CN107077835A - 复合簧片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于管乐器的复合簧片(55)以及涉及用于制造这样的簧片的方法。所述簧片具有由聚合物材料制成的基体和由另外的聚合物材料制成的多根增强纤维，所述多根增强纤维嵌入所述基体内部。所述另外的聚合物材料为热塑性聚合物材料。

Description

复合簧片

本发明涉及用于管乐器的复合簧片。

一个应用领域设想为管乐器，其中该簧片通过由乐器演奏者的吹奏产生的空气柱而振动。所述乐器例如为使用单簧片的单簧管或萨克斯管，或者使用双簧片的双簧管、巴松管、邦巴管(bombard)和其他风笛。

通常，单簧片由芦苇条制成，该芦苇被加工成获得合适的形状和厚度。所述簧片借助一般地金属簧片卡子被保持在乐器的吹口。因此，簧片由天然材料制成，其机械特性既不从一个芦苇到另一芦苇保持恒定，也不在时间上保持恒定。然而，装备有此种簧片的乐器的音质取决于其。因此簧片对芦苇的由此产生机械特性的物理化学特征非常敏感。

因此，已构思了工业生产复合簧片的方案，所述复合簧片不仅再现天然材料制成的簧片的机械特征，而且还具有从一个簧片到另一个簧片可再现的特性。

为此，带着获得与芦苇的特性相似的特性的希望，已将短纤维插入到聚合物材料的基体中。然而，从音质的角度来看，由这些天然纤维和合成材料的纤维获得的混合材料不令人满意。

因此，已构思了生产完全合成的簧片的方案。因此已生产具有由环氧树脂或另外的酚醛树脂热固性聚合物制成的基体和例如由碳制成的增强纤维的复合簧片。可参考文献US 5 542 331，其描述了此种复合簧片的生产。

尽管由此生产的簧片具有相对可再现的和随时间流逝恒定的机械特性，但是他们的音质与用芦苇获得的音质不相当。

因此，出现的且为本发明旨在解决的问题在于，不仅提供机械特性为恒定的复合簧片，而且提供使得其中使用该复合簧片的乐器的音质好的复合簧片。

为此，并根据第一主题，本发明提供用于管乐器的复合簧片，其具有由聚合物材料制成的基体和由另外的聚合物材料制成的多根增强纤维，所述多根纤维嵌入所述基体内部；所述另外的聚合物材料为热塑性聚合物材料。

因此，本发明的特征在于使用由热塑性聚合物制成的增强纤维，该热塑性聚合物例如选自聚烯烃类。此外，根据本发明的一个特别有利的实施方案，所述多根纤维的纤维为连续纤维，且其在所述基体内部沿着纵向方向延伸。换句话说，增强纤维沿着簧片的纵向方向延伸，并遍布其整个长度。因此，增强纤维在基体内部纵向延伸并给予簧片各向异性机械特性。凭借纤维，簧片的弹性模量在纵向方向大于在横向方向测量的弹性模量。

此外，根据一个特别有利的特征，构成基体的所述聚合物材料也为热塑性聚合物材料。例如，其也属于聚烯烃类。

此外，基体的所述聚合物材料的相对密度为0.80至0.92。那样，获得了机械特性非常接近天然芦苇条的机械特性的复合簧片。这样，获得了与装备有芦苇制成的簧片的相同乐器的音质相当的装备有此种簧片的乐器的音质。此外，其机械特性从一个簧片到另一个为可再现的。

另外，根据现有技术用以形成基体的热固性聚合物材料的相对密度通常大于1，然而用热塑性聚合物材料特别是用聚烯烃，能够提供密度小于1、更特别地0.80至0.92、例如0.80至0.90的材料。

因此，相对密度限定为材料的密度相对于作为参照的另外的物体的密度的比，在恰当情况下为4℃下的水。

将观察到用于形成基体的热塑性聚合物材料更特别地聚烯烃具有这样的简单密度。实际上，通常可以通过并入例如气泡或中空珠形式的空气来降低材料的密度。然而，机械特性显著地受此影响且材料不再适于生产簧片。

优先地，所述另外的聚合物材料的熔点高于所述聚合物材料的熔点。以这种方式以及如下文中将更详细说明的，增强纤维的熔点高于形成基体的聚合物材料，因此易于将纤维嵌入基体中而不改变其固有特性。优先地，所述多根纤维的增强纤维为连续纤维。

根据另外的主题，本发明提供了用于生产该类型的复合簧片的方法，该方法包括以下步骤：a)提供熔融状态的聚合物材料和由另外的聚合物材料制成的多根纤维；b)将所述纤维嵌入到熔融状态的所述聚合物内部；c)使所述熔融状态的聚合物材料固化以困住所述纤维；以及d)使所述复合簧片形成在所述经固化的聚合物材料中；所述另外的聚合物材料为热塑性聚合物材料。优先地，形成基体的所述聚合物材料为热塑性聚合物材料。

因此，本发明的一个特征在于由热塑性聚合物材料制成的纤维用于生产簧片的用途。

根据一个优选实施方案，在步骤b)中，所述多根纤维的纤维保持彼此基本平行以使所述多根纤维嵌入所述聚合物材料内部。以这种方式，获得了具有相对于横向方向在平行的纤维的方向上增强的机械特性的簧片。因此获得了用于生产簧片的天然芦苇条的特征。

此外，由于使用热塑性聚合物材料，还由于基体，使生产工艺非常容易。这是因为能够容易地使热塑性材料从其为刚性的室温到其软化的熔点。因此，易于使热塑性材料到其熔点以能够在其中嵌入纤维。接下来，使基体的热塑性材料的温度降低使得其返回其原本的刚性，同时将纤维困在内部。如将在剩下的说明书中将更详细说明的，多种不同的方法是可能的。

特别有利地，纤维的所述另外的聚合物材料的熔点高于基体的所述聚合物材料的熔点。因此当纤维嵌入软化的基体的聚合物材料中时，纤维的热塑性聚合物材料不受使基体的材料达到的温度影响。当后者的温度降低时，纤维被困在基体内部而其机械特性不受影响。

本发明的其他细节和优点将随阅读下文提供的参照所附附图的本发明的特定实施方案的描述而显现，本发明的特定实施方案以指示方式给出，但为非限制性的，附图中：

图1为根据本发明的复合簧片的从上面看的示意图；

图2为图1中所示的复合簧片的截面的示意图；

图3为图1中所示的复合簧片的示意性后视图；

图4为实施根据本发明根据第一实施方案的用于生产复合簧片的方法的装置；以及

图5为实施根据本发明根据第二实施方案的用于生产复合簧片的方法的装置。

首先将参照图4和图5以描述根据本发明的复合簧片的生产的多种不同方案。在根据本发明的方法的两个实施方案中，生产了复合簧片，能够将该复合棒切割成部分使得然后可以修整成条以形成簧片。此外，在两个实施方案中，使用与多种不同的粗纱或线组合的由聚合物材料制成的增强纤维。

这些聚合物材料的纤维由热塑性聚合物材料制成，更特别地由属于聚烯烃或聚烯类的材料制成。他们是饱和的脂肪族聚合物。更特别地，所用的聚合物材料为烯烃共聚物。在本文所示的实例中，增强纤维由聚丙烯制成，其熔点接近160℃。理想地，聚合物的泊松系数接近0.5。此外，其玻璃化转变温度为-150℃至0℃。

还预期使用熔点也接近160℃的聚乙烯纤维。

此外，根据图4和图5中所示的两种生产方案，使用旨在形成基体的热塑性聚合物材料。根据本文所示的实例，聚合物材料为聚烯烃，其熔点低于纤维的热塑性聚合物的熔点。在恰当情况下，其为丙烯/乙烯/聚丙烯三元共聚物。选择其首先使得其熔点低于纤维的熔点，且为约130℃，有利地为140℃，其次使得其密度为0.80至0.92，例如0.80至0.90。此外，将观察到基体的聚合物材料的玻璃化转变温度为-100℃至0℃，且优选地-60℃至-10℃。

如下文中将说明的，通过选择同一种类的热塑性聚合物，尽管其熔点基本不同，但是获得了纤维和基体的更好的粘附。根据一个实施方案变化方案，预期使用低密度聚乙烯作为基体以及由高密度聚乙烯制成的增强纤维。

额外指出的是，这些烯类热塑性聚合物被认为是当与食物接触时是无害的。

图5中示出了根据第一实施方案能够直接生产复合棒的装置。其根据挤压成型原理运行，也就是说第一纤维束12通过第一挤出机14拉出。这些纤维束可比作连续的、基本平行且未扭曲的细丝束。借助驱动辊20将第一纤维束12从第一上游点16拉到第一下游点18。挤出机14图示地具有装载有上述旨在形成基体的三元共聚物的第一漏斗22，以及旨在软化聚合物并驱动其的第一挤出螺杆24。三元共聚物以粉状形式或以细粒形式装载到第一漏斗22中。

在上游点16处，第一纤维束12被装载到包含多个第一轴(beam)的第一卷绕机26上，所述多个第一轴的每个接收连续纤维的粗纱。纤维的粗纱或纤维束12被引导通过挤出机14的第一入口28并在挤出机14内部被彼此平行地拉伸。纤维的粗纱沿着横向方向和沿着垂直方向在多个重叠的层上延伸。因此其穿过挤出螺杆24的模具以嵌入上述熔融的三元共聚物。由于纤维的熔点高于基体的熔点，他们决不在熔融的三元共聚物与其接触时被损害。以这种方式，在冷却之后其在基体内部保持其机械特性。

该模具具有3.5mm至5.5mm厚和15mm至25mm宽的矩形截面。因此，形成的棒30被拉出挤出螺杆24并进入冷却装置32。以这种方式，在出口处获得了截面基本上等于上述模具的截面的经固化的棒34。此外，根据一个部分，多种不同的纤维粗纱相对于彼此均匀地分布。有利地，获得的棒中纤维的百分比为35％至50％，例如45％。

然后，经固化的棒34被切割成长度接近90mm的部分。然后拿取这些部分使得其可加工并转变为簧片。在加工棒部分之后所获得的簧片的形状将参照图1至图3在剩下的说明书中更详细地说明。

股对股型装置36示意性地示于图4中，现在将参照图4。其使得能够根据第二实施方案生产复合层，然后该复合层将被叠加以形成棒。

因此，第二卷绕机38使得能够储存与上述纤维粗纱束相同类型的第二纤维粗纱束40。纤维粗纱束40被引导朝向装备有第二漏斗46和第二挤出螺杆48的第二挤出机44的入口42。第二漏斗46装载有与上述三元共聚物相同的三元共聚物。因此，平行于第二挤出螺杆48，通过第二挤出机44将纤维粗纱并排地以相同的方向挤出。然后第二挤出螺杆48将熔融的三元共聚物递送到并排拉伸的纤维粗纱上，以生产结合的纤维的片50，15mm至25mm宽。然后，结合的纤维的片50穿过第二冷却装置52使得然后可将其卷绕至线轴54。

接下来，结合的纤维的片50的长度叠加并引入经加热到例如145℃的压延机中，以形成粘合在一起的棒。实际上，在热和压力的影响下，结合的纤维的片50彼此粘住以形成仅一个连续的基体，在该基体内部为增强纤维的延伸且叠加的层。然后，正如前述棒一样，由此获得的棒可切割成长度也接近90mm的部分。

由此，根据上述两种方法，获得各向异性复合棒。实际上，借助纵向延伸的纤维的粗纱，与沿宽度方向的拉伸模量相比，沿棒的长度方向的拉伸模量大得多。优先地，沿复合棒的长度方向的拉伸模量为5000MPa至15000MPa，而沿宽度方向的拉伸模量比沿长度方向的拉伸模量值小5倍至小15倍。

此外，尽管纤维的热塑性聚合物材料的相对密度基本上大于0.9，然而由于构成基体的三元聚合物的重量是主要的，棒的总相对密度为0.80至0.92，有利地0.80至0.90.

然后，由上述装置之一获得的棒部分将被加工以形成簧片。首先，生产适于降B调单簧管的簧片55，如图1至图3所示，生产厚度基本上大于3.3mm、宽度基本上大于16.4mm和长度基本上大于69mm的预成型件。因此增强纤维沿预成型件的长度彼此平行地延伸，这是由于事实上由在棒的纵向方向延伸的纤维粗纱得到预成型件。接下来，加工平坦的下部面59(通常称为簧片台(reed table))，接着簧片的侧面和斜面的上部部分56，特别地称为簧片斜面(reed bevel)。为此，将预成型件切割成中等高度并逐渐减薄至一个自由端形成带有平坦下部面59的边缘58。将边缘58(也称为簧片末端(reed end))加工成圆形形状60以获得凸面。

将观察到，簧片的尺寸根据其被安装的乐器的类型变化。因此，棒部分的加工不限于上面指示的尺寸。

此外，由于增强纤维沿预成型件的长度彼此平行地延伸，因此其沿簧片的长度彼此平行地延伸。

根据未示出的第三实施方案，由热塑性材料制成的基体预成型为条的形式然后通过压延使增强纤维与其结合，使得能够生产与根据第二实施方案获得的那些相同的条的复合层。根据一个实施方案，所用的压延为热压延；其具有能够与涂覆有可变形表面(例如由聚氨酯制成)的辊接触的刚性加热辊。压延温度例如接近150℃。因此，预成型的条和增强纤维束朝向两个辊之间的压延机集中。由于加热压延机，预成型的条软化，而纤维粗纱的纤维被压紧并推入两个辊之间的条中。

根据另一实施方案变化方案，纤维束在两个预成型的条之间压延，以形成复合条。

然后将复合条切割并叠加以在具有两个相对压痕的热成型模具中热成型。使用给定长度的多根条。例如将20至40复合条叠加并引入模具中，然后热压在一起。以这种方式，获得了与根据第二实施方案获得的那些相似的厚度例如为2.5mm至4.5mm的棒。

Claims (10)

1.一种用于管乐器的复合簧片(55)，所述复合簧片(55)具有由聚合物材料制成的基体和由另外的聚合物材料制成的多根增强纤维，所述多根增强纤维嵌入所述基体内部，所述另外的聚合物材料为热塑性聚合物材料；

特征在于所述多根纤维的增强纤维为连续纤维，

且特征在于所述增强纤维在所述基体内部沿纵向延伸。

2.根据权利要求1所述的复合簧片，其特征在于所述聚合物材料为热塑性聚合物材料。

3.根据权利要求2所述的复合簧片，其特征在于所述聚合物材料为丙烯/乙烯/聚丙烯三元共聚物。

4.根据权利要求2或3所述的复合簧片，其特征在于所述聚合物材料的相对密度为0.80至0.92。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的复合簧片，其特征在于所述另外的聚合物材料为聚丙烯。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的复合簧片，其特征在于所述另外的聚合物材料的熔点高于所述聚合物材料的熔点。

7.一种用于制造该类型的复合簧片的方法，所述方法包括以下步骤：

a)提供熔融状态的聚合物材料和由另外的聚合物材料制成的多根纤维，所述另外的聚合物材料为热塑性聚合物材料；

b)将所述纤维嵌入所述熔融状态的聚合物材料内部；

c)使所述熔融状态的聚合物材料固化以困住所述纤维；以及

d)使所述复合簧片形成在所述经固化的聚合物材料中；

特征在于，在步骤b)中，所述多根纤维的所述纤维保持彼此基本平行以使所述多根纤维嵌入所述聚合物材料内部。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述聚合物材料为热塑性聚合物材料。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于所述多根纤维的增强纤维为连续纤维。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于所述另外的聚合物材料的熔点高于所述聚合物材料的熔点。