CN117395576A - 振膜、发声装置及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种振膜、发声装置及电子设备，涉及声学领域，所述振膜包括至少一层弹性体合金材料层；所述弹性体合金材料层包括热塑性聚酯弹性体和热塑性聚氨酯弹性体；所述热塑性聚氨酯弹性体在所述弹性体合金材料层中的质量占比为10％～70％；所述弹性体合金材料层在室温条件下的阻尼因子大于0.08。本发明提供的振膜具有优异的阻尼性能，从而可以有效抑制振膜在振动过程中的偏振现象，使得振膜的振动一致性良好，改善听音良率，提高用户体验感。
Description
技术领域
本发明涉及声学领域，具体涉及一种振膜、发声装置及电子设备。
背景技术
TPEE(Thermoplastic Polyester Elastomer，热塑性聚酯弹性体)材料具有优异的耐磨性能、耐化学腐蚀性能和耐温性能，越来越多的应用于制作发声装置中的振膜。但TPEE材质的振膜的阻尼性能较差，从而导致发声装置存在振动对称性低、失真高等问题，导致听音良率较低，用户体验感较差。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种振膜、发声装置及电子设备，旨在解决现有TPEE材质的振膜的阻尼性能较差的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种振膜，所述振膜包括至少一层弹性体合金材料层；所述弹性体合金材料层包括热塑性聚酯弹性体和热塑性聚氨酯弹性体；所述热塑性聚氨酯弹性体在所述弹性体合金材料层中的质量占比为10％～70％；所述弹性体合金材料层在室温条件下的阻尼因子大于0.08。
可选地，所述振膜的振幅对称性小于或等于80μm。
可选地，所述弹性体合金材料层的杨氏模量为30～500MPa。
可选地，所述弹性体合金材料层的密度为1.05～1.35g/cm3。
可选地，所述弹性体合金材料层的玻璃化转变温度为-60℃～10℃。
可选地，所述弹性体合金材料层的厚度为10～100μm；
和/或，所述弹性体合金材料层的断裂伸长率大于300％。
可选地，所述振膜为单层结构，所述振膜由一层所述弹性体合金材料层构成；
或，所述振膜形成为复合层结构，所述复合层结构中包括至少一层所述弹性体层。
本发明还提供了一种发声装置，所述发声装置包括如上所述的振膜。
可选地，所述发声装置包括磁路系统和振动系统；所述振动系统包括音圈、第一振膜和第二振膜；所述第一振膜和所述第二振膜分别设于所述音圈的轴向两端，所述音圈的一端驱动所述第一振膜振动发声，所述音圈的另一端与所述第二振膜的一端连接以平衡所述音圈的振动，所述第一振膜和/或所述第二振膜为如上所述的振膜。
本发明还提供了一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的发声装置。
本发明提供了一种振膜、发声装置及电子设备，所述振膜包括至少一层弹性体合金材料层；所述弹性体合金材料层包括热塑性聚酯弹性体和热塑性聚氨酯弹性体；所述热塑性聚氨酯弹性体在所述弹性体合金材料层中的质量占比为10％～70％；所述弹性体合金材料层在室温条件下的阻尼因子大于0.08。热塑性聚氨酯弹性体的分子链中含有较多的氨基，分子链间容易形成氢键，导致分子链运动时分子间的摩擦力增大，具有较高的阻尼，因此，通过将热塑性聚氨酯弹性体加入热塑性聚酯弹性体中，共混制备弹性体合金材料层，可以有效改善热塑性聚酯弹性体的阻尼性能，提高弹性体合金材料层运动时分子间的摩擦力，使得所述弹性体合金材料层在室温条件下的阻尼因子达到0.08以上，因此提高了振膜的阻尼性能，解决了现有TPEE材质的振膜的阻尼性能较差的技术问题，从而可以有效抑制振膜在振动过程中的偏振现象，使得振膜的振动一致性良好，改善听音良率，提高用户体验感。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例中的不同密度的弹性体合金材料层的中频响度对比曲线；
图2为本发明涉及的发声装置的一实施例的剖面图；
图3为本发明涉及的发声装置的另一实施例的剖面图；
图4为本发明中对比例的振动位移曲线；
图5为本发明中实施例的振动位移曲线。
实施例附图标号说明：
| 100 | 发声装置 | 110 | 外壳 |
| 120 | 振膜 | 130 | 音圈 |
| 140 | 磁路系统 | 121 | 第一振膜 |
| 122 | 第二振膜 |
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种振膜，在本发明振膜的一实施例中，所述振膜包括至少一层弹性体合金材料层；所述弹性体合金材料层包括热塑性聚酯弹性体和热塑性聚氨酯弹性体；所述热塑性聚氨酯弹性体在所述弹性体合金材料层中的质量占比为10％～70％；所述弹性体合金材料层在室温条件下的阻尼因子大于0.08。
在本实施例中，所述弹性体合金材料层是指由多种弹性体材料组合而成的复合材料层，所述弹性体合金材料层中还可以添加有填料、助剂等其他组分，具体可以根据实际需要进行确定，本实施例对此不加以限制。其中，所述弹性体是指在弱应力下形变显著，应力松弛后能迅速恢复到接近原有状态和尺寸的高分子材料。热塑性弹性体在常温下显示橡胶弹性，在高温下能够塑化成型，强度高，柔韧性和动态力学性能较好，可以有效提高振膜回弹性，减少振膜膜折，且加工性能较好，绿色环保可回收，可有效降低生产加工成本。
热塑性聚酯弹性体是指含有聚酯硬段以及聚醚或聚酯软段的线型嵌段共聚物，其中，聚酯硬段可以为PBT(polybutylene terephthalat，聚对苯二甲酸丁二醇酯)、PET(polyethylene glycol terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)等结晶度、熔点和硬度较高的聚酯，聚醚软段可以为玻璃化转变温度较低的非晶型聚醚或聚酯。在一种可实施的方式中，增加TPEE的硬段比例可以提高TPEE的硬度、强度、耐热性及耐油性，而增加TPEE的软段比例可以提高TPEE的弹性、低温柔顺性，TPEE的硬段和软段的比例具体可以根据实际需要进行调控，本实施例对此不加以限制。TPEE具有优异的耐磨性能、耐化学腐蚀性能和耐温性能，越来越多的应用于制作发声装置中的振膜，但TPEE材质的振膜的阻尼性能较差，从而导致发声装置存在振动对称性低、失真高等问题，导致听音良率较低，用户体验感较差。
热塑性聚氨酯弹性体(TPU，Thermoplastic Polyurethane)是指由柔性软段和刚性硬段构成的嵌段线性聚合物，其中，柔性软段可以为聚合物多元醇，所述聚合物多元醇可以具有两个或两个以上的羟基，所述聚合物多元醇包括聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚烯烃多元醇等中的至少一种，刚性硬段可以为异氰酸酯，所述异氰酸酯包括芳香族异氰酸酯和脂肪族异氰酸酯等中的至少一种。TPU分子链中含有较多的氨基，分子链间容易形成氢键，导致分子链运动时分子间的内摩擦力增大，具有较高的阻尼，因此，通过将热塑性聚氨酯弹性体加入热塑性聚酯弹性体中，共混制备弹性体合金材料层，可以有效改善热塑性聚酯弹性体的阻尼性能，提高弹性体合金材料层运动时分子间的摩擦力，使得所述弹性体合金材料层在室温条件下的阻尼因子达到0.08以上。
需要进行说明的是，TPU的添加量越大，阻尼性能的改善越明显，但TPEE的占比随之减少，弹性体合金材料层的韧性和延展性变差，通过测试不同TPU占比对弹性体合金材料层的室温阻尼因子和断裂伸长率的影响时发现，随着TPU占比的增加，弹性体合金材料层的室温阻尼因子增大，当TPU在所述弹性体合金材料层中的质量占比为10％时，室温阻尼因子达到0.081，当TPU在所述弹性体合金材料层中的质量占比为20％时，室温阻尼因子可以达到0.1以上，基本满足振膜对阻尼性能的需求，而当TPU在所述弹性体合金材料层中的质量占比超过70％之后，弹性体合金材料层的断裂伸长率出现显著的下降的趋势，测试结果见表1。因此，确定所述热塑性聚氨酯弹性体在所述弹性体合金材料层中的质量占比为10％～70％，例如10％、20％、30％、40％、45％、50％、60％、70％等。
可选地，所述振膜的振幅对称性小于或等于80μm。
在本实施例中，弹性体合金材料层的阻尼因子达到0.08以上，可以使得振膜具有优异的阻尼性能，从而具有更低的阻抗曲线，振膜的阻尼性能越高，振动系统在振动过程中可抑制偏振现象的能力越强，振动一致性越好。以相同频率对应的上下振幅的差值来表征振幅对称性，本实施例中的振膜的振幅对称性小于或等于80μm，说明振膜的各个部分的振动一致性更好，在振动过程中，振膜的摇摆较少，音质和听音稳定性优良。
可选地，所述弹性体合金材料层的杨氏模量为30～500MPa。
可选地，所述弹性体合金材料层的厚度为10～100μm；
和/或，所述弹性体合金材料层的断裂伸长率大于300％。
在本实施例中，材料的柔韧性越好，断裂伸长率越大，则发声装置振膜抵抗破坏的能力越强。发声装置振膜处于大振幅状态振动时，材料产生了较大的应变，长时间振动时会出现膜折、膜裂或膜破的风险。本实施例提供的所述弹性体合金材料层制成的发声装置振膜，具有良好的柔韧性，室温下的断裂伸长率可以达到300％以上，可以有效降低振膜破坏的风险。由于所述弹性体合金材料层具有较好的韧性和延展性，因此可以采用流延法制成厚度为10-100μm的弹性体合金材料层，制成的弹性体合金材料层的厚度可以为10μm、30μm、50μm、80μm、100μm等。
弹性体合金材料层的强度和硬度越高，振膜材料的F0(最低共振频率)越高，发声装置的响度降低，低音变差，为得到饱满的低音和舒适的听感，在发声装置具有较低的F0的同时，还应使振膜具有足够的刚度和阻尼。通过调节振膜的杨氏模量为30～500MPa，例如30MPa、50MPa、100MPa、200MPa、300MPa、400MPa、500MPa等，和/或振膜的厚度为10～100μm，例如10μm、30μm、50μm、80μm、100μm等，可以使得F0达到150-1500Hz，从而使得发声装置具有优良的低频性能。
可选地，所述弹性体合金材料层的密度为1.05～1.35g/cm3。
在本实施例中，发声装置的中频(2000～5000Hz)响度与振膜质量成反比，弹性体合金材料层的密度越高，质量越大，发声装置的中频响度则越低。不同密度的弹性体合金材料层的中频响度对比曲线如图1所示，从图1中可以看出随着密度的增大，中频响度降低，在所述弹性体合金材料层的密度为1.05-1.35g/cm3的情况下，发声装置的中频响度足够饱满，示例性地，所述弹性体合金材料层的密度可以为1.05g/cm3、1.1g/cm3、1.25g/cm3、1.35g/cm3等。
可选地，所述弹性体合金材料层的玻璃化转变温度为-60℃～10℃。
在本实施例中，所述弹性体合金材料层的玻璃化转变温度较低，可以达到-60℃～10℃，例如-60℃、-50℃、-40℃、-20℃、0℃、10℃等，弹性体合金材料层的玻璃化转变温度越低，弹性体合金材料层制备的振膜在低温环境可以一直保持较好的弹性，从而使得发声装置在低温环境中依然可以表现出较高的音质，同时，可以有效降低振膜在低温环境中损坏的风险，振膜的可靠性更高，且弹性体合金材料层在高于玻璃化转变温度的环境下工作时，弹性体合金材料层的模量一致性较高，而玻璃化转变温度越低，可以使得弹性体合金材料层的模量一致性较高的温度范围越大，制备的振膜可以在更广的温域范围内具有优异的F0稳定性。
可选地，所述振膜形成为单层结构，所述振膜包括一层所述弹性体合金材料层；
或，所述振膜形成为复合层结构，所述复合层结构中包括至少一层所述弹性体合金材料层。
所述振膜可以为单层结构，在此情况下，所述振膜为一层所述弹性体合金材料层。所述振膜也可以为复合层结构，在此情况下，所述复合层结构中包括至少一层所述弹性体合金材料层，所述振膜可以由多层所述弹性体合金材料层复合而成，也可以由至少一层所述弹性体合金材料层以及其他材料层一同复合而成，具体可以根据实际情况进行确定，本实施例对此不加以限制。在所述振膜形成为复合层结构的情况下，可以将弹性体合金材料层与胶膜层依次层叠设置，其中，胶膜层可以增加材料的阻尼，提高听音量率。在所述振膜形成为复合层结构的情况下，所述振膜的厚度可以为25-300μm，例如25μm、75μm、150μm、200μm、250μm、300μm等。
在本实施例中，所述振膜包括至少一层弹性体合金材料层；所述弹性体合金材料层包括热塑性聚酯弹性体和热塑性聚氨酯弹性体；所述热塑性聚氨酯弹性体在所述弹性体合金材料层中的质量占比为10％～70％；所述弹性体合金材料层在室温条件下的阻尼因子大于0.08。TPU分子链中含有较多的氨基，分子链间容易形成氢键，导致分子链运动时分子间的摩擦力增大，具有较高的阻尼，因此，通过将热塑性聚氨酯弹性体加入热塑性聚酯弹性体中，共混制备弹性体合金材料层，可以有效改善热塑性聚酯弹性体的阻尼性能，提高弹性体合金材料层运动时分子间的摩擦力，使得所述弹性体合金材料层在室温条件下的阻尼因子达到0.08以上，因此提高了振膜的阻尼性能，解决了现有TPEE材质的振膜的阻尼性能较差的技术问题，从而可以有效抑制振膜在振动过程中的偏振现象，使得振膜的振动一致性良好，改善听音良率，提高用户体验感。
进一步地，本发明还公开了一种发声装置，参照图2，发声装置100包括如上的振膜120。
在本实施例中，所述发声装置100可以为扬声器，示例性地，参照图2，图2为本发明实施例中发声装置100的示例剖视图，其中，所述发声装置100包括外壳110，设置于外壳110中的振动系统以及与振动系统相配合的磁路系统140，振动系统包括振膜120以及结合在振膜120一侧的音圈130，磁路系统140驱动音圈130振动以带动振膜120发声。当发声装置100工作时，电信号输入音圈130，音圈130受到磁路系统140的磁场力的驱动，并随着信号大小、正负方向的交替变化做不同幅度和方向的运动，从而带动振膜120振动并发出声音，以完成电能-机械能-声能量转化过程。
可选地，参照图3，所述振膜120可以包括第一振膜121和第二振膜122。所述发声装置包括磁路系统140和振动系统；所述振动系统包括音圈130、第一振膜121和第二振膜122；所述第一振膜121和所述第二振膜122分别设于所述音圈130的轴向两端，所述音圈130的一端驱动所述第一振膜121振动发声，所述音圈130的另一端与所述第二振膜122的一端连接以平衡所述音圈130的振动，所述第一振膜121和/或所述第二振膜122为如上所述的振膜。
本发明提供的发声装置，解决了现有振膜难以同时具有较好的耐高温和耐低温性能的技术问题。与现有技术相比，本发明实施例提供的发声装置的有益效果与上述实施例的振膜的有益效果相同，在此不做赘述。
进一步地，本发明还公开了一种电子设备，电子设备包括如上的发声装置。
在本实施例中，所述电子设备包括手机、笔记本电脑、平板电脑、VR(VirtualReality，虚拟现实)设备、AR(Augmented Reality，增强现实)设备、TWS(True WirelessStereo，真无线)耳机、智能音箱、智能穿戴设备等。
本发明提供的电子设备，解决了现有电子设备内振膜难以同时具有较好的耐高温和耐低温性能的技术问题。与现有技术相比，本发明实施例提供的电子设备的有益效果与上述实施例的发声装置的有益效果相同，在此不做赘述。
下面以具体的实施例和对比例详细描述本发明的壳体。值得理解的是，下面描述仅是示例性的，而不是对本发明的具体限制。
实施例
采用一层本申请的弹性体合金材料层作为振膜，实施例1的弹性体合金材料层包括热塑性聚酯弹性体60wt％以及热塑性聚氨酯弹性体40wt％。
对比例
采用一层热塑性聚酯弹性体作为振膜，对比例1的聚醚型热塑性聚酯弹性体包括100份聚醚型热塑性聚酯弹性体和2份抗氧化剂。
需要说明的是，上述实施例和对比例中均选用相同的热塑性聚酯弹性体，且均通过流延法制备出厚度为50μm的流延薄膜。
进一步地，对实施例和对比例的流延薄膜进行室温阻尼因子以及室温断裂伸长率的测试，测试结果如表1所示。进而，将流延薄膜加工成矩形折环振膜，在振膜的中心部的边缘位置以及中心位置取点，在2.1v电压下进行振动位移测试，对比例的测试结果如图4所示，实施例的测试结果如图5所示，振幅对称性以振幅差值进行表征，结果如表1所示。
其中，室温阻尼因子测试方法：按ASTM D882标准，升温速率为3℃/min，应变为0.2％，拉伸模式。
断裂伸长率的测试方法为：按ASTM D882标准，拉伸速率为300mm/min，标距为30mm，温度为23±2℃，湿度为50±10％RH。
表1
| 参数 | 实施例 | 对比例 |
| 室温阻尼因子 | 0.133 | 0.06 |
| 室温断裂伸长率(％) | 725.8 | 735.2 |
| 振幅对称性(μm) | 60 | 90 |
由此可知，热塑性聚氨酯弹性体可以有效改善振膜的阻尼性能，因此可以较好地抑制偏振现象，使得振膜的振动一致性较好，振幅对称性较好，振膜的各个部分的振动一致性较好，在振动过程中，振膜的摇摆较少，音质和听音稳定性优良，且热塑性聚氨酯弹性体的加入，对振膜的柔韧性的影响较小，振膜仍具有优良的柔韧性，使用过程中不容易发生破损，可靠性较高。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种振膜，其特征在于，所述振膜包括至少一层弹性体合金材料层；所述弹性体合金材料层包括热塑性聚酯弹性体和热塑性聚氨酯弹性体；所述热塑性聚氨酯弹性体在所述弹性体合金材料层中的质量占比为10％～70％；所述弹性体合金材料层在室温条件下的阻尼因子大于0.08。
2.如权利要求1所述的振膜，其特征在于，所述振膜的振幅对称性小于或等于80μm。
3.如权利要求1所述的振膜，其特征在于，所述弹性体合金材料层的杨氏模量为30～500MPa。
4.如权利要求1所述的振膜，其特征在于，所述弹性体合金材料层的密度为1.05～1.35g/cm3。
5.如权利要求1所述的振膜，其特征在于，所述弹性体合金材料层的玻璃化转变温度为-60℃～10℃。
6.如权利要求1所述的振膜，其特征在于，所述弹性体合金材料层的厚度为10～100μm；
和/或，所述弹性体合金材料层的断裂伸长率大于300％。
7.如权利要求1～5中任一项所述的振膜，其特征在于，所述振膜为单层结构，所述振膜由一层所述弹性体合金材料层构成；
或，所述振膜形成为复合层结构，所述复合层结构中包括至少一层所述弹性体层。
8.一种发声装置，其特征在于，所述发声装置包括如权利要求1～7中任一项所述的振膜。
9.如权利要求8所述的发声装置，其特征在于，所述发声装置包括磁路系统和振动系统；所述振动系统包括音圈、第一振膜和第二振膜；所述第一振膜和所述第二振膜分别设于所述音圈的轴向两端，所述音圈的一端驱动所述第一振膜振动发声，所述音圈的另一端与所述第二振膜的一端连接以平衡所述音圈的振动，所述第一振膜和/或所述第二振膜为根据权利要求1～7中任一项所述的振膜。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求9所述的发声装置。
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| CN202311549602.8A CN117395576A (zh) | 2023-11-17 | 2023-11-17 | 振膜、发声装置及电子设备 |
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