CN111417063A - 碳纤维球顶、其制备方法及扬声器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电声装置技术领域，具体涉及一种碳纤维球顶、其制备方法及扬声器。该碳纤维球顶包括一层或多层碳纤维预浸料，所述碳纤维预浸料包括碳纤维材料、树脂和分散于所述树脂中的增强材料。本发明的碳纤维球顶、其制备方法及扬声器通过对碳纤维预浸料中的树脂添加增强材料，提高了树脂的模量，进而提高了碳纤维预浸料以及碳纤维球顶的模量，有益于提升扬声器产品的高频性能。

Description

碳纤维球顶、其制备方法及扬声器
【技术领域】
本发明涉及电声装置技术领域，具体涉及一种碳纤维球顶、其制备方法及扬声器。
【背景技术】
球顶形扬声器是指利用球顶形振膜直接辐射声波的扬声器，属于电动式扬声器，振膜是一个半球形膜片，用振膜折环直接支撑音圈而没有定心支片，特点是高频响应好，指向性宽及失真较小。
现有技术中的碳纤维球顶一般采用经过热压的碳纤维材料，相比于纯碳纤维材料，热压后的球顶材料模量大幅降低，不利于扬声器产品的高频性能的提升。
因此，有必要提供一种新的技术方案以解决上述技术问题。
【发明内容】
本发明提供一种碳纤维球顶、其制备方法及扬声器，能够解决现有技术中碳纤维球顶模量低、产品高频性能不易提升的问题。
本发明的技术方案如下：提供一种碳纤维球顶，其包括一层或多层碳纤维预浸料，所述碳纤维预浸料包括碳纤维材料、树脂和分散于所述树脂中的增强材料。
优选地，所述碳纤维球顶还包括发泡材料层，所述一层或多层碳纤维预浸料设于所述发泡材料层的上表面和/或下表面。
优选地，所述增强材料包括碳纳米管、石墨烯或二氧化硅陶瓷颗粒中的一种或多种。
优选地，在包含了增强材料的树脂中增强材料的质量分数为1％～30％。
优选地，所述碳纤维预浸料中树脂的质量分数为10％～55％。
优选地，所述碳纤维预浸料中树脂的质量分数为10％～35％。
优选地，所述一层或多层碳纤维预浸料包括碳纤维单向带预浸料、碳纤维编织布预浸料或碳纤维毡预浸料中的一种或多种。
优选地，所述多层碳纤维预浸料中相邻两层的碳纤维预浸料之间的纤维夹角范围为0°～90°；
和/或，所述碳纤维球顶的厚度为20μm～6000μm。。
本发明的另一技术方案如下：提供一种碳纤维球顶的制备方法，包括：
将增强材料与树脂接触，以形成增强树脂；
用所述增强树脂预浸碳纤维材料，以获得预浸后的碳纤维材料；
将一层所述预浸后的碳纤维材料进行固化处理；或，将多层所述预浸后的碳纤维材料依次贴合后进行固化处理；或，在发泡材料层的上表面和/或下表面粘贴一层或多层所述预浸后的碳纤维材料后进行固化处理。
本发明的另一技术方案如下：提供一种扬声器，其使用上述的碳纤维球顶。
本发明的有益效果在于：本发明的碳纤维球顶、其制备方法及扬声器通过在碳纤维预浸料的树脂中添加增强材料，提高了树脂的模量，进而提高了碳纤维预浸料以及碳纤维球顶的模量，有益于提升扬声器产品的高频性能。
【附图说明】
图1为本发明实施例1提供的碳纤维球顶的结构示意图；
图2为本发明实施例2提供的碳纤维球顶的结构示意图；
图3为本发明实施例3提供的碳纤维球顶的制备方法的流程图；
图4为本发明实施例4提供的碳纤维球顶的制备方法的流程图。
【具体实施方式】
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
实施例1
图1是本发明实施例1的碳纤维球顶的结构示意图，如图1所示，该碳纤维球顶100包括碳纤维层110，该碳纤维层110包括一层或多层碳纤维材料预浸料，该碳纤维预浸料包括碳纤维材料、树脂和分散于该树脂中的增强材料。
在本实施例中，为了改善碳纤维球顶100的弯曲模量，对该碳纤维预浸料的树脂进行了增强，使增强材料与树脂接触，增强材料均匀分散于树脂中形成未固化状态的树脂，再利用该树脂预浸碳纤维材料，以形成该碳纤维材料预浸料，例如，将未固化状态的树脂浸渍或喷涂在碳纤维材料上，再经高温高压处理后形成的在碳纤维材料上有该树脂固化物的碳纤维浸渍材料。
在本实施例中，该增强材料可以包括碳纳米管、石墨烯或二氧化硅陶瓷颗粒中的一种或多种。
该碳纳米管作为增强材料时，碳纳米管可以是没有携带官能团的标准品；也可以是经过处理的功能化碳纳米管，例如，经过酸处理；该碳纳米管上还可以存在官能团，该官能团可以是羧基、羟基或氨基。该碳纳米管可以来源于本领域已知的供应商，或者通过公知方法制备所得。
该石墨烯作为增强材料时，可以具有任何形状，该石墨烯可以制成石墨烯棒、石墨烯块、石墨烯片或石墨烯盘等；该石墨烯还可以是多层的，或者，该石墨烯也可以携带官能团，例如，羧基、羟基或氨基。该石墨烯可以来源于本领域已知的供应商，或者通过公知方法制备所得。
该二氧化硅陶瓷颗粒作为增强材料时，其粒径优选为纳米级别的，例如，粒径小于100nm。
在本实施例中，碳纳米管、石墨烯或二氧化硅陶瓷颗粒等增强材料的加入，实现了树脂的机械性能的改进，包含了增强材料的树脂的模量比不含增强材料的树脂有所改进，尤其是改进的树脂弯曲模量的提高，提升了碳纤维球顶的整体弯曲模量，进而改善了使用该碳纤维球顶的扬声器产品的高频性能。
可以理解的是，除了上述记载的碳纳米管、石墨烯或二氧化硅陶瓷颗粒等增强材料，本实施例的碳纤维球顶中碳纤维预浸料还可以包含其他增强材料。
在一个可选的实施方式中，添加了增强材料之后，该树脂中增强材料的质量分数为1％～30％。在本实施例中，该碳纤维材料可以采用各种编织方式，例如，碳纤维材料单向延伸形成碳纤维单向带；又如，碳纤维材料双向延伸形成碳纤维编织布；又如，将碳纤维材料编织形成碳纤维三向带；还如，碳纤维材料编织形成碳纤维毡，进一步地，还可以将上述碳纤维毡进行石墨化处理，形成石墨化的碳纤维毡(石墨毡)。
在一个可选的实施方式中，当碳纤维材料编织成单向带或编织布时，该碳纤维单向带预浸料或该碳纤维编织布预浸料中的碳纤维材料的拉伸模量大于200Gpa，该碳纤维材料可以采用东丽的T系列T300以上、M系列所有，以及相同强度级别的其他系列和其他供应商的材料，需要说明的是，东丽的T系列和M系列是日本东丽公司的碳纤维型号，本领域技术人员可轻松获取这两种系列的材料。
在一个可选的实施方式中，当碳纤维材料编织成毡时，该碳纤维毡包含聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维中的一种或多种，例如，该碳纤维毡可以为聚丙烯腈基碳纤维毡、沥青基碳纤维毡或粘胶基碳纤维毡；又如，该碳纤维毡还可以为上述材料中两种或两种以上碳纤维材料混合编织制成的毡。进一步地，该碳纤维毡可以为碳纤维短切毡、碳纤维缝编毡、碳纤维表面毡、碳纤维连续毡、以及碳纤维复合毡中的一种或两种以上的混合物。本实施例中的碳纤维毡或石墨毡可以采用购买的成品，也可以通过以下方式制备：将纤维预氧丝(例如，聚丙烯腈基纤维预氧丝或沥青基纤维预氧丝)通过机械梳理成网或气流成网，再经针刺形成预氧丝毡；将预氧丝毡进行碳化形成碳纤维毡；将碳纤维毡进行石墨化形成石墨毡。其中，该纤维预氧丝是购买而来的，是由含碳的有机纤维原丝在空气介质下，经过几十分钟或几百分钟的预氧化过程而得到的。
在一个可选的实施方式中，该碳纤维层110中预浸料的层数可以为1～20层；进一步地，该碳纤维层110中预浸料的层数可以为2～5层。
在本实施例中，该树脂可以包括环氧树脂、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亚胺(PI)、聚苯硫醚(PPS)、聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)、聚对苯二甲酰对苯二胺(芳纶1414)中的一种或多种。在一些可选的实施方式中，该碳纤维预浸料中树脂的质量分数为10％～55％；进一步地，该碳纤维预浸料中树脂的质量分数为10％～35％。
当碳纤维层110包括多层碳纤维材料预浸料时，例如，两层、三层或四层，不同层的碳纤维材料预浸料中的碳纤维材料可以相同或不同，不同层的碳纤维预浸料中的碳纤维材料的编织方式可以相同或不同。不同层的碳纤维单向带预浸料中的树脂可以相同或不同，不同层的碳纤维预浸料中的碳纤维材料的延伸方向不同，即纤维方向夹角不同，可以保证该碳纤维层110的各方向的受力性能，相邻两层的碳纤维的纤维夹角为0°～90°。
在一个可选的实施方式中，该碳纤维球顶100的厚度为20μm～6000μm。进一步地，当该碳纤维预浸料为碳纤维单向带预浸料时，该碳纤维单向带预浸料的厚度为5μm～100μm；当该碳纤维预浸料为碳纤维编织布预浸料时，该碳纤维编织布的厚度为20μm～500μm，更优选为60μm～120μm。
本实施例的碳纤维球顶100可以切割成任何需要的形状，例如，通过激光切割、切边模冲切或摸切机摸切等方式进行切割；切割后再与音膜粘合，例如，通过背胶或打胶等方式粘合；粘合后再装配成扬声器。
实施例2
图2是本发明实施例2的碳纤维球顶的结构示意图，如图2所示，该碳纤维球顶200包括第一碳纤维层210、发泡材料层220和第二碳纤维层230，该第一碳纤维层210和该第二碳纤维层230分别设于该发泡材料层220的上表面和下表面，该第一碳纤维层210包括一层或多层碳纤维材料预浸料，该第二碳纤维层230包括一层或多层碳纤维材料预浸料，该碳纤维预浸料包括碳纤维材料、树脂和分散于该树脂中的增强材料。
本实施例中的该第一碳纤维层210和该第二碳纤维层230的描述具体参见实施例1中碳纤维层110的描述，在此不进行一一赘述。
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的碳纤维球顶中，发泡材料与碳纤维预浸料复合。在该发泡材料层220的内部大量含有微细气泡或气孔，该气泡或气孔的平均孔径为20μm以下。在一个可选的实施方式中，该发泡材料层220中的气孔的孔径为0.001μm～20μm。在本实施例中，该发泡材料层220中包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰亚胺(PI)和聚丙烯(PP)中的一种或多种材料，使用时根据需声学振动范围和受力范围进行选择。本实施例的发泡材料层220为上述的聚合材料经发泡成型制造形成的聚合材料发泡体，在该发泡材料层的内部大量含有微细气泡或气孔，该气泡或气孔的平均孔径为20μm以下。例如，该发泡材料层220可以为发泡PET、发泡PMI、发泡PI、发泡PP或发泡PPS。
本领域技术人员应当理解，在其他实施例中，可以仅在该发泡材料层的上表面或下表面设置碳纤维层。
实施例3
图3是本发明实施例3的碳纤维球顶的制备方法的流程图，该制备方法用于制备本发明实施例1的碳纤维球顶，如图3所示，该制备方法包括：
S301，在树脂中加入增强材料，以形成增强树脂。
S302，用该增强树脂预浸碳纤维材料，以获得预浸后的碳纤维材料。
S303，将多层该预浸后的碳纤维材料依次贴合后进行固化处理。
本发明实施例中的球顶结构制备方法仅通过简单粘贴即能形成复合层，再通过高温高压进行强化，获得力学性能、声学性能优异的球顶结构，同时能够保证美观，本实施例中的方法简单、易操作，对设备的要求低，具有广泛的使用前景。
当制备含有多层碳纤维预浸料的球顶时，不同层的碳纤维材料的延伸方向不同，保证球顶结构的各向受力性能。
实施例4
图4是本发明实施例4的碳纤维球顶的制备方法的流程图，该制备方法用于制备本发明实施例2的碳纤维球顶，如图4所示，该制备方法包括：
S401，在树脂中加入增强材料以形成增强树脂。
S402，用该增强树脂预浸碳纤维材料，以获得预浸后的碳纤维材料。
S403，在发泡材料层的上表面和下表面分别粘贴一层或多层该预浸后的碳纤维材料后进行固化处理。
本发明实施例5提供了一种扬声器，该扬声器使用实施例1的碳纤维球顶100或实施例2的碳纤维球顶200，或通过实施例3的制备方法得到的碳纤维球顶，或实施例4的制备方法得到的碳纤维球顶。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种碳纤维球顶，其特征在于，所述碳纤维球顶包括一层或多层碳纤维预浸料，所述碳纤维预浸料包括碳纤维材料、树脂和分散于所述树脂中的增强材料。
2.根据权利要求1所述的碳纤维球顶，其特征在于，所述碳纤维球顶还包括发泡材料层，所述一层或多层碳纤维预浸料设于所述发泡材料层的上表面和/或下表面。
3.根据权利要求1或2所述的碳纤维球顶，其特征在于，所述增强材料包括碳纳米管、石墨烯或二氧化硅陶瓷颗粒中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的碳纤维球顶，其特征在于，树脂中增强材料的质量分数为1％～30％。
5.根据权利要求1或2所述的碳纤维球顶，其特征在于，所述碳纤维预浸料中树脂的质量分数为10％～55％。
6.根据权利要求5所述的碳纤维球顶，其特征在于，所述碳纤维预浸料中树脂的质量分数为10％～35％。
7.根据权利要求1或2所述的碳纤维球顶，其特征在于，所述一层或多层碳纤维预浸料包括碳纤维单向带预浸料、碳纤维编织布预浸料或碳纤维毡预浸料中的一种或多种。
8.根据权利要求1或2所述的碳纤维球顶，其特征在于，所述碳纤维球顶的厚度为20μm～6000μm。
9.一种如权利要求1至8任一项所述的碳纤维球顶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
在树脂中加入增强材料，以形成增强树脂；
用所述增强树脂与所述碳纤维材料预浸，以获得预浸后的碳纤维材料；
将一层所述预浸后的碳纤维材料进行固化处理；或，将多层所述预浸后的碳纤维材料依次贴合后进行固化处理；或，在发泡材料层的上表面和/或下表面粘贴一层或多层所述预浸后的碳纤维材料后进行固化处理。
10.一种扬声器，其特征在于，所述扬声器使用如权利要求1至8任一项所述的碳纤维球顶。
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