close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

2006147081&KIND=A1.

код для вставкиСкачать
Patent Translate
Powered by EPO and Google
Уведомление
Этот перевод сделан компьютером. Невозможно гарантировать, что он является ясным,
точным, полным, верным или отвечает конкретным целям. Важные решения, такие как
относящиеся к коммерции или финансовые решения, не должны основываться на продукте
машинного перевода.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ US2006147081
ПРИОРИТЕТНАЯ ЗАЯВКА
[0001]
Настоящая заявка испрашивает приоритет в предварительной заявке США № 60/629907,
поданной 22 ноября 2004 г., которая включена посредством ссылки.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002]
1. Техническая область
[0003]
Данное изобретение относится к громкоговорителям и, в частности, к корпусу пластикового
конуса громкоговорителя.
[0004]
2. Родственное искусство
[0005]
24-02-2019
1
Конус громкоговорителя - известная часть каждого среднечастотного и низкочастотного
громкоговорителя.
Кроме того, хорошо известно, что желаемым корпусом диффузора является корпус с
достаточной жесткостью и минимальным весом.
Это известно как отношение жесткости к весу.
Конкретный модуль, Ys = Ye (модуль Юнга) / удельный вес, определяется как показатель
качества для сравнения и ранжирования альтернативных материалов и составов.
[0006]
Многие из сегодняшних корпусов громкоговорителей сделаны из бумаги.
К сожалению, тела бумажного конуса могут иметь проблемы с влажностью. Кроме того,
производственные допуски тел бумажных конусов нежелательно велики.
[0007]
Некоторые тела конусов сделаны из полипропилена и могут быть изготовлены литьем под
давлением. Хотя влажность и повторяемость могут быть меньшей проблемой для
незаполненного полипропилена, такие конические тела все еще демонстрируют
относительно низкое отношение жесткости к массе из-за относительно низкого модуля
неармированного полипропилена. Включение в полипропилен армирующего наполнителя,
такого как тальк, улучшает его жесткость (модуль упругости при изгибе), но уменьшает
пластическую текучесть во время литья под давлением. Таким образом, литье под
давлением больших конусообразных тел с тонкими стенками очень сложно. Кроме того,
такие наполнители увеличивают удельный вес материала, так что вес конструкции конуса
также увеличивается. Следовательно, для получения достаточных характеристик жесткости
вес конусных тел может стать нежелательно высоким для оптимальных акустических
характеристик.
24-02-2019
2
РЕЗЮМЕ
[0008]
Изобретение раскрывает корпус пластикового конуса громкоговорителя, который
сформирован, чтобы включать в себя материал основного носителя и нанонаполнитель.
Нанонаполнитель может быть объединен с основным материалом-носителем в заданном
весовом проценте, чтобы отрегулировать ряд технологических и акустически связанных
характеристик корпуса диффузора громкоговорителя. Регулировка массового процента
нанонаполнителя преимущественно позволяет регулировать акустически связанные
характеристики, которые влияют на отношение жесткости к массе и демпфирование.
[0009]
Благодаря свойствам как основного материала-носителя, так и нанонаполнителя, может
быть достигнут компромисс между противоречивыми целями технологичности, малым
весом корпуса конуса, оптимизированной жесткостью и оптимизированным акустическим
демпфированием. Способность к обработке включает улучшенные характеристики
текучести для достижения улучшенной технологичности изготовления тонкостенных
конусов. Таким образом, когда весовой процент нанонаполнителя в материале основного
носителя увеличивается, жесткость может быть увеличена, и акустическое демпфирование
может быть уменьшено без существенного увеличения веса тела конуса. Отсутствие
существенного увеличения веса тела конуса обусловлено эффективными аддитивными
свойствами нанонаполнителя в материале основного носителя. Относительно небольшой
весовой процент нанонаполнителя может обеспечить относительно большой процент
изменения жесткости и демпфирования при эквивалентной жесткости. Таким образом,
может быть достигнут компромисс между желанием оптимизировать конкурирующие
характеристики в корпусе пластикового конуса.
[0010]
Нанонаполнитель может включать в себя элементы, которые представляют собой
наночастицы или газ, которые диспергированы в материале основного носителя.
24-02-2019
3
Особенностями являются частицы нанометрового размера и / или структуры нанометрового
размера, которые распределены в материале основного носителя. Полученный
нанокомпозитный материал может быть сформирован в тело конуса.
[0011]
Тело конуса может быть сформировано с относительно тонкой боковой стенкой с
использованием процесса формования, такого как литье под давлением. Таким образом,
инструмент, используемый для формования конической части тела, может иметь
относительно жесткие допуски. Комбинация основной смолы-носителя и наноматериала
может преимущественно обладать достаточно низкой вязкостью (адекватными скоростями
сдвига) для заполнения таких относительно близких допусков. Дополнительная комбинация
основной смолы-носителя и наноматериала может обеспечить достаточно низкую вязкость
в диапазоне массовых процентов наноматериала, не вступая в противоречие с требуемым
процессом и акустическими характеристиками. Относительно высокие свойства текучести и
относительно низкий удельный вес основного материала-носителя могут существенно не
ухудшиться при добавлении наноматериала. Кроме того, свойства разжижения при сдвиге,
которые могут быть включены в наноматериалы, и относительно небольшой весовой
процент наноматериала, добавляемого к материалу основного носителя для достижения
желаемого процесса, и акустические результаты могут оказывать благоприятное влияние на
вязкость.
Соответственно, удовлетворительная способность заполнения формы в тонкостенных
секциях может сохраняться при сохранении желаемого отношения жесткости к массе и
характеристик акустического демпфирования.
[0012]
Другие системы, способы, признаки и преимущества изобретения будут или станут
очевидными для специалиста в данной области после изучения следующих фигур и
подробного описания. Предполагается, что все такие дополнительные системы, способы,
признаки и преимущества должны быть включены в данное описание, находятся в пределах
объема изобретения и защищены следующей формулой изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ
24-02-2019
4
[0013]
Изобретение может быть лучше понято со ссылкой на следующие чертежи и описание.
Компоненты на чертежах не обязательно выполнены в масштабе, вместо этого акцент
сделан на иллюстрации принципов изобретения. Кроме того, на фигурах одинаковые
ссылочные позиции обозначают соответствующие части на разных видах.
[0014]
ИНЖИР. 1 - пример громкоговорителя, который может быть установлен в корпусе
громкоговорителя.
[0015]
ИНЖИР. 2 - пример корпуса громкоговорителя, оборудованного низкочастотными и
высокочастотными громкоговорителями.
[0016]
ИНЖИР. 3 представляет собой примерный график зависимости удельного модуля от
нагрузки наноматериала для материалов, используемых для образования конического тела.
[0017]
ИНЖИР. 4 - примерный график зависимости затухания от нагрузки наноматериала для тех
же материалов, которые использовались для образования конического тела, как на фиг. 3.
[0018]
ИНЖИР. 5 - примерный график зависимости веса от наноматериала для тех же материалов,
которые использовались для образования конического тела, как на фиг. 3 и 4.
[0019]
ИНЖИР. 6 представляет реологический график скорости сдвига и вязкости для примера
материала.
24-02-2019
5
[0020]
ИНЖИР. Фиг.7 - график реологии зависимости скорости сдвига от вязкости для примера
полипропиленового материала и множества примерных нанокомпозитных материалов.
[0021]
ИНЖИР. 8 представляет собой реологический график зависимости скорости сдвига от
вязкости для наноматериала, материала носителя и нанокомпозита, который включает
наноматериал и материал носителя.
[0022]
ИНЖИР. 9 представляет собой набор кривых частотной характеристики, изображающих
громкоговоритель, имеющий корпус из полипропиленового конуса, и громкоговорители,
имеющие корпус из пластикового конуса, который включает в себя определенный массовый
процент наноматериалов.
[0023]
ИНЖИР. 10 - кривая частотной характеристики громкоговорителя, имеющего корпус с
кевларовым конусом, и громкоговорителя, имеющего пластиковый корпус с конусом,
который включает массовый процент наноматериалов.
[0024]
ИНЖИР. 11 - пример инструмента, используемого для формования корпусов из
пластиковых конусов, которые включают наноматериалы.
[0025]
ИНЖИР. 12 - вид сбоку в разрезе инструмента, показанного на фиг. 11.
[0026]
ИНЖИР. 13 - вид сбоку в поперечном разрезе примера тела конуса, сформированного с
помощью инструмента, показанного на фиг. 11.
[0027]
ИНЖИР. 14 - частичный вид сбоку в разрезе тела конуса, показанного на фиг. 13.
24-02-2019
6
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0028]
В настоящем изобретении предлагается диффузор громкоговорителя, изготовленный из
совместимых с пластиком и пластиком материалов, который улучшает характеристики
громкоговорителя благодаря улучшенному отношению жесткости к массе и более высокому
демпфированию материала при эквивалентной жесткости материала.
Кроме того, описанный ниже процесс изготовления диффузора для громкоговорителя может
расширить диапазон практических геометрий и размеров конуса, которые могут быть
получены.
В частности, диффузор громкоговорителя может быть сформирован путем литья под
давлением и / или термоформования из заранее определенной смеси материалов, которые
максимизируют отношение жесткости к массе.
Кроме того, конус может иметь относительно тонкие стенки.
Поскольку тела конусов изготовлены из пластика и других совместимых с пластиком
материалов, сырье может быть более экономичным, производство может быть
оптимизировано, а повторяемость может быть улучшена.
Кроме того, могут быть достигнуты значительные улучшения в акустических
характеристиках.
[0029]
В следующих примерах используются определенные комбинации материала и технологии
процесса, которые могут использоваться совместно, чтобы быть полезными для
24-02-2019
7
изготовления конуса громкоговорителя, в то же время давая компоненты с желаемыми
акустическими характеристиками.
При изготовлении пластиковых конусов громкоговорителей двумя основными областями,
которые имеют существенное влияние на акустические характеристики, являются
материалы и обработка.
Степень или уровень акустических характеристик громкоговорителя связан с совместной
работой ряда движущихся и неподвижных частей, связанных с громкоговорителем.
[0030]
На фиг. 1 показан пример громкоговорителя 100, который может включать в себя опорную
раму 102 и узел 104 двигателя.
Рама 102 может включать в себя выступ 106, который проходит наружу от основной части
рамы 102.
Узел 104 двигателя может включать в себя заднюю пластину или центральный полюс 108,
постоянный магнит 110 и переднюю или верхнюю пластину 112, которые могут
обеспечивать по существу однородное магнитное поле через воздушный зазор 114.
Устройство 116 формирования звуковой катушки может поддерживать звуковую катушку
118 в магнитном поле.
Вообще говоря, во время работы ток от усилителя 120, подающего электрические сигналы,
представляющие программный материал, который должен быть преобразован
громкоговорителем 100, возбуждает звуковую катушку 118.
Звуковая катушка 118 может совершать возвратно-поступательные движения, заставляя ее
совершать возвратно-поступательные движения в воздушном зазоре 114.
24-02-2019
8
Возвратно-поступательное движение звуковой катушки 118 в воздушном зазоре 114
генерирует звук, представляющий программный материал, преобразованный
громкоговорителем 100.
[0031]
Громкоговоритель 100 также может включать в себя диффузор 122.
Вершина конуса 122 может быть прикреплена к концу формирователя 116 звуковой
катушки, лежащему снаружи узла 104 двигателя. Внешний конец конуса 122 может быть
соединен с окружением или податливостью 124. Окружение 124 может быть прикреплено по
внешнему периметру к раме 102. Как указано выше, рама 102 также может включать в себя
выступ 106, который может использоваться для поддержки монтажа громкоговорителя 100 в
желаемом месте, например на поверхности или в кожухе громкоговорителя.
[0032]
Паук 128 может быть соединен по внешнему периметру паука 128 с рамой 102. Паук 128
может включать в себя центральное отверстие 126, к которому прикреплен формирователь
116 звуковой катушки. Подвеска, включающая в себя объемное окружение 124 и паук 128,
может заставить звуковую катушку 118 совершать возвратно-поступательные движения в
воздушном зазоре 114 в осевом направлении. Кроме того, громкоговоритель 100 может
включать в себя центральный колпачок или пылезащитный купол 130, который
предназначен для предотвращения попадания пыли или других деталей в узел 104
двигателя.
[0033]
Громкоговоритель 100 может включать в себя пару клемм 132 громкоговорителя. Клеммы
132 громкоговорителя могут обеспечивать положительную и отрицательную клеммы для
громкоговорителя 100. Типичный, хотя и не единственный, механизм для завершения
электрического соединения между клеммами 132 громкоговорителя и парой проводов 134
звуковой катушки показан на фиг. 1. Провода 134 звуковой катушки могут быть заправлены
24-02-2019
9
со стороны формирователя 116 катушки и проходить через центральное отверстие 126 и
пересечение формирователя 116 катушки и вершины конуса 122. Кроме того, провода 134
звуковой катушки затем могут быть заправлены через поверхность 136 конуса 122 к паре
точек соединения 138. В паре точек соединения 138 провода 134 звуковой катушки могут
быть соединены с парой гибких проводников 140. Гибкие проводники 140 могут быть
соединены с клеммами 132 громкоговорителя. Пара гибких проводников 140 может быть
изготовлена из мишуры, литц-проволоки или любого другого подходящего проводящего
материала. Провода 134 звуковой катушки могут быть закреплены или прикреплены к
поверхности 136 конуса 122 с помощью не проводящего электричество адгезива или любого
другого подходящего соединительного материала.
[0034]
Громкоговоритель 100, показанный на фиг. На фиг.1 показана рама 102, конус 122 и объем
124, выполненные в общем круглой формы. Могут также использоваться разные
геометрические формы громкоговорителей, такие как громкоговорители, выполненные в
форме квадратов, овалов, прямоугольников и так далее. Кроме того, компоненты, которые
используются для формирования громкоговорителя 100, изложенного выше, следует
рассматривать в иллюстративном смысле, а не в качестве ограничения. Другие компоненты
могут быть использованы для изготовления громкоговорителя 100.
[0035]
ИНЖИР. 2 представляет собой пример корпуса 200 громкоговорителя, который включает в
себя первый громкоговоритель 202 и второй громкоговоритель 204. Первый
громкоговоритель 202 представляет собой высокочастотный динамик или высокочастотный
драйвер, работающий в высокочастотном диапазоне, например от около 5 кГц до около 25
кГц. Второй громкоговоритель 204 является громкоговорителем среднего диапазона,
работающим в среднечастотном диапазоне, таком как от около 100 кГц до около 6 кГц.
Второй громкоговоритель 204 содержит корпус 206 конуса. В других примерах
громкоговоритель любого другого размера и / или частотного диапазона может быть
сконструирован так, чтобы включать в себя соответствующий корпус 206 конуса.
[0036]
24-02-2019
10
В одном примере тело 206 конуса может быть сформировано из пластика, такого как
полипропилен, который включает в себя наполнитель, такой как наноструктурированные
наполнительные материалы, также взаимозаменяемо именуемые «наноструктурированные
материалы», «нанонаполнители» и «наноматериалы» под собственно условия определены
здесь как материалы, имеющие по меньшей мере один размер в нанометровом размере.
Нанометр (нм) составляет 10-9 метров, поэтому диапазон размеров нанометров составляет
от 1 до 999 нм. Наноструктурированные наполнители могут быть натуральными,
модифицированными или синтетическими по природе или любой их комбинацией. Основу
или пластиковый носитель, такой как полипропилен, который экструдируют или иным
образом объединяют с наноструктурированными наполнителями, взаимозаменяемо
называют нанокомпозитом, нанонаполненной композицией, нанонаполненным материалом,
нанонаполненной смолой и нанокомпозитными композициями.
[0037]
Улучшение жесткости и демпфирующих свойств тела конуса при сохранении относительно
небольшого веса тела конуса может обеспечить акустические преимущества для
громкоговорителя, работающего с таким корпусом конуса. Улучшенное демпфирование
может устранить акустическое отражение и другие нежелательные вибрации диффузора
громкоговорителя. Повышенная жесткость может обеспечить расширение диапазона частот
полосы пропускания динамика. Меньший вес может улучшить характеристики отклика
громкоговорителя из-за того, что меньшая масса вибрирует для создания звука.
Характеристики жесткости, веса и демпфирования могут обеспечить улучшенные
характеристики громкоговорителя, однако улучшение одной или нескольких характеристик
(или параметров) может привести к ухудшению желательности одной или нескольких других
характеристик. Из-за этих противоречивых целей выбор материалов, конструкции корпуса
конуса и производственных процессов может оказать существенное влияние на
акустические характеристики. Селективная комбинация по меньшей мере заранее
определенного массового процента основы материала носителя и предварительно
определенного массового процента наноструктурированного наполнителя с образованием
нанокомпозита привела к достижению оптимального компромисса в этих противоречивых
целях.
[0038]
Включение наноструктурированного наполнителя в пластик может обеспечить улучшенное
отношение жесткости к массе и более высокий удельный модуль упругости по сравнению с
24-02-2019
11
корпусом конуса, изготовленным только из полипропилена или полипропилена с
наполнителями частиц стандартного размера, такими как тальк, стекло, карбонат кальция,
волластонит или другие. ИНЖИР. Фиг.3 - примерный график 300, иллюстрирующий
увеличение удельного модуля или жесткости конического тела, которое включает
определенный массовый процент (мас.%) Наноматериалов, смешанных с носителем, или.
основной материал, такой как полипропилен, двумя различными способами. В
проиллюстрированном примере наноматериалы представляют собой наноглину, а
материал-носитель представляет собой полипропилен с высокой текучестью, который
описан ниже. Первая кривая 302 представляет увеличивающийся удельный модуль с
увеличением массового процента наноматериала в форме концентрата, который
смешивается с материалом-носителем, как описано ниже. Вторая кривая 304 представляет
увеличивающийся удельный модуль с увеличением массового процента наноматериалов,
которые могут быть смешаны с соединением с материалом носителя без концентрата.
[0039]
Удельный модуль упругости материала может быть определен как Ys = Ye / удельный вес и
является практической мерой эффективности веса. Ys важен для конструкции и
функционирования конусов колонок, потому что вес конуса при требуемой жесткости
напрямую влияет на отклик колонки и выход звука. На фиг. 3 первая кривая 302
иллюстрирует, что выбранный материал носителя без какого-либо массового процента
наноматериалов включает в себя удельный модуль упругости около 3034 МПа. Первая
кривая дополнительно иллюстрирует увеличение удельного модуля от примерно 3034 МПа
до примерно 4413 МПа, когда весовой процент наноматериалов, включенных в тело конуса,
увеличивается от примерно 0 до 16 процентов. Вторая кривая 304 иллюстрирует
увеличение удельного модуля от примерно 5,3 до примерно 4619 МПа в диапазоне от
примерно 8 до 12 мас.% Наноматериалов. На фиг. 3, относительно небольшое увеличение
массового процента наноматериалов обеспечивает значительное и желательное
увеличение жесткости. Процентное содержание по массе и увеличение удельного модуля
упругости, которые проиллюстрированы, являются только примерами, и достижимы другие
увеличения удельного модуля упругости при выбранных массовых процентах
наноматериалов.
ИНЖИР. Фиг.3 также иллюстрирует удельный модуль упругости контрольного материала
306, который может представлять собой, например, полипропиленовый сополимер (CPP),
заполненный 20 мас.% Талька, чтобы дополнительно проиллюстрировать улучшение
удельного модуля упругости при добавлении наноматериалов.
24-02-2019
12
[0040]
Механическое демпфирование также является желательным свойством материалов
корпуса конуса. Поскольку очень маленькие наполнители гораздо более эффективны, чем
наполнители обычного размера, для развития свойств материала, полимерные композиции
с эквивалентными свойствами, такими как жесткость, могут быть изготовлены с меньшими
нагрузками на наполнитель. Такие композиции наполнителей могут называться «богатыми
смолой». «Поскольку общее демпфирование (способность рассеивать механическую
энергию) частично связано с объемной долей смолы, которая присутствует, такие
комбинации, обогащенные смолой, могут иметь улучшенное демпфирование и создавать
желательные материалы конусов. Конкретный модуль и демпфирующие свойства
наноматериалов, предназначенных для применения в конусах, могут быть определены
одновременно с помощью динамического механического анализа (DMA). Данные модуля
сдвига могут быть получены во время испытания на кручение при постоянной низкой
деформации (в пределах линейной вязкоупругой области) и постоянной частоте.
Лабораторный инструмент, такой как реометр ARES, описанный ниже, подходит для этой
задачи.
[0041]
ИНЖИР. 4 - примерный график 400, иллюстрирующий демпфирование и наноразмерение
для тех же самых примерных материалов корпуса конуса, для которых конкретный модуль
представлен на фиг. 3. На фиг. На фиг.4 первая кривая 402 показывает диапазон
демпфирования от примерно 0,036 тангель-дельта до примерно 0,037 танта-дельта в
диапазоне гранул, смешанных с наноматериалами, от примерно 0 весовых процентов до
примерно 16 весовых процентов. Вторая кривая 404 показывает диапазон демпфирования
от примерно 0,045 до примерно 0,050 в диапазоне наноматериалов, смешанных с составом,
от примерно 8% до примерно 12%. Оба из которых включали более высокое содержание
смолы, что привело к улучшению демпфирования по сравнению с контрольным материалом
306. Таким образом, добавление наноматериалов обеспечивает благоприятное
воздействие как на жесткость, так и на демпфирующие характеристики тела конуса.
[0042]
Поскольку как удельный вес, так и демпфирование тела конуса могут быть значительно
24-02-2019
13
улучшены при относительно небольших количествах наноматериалов, удельный вес
нанокомпозита (носителя и наноматериалов) остается практически таким же, как и сам
носитель. ИНЖИР. 5 - примерный график 500, иллюстрирующий разницу в весе тех же
самых материалов корпуса конуса, представленных на фиг. 3 и 4, так как процентное
содержание наноматериалов увеличивается. На фиг. 5, поскольку процентное содержание
наноматериалов составляет от 0 до 16%, общий вес тела конуса изменяется примерно на
6,5%. Соответственно, включение наноматериалов может уменьшить противоречивые цели
в производстве корпусов конусов для достижения оптимальных акустических характеристик
при относительно низком соотношении жесткости к массе и относительно высоком
коэффициенте демпфирования.
[0043]
Конусные тела могут быть изготовлены способом литья под давлением с использованием
пресс-формы. Практический размер и геометрия конусообразного компонента могут быть
ограничены способностью конического материала легко обрабатываться в тонкостенных
участках формы. На пределы и относительную пригодность для тонкостенной обработки
конкретной смолы могут влиять характеристики вязкости конкретной комбинации
наполнителя и смолы-носителя, эффективность наполнителя, связанная с размером
наполнителя, и общий вес. % загрузки любого наполнителя, который может присутствовать.
В общем, чем ниже вязкость смолы или смолы-наполнителя при заданной скорости сдвига,
тем более легким будет процесс формования и тем больше будет окно процесса для
данной задачи проектирования. Нанонаполненные материалы могут улучшить прохождение
как требований к более низкому содержанию наполнителя, чтобы достичь эквивалентной
жесткости, так и большего разжижения при сдвиге расплава полимера в процессе литья под
давлением.
[0044]
В наполненных композициях наполнитель может увеличивать вязкость прямо
пропорционально объемной доле наполнителя в соответствии с теорией полимерной
инженерии. В результате исследований и испытаний было установлено, что
нанонаполнители могут быть более эффективными, чем обычные наполнители, в
отношении увеличения удельного модуля основного материала. Для достижения желаемой
жесткости может потребоваться меньший весовой процент загрузки нанонаполнителя.
Следовательно, для данной смолы-носителя, армированной до эквивалентной жесткости,
увеличение вязкости из-за загрузки нанонаполнителя будет меньше, чем наблюдается с
24-02-2019
14
частицами наполнителя стандартного размера.
[0045]
Как будет объяснено позже, вязкость расплава нанонаполненных композиций может
уменьшаться быстрее при скорости сдвига, чем у традиционно наполненных материалов в
средах с высоким сдвигом, таких как присутствующие в литьевом формовании. По меньшей
мере по этим двум причинам нанонаполненные материалы могут быть эффективно менее
вязкими и более подходящими для обработки в тонкостенных конусных элементах тела.
[0046]
Другие добавки и процессы, связанные с нанонаполняющим материалом, такие как
микроклеточное литье под давлением (MuCell) или Expancell, могут использоваться для
облегчения формования конуса и обеспечения более высокого удельного модуля и / или
улучшения демпфирования другими способами. Процесс MuCell впрыскивает
сверхкритическую жидкость (SCF) азота или диоксида углерода в основной полимер, в то
время как расплав находится в цилиндре формовочной машины, непосредственно перед
заполнением полости формы. При заполнении СКФ самопроизвольно газифицируется и
образуется дисперсия газ-твердое вещество. В результате получается легкая масса,
состоящая из газа, диспергированного в твердой полимерной композиции. Как правило,
жесткость и вес могут быть уменьшены, но пропорциональные изменения способствуют
более высокому удельному модулю материала. Кроме того, захваченная критическая
жидкость может временно уменьшить вязкость расплава полимера, позволяя расплаву
полимера легче течь в заданную полость формы во время инжекции,
[0047]
Альтернативно, Expancell представляет собой технологию, основанную на материалах, в
которой полимерная добавка с унесенным вспенивающим агентом добавляется к
пластиковым формовочным гранулам и диспергируется в расплаве полимера посредством
действия подачи, нагрева и перемешивания винта формовочной машины. Вовлеченный
агент расширяется внутри еще незаметных частиц Expancel, которые сохраняют свою
индивидуальность по мере того, как расплавленная полимерная композиция впрыскивается
в форму. Таким образом, образуются крошечные «микрошарики», которые уменьшают вес
24-02-2019
15
формованной массы и изменяют демпфирующие свойства формованной массы. Как
демпфирование, так и удельный модуль упругости материала могут быть увеличены.
Композитные композиции с высокой текучестью
[0048]
Используемый здесь термин «вязкость потока» относится к сопротивлению полимера течь,
когда полимер находится в жидком состоянии. Вязкость при сдвиге определяется здесь как
напряжение сдвига, деленное на скорость сдвига в устойчивом сдвиговом потоке. Вязкость
может быть дана в единицах Нс / м2 или Па.с (эти единицы эквивалентны как 1 Нс / м2 = 1
Па). Альтернативными единицами измерения вязкости являются пуаз, где: 10 пуаз (г / см с)
= 1 кг / м с = нс / м2 = 1 Па · с. [00471 По меньшей мере, два метода полезны для
идентификации и определения композиционных композиций с "высоким расходом" для
формования тонкостенных конусных тел, определения вязкости в зависимости от скорости
сдвига и индекса расплава. Снижение вязкости расплава материала со скоростью сдвига
является характерной характеристикой текучести расплавов полимера, известной как
«тиксотропия» или «утончение при сдвиге». «Разжижение при сдвиге обычно проявляется в
расплавах полимеров и может быть охарактеризовано лабораторными приборами,
предназначенными для оценки рилогии полимеров». Одним из таких приборов является
ARES Dynamic Mechanical Analyzer (DMA), продукт компании TA Instruments, Делавэр.
В частности, может быть проведено испытание на вязкость в зависимости от скорости
сдвига при постоянной температуре, чтобы определить и сравнить поведение истончения
при сдвиге термопластичных материалов.
[0049]
В одном примере может использоваться геометрия испытательного приспособления конуса
и пластины или параллельной пластины, и она может работать в режимах с постоянным
сдвигом или с динамическим сдвигом в зависимости от диапазона сдвига, который должен
быть оценен. Более высокие скорости сдвига, равные или превышающие приблизительно 1
радиан / секунду, могут быть более легко оценены в динамических испытаниях. Единицами
измерения скорости сдвига в этом режиме испытаний являются радианы / секунда, в то
время как единицы измерения скорости сдвига при установившемся сдвиге сообщаются в
обратных секундах, 1 / сек. Данные, сгенерированные в любом режиме, могут быть
пропорциональными и могут быть преобразованы посредством использования отношения
24-02-2019
16
Кокса-Мерца. Может быть выбрана испытательная температура, представляющая собой
температуру, используемую для литья под давлением материала в представляющую
интерес деталь компонента, такую как диффузор динамика. Данные по вязкости обычно
могут быть собраны при (динамических) скоростях сдвига от примерно 0,01 до примерно
1000 радиан в секунду, однако данные со скоростью выше примерно 10 рад / с могут быть
наиболее полезными.
[0050]
ИНЖИР. 6 представляет собой логарифмический график 600 примерных данных вязкости
для примерного пластикового материала. На фиг. 6, показанная кривая может быть
разделена на первую область 602 и вторую область 604.
[0051]
При низких скоростях сдвига, идентифицированных с первой областью 602, кривая вязкости
является относительно плоской, что указывает на то, что вязкость относительно не зависит
от скорости сдвига, и поток расплава называется ньютоновским. При более высоких
скоростях сдвига, определенных второй областью 604, выше примерно 10 рад / с, вязкость
быстро падает в экспоненциальной пропорции с увеличением скорости сдвига, когда
начинается тиксотропия или истончение сдвига. Поток расплава в этой области называется
поведением потока "степенного закона". Относительная степень утончения при сдвиге
затем определяется наклоном кривой скорости сдвига log-вязкость-log в этой области.
Степенной закономерности потока могут быть репрезентативными для поведения
полимерных расплавов в процессе литья под давлением, где могут иметь место скорости
сдвига от нескольких сотен до нескольких тысяч рад / с.
[0052]
Как обсуждалось ранее, композиции для разжижения с более высоким сдвигом являются
предпочтительными для тонкостенного литья под давлением конусов колонок. Отсюда
следует, что предпочтительные составы с высокой текучестью могут быть
идентифицированы и описаны путем сравнения наклона кривых скорости сдвига вязкости
композиции, определенных при скоростях сдвига, типичных для процессов инжекционного
моделирования при постоянной температуре, например, в области «степенного закона» в
24-02-2019
17
сравнении к тем из обычных составов.
[0053]
В частности, на фиг. 6, нанокомпозитные композиции, связанные с повышенным удельным
модулем и демпфированием, также имеют большее истончение при сдвиге по сравнению со
стандартными композициями, заполненными частицами, такими как тальк и глины. Кроме
того, наступление истончения при сдвиге происходило при более низких скоростях сдвига.
Таким образом, «пересечение» кривых зависимости вязкости от скорости сдвига
нанонаполненных композиций по сравнению со стандартными композициями наполнителя
может наблюдаться при более высоких скоростях сдвига. (см. фиг. 7). Таким образом,
улучшается формование тонких стенок, так что, например, громкоговоритель 204 может
включать в себя диффузор динамика, содержащий хорошо демпфированный
высокопрочный термопластичный композиционный материал с высоким модулем упругости.
[0054]
Метод скорости течения расплава является мерой легкости течения материала и может
использоваться для определения того, сколько материала экструдируется через фильеру за
заданное время, когда нагрузка прикладывается к расплавленному образцу в цилиндре.
Метод определения скорости течения расплава описан в стандарте ASTM D1238 и широко
используется для контроля качества и технических требований
[0055]
Композитная композиция с высокой текучестью предпочтительно имеет отношение
прочности к массе, подходящее для предполагаемого применения, и вязкость при высокой
скорости сдвига, которая все еще является достаточно низкой, чтобы позволить литьевое
формование тела конуса с желаемой толщиной. Например, составы с высокой текучестью
желательно изготавливать таким образом, чтобы можно было изготавливать диффузор
динамика различной толщины путем литья под давлением. В частности, композиции с
высокой текучестью позволяют формировать как тонкостенные, так и более толстостенные
структуры путем литья под давлением. Тонкостенная конструкция может иметь небольшую
толщину по сравнению с траекторией впрыска, используемой для формирования
24-02-2019
18
конструкции. Литье под давлением с тонкими стенками включает литье под давлением
компонентов с относительно высоким отношением длины потока к толщине стенки,
например около 100: 1 и выше. Тонкостенная часть диффузора среднего класса может
иметь толщину около 0,5 мм или менее, предпочтительно от около 0,1 мм до 0,5 мм и более
предпочтительно от около 0,15 мм до 0,35 мм с длиной потока в приблизительный диапазон
от около 25 мм до 50 мм, где «около» относится к ± 5% от номинального значения.
[0056]
Композитные композиции с высокой текучестью можно идентифицировать путем измерения
вязкости расплава полимера при температуре, типичной для температуры, используемой
для литья под давлением. Например, для нанозаполненного полипропилена применимая
температура обычно может составлять от около 177 ° С до около 232 ° С и, более вероятно,
от около 204 ° С до около 218 ° С. Композиционные композиции, имеющие относительно
низкую вязкость при высоких скоростях сдвига, являются особенно предпочтительными. В
некоторых примерах композитного материала желательно, чтобы полимерный носитель с
высокой текучестью, как описано ниже, был желательно выбран для обеспечения более
быстрого снижения вязкости в зависимости от скорости сдвига, особенно для литья под
давлением тонкостенных конструкций.
[0057]
Реологические свойства полипропиленовых композиций могут быть охарактеризованы
путем измерения динамической вязкости при сдвиге при скоростях сдвига в диапазоне
примерно 0,1-1000 радиан / с и примерно при 210 ° С с использованием динамического
механического спектрометра. Вязкости около 10 рад / с и около 500 рад / с находятся в
области степенного закона и могут быть представлены соответственно как V10 и V500 с
отношением двух, обозначаемым как VSRR (отношение скоростей сдвига вязкости) = V10 /
V100. Следует отметить, что VSRR является наклоном кривой скорости сдвига вязкости в
области степенного закона и полезен для определения и идентификации составов с
высокой текучестью, которые желательны для процессов формования тонкостенных
конусных тел. Чем выше значение, тем лучше способность материала к заполнению
формы. Нанокомпозитные полипропиленовые композиции с высокой текучестью для
тонкостенных нанокомпозитных конических тел могут иметь VSRR более 3, более
желательно более 6 и наиболее желательно более 8, и динамическая сдвиговая вязкость по
DMA при 210 ° С и 500 рад / с желательно менее чем около 5000 пуаз и более желательно
менее чем около 3000 пуаз.
24-02-2019
19
[0058]
ИНЖИР. 7 представляет собой график 700, показывающий поведение скорости сдвига
вязкости различных примерных нанонаполненных композиций и полипропиленовых
композиций, которые можно использовать для формования конусов громкоговорителей.
Первая кривая 702 представляет незаполненный основной носитель с высоким расходом,
такой как полипропилен с высоким расходом. Вторая и третья кривые 704 и 706
представляют собой набор кривых, которые были получены из двух нанокомпозитов,
содержащих соответственно приблизительно 4% и 16% по весу наноматериалов, таких как
алюмосиликатный нанонаполнитель в полипропиленовом носителе с высоким расходом.
Четвертая кривая 708 - это кривая для полипропилена, армированного 20% тальком, с
использованием наполнителя из талька обычного размера в качестве контроля.
[0059]
В целом ожидаемое влияние загрузки наполнителя на уменьшение потока наблюдается на
первой, второй и третьей кривых 702, 704 и 706 для нанонаполненных материалов. Тем не
менее, ключевые различия в поведении потока между кривыми очевидны. Кривые 704 и 706
для нанонаполненных композитов показывают преимущества поведения при разжижении
при сдвиге, начинающегося при скоростях сдвига, равных примерно 0,1 радиан / с. С другой
стороны, вязкость четвертой кривой 708 (стандартная композиция талька) и первой кривой
702 (незаполненный носитель с высоким расходом) заметно не снижалась до тех пор, пока
скорости сдвига не превысили 10 радиан / с. Следовательно, преимущества разжижения
при сдвиге для более легкого заполнения тонкостенных форм проявляются быстрее в
последовательности заполнения расплавом, когда в качестве усиливающего агента
используется нано-наполнитель по сравнению с обычным наполнителем. Во-вторых,
улучшенное истончение при сдвиге позволяет вязкости расплава высокомодульной, более
высоконагруженной нанокомпозиции, такой как вторая и третья кривые 704 и 706,
"пересекать" четвертый 708, указывая, что расплавы нанонаполненного материала
становятся эффективно менее вязкая для литья под давлением тонкостенных конусов.
В этих примерах переходы могут происходить при скорости около 1 рад / с и около 10 рад / с
соответственно. Высокопоточные высокомодульные несущие материалы
24-02-2019
20
[0060]
Композитная композиция с высокой текучестью из приведенных в качестве примера
конусных тел включает термопластичный носитель и наполнитель для увеличения
соотношения жесткость / масса и демпфирования композиции. Термопластичный носитель
предпочтительно представляет собой полимер, который имеет благоприятную комбинацию
низкой плотности, высокой жесткости, сохранения жесткости при повышенной температуре
и высокого потока, на что указывает поведение при отклонении тепла, и высокой скорости
течения расплава. Широкие и предпочтительные диапазоны для этих атрибутов могут быть
определены для незаполненного состояния смолы и могут быть изложены следующим
образом: удельный вес может иметь широкий диапазон, такой как менее чем
приблизительно 0,95, и предпочтительно может быть менее чем приблизительно 0,92 ( как
измерено ASTM D792). Жесткость, когда она выражается в виде модуля упругости при
изгибе при 23 ° C на ASTM D790, может иметь широкий диапазон, превышающий примерно
1724 МПа и предпочтительно превышающий примерно 2068 МПа. Температура теплового
искажения при 0,45 МПа, согласно ASTM D648, может находиться в широком диапазоне,
превышающем примерно 107 ° С, и предпочтительно 121 ° С. Скорость течения расплава
согласно ASTM D1238 может составлять около 230 ° С, при нагрузке около 2,16 кг, в
широком диапазоне, который может быть больше, чем около 12 г / 10 мин, или в более
узком диапазоне, превышающем около 20 г / 10 мин. или в еще более узком диапазоне,
превышающем примерно 30 г / 10 мин.
Примеры полимеров-носителей включают альфа-олефиновые полиолефины с высокой
текучестью, такие как высококристаллический нуклеированный полипропилен.
[0061]
Подходящие высококристаллические полипропилены коммерчески доступны в форме
формовочных гранул от BP Amoco Polymers, Inc. под торговым названием ACCPRO. В
некоторых из следующих примеров полимер-носитель представляет собой
высококристаллический полипропилен ACCPRO 9934 (позднее переименованный в
Innovene H35Z-02) от Amoco Polymers, Chicago, Ill. Этот полимер имеет скорость течения
расплава около 35 грамм / 10 минут, удельный вес 0,91, модуль упругости при изгибе около
2241 МПа, температуру отклонения тепла 135 ° С при 66 Па и прочность на разрыв 41,5
МПа (атм D638 26,7 ° С).
24-02-2019
21
[0062]
ИНЖИР. 8 представляет собой набор примерных кривых зависимости вязкости от скорости
сдвига, которые иллюстрируют вклад высокопоточного носителя в способность
высокопоточной нанокомпозитной композиции заполнять форму тонкого сечения. Первая
кривая 802 представляет поведение потока для незаполненного носителя с высоким
расходом, а вторая кривая 804 представляет поведение для носителя плюс 8 мас.%
Нанонаполнителя. Очевиден эффект разжижения при сдвиге нанонаполнителя и
увеличение вязкости за счет добавления 8 мас.% Нанонаполнителя к носителю с высоким
расходом. Третья кривая 806 представляет другой нанонаполненный полипропилен, также с
8 мас.% Нанонаполнителя. Эффект разжижения при сдвиге, связанный с наполнителем,
остается очевидным, но на всем протяжении третья кривая 806 смещается к постоянно
более высоким значениям вязкости. Очевидно, что выбор смолы-носителя является
существенным фактором для получения общих высоконапорных нанонаполненных
композиций, которые желательны для заполнения формы, предназначенной для
изготовления тонкостенных пластиковых конусов.
[0063]
Полипропиленовые смолы-носители изначально производятся в виде порошка. Порошок
смолы может быть смешан с дополнительными компонентами и использован
непосредственно при производстве формованных и экструдированных изделий или может
быть сначала смешан и гранулирован в соответствии с методами, обычно используемыми в
области смешивания смол. Например, высушенную смолу можно смешать в сухом виде с
такими стабилизирующими компонентами, зародышеобразователями и добавками, которые
могут потребоваться, а затем подать в одношнековый или двухшнековый экструдер.
Полимер, экструдированный через фильеру в воду, затем может быть удобно измельчен
для образования гранул и сохранен для последующего смешивания для получения
описанных смесей для дальнейшего изготовления.
[0064]
Такие незаполненные материалы могут быть подвергнуты экструзии, чтобы
непосредственно включать нанонаполнитель на желаемом уровне, или чтобы получить
концентрат наполнителя, который можно смешивать на конечной стадии литья под
давлением с той же или другой совместимой основной смолой для достижения конечного
24-02-2019
22
желаемого результата загрузка нано-наполнителя. Альтернативно, концентраты
нанонаполнителя, где в качестве носителя была использована другая совместимая базовая
смола, могут быть смешаны пропорционально смоле с высокой текучестью, такой как смола
ACCPRO с высокой текучестью, для получения композиций с требуемым содержанием
нанонаполнителя. Коммерчески доступные концентраты нанонаполнителей и обычные или
нестандартные нанонаполненные смолы формовочной марки производятся компанией
PolyOne из Эйвон-Лейк, штат Огайо, под торговой маркой Maxxim. Одним примером
коммерческого концентрата с нанонаполнением 40 ± 2 мас.% Является Maxxim MB1001,
предназначенный для использования с полипропиленом. шпатлевка
[0065]
Наноструктурированные наполнительные материалы могут быть введены путем прямого
смешивания в носитель с высоким расходом или через концентрат гранул, смешанный с
гранулами с высоким расходом, на прессе для литья под давлением. Основная смола с
высокой текучестью и несущая смола, используемые для формирования концентрата,
должны быть совместимы, но могут быть или не быть идентичными друг другу.
Предпочтительно, возможный термопластичный композиционный материал будет иметь от
4 до 20 мас.%, А более предпочтительно от 4 до 12 мас.% Наноструктурированного
наполнителя.
[0066]
Наноструктурные материалы, особенно подходящие для использования, включают одну или
несколько из следующих категорий наноразмерных элементов: наночастицы, многослойные
(нанопленки), нанокристаллические и нанопористые материалы, нанокомпозиты и
нановолокна (нанотрубки и нанопроволоки) и любую их комбинацию.
Наноструктурированный материал может, например, содержать один нанокристаллический
материал или он может содержать два нанокомпозита в сочетании с типом наночастиц.
Нанокристаллические материалы, например, представляют собой кристаллиты размером
примерно от 1 до 10 нм, в которых может быть легко достигнуто сверхвысокое отношение
поверхности к объему. Нанопористые материалы, с другой стороны, характеризуются
молекулярной совокупностью структур, состоящих из полостей или пор нанометрового
размера. Типичные наноструктурированные материалы могут состоять из алюмосиликатов,
углеродистых материалов, слоистых двойных гидроксидов или их смесей.
24-02-2019
23
[0067]
Предпочтительные наноструктурированные материалы могут состоять из алюмосиликатов,
углеродистых материалов, слоистых двойных гидроксидов или их смесей.
Алюмосиликатные наноструктурные материалы включают, но не ограничиваются ими,
полисиликаты, такие как филлосиликаты, такие как смектитовая группа глинистых
минералов, тектосиликаты, такие как цеолиты, тетрасиликаты, такие как кенияит, и цеолиты.
Например, природные или синтетические филлосиликаты представляют собой листовые
структуры, в основном состоящие из тетраэдрических слоев диоксида кремния и
октаэдрических слоев оксида алюминия. Филлосиликаты представляют собой
предпочтительный тип структурированного наноматериала, и предпочтительный тип
филлосиликата включает одну или несколько смектитовых глин отдельно или в комбинации
с другими совместимыми структурированными наноматериалами. Дополнительные
примеры филлосиликатов, применимых в пластичных конических телах, включают, но не
ограничиваются ими, монтмориллонит, нонтронит, бейделлит, гекторит, сапонит, сауконит,
каолинит, серпентин, иллит, глауконит, сепиолит, вермикулит или их смеси.
Хотя это не ограничивается, в частности, общая катионообменная емкость филлосиликатов
может предпочтительно составлять от 10 до 300 миллиэквивалентов, более
предпочтительно от 50 до 200 миллиэквивалентов, на 100 граммов филлосиликатного
материала. Филлосиликатные наноматериалы (то есть наноглины) коммерчески доступны
от Nanocor, Inc., Арлингтон-Хайтс, штат Иллинойс, как NANOMER, и от Southern Clay
Products, Inc., Гонзалес, Техас, как CLOSITE.
[0068]
Углеродистые наноматериалы также могут быть использованы для формирования
наноструктурированных композиционных материалов. Примеры наполнителей из
углекислого газа включают фуллерены, углеродные наночастицы, диамондоиды, пористые
угли, графиты, микропористые полые углеродные волокна, одностенные нанотрубки и
многостенные нанотрубки. Фуллерены обычно состоят из 60 атомов углерода, соединенных
вместе, чтобы образовать клетчатую структуру с симметрично расположенными 20
гексагональными и 12 пятиугольными гранями. Предпочтительные фуллереновые
материалы включают C60 и C70, хотя, по-видимому, можно использовать и другие «высшие
фуллерены», такие как C76, C78, C84, C92 и т. Д., Или смесь этих материалов. Графит
представляет собой кристаллическую форму углерода, содержащую атомы, ковалентно или
металлически связанные в плоских слоистых плоскостях с более слабыми ван-дер-
24-02-2019
24
ваальсовыми связями между плоскостями. Дополнительные композитные материалы
[0069]
Композитные материалы также могут включать в себя улучшающее совместимость
средство для улучшения и улучшения адгезии между пропиленовой полимерной матрицей и
наполнителем из целлюлозного волокна. Используемый здесь термин «средство для
улучшения совместимости» означает любой материал, который может быть смешан с
полипропиленовым и целлюлозным волокном, чтобы способствовать адгезии между
полипропиленовой матрицей и волокном. Добавка, улучшающая совместимость,
предпочтительно будет содержать функционализированный полимер, который может быть
далее описан как полимер, совместимый с пропиленовой полимерной матрицей и имеющий
полярные или ионные фрагменты, сополимеризованные с ней или присоединенные к ней.
Как правило, эти функционализированные полимеры представляют собой пропиленовые
полимеры, привитые с полярным или ионным фрагментом, таким как ненасыщенная
карбоновая кислота или ее ангидрид, например, (мет) акриловая кислота, малеиновая
кислота, фумаровая кислота, цитраконовая кислота, итаконовая кислота или тому
подобное.
[0070]
Часть пропиленового полимера привитого сополимера может быть гомополимером
пропилена или сополимером пропилена с другим альфа-олефином, таким как этилен;
гомополимер пропилена является предпочтительным. Функционализированные
пропиленовые полимеры включают малеинированный полипропилен с уровнем
малеинирования от около 0,4 до около 2 мас. %, предпочтительно 0,5-1,25 мас. %, и индекс
расплава (MI) от около 1 до около 500 г / 10 мин, предпочтительно от около 5 до около 300 г
/ 10 мин, определенный при 190 градусах. С и 2,16 кг. Особенно подходящий
малеинированный полипропилен доступен под торговой маркой Polybond. TM. 3200 от
Uniroyal. Другие сорта Полибонд. TM. Смолы могут быть найдены подходящими, как и
Fusabond. TM. малеинированные полипропиленовые смолы от DuPont, Epolene. TM. смолымодификаторы от Eastman Chemicals и Exxelor. TM. смолы-модификаторы от Exxon
Chemicals.
[0071]
24-02-2019
25
Функционализированный полимер, когда он используется, может быть включен в тело 206
конуса в количестве, достаточном для действия в качестве агента совместимости между
полимерными материалами и целлюлозным волокном. Обычно от около 0,3 до около 12
мас. % функционализированного полимера достаточно для обеспечения адекватной
адгезии между полимерной матрицей и волокнистым компонентом. Поскольку
функционализированный полимер является более дорогим, чем объемный
высококристаллический пропиленовый полимер, существует экономический стимул
минимизировать долю такого функционализированного полимера в общем продукте.
Предпочтительно такой функционализированный полимер вводят в продукт по настоящему
изобретению на уровне примерно от 0,5 до 10 мас. % и наиболее предпочтительно на
уровне примерно от 1 до 6 мас. % в расчете на общую массу компонентов смолы и
наполнителя. Продукты, содержащие от около 1 до около 4 мас. %
функционализированного полимера, особенно малеинированного полипропилена, как было
обнаружено, является особенно подходящим. Литье под давлением высокопоточных
термопластичных композиционных композиций
[0072]
Конусы громкоговорителей могут быть сформированы путем приготовления
термопластичного композита и формирования композита с использованием методов
термопластичного формования. Композит может быть получен путем смешивания путем
сдвига смешивания материала-носителя на основе пропилена на основе полиолефина и
наноструктурированного материала в расплаве при температуре, равной или превышающей
температуру плавления полимера. Температура расплава, время пребывания расплава в
смесителе и механическая конструкция смесителя являются несколькими переменными,
которые контролируют величину сдвига, который должен быть нанесен на композицию во
время смешивания.
[0073]
Альтернативно, носитель может быть гранулирован и смешан в сухом виде с каждым
наноматериалом, и после этого композицию нагревают в смесителе до тех пор, пока
полимер не расплавится с образованием текучей смеси. Эту текучую смесь затем можно
подвергать сдвигу в смесителе, достаточном для образования желаемого композита.
Полимер также может быть нагрет в смесителе для образования текучей смеси перед
добавлением наноструктурированного материала, а затем подвергнут сдвигу, достаточному
24-02-2019
26
для образования желательного иономерного нанокомпозита. Количество
наноструктурированного материала, наиболее выгодно включенного в полиолефин, зависит
от множества факторов, включая конкретные наноматериалы и полимеры, используемые
для формирования композита, а также от его желаемых свойств.
[0074]
В одном примере композитный материал готовят путем смешивания компонентов в
модульном двухшнековом экструдере с взаимным вращением в одном вращении,
например, производства Werner-Pfleider. Другие производители оборудования этого типа
включают двухшнековые экструдеры с двусторонним вращением от Berstorff, Leistritz,
Японского металлургического завода и других. Диаметр шнека для этого типа смесителя
может варьироваться от около 25 мм до около 300 мм.
[0075]
Смесительный экструдер включает в себя ряд секций или модулей, которые выполняют
определенные функции перемешивания композиции. Полимерные компоненты подают в
начальную загрузочную секцию экструдера в виде твердых гранул в основном загрузочном
бункере. Другие ингредиенты, такие как наполнители, термостабилизаторы и тому
подобное, также могут подаваться в основной загрузочный бункер смесительного
экструдера в виде сухих порошков или жидкостей. Большинство термостабилизаторов и УФстабилизаторов могут быть добавлены в расположенную ниже по потоку секцию смесителя.
Каждый необязательный ингредиент может быть смешан с смесью, смешан с
ингредиентами во время производства смеси. Вышеуказанные смеси могут быть
изготовлены, например, путем экструзии. Смеси полиолефиновой смолы могут быть
смешаны любым традиционным способом, который обеспечивает создание относительно
гомогенной смеси. Необязательные ингредиенты также могут быть приготовлены в форме
маточной смеси с одним или несколькими другими первичными или необязательными
ингредиентами, как описано ранее.
[0076]
Компоненты обычно гомогенизируют с начальной секцией плавления и смешивания
экструдера. Температура расплава полимера повышается с помощью последовательности
24-02-2019
27
перемешивающих блоков чуть выше самой высокой температуры размягчения полимерной
смеси. Температура расплава от около 160 ° С до 230 ° С может быть использована для
первой секции смешивания.
[0077]
После первой секции смешивания имеется вторая секция смешивания экструдера для
выполнения перемешивания и распределительного смешивания. Температура смешивания
в этом разделе может составлять от около 160 ° С до около 22 ° С или от около 170 ° С до
около 220 ° С в чтобы добиться достаточной дисперсии наноструктурированного материала
в смеси полиолефинов. Время пребывания во второй секции смешивания должно
составлять не менее 10 секунд, но не более 100 секунд, чтобы предотвратить чрезмерное
термическое разложение. Предпочтительно, наноструктурированный материал, по меньшей
мере, по существу, равномерно диспергирован внутри полиолефина, и, более
предпочтительно, он равномерно диспергирован в полиолефине.
[0078]
В последнем разделе смесительного экструдера используется сжатие расплава перед
экструзией через фильеру. Сжатие расплава может быть выполнено с помощью
двухшнекового экструдера, вращающегося в одном направлении, или сжатие расплава
может быть выполнено с помощью разобщенного процесса, такого как одношнековый
экструдер или шестеренный насос для расплава. В конце секции сжатия композиция
выгружается через фильеру.
[0079]
Композит может быть гранулирован путем гранулирования в виде прядей или
коммерческого подводного гранулирования. Гранулы композитной композиции затем могут
быть использованы для изготовления изделий желаемой формы или конфигурации с
помощью любого из ряда средств, таких как различные типы процедур литья под
давлением, процедуры экструзии или совместной экструзии, процедуры литья под
давлением, процедуры термоформования или подобное, аналогичное, похожее.
Композиции могут быть составлены так, чтобы иметь поток расплава, подходящий для
обычного оборудования для формования или формования, которое желательно
24-02-2019
28
использовать.
[0080]
Характеристики тела 206 конуса, сформированного для включения наполнителя, такого как
наноматериалы, могут обеспечивать частотную характеристику с низким общим
гармоническим искажением (THD), как описано ниже. Кроме того, масса тела 206
пластикового конуса может быть преимущественно уменьшена. Поскольку чувствительность
обратно пропорциональна массе, уменьшенная масса увеличит чувствительность динамика
к звуковым сигналам. Пластиковые конусные корпуса также могут быть
водонепроницаемыми или, по меньшей мере, водостойкими. В зависимости от выбора
основной смолы, некоторые нанокомпозитные пластики могут демонстрировать лучшую
огнестойкость и более высокие рабочие температуры, чем бумага, что иногда важно для
применения в конусах.
[0081]
Из-за того, что сырье, используемое в производстве, является относительно однородным,
технологическая изменчивость пластиковых конусных тел может быть значительно
уменьшена по сравнению с обычными бумажными конусными телами и / или
металлическими конусными телами. Кроме того, пластиковые конические тела могут быть
более прочными по сравнению с бумажными коническими телами. Соответственно,
транспортировка, обработка во время изготовления, сборка громкоговорителя и т. Д. Могут
быть преимущественно изменены с учетом улучшенной прочности корпуса пластикового
конуса. Скрепление, включая формование термопластичного эластомера (TPE), с
пластиковым корпусом конуса других элементов громкоговорителя, таких как объемные и
звуковые катушки, может быть выгодно модифицировано вторичными обработками, такими
как обработка плазмой, ввиду дополнительной прочности корпуса пластикового конуса.
[0082]
В другом примере корпус 206 пластикового конуса может быть сформирован с помощью
процесса, который вводит наполнитель, который представляет собой газ (ы), который
распределен по существу равномерно по всему пластику. Результатом может быть тело
конуса с уменьшенным весом и уменьшенным короблением без значительной потери
24-02-2019
29
жесткости. Соответственно, такое тело конуса также может иметь улучшенное отношение
жесткости к массе. Примеры процессов, которые можно использовать для введения
наполнителя, который представляет собой газ (ы), в пластиковый материал, включают
MUCELL, EXPANCEL или любой другой материал и / или процесс, способный распределять
газ внутри пластика.
[0083]
В еще одном примере корпус 206 пластикового конуса может включать в себя
дополнительные сверхлегкие наполнители. Примеры сверхлегких наполнителей включают
летучую золу или ценосферу. Сверхлегкие наполнители могут быть включены для
дополнительного улучшения характеристик жесткости и веса тела 206 пластикового конуса.
(Фиг. 2)
[0084]
Конусные тела, сформированные с такими наполнителями, имеют специфический модуль,
который значительно выше, чем с конусным телом, выполненным из незаполненного
полипропилена (UF PP), как обсуждалось ранее. Как также обсуждалось ранее, процентное
содержание пластика и наноматериала, используемого для формирования тела конуса,
может варьироваться, при этом сохраняя преимущественно низкий удельный вес детали.
Например, тело конуса может быть сформировано с примерно 4 мас. % наноматериала,
около 6 мас. % полипропиленовой смолы-носителя и около 90 мас. % полипропилена. В
другом примере тело конуса может быть сформировано с примерно 12 мас. %
наноматериала, около 18 мас. % полипропиленовой смолы-носителя и около 70 мас. %
полипропилена. В еще одном примере тело конуса может быть сформировано с примерно
20 мас. % наноматериала, около 30 мас. % полипропиленовой смолы-носителя и около 50
мас. % полипропилена. В этих примерах средняя толщина стенок корпусов конусов может
составлять около 0,28 мм. В другом примере тело конуса может быть сформировано с
примерно 12 мас. % наноматериала, около 18 мас. % полипропиленовой смолы-носителя и
около 70 мас. % полипропилена, со средней толщиной стенки около 0,19 мм.
Как обсуждалось ранее, полипропиленовая несущая смола может быть исключена, или
другие типы пластмасс, такие как жидкокристаллический полимер (LCP) и GTX,
запатентованный сплав General Electric, состоящий из нейлона + PPO + полистирола, может
использоваться в других примерах.
24-02-2019
30
[0085]
В еще других примерах тело конуса может быть отформовано с помощью процесса MuCell,
чтобы включать около 8 мас. % наноматериала, такого как наноглина, около 12 мас. %
полипропиленовой смолы-носителя, около 1 мас. % Сверхкритической жидкости Mucell
(SCF) и около 80 мас. % полипропилена. В этом примере средняя толщина стенки тела
конуса может составлять около 0,28 мм. В еще одном примере тело конуса может быть
сформировано с примерно 8 мас. % наноматериала, такого как наноглина, около 12 мас. %
полипропиленовой смолы-носителя, около 1 мас. % до примерно 3 мас. % Expancell и около
77 мас. до примерно 79 мас. % полипропилена. В этом примере средняя толщина стенки
тела конуса может составлять около 0,28 мм. Регулировка массового процента
наноматериала, присутствующего в базовом материале, напрямую влияет на соотношение
жесткости и массы. При добавлении дополнительного наноматериала жесткость
увеличивается, однако, как обсуждалось ранее, вес детали остается по существу
одинаковым.
[0086]
Акустическое демпфирование аналогичным образом изменяется путем регулировки
массового процента наноматериала в основном материале тела конуса, как обсуждалось
ранее. Таким образом, при регулировке секции стенки тела конуса массовый процент
наноматериала также можно регулировать для поддержания, по существу, такой же
жесткости тела конуса. Однако корректировка массового процента наноматериала будет
регулировать демпфирование. Например, если определенная толщина секции стенки тела
конуса уменьшается, массовый процент наноматериала может быть увеличен, чтобы
поддерживать по существу ту же самую жесткость тела конуса, даже если секция стенки
тоньше. Поскольку весовой процент наноматериала увеличивается, демпфирование тела
конуса будет уменьшаться.
[0087]
ИНЖИР. 9 представляет собой набор примерных кривых частотной характеристики
громкоговорителя, имеющего тело конуса, сформированное из разных материалов.
ИНЖИР. 9 также включает в себя крупный план части набора кривых частотной
24-02-2019
31
характеристики в диапазоне от 5 кГц до 20 кГц. В этом примере вес каждого из тел конуса
по существу такой же, о чем свидетельствует уровень звукового давления (SPL), оставаясь
по существу одинаковым среди различных кривых частотной характеристики в области
полосы пропускания. Первая кривая 902 частотной характеристики отражает
характеристики громкоговорителя, который включает в себя корпус конуса, отлитый только
из высокопоточного сополимерного полипропилена с расплавом 34, например ACCPRO.
Вторая кривая 904 частотной характеристики отражает характеристики громкоговорителя,
который включает в себя корпус конуса, отлитый с носителем, который представляет собой
полипропилен из полипропилена с ядрами из высокопоточного 34 расплава, такого как
ACCPRO, с наноматериалами первого массового процента, который составляет 8 массовых
процентов , Третья кривая 906 частотной характеристики отражает характеристики
громкоговорителя, который включает в себя корпус конуса, отформованный с носителем,
который представляет собой полипропилен из полипропилена с ядрами из высокопоточного
34 расплава, такого как ACCPRO, с наноматериалами второго массового процента,
составляющего 16 весовой процент
Примеры первой, второй и третьей частотных характеристик 902, 904 и 906 основаны на
входном аудиосигнале со ступенчатой синусоидальной волной 2,0 В и измерении выходной
частотной характеристики соответствующего громкоговорителя на расстоянии 1 метр.
Кроме того, наноматериалы и носители, представленные в этом примере кривыми
частотной характеристики 4902 и 4904, были смешаны в виде шариков.
[0088]
В этом примере первая кривая 902 частотной характеристики включала первый частотный
диапазон 908 полосы пропускания от примерно 200 Гц до примерно 6 кГц, который был по
существу плоским (в пределах 3 децибел (дБ) от изменения). Кроме того, величина уровня
звукового давления (SPL) составила около 88 дБ. Что касается частоты, термин «примерно»
описывает диапазон ± 500 Гц. Что касается SPL, термин «примерно» описывает диапазон
около ± 0,2 дБ.
[0089]
Напротив, вторая кривая 904 частотной характеристики при примерно одном и том же SPL
имеет изменение SPL примерно 3 дБ (по существу, плоское) во втором частотном
диапазоне 910 полосы пропускания от примерно 200 Гц до примерно 6,3 кГц, примерно 6,5
24-02-2019
32
кГц или примерно 7 кГц или между 6 кГц и 7 кГц. Таким образом, вторая кривая 904
частотной характеристики имеет частотную характеристику с относительно более низким
изменением SPL в более широкой полосе частот, чем первая кривая 902 частотной
характеристики. Более конкретно, изменение SPL диапазона 910 частот второй полосы
пропускания остается менее чем примерно 3 дБ от примерно 200 Гц до примерно 6,3 кГц,
что включает в себя дополнительные 300 Гц с более высокой шириной полосы частот, чем
диапазон 908 частот первой полосы пропускания. Кроме того, изменение SPL второй кривой
904 АЧХ является практически плоским и относительно более низким в более широкой
полосе пропускания. Более широкая полоса пропускания и меньшее изменение SPL на
второй кривой 904 частотной характеристики обусловлены включением наноматериалов в
диффузор громкоговорителя.
Соответственно, использование наноматериалов с концентрацией 8 мас.% Улучшает
диапазон требуемой частотной характеристики, который остается практически плоским
(диапазон частот полосы пропускания). В других примерах возможны другие носители,
другие массовые проценты наноматериала, другие процессы экструзии, другие процессы
смешивания и другие конструкции конусов.
[0090]
В дальнейшем контраст; третья кривая 906 частотной характеристики с аналогичным SPL
имеет изменение SPL около 3 дБ (практически плоское) в диапазоне 912 частот третьей
полосы пропускания от около 200 Гц до около 7 кГц, или около 8 кГц, или между 7 кГц и 8
кГц. Конус громкоговорителя, который сформировал третью кривую 906 частотной
характеристики, включает в себя корпус конуса с дополнительными 16 массовыми
процентами наноматериалов по отношению ко второй кривой 904 частотной
характеристики. Таким образом, жесткость улучшается практически без добавления массы.
Подобно второй кривой 904 частотной характеристики, третья кривая 906 частотной
характеристики является практически плоской во всем диапазоне 912 частот третьей
полосы пропускания. Однако частотный диапазон 912 полосы пропускания третьей кривой
906 частотной характеристики был расширен для включения дополнительной
высокочастотной полосы пропускания. Другими словами, по сравнению с первой кривой 902
частотной характеристики, которая не содержит наноматериалов, третий частотный
диапазон 912 полосы пропускания имеет увеличенный частотный диапазон полосы
пропускания, в этом примере примерно на 1 кГц, без значительного изменения вариации
SPL. или масса тела пластикового конуса.
24-02-2019
33
[0091]
На фиг. 9, когда изменение SPL второй кривой 904 частотной характеристики изменяется
более чем на 3 дБ на высокочастотном конце второго частотного диапазона 910 полосы
пропускания, первая кривая 902 частотной характеристики находится выше первого
частотного диапазона полосы пропускания. 908 примерно на 500 Гц. На конце высокой
частоты второго частотного диапазона 910 полосы пропускания изменение SPL первой
кривой 902 частотной характеристики составляет около 6 дБ, что приводит к разнице в
изменении SPL между первой и второй кривыми 902 и 904 частотной характеристики около
3 дБ. На высокочастотном конце третьего частотного диапазона 912 полосы пропускания
первая кривая 902 частотного отклика выше первого частотного диапазона 908 полосы
пропускания примерно на 1 кГц. Кроме того, изменение SPL первой кривой 902 АЧХ
составляет около 8 дБ, когда изменение SPL третьей кривой 906 АЧХ составляет около 3
дБ. Таким образом, значительно меньшее изменение SPL в более широком диапазоне
частот полосы пропускания может быть достигнуто путем включения определенного
процентного веса наноматериалов в корпусе пластикового конуса.
Соответственно, характеристики громкоговорителя, имеющего корпус конуса, который
включает наноматериалы с заданным массовым процентом, обеспечивают улучшение
акустических характеристик в более широкой полосе пропускания, чем громкоговоритель,
имеющий корпус конуса из чистого полипропилена.
[0092]
Сравнивая вторую и третью кривые частотной характеристики 904 и 906, диапазон
частотной характеристики полосы пропускания сделан более длинным на основе изменения
процентного содержания наноматериалов, включенных в корпус пластикового конуса. На
фиг. 9, диапазон 912 частотной характеристики третьей полосы пропускания примерно на
700 Гц длиннее, чем диапазон 910 частотной характеристики второй полосы пропускания.
Соответственно, семейство диапазонов частотных характеристик полосы пропускания, от
около 500 Гц до около 1 кГц, может быть создано на основе соответствующего диапазона
массовых процентов наноматериалов. Таким образом, из-за повторяемости изготовления
пластиковых конусов, предварительно определенный массовый процент наноматериалов
может использоваться для получения желаемой частотной характеристики полосы
пропускания.
24-02-2019
34
[0093]
Высокочастотная полоса пропускания расширяется за счет улучшения отношения жесткости
к массе, где жесткость увеличивается за счет добавления наноматериалов. Изменение SPL
может быть уменьшено из-за расширения частоты, с которой конус входит в режим
разделения. Режим разрушения - это когда диффузор динамика больше не ведет себя как
жесткий поршень. Выбор массового процентного содержания наноматериалов может
использоваться для регулировки полосы пропускания высокой частоты для получения
желаемого диапазона частотной характеристики полосы пропускания. Например, в
некоторых приложениях уменьшенная высокочастотная полоса пропускания (более
короткий диапазон частотной характеристики полосы пропускания) громкоговорителя
среднего диапазона (имеющий корпус с конусом с первым заданным массовым процентом
наноматериалов) позволяет улучшить производительность системы при соединении с
конкретным твитером, имеющим диапазон частотной характеристики полосы пропускания,
который простирается до относительно низкой частоты. Если, с другой стороны,
определенный высокочастотный динамик имеет диапазон частотной характеристики полосы
пропускания, который занимает только относительные высокие частоты, то
громкоговоритель среднего диапазона с частотной характеристикой полосы пропускания
более длинной (тело конуса со вторым заданным массовым процентом наноматериалов,
который больше, чем желателен первый заданный весовой процент), который включает в
себя большую часть более высокой полосы частот.
[0094]
ИНЖИР. Фиг.10 - пример первой кривой 1002 частотной характеристики громкоговорителя,
имеющего корпус конуса, отлитый из незаполненного гомополимерного полипропилена с
высоким расходом с наноматериалами, и второй кривой 1004 частотной характеристики
громкоговорителя, имеющего корпус конуса, сформированный из кевларового композита.
Известно, что композитные корпусы из кевлара представляют собой относительно
высокоэффективные корпуса, которые могут использоваться в громкоговорителях. Как
показано на фиг. 10, изменение SPL первой кривой 1002 частотной характеристики было
значительно улучшено по сравнению с SPL второй кривой 1004 отклика между примерно 2
кГц и примерно 7 кГц. Более конкретно, изменение SPL первой кривой 1002 частотной
характеристики составляло около 2 дБ в диапазоне от около 150 Гц до около 6 кГц. В
отличие от этого, изменение SPL второй кривой 1004 частотной характеристики составляло
около 5 дБ в диапазоне от около 150 Гц до около 6 кГц. Таким образом, характеристики
громкоговорителя, который включает в себя корпус конуса, имеющий незаполненный
полипропилен с высоким расходом и наноматериалами, значительно лучше, чем
24-02-2019
35
акустические характеристики громкоговорителя, который включает в себя корпус с
кевларовым конусом.
[0095]
Из-за улучшенного отношения жесткости к весу чувствительность также может улучшиться.
В предыдущих примерах, показанных на фиг. 9 и 10, чувствительность улучшилась на 1 или
2 дБ. Кроме того, как обсуждалось ранее, полезная ширина полосы громкоговорителя,
выполненного с корпусом конуса, имеющего незаполненный полипропилен с высоким
расходом и наноматериалами, может быть увеличена из-за повышенной жесткости и
уменьшенного веса. Свойства накопления и рассеивания энергии могут также значительно
улучшить демпфирование в громкоговорителе, который включает в себя корпус конуса,
имеющий незаполненный полипропилен с высоким расходом и наноматериалами, о чем
свидетельствует минимальное изменение SPL.
[0096]
Пример инструмента, используемого в процессе тонкостенного формования, показан на
фиг. 11. Инструмент 1100 включает в себя первую половину 1102 и вторую половину 1104.
Инструмент 1100 может быть изготовлен из любого жесткого материала, такого как сталь,
способного выдерживать температуры и давления, связанные с формованием. Первая
половина 1102 может быть описана как неподвижная часть пресс-формы 1100, а вторая
половина 1104 может быть описана как движущаяся часть пресс-формы, чтобы отразить
эксплуатационные аспекты пресс-формы 1100. Первая половина 1102 может включать в
себя первую вставку 1106 пресс-формы, которая образована с окружающим по окружности
первым плечевым участком 1108, выступающей конической формы 1110 и затвором 1112,
который функционирует в качестве впускного отверстия для материала. Вторая половина
1104 может включать в себя вторую вставку 1114 формы, окружающую по окружности
вторую плечевую область 1116, углубленную коническую форму 1118 и диафрагму 1120.
[0097]
Первая и вторая вставки 1106 и 1114 могут быть съемными с соответствующих первой и
второй половин 1102 и 1104 пресс-формы 1100. Первая и вторая вставки 1106 и 1114 могут
быть выполнены из любого жесткого материала, способного работать при повышенной
24-02-2019
36
температуре и давлении. В одном примере первая и вторая вставки 1106 и 1114 могут быть
из бериллиевой меди для улучшения теплообмена. Первая и вторая вставки 1106 и 1114
могут работать при заданной температуре, например, в диапазоне от примерно 82 до
примерно 107 градусов Цельсия, чтобы увеличить кристаллическую структуру и уменьшить
аморфную структуру в материале во время формирования тела конуса.
[0098]
Первое и второе плечи 1108 и 1116 могут образовывать уплотнение между первой и второй
вставками 1106 и 1114. Первое и второе плечи 1108 и 1116 могут включать в себя выпуск
воздуха, чтобы позволить воздуху выходить, когда нанокомпозитный материал
впрыскивается в форму. Выступающая коническая область 1110 может быть сформирована
так, чтобы вписываться в углубленную коническую область 1118, когда первая и вторая
половины 1102 и 1104 сведены вместе. Выступающая коническая область 1110 также
может включать в себя первую шероховатую круглую поверхность 1124, расположенную
рядом с внешним краем выступающей конической области 1110, и вторую шероховатую
круглую поверхность 1126, расположенную на выступающей конической области 1110,
которая будет окружена первой шероховатой круглой поверхностью 1124. Первая и вторая
шероховатые поверхности 1124 и 1126 могут образовывать неровную поверхность, такую
как пескоструйный эффект, на теле конуса, сформированном в форме 1100. Неровная
поверхность может преимущественно создавать дополнительное трение, когда окружение
связано около края внешней периферии тела конуса, а формирователь катушки соединено
около края внутренней периферии тела конуса.
Кроме того, неровные поверхности могут обеспечивать более легкое высвобождение тела
конуса из формы 1100. Вторая шероховатая поверхность 1126 может быть сформирована
так, чтобы окружать затвор 1112.
[0099]
Затвор 1112 позволяет вводить материал, такой как комбинация пластика и
наноматериалов, в область между первой и второй вставками 1106 и 1114. Затвор 1112
может иметь форму диафрагмы. Диафрагма может входить в деталь по всей окружности
внутреннего отверстия корпуса конуса и вокруг него. Эта геометрия способствует быстрому
равномерному заполнению по всей окружности пластика от затвора 1112 до края тела
конуса. Блокировки сердечника и полости также могут быть использованы в конструкции
24-02-2019
37
инструмента для предотвращения бокового перемещения сердечника и полости во время
нагнетания под высоким давлением. Боковое движение может привести к неравномерной
(толстой / тонкой поверхности) структуре стенки и к боковому потоку материала в процессе
заполнения. Боковой поток материала может привести к нежелательным дефектам линии
сварки. Материал может вводиться через затвор 1112 при относительно высоком давлении
расплава, например, до 248,2 МПа. Относительно высокое давление обеспечивает
относительно быстрое время заполнения, например, меньшее или равное примерно 0,5
секунды, или меньшее или равное примерно 1 секунде, или в диапазоне от примерно 0,5
секунды до примерно 1 секунды, в отличие от стандартное время заполнения, которое
может составлять около 2 секунд или дольше.
Быстрое время потока преимущественно позволяет избежать преждевременного
отверждения материала и нежелательного обратного потока. Таким образом,
нанокомпозитный материал равномерно распределен по всей форме.
[0100]
Датчик 1130 пресс-формы также может быть включен в первую половину 1102 пресс-формы
1100. Датчик 1130 формы может быть устройством измерения рабочих параметров,
способным обеспечивать индикацию одного или нескольких рабочих параметров, связанных
с процессом формования. В одном примере датчик 1130 пресс-формы может представлять
собой датчик давления, который измеряет давление в полости между первой и второй
вставками 1106 и 1114. Операционный параметр (ы), связанный с процессом формования,
может использоваться для достижения лучшей согласованности и контроля во время
формования тела конуса.
[0101]
Диафрагма 1120 может быть использована для управления скоростью подачи
нанокомпозитного материала в форму 1100 через затвор 1112. Кроме того, диафрагма
может обеспечивать равномерную подачу нанокомпозитного материала в форму 1100,
такую как показанная круговая геометрия.
[0102]
24-02-2019
38
ИНЖИР. 12 - вид в поперечном разрезе примера инструмента, показанного на фиг. 11,
которая включает в себя первую половину 1102 и вторую половину 1104. Материал, такой
как комбинация пластика и наноматериалов, может попадать в форму 1100, как показано
стрелкой 1202. Нанокомпозитный материал может протекать через трубопровод 1204 и
затвор 1112. В некоторых примерах трубопровод 1204 может быть не нагретым, что
приводит к наличию литого литника на формованной части. В других примерах трубопровод
может представлять собой нагретую втулку или затвор клапана, чтобы поддерживать
нанокомпозитный материал в трубопроводе 1204 горячим, чтобы избежать образования
литника на формованной части. Это условие улучшает использование материала и снижает
стоимость процесса.
[0103]
Нанокомпозитный материал может равномерно подаваться диафрагмой 1120 в полость
1206, образованную между первой и второй вставками 1106 и 1114. Диафрагма 1120 может
образовывать круглое отверстие, через которое протекает нанокомпозитный материал.
Размер круглой апертуры может регулироваться регулировкой 1210 затвора. В одном
примере ряд регулировок 1210 затворов различной толщины от примерно 0,2 мм до
примерно 0,3 мм может быть взаимозаменяемо вставлен в инструмент 1100 для выбора
размера круглого отверстия, образованного с диафрагмой 1120.
[0104]
Вторая половина 1104 инструмента 1100 также может включать в себя присоску 1212,
которая ограничена выточкой. Во время работы присосный штифт 1212 заключен в
нанокомпозитный материал, который остается ниже диафрагмы 1120. Однажды
заключенный в корпус, присосной штифт 1212 может использоваться для создания вакуума
и удержания сформированного тела конуса во второй половине 1104, когда вторая
половина 1104 перемещается от первой половины 1102, чтобы отделить первую и вторую
половины 1102 и 1104.
[0105]
Замки с сердечником 1216 могут быть использованы для поддержания однородности и
24-02-2019
39
параллельности на расстоянии между первой и второй вставками 1106 и 1114 по форме
1100. Кроме того, регулировка 1210 затвора может использоваться для регулировки
геометрии затвора 1112 и толщины тела конуса. Регулировка 1210 затвора и замки 1216
сердечника могут работать совместно для поддержания однородности в сформированном
корпусе конуса. Соответственно, можно избежать побочных течений, которые создают
слабые точки (линии «сварки») в сформированном корпусе конуса. В одном примере
стандартная толщина стенки может регулироваться в диапазоне от около 0,25 мм до около
0,33 мм. В другом примере толщина стенки может находиться в диапазоне от около 0,15 мм
до около 0,23 мм.
[0106]
В экспериментальных испытаниях пресс-формы, выполненных с помощью инструмента,
первая конфигурация пресс-формы обеспечивала конические тела с толщиной конического
сечения стенки в диапазоне от примерно 0,25 мм на шейке конуса до примерно 0,33 мм на
наружном диаметре конуса. Вторая конфигурация пресс-формы обеспечивала конические
тела с толщиной сечения стенки в диапазоне от около 0,25 мм на шейке конуса до около
0,13 мм на диаметре конуса. Конфигурации пресс-формы, такие как первая конфигурация
пресс-формы, могут использоваться с наноматериалами, имеющими относительно более
низкий модуль упругости при изгибе и относительно высокий удельный вес по сравнению с
конфигурациями пресс-формы, такими как вторая конфигурация пресс-формы, которые
обеспечивают относительно более тонкую номинальную толщину стенок тел конуса. Таким
образом, конфигурации пресс-формы могут использоваться для контроля веса тела
конусных тел. Нанокомпозиты, используемые со второй конфигурацией формы, могут иметь
относительно высокий модуль упругости при изгибе и относительно низкий удельный вес по
сравнению с наноматериалами, используемыми с первой конфигурацией формы.
Первая и вторая конфигурации пресс-формы предназначены для экспериментальных
целей, и предполагаются другие конструкции пресс-формы и / или толщины стенок корпуса
конуса, такие как толщины секций стенки корпуса конуса в диапазоне от примерно 0,1 мм до
примерно 0,5 мм.
[0107]
Хотя предыдущее обсуждение сфокусировано на корпусах конусов для громкоговорителей,
описанные материалы и процессы могут также применяться для создания пылезащитных
24-02-2019
40
колпачков, волшебников, пауков и / или окружающих предметов для громкоговорителей.
Соответственно, корпус конуса и окружающая среда могут быть сформованы как единое
целое с одинаковыми или разными материалами. Альтернативно, корпус конуса может быть
отформован отдельно, а объемная поверхность отформована таким же или другим
материалом. Окружение может быть переформовано для соединения с внешней
шероховатой поверхностью сформированного тела конуса. В другом альтернативном
варианте окружение может быть отформовано отдельно и прикреплено к внешней
шероховатой поверхности тела конуса. Ранее описанные преимущества в отношении
материальных затрат, повторяемости, эффективности производства и желательных
характеристик также могут присутствовать в окружении и пауках.
[0108]
В одном примере переформованного окружения окружение может быть сформировано из
материала, который совместим с полипропиленом, и изготовлен из материала, такого как
термопластичный вулканизат (TPV). В этом примере материал может находиться между
приблизительно 45 по Шору А и 75 по Шору А. TPV может быть отлит под давлением на
корпусе нанокомпозитного полипропилена на основе конуса с заданным массовым
процентом, таким как 8 мас. % или 12 мас. % нетто Конус может быть размещен на
установочном штыре в литьевой форме. В одном примере может быть использована
конструкция инструмента, в которой используются четыре (4) вентильных затвора для
производительности материала и процесса. Затворы клапанов могут быть направлены в
плоский «воротник» объемного звучания. Разрыв затвора может поддерживаться заподлицо
или чуть ниже соединительной поверхности воротника для поддержки вторичной сборки.
Конструкция пресс-формы может допускать селективный нагрев на краю конуса в качестве
средства для улучшения или создания оптимизированной адгезии при формовании.
Окружение может быть спроектировано так, что оно может быть отформовано на корпусе
конуса в любой конфигурации, которая обеспечивает достаточный поток материала, чтобы
обеспечить прочную, свободную от пустот и равномерную прямую связь между корпусом и
корпусом конуса.
В одном примере окружение может быть сконфигурировано в соответствии с указаниями
патента США No. В US 6224801, выданном Манго и др., Который включен в настоящее
описание в качестве ссылки, для обеспечения существенного потока материала вокруг
детали перед заполнением объемного валика.
[0109]
24-02-2019
41
В результате формования создаваемая окружающая среда должна представлять собой
конструкцию без пустотных валков, которая непосредственно связана с корпусом конуса.
Соответственно, можно избежать применения клеев, дорогостоящих сборочных операций и
связанных с этим проблем качества. По сравнению с оболочками, изготовленными из
термоформованного листового материала или формованного термореактивного каучука,
материал и эффективность процесса могут быть значительно улучшены. В других примерах
окружающий материал может быть сформирован с блок-сополимером, таким как SBS, SIS,
SES, SEPS, SEBS и тому подобное. В еще одном примере окружение может представлять
собой термопластичный олефин (ТРО). В еще одном примере окружение может
представлять собой любой гибкий эластомер, содержащий гетероатомы в дополнение к
углероду и водороду, такие как термопластичные уретаны (TPU) или термопластичные
полиэфирные эластомеры (TPE) и тому подобное. Различные пластиковые материалы
могут быть заполнены обычными или наноразмерными наполнителями или содержать
газовые ячейки, чтобы выгодно изменить свойства и вес. Различные материалы также могут
быть преимущественно модифицированы для улучшения адгезии к различным материалам
корпуса конуса или подвергнуты вторичной обработке, такой как плазма горячего воздуха,
для улучшения адгезии к корпусу динамика.
[0110]
Пылезащитные колпачки и вибраторы могут быть сформированы так, чтобы они
помещались поверх звуковой катушки, или могут быть вставлены в звуковую катушку.
Поскольку пылезащитный колпачок и вихри являются частью движущейся массы, массовый
вес вихревых мешков и пылезащитных колпачков может быть выгодным образом уменьшен
с использованием нанокомпозитов. Кроме того, жесткость пылезащитных колпачков и
вибраторов может быть преимущественно улучшена. Более жесткие пылезащитные
колпачки и вибраторы могут минимизировать гармоники во время работы громкоговорителя.
Соответственно, можно избежать пропадания определенных полос частот.
[0111]
ИНЖИР. 13 - вид в поперечном разрезе примера тела 1300 конуса, сформированного с
помощью инструмента 1100 (фиг. 11). Тело 1300 конуса в этом примере является круглым и
включает в себя внешнюю кромку 1302, боковую стенку 1304 и внутреннюю кромку 1306.
Внешняя кромка 1302 может окружать часть корпуса конуса по окружности и может быть
24-02-2019
42
сформирована для придания жесткости периметру конуса. В одном примере внешняя
кромка 1302 может быть соединена с рамой громкоговорителя через объемное звучание. В
альтернативном примере внешняя кромка 1302 может быть непосредственно соединена с
рамой громкоговорителя. Внешняя кромка 1302 может определять внешнюю периферию
тела 1300 конуса. Внешняя кромка 1302 может включать в себя наружную стенку 1314,
которая образует заданный угол (& lambda;) 1316 относительно боковой стенки 1304,
например, больше 90 градусов или около 95 градусов. Внешняя стенка 1314 может
проходить в продольном направлении на заданное расстояние (d1) 1318 от боковой стенки
1304. Наружная стенка 1314 также может иметь заданную толщину (t1) 1320. Конус также
может быть сформирован без внешней кромки 1302.
[0112]
Боковая стенка 1304 может образовывать коническую форму, которая проходит между
внешней кромкой 1302 и внутренней кромкой 1306. Наклон боковой стенки 1304 может быть
определен углом (& thetas;) 1324, таким как приблизительно 28,8 градуса, расстоянием
между внешней кромкой 1302 и внутренней кромкой 1306 и / или высотой (h) 1326.
Внутренняя кромка 1306 может образовывать отверстие 1328, которое концентрически
расположено в корпусе 1100 конуса. Апертура 1328 может иметь заданный радиус (r) и быть
сформирована для приема формирователя 116 звуковой катушки (фиг. 1). Внутренняя
кромка 1306 может включать в себя наружную стенку 1332, которая образует заданный угол
относительно боковой стенки 1304. Заданным углом может быть угол (θ) 1324 плюс 90
градусов. Наружная стенка 1332 может проходить в продольном направлении на заданное
расстояние (d2) 1334, например, примерно на 1,2 миллиметра от боковой стенки 1304.
Наружная стенка 1332 также может иметь заданную толщину (t2) 1336.
[0113]
Боковая стенка 1304 корпусов конусов может быть сформирована с одинаковой толщиной.
Альтернативно, боковая стенка 1304 может быть конусообразной. Сужение может быть
выполнено путем сужения выступающей конической области 1110 и углубленной
конической области 1118 (фиг. 11). В одном примере первая и вторая вставки 1106 и 1114
могут быть сформированы для оперативного взаимодействия, чтобы образовать боковую
стенку, которая постепенно становится тоньше от впускного отверстия 1112 для материала
(фиг. 11) в направлении к первой и второй плечевым областям 1108 и 1116 (фиг. 11). Кроме
того, для экономии материала управление толщиной боковой стенки может обеспечить
другой механизм изменения ширины полосы громкоговорителя путем изменения жесткости,
24-02-2019
43
в данном случае путем изменения геометрии, а не материала.
[0114]
На фиг. 13, толщина (t2) 1336 внешней стенки 1332 внутренней кромки 1306 может быть
больше, чем толщина боковой стенки 1304, и толщина (t1) 1320 внешней кромки 1314 может
быть меньше, чем толщина боковой стенки 1304. , ИНЖИР. 14 - частичное поперечное
сечение тела конуса, показанного на фиг. 13. Боковая стенка 1304, изображенная на фиг. 14
иллюстрирует, что толщина боковой стенки 1304 постепенно уменьшается от внутренней
кромки 1306 к наружной кромке 1302. В одном примере толщина (t3) 1402 боковой стенки
1304 на расстоянии d3 1404 около 4,0 миллиметров от внутренней кромки 1306 находится в
диапазоне от около 0,22 миллиметров до около 0,32 миллиметров, а на расстоянии d4 1406
около 6,0. В миллиметрах от внешней кромки 1302 толщина (t4) 1408 боковой стенки 1304
находится в диапазоне от примерно 0,17 миллиметра до примерно 0,27 миллиметра. Кроме
того, в этом примере толщина (t2) 1336 наружной стенки 1332 внутренней кромки 1306
может находиться в диапазоне от около 0,23 миллиметра до около 0,33 миллиметра, а
толщина (t1) 1320 наружной стенки 1314 внешней стенки Губа 1302 может составлять от
около 0,15 до около 0,25 мм.
В других примерах возможны другие диапазоны толщины.
[0115]
Несмотря на то, что были описаны различные варианты осуществления изобретения,
специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что в рамках объема
изобретения возможны многие другие варианты осуществления и реализации.
Соответственно, изобретение не должно ограничиваться, кроме как в свете прилагаемой
формулы изобретения и ее эквивалентов.
24-02-2019
44
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
115 Кб
Теги
kinds, 2006147081
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа