碳纖維球頂及其製造方法與流程

2023-10-25 22:50:37 1

【技術領域】

本發明涉及電聲器械領域，具體涉及一種碳纖維球頂結構及一種碳纖維球頂的製造方法。

背景技術：

球頂形揚聲器是指利用球頂形振膜直接輻射聲波的揚聲器。屬於電動式揚聲器，振膜是一個半球形膜片，用振膜折環直接支撐音圈而沒有定心支片，特點是高頻響應好，指向性寬及失真較小。振膜的球頂部常用鋁箔與發泡材料複合製成，隨著電子行業的發展，電聲系統需要不斷的提升性能與可靠性，對球頂的要求也越來越高，現有的鋁箔與發泡材料複合的球頂已經不能滿足使用需求，常會出現鋁箔碎裂、鋁箔與發泡材料分層、材料強度不足等問題。另一方面，由於鋁箔材質較軟，作為產品直觀可觀察的部分，容易出現汙染、劃傷等現象，帶來不美觀的問題，且由於發泡材料受力容易發生形變，受力之後恢復性能差，無法承受壓力，且容易吸水，使得鋁箔與發泡材料之間容易產生分層的現象發生，同時為了達到振動強度和保證力學性能，球頂中採用的發泡材料和鋁箔的組合層厚度較大。

技術實現要素：

本發明針為了解決現有技術中球頂結構力學性能差、不美觀、容易破碎、材料易分層、厚度大、容易吸水的問題中至少一個，提供了一種力學性能、聲學性能優異、美觀、層與層之間結合緊密、不會吸水的碳纖維球頂，所述碳纖維球頂包括至少兩層碳纖維預浸料；其中，所述至少兩層碳纖維預浸料包括至少兩種碳纖維材料。

作為一種改進，所述碳纖維球頂厚度為40～250um。

作為一種改進，所述碳纖維球頂的厚度為80～150um。

作為一種改進，相鄰層的碳纖維預浸料之間的纖維夾角範圍為0～90度。

作為一種改進，相鄰層的碳纖維預浸料的厚度比例範圍為1：20～1:1。

作為一種改進，所述碳纖維預浸料包括碳纖維材料和預浸樹脂，所述碳纖維材料的拉伸模量大於200gpa。

作為一種改進，所述預浸樹脂包括環氧樹脂、聚醚醚酮、聚醯亞胺、聚苯硫醚、聚對苯撐苯並二噁唑、聚對苯二甲醯對苯二胺中的一種或多種。

作為一種改進，所述至少兩種材料的碳纖維材料包括m系列碳纖維和t系列碳纖維。

作為一種改進，所述碳纖維球頂包括m55碳纖維和位於所述m55碳纖維上下端面上的t300碳纖維。

作為一種改進，所述m55碳纖維的厚度為80um，所述t300碳纖維厚度為10um。

本發明另一方面還提供了一種製造上述碳纖維球頂的製造方法，包括如下步驟，利用預浸樹脂預浸至少兩種碳纖維材料；將所述預浸後的所述至少兩種碳纖維材料相互貼合。

本發明的有益效果是：通過將碳纖維預浸料替換所述鋁箔，同時採用了不同的材質方式，提高了強度，同時降低了厚度，使得球頂表面平整，整體外觀好，使得聲音品質得到提升，通過預浸料的固化過程，使得碳纖維緊密貼合，從而避免了層間易分離的現象，防水性能得到提升，保證了使用壽命。

【附圖說明】

圖1是本發明碳纖維球頂實施例結構示意圖；

圖2是本發明碳纖維球頂採用三層層結構的實施例結構示意圖；

圖3是本發明碳纖維球頂採用四層結構的實施例結構示意圖；

圖4是本發明碳纖維球頂採用三層結構的另一實施例結構示意圖；

圖5是本發明碳纖維球頂另一實施例結構示意圖；

圖6是本發明碳纖維球頂製造方法的流程示意圖；

【具體實施方式】

下面結合圖1至圖6對本發明作詳細描述。

現有的球頂結構中採用了發泡材料和鋁箔進行複合，來製備球頂結構，由於發泡材料和鋁箔為兩種不同的材質，層與層之間貼合不緊密，也會造成分層的情況產生，從而造成防水效果不好，容易吸水的情況發生，另，不同的屬性材料具有不同的聲音特性也會造成聲音性能的損失，在製備不同材質組成的球頂結構時，製備方法也較複雜。

本發明為了克服現有技術中球頂結構易碎、易分層、強度不足、美觀差、厚度大、防水效果差的問題，提供了一種利用碳纖維材料所製備出的球頂結構，採用碳纖維材料替換現有的鋁箔和發泡材料，使得製備方法簡單，易於掌控，且由於都是採用碳纖維材料，從而避免了由於材質不同帶來的分層現象，同時利用複合後的碳纖維材料，能夠提供足夠強度，滿足使用需求，厚度上也可相對發泡材料與鋁箔的組合減薄了很多，具體地，本發明實施例提供了一種碳纖維球頂，所述碳纖維球頂包括至少兩層碳纖維預浸料；其中，所述至少兩層碳纖維預浸料中的碳纖維材料包括了至少兩種碳纖維材料。本發明採用至少兩層碳纖維預浸料進行複合從而形成都是採用碳纖維材料製備而出的球頂，保證了層與層之間緊密貼合，同時由於碳纖維承受力能力大，保證了碳纖維球頂的強度，預浸料中的預浸樹脂在複合過程中固化，進一步提高強度的同時，也保證了碳纖維預浸料複合後表面光潔、美觀。

本發明進一步地在所述至少兩層碳纖維預浸料中採用了至少兩種種類型號的碳纖維材料，避免了由於採用單一碳纖維材質帶來的問題，如都採用m系列的碳纖維，這時，由於碳纖維絲較粗，間距較大，表面粗糙，使得複合後的材料表面粗糙，影響了力學和聲學性能；而如果都使用t碳纖維又會造成強度不夠的問題發生，連接力較弱，本發明實施例採用了兩種材質的碳纖維，能夠保證具有高強度的同時，還具有貼合緊密一體化，防水效果好，外觀平整，聲學振動性能好的優點，既保證了強度，又保證了韌度。需要說明的是t系列和m系列是日本東麗公司的碳纖維型號，屬於行業標準，本領域技術人員可以輕鬆獲取這兩種系列的碳纖維材料。

本發明採用碳纖維材料來製備球頂，材料比強度大，在提供相同強度的情況下可減小球頂厚度，材料耐擠壓，可以和音膜一體成形，材料為實體，不會吸水，防水效果更好。碳纖維層與層之間粘接效果好，不易分層。

具體地，參見圖1，本發明實施例中碳纖維球頂100，包括第一碳纖維層110和設置在所述第一碳纖維層110上的第二碳纖維層120，第一碳纖維層中110和第二碳纖維層120中含有碳纖維預浸料，第一碳纖維層110中碳纖維預浸料和所述第二碳纖維層120中的碳纖維預浸料中的碳纖維不同，如，第一碳纖維層110中碳纖維預浸料採用t系列碳纖維的預浸料，如t300、t400、t700等；第二碳纖維層120中的碳纖維預浸料採用m系列碳纖維的預浸料，如m30、m35、m40、m45、m50、m55等，或者相反亦可，通過高溫高壓處理使得第一碳纖維層110中的預浸樹脂和第二碳纖維層120中預浸樹脂固化形成一體複合層，既保證了材料的強度，又保證了材料的韌度，保證了振動性能，同時t系列的碳纖維表面光滑，減少了振動噪音，提供了較高的聲學品質。

本發明實施例中的碳纖維球頂不僅可以包括兩層碳纖維層，也可包括兩層以上的碳纖維層，如三層碳纖維層、四層碳纖維層、五層碳纖維層或者更過層，但是需要保證，多層碳纖維層中的碳纖維預浸料採用了至少兩種材質的碳纖維料，如，同時包括t系列的碳纖維料和m系列的碳纖維料，具體碳纖維料材質型號可根據產品需要進行設置。本發明實施例中的碳纖維球頂採用了多層碳纖維預浸料進行複合，能夠提供較好的力學強度，同時厚度也較薄，具有複合性能，即能保證強度，又能保證振動韌度，本發明實施例中的碳纖維球頂的厚度在40～250um之間，既保證了強度，也保證了製造的方便性；同時本發明的實施例中的碳纖維球頂在保證了力學強度之外，還能提供較高的聲學品質，由於採用的是同一種材質屬性製備的球頂，保證了發聲的純度，特別是當碳纖維球頂的厚度在80～150um時，能夠保證了具有較好的頻率特性，能夠覆蓋更高的發聲範圍。

如圖2所示，為具有三層碳纖維複合層的球頂，圖3為具有四層碳纖維複合層的球頂結構；圖2中的碳纖維球頂200可採用三種種類型號的碳纖維，比如最上層採用t系列碳纖維預浸料210，如t500碳纖維，中間的用m系列碳纖維浸料220，如m55碳纖維，最下面用t系列碳纖維預浸230，如t300碳纖維，複合成一體材料，具有高強度，同時不易破碎。圖3中的碳纖維球頂結構300可採用四種種類型號的碳纖維，最上層採用t300碳纖維預浸料310，中間採用m35和m55碳纖維預浸料320、330，最下層採用t400碳纖維預浸料340，其中中間兩層m系列的碳纖維保證了球頂結構的韌性，保證了球頂結構在長期振動的壽命，防止破碎的情況發生，進一步還可採用單向帶，設置纖維分布方向垂直，保證了各個方向受力均衡，通過高溫高壓處理複合後，形成一體結構，強度高，不易破碎，同時外層的t系列的碳纖維強度高，保證了整體強度，同時t系列碳纖維預浸料固化後形成光潔外觀，減少了振動時產生的噪音。

本發明實施例中球頂結構採用多層的碳纖維，可採用單向帶、編織布、或者更多向的編織的碳纖維布，各層之間纖維方向形成一定角度，保證了各個方向的承受力能力，層與層之間夾角設置成0度～90度，如，相鄰層設置成30度，45度，60度等。

本發明實施例球頂結構的複合層中層與層之間使用不同材料，更有利於滿足產品需求，如單純的m55系列的碳纖維，很難製作100um外觀平整的碳纖維球頂。如圖4所示，本發明實施例提供了一種具有三層碳纖維複合層的碳纖維球頂400，包括位於中間的m55碳纖維預浸料410，兩面使用t300碳纖維編織布預浸料420、430，所述m55碳纖維預浸料410厚度為80um,碳纖維編織布預浸料420、430的厚度為10um，這樣，80um的m55碳纖維的保證了振動彈性，保證了恢復性能，又因表層的t300碳纖維的存在使外觀平整。本發明實施例中的碳纖維球球頂結構中的碳纖維層的厚度可以相同，也可以不同，相鄰層厚度之比可設置在1：20～1：1之間。

本發明中的碳纖維預浸料包括了碳纖維材料和預浸樹脂包括碳纖維材料和預浸樹脂，所述碳纖維預浸料可以在纖維延伸方向，即纖維方向能夠承受較大受力，在纖維方向垂直的方向上能夠承受較弱受力，但通過與樹脂固化後大大增強承受力的能力，具體地，所述預浸樹脂包括：環氧樹脂、聚醚醚酮(peek)、聚醯亞胺(pi)、聚苯硫醚(pps)、聚對苯撐苯並二噁唑(pbo)、聚對苯二甲醯對苯二胺(芳綸1414)中的一種或多種；所述碳纖維材料的拉伸模量大於200gpa，所述碳纖維材料由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維「外柔內剛」，質量比金屬鋁輕，但強度卻高於鋼鐵，並且具有耐腐蝕、高模量的特性，實踐中，可以採用包括東麗的t系列t300以上、m系列所有，以及相同強度級別的其他系列和其他供應商的材料。使得本發明的球頂結構力學性能得到很大提升，同時重量減輕，厚度變薄，通過緊密貼合使得防水效果更好。

製造時，僅需將碳纖維預浸料相互貼合即可，由於碳纖維預浸料上自帶粘性，不需額外的粘接劑即能實現粘接，粘接之後通過高溫高壓處理，使得所述碳纖維預浸料中的預浸樹脂固化，進一步地提升了粘接的強度，貼合更加緊密，同時保證了固化後的碳纖維單向帶預浸料強度進一步提升，保證了球頂結構的受力強度，固化後的樹脂進一步提升了所述球頂結構的高頻性能。同時採用了碳纖維後，使得球頂結構的厚度整體減小，提供了振動性能保證了聲音品質，同時節省了產品空間。另，由於碳纖維預浸料中的樹脂固化後能夠使得球頂結構的表面光滑，且由於固化後的樹脂強度硬不易產生刮痕，使得所述碳纖維球頂結構更加美觀。

本發明中的球頂可為平板狀，也可設置有半球形結構，具體地，為了進一步提升高頻性能，還可將所述碳纖維球頂結構設置成具有半球形的結構，如圖5所示，本發明的一些實施例提供了一種碳纖維球頂500，包括m55碳纖維預浸料510，位於碳纖維單向帶預浸料510兩側的t300碳纖維預浸料540，通過將m55碳纖維預浸料510與所述t300碳纖維預浸料高溫高壓複合形成球頂結構，所述球頂結構包括凸包結構520，和平板結構530，所述平板結構設置在所述凸包結構的四周。

在形成好本發明的碳纖維球頂後，經過切割形成需要的形狀，如採用雷射切割、切邊模衝切、模切機模切等技術切割成型，再與音膜粘合，如採用背膠、打膠等方式形成振動組件，最後裝配成揚聲器。

本發明另一方面，為了製造上述實施例中的力學性能、聲學性能優異，製作外觀精美的碳纖維球頂，提供了一種製作方法，此製造方法工藝簡單、可靠，所製得的球頂性能優異。具體地，如圖6所示，本發明的實施例提供了一種碳纖維球頂的製造方法，包括如下步驟：包括如下步驟，m101利用預浸樹脂預浸至少兩種碳纖維材料形成碳纖維預浸料；m102將所述預浸後的碳纖維材料相互貼合，由於預浸後的碳纖維材料具有粘性，不需額外的粘膠即可進行貼合，操作簡便；m103再經過高溫高壓處理即可將所述碳纖維帶緊密貼合，工藝簡單、可靠。所述預浸樹脂包括：環氧樹脂、聚醚醚酮(peek)、聚醯亞胺(pi)、聚苯硫醚(pps)、聚對苯撐苯並二噁唑(pbo)、聚對苯二甲醯對苯二胺(芳綸1414)中的一種或多種。

本發明中的球頂製造方法僅通過簡單粘貼即能形成複合層，再通過高溫高壓進行強化，獲得力學性能、聲學性能優異，不易分層的球頂結構，同時能夠保證美觀，防水效果更好，本實施例中的方法簡單、易操作，對設備的要求低，具有廣泛的使用前景。

以上所述的僅是本發明的實施方式，在此應當指出，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明創造構思的前提下，還可以做出改進，但這些均屬於本發明的保護範圍。