打破传统制作工艺推陈出新

1、打破传统制作工艺 推陈出新碳纤维是一种含碳量在 95%以上的高强度、耐高热、耐腐蚀 的新型纤维材料， 是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向 堆砌而成， 经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。 碳纤维 在此之前主要运用于国防军工和民用方面，是其重要的组成材 料。笔者在研究和从事小提琴制作时， 无意接触到了碳纤维这种 新型高科技材料。本文就以提琴制作业为例，进行分析。提琴制作业在我国大概是从 20 世纪 40 年代开始的， 经过了 多年努力， 中国的小提琴制作已经位居世界前列， 出口产量也在 逐年增长， 全世界的提琴制作技术企业原来遍布世界各地， 比较 分散，近年来，随着我国提琴制作技术的不

2、断提高和完善，大多 数的提琴制作企业都搬至中国。 但是传统提琴制作生产中需要耗 用大量木材，大多是云杉、冷杉等名贵树木，这样严重影响到对 生态环境的保护。 这些木材要经过至少三年的晾晒， 将水份完全 蒸发掉才能使用， 虽然现在可以用高科技仪器烘烤炉缩短烘 晒过程，但也要 6 个月左右的时间。碳纤维提琴是把高科技材料和传统乐器进行结合， 因碳纤维 材料具有高强度、低密度、耐腐蚀、耐高温的特点，可以规避传 统木质提琴受气温、湿度等影响，导致音色出现差别的难题。还 大大减轻了传统乐器的重量，便于携带。在国内、国外，碳纤维提琴尚属研发、推广阶段，其制作还 是延续木质提琴的工艺流程，手工与机械化生产相结

3、合，琴身、 琴头、琴弓、琴盒全部采用碳纤维材料制作。在音色的优美性上 与高档提琴还是有一定的差距。但是，随着技术的改进，会尽快 对这方面进行完善。因为制作木质提琴要消耗大量的名贵木材， 而且很多制作环节都会受到局限，所以新型材料碳纤维的出现， 取代木质提琴是势在必行的。一、碳纤维的物理性、化学性与传统木材对比 （一）物理性能。碳纤维具有碳材料强抗拉力和纤维柔软可 加工性两大特征， 是一种力学性能优异的现代高科技新材料。 碳 纤维拉伸强度约为2-7GPa,拉伸模量约为200-700GPa。密度约 为1.5-2.0克每立方厘米，一般经过高温 3000C石墨化处理， 也就是碳化处理后， 密度可达 2

4、.0 克每立方厘米。 再加上其重量 很轻，比重比铝还要轻，不到钢的 1/4 ，强度是铁的 20 倍。完 全展现了碳纤维的高强度、 超轻的优势， 柔韧性能比一般材料都 要好，这就降低了制作过程中的难度。以制作提琴的传统木材云杉为例。 云杉多生长在高海拔的山 区与河谷中，抗寒性极强，必须要有足够日晒，喜湿润环境、中 性至酸性土壤， 能在贫瘠或强酸土质中生长， 如果周围环境受到 污染，其生长速度就会变缓慢。在自然环境中生长的云杉，树干 高大通直， 节少， 材质略轻， 纹理直、 均匀， 结构细致， 易加工， 具有良好的共鸣性能。云杉材质较松软，表面易刻痕，木材密度 中等，但是不耐磨。产自中欧、东欧的云

5、杉共振性能好，适宜制 作钢琴、小提琴等乐器的音板。（二）化学性能。碳纤维抗氧化性非常强，温度高于400C时才会出现氧化。对一般的有机溶剂、酸、碱都具有良好的耐腐 蚀性，不会被溶解，也不会膨胀变形，完全不存在生锈的问题。 这一点与木质提琴相比， 有很大优势。 传统木质提琴会随着存放 的时间增长，容易出现被虫蛀、漆面被氧化等现象。云杉易于干燥，但是在干燥过程中，常出现开裂、节子容易 松动脱落等现象。这种情况一旦出现，就无法再使用，因为会直 接影响乐器音箱体的发音， 很容易出现废料的情况。 云杉尺寸稳 定性能较差，天然耐腐性能非常差，易受 ?L 角昆虫及黄蜂等的 攻击。想通过注入化学药剂的办法增强其

6、耐腐性非常困难， 因为 其浸渍性能非常差，用化学药剂泡过后，木材基本不能使用，这 些都是在乐器制作中要规避的问题，相应加大了制作成本和难 度。通过以上对比， 可以看出， 碳纤维在物理性和化学性中比传 统木材更具有优越性， 解决了不少制作过程中出现的难题， 它完 全可以取代传统木材。 其他的中国传统乐器如二胡、 琵琶、柳琴、 古筝等，是否也能像提琴一样，用碳纤维取代传统的木材呢？我国弓弦乐器中最具代表性的二胡、 琵琶等都是采用硬度较 高的花梨、红木、檀木等木材制作。我们以花梨木和檀木为代表 分析一下它们的性能。花梨木优点是不易干燥，不易出现裂痕，耐腐蚀性强。力学 强度很好，在制作过程中容易雕刻和

7、加工，削面光滑，胶接和涂 饰性能好。油漆不易脱落，不易变色等。但易被虫蛀，容易出现 虫眼，这样既影响美观，又会影响音色。檀木品种繁多，而且数量极其有限。其质地紧密坚硬、色彩 变化多，并有百毒不侵的优点。乐器制作一般采用紫檀木，多数 为中高档乐器使用。碳纤维不但规避了花梨木易被虫蛀的缺点， 还具有花梨木和 檀木不易变形、 质地坚硬的优点， 从性能分析上也可以取代花梨 木和檀木。二、从面板、背板的声学角度（木材的振动性能）分析 真正好的乐器是从声音来判断的，从声学专业的角度分析， 木材的振动性能好坏与否， 直接影响乐器的声音。 不管是提琴还 是二胡、琵琶等乐器，乐器的面板和背板构成了主要的发声部

8、位音箱体， 它们都是用琴弦为最初的振动发声体， 通过琴弦 的振动带动面板、背板，在音箱体中产生共鸣。我们耳朵所听到 的优美音乐，就是通过音箱体扩大、美化散播出来的，这个音箱 体就是乐器主要的构成部分。 提琴的音箱体多为杉木制作， 我国 民族乐器的音箱体多为泡桐木制作。 碳纤维与木材的振动性能分 析对比如下。碳纤维性能参数（仅供参考）碳纤维中的DLC类钻石碳纤维材质，分子结构类似钻石，刚 性相当高， 在内阻与声导速上能实现难以想象的平衡， 解析和传 递的声音细节精准利落，音乐效果干净清透。理想的振膜必须具 备重量轻、杨氏模量大、恰当的阻尼、分割振动小等特点，更为 关键的是，振动的前延和后延要恰到

9、好处， 碳纤维在声导速和内 阻两个方面达到了完美平衡，超高的灵敏度和绝佳的瞬态反应， 能够精准还原声音，这是木质材料所不能达到的。 这体现了高科 技材料的优势，解决了传统木材上的很多弊端， 综合了多种木材 的优点，规避了缺点。泡桐木、云杉的基本技术数据密度是反映木材振动性能、木料物理力学的一项重要指标，而弹性模量是评价材料振动性能品质的重要物理量。弹性模量越大，木材的振动效率就越高，用这样的材料制作出来的乐器，声 音品质就好。碳纤维每立方厘米的密度均大于泡桐木和云杉，它的弹性模量也远远大于泡桐木、 杉木，从声学的角度分析碳纤维， 也比传统木材有优势，是可以取而代之的。无论是从环保角度还是从方便实用角度来