CN115802248A - 发声装置的外壳、发声装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发声装置的外壳、发声装置及电子设备，发声装置的外壳包括复合部，复合部包括：热塑性纤维和碳纤维，热塑性纤维熔融后凝固形成基体，碳纤维分布于基体中形成增强骨架，其中，复合部中碳纤维与热塑性纤维的质量比为1:10～8:10，复合部的弯曲模量为5GPa～30GPa。根据本发明实施例的发声装置的外壳，热塑性纤维在熔化状态时可以包裹住碳纤维，热塑性纤维熔融后凝固可以形成基体，碳纤维可以分布于基体中形成具有互穿结构的增强骨架，由此制成的外壳具有较高的强度，抗冲击性能更强，并且成型方便，质量较轻，有利于轻量化设计，同时可以满足发声装置的高频使用需求。

Description

发声装置的外壳、发声装置和电子设备

技术领域

本发明涉及电子设备技术领域，更具体地，涉及一种发声装置的外壳、具有该发声装置的外壳的发声装置、以及具有该发声装置的电子设备。

背景技术

现有的扬声器外壳通常由热塑性工程塑料注塑成型，或者由高强度合金制备成型。然而，无论是注塑成型的外壳，还是由合金制备而成的壳体，均存在诸多缺陷。

其中，对于注塑成型的外壳而言：注塑成型的外壳受限于注塑参数的影响，粘度不能太高，因此会导致外壳刚性不足，扬声器在使用时，容易在高频状态下引起谐振，影响发声性能；并且注塑成型的外壳，其前后腔区域厚度难以做薄，影响前后腔尺寸设计，进而会影响扬声器的高低频性能及F0，并且即使可以将外壳设计达到一定的厚度，其刚度也较差，使扬声器的高频谐振频率较低，影响高频性能；同时，注塑成型的外壳质量较重，与轻量化的设计理念相悖，难以满足产品使用需要。

对于由合金制备而成的壳体而言，金属外壳的刚度虽然可以满足产品要求，但是金属外壳的冲压成型良率低，对于结构较为复杂的产品，难以成型，增加了制备成本；并且金属外壳的质量较重，也不利于产品的轻量化设计。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种发声装置的外壳，该发声装置的外壳强度高，抗冲击性能强，成型方便。

本发明的另一个目的在于提供具有上述发声装置的外壳的发声装置。

本发明的再一个目的在于提供具有上述发声装置的电子设备。

根据本发明第一方面实施例的发声装置的外壳，所述外壳包括复合部，所述复合部包括：热塑性纤维和碳纤维，所述热塑性纤维熔融后凝固形成基体，所述碳纤维分布于所述基体中形成增强骨架，其中，所述复合部中所述碳纤维与所述热塑性纤维的质量比为1:10～8:10，所述复合部的弯曲模量为5GPa～30GPa。

根据本发明的一些实施例，所述热塑性纤维还包括分布于所述基体中的未熔融热塑性纤维，所述未熔融热塑性纤维与所述碳纤维交叉排布共同形成所述增强骨架。

根据本发明的一些实施例，所述复合部的密度为0.7g/cm³～1.3g/cm³。

根据本发明的一些实施例，所述热塑性纤维为高分子PE纤维、PP纤维、PET纤维、PBT纤维、PEN纤维和PA纤维中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述热塑性纤维的熔点为150℃～300℃。

根据本发明的一些实施例，所述热塑性纤维占所述复合部总重量的质量百分比为40％～85％。

根据本发明的一些实施例，所述碳纤维占所述复合部总重量的质量百分比为15％～45％。

根据本发明的一些实施例，所述碳纤维和所述热塑性纤维的纤维长度为3mm～80mm。

根据本发明的一些实施例，所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，所述聚丙烯腈基碳纤维的抗拉强度为3GPa～8GPa。

根据本发明的一些实施例，所述复合部还包括：表面处理剂，所述表面处理剂用于对所述碳纤维进行表面处理，所述表面处理剂为硅烷类偶联剂、钛酸盐类偶联剂或者聚乙烯醇、聚醋酸乙烯、环氧类聚合物涂层中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述外壳全部由所述复合部构成。

根据本发明的一些实施例，所述复合部的弯曲强度大于80MPa；且/或，所述复合部的缺口冲击强度大于8kJ/m²。

根据本发明第二方面实施例的发声装置，包括根据上述实施例所述的发声装置的外壳。

根据本发明第三方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，通过将外壳的至少一部分采用包含热塑性纤维和碳纤维的复合部制成，具有预定质量比的碳纤维和热塑性纤维在制备复合部时，热塑性纤维在熔化状态时可以包裹住碳纤维，热塑性纤维熔融后凝固可以形成基体，碳纤维可以分布于基体中形成具有互穿结构的增强骨架，由此制成的外壳具有较高的强度，抗冲击性能更强，并且成型方便，质量较轻，有利于轻量化设计，同时可以满足发声装置的高频使用需求。

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是根据本发明实施例提供的发声装置与对比例提供的发声装置的高频谐振曲线对比图。

附图标记：

发声装置100；

外壳10；前腔外壳11；前声腔111；后腔外壳12；后声腔121；

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。

下面首先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包括复合部，复合部包括：热塑性纤维和碳纤维，热塑性纤维熔融后凝固形成基体，碳纤维分布于基体中形成增强骨架，其中，复合部中碳纤维与热塑性纤维的质量比为1:10～8:10，复合部的弯曲模量为5GPa～30GPa。

换言之，根据本发明实施例的发声装置100的外壳10至少一部分由复合部组成，其中，复合部至少由热塑性纤维和碳纤维复合而成，在制备时，热塑性纤维加热熔融，熔融状态下的热塑性纤维可以包裹住碳纤维，热塑性纤维在凝固后可以形成基体，碳纤维作为增强纤维，可以分布于基体中，并且与热塑性纤维具有互穿结构的增强骨架，大大增强了复合部的强度，从而提高了外壳10的强度和抗冲击性能。

需要进行说明的是，复合部中热塑性纤维与碳纤维的质量比会直接影响到复合部的性能，当复合部中热塑性纤维的含量过高时，复合部的材料性能更趋向于热塑性工程塑料，虽然具有较好的韧性，但是强度及模量较差，难以满足发声装置100的外壳10的强度需求。当复合部中热塑性纤维含量较低时，基体不能连续，基体之间传递载荷的作用减少，会出现部分碳纤维表面没有热塑性纤维防护的情况，容易被破坏，从而导致发声装置100的外壳10的性能下降，难以满足发声装置100的外壳10的性能需求。

在本发明的实施例中，复合部中碳纤维与热塑性纤维的质量比为1:10～8:10，由该比例范围的碳纤维与热塑性纤维制备而成的复合部，可以保证热塑性纤维在熔化后可以包裹住碳纤维，从而在满足发声装置100的外壳10的强度需求的基础上，可以保证发声装置100的外壳10的性能需求。可选地，复合部中碳纤维与热塑性纤维的质量比可以为1:10、2:10、3:10、4:10、5:10、6:10、7:10和8:10等。

外壳10的弯曲模量会影响发声装置100的高频谐振频率，外壳10的弯曲模量过低，发声装置100的谐振峰左移，使产品高频较差。在本发明的实施例中，控制复合部的弯曲模量在5GPa至30GPa之间，例如可以是6GPa，7GPa，10GPa，15GPa，20GPa，25GPa，30GPa等，从而可以满足发声装置100的高频使用需求。

由此，根据本发明实施例的发声装置100的外壳10，通过将外壳10的至少一部分采用包含热塑性纤维和碳纤维的复合部制成，具有预定质量比的碳纤维和热塑性纤维在制备复合部时，热塑性纤维在熔化状态时可以包裹住碳纤维，热塑性纤维熔融后凝固可以形成基体，碳纤维可以分布于基体中形成具有互穿结构的增强骨架，由此制成的外壳10具有较高的强度，抗冲击性能更强，并且成型方便，质量较轻，有利于轻量化设计，同时可以满足发声装置100的高频使用需求。

根据本发明的一个实施例，热塑性纤维还包括分布于基体中的未熔融热塑性纤维，未熔融热塑性纤维与碳纤维交叉排布共同形成增强骨架。

换句话说，根据本发明实施例的发声装置100的外壳10在制备时，并不是所有的热塑性纤维均被熔化，其中一部分熔化的热塑性纤维包裹住碳纤维形成基体，未熔化的部分热塑性纤维则可以与碳纤维交叉排布，从而与碳纤维和基体共同组成增强骨架。外壳10可以采用抄制成型的片材热压，也可以使用模具直接抄制成型，最后热压为产品。

由此，在熔融状态的热塑性纤维可以与碳纤维配合后凝固形成增强骨架的基础上，未熔化的热塑性纤维与碳纤维交叉排布，可以进一步增强增强骨架的强度，从而进一步增强发声装置100的外壳10的强度，提高外壳10的抗冲击性能。

在本发明的一些具体实施方式中，复合部的密度为0.7g/cm³～1.3g/cm³，例如可以是0.7g/cm³、0.9g/cm³、1g/cm³、1.1g/cm³、1.3g/cm³等。复合部的密度可以通过控制热塑性纤维和碳纤维的质量比等参数进行调节，通过调节复合部的密度，从而可以在保证发声装置100的外壳10的强度和性能的基础上，合理控制发声装置100的外壳10的质量，达到减重的效果，实现外壳10的轻量化设计。

根据本发明的一个实施例，热塑性纤维为高分子PE纤维、PP纤维、PET纤维、PBT纤维、PEN纤维和PA纤维中的至少一种。可选地，热塑性纤维的熔点为150℃～300℃。

也就是说，根据本发明实施例的热塑性纤维可以是高分子PE纤维、PP纤维、PET纤维、PBT纤维、PEN纤维和PA纤维中的任意一种或者多种的组合。热塑性纤维的选择会影响其熔点的高低，若热塑性纤维的熔点过低，则复合部在制备过程中被熔化的热塑性纤维较多，与碳纤维互穿的热塑性纤维则相应减少，在一定程度上降低了发声装置100的外壳10的强度，外壳10在高功率高温使用过程中会出现强度不够或者发生变形，导致性能不良的情况发生。若热塑性纤维的熔点过高，则会使得复合部的热压成型困难，导致制备成本上升。

在本发明的实施例中，热塑性纤维的熔点控制在150℃至300℃之间，不仅可以避免发声装置100的外壳10在高功率高温使用过程中发生变形或者出现强度不够的情况，而且可以方便成型，合理控制制备成本。

考虑到复合部中基体的连续性问题，在本发明的一些具体实施方式中，热塑性纤维占复合部总重量的质量百分比为40％～85％。相应地，碳纤维占复合部总重量的质量百分比为15％～45％。

具体地，当热塑性纤维的含量占比过低时，不利于基体的连续性，会导致发声装置100的外壳10的性能下降；当热塑性纤维的含量过高时，则会影响发声装置100的外壳10的强度。相应地，当碳纤维的含量过高时，复合部的耐热性随之提高，需要较高温度才能将热塑性纤维熔化，基体难以完全包裹住碳纤维，使基体连续性及致密性较差，弯曲强度变差；当碳纤维的含量过低时，热塑性纤维含量较高，同样会导致复合部强度变差。

基于此，在本发明中，控制热塑性纤维占复合部总重量的质量百分比在40％至85％之间，例如40％，50％，60％，70％，85％等，碳纤维占复合部总重量的百分比在15％至45％之间，例如15％，25％，35％，45％等。

由此，通过合理控制热塑性纤维和碳纤维的质量百分比，在制备复合部时，碳纤维可以分布于基体中形成具有互穿结构的增强骨架，由此制成的外壳10具有较高的强度，抗冲击性能更强，并且成型方便，质量较轻，有利于轻量化设计。

另外需要说明的是，虽然复合部中热塑性纤维与碳纤维的质量百分比之和为100％，但是在制备复合部的过程中，热塑性纤维和碳纤维中还有少量其他添加剂或者处理剂，由于这些添加剂或者处理剂的含量较少，并且在制备复合部的过程中，这些添加剂或者处理剂发生反应后分散到复合部中，难以计算其质量百分比，因此，对于这些添加剂或者处理剂的质量含量，在本实施例中予以忽略，但并不表示本实施例中的复合部仅仅由热塑性纤维和碳纤维两部分组成。

根据本发明的一些实施例，碳纤维和热塑性纤维的纤维长度为3mm～80mm。

换句话说，在本发明中，碳纤维和热塑性纤维的纤维长度均控制在3mm至80mm之间，例如可以是3mm，10mm，20mm，35mm，55mm，70mm，80mm等。纤维长度太长，会导致复合部中碳纤维和热塑性纤维的分散均匀性较差，纤维长度太短，则难以达到强度需求。

由此，根据本发明实施例的发声装置100的外壳10，通过控制复合部中热塑性纤维和碳纤维的纤维长度，可以有效提升复合部的弯曲强度和冲击强度，从而满足外壳10的强度需求。

在本发明的一些具体实施方式中，碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，聚丙烯腈基碳纤维的抗拉强度为3GPa～8GPa。

具体地，在本实施例中，碳纤维采用聚丙烯腈基碳纤维(PAN基碳纤维)，并且控制PAN基碳纤维的抗拉强度在3GPa至8GPa之间，例如可以是3GPa，4GPa，5GPa，6GPa，7GPa，8GPa等。由此，通过选择合适的碳纤维，并且控制碳纤维的抗拉强度，可以有效保证复合部的强度，从而保证发声装置100的外壳10的强度和抗冲击性能。

可选地，根据本发明的一些实施例，复合部还包括：表面处理剂，表面处理剂用于对碳纤维进行表面处理，表面处理剂为硅烷类偶联剂、钛酸盐类偶联剂或者聚乙烯醇、聚醋酸乙烯、环氧类聚合物涂层中的至少一种。

也就是说，根据本发明实施例的复合部还包括对碳纤维进行表面处理的表面处理剂，表面处理剂可以是硅烷类偶联剂、钛酸盐类偶联剂或者聚乙烯醇、聚醋酸乙烯、环氧类聚合物涂层中的任意一种或者多种的组合。表面处理剂可以去除碳纤维表面的杂质，从而便于热塑性纤维包裹在碳纤维的外周，以进一步增强复合部的强度，最终达到进一步提高发声装置100的外壳10的强度和性能的效果。

在本发明的一些具体实施方式中，外壳10全部由复合部构成。

换句话说，根据本发明实施例的发声装置100的外壳10，可以是一部分由复合部构成，其余部分采用本领域常规的制备材料制备而成，也可以整体均由复合部构成，即发声装置100的外壳10整体均由碳纤维和热塑性纤维构成。

由此，通过将发声装置100的外壳10整体由复合部构成，制备方便，并且可以更加精确的控制碳纤维和热塑性纤维的质量比，从而有效保证发声装置100的外壳10的强度和抗冲击性能，并且外壳10的整体密度可控，可以有效控制外壳10的质量，实现外壳10的轻量化设计。

根据本发明的一些实施例，复合部的弯曲强度大于80MPa；且/或，复合部的缺口冲击强度大于8kJ/m²。

具体地，复合部的弯曲强度会直接影响到发声装置100的外壳10的强度和抗变形性，复合部的弯曲强度太小，会导致发声装置100在跌落或者碰撞时引起外壳10变形，外壳10的变形区域会进一步影响发声装置100的前声腔111和后声腔121体积，而前声腔111体积变大，则可能会导致发声装置100的总谐波失真(THD)升高，后声腔121体积变大，则可能会导致发声装置100的F0不稳定，影响发声装置100的产品性能。

另外，较大的冲击强度可以使发声装置100在跌落或者碰撞的过程中吸收机械能转化为热能，而保护发声装置100的外壳10结构的完好状态。而正常塑胶粒子中由于纤维长度较小，纤维含量较高，冲击强度较小，难以满足强度需求。

在本发明中，通过选择合适的碳纤维和热塑性纤维，控制复合部的弯曲强度和缺口冲击强度的至少一种参数，使得复合部中纤维长度足够长，可以保证复合部在高纤维含量状态下具有较高的冲击强度，使得发声装置100的外壳10同时具备高强度和高冲击强度，有效满足发声装置100的强度和性能需求。

如图1所示，根据本发明实施例的发声装置100，包括根据上述实施例任一项的发声装置100的外壳10，发声装置100还包括设置于外壳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。其中，外壳10内具有前声腔111和后声腔121，外壳10与前声腔111相对应的部分形成为前腔外壳11，外壳10与后声腔121对应的部分形成为后腔外壳12。将发声装置100的前腔外壳11和后腔外壳12的至少一部分采用复合部制成，不仅可以满足发声装置100的外壳10的强度需求，还可以保证发声装置100的声学性能。

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具有更好的强度和抗冲击性能，同时还能提高产品的声学性能。

下面结合具体实施例和对比例对本发明的发声装置100的外壳10进行详细说明。

实施例

采用PP热塑纤维和碳纤维作为复合材料，其中，PP热塑纤维的质量含量为70％，PP热塑纤维长度为5-10mm，碳纤维的质量含量为25％，碳纤维长度为5-10mm，另外添加2％纤维表面改性剂以及3％纤维胶黏剂。

将PP热塑纤维和碳纤维加入水中均匀分散，纤维表面改性剂选用环氧树脂类型处理剂，预先处理碳纤维，纤维胶黏剂选用聚乙烯醇，将其分散在水中。待PP热塑纤维和碳纤维分散均匀后抄制成片，烘干，然后裁切成规定形状的原材放入模具中，在190℃/10MPa/100s条件下热压成型为外壳。

对比例

采用25％碳纤维增强改性PC注塑粒子，注塑温度320℃，注塑成型为与实施例的外形尺寸相同、厚度相同的外壳。

将实施例和对比例所得到的发声装置100的外壳10分别进行重量、弯曲强度、弯曲模量和简支梁无缺口冲击强度测试，测试结果如下表1所示。

表1外壳测试结果

外壳	实施例	对比例
			质量/mg	189	193
弯曲模量/GPa	16	12
			弯曲强度/MPa	180	150
简支梁无缺口冲击强度/kJ/m<sup>2</sup>	33	23

从表1可以看出，在实施例和对比例的结构和尺寸相同的情况下，实施例中采用复合材料制备而成的外壳由于纤维长度较长，并且抄制过程水介质粘度小剪切力损伤小，热压成型后的强度高，弯曲强度可以达到180MPa，弯曲模量为16GPa，简支梁无缺口冲击强度为33kJ/m²。

而对比例中粒子注塑外壳由于材料混合造粒时粘度较高，剪切力较大，成型时需要单螺杆挤出机挤出，由于高速旋转使纤维受损严重，长度变短，因此整体强度较差，弯曲强度为150MPa，弯曲模量为12GPa，简支梁无缺口冲击强度为23kJ/m²。

可见，根据本发明实施例的发声装置100的外壳10，通过将外壳10采用包含热塑性纤维和碳纤维的复合材料制成，具有较高的强度，抗冲击性能更强，并且成型方便，质量较轻，有利于轻量化设计。

将实施例和对比例的外壳10分别组装成发声装置100，并分别对其进行高频谐振测试，测试结果如图2所示。从图2可以看出，实施例中的外壳10由于具有更高的模量和弯曲强度，使得产品成型后刚度更高，可以有效抑制高频谐振频率，满足发声装置100的高频使用需求。

上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

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 (14)

1.一种发声装置的外壳，其特征在于，所述外壳包括复合部，所述复合部包括：热塑性纤维和碳纤维，所述热塑性纤维熔融后凝固形成基体，所述碳纤维分布于所述基体中形成增强骨架，其中，所述复合部中所述碳纤维与所述热塑性纤维的质量比为1:10～8:10，所述复合部的弯曲模量为5GPa～30GPa。

2.根据权利要求1所述的发声装置的外壳，其特征在于，所述热塑性纤维还包括分布于所述基体中的未熔融热塑性纤维，所述未熔融热塑性纤维与所述碳纤维交叉排布共同形成所述增强骨架。

3.根据权利要求1所述的发声装置的外壳，其特征在于，所述复合部的密度为0.7g/cm³～1.3g/cm³。

4.根据权利要求1所述的发声装置的外壳，其特征在于，所述热塑性纤维为高分子PE纤维、PP纤维、PET纤维、PBT纤维、PEN纤维和PA纤维中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的发声装置的外壳，其特征在于，所述热塑性纤维的熔点为150℃～300℃。

6.根据权利要求1所述的发声装置的外壳，其特征在于，所述热塑性纤维占所述复合部总重量的质量百分比为40％～85％。

7.根据权利要求1所述的发声装置的外壳，其特征在于，所述碳纤维占所述复合部总重量的质量百分比为15％～45％。

8.根据权利要求1所述的发声装置的外壳，其特征在于，所述碳纤维和所述热塑性纤维的纤维长度为3mm～80mm。

9.根据权利要求1所述的发声装置的外壳，其特征在于，所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，所述聚丙烯腈基碳纤维的抗拉强度为3GPa～8GPa。

10.根据权利要求1所述的发声装置的外壳，其特征在于，所述复合部还包括：表面处理剂，所述表面处理剂用于对所述碳纤维进行表面处理，所述表面处理剂为硅烷类偶联剂、钛酸盐类偶联剂或者聚乙烯醇、聚醋酸乙烯、环氧类聚合物涂层中的至少一种。

11.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复合部构成。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的发声装置的外壳，其特征在于，所述复合部的弯曲强度大于80MPa；

且/或，所述复合部的缺口冲击强度大于8kJ/m²。

13.一种发声装置，其特征在于，包括：

根据权利要求1-12中任一项所述的发声装置的外壳。

14.一种电子设备，其特征在于，包括根据权利要求13中所述的发声装置。

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