具有振动性质的复合材料结构 |
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| 申请号 | CN201280076844.3 | 申请日 | 2012-11-01 | 公开(公告)号 | CN104768736B | 公开(公告)日 | 2017-03-01 |
| 申请人 | 芬欧汇川集团; | 发明人 | H·科索宁; S·图伦尼; J·萨尔米宁; P·米尔丽泰; K·鲁科; S·弗斯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及具有振动性质的组合物、 复合材料 结构的制造和应用，及其制品。根据一种实施方式，该组合物包含基质材料和有机天然 纤维 材料,其中设置成在组合物的不同方向上具有不同的声速。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种包括熔体流动(fm)方向的复合材料，所述复合材料包含 |
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| 说明书全文 | 具有振动性质的复合材料结构发明领域 [0001] 本发明涉及组合物、具有振动性质的复合材料结构的制造和应用，及其制品。 [0002] 背景 [0003] 聚合物复合材料可用于制造用于各种工业应用的制品。在许多情况下，产品具有特殊性质可能是有用的。在一些应用中，甚至必须使产品满足使应用起作用所设定的质量水平。一些复合材料制品通常包括木质材料和至少一种塑料聚合物。这种复合材料制品可用于多种目的，包括室内和户外。 [0004] 概述 [0005] 本发明的目的是提供具有声学性质的复合材料结构。根据实施方式，声学性质可适用于所需目的例如强化或衰减声音。包括有机天然纤维材料的聚合物复合材料可具有声学性质。复合材料制品可包括表面区域，其可包括对齐的有机天然纤维材料的纤维组分。 [0007] 根据一种实施方式，组合物包括基质材料和有机天然纤维材料,其中设置成在组合物中的不同的方向具有不同的声速。根据一种实施方式，本发明记载了用于制备所述组合物的方法。根据至少一些实施方式，声速在不同的方向的差异为至少10％。 [0008] 根据另一实施方式，用于提供复合材料的方法包括提供基质材料和有机天然纤维材料,其中声速在组合物中的不同的方向是不同的。 [0009] 在一实施例中,根据一种实施方式把组分用作声学材料。 [0010] 在一实施例中,根据一种实施方式把组分用作扬声器的至少一部分。 [0011] 在一实施例中,根据一种实施方式把组分用作扬声器的面板和/或用作扬声器的音盆。 [0012] 在一实施例中,根据一种实施方式把组分用作乐器的至少一部分。 [0013] 在一实施例中,根据一种实施方式把组分用于衰减声音。 [0014] 在一实施例中,根据一种实施方式把组分用于强化声音。 [0015] 在一实施例中,根据一种实施方式把组分用作车辆的零件，用于衰减和/或削减声音。 [0016] 根据一实施例,扬声器包含根据至少一些实施方式的组合物。 [0017] 根据一实施例,吸音面板包含根据至少一些实施方式的组合物。 [0018] 根据一实施例,电子设备包含根据至少一些实施方式的组合物。 [0019] 根据一实施例,乐器包含根据至少一些实施方式的组合物。 [0021] 下面的附图用于说明本发明的示例实施方式。 [0022] 图1a显示根据示例实施方式的有机天然纤维材料的纤维组分。图并非按照任何具体比例绘制，只用于示意性地显示。 [0023] 图1b显示形成包含有机天然纤维材料的复合材料结构。图并非按照任何具体比例绘制，只用于示意性地显示。 [0024] 图1c显示有机天然纤维材料的纤维组分在熔体流中的纵向取向。图并非按照任何具体比例绘制，只用于示意性地显示。 [0025] 图1d显示表面区域中有机天然纤维材料的纤维组分绕着纵向轴的取向。图并非按照任何具体比例绘制，只用于示意性地显示。 [0026] 图2a和2b显示根据示例实施方式的包含有机天然纤维材料的复合材料结构。图并非按照任何具体比例绘制，只用于示意性地显示。 [0027] 图3a和3b显示根据示例实施方式在形成复合材料时，表面区域中有机天然纤维材料的纤维组分绕着纵向轴的取向。图并非按照任何具体比例绘制，只用于示意性地显示。 [0028] 图4显示声波和具有内部的有机天然纤维材料纤维组分的一种示例实施方式。图并非按照任何具体比例绘制，只用于示意性地显示。 [0029] 图5显示使声波接触有机天然纤维材料纤维组分的一种示例实施方式。图并非按照任何具体比例绘制，只用于示意性地显示。 [0030] 图6是根据本发明的一种实施方式的包括有机天然纤维材料的复合材料制品的含比例尺的250倍放大横截面图像。 [0031] 图7和8是复合材料制品的具有比例尺的85倍放大横截面图像，表明根据示例实施方式的复合材料的结构从表面延伸到制品内部，且用白色虚线显示层界面。 [0032] 图9和10显示包含有机天然纤维材料的复合材料在系统中的应用，其中根据本发明的至少一些实施方式把数码或电形式的数据转换为声学声波。图并非按照任何具体比例绘制，只用于示意性地显示。 [0033] 图11显示使用根据本发明的至少一些实施方式的包含有机天然纤维材料的复合材料来削减声学声波。图并非按照任何具体比例绘制，只用于示意性地显示。 [0034] 图12显示实施来表征包含有机天然纤维材料的复合材料的声学性质的实验结果。 [0035] 详细描述 [0036] 人类能够察觉各种机械振动。当机械振动落入特殊频率范围时，其作为可以听得到的声音被人们听到。声音是我们生活的基本组成部分。声音可为有旋律的，例如通过乐器产生的音乐。人类的嗓音也是一种声音。在各种应用中，制品的声学性质可起重要作用。制品可设计成衰减或削减掉噪音。这些制品的示例可为隔音或隔离面板，例如用于汽车外壳或会议室以形成安静环境的那些。或者，有些制品可设计成重现之前录制的声音。这种制品的示例可为使用扬声器或耳机的音频系统。例如,可录制音乐或人声，数码化并随后通过配备了音频系统的接收器来重现。制品的声学性质至少在某种程度取决于制品中所用的材料。 [0037] 包含有机天然纤维材料的聚合物复合材料可提供制造用于各种应用并具有声学性质的结构的方法。包含有机天然纤维材料的聚合物复合材料可同时包括许多户外和室内应用，非限制性例子列表包括：甲板板、建筑材料、装饰物品、框架、面板、外墙、地板、栅栏、盖板、楼梯、铁轨、窗框、装饰件(trims)、托盘、容器、家居用品、汽车零件、汽车配件等。 [0038] 具体来说,包含有机天然纤维材料的聚合物复合材料可用于其中材料的声学性能具有效果的应用。例如,制备用于汽车工业的门面板需要轻量，以避免增加测定的系统的总重量。但是，相同的物体需要足够坚固来容忍设计的负载或保持预定的抗冲强度。此外，物体可具有声学目的来衰减噪音。制备用于电子工业的复合材料物品，例如音频系统中的组件，会需要提供声学性质其以高质量再现录制的声音。此外,可需要根据客户喜好来差异化地设计组件，例如通过选择物体的颜色来实现差异化。 [0039] 下文描述制备包含具有声学性质的有机天然纤维的复合材料结构的方法。此外,提供了控制复合材料的声学性质的方法。此外,提供包含具有声学性质的有机天然纤维的复合材料结构的示例和应用。 [0040] 在本文中，在附图中使用以下所示的附图标记和标注。 [0041] SX,SY和SZ 表示正交方向。 [0042] D1 纤维组分D的长度(纵向维度) [0043] D2 纤维组分的宽度(水平维度) [0044] D3 纤维组分的高度(垂直维度) [0045] D4 距离 [0046] α1 偏向角 [0047] β1 偏向角 [0048] v1 速度 [0049] fm 熔体流动方向 [0050] Ax1 纤维组分的主轴 [0051] Ax2 纤维组分的短轴 [0052] Ax3 纤维组分的纵轴 [0053] N1 表面法线 [0054] cp1 点 [0055] 100 纤维组分 [0056] 100’ 纤维组分(水平) [0057] 100” 纤维组分(垂直) [0058] 104 模具表面 [0059] 105 (复合材料结构的)第一表面 [0060] 105’ (复合材料结构的)第二表面 [0061] 110 横截面 [0062] 120 壳层 [0063] 130 第一表面区域 [0064] 131 第二表面区域 [0065] 132 内部区域 [0066] 133 第一界面 [0067] 134 第二界面 [0068] 140 复合材料结构的厚度 [0069] 160 模具 [0070] 200 中空内部 [0071] 250 复合材料结构 [0072] 300 声波 [0073] 301 反射的声波 [0074] 302 吸收/传输的声波 [0075] 1110 第一表面界面 [0076] 1110’ 第二表面界面 [0077] 1102 第一区域 [0078] 1000 第二区域 [0079] 1120 第三区域(sone) [0080] 900 音频系统 [0081] 910 面板 [0083] 925 音盆 [0084] 930 外壳 [0085] 940 内部 [0086] 1200 元件 [0087] 1210 第一面板 [0088] 1220 第二面板 [0089] 1230 界面 [0090] 本发明的实施方式可影响复合材料结构的声学性质。包含有机天然纤维材料的复合材料结构可具有取得所需声学性质的效果。根据一种实施方式，可控制复合材料结构中的纤维取向从而取得所需声学性质。本文所述的实施方式只是说明性示例，它们不应看作是限制。 [0091] 本文所述的包含有机天然纤维材料的聚合物复合材料指组合物，其包含结合在一起的两种或更多种材料组分,其中各成分可保留它们的特性。至少一种主组分是有机天然纤维材料，另一种主组分是基质材料。任选地，在制造过程中，可把其它添加剂例如着色剂、紫外降解抑制剂；杀菌组分；抗微生物组分、无机填料或其它组分共混入复合材料。复合材料的主组分不可相互溶解或以其它方式完全合并。复合材料的性质可与单独作用的主组分的性质不同。复合材料制品的机械性质取决于许多方面。例如,如果制品包含纤维材料和聚合物,那么纤维类型、纤维性质、纤维含量、纤维长度、分散以及纤维和基质材料之间的粘合性影响制品的机械性质。 [0092] 如果把纤维材料添加到基质材料中，可增加复合材料制品的硬度。例如,木材和木基纤维素纤维通常非常短，但它们仍然大大增加硬度和强度。 [0094] 优选地，有机天然纤维材料至少部分地是纤维的形式。优选地至少40重量％或至少50重量％,更优选地至少60重量％或至少70重量％和最优选地至少80重量％有机天然纤维材料是纤维的形式。在本申请中,把长度为至少0.1mm,更优选地至少0.2mm和最优选地至少0.3mm的有机天然纤维材料称为纤维,和小于如上所述的那些的颗粒称为粉末或纤维状颗粒。优选地至少70％,至少80％或至少90％的有机天然纤维材料的长度加权的纤维长度低于4mm,低于3mm或低于2.5mm,更优选地低于2.0mm,低于1.5mm,低于1.0mm或低于0.5mm。优选地,至少70％,至少80％,或至少90％有机天然纤维材料的长度加权纤维长度为至少 0.1mm或至少0.2mm,更优选地至少0.3mm或至少0.4mm。优选地,纤维的与纤维长度和纤维厚度的比例相关的形状比例至少为5,优选地至少为10,更优选地至少为25，最优选地至少为 40。附加的或可选的,纤维的与纤维长度和纤维厚度的比例相关的形状比例优选地最多为 1500,更优选地最多为1000,最优选地最多为500。对于有机天然纤维材料含量相同的条件下，与增强组分相关的高形状比例具有较高的硬度和抗冲强度。这可通过模量例如杨氏模量或弹性模量来描述，这些性质是材料硬度的度量并用于表征材料。有机天然纤维材料可在结构中包括增强组分。 [0095] 有机天然纤维材料可为纤维的形式,例如絮团、单一纤维或单一纤维的部分，或者有机天然纤维材料可为纤维状颗粒的形式,例如木屑或研磨的材料,其中材料不是精确的球形，但颗粒的最长维度小于最小维度的5倍。 [0096] 优选地,有机天然纤维材料包括薄片形式的纤维。薄片是宽度至少为纤维厚度2倍的纤维。优选地，薄片宽度是薄片厚度的至少2倍，优选是至少2.5倍，更优选是至少3倍。优选地,薄片的厚度为1微米-30微米，更优选地薄片厚度为2微米-20微米。最优选地薄片厚度低于15μm,更优选地低于10μm，最优选地低于7μm。在一种实施方式中，薄片的宽度小于500微米，优选小于200微米，更优选小于50微米。优选地,与长度和宽度比例相关的长径比是10-100。优选地,与长度和厚度比例相关的长径比小于1500或小于1000,更优选地小于500，最优选地为25-300。在一种实施方式中,薄片长度至少为薄片宽度的10倍。在一种实施方式中，薄片具有扁平形状。在一种实施方式中，薄片具有板状形状。在一种实施方式中,有机天然纤维材料包含薄片形式的纤维材料，其含量占有机天然纤维材料总量的至少30干重量％,优选地至少50干重量％，更优选地至少70干重量％。 [0097] 有机天然纤维材料可包括机械处理的和/或化学处理的纤维和/或纤维状颗粒。所用的处理的颗粒可包含至少30重量％或至少40重量％,更优选地至少50重量％或至少60重量％,最优选地至少80重量％或至少90重量％机械处理的有机天然纤维材料。 [0098] 术语“机械处理”可指有机天然纤维材料,其通过机械制浆工艺从包含纤维素的任意有机天然原料分离。机械制浆之前可进行化学预处理，得到化学机械纸浆。机械处理的有机天然纤维材料例如可从所用的来源进行研磨、精炼和/或粉末化。换句话说,有机天然纤维材料的来源可进行机械处理但不进行化学处理。其中，机械处理的有机天然纤维材料可包括木粉、木屑、屑材料和/或机械纸浆例如TMP(热机械纸浆),GW(研磨木纸浆)/SGW(石头研磨木纸浆),PGW(压力研磨木纸浆),RMP(精炼机械纸浆),和/或CTMP(化学热机械纸浆)。机械处理的有机天然纤维材料优选地包括木颗粒或由其组成,例如木纤维,但它们还可包括非木材料或由其组成。机械处理的有机天然纤维材料可包括回收颗粒和/或原始颗粒,例如纤维或纤维状颗粒。例如,至少30重量％或至少40重量％,更优选地至少50重量％或至少 60重量％,最优选地至少80重量％或至少90重量％的所用有机天然纤维材料可为原始的。 例如,木-塑料复合材料(WPC)可包括木屑或至少其它机械处理的木或植物颗粒作为主有机天然纤维材料。机械处理的有机天然纤维材料通常包含木质素。在机械处理的有机天然纤维材料例如纤维素基纤维中,木质素以各种量存在，但存在的量通常高于化学处理的有机天然纤维材料中存在的量。木质素是高度聚合物材料,能交联并可用作纤维素基纤维-塑料复合材料的防水剂。例如在木细胞中，木质素的存在限制水渗透进入木细胞,这使得结构非常紧凑。但是,包含木质素的有机天然纤维材料在高温下比不含木质素的纤维材料趋于更容易分解(燃烧)。 [0099] 化学处理的有机天然纤维材料优选地包括化学纸浆。化学纸浆可例如来自牛皮纸制浆法(kraftprocess)或亚硫酸盐制浆法,但还可使用其它化学工艺例如碱法制浆。优选地,化学纸浆来自牛皮纸制浆法。化学处理的有机天然纤维材料优选地包含木基纤维素或由其组成,但是还可包含非木材料。化学处理的有机天然纤维材料可包括回收和/或原始纤维和/或纤维状颗粒。优选地,至少30重量％或至少40重量％,更优选地至少50重量％或至少60重量％,最优选地至少80重量％或至少90重量％的所用有机天然纤维材料是化学处理的颗粒。优选地,至少30重量％或至少40重量％,更优选地至少50重量％或至少60重量％,最优选地至少80重量％或至少90重量％的所用化学处理的颗粒来自牛皮纸制浆法。优选地,用于包含纤维素的有机天然纤维基材料的纸浆生产方法基于硫酸盐蒸煮，也称为牛皮纸蒸煮或制浆,其使用氢氧化钠(NaOH)和硫化钠(Na2S)的混合物。优选地,化学处理的纸浆中的木质素含量低于15重量％,优选地低于10重量％或低于5重量％,更优选地低于3重量％,低于2重量％或低于1重量％，最优选地低于0.5重量％。优选地,化学处理的纸浆中的α纤维素含量是大于50重量％,优选地大于60重量％,更优选地大于70重量％，最优选地大于72重量％或大于75重量％。优选地,化学处理的纸浆中的α纤维素含量小于99重量％,优选地小于90重量％,更优选地小于85重量％，最优选地小于80重量％。 [0100] 所述木材可以是软木如云杉、松树、欧洲冷杉、落叶松、花旗松或铁杉，或是硬木如桦树、白杨、杨树、桤木、桉树或刺槐，或者软木和硬木的混合物。非木材料可为农业废料、草或其他植物材料例如稻草、椰子、树叶、树皮、种子、谷壳、花，来自棉花、玉米、小麦、燕麦、黑麦、大麦、稻、亚麻、大麻、马尼拉麻、剑麻、黄麻、苎麻、洋麻、西沙尔麻落麻(bagasse)、竹或芦苇的蔬菜或果实。在优选的实施例中,至少30重量％或至少40重量％,更优选地至少50重量％或至少60重量％,最优选地至少80重量％或至少90重量％所用有机天然纤维材料是木基的。 [0101] 有机天然纤维材料可至少部分地为纸片或纸卷的形式，板片或卷材或纸浆片或卷材，或者压实纤维基质或压实纤维块体及其组合。 [0102] 有机天然材料的形式可至少部分地为大纤维或纤维束、纸碎渣、纸浆碎渣、粉碎的纸浆材料、它们的衍生物及其组合。 [0103] 再生的有机天然纤维材料优选地包括溶解纸浆。可通过溶解纸浆制造的纤维胶,是再生的有机天然纤维材料的示例。由纤维素氨基甲酸酯制备的纤维或从氨基甲酸酯至少部分地再生的成有机天然纤维材料并在其结构中包含二氧化硅的纤维，可用于与纤维胶类似的应用。这些再生的纤维还可改性，例如用化学处理改性来制备适用于制造包含有机天然纤维基材料的聚合物复合材料的材料。再生的有机天然纤维材料指人造纤维。 [0104] 有机天然纤维材料的量计为系统或制品中未处理的和/或用如上所述方式机械处理的,和/或用如上所述方式化学处理的有机天然纤维材料的总量,优选地不包括人造纤维例如纤维胶纤维。 [0105] 有机天然纤维材料可包括回收材料,例如回收的木材料流的原材料纸浆。回收材料可例如包括回收纸材料。 [0107] 在本申请中“, 基质材料”优选地指加热时能多次成形为新形状的材料。冷却之后，这种材料保持它的新形状，然后缓慢流动或者完全不流动。基质材料包含至少一种重复单元,基质材料的分子量大于18克/摩尔,优选地大于100克/摩尔,大于500克/摩尔,或大于1000克/摩尔,更优选地大于10000克/摩尔或大于100000克/摩尔。 [0108] 基质材料优选包括热塑性材料；因此，基质材料包含热塑性组分。优选地,基质材料中热塑性材料的量为至少80重量％,更优选地至少90重量％,最优选地至少95重量％。优选地,基质材料包含至少一种晶体聚合物和/或至少一种非晶体聚合物,和/或至少一种晶体低聚物和/或至少一种非晶体低聚物和/或至少一种半晶体聚合物和/或至少一种半晶体低聚物。 [0109] 可使用热固性聚合物材料来替代聚合物基质中的热塑性聚合物材料。热固性聚合物材料的示例可为环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂、氨基树脂和聚氨酯。可能认为包含热固性聚合物的复合材料难以回收,在制造包含有机天然纤维材料的聚合物复合材料时优先使用热塑性聚合物。但是,当制造用于一些应用例如用于汽车工业的大量制品时，热固性聚合物的应用方便和性质是有益的。 [0110] 优选地,基质材料包括热塑性聚合物基基质材料和/或热塑性低聚物基基质材料。热塑性聚合物常常在低温下是固体，在升高的温度下它们形成纤维胶聚合物熔体。通常这些聚合物的粘度随着温度升高而降低，聚合物更容易流动和润湿表面。当制备热塑性复合材料时，加热聚合物从而熔融聚合物,并把复合材料的其它组分与聚合物熔体混合。通常当聚合物粘度较低时可以很容易地把这些其它组分混合进入聚合物，这意味着聚合物熔体的温度较高。 [0111] 基质材料至少部分地是熔体形式，此时 [0112] -有机天然材料可粘附到基质材料,和/或 [0113] -可测量材料的熔体流动指数(根据标准ISO1133(2011年生效)),和/或 [0114] -有机天然纤维材料可粘附到基质材料颗粒的表面。 [0115] 聚合物基基质材料包含一种或更多种聚合物，低聚物基基质材料包含一种或更多种低聚物。从基质材料的总量计算的聚合物和低聚物的总量优选地为至少80重量％,至少85重量％,至少90重量％,至少95重量％或至少98重量％。 [0116] 包含有机天然纤维材料的聚合物复合材料所用的基质材料可为聚烯烃。聚合物基质可包括例如均聚合物、共聚合物或改性的不饱和脂族烃聚合物。可用于包含有机天然纤维材料的聚合物复合材料的聚合物可包括例如聚乙烯,聚丙烯,聚苯乙烯,聚酰胺,聚酯,及其组合。在优选的聚烯烃中，C2-C4聚烯烃、聚乙烯和聚丙烯是最优选的，因为它们具有可回收性。聚乙烯和聚丙烯也可以高纯度等级使用，没有干扰工艺的残留物。 [0117] 如果基质材料包含聚合物,它可为任意合适的聚合物或聚合物组合物。优选地,基质材料包含至少50重量％,至少60重量％,更优选地至少70重量％,或至少80重量％,最优选地至少90重量％或至少95重量％的以下组分: [0118] -聚烯烃,例如聚乙烯和聚丙烯, [0119] -聚苯乙烯, [0120] -聚酰胺, [0121] -聚酯, [0122] -ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物), [0123] -聚碳酸酯, [0124] -生物聚合物,例如聚乳酸, [0125] -可生物降解的聚合物, [0126] -生物基聚合物, [0127] -热塑性弹性体, [0128] -多糖, [0129] -木质素,和/或 [0130] -它们的衍生物。 [0131] 基质材料可包含一种或更多种聚合物材料组分。优选地,至少一种聚合物选自下组：聚乙烯和/或聚丙烯。优选地,基质材料中聚丙烯和聚乙烯的量是至少50重量％,至少60重量％,至少70重量％,至少80重量％,至少90重量％或至少95重量％。 [0132] 优选地,基质材料的熔点低于250℃,优选地低于220℃,和更优选地低于190℃。优选地,基质材料的玻璃化转变温度低于250℃,优选地低于210℃,更优选地低于170℃。 [0133] 优选地,基质材料的熔体流动速率MFR低于1000g/10分钟(230℃,2.16kg，通过ISO1133定义,2011年生效),更优选地0.1–200g/10分钟,最优选地0.3–150g/10分钟。优选地,基质材料的熔体流动速率MFR大于0.1g/10分钟(230℃,2.16kg，通过ISO1133定义,2011年生效),更优选地大于1g/10分钟,最优选地大于3g/10分钟。 [0134] 合适的热塑性聚合物保留足以使熔体与有机天然纤维材料共混并允许有效地通过所用制备方法把复合材料成形为成形制品的热塑性性质。制备可通过许多方法来进行，示例技术包括挤出、注塑、压制模塑、发泡等。少量的热固性树脂或其它残余物例如聚氨酯可存在于聚合物组合物中，而不牺牲热塑性性质。热塑性聚合物通常是长链聚合物，其结构可为无定形或半晶体。热塑性聚合物可用许多方法加工,例如挤出或注塑。 [0135] 可添加无机填料，从而增加制品的硬度性质。包含有机天然纤维材料的复合材料中无机填料的量可优选地为0-25重量％或1-20重量％。无机填料优选地主要包括滑石和/或碳酸钙和/或粉煤灰和/或云母和/或玻璃填料(即占填料的至少50重量％)。包含有机天然纤维材料的复合材料可例如通过使用颜料来着色。因此,包含有机天然纤维材料的复合材料可具有颜色。 [0136] 材料的声学性质在许多应用中起着关键作用。机械振动可转换成能作为纵波传输的声音。但是，声音可同时作为纵波和横波通过固体来传输。固体中的横向声波是与传播方向成直角的交替剪切应力波。在固体材料中，声波可使得介质周期性地位移，由此发生振荡。声音可通过在不同材料中的频率,波长,振幅,强度和速度来表征。 [0137] 材料之间的声学性质可不同。表1显示了在一些材料中的典型声速。 [0138] 表1.在一些材料中的声速。 [0139]材料 声速,米/秒 方向 钢 5900 各向同性 PC 2270 各向同性 PVC 2300 各向同性 PP 2500 各向同性 PA6 2600 各向同性 橡胶 1900 各向同性 HDPE 2400 各向同性 LDPE 2000 各向同性 PS 2300 各向同性 木材 3300-3600 木纹的方向 黄铜 3500 各向同性 [0140] 声音通过材料传输的速度通常可定义为材料杨氏模量的平方根除以材料密度。材料中纵波的速度还可表征横向振动频率。材料的阻抗指材料的声速和它的密度的乘积。声速因此与弹性模量和密度直接相关。 [0141] 材料中的声速可在大于一个方向上传播。 [0142] 表1表明塑料材料中声速通常是各向同性的。换句话说,材料中的声音以基本上相同的速度在每个方向上传播。 [0143] 取决于材料,材料中的声速可能根据方向的不同而不同。换句话说,材料可具有各向异性声学性能。例如在木材中，声速可大致独立于木材品种,而是沿着木纹方向发生变化。与木纹方向横交方向上的声速可低至木纹方向的声速的三分之一。 [0144] 此外,木质材料可与空气交换水分。对于木材声学性能很关键的材料性质例如密度、杨氏模量、削减和收缩率很大程度取决于木材的水分含量。在木材中，声速可与弹性模量和密度直接相关。木材的各向异性是有用的，特别是在乐器制造中。 [0145] 根据一种实施方式，测量了比模量随天然纤维含量变化的变化关系。把聚丙烯和软木纤维素(牛皮纸纸浆)用作主原材料，把5％的偶联剂添加到复合材料中。密度和拉伸模量随着纤维素重量百分数的增大而增加，但因为拉伸模量比密度增加得更快,比模量增加大于140％。表4显示了一些包含天然有机纤维材料的一些复合材料的性质。 [0146] 表4.一些包含天然有机纤维材料的复合材料的性质，其中样品中有机天然纤维材料(a)的量是20,30,40,或50重量％。 [0147]样品 纤维含量 密度 拉伸模量 比模量 重量％ g/cm3 MPa MPa/g/cm3 a,20％ 20 0,97 1800 1856 a,30％ 30 1,02 2900 2843 a,40％ 40 1,07 3900 3645 a,50％ 50 1,12 5000 4464 [0148] 通过改变聚合物，可进一步微调比模量。 [0149] 包含天然有机纤维材料的复合材料的比模量可大于800MPa/g/cm3。例如,包含天然有机纤维材料的复合材料的比模量可大于1300MPa/g/cm3或1900MPa/g/cm3。在一些应用中，包含天然有机纤维材料的复合材料的比模量可大于2500MPa/g/cm3或大于3500MPa/g/cm3,优选地大于4500MPa/g/cm3,和优选地大于5000MPa/g/cm3或大于6000MPa/g/cm3。 [0150] 包含天然有机纤维材料的复合材料中对水分的吸收可小于木质材料中的情况。这可为优选地，例如在下述应用中：其中制品可能暴露于湿度，但期望制品声学性质保持稳定。具体来说,复合材料制品可包含40–60重量％的有机天然纤维材料,在30小时的时间中(50％相对湿度和22℃大气)所述示例干燥复合材料制品可吸收低于复合材料制品重量的1.5％的水分。或者，复合材料制品可包含20–40重量％的有机天然纤维材料,在30小时的时间内(50％相对湿度和22℃大气)所述示例干燥复合材料制品可吸收低于复合材料制品重量的1.3％的水分。可从干燥复合材料制品测量来自大气吸收的水分。测量之前，可对复合材料制品进行干燥。例如,测量之前，可把复合材料制品在120℃的温度下干燥48小时。表3显示用于包含20重量％,30重量％,40重量％,或50重量％的天然有机纤维材料并具有高或较低密度的复合材料的水分含量。 [0151] 表3.包含20重量％,30重量％,40重量％,或50重量％的天然有机纤维材料并具有高或较低密度的复合材料的水分重量％。 [0152] [0153] 材料之间的界面通常影响固体材料中的声音。材料可具有不同的密度或粘度,这可衰减声音。粘度或密度的改变可改变声音衰减的速率。当声音移动穿过不具有恒定物理性质的材料时，声音会被折射。折射可包括分散或汇聚。 [0154] 材料的密度和弹性模量可可用来描述特征阻抗。特征阻抗指可从具有第一阻抗的一种介质传输到具有第二阻抗的另一种介质的振动能。例如,在乐器中，当从第一材料传播进入第二材料时阻抗可改变。 [0155] 损失系数指振动的一部分机械能量作为热量通过内部摩擦耗散，其定量因内部摩擦造成的振动削减，与密度和杨氏模量无关。 [0156] 如上所述,声音传播的性能可受到材料的一些物理因素的影响,例如材料的密度与压力或粘度之间的关系。 [0157] 热膨胀是材料所特有的特征。各种材料具有特定的热膨胀系数,其测定材料维度可随温度变化发生多少改变。在乐器中，这种特征可用来选定材料以获得用于乐器所需的声音性质。例如,通常木材的热膨胀可小于金属的热膨胀。通常塑料的热膨胀可大于金属的热膨胀。具体来说,通过选定基质材料和有机天然纤维材料的比例,包含有机天然纤维材料的复合材料可设计成具有特定的热膨胀系数。可选定这个系数使其具有与另一种材料相等的值。这种材料可为例如金属或另一种复合材料。优选地,这可用来匹配制品中不同的材料的热膨胀系数，从而获得用于制品的所需声学性质。 [0158] 图1a,图2a,图2b和图4显示示例复合材料结构250，其包含有机天然纤维材料的纤维组分100。如图2a和2b所示,复合材料结构250可具有在正交方向Sx,Sy,Sz的物理维度。复合材料可具有熔体流动fm方向,其可平行于方向Sx。图2b所示的横截面表明复合材料结构250可在第一表面105和第二表面105’之间垂直地延伸。厚度140沿方向Sz。可包括通过界面 133与内部区域132分离的第一表面区域130,和通过第二界面134与内部区域132分离的第二表面区域131。纤维组分100可具有根据熔体流动fm方向的取向。具体来说，纤维组分100除了至少一个表面区域130之外，还具有根据表面105,105’的取向。 [0159] 图1a和图4显示纤维组分100。纤维组分100可包括腔体或中空内部200。内腔可用包含纤维素分子的壳层120环绕。纤维素是葡萄糖分子的长链聚合物，其具有聚合度。取决于纤维组分100长度D1,聚合度可大至10000,这意味着单一纤维素聚合物可以化学稳定的形式包含最高达10000个葡萄糖分子。聚合物结构可延伸进入壳层120。纤维组分100可因此具有包括纵向维度D1的形状,其中纤维素材料的聚合物结构可沿着主方向Sx延伸,该方向可平行于组分100的长度D1。组分100可具有薄片形式。纤维组分100的横截面110可具有平扁的形状,且主轴Ax1和短轴Ax2决定纤维组分100的水平维度或宽度D2和垂直维度或高度D3。椭圆形状可沿着组分的纵向维度D1变化。维度D2和D3可沿着组分的纵向维度D1变化。 [0160] 形状比例D1/D2可测定为纤维组分100的纵向维度D1除以水平维度D2。例如,纵向维度D1为100微米，水平维度D2为20微米的纤维组分100可具有5:1的形状比例D1/D2。 [0161] 形状比例D1/D3可测定为纤维组分100的纵向维度D1除以垂直维度D3。例如,纵向维度D1为50微米，垂直维度D2为10微米的纤维组分100可具有5:1的形状比例D1/D3。 [0162] 具体来说,纤维组分100可包括化学处理的有机天然纤维材料,例如来自牛皮纸制浆法的有机天然纤维材料。牛皮纸制浆法降低有机天然材料中的木质素含量。木质素可用作纤维组分100之间的粘合剂材料，但可同时把纤维组分100与环境隔离，并防止纤维组分100在复合材料制造过程中发生沉降。优选地,纤维组分100中的木质素含量可通过化学过程降低到低于15重量％,优选地低于5重量％,更优选地低于1重量％和最优选地低于0.5重量％。纤维组分100可因此具有低木质素含量和用于制造包括平扁的和取向纤维组分100的复合材料结构。 [0163] 图4还显示声波300。声音通常指机械波。在本实施例中，使用正弦平面波300来描述声波。声波具有一定频率，单位为振荡/秒(称为赫兹)。波长λ描述在相同相位的相邻点之间的距离。振幅A相当于波的极值点之间的距离。通过增加声音的响度来实现增加振幅。使用声压来测量音量。它指与静态压力相比，声波诱导的暂时的压力改变。通常大多数声音包括振动的混合。声谱提供声音中存在的不同的频率。声谱可提供为任一压力功率随频率的变化图谱。 [0164] 声波300可通过可压缩的固体、液体或气相介质或等离子体传播或传输。声波300在介质上传播,所述介质也能维持声波300。介质的颗粒响应传播的声波绕着静态位置振动，但仍然保持它们永久的原始位置。 [0165] 包括机械振动的声波300可接触复合材料结构250的表面105，见图2a。取决于组合物复合材料结构250,声波可至少部分地吸收和/或传输到复合材料结构250。在包含有机天然纤维材料的复合材料结构250中，声速可为各向异性和根据方向不同的。 [0166] 在一个方向的声速可大于垂直于该方向的方向上的声速。在熔体流动fm方向Sx的声速可标记为vx。 [0167] 垂直于熔体流动fm方向Sx的声速可标记为vT。 [0168] 根据一种实施方式，vT可垂直于包含有机天然材料的制造元件1200的最近表面105。 [0169] 根据一种实施方式vT可比vx小10％，或比vx小20％，或比vx小30％,优选地比vx小35％，或比vx小40％，，或比vx小50％，优选地比vx小60％，或比vx小70％，或比vx小80％。 [0170] 比例vT./vx可为0.15-0.9,例如0.2-0.8或0.15-0.85,例如0.3-0.9或0.2-0.8。 [0171] 基质材料可具有各向同性声速v结合。 [0172] 比例vx./v结合可为0.7-2.0。 [0173] 比例vx/vT可大于1:1。例如,比例vx/vT可为1.1:1到9:1,例如1.1:1-7:1,或2:1-8:1,例如3:1-9:1。 [0174] vx可最高达2000m/s或大于2000m/s。通过选定包含有机天然纤维材料的复合材料的组合物，可控制vx。vx可选定为小于或等于2000m/s,例如2000m/s-800m/s,例如1800m/s-1000m/s。vx可选定为大于或等于2000m/s,例如2000m/s-3800m/s,例如2000m/s-3000m/s。 [0175] vT可选定为小于或等于2000m/s,例如2000m/s-800m/s,例如1800m/s-1000m/s。 [0176] 表2显示了一些包含天然有机纤维材料的复合材料中的声速。 [0177] 表2一些包含有机天然纤维材料(30和50重量％)的复合材料(1,2,3和4)中的声速。 [0178] [0179] 从表1的样品1和2可知,vx可超过vT的三倍。例如,vT可为800-1000m/s。 [0180] 在复合材料结构250中，熔体流动方向fm的声速可最高。这可能是由于纤维组分100在复合材料结构250中的取向造成。复合材料结构250中的纤维组分100可在大于一个方向取向,见图1b,1c,1d,2a,2b,3a,3b和4。 [0181] 图1b显示形成复合材料结构250。在制造复合材料结构250时，可把包含基质材料和有机天然纤维材料的混合物(标记为熔体)以速度v1引入。材料可在主方向fm流动。流动方向可通过模具160来控制。材料可具有温度tp1,模具可具有温度tp2。温度tp2可低于温度tp1。因此,可选定温差Δtp,它是温度tp2和tp1之间的差值。当混合物接触模具的表面104时,混合物的温度tp1下降，且材料开始冷却。材料的冷却形成第一表面105,第二表面105’,第一表面区域130,第二表面区域131和内部区域132。通过选定速度v1和温度tp1和tp2,可调节表面区域130,131和内部区域的厚度。纤维组分100可与熔体一起流动并可取向，从而纤维组分100的纵向维度D1基本上沿着熔体流动方向fm取向。措辞‘基本上沿着……取向’指纤维组分优先沿着质量流动fm方向取向。例如,至少60％,优选地至少70％,优选地至少80％纤维组分100可具有偏向角α1,其小于或等于45度。纤维组分100可指纤维，其包括至少 100微米的纵向维度D1和至少5:1的长径比D1/D2。偏向角α1指纵向轴Ax3和熔体流动fm方向Sx之间的角度,见图1c。例如,偏向角α1可小于40度,优选地小于35度,更优选地小于30度,最优选地小于20度。取向可通过例如电子显微镜图像或X射线形貌成像来测量。 [0182] 至少60％,优选地至少70％,优选地至少80％的纤维组分100可具有小于或等于30度的偏向角α1。 [0183] 纤维组分100在熔体流动方向fm取向可透过复合材料结构同时在表面层和内部层中进行。熔体流动fm方向Sx平行于与熔体流动fm相反的方向-Sx。纤维组分100的纵向维度D1的这种基本上平行取向可影响复合材料结构的声学性质。 [0184] 换句话说,有机天然纤维材料可包含纤维组分100,复合材料结构250可包括相互垂直并平行于复合材料表面105纵向维度和横向维度,其中至少部分的有机天然纤维材料的纤维组分100的纵向维度可基本上平行于复合材料的纵向维度取向。 [0185] 通过选择 [0186] -包含基质材料和有机天然纤维材料的混合物的组成和/或 [0187] -有机天然纤维材料的形状比例和/或 [0188] -基质材料和有机天然纤维材料的比例和/或 [0189] -引入包括基质材料和有机天然纤维材料的混合物的速度v1 [0190] -温度tp2和tp1之间的温差Δtp, [0191] 可控制复合材料结构的声学性质。 [0192] 因此,用于提供复合材料的方法可包括 [0193] -提供聚合物基质； [0194] -提供有机天然纤维材料,所述有机天然纤维材料可取向从而使得声音在复合材料中的传播是各向异性的。 [0195] 这种方法可提供组合物，其包含 [0196] -有机天然纤维材料和 [0197] -聚合物基质, [0198] -有机天然纤维材料,其加以取向从而使得声音在复合材料中的传播是各向异性的。 [0199] 此外,用于制备复合材料的方法可包括： [0200] -选定用于有机天然纤维材料的纤维组分(100)的形状比例 [0201] -选定用于包含有机天然纤维材料的纤维组分(100)和聚合物基质的混合物的重量比例 [0202] -以速度v1引入混合物；和 [0203] -使纤维组分(100)取向 [0204] ,其中 [0205] -纤维组分(100)包括纵向维度,水平和垂直维度,和其中至少60％的纤维组分(100)具有至少5:1的纵向维度(D1)和垂直(D3)维度的形状比例。 [0206] 可选定用于包含基质材料和有机天然纤维材料的混合物组成的组分，来获得用于复合材料所需密度和热膨胀。热膨胀可取决于复合材料结构250中的方向。此外,复合材料结构250的组成可影响热膨胀。例如,包含40重量％有机天然纤维材料的复合材料结构250中的热膨胀可大于包含50重量％有机天然纤维材料的复合材料结构250的热膨胀。因此,相比于包含较少的有机天然纤维材料的复合材料结构250，包含50重量％有机天然纤维材料的复合材料结构250可改善维度稳定性。因此，组成的选择可用来控制材料中的声速。 [0207] 有机天然纤维材料的长径比可选定为影响复合材料结构中的声速。声波300可优选地以第一速度vx在纤维的纵向维度D1传输,其可基本上平行于熔体流动fm方向Sx。声波300可优选地以第二速度vT在垂直于熔体流动fm方向Sx的方向传输。速度vT在方向Sy和Sz可为不同的。具体来说,在这两个正交的方向的声速可变化，见表2。在优选的实施例中,声速在两个正交的方向可发生至少10％的变化,其中一个是熔体流动fm方向Sx。基质材料和有机天然纤维材料的比例可用来影响聚合物结构的密度和弹性模量。 [0208] 在一些应用中，高比模量(拉伸模量和密度的比例)可为非常优选的。图9和10显示包含有机天然纤维材料的复合材料在系统中的应用，其中数码或电形式的数据可转变成声学声波。音频系统900可包括外壳930，其包括内部940用于安装驱动器920。外壳还可用来防止从驱动器920背面发射的声波300破坏性地干扰从其前面发射的声波。外壳930材料应不因来自扬声器的音盆或隔膜的声能而振动或依顺性形变。驱动器920可连接到平坦的面板910,也标记为‘挡板’。面板910可包括用于安装驱动器920的开口。驱动器可包括音盆925,其理想地可为刚性、轻重量和能减少振动。声学性质在扬声器系统中起重要作用，在例如音盆925、外壳930或面板910中应用包括所需声学性质的复合材料结构250可改善系统的声学性能。复合材料结构250可特别设计用于扬声器组件。 [0209] 优选地,可通过使纤维组分在至少一个表面区域130,131中取向来选定组件的弹性模量。 [0210] 纤维组分100的纵向维度D1可平行于熔体流动fm方向取向,见图1b。此外，平行于纤维组分100的主轴Ax1的宽度可平行于所示用于纤维组分100”的方向Sz(垂直地)取向或平行于所示用于纤维组分100”的方向Sy(水平地)取向。纤维组分100可在表面区域中取向,见图1d,2a,2b,3a和3b。图3a和3b显示纤维组分100可绕着纤维组分100的纵向轴Ax3旋转。 [0211] 在图2b中, [0212] 比例D130/D140可例如大于或等于10％。 [0213] 比例D130/D140可例如大于或等于10％,其中该比例可小于或等于200微米。 [0214] 当D140大于或等于500微米时,D130可小于或等于200微米。 [0215] 在表面105,105’附近的纤维组分100的短轴Ax2可基本上沿着表面法线N1对齐。对于其中D4小于或等于D130的纤维组分,可满足下述用于旋转角β1的标准。例如,至少60％,优选地至少70％,优选地至少80％的纤维组分100可具有旋转角β1,其小于或等于45度。纤维组分100可指纤维，其包括至少100微米的纵向维度D1和至少5:1的长径比D1/D2。旋转角β1,指纤维组分100的短轴Ax2和法线N1之间的角度，见图1d。法线N1指在点cp1处的表面105法线，其最靠近所述纤维组分100。深度D4可定义为在短轴Ax3上从表面105到纤维组分100中心的垂直距离。 [0216] 例如,旋转角β1可小于40度,优选地小于35度,更优选地小于30度,最优选地小于20度。取向可通过例如电子显微镜图像或X射线形貌图像来测量。 [0217] 例如,旋转角β1可小于60度,优选地小于40度,更优选地小于30度,最优选地小于20度。取向可通过例如电子显微镜图像或X射线形貌成像来测量。 [0218] 至少60％,优选地至少70％,优选地至少80％的纤维组分100可具有旋转角β1,其小于或等于30度。 [0219] 优选地,复合材料结构250的比模量可通过使纤维组分100在至少一个表面区域中取向来改善。除了各向异性的声速以外,还可根据应用选定复合材料结构250的拉伸模量和密度的比例。例如,较低比模量可用于乐器或扬声器系统。在乐器中，包括高硬度和低损失系数的复合材料可为优选的。但是,在其它应用例如用于车门或内墙的隔离面板中，可要求复合材料具有更大的硬度和增加的消音(dampening)(通过增大损失系数)。 [0220] 复合材料的性质可受到复合材料中单个组分的性质、复合材料中有机天然纤维材料的几何形貌和取向、和有机天然纤维材料和聚合物基质的表面相互作用的影响。优选地可选定复合材料制品中所用的材料，从而形成的复合材料将获得所需性质。例如,有机天然纤维材料可包括纤维素区域，其通过木质素和半纤维素片段互连。当选定可用于制造复合材料的有机天然纤维材料和聚合物基质时,可明智地选定材料从而所用聚合物基质的熔点(温度)低于所用有机天然纤维材料可能开始分解(燃烧)的温度。如果进一步升高加工温度,有机天然纤维材料可能会开始损失它的结构和分解；因此优选工艺中材料温度低于230℃。有机天然纤维材料开始分解的温度可能与材料中存在的木质素的量相关，因为较高木质素含量在高温度下可比不含木质素的纤维材料更容易分解。 [0221] 包含有机天然纤维材料的复合材料的制备可通过许多方法来进行，示例技术包括挤出、注塑、压制模塑、发泡等。包含有机天然纤维材料的复合材料还可通过热成型、锯切、钻孔、研磨或用于形成成形制品的其它方法来成形。可组合上述所列的非限制性示例技术方法。 [0222] 图5显示朝向有机天然纤维材料100的声波300。如图5所示,声波300可在有机天然纤维材料的表面处反射301远离。或者声波300可在有机天然纤维材料的表面折射302,和通过有机天然纤维材料传播。通过增加有机天然纤维材料在复合材料结构250中的比例，可调制复合材料的各向异性性质。例如,声波的有些组分可反射,而有些组分可折射。此外，还可能两种或更多种声波相互干涉并相互具有倍增效果。相反相位的声波可相互衰减。纤维组分100的壳层120可改善声波300的传输。 [0223] 图6是根据本发明的一种实施方式的包含有机天然纤维材料的复合材料制品一部分的含比例尺的250倍放大横截面图像。可见纤维组分100的横截面为淡灰色，具有在中央的较深色的中空内部200。纤维之间的黑色背景是基质材料。 [0224] 图7和8是复合材料制品一些部分的具有比例尺的85倍放大横截面图像，显示根据一种示例实施方式的复合材料结构。相对于无光泽灰色背景，图中显示复合材料结构250。内部区域1000和表面区域1102和1120之间的界面1110和1110’通过白色虚线表示。图7和8用扫描电子显微镜拍摄，并提供以不同的速度v1制造的复合材料结构。在图7中，使用较高的速度，这得到具有降低厚度的表面区域1102。在图8中，使用较低速度v1，这增加了表面区域1102的厚度。在图7和8中,都可见表面区域处的纤维组分100取向，相比之下，内部则并非如此。纤维组分100在熔体流动方向Sx的取向穿过复合材料结构同时在表面层1102,1120和内部层1000进行。此外,纤维组分100在表面区域1102,1120的取向基本上平行于方向Sy，其垂直于熔体流动fm方向Sx。 [0225] 图11显示包含有机天然纤维材料的元件1200。元件1200可包括用界面1230连接的第一面板1210和第二面板1220。第一面板和第二面板可不同。这些类型的复合材料结构可例如用于改善较大内部空间的声学性能。这种应用的示例可为音乐厅、会议室、展区、客舱、录音棚或其他类似的地方。面板例如可具有声音反射或重新定向性质。 [0226] 元件1200的声学性质可优化到某一频率范围。频率范围可开始于小于1000Hz的频率。例如,频率范围可为100Hz-3150Hz,例如通常用于建筑外表面所用的面板。对于其它应用，频率可为至少500Hz。车辆噪音通常可为500Hz-1500Hz。频率范围可为例如小于2000Hz或小于5000Hz。或者,可使用大于2000Hz的频率范围。 [0227] 例如,元件1200可用作便携式设备中的组件，其中元件1200可用作设备的增强元件或组件。此外,元件1200可集成到制品并用作具有所需声学性能的外壳。 [0228] 元件例如可以具有方向的方式削减或传输声音或振动波。 [0229] 图12显示示例，其中表征包含30重量％的有机天然纤维材料的复合材料结构250的声学性质,例如声音吸收、声学阻抗和削减性质。收集结果，作为起始于1000Hz的频谱。吸收系数随着频率增大而增加。可清楚地改善复合材料结构250在大于或等于3000Hz处的吸收性质。可清楚地改善复合材料结构250在大于或等于4000Hz处的吸收性质。可清楚地增加大于或等于5000Hz处的吸收系数。根据ISO10534-2(2012)标准执行测试。 [0230] 下面的标准可用来测量包含有机天然纤维材料的复合材料结构250的声学性质: [0231] ISO354声音吸收，测试室 [0232] ISO6721-3振动削减 [0233] ISO10534-1声音吸收系数,标准波方法 [0234] ISO10534-2声音吸收系数,阻抗管方法 [0235] ISO140隔音测量 [0236] ASTME90-09用于实验室测量建筑分区和元件的空气传播声音传输损失的标准测试方法 [0237] ISO3382房间声学参数的测量 [0238] 可使用用于模具的模拟软件预测和/或规划有机天然纤维材料组分在复合材料中的取向。通常，复合材料可需要某些预先决定的量的天然纤维基组分，从而实现复合材料的某些性质。所需声学性质可通过纤维取向来实现。 [0239] 根据一种实施方式,包含有机天然纤维材料的复合材料可用于制造乐器。乐器常常由木材制成。尽管有良好和所需的声学性质,木材常常对环境变化作出反应并适应环境改变。例如，空气的水分含量影响木材，且当设计和制造木制乐器时需要考虑。还可能会发生不利的热膨胀或收缩。根据一种实施方式,用于复合材料的所需系数热膨胀可通过选定塑料组分和有机天然纤维材料的量来实现。塑料组分的固有性质和有机天然纤维材料的量可根据选定应用来优化。性质和量可取决于复合材料的应用和所需性质。例如,可期望在乐器的邻近或相邻的零件或组件取得相同类型的性质。在小提琴中，可期望小提琴的性质与弹簧性质对应。对于乐器可同样适用，其中不同材料的组件部分用于演奏；或者在乐器框架中相互邻近结合。通常，木材的热膨胀系数可小于金属，金属的热膨胀系数可小于塑料。 [0240] 根据一种实施方式，包含天然纤维基材料的复合材料可用来替换不同的种类的原始零件。例如在乐器中,根据实施方式的复合材料可替换一些木材零件或一些金属零件。在一种实施方式中,这可通过复合材料的稳定性来实现。可通过复合材料取得所需性质,因此可无需使用独立的材料和/或零件。 [0241] 编号项目： [0242] 1.一种组合物，其包含： [0243] -基质材料和 [0244] -有机天然纤维材料， [0245] -其中设置成在组合物中的不同方向具有不同的声速。 [0246] 2.如编号项目1所述的复合材料，其特征在于，声速在不同的方向变化从而差异为至少10％。 [0247] 3.如前述编号项目中任一项所述的复合材料，其特征在于，在有机天然纤维材料的方向和垂直于所述方向的方向上的声速是不同。 [0248] 4.如前述编号项目中任一项所述的复合材料，其特征在于，在组合物中的至少一个方向上声速小于1800m/s。 [0249] 5.如前述编号项目中任一项所述的复合材料，其特征在于，在组合物的纵向方向和在垂直于所述方向的方向上声速是不同的。 [0250] 6.如编号项目5所述的复合材料，其特征在于，组合物的纵向方向对应于复合材料的熔体流动方向。 [0251] 7.如前述编号项目中任一项所述的复合材料，其特征在于，不同的方向的声速比例为至少3:1或小于3:1。 [0252] 8.如前述编号项目中任一项所述的复合材料，其特征在于，在熔体流动方向和在垂直于熔体流动的方向的声速是不同的。 [0253] 9.如前述编号项目中任一项所述的复合材料，其特征在于，至少60％的天然纤维材料平行于复合材料的纵向方向纵向地取向。 [0254] 10.如前述编号项目中任一项所述的复合材料，其特征在于，至少80％天然纤维材料在复合材料熔体流动(fm)的方向包括小于40度的平均偏向角(α1)。 [0255] 11.如前述编号项目中任一项所述的复合材料，其特征在于，有机天然纤维材料包含纤维组分,其中至少部分的有机天然纤维材料的纤维组分的纵向维度平行于复合材料的熔体流动方向。 [0256] 12.如前述编号项目中任一项所述的复合材料，其特征在于，有机天然纤维材料包含纤维组分，其中纤维组分的纵向维度沿着复合材料的熔体流动方向取向，从而至少80％的纤维组分沿着复合材料的熔体流动方向取向。 [0257] 13.如前述编号项目中任一项所述的复合材料，其特征在于，有机天然纤维材料包含具有纵向维度、水平维度和垂直维度的纤维组分,和其中至少60％的纤维组分(100)具有为至少4:1；或至少10:1的纵向维度(D1)和垂直(D3)维度的形状比例。 [0258] 14.如前述编号项目中任一项所述的复合材料，其特征在于，有机天然纤维材料包括纤维素材料的聚合物结构。 [0259] 15.如前述编号项目中任一项所述的复合材料，其特征在于，有机天然纤维材料是薄片形式。 [0260] 16.如前述编号项目中任一项所述的复合材料，其特征在于，有机天然纤维材料包括薄片，该薄片宽度至少比厚度大两倍。 [0261] 17.如编号项目15或16所述的复合材料,其中至少一些薄片包括扁平的内部。 [0262] 18.如前述编号项目中任一项所述的复合材料，其特征在于，复合材料的表面区域(130,131)从复合材料的纵向表面(105,105’)正交地朝向复合材料的内部(132)延伸；当复合材料厚度小于500微米时，表面区域的厚度至少为复合材料厚度的10％；或表面区域的厚度最高达200微米。 [0263] 19.如前述编号项目中任一项所述的复合材料，其特征在于，还包括使纤维组分(100)在至少一个表面区域(130,131)中取向。 [0264] 20.如前述编号项目中任一项所述的复合材料，其特征在于，有机天然纤维材料包含纤维组分；在至少一个表面区域中，复合材料包含的取向纤维组分多于显著偏离纵向取向的纤维组分。 [0265] 21.如前述编号项目中任一项所述的复合材料，其特征在于，有机天然纤维材料包含纤维组分,其中在复合材料表面附近的至少80％的纤维组分沿着表面法线对齐,从而绕着纤维组分纵向维度的旋转角(β1)小于40度。 [0266] 22.如前述编号项目中任一项所述的组合物，其特征在于，所述基质材料包含聚合物基质。 [0267] 23.如前述编号项目中任一项所述的组合物，其特征在于，基质材料包括塑料或热塑性塑料。 [0268] 24.如前述编号项目中任一项所述的复合材料，其特征在于，所述组合物的比模量(拉伸模量除以密度)至少为1900MPa/g/cm3。 [0269] 25.如前述编号项目中任一项所述的复合材料，其特征在于，有机天然纤维材料包含的木质素含量低于15重量％；或低于5重量％；或低于1重量％；或低于0.5重量％。 [0270] 26.如前述编号项目中任一项所述的复合材料，其特征在于，复合材料(250)在大于500Hz的频率,或大于1000Hz的频率,大于2000Hz的频率,或大于3000Hzd频率,或大于4000Hz的频率具有吸收性质。 [0271] 27.如前述编号项目中任一项所述的复合材料，其特征在于，通过使纤维组分在至少一个表面区域中取向来选定该组分的弹性模量。 [0272] 28.如前述编号项目中任一项所述的复合材料，其特征在于，根据所需复合材料的声学性质来选定基质材料。 [0273] 29.如前述编号项目中任一项所述的复合材料，其特征在于，根据所需复合材料的声学性质来选定有机天然纤维材料中包含的纤维的量。 [0274] 30.如前述编号项目中任一项所述的复合材料，其特征在于，根据所需复合材料的声学性质来选定原始天然纤维材料的平均长度。 [0275] 31.如前述编号项目中任一项所述的复合材料，其特征在于，根据复合材料的所需声学性质来选定复合材料的弹性模量和/或损失系数。 [0276] 32.如前述编号项目中任一项所述的复合材料，其特征在于，通过选定基质材料、有机天然纤维材料中纤维的量和纤维的取向来选择复合材料的热膨胀系数。 [0277] 33.一种提供复合材料的方法，所述方法包括: [0278] -提供基质材料和 [0279] -提供有机天然纤维材料， [0280] -其中在组合物中不同方向的声速是不同的。 [0281] 34.如编号项目33所述的方法，其特征在于，声速在不同的方向变化从而差异至少为10％。 [0282] 35.如前述编号项目33-34中任一项所述的方法，其特征在于，在有机天然纤维材料的方向和垂直于所述方向的方向的声速是不同。 [0283] 36.如前述编号项目33-35中任一项所述的方法，其特征在于，在组合物的至少一个方向上声速小于1800m/s。 [0284] 37.如前述编号项目33-36中任一项所述的方法，其特征在于，在组合物的纵向方向和在垂直于所述方向的方向上声速是不同的。 [0285] 38.如编号项目37所述的方法，其特征在于，组合物的纵向方向对应于复合材料的熔体流动方向。 [0286] 39.如前述编号项目33-38中任一项所述的方法，其特征在于，不同的方向的声速比例至少为3:1或小于3:1。 [0287] 40.如前述编号项目33-39中任一项所述的方法，其特征在于，在熔体流动方向和在垂直于熔体流动的方向的声速是不同的。 [0288] 41.如前述编号项目33-41中任一项所述的方法，其特征在于，至少60％天然纤维材料平行于复合材料的纵向方向纵向地取向。 [0289] 42.如前述编号项目33-41中任一项所述的方法，其特征在于，至少80％的天然纤维材料在复合材料熔体流动(fm)方向包括小于40度的平均偏向角(α1)。 [0290] 43.如前述编号项目33-42中任一项所述的方法，其特征在于，有机天然纤维材料包含纤维组分,和其中至少部分的有机天然纤维材料的纤维组分的纵向维度平行于复合材料的熔体流动方向。 [0291] 44.如前述编号项目33-43中任一项所述的方法，其特征在于，有机天然纤维材料包含纤维组分，其中纤维组分的纵向维度沿着复合材料的熔体流动方向取向，从而至少80％纤维组分沿着复合材料的熔体流动方向取向。 [0292] 45.如前述编号项目33-44中任一项所述的方法，其特征在于，有机天然纤维材料包含具有纵向维度、水平维度和垂直维度的纤维组分,其中至少60％的纤维组分(100)具有至少4:1；或至少10:1的纵向维度(D1)和垂直(D3)维度的形状比例。 [0293] 46.如前述编号项目33-45中任一项所述的方法，其特征在于，有机天然纤维材料包括纤维素材料的聚合物结构。 [0294] 47.如前述编号项目33-46中任一项所述的方法，其特征在于，有机天然纤维材料是薄片形式。 [0295] 48.如前述编号项目33-47中任一项所述的方法，其特征在于，有机天然纤维材料包括薄片，该薄片宽度至少比厚度大两倍。 [0296] 49.如编号项目47或48所述的方法,其中至少一些薄片包括扁平的内部。 [0297] 50.如前述编号项目33-49中任一项所述的方法，其特征在于，复合材料的表面区域(130,131)从复合材料的纵向表面(105,105’)正交地朝向复合材料的内部(132)延伸；当复合材料厚度小于500微米时，表面区域的厚度至少为复合材料厚度的10％；或表面区域的厚度最高达200微米。 [0298] 51.如前述编号项目33-50中任一项所述的方法，其特征在于，还包括使纤维组分(100)在至少一个表面区域(130,131)中取向。 [0299] 52.如前述编号项目33-51中任一项所述的方法，其特征在于，有机天然纤维材料包含纤维组分；其中至少一个表面区域中，复合材料包含的取向纤维组分多于显著偏离纵向取向的纤维组分。 [0300] 53.如前述编号项目33-52中任一项所述的方法，其特征在于，有机天然纤维材料包含纤维组分,其中在复合材料表面附近的至少80％的纤维组分沿着表面法线对齐,从而绕着纤维组分纵向维度的旋转角(β1)小于40度。 [0301] 54.如前述编号项目33-53中任一项所述的方法，其特征在于，所述基质材料包括聚合物基质。 [0302] 55.如前述编号项目33-54中任一项所述的方法，其特征在于，基质材料包括塑料或热塑性塑料。 [0303] 56.如前述编号项目33-55中任一项所述的方法，其特征在于，所述组合物的比模量(拉伸模量除以密度)为至少1900MPa/g/cm3。 [0304] 57.如前述编号项目33-56中任一项所述的方法，其特征在于，有机天然纤维材料包含的木质素含量低于15重量％；或低于5重量％；或低于1重量％；或低于0.5重量％。 [0305] 58.如前述编号项目33-57中任一项所述的方法，其特征在于，复合材料(250)在大于500Hz的频率,或大于1000Hz的频率,大于2000Hz的频率,或大于3000Hzd频率,或大于4000Hz的频率具有吸收性质。 [0306] 59.如前述编号项目33-58中任一项所述的方法，其特征在于，通过使纤维组分在至少一个表面区域内取向来选定组分的弹性模量。 [0307] 60.如前述编号项目33-59中任一项所述的方法，其特征在于，根据所需复合材料的声学性质来选定基质材料。 [0308] 61.如前述编号项目33-60中任一项所述的方法，其特征在于，根据所需复合材料的声学性质来选定有机天然纤维材料包含的纤维的量。 [0309] 62.如前述编号项目33-61中任一项所述的方法，其特征在于，根据所需复合材料的声学性质来选定原始天然纤维材料的平均长度。 [0310] 63.如前述编号项目33-62中任一项所述的方法，其特征在于，根据复合材料的所需声学性质来选定复合材料的弹性模量和/或损失系数。 [0311] 64.如前述编号项目33-63中任一项所述的方法，其特征在于，通过选定基质材料、有机天然纤维材料中纤维的量和纤维的取向来选择复合材料的热膨胀系数。 [0312] 65.用于制备如编号项目1-32中任一项所述的组合物的方法。 [0313] 66.如编号项目1-32中任一项所述的组合物的应用，用作声学材料。 [0314] 67.如编号项目1-32中任一项所述的组合物的应用，其特征在于，复合材料用来至少作为扬声器的一部分。 [0315] 68.如编号项目67所述的组合物的应用，其特征在于，把复合材料用作扬声器的面板和/或用作扬声器的音盆。 [0316] 69.如编号项目1-32中任一项所述的组合物的应用，其中复合材料用来至少作为乐器的一部分。 [0317] 70.如编号项目1-32中任一项所述的组合物的应用，用于衰减声音。 [0318] 71.如编号项目1-32中任一项所述的组合物的应用，用于强化声音。 [0319] 72.如编号项目1-32中任一项所述的组合物的应用，用作车辆的部分用于衰减和/或削减声音。 [0320] 73.包括如编号项目1-32中任一项所述的组合物的扬声器。 [0321] 74.包括如编号项目1-32中任一项所述的组合物的吸音面板。 [0322] 75.包括如编号项目1-32中任一项所述的组合物的电子设备。 [0323] 76.包括如编号项目1-32中任一项所述的组合物的乐器。 [0324] 77.包括如编号项目1-32中任一项所述的组合物的砌块。 |
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