聚氨酯材料代替木材制作樂器的研發與應用 （下）

（接上期）

4．控制解決聚氨酯琵琶背板注件變形的方法

琵琶背板澆注變形的原因是聚氨酯材料在發生化學反應的時候產生了內引力和冷卻收縮所引起的，ABS材料有收縮變形量，同樣聚氨酯材料也有。在澆注的聚氨酯琵琶背板口邊出現了弓形量的改變，850mm長的琵琶背板，其背板口邊弓度變形量達到2～3mm給琵琶的制作生產帶來了困難。如果用平刨把琵琶背板口邊的變形量刮平，那么會影響琵琶背板的承受力，不僅影響了聚氨酯琵琶背板的美觀，而且給生產增加了困難。于是我們分析聚氨酯琵琶背板澆注件變形點的位置，通過測量發現其變形的最高位置在琵琶背板口邊距卯榫280mm處，其弓型弧線比較均勻地向兩側延伸。如何解決聚氨酯琵琶背板的變形問題又成為聚氨酯琵琶背板生產的瓶頸問題。

對此，我們召開研討分析會，嘗試利用模具調整的方式作為解決方案。設想在模具制作時把其變形量考慮進去，把琵琶背板模具口邊平面做成弧高2.8mm的凹弧線，弧線最低點距琵琶背板榫頭頂端280mm，那么在聚氨酯琵琶背板澆注后其表面是不是就會平整？于是按照這樣的想法，進行了模具修改，完成后按常規程序進行澆注，冷卻后出模，結果聚氨酯琵琶背板弓形量變問題得到了基本解決，所澆注的聚氨酯琵琶背板可以滿足琵琶的制作生產工藝要求（圖1）。

5．使用脫模劑的幾種處理方法

（1）在琵琶背板注件的生產過程中，為了保障加工件的表面光潔度，減少在脫模過程中粘連，方便聚氨酯琵琶背板脫模，需要使用脫模劑。而在市場上購買的脫模劑大多是蠟質脫模劑，使用了蠟質脫模劑，將在琵琶生產后期油漆噴涂時嚴重影響聚氨酯油漆的附著，蠟質將阻斷油漆與琵琶背板的結合，形成橘皮，嚴重影響琵琶的外觀質量。

（2）為了解決蠟質脫模劑的附著問題，保障琵琶背板排噴涂油漆后的外觀手感順滑，我們嘗試采用水性脫模劑代替蠟質脫模劑，嘗試調整水性脫模劑與水的配比比例，然后分別以脫模劑和水的比例為1：1、1：2、1：3、1：4進行配比、噴涂。實驗結果為：1：3的配比效果最佳，1：2的配比會出現油漆附著不到位、蠟質驅避油漆形成橘皮的問題，而水性脫模劑的比例小于1：3則造成脫模效果不理想、產生局部粘連問題。于是我們把1：3的比例作為聚氨酯琵琶水性脫模劑的標準參數用于聚氨酯琵琶背板的生產中。

6．聚氨酯琵琶背板的外觀紋理——水轉印

木材的紋理受材料開解經切與旋切的切割方式不同及所取用部位的不同形成不同的紋理，賦予不同產品外觀美麗的外衣。而聚氨酯材料琵琶背板沒有紋理，二者相比就顯得聚氨酯材料琵琶背板遜色了許多。如何解決聚氨酯材料琵琶背板的紋理問題成為我們研發的新課題

水轉印技術復制：為了解決聚氨酯琵琶背板的紋理問題，我們采用了木紋水轉印工藝。雖然水轉印技術在汽車領域應用很普遍，但在樂器行業對聚氨酯琵琶背板進行水轉印工藝實施還屬于一件新生事物，轉印效果的好與壞受水溫、乳化劑濃度及轉印技術的影響。

轉印工藝的實施：為了給聚氨酯琵琶背板轉印木紋，我們在網上購買了木紋紙、乳化劑、準備了一個木制的水槽，為了防止漏水，特意在木槽上面鋪了一層塑料膜模。操作時要先確定膜的正反面、用手指觸摸光的一面即為正面，發澀的一面即為反面，正面與聚氨酯琵琶背板貼合，水溫設定25°。操作時把木紋紙的正面向上傾斜45°入水，將木紋紙平整的放入水中，放置1分鐘左右。當木紋紙模完全展開后，在膜的表面均勻噴涂乳化劑，量要適宜、當模即將散開時將琵琶背板鼓面向下傾斜45°角在膜的正上方下水、當模與琵琶背板完全貼合后，向外滾動琵琶背板呈90°，并均勻晃動2～3次拿出水轉印后對琵琶背板進行清水淋洗，晾干后完成琵琶背板的水轉印工藝粘合（圖2）。

四、聚氨酯琵琶背板的琴頭安裝與音質調試

1．琴頭安裝

琵琶琴頭是琵琶制作的關鍵部件，在琵琶琴頭上要安裝琴軸用于調弦。考慮到聚氨酯材料的受力韌性和光滑度，為了保障琴軸穩定性設定，琵琶琴頭仍然采用木質結構。為了增加琴頭的牢固度，我們采用了膠合板的復合粘貼技術，即在琵琶軸夾外面粘貼一塊3mm厚的膠合板，其外形與軸夾的寬度吻合，以增加琵琶琴頭的牢固度。在琵琶背板卯榫位置均勻涂好拼板膠、然后用夾具把琴頭與背板粘合在一起，完成琵琶背板與琴頭的粘合。然后按琵琶制作工藝依次在琵琶背板上完成音板粘合、凈音板、粘相、粘扶手等其他工序，完成琵琶的工藝制作（圖3）。

2．音質測試與鑒定

我們把制作好的聚氨酯琵琶按常規的制作工藝做好油漆，依次揉軸、拴弦、排品，完成后讓專家試奏鑒定其音色。該琵琶高音甜美，中低音溫潤尚可，但缺少厚度。于是我們對聚氨酯琵琶的里膛進行調整，把琵琶的里膛深度由41mm縮減至38mm，同時調整音板的厚度做成琵琶成品，再讓專家老師試奏鑒定。結果是中低音的音質厚度達到預想，保持了高音區的甜美和中低音的溫潤，而且其琵琶的手感、重量與木質琵琶“沒有明顯的區別”，同時音色也得到了專家老師的認可。于是，我們開始批量的試制，做好后調試、整理、鑒定。該聚氨酯材料的琵琶其音色穩定，能滿足初學者及琵琶愛好者對琵琶演奏效果的需求。實踐證明，這種代用木材的研發成果可用于中低檔琵琶的制作生產。

3．樂器穩定性測試

為了驗證聚氨酯材料琵琶的穩定性，我們做了大量的測試。

（1）模擬夏季梅雨季節的氣候，將聚氨酯琵琶放在濕度85%、溫度36°的環境下放置7天、觀察琵琶沒有出現明顯的變形。

（2）在模擬冬季溫度變化，從36°的環境中把聚氨酯琵琶放到-20°的冷庫里72小時，觀察聚氨酯琵琶在50°溫差狀態下的變化，結果發現聚氨酯材料的琵琶在惡劣環境下，不受濕度的影響，如泡在水里都不受影響，對溫度影響也不大，所改變的狀態微乎其微。

以上的應用實踐可以證明用聚氨酯材料制作琵琶背板，材料的韌性可滿足琵琶琴弦的張力需求，材料的外觀及順滑度可以滿足演奏者對琵琶演奏技巧的使用需求，樂器音質也能達到演奏者的認可，達到本階段研發的基本目標。

五、聚氨酯材料代用木材制作樂器的前景

樂海公司研發利用聚氨酯化工材料制作琵琶背板的研發歷程，實現了利用聚氨酯材料的韌性與可調密度來滿足琵琶制作的基本要求，并為制作中、低檔琵琶所用木材找到了代用材料。雖然這僅是研發工作中的一個案例，但是應用聚氨酯材料的技術研發將是樂器制作材料研發擴展的下一步課題。比如，將聚氨酯材料用于中阮、柳琴、月琴及揚琴等民族樂器的部件制作，發揮聚氨酯材料綠色環保、節省能源，不受環境溫度影響，琴體穩定性較好的優點。同時還可以改善琵琶類樂器產品因木材應力變形所產生的開裂問題，延長了民族樂器的使用壽命，因此說，應用聚氨酯材料用于樂器制作將具有廣泛的發展前景。

應用聚氨酯材料的實踐研究雖然剛剛起步，但其積極的意義和發展前景吸引著研發者前行，其成果必將會作用于更多種類樂器制作材料的研發，促進樂器制作材料的創新式研究，為研究適應樂器制作的新材料配比、新工藝研發、新技術應用中制作材料與技術層面的變革與發展；在研究長期難以解決的木質材料開裂問題的同時，也將會通過材料配比的研究引發材料革命及樂器結構研究的新思考。

我們認為聚氨酯材料是可以代替木材完成樂器制作的，當然仍需要做更加深入的研究，以求廣泛應用和充分發揮其更好的新材料屬性。我們相信：本文研究的成果將在節約能源、尋找新材料的應用實踐方面邁出可喜的一步。在未來，人們認識和利用新材料代用木材的思路會越來越明確和堅定。

參考文獻：

[1]信息來自農村網新聞資訊“http：//www.nongcun5.com/news/20140225/29560.html”2014-2-25發布的《國家林業局：2020年我國木材需求可能達到8億立方米》

[2]鄧明（轉載）《聚氨酯仿木材料的前世今生》互聯網PU空間，2018年8月20日轉[R]

[3]周春苗《熱塑性聚氨酯基木塑復合材料的制備、性能與應用研究》湖南大學2020碩士論文[D]

[4]李美潔《澆注型聚氨酯基復合材料的組織性能研究》西南交通大學2018.05.17碩士論文[D]