CN110708634B - 发声装置的振膜以及发声装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发声装置的振膜以及发声装置，该振膜包括氟硅橡胶膜层，氟硅橡胶包括硅氧主链和侧链基团组成的线性聚合物；聚合物的分子结构为：
Figure DDA0002256428420000011
其中，侧链基团带有乙烯基的单元为甲基乙烯基硅氧烷单元，侧链基团带有R1的单元为含氟硅氧烷单元；其中，n，m为自然数，R1包括氟烷基、氟芳基中的至少一种。通过氟硅橡胶制作的振膜，使振膜具有良好的回弹性和较好的疏水耐油特性，能够保持振膜的声学性能稳定。发生形变时，能够通过自身回弹恢复，不会因膜折、膜裂、接触水、接触油等原因失效。

Description

发声装置的振膜以及发声装置
技术领域
本发明涉及声电转换技术领域，更具体地，涉及一种发声装置的振膜以及发声装置。
背景技术
在电子产品中，扬声器是重要的元器件。电子产品防水性的需求越来越高，而产品中的扬声器也需要具有防水性。这需要现有的扬声器振膜在沾水后性质稳定，以及振膜在水压塌陷后具有回弹的能力。
扬声器振膜与外界相通，还需要具有良好的耐油耐溶剂的性能，以及在接触到油和溶剂后能够保持性质稳定。
在现有的扬声器中，微型扬声器多采用工程塑料薄膜和硅橡胶制作的振膜。工程塑料制作的振膜具有耐油性但是屈服应变较小，在受到水压后，折环会发生不可逆的塌陷，不能满足防水性的需求。硅橡胶振膜在接触油后，由于硅橡胶分子结构疏散，容易吸收油类成分，这使硅橡胶振膜的模量会急剧下降。同时振膜质量会上升，会影响振膜的F0、THD和灵敏度。
因此，需要一种新的技术方案，以解决上述问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种发声装置的振膜以及发声装置的新技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种发声装置的振膜，该振膜包括氟硅橡胶膜层，氟硅橡胶包括硅氧主链和侧链基团组成的线性聚合物；
聚合物的分子结构为：
Figure GDA0002945758100000021
其中，侧链基团带有乙烯基的单元为甲基乙烯基硅氧烷单元，侧链基团带有R1的单元为含氟硅氧烷单元；
其中，n，m为自然数，R1包括氟烷基、氟芳基中的至少一种；
所述氟硅橡胶的断裂伸长率大于100％；
所述氟硅橡胶的硬度为30A-85A，所述氟硅橡胶在室温下的100％定伸模量为0.5MPa-50MPa。
可选地，所述R1包括γ-三氟丙基、五氟丁基、七氟戊基和氟苯基中的至少一种。
可选地，所述甲基乙烯基硅氧烷单元的量为所述聚合物总量的0-2mol％。
可选地，所述氟硅橡胶还包括硫化剂，所述硫化剂包括氧化物和含氢硅油中的至少一种。
可选地，所述氟硅橡胶还包括无机填料补强剂，所述无机填料补强剂包括炭黑和白炭黑中的至少一种。
可选地，所述振膜为单层振膜。
可选地，所述振膜为复合振膜，所述复合振膜包括至少一层所述氟硅橡胶膜层。
可选地，所述振膜的厚度为10um-200um。
可选地，所述振膜采用模压成型、注塑成型和气压成型中的一种方式制备而成。
根据本发明的另一方面，提供了一种发声装置，包括上述任意一项所述的振膜，所述振膜被配置为通过振动使该发声装置发声。
根据本公开的一个实施例，通过氟硅橡胶制作的振膜，使振膜具有良好的回弹性和较好的疏水耐油特性，能够保持振膜的声学性能稳定。发生形变时，能够通过自身回弹恢复，不会因膜折、膜裂、接触水、接触油等原因失效。
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是本发明的一个实施例的三层复合振膜的剖示图。
图2是本发明的一个实施例的补强剂添加量与断裂伸长率的关系图。
图3是本发明的一个实施例的不同硬度氟硅橡胶的阻抗曲线图。
图4是本发明的一个实施例的扬声器振膜与常规振膜的应力应变曲线图。
图5是硅橡胶接触油性介质前后的阻抗曲线变化图。
图6是本发明的一个实施例的氟硅橡胶接触油性介质前后的阻抗曲线变化图。
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，提供了一种发声装置的振膜，该振膜包括氟硅橡胶膜层，氟硅橡胶包括硅氧主链和侧链基团组成的线性聚合物；
聚合物的分子结构为：
Figure GDA0002945758100000041
其中，侧链基团带有乙烯基的单元为甲基乙烯基硅氧烷单元，侧链基团带有R1的单元为含氟硅氧烷单元；
其中，n，m为自然数，R1包括氟烷基、氟芳基中的至少一种。
氟硅橡胶(FMVQ)是以硅氧键为主链结构，侧链上引入氟烷基或氟芳基的线性聚合物。使用氟硅橡胶制作的振膜，相对于工程塑料，氟硅橡胶具有良好的回弹特性，不会因为振膜过度下压导致折环发生不可逆的形变。由于氟硅橡胶分子链的侧链具有氟烷基或氟芳基，因此具有良好的疏水性和耐油性。能够保持振膜的声学性能稳定，不会因膜折、膜裂、接触水、接触油等原因造成振膜失效。
氟硅橡胶具有优异的回弹性和耐油性，使用氟硅橡胶制作微型扬声器的振膜，则能够满足微型扬声器的振膜对材料性能的需求。
在一个例子中，振膜可以是单层振膜。
振膜为单层振膜时，振膜采用上述氟硅橡胶制成。
在一个实施例中，所述振膜为复合振膜。
振膜为复合振膜时，复合振膜包括至少一层氟硅橡胶膜层，各个膜层间采用胶层复合粘接固定。
例如，该氟硅橡胶可制作单层振膜或复合振膜，复合膜层包括两层、三层、四层或五层膜层。本领域技术人员可以根据实际需要选择更优的层数。
如图1所示，为三层复合振膜的剖视图。其中，中间层12为氟硅橡胶膜层，氟硅橡胶膜层的上、下表面设置工程塑料膜层11。
在一个实施例中，R1包括γ-三氟丙基、五氟丁基、七氟戊基和氟苯基中的至少一种。
在该实施例中，由这几种基团作为R1在主链上形成含氟硅氧烷单元。能够使形成得氟硅橡胶具有更优的回弹性和防油、防溶剂性能。
在一个实施例中，所述甲基乙烯基硅氧烷单元的量为所述聚合物总量的0-2mol％。
在该实施例中，以甲基乙烯基硅氧烷单元的摩尔量m和含氟硅氧烷单元的摩尔量n的比例计算，甲基乙烯基硅氧烷单元的含量0-2mol％。
例如，甲基乙烯基硅氧烷单元的摩尔量记为m，含氟硅氧烷单元的摩尔量记为n。甲基乙烯基硅氧烷单元的摩尔量为m＝m/(m+n)。甲基乙烯基硅氧烷单元在该摩尔量范围内，能够使氟硅橡胶具有更优的回弹性和防油、防溶剂性能。
在一个实施例中，所述氟硅橡胶还包括硫化剂，所述硫化剂包括氧化物和含氢硅油中的至少一种。
添加硫化剂对橡胶进行硫化，能够使橡胶发生交联反应，增加橡胶的弹性、硬度、拉伸强度以及定伸强度等性能。而上述的硫化剂能够更好地提高橡胶的弹性、强度、拉伸强度以及定伸强度等性能。
在一个例子中，当聚合物的质量份数为100份时，添加的硫化剂的份数为0.5-10份。按此比例在氟硅橡胶中添加硫化剂。能够增加橡胶的弹性、强度、拉伸强度以及定伸强度等性能。
在一个实施例中，所述氟硅橡胶还包括无机填料补强剂，所述无机填料补强剂包括炭黑和白炭黑中的至少一种。
氟硅橡胶中包含的补强剂主要包含炭黑、白炭黑等，随补强剂添加量增大，氟硅橡胶橡胶硬度会随之上升。当补强剂含量过高时，氟硅橡胶橡胶断裂伸长率会急剧下降，致使振膜容易出现破膜情况
例如，当聚合物的质量份数为100份时，补强剂添加量为5-90份，优选地，补强剂添加量为5-70份。上述添加量内，使氟硅橡胶具有适宜的硬度，满足振膜的强度要求。
如图2所示，随着白炭黑添加份数增加，氟硅橡胶的硬度增大，而断裂伸长率逐渐减小；尤其当白炭黑份数为100份时，其断裂伸长率降低到90％，当制成振膜后，受到较大应力时振膜可能会存在破膜风险。
在一个实施例中，所述氟硅橡胶的硬度为30A-85A，所述氟硅橡胶在室温下的100％定伸模量为0.5MPa-50MPa。
氟硅橡胶与工程塑料相比，具有较低的模量。氟硅橡胶的硬度可通过添加补强剂调节硬度调节的范围可从30A到85A，优选30A-80A。氟硅橡胶的100％定伸模量与硬度正相关，硬度越高100％定伸模量越高。其室温下的100％定伸模量可调节范围为0.5MPa-50MPa，优选1MPa-30MPa。
而100％定伸模量越高，则振膜材料的F0越高，但F0过高时，扬声器的低频响度会降低。
扬声器的F0正比于杨氏模量和厚度，可以通过改变扬声器振膜的厚度以及杨氏模量来实现F0的变化，具体调节原理如下：
Figure GDA0002945758100000061
其中Mms为扬声器的等效振动质量，Cms为扬声器的等效顺性：
Figure GDA0002945758100000062
其中，Cms1为弹波顺性,Cms2为振膜顺性。无弹波设计时，扬声器的等效顺性即为振膜顺性：
Figure GDA0002945758100000063
其中W为振膜的折环部的总宽度，t为膜片厚度；dvc为振膜音圈贴合外径；E为振膜材质的杨氏模量；u为振膜材质的泊松比。
可见，扬声器的F0正比于模量和厚度，而橡胶的模量正比于其硬度，因此可通过硬度调整的方式来调整F0。为得到饱满的低音和舒适的听感，在扬声器具有较低的F0的同时，应使振膜具有足够的刚度和阻尼。本领域技术人员可以通过调节扬声器振膜的硬度以及厚度来调节F0的大小。
例如，硬度为30-80A。扬声器振膜的厚度为30-120μm。这使得扬声器的F0可调整的范围的能够达到150-1500Hz，满足大多数扬声器的声学性能指标要求。
如图3所示，为不同硬度氟硅橡胶振膜的阻抗曲线。可以看出，硬度越高，振膜的F0越高。
在一个实施例中，所述氟硅橡胶的断裂伸长率大于50％。
氟硅橡胶具有优异的韧性，可选断裂伸长率大于50％，振膜在模组使用中，不易出现破膜等可靠性问题。优选断裂伸长率大于100％。这样振膜具有更优的韧性。
在现有技术中，工程塑料约在应变1～5％会有明细的屈服点，对应到振膜上，便是工程塑料振动过程中振幅必须受限，一旦振幅过大，应变超过工程塑料屈服点，振膜应变集中的折环位置便容易发生膜折、膜破等异常。而在电子产品防水测试的水压试验中，工程塑料振膜受到水压后，折环处很容易出现超过其屈服点的形变，致使折环发生不可逆的变形，进而整个产品发声异常。
相比于现有技术，由于氟硅橡胶在整个形变区间内，本发明提供的振膜无屈服应变点，因此氟硅橡胶制备的振膜具有良好的回弹性，在电子产品防水性测试的水压试验中，不会因为水压而形成的不可逆的形变，以及不会出现膜折问题。
氟硅橡胶相比于工程塑料，氟硅橡胶振膜具有良好的柔韧性，例如，氟硅橡胶振膜的断裂伸长率≥100％。这使得扬声器振膜的振动位移更大，响度更大。并且振膜的可靠性、耐用性良好。
材料的柔韧性越好，断裂伸长率越大，则扬声器振膜抵抗破坏的能力越强。扬声器振膜处于大振幅状态振动时，材料产生了较大的应变。
如图4所示，工程塑料容易超过屈服的应变范围，使振膜出现膜折、膜裂或破膜的异常。而氟硅橡胶为基材制作的扬声器振膜，在较大的应变区间内具有良好的柔韧性和回弹性，降低了振膜破坏的风险。
氟硅橡胶的分子链中，侧链含有大量的含氟基团，而含氟基团具有良好的疏水性，所以氟硅橡胶具备良好的疏水特性，以此材料制成振膜，可具备良好的疏水能力。
在一个实施例中，表1为氟硅橡胶和PEEK薄膜的接触角对比，接触角超过90°时材料介质体现为疏水性。接触角越大，疏水性越好。
表1
测试介质 Peek薄膜接触角/° 氟硅橡胶接触角/°
水 85 120
并且，大量的含氟基团侧链对主链具有良好的保护作用，因此与硅橡胶相比氟硅橡胶具有良好的疏油特性。
如图5，硅橡胶接触油性介质前后的阻抗曲线变化。
如图6，氟硅橡胶接触油性介质前后的阻抗曲线变化。
可以看出，相比于疏松的硅橡胶，氟硅橡胶在接触甚至浸泡在油性介质中依旧可以保持稳定的性能。
氟硅橡胶的分子链主链为硅氧键，具有较大的键能(425KJ/Mol)，该键能大于常见的碳碳单键-C-C-(345KJ/Mol)的键能。因此氟硅橡胶交联更稳定，在高温下也能保持稳定的性能。这样氟硅橡胶制作的振膜具有更高的使用温度上限。在250℃环境下，可以连续工作3天。能够满足扬声器对高温的需求，在实际使用中不会出现温度过高导致振膜结构塌陷的问题。
在一个实施例中，测试氟硅橡胶的耐热氧老化能力。
表2为氟硅橡胶在200℃条件下枷锁老化时硬度的变化，可以看出，在200℃的条件下，氟硅橡胶在20天内性能基本稳定。
表2
Figure GDA0002945758100000081
在一个实施例中，氟硅橡胶的脆化温度可低达-70℃。
氟硅橡胶分子链主链为硅氧主链，其分子链较柔顺且易滑动，因此氟硅橡胶具有较低脆化温度，脆化温度低至-70℃。因此，氟硅橡胶制成的振膜可在低温下长期使用。
在一个实施例中，所述振膜的厚度为10um-200um。在该范围内，振膜具有更优的性能。
在一个实施例中，所述振膜采用模压成型、注塑成型和气压成型中的一种方式制备而成。
采用上述的制备方式制备振膜，不会对振膜的声学性能产生影响。
根据本发明的另一方面，提供了一种发声装置，包括上述任意一项所述的振膜，所述振膜被配置为通过振动使该发声装置发声。
在该发声装置中，还包括振动系统和磁路系统，振膜设置在振动系统中。通过磁路系统和振动系统间作用，使振膜振动发声。例如，发声装置为微型扬声器，振膜振动使微型扬声器发声。采用上述振膜的微型扬声器具有上述所有例子中振膜的优点。
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 (10)

1.一种发声装置的振膜，其特征在于，该振膜包括氟硅橡胶膜层，氟硅橡胶包括硅氧主链和侧链基团组成的线性聚合物；
聚合物的分子结构为：
Figure FDA0002945758090000011
其中，侧链基团带有乙烯基的单元为甲基乙烯基硅氧烷单元，侧链基团带有R1的单元为含氟硅氧烷单元；
其中，n，m为自然数，R1包括氟烷基、氟芳基中的至少一种；
所述氟硅橡胶的断裂伸长率大于100％；
所述氟硅橡胶的硬度为30A-85A，所述氟硅橡胶在室温下的100％定伸模量为0.5MPa-50MPa。
2.根据权利要求1所述的发声装置的振膜，其特征在于，所述R1包括γ-三氟丙基、五氟丁基、七氟戊基和氟苯基中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的发声装置的振膜，其特征在于，所述甲基乙烯基硅氧烷单元的量为所述聚合物总量的0-2mol％。
4.根据权利要求1所述的发声装置的振膜，其特征在于，所述氟硅橡胶还包括硫化剂，所述硫化剂包括氧化物和含氢硅油中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的发声装置的振膜，其特征在于，所述氟硅橡胶还包括无机填料补强剂，所述无机填料补强剂包括炭黑和白炭黑中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的发声装置的振膜，其特征在于，所述振膜为单层振膜。
7.根据权利要求1所述的发声装置的振膜，其特征在于，所述振膜为复合振膜，所述复合振膜包括至少一层所述氟硅橡胶膜层。
8.根据权利要求1所述的发声装置的振膜，其特征在于，所述振膜的厚度为10um-200um。
9.根据权利要求1所述的发声装置的振膜，其特征在于，所述振膜采用模压成型、注塑成型和气压成型中的一种方式制备而成。
10.一种发声装置，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的振膜，所述振膜被配置为通过振动使该发声装置发声。
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