CN112511956B - 用于发声装置的振动板及发声装置 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供了一种用于发声装置的振动板及发声装置，所述振动板至少部分采用复合材料制成，所述复合材料包括聚合物基体和分散在所述聚合物基体中的补强材料，所述补强材料包括碳纤维，所述补强材料在所述复合材料中的质量分数范围为10％‑70％。本申请实施例提供的振动板至少部分采用复合材料制成，所述复合材料通过将所述碳纤维补强材料分散在所述聚合物基体中，增强了所述振动板的模量和结构强度，使得安装所述振动板的发声装置具有较宽的频响范围和较低的失真，提高了发声装置的发声效果。

Description

用于发声装置的振动板及发声装置
技术领域
本申请属于电子产品技术领域，具体地，本申请涉及一种用于发声装置的振动板及发声装置。
背景技术
扬声器是便携式电子设备中一种重要的声学部件，用于将声波电信号转换成声音信号并对外发声。扬声器通常包括振动系统和磁路系统，振动系统包括结合在一起的振膜和音圈，为了减小扬声器的失真和提高扬声器的灵敏度，通常会在振膜的中心位置固定一块振动板，用以增强振膜中心部位的刚性。
常见的振动板一般采用木片、塑料或者铝冲压而成，导致振动板的强度较低。在振膜振动的过程中，可能会导致振动板变形，影响扬声器的发音品质和使用寿命。
发明内容
本申请实施例的一个目的是提供一种用于发声装置的振动板及发声装置的技术方案。
根据本申请实施例的第一方面，提供了一种用于发声装置的振动板，所述振动板至少部分采用复合材料制成，所述复合材料包括聚合物基体和分散在所述聚合物基体中的补强材料，所述补强材料包括碳纤维，所述补强材料在所述复合材料中的质量分数范围为10％-70％。
可选地，所述聚合物基体包括聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚苯醚(PPO)中的至少一种。
可选地，所述碳纤维的取向角小于或等于30°。
可选地，所述碳纤维形状因子的范围为0.1-1.5。
可选地，所述碳纤维为短切碳纤维，所述短切碳纤维的长度范围为0.1mm-20mm。
可选地，所述振动板的模量大于或等于2.5GPa。
可选地，所述振动板的成型方式为注塑成型。
可选地，所述振动板为单层振动板，所述单层振动板采用所述复合材料制成；
或者，所述振动板为复合振动板，所述复合振动板包括至少两层，所述的复合振动板至少一层包括所述复合材料。
可选地，所述单层振动板的厚度范围为50μm-2800μm。
根据本申请实施例的第二方面，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，所述振动系统包括第一方面所述的振动板。
本申请实施例的一个技术效果在于：
本申请实施例提供了一种用于发声装置的振动板，所述振动板至少部分采用复合材料制成，所述复合材料包括聚合物基体和分散在所述聚合物基体中的补强材料，所述补强材料包括碳纤维，所述补强材料在所述复合材料中的质量分数范围为10％-70％。本申请实施例提供的振动板至少部分采用复合材料制成，所述复合材料通过将所述碳纤维补强材料分散在所述聚合物基体中，增强了所述振动板的模量和结构强度，同时使得振动板材料具有较宽的频响范围和较低的失真，从而可以提高发声装置的发声效果。
通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请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申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。
图1为本申请实施例提供的碳纤维补强材料在所述复合材料中的质量分数与通过所述复合材料制备的所述振动板的模量关系曲线图；
图2为本申请实施例提供的振动板与常规振动板的Fr测试曲线对比图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本申请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申请的范围。
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，决不作为对本申请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。
本申请实施例提供了一种用于发声装置的振动板，该发声装置可以为扬声器，所述振动板至少部分采用复合材料制成，所述复合材料包括聚合物基体和分散在所述聚合物基体中的补强材料，所述补强材料包括碳纤维，所述补强材料在所述复合材料中的质量分数范围为10％-70％。可选地，所述补强材料在所述复合材料中的质量分数范围可以为20％-50％。所述补强材料可以均匀分散在所述聚合物基体中，以提高所述复合材料的性能稳定性。
具体地，碳纤维(carbon fiber，简称CF)是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。碳纤维由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维具有外柔内刚的特性，密度比金属铝轻，但强度却高于钢和铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性。所述模量可以为弹性模量，具体包括弯曲模量、压缩模量和剪切模量。图1给出了碳纤维补强材料在所述复合材料中的质量分数与通过所述复合材料制备的所述振动板的模量关系曲线图，从图中可以看出，随着碳纤维在所述复合材料中的质量分数的增加，通过所述复合材料制备的所述振动板的弯曲模量显著升高。具体为碳纤维补强材料在所述复合材料中的质量分数从10％增加到50％的过程中，所述振动板的弯曲模量从3.6GPa增加到了12.3GPa；碳纤维补强材料在所述复合材料中的质量分数从50％增加到70％的过程中，所述振动板的弯曲模量虽然也有所提升，但碳纤维补强材料的补强作用已经得到了较为充分的发挥，所述振动板的弯曲模量升高不明显。而在碳纤维补强材料在所述复合材料中的质量分数超过70％时，过多的碳纤维会降低所述聚合物基体的熔融指数，导致所述聚合物基体流动性变差，降低所述复合材料中所述补强材料分散的均匀性。
本申请实施例提供的振动板至少部分采用复合材料制成，所述复合材料通过将所述碳纤维补强材料分散在所述聚合物基体中，增强了所述振动板的模量和结构强度，使得安装所述振动板的发声装置具有较宽的频响范围和较低的失真，提高了发声装置的发声效果。另外，所述碳纤维补强材料还可以提高所述振动板的耐热性、尺寸稳定性以及阻尼性能。
可选地，所述聚合物基体包括聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚苯醚(PPO)中的至少一种高分聚合物。碳纤维增强的聚丙烯材料具有较高的弹性模量、耐热性能和尺寸稳定性，同时还具有合适的阻尼性能，从而可以使振动板具有较宽的频响范围和较低的失真，提升扬声器等发声装置的发声效果。
具体地，聚丙烯等高分子聚合物材料具有耐化学性、耐热性、高强度机械性能和良好的高耐磨加工性能，而且在所述碳纤维补强材料分散在所述聚合物基体中时，需要先将所述聚合物基体融化后将所述碳纤维补强材料均匀分散在熔融状态的所述聚合物基体中，聚丙烯等高分子聚合物材料良好的流动性能可以使得所述碳纤维补强材料的分散更加均匀和充分，提高了所述复合材料的均匀性和性能稳定性。
可选地，所述碳纤维的取向角小于或等于30°。
具体地，所述取向角为碳纤维中石墨微晶与纤维轴的夹角，当所述取向角小于或等于30°时，所述碳纤维的弹性模量较大，进而可以提高所述复合材料的弹性模量，使得所述振动板具有较高的弹性模量和结构强度，提高了安装有所述振动板的发声装置的高频声学性能。
可选地，所述碳纤维形状因子的范围为0.1-1.5。
具体地，所述形状因子为碳纤维中石墨微晶的堆砌厚度与石墨微晶的基面宽度之比。当所述碳纤维的取向角一定时，所述碳纤维的弹性模量随所述形状因子的增加而减小。所述碳纤维的形状因子为0.1-1.5时，所述碳纤维的弹性模量较高，所述述碳纤维的弹性模量与抗拉强度的比值也较大，进而可以提高所述复合材料的弹性模量，使得所述振动板具有较高的弹性模量和结构强度。
可选地，所述碳纤维为短切碳纤维，所述短切碳纤维的直径范围为3μm-100μm，所述短切碳纤维的长度范围为0.1mm-20mm。
具体地，所述短切碳纤维是由碳纤维长丝经纤维切断机短切而成，所述短切碳纤维具有分散均匀、给料方式多样、工艺简单等的优点，提高了所述短切碳纤维的适用范围。在所述复合材料成型过程中，所述短切碳纤维与所述聚合物基体混合，通过所述聚合物基体界面浸润作用，可以使得所述短切碳纤维均匀分散在所述聚合物基体中，显著提高所述复合材料的抗拉强度、弯曲模量等性能，也就提高了所述振动板的模量和强度。表1中给出了所述碳纤维长度与振动板弹性模量的关系，从表中可以看出，随着碳纤维长度的增大，振动板的弹性模量升高。具体为在碳纤维长度从0.1mm增加到20mm的过程中，振动板的模量(具体为弯曲模量)从3.41GPa增加到了4.93GPa，显著提高了振动板的结构强度。当碳纤维长度大于20mm时，比如碳纤维长度为25mm时，振动板的模量为4.89Gpa，与碳纤维长度为20mm时的4.93Gpa基本相当。而当碳纤维过长时，振动板在成型时碳纤维分散在所述聚合物基体中的均匀性较差，导致振动板的不良率升高。
表1碳纤维长度与振动板模量的关系
碳纤维长度(mm) 振动板模量(GPa)
0.1 3.41
0.7 3.65
10 4.37
20 4.93
25 4.89
可选地，所述振动板的模量大于或等于2.5GPa，所述模量可以为弹性模量，具体包括弯曲模量、压缩模量和剪切模量。
具体地，一般塑料或者橡胶的模量大概在1GPa-2GPa，不足以满足振动板的振动要求。而通过将所述碳纤维补强材料分散在所述聚合物基体中形成复合材料，采用所述复合材料得到的振动板具有较高的模量，可以达到2.5GPa甚至更高。振动板的模量在增加的同时，振动板的声学Fh(高频谐振峰)会发生后延，振动板的Fr(频响度曲线)平坦度和频响度增大，使得安装有该振动板的发声装置具有较高的高频发声品质。图2给出了本申请实施例提供的振动板与常规振动板的Fr测试曲线对比图，其中本申请实施例提供的振动板为单层振动板，该单层振动板全部由复合材料制成，碳纤维补强材料在复合材料中的质量分数为35％，碳纤维为短切碳纤维，短切碳纤维的直径为8μm，长度为1.2mm，聚合物基体为聚丙烯。常规振动板采用塑料振动板。从图中可以看出，本申请实施例提供的振动板Fh约在16000Hz处，如图2中a处所示；而常规振动板的Fh仅在13000Hz处，如图2中b处所示。
可选地，所述振动板的成型方式为注塑成型。
具体地，所述振动板在注塑成型过程中，所述振动板原料的熔融塑化和流动造型可以分别在料筒和模腔中进行，形成所述模腔的模具可以始终处于使原料溶体很快冷却成型的状态，从而大大缩减所述振动板的成型周期。同时，在保证原料的加工流动性较好的前提下，可以对模具进行精密处理，以得到尺寸稳定性更好的振动板产品。
可选地，所述振动板为单层振动板，所述单层振动板采用所述复合材料制成；
或者，所述振动板为复合振动板，所述复合振动板包括至少两层，所述的复合振动板至少一层包括所述复合材料。
具体地，所述振动板为单层振动板时，所述单层振动板可以全部采用所述复合材料制成，以保证所述单层振动板的模量和结构强度。而在所述振动板为复合振动板时，也就是所述振动板包括多层，可以是其中一层全部采用所述复合材料制成，其余层采用塑料或橡胶等高分子材料制成；也可以是其中两层全部采用所述复合材料制成，比如所述振动板的层数大于两层时，采用所述复合材料制成的两层可以位于所述振动板的内外两侧，进而将其他层夹设其中，以达到对所述振动板的暴露层强度的增强。另外，所述振动板包括多层时，各层之间可以采用胶层复合粘接，以达到固定所述振动板结构的目的。
可选地，所述单层振动板的厚度范围为50μm-2800μm，优选地，所述单层振动板的厚度范围为100μm-2000μm。
具体地，所述单层振动板的厚度过低时，所述单层振动板的模量和结构强度较低，在振动过程中会出现破坏的情况；而所述单层振动板的厚度过高时，虽然所述单层振动板的模量和结构强度足够大，但是振动板的重量过大会影响扬声器的发声灵敏度，从而会影响扬声器的发声效果。振动板
本申请实施例还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，所述振动系统包括所述的振动板。
具体地，所述振动板采用复合材料制成，所述复合材料通过将所述碳纤维补强材料分散在所述聚合物基体中，增强了所述振动板的模量和结构强度，使得所述发声装置具有较宽的频响范围和较低的失真，提高了所述发声装置的发声效果。
虽然已经通过例子对本申请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，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种用于发声装置的振动板，其特征在于，所述振动板至少部分采用复合材料制成，所述复合材料包括聚合物基体和均匀分散在所述聚合物基体中的补强材料，所述补强材料包括碳纤维，所述补强材料在所述复合材料中的质量分数大于50％，且小于或者等于70％；
所述聚合物基体包括聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚苯醚(PPO)中的至少一种；
所述碳纤维为短切碳纤维，所述短切碳纤维的直径范围为3μm-100μm，所述短切碳纤维的长度范围为0.1mm-0.7mm；
所述振动板的成型方式为注塑成型，所述振动板的原料的熔融塑化和流动造型分别在料筒和模腔中进行，并且，形成所述模腔的模具始终处于使所述原料的溶体处于冷却成型的状态。
2.根据权利要求1所述的振动板，其特征在于，所述碳纤维的取向角小于或等于30°。
3.根据权利要求1所述的振动板，其特征在于，所述碳纤维形状因子的范围为0.1-1.5。
4.根据权利要求1所述的振动板，其特征在于，所述振动板的模量大于或等于2.5GPa。
5.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，所述单层振动板采用所述复合材料制成；
或者，所述振动板为复合振动板，所述复合振动板包括至少两层，所述的复合振动板中的至少一层包括所述复合材料。
6.根据权利要求5所述的振动板，其特征在于，所述单层振动板的厚度范围为50μm-2800μm。
7.一种发声装置，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，所述振动系统包括权利要求1-6任何一项所述的振动板。
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