振动板和发声装置的制作方法

1.本发明涉及发声装置技术领域，特别涉及一种振动板和发声装置。


背景技术：

2.振动板作为发声装置(如扬声器)的主要部件，为提升发声装置的灵敏度，要求振动板的材料具有较低的密度，为提升其高频截止频率，要求振动板的材料具有足够的弹性模量，为了防止振动板产生过多失真，要求振动板的材料具有合适的内阻尼。相关技术中，振动板的材料通常为纸类，纸类振动板又称纸盆，纸盆具有较小的密度，合适的内阻尼，中低频发声较柔和，但是纸盆材料的模量较低，高频截止频率较低，很难在高频段具备较好的发声效果，频响范围较窄。
3.上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是提供一种振动板和发声装置，旨在提高振动板的模量，扩宽其频响范围。
5.为实现上述目的，本发明提出的振动板，包括至少一层复合纤维层和至少一层发泡体材料层，至少一层所述复合纤维层和至少一层所述发泡体材料层层叠设置，所述复合纤维层中的复合纤维包括碳纤维。
6.可选地，按质量计，所述碳纤维的含量为所述复合纤维的5％至50％。
7.可选地，所述碳纤维为切断纤维，所述切断纤维的长度范围为0.5mm至20mm。
8.可选地，所述复合纤维层中的复合纤维还包括聚醚酰亚胺纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、聚乙烯纤维中的至少一种。
9.可选地，所述复合纤维层模量范围为4gpa至20gpa；和/或，所述复合纤维层的厚度范围为20μm至200μm。
10.可选地，所述发泡体材料层中的发泡体材料选自发泡橡胶、热塑性弹性体发泡体、发泡sebs、发泡尼龙、塑料发泡体中的至少一种。
11.可选地，所述发泡体材料层中发泡体材料平均发泡孔径为3μm至200μm；和/或，所述发泡体材料层的厚度范围为20μm至200μm。
12.可选地，所述振动板的厚度范围为20μm至600μm。
13.可选地，所述复合纤维还包括粘合纤维，所述粘合纤维选自聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、聚酰胺腈纤维、聚氯乙烯纤维中的至少一种。
14.可选地，按质量计，所述粘合纤维的含量为所述复合纤维的1％至10％。
15.本发明还提出了一种发声装置，所述发声装置包括振动板，所述振动板包括至少一层复合纤维层和至少一层发泡体材料层，至少一层所述复合纤维层和至少一层所述发泡体材料层层叠设置，所述复合纤维层中的复合纤维包括碳纤维。
16.本发明的技术方案，振动板包括层叠设置的至少一层复合纤维层和至少一层发泡体材料层，相较于纸类振动板，本发明的振动板模量较高，密度较低，阻尼合适，当应用于发声装置时，其发声较为柔和，频响范围较宽，且在高频段具有较好的发声效果。进一步地，复合纤维层中复合纤维包括碳纤维，碳纤维在复合纤维中均匀分散，形成立体网络结构，可以进一步增强复合纤维层的模量，从而进一步增强振动板的模量。
附图说明
17.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。
18.图1为本发明发声装置一实施例的局部结构示意图；
19.图2为复合纤维中碳纤维含量对模量的影响曲线图；
20.图3为碳纤维长度对其模量的影响曲线图；
21.图4为发泡体平均发泡孔径对发泡体阻尼的影响曲线图；
22.图5为发泡体占比对振动板密度和内阻尼的影响曲线图；
23.图6为本发明振动板和纸盆应用于扬声器后的频响曲线图。
24.附图标号说明：
25.标号名称标号名称100发声装置20球顶部10折环部30音圈
26.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
27.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作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。
28.需要说明，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。
29.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“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。
30.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据
具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
32.本发明提出一种振动板，应用于发声装置100，发声装置100可以为扬声器。
33.请参阅图1，发声装置100包括球顶部20、折环部10及音圈30，折环部10设于发声装置100的边缘位置，球顶部20位于发声装置100的中心位置，球顶部20连接于折环部10的一侧，音圈30连接于折环部10的另一侧，球顶部20为本发明的振动板，振动板感应外界声音变化而发生振动。在装配发声装置100时，折环部10贴装在发声装置100的壳体上，壳体对应振动板开设有通声孔，发声装置通过振动板的振动而发出相应的声音。
34.在本发明的一实施例中，振动板包括至少一层复合纤维层和至少一层发泡体材料层，至少一层所述复合纤维层和至少一层所述发泡体材料层层叠设置，所述复合纤维层中的复合纤维包括碳纤维。
35.这里振动板为复合层结构，可以为两层，即为复合纤维层和发泡体材料层，复合纤维层和发泡体材料层之间通过胶接或热压连接。当然地，振动板也可以为两层以上，包括至少一层复合纤维层和至少一层发泡体材料层，多层之间层叠设置，且相邻两层之间通过胶接或热压连接。复合纤维层中的复合纤维包括碳纤维，其他的为高分子纤维，也即，复合纤维是由碳纤维和高分子纤维复合而成，这里复合纤维又称为碳纸。由于其中的碳纤维具有极高的模量，则复合纤维的模量也较高，其模量通常是纸类材料的3-10倍左右。本发明振动板采用复合纤维层与发泡体材料层的复合，不仅具有较低的密度，还具有合适的内阻尼，发声较为柔和，且频响范围较宽。
36.因此，可以理解的，本发明的技术方案，振动板包括层叠设置的至少一层复合纤维层和至少一层发泡体材料层，相较于纸类振动板，本发明的振动板模量较高，密度较低，阻尼合适，当应用于发声装置时，其发声较为柔和，频响范围较宽，且在高频段具有较好的发声效果。进一步地，复合纤维层中复合纤维包括碳纤维，碳纤维在复合纤维中均匀分散，形成立体网络结构，可以进一步增强复合纤维层的模量，从而进一步增强振动板的模量。
37.可选地，按质量计，碳纤维的含量为复合纤维的5％至50％。
38.这里碳纤维是复合纤维的主要成分，碳纤维对增强复合纤维层的模量起到决定性作用，碳纤维的增强效果取决于碳纤维的含量，请参阅图2，图2为复合纤维中碳纤维含量对模量的影响曲线图，由图中可以看出，碳纤维含量越高，对复合纤维层模量的增强效果越好，但是碳纤维含量过高时，复合纤维层材料较脆，韧性较差，难以加工，故碳纤维的含量要选用适宜。一般地，以复合纤维材料的总质量为100份计，碳纤维的含量可以为5份、10份、15份、20份、25份、30份、35份、40份、45份或50份。
39.可选地，碳纤维为切断纤维，切断纤维的长度范围为0.5mm至20mm。
40.这里碳纤维选用短纤维，即切断纤维。复合纤维中碳纤维的长度对复合纤维的模量增强效果也有明显的影响。请参阅图3，图3为碳纤维长度对其模量的影响曲线图。可以理解的，在碳纤维含量一定的情况下，碳纤维的长度越长，越容易在复合纤维材料中形成立体的网状增强结构，起到更好的增强效果。当碳纤维的长度过短时，其模量增强效果不明显；但是当碳纤维长度增加至一定程度时，其模量增强效果不再随碳纤维的长度增加而增强。
故可选地，碳纤维的长度可以为0.5mm、1.5mm、3.5mm、5mm、8mm、10mm、12mm、15mm、18mm或20mm。
41.可选地，复合纤维层中的复合纤维还包括聚醚酰亚胺纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、聚乙烯纤维中的至少一种。
42.这里聚醚酰亚胺纤维是一种高模量的纤维，其模量高于纸类，且聚醚酰亚胺纤维具有优异的耐高温性能，可以在180℃下长期使用。与碳纤维复合后，碳纤维会穿插在聚醚酰亚胺纤维中，形成增强的立体网络结构，则可以有效提升复合纤维材料的模量，同时也提升了复合纤维材料的损耗因子。采用该复合纤维材料制作的复合纤维层作为振动使用时，不仅具有较宽的频响范围，发声准确，失真较低，同时因其具有优异的耐高温性能，也能承载更高的功率，保证发声装置在较大使用功率下具有较好的发声效果。
43.聚酰胺纤维具有较高的模量，与碳纤维复合后会形成立体网格结构，模量较高，阻尼较为合适，则由该复合纤维层制作的振动板具有较宽的频响范围和较低的失真，发声效果较好。同时，由于聚酰胺纤维具有较好的抗磨损性能和弹性，则制作得到的振动板具有较好的抗摩擦冲击能力。
44.聚丙烯纤维具有较好的疏水性，在接触水前后通常具有较好的稳定性。聚丙烯纤维和碳纤维复合后，会形成立体网络结构，有效提升了复合纤维层的模量，由于复合纤维层是稀疏带空隙的结构，其本身密度与纸类接近，但其比弹性率远高于纸类，则复合纤维层具有更高的频响范围。并且，复合纤维也具有适合的阻尼和较好的疏水性能，从而保证发声装置的声学性能不易受环境湿度影响，具有较好的稳定性。
45.聚酯纤维又称涤纶，具有较高的模量、弹性、耐高温性及耐磨损性能，与碳纤维复合后会形成立体网格结构，模量较高，阻尼较为合适，则由该复合纤维层制作的振动板具有较宽的频响范围和较低的失真，发声效果较好。同时，由于聚酯纤维具有较好的抗磨损性能和弹性，则制作得到的振动板具有较好的抗摩擦冲击能力。
46.聚乙烯纤维又称乙纶，具有较高的模量、较好的耐化学品性和耐腐蚀性、且耐热性较好。与碳纤维复合后会形成立体网络结构，模量较高，阻尼较为合适，则由该复合纤维层制作的振动板具有较宽的频响范围和较低的失真，发声效果较好。同时，制作得到的振动板具有较好的耐化学品性、耐腐蚀性及耐热性能。
47.可以理解的，复合纤维中的其他高分子纤维可以为聚醚酰亚胺纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、聚乙烯纤维中的一种或多种。
48.可选地，复合纤维层模量范围为4gpa至20gpa。
49.本发明复合纤维层采用碳纤维和高分子纤维复合的复合纤维材料，通过碳纤维与高分子纤维的复合，碳纤维在复合纤维中均匀分散，形成立体网状增强结构，有效地提高了复合纤维层的储能模量。一般地，复合纤维层的模量为4gpa、8gpa、12gpa、15gpa、18gpa或20gpa。
50.通常情况下，针对不同的需求，可以通过调节振动板的厚度来调整振动板的质量和刚性，以满足不同尺寸发声装置的需求。较小尺寸的发声装置产品可使用较薄的振动板，以减轻振动板的质量；较大尺寸发声装置产品使用较厚的振动板，以提供振动板的刚性。一般地，振动板的厚度范围为20μm至600μm，优选其厚度范围为30μm至500μm。比如振动板的厚度可以为30μm、50μm、100μm、150μm、200μm、300μm、400μm或500μm。
51.可选地，复合纤维层的厚度范围为20μm至200μm。复合纤维层的厚度也会影响振动板的基本模量，在振动板厚度不变的前提下，复合纤维层厚度越后，振动板的模量就越高，当复合纤维层过厚时，振动板的阻尼会下降，故要选用适宜厚度的复合纤维层。一般地，以振动板总厚度为100％计，复合纤维层的厚度为10％-70％。可选地，复合纤维层的厚度范围为20μm至200μm，比如复合纤维层的厚度为20μm、50μm、80μm、100μm、120μm、150μm、180μm或200μm。
52.可选地，发泡体材料层中的发泡体材料选自发泡橡胶、热塑性弹性体发泡体、发泡sebs、发泡尼龙、塑料发泡体中的至少一种。
53.这里发泡体材料层作为振动板的组成部分，可以起到降低振动板密度的作用，同时，还为振动板提供合适的内阻尼，降低发声装置的失真。发泡体材料可以选用发泡橡胶、热塑性弹性体发泡体、发泡sebs、发泡尼龙、塑料发泡体中的一种或多种。
54.可选地，发泡体材料层中发泡体材料平均发泡孔径为3μm至200μm。
55.请参阅图4，图4为发泡体平均发泡孔径对发泡体阻尼的影响曲线示意图。从图中可以看出，发泡体材料平均发泡孔径对发泡体材料的密度和阻尼有一定的影响，在振动板结构不变的情况下，发泡体的平均发泡孔径越小，发泡体材料的阻尼也就越高，进而振动板具有较高的阻尼。但是当发泡孔径过高时，发泡体材料的密度也会上升，导致发泡体材料密度过大，进而影响振动板的质量。故应选用适宜的泡孔平均孔径，一般地，发泡体平均发泡孔径为3μm、50μm、100μm、150μm或200μm。
56.可选地，发泡体材料层的厚度范围为20μm至200μm。
57.在振动板的总厚度不变的情况下，可以通过调整发泡体材料层的厚度来调整复合振动板的密度，同时调整振动板的阻尼。一般地，以振动板的总厚度为100％计，发泡体材料层的厚度为30％-90％。发泡体材料层的厚度可以为3μm、50μm、100μm、150μm或200μm。
58.请参阅图5，图5为发泡体占比对振动板密度和内阻尼的影响曲线示意图，由图中可以看出，随着发泡体所占比例增高，振动板密度逐渐减小，而振动板阻尼逐渐增大，故可以通过调整发泡体材料层的厚度来调整复合振动板的密度，同时调整振动板的阻尼，使得振动板具有合适的密度和阻尼。
59.进一步地，复合纤维还包括粘合纤维，所述粘合纤维选自聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、聚酰胺腈纤维、聚氯乙烯纤维中的至少一种。
60.复合纤维中，高分子纤维与碳纤维是通过纤维熔融结合在一起，碳纤维与高分子纤维结合强度越好，其碳纤维的增强效果就越好。为了增强碳纤维与高分子纤维的结合力，加入了粘合纤维以增加纤维间的粘合，增强纤维粘合效果。在选用粘合纤维时，可以选用聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、聚酰胺腈纤维、聚氯乙烯纤维中的一种或多种。
61.由于粘合纤维主要起到增强纤维间粘合作用，若含量过低，则会影响其粘合效果，若含量过高，则会影响复合纤维材料的整体模量，故粘合纤维的用量要选择适宜，可选地，按质量计，粘合纤维的含量为复合纤维的1％至10％。即，以复合纤维的总质量为100份计，粘合纤维的含量可以为1份、3份、5份、8份或10份。
62.需要说明的是，本发明的振动板可以由以下步骤制备得到：
63.首先，将高分子纤维和碳纤维分散至溶剂中，混合均匀，并将溶剂去除，便可得到复合纤维材料。其中，按复合纤维的总质量为100份计，高分子纤维的含量为50-90份，碳纤
维的含量为5-50份。这里溶剂可以为水或有机溶剂，有机溶剂可以为甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、丁酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、正己烷、环己烷、石油醚、甲苯中的一种或多种混合。
64.其次，将复合纤维材料置于热压模具中，采用180℃-200℃的热压温度热压呈锥盆状的复合纤维层。
65.同时，将发泡体材料裁切成型，放入热压模具中，与复合纤维层一起进行热压处理，采用80℃-120℃的温度进行热压处理，便可得到振动板。
66.需要说明的是，为了增强复合纤维中碳纤维和聚酰胺纤维之间的粘合力，在溶剂中还加入了粘合纤维，以聚酰胺纤维质量为100份计，粘合纤维含量为1至20份。
67.进一步地，为了增强碳纤维在溶剂中的分散效果，还可在溶剂中加入表面活性剂，以溶剂质量为100份计，表面活性剂的加入量为0.2-5份。这里表面活性剂可以为桂基磺化琥珀酸单酯二钠(dls)、脂肪醇聚氧乙烯醚(3)磺基琥珀酸单酯二钠(mes)、椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠(dmss)、单月桂基磷酸酯(map)、单十二烷基磷酸酯钾(mapk)、月桂醇醚磷酸酯钾(maepk)、脂肪醇聚氧乙烯醚(eo＝3)硫酸铵(aesa)、椰油酸单乙醇酰胺(cmea)、椰油酰胺丙基甜菜碱(cab-35)、月桂酰胺丙基甜菜碱(lab-35)、椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱(chsb)、月桂酰胺丙基羟磺基甜菜碱(lhsb-35)、脂肪酸钾皂(sfp)中的一种或多种。
68.进一步地，为了增强碳纤维与聚酰胺纤维的粘合力，碳纤维可以为经过硅偶联剂处理过的碳纤维，这里硅烷偶联剂可以为kh-540、kh-550、kh-560、kh-570、kh-590、kh-792、si-602、si-563、a-151中的至少一种。
69.需要说明的是，硅烷偶联剂的加入也可以改善碳纤维在水中的分散性，可以理解的，在选用硅烷偶联剂处理碳纤维时，可以不加入表面活性剂，也能增强碳纤维的分散效果，这样可以在一定程度上节约制备复合纤维的材料成本。
70.本发明还提出一种发声装置，所述发声装置包括如前所述的振动板，该振动板的具体结构参照前述实施例。由于发声装置采用了前述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有前述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
71.下面通过具体实施例对本发明的振动板和扬声器进行详细说明。
72.实施例1
73.本实施例的振动板由以下步骤制备得到：
74.1、按质量计，称取100份10μm直径的高分子纤维，截断成20mm-40mm长的短纤维，分散至400份的乙醇溶剂中，搅拌使其分散均匀。
75.2、称取40份7μm直径的碳纤维，截断成平均长度为20mm的短纤维，并加入上述乙醇溶剂中，继续搅拌，使得两种纤维在乙醇溶剂中分散均匀。
76.3、将两种纤维从乙醇溶剂中一并去除，干燥去除乙醇溶剂后，得到碳纤维与高分子纤维均匀复合的复合纤维材料，该复合纤维材料呈立体网状结构。
77.4、将复合纤维材料置于模具中，采用190℃的温度进行热压成型，得到锥盆形状的复合纤维层；
78.5、重复步骤4，这样就得到两个复合纤维层。
79.6、将100μm厚度的热塑性弹性体发泡体裁切成型，并放入两个复合纤维层之间，一起放入热压模具中，采用100℃的温度进行热压成型，得到振动板，振动板包括热压连接的
两层复合纤维层和一层热塑性弹性体发泡体层。
80.将制备的振动板和纸盆均应用于扬声器中，测得其频响曲线，见图6所示，由图中可以看出，本发明振动板应用的扬声器，不仅灵敏度更高，而且具有更宽的频响范围，且频响曲线较为平坦，发声状态易控制。
81.实施例2
82.将实施例1的碳纤维使用偶联剂进行处理，其他步骤与实施例1的步骤相同。
83.碳纤维经偶联剂处理的具体步骤如下：
84.首先，取10份偶联剂加入100份水和900份乙醇的共混溶剂中，充分搅拌，得到预处理剂。
85.然后取40份7μm直径的碳纤维，截断呈平均长度为20mm的短纤维，加入上述预处理剂中，充分搅拌后，静置4小时。
86.接着将处理过的碳纤维过滤取出，并烘干，得到表面处理后的碳纤维。
87.需要说明的是，这里偶联剂可以选用kh-540、kh-550、kh-560、kh-570、kh-590、kh-792、si-602、si-563、a-151中的一种或多种。并且，以100份质量的共混溶剂计，偶联剂的用量范围为0.1-2份。
88.将实施例2制得的振动板应用于扬声器中，经试验可知，也具有较高的灵敏度和较宽的频响范围，且频响曲线较为平坦，发声状态易控制。
89.以上所述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，凡是在本发明的发明构思下，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。