一种声学增强复合材料及其制作方法和扬声器、电子设备与流程

本发明涉及一种声学增强复合材料及其制作方法和扬声器、电子设备，属于材料特别是电子声学材料。

背景技术：

1、手机、平板、笔记本电脑等电子产品越来越轻薄化，因此其使用的扬声器系统组件的谐振腔体也越来越小。众所周知，越来越小的扬声器的谐振腔体导致谐振频率升高、低频声压灵敏度降低，而消费者对手机、平板、笔记本电脑等电子产品的音频质量要求却越来越高。为了解决二者之间的矛盾，声学增强材料应运而生。

2、将能高效吸附和释放空气分子的多孔粉体材料通过成型技术制备成平均粒径为200-800μm的吸音颗粒，并将其填充于扬声器的腔体中，是提升小腔体扬声器音频质量的常规方法。但是这种方法，也具有一定的不足，例如：首先，现有技术通常通过罐装方式将吸音颗粒填充于扬声器的腔体，但是罐装过程比较困难。尤其是有些微型扬声器的谐振腔体空间非常小，其空间高度在数百微米的范围，在如此狭小的谐振腔体中定量填充吸音颗粒，几乎是不可能完成的工作。但往往窄小谐振腔体对低频的影响最大，也是最需要填充吸音材料的结构。其次，在扬声器工作过程中，传统吸音颗粒在腔体中高频振动并与腔体内壁碰撞，导致吸音颗粒出现破裂和碎粉的现象，损坏扬声器单体。此外，在现阶段的灌装工艺中，吸音颗粒仅能填充80％左右的扬声器模组后腔体积，不能充分利用后腔空间。

3、因此，提供一种新型的声学增强复合材料及其制作方法和扬声器、电子设备已经成为本领域亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决上述的缺点和不足，本发明的一个目的在于提供一种声学增强复合材料。

2、本发明的另一个目的还在于提供以上所述声学增强复合材料的制作方法。

3、本发明的又一个目的还在于提供一种扬声器，其后腔中装配有以上所述的声学增强复合材料。

4、本发明的再一个目的还在于提供一种电子设备，其扬声器后腔中装配有以上所述的声学增强复合材料。

5、为了实现以上目的，一方面，本发明提供了一种声学增强复合材料，其中，所述声学增强复合材料由纤维状材料相互交织而成，其内部具有三维网络结构，所述纤维状材料的表面通过沉淀助剂附着有多孔粉体材料。

6、在本发明提供的声学增强复合材料中，多孔粉体材料附着于三维网络结构中及声学增强复合材料的表面。

7、作为本发明以上所述声学增强复合材料的一具体实施方式，其中，以所述声学增强复合材料的总重量为100％计，所述纤维状材料的绝干质量占比为19.50-85.95％，所述多孔粉体材料的绝干质量占比为14.0-80.0％，所述沉淀助剂的绝干质量占比为0.05-0.5％。

8、本发明中，纤维状材料的直径或宽度越小，长径比越小，相同质量的前提下，该类纤维状材料的比表面积越大，意味着其有着更多的表面积与具有声学增强功能的多孔粉体材料相互作用；而纤维状材料的直径或宽度越大，长径比越大，意味着该类纤维状材料间的相互交织作用更丰富、形成的三维网络结构更加复杂，得到的声学增强复合材料的物理强度更好，但是若纤维状材料的直径或宽度太大，由其制得的声学增强复合材料的表面越粗糙，不平整，而纤维状材料的长径比太大，则纤维状材料很难在水中分散，纤维状材料相互缠绕，难以分散成单根纤维。据此，作为本发明以上所述声学增强复合材料的一具体实施方式，其中，所述纤维状材料的直径或宽度范围为8-70μm，长径比范围为8-500，优选为8-150。本发明中，“长径比”是指纤维状材料的长度与直径的比值，在一些特殊的纤维状材料中，“长径比”也可理解为其长度与宽度的比值。

9、作为本发明以上所述声学增强复合材料的一具体实施方式，其中，所述纤维状材料包括有机纤维。

10、作为本发明以上所述声学增强复合材料的一具体实施方式，其中，所述有机纤维包括亲水性天然纤维和化学合成纤维等，其中，亲水性天然纤维和化学合成纤维的绝干质量比为100-80:0-20，优选为100-95:0-5，优选地，所述有机纤维为亲水性天然纤维。

11、作为本发明以上所述声学增强复合材料的一具体实施方式，其中，所述化学合成纤维包括未经亲水改性的化学合成纤维和/或对未经亲水改性的化学合成纤维进行亲水改性得到的亲水改性化学合成纤维等，优选为亲水改性化学合成纤维；

12、其中，所述未经亲水改性的化学合成纤维包括聚丙烯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯纤维、聚酯纤维、聚乳酸纤维、聚醚醚酮纤维、聚苯硫醚纤维及聚丙烯腈纤维等中的一种或者几种的组合。

13、本发明对化学合成纤维进行亲水改性使用的亲水改性试剂不做具体要求，可根据实际作业需要进行合理选择。例如在本发明的一些实施例中，所述亲水改性试剂可为马来酸酐，相应地，亲水改性化学合成纤维可为马来酸酐改性聚丙烯纤维或马来酸酐改性聚酯纤维等。

14、本发明使用的化学合成纤维的特点在于：相互间没有显著的作用力，如氢键作用和静电引力等，其密度较低，该类纤维状材料间的机械交织作用力是主要的相互作用力，可构建孔隙率高的三维空间结构，即三维网络结构，有助于空气的流通。

15、作为本发明以上所述声学增强复合材料的一具体实施方式，其中，所述化学合成纤维的截面形状包括圆形、扁平状或异形形状等，其中异形形状包括十字结构、皮芯结构、三角形结构、三叶草结构、王字结构、y形结构或中空结构等。

16、作为本发明以上所述声学增强复合材料的一具体实施方式，其中，所述亲水性天然纤维包括植物纤维、再生纤维素纤维及细菌纤维等中的一种或者几种的组合，其中，植物纤维、再生纤维素纤维及细菌纤维的绝干质量比为100-60:0-30:0-10，优选为100-85:0-10:0-5。

17、本发明使用的亲水性天然纤维包括植物纤维、再生纤维素纤维及细菌纤维，这些纤维状材料的化学结构中含有较多的亲水性基团，例如：羟基、羧基等。将由亲水性天然纤维制成的声学增强复合材料装配于扬声器后腔，实际使用过程中，空气中的水分子会优先被亲水性天然纤维吸收固定，从而降低多孔粉体材料粒子因水分子而带来的性能衰减，充分提高了声学增强复合材料在后腔内的使用寿命。

18、作为本发明以上所述声学增强复合材料的一具体实施方式，其中，根据直径或宽度的不同，所述植物纤维可分为两类，包括细类植物纤维和/或粗类植物纤维，其中，细类植物纤维的直径或宽度范围为大于等于8μm且小于30μm，粗类植物纤维的直径或宽度范围为30-70μm；

19、粗类植物纤维和细类植物纤维的绝干质量比为100-0:0-100，优选为100-30:0-70。

20、作为本发明以上所述声学增强复合材料的一具体实施方式，其中，所述植物纤维的长径比为8-150。

21、作为本发明以上所述声学增强复合材料的一具体实施方式，其中，所述植物纤维为以天然植物为原料制得的纤维状材料，其中所述天然植物包括针叶木、阔叶木、麻、竹、稻草、甘蔗渣、芦苇及棉等中的一种或者几种的组合。

22、其中，由天然植物制备植物纤维的方法为常规方法，可根据天然植物的特性以及目标植物纤维的性能等合理调整其制备方法。例如，在本发明的一些实施例中，所述制备方法包括：去除天然植物中的木质素和大部分半纤维素，经过漂白处理或未经过漂白处理，得到以纤维素为主的纤维状材料，即所述植物纤维。

23、本发明中，所述再生纤维素纤维为对天然植物来源的纯度较高的纤维素进一步加工得到的纤维状纤维材料。作为本发明以上所述声学增强复合材料的一具体实施方式，其中，所述再生纤维素纤维包括粘胶纤维、莫代尔纤维、莱赛尔纤维、醋酸纤维、铜氨纤维及天丝纤维等中的一种或者几种的组合。

24、本发明中，所述细菌纤维为细菌微生物来源的纤维状材料，其是利用生物方法制备而成的纤维。作为本发明以上所述声学增强复合材料的一具体实施方式，其中，所述细菌纤维包括以细菌生长繁殖需要的营养物质为原料，在一定的条件下，由微生物合成的纤维素纤维，其中所述微生物包括醋酸菌属、土壤杆菌属、根瘤菌属或八叠球菌属等。

25、作为本发明以上所述声学增强复合材料的一具体实施方式，其中，所述纤维状材料可以选用一种有机纤维，也可以选用多种有机纤维的组合，还可以选用不同直径或宽度，及/或不同长径比的有机纤维的组合，优选地，所述纤维状材料包括两种或多种不同直径或宽度，及/或不同长径比的有机纤维的组合。

26、本发明使用的多孔粉体材料具有声学增强功能，可选用本领域常用于制备声学增强功能材料的多孔粉体材料。作为本发明以上所述声学增强复合材料的一具体实施方式，其中，所述多孔粉体材料包括沸石分子筛、活性二氧化硅、活性炭、表面多孔的碳酸钙、表面多孔的硅酸钙、氧化铝、水凝胶及气凝胶等中的一种或者几种的组合。

27、作为本发明以上所述声学增强复合材料的一具体实施方式，其中，所述沸石分子筛的粒径为0.5-10μm，包含孔径为0.3-0.7nm的微孔以及孔径为10-30nm的介孔。

28、作为本发明以上所述声学增强复合材料的一具体实施方式，其中，所述沸石分子筛包括mfi结构分子筛、fer结构分子筛、cha结构分子筛、mel结构分子筛、ton结构分子筛及mtt结构分子筛等中的一种或几种的组合。

29、作为本发明以上所述声学增强复合材料的一具体实施方式，其中，所述沉淀助剂包括聚丙烯酰胺、淀粉、聚乙烯亚胺、聚酰亚胺及瓜尔胶等中的一种或几种的组合。

30、作为本发明以上所述声学增强复合材料的一具体实施方式，其中，所述声学增强复合材料的克重范围为50-1200g/m2。

31、作为本发明以上所述声学增强复合材料的一具体实施方式，其中，所述声学增强复合材料的形状包括片状、块状或不规则形状等。在应用该声学增强复合材料时，本领域技术人员可以根据需要合理选择合适形状的声学增强复合材料。另，本领域技术人员也可以在本发明提供的制作方法的基础上结合现有常规手段获得目标形状的声学增强复合材料。

32、另一方面，本发明还提供了以上所述声学增强复合材料的制作方法，其中，所述制作方法包括：

33、步骤一：将纤维状材料、多孔粉体材料及沉淀助剂分别分散于水中，得到纤维状材料分散液、多孔粉体材料分散液及沉淀助剂分散液；

34、步骤二：将多孔粉体材料分散液加入到纤维状材料分散液中混合均匀，再加入沉淀助剂分散液混合均匀，以使纤维状材料相互交织并同时将多孔粉体材料沉淀在纤维状材料的表面；

35、步骤三：对步骤二所得混合液进行过滤，得到前体材料；

36、步骤四：再对所述前体材料进行干燥，得到声学增强复合材料。

37、作为本发明以上所述制作方法的一具体实施方式，步骤一中，以纤维状材料分散液的总重量为100％计，其中纤维状材料的绝干质量浓度为0.5-4％。

38、作为本发明以上所述制作方法的一具体实施方式，步骤一中，以多孔粉体材料分散液的总重量为100％计，其中多孔粉体材料的绝干质量浓度为1-50％。

39、作为本发明以上所述制作方法的一具体实施方式，步骤一中，以沉淀助剂分散液的总重量为100％计，其中沉淀助剂的绝干质量浓度为0.01-4.00％。

40、作为本发明以上所述制作方法的一具体实施方式，步骤一中，所述水包括去离子水、蒸馏水、反渗透水中的一种或多种的混合水。

41、作为本发明以上所述制作方法的一具体实施方式，步骤二中，为了实现更快、更好地混合均匀，该步骤在搅拌的条件下进行。步骤二中，纤维状材料的相互交织和多孔粉体材料在纤维状材料表面的沉淀是同时进行的。

42、作为本发明以上所述制作方法的一具体实施方式，步骤三中，对步骤二所得混合液进行过滤，以初步去除混合液中的水分，所得材料的含水量可为10-80wt％。步骤三中的过滤为常规操作，可根据现场实际作业情况进行调整。例如在本发明的一些实施例中，所述过滤为抽滤。

43、本发明可以通过步骤三中的过滤操作控制所得声学增强复合材料的形状。如在步骤三中进行多次过滤，则材料堆叠的厚度就会变大，成为块状声学增强复合材料，即本发明可以通过过滤控制声学增强复合材料的厚度；另，也可以根据需要选用不同形状的模具进行过滤，以获得不规则形状的声学增强复合材料，当然也可以对干燥后得到的块状或者不规则形状的声学增强复合材料进行裁剪，以获得不规则形状的声学增强复合材料。

44、作为本发明以上所述制作方法的一具体实施方式，步骤四中，所述干燥为常规操作，可根据现场实际作业情况进行调整，只要保证可去除前体材料中的水分即可。例如在本发明的一些实施例中，所述干燥为采用真空冷冻干燥机或者鼓风干燥箱等设备对所述前体材料进行干燥。

45、水性体系中，具有声学增强功能的多孔粉体材料和纤维状材料间没有作用力。因此在制作所述声学增强复合材料时使用了沉淀助剂，该沉淀助剂自身具有粘性和粘附作用，可将多孔粉体材料的粒子沉淀在纤维状材料的表面。

46、又一方面，本发明还提供了一种扬声器，包括一个或多个声学传感器、一个或多个外壳，所述一个或多个声学传感器与所述一个或多个外壳组合形成扬声器后腔，其中，所述扬声器后腔中装配有以上所述的声学增强复合材料。

47、再一方面，本发明还提供了一种电子设备，其中，所述电子设备的扬声器后腔中装配有以上所述的声学增强复合材料。

48、作为本发明以上所述电子设备的一具体实施方式，其中，所述电子设备包括智能手机、tws耳机、头戴式耳机、智能眼镜、智能手表、vr设备、ar设备、平板电脑或轻薄笔记本电脑等。

49、与现有技术相比，本发明能达成的有益技术效果包括：

50、1、高效量产：本发明在无需使用特殊设备和特殊原料及化学品的前提下可高效量产制备声学增强复合材料。

51、2、任意裁切：可以根据扬声器后腔腔体的大小和尺寸，将声学增强复合材料裁切成所需的形状，并填充于扬声器的后腔中。

52、3、声学性能高效：本发明提供的声学增强复合材料具有高效的声学性能，对单位质量的具有声学增强功能的多孔粉体材料而言，其声学性能优于市场上常用的声学增强颗粒。

53、4、本发明提供的声学增强复合材料具有稳定的声学性能，按照团体标准《微型扬声器用多孔吸声颗粒》(标准编号：t/ceca 78-2022)中的7.8.4部分记载的技术内容对其进行高温高湿存储后，其声学性能没有任何损失。