CN103280210A - 一种用碳纤维复合材料制作小提琴的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用碳纤维复合材料制作小提琴的方法，小提琴模具设计为开放式成型模具，包括制作小提琴面板的小提琴盖模和用来制造小提琴琴头、琴颈、侧板、背板四个部分的小提琴主体模。通过模具准备、裁料、铺叠、组合和装袋、整理、热压固化、出烘箱脱模以及修整等工序制作而成。碳纤维小提琴模仿木材的声学效果，利用碳纤维复合材料的可设计性好、强度大、模量高、质地轻而硬的特点制成。碳纤维小提琴选用国产碳纤维，不受资源限制，面板和背板仿照木材声学效果采用不同的结构设计，并针对琴颈和琴箱部位进行补强处理。具有音色优美、不变形、不受潮、不开裂等特点，将彻底颠覆传统乐器行业，使小提琴焕发了新的光彩，给乐器的制作开拓出一条新道路。
Description
技术领域
本发明涉及一种小提琴的制作方法，特别是一种用碳纤维复合材料制作小提琴的方法。
背景技术
小提琴是一种拉弦乐器。它广泛流传于世界各国，是现代管弦乐队弦乐组中最主要的乐器，也是具有高难度演奏技巧的独奏乐器。传统制作小提琴的材料主要是优质名贵木材，对木材处理的要求很高，制作工艺十分复杂，使用者需时刻对小提琴进行精心保养。小提琴的面板要用鱼鳞云杉。出于对小提琴完美音色的不懈追求，高级琴所使用的面板不仅经过严格的挑选和测试，还都必须是经自然干燥十年以上的优质鱼鳞云杉，也有少量自然干燥五十年的好料，但因资源的日益短缺，五十年以上的老料已经很难得到了。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出了一种具有声音优美、不变形、不受潮、不开裂等特点的用碳纤维复合材料制作小提琴的方法。
本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，一种用碳纤维复合材料制作小提琴的方法，其特点是：
（一）首先制造小提琴的面板：
1）模具准备，用软质材料将小提琴面板模具轻轻擦拭干净，将模具预热到35℃，在模具上涂布脱模剂；
2）裁料，按样板裁剪带有保护膜的预浸料，剪切时必须注意预浸料的型号和纤维方向，面板选用3K 编织预浸布，规格为200g/m2，树脂含量43-45%，碳纤维单向预浸料选用规格为100 g/m2树脂含量 36-38% 材料；
3）铺叠
①首先在面板模具里铺3K 编织预浸布，形状与面板形状相同并往外放30-40mm留边便于脱模，此层材料厚度0.2mm；
②第二层铺碳纤维单向预浸料0°料，此块料边沿比面板模具小20-25mm ；
③第三层铺碳纤维单向预浸料0°料，宽50-55mm沿小提琴琴箱长度方向铺在面板模具中心；
④第四层铺碳纤维单向预浸料＋45°料,五层铺碳纤维单向预浸料－45°料，两层形状大小均与面板相同，此两层厚度和为0.2mm；
⑤第六层铺碳纤维单向预浸料0°料，形状大小与面板相同,此层厚度0.1mm。
在铺层时，每铺一层都要用工具将预浸料压实，赶除空气；
4） 组合和装袋
在铺叠完成的预浸料坯料上铺上吸脂棉，将模具连同胚料、吸脂棉组合装入真空袋,检查真空袋和周边密封是否良好；
5）整理
接好真空管路，预抽真空到0.01MPa，整理胚料和真空袋，确保小提琴面板每一个角落都能被压实；
6）热压固化
将真空袋系统组合到热压罐中，接好真空管路，关闭热压罐，抽真空、加热、加压固化；
7） 出烘箱脱模，取出小提琴面板进行修整；
8）在面板上胶合低音梁，雕刻f孔；
（二）、制造小提琴的琴头、琴颈、背板和侧板
小提琴琴头、琴颈、侧板和背板这四个部分用小提琴主体模具来实现，3K 编织预浸布，规格选用200g/m2，树脂含量40-41%，碳纤维单向预浸料选用规格为100g/m2 ，树脂含量为33-34%的材料：
用软质材料将小提琴面板模具轻轻擦拭干净，将模具预热到35℃，在模具上涂布脱模剂；按样板裁剪带有保护膜的预浸料；
1）铺叠
①首先在模具里背板位置铺3K 编织预浸布，形状大小与背板相同；在侧板位置贴3K 编织预浸布，侧板材料与背板部位搭接10-12mm，多出部分留边便于脱模；琴颈和琴头均采用3K编织布，在琴颈部位贴的料块宽出模具10-15mm的留边便于脱模，与侧板处搭接10-15mm；琴头侧面和底部均按模具侧面和底部形状分三块裁料后贴合，留有1mm搭接的宽度，此层材料厚度0.2mm；
②第二层在模具里背板位置铺碳纤维单向预浸料90°料，此块料边沿比背板模具小20-25mm ；琴颈和琴头部位均采用单向预浸料 0°料，在琴颈部位贴的料块宽出模具10-15mm留边便于脱模，与侧板处搭接10-15mm；琴头侧面和底部均按模具侧面和底部形状分三块裁料后贴合，留有1mm搭接的宽度，此层材料厚度0.1mm；
③第三层铺碳纤维单向预浸料0°料，宽50-55mm铺在背板模具中心；
④第四层铺碳纤维单向预浸料＋45°料,五层铺碳纤维单向预浸料－45°料，在模具背板位置铺料，形状大小与背板相同；琴颈和琴头均采用＋45°料和－45°料；在琴颈部位贴的料块宽出模具10-15mm留边便于脱模，与侧板处搭接10-15mm；琴头侧面和底部均按模具侧面和底部形状分三块裁料后贴合，留有1mm搭接的宽度，此层材料厚度0.2mm；
⑤第六、七层铺碳纤维单向预浸料，在模具里背板位置铺两层碳纤维单向预浸料90°料，形状大小与背板相同；在侧板位置贴碳纤维单向预浸料0°料两层，侧板料块与背板部位搭接10-12mm，并留有10-15mm留边便于脱模；在琴头和琴颈部位贴3K编织预浸布，宽出10-15mm留边便于脱模，与侧板处搭接10-15mm；此层材料厚度0.2mm；
在铺层时，每铺一层均要用工具将预浸料压实，赶除空气；
2）然后组合和装袋、整理、热压固化、出烘箱脱模、修整；
（三）用治具胶合提琴的面板和背板；
（四）补磨、涂装小提琴的表面，漆尽量做薄，减少漆对发音的影响；
（五）胶合指板，安装琴轴、琴马、琴弦、弦总、腮托配件。
其中所述的0°料是指碳纤维单向预浸料的碳丝方向同小提琴琴箱长度方向一致，90°料是指碳纤维单向预浸料的碳丝方向同小提琴琴箱长度方向垂直，＋45°料和－45°料是指碳纤维单向预浸料的碳丝方向与小提琴琴箱长度方向左右偏转的夹角为＋45°和－45°。
本发明与现有技术相比，碳纤维小提琴模仿木材的声学效果，利用碳纤维复合材料的可设计性好、强度大、模量高、质地轻而硬的特点制成。碳纤维小提琴选用国产碳纤维，不受资源限制，面板和背板仿照木材声学效果采用不同的结构设计，并针对琴颈和琴箱部位进行补强处理，具有音色优美、不变形、不受潮、不开裂等特点，将彻底颠覆传统乐器行业，使小提琴焕发了新的光彩，给乐器的制作开拓出一条新道路。
具体实施方式
一种用碳纤维复合材料制作小提琴的方法，
碳纤维小提琴的琴头、琴颈、琴箱为碳纤维，琴弓和配件为木质。琴箱为小提琴的主要构成部分，它由面板、背板和侧板等胶合而成。小提琴模具设计为开放式成型模具，一套小提琴模具分为两个部分，即用来制作小提琴面板的小提琴盖模和用来制造小提琴琴头、琴颈、侧板和背板这四个部分的小提琴主体模。
碳纤维小提琴模仿木材的声学效果，利用碳纤维复合材料的可设计性好、强度大、模量高、质地轻而硬的特点制成。碳纤维小提琴结构设计成木材的纹理结构，不同的纹理设计具有十分不同的弹性特性和发音频段特性。我们制作碳纤维小提琴面板多采用树脂含量较高的0°碳纤维预浸料，可以使面板稍微软些，接近鱼鳞云杉的木材特点，背板多采用树脂含量稍低的90°碳纤维预浸料，可以使背板稍微硬些，接近枫木的木材特点。
面板是小提琴最重要的部分，它不但能尽量地将由弦马传来的琴弦振动发挥出来，更重要的是它本身的振动也显著地加强着琴的声音，使之强而有力、优美动听。面板设计为中间厚、四周薄形状。按照鱼鳞云杉的密度，传递声波的频率要求，做出的面板传声速度可达5200米/秒以上。面板的弧度和厚度与面板的振动强弱有直接关系，从而对音响效果也有显著影响。本发明多采用0°预浸料铺设在面板上，因为0°预浸料拉伸性能是最优秀的，可以更好的抵抗四条张紧的琴弦产生30公斤的张力，面板的表面设计呈弧形可以抵抗琴马对面板10多公斤的压力，利于面板的振动。
小提琴的背板、侧板是构成琴箱的主要部分，背板的振动是靠音柱、侧板和琴内空气传导而产生的，当面板振动时，背板也随之振动。背板设计为中间厚、四周薄的形状，背板的厚薄，不仅影响本身的振动，同时也会改变它支撑音柱的强度，从而对面板的振动也产生影响，侧板厚度均匀一致即可。
具体制作方法如下：
（一）首先制造小提琴的面板：
1）模具准备，小提琴面板模具较小，用软质材料轻轻擦拭干净，将模具预热到35℃，在模具上涂布KT-1069脱模剂。
2）裁料，按样板裁剪带有保护膜的预浸料，剪切时必须注意预浸料的型号和纤维方向。面板选用3K 编织预浸布，规格为200g/m2，树脂含量43-45%，碳纤维单向预浸料选用规格为100 树脂含量 36-38% 材料，面板选用的材料树脂含量相对较高，这样才能与鱼鳞云杉的密实相一致，便于振动。
3）铺叠
①首先在面板模具里铺3K 编织预浸布，形状与面板形状相同并往外放30-40mm留边便于脱模，3K编织布外观可以显示碳纤维的高档，此层材料厚度0.2mm；
②第二层铺碳纤维单向预浸料0°料，此块料边沿比面板模具小20-25mm ；
③第三层铺碳纤维单向预浸料0°料，宽50-55mm沿小提琴琴箱长度方向铺在面板模具中心，此块料具有补强作用，抵抗因为四条张紧的琴弦产生约30公斤的张力；
④第四、五层铺碳纤维单向预浸料＋45°料和－45°料，形状大小同面板，此两层厚度和为0.2mm；
⑤第六层铺碳纤维单向预浸料0°料，形状大小同面板。此层厚度0.1mm。
在铺层时，每铺一层要用橡胶辊等工具将预浸料压实，赶除空气；
4）组合和装袋
在预浸料坯料上铺上吸脂棉，将模具连同胚料、吸脂棉组合装入真空袋，应检查真空袋和周边密封是否良好；
5）整理
接好真空管路，预抽真空到0.01MPa，整理胚料和真空袋，确保小提琴面板每一个角落都能被压实；
6）热压固化
将真空袋系统组合到热压罐中，接好真空管路，关闭热压罐，抽真空、加热、加压固化；
7） 出烘箱脱模，固化完成后，待冷却到室温后，将真空袋系统移出热压罐，去除各种辅助材料，取出小提琴面板进行修整。
8）在面板上胶合低音梁，雕刻f孔；
（二）、制造小提琴的琴头、琴颈、背板和侧板
小提琴琴头、琴颈、侧板和背板这四个部分用小提琴主体模具来实现，3K 编织预浸布，规格选用200g/m2，树脂含量40-41%，碳纤维单向预浸料选用规格为100g/m2 ，树脂含量为33-34%的材料：
用软质材料将小提琴面板模具轻轻擦拭干净，将模具预热到35℃，在模具上涂布脱模剂；按样板裁剪带有保护膜的预浸料；
①首先在模具里背板位置铺3K 编织预浸布，形状大小与背板相同，在侧板位置贴3K 编织预浸布，材料尺寸为55mm×1040mm，注意侧板材料与背板部位搭接10-12mm，多出部分留边便于脱模，琴颈和琴头均采用3K编织布，在琴颈部位贴的规格为160mm×80mm，宽出部分10-15mm留边脱模，与侧板处搭接10-15mm，琴头侧面和底部均按模具侧面和底部形状分三块裁料后贴合，留有1mm搭接的宽度，3K编织布外观显示碳纤维的高档，此层材料厚度0.2mm；
②第二层在模具里背板位置铺碳纤维单向预浸料90°料，此块料边沿比背板模具小20-25mm ；琴颈和琴头部位均采用单向预浸料 0°料，在琴颈部位贴的料规格为160mm×80mm，宽出部分10-15mm留边脱模，与侧板处搭接10-15mm。琴头侧面和底部均按模具侧面和底部形状分三块裁料后贴合，留有1mm搭接的宽度，此层材料厚度0.1mm；
③第三层铺碳纤维单向预浸料0°料，宽50-55mm铺在背板模具中心；
④第四、五层铺碳纤维单向预浸料＋45°料和－45°料，在模具背板位置铺料，形状大小与背板相同；琴颈和琴头均采用＋45°料和－45°料；在琴颈部位贴的料规格为160mm×80mm，宽出部分10-15mm留边脱模，与侧板处搭接10-15mm；琴头侧面和底部均按模具侧面和底部形状分三块裁料后贴合，留有1mm搭接的宽度，此层材料厚度0.2mm；
⑤第六、七层铺碳纤维单向预浸料，在模具里背板位置铺两层90°预浸布，形状大小与背板相同；在侧板位置贴0°预浸布两层，材料尺寸为55mm×1040mm，注意侧板材料与背板部位搭接10-12mm，多出部分留边便于脱模。在琴头和琴颈部位贴160mm×80mm的3K预浸布，宽出部分10-15mm留边脱模，与侧板处搭接10-15mm。此层材料厚度0.2mm；在琴头和琴颈部位贴3K是为了保证琴的外观都是3K布纹，整体协调一致。
在铺层时，每铺一层要用橡胶辊等工具将预浸料压实，赶除空气；组合和装袋、整理、热压固化、出烘箱脱模以及修整等同小提琴面板。
（三）用治具胶合提琴的面板和背板。
（四）补磨、涂装小提琴的表面，漆尽量做薄，减少漆对发音的影响。
（五）胶合指板，安装琴轴、琴马、琴弦、弦总、腮托配件。
所述的0°料是指碳纤维单向预浸料的碳丝方向同小提琴琴箱长度方向一致，90°料是指碳纤维单向预浸料的碳丝方向同小提琴琴箱长度方向垂直，＋45°料和－45°料是指碳纤维单向预浸料的碳丝方向与小提琴琴箱长度方向左右偏转的夹角为＋45°和－45°。
Claims (1)
1.一种用碳纤维复合材料制作小提琴的方法，其特征在于：
（一）首先制造小提琴的面板：
1）模具准备：用软质材料将小提琴面板模具轻轻擦拭干净，将模具预热到35℃，在模具上涂布脱模剂；
2）裁料：按样板裁剪带有保护膜的预浸料，剪切时必须注意预浸料的型号和纤维方向，面板选用3K 编织预浸布，规格为200g/m2，树脂含量43-45%，碳纤维单向预浸料选用规格为100 g/m2树脂含量 36-38% 材料；
3）铺叠
①首先在面板模具里铺3K 编织预浸布，形状与面板形状相同并往外放30-40mm留边便于脱模，此层材料厚度0.2mm；
②第二层铺碳纤维单向预浸料0°料，此块料边沿比面板模具小20-25mm ；
③第三层铺碳纤维单向预浸料0°料，宽50-55mm沿小提琴琴箱长度方向铺在面板模具中心；
④第四层铺碳纤维单向预浸料＋45°料,五层铺碳纤维单向预浸料－45°料，两层形状大小均与面板相同，此两层厚度和为0.2mm；
⑤第六层铺碳纤维单向预浸料0°料，形状大小与面板相同，此层厚度0.1mm，
在铺层时，每铺一层都要用工具将预浸料压实，赶除空气；
4）组合和装袋：在铺叠完成的预浸料坯料上铺上吸脂棉，将模具连同胚料、吸脂棉组合装入真空袋,检查真空袋和周边密封是否良好；
5）整理：接好真空管路，预抽真空到0.01MPa，整理胚料和真空袋，确保小提琴面板每一个角落都能被压实；
6）热压固化：将真空袋系统组合到热压罐中，接好真空管路，关闭热压罐，抽真空、加热、加压固化；
7）出烘箱脱模，取出小提琴面板进行修整；
8）在面板上胶合低音梁，雕刻f孔；
（二）、制造小提琴的琴头、琴颈、背板和侧板
小提琴琴头、琴颈、侧板和背板这四个部分用小提琴主体模具来实现，3K 编织预浸布，规格选用200g/m2，树脂含量40-41%，碳纤维单向预浸料选用规格为100g/m2 ，树脂含量为33-34%的材料：
用软质材料将小提琴面板模具轻轻擦拭干净，将模具预热到35℃，在模具上涂布脱模剂；按样板裁剪带有保护膜的预浸料；
1）铺叠
①首先在模具里背板位置铺3K 编织预浸布，形状大小与背板相同；在侧板位置贴3K 编织预浸布，侧板材料与背板部位搭接10-12mm，多出部分留边便于脱模；琴颈和琴头均采用3K编织布，在琴颈部位贴的料块宽出模具10-15mm的留边便于脱模，与侧板处搭接10-15mm；琴头侧面和底部均按模具侧面和底部形状分三块裁料后贴合，留有1mm搭接的宽度，此层材料厚度0.2mm；
②第二层在模具里背板位置铺碳纤维单向预浸料90°料，此块料边沿比背板模具小20-25mm ；琴颈和琴头部位均采用单向预浸料 0°料，在琴颈部位贴的料块宽出模具10-15mm留边便于脱模，与侧板处搭接10-15mm；琴头侧面和底部均按模具侧面和底部形状分三块裁料后贴合，留有1mm搭接的宽度，此层材料厚度0.1mm；
③第三层铺碳纤维单向预浸料0°料，宽50-55mm铺在背板模具中心；
④第四层铺碳纤维单向预浸料＋45°料,五层铺碳纤维单向预浸料－45°料，在模具背板位置铺料，形状大小与背板相同；琴颈和琴头均采用＋45°料和－45°料；在琴颈部位贴的料块宽出模具10-15mm留边便于脱模，与侧板处搭接10-15mm；琴头侧面和底部均按模具侧面和底部形状分三块裁料后贴合，留有1mm搭接的宽度，此层材料厚度0.2mm；
⑤第六、七层铺碳纤维单向预浸料，在模具里背板位置铺两层碳纤维单向预浸料90°料，形状大小与背板相同；在侧板位置贴碳纤维单向预浸料0°料两层，侧板料块与背板部位搭接10-12mm，并留有10-15mm留边便于脱模；在琴头和琴颈部位贴3K编织预浸布，宽出10-15mm留边便于脱模，与侧板处搭接10-15mm；此层材料厚度0.2mm；
在铺层时，每铺一层均要用工具将预浸料压实，赶除空气；
2）然后组合和装袋、整理、热压固化、出烘箱脱模、修整；
（三）用治具胶合提琴的面板和背板；
（四）补磨、涂装小提琴的表面，漆尽量做薄，减少漆对发音的影响；
（五）胶合指板，安装琴轴、琴马、琴弦、弦总、腮托配件，
其中所述的0°料是指碳纤维单向预浸料的碳丝方向同小提琴琴箱长度方向一致，90°料是指碳纤维单向预浸料的碳丝方向同小提琴琴箱长度方向垂直，＋45°料和－45°料是指碳纤维单向预浸料的碳丝方向与小提琴琴箱长度方向左右偏转的夹角为＋45°和－45°。
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