如在第三方面定义的那样，在扬声器棱边7a中的空隙泡孔全部是封闭泡孔，或它们的一些是开放泡孔和另一些是封闭泡孔，使得扬声器更耐水。
在根据本发明的第三和第七方面模塑扬声器棱边的方法中，热固性组合物71不会受到由环境空气中的湿气引起的任何坏的影响。因此，发泡比和任何其它物理性能都不会改变到不可接受的程度。因此，如图2所示，在本发明的棱边7a中均匀地产生了细小和封闭的空隙泡孔。其中它们的直径是1-100μ(大约20μ的中值)，以便为扬声器提供均匀的质量。与图2相反，图3显示了在现有技术扬声器棱边中发现的具有100-200μ的直径的开放泡孔。此外，如在第六方面定义的扬声器棱边具有0.15-0.9g/cm3的密度。这意味着，这种轻扬声器棱边使得振动整体在重量上更轻，从而扬声器的输出率没有降低和它的声压-频率特性经过一定时间没有降低。因此，当在任意需要的时间打开扬声器进行播放时，都产生了高质量的声音。
根据本发明的第七个方面，扬声器棱边7a具有按转印方式雕刻或浮雕的表皮，对应于在模具40的内表面上形成的装饰图案或符号。这种扬声器棱边7a的横断面的所有前、后和中部具有相同的发泡比，使得所得扬声器变得更耐水和具有更高的强度。这意味着，本发明扬声器棱边没有在现有技术扬声器棱边7a’固有和在图18中图解的缺陷。现有技术棱边，从已知已经发泡的双液体型聚氨酯切片的加热和压缩片材，在横断面具有表皮68，其发泡比不同于在后面和中间区域发现的那些。现有技术因此不能确保总体均匀结构和避免强度低下或低劣。
图2的显微照片也显示了这里从第九方面提供的扬声器棱边的横断面。如图2所示，弓形部分的薄基底的密度高于其余较厚区域的密度。最容易由振动板7的振动引起疲劳的这种弓形部分的基底现在令人满意地得到加强。
热固性组合物的发泡件71一方面与振动板7的周边粘结成整体，另一方面毗连框架16的内周边。这种状态的该发泡件保持板7在其正确的位置，不抑制它的轴向振动。此外，这种发泡件确保了扬声器棱边7a的所需水平的声阻，以便使得它吸收反射的振动能量。在图7中的实线曲线表示了本发明的扬声器的声压-频率特性，其中在频率的中区没有发现‘下降’，与现有技术扬声器中固有的急剧或深度地下降相反。该特征也通过以下事实得到证实本发明的发泡热固性化合物显示了几乎不随其温度变化而变化的包括值tanδ的物理性能，因此表明非常显著地改进了由这里提供的扬声器棱边吸收的振动的比率。
现在，将进一步描述作为在本实施方案中使用的热固性组合物的主成分之一的聚氨酯预聚物。使用100重量份的平均分子量为5000的聚醚-多元醇与16重量份的二苯基甲烷二异氰酸酯在80℃下反应2小时。所得聚氨酯预聚物具有2.4％的NCO端基和其粘度在20℃下为100,000。如下制备作为潜硬化剂的钝化多胺，即另一主成分。将76.9重量份的中值直径大约8μ的粉状1，12-十二烷二胺(其熔点是71℃)与23.1重量份的中值直径为大约0.02μ的粉状二氧化钛混合。该混合物在喷射碾磨机中粉碎捏合，获得了100重量份的中值直径为大约8μ的微细粉末涂布的胺。接着，将50重量份的具有活性异氰酸酯端基的聚氨酯预聚物，5重量份的潜硬化剂，15重量份的碳酸钙，10重量份的碳黑，和20重量份的增塑剂在‘化学搅拌器’中彼此共混，获得了临界硬化温度为大约80℃的单液体型热固性组合物10。
单液体型热固性组合物10按以下方式使用。首先，将作为气体11的干燥空气与组合物10一起给入图6中所示的发泡成型装置50中，以获得可发泡的热固性组合物71。将该可发泡的组合物泵入模具40中。在经喷嘴‘N’将该组合物71注入到模具40中之前，将预先制备的振动板7放入模具中。随后，为在卷式棱边中提供弓形部分而在阴模41中形成弯曲的凹槽41b并且保持在低于大约60℃的温度下经过喷嘴‘N’接受预定量的可发泡的组合物71。接着，将加热至临界硬化点80℃之上的温度的阳模42装配在阴模41中。结果，所述组合物71的注入物质的一部分流入槽形凹槽42a之一中以提供内周边，以及还流入另一凹槽42b中以提供外周边。在卷式棱边形成凹槽41b和配套卷式棱边形成突出42c之间规定了弯曲空间。在流入所述凹槽42a和42b的同时，该弯曲空间装满了剩余部分的注入物质，并且后者在所述空间中被压缩。以这种方式，具有卷式弓形部分115，内周边111和外周边113的扬声器棱边通过使上述所有物质部分发泡硬化来生产。该扬声器棱边7a与第九方面一致，因为它的弓形部分的变薄基底具有高于棱边的其余更厚区域的密度。图5是棱边7a的放大断面图，它以这种方式整体粘结于振动板7的主体的周边，以便获得作为扬声器的一个部件的成品复合振动板。该扬声器棱边7a显示了值为大约2.5的发泡比。现在显然的是，既不需要将板7粘结于棱边7a的任何的单独步骤也不需要任何粘合剂来将所述棱坚固地安置在所述板的周围。不用借助粘合剂的这些元件的均匀连接降低了生产成本和改进了成品扬声器的频率特性。
制备本发明的扬声器棱边7a的发泡成型方法和装置特征在于刚好在其模塑以形成棱边之前，将作为发泡剂的气体机械分散在整个热塑性组合物中。在该系统中，也是在模具中硬化和模塑扬声器棱边之前不久，用该气体使复合物发泡。不再需要共混三种组分，即主要成分(例如异氰酸酯化合物)，硬化剂(例如多元醇)和发泡剂，如此节约了原材料(即减少了所谓的 冲洗(purge)’损失)。未加工的组合物的机械混合和物理发泡以及用作发泡剂的气体产生的所有空隙泡孔几乎都是封闭泡孔。换句话说，模制品完全没有任何开放泡孔或伴随极少数的它们，因此增强了扬声器棱边的机械强度和物理性能。从微观来看，它的内部结构均匀到几乎完美的程度，因此提供了优异的声特性的扬声器棱边。
虽然以上描述了一些优选实施方案，但本发明不局限于其中，而是可以任何适当的方式变化，只要达到前述目的以提供以下总结的优点。工业利用总之，这里提出的用于制备扬声器棱边的模塑方法，发泡成型系统和装置是以刚好在模塑步骤之前，将作为发泡剂的气体机械分散在单液体型热固性组合物中，以便在该步骤中使组合物发泡的原理为基础。不需要主成分、硬化剂和发泡剂以任何其它方式混合，因此没有引起原材料的任何浪费(即冲洗损失)。这种方法不受大气湿度或温度任何变化的不利影响，使得现在有利于工艺的控制(包括它的中断)。热固性组合物和气体的体积-活化器(volume-activator)型给料以及用于调节和/或调整发泡比的装置对改进再现性和提供精确的原料批料是有效的。现在可精确地控制发泡比和易于减少在批料中所述比率的变化。组合物不需以任何特殊方式硬化，而且现在能够以任何所需方式来实施。如果加热到其临界硬化温度之上，未加工的热固性组合物本身立即硬化，使得模具不再需要在模塑的第二循环之前极度地冷却到该温度之下。由于该特征，批料生产的操作循环现在缩短到显著的程度，从而改进了生产效率。
由于作为发泡剂的气体的机械混合，在各扬声器棱边中如此产生的空隙泡孔几乎都是封闭型的。在所述棱边中不会产生任何可观数目的开放泡孔，并且发泡比能够容易改变以调整空隙泡孔的尺寸并还减少所述尺寸，足以使得从宏观来看，所述棱边的内部结构几乎均匀。避免任何不匀度以便不损害强度，而增加弓形部分的薄基底的强度。如此生产的扬声器棱边现在不仅在其机械强度上优异，而且高度耐水。它在重量上更轻和在各种物理性能上有改进，使得现在能够更容易和廉价地生产扬声器，所述扬声器各自显示了优异的声学性能并在它们的性能上几乎没有变化。这些优点在现有技术扬声器棱边或现有技术扬声器的任何情况中都没有提供。
现在清楚的是，基本由聚氨酯预聚物和钝化多胺作为潜硬化剂组成的热固性组合物的配方实现了生产在性能和/或质量上不易变化的扬声器的容易和廉价的方法。
现在能够更容易和简单地制作包括操作间断的工作进度表，以用于本发明的扬声器棱边7a的生产方法，因为不用害怕使现有技术双液体型组合物的成分快速固化，致使混合机被它们堵塞(除非它们被快速和完全消耗)。
现在确保了如图2和图12所示的非常均匀的发泡状态，因为本发明的扬声器棱边7a使用热硬化不受环境湿度或类似条件影响的单液体型组合物生产。硬化组合物的实际方式能够改变或者调整以满足任何需求和/或要求。
可以将阻尼漆7e施涂于如图16所示的本发明的扬声器棱边7a，使得它能够在操作时在振动板7的外周边保持其适当的声阻，可靠地吸收反射振动能量。在来自扬声器的输出声压中的中间频率带中没有出现任何下降，如此确保了声音的优异再现。
与由双液体型组合物制备扬声器棱边的现有技术方法相比，本发明的热固性组合物的机械发泡提供了以下优点(a)由于主成分与硬化剂的混合，原材料没有损失；(b)利用气体的机械分散和物理发泡获得的细小而均匀的封闭泡孔；(c)更佳声学性能和更高的机械强度，归因于封闭的泡孔；(d)快速硬化(在30秒内)，提高了生产效率，归因于热固性化合物的尖的(sharp)临界温度；(e)通过混合气体与组合物的活塞型泵提供的混合条件和发泡比的精确调节；和(f)更简单的设备或工厂，使得维护工作更简单。
权利要求
1.由主要成分为聚氨酯预聚物和潜硬化剂的热固性组合物制备的扬声器棱边，并且潜硬化剂是钝化固体多胺，其中将气体分散在供料入模具之前的热固性组合物中，使得组合物在模具中自身发泡并固化以获得扬声器棱边。
2.如权利要求1所定义的扬声器棱边，其中扬声器棱边与振动板的主体粘合成整体。
3.如权利要求1或2定义的扬声器棱边，其中在扬声器棱边中产生的内空隙泡孔完全由封闭泡孔组成，或者由封闭泡孔和开放泡孔的混合物组成。
4.如权利要求1、2或3定义的扬声器棱边，其中内空隙泡孔具有在1μ-100μ范围内的尺寸。
5.如在前述权利要求1-4的任一项中所定义的扬声器棱边，其中内空隙泡孔具有平均值为20μ的直径并分布在作为中值直径的该平均值的附近。
6.如在前述权利要求1-5的任一项中定义的扬声器棱边，其中它具有在0.15-0.9g/cm3范围内的密度。
7.如在前述权利要求1-6的任一项中定义的扬声器棱边，其中它具有表面浮雕有模具内表面的图案的表层。
8.如在前述权利要求1-7的任一项中定义的扬声器棱边，其中它具有平稳延伸至所述棱边的内芯的表层，在它们之间没有任何明显或清晰的边界介入。
9.如在前述权利要求1-8的任一项中定义的扬声器棱边，其中它具有其薄基底至少具有与其余较厚区域相同密度的弓形部分。
10.制备扬声器棱边的方法，该方法包括以下步骤制备其主成分为聚氨酯预聚物和潜硬化剂的热固性组合物，潜硬化剂是钝化固体多胺，然后将气体机械分散在整个热固性组合物中，此后将该组合物注入到加热至组合物的固有临界热固化温度之下的温度的阴模中，使之开始发泡，和随后将阳模放在阴模中，其中阳模被加热至该临界温度之上的更高温度，使得各成分彼此反应以在模具内固化。
11.如在权利要求10中定义的方法，其中使用高频感应加热器来固化发泡的热固性组合物。
12.从热固性组合物制备扬声器棱边的装置，该装置包括#1、连接于具有活塞在其中往复运动的气缸的活塞型泵的抽吸设备，该设备用于在活塞的进气冲程中抽吸空气到气缸中；#2、用于在气缸充满气体之后将组合物加入气缸的供料设备；#3、用于将组合物与气体在活塞的排气冲程中机械混合的搅拌设备；#4、用于将气体分散的热固性组合物注入到形成扬声器棱边的模具的阴模中的压缩设备，其中阴模被加热至热固化临界温度之下的温度；#5、用于将阳模装配在阴模中的压制设备，其中阳模被加热至热固化临界温度之上的另一温度；和#6、用于使可发泡的热固性组合物在其中发泡和固化的模塑设备。
13.如权利要求12定义的装置，其中使用高频感应加热器固化发泡的热固性组合物。
14.从热固性组合物制备扬声器棱边的系统，该系统包括(1.)使用具有活塞在其中往复运动的气缸的活塞型泵的抽吸过程，该过程设计用于在活塞的进气冲程中将空气抽吸到气缸中；(2.)用于在气缸充满空气之后将组合物加到气缸中的供料过程；(3.)用于在活塞的排气冲程中将组合物与气体机械混合的搅拌过程；(4.)用于将气体分散的热固性组合物注入到形成扬声器棱边的模具的阴模中的压缩过程，其中阴模被加热至热固化临界温度之下的温度；(5.)用于将阳模装配到阴模中的压制过程，其中阳模被加热至热固化临界温度之上的另一温度；和(6.)使可发泡的热固性组合物在其中发泡和固化的模塑过程。
15.如权利要求14定义的系统，其中使用高频感应加热器来固化发泡的热固性组合物。
16.包括安置在其中的振动板和扬声器棱边的扬声器，其中扬声器棱边由主成分为聚氨酯预聚物和潜硬化剂的热固性组合物制成，并且潜硬化剂是钝化固体多胺，其中在给入模具中之前，将气体分散在整个热固性组合物中，使得组合物在其中自身发泡和固化，以获得扬声器棱边。
全文摘要
扬声器棱边由热固性组合物制备，该组合物由聚氨酯预聚物和作为潜硬化剂的钝化固体多胺组成。将气体分散在供料入模具之前的热固性组合物中，使得它能够发泡和固化以获得扬声器棱边。在制备扬声器棱边的方法中，将组合物注入在临界热固化温度之下加热的阴模中，以使组合物发泡。然后将在该临界温度之上加热的阳模放置在阴模中，引起各成分相互反应以在模具中固化。从该组合物制备扬声器棱边的装置具有用于吸入气体的设备，用于将组合物注入气体中的另一设备，用于将气体机械分散在整个组合物中的另一设备，用于将该含气体的组合物注入阴模中的另一设备，用于将阳模放置在阴模中的另一设备，和用于使组合物同时固化和发泡的另一设备。
文档编号B29C67/20GK1394456SQ01803301
公开日2003年1月29日 申请日期2001年10月18日 优先权日2000年10月26日
发明者田端信也, 沟根信也, 高桥良幸, 池田清, 山崎裕子, 奥田伸二, 高田正春 申请人:松下电器产业株式会社, 新时代技研株式会社