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，其中，纸类振动板因其密度较小，阻尼适中而得到广泛应用，但是由于纸类振动板较易吸水变潮，则会影响发声装置的声学性能，造成其声学性能容易受到环境影响，稳定性较差。
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，旨在保证发声装置的声学性能具有较好的稳定性。
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，所述复合纤维层中的复合纤维包括聚丙烯纤维和碳纤维。
6.可选地，所述聚丙烯纤维的等规度范围为90％至99％。
7.可选地，所述聚丙烯纤维中聚丙烯分子的结晶度范围为40％至90％。
8.可选地，所述聚丙烯纤维中聚丙烯分子的平均分子量为15万至30万。
9.可选地，所述聚丙烯纤维的模量范围为1gpa至10gpa。
10.可选地，按质量计，所述碳纤维的含量为所述聚丙烯纤维的5％至70％。
11.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；和/或，所述碳纤维的模量范围为100gpa至650gpa。
12.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。
13.可选地，按质量计，所述粘合纤维的含量为所述聚丙烯纤维的1％至20％。
14.可选地，所述复合纤维层的密度范围为0.3g/cm3至1.2g/cm3；和/或，所述振动板的模量范围为1gpa至35gpa；和/或，所述复合纤维层的厚度范围为50μm至1500μm。
15.可选地，所述振动板还包括胶膜层、橡胶膜层、高分子膜层、热塑性弹性体层中的至少一层，相邻两层之间胶接或热压连接。
16.可选地，所述振动板包括胶膜层时，所述胶膜层的材质选自丙烯酸胶、环氧胶及硅胶中的至少一种；和/或，所述振动板包括橡胶膜层时，所述橡胶膜层的材质选自丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、三元乙丙橡胶、丁基橡胶、乙烯-丙烯酸橡胶、丙烯酸酯橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶、丁苯橡胶、丁苯橡胶、丁苯橡胶中的至少一种；和/或，所述振动板包括高分子膜层时，所述高分子膜层的材质选自聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚醚醚酮、聚芳酯、聚酰胺、液晶聚合物、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺中的至少一种；和/或，所述振动板包括热塑性弹性体层时，所述热塑性弹性体层的材质选自热塑性聚氨酯弹性体和热塑性聚酯弹性体中的至
少一种。
17.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，所述复合纤维层中的复合纤维包括聚丙烯纤维和碳纤维。
18.本发明的技术方案，振动板包括至少一层复合纤维层，相较于纸类振动板，本发明的振动板模量较高，阻尼合适，并且，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，则复合纤维层的振动板具有更高的频响范围，当应用至发声装置时，具有较宽的频响范围。进一步地，复合纤维层中的复合纤维采用聚丙烯纤维和碳纤维的复合纤维材料，聚丙烯纤维和碳纤维复合后，形成立体网络结构，表现出较高的模量，可以进一步增强振动板的模量。同时，复合纤维层也具有较好的疏水性能，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。
附图说明
19.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。
20.图1为本发明发声装置一实施例的局部结构示意图；
21.图2为复合纤维中碳纤维含量对模量的影响曲线图；
22.图3为碳纤维长度对其模量的影响曲线图；
23.图4为复合纤维层密度对振动板的声学性能的影响曲线图；
24.图5为本发明振动板和纸盆应用于扬声器后的频响曲线图。
25.附图标号说明：
26.标号名称标号名称100发声装置20球顶部10折环部30音圈
27.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
28.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。
29.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。
30.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。
31.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。
32.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。
33.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。
34.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100通过振动板的振动而发出相应的声音。
35.在本发明的一实施例中，振动板包括至少一层复合纤维层，复合纤维层中的复合纤维包括聚丙烯纤维和碳纤维。
36.这里振动板可以为单层结构，即为单层复合纤维层，当然也可以多层复合结构，比如两层复合纤维层、三层复合纤维层或更多层复合纤维层，多层复合纤维层层叠设置，且相邻两层复合纤维层之间通过胶粘结合或者热压结合。复合纤维层中的复合纤维主要为聚丙烯纤维和碳纤维的复合，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。碳纤维是一种具有极高弹性模量的纤维材料，其密度虽然是纸类的三部，但由于其弹性模量是纸类的十倍以上，则比弹性率为纸的三倍以上。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。
37.因此，本发明的技术方案，振动板包括至少一层复合纤维层，相较于纸类振动板，本发明的振动板模量较高，阻尼合适，并且，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，则复合纤维层的振动板具有更高的频响范围，当应用至发声装置时，具有较宽的频响范围。进一步地，复合纤维层中的复合纤维采用聚丙烯纤维和碳纤维的复合纤维材料，聚丙烯纤维和碳纤维复合后，形成立体网络结构，表现出较高的模量，可以进一步增强振动板的模量。同时，复合纤维层也具有较好的疏水性能，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。
38.可选地，聚丙烯纤维的等规度范围为90％至99％。
39.这里聚丙烯纤维作为复合纤维的主要成分，是由碳原子为主链的大分子组成的，根据其甲基在空间排列位置的不同，存在等规、间规及无规三种立体结构形式，等规聚丙烯纤维是一种相同构型的有规则的重复单元，侧甲基在主链平面的同一侧，这种有规则的结构容易结晶，能够起到增强纤维强度的作用，纤维中等规聚丙烯分子量占比称为等规度，其等规度越高，聚丙烯纤维中的聚丙烯分子越容易结晶，复合纤维的模量和强度就越高。一般
地，聚丙烯纤维的等规度为90％、92％、95％、97％或99％。
40.由于聚丙烯纤维中存在较多的等规聚丙烯分子，分子易结晶，分子的结晶度越高，复合纤维的模量和强度就越高。可选地，聚丙烯纤维中聚丙烯分子的结晶度范围为40％至90％，比如，聚丙烯纤维中聚丙烯分子的结晶度可以为40％、50％、60％、70％、80％或90％。
41.可选地，聚丙烯纤维中聚丙烯分子的平均分子量为15万至30万。这里聚丙烯纤维中丙烯单元中没有极性基因，为了增加分子间作用力，其分子量要比一般的分子量要高，但是过高的分子量会导致聚丙烯熔融后粘度大，不易加工，故聚丙烯纤维中聚丙烯分子的平均分子量要选择适宜，一般地，聚丙烯分子的平均分子量可以为15万、18万、20万、24万、26万、28万或30万。
42.复合纤维中，聚丙烯纤维作为主要成分，聚丙烯纤维的模量越高，复合纤维材料的模量也越高，可选地，聚丙烯纤维的模量范围为1gpa至10gpa，比如，聚丙烯纤维的模量可以为1gpa、3gpa、5gpa、7gpa、9gpa或10gpa，
43.可选地，按质量计，碳纤维的含量为聚丙烯纤维的5％至70％。
44.这里碳纤维含量会影响复合纤维材料的模量，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，复合纤维材料的模量也就越高，进而由复合纤维层制作的振动板模量较高，但是，当碳纤维含量过高时，复合纤维层就会较脆，不易加工，故碳纤维的用量应该选用适宜。一般地，以复合纤维材料中聚丙烯纤维的质量为100份计，碳纤维的含量为5份、15份、25份、40份、60份或70份。
45.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。
46.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。
47.可选地，碳纤维的模量范围为100gpa至650gpa。
48.高模量的碳纤维可以有效增强复合纤维的模量，但又考虑到其加工性能，一般地，碳纤维的模量可以为100gpa、150gpa、200gpa、250gpa、350gpa、450gpa、500gpa或650gpa。
49.可选地，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。
50.复合纤维中，聚丙烯纤维与碳纤维是通过纤维熔融结合在一起，碳纤维与聚丙烯纤维结合强度越好，其碳纤维的增强效果就越好。为了增强碳纤维与聚丙烯纤维的结合力，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、聚醚酰亚胺腈纤维、聚氯乙烯纤维中的一种或多种。
51.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，粘合纤维的含量为所述聚丙烯纤维的1％至20％。即，以聚丙烯纤维质量为100份计，粘合纤维的含量可以为1份、3份、5份、8份、12份、15份、17份或20份。
52.请参阅表1，表1为纸盆、聚丙烯及聚丙烯-碳纤维复合纤维材料的物性对比表。从表中可以看出，复合纤维材料的模量和比弹性率均高于纸盆、聚丙烯，说明复合纤维材料具有较高的模量、较强的抗磨损能力和弹力。
53.表1.纸盆、聚丙烯及聚丙烯-碳纤维复合纤维材料的物性对比表
54.材料种类密度/g/cm模量/gpa比弹性率e/ρ纸盆0.536聚丙烯纤维12.22.2聚丙烯纤维-碳纤维复合材料0.61016.7
55.可以理解的，聚丙烯纤维作为复合纤维层的主要成分，具有良好的疏水性，从而使得制备成的振动板具有良好的疏水性能，不易受环境湿度影响，具有较好的稳定性。请参阅表2，表2为纸盆和复合纤维层应用到振动板后再高温高湿试验前后的质量变化，由表2可知，纸盆在高温高湿环境中明显增重，而复合纤维层的振动板质量变化较小，具有较好的稳定性。
56.表2.纸盆和复合纤维层应用到振动板后再高温高湿试验前后的质量变化
[0057][0058]
由于本发明的振动板包括至少一层复合纤维层，复合纤维层中复合纤维是以聚丙烯纤维为基础材料，通过高模量的碳纤维增强后，复合纤维层的模量得到了极大的增强，由该复合纤维层组成的振动板的模量远远超过纸盆，但受限于加工性能，其增强效果不能无限提升，可选地，由复合纤维层组成的振动板的弹性模量范围为1gpa至35gpa，比如振动板的弹性模量可以为1gpa、10gpa、15gpa、20gpa、30gpa或35gpa。
[0059]
可选地，复合纤维层的密度范围为0.3g/cm3至1.2g/cm3。
[0060]
由于本发明振动板为复合纤维层，复合纤维层中纤维间存在一定空隙，则可以通过调整复合纤维材料的紧实程度来调整复合纤维层的整体密度，一般地，材料密度越低其强度越低，而材料密度过高时材料的阻尼较差，故复合纤维层的密度要选择适宜，一般地，复合纤维层的密度可以为0.3g/cm3、0.5g/cm3、0.8g/cm3、1.0g/cm3或1.2g/cm3。
[0061]
可以理解的，为了调整本发明振动板的声学性能，使其具有较好的发声效果，可以通过调整复合纤维材料的紧实程度来调整复合纤维层的模量和内阻尼。请参阅图4，图4为复合纤维层密度对振动板的声学性能的影响曲线图，从图中可以看出，当复合纤维层的密度较小时，复合纤维材料较为疏松，复合纤维材料的模量较小，但是由于材料间缝隙较大，纤维较易移动，则材料具有较高的阻尼。当复合纤维层的密度增大时，复合纤维中纤维之间结合更紧密，纤维运动受限，材料的模量会明显上升，但是材料的阻尼会下降，当复合纤维层密度超过1.2g/cm3时，纤维基本已完全粘连到一起，模量较高，但是阻尼较低，制成的振动板会有较高的失真。故要选用合适密度的复合纤维层制作振动板。
[0062]
可选地，复合纤维层的厚度范围为50μm至1500μm。
[0063]
本发明振动板可以为单层复合纤维层，也可以为多层复合纤维层，考虑到其振动板的制作厚度和加工特性，单层复合纤维层的厚度范围为50μm至1500μm，优选厚度范围为50μm至1000μm，比如复合纤维层的厚度可以为50μm、100μm、300μm、500μm、700μm、850μm或1000μm。
[0064]
进一步地，振动板还包括胶膜层、橡胶膜层、高分子膜层、热塑性弹性体层中的至少一层，相邻两层之间胶接或热压连接。
[0065]
本发明振动板为多层结构时，除了包括复合纤维层，还可以包括胶膜层、橡胶膜层、高分子膜层、热塑性弹性体层中的一层或多层，相邻两层之间可以通过胶接结合，也可以通过热压连接结合。其中胶膜层和橡胶膜层可以增加振动板的阻尼，减缓振动板的分割振动，进而改善发声装置的失真，提升其发声效果。高分子膜层和塑料层，都可以改善振动板的回弹，增加振动板的韧性，可减少振动板的开裂可能性，提高振动板的可靠性。
[0066]
可选地，振动板包括胶膜层时，胶膜层的材质选自丙烯酸胶、环氧胶及硅胶中的至少一种。
[0067]
可选地，振动板包括橡胶膜层时，橡胶膜层的材质选自丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、三元乙丙橡胶、丁基橡胶、乙烯-丙烯酸橡胶、丙烯酸酯橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶、丁苯橡胶、丁苯橡胶、丁苯橡胶中的至少一种。
[0068]
可选地，振动板包括高分子膜层时，高分子膜层的材质选自聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚醚醚酮、聚芳酯、聚酰胺、液晶聚合物、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺中的至少一种。
[0069]
可选地，振动板包括热塑性弹性体层时，热塑性弹性体层的材质选自热塑性聚氨酯弹性体和热塑性聚酯弹性体中的至少一种。
[0070]
需要说明的是，本发明的振动板可以由以下步骤制备得到：
[0071]
首先，将聚丙烯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，聚丙烯纤维和碳纤维的质量比范围为100:5至100:90。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。
[0072]
其次，将复合纤维材料置于模具中，按照预定的压缩比进行压缩，便可制备得到预定密度的复合纤维层。
[0073]
需要说明的是，为了增强复合纤维中碳纤维和聚丙烯纤维之间的粘合力，在溶剂中还加入了粘合纤维，以聚丙烯纤维质量为100份计，粘合纤维含量为1至20份。
[0074]
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。
[0075]
进一步地，为了增强碳纤维与聚丙烯纤维的粘合力，碳纤维可以为经过硅烷偶联
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。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。
[0076]
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。
[0077]
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。
[0078]
实施例1
[0079]
本实施例的振动板由以下步骤制备得到：
[0080]
1、按质量计，称取100份10μm直径的聚丙烯纤维，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。
[0081]
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。
[0082]
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加热至聚丙烯纤维软化，降温后得到碳纤维与聚丙烯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。
[0083]
4、将复合纤维材料置于模具中，按照预定的压缩比进行压缩并加热至聚丙烯纤维软化，制备得到预定密度的复合纤维层，即为单层复合纤维层的振动板。
[0084]
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5所示。由图中可以看出，复合纤维的振动板的扬声器在高频截止频率更高，有效频响曲线范围更宽。
[0085]
实施例2
[0086]
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。
[0087]
碳纤维经偶联剂处理的具体步骤如下：
[0088]
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。
[0089]
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。
[0090]
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。
[0091]
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。
[0092]
将实施例2制得的振动板应用于扬声器中，经试验可知，本实施例振动板应用的扬声器在高频截止频率较高，有效频响曲线范围较宽。
[0093]
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。