层数与碳纤维方向对木质-碳纤维复合材料声学振动性能的影响

为探究木质-碳纤维复合材料声学振动性能的影响因素及其用作乐器用木材替代材料的可行性,从复合材料层数结构和碳纤维铺设方向两个角度出发,对木质-碳纤维复合材料试件的声学振动性能参数(比动弹性模量、E/G、声阻抗等)进行对比分析,并以常用作乐器音板材料的美国西加云杉作为参照。结果表明,碳纤维方向对复合材料的声学振动性能影响显著,当碳纤维铺设方向从0°到45°,90°时,其声学振动参数比动弹性模量和E/G值都出现不同程度的下降;层数结构对复合材料的音色品质影响较大,当层数从5层增加到7层后,音色品质明显下降。采用层数较少的5层结构(单板/碳纤维布/单板/碳纤维布/单板)和碳纤维方向为0°的铺层设计能获得综合表现较好的声学振动性能,其比动弹性模量为25.55 GPa·cm~3/g,比美国西加云杉比动弹性模量25.98GPa·cm~3/g仅低1.66%,而其E/G值(27.89)甚至比美国西加云杉E/G值(20.14)高38.48%,具有媲美美国西加云杉的音色表现。