淺談電子產(chǎn)品用透氣透聲膜的技術(shù)要點(diǎn)與工藝

唐軍茂，龔天扣，曾銳升

（深圳市安達(dá)蓮花科技有限公司，廣東深圳 518000）

電子產(chǎn)品用透氣透聲膜的生產(chǎn)技術(shù)革新一直是產(chǎn)業(yè)鏈條中的重要一環(huán)，其著力點(diǎn)在于應(yīng)對客戶多種多樣的需求。當(dāng)今時(shí)代，人們的生活水平不斷提高，對于電子產(chǎn)品用透氣透聲膜的生產(chǎn)要求也產(chǎn)生了很大的推動(dòng)?，F(xiàn)如今，絕大多數(shù)人都持有至少一部智能手機(jī)，這無疑為透氣透聲膜建立了良好的市場銷售環(huán)境。只要生產(chǎn)者能夠把握消費(fèi)者的需求，無疑能帶來巨大的收益。透聲膜可以通過聲波頻率的共振從而進(jìn)行聲音外放的傳播。然而對于絕大多數(shù)透聲膜而言，其對于聲音的透射也是通過傳統(tǒng)工藝進(jìn)行加工，難以進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。本文旨在根據(jù)當(dāng)代科學(xué)原理以及電子產(chǎn)品用透氣透聲膜的工作要求進(jìn)一步對技術(shù)要點(diǎn)與工藝進(jìn)行研究。

1 電子產(chǎn)品用透氣透聲膜技術(shù)原理

當(dāng)今發(fā)展形勢下，電子產(chǎn)品用透氣透聲膜不僅要求有足夠的透氣透聲性能，而且要求能夠高效防水，從而應(yīng)對使用過程中的一些意外情況。這不僅要求能夠防水，還要求能夠使得空氣中的分子得以自由出入透氣透聲膜，這對透氣透聲膜的濾網(wǎng)尺寸把握來說無疑是一項(xiàng)高難度項(xiàng)目。而應(yīng)對該市場需求狀況，絕大多數(shù)情況下采取的措施是采用新型防水材料，利用防水結(jié)構(gòu)與材質(zhì)進(jìn)行透氣透聲膜的制造。

而所說透氣透聲膜的濾網(wǎng)作用，就是指在微觀層面，透氣透聲膜通過保持一定的分子間距，形成網(wǎng)狀的過濾膜，比過濾膜間隙大的分子，包括水分子等，是無法通過過濾膜的；而體積比過濾膜間隙小的分子，如氮?dú)庋鯕獾瓤諝夥肿?，可以自由進(jìn)出過濾膜。在濾網(wǎng)尺寸把控到位的情況下，可以做到完全模擬空氣正常流動(dòng)，而水分子難以進(jìn)入。為達(dá)成這一目的，選取新型材料來制作透氣透聲膜是極具必要性的。

就新興材料而言，如ePTFE 就是一種新開發(fā)的能夠用于透氣透聲膜的材料，而且極其適用于電子產(chǎn)品。ePTFE 在化學(xué)專業(yè)中的名稱翻譯過來是膨體聚四氟乙烯，也稱ePTFE 精細(xì)粉體樹脂，是化學(xué)產(chǎn)品聚四氟乙烯經(jīng)過一部分處理得以伸長增長體積，得以膨化，從而獲取的外觀平整而且孔徑縫隙均勻的三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)透氣膜原材料，這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成極其小的孔洞，其大小甚至可達(dá)液態(tài)水分子的0.01%，這樣的孔洞使得水分子過不來。同時(shí)，孔洞又比起絕大多數(shù)氣態(tài)分子的直徑要大，即使是與相對粒徑較大的氣態(tài)水蒸汽分子進(jìn)行對比，也可以達(dá)到其體積的七百多倍。這樣的優(yōu)質(zhì)保護(hù)膜不僅能夠使得電子產(chǎn)品免受液體侵害從而影響電池或是屏幕的使用，而且能夠促進(jìn)內(nèi)外氣體交換，提高電子產(chǎn)品的使用壽命。同時(shí)，這樣的分子級別濾網(wǎng)孔徑能夠達(dá)到微米級別，小到任何肉眼可見的甚至是不可見的灰塵都不能順利通過，從而達(dá)到很好的防塵效果，細(xì)微到可以防止0.1微米級別的水汽等外來物質(zhì)通過。

而且一般而言，這樣的濾網(wǎng)會連續(xù)搭建好幾層，如同水簾一般，因此也稱水簾式分子過濾網(wǎng)技術(shù)。雖然疊起了好多層，但是層疊結(jié)構(gòu)是一致的，其目的在于防止因單層濾網(wǎng)因意外破裂導(dǎo)致過濾功能障礙。在疊加多層之后，其產(chǎn)生故障的概率大大減小了。同時(shí)，濾網(wǎng)過濾的效率得以大大提升，從而起到良好的過濾作用。

上述水簾式過濾網(wǎng)，一般也稱之為高分子水簾過濾網(wǎng)，通過許多固定膠條對許多單位體積的過濾板進(jìn)行固定；許多過濾板呈上下分布與層疊放置，從而產(chǎn)生水簾瀑布形式的觀感。所述過濾板單元厚度方向上的橫截面呈波浪狀，以實(shí)現(xiàn)在過濾板單元上形成若干個(gè)相間分布的波峰部和波谷部；若干個(gè)所述固定膠條均勻粘附于所述過濾板單元的波峰部上，以實(shí)現(xiàn)每兩個(gè)相鄰的所述過濾板單元之間的固定粘連，其結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性。如圖1所示。

圖1 水簾式過濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

對此可以清楚地認(rèn)識到，透聲透氣膜的發(fā)展主要集中在技術(shù)領(lǐng)域，技術(shù)的發(fā)展是當(dāng)代透聲透氣膜發(fā)展的主要條件。由此，對于技術(shù)要點(diǎn)的追求與探尋就成了相關(guān)專業(yè)人員的重中之重。

在水簾式過濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化發(fā)展時(shí)，其技術(shù)革新工藝也成了必不可少的研究重點(diǎn)。包括如何保障水簾式濾網(wǎng)各層濾網(wǎng)之間的貼合度、濾網(wǎng)之間如何確保不錯(cuò)落卻有致，從而保障各層次濾網(wǎng)能夠準(zhǔn)確地發(fā)揮其作用，這都是值得進(jìn)行技術(shù)革新的方面。利用新材料雖然能夠取得一時(shí)成就，然而在技術(shù)革新的大潮之下，其改變是微不足道的。由此，技術(shù)要點(diǎn)與工藝才是生產(chǎn)核心要素。

2 依據(jù)水簾式結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)聲學(xué)所衍生的技術(shù)要點(diǎn)的生產(chǎn)工藝

水簾式結(jié)構(gòu)在透聲透氣膜生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，許多大品牌的透聲透氣膜都趨向于采用這種技術(shù)結(jié)構(gòu)。然而，許多型號的透聲透氣膜由于其水簾式結(jié)構(gòu)未能全面照顧到聲學(xué)傳播，導(dǎo)致膜在聲音外放過程中不能起到很好的效果。由于透氣孔分散過于均勻，導(dǎo)致聲波不能達(dá)到最好的傳播效果，波峰和波谷一律被材質(zhì)攔住，不能實(shí)現(xiàn)交匯。這對于聲波的傳播肯定是沒有益處的，也導(dǎo)致了很多情況下出現(xiàn)音質(zhì)下降等問題。

聲波是一種波，依據(jù)波的干涉原理，在波峰和波峰交匯處會產(chǎn)生波的加強(qiáng)，而波峰與波谷交匯處會產(chǎn)生削弱。而傳統(tǒng)水簾式薄膜在設(shè)計(jì)時(shí)沒有對薄膜的材質(zhì)分散情況進(jìn)行詳細(xì)控制，這很大概率會影響到波的傳播情況，從而使得聲波的疊加情況變得復(fù)雜而無規(guī)律。雖然水簾式結(jié)構(gòu)是平整光滑的，然而聲波的傳播并不是直來直去的，而是向四周散射。因此，根據(jù)聲波的干涉原理進(jìn)行改進(jìn)是技術(shù)要點(diǎn)之一。如圖2所示。

圖2 聲波的干涉原理及軌道圖

依據(jù)圖2所示的理論結(jié)構(gòu)及干涉形式，可以將水簾式結(jié)構(gòu)做出改進(jìn)，將其邊緣處通過粘貼材料黏在一起，并在其他位置依據(jù)圖中的干涉原理做出改進(jìn)?？梢詫⒚恳粋€(gè)過濾孔看作雙縫中的一個(gè)單縫，依據(jù)二維的雙縫干涉原理，可以在最下層先使得高頻或是低頻的聲音干涉波峰進(jìn)行相交，因?yàn)楦哳l和低頻的頻次與大多數(shù)聲音的頻率有所不同，因此若不提前進(jìn)行加強(qiáng)，到最后會被削弱到剩不下多少，而且缺少低頻的聲音會顯得缺乏底氣。而中頻是絕大部分聲音的頻率，可以設(shè)計(jì)到膜的后半部分再進(jìn)行加強(qiáng)。對此，為使得聲波有充分的交匯空間，應(yīng)當(dāng)對各層水簾膜之間的間隙進(jìn)行改進(jìn)，使其能夠得以變得更加寬敞與遼闊，以取得充分空間使得波峰與波峰進(jìn)行交匯。

對此，可以在透氣透聲膜靠近電子產(chǎn)品的部分采取一層為低頻增加強(qiáng)度一層為高頻增加強(qiáng)度的水簾式結(jié)構(gòu)，同時(shí)通過下一層的水簾結(jié)構(gòu)下移所產(chǎn)生的面積來遮擋波峰與波谷交匯處。此結(jié)構(gòu)不僅能夠增強(qiáng)聲波，更能加強(qiáng)各層水簾膜之間的嵌入程度，從而增強(qiáng)膜的穩(wěn)定性與堅(jiān)固程度。而如果對膜的穩(wěn)定性不能有所保障，還可以在兩邊防止中頻增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，而在中間布置高低頻擴(kuò)大結(jié)構(gòu)，從而更有利于保持膜的穩(wěn)定性。

在此基礎(chǔ)上，就需要粘貼材料能夠比較牢靠，從而對局部產(chǎn)生的較大縫隙所產(chǎn)生的高氣壓情況進(jìn)行應(yīng)對，保障透氣透聲膜的使用壽命。對此，常常采用分子級別的對接粘貼方式。分子對接方法根據(jù)不同的簡化程度分為三類：剛性對接、半柔性對接和柔性對接。剛性對接指在對接過程中，所有分子，包括受體與構(gòu)體之間，均不會發(fā)生變化，對于需求難以變化的堅(jiān)固材質(zhì)或是過濾材質(zhì)等制造工藝是很合適的。剛性對接的運(yùn)算方式較為簡易，只需要考慮是否能夠?qū)映晒纯?。半柔性對接一般不用于過濾材質(zhì)的對接，而是運(yùn)用于一個(gè)大分子與一個(gè)小分子的對接過程中。對接時(shí)，其中一半的分子，即大分子類似于剛性對接中的狀態(tài)，而小分子類似于柔性對接時(shí)的狀態(tài)。這樣可以最大程度上考慮多方面因素從而進(jìn)行設(shè)計(jì)。柔性對接方法就更不適用與過濾膜的制作了。

基于剛性對接方式的過濾膜不僅能夠保證具有一定的堅(jiān)韌程度，還可以做到牢不可破，即使中間高氣壓所產(chǎn)生的空氣流通強(qiáng)度比以往的透氣透聲膜受力大，也仍然難以破裂，并且可以真正做到分子級別的精確對接，對于聲音的傳播等均具有一定益處，對于電子產(chǎn)品透氣透聲膜改善透聲性的需求提供了很大幫助。而無與倫比的堅(jiān)韌程度賦予了這樣拼接而成的透氣透聲膜相較其他產(chǎn)品更長的使用壽命，能夠大大提高產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，大分子之間的拼接間隙能夠自然地容納小分子自由通過，即對透氣性進(jìn)行了充分保障，能夠滿足透氣透聲膜對于空氣流通的需要，對于高氣壓情況下的穩(wěn)定程度也會有所提升。

對于現(xiàn)代電子產(chǎn)品——主要是智能手機(jī)或是對講機(jī)所采用的透氣透聲膜的工藝，采用ePTFE 材質(zhì)所制造的具備防水功能的透氣透聲膜所采用的技術(shù)是經(jīng)過特殊的雙向延展工藝處理取得的具備可控微型孔徑，即0.1～5μm 通過拉伸倍率、拉伸溫度控制、拉伸速率功能的防水透氣膜，這種透氣透聲膜的一個(gè)極大的優(yōu)勢是對于電子產(chǎn)品的聲學(xué)部分應(yīng)用時(shí)，殼體內(nèi)部產(chǎn)生的壓力能夠通過細(xì)小孔徑得以將壓力所蘊(yùn)含的機(jī)械能釋放。而且依據(jù)上述分子拼接的方法，可以準(zhǔn)確牢靠地建立能濾過氣體并使得液體難以進(jìn)入的過濾膜，從而精準(zhǔn)可靠地保障電池或是屏幕等部位不受潮濕影響；另外，基于上述聲音頻率的改進(jìn)辦法所制成的透氣透聲膜，可以保障任何電子產(chǎn)品發(fā)揮卓越的透聲效果。

在相同的聲音透過面積下，面密度與透聲效果成正態(tài)分布關(guān)系。當(dāng)面密度過大，聲音透過時(shí)不能引起防水透氣透聲膜的振動(dòng)，從而導(dǎo)致聲音插入損耗很大；面密度過小，聲音透過時(shí)會引起防水透氣透聲膜的劇烈振動(dòng)，此類振動(dòng)如果過于劇烈，就意味著需要更多物理層面的能量來進(jìn)行維持，此時(shí)，聲音在穿透膜時(shí)的損耗也會增加。

當(dāng)便攜式電子產(chǎn)品微型化后，也意味著其透聲口的面積大小也要微型化。一般來說，如果使用限定的一種ePTFE 防水透氣透聲膜，發(fā)聲口的面積越小，其聲音損耗越大。當(dāng)透聲口面積減少時(shí)，通過調(diào)整其面密度來提高其物理性能、防水等級及透聲效果，就可以減少聲音損耗速率，也能夠使得產(chǎn)品不易老化失效，使用周期長、使用效果好，能夠讓用戶取得更優(yōu)秀的體驗(yàn)感。更絕妙的是，即使在惡劣復(fù)雜環(huán)境下也不會輕易損壞。

3 結(jié)束語

對于電子產(chǎn)品用透氣透聲膜的技術(shù)要點(diǎn)與工藝的研究一直是行業(yè)內(nèi)技術(shù)革新層面的重要一環(huán)，而對于技術(shù)要點(diǎn)與工藝的了解程度決定了產(chǎn)業(yè)員工的工作生產(chǎn)效率。面對新形勢下電子產(chǎn)品用透氣透聲膜的嶄新需求，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行創(chuàng)造性分析，精準(zhǔn)地對新時(shí)代的用戶需求與市場需要進(jìn)行可視化分析，并通過對新市場的把控了解透氣透聲膜需要研究的側(cè)重點(diǎn)，從而確立技術(shù)研究的方向，以提高研究效率。而透氣透聲膜的技術(shù)要點(diǎn)與工藝提高仍離不開對現(xiàn)有工藝技術(shù)進(jìn)行深度鉆研與了解，從而建立起新形勢下透聲透氣膜的可視化研究方案。電子產(chǎn)品用透氣透聲膜的技術(shù)水平與工藝仍在不斷發(fā)展中，需要產(chǎn)業(yè)工作者不斷了解最新行情，才能夠與新型工藝相接軌，從而保持行業(yè)領(lǐng)先水平。