Бумага - лучший материал для производства диффузоров, статья. Книга "Электродинамические громкоговорители" И.А. Алдошиной

С момента появления диффузорных электродинамических громкоговорителей в серийном производстве и до настоящего времени основным материалом для изготовления диффузоров в мировой промышленности остается целлюлоза. Это объясняется уникальными природными свойствами целлюлозы. Особенности химической структуры и физико-механического строения целлюлозы позволяют с помощью различных технологических режимов ее переработки получать материал - бумагу, свойства которой могут в зависимости от области применения варьироваться в очень широких пределах.

Для производства громкоговорителей используется несколько видов целлюлоз (хвойных, лиственных, растительных) и их композиций, что позволяет с помощью специальных технологических процессов (размола, отлива, прессования, пропитки) получать материалы для диффузоров с хорошим сочетанием физико-механических свойств: достаточно большой начальной упругостью и линейностью упругих характеристик в широком диапазоне изменения нагрузки и частоты; относительно малой плотностью; довольно большим демпфированием. Кроме того, поскольку субъективно воспринимаемое качество звучания ГГ (как уже отмечалось) не может в настоящее время быть полностью формализовано с помощью известного набора объективных параметров, можно предположить, что естественность тембра, "мягкость", "натуральность" звучания лучших динамических громкоговорителей также в значительной степени обусловливается свойствами природного материала - целлюлозы.

Целлюлоза - это полимерное волокнистое вещество из группы углеводородов. Макромолекула химически чистой целлюлозы (клетчатки) представляет собой высокомолекулярный полисахарид, образующийся путем упорядоченного расположения глюкозных остатков, соединенных в цепевидные молекулы. Длина целлюлозных молекул изменяется от 0,15 до 1,1 мкм.

Целлюлоза при обычной температуре представляет собой полимер, находящийся в стеклообразном состоянии (температура стеклования примерно 220° С). В этом состоянии для полимеров характерны в основном упругие обратимые деформации. За счет взаимодействия с водой (или другим пластификатором) температура стеклования целлюлозы снижается ниже комнатной, поэтому мокрая целлюлоза находится в вязкоупругом состоянии и обладает совершенно другими механическими свойствами, чем сухая целлюлоза.

Техническая целлюлоза, применяемая в том числе и для производства диффузоров, не представляет собой химически чистого продукта - клетчатки, а содержит ряд компонент, оказывающих существенное влияние на свойства бумажных оливок. Основные из них:

альфа-целлюлоза-химически чистая клетчатка. Она определяет механическую прочность, химическую и термическую стойкость и долговечность бумаги. Однако альфа-целлюлоза плохо фибриллируется в процессе размола;

гемицеллюлоза - группа углеводов, состоящая в основном из гексозанов и пентозанов, по составу близких к альфа-целлюлозе, но со степенью полимеризации п порядка 100. Она пластифицирует волокна, облегчает их фибриллирование, способствует повышению связей между волокнами, улучшает процесс проклейки бумаги;

лигнин - органическое вещество, обусловливающее жёсткость и твердость древесины. В процессе приготовления целлюлозы (варки) содержание его удается снизить до 4..5%. Лигнин оказывает неблагоприятное действие на процесс размола, ухудшает условия сцепления волокон. Кроме того, в технической целлюлозе содержится оксицеллюлоза (продукты распада альфа-целлюлозы под влиянием окислительных процессов), зола (соли кальция, магния) и др.

Техническая целлюлоза получается при обработке древесной щепы (или растительной массы) щелочными и кислыми химикатами при повышенной температуре. В зависимости от способа обработки (варки) можно получить целлюлозу с различными свойствами. В производстве диффузоров используются целлюлозы, полученные сульфатным (щелочным)- "СФА целлюлоза" или сульфитным (кислым) способом - CФИ целлюлоза. При сульфитном способе варка древесной щепы происходит в кислом растворе бисульфита кальция, а при сульфатном-в щелочном растворе едкого натра и сульфата натрия. Сваренную массу промывают горячей водой, а затем на специальной машине превращают в листовой материал (волокнистый полуфабрикат целлюлозы). На бумагообразующие свойства целлюлозы, а следовательно, и на качество получаемых и нее диффузоров решающее влияние оказывают свойства исходных волокнистых материалов и способ их переработки (варки).

Свойства волокнистых материалов зависят от химического состава волокна и их физио - механической структуры. Химический состав волокна определяется строением клеток, из которых это волокно состоит и зависит от вида выбранного сырья. Для изготовления древесной целлюлозы используются следующие основные породы древесины: ель, сосна, тополь, бук, береза, осина, липа и др. Для диффузоров применяются в основное волокна хвойной целлюлозы из ели и сосны. Волокна хвойной целлюлозы обладают лучшими физико-механическими параметрами, в частности длиной волокна, являющейся важнейшим показателем качества целлюлозы. Применение длинноволокнистой целлюлозы обеспечивает возможность получения механически прочной бумаги с высокими значениями динамической упругости Е и коэффициента затухания. Наибольшую длина волокна имеют целлюлоза из сосны. Кроме того, волокна хвойных пород обладают наилучшим коэффициентом жесткости (отношением толщины стенок к ширине волокна), что оказывает существенное влияние на повышение изгибной жесткости диффузоров. Наконец, волокна хвойной древесину имеют трубчатое строение, что обеспечивает пухлость, хорошую впитывающую способность бумаги. С целью увеличения однородности бумажных отливок, уменьшения внутренних напряжении при усадке бумаги во время сушки добавляют в композиции бумажных масс коротковолокнистые волокна лиственных пород с длиной волокна lср= 1,15...1,20, шириной h =0,02. ..0,03 (осины, березы, бука и др.). Кроме того, для увеличение механической прочности и долговечности бумажных отливов в производстве диффузоров используют длинноволокнистые растительные волокна недревесного происхождения (лен, конопля, хлопок и др.).

Важнейшее влияние на бумагообразующие свойства целлюлозы оказывает способ ее получения (в результате варки) из древесной щепы. Как уже было отмечено, сульфатная целлюлоза получается при варке щепы в щелочной среде, а сульфитная - в кислой. Кислая среда обусловливает более интенсивное воздействие на структуру растительного волокна, что приводит к снижению его долговечности и механической прочности. В результате сульфитная (СФИ) и сульфатная (СФА) целлюлозы отличаются процентным содержанием альфа-целилюлозы, гемицеллюлозы, лигнина и др. (например, у отечественной СФА целлюлозы: альфа-целлюлозы 84...88%, гемицеллюлозы 9. ..11%, лигнина 3...4%, смолы, золы и др. 1%), а также распределением остаточного лигнина в волокнах; длиной молекул, целлюлозы и распределением их в волокне. У сульфатной целлюлозы лигнин и гемицеллюлозы распределены равномерно в толще клеточной стенки волокна, чем объясняется трудность отбелки, низкая набухаемость и трудность размола этого вида целлюлозы. У сульфитной целлюлозы они находятся в наружных слоях оболочки, и поэтому она более доступна для обработки. Волокна СФА целлюлозы более гибкие, они меньше укорачиваются при размоле и придают бумаге более высокие показатели механической прочности. Для уменьшения скручиваемости бумаги, обеспечения последующего процесса отбелки и увеличения растяжимости нередко используют композиции из сульфатной и сульфитной целлюлозы.

В практике производства диффузоров употребляется беленая, так и небеленая целлюлоза. Режим отбелки включает трехступенчатый процесс хлорирования целлюлозы, в некоторых случаях, когда не требуется высокая степень белизны, применяется двухступенчатый или одноступенчатый процесс. В процессе отбелки жесткость целлюлозы несколько уменьшаются.

Подбор композиции для ГГ разного назначения является одним из труднейших моментов в процессе их разработки. Отличия в качестве звучания ГГ различных фирм (иногда близких по конструкции) в первую очередь зависят от подбора композиции бумажных масс, включающих в себя в ряде случаев более десяти компонентов, поэтому большинство фирм, производящих ГТ, сообщают в статьях, рекламных данных, каталогах подробные сведения об их конструкции и крайне редко приводят данные о композициях бумажных масс и видах пропитки. Именно эти сведения и составляют, как правило, "секрет" фирмы.

В производстве бумажных диффузоров можно выделить два типа композиций: на основе различных марок целлюлозы (хвойной, льняной, растительной) и смеси целлюлозы с синтетическими, минеральными, углеродными и металлическими волокнами.

Необходимо отметить, что во все композиции добавляются в процессе размола различные химические добавки и пропитки. Для низкочастотных ГТ в добавляют длинноволокнистые шерстяные волокна, что позволяет увеличить коэффициент демпфирования в материале диффузора и уменьшить неравномерность АЧХ. Каждый раз при разработке нового типа громкоговорителя происходит длительный поиск оптимального для него состава композиции.

Композиции второго типа, т. е. смесь целлюлозы с высокомолекулярными волокнами: углеродными, асбестовыми, угольными, из окиси алюминия, стекла и др., начали использоваться в производстве диффузоров сравнительно недавно. Введение таких волокон в целлюлозу позволяет увеличить ее жесткость (модуль упругости возрастает в 1,5...2 раза) за счет высокой жесткости самих волокон. Наиболее известной композицией такого типа, получившей название carbocon является смесь хвойной целлюлозы с углеродными волокнами.

Таким образом, целлюлоза как в чистом виде, так и в составе различных композиций продолжает оставаться основным и самым интересным материалом для производства диффузоров.

Подготовлено по материалам книги "Электродинамические громкоговорители" И.А. Алдошиной