CN110561847A - 一种振动板以及发声装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振动板，包括至少一层碳纤维层，所述碳纤维层采用长纤维和树脂浸润混合制成，所述树脂中添加有碳纤维粉，所述树脂中的碳纤维粉的质量含量为5％‑25％，所述碳纤维层中的长纤维的质量含量为40％‑75％。本发明在树脂中添加碳纤维粉改善了长纤维在预浸过程中而造成的开缝缺陷，提高碳纤维层的整体强度和耐磨性。

Description

一种振动板以及发声装置

技术领域

本发明涉及电声转换领域，更具体地，涉及一种振动板以及发声装置。

背景技术

碳纤维其本身具有高比模量的优势，因此被广泛应用于航空航天等领域，近年来，碳纤维逐渐应用在声学领域，用于提升扬声器的刚性和提升扬声器的高频性能。

由于声学领域的产品对质量的限制，要求质量轻，结构小巧，因此用作扬声器的碳纤维材料是单向纤维的预浸料。这种材料具有明显的取向性，在加工使用过程中由于某一方向的强度降低，在此方向上容易产生边缘裂纹，制作成扬声器通常会产生杂音等现象。

现有技术中是通过增加对称铺层解决该问题，即采用多个单向纤维的预浸料不同方向排布进行压制，但是增加铺层会使扬声器整体质量增加，模量密度比降低，扬声器的灵敏度及FR高频都会降低。

因此为了解决上述出现的技术问题，本发明提供了一种质量轻又能够解决现有技术问题的振动板和发声装置。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种振动板以及发声装置。

根据本发明的第一方面，提供了一种振动板，包括至少一层碳纤维层，所述碳纤维层采用长纤维和树脂浸润混合制成，所述树脂中添加有碳纤维粉，所述树脂中的碳纤维粉的质量含量为5％-25％，所述碳纤维层的中长纤维的质量含量为40％-75％。

可选地，所述碳纤维粉为采用所述长纤维经表面处理、工艺研磨、显微甄别、高温烘干后制得的长圆柱形微粒。

可选地，所述碳纤维粉直径范围为4-7μm，长度范围为0.01-12mm，比表面积大于0.321663m²/g。

可选地，所述长纤维的强度范围为T300-T1000，所述长纤维的模量范围为M30-M60。

可选地，所述碳纤维粉中添加有表面处理剂和分散剂；

和/或，对所述碳纤维粉进行超声波处理。

可选地，所述表面处理剂采用硅烷类偶联剂和等离子处理剂中的至少一种，所述分散剂采用甲基纤维素(MC)、羧甲基纤维素钠(CMC)、羟乙基纤维素(HEC)中的至少一种。

可选地，所述振动板为单层振动板，所述单层振动板包括一层碳纤维层，所述单层振动板的厚度范围为0.05mm-0.3mm。

可选地，所述振动板为复合振动板，所述复合振动板包括多层碳纤维层，所述复合振动板的厚度范围为0.1-0.5mm。

可选地，所述振动板还包括中间层，所述中间层设置于所述碳纤维层之间，所述中间层的厚度范围为0.05-0.4mm。

可选地，所述中间层采用发泡体材料或工程塑料，所述发泡体采用PMI发泡材料，PI发泡材料，聚酯类发泡材料中的至少一种。

可选地，所述振动板采用热压工艺一次成型，所述振动板为平板结构，或所述振动板具有凸起结构或凹陷结构。

根据本发明的另一方面，提供了一种发声装置，包括振动系统和与所述振动系统相互配合的磁路系统，所述振动系统包括振膜和上述所述的振动板，所述振膜与振动板通过粘接方式连接。

本发明的发明人发现，为了改善单向碳纤维振动板的结构，现有技术采用的方式是在振动板上增加对称铺层。但是，增加对称铺层会使振动板的整体质量增加，进而造成模量密度比降低。本领域技术人员并未意识到，将这种振动板应用到扬声器中，扬声器的灵敏度及高频FR都会降低，造成声学性能降低。因此，本发明所要实现的技术任务或者所要解决的技术问题是本领域技术人员从未想到的或者没有预期到的，故本发明是一种新的技术方案。

本发明的有益效果：本发明与现有技术相比，本发明碳纤维层采用长纤维和树脂浸润混合制成，所述树脂中添加有碳纤维粉，本发明实现了对振动板各个方向的强度进行补强或对振动板的局部强度进行补强，提高了振动板的强度。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1所示为本发明碳纤维粉的质量含量与树脂拉伸强度的关系图。

图2所示为现有技术中碳纤维振动板和本发明改善碳纤维振动板的THD曲线图。

图3所示为现有技术中碳纤维振动板和本发明改善碳纤维振动板的RB曲线图。

图4所示为改善前后的振动板在高频10k的振幅云图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

根据本发明的一个实施例，提供了一种振动板，所述振动板包括至少一层碳纤维层，所述碳纤维层采用长纤维和树脂浸润混合制成，所述树脂中添加有碳纤维粉，所述树脂的中碳纤维粉的质量含量为5％-25％，所述碳纤维层中的长纤维的质量含量为40％-75％。

可选地，所述振动板为单层振动板，具体的，单层振动板包括一层碳纤维层，所述单层振动板的厚度范围为0.05mm-0.3mm。本发明人发现，所述振动板的厚度在此范围内，振动板不仅质量轻，而且在驱动力的作用下，振动板各个位置的振动频率一致，当应用到发声装置中时，振动板具有能够充分承受声压的强度，振膜在振动过程中，振膜与振动板的振动一致性良好，发声装置的声学性能优良。

可选地，所述振动板为复合振动板，所述复合振动板包括多层碳纤维层，所述复合振动板的厚度范围为0.1-0.5mm。本发明人发现，所述振动板的厚度在此范围内，振动板不仅质量轻，而且在驱动力的作用下，振动板各个位置的振动频率一致，同时振动板振动的幅度会更大，当制作成发声装置，振膜与振动板粘接在一起进行振动时，使发声装置内的振动空间余量更大，发声装置的听音效果会更好。

可选地，所述振动板还包括中间层，所述中间层设置于所述碳纤维层之间，所述中间层的厚度范围为0.05-0.4mm。所述中间层与碳纤维层采用粘接等方式连接。

可选地，所述中间层采用发泡体材料或工程塑料，所述发泡体采用PMI发泡材料，PI发泡材料，聚酯类发泡材料中的至少一种。

根据本发明的一个实施例，将所述长纤维与树脂浸润混合在一起制成所述碳纤维层，所述树脂中添加有碳纤维粉。

可选地，所述长纤维为单向碳纤维，所述长纤维的强度范围为T300-T1000，所述长纤维的模量范围为M30-M60。

具体地，所述树脂为环氧树脂，在环氧树脂中添加碳纤维粉。环氧树脂粘接性强，具有突出的尺寸稳定性和耐久性，良好的化学性能；所述碳纤维粉保留了碳纤维的优良性能，并且形状细小、表面纯净、比表面积大，易于被树脂润湿均匀分散，能够与树脂很好的相容。同时碳纤维粉强度大，质量轻，所述长纤维浸润在所述树脂中，形成碳纤维层；所述碳纤维层质量轻，耐酸性和耐碱性能力强；当所述碳纤维层热压成型制作成振动板时，所述振动板的质量轻，耐化学性能强；当所述振动板应用到发声装置中，振动板的质量轻，刚性适中，且具有一定的柔韧性，能够起到良好的支撑作用，振膜与振动板的振动的一致性好，提升了发声装置的高频音质，发声装置的声学性能好。

所述树脂中碳纤维粉的质量含量为5％-25％，即所述碳纤维粉质量含量占所述树脂总质量的5％-25％。当碳纤维粉在树脂中含量较低时，由于加入少量碳纤维粉会导致树脂产生气泡等缺陷，使得长纤维浸润在所述树脂中，形成的碳纤维层表面粗糙，当所述碳纤维层热压成型制作成振动板时，所述振动板的表面粗糙，质量与密度不均匀；当所述振动板应用到发声装置中，振膜在振动过程中，由于振动板的表面粗糙，质量与密度不均匀，使得振膜与振动板的振动一致性得不到保证，振膜在振动过程中容易发生偏振，造成发声装置的声学性能有所损失；当碳纤维粉含量高于25％时，树脂黏度较大，导致树脂与长纤维的浸润性变差，树脂不能够与长纤维更好的相容，树脂的拉伸强度降低，形成的碳纤维层的拉伸强度降低且质地不均匀，垂直于长纤维方向的强度不一致，当所述碳纤维层热压成型制作成振动板时，所述振动板的的质地不均匀，使得振动板的耐磨性和整体强度不均匀，当所述振动板应用到发声装置中时，振膜在振动过程中，由于振动板的的质地不均匀，使得振膜与振动板的振动一致性较差，发声装置的FR高频和声学性能降低。

所述碳纤维层中的长纤维的质量含量为40％-75％，当所述长纤维的含量较低时，碳纤维层在沿所述长纤维长度方向上的成型效果差，长纤维长度方向上的强度降低，所述碳纤维层的质量和强度降低；当所述长纤维的含量较高时，碳纤维层的强度不均匀，所述碳纤维层制成振动板，使得振动板的耐磨性和整体强度不均匀，当所述振动板应用到发声装置中时，振膜在振动过程中，由于振动板的的质地不均匀，使得振膜与振动板的振动一致性较差。

可选地，所述碳纤维粉进行表面处理剂和分散剂处理，和/或对碳纤维粉进行超声波处理。

所述表面处理剂采用硅烷类偶联剂，等离子处理剂中的至少一种；所述分散剂采用甲基纤维素(MC)、羧甲基纤维素钠(CMC)、羟乙基纤维素(HEC)中的至少一种。

所述表面处理剂是将极性基团引入碳纤维粉表面，使得碳纤维粉能够更好地与树脂相容。所述分散剂是能够很好地打破碳纤维粉的团聚，将碳纤维粉更好的分散在树脂中。所述超声波处理是通过振动方式将碳纤维粉分散，使其更好的与树脂相容。

可选地，还可以采用侧面喂料方式，具体地，采用喂料机将碳纤维粉均匀的添加到树脂中，使得碳纤维粉与树脂更好的相容。

可选地，可以在所述树脂固化成膜的过程中添加碳纤维粉或在所述树脂未固化前，将碳纤维粉添加到树脂中，使碳纤维粉与树脂相容。

图1所示为碳纤维粉的质量含量与树脂拉伸强度的关系图，拉伸强度：在外力作用下，材料抵抗永久变形和破坏的能力。

如图1所示，横坐标为碳纤维含量(％)，纵坐标为拉伸强度(MPa)。碳纤维含量在0-5％时，树脂拉伸强度逐渐降低；碳纤维含量在5％-20％时,随着碳纤维粉含量的逐渐增加，树脂拉伸强度逐渐提高；碳纤维含量在20％-30％时，随着碳纤维粉含量的逐渐增加，树脂拉伸强度逐渐降低。

但是当碳纤维含量在15％-25％时，树脂拉伸强度相对于树脂自身强度有所提高，当树脂的拉伸强度提高，长纤维与树脂浸润形成的碳纤维层的拉伸强度提高，当所述碳纤维层热压成型制作成振动板时，所述振动板的拉伸强度大，抵抗永久变形和破坏的能力强，所述振动板应用到发声装置中，振膜与振动板粘接连接，振膜在振动过程中，振膜和振动板振动的一致性较好，发声装置的声学性能良好。

可选地，振膜与振动板粘接连接，具体地，振膜与振动板之间通过胶水或胶带进行粘接，所述振膜为由工程塑料(如peek，par等)、弹性体材料(如tpu、tpee、硅橡胶等)、胶膜(如丙烯酸酯类胶、有机硅类胶等)等中的一种或多种材料复合组成；振膜厚度在0.01mm-0.5mm之间，该厚度范围内使得发声装置振膜的灵敏度更高，在施加同样的驱动力的情况下，振膜产生振幅更大，相应速度更高，进一步地，使振膜的振动空间余量更大。

可选地，所述碳纤维粉为长纤维经表面处理、工艺研磨、显微甄别、高温烘干后而获得的等长圆柱形微粒，所述碳纤维粉直径范围为4-7μm，长度范围为0.01-12mm，比表面积大于0.321663m²/g。比表面积：单位质量物料所具有的总面积，本发明中碳纤维粉的比表面积是单位质量的碳纤维粉所具有的外表总面积。

本发明碳纤维粉的比表面积大于0.321663m²/g，碳纤维粉能够很好的与树脂相容，而不影响树脂与长纤维的浸润。同时碳纤维粉能够良好的改善树脂的硬度，抗裂性，耐磨性和尺寸稳定性；所述碳纤维粉也克服了长纤维展开时造成的开缝缺陷，改善了长纤维边缘开裂现象。

本实施例中长纤维与树脂浸润形成的碳纤维层，所述碳纤维层的整体强度和硬度提高，刚性良好，耐磨性提高。当所述碳纤维层热压成型制作成振动板时，加强了垂直于长纤维方向的强度，同时也增强了碳纤维层各个方向的强度，所述振动板的耐磨性提高，刚性提高；强度的均匀性提高，所述振动板应用到发声装置中，提升了发声装置的高频FR，降低了THD(总谐波失真)和RB(噪音比),明显减少高频振动过程中的偏振。

图2所示为现有技术中碳纤维振动板和本发明振动板的THD(总谐波失真)曲线图。如图2所示，横坐标为频率(Hz)，纵坐标为总谐波失真(％)，实线为现有技术中碳纤维振动板的THD曲线图；虚线为本发明振动板的THD曲线图。从图2中可以看出，在高频区，本发明振动板的THD曲线相对更低，而且也没有出现现有技术中碳纤维振动板存在的尖峰和低谷现象，本发明的振动板应用到发声装置中，发声装置的在高频音质良好，不会出现刺耳声音也不会出现声音忽高忽低的现象。

图4所示为现有技术中振动板和本发明振动板在高频10k的振幅云图。如图4所示，第一幅图为现有技术中碳纤维振动板在高频10k的振幅云图，第二幅图为本发明振动板在高频10k的振幅云图，从图4中可以看出，本发明的振动板在高频10k区振动时，振动板的振动幅度依然存在且振动的一致性依然良好，并没有出现第一幅图所示的上下振动幅度不一致，振幅明显呈混乱状态。

图3所示为现有技术中碳纤维振动板和本发明振动板的RB(噪音比)曲线图，如图2所示，横坐标为频率(Hz)，纵坐标为RB(％)，实线为现有技术中碳纤维振动板的RB曲线图；虚线为本发明振动板的RB曲线图。在高频区，本发明的振动板RB曲线相对更低，说明本发明振动板在振动过程中，产生的噪音更小，有效的改善听音良率。

可选地，所述振动板采用热压工艺一次成型，所述振动板为平板结构，或所述振动板具有凸起结构或凹陷结构。

可选地，在加工剪裁过程中，碳纤维层的长纤维方向与振动板长轴垂直，能够提高振动板整体强度。

可选地，所述振动板适用于SPK，RCV结构。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种发声装置，包括振动系统和与所述振动系统相互配合的磁路系统，所述振动系统包括振膜和上述所述的振动板，所述振膜与振动板通过粘接方式连接。所述发声装置具有良好的高频音质同时降低了THD和RB，提高了其声学性能。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (12)

1.一种振动板，其特征在于，包括至少一层碳纤维层，所述碳纤维层采用长纤维和树脂浸润混合制成，所述树脂中添加有碳纤维粉，所述树脂中的碳纤维粉的质量含量为5％-25％，所述碳纤维层中的长纤维的质量含量为40％-75％。

2.根据权利要求1所述的振动板，其特征在于，所述碳纤维粉为采用所述长纤维经表面处理、工艺研磨、显微甄别、高温烘干后制得的长圆柱形微粒。

3.根据权利要求2所述的振动板，其特征在于，所述碳纤维粉的直径范围为4-7μm，长度范围为0.01-12mm，比表面积大于0.321663m²/g。

4.根据权利要求1所述的振动板，其特征在于，所述长纤维的强度范围为T300-T1000，所述长纤维的模量范围为M30-M60。

5.根据权利要求1所述的振动板，其特征在于，所述碳纤维粉中添加有表面处理剂和分散剂；

和/或，对所述碳纤维粉进行超声波处理。

6.根据权利要求5所述的振动板，其特征在于，所述表面处理剂采用硅烷类偶联剂和等离子处理剂中的至少一种，所述分散剂采用甲基纤维素(MC)、羧甲基纤维素钠(CMC)、羟乙基纤维素(HEC)中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的振动板，其特征在于，所述振动板为单层振动板，所述单层振动板包括一层碳纤维层，所述单层振动板的厚度范围为0.05mm-0.3mm。

8.根据权利要求1所述的振动板，其特征在于，所述振动板为复合振动板，所述复合振动板包括多层碳纤维层，所述复合振动板的厚度范围为0.1-0.5mm。

9.根据权利要求8所述的振动板，其特征在于，所述振动板还包括中间层，所述中间层设置于所述碳纤维层之间，所述中间层的厚度范围为0.05-0.4mm。

10.根据权利要求9所述的振动板，其特征在于，所述中间层采用发泡体材料或工程塑料，所述发泡体采用PMI发泡材料，PI发泡材料，聚酯类发泡材料中的至少一种。

11.根据权利要求1或10所述的振动板，其特征在于，所述振动板采用热压工艺一次成型，所述振动板为平板结构，或所述振动板具有凸起结构或凹陷结构。

12.一种发声装置，其特征在于，包括振动系统和与所述振动系统相互配合的磁路系统，所述振动系统包括振膜和如权利要求1-11中的任意一项所述的振动板，所述振膜与振动板通过粘接方式连接。