CN111923525A

CN111923525A - 振膜和发声装置

Info

Publication number: CN111923525A
Application number: CN202011010804.1A
Authority: CN
Inventors: 惠冰; 凌风光; 李春
Original assignee: Goertek Inc
Current assignee: Goertek Inc
Priority date: 2020-09-23
Filing date: 2020-09-23
Publication date: 2020-11-13

Abstract

本发明公开一种振膜和发声装置。其中，所述振膜包括至少一层弹性体层，所述弹性体层是采用共混聚合物制作而成，所述共混聚合物包括乙烯‑乙酸乙烯酯共聚物，按质量百分比计，所述乙烯‑乙酸乙烯酯共聚物中乙烯含量范围为20%至65%。本发明的技术方案能够提高振膜的综合性能。

Description

振膜和发声装置

技术领域

本发明涉及发声装置技术领域，特别涉及一种振膜和发声装置。

背景技术

相关技术中，扬声器振膜多采用高模量的塑料膜层（PEEK、PAR、PEI、PI等）、柔软的热塑性聚氨酯弹性体（TPU）以及阻尼胶膜（丙烯酸胶、硅胶等）复合的结构。但是，上述振膜的综合性能较差，例如弹性回复率低，耐热性较差，容易造成听音不良。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种振膜和发声装置，旨在提高振膜的综合性能。

为实现上述目的，本发明提出的振膜，包括至少一层弹性体层，所述弹性体层是采用共混聚合物制作而成，所述共混聚合物包括乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，按质量百分比计，所述乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中乙烯含量范围为20%至65%。

可选地，按质量百分比计，所述乙烯-乙酸乙烯酯共聚物在所述共混聚合物中的含量范围为20%至90%。

可选地，所述共混聚合物还包括丁二烯-丙烯腈共聚物、丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丁二烯、氢化丁二烯-丙烯腈共聚物、聚异戊二烯、乙烯-丙烯共聚物、三元乙丙共聚物中的至少一种。

可选地，所述共混聚合物还包括填料补强剂，所述填料补强剂为炭黑、二氧化硅、碳酸钙、硫酸盐、滑石粉、蒙脱土、二硫化钼、碳酸盐、陶土中的至少一种。

可选地，按质量百分比计，所述填料补强剂在所述共混聚合物中的含量范围为5%至60%；和/或，所述填料补强剂的粒径范围为10nm至10μm。

可选地，所述共混聚合物还包括交联剂，所述交联剂包括过氧化物交联剂和助交联剂。

可选地，按质量百分比计，所述交联剂在所述共混聚合物中的含量范围为0.5%至5%。

可选地，所述弹性体层在20%应变时具有80%以上的弹性回复率。

在一实施例中，所述弹性体层在室温下的损耗因子大于0.12。

在一实施例中，所述弹性体层的拉伸强度范围为4MPa至25MPa；和/或，所述弹性体层的撕裂强度范围为15N/mm至100N/mm。

在一实施例中，所述弹性体层的密度范围为0.95g/cm³至1.40g/cm³。

在一实施例中，所述振膜为单层膜，所述单层膜是采用所述共混聚合物制作而成；或者，所述振膜为复合膜层，所述复合膜层中至少一层膜是采用所述共混聚合物制作而成。

本发明还提出了一种发声装置，包括磁路***和振动***，所述振动***包括振膜，所述振膜包括至少一层弹性体层，所述弹性体层是采用共混聚合物制作而成，所述共混聚合物包括乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，按质量百分比计，所述乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中乙烯含量范围为20%至65%。

本发明的技术方案，振膜采用至少一层弹性体层，弹性体层是采用共混聚合物制作而成，共混聚合物包括乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。则振膜可以表现出较好的综合性能，具有优异的力学强度、弹性回复率、耐高温性能及较高的阻尼性能。振膜可在175℃的高温下连续使用，且使用寿命要长于常用振膜材料，具有更优良的可靠性。应用该振膜的发声装置能够应用于极其恶劣环境中，同时其声学性能保持良好状态。并且合理调节乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中乙烯的含量，使其中的乙烯含量范围为20%至65%，这样可以使其兼顾优异的低温性能、力学强度及弹性回复率。

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为本发明振膜中弹性体层的密度对振膜Fr中频性能的影响示意图；

图2为根据本发明的一个实施例的扬声器振膜不同部位在不同频率下振动位移的测试曲线;

图3是常规振膜不同部位在不同频率下振动位移的测试曲线；

图4为本发明的一个实施例的扬声器振膜与常规振膜的总谐波失真测试曲线。

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

下面将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。

另外，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。

本发明提出一种振膜，应用发声装置，比如扬声器。振膜包括至少一层弹性体层，弹性体层是采用共混聚合物制作而成，共混聚合物包括乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，按质量百分比计，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中乙烯含量范围为20%至65%。

乙烯-乙酸乙烯酯共聚物是采用乙烯与乙酸乙烯酯两种单体共聚而成，是一种橡胶，具有优异的机械强度和弹性回复率，可在175℃的高温下连续使用，且具有较高的阻尼性能。乙烯-乙酸乙烯酯共聚物结构式中含有饱和的次甲基主链和极性侧基，使得乙烯-乙酸乙烯酯共聚物具有优异的耐热性能、耐老化及耐油性。在乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中，乙烯结构单元在材料中能够提供足够的韧性，使得乙烯-乙酸乙烯酯共聚物具有较好的耐低温性能。但是需要说明的是，若乙烯含量较低时，其耐低温性能会较差，制备而成的振膜在低温极端环境中容易***变脆，难以振动发声；而乙烯含量较高时，乙烯嵌段易出现结晶，导致材料损失其回弹率。故需要合理控制乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中乙烯的含量，可选的实施例中，按质量百分比计，乙烯的含量范围为20%至65%，比如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中乙烯的含量为20%、25%、30%、35%、40%、50%、55%、60%或65%。

参照表1，表1是乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中乙烯含量对其玻璃化转变温度、力学强度及回弹率的影响，这里回弹率为100%拉伸量下的回弹率，由表1可以看出，随着乙烯含量的增大，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物材料的玻璃化转变温度逐渐降低，力学强度先缓慢增大后再急剧增大，尤其在乙烯含量为80%时，其回弹率急剧下降，在100%拉伸量时，其回弹率仅为63%。故要合理调节乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中乙烯的含量，使其具有较好的力学强度和回弹率。

表1 乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中乙烯含量对其玻璃化转变温度、力学强度及回弹率的影响

乙烯的质量百分比（%）	15	20	50	65	80
						玻璃化转变温度（℃）	-12.3	-19.8	-25.6	-35.7	-39.8
力学强度（MPa）	14.1	14.3	14.6	14.9	17.8
						回弹率（%）	85	86	87	84	63

乙烯-乙酸乙烯酯共聚物分子链上具有较多的的酯基，在分子间形成氢键，分子运动时，损耗增大，因此制备的振膜具有较高的阻尼性能，在振动过程中不易发生偏振；而过量的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的存在，会导致材料的回弹率变差，在长期使用过程中，发生听音不良。故要合理控制共混聚合物中乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的含量，可选的实施例中，按质量百分比计，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物在共混聚合物中的含量范围为20%至90%，比如，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物在共混聚合物中的含量为20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%或90%。

参照表2，表2为乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的含量对阻尼因子和回弹率的影响，这里回弹率为100%拉伸量下的回弹率。从表2中可以看出，随着乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的含量增大，材料在常温下的阻尼因子逐渐增大，而材料回弹率基本保持恒定，但是在乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的含量超过90%时，其回弹率急剧下降，在其含量为95%时，在100%拉伸量时的回弹率仅为73%。故要合理调节共混聚合物中乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的含量，使其兼顾较好的阻尼性能和回弹率。

表2 乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的含量对阻尼因子和回弹率的影响

乙烯-乙酸乙烯酯共聚物含量(%)（%）（%）（%）（）质量含量（）（wt%）	15	20	50	90	95
						阻尼因子Tanδ	0.10	0.13	0.19	0.29	0.32
回弹率（%）	90	88	87	80	73

在本发明的一实施例中，为了进一步提高振膜的弹性回复率，共混聚合物还包括丁二烯-丙烯腈共聚物、丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丁二烯、氢化丁二烯-丙烯腈共聚物、聚异戊二烯、乙烯-丙烯共聚物、三元乙丙共聚物中的至少一种。

这些高分子均为长链高回弹率高分子，将其与乙烯-乙酸乙烯酯共聚物混合，会发生交联反应并接枝入网状的交联体系中，使其共混聚合物材料具有较高的阻尼性能，表现出较优的回弹率，且在长期使用过程中不容易出现听音不良的现象。

进一步地，共混聚合物还包括填料补强剂，填料补强剂为炭黑、二氧化硅、碳酸钙、硫酸盐、滑石粉、蒙脱土、二硫化钼、碳酸盐、陶土中的至少一种。

填料补强剂通常为无机填料，可选用上面无机填料中的一种或多种混合物，填料的表面具有能够发生取代、还原、氧化等反应的氢、羧基、内酯基、自由基、醌基等基团。将填料补强剂混合入共混聚合物中后，会导致共混聚合物分子链之间的内摩擦和空间位阻增大，内损耗上升，导致材料的阻尼性能提高。

以炭黑为例，炭黑是一种无定形结构，粒子通过相互之间的物理化学结合构成聚集体。炭黑的一次结构由聚集体构成，同时聚集体之间存在范德华力或氢键，能够聚集成空间网络结构，也就是炭黑的二次结构。炭黑表面具有能够发生取代、还原、氧化反应等的氢、羧基、内酯基、自由基、醌基等基团，当将其加入弹性体中，由于炭黑表面与共混聚合物界面之间的强相互作用，材料受力时，分子链比较容易在碳黑表面上滑动，但不易和碳黑脱离，弹性体与碳黑构成了一种能够滑动的强固的键，力学强度增大。

需要说明的是，在加入填料补强剂时，需要合理控制填料补强剂的加入量，以使其性能表现良好。可选地，按质量百分比计，填料补强剂在共混聚合物中的含量范围为5%至60%，比如填料补强剂在共混聚合物中的含量为5%、10%、20%、25%、35%、45%、55%或60%。在加入的填料补强剂过少（低于5%）时，会导致材料的力学强度过低，阻尼较小，制备的振膜虽然具有较低的共振频率F0，但其失真较高、振幅一致性较差，无实地应用价值；在加入的填料补强剂过量（高于60%）时，会导致材料的回弹率降低，并且补强剂易出现团聚现象，造成材料力学性能不均一。

参照表3，表3为炭黑含量对材料阻尼因子、回弹率及共振频率F0的影响，这里回弹率为50%拉伸量下的回弹率。从表3中可以看出，随着炭黑含量的增加，材料的阻尼因子增大，而50%拉伸量下的回弹率逐渐降低，声学共振频率显著增大。故故要合理调节共混聚合物中炭黑填料的含量，使其兼顾较好的阻尼性能、回弹率及共振频率F0。

表3 炭黑含量对材料阻尼因子、回弹率及共振频率F0的影响

炭黑质量百分比（wt%）	2	5	45	60	80
						阻尼因子	0.17	0.19	0.24	0.32	0.35
回弹率（%）	94	91	87	83	72
						共振频率F0	550	590	680	730	820

在加入填料补强剂时，也要合理选择其尺寸大小，补强剂尺寸越小其在乙烯-乙酸乙烯酯橡胶内部的分散度越好，补强性能越好。但是，过小的颗粒尺寸，其表面形成的微孔导致其粗糙程度增大，而这些微孔较小，共混聚合物分子难以进入，而导致其与补强剂的有效作用面积降低，补强效果下降，力学性能降低，回弹性变差；当颗粒尺寸较大时，其在共混聚合物中的分散度急剧下降，形成团聚体，导致乙烯-乙酸乙烯酯橡胶制品性能不均一。可选的实施例中，填料补强剂的粒径范围为10nm至10μm，比如填料补强剂的粒径为10nm、50nm、80nm、100nm、1μm、5μm或10μm。

进一步地，共混聚合物还包括交联剂，交联剂包括过氧化物交联剂和助交联剂。

这里过氧化物交联剂用于使共混聚合物中的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和高回弹高分子产生自由基，助交联剂用于与共混聚合物中的自由基发生自由基聚合。其中，过氧化物交联剂包括1,3-1,4-二(叔丁基过氧异丙基)苯、过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷、过氧化叔丁基异丙苯、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)-3-己炔、4,4’-双(叔丁基过氧基)戊酸正丁酯、1,1’-双(叔丁基过氧基)-3,3,5三甲基环己烷和2,4-二氯过氧化苯甲酰中的一种或多种混合物。所述助交联剂包括三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、N,N’-间苯撑双马来酰亚胺、二烯丙基邻苯二酸酯、三烯丙基异氰酸酯和三烯丙基氰酸酯中的一种或多种混合物。

可选地，按质量百分比计，交联剂在共混聚合物中的含量范围为0.5%至5%，比如交联剂在共混聚合物中的含量为0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%或5%。交联剂的含量较低（小于0.5%）时，其形成的材料的有效交联密度较低，材料的力学强度、回弹性能较差，在制备成振膜，长久使用过程中容易变形塌陷，导致声学Fr曲线下跌，并且材料的硫化速率较慢，严重限制了生产效率，导致生产成本增加；而当交联剂的含量过高（大于5%）时,材料形成的有效交联密度过高，导致其断裂伸长率严重下降、阻尼降低，制备的振膜振动过程容易产生偏振，导致其声学失真增高，并且在反复振动过程存在破膜的风险。

采用上述共混聚合物制作而成的弹性体层在20%应变时具有80%以上的弹性回复率。

本发明振膜的弹性体层的拉伸强度范围为4MPa至25MPa，弹性体层的撕裂强度范围为15N/mm至100N/mm。本发明振膜在应用于发声装置使用过程中，不易出现破膜等可靠性问题。

本发明振膜的弹性体层的密度与填料补强剂的含量有关，一般地，填料补强剂的含量越多其密度就越大，当弹性体层中共混聚合物的密度较低时，其填料含量较低，所制备的振膜力学性能较差，容易出现塌陷、破膜等可靠性问题；当密度较大时，所制备的振膜在相同厚度下，质量远高于普通常规振膜，导致其Fr中频性能低。参照图1，图1为本发明振膜中弹性体层的密度对振膜Fr中频性能的影响示意图，从图1中可以看出，随着弹性体层的密度增加，其中频性能逐渐降低。故要选择适宜的弹性体密度，以使得制备得到的振膜兼顾优异的力学性能和中频性能。可选地，弹性体层的密度范围为0.95g/cm³至1.40g/cm³。

在本发明的振膜应用于扬声器时，扬声器的F0正比于杨氏模量和厚度，可以通过改变扬声器振膜的厚度以及杨氏模量来实现F0的变化，具体调节原理如下：

其中Mms为发声装置的等效振动质量，Cms为发声装置的等效顺性：

其中，Cms1为弹波顺性，Cms2为振膜顺性。无弹波设计时，扬声器的等效顺性即为振膜顺性：

其中，W为振膜的折环部的总宽度，t为膜片厚度；dvc为振膜音圈贴合外径；E为振膜材质的杨氏模量；u为振膜材质的泊松比。

可见，发声装置的F0正比于模量和厚度，而共混聚合物的模量与补强剂的含量成正比。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，应使振膜具有足够的刚度和阻尼。本领域技术人员可以通过调节发声装置振膜的补强剂的含量以及厚度来调节F0的大小。

室温下共混聚合物处于高弹态，分子链易于运动，分子间摩擦力大，具有较好的阻尼性能，其室温下损耗因子大于0.12，优选大于0.15，优异的阻尼性能，使振膜具有更低的阻抗曲。扬声器振膜的阻尼性提高，振动***在振动过程中可抑制偏振现象的能力强，振动一致性良好。而常用的工程塑料膜层的阻尼低，其损耗因子一般小于0.01，阻尼性较小。

图2是根据本发明的一个实施例的扬声器振膜不同部位在不同频率下振动位移的测试曲线。图3是常规振膜不同部位在不同频率下振动位移的测试曲线。

其中，振膜为矩形折环振膜。横坐标为频率（Hz），纵坐标为响度位移量（mm）。在振膜的中心部的边缘位置以及中心位置取点进行测试。

可以看出，图2中的各个曲线更集中，而图3中的各个曲线较为分散。这表明，本发明实施例的扬声器振膜的各个部分的振动一致性更好，在振动过程中，振膜的摇摆真的少，音质和听音稳定性更加优良。

相对于工程塑料，共混橡胶具有较宽的弹性区域，发生在该区域的应变，当外力去除后，材料具有优异的回复性，振膜在振动过程中，摇摆振动少，音质和听音稳定性更优。

参照图4，图4为本发明的一个实施例的扬声器振膜与常规振膜的总谐波失真测试曲线，由图4中可以看出，本发明实施例的扬声器振膜相对于常规振膜具有更低的THD（总谐波失真）。这表明，本发明实施例的扬声器振膜具有更优的抗偏振能力，并且音质更佳。

在本发明的一实施例中，振膜为单层膜，单层膜是采用共混聚合物制作而成。在本实施例中，振膜为单层膜结构，即为单层弹性体层，是采用如前所述的共混聚合物制作而成。

在本发明的一实施例中，振膜为复合膜层，复合膜层中至少一层膜是采用共混聚合物制作而成。

在振膜为复合膜层时，复合振膜可以包括两层、三层、四层或五层膜层，其中一层为采用共混聚合物制作而成的弹性体层，其他复合层可以为热塑性弹性体层和/或工程塑料层，其中，热塑性弹性体层中的热塑性弹性体选自热塑性聚酯弹性体、热塑性聚氨酯弹性体、热塑性聚酰胺弹性体、及有机硅弹性体的至少一种；工程塑料层的工程塑料选自聚醚醚酮、聚芳酯、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯及聚对苯二甲酸丁二醇酯中的至少一种。

需要说明的是，在振膜为复合膜层时，相邻两层之间可以采用胶粘方式连接，也可以采用热压方式结合，在此不作限制，均在本发明的保护范围之内。

本发明还提出了一种发声装置，发声装置包括包括磁路***和振动***，所述振动***包括振膜，振膜的具体结构可参照上述实施例，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。

本发明的振膜可以为折环振膜或者平板振膜，振膜设置在发声装置主体上，振膜被配置为能够被驱动振动，通过振动进而产生声音。发声装置主体中可以配置有线圈、磁路***等部件，通过电磁感应驱动振膜振动。本发明提供的发声装置具有较好的发声效果和良好的耐用性。

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

1.一种振膜，其特征在于，所述振膜包括至少一层弹性体层，所述弹性体层是采用共混聚合物制作而成，所述共混聚合物包括乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，按质量百分比计，所述乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中乙烯含量范围为20%至65%。

2.如权利要求1所述的振膜，其特征在于，按质量百分比计，所述乙烯-乙酸乙烯酯共聚物在所述共混聚合物中的含量范围为20%至90%。

3.如权利要求1所述的振膜，其特征在于，所述共混聚合物还包括丁二烯-丙烯腈共聚物、丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丁二烯、氢化丁二烯-丙烯腈共聚物、聚异戊二烯、乙烯-丙烯共聚物、三元乙丙共聚物中的至少一种。

4.如权利要求1所述的振膜，其特征在于，所述共混聚合物还包括填料补强剂，所述填料补强剂为炭黑、二氧化硅、碳酸钙、硫酸盐、滑石粉、蒙脱土、二硫化钼、碳酸盐、陶土中的至少一种。

5.如权利要求4所述的振膜，其特征在于，按质量百分比计，所述填料补强剂在所述共混聚合物中的含量范围为5%至60%；

和/或，所述填料补强剂的粒径范围为10nm至10μm。

6.如权利要求1所述的振膜，其特征在于，所述共混聚合物还包括交联剂，所述交联剂包括过氧化物交联剂和助交联剂。

7.如权利要求6所述的振膜，其特征在于，按质量百分比计，所述交联剂在所述共混聚合物中的含量范围为0.5%至5%。

8.如权利要求1至7中任一项所述的振膜，其特征在于，所述弹性体层在20%应变时具有80%以上的弹性回复率。

9.如权利要求1至7中任一项所述的振膜，其特征在于，所述弹性体层在室温下的损耗因子大于0.12。

10.如权利要求1至7中任一项所述的振膜，其特征在于，所述弹性体层的拉伸强度范围为4MPa至25MPa；

和/或，所述弹性体层的撕裂强度范围为15N/mm至100N/mm。

11.如权利要求1至7中任一项所述的振膜，其特征在于，所述弹性体层的密度范围为0.95g/cm³至1.40g/cm³。

12.如权利要求1至7中任一项所述的振膜，其特征在于，所述振膜为单层膜，所述单层膜是采用所述共混聚合物制作而成；

或者，所述振膜为复合膜层，所述复合膜层中至少一层膜是采用所述共混聚合物制作而成。

13.一种发声装置，其特征在于，包括磁路***和振动***，所述振动***包括如权利要求1至12中任一项所述的振膜。