提琴制作是艺术还是科学？

期望从什么是碳纤维开始介绍，学习了。

xuxianzhou 发表于 2017-3-17 17:50
期望从什么是碳纤维开始介绍，学习了。

谢谢徐先生支持，定能满足你的要求。

什么是碳纤维？

        回答这个问题之前，我们先了解一下什么是玻璃纤维。人们比较熟悉它，玻璃纤维与环氧树脂是制造玻璃钢的原料。玻璃纤维、石棉都属于无机纤维。碳纤维(carbon fiber)，顾名思义，就是由碳元素组成的纤维，含碳量高于90%。在微观上，碳纤维的结构和石墨有点相似，都是由层状的碳片状晶体组成。这些碳片状晶体有一个名字，叫做石墨烯。它只有一层原子厚度，面内的碳原子呈六角形排列，类似于蜂窝的形状。见图：

石墨烯（左）与石墨（右）

如此性能良好的碳纤维是怎样制成的？

       尽管碳纤维主要由碳组成，然而人们至今还不能直接用碳或石墨来制取碳纤维，只能采用一些含碳的有机纤维原料，将有机纤维与塑料树脂结合在一起炭化制得碳纤维。被选用来制备碳纤维的有机纤维主要包括：聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维等，其中应用较普遍的是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维。在这过程中，普遍需要经历纤维纺丝、热稳定化(预氧化)、氧化、碳化四个过程，其间伴随着脱氢、环化、预氧化、氧化及脱氧等化学变化。经过这些过程以后，我们就可以得到碳纤维的原丝。

   制备出原丝并不意味着制备碳纤维的过程就结束了。制备出原丝后，还需要经过上浆和固化的过程。所谓的上浆就是将原丝和环氧树脂混合的过程。上浆过程使用的方法可以很多，可以通过自动放置机械会将碳纤维浸泡在环氧树脂中，也可以人工地将环氧树脂和其他高分子与碳纤维混合起来。上浆结束后，就需要经过最后的一个程序，那就是固化。固化过程常用到的方法是加热，或者将环氧树脂放在真空中加压。固化主要是让包裹了环氧树脂的碳纤维硬化；此外，在固化过程中，碳纤维可能会发生化学反应，生成原丝材料中不含碳的物质，导致纤维颗粒之间的团聚作用力更加强。这时候，碳纤维的产品就真正做好了。

   碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维。其中含碳量高于99%的称石墨纤维。碳纤维除了具有一般碳素材料的特性外，碳纤维编织布其外形有显著的各向异性柔软，可加工成各种织物，又由于比重小， 沿纤维轴方向表现出很高的强度，碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500兆帕以上，是钢的7到9倍，抗拉弹性模量为230到430G帕亦高于钢。

碳纤维物理特性

    碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征，是一种的力学性能优异的新材料。碳纤维拉伸强度约为2到7GPa，拉伸模量约为200到700GPa。密度约为1.5到2.0克每立方厘米，这除与原丝结构有关外，主要决定于炭化处理的温度。一般经过高温3000℃石墨化处理，密度可达2.0克每立方厘。再加上它的重量很轻，它的比重比铝还要轻，不到钢的1/4，比强度是铁的20倍。碳纤维的热膨胀系数与其它纤维不同，它有各向异性的特点。碳纤维的比热容一般为7.12。热导率随温度升高而下降平行于纤维方向是负值(0.72到0.90)，而垂直于纤维方向是正值(32到22)。碳纤维的比电阻与纤维的类型有关，在25℃时，高模量为775，高强度碳纤维为每厘米1500。这使得碳纤维在所有高性能纤维中具有最高的比强度和比模量。同钛、钢、铝等金属材料相比，碳纤维在物理性能上具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特点，可以称为新材料之王。

碳纤维布

碳纤维还具有极好的纤度(纤度的表示法之一是9000米长纤维的克数)，一般仅约为19克，拉力高达300kg每微米。几乎没有其他材料像碳纤维那样具有那么多一系列的优异性能， 因此在密度、刚度、重度、疲劳特性等有严格要求的领域。在不接触空气和氧化剂时，碳纤维能够耐受3000度以上的高温，具有突出的耐热性能，与其他材料相比，碳纤维要温度高于1500℃时强度才开始下降，而且温度越高，纤维强度越大。碳纤维的径向强度不如轴向强度，因而碳纤维忌径向强力(即不能打结)而其他材料的晶须性能也早已大大的下降。另外碳纤维还具有良好的耐低温性能，如在液氮温度下也不脆化。

碳纤维化学性质

    碳纤维的化学性质与碳相似，它除能被强氧化剂氧化外，对一般碱性是惰性的。在空气中温度高于400℃时则出现明显的氧化，生成CO与CO2。 碳纤维对一般的有机溶剂、酸、碱都具有良好的耐腐蚀性，不溶不胀，耐蚀性出类拔萃，完全不存在生锈的问题。 有学者在1981年将PAN基碳纤维浸泡在强碱氢氧化钠溶液中，时间已过去30多年，它仍保持纤维形态。当碳纤维复合材料与与铝合金组合应用时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此，碳纤维在使用前须进行表面处理。碳纤维还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和减速中子等特性。被誉为“黑色黄金”的高性能碳纤维，是一种可耐2000℃以上高温惰性环境而强度不降的高科技材料，广泛用于航空航天、载人潜水器、智能汽车及尖端科研领域。

看了两遍，基本上了解碳纤维的构成和性能，谢谢赵老师详细介绍。以前在单位做工程时，经常接触到用玻璃纤维和石棉等与不饱和树脂做出的构件，是不是就接近碳纤维的制品了。

xuxianzhou 发表于 2017-3-23 13:09
看了两遍，基本上了解碳纤维的构成和性能，谢谢赵老师详细介绍。以前在单位做工程时，经常接触到用玻璃纤维 ...

你的理解很正确。碳纤维和玻璃纤维织成布后，制作制品都是用环氧树脂或者不饱和树脂。下次在介绍碳纤维应用时，我将专门介绍如何应用碳纤维制作小提琴。

楼主的帖子标题取得好，一把琴材料好工艺也做得好，就是艺术；如果每把琴的声音都做得好就是科学，因为这里面有很深的道理，首先必须要知道好声音产生的原因，然后就是有效的解决方法，科学是严谨的必须一丝不苟。

玻璃钢也是用环氧树脂固化，和碳纤维是什么区别？是不是使用的布不一样？玻璃钢使用的是玻璃纤维……

ba5rw 发表于 2017-3-25 23:25
玻璃钢也是用环氧树脂固化，和碳纤维是什么区别？是不是使用的布不一样？玻璃钢使用的是玻璃纤维…… ...

你的理解完全正确。

何乾忠 发表于 2017-3-25 22:19
楼主的帖子标题取得好，一把琴材料好工艺也做得好，就是艺术；如果每把琴的声音都做得好就是科学，因为这里 ...

谢谢琴友的支持。

没有科技手段支持，效果好的产品叫艺术品，有科技手段把关的高质量产品叫有艺术感的产品。即使高质量有艺术感的产品效果（参数）大大好于所谓艺术品，因为它可以重复生产，所以成不了艺术品！你愿意要哪一个呢？

tszyy 发表于 2017-4-2 15:54
没有科技手段支持，效果好的产品叫艺术品，有科技手段把关的高质量产品叫有艺术感的产品。即使高质量有艺术 ...

按你说的几种产品，我要最后一种。

       国外碳纤维的年产量已经达到4万吨以上，从全球来说美日德等少数发达国家掌握着碳纤维生产的核心技术，并且具有规模化生产车间。我国对碳纤维的研究开始于20世纪60年代，80年代开始研究高强型碳纤维。进入21世纪以来发展较快，安徽率先引进了500吨每年原丝、200吨每年丙烯腈基碳纤维，使中国碳纤维工业进入了产业化。随后一些地方相继加入碳纤维生产行列。利用自主技术研制的T700碳纤维产品已经达到国际同类产品水平。随着中国对碳纤维的需求量日益增长，碳纤维已被列为国家化纤行业重点扶持。2005年全球碳纤维市场仅为9亿美元，而2013年达到100亿美元，预计到2022年有望达到400亿美元。碳纤维复合材料的应用也将进入全新的时代。碳纤维复合材料不仅广泛应用于火箭、卫星、导弹、战斗机、大型航空器和舰船等尖端武器装备研发，而且在建筑、轻工等民用方面也有需求。例如：碳纤维复合材料已经应用于小提琴和琴弓制作，并已批量产销。

碳纤维复合材料制作小提琴的方法是：

首先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具。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，把各个部件组合起来，粘结牢固

装上琴的面板

最后经过打磨、装弦调整，就完成了小提琴的制作。

由此看来碳纤维复合材料制作小提琴的工艺与传统小提琴的制作工艺完全不用。小提琴的音质如何，能达到传统小提琴的演奏效果吗？且待下回再说。

很多人认为，科学是严谨的，是没什么艺术性的。实际恰好相反，科学是很具有大家说的艺术性的。数学实际是一种思维，物理这块艺术性也是非常强。（用X去代替些东西求解，实际是很艺术的事，以致带来了很大的变革。例如物理学上讲的对称性，实际是指一件事的在时间，空间，和时间反演具有不变性，简单点举例大概这样吧）经济学家，有经济学家的艺术，物理学家有物理学家的艺术，数学也是这样，化学家也是一样（有人能艺术化的看待分子结构，和方程式，我个人会觉得一个物理定律很艺术化。）实际说白了科学也是艺术，艺术也是科学。当然绝大多数人会觉得提琴很艺术，科学不那么艺术。实际都很艺术。

茗琴 发表于 2017-7-14 01:32
很多人认为，科学是严谨的，是没什么艺术性的。实际恰好相反，科学是很具有大家说的艺术性的。数学实际是一 ...

诚如楼上所说，科学当中有艺术，艺术当中有科学。它们交融在一起，是现代科学和艺术发展的特点。现代科学的发展证实和揭示了艺术中的无序、模糊、随机等新思想的原理。相对论的引力使光线和空间弯曲，解释了达利等抽象派画家的变相艺术。量子理论关于能量的不连续性、电子能级的跃迁等，为浪漫主义音乐常用的中断、跳跃手法提供了依据。还有模糊数学、混沌理论在现代艺术中亦有展现。这些都说明现代艺术和现代科学的相依相生，在相互促进中发展繁荣。科学与艺术，已经编成高校教材。许延浪主编，西北工业大学出版社出版，有兴趣者可以查阅。

这不是二元论就能解释的，也没必要用二元论的方法解释。就像是为艺术而艺术或者为人生而艺术这类问题一样，何必分那么清。为什么不能既是艺术又是科学？丹布朗写的天使与魔鬼那本小说，也有要打破二元思维惯性的一面，他甚至要把宗教和科学结合起来。诸如此类，所以我的意见是不必太纠结。

abnoe 发表于 2017-7-19 09:10
这不是二元论就能解释的，也没必要用二元论的方法解释。就像是为艺术而艺术或者为人生而艺术这类问题一样， ...

二元论认为世界的本原是意识和物质两个实体，试图调和唯物主义和唯心主义的哲学观点；但二元论实质上坚持意识离开物质而独立存在，归根结底还是唯心的。 二元论(dualism)的概念是晚近才提出的；但二元论的观点自古希腊就存在，其典型代表是柏拉图。在关于小提琴是科学还是艺术的议论中，有二元论的观点出现吗？

今天刚注册，想随便写点什么，这篇讨论很严肃，刚好来掺和一下。小提琴制作是steam,非常完美的解释！我就只来说说为什么会认为碳纤维琴没前景吧！
成本上比不上工厂琴，音质上恐怕也比不上工厂琴。 碳纤维或者玻璃钢琴各种频率安排和比例与传统的标准琴——斯氏或瓜氏完全是南辕北辙，造成拉琴者无法契合其演奏的经验。
回头来说为什么频率有巨大的差异，因为材料特性。因为提琴对材料特性有具体的要求，才使得面板为云杉，背板为枫木，换其他木种也难。杨氏模量、密度、剪切模量等材特性都对音质有举足轻重的影响。更不用说其他的配件材料对琴音质也有各自的影响，比如琴桥，形成所谓的bridge hill的频率区间，在3000Hz左右上放大音量。所以琴的发音是一系统工程，不可能随便改变材质的。

liudaiyi 发表于 2017-7-19 21:39
今天刚注册，想随便写点什么，这篇讨论很严肃，刚好来掺和一下。小提琴制作是steam,非常完美的解释！ ...

楼上所言有道理，是否发展前景不佳，尚不敢断言。事物是发展的，碳纤维小提琴再不断改进中，已有好的苗头出现。

zhao668811 发表于 2017-7-19 13:09
二元论认为世界的本原是意识和物质两个实体，试图调和唯物主义和唯心主义的哲学观点；但二元论实质上坚持 ...

我的中心思想是，提琴制作，不必刻意划分给艺术或是科学。

abnoe 发表于 2017-7-20 19:28
我的中心思想是，提琴制作，不必刻意划分给艺术或是科学。

我理解楼上的意思。为了不引起误会，我澄清一下二元论的概念。谢谢你的参与。