不同扬声器折环材料的耐老化性能研究*

2023-10-09张潇杨王世伟谢守华

广州化工 2023年11期

罗勇，张潇杨，王世伟，谢守华

(1 国光电器股份有限公司，广东广州 510800；2 广东省电声电子技术研发与应用企业重点实验室，广东广州 510800)

近年来，随着扬声器的应用场景不断变化，尤其是在户外音箱、汽车喇叭中的应用，这对折环材料的要求越来越高，要求折环具有良好的耐老化性能[1-2]。普通橡胶材料，比如IIR、SBR和NBR，由于具有较好的强度、阻尼和耐老化性能，被广泛应用于扬声器折环中，但橡胶材料密度大，振动质量较大，导致其灵敏度和声压级较低，因此某些场合也需要选用发泡材料[3-4]，常见的发泡材料有PU泡棉和发泡橡胶，这些材料的耐老化性能也各不相同[5]。

本文选用PU泡棉、IIR、SBR、NBR和发泡橡胶作为扬声器折环材料，通过以物理机械性能和声学性能作为评价指标，对比各材料在UV老化、高温高湿和高温烘烤环境下的表现，为折环后续材料选用提供参考。

1 实验

1.1 主要原材料

丁腈橡胶，牌号3345，南帝公司产品；丁基橡胶，牌号ExxonTMBromobutyl 2255，埃克森公司产品；丁苯橡胶，牌号1502，兰州石化公司产品；炭黑N550，卡博特公司产品；其他均为市售级工业产品。

1.2 仪器及设备

CF-2L密炼机，东莞市昶丰橡塑机械科技有限公司；YF-6双辊开炼机，东莞市裕锋机械有限公司；100-THC-2RT-D平板油压成型机，东莞市裕锋机械有限公司；QUV紫外加速老化试验机，Q-Lab公司；MHK恒温恒湿试验箱，Terchy公司；DHG-9203A鼓风干燥箱，上海左乐仪器有限公司。

1.3 基本配方

试验基础配方如表1所示。

表1 不同橡胶基础配方Table 1 Base formulations of different rubber

表2 不同折环材料的扬声器在UV老化后的谐振频率变化率Table 2 Resonant frequencies change rate of different speaker edge after UV aging

表3 不同折环材料的扬声器在高温高湿后的谐振频率变化率Table 3 Resonant frequencies change rate of different speaker edge after high temperature and humidity test

表4 不同折环材料的扬声器在高温高湿后的谐振频率变化率Table 4 Resonant frequencies change rate of different speaker edge after high temperature baking

1.4 试样制备

材料材料具体混炼步骤如下：

(1)将密炼机温度升高至80 ℃，依次将生胶、硬脂酸、炭黑、碳酸钙、增塑剂、防老剂加入密炼机，以30 r/min混合10 min。

(2)密炼机温度降低至40 ℃，加入硫磺、促进剂TMTD、促进剂DM和氧化锌，继续以30 r/min混合3～5 min。

(3)将混炼好的胶料在开炼机中翻炼，薄通3～4次后下片，取出用强风吹干冷却，胶料继续放置8 h以上。

(4)切取胶料放入平板硫化机中，在150～190 ℃硫化成型。

PU泡棉制备工艺：将新力19厘泡棉放入热压机中，通过特定模具压制成片材或折环。

1.5 老化存储条件

1.5.1 UV老化

UV老化试验条件如下：温度60 ℃，光照强度0.89 W/m2，UVA-340灯，时间72 h。

1.5.2 高温高湿

高温高湿试验条件如下：温度85 ℃，相对湿度85%RH，试验时间96 h。

1.5.3 高温烘烤

高温烘烤试验条件如下：温度120 ℃，时间24 h。

1.6 性能测试

硫化胶的拉伸强度及断裂伸长率按照GB/T 528-2009测试；

硫化胶的拉伸弹性模量由于无直接的标准，测试参考GB/T 1040.1-2018，按0.25%～1%区间的斜率计算，数值仅供参考。

老化后谐振频率测试：按照规格制作好不同材料的折环，在不同条件下进行老化试验，然后再上胶、干燥后热压贴盆，装配成喇叭后测试其声学性能。

力学性能变化率依照公式(1)计算：

(1)

式中：R为力学性能变化率，X0为老化前试样的力学性能值，X为老化后试样的力学性能值。

谐振频率变化率依照公式(2)计算：

(2)

式中：ξ为谐振频率变化率，f01为老化前的谐振频率，f02为老化后的谐振频率。

2 结果与讨论

2.1 UV老化

由图1可以看出，PU泡棉的经UV老化后，其拉伸强度、断裂伸长率、弹性模量及谐振频率均变化最大，这是由于PU材料表面在紫外光照射后，其能量超过PU分子链的某些共价键解离能，发生降解，引发了光氧化反应，导致力学性能下降严重[6-7]，其光氧化机理如图2所示。

图1 不同材料在UV老化后力学性能变化率Fig.1 Mechanical properties change rate of different materials after UV aging

图2 聚氨酯的UV老化机理Fig.2 UV aging mechanism of polyurethane

NBR和发泡橡胶(基材为NBR)由于分子链聚丁二烯结构较多，其主链不饱和度较高，而不饱和碳链的光稳定性较差，导致其力学性能和声学性能的变化率均较大。

IIR与SBR的耐光氧老化性能最好，适合用于需要外露的户外音箱或浅色橡胶音箱产品。与NBR不同，IIR主链不饱和度不超过2.5%，氧化反应位点较少，抗光氧老化性能较好。而SBR由于含有苯环结构，受到UV光照后，主链分子进入激发态，电子会进入稳定的苯环，同时苯环的大π键可以将激发能转化为热量而排出[8]。