浅谈电子产品用透气透声膜的技术要点与工艺

唐军茂，龚天扣，曾锐升

（深圳市安达莲花科技有限公司，广东深圳 518000）

电子产品用透气透声膜的生产技术革新一直是产业链条中的重要一环，其着力点在于应对客户多种多样的需求。当今时代，人们的生活水平不断提高，对于电子产品用透气透声膜的生产要求也产生了很大的推动。现如今，绝大多数人都持有至少一部智能手机，这无疑为透气透声膜建立了良好的市场销售环境。只要生产者能够把握消费者的需求，无疑能带来巨大的收益。透声膜可以通过声波频率的共振从而进行声音外放的传播。然而对于绝大多数透声膜而言，其对于声音的透射也是通过传统工艺进行加工，难以进行创新设计。本文旨在根据当代科学原理以及电子产品用透气透声膜的工作要求进一步对技术要点与工艺进行研究。

1 电子产品用透气透声膜技术原理

当今发展形势下，电子产品用透气透声膜不仅要求有足够的透气透声性能，而且要求能够高效防水，从而应对使用过程中的一些意外情况。这不仅要求能够防水，还要求能够使得空气中的分子得以自由出入透气透声膜，这对透气透声膜的滤网尺寸把握来说无疑是一项高难度项目。而应对该市场需求状况，绝大多数情况下采取的措施是采用新型防水材料，利用防水结构与材质进行透气透声膜的制造。

而所说透气透声膜的滤网作用，就是指在微观层面，透气透声膜通过保持一定的分子间距，形成网状的过滤膜，比过滤膜间隙大的分子，包括水分子等，是无法通过过滤膜的；而体积比过滤膜间隙小的分子，如氮气氧气等空气分子，可以自由进出过滤膜。在滤网尺寸把控到位的情况下，可以做到完全模拟空气正常流动，而水分子难以进入。为达成这一目的，选取新型材料来制作透气透声膜是极具必要性的。

就新兴材料而言，如ePTFE 就是一种新开发的能够用于透气透声膜的材料，而且极其适用于电子产品。ePTFE 在化学专业中的名称翻译过来是膨体聚四氟乙烯，也称ePTFE 精细粉体树脂，是化学产品聚四氟乙烯经过一部分处理得以伸长增长体积，得以膨化，从而获取的外观平整而且孔径缝隙均匀的三维立体网状结构透气膜原材料，这种网状结构形成极其小的孔洞，其大小甚至可达液态水分子的0.01%，这样的孔洞使得水分子过不来。同时，孔洞又比起绝大多数气态分子的直径要大，即使是与相对粒径较大的气态水蒸汽分子进行对比，也可以达到其体积的七百多倍。这样的优质保护膜不仅能够使得电子产品免受液体侵害从而影响电池或是屏幕的使用，而且能够促进内外气体交换，提高电子产品的使用寿命。同时，这样的分子级别滤网孔径能够达到微米级别，小到任何肉眼可见的甚至是不可见的灰尘都不能顺利通过，从而达到很好的防尘效果，细微到可以防止0.1微米级别的水汽等外来物质通过。

而且一般而言，这样的滤网会连续搭建好几层，如同水帘一般，因此也称水帘式分子过滤网技术。虽然叠起了好多层，但是层叠结构是一致的，其目的在于防止因单层滤网因意外破裂导致过滤功能障碍。在叠加多层之后，其产生故障的概率大大减小了。同时，滤网过滤的效率得以大大提升，从而起到良好的过滤作用。

上述水帘式过滤网，一般也称之为高分子水帘过滤网，通过许多固定胶条对许多单位体积的过滤板进行固定；许多过滤板呈上下分布与层叠放置，从而产生水帘瀑布形式的观感。所述过滤板单元厚度方向上的横截面呈波浪状，以实现在过滤板单元上形成若干个相间分布的波峰部和波谷部；若干个所述固定胶条均匀粘附于所述过滤板单元的波峰部上，以实现每两个相邻的所述过滤板单元之间的固定粘连，其结构具有稳定性。如图1所示。

图1 水帘式过滤网结构图

对此可以清楚地认识到，透声透气膜的发展主要集中在技术领域，技术的发展是当代透声透气膜发展的主要条件。由此，对于技术要点的追求与探寻就成了相关专业人员的重中之重。

在水帘式过滤网结构进行产业化发展时，其技术革新工艺也成了必不可少的研究重点。包括如何保障水帘式滤网各层滤网之间的贴合度、滤网之间如何确保不错落却有致，从而保障各层次滤网能够准确地发挥其作用，这都是值得进行技术革新的方面。利用新材料虽然能够取得一时成就，然而在技术革新的大潮之下，其改变是微不足道的。由此，技术要点与工艺才是生产核心要素。

2 依据水帘式结构与传统声学所衍生的技术要点的生产工艺

水帘式结构在透声透气膜生产领域应用广泛，许多大品牌的透声透气膜都趋向于采用这种技术结构。然而，许多型号的透声透气膜由于其水帘式结构未能全面照顾到声学传播，导致膜在声音外放过程中不能起到很好的效果。由于透气孔分散过于均匀，导致声波不能达到最好的传播效果，波峰和波谷一律被材质拦住，不能实现交汇。这对于声波的传播肯定是没有益处的，也导致了很多情况下出现音质下降等问题。

声波是一种波，依据波的干涉原理，在波峰和波峰交汇处会产生波的加强，而波峰与波谷交汇处会产生削弱。而传统水帘式薄膜在设计时没有对薄膜的材质分散情况进行详细控制，这很大概率会影响到波的传播情况，从而使得声波的叠加情况变得复杂而无规律。虽然水帘式结构是平整光滑的，然而声波的传播并不是直来直去的，而是向四周散射。因此，根据声波的干涉原理进行改进是技术要点之一。如图2所示。

图2 声波的干涉原理及轨道图

依据图2所示的理论结构及干涉形式，可以将水帘式结构做出改进，将其边缘处通过粘贴材料黏在一起，并在其他位置依据图中的干涉原理做出改进。可以将每一个过滤孔看作双缝中的一个单缝，依据二维的双缝干涉原理，可以在最下层先使得高频或是低频的声音干涉波峰进行相交，因为高频和低频的频次与大多数声音的频率有所不同，因此若不提前进行加强，到最后会被削弱到剩不下多少，而且缺少低频的声音会显得缺乏底气。而中频是绝大部分声音的频率，可以设计到膜的后半部分再进行加强。对此，为使得声波有充分的交汇空间，应当对各层水帘膜之间的间隙进行改进，使其能够得以变得更加宽敞与辽阔，以取得充分空间使得波峰与波峰进行交汇。

对此，可以在透气透声膜靠近电子产品的部分采取一层为低频增加强度一层为高频增加强度的水帘式结构，同时通过下一层的水帘结构下移所产生的面积来遮挡波峰与波谷交汇处。此结构不仅能够增强声波，更能加强各层水帘膜之间的嵌入程度，从而增强膜的稳定性与坚固程度。而如果对膜的稳定性不能有所保障，还可以在两边防止中频增强结构，而在中间布置高低频扩大结构，从而更有利于保持膜的稳定性。

在此基础上，就需要粘贴材料能够比较牢靠，从而对局部产生的较大缝隙所产生的高气压情况进行应对，保障透气透声膜的使用寿命。对此，常常采用分子级别的对接粘贴方式。分子对接方法根据不同的简化程度分为三类：刚性对接、半柔性对接和柔性对接。刚性对接指在对接过程中，所有分子，包括受体与构体之间，均不会发生变化，对于需求难以变化的坚固材质或是过滤材质等制造工艺是很合适的。刚性对接的运算方式较为简易，只需要考虑是否能够对接成功即可。半柔性对接一般不用于过滤材质的对接，而是运用于一个大分子与一个小分子的对接过程中。对接时，其中一半的分子，即大分子类似于刚性对接中的状态，而小分子类似于柔性对接时的状态。这样可以最大程度上考虑多方面因素从而进行设计。柔性对接方法就更不适用与过滤膜的制作了。

基于刚性对接方式的过滤膜不仅能够保证具有一定的坚韧程度，还可以做到牢不可破，即使中间高气压所产生的空气流通强度比以往的透气透声膜受力大，也仍然难以破裂，并且可以真正做到分子级别的精确对接，对于声音的传播等均具有一定益处，对于电子产品透气透声膜改善透声性的需求提供了很大帮助。而无与伦比的坚韧程度赋予了这样拼接而成的透气透声膜相较其他产品更长的使用寿命，能够大大提高产品质量。同时，大分子之间的拼接间隙能够自然地容纳小分子自由通过，即对透气性进行了充分保障，能够满足透气透声膜对于空气流通的需要，对于高气压情况下的稳定程度也会有所提升。

对于现代电子产品——主要是智能手机或是对讲机所采用的透气透声膜的工艺，采用ePTFE 材质所制造的具备防水功能的透气透声膜所采用的技术是经过特殊的双向延展工艺处理取得的具备可控微型孔径，即0.1～5μm 通过拉伸倍率、拉伸温度控制、拉伸速率功能的防水透气膜，这种透气透声膜的一个极大的优势是对于电子产品的声学部分应用时，壳体内部产生的压力能够通过细小孔径得以将压力所蕴含的机械能释放。而且依据上述分子拼接的方法，可以准确牢靠地建立能滤过气体并使得液体难以进入的过滤膜，从而精准可靠地保障电池或是屏幕等部位不受潮湿影响；另外，基于上述声音频率的改进办法所制成的透气透声膜，可以保障任何电子产品发挥卓越的透声效果。

在相同的声音透过面积下，面密度与透声效果成正态分布关系。当面密度过大，声音透过时不能引起防水透气透声膜的振动，从而导致声音插入损耗很大；面密度过小，声音透过时会引起防水透气透声膜的剧烈振动，此类振动如果过于剧烈，就意味着需要更多物理层面的能量来进行维持，此时，声音在穿透膜时的损耗也会增加。

当便携式电子产品微型化后，也意味着其透声口的面积大小也要微型化。一般来说，如果使用限定的一种ePTFE 防水透气透声膜，发声口的面积越小，其声音损耗越大。当透声口面积减少时，通过调整其面密度来提高其物理性能、防水等级及透声效果，就可以减少声音损耗速率，也能够使得产品不易老化失效，使用周期长、使用效果好，能够让用户取得更优秀的体验感。更绝妙的是，即使在恶劣复杂环境下也不会轻易损坏。

3 结束语

对于电子产品用透气透声膜的技术要点与工艺的研究一直是行业内技术革新层面的重要一环，而对于技术要点与工艺的了解程度决定了产业员工的工作生产效率。面对新形势下电子产品用透气透声膜的崭新需求，应当进行创造性分析，精准地对新时代的用户需求与市场需要进行可视化分析，并通过对新市场的把控了解透气透声膜需要研究的侧重点，从而确立技术研究的方向，以提高研究效率。而透气透声膜的技术要点与工艺提高仍离不开对现有工艺技术进行深度钻研与了解，从而建立起新形势下透声透气膜的可视化研究方案。电子产品用透气透声膜的技术水平与工艺仍在不断发展中，需要产业工作者不断了解最新行情，才能够与新型工艺相接轨，从而保持行业领先水平。