CN115073919B - 发声装置的外壳、发声装置及其电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发声装置的外壳、发声装置和电子设备，发声装置的外壳的至少一部分形成为第一支撑壳体，第一支撑壳体的本体至少由聚酰亚胺气凝胶制成，本体内分布有碳纤维，第一支撑壳体具有由碳纤维分布形成的网络结构，其中，碳纤维的直径为4μm～20μm，长度为3mm～50mm。本发明的外壳设置第一支撑壳体，第一支撑壳体由聚酰亚胺气凝胶和碳纤维制成，聚酰亚胺气凝胶的密度较小，碳纤维均匀分布在聚酰亚胺气凝胶，不仅降低第一支撑壳体的质量，还增强第一支撑壳体的强度，可以满足发声装置对质量轻、强度高的要求。并且通过限定碳纤维的直径和长度，可以使碳纤维在聚酰亚胺气凝胶中均匀分散，保证第一支撑壳体的力学性能，进而提升外壳的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及电声技术领域，更具体地，涉及一种发声装置的外壳，以及使用该外壳的发声装置，以及使用该发声装置的电子设备。
背景技术
随着电声技术领域的发展，电声器件逐渐向着轻薄化、智能化、大功率化、高频化的方向发展。
传统的扬声器的外壳通常采用聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯等塑料制成，但是，塑料外壳具有重量大、厚度小、刚度低、容易引起谐振影响声学性能的缺陷。
并且，为了增强刚度，现有的技术中通常向壳体中增加金属加强板，但是壳体与金属加强板的结合强度较差，导致降低了扬声器的整体声音质量。
因此，需要一种新的技术方案，以满足重量轻、刚度大、尺寸稳定性好、降低谐振等需求。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种发声装置的外壳，能够解决现有技术的扬声器的外壳无法满足重量轻、刚度大等需求的问题。
本发明的又一个目的在于提供上述外壳和发声单体组成的发声装置。
本发明的再一个目的在于提供包括上述发声装置的电子设备。
为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案。
根据本发明第一方面实施例的一种发声装置的外壳，所述外壳的至少一部分形成为第一支撑壳体，所述第一支撑壳体的本体至少由聚酰亚胺气凝胶制成，所述本体内分布有碳纤维，所述第一支撑壳体具有由所述碳纤维分布形成的网络结构，其中，所述碳纤维的直径为4μm～20μm，所述碳纤维的长度为3mm～50mm。
根据本发明的一些实施例，所述外壳全部由所述第一支撑壳体组成。
根据本发明的一些实施例，所述外壳还包括：第二支撑壳体，所述第二支撑壳体与所述第一支撑壳体通过一体注塑成型或者通过胶粘连接，所述第二支撑壳体由PC及其改性材料、PA及其改性材料、PPS及其改性材料、PP及其改性材料、ABS及其改性材料、LCP及其改性材料、PEI及其改性材料、酚醛树脂及其改性材料、环氧树脂及其改性材料、不饱和聚酯及其改性材料、不锈钢及铝合金、镁合金、金属基复合材料中的至少一种制备而成。
根据本发明的一些实施例，所述聚酰亚胺气凝胶的固含量为10％，所述聚酰亚胺气凝胶的收缩率为25％～50％，所述外壳在纤维分布方向的收缩率为≤10％。
根据本发明的一些实施例，所述碳纤维占所述第一支撑壳体的质量百分含量为5％～45％。
根据本发明的一些实施例，所述第一支撑壳体的弯曲模量为1GPa～10GPa；且/或，所述第一支撑壳体的弯曲强度为30MPa～150MPa；且/或，所述第一支撑壳体的模量密度比介于1GPa·cm3/g～100GPa·cm3/g之间。
根据本发明的一些实施例，所述第一支撑壳体在形变10％时的压缩强度为10MPa～100MPa。
根据本发明的一些实施例，所述第一支撑壳体的冲击强度范围是8kJ/m2～70kJ/m2。
根据本发明的一些实施例，所述第一支撑壳体的表面滴水角范围≥80°。
根据本发明的一些实施例，所述第一支撑壳体具有泡孔结构，所述第一支撑壳体的密度为0.1g/cm3～1.0g/cm3，所述第一支撑壳体的厚度为0.2mm～5mm。
根据本发明的一些实施例，所述碳纤维采用PAN基碳纤维和沥青基碳纤维中的至少一种。
根据本发明第二方面实施例的发声装置，包括上述任一所述的发声装置的外壳。
根据本发明第三面实施例的电子设备，包括根据上述实施例所述的发声装置。
根据本发明实施例的发声装置的外壳，通过设置第一支撑壳体，第一支撑壳体由聚酰亚胺气凝胶和碳纤维制成，聚酰亚胺气凝胶的密度较小，碳纤维均匀分布在聚酰亚胺气凝胶中形成为网络结构，由此不仅可以降低第一支撑壳体的质量，还可以增强第一支撑壳体的强度，进而可以满足发声装置对质量轻、强度高的要求。并且通过限定碳纤维的直径范围为4μm～20μm，长度范围为3mm～50mm，可以同时满足碳纤维在聚酰亚胺气凝胶中的均匀分散以及保证形成的第一支撑壳体的力学性能的要求，进而可以提升发声装置的外壳的力学性能要求。
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是根据本发明实施例的发声装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的实施例1与对比例的频率响应曲线对比图。
附图标记
发声装置100；
外壳10；第一支撑壳体11；第二支撑壳体12；
发声单体20。
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。
下面结合附图具体描述根据本发明实施例的发声装置100的外壳10。
如图1所示，根据本发明实施例的发声装置100的外壳10，外壳10的至少一部分形成为第一支撑壳体11，第一支撑壳体11的本体至少由聚酰亚胺气凝胶制成，本体内分布有碳纤维，第一支撑壳体11具有由碳纤维分布形成的网络结构，其中，碳纤维的直径为4μm～20μm，碳纤维的长度为3mm～50mm。
换言之，根据本发明实施例的发声装置100的外壳10的至少一部分作为第一支撑壳体11，第一支撑壳体11的本体的至少一部分通过聚酰亚胺气凝胶制备而成。需要说明的是，聚酰亚胺气凝胶属于有机气凝胶材料，而有机气凝胶材料具有质量轻的优点，而且还可以承受较大的冲击强度，在受到外力或冲击时不易变形破碎等特性。并且，聚酰亚胺气凝胶具有较好的刚性、更轻的质量、以及比表面积高的特性，提高了通过聚酰亚胺气凝胶制备得到的外壳10的整体强度。
碳纤维材料可以看作为第一支撑壳体的11的框架结构，碳纤维材料均匀分布于聚酰亚胺气凝胶中并在空间中形成网格结构，碳纤维具有模量大等优点，由此可以进一步提升第一支撑壳体11的结构强度。
由于碳纤维在空间中表现出网络结构形式，当碳纤维和聚酰亚胺气凝胶组成的复合料在承受外来载荷时，碳纤维能够承担载荷应力，减小聚酰亚胺气凝胶自身开裂情况。此外，即使聚酰亚胺气凝胶产生了开裂，在开裂位置由于存在碳纤维，也可以阻止裂缝的扩展。其中，当碳纤维呈单纤维状分布时，有利于碳纤维在聚酰亚胺气凝胶中的分布均一性以及第一支撑壳体11的表面外观品质。
在本实施例中，碳纤维的直径在4μm～20μm范围内，碳纤维的长度在3mm～50mm范围内。
在相同碳纤维添加量以及相同碳纤维长度的基础上，在碳纤维直径较小时，易于出现碳纤维团聚，分散较差的情况；在碳纤维直径较长时，易于出现与聚酰亚胺气凝胶的结合较差的现象。
在相同的碳纤维添加量以及相同碳纤维直径的基础上，如果碳纤维的长度越小，则碳纤维的表面积越大，表面能越高，导致碳纤维容易发生团聚，在聚酰亚胺气凝胶的原料水凝胶中不容易分散。如果碳纤维的长度越长，则碳纤维的力学性能越优异，随着碳纤维的长度的增加，会导致碳纤维缠结，碳纤维均匀分散变得困难。因此，本发明采用碳纤维的直径在4μm～20μm范围内，碳纤维的长度在3mm～50mm范围内，既可以实现碳纤维在聚酰亚胺气凝胶中的良好、均匀分散，碳纤维不易团聚，并且碳纤维还对聚酰亚胺气凝胶具有较强的增强效果。
可选地，碳纤维的直径为4μm、5μm、6μm、7μm、10μm、12μm、15μm、18μm或者20μm等，碳纤维的长度为3mm、4mm、10mm、15mm、20mm、30mm、35mm、40mm或者50mm等，使复合形成的第一支撑壳体11具有较优的力学性能，保证了第一支撑壳体11的刚性，进而可以确保发声装置100的外壳10的力学性能。
下面对本实施例的碳纤维的直径、长度与模量的关系进行详细描述。
其中表1中的五组样品的碳纤维直径相同，均为5μm。
表1在相同的碳纤维的直径条件下的长度和模量关系对比表
| 碳纤维直径/μm | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 碳纤维长度/μm | 1 | 3 | 10 | 50 | 100 |
| 模量/GPa | 2.6 | 7.2 | 7.5 | 7.6 | 3.2 |
从表1中可以看出，在相同的碳纤维添加量以及相同碳纤维直径的基础上，不同碳纤维长度增强聚酰亚胺气凝胶的模量的规律为：聚酰亚胺气凝胶的模量随着碳纤维长度的增加出现先增加后降低的现象。这主要是因为在碳纤维的长度较短时，易于出现碳纤维团聚，分散较差；在碳纤维的长度较长时，易于出现纤维缠结，碳纤维均匀分散变得困难的现象。
表2在相同的碳纤维的长度条件下的直径和模量关系对比表
| 碳纤维直径/μm | 1 | 4 | 10 | 20 | 30 |
| 碳纤维长度/μm | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| 模量/GPa | 1.2 | 7.2 | 8.5 | 9.4 | 2.1 |
从表2可以看出，在相同碳纤维添加量以及相同碳纤维长度的基础上，不同碳纤维直径的聚酰亚胺气凝胶的模量的规律为：聚酰亚胺气凝胶的模量随着纤维直径增加出现先增加后降低的现象。这主要是因为碳纤维直径较小时，易于出现碳纤维团聚，分散较差的情况；在碳纤维直径较长时，易于出现与聚酰亚胺气凝胶的结合较差的现象。
由此，根据本发明实施例的发声装置100的外壳10，通过设置第一支撑壳体11，第一支撑壳体11由聚酰亚胺气凝胶和碳纤维制成，聚酰亚胺气凝胶的密度较小，碳纤维均匀分布在聚酰亚胺气凝胶中形成为网络结构，由此不仅可以降低第一支撑壳体11的质量，还可以增强第一支撑壳体11的强度，进而可以满足发声装置100对质量轻、强度高的要求。并且通过限定碳纤维的直径范围为4μm～20μm，长度范围为3mm～50mm，有利于同时满足碳纤维在聚酰亚胺气凝胶中的均匀分散以及保证形成的第一支撑壳体11的力学性能的要求，进而可以提升发声装置100的外壳10的力学性能要求。
此外，即使聚酰亚胺气凝胶的内部孔结构发生坍塌，碳纤维也能够起到了一定的桥接作用，因此碳纤维增强气凝胶的压缩强度得到提高，从而提升了第一支撑壳体11的压缩强度，进而提升了发声装置100的外壳10的力学性能要求。相对于现有技术中的在壳体中增加金属加强板的方案而言，本发明在实现同样强度的条件下，碳纤维的重量小于金属加强板的重量，从而降低了第一支撑壳体11的重量，进而减小了发声装置100的外壳10的重量。
根据本发明的一个实施例，外壳10全部由第一支撑壳体11组成，也就是说，可以通过第一支撑壳体11形成整个外壳10，能够保证外壳10的各个部位均具有良好的刚性和较轻的重量，从而同时保证了整个外壳10的刚性和轻量化。
在本发明的一些具体实施方式中，外壳10还包括第二支撑壳体12，第二支撑壳体12与第一支撑壳体11通过一体注塑成型或者通过胶粘连接。
也就是说，外壳10可以由至少第一支撑壳体11和第二支撑壳体12组成，其中第一支撑壳体11和第二支撑壳体12可以选用多种方式结合，例如采用一体注塑成型的方式，或者选用胶粘等方式，在此不作限定。其中，在采用一体注塑成型的方式时，可以采用不限于如下工艺：先将第一支撑壳体11放入模具，然后再进行第二支撑壳体12的注塑。
可选地，第二支撑壳体12由PC及其改性材料、PA及其改性材料、PPS及其改性材料、PP及其改性材料、ABS及其改性材料、LCP及其改性材料、PEI及其改性材料、酚醛树脂及其改性材料、环氧树脂及其改性材料、不饱和聚酯及其改性材料、不锈钢及铝合金、镁合金、金属基复合材料中的至少一种制备而成。其中需要说明的是，本实施例的金属基复合材料为金属基复合材料，是以金属及其合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强相结合成的复合材料。
根据本发明的一个实施例，聚酰亚胺气凝胶为固含量为10％，聚酰亚胺气凝胶的收缩率为25％～50％，能够抑制聚酰亚胺气凝胶的收缩，例如聚酰亚胺气凝胶为固含量为10％时，聚酰亚胺气凝胶的收缩率为25％、30％、35％、40％、45％或者50％等时，聚酰亚胺气凝胶在成型时形状较为稳定，在内部具有泡孔结构时，泡孔结构不易因受挤压而缩小甚至消失。进一步地，第一支撑壳体11在碳纤维分布方向的收缩率为≤10％，通过减小第一支撑壳体11在碳纤维分布方向的收缩率，能够避免第一支撑壳体11因收缩率过大而导致成型形状不稳定，有利于第一支撑壳体11内部保持具有泡孔结构，避免因收缩影响内部碳纤维形成的网络结构。
可以理解的是，本实施例的碳纤维表面具有活性基团，活性基团能够与聚酰胺酸盐通过氢键作用及碳纤维自身的空间效应抑制了聚酰亚胺气凝胶的收缩，从而使聚酰亚胺气凝胶中的孔洞结构得到保留。也就是说，在本实施例中，在聚酰亚胺气凝胶选用聚酰亚胺气凝胶时，通过碳纤维增强聚酰亚胺气凝胶可以抑制聚酰亚胺气凝胶的收缩，保证成型时形状稳定。
在本发明的一些具体实施方式中，碳纤维占第一支撑壳体11的质量百分含量为5％～45％，通过采用质量占比范围的碳纤维，能够满足成型工艺，且具有补强效果较好，满足外壳10需求的优点。例如碳纤维占第一支撑壳体11的质量百分含量为5％、10％、15％、20％、30％、35％、40％或者45％等时，第一支撑壳体11的补强效果较优，制备而成的外壳10的刚性也较强。
下面对本实施例的碳纤维的质量分数和第一支撑壳体11的性质之间的关系进行详细描述。
首先，分别制备含有质量分数为0、5％、15％、45％、50％的碳纤维的第一支撑壳体11，然后，测定对应的第一支撑壳体11的弯曲模量和弯曲强度。其中弯曲模量的测试条件为：弯曲模量通过动态热机械分析测试(DMA)，按照ASTM D5023-15标准测定，三点弯夹具，测试温度范围-50℃～200℃，升温速率3℃/min，每组样品测试3次取平均值。
经过测试得到的弯曲模量和弯曲强度的测试结果如下表表3所示。
表3对于含有不同质量分数的第一支撑壳体的测试结果
| 碳纤维的质量分数/(％) | 0 | 5 | 15 | 45 | 50 |
| 弯曲模量/(MPa) | 60 | 1000 | 8000 | 10000 | 100 |
| 弯曲强度/(MPa) | 10 | 30 | 85 | 150 | 15 |
从表3可以看出，随着碳纤维的质量分数的增加，第一支撑壳体11的弯曲模量出现了先增大后减小的趋势。需要说明的是，随着碳纤维的加入，单位体积内分子间作用力强，因此弯曲模量增加。而当碳纤维占比较大时，混合体系内黏度较大，导致气凝胶与碳纤维的浸润性变差，碳纤维易发生团聚，得到的复合气凝胶骨架结构十分脆弱，甚至无法成型，弯曲模量较低，因此需要控制碳纤维的质量占比。由此，在本实施例中，通过控制碳纤维的质量分数为5％～45％，该碳纤维占比能够满足成型工艺，且具有补强效果较好，满足外壳10需求的优点。
根据本发明的一个实施例，第一支撑壳体11的弯曲模量为1GPa～10GPa，具体而言，当第一支撑壳体11的弯曲模量低于1GPa时，容易导致第一支撑壳体11的强度不够，导致外壳10的强度不足，以及通过外壳10组装形成的发声装置100易于产生谐振，因此通过使第一支撑壳体11的弯曲模量为1GPa～10GPa有利于提高发声装置的声学性能和力学性能。可选地，第一支撑壳体11的弯曲模量为1GPa、2GPa、3GPa、4GPa、5GPa、6GPa、7GPa、8GPa或10GPa等，可以使第一支撑壳体11的结构强度满足发声装置100的使用要求。
在本发明的一些具体实施方式中，第一支撑壳体11的弯曲强度为30MPa～150MPa，由此可以使发声装置100的外壳10具有足够的弯曲强度，满足实际使用的需求。可以理解的是，如果第一支撑壳体11的弯曲强度低于30MPa，也会导致第一支撑壳体11的强度不够，导致外壳10的强度不足，以及通过外壳10组装形成的发声装置100易于产生谐振。可选地，第一支撑壳体11的弯曲强度为30MPa、40MPa、50MPa、80MPa、100MPa、150MPa等时，可以提高外壳10的力学性能。
根据本发明的一个实施例，第一支撑壳体11的模量密度比介于1GPa·cm3/g～100GPa·cm3/g之间。随着模量密度比越大，第一支撑壳体11的刚度也越大。此处的模量密度比即为比模量，指的是单位密度的弹性模量。通过采用1GPa·cm3/g～100GPa·cm3/g的模量密度比，有利于保证第一支撑壳体11具有较高的刚度，且能够使包括第一支撑壳体11的发声装置100拓宽高频。可选地，第一支撑壳体11的模量密度比为1GPa·cm3/g、10GPa·cm3/g、50GPa·cm3/g、60GPa·cm3/g、80GPa·cm3/g、100GPa·cm3/g等，可以使发声装置100兼顾声学性能和力学性能。
需要说明的是，可以限定第一支撑壳体11的弯曲模量为1GPa～10GPa，第一支撑壳体11的弯曲强度为30MPa～150MPa，第一支撑壳体11的模量密度比介于1GPa·cm3/g～100GPa·cm3/g之间这三个条件中的至少一个，例如在一个实施例中限定任一个条件，在又一个实施例中限定任两个条件，在再一个实施例中同时限定三个条件，通过限定不同的条件实现产品灵活可调性，在此不作赘述。
根据本发明的一个实施例，第一支撑壳体11在形变10％时的压缩强度为10MPa～100MPa,，当第一支撑壳体11内的孔结构发生坍塌时，碳纤维可以起到桥接作用，因此通过碳纤维进行增强的聚酰亚胺气凝胶的压缩强度能够得到提高。在本实施例中，通过限定第一支撑壳体11在形变10％时的压缩强度处于10MPa～100MPa范围内，能够使第一支撑壳体11具有较大的压缩强度，且还可以承受一定压力不变形。可选地，第一支撑壳体11在形变10％时的压缩强度为10MPa、20MPa、30MPa、40MPa、50MPa、60MPa、70MPa、80MPa、90MPa或者100MPa等，不会出现第一支撑壳体11划伤、碎裂等现象，进而也就避免了外壳10因受到挤压而出现损伤。
在本发明的一些具体实施方式中，第一支撑壳体11的冲击强度范围是8kJ/m2～70kJ/m2，其中，第一支撑壳体11的冲击强度即为第一支撑壳体11在有缺口条件下的冲击强度。冲击强度的试验标准可以为ASTM D-256，第一支撑壳体11在跌落时可以吸收一部分冲击性能，能够有效控制第一支撑壳体11撞击变形。可选地，第一支撑壳体11的冲击强度为8kJ/m2、10kJ/m2、20kJ/m2、30kJ/m2、40kJ/m2、50kJ/m2、60kJ/m2或者70kJ/m2等，能够避免外壳10变形，进而保护内部发声单体免受被撞引起不良。
根据本发明的一个实施例，第一支撑壳体11的表面滴水角范围≥80°。可选地，第一支撑壳体11的表面可以含有一定的疏水基团。进一步地，第一支撑壳体11的表面的孔径可以设计的较小。在本实施例中，通过使第一支撑壳体11具有较低的表面能，滴水角范围较大，具有优异的疏水性。可选地，第一支撑壳体11的表面滴水角范围为80°、85°或90°等，能够使包括第一支撑壳体11的外壳10即使处于潮湿的环境下，也可以正常使用，不易发生第一支撑壳体11内部的孔结构的坍塌。
在本发明的一些具体实施方式中，第一支撑壳体11具有泡孔结构，第一支撑壳体11的密度为0.1g/cm3～1.0g/cm3；且/或，第一支撑壳体11的厚度为0.2mm～5mm。也就是说，在本实施例中，可以仅仅限定第一支撑壳体11的密度为0.1g/cm3～1.0g/cm3；或者仅仅限定第一支撑壳体11的厚度为0.2mm～5mm；或者同时限定第一支撑壳体11的密度为0.1g/cm3～1.0g/cm3，以及第一支撑壳体11的厚度为0.2mm～5mm。
其中，第一支撑壳体11具有多孔结构，即第一支撑壳体11为孔隙率大、比表面积高的固态材料，相较于传统的塑料外壳而言质量更轻。当第一支撑壳体11的密度为0.1g/cm3～1.0g/cm3时，第一支撑壳体11的质量较轻且具有较高的强度。如果第一支撑壳体11的密度小于0.1g/cm3，将会导致第一支撑壳体11的强度低，从而导致外壳10的强度不足；如果第一支撑壳体11的密度大于1.0g/cm3，将会导致第一支撑壳体11较重，从而加重通过第一支撑壳体11制备的外壳10。同样的，第一支撑壳体11的厚度为0.2mm～5mm时，第一支撑壳体11质量较轻且具有较高的强度。如果第一支撑壳体11的厚度小于0.2mm，则会导致第一支撑壳体11太薄，引起外壳10的强度不足；如果第一支撑壳体11的厚度大于5mm，将会导致第一支撑壳体11较重，引起外壳10的重量较重。可选地，第一支撑壳体11的密度为0.1g/cm3、0.3g/cm3、0.5g/cm3或1.0g/cm3等，第一支撑壳体11的厚度为0.2mm、0.5mm、1.5mm、3mm或5mm等，能够使发声装置100兼顾轻质和高强度。
根据本发明的一个实施例，碳纤维采用PAN基碳纤维和沥青基碳纤维等中的至少一种。例如，碳纤维可以为高强系列T300、T700、T800、T1000等和高模系列M30、M40、M50、M60等。
根据本发明的一个实施例，碳纤维形成为碳纤维纱和毡中的至少一种。也就是说，碳纤维可以单独形成为碳纤维纱，或者单独形成碳纤维毡，或者部分形成碳纤维纱部分形成碳纤维毡，在此不作限定。其中，碳纤维纱和碳纤维毡可以分别通过碳纤维制成，碳纤维纱的密度可以小于碳纤维毡的密度，对于不同的情形可以选择不同的碳纤维的状态。不论采用碳纤维纱、毡等中的某一种状态，均可以实现碳纤维增强聚酰亚胺气凝胶。
当碳纤维采用碳纤维纱的状态时，聚酰亚胺气凝胶可以采用聚酰亚胺气凝胶，此时通过碳纤维纱增强聚酰亚胺气凝胶的外壳工艺可以包括如下步骤：在聚酰胺酸水凝胶中加入碳纤维，混匀后冷冻干燥，进行热亚胺化，得到碳纤维纱增强聚酰亚胺气凝胶。
碳纤维毡增强聚酰亚胺气凝胶工艺：将聚酰胺酸水凝胶浸入到碳纤维织物的间隙和表面，得到浸胶碳纤维织物，将浸胶碳纤维织物进行热压成型后冷冻干燥，进行热亚胺化得到碳纤维毡增强聚酰亚胺气凝胶。
根据本发明实施例的发声装置100，包括上述任意实施例中的发声装置100的外壳10，发声装置100还包括设置为外壳10内的发声单体20，进行电声转换，实现发声装置100的发声性能。需要说明的是，由于外壳10至少包括第一支撑壳体11，而第一支撑壳体11通过采用碳纤维增强聚酰亚胺气凝胶制备而成，第一支撑壳体11具有重量轻、强度大的特点，因此外壳10具有较大的刚性，以及较轻的质量。其中，第一支撑壳体11可以是外壳10的任一部分，例如第一支撑壳体11单独作为前腔外壳的至少一部分，或者单独作为后腔外壳的至少一部分，或者同时作为前腔外壳和后腔外壳的至少一部分等。即本发明的第一支撑壳体11不限于用于前腔外壳或者后腔外壳。在外壳10还包括第二支撑壳体12时，第二支撑壳体12也不限定于用于前腔外壳或后腔外壳。例如，如图1所示，外壳10的后腔外壳的至少一部分可以采用上述第一支撑壳体11制成，不仅可以提高发声装置100的声学性能，还能够满足发声装置100轻薄化、小型化的设计需求，提高了发声装置100在各种电子设备中的适用性。
根据本发明实施例的电子设备包括根据上述实施例的发声装置100，其中，电子设备可以是手机、笔记本电脑、平板电脑、VR(虚拟现实)设备、AR(增强现实)设备、TWS(真无线蓝牙)耳机、智能音箱等，本发明对此不做限制。
由于根据本发明上述实施例的发声装置100的外壳10具有上述技术效果，因此，根据本发明实施例的发声装置100和电子设备也具有相应的技术效果，即发声装置100的外壳10具有更好的刚性和更轻的质量，同时还具有更强的发声效果，产品的比模量更高，可以减少高频振动产生的谐振峰，使产品的整体听感更好。
下面结合具体实施例对根据本发明实施例的发声装置100的外壳10进行详细说明。
实施例1
在本实施例中，发声装置100由外壳10和发声单体20组装而成，其中实施例1的外壳10全部由第一支撑壳体11组成。并且，第一支撑壳体11由碳纤维纱和聚酰亚胺气凝胶材料制成，聚酰亚胺气凝胶为通过聚酰胺酸盐制备而成。
其中，外壳10的具体制备过程如下：
步骤一：取50g聚酰胺酸盐均匀配置成质量分数(固含量)为10％的聚酰胺酸水凝胶，向水凝胶中加入3g碳纤维搅拌均匀。
步骤二：将步骤一配置的聚酰胺酸水凝胶加热至60℃，注塑成外壳。
步骤三：将步骤二制备好的外壳在-40℃温度下冷冻1h，在真空度＜100Pa下干燥2h。
步骤四：将步骤三制备好的外壳在350℃温度下亚胺化2h，得到碳纤维纱增强的聚酰亚胺气凝胶外壳。
对比例1
在对比例1中，发声装置由外壳和发声单体20组装而成，其中，对比例1的外壳采用PC树脂，对比例1的外壳的具体制备过程为：将常规PC一体注塑成型。
实施例1和对比例1的外壳的外形和尺寸全部一致，区别在于采用不同的材料制备而成。
将实施例1和对比例1制备得到的外壳进行重量、模量密度比和冲击强度测试，其中重量和模量密度比的测试是在实施例1和对比例1的外壳的壁厚为0.5mm的条件下进行，冲击强度测试的试验标准为ASTM D-256，测试结果如表4所示。
并将实施例1和对比例1制备得到的外壳分别与发声单体20进行组装，得到不同的发声装置，分别对每个发声装置进行声学测试，测试结果如图2所示。
表4外壳的测试结果
从表4可以看出，在外壳具有相同的外形和尺寸的情况下，即厚度均为0.5mm的基础上，采用碳纤维增强聚酰亚胺气凝胶制备而成的实施例1的外壳的重量为300mg，对比例1通过PC材料制备而成的外壳的重量为500g，可见，实施例1的外壳的重量轻于对比例1的外壳的重量，且比对比例1的PC外壳轻200g。也就是说，在外壳具有相同的外形和尺寸的基础上，本发明的碳纤维增强聚酰亚胺气凝胶制备得到的外壳的重量更轻。
而且，从表4可以看出，实施例1的外壳10的模量密度比为28.5GPa.cm3/g，对比例1的外壳的模量密度比为7.1GPa.cm3/g，可见，实施例1的外壳10的模量密度比大于对比例1的外壳的模量密度比，且实施例1比对比例1的PC外壳的模量密度比高21.4GPa.cm3/g。也就是说，在外壳具有相同的外形和尺寸的基础上，本发明的碳纤维增强聚酰亚胺气凝胶制备得到的外壳10的模量密度比更大。
并且，从表4可以看出，在相同测试条件下，实施例1的外壳10的冲击强度为45kJ/m2，对比例1的外壳的冲击强度为15kJ/m2，可见，实施例1的外壳10的冲击强度大于对比例1的外壳的冲击强度。也就是说，在外壳具有相同的外形和尺寸的基础上，本发明的碳纤维增强聚酰亚胺气凝胶制备得到的外壳的冲击强度更大。
此外，图2示意出了实施例1和对比例1的频率(FR)响应曲线对比图，其中频响曲线图的横坐标为频率(Hz)，纵坐标为响度(dB)，由于响度越高，灵敏度越高。从图2可以看出，相对于对比例1而言，通过实施例1的产品可以减少高频振动产生的谐振峰，使整体听感更佳。
由此可见，在同一结构基础上，即在外壳具有相同的外形和尺寸的基础上，根据本发明的实施例的发声装置100的外壳10具有质量更轻、比模量更高、刚度更大。外壳10的质量更轻可以使发声装置100的质量减小，使发声装置100具有更大的设计余量，比模量更高可以减少高频振动产生的谐振峰，使整体听感更好。并且，本发明的实施例的发声装置100的外壳的冲击强度更高，可有效控制外壳10撞击变形，避免发声装置100内部的发声单体20因被撞击而引起的不良现象出现。本发明的发声装置100的外壳10以及具有该外壳10的发声装置100和电子设备能够满足满足重量轻、刚度大、尺寸稳定性好、降低谐振等需求。
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)
1.一种发声装置的外壳，其特征在于，所述外壳的至少一部分形成为第一支撑壳体，所述第一支撑壳体的本体至少由聚酰亚胺气凝胶制成，所述本体内分布有碳纤维，所述第一支撑壳体具有由所述碳纤维分布形成的网络结构，其中，所述碳纤维的直径为4μm～20μm，所述碳纤维的长度为3mm～50mm，所述碳纤维占所述第一支撑壳体的质量百分含量为5％～45％。
2.根据权利要求1所述的发声装置的外壳，其特征在于，所述外壳全部由所述第一支撑壳体组成。
3.根据权利要求1所述的发声装置的外壳，其特征在于，所述外壳还包括：
第二支撑壳体，所述第二支撑壳体与所述第一支撑壳体通过一体注塑成型或者通过胶粘连接，所述第二支撑壳体由PC及其改性材料、PA及其改性材料、PPS及其改性材料、PP及其改性材料、ABS及其改性材料、LCP及其改性材料、PEI及其改性材料、酚醛树脂及其改性材料、环氧树脂及其改性材料、不饱和聚酯及其改性材料、不锈钢及铝合金、镁合金、金属基复合材料中的至少一种制备而成。
4.根据权利要求1所述的发声装置的外壳，其特征在于，所述聚酰亚胺气凝胶的固含量为10％，所述聚酰亚胺气凝胶的收缩率为25％～50％，所述外壳在纤维分布方向的收缩率为≤10％。
5.根据权利要求1所述的发声装置的外壳，其特征在于，所述第一支撑壳体的弯曲模量为1GPa～10GPa；
且/或，所述第一支撑壳体的弯曲强度为30MPa～150MPa；
且/或，所述第一支撑壳体的模量密度比介于1GPa·cm3/g～100GPa·cm3/g之间。
6.根据权利要求1所述的发声装置的外壳，其特征在于，所述第一支撑壳体在形变10％时的压缩强度为10MPa～100MPa。
7.根据权利要求1所述的发声装置的外壳，其特征在于，所述第一支撑壳体的冲击强度范围是8kJ/m2～70kJ/m2。
8.根据权利要求1所述的发声装置的外壳，其特征在于，所述第一支撑壳体的表面滴水角范围≥80°。
9.根据权利要求1所述的发声装置的外壳，其特征在于，所述第一支撑壳体具有泡孔结构，所述第一支撑壳体的密度为0.1g/cm3～1.0g/cm3，所述第一支撑壳体的厚度为0.2mm～5mm。
10.根据权利要求1所述的发声装置的外壳，其特征在于，所述碳纤维采用PAN基碳纤维和沥青基碳纤维中的至少一种。
11.一种发声装置，其特征在于，包括：
根据权利要求1-10中任一项所述的发声装置的外壳。
12.一种电子设备，其特征在于，包括根据权利要求11中所述的发声装置。
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| GR01 | Patent grant | ||
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