一种具有高浮力的音频装置的研究设计

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　　【摘 要】本研究设计提出了音频设备技术领域中的一种具有高浮力的音频装置，包括外壳和设于外壳内的音频播放系统，外壳包括上壳体、下壳体及底座，上壳体内设有播音腔，下壳体上端与上壳体密封连接，下壳体内设有浮力腔，下壳体包括防水外壳和设于防水外壳内侧的浮力体，防水外壳的外侧涂布有疏水材料，底座的上端与下壳体密封连接，音频播放系统固定在底座上。本设计能在保证正常播放音频信息的基础上，配合使用者在意外溺水的情况下进行救生支援，整体产品结构稳定、成本低。
　　【关键词】高浮力；浮力体；音频装置
　　一、背景技术
　　游泳是人们喜爱的一项娱乐活动，在游泳时全身的肌肉都可以得到运动，血液循环也会顺畅，对维持身体的健康有较大帮助，但是游泳溺亡的事故多有发生。溺水和交通事故死亡分别占死亡人数的43.59%和30.26%，每年近3万儿童死于溺水，其已成为学生非正常死亡的头号杀手。
　　另外人们在游泳过程中，常配合使用音箱进行音乐播放，现市场也为水上活动爱好者推出了音乐回放的无线音箱，能满足使用者在海滩、泳池、淋浴、冲浪、户外享受音乐。但现在市场上的音箱外壳采用硅胶物料或其他普通塑料，其浮力仅能维持自身的浮力需求，而不能辅助使用者在溺水时进行自救，无法实现更佳的浮力需求。
　　二、研究内容
　　一种具有高浮力的音频装置，包括外壳和设于所述外壳内的音频播放系统，其特征在于：
　　1，所述外壳包括：上壳体，所述上壳体内设有播音腔；下壳体，所述下壳体上端与所述上壳体密封连接，所述下壳体内设有浮力腔，所述下壳体包括防水外壳和设于所述防水外壳内侧的浮力体，所述防水外壳的外侧涂布有疏水材料；底座，所述底座的上端与所述下壳体密封连接，所述音频播放系统固定在所述底座上。
　　2、音频播放系统包括控制器、电池模块及至少一个扬声器，所述控制器分别与所述电池模块、所述扬声器电连接；所述控制器和所述电池模块设于所述浮力腔内，所述扬声器设于所述播音腔内。
　　3、上壳体的顶部设有太阳能电源板，所述太阳能电源板为所述电池模块供电。
　　4、在所述疏水材料制备的过程中，先制备纳米SiO2溶胶；后以氨丙基三乙氧基硅烷与γ-二乙烯三胺丙基甲基二甲氧基硅烷作为纳米SiO2溶胶的团聚剂，构建微纳米的粗糙结构；采用十六烷基三甲氧基硅烷进行颗粒疏水改性；通过粘结剂进行粘结，制备得到疏水性能良好的超疏水复合材料。
　　5、浮力体以环氧树脂和空心玻璃微珠为原料制备而成，且所述环氧树脂占原料的质量比为2-10%，所述空心玻璃微珠占原料的质量比为90-98%。
　　6、所述助固化剂为环烷酸钴促进剂，所述固化剂为过氧化甲乙酮固化剂。
　　本设计通过涂覆疏水材料，使得防水外壳能够充分实现疏水功能，使表面具有极强的疏水、憎水、防水效果；本设计在防水外壳内锁何止浮力体，能够提供更高的浮力，在保证音频装置本身的浮力情况下，为使用者提供辅助浮力，辅助其进行溺水自救，提供了更高的安全保障；本设计整体结构紧凑、稳定，不易损坏，同时能够充分降低原料成本。
　　三、实施方式
　　一种具有高浮力的音频装置，音频装置可采用现有常用处理方式，实施方式主要在于防水设计，浮力体制作和高浮力设计研究。
　　防水外壳的底部设有固定孔，浮力体的底部穿过固定孔后与防水外壳扣合连接，浮力体的底部外侧套有密封垫，密封螺栓穿过密封垫与浮力体固定连接。通过防水外壳、浮力体及底座的密封固定，保证整个音频装置的密封效果，且增加整个產品的结构稳定性。防水外壳的外侧涂布有疏水材料，疏水材料在防水外壳外侧形成一层抗水层，其疏水角≥160°，使防水外壳表面具有极强的疏水、憎水、防水效果。在疏水材料制备的过程中：
　　1、先制备纳米SiO2溶胶（以正硅酸乙酯为原料，通过溶胶-凝胶法制备得到纳米SiO2溶胶）；
　　2、后以氨丙基三乙氧基硅烷与γ-二乙烯三胺丙基甲基二甲氧基硅烷作为纳米SiO2溶胶的团聚剂，构建微纳米的粗糙结构；
　　3、采用十六烷基三甲氧基硅烷进行颗粒疏水改性；
　　4、以树脂为粘结剂，制备得到疏水性能良好的超疏水复合材料。
　　疏水材料通过粘结剂涂覆在防水外壳的表面，粘结剂优选为树脂，提高涂层与基材之间的附着力。
　　浮力体以环氧树脂和空心玻璃微珠为原料制备而成，环氧树脂占原料的质量比为2-10%，空心玻璃微珠占原料的质量比为90-98%。空心玻璃微珠之间通过环氧树脂粘结在一起，帮助空心玻璃微珠相互支撑，因此环氧树脂不仅起粘接、支撑玻璃微珠的作用，而且也决定了浮力体的电性能、热性能和化学稳定性。
　　空心玻璃微珠呈球形，其是自然界中相同体积下表面积最小的形状，因此空心玻璃微珠具有抗压强度高、熔点高、电阻率高、热传导系数和热收缩系数小等特点。空心玻璃微珠具有以下特性：
　　（1）空心玻璃微珠密度较小，堆积密度0.1-0.3g/cm3，从而制备低密度复合材料，进而提供更高的浮力。
　　（2）空心玻璃微珠形状光滑圆整，具有等向性，可以有效防止应力开裂。与其它形状的填料相比，球形微珠比表面积最小。
　　（3）由于玻璃微珠圆滑又具有相当大的抗压碎性能，对捏合机、模具成型机的磨损很小，在流道和模具内的流动性好。
　　（4）空心玻璃微珠的膨胀系数小，在树脂中分散性好，且各向同性，因此可以有效地减少制品收缩，防止因残余应变所造成的制品弯曲、翘曲变形等，有利于提高浮力体的稳定性。
　　（5）空心玻璃微珠热稳定性好、阻燃、热分解温度大于1450℃、不易变形，作为聚合物填充材料，可提高聚合物的阻燃特性
　　（6）堆积密度很小，作为聚合物填充材料，较其它矿物填料用量少、装载重量小，节省聚合物用量，因此可降低产品成本。
　　在制备浮力体的过程中，具体包括以下步骤：
　　1、首先对空心玻璃微珠进行筛选和表面处理。
　　将空心玻璃微珠进行抗压筛选，后放入配置好的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理。其中，硅烷偶联剂溶液由硅烷、醇及水混合而成，其中硅烷、醇及水所占质量百分百分别为20%、72%、8%。
　　本实施案例中，硅烷偶联剂溶液占空心玻璃微珠质量的0.5-1.5%。
　　2、将处理后的空心玻璃微珠分次加入到改性UPR中，并在真空状态下进行搅拌。搅拌速度随体系黏度的大小调节，并控制好真空度，搅拌30 min。
　　3、先加入助固化剂（优选为环烷酸钴促进剂），真空搅拌10 min；加入后固化剂（优选为过氧化甲乙酮固化剂），真空搅拌10 min。
　　4、将搅拌后的混合物浇注于模具中，并将模具置于一定温度（优选为100-105℃）中固化。
　　5、将固化后的半成品进行高温熟化（熟化温度为200℃）。
　　6、冷却后脱模，并经过后处理（即去毛刺、修剪溢出部分）得到高强度的浮力体。
　　在本实施例中，上壳体的顶部设有太阳能电源板，太阳能电源板为电池模块供电，保证了音频装置能源的稳定。
　　在本实施例中，外壳的外侧固定有安全带，使用者在游泳时拴上安全带，为使用者停供娱乐的同时，可为其提供足够的浮力以保障安全。
　　四、与同类技术产品相比的优势
　　目前国内外市场的高浮力的音频装置相关的产品还在初期研发阶段，相比如蓝牙防水音箱会更被人们所喜爱，对于高浮力的音频装置将在户外运动的人们在游玩的同时带来极安全可靠的安全保障，必将成为人们游泳时音频设备的首选。
　　作者简介：
　　罗育培，男，1986年4月出生，籍贯湖南株洲，民族汉族，闽南师范大学电气工程及其自动化本科毕业，高级工程师
　　（作者单位：深圳市升弘创新科技有限公司）
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