一種具有高浮力的音頻裝置的研究設計

【摘 要】本研究設計提出了音頻設備技術領域中的一種具有高浮力的音頻裝置，包括外殼和設于外殼內的音頻播放系統(tǒng)，外殼包括上殼體、下殼體及底座，上殼體內設有播音腔，下殼體上端與上殼體密封連接，下殼體內設有浮力腔，下殼體包括防水外殼和設于防水外殼內側的浮力體，防水外殼的外側涂布有疏水材料，底座的上端與下殼體密封連接，音頻播放系統(tǒng)固定在底座上。本設計能在保證正常播放音頻信息的基礎上，配合使用者在意外溺水的情況下進行救生支援，整體產(chǎn)品結構穩(wěn)定、成本低。

【關鍵詞】高浮力；浮力體；音頻裝置

一、背景技術

游泳是人們喜愛的一項娛樂活動，在游泳時全身的肌肉都可以得到運動，血液循環(huán)也會順暢，對維持身體的健康有較大幫助，但是游泳溺亡的事故多有發(fā)生。溺水和交通事故死亡分別占死亡人數(shù)的43.59%和30.26%，每年近3萬兒童死于溺水，其已成為學生非正常死亡的頭號殺手。

另外人們在游泳過程中，常配合使用音箱進行音樂播放，現(xiàn)市場也為水上活動愛好者推出了音樂回放的無線音箱，能滿足使用者在海灘、泳池、淋浴、沖浪、戶外享受音樂。但現(xiàn)在市場上的音箱外殼采用硅膠物料或其他普通塑料，其浮力僅能維持自身的浮力需求，而不能輔助使用者在溺水時進行自救，無法實現(xiàn)更佳的浮力需求。

二、研究內容

一種具有高浮力的音頻裝置，包括外殼和設于所述外殼內的音頻播放系統(tǒng)，其特征在于：

1，所述外殼包括：上殼體，所述上殼體內設有播音腔；下殼體，所述下殼體上端與所述上殼體密封連接，所述下殼體內設有浮力腔，所述下殼體包括防水外殼和設于所述防水外殼內側的浮力體，所述防水外殼的外側涂布有疏水材料；底座，所述底座的上端與所述下殼體密封連接，所述音頻播放系統(tǒng)固定在所述底座上。

2、音頻播放系統(tǒng)包括控制器、電池模塊及至少一個揚聲器，所述控制器分別與所述電池模塊、所述揚聲器電連接；所述控制器和所述電池模塊設于所述浮力腔內，所述揚聲器設于所述播音腔內。

3、上殼體的頂部設有太陽能電源板，所述太陽能電源板為所述電池模塊供電。

4、在所述疏水材料制備的過程中，先制備納米SiO2溶膠；后以氨丙基三乙氧基硅烷與γ-二乙烯三胺丙基甲基二甲氧基硅烷作為納米SiO2溶膠的團聚劑，構建微納米的粗糙結構；采用十六烷基三甲氧基硅烷進行顆粒疏水改性；通過粘結劑進行粘結，制備得到疏水性能良好的超疏水復合材料。

5、浮力體以環(huán)氧樹脂和空心玻璃微珠為原料制備而成，且所述環(huán)氧樹脂占原料的質量比為2-10%，所述空心玻璃微珠占原料的質量比為90-98%。

6、所述助固化劑為環(huán)烷酸鈷促進劑，所述固化劑為過氧化甲乙酮固化劑。

本設計通過涂覆疏水材料，使得防水外殼能夠充分實現(xiàn)疏水功能，使表面具有極強的疏水、憎水、防水效果；本設計在防水外殼內鎖何止浮力體，能夠提供更高的浮力，在保證音頻裝置本身的浮力情況下，為使用者提供輔助浮力，輔助其進行溺水自救，提供了更高的安全保障；本設計整體結構緊湊、穩(wěn)定，不易損壞，同時能夠充分降低原料成本。

三、實施方式

一種具有高浮力的音頻裝置，音頻裝置可采用現(xiàn)有常用處理方式，實施方式主要在于防水設計，浮力體制作和高浮力設計研究。

防水外殼的底部設有固定孔，浮力體的底部穿過固定孔后與防水外殼扣合連接，浮力體的底部外側套有密封墊，密封螺栓穿過密封墊與浮力體固定連接。通過防水外殼、浮力體及底座的密封固定，保證整個音頻裝置的密封效果，且增加整個產(chǎn)品的結構穩(wěn)定性。防水外殼的外側涂布有疏水材料，疏水材料在防水外殼外側形成一層抗水層，其疏水角≥160°，使防水外殼表面具有極強的疏水、憎水、防水效果。在疏水材料制備的過程中：

1、先制備納米SiO2溶膠（以正硅酸乙酯為原料，通過溶膠-凝膠法制備得到納米SiO2溶膠）；

2、后以氨丙基三乙氧基硅烷與γ-二乙烯三胺丙基甲基二甲氧基硅烷作為納米SiO2溶膠的團聚劑，構建微納米的粗糙結構；

3、采用十六烷基三甲氧基硅烷進行顆粒疏水改性；

4、以樹脂為粘結劑，制備得到疏水性能良好的超疏水復合材料。

疏水材料通過粘結劑涂覆在防水外殼的表面，粘結劑優(yōu)選為樹脂，提高涂層與基材之間的附著力。

浮力體以環(huán)氧樹脂和空心玻璃微珠為原料制備而成，環(huán)氧樹脂占原料的質量比為2-10%，空心玻璃微珠占原料的質量比為90-98%。空心玻璃微珠之間通過環(huán)氧樹脂粘結在一起，幫助空心玻璃微珠相互支撐，因此環(huán)氧樹脂不僅起粘接、支撐玻璃微珠的作用，而且也決定了浮力體的電性能、熱性能和化學穩(wěn)定性。

空心玻璃微珠呈球形，其是自然界中相同體積下表面積最小的形狀，因此空心玻璃微珠具有抗壓強度高、熔點高、電阻率高、熱傳導系數(shù)和熱收縮系數(shù)小等特點?？招牟Ａ⒅榫哂幸韵绿匦裕?/p>

（1）空心玻璃微珠密度較小，堆積密度0.1-0.3g/cm3，從而制備低密度復合材料，進而提供更高的浮力。

（2）空心玻璃微珠形狀光滑圓整，具有等向性，可以有效防止應力開裂。與其它形狀的填料相比，球形微珠比表面積最小。

（3）由于玻璃微珠圓滑又具有相當大的抗壓碎性能，對捏合機、模具成型機的磨損很小，在流道和模具內的流動性好。

（4）空心玻璃微珠的膨脹系數(shù)小，在樹脂中分散性好，且各向同性，因此可以有效地減少制品收縮，防止因殘余應變所造成的制品彎曲、翹曲變形等，有利于提高浮力體的穩(wěn)定性。

（5）空心玻璃微珠熱穩(wěn)定性好、阻燃、熱分解溫度大于1450℃、不易變形，作為聚合物填充材料，可提高聚合物的阻燃特性

（6）堆積密度很小，作為聚合物填充材料，較其它礦物填料用量少、裝載重量小，節(jié)省聚合物用量，因此可降低產(chǎn)品成本。

在制備浮力體的過程中，具體包括以下步驟：

1、首先對空心玻璃微珠進行篩選和表面處理。

將空心玻璃微珠進行抗壓篩選，后放入配置好的硅烷偶聯(lián)劑溶液中進行表面處理。其中，硅烷偶聯(lián)劑溶液由硅烷、醇及水混合而成，其中硅烷、醇及水所占質量百分百分別為20%、72%、8%。

本實施案例中，硅烷偶聯(lián)劑溶液占空心玻璃微珠質量的0.5-1.5%。

2、將處理后的空心玻璃微珠分次加入到改性UPR中，并在真空狀態(tài)下進行攪拌。攪拌速度隨體系黏度的大小調節(jié)，并控制好真空度，攪拌30 min。

3、先加入助固化劑（優(yōu)選為環(huán)烷酸鈷促進劑），真空攪拌10 min；加入后固化劑（優(yōu)選為過氧化甲乙酮固化劑），真空攪拌10 min。

4、將攪拌后的混合物澆注于模具中，并將模具置于一定溫度（優(yōu)選為100-105℃）中固化。

5、將固化后的半成品進行高溫熟化（熟化溫度為200℃）。

6、冷卻后脫模，并經(jīng)過后處理（即去毛刺、修剪溢出部分）得到高強度的浮力體。

在本實施例中，上殼體的頂部設有太陽能電源板，太陽能電源板為電池模塊供電，保證了音頻裝置能源的穩(wěn)定。

在本實施例中，外殼的外側固定有安全帶，使用者在游泳時拴上安全帶，為使用者停供娛樂的同時，可為其提供足夠的浮力以保障安全。

四、與同類技術產(chǎn)品相比的優(yōu)勢

目前國內外市場的高浮力的音頻裝置相關的產(chǎn)品還在初期研發(fā)階段，相比如藍牙防水音箱會更被人們所喜愛，對于高浮力的音頻裝置將在戶外運動的人們在游玩的同時帶來極安全可靠的安全保障，必將成為人們游泳時音頻設備的首選。

作者簡介：

羅育培，男，1986年4月出生，籍貫湖南株洲，民族漢族，閩南師范大學電氣工程及其自動化本科畢業(yè)，高級工程師

（作者單位：深圳市升弘創(chuàng)新科技有限公司）