碳纖維復(fù)合材料在樂器中的有效應(yīng)用分析

張婷婷

摘要：碳纖維材料的產(chǎn)生已經(jīng)有上百年的歷史，其在應(yīng)用過程中已經(jīng)經(jīng)過數(shù)代的革新發(fā)展，并且其應(yīng)用范圍也從傳統(tǒng)的航空航天和汽車制造等行業(yè)不斷拓展化工、機械和體育等各種行業(yè)的發(fā)展中，為人類社會物質(zhì)生活水平的提高起到了極大的促進作用，甚至有人將二十一世紀(jì)稱為是“碳時代”。隨著碳纖維復(fù)合材料在樂器制造中的應(yīng)用開始深入，其對樂器制造水平的提升也起到了很大的幫助，文章從碳纖維復(fù)合材料在樂器制造中展現(xiàn)的特性出發(fā)，分析其有效應(yīng)用的成果，從而為其應(yīng)用水平的提高和應(yīng)用范圍的拓展做出貢獻。

關(guān)鍵詞：碳纖維復(fù)合材料;樂器;應(yīng)用

中圖分類號：TQ342+.742文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）07-0081-03

碳纖維材料在發(fā)展應(yīng)用過程中，其結(jié)構(gòu)組合方式不斷得以拓展，應(yīng)用性能也在各個方面得到同步提升，從而在機械設(shè)備、建筑領(lǐng)域和問題醫(yī)療行業(yè)等普通民用行業(yè)中得到了廣泛的發(fā)展，就其在樂器制造事業(yè)中的發(fā)展水平而言，目前還處于前期的發(fā)展階段，其應(yīng)用范圍還存在較大的限制，強化在這方面的研究，對碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用范圍的推廣和技術(shù)的提升具有重要的意義。

1 碳纖維復(fù)合材料的發(fā)展歷程及其應(yīng)用特征

1.1碳纖維復(fù)合材料的發(fā)展歷程

碳材料的應(yīng)用具有較為悠久的歷史，從其作為能源的歷程開始，到應(yīng)用于藝術(shù)創(chuàng)作和火藥和醫(yī)藥行業(yè)之中，經(jīng)歷了漫長的發(fā)展過程。直到十九世紀(jì)末期階段，隨著人造石墨的發(fā)現(xiàn)和石墨電極材料的研制成功，才真正拉開了現(xiàn)代碳材料生產(chǎn)的序幕。目前在碳材料的研究應(yīng)用上，已經(jīng)進入了深度和廣度兩個發(fā)展方向。深度的發(fā)展是指通過物理和化學(xué)的方法來改變碳原子的分布結(jié)構(gòu)，或者通過其比例的不斷調(diào)整，從而提升碳材料的應(yīng)用性能，使其能夠滿足更多行業(yè)的應(yīng)用需求。廣度的方向是指通過相關(guān)的試驗，將不同的碳材料種類應(yīng)用于各種行業(yè)的生產(chǎn)之中，用其替代傳統(tǒng)的制造材料，從而使制造出來的產(chǎn)品能夠達到更加優(yōu)越的性能。兩個方向發(fā)展方向的不同并無優(yōu)劣之分，其主要的區(qū)別在于對碳材料的研究方式不同，但其最終目的都是為了提升人類生產(chǎn)生活的品質(zhì)。

1.2碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用特征

碳材料的應(yīng)用歷史之所以具有悠久的歷史，并且其應(yīng)用范圍還在逐漸擴展，就是由于其在不同結(jié)構(gòu)和組合方式下，能夠達到各種不同材料所擁有的優(yōu)良性質(zhì)，從而滿足社會生產(chǎn)行業(yè)的各種需要。相對于傳統(tǒng)的金屬、陶瓷和高分子等固體材料，碳纖維復(fù)合材料具有比強度高、比模量高等各方面的優(yōu)勢，并且其生物相容性比較好;在力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和電熱傳導(dǎo)性上，碳纖維材料也有其他材料所不能具備的特征;就其在普通工業(yè)產(chǎn)品中的制造優(yōu)勢而言，其具有密度低、耐摩擦和耐腐蝕等方面的特點，并且在與其他材料進行再次復(fù)合設(shè)計時，還能夠達到較高的結(jié)構(gòu)可設(shè)計性。從這些方面而言，碳纖維復(fù)合材料能夠具有廣泛的應(yīng)用范圍，并且在替代傳統(tǒng)制造材料過程中，還能夠根據(jù)需要進行有針對性的設(shè)計，從而使產(chǎn)品的性能朝著更高方向發(fā)展。

2 碳纖維復(fù)合材料在樂器中應(yīng)用的意義

音樂是人類社會進化過程中所形成的一種能夠表達現(xiàn)實生活情感的藝術(shù)，樂器表演在音樂表達方式中是一種重要的展現(xiàn)形式。樂器表演效果與其制作材料之間存在著密切的聯(lián)系，在二十世紀(jì)中期，相關(guān)技術(shù)人員在樂器材料的研究上取得了較大的突破，并在實際應(yīng)用中逐漸朝著專業(yè)化、高端化的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的樂器制造，其材料主要是以木材為主，在制造過程中不僅對材料本身的缺陷方面具有較高的要求，而且對于高端樂器的制造，還對木材的密度、年輪寬度和年輪數(shù)等方面有著明確的要求，這就使得能夠應(yīng)用于樂器制造的木材范圍受到極大的限制。而在采用碳纖維復(fù)合材料的情況下，能夠通過材料本身的數(shù)據(jù)顯示出其在樂器制造過程中的替代性能，相對于木材等其他材料而言，在物理性能和化學(xué)性能上，具有更大的優(yōu)勢，因此可以逐步替代木材材料的應(yīng)用。

3 碳纖維復(fù)合材料在樂器生產(chǎn)中的性能優(yōu)勢

3.1環(huán)境適應(yīng)性好

采用木材等傳統(tǒng)材料制成的樂器，在溫度、空氣濕度和光照等外部氣候因素的影響下，會產(chǎn)生細微的形變，進而導(dǎo)致音色的變化，在防護措施不到位的情況下甚至還會對樂器造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害。此外，樂器本身在演奏過程中，還會受到自身力學(xué)結(jié)構(gòu)的影響，木質(zhì)結(jié)構(gòu)本身的回復(fù)能力較弱，長期的演奏過程會使其產(chǎn)生一定程度的形變，如果不能進行科學(xué)維護，會使其產(chǎn)生跑音的現(xiàn)象，從而對演奏效果產(chǎn)生較大的影響。而在采用碳纖維復(fù)合材料的情況下，可以充分發(fā)揮其強度高、耐腐蝕性好的特點。碳纖維復(fù)合材料本身具有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在受到外力作用時，其能夠?qū)⑵茐淖饔镁窒拊谳^小的范圍之內(nèi)，從而防止樂器本身受到整體性的破壞，減少意外性損傷對樂器的破壞作用。同時碳纖維復(fù)合材料還具有較強的環(huán)境適應(yīng)性，在有機溶劑和酸、堿等不同的化學(xué)環(huán)境的破壞下，所產(chǎn)生的影響很小，具有更強的化學(xué)穩(wěn)定性，從而能夠極大的延長其使用壽命。

3.2可塑性強.生產(chǎn)效率高

根據(jù)碳纖維復(fù)合材料的具體性能不同，其成型技術(shù)有多種形式，一般情況下能夠應(yīng)用于樂器制造的方式有拉擠成型和、擠壓成型和RTM成型技術(shù)。采用這些成型工藝，能夠通過工藝控制和模具化生產(chǎn)的方式，完美的復(fù)制出其生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，并且在需要的情況下還可以達到批量生產(chǎn)的要求。采用這種生產(chǎn)方式，改變了傳統(tǒng)樂器生產(chǎn)工藝中的烘干和粘連等流程，減少了木材和皮革等材料的養(yǎng)成過程，減少了其中不必要的周轉(zhuǎn)過程，在保證生產(chǎn)質(zhì)量的同時，極大的減少了樂器制作的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，提高了生產(chǎn)效率。

3.3保持音色的穩(wěn)定性

對于樂器制作而言，其最重要的方面是要能夠確保其音色能夠達到長期穩(wěn)定的要求。在采用木質(zhì)材料的情況下，對于其日常保養(yǎng)工作具有較高的要求。大多數(shù)樂器實際演奏的時間比例都會很小，在非演奏時間段內(nèi)要將其放置在恒溫恒濕的環(huán)境中，以減少外部環(huán)境變化對其帶來的慢性影響。對于木質(zhì)樂器而言，其存在較大方面的缺陷就是隨著使用年限的不斷增加，由于自身材料方面的影響，其自身的音色品質(zhì)必將會發(fā)生一定程度的變化，從而影響其演奏質(zhì)量。而在采用碳纖維復(fù)合材料的情況下，由于其具有強尺寸穩(wěn)定性的特點，在室溫環(huán)境下，其熱膨脹系數(shù)為負(fù)，在200℃至400℃之間，其熱膨脹系數(shù)趨近于零。這就使得碳纖維復(fù)合材料制作的樂器能夠長期保持音色的穩(wěn)定性。

3.4具有極大的環(huán)保效應(yīng)

樂器制造對木材本身的品質(zhì)具有嚴(yán)格的質(zhì)量要求，尤其是在高端樂器和特種樂器的制造中，必須采用特定的樹種材料，在生產(chǎn)過程中對大自然會造成相當(dāng)嚴(yán)重的破壞作用，進而破壞到植被與動物的生存環(huán)境。在采用碳纖維復(fù)合材料的情形下，能夠?qū)⒛举|(zhì)材料的應(yīng)用水平降到最低，從而起到科學(xué)環(huán)保的作用，減少由此給自然環(huán)境造成的破壞和對人類生活帶來的危害。

4 碳纖維復(fù)合材料在樂器領(lǐng)域中的應(yīng)用實例

4.1碳纖維在吉他中的應(yīng)用

在國際樂器行業(yè)的發(fā)展中，將碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于吉他的制造，已有數(shù)十年的歷史，其最早的應(yīng)用是來自于英國市場上出現(xiàn)的“無音品”膠合滑音碳纖維電吉他。隨著我國相關(guān)行業(yè)人士在這方面的研究力度不斷加大，也出現(xiàn)了一些具有代表性的產(chǎn)品，其中尤以連云港鷹游紡機有限責(zé)任公司相關(guān)技術(shù)人員的探究最為深入，其通過深入研究并不斷提升制造工藝，已經(jīng)生產(chǎn)出剛?cè)岵?，并且具有特殊音色的電吉他。同時，該公司還能夠生產(chǎn)出具有自身特色的小提琴和音箱，極大的促進了碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域。就目前的技術(shù)發(fā)展水平而言，采用碳纖維復(fù)合材料制作的吉他具有音調(diào)優(yōu)美，節(jié)奏歡快等方面的優(yōu)點，并且在演奏開始之前，不需要進行調(diào)音。

4.2碳纖維在小提琴中的應(yīng)用

加拿大某公司在小提琴的制作工藝中，將碳纖維應(yīng)用于音響箱的部位，不僅提升了樂器的音色性能，還提高了小提琴在不同濕熱環(huán)境中應(yīng)用水平。由于采用碳纖維復(fù)合材料能夠?qū)鹘y(tǒng)的手工制作的環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械生產(chǎn)的方式，極大的節(jié)約了制造時間，提升了其制作效率，降低了其生產(chǎn)成本。

4.3碳纖維在樂器零部件中的應(yīng)用

音樂是人類社會共同擁有的藝術(shù)形式，不同民族所具有的音樂特色也各有不同，將碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于樂器行業(yè)之中，不可能直接取代樂器的所有制造環(huán)節(jié)。在目前的研究過程中，其主要研究的方向使集中于損耗較大的構(gòu)件中。例如在多數(shù)的弦樂器演奏過程中，其主要的木質(zhì)構(gòu)件就是弓桿，并且其原本的制造工藝比較復(fù)雜，在制作過程中質(zhì)量控制要求難度比較大，對于制作人員的技術(shù)依賴性比較強，在采用碳纖維復(fù)合材料的情況下，可以對這些問題進行有效的規(guī)避，從而提升了弓桿部分的制造質(zhì)量。鋼琴也是世界范圍內(nèi)流傳較為廣泛的樂器之一，其在演奏過程中對音色影響較大的結(jié)構(gòu)時擊弦機部位。在原本的制造工藝中，這一部分的零部件主要是采用木質(zhì)結(jié)構(gòu)，在實際使用過程中，由于其受到外界環(huán)境的影響，大多數(shù)情形下都會產(chǎn)生變形和脫膠等不同類型的問題，進而影響到鋼琴的演奏效果，在某些情況下，還會使鋼琴直接損壞。目前我國和日本的相關(guān)鋼琴生產(chǎn)廠家在這方面的生產(chǎn)過程中，已經(jīng)取得了階段性的成果，在利用碳纖維復(fù)合材料的情形下，有效的解決了這方面的問題。當(dāng)然，目前將碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于不同樂器的零部件生產(chǎn)過程中，還大多數(shù)是處于初步研發(fā)階段，對于各種碳纖維材料應(yīng)用的特性，還需要進一步深入研究，并對其缺陷部分進行有效的規(guī)避，以此才能夠真正提升其在樂器零部件生產(chǎn)中的應(yīng)用程度。

5 結(jié)語

碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用范圍不斷擴展，其所具有的特性也隨著研究深度的逐漸加深而不斷變化，將其科學(xué)的應(yīng)用于樂器的制造行業(yè)中，對于樂器行業(yè)乃至音樂藝術(shù)的發(fā)展，都具有重要的意義。在未來的發(fā)展過程中，必將會有越來越多的新型碳纖維材料被研發(fā)出來，在和其他復(fù)合材料結(jié)合應(yīng)用之下，將會取得卓有成效的成果。