具有声学性质的复合材料、该复合材料的制造、包含该复合材料的组件、该组件的制造和它们的应用

摘要

本发明涉及包含基质材料和有机天然纤维材料的复合材料。复合材料可为化合物、颗粒或声音重现装置的至少一部分。复合材料可通过注塑来制备。根据一种实施方式，复合材料包含基质材料和有机天然纤维基材料,其中该基质材料包含热塑性聚合物基质。复合材料可具有1500-5000的相对声波阻抗。复合材料可具有1.5-5.0的相对声音辐射阻尼。复合材料可具有根据ISO？6721-3测量的2000-11000的动态模量。复合材料可具有5-200的相对声学质量因子。复合材料可具有0.500-0.005的相对粘滞阻尼系数。

说明书

发明领域

本发明涉及包含基质材料和有机天然纤维基材料的复合材料,其中该 复合材料具有声学性质。本发明涉及制造该复合材料。本发明还涉及包含 该复合材料的组件、制造该复合材料、包含该复合材料的扬声器以及该复 合材料和该组件的应用。

背景

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，其可 作为听得见的声音为人们所听到。在各种应用中，制品的声学性质可起重 要作用。产品可设计成强化或衰减声音。这种产品的示例是隔音面板、音 频系统、扬声器或耳机。产品的声学性质至少在某种程度取决于产品中所 用的材料。

概述

本发明的一个目标是提供一种用于声学应用的复合材料。本发明的另 一个目标是提供一种包含该复合材料的组件或由该复合材料制成的组件。

根据一种实施方式，复合材料包含基质材料和有机天然纤维基材料, 其中该基质材料包含热塑性聚合物基质,且该复合材料具有1500-5000的相 对声波阻抗(relativesoundwaveresistance)。根据一种实施方式，复 合材料包含基质材料和有机天然纤维基材料,其中该基质材料包含热塑性 聚合物基质,且该复合材料具有1.5-5.0的相对声音辐射阻尼(relative dampingofsoundradiation)。

根据一种实施方式，复合材料包含基质材料和有机天然纤维基材料, 其中该基质材料包含热塑性聚合物基质,且该复合材料具有根据ISO 6721-3测量的2000-11000的动态模量。

根据一种实施方式，复合材料包含基质材料和有机天然纤维基材料, 其中基质材料包含热塑性聚合物基质,且复合材料具有5-200的相对声学质 量因子(relativeacousticqualityfactor),其中相对声学质量因子取 决于相对声波阻抗、相对声音辐射阻尼和相对粘滞阻尼系数。

根据一种实施方式，复合材料包含基质材料和有机天然纤维基材料, 其中该基质材料包含热塑性聚合物基质,且该复合材料具有0.500-0.005的 相对粘滞阻尼系数。

根据一个实施例，组件包含根据一些实施方式的复合材料。在一实施 例中，扬声器包含根据一些实施方式的复合材料。在另一实施例中，乐器 包含根据一些实施方式的复合材料。

根据一实施例，用于衰减声音的声学材料包含根据一些实施方式的复 合材料。在一实施例中，用于强化声音的声学材料包含根据一些实施方式 的复合材料。

根据一种实施方式，层结构包含至少两个层,其中该至少两个层中的至 少一个层包含复合材料，该复合材料包含基质材料和有机天然纤维基材料。

一种用于制造根据一些实施方式的复合材料的方法,所述方法包含将 包含热塑性聚合物基质的基质材料加热到熔体形式,混合该有机天然纤维 材料与熔体基质材料,使用模具或模头成形该混合物,和固化该成形的混合 物来形成复合材料。

根据一种实施方式，扬声器外壳包含具有两个表面的复合材料,其中该 复合材料包含基质材料和有机天然纤维基材料,且扬声器外壳包含与复合 材料一体化并与复合材料同时形成的声音引导部件(sounddirection part),其中该声音引导部件设置在该扬声器外壳的内部表面上。

包含根据一些实施方式的复合材料的扬声器的应用,其中该应用可在 户外进行或可在某些体积的空间中进行。

附图说明

附图显示了本发明的某些实施方式。附图不是按比例绘制的。

图1显示根据本发明的实施方式的复合材料。

图2显示薄片形式的有机天然纤维基材料的示例。

图3显示根据本发明的实施方式的复合材料的放大的横截面视图。

图4显示根据本发明的实施方式的制造方法。

图5a显示根据本发明的实施方式的发泡之前的复合材料。

图5b显示根据本发明的实施方式的发泡之后的复合材料。

图6显示根据本发明的实施方式的复合材料。

图7a显示根据本发明的一些实施方式的复合材料中的示例声音引导 部件的横截面视图。

图7b显示根据本发明的一些实施方式的复合材料中的示例声音引导 部件的俯视图。

图7c显示根据本发明的一些实施方式的声音引导部件的侧视图。

具体实施方式

在下文中，结合附图更加详细地描述本发明的一些说明性实施方式和 实施例。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。附 图中显示了下述项目：

100复合材料或复合的材料

101基质材料

102有机天然纤维基材料

1002有机天然纤维组分

401加热

402混合

403成形

404固化

501表面区域

502中央区域

601层

602层

701声音引导部件

除非另有说明，本申请中百分比的量都是重量百分数(重量％)。例外 是与数量之间的变化或比较相关的百分比(％)。

复合材料

图1显示根据本发明的实施方式的复合材料100。复合材料100包含 基质材料101和有机天然纤维基材料102。复合材料100包含组合在一起的 两种或更多种材料组分。至少在一些/全部实施方式中，组分的成分保留它 们的特性。除了基质材料101和有机天然纤维基材料102以外，还可将其 它添加剂共混至复合材料。在复合材料中，基质材料101和有机天然纤维 基材料102可不发生溶解或以其它方式彼此完全混合在一起。复合材料100 的性质可与其单独作用的组分的性质不同。

基质材料

根据本发明的一些实施方式的复合材料包含基质材料，并将其与有机 天然纤维基材料复合。基质材料101可包含任意合适的聚合物或聚合物组 合物。聚合物基质101可包含聚合物,例如热塑性聚合物。热塑性聚合物是 长链聚合物，其可包含非晶态或半结晶结构。根据一种实施方式，基质材 料包含至少50重量％(重量百分数),至少60重量％,更优选地至少70重量 ％,或至少80重量％,和最优选地至少90重量％或至少95重量％热塑性聚 合物。热塑性聚合物包含例如聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰 胺、聚酯、聚醚、聚交酯、聚羟基烷酸酯(polyhydroxyalkanoates)、聚已 内酯、聚乙交酯(polyglycolide)、聚丁烯、聚己二酸-共聚-对苯二甲酯 (poly(adipate-co-terephthalate))、聚琥珀酸丁二酯 (polybutylenesuccinate)、脂肪族聚酯,芳香聚酯、聚(丙烯腈丁二烯苯乙 烯)共聚物(ABS)、聚碳酸酯，生物聚合物如聚交酯、可生物降解聚合物、 生物基聚合物、热塑性弹性体、多糖、聚酰亚胺、聚氯乙烯、它们的衍生 物和/或它们的任何组合。在一种实施方式中，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％,和最优选地至少95重量％。基 质材料可包含40-98重量％,或优选地60-95重量％的热塑性聚合物或聚合 物组合物。在一种实施方式中，包含基质材料和有机天然纤维基材料的复 合材料中的热塑性材料的量是5-90重量％,更优选地10-75重量％,更优选 地20-65重量％,或最优选地40-60重量％。

合适的热塑性聚合物保留足够的热塑性性质，使得其与有机天然纤维 基材料熔体共混。热塑性聚合物可具有使得能提供来自复合材料的成形制 品和/或组件的效果。例如，热塑性聚合物可通过注塑来制造和/或成形。 热塑性聚合物可具有使得能提供一体化(integral)形状的效果，该一体化 形状在角落上延伸和/或延伸到第二表面,该第二表面可不平行于一体化热 塑性组件的第一表面。

优选地,基质材料包含结晶聚合物、非结晶聚合物、结晶低聚物、非结 晶低聚物、半结晶聚合物和半结晶低聚物或其组合中的至少一种。基质材 料具有玻璃化转变温度。半结晶聚合物还具有熔融温度。半结晶聚合物可 同时包含结晶和非晶态部分。相应的硬和软部分可影响复合材料的声学性 质。根据一种实施方式，与非晶态基质材料相比，结晶基质材料可具有提 供更高刚度和更小(相对)滞粘阻尼系数(factorofviscousdamping)的效 果。半结晶基质材料可具有组合所需的刚度和声波阻尼的效果。聚烯烃例 如聚丙烯,是半结晶基质材料的一个示例。非晶态基质的结晶度接近零。对 于半结晶聚合物，结晶度可为10-80重量％,或优选地20-70重量％,或更 优选地40-60重量％。聚烯烃可包含40-60重量％的结晶度。聚丙烯可包 含40-60重量％的结晶度。与包含更大分子的材料相比，包含小分子的材 料可获得更高的结晶度。测定结晶度的方法包括密度测量、差示扫描量热 法(DSC)、X射线衍射(XRD)、红外光谱和核磁共振谱(NMR)。测量的数值取 决于所用的方法。结晶和非晶态区域的分布可使用显微技术例如偏振光显 微镜或透视电子显微镜来可视化。

复合材料100的聚合物基质101可包含聚烯烃。聚合物基质可包括例 如不饱和脂肪烃的均聚合物、共聚合物或改性的聚合物。可用于包括有机 天然纤维基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。优选地聚烯烃可包含C₂-C₄聚烯烃,例 如聚乙烯和聚丙烯。

聚合物基质101可包含回收的聚合物。或者,聚合物基质可包含未经利 用的聚合物。此外,聚合物基质可同时包含回收的聚合物和未经利用的聚合 物。可将未经利用的聚合物添加到聚合物基质。添加的聚合物例如聚丙烯 的量可取决于所用的其它原材料。例如,如果使用回收的聚合物材料，添加 的未经利用的聚合物的量可取决于与回收的材料一道而来的不同原材料的 量。回收的原材料可包含纸张或塑料聚合物或同时包含纸张和塑料聚合物。 聚合物基质可包含至少50重量％,或优选地70重量％,或更优选地95重量 ％未经利用的聚合物。在一实施例中，聚合物基质包含100重量％的未经 利用的聚合物。与回收的聚合物相比，未经利用的聚合物可具有提供更好 的刚度性质的效果。

可生物降解的聚合物可包含聚羟基烷酸酯；醋酸纤维素；纤维素衍生 物,如醋酸丁酸纤维素或丁酸纤维素；聚乳酸；淀粉和淀粉共混物；聚已内 酯；聚丁二酸丁二醇酯；聚酯氨基甲酸酯；聚乳酸(PLA),如聚-L-丙交酯， 聚-D-丙交酯,聚-DL-丙交酯；多糖和多糖酯或醚,聚酯；聚酯共聚物；聚酯酰 胺或它们的任何组合或衍生物。

固体形式的聚合物基质材料的密度可为约1克/立方米,例如0.8-1.7 克/立方米。例如,低密度聚乙烯(LDPE)的密度是0.840-0.926克/立方厘米； 中密度聚乙烯(MDPE)的密度是0.926-0.941克/立方厘米,高密度聚乙烯 (HDPE)的密度是0.941-0.990克/立方厘米,聚丙烯(PP)的密度是 0.85-0.95克/立方厘米,聚苯乙烯(PS)的密度是1.00-1.150克/立方厘米, 聚乳酸(PLA)的密度是1.18-1.50克/立方厘米。

根据一些实施方式的基质材料在加热时可多次成形为新的形状。冷却 之后，这种基质材料保持它的新形状，然后缓慢流动或者完全不流动。基 质材料具有至少一种重复单元。基质材料的数均分子量可为18-1000克/摩 尔,或100-500克/摩尔,或500-1000克/摩尔,或1000-10000克/摩尔,或 10000-100000克/摩尔,或大于100000克/摩尔。

有机天然纤维材料

有机天然纤维基材料包含有机天然纤维材料和再生的有机天然纤维材 料。在至少一些/全部实施方式中，有机天然纤维材料指包含纤维素的颗粒, 例如纤维或纤维状颗粒。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占机械处理的有机天然纤 维材料的至少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％。

机械处理可指有机天然纤维材料,其通过机械制浆工艺从包括纤维素 的任意有机天然原材料分离。机械制浆之前可存在化学预处理，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，将机械力用来处理有机天然纤维材料的来源。 其中，机械处理的有机天然纤维材料可包括木粉、木屑、木屑材料和/或机 械纸浆例如热机械纸浆(TMP),研磨木纸浆(GW)/石头研磨木纸浆(SGW),压 力研磨木纸浆(PGW),精炼机械纸浆(RMP),和/或化学热机械纸浆(CTMP)。机 械处理的有机天然纤维材料优选地包括木基颗粒例如木纤维或由其组成, 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 括回收和/或未经利用的颗粒,例如纤维或纤维状颗粒。例如,所用有机天然 纤维材料的至少30重量％或至少40重量％,更优选地至少50重量％或至 少60重量％,和最优选地至少80重量％或至少90重量％可为未经利用的。 在一实施例中，有机天然纤维材料的100重量％包含未经利用的。例如,机 械处理的有机天然纤维可包含锯屑或至少其它机械处理的木材或植物颗粒 作为主要的有机天然纤维材料。机械处理的有机天然纤维材料通常包括木 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。 木质素是高度聚合的材料,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。然而，包含木质素的有机天然纤维材料倾向于更容易在比不 含木质素的纤维材料更低的挤出或注塑温度如100-150℃下分解。

化学处理的有机天然纤维材料优选地包括化学木材基纸浆。化学纸浆 可例如来自牛皮纸制浆法(kraftprocess)或亚硫酸盐法,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括木基纤维素或由其组成,它还可包括非木材 料。化学处理的有机天然纤维材料可包括回收和/或未经利用的纤维和/或 纤维状颗粒。优选地,所用有机天然纤维材料的至少30重量％或至少40重 量％,更优选地至少50重量％或至少60重量％,和最优选地至少80重量％ 或至少90重量％是化学处理的。根据一实施例，有机天然纤维材料的100 重量％是化学处理的。优选地,化学处理的有机天然纤维材料的至少30重 量％或至少40重量％,更优选地至少50重量％或至少60重量％,和最优选 地至少80重量％或至少90重量％或至少95重量％源自牛皮纸制浆法。优 选地,包含纤维素的有机天然纤维材料的纸浆制备方法基于硫酸盐蒸煮，也 称为牛皮纸蒸煮或制浆。优选地,化学处理的纸浆的木质素含量是 0.01-15.00重量％,优选地0.01-10.00重量％或0.01-5.00重量％,更优选 地0.01-3.00重量％,0.01-2.00重量％或0.01-1.00重量％和最优选地 0.01-0.50重量％。优选地,化学处理的纸浆的α纤维素含量大于50重量％, 优选地大于60重量％,更优选地大于70重量％和最优选地大于72重量％ 或大于75重量％。优选地,化学处理的纸浆的α纤维素含量低于99重量％, 优选地低于90重量％,更优选地低于85重量％和最优选地低于80重量％。

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。在优选的实施例中,复合材料的有机天然纤维材料的至少30重 量％或至少40重量％,更优选地至少50重量％或至少60重量％,和最优选 地至少80重量％或至少90重量％是木基材料。在一实施例中，复合材料 的有机天然纤维材料的100重量％是木基材料。

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、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。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。

根据本发明的一些实施方式的有机天然纤维基材料中包含再生的有机 天然纤维材料。再生的有机纤维材料可用来制备用于制造聚合物复合材料 的材料。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有机天然纤维材料并在其结构 中包括二氧化硅的纤维，可用于与纤维胶类似的应用。这些再生的纤维可 进一步改性，例如通过化学处理改性。再生的有机天然纤维基材料可指人 造纤维。

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。有机天然纤维基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，和/或用如上所述方式 再生的有机天然纤维材料的总量。

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。回收材料可包括回收纸材料。有机天然材料的形式可至少部分地为大 纤维或纤维束、纸糠、纸浆糠、粉碎的纸浆材料、它们的衍生物及其组合。

有机天然纤维材料102可包含木基纤维素纸浆纤维。在至少一些/全部 实施方式中，有机天然纤维材料指包含纤维素的颗粒,例如纤维或纤维状颗 粒。有机天然纤维材料可源自包含纤维素的任意植物材料。有机天然纤维 材料中可包含木材材料和非木材料中的至少一种或两种。

有机天然纤维材料102可至少大多数地为纤维形式,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 锯屑或研磨的材料,其中材料不具有精确的球形形式。至少在一些实施方式 中，颗粒的最长维度比最小维度长，但小于最小长度的6倍。优选地有机 天然纤维材料至少部分地是纤维的形式。优选地有机天然纤维材料的至少 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％是纤维的形式。此外，复合材料可包含细粒。根据一 实施例，有机天然纤维材料的100重量％是纤维的形式。

可把长度为至少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,和可把小于如上所述的那些的颗粒称为粉末 或纤维状颗粒。优选地有机天然纤维材料的至少70％,至少80％或至少90％ 的长度加权纤维长度小于4毫米,小于3毫米或小于2.5毫米,更优选地小 于2.0毫米,小于1.5毫米,小于1.0毫米或小于0.5毫米。优选地,有机天 然纤维材料的至少70重量％,至少80重量％,或至少90重量％的长度加权 纤维长度为至少0.1毫米或至少0.2毫米,更优选地至少0.3毫米或至少 0.4毫米。优选地,纤维的涉及纤维长度和纤维厚度之比的形状比例至少是 5,优选地至少10,更优选地至少25和最优选地至少40。附加的或可选的， 纤维的涉及纤维长度和纤维厚度之比的形状比例优选地是至多1500,更优 选地至多1000,和最优选地至多500。对于相同的有机天然纤维材料含量， 高形状比例涉及具有较高的刚度和抗冲强度的增强组分。这可通过模量例 如杨氏模量或弹性模量来描述，所述模量是材料刚度的度量并用于表征材 料。有机天然纤维材料可在结构中形成增强组分。

优选地,有机天然纤维材料包括薄片形式的纤维。图2显示薄片形式的 有机天然纤维材料的示例。图2的薄片具有宽度W和厚度T,其中宽度大于 厚度。图2的薄片具有长度L，其可为最宽的维度。宽度W和厚度T可显示 薄片的面的横截面维度。面可成形为卵形或矩形形状，如图2所示,或薄片 的面可包含无规的形状。薄片的无规的形状可沿着薄片长度L连续。根据 一种实施方式，薄片的微观结构的纤维素纤维沿着薄片的长度方向取向。 薄片的宽度可比纤维厚度大2-10倍。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。最优选地薄片厚度是2-15 微米,更优选地是2-10微米，最优选地是2-7微米。在一种实施方式中,薄 片宽度是20-500微米,优选地20-200微米,更优选地20-50微米。优选地, 涉及长度和宽度之比的长径比是10-100。优选地,涉及长度和厚度之比的长 径比是25-1500或25-1000,更优选地25-500，最优选地是25-300。在一种 实施方式中，薄片长度是薄片宽度的至少10倍。在一种实施方式中，薄片 具有管状形状。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的薄片形式的纤维材料是有机天然纤维材料总 量的至少30干燥重量％,优选地至少50干燥重量％,或更优选地至少70干 燥重量％,或最优选地至少80干燥重量％。根据一种实施例，有机天然纤 维材料包含的薄片形式的纤维材料是有机天然纤维材料总量的98干燥重量 ％,或100干燥重量％。

图3显示根据本发明的实施方式的复合材料的放大的横截面视图。使 用背散射电子(BSE)技术和500倍放大倍数技术来采集图3。图3的横截面 视图包含朝向图象平面的熔体流动方向，且至少大多数的有机天然纤维 1002相应地进行取向。有机天然纤维的纵向方向至少近似垂直于图象平面。 有机天然纤维1002在纵向方向具有管状形状。有机天然纤维1002还具有 管状横截面，如图3所示。与圆形横截面相反,有机天然纤维1002的横截 面平坦化成平板形状。管状有机天然纤维1002的横截面包含中空内部。优 选地,中空内部包含平板形状，其轮廓由管状有机天然纤维形成。有机天然 纤维1002的中空内部的横截面轮廓、形状和/或体积可在整个纤维长度上 变化。管状有机天然纤维的中空内部例如可包含至少一些水蒸汽、夹带的 空气、气体、挥发性组分或基质材料。根据一实施例,管状有机天然纤维设 置成形成包含空气的中空内部的轮廓(outline)。中空内部可指至少在大多 数部分仍然不接触其自身的有机天然纤维的内部表面。在中空结构中，有 机天然纤维的内部壁可松散地彼此接触，如果真的会接触的话。天然有机 纤维可包含由天然有机纤维的内部表面形成轮廓的狭缝或开口。中空内部 的形式和维度可随着纤维和复合材料而变化。例如，制造方法和可调节的 该制造方法的参数例如挤出或注射速度、温度、压力,可影响有机天然纤维 的中空结构。优选地,有机天然纤维1002的至少10-30重量％,或优选地至 少10-50重量％,或更优选地至少10-70重量％包含由有机天然纤维形成轮 廓的中空内部。

至少部分中空的有机天然纤维材料可为复合材料提供弹性和/或柔性 的微米尺度或纳米尺度的部分。复合材料的中空有机天然纤维结构会影响 复合材料的阻尼和/或声音传输性质。例如，包含至少部分地中空天然纤维 结构的复合材料可具有比包含例如合成的纤维或玻璃纤维的复合材料更高 的吸声系数(soundabsorptioncoefficient)。这可能是因为玻璃纤维的 硬度和/或刚性和/或合成的或玻璃纤维的长度造成的，这可导致更好的声 音传输。中空、可能平板的或平坦的有机天然纤维结构可具有不同的声音 传输性质。这种差异可能是因为声音在有机天然纤维界面的反射和/或散射 造成的。中空、潜在地平坦的有机天然纤维组件可能具有不是直线的纵向 轮廓，但它可包含弯曲的、转弯的和/或扭曲的纤维部分。至少复合材料的 内部区域(与表面区域相比)可包含具有曲折纵向取向的有机天然纤维。至 少在复合材料的表面区域，可控制有机天然纤维。有机天然纤维材料可包 含一些线性的拉伸，但在复合材料制造阶段，例如玻璃纤维大多数保持它 们的方向和/或维度。包含中空非取向的结构部分的复合材料可具有隔音效 果。

添加剂

复合材料100可任选地包含一种或多种添加剂。可以单独组分的形式 包含添加剂和/或可将添加剂组合到复合材料的组分。例如,可将添加剂结 合到基质材料。

添加剂可具有调节复合材料的性质的效果。例如，添加剂可包含增链 剂,增塑剂,热改性剂,抗冲改性剂,分散剂,偶联剂,润滑剂和/或无机填料。 添加剂可包括流动控制添加剂、紫外线吸收剂、填料、金属颗粒、消光剂、 颜料、抗氧化剂、阻燃剂、稀释剂、稳定剂、单体、预聚物、柔性改善剂、 加工助剂和润滑剂、基于含氟聚合物的加工助剂、矿物油和蜡、成核剂、 纤维股、聚合物、玻璃、陶瓷和高分子泡、金属颗粒、微米填料和纳米填 料、核壳颗粒、弹性体的微米颗粒和纳米颗粒、磁性和介电纳米晶体、碳 纳米管、碳纳米纤维、纳米石墨、纳米粘土、纳米氧化硅、纳米氧化铝、 氧化锆和二氧化钛纳米颗粒、贵金属和导电纳米颗粒、纳米纤维和纳米股 或其组合。根据一些实施方式的复合材料中添加剂的量可为0.1–30.0重量 ％。该量取决于材料、应用和所需的性质。复合材料的添加剂的优选的量 可包含0.1–10.0重量％,或0.1–5.0重量％,或0.1–1.0重量％；或 0,5–30.0重量％,或1.0–20.0重量％,或5.0–15.0重量％。

增链剂可具有向结构提供机械强度和熔体强度的效果。熔体强度在制 造和加工时可为有利的,例如实现更稳定的加工。增链剂可实现复合材料的 回收和再利用。增链剂的示例是芳香族二醇、脂肪族二醇、直链碳二醇和 环状碳二醇。

可将熔融的增链剂添加到预热的聚合物基质，并使用高速混合机混合。 在加工之后，将混合物置于模具，混合物在模具中进行加热、压制模塑和 任选地固化。增链剂的效果可改善滞后现象(hysteresis)性质。这表明能 量吸收较低，且材料在拉伸时可恢复。另一效果可为因更长的链(CH₂)和更 多的结晶硬链段带来的更好的疏水性。弹性体可在约50℃时呈现结晶转变， 这是热溶胶应用中的重要特征。热塑性聚氨酯(TPU)中所用的碳直链和环状 二醇可具有增加复合材料的硬度、提供更高模量和/或增强的耐水性的效 果。增链剂的效果可包含改善的耐热性、柔顺性和改善的防水性。环状增 链剂的效果可提供具有高软化温度的柔软材料。具有更高硬度的产品相应 地包含更高的模量和压缩强度。聚氨酯弹性体的机械性质可通过使用增链 剂来增强。

增塑剂是增加材料的塑性或流动性的添加剂。增塑剂将其自身嵌入在 聚合物的链之间，将聚合物隔开。这样，增加了结构中的自由体积。材料 的玻璃化转变温度下降，且材料变得更软。材料中增塑剂的量的增加降低 材料的冷挠曲温度。因此，材料变得挠性更高，且其耐久性增加。增塑剂 可包含酯，其可包含癸二酸酯、己二酸酯、对苯二甲酸酯、二苯甲酸酯、 戊二酸酯、邻苯二甲酸酯、壬二酸酯和其它特别的共混物。增塑剂可基于 多羧酸与直链或支链脂族醇的酯，其通常具有中等的链长度。示例增塑剂 包含直链和支链烷基醇的邻苯二甲酸酯。例如，可基于低毒性、与主体材 料的相容性、非挥发性和成本来选择增塑剂。可生物降解的增塑剂的示例 包含柠檬酸烷基酯，如柠檬酸三乙基酯(TEC)、柠檬酸乙酰基三乙基酯 (AATEC)、柠檬酸三丁基酯(TBC)、柠檬酸乙酰基三丁基酯(ATBC)、柠檬酸 三辛基酯(TOC)、柠檬酸乙酰基三辛基酯(ATOC)、柠檬酸三己基酯(THC)、 柠檬酸乙酰基三己基酯(ATHC)、柠檬酸丁酰基三己基酯(BTHC)、柠檬酸三 甲基酯(TMC)。邻苯二甲酸酯基增塑剂可提供良好的耐水性。邻苯二甲酸酯 增塑剂的例子包含邻苯二甲酸二异辛酯(DIOP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、 邻苯二甲酸二异丁基酯(DIBP)、邻苯二甲酸丁苄酯(BBzP)、邻苯二甲酸二 正丁酯(DnBP、DBP)。增塑剂可具有调节挠性、刚度和/或脆度的效果,和/ 或对加工具有积极的影响。

热改性剂可基于α甲基苯乙烯(AMS)或聚苯醚(polyphenylene ether)(PPE)。热改性剂可影响热扭曲温度。例如,聚-D-丙交酯均聚物可用 来提高聚-(L-乳酸)的热扭曲温度。热改性剂可具有改善电气和维度性质、 韧度和/或阻燃性的效果。

聚合物可进行抗冲改性，来满足刚性应用的终端应用需求。抗冲改性 可通过将橡胶结构域添加到材料来实施。可利用具有显著低刚度和较高强 度的聚合物。这种聚合物的示例包含热塑性烯烃(TPO)、热塑性弹性体 (TPE)、(聚)苯乙烯-乙烯丁烯-苯乙烯(SEBS)、马来-酸酐-接枝的苯乙烯- 乙烯丁烯-苯乙烯(SEBS-MA)、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、甲基丙烯酸甲酯丁 二烯苯乙烯(MBS)基抗冲改性剂、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)基抗冲改性剂、 乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、乙烯乙酸丁基酯(EBA)和它们的马来酸化三元共聚 物中的至少一种或多种。

分散剂可具有促进和/或稳定聚合物基质中固体混配材料例如填料或 颜料的效果。分散剂可包含表面活性剂,和/或是非表面活性聚合物或表面 活性物质。分散剂的示例是硅烷。可将分散剂添加到混合物，例如悬浮液 或胶体。分散剂可具有改善颗粒分离和/或防止沉降或聚丛的效果。更好的 分散对加工能力和材料性质都具有积极影响。

偶联剂或相容剂指趋于促进有机天然纤维材料和聚合物基质的分散和 /或相容的化合物。偶联剂可包含基质材料和片段(part)，其设置成与有机 天然纤维材料反应。偶联剂的基质材料被包含作为复合材料的基质材料的 一部分,尽管偶联剂的基质材料可能不包含纯的基质材料。偶联剂可为两性 组分，其具有促进和保持混合物中极性和非极性组分之间的亲密接触的效 果。换句话说，偶联剂可用来增强将有机天然纤维材料均匀地分散到聚合 物基质,和在加工过程中改善非极性聚合物基质和极性有机天然纤维材料 之间的界面粘附。偶联剂可用作接枝的聚合物表面活性剂,其中聚合物骨架 改性成包含至少一个官能团，其可用于将非极性聚合物基质偶联到极性有 机天然纤维。改性的聚合物可例如通过将官能团连接进入聚合物骨架来获 得。例如,马来酸酐可为适于作为官能团连接进入聚合物骨架的化合物的一 个示例,由此可获得马来酸酐接枝的聚合物。偶联剂可包含不饱和的羧酸或 不饱和的羧酸酸酐。例如,可使用不饱和的羧酸的衍生物,和它们的混合物, 或马来酸酐。这种酸和酸酐的例子是单羧酸、二羧酸或多羧酸,如丙酸、甲 基丙烯酸、马来酸、富马酸、衣康酸、丁烯酸、衣康酸酐、马来酸酐和取 代的马来酸酐，例如二甲基马来酸酐或柠康(citrotonic)酸酐、纳迪克 (nadic)酸酐、纳迪克甲基酐和四氢化邻苯二甲酸酐。

偶联剂可具有两个功能结构域；第一结构域与聚合物基质形成缠绕，第 二结构域与有机天然纤维材料发生强烈的相互作用。这些相互作用增加聚 合物基质和有机天然纤维材料之间的界面粘附。换句话说,复合材料可通过 有机天然纤维材料和偶联剂之间形成的第一偶联例(如共价酯键合)以及 偶联剂和聚合物基质之间形成的第二偶联例如(氢键)来形成。除了共价 键和氢键以外，所述偶联可具有缠绕的结构的形式，其中将有机天然纤维 分散到偶联剂。换句话说,除了在偶联中进行的化学反应以外,有机天然纤 维可物理地连接到包含缠绕的聚合物基质的偶联剂。所述物理的连接可促 进形成稳定的结构。偶联还可在聚合物基质和包含接枝的热塑性聚合物例 如马来酸酐接枝的聚合物的偶联剂之间进行。所述偶联通过在偶联剂和聚 合物基质之间形成的范德华相互作用和缠绕来进行。这种类型的连接可具 有提供更高复合材料拉伸强度的效果。

偶联剂可包含接枝的热塑性聚合物。或者,聚合物基质可包含接枝的热 塑性聚合物。此外,偶联剂可包含聚合物基质。换句话说,如果偶联剂包含 热塑性聚合物，则它可用来取代聚合物基质。例如，偶联剂可包含马来酸 酐，其也称为2,5-呋喃二酮、二氢-2,5-二氧呋喃、失水苹果酸酸酐或顺丁 烯二酸酐。马来酸酐可作为接枝的聚合物提供至该方法。在聚合物骨架中 包含官能团例如马来酸酐的接枝的聚合物可为惰性的，除非提供的能量足 以启动偶联剂和纤维之间的偶联。这可通过例如将材料加热到开始进行偶 联的温度来进行。偶联可为化学反应,例如共价地连接。换句话说,为了活 化偶联剂，可能必须达到一定的活化能水平，这可通过向系统引入足够量 的热量来实现。一旦达到活化能水平，可通过在接枝的聚合物和有机天然 纤维材料之间的共价键合形成偶联，从而形成稳定和耐久的结构。

或者,偶联剂可通过在制造有机天然纤维聚合物复合材料的过程中，设 置不饱和的羧酸或酸酐化合物来与聚合物反应以通过共价键合形成接枝的 化合物来形成。

根据ISO1133(T230℃,2.16kg)的偶联剂的熔体流动指数可大于0.1, 或0.1-2000,优选地1.0-500,更优选地2-200,最优选地5-100。根据一些 实施方式的复合材料可包含0.5-10.0重量％,或优选地1.5-5.0重量％,或 更优选地2-3重量％偶联剂。在优选的实施方式中，偶联剂包含马来酸酐 基偶联剂。马来酸酐酸的量可为偶联剂的0.2-8.0重量％,或优选地1-3重 量％。

偶联剂可具有在初始地非连接和/或不相容的表面之间提供连接或更 稳定的连接的效果。对于增强和填充的塑料,纤维或其它无机组分和有机基 质聚合物之间的连接影响复合材料强度和/或其操作寿命。偶联剂可影响根 据一些实施方式的复合材料的阻尼性质和模量。此外，偶联剂可影响复合 材料的机械性质例如刚度。

润滑剂是添加剂，其可用于制备有机天然纤维聚合物复合材料结构， 从而控制和提高输出速率。润滑剂可称为加工助剂、脱模剂或爽滑剂。润 滑剂可为例如包含金属离子的物质,例如硬脂酸盐(硬脂酸盐/酯),或合成 的蜡，其不含金属离子。润滑和脱模性质，以及拒水是金属硬脂酸盐/酯的 特征。这些性质的特殊效果由各金属硬脂酸盐/酯的阳离子(金属离子)、脂 肪酸的链长和某些其它性质例如结晶水含量决定。适用于硬脂酸盐/酯的金 属离子可为例如但不限于锌、钙、镁、钡、钠、钾或铝。硬脂酸盐/酯还可 包含这些金属离子或类似的离子中一种或多种的组合。羧酸酯或醚可优选 地作为用于包含有机天然纤维材料的复合材料的润滑剂,因为硬脂酸盐/酯 可干扰复合材料中的偶联剂。

用于制备包含有机天然纤维材料的聚合物复合材料的润滑剂可分为内 部或外部润滑剂。内部润滑剂降低内部摩擦，改善熔体的流动性质和均匀 性，使纤维爽滑和更容易地形成混合物。它们可可溶于或部分地可溶于聚 合物中，并可在聚集体、颜料或聚合物链的界面上沉降。内部润滑剂的非 限制性例子列举包含脂肪酸、长链脂肪酸的酯、聚乙烯蜡和白油。外部润 滑剂降低接触加工机械壁的材料的摩擦、降低颗粒自身之间的摩擦和聚合 物熔体在车床上的粘附。因为外部润滑剂不溶于塑料的性质，外部润滑剂 可在加工操作过程中迁移到表面，在表面累积并用作润滑剂,这可额外地增 加最终产品的光滑度和表面光泽度。外部润滑剂的非限制性例子列举包含 金属硬脂酸盐/酯、脂肪酸酰胺酯、硅油、石蜡油,和二醇/乙二醇。

待使用的润滑剂可为化合物的共混物,例如脂肪族羧酸盐与单胺和二 胺。产生所需效果的优选的量可包含占复合材料等于或小于5.0重量％,例 如4.0重量％,3.0重量％,2.0重量％,1.0重量％,0.5重量％或0.3重量 ％的润滑剂。优选地可添加占复合材料的0.01–5.00重量％、优选地 0.05–3.00重量％的润滑剂。

无机填料可具有提高产品的刚度性质的效果。无机填料是复合材料的 任选部分。使用取决于应用和性质等。包括有机天然纤维材料的复合材料 中无机填料的量可为0-40重量％或优选地1-20重量％。无机填料可包含 滑石、云母、高岭土、碳酸钙、粉煤灰、云母、玻璃纤维、碳纤维、二氧 化钛(TiO₂)。根据至少一些实施方式,至少50重量％的填料包含一种或多种 无机填料。此外,可使用其它有机填料，如任意合适的聚合物纤维。包括有 机天然纤维材料的复合材料可例如通过使用颜料来着色。根据一些实施方 式的复合材料的无机填料可包含碳酸钾(CaCO₃)和/或滑石。复合材料可包含 1-40重量％,或优选地1-20重量％的滑石和/或碳酸钾。无机填料如滑石或 碳酸钾,可提供调节复合材料的阻尼性质的效果。

例如,碳纤维和玻璃纤维可用作添加剂，从而增强复合材料的机械性 质。芳族聚酰胺纤维可用作添加剂，从而增强复合材料的耐磨损性。石墨 粉末可用作添加剂，从而增强复合材料的防水性。二硫化钼(MoS₂)可用作添 加剂，从而硬化复合材料的表面。

聚合物组合物中可存在少量的热固性树脂或其它树脂例如聚氨酯，而 同时不牺牲热塑性性质。

变量

对于许多应用而言，材料的声学性质非常重要。机械振动可转换成能 作为纵波传输的声音。但是，通过固体时，声音可同时作为纵波和横波来 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，声波可周期性地使得介质发生位移，由此造成振荡。声音可通过 不同的材料中的频率,波长,振幅,强度和速度来表征。

根据一些实施方式的包含有机天然纤维材料的复合材料提供良好的声 音和较高的声音强度。它具有高模量和仍然较合理的低密度。材料的声学 性能受其密度ρ、模量E和粘滞阻尼系数δ的影响。固体的密度可计算为单 位体积的质量,

ρ＝m/V

其中m＝质量,V＝体积和ρ＝密度。热膨胀或发泡增加体积，这通常降低 密度。材料的声学性质包含阻抗，也称作声波阻抗,和声音辐射系数,也称 作声音辐射阻尼。声波阻抗Z和声音辐射阻尼θ定义如下:

$Z=\sqrt{\rho ·E}$

$\theta =\frac{\sqrt{\frac{E}{\rho }}}{\rho }.$

例如，声波阻抗Z和声音辐射阻尼θ的量由动态测定的材料模量来测 定。动态模量可通过使用动态机械热分析(DMTA)设备的动态机械分析来测 量，其中模量通常表达为储存模量E’。在其它实施例中，动态模量可根据 ISO6721-3来测量,其限定了基于柔性振动共振曲线方法的测量。或者,动 态模量可由材料的模态分析来测定。材料的模态分析的方法可为优选地,因 为它能在单一测量中测定特征频率和粘滞阻尼系数δ。动态和模态测量良好 地显示材料的声学性质。例如，这是因为测量频率接近或等于可听见的声 波的频率和/或动态过程的频率。因此，相对和/或动态和/或模态数值可优 选地用于测量声学性质。

当使用模态分析来测量由不同材料形成的正方形板的声学响应差异 时，可使用下述公式。公式包含第n模式f_n的频率和均匀的、各向同性和 自支撑的正方形板的机械性质:

$f_n=C_n·t·\sqrt{\frac{E}{\rho ·(1-{\nu }^2)·l^4}}$

其中C_n是常数，其取决于第n模式,t是板厚度,ν是泊松(Poisson)比， 且l是板的长度(宽度)。在下面的分析和实施例中，只分析了所有样品的(相 关的)第一模式。该模式的最大位移在板的中间。位移的幅度朝着板的边缘 减小。因此,当在样品的几何中心激发样品时,尽可能的激发第一模式。测 量f_n的量,t,l,ν和ρ是精确地已知的或近似已知的。基于用于第一模式的 公式，得到:

$E=\frac{1}{C_1^2}·\frac{{f_1}^2·\rho ·(1-{\nu }^2)·l^4}{t^2}.$

因为在下面的分析和实施例中，提供了量值的相对比较，能合理地排 除之前的常数C₁和所有量的大小。结果，与数量E相反，获得无量纲的相 对弹性动态模量E_相对:

当动态模量通过第一模式的模态分析来测定时，测量的和计算的量可 表达为相对数值E_相对,Z_相对,和θ_相对。

从第一模式共振频率获得相对粘滞阻尼系数δ_相对，如下所述:

其中f_0d是第一模式共振频率(具有峰值振幅P)，f₁和f₂的振幅是

对于在具体应用中的选定的材料，在任意声学应用中，都存在相对声 波阻抗Z_相对(或Z)和相对声音辐射阻尼θ_相对(或θ),和相对粘滞阻尼系数δ _相对(或δ)的最佳平衡。例如,乐器的响板需要较高的声音辐射阻尼θ。另一 方面，用于扬声器的箱体可明显地需要箱体材料具有更低水平的声音辐射 阻尼和优化的声波阻抗水平以及粘滞阻尼系数的水平。

材料的相对声学质量因子Q_相对可表达为下式:

在计算相对声波阻抗Z_相对和相对声音辐射阻尼θ_相对时，密度的单位是 千克/立方米，相对动态弹性模量E_相对的单位是Pa或其无量纲的对应单位。 相对声波阻抗Z_相对已经除以10³，从而使得用于计算的数值成比例，在这里 的说明书和表格中引用的是相对声波阻抗Z_相对的那些值。对于材料和包含 热塑性聚合物和有机天然基纤维的任何复合材料，在计算中使用的泊松比ν 是近似为0.3的常数数值。

表1显示用于一些复合材料的示例数值。示例的基质材料包含聚丙烯。 复合材料中有机天然纤维材料的量参加第二栏。为了比较，对于木质人造 板和胶合板而言，还测量不含有机天然纤维材料的聚丙烯。除了木质人造 板和胶合板以外，测量都是在注塑的测试样品上进行的。测量在22℃和45％ 相对湿度(RH)下进行。

表1显示使用密度和模量测量的比模量示例数值。用于测量的示例密 度数值基于ISO1183-1测试方法。示例模量数值是根据ISO527-2测试方 法(50毫米/分钟)来测量的。注塑拉伸测试样品使用根据一些实施方式的复 合材料。使用之前的公式，能计算用于相对声波阻抗Z_相对、相对声音辐射 阻尼θ_相对和相对声学质量因子Q_相对的数值。

表1

包含天然有机纤维材料的复合材料的比模量可大于1000MPa/(克/立 方厘米)。例如,包含天然有机纤维材料的复合材料的比模量可大于 2000MPa/(克/立方厘米)或2300MPa/(克/立方厘米)。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/(克/立方厘 米)或大于3500MPa/(克/立方厘米),优选地大于4500MPa/(克/立方厘 米),优选地大于5000MPa/(克/立方厘米)或大于6000MPa/(克/立方厘 米)。在一种实施方式中,包含有机天然纤维材料的复合材料的比模量可为 2000-7000MPa/(克/立方厘米),或优选地3000-6000MPa/(克/立方厘米),或 更优选地4000-5500MPa/(克/立方厘米)。

动态模量可使用动态机械热分析(DMTA)设备通过动态机械分析来测量, 或根据ISO6721-3来测量，其定义了基于柔性振动共振曲线方法的测量。 或者,动态模量可由材料的模态分析来测定。为了表1所示的示例数值，制 备了所研究材料的注塑板。正方形板维度是约150mmx150mm，且厚度是3,3 毫米。在板的第一模态点即板的中部,机械激发悬挂的板使用信号分析来获 得用于第一模式频率f₁和相对粘滞阻尼系数δ的数值。例如，对于包含聚 丙烯基质和20重量％有机天然基纤维的材料，用于第一模式频率f₁和相对 粘滞阻尼系数δ的数值分别是337,9Hz和0.024。使用所述的模态分析方法 和之前的公式测量数值。对于根据一些实施方式的复合材料，根据ISO 6721-3测量的动态模量可为2000-11000,或优选地2800-9000,或更优选地 3500-7500,或最优选地4000-7000。在一实施例中,对于根据一些实施方式 的复合材料，根据ISO6721-3测量的动态模量是6500。

声波阻抗还可称作阻抗(impedance)。如果声波阻抗较高，例如传输到 扬声器壳体的能量可能不足。这可导致形成回声和驻波。如果声波阻抗较 低，传输到扬声器壳体的能量可能迅速传导并持续时间短。这可导致独特 的共振或频率和/或高的声音能量损失。声波阻抗应根据应用进行优化。对 于扬声器外壳(casing)声波阻抗应不过高也不过低，以获得优化的声学质 量。根据一些实施方式的复合材料的相对声波阻抗可为1500-5000,或优选 地1900-4500,或更优选地2500-4000,或最更优选地2800-3200,例如3000。 在另一种实施方式中，根据一些实施方式的复合材料的相对声波阻抗可为 1500-5000,或优选地2000-4500,或更优选地2300-2700,例如2500。声波阻 抗与材料的密度和弹性模量相关。

密度和弹性模量影响声音辐射阻尼。声音辐射阻尼显示将声音能量辐 射进入环境的能力。声音辐射阻尼可根据应用进行调节。对于扬声器外壳， 声音辐射阻尼应较低，而对于乐器，声音辐射阻尼应较高。根据一些实施 方式的复合材料的相对声音辐射阻尼可为1.5-5.0,或优选地2.0-4.5,或更 优选地2.1-3.5,或最优选地2.2-2.8。在一种实施方式中,根据一些实施方 式的复合材料的相对声音辐射阻尼可为1.5-5.0,或优选地2.0-4.5,或更优 选地3.0-4.0,或最优选地3.2-3.8。例如，当复合材料设计用于吉它琴体 时，用于包含有机天然纤维材料的复合材料的相对声音辐射阻尼可为3-15 的量级。

包含有机天然纤维材料的复合材料的声学性质和相对声学质量因子Q _相对可根据ISO6721-3进行测量。包含有机天然纤维材料的复合材料的声学 性质和相对声学质量因子Q_相对可通过另一种类型的动态机械分析进行测量。 用于包含有机天然纤维材料的复合材料的相对声学质量因子可为5-200,或 优选地8-100,或更优选地15-50,或最优选地20-45,例如30。在一种实施 方式中，用于包含有机天然纤维材料的复合材料的相对声学质量因子可为 5-200,或优选地10-150,或更优选地25-100,或最优选地40-80,例如60。

包含聚合物材料和有机天然纤维材料的复合材料具有提供低密度和高 模量的效果。密度和拉伸模量可随着纤维素重量百分数的变化增加。因为 拉伸模量(E)增加得比密度(ρ)更快，所以比模量(E/ρ)也增加。

损失系数指有些振动的机械能通过内部摩擦作为热量耗散。内部摩擦 影响阻尼振动,因为内部摩擦不取决于密度和模量。

低的声音能损失涉及低的粘滞阻尼。包含有机天然纤维材料的复合材 料可提供良好的粘滞阻尼数值。这些性质影响声波阻抗和声音辐射阻尼。 复合材料的弹性模量和损失模量之比影响粘滞阻尼因子。可调节复合材料 中的能量转移和能量吸收。材料选择影响在某些振动频率下的振幅、阻尼 和模态形状。

弹性和密度影响比模量，这涉及刚度。下述材料的弹性模量示例数值 是：聚丙烯为1.1-2GPa,聚苯乙烯为3-3.5GPa,中密度纤维板(MDF)为4GPa, 松树(顺木纹)为9GPa,大麻纤维为35GPa,亚麻纤维为58GPa,铝为69GPa,包 含70重量％纤维(单轴,顺纹)的玻璃-增强的塑料40-45GPa,玻璃-增强的 聚酯基质为17.2GPa,包含50重量％纤维(双轴)的碳-纤维增强的塑料为 30-50GPa,包含70重量％纤维(单轴,顺木纹)的碳-纤维增强的塑料为 181GPa。

声音穿过材料移动的速度可定义为材料的模量除以材料密度的商的平 方根。材料中纵向波的速度还可表征横向振动频率。材料的阻抗或声波阻 抗指材料的声速和它的密度的乘积。因此声速与弹性模量和密度直接相关。

材料中的声音可在大于一个方向上传播。在各向同性材料，所有方向 上的声音的速度是基本上相同的。在各向异性材料中，声音的速度取决于 方向。例如，在至少一些包含有机天然纤维材料的复合材料中，声音的速 度可沿着熔体流动的方向和称为横向方向的与该熔体流动的方向垂直的方 向而不同。纤维取向的方向对应于熔体流动的方向。在横向方向的声音的 速度可为熔体流动的方向的声音的速度的三分之一。

根据一种实施方式，横向方向的声音的速度可比熔体流动方向的声音 的速度小10％,或20％,或30％。优选地，横向方向的声音的速度可比熔体流 动方向的声音的速度小35％,或40％,或50％。在一些实施方式中，横向方向 的声音的速度优选地比熔体流动方向的声音的速度小60％,或70％,或80％。

熔体流动方向的声音的速度可最高达或大于2000米/秒。可通过选择 包含有机天然纤维材料的复合材料的组成，来控制声音的速度。可将声音 的速度选定为等于或小于2000米/秒,例如2000米/秒-800米/秒,例如1800 米/秒-1000米/秒。或者,可将声音的速度选定为等于或大于2000米/秒, 例如2000米/秒-3800米/秒,例如2000米/秒-3000米/秒。

例如,用于扬声器材料的比模量可为4.0MPa/(克/立方厘米)。使用任 意动态方法测量的扬声器材料的相对声波阻抗可为1500-5000；优选地 2000-4500；或更优选地2300-2700。扬声器材料的相对声音辐射阻尼可为 1.5-5.0；或优选地2.0-4.5；或更优选地3-4。使用模态分析测量的扬声器 的相对声学质量因子可为5-200；或优选地10-150；或更优选地20-80；或最 优选地15-80。

对于乐器响板，使用任意动态方法测量的相对声音辐射阻尼可大于2.0； 或优选地小于5.0；或更优选地小于10.0。使用任意动态方法测量的用于响 板的相对粘滞阻尼系数或损失系数可为0.500-0.005,优选地0.20-0.01,更 优选地0.20-0.02,例如0.025。根据优选的实施方式，用于粘滞阻尼的相 对因子小于0.20,优选地小于0.04,例如0.005。

实施例1:

将包含50重量％有机天然纤维材料、适当地选定的聚丙烯基质和添加 剂的复合材料注塑成尺寸为149x149x3.3毫米的板。材料的密度是1.11克 /立方厘米。如上所述在板上进行模态分析，所测第一模式频率f_n和相对粘 滞阻尼系数δ分别是435Hz和0.024。

相对声波阻抗Z_相对、相对声音辐射阻尼θ_相对,和相对声学质量因子Q_相对的数值分别是3099、2.52,和28。

实施例2:

对实施例1中的复合材料进行改性，从而将密度降低到0.99克/立方 厘米，且材料的动态模量稍微增加。将材料注塑成尺寸为149x149x3.3毫 米的板。如上所述在板上进行模态分析，所测第一模式频率f_n和相对粘滞 阻尼系数δ分别是475Hz和0.024。

相对声波阻抗Z_相对、相对声音辐射阻尼θ_相对,和相对声学质量因子Q_相对的数值分别是3018、3.08,和18。

实施例3:

将包含40％天然纤维材料、适当地选定的聚丙烯基质和添加剂的复合 材料注塑成尺寸为149x149x3.3毫米的板。选定添加剂，从而将模塑的材 料的密度降低到0.92克/立方厘米，同时材料的动态模量没有因为密度降 低发生显著改变。如上所述在板上进行模态分析，所测第一模式频率f_n和 相对粘滞阻尼系数δ分别是425Hz和0.024。

相对声波阻抗Z_相对、相对声音辐射阻尼θ_相对,和相对声学质量因子Q_相对的数值分别是2509、2.96,和16。

实施例4:

将包含30％天然纤维材料、适当地选定的聚丙烯基质和添加剂的复合 材料注塑成尺寸为149x149x3.3毫米的板。选定添加剂，从而将模塑的材 料的密度降低到0.855克/立方厘米，且材料的动态模量仍然保持在较高水 平。如上所述在板上进行模态分析，所测第一模式频率f_n和相对粘滞阻尼 系数δ分别是465Hz和0.030。

相对声波阻抗Z_相对、相对声音辐射阻尼θ_相对,和相对声学质量因子Q_相对的数值分别是2552、3.49,和19。

实施例5:

将包含20％天然纤维材料、适当地选定的聚丙烯基质和添加剂的复合 材料注塑成尺寸为149x149x3.3毫米的板。模塑材料的密度是0.99克/立 方厘米。如上所述在板上进行模态分析，所测第一模式频率f_n和相对粘滞 阻尼系数δ分别是315Hz和0.025。

相对声波阻抗Z_相对、相对声音辐射阻尼θ_相对,和相对声学质量因子Q_相对的数值分别是2001、2.04,和30。

实施例6:

将包含60％天然纤维材料、适当地选定的聚丙烯基质和添加剂的复合 材料注塑成尺寸为149x149x3.3毫米的板。材料的密度是1.19克/立方厘 米。如上所述在板上进行模态分析，所测第一模式频率f_n和相对粘滞阻尼 系数δ分别是462Hz和0.020。

相对声波阻抗Z_相对、相对声音辐射阻尼θ_相对,和相对声学质量因子Q_相对的数值分别是3528、2.49,和23。

实施例7:

将包含15％天然纤维材料、适当地选定的聚丙烯基质和添加剂的复合 材料注塑成尺寸为149x149x3.3毫米的板。材料的密度是0.98克/立方厘 米。如上所述在板上进行模态分析，所测第一模式频率f_n和相对粘滞阻尼 系数δ分别是230Hz和0.010。

相对声波阻抗Z_相对、相对声音辐射阻尼θ_相对,和相对声学质量因子Q_相对的数值分别是1447、1.51,和6。

实施例8:

将包含30％天然纤维材料、适当地选定的聚丙烯基质和提供增强的刚 度和阻尼的添加剂的复合材料注塑成尺寸为149x149x3.3毫米的板。材料 的密度是0.95克/立方厘米。如上所述在板上进行模态分析，所测第一模 式频率f_n和相对粘滞阻尼系数δ分别是740Hz和0.050。

相对声波阻抗Z_相对、相对声音辐射阻尼θ_相对,和相对声学质量因子Q_相对的数值分别是4512、5.00,和45。

实施例9:

将包含60％天然纤维材料、10％无机填料、适当地选定的聚丙烯基质 和添加剂的复合材料注塑成尺寸为149x149x3.3毫米的板。材料的密度是 1.30克/立方厘米。如上所述在板上进行模态分析，所测第一模式频率f_n和相对粘滞阻尼系数δ分别是530Hz和0.032。

相对声波阻抗Z_相对、相对声音辐射阻尼θ_相对,和相对声学质量因子Q_相对的数值分别是4422、2.62,和66。

实施例10:

将包含30％天然纤维材料、10％无机填料、适当地选定的热塑性聚合 物基质和添加剂的复合材料注塑成尺寸为149x149x3.3毫米的板。材料的 密度是1.40克/立方厘米。如上所述在板上进行模态分析，所测第一模式 频率f_n和相对粘滞阻尼系数δ分别是500Hz和0.015。

相对声波阻抗Z_相对、相对声音辐射阻尼θ_相对,和相对声学质量因子Q_相对的数值分别是4492、2.29,和19。

性质

复合材料制品的机械性质取决于许多方面。例如,材料的选择、它们在 复合材料中的比例和它们的相互作用。

复合材料的基质材料根据应用和/或最终用途来选择。选定的基质材料 还适于所用的制造方法。材料和可能的添加剂的天然的相互作用影响复合 材料、最终产品和它们的性质。基质材料性质在加工中改变。例如，基质 材料的结晶可因存在有机天然纤维材料而改变。包含基质材料和有机天然 纤维材料的组合物可具有与原来的基质材料不同的性质。下面描述聚合物 的一些性质，其可用于选择聚合物和影响它们的使用和加工。

聚乙烯中的至少一些是轻量、便宜、坚硬和刚性的聚合物。聚乙烯可 与添加剂一起使用来增强其粘附和粘滞。聚丙烯均聚物是轻量、坚硬和刚 性的，但它不能忍受低温(低于0℃)而不发生开裂。聚丙烯包含刚度和较低 的密度,其可优选地用于许多应用。共聚物聚丙烯在较低温度如从-25℃,或 从-20℃下也保持其性质。聚酯是耐候性的和刚性的，该刚度可使用添加剂 进一步增强。聚缩醛(POM)和聚酰胺(PA)针对钢具有低摩擦。聚缩醛在不同 环境下良好地保持其尺寸，是柔性和粘性的。聚酰胺是刚性的，并包含纤 维状结构。聚酰亚胺能耐受高温。例如，通过使用聚酰胺-酰亚胺，可稳定 形状，从而该形状不改变并能忍受高温(高于200℃)。聚碳酸酯是耐久的， 特别是防震的。与例如聚烯烃相比，聚苯乙烯可为刚性的、透明的(明亮的)， 并具有良好的耐热性和更好的涂覆性能。聚乳酸可为刚性的、可生物降解 的，并与有机天然纤维材料良好匹配。聚乳酸和聚乙烯具有合适的加工温 度范围，其与有机天然纤维材料的加工温度范围相匹配。

除了聚合物之外,复合材料包含有机天然纤维材料。复合材料的纤维含 量可为5-75重量％,或优选地20-70重量％,或更优选地30-60重量％,或 最优选地40-50重量％。复合材料的纤维含量可为5-75重量％,或更优选 地10-40重量％,或最优选地20-30重量％。纤维类型、纤维性质、纤维含 量、纤维长度、纤维和基质材料之间的分散和粘附可影响产品的机械性质。 如果把有机天然纤维材料添加到基质材料，可增加复合材料制品的刚度。 有机天然纤维材料可具有增加复合材料的刚度和/或强度的效果。使用根据 一些实施方式的复合材料，可获得轻量、优化的刚度和优化的声学阻尼。 此外，常常需要在制造阶段改善流动特征，尤其是对于薄的产品。有机天 然纤维材料的重量百分数可影响刚度，从而增加有机天然纤维材料的重量 百分数得到增加的刚度。复合材料中较小的有机天然纤维材料的重量百分 数可提供所需的刚度变化,和/或在当量刚度下所需的阻尼。附加的或可选 的，有机天然纤维的形状比例可影响刚度。在许多应用中，需要高的有机 天然纤维形状比例。

优选地,纤维的涉及纤维长度和纤维厚度之比的形状比例至少为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， 纤维的涉及纤维长度和纤维厚度之比的形状比例优选地是至多为1500,更 优选地至多为1000,最优选地至多为500。对于相同的有机天然纤维材料含 量，高形状比例至少部分地形成具有较高的刚度和抗冲强度的增强组分。 附加的或可选的，更长的纤维例如玻璃纤维或碳纤维,可用来提供复合材料 的刚度。这可通过模量例如弹性模量来描述，所述模量是材料刚度的度量 并用于表征材料。

纤维材料可包含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。 虽然木质素可用作纤维之间的胶粘剂材料，它同时可将纤维与环境隔离， 并阻碍复合材料制造时纤维组分的沉降。优选地,纤维材料中的木质素含量 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％，最优选地低于0.5重量％。有机天然纤维材料可具有低木质素含 量，并可用于包含平坦化和/或取向纤维的复合材料结构。

至少一些/全部实施方式中，包含有机天然纤维材料的复合材料可具有 为结构和/或应用提供硬度和刚性但不显著增加复合材料和结构的密度和/ 或它们的应用的效果。根据一些实施方式的复合材料可具有提供刚性的复 合材料或轻量组件的效果。与之相比，一些现有技术基质材料包含添加剂 如淀粉或玻璃纤维来提供刚性,同时其密度随着添加剂的量提高而类似地 增加。根据一些实施方式的复合材料可提供下述效果：提供所需的用于各 种应用的声学性质，所述各种应用包括例如用于扬声器外壳和/或扬声器外 壳的其它部件,用于隔音板，用于乐器，用于汽车。

可通过调节材料的来源和性质，来获得用于各种应用的所需的性质。 例如，可调节吸水性。在一种实施方式中，复合材料产品包含60-80重量 ％有机天然纤维材料,且在30小时(50％RH和22℃气氛)中，干燥的复合材 料产品吸收小于复合材料产品的重量的1.9％的水分。当复合材料产品包含 60-80重量％有机天然纤维材料时,在30小时(50％RH和22℃气氛)中，干 燥的复合材料产品吸收小于复合材料产品的重量的1.9％、优选地小于1.5％ 和更优选地小于1.0％的水分。

在另一种实施方式中，复合材料产品包含40-60重量％有机天然纤维 材料,且在30小时(50％RH和22℃气氛)中，干燥的复合材料产品吸收小于 复合材料产品的重量的1.5％的水分。当复合材料产品包含40-60重量％有 机天然纤维材料时,在30小时(50％RH和22℃气氛)中，干燥的复合材料产 品吸收小于复合材料产品的重量的1.5％、优选地小于1.0％和更优选地小 于0.8％的水分。

又在另一种实施方式中，复合材料产品包含20-40重量％有机天然纤 维材料,且在30小时(50％RH和22℃气氛)中，干燥的复合材料产品吸收小 于复合材料产品的重量的1.3％的水分。当复合材料产品包含20-40重量％ 有机天然纤维材料时,在30小时(50％RH和22℃气氛)中，干燥的复合材料 产品吸收小于复合材料产品的重量的1.3％、优选地小于0.8％和更优选地 小于0.5％的水分。

还在另一种实施方式中，复合材料产品包含10-20重量％有机天然纤 维材料,且在30小时(50％RH和22℃气氛)中，干燥的复合材料产品吸收小 于复合材料产品的重量的1.2％的水分。当复合材料产品包含10-20重量％ 有机天然纤维材料时,在30小时(50％RH和22℃气氛)中，干燥的复合材料 产品吸收小于复合材料产品的重量的1.1％、优选地小于0.7％和更优选地 小于0.4％的水分。

在一种实施方式中，可从干燥复合材料制品测量从大气吸收的水分。 测量之前，对复合材料制品进行干燥。测量之前，复合材料产品应在120 ℃的温度下干燥48小时。在大多数情况下，干燥温度应比聚合物的玻璃化 转变温度或融化温度低至少10℃。如果干燥温度低于110℃,干燥温度应尽 可能高，干燥优选地在真空烘箱(真空度水平优选地低于0.01毫巴(mbar)) 来实现,并使用48小时的干燥时间。对于水分吸收测量，将至少10克的产 品设置在板上。在板上应只存在一个颗粒层。然后，将水分吸收测量为与 干燥的产品的重量相比较的重量增加。如果干燥的复合材料产品的重量从 10.0g增加到10.1g,结果是1.0％。测量是在22℃温度和50％RH空气水分的 条件中实现的。可使用不同的测量时间。

热膨胀

热膨胀是材料所特有的特征。各材料具有特异的热膨胀系数,其测定材 料尺寸可随温度变化发生多少改变。热膨胀系数可为复合材料的各向异性 性质。复合材料可在熔体流动方向和垂直于熔体流动方向的方向(所谓的横 向方向)上具有不同的性质。至少在复合材料的表面区域上，纤维可朝着熔 体流动方向取向。与熔体流动方向相比，横向方向上的热膨胀系数可更大。 熔体流动方向的热膨胀系数可比横向方向的热膨胀系数小至少10％,或至少 20％,或至少30％。热膨胀系数可取决于复合材料的基质材料。熔体流动方向 的热膨胀系数可比横向方向的热膨胀系数小1-50％,或1-40％,或1-30％,或 1-20％,或1-10％。在一种实施方式中，熔体流动方向的热膨胀系数等于横向 方向的热膨胀系数。在一实施例中，熔体流动方向和横向方向的热膨胀系 数相同。

提供的热膨胀系数的关系是百分比数值，不是重量百分数。如果没有 另外明确说明，复合材料的热膨胀系数是在熔体流动方向上的热膨胀系数。

通常，木材的热膨胀会小于金属的热膨胀。例如,取决于木材材料，木 材的热膨胀系数可为3-6·10^-6/℃；铝的热膨胀系数可为23·10^-6/℃,银的热 膨胀系数可为19·10^-6/℃,铁的热膨胀系数可为12·10^-6/℃。通常，塑料的热 膨胀会大于金属的热膨胀。例如,聚苯乙烯的热膨胀系数可为70·10^-6/℃,聚 丙烯的热膨胀系数可为100-200·10^-6/℃,聚乙烯的热膨胀系数可为 200·10^-6/℃,聚酯的热膨胀系数可为124·10^-6/℃,聚酰胺的热膨胀系数可为 110·10^-6/℃,ABS的热膨胀系数可为74·10^-6/℃,聚碳酸酯的热膨胀系数可为 70·10^-6/℃。通过选定复合材料中基质材料和有机天然纤维材料的比例,可将 复合材料设计成具有特定的热膨胀系数。

包含基质材料和有机天然纤维材料的复合材料的热膨胀系数可小于包 含基质材料但不含有机天然纤维材料的复合材料的热膨胀系数。包含基质 材料和有机天然纤维材料的复合材料的热膨胀系数可比包含基质材料但不 含有机天然纤维材料的复合材料的热膨胀系数更小，而所述差异的程度小 于20％,或小于40％,或小于60％。包含基质材料和有机天然纤维材料的复合 材料的热膨胀系数可为不含有机天然纤维材料的基质材料的热膨胀系数的 40-80％,或50-80％,或60-80％。包含聚丙烯基质材料和有机天然纤维材料的 复合材料的热膨胀系数可为不含有机天然纤维材料的聚丙烯基质材料的热 膨胀系数的40-80％,或50-80％,或60-80％。

与基质材料相比，包含基质材料和有机天然纤维材料的复合材料的热 膨胀系数通常更低。根据一实施例，塑料基质的热膨胀系数是100-200·10^-6/ ℃,而包含40重量％有机天然纤维材料的塑料基质的热膨胀系数可为 90-120·10^-6/℃,且包含50重量％有机天然纤维材料的塑料基质的热膨胀系 数是60-90·10^-6/℃。

在一实施例中,根据ISO11359-1/2(ppm/K)，在纵向和横向方向上测 量线性热膨胀系数。包含聚丙烯基质和40重量％的有机天然纤维材料的复 合材料的横向方向上的线性热膨胀系数是118ppm/K,且流动(纵向)方向线 性热膨胀系数是51ppm/K。包含聚丙烯基质和50重量％的有机天然纤维材 料的复合材料的横向方向线性热膨胀系数是79ppm/K,且流动方向线性热膨 胀系数是76ppm/K。对于后一种复合材料，数值显示几乎对称的热膨胀性质。 对于某些应用，这可能是需要的。

可将热膨胀系数选定为具有等于、接近另一种材料或与另一种材料相 容的数值。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 配产品中不同材料的热膨胀系数。这可影响产品的声学性质。可选定用于 组合物的基质材料和有机天然纤维材料组分，来获得复合材料所需的密度 和热膨胀。此外，复合材料制备参数影响复合材料的热膨胀性质，这是取 决于方向的。有机天然纤维的取向可影响各向异性变量。例如,包括40重 量％有机天然纤维材料的复合材料结构的热膨胀可大于包括50重量％有机 天然纤维材料的复合材料结构的热膨胀。因此,相比于包括更少有机天然纤 维材料的复合材料结构，包括50重量％有机天然纤维材料的复合材料结构 可改善尺寸稳定性。如本申请的下文所更加详细描述，组合物的类似选择 还可用来控制复合材料中各向异性的声音的速度。

例如,可将复合材料连接或固定到产品中的金属。金属部件具有特定已 知的热膨胀系数,其显示金属部件针对外部温度变化如何反应。优选地将接 触或连接到金属部件的产品部件的热膨胀性质与所用的金属的热膨胀匹 配。类似的热膨胀性质可使得甚至在温度变化时，保持接触、连接、产品 的性质和/或质量。例如,由具有特定热膨胀系数的金属制成的车门可暴露 于变化较大的外部温度，例如从-50℃变化到+50℃。车门的内衬可包含根 据一些实施方式的复合材料。尽管车门在外部和内部部件之间具有热绝缘, 但金属门传导热量。外部温度和对流热影响连接内部部件和/或在内侧延续 的部件。优选地选定组合物、基质材料、有机天然纤维材料、可能的添加 剂材料、制造参数和/或纤维取向，从而使待连接到另一种组分形成的部件 或设置成邻近由另一种组分形成的部件的复合材料的热膨胀系数等于金属 部件的热膨胀系数。

在一实施例中,吉它可至少部分地由包含基质材料和有机天然纤维材 料的复合材料制成。吉它的弦可包含钢或尼龙。弦的振动产生声音。通过 将振动借助吉它的桥传导到吉它琴体，来放大声音。吉它的大的琴体部分 放大声音。吉它琴体可包括包含基质材料和有机天然纤维材料的复合材料, 其中可使复合材料的热膨胀系数更接近金属弦的热膨胀系数。当暴露于热 变化时，包含有机天然纤维材料的复合材料可具有比例如传统的乐器材料 (如木材)更稳定的性质。随着温度变化的的最小的尺寸变化可具有保持演 奏能力和/或避免在变化的外部条件下调音的效果。根据一些实施方式的复 合材料的吉它琴体的热性质可减少对吉它进行调音的需要和/或延长弦的 寿命周期。除了温度变化以外,复合材料能够耐受其它外部变化例如湿度。 耐受外部变化或在变化的外部条件中保持性质对于乐器而言是优选的。细 节上作必要的修改(mutatismutandis)，可将上述实施例应用于其它弦乐 器。

制造

在各种工业应用中，期望声学材料共形匹配表面的形状或维持特定的 形状。热模塑提供制备成形声学材料的的方便和速度。材料的形状可影响 材料的声音吸收和刚度。

根据至少一些实施方式，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。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/或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％。聚合物组合物中可存在少量的热 固性树脂或其它残余物例如聚氨酯，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。

图4显示根据本发明的实施方式的制造方法。加热基质材料401。当 制备热塑性复合材料时，加热基质材料例如聚合物来获得熔体形式的聚合 物。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粘性聚 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。

基质材料至少部分地是熔体形式，此时

-有机天然材料可粘附到基质材料,和/或

-可测量材料的熔体流动指数(根据标准ISO1133(在2011年有效)), 和/或

-有机天然纤维材料可粘附到基质材料颗粒的表面。

优选地,基质材料的熔体流动速率MFR小于1000克/10分钟 (230℃,2.16kg，如ISO1133所定义,在2011年有效),更优选地0.1–200 克/10分钟,最优选地0.3–150克/10分钟。优选地,基质材料的熔体流动速 率MFR是0.1克/10分钟(230℃,2.16kg，如ISO1133所定义,在2011年有 效),更优选地大于1克/10分钟,最优选地大于3克/10分钟。

在一示例测量中,包含聚丙烯和40重量％有机天然纤维材料的复合材 料的熔体流动速率(ISO1133)是8,1克/10分钟。在另外的示例测量中,包 含聚丙烯和50重量％有机天然纤维材料的复合材料的熔体流动速率(ISO 1133)是3,4克/10分钟/190℃,10kg。

至少在一些实施方式中,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℃。

将复合材料的其它组分如有机天然纤维材料与聚合物熔体混合402。 可在添加有机天然纤维材料之前和之后，将任选的添加剂如偶联剂和/或润 滑剂添加到熔体或与熔体混合。通常当聚合物粘度较低时便于把这些其它 组分混合进入聚合物，这意味着聚合物熔体的温度较高。

当在工艺过程中添加偶联剂时，包含聚合物基质和有机天然纤维材料 的组合物的温度可为230℃-140℃,优选地为220℃-180℃。在混合所述组分 之后，可引发偶联剂和有机天然纤维材料之间的共价连接。在至少一些实 施方式中，将混合物的温度保持或降低到至少180℃,优选地至少185℃,或 更优选地至少145℃的温度，从而引发和保持共价连接。除了形成共价连 接以外,这个制造阶段可具有从混合物降低水分含量的效果。

可加热包含聚合物基质、有机天然纤维材料和偶联剂的混合物，直到 该混合物达到至少180℃、优选地至少185℃的温度，从而降低来自混合物 的水分含量，并实现偶联剂和有机天然纤维材料之间的偶联。在所述温度 下，所述偶联具有共价连接的形式。混合物的温度可优选地更高，例如为 至少200℃,其中反应可更快速和高效地进行。如果进一步提高加工温度， 有机天然纤维材料会开始损失其结构并分解。在该方法中，材料温度低于 230℃是优选地。当活化偶联剂例如马来酸酐接枝的聚合物时，其开始反应。 为了进一步减少水分，可使用任选的蒸发器或干燥器。

因为提供的热和/或压力，聚合物基质和偶联剂可为流动的形式，且偶 联剂可形成至少两种类型的化学键:极性纤维和非极性聚合物之间的共价 键,或氢键例如与水分子形成的氢键。为了实现极性纤维和非极性聚合物之 间的共价连接,应使用足够高的温度,例如如上所述的那些温度。聚合物基 质、有机天然纤维材料、偶联剂和温度的选择可影响有机天然纤维材料和 偶联剂之间的连接的类型。氢键的结合能水平是约5-30千焦/摩尔，而共 价连接(共价键)的水平是约70-700千焦/摩尔。因此,复合材料在有机天 然纤维材料和偶联剂之间具有共价连接的稳定性高于具有氢键的情况。换 句话说,共价连接一旦出现在有机天然纤维材料和偶联剂之间就是稳定的， 且不容易被在制备包含基质材料和有机天然纤维材料的复合材料中后续出 现的杂质或竞争性分子干扰。高温可具有降低混合物中的水分含量和/或将 水分子蒸发出熔体的效果，因为氢键容易受到水分的影响。水分子可破坏 纤维和偶联剂之间的氢键,这降低复合材料结构的机械强度。对于表面水分 子亦可这样进行，这可导致氢键断裂。在融化和混合过程中的能量输入应 足够高，从而能从纤维表面除去任何水分。

润滑剂可混合401到聚合物复合材料的熔体，该聚合物复合材料包含 有机天然纤维材料和任选的偶联剂。例如,马来酸酐可用作偶联剂。马来酸 酐和有机天然纤维材料之间的偶联可受到金属离子或其它杂质例如熔体中 的不同颜料的干扰。制造包含有机天然纤维材料的聚合物复合材料时的相 容的润滑剂优选地不包含金属离子，所述金属离子可导致与偶联剂的不利 的反应。合适的润滑剂的示例是络合物的共混物、改性的脂肪酸酯和脂肪 酸酰胺。通过减少内部(分子/分子)和/或外部(聚合物/金属)相互作用，润 滑剂可具有改善熔体流变性能的效果。对于具有高剪切速率的挤出，润滑 剂可具有避免挤出物表面上形成缺陷和/或防止熔体断裂的效果。通过使用 润滑剂的挤出来成型可具有提供简单和有效的制造工艺和/或使得能连续 地调节加工参数来改变材料流动的效果。

附加的或可选的，可在混合阶段402中，将添加剂和/或填料添加到包 含基质材料和有机天然纤维材料的复合材料。根据一种实施方式，将润滑 剂与聚合物基质材料组合。然后,在混合阶段402中，将有机天然纤维材料 添加到混合物。将润滑剂添加到聚合物基质可具有与下述情形相比使得后 续添加的有机天然纤维材料能更好的与聚合物基质连接的效果，在该情形 中有机天然纤维材料与润滑剂同时添加到聚合物基质,该润滑剂随后可能 具有干扰有机天然纤维材料和聚合物基质之间的连接的效果。在将有机天 然纤维材料添加到聚合物基质之前，将润滑剂添加和/或混合到聚合物基质 可影响复合材料的阻尼性质。

例如使用模具或模头成形403熔体复合材料混合物。熔融的复合材料 可设置成流动到模具，并沿熔体流动方向传送(propagate)。因为熔体形式 的低粘度，复合材料混合物设置成均匀地填充模具。或者，熔融的复合材 料可源自成形的喷嘴或模头并具有该成形的喷嘴或模头的形状。熔体流动 方向是从喷嘴或模头朝向腔室的另一端。可使用不同的技术，例如挤出或 注塑。模塑的或挤出的复合材料设置成固化404,例如因为温度降低而固化。 模具的温度可为例如60-80℃。例如对于PLA,可利用不同的模具温度如 30-50℃或取决于其它因素和目的，如周期或表面质量。

在制造中，复合材料的有机天然纤维设置成沿着熔体流动方向取向。 管状有机天然纤维可具有沿着熔体流动方向的取向。纤维可沿着形成的复 合材料的表面纵向取向。至少在复合材料的表面区域，有机天然纤维沿着 熔体流动方向取向。优选地，管状有机天然纤维中的至少70重量％,或更 优选地至少80重量％,或最优选地至少90重量％具有沿着熔体流动方向的 取向。根据一种实施方式，有机天然纤维中的小于20重量％,或优选地小 于15重量％,或更优选地小于10重量％相对于熔体流动方向偏离小于45°, 或优选地小于40°,或更优选地小于35°,或最优选地小于30°。纤维取向可至 少在复合材料的表面区域上进行。表面区域可包含复合材料的厚度的 10-45％。至少对于厚的复合材料部分,例如在10-20毫米或3-5毫米的厚度 量级,有机天然纤维的取向可只在复合材料的表面区域良好地进行。可控制 有机天然纤维取向，从而获得所需的声学性质。可通过控制复合材料的有 机天然纤维取向，来获得特别是方向依赖性的、各向异性性质。例如挤出 或注射速度影响有机天然纤维组分的取向和/或复合材料的温度和冷却速 率。有机天然纤维取向可影响复合材料的机械性质。例如，取向(熔体流动) 方向的刚度高于垂直于该取向方向的方向的刚度。有机天然纤维取向可影 响复合材料中的声音的速度,声音辐射阻尼,声音传输性质,热膨胀性质,复 合材料的收缩,声学质量因子,模量和/或声波阻抗。

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和可能的添 加剂共混，并允许有效地通过所用制备方法把形成的复合材料形成为成形 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 射模塑、压制模塑、热成型、发泡等。

在挤出方法中，融化复合材料，并对其进行挤压以使其通过模头。模 头的横截面可根据应用来选择，且复杂的横截面也是可能的。在注塑中， 将材料注射到模具。通常，借助高压将加热的材料混合并注射到模具腔室, 该加热的材料在模具腔室中冷却和硬化/固化以共形匹配模具的形式。例如 考虑所用的材料,零件的形状和性质，促进注塑的多样性。在压制模塑中， 将材料设置在开放的、加热的模具腔室中。封闭模具，施加压力来迫使模 具材料接触全部的模具区域。保持热量和压力，直到模塑材料固化。压制 模塑通常是适用于模塑复杂的、高强度材料增强的高体积、高压力方法。 压制模塑是优选地用于大规模零件制造。注塑用于更大的制造体积。

在制造过程中，复合材料或组件能会可遭受不利的尺寸变化。在注塑 过程中，复合材料或组件可能会收缩。注塑时的收缩会影响模塑的复合材 料或组件的尺寸精确性。因为尺寸不精确性，模塑的复合材料或组件可包 含凹陷，特别是在厚的壁上的凹陷。与半晶体基质材料相比，包含有机天 然纤维材料的复合材料发生更少的收缩。包含有机天然纤维材料的复合材 料比包含相应重量百分数的玻璃纤维和/或矿物添加剂的基质发生更少的 收缩。有机天然纤维材料的体积百分数大于具有相应重量百分数的玻璃添 加剂或矿物添加剂的体积百分数。包含有机天然纤维材料的复合材料可具 有注塑时提供比包含相应重量百分数玻璃纤维和/或矿物添加剂的基质更 好的尺寸精确性的效果。包含有机天然纤维材料的复合材料可具有在没有 明显凹陷的情况下使得能通过注塑形成厚的壁的效果。

发泡,或泡沫注塑,包含与发泡技术组合的注塑。将发泡剂添加到加热 和熔融的复合材料，该复合材料包含基质材料、有机天然纤维材料和可能 的添加剂。将单一相的熔融的复合材料注射进入模具腔室。在发泡注射过 程中，发泡剂的尺寸可发生改变。例如，气泡可放大，相互合并等。发泡 设置成至少大多数地于将熔融的复合材料注入模具403之后但在固化复合 材料之前，在模具中进行。可通过发泡制造具有多孔结构的复合材料。多 孔结构可包含空气气泡、气泡、中空玻璃球、空气填充的塑料胶囊或其它 合适的组分。

图5ab显示在发泡之前(5a)和发泡之后(5b)的根据一种实施方式的复 合材料。例如在图5a中，将包含有机天然纤维材料、任选的添加剂和/或 填料和0.5-3重量％化学发泡剂的聚丙烯基质注射到模具。压制圆筒的温 度可为200-230℃。优选地，将模具腔室中的内部温度保持低于100℃,例 如90℃。当接触模具腔室的内部壁时,复合材料开始在其靠近模具壁的表面 501上固化。图5a中，复合材料502的中央区域仍然处于熔体状态。在将 复合材料注射到模具腔室之后和/或注射过程中,进行发泡。可在注射到模 具之前，活化一些或少部分的发泡剂。在将复合材料注射到模具之后，可 控制发泡剂的活化。发泡剂设置成在模具中分解。例如,可加热腔室，或可 降低腔室中的压力。发泡剂设置成膨胀，如图5b所示。例如用作发泡剂的 加压气体因为压力降低而膨胀。气体在环绕气体的复合材料中膨胀。在复 合材料502的内侧、接近中央区域的位置进行发泡，而不是在固化的表面 区域501上发泡,如图5b所示。可优选地在进行发泡之前具有固体表面层， 从而具有均匀的表面结构。在复合材料的表面或接近复合材料的表面处的 发泡是不需要的。当表面区域包含最小的孔隙率(如果有的话)时，复合材 料或产品的表面的密度高于复合材料或产品的发泡的内部区域。致密的表 面可具有提供更好的渗透能力和/或保护在表面下方的内部区域的效果。致 密表面是坚硬和刚性的,向结构提供刚性。

发泡可提供结构泡沫。泡沫包含孔道(cell)，该孔道包含孔结构和周 围的介质例如聚合物。孔道可为宏观开放或微观开放的、部分或全部封闭 的。发泡包含在液体和/或固体中形成卡陷的孔道或口袋孔。在封闭的孔道 结构的泡沫中，孔道是不互连的。相反，孔道形成离散的口袋，各自完全 被周围的介质环绕(如图4b所示)。在开放孔道结构中，孔道彼此连接。孔 道形成互连的网络，其中孔道分散在周围的介质中。介质的液体区域可包 含具有许多不同尺寸的孔道。当排放熔体时,例如聚合物基质区域可变得更 薄或更小。封闭孔道结构泡沫的压缩强度通常高于开放孔道结构泡沫。更 高的压缩强度至少部分地是因封闭孔道结构带来的。封闭孔道结构泡沫材 料通常比开放孔道结构泡沫材料更致密和/或包含更大量的材料。封闭孔道 结构具有尺寸稳定性、低水分吸收系数和增强的强度性质。开放孔道结构 泡沫的绝缘性质取决于周围的介质。可在封闭孔道结构泡沫中使用特殊气 体，来提供良好的绝缘。

其中孔颗粒嵌入在基质材料中的封闭孔道泡沫可称为复合(syntactic) 泡沫。复合泡沫可具有提供非常高的强度-重量比例的效果。复合泡沫可使 用形状记忆材料作为其基质。它具有形状记忆树脂和复合材料的特征。例 如,具有加热时重复地进行再成形的能力。形状记忆泡沫可为需要动态结构 支撑、柔性泡沫芯和/或可膨胀的泡沫填充物的应用提供优选的效果。

发泡时，可将惰性气体注射进入聚合物熔体，或因为熔体中的化学反 应而释放。在泡沫注塑过程中，使用发泡剂来产生多孔结构泡沫。发泡剂 可包含化学发泡剂或物理发泡剂。化学发泡剂在熔体中的化学反应之后释 放。化学发泡剂包含通过加热分解的化合物，这释放很大的气体体积。化 学发泡剂可包含有机或无机化合物,其可为放热的(释放能量)或吸热的(消 耗能量)。化学发泡剂的示例是肼、碳酸氢钠和柠檬酸。化学发泡剂分解来 形成气体，例如氮气(N₂)、二氧化碳(CO₂)和/或水(H₂O)。使用吸热化学发泡 剂可具有良好的表面外貌、均匀的孔道结构和/或高密度的效果。将物理发 泡剂注射进入熔体。物理发泡剂包含当返回到常压时膨胀的高压气体例如 氮气(N₂)或二氧化碳(CO₂)。其它类型的物理发泡剂是挥发性液体，其通过 加热来膨胀，从而形成高体积的蒸气。液体物理发泡剂可包含例如丁烷、 正戊烷或水。对于薄的部件，物理发泡可优于化学发泡。

通过发泡注塑过程来制造可向发泡的产品提供积极的效果。该效果可 包含表面上不存在凹陷、可忽略的翘曲、几何精确性、高的刚性-重量比例、 重量减轻、低保持压力、快速循环时间和/或部件成本降低。发泡的复合材 料包含多孔结构。对声学性质的影响可包含改善的声音吸收、改善的声音 传输损失和/或改善的振动阻尼。

根据一示例实施方式，通过使用2重量％放热化学发泡剂发泡，来形 成聚丙烯(PP)或聚丙交酯(PLA)复合材料。在另一示例实施方式中，通过使 用2重量％放热化学发泡剂发泡，来形成聚丙交酯(PLA)复合材料。与非发 泡的对应产品相比,发泡的产品密度降低至少5％,或优选地至少20％,或更优 选地至少30％。与非发泡的对应产品相比,发泡的产品密度降低5-60％,或优 选地20-50％,或更优选地至少30-40％。非发泡的材料的密度可为已知的或 测量的,并可将其与从注射发泡的样品材料测量的密度进行比较。

该制造方法可用来提供包含基质材料和颗粒形式的有机天然纤维材料 的复合材料。用来测量复合材料的量和数值的测量和测试都是使用注射模 塑的样品来进行的，除非以其它方式描述了标准化方法。

发泡的复合材料

根据至少一些实施方式，与非发泡的相应的复合材料相比，发泡的复 合材料的机械性质受到影响。

包含天然有机纤维材料的复合材料具有孔隙率,或孔体积，这可涉及复 合材料的实验密度。可通过密度间接地测定孔体积。密度可使用ENISO 1183-1,ISO1183-2,ISO1183-3(2004)和在其它标准组织中的相应的标准 规定的方法来测定，并使用实验室和在线密度传感器以及利用不同给定密 度的不同液体的浮沉测试,并通过在升高的温度下压制复合材料的样品，并 同时施加真空，然后用如上所述的方法或任意其它合适的方法测量形成的 压制的和冷却的样品材料的密度。孔体积可直接地通过用于孔隙率测量的 方法进行测定,例如计算机断层扫描方法,水饱和和水蒸发方法,和热孔隙 率测量法(thermoporosimetry)。孔体积可直接地、间接地测定和通过这些 方式的组合来测定。根据一些实施方式的复合材料的孔体积优选地小于 15％。在一种实施方式中,根据一些实施方式的包含有机天然纤维材料的复 合材料的孔体积是6-50％；优选地8-30％,更优选地9-20重量％。

当需要调节声波阻抗和声音辐射阻尼的平衡时，发泡可为优选的。发 泡可用于降低复合材料密度,其可影响声学性质。可采用发泡来改变声音传 输和吸收之间的平衡,这在扬声器中常常是需要的。更高的孔隙率可带来更 高的吸收,其可具有降低驻波和回声的强度的效果。对于扬声器而言，如果 扬声器的孔道的弯曲刚度保持不变，低拉伸强度可能不是那么重要。因为 挠曲刚度与厚度的三次幂成正比,所以可通过发泡获得的低拉伸模量可导 致类似的挠曲刚度。发泡的样品的重量与非发泡的样品的重量相同时，发 泡的样品更厚，且发泡的样品材料可具有比非发泡的样品更高的挠曲刚度。

在一种实施方式中，通过发泡控制包含有机天然纤维材料的复合材料 的密度。使用了3种不同化学发泡剂。表2显示了实施例，其中相同的材 料使用两种吸热化学发泡剂和一种放热发泡剂进行发泡。如表2所示，密 度和拉伸模量随着发泡剂含量升高而降低。

表2。使用不同发泡剂发泡的复合材料1和样品的密度和拉伸模量。

非发泡的样品的密度可从注射模塑的样品测量,其中注射模塑机的余 压(afterpressure)尽可能的高或为至少800巴(bars)，且余压时间是至 少15秒。如果样品的重量没有随着更长的余压时间而增加，则余压时间足 够长。还可通过下述对预先准备的产品进行该测量：研磨材料和对研磨的 材料进行注塑。

在一种实施方式中，发泡的包含有机天然纤维材料的复合材料的密度 比非发泡的包含有机天然纤维材料的复合材料的密度低2-50％,优选地低 4-30％,或最优选地低4-20％。

虽然发泡的复合材料的拉伸模量可能降低，但(壁的)挠曲刚度增加。 挠曲刚度相对于厚度以后者的三次幂的关系增加。这具有以更小密度和相 同量的材料的提供刚性材料的效果。这可使得使用更少量的材料提供某些 所需的特征。发泡的复合材料的孔隙率可提供良好的隔音材料。发泡的部 分的入射声音吸收系数高于非发泡的或非多孔部分的入射声音吸收系数。 声波被吸收到多孔材料。根据至少一些实施方式,天然纤维复合材料的中空 结构声音吸收系数高于它们对应的使用合成的纤维或玻璃纤维的复合材 料。这可能是因为玻璃纤维的刚度和/或合成的纤维或玻璃纤维的长度造成 的，这可导致更好的声音传输。中空、可能平板状的或平坦的纤维结构可 具有降低的声音传输性质。发泡和有机天然纤维材料可影响声音阻尼性质。 根据一种实施方式，对于其中需要声音阻尼特别是需要轻重量的结构，发 泡的包含有机天然纤维材料和孔隙率的复合材料是有利的。发泡的复合材 料可提供良好的低频率(例如大于1kHz的频率)声音阻尼。无需分离的空 气间隙，从而复合材料元件的尺寸可为紧凑的。有机天然纤维组分可回收 并易于处理，而例如玻璃纤维需要独立的废弃物处理并在粉碎时形成尖锐 的碎片。根据一些实施方式的结构可取代或构建例如毡、泡沫、层压件和/ 或蜂窝体的声音阻尼结构。这种结构可用于例如汽车门板或其它汽车内部 零件。

发泡的、多孔的包含基质材料和有机天然纤维材料的产品具有良好的 阻尼性质。声波被吸收到多孔材料。发泡的包含基质材料和有机天然纤维 材料的产品可用于需要衰减声音的任意应用中。声学面板可在内部或外部 使用。因为其耐候性，包含多孔复合材料的面板可用于外部环境。特别是 复合材料可耐受湿度和温度的改变。绝缘面板可具有所需的声音吸收性质 和/或轻量和/或紧凑的尺寸。还可有效地吸收例如大于1.5kHz的低频率。 更大的元件如面板可通过发泡由复合材料形成。根据一些实施方式，还可 形成更小的元件或只是产品的一些部分。

用于汽车的面板

包含有机天然纤维材料的复合材料可用作汽车门面板。用于汽车门面 板的根据一些实施方式的复合材料可通过发泡来制造。发泡的复合材料可 提供所需的用于汽车门面板的轻量和刚性复合材料。发泡的复合材料可使 用更少的材料,并因此提供比非发泡的对应复合材料更加环保的解决方案。 发泡的复合材料的密度可低于非发泡的复合材料的密度，这对于声音阻尼 性质可为有利的。可使用复合材料面板，降低汽车里面的外部噪音。用于 汽车的复合材料可用作热屏蔽面板，以减少或防止来自汽车中各种热源的 热量传输和/或热量从外部来源传输到汽车。复合材料面板可用于汽车内部 和/或外部的其它部分。复合材料面板的轻量、刚性、噪音衰减性质可取代 例如塑料、金属和/或木质汽车零件。复合材料面板可设计成与其它其它材 料性质如热膨胀系数相符合,从而它可连接到靠近它的材料和/或包含与其 它材料相应的性质或与其它材料的性质互补。复合材料的基质材料和有机 天然纤维材料的比例可影响复合材料的具体热膨胀系数。优选地,可将制品 中彼此靠近设置的不同的材料的热膨胀系数设置成相互匹配，从而获得用 于制品的所需声学性质。复合材料面板可为稳定的并对外部环境具有耐受 性。它可用于汽车的外部部分。一种实施方式的复合材料元件可牢固地固 定到汽车的外部主体。

根据一种实施方式，扬声器元件可连接到复合材料元件,例如复合材料 面板。扬声器可固定到用于汽车的复合材料元件。除了声学性质以外,用于 汽车的复合材料元件是耐久的、耐受外部环境的，且其保持它的尺寸。扬 声器可稳固地固定到根据一些实施方式的复合材料元件。与扬声器元件在 复合材料面板表面上的面积相比，根据一些实施方式的复合材料元件的表 面积可为较大的。例如,扬声器可占据面板表面积的小于10％。用于汽车的 复合材料元件可固定扬声器,而汽车的主体例如形成汽车门的外部金属主 体设置成用作车厢的一部分，并将复合材料元件连接到该汽车的主体。

一体化部件

包含基质材料和有机天然纤维材料的复合材料能通过注塑来制造。如 上所述，这可包括或不包括发泡。选定的复合材料含量如基质材料和有机 天然纤维材料,和制造方法，能形成匀称和均匀的元件。有机天然纤维材料 和可能的填料和/或发泡剂设置成均匀地分散在复合材料中。这具有提供声 学均匀的部件的效果。当利用复合材料，例如可避免木质部件所固有的变 化，和/或无需因材料质量变化造成的补偿。注塑使得有机天然纤维材料能 在形成的表面上连续地取向。纤维取向影响声学性质。沿着熔体流动方向 和横向方向(其垂直于熔体流动方向)的性质是不同的。因此，形成的部件 是各向异性的。注塑使得能在不含连接件的情况下形成所需的形状。例如, 可通过制备/使用合适的模具，来形成所需的维度和表面形状。不同形状、 体积和厚度对于不同类型的应用是优选的。用注塑形成的复合材料适用于 多种应用。例如,它能作为一体化部件提供弯曲的或曲线的形状,或中空的 管。

一体化部件可使用注塑来形成。可避免连接线或接缝。这可提供机械 强度高和有实用性的部件。一体化部件可影响部件的声波传输性质。有机 天然纤维组分根据熔体流动方向取向。纤维取向可影响到不同方向的声音 传播。可设计所述部件，从而获得涉及纤维取向的所需的效果。制备的复 合材料产品或部件可为气密性的。这对于例如封闭的元件而言是非常重要 的。根据一些实施方式的复合材料部件保持它们的尺度。所述部件对外部 条件，例如空气湿度或温度变化，具有耐受性。复合材料是耐久的，并可 用于不同的环境里面、外部、水下或适用其它特殊要求的地方。

在一实施例中,扬声器外壳可由包含基质材料和有机天然纤维材料的 复合材料形成。扬声器外壳可包含一个或多个部分。在现有技术的解决方 案中，加工或处理几块MDF板或胶合板来获得所需的尺寸，并彼此形成连 接(可能是打孔的)以形成外壳，并通过如研磨、倒角或抛光精磨轮廓。与 包括多个制造阶段的方式不同,由复合材料制成的外壳可为包含稳定的声 学性质的注射模塑的一体化部件。至少在其中需要避免产生角落的产品的 内部或外部部分，可避免角落。角落可形成产品的声学弱点。本发明的产 品没有不连续的角落,由复合材料制成的产品包含在角落上弯曲的连续的 结构。这种连续的结构具有稳定的声学性质,其不因角落结构和/或不连续 的结构和/或连接元件和/或连接装置而下降。由复合材料制成的部件可具 有容易制造和/或提供所需的声学性质的效果。根据一种实施方式,扬声器 外壳由小于6个,或小于5个,优选地小于4个或小于3个,或更优选地2个 部分制成。一体化复合材料部件可在单一阶段中制造，并可取代两个或更 多个传统的扬声器外壳部分。可避免不连续点和/或在角落中的连接部分。 可避免因分离的部分造成的不利的共振。复合材料结构可一体化地沿着两 个表面连续。

一体化结构可在有机天然纤维取向上没有不连续性。可由一个单一工 件和/或使用一个制造阶段,来形成弯曲的或曲线的表面。一体化部件的横 截面表面可为连续的部分,其中任选地没有将相邻的表面设置成彼此垂直。 一体化部件可包含连续的熔体流。

不同的产品部件可通过包含基质材料和有机天然纤维材料的复合材料 来取代。现有技术方案中原来由不同材料制成的产品部件可作为一体化部 件由复合材料形成。这影响两个组件的相互作用。此外，可避免一些弱的 点如缝隙或连接件。连接点会降低产品的可持续性和/或对外部环境的耐受 性和/或声学性质。当可形成不含连接件的一体化部件时，这些问题全不存 在。一体化部件形成稳定的结构,而不同部件和它们的连接会相互影响，并 在不同环境中表现出不同的性能。

材料之间的界面通常影响固体材料中的声音。材料可具有不同密度或 粘度,这可衰减声音。粘度或密度的变化可改变声音能够被衰减的速率。当 声音移动穿过不具有恒定物理性质的材料时，声音可被折射。折射可包括 发散或会聚。根据一些实施方式的复合材料的效果之一是提供一体化结构, 其中可调节声学性质。根据一些实施方式的复合材料可提供均匀的元件， 其包含均匀的和连续的声学性质。

根据一些实施方式的扬声器可包含任何声音重现装置，其包含扬声器 元件。包含根据一些实施方式的复合材料的扬声器可用于户外。可在外部 无限空间中使用扬声器。该空间可包含体育馆、公园或任何公共或私人外 部地方。根据一些实施方式的扬声器可在包含至少1000m³的空间使用。根 据一些实施方式的扬声器可在包含100-500m³,或10-100m³,或2-10m³的空间 使用。该空间可包括例如音乐厅、公共汽车、飞机、电影院、TV录制现场、 HiFi工作室或任意其它公共或私人空间。

层

图6显示根据本发明的实施方式的复合材料。

图6的复合材料包含层601和602。层不按比例绘制，它们的绝对尺 寸如厚度以及相对于彼此的尺寸可根据实施方式、应用、制造方法、用途 和/或环境情况而变化。根据一些实施方式的复合材料可包含多于两个层。 包含多个层的结构可使用与用于单一层结构相同的制造技术来形成。可在 现有层的顶部挤出一个层。或者，可将两个层相互连接。例如，层601,602 可彼此层压或胶合。层601(602)可增强结构。层601,602可具有类似的性 质，以进一步增强任意所需的性质,例如声音衰减。层结构可用来向终端产 品提供不同功能性质。可组合两层材料的性质，从而增强一些性质，例如 刚度,或从而获得所需的性质的组合。层可具有不同的声音反射和/或吸收 性质。层状产品可提供将声音传输到所需的方向并防止声音传播到其它方 向的效果。例如耳机外壳优选地将声音朝着一个方向传输到用户的耳朵， 而外壳防止声音泄漏到外界。耳机外壳还防止外部声音进入用户的耳朵。

根据一种实施方式,至少一个层包含复合材料，该复合材料包含有机天 然纤维材料。其它的层可包含其它材料。其它的层可包含例如油漆、涂料、 织物、木材、木基材料或金属。在一种实施方式中,外部层具有包含有机天 然纤维材料的复合材料。该其它层任选地形成内部结构,可包含更软的层, 或致密性较低的层,或包含不同声学性质的层。在另一种实施方式中，在内 部层两侧面上的两外部层由包含有机天然纤维材料的复合材料制成。包含 有机天然纤维材料的复合材料的层可具有提供所需的颜色和/或硬表面和/ 或富含纤维的表面和/或用于结构的刚度和/或摩擦耐久性和/或光泽表面 和/或致密表面和/或孔隙率和/或纤维的取向的效果。

根据一些实施方式的层状结构可提供紧密的外壳。这可提供对寒冷、 空气、水、粉尘、外部噪音和/或任意其它外部影响的耐受性。外部层601 可保护层后面的内部层602和/或产品部件。外部层601包含的天然有机纤 维材料的量可不同于内部层602。这可为外部层601提供更大的刚度。刚性、 紧凑的层601可保护内部层不受外部环境影响。在一种实施方式中,外部层 601中天然有机纤维材料的量小于内部层602中天然有机纤维材料的量。这 可具有向外部层601提供所需的外观和/或外部特征的效果。根据一种实施 方式，外部层不包含有机天然纤维材料。根据另一种实施方式，外部层601 包含的有机天然纤维材料比内部层602少至少10％,或至少20％,或至少30％, 或至少40％,或至少50％。在一示例实施方式中，内部层不包含有机天然纤 维材料。又根据另一种实施方式，内部层602包含的有机天然纤维材料比 外部层601少至少10％,或至少20％,或至少30％,或至少40％,或至少50％。

外部层601可包含天然有机纤维材料，其取向方向不同于内部层602 中包含的天然有机纤维材料。纤维取向可影响声学性质。两层结构可在一 侧提供声音传输面板，并在另一侧提供隔离面板。例如，层601可设置成 传输声波,而层602可设置成抑制声波传播。

在一种实施方式中，层结构由复合材料的表面层和内部层形成。复合 材料可进行注塑。注塑过程中，例如取决于注射点设置、注射速度、温度 和/或材料,表面层上的有机天然纤维组分平均沿着复合材料的表面取向。 在表面层上，大多数的有机天然纤维组分是按照以下方式取向的：使得管 状组分的最长维度沿着表面和沿着熔体流动方向伸长。包含横截面的有机 天然纤维组分大多数进行以下方式的取向取向：使得横截面维度中的更大 维度设置成平行于组件表面，更小的横截面维度设置成近似垂直于组件表 面。有机天然纤维组分可朝着复合材料的内部层取向，从而管状组件的纵 向维度沿着复合材料表面设置，且它们的横截面维度更随机地取向。管状 有机天然纤维组分可绕着它们的纵向维度旋转。在可包含20-70％复合材料 的、靠近表面层或在表面层之间的内部层中,纤维取向是更加随机，且与表 面层中的纤维相比，更少的纤维进行取向。

外部层601可包含非发泡的复合材料，且内部层602可包含多孔发泡 的复合材料。在其它实施例中，外部层601可包含多孔发泡的复合材料且 内部层602可包含非发泡的复合材料。多个层中的一个层具有多孔复合材 料的性质,而其它层可例如提供屏蔽该多孔层的紧凑的表面。在一种实施方 式中，多个层之间的孔体积差异大于10％,或优选地大于20％,或更优选地大 于30％,或最优选地大于40％。

在一种实施方式中，层601,602具有包含有机天然纤维材料的复合材 料，且层602,601包含木材，例如胶合板、细纹木或硬木。复合材料层 601,602可设置成具有接近木材层602，601的热膨胀系数。例如,复合材料 层601,602的热膨胀系数可为木材层602,601的热膨胀系数的2-100倍。

外部层601可设置成具有根据所需的表面精加工的性质。例如，外部 表面层601可设置成与油漆、膜或涂料相容。层可包含增强连接的底漆 (primer)或其它组分。层601可设置成包含添加剂，从而提供更好的与其 它层602和/或与其它材料的连接。

层601,602可包含类似的聚合物,例如聚烯烃材料。使用类似的材料的 效果可为能通过化学或物理粘附使层彼此连接。相容材料的层可例如通过 制造阶段中的压缩(压力)和热量来连接。可避免独立的胶粘剂,或粘附形成 步骤。此外，对于不含额外层的类似材料，回收很容易并且可以直接进行。 一体化的层结构使得能组合两个相容的层的效果，且不含不利的接缝层。 可如本申请所述的选择和制造用于层的复合材料。

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如层601传输到具有第二阻抗的另一种介质如层602 的振动能。例如,当从第一材料(601)传播进入第二材料(602)时阻抗可发生 改变。声音传播的性能受到材料的一些物理因素的影响,例如材料的密度与 压力和/或粘度之间的关系。

在一种实施方式中，层结构包含至少两个层,其中至少两个层中的至少 一个包含根据一些实施方式的复合材料。层的密度可不同。包含根据一些 实施方式的复合材料的层可比其它层更致密。包含复合材料的层的密度可 比至少两个层中另一层的密度更大至少10％,优选地至少20％,更优选地至少 30％。在一种实施方式中，包含复合材料的层的密度比至少两个层中另一层 的密度大至少70％,优选地至少80％,更优选地至少90％。根据一种实施方式， 复合材料的密度比至少两个层中另一层的密度大10-90％,优选地20-80％,更 优选地30-70％。

根据一种实施方式，包含根据一些实施方式的复合材料的层的致密性 可低于其它层。在一种实施方式中，作为至少两个层中的一个层的第二层 包含的密度比包含复合材料的层的密度大300-900％,优选地500-700％。根 据一种实施方式，至少两个层中的一个层的密度比复合材料的层的密度大 30-400％,优选地70-250％,更优选地150-230％。

因为非均匀的结构，包含两个一体化组件的层结构可削减振动和噪音。 例如，在声学面板后面的多孔复合材料可提供所需的声学声音吸收性质。 层状结构中的两种材料都可设置成削减一部分或全部类型的噪音。例如,层 材料之一501可设置成削减或吸收频率范围是600-2000Hz,或优选地 800-1800Hz,或更优选地1000-1600Hz的噪音。另一层材料502可设置成吸 收频率范围是50-5000Hz；或优选地100-5000Hz；或更优选地1000-5000Hz； 或最优选地2000-5000Hz的噪音。

根据一些实施方式的复合材料提供与稳定的和耐受的结构集成的声音 衰减的效果和热性质。此外，复合材料可为许多应用和最终用途提供轻量 和低成本解决方案。复合材料的性质可根据所需的最终应用来变化。虽然 许多不同类型的构造和/或应用是可能的,但类似的制造方法可用于提供具 有不同性质的复合材料。例如，根据一些实施方式的层结构可通过将两个 层层压在一起来制备，或通过同时注塑两种材料来制备。

扬声器

扬声器可为声音重现系统的部分，例如用在手机、音乐播放器、计算 机、收音机或其它电子设备中。公共广播(PA)扬声器是设计用于专业声音 重现的大型装置。与家用设备相比，PA扬声器中的移动区域较大，因为PA 扬声器用于移动更多的空气，从而声音压力更高且声音传输得更远。PA扬 声器的转移比例的获得是以声音质量为代价的。高保真度(HiFi)扬声器进 行优化来提供稳定的重现的20Hz–20kHz的声音。HiFi扬声器可包含单元件 宽频扬声器，其用于所有的频率。单元件扬声器为可闻度频率范围提供良 好的质量，且相位差较小，因为所有的频率源自相同的元件。然而，使用 更多的元件可提供更好的声音质量，将高频和低频分开。高频扬声器 (tweeter)用于重现高频率，低音扬声器用于重现低频率。低音扬声器包含 封闭的外壳,其尺寸非常小、重现声音精确并且是气密性的。低音扬声器可 包含低音反射箱体,其中使用管来将扬声器的空气空间连接到外部空气。合 适的管着重某些频率。低音炮可重现低频率,例如低于150Hz。可重现的频 率范围取决于交越频率,其中音频开始下降至0dB。低音炮外壳应为刚性和 支撑性的，因为外壳里面的压力变化较大。此外，因为刚性外壳，可避免 外壳的特征频率，从而避免不利的共振。驻波可给扬声器和/或扬声器的部 件带来问题。低音炮外壳的刚度可通过向外壳提供额外的支撑面板或肋材 (rib)来增强。低音炮可包含反射箱体，用于通过反射管或无源元件的反射， 来重现所需的频率。外壳、外壳的部分、管、额外的支撑物、肋材、声音 转移、控制或导向元件中的任一种可使用包含基质材料和有机天然纤维材 料的复合材料的外壳来一体化。

扬声器纸盆主体可由包含基质材料和有机天然纤维材料的复合材料制 成。扬声器复合材料的基质材料可基于总体流量、重量和刚度来选择。有 机天然纤维材料和其它任选的填料的量和质量可基于刚度和重量的比例以 及声学阻尼来选择。根据一种实施方式,可选定有机天然纤维材料的量为 30-70重量％,或优选地40-60重量％,从而形成所需的声学性质。模量、刚 度和强度影响声学性质。

制造方法可用来调节声学性质如模量、刚度和强度。在一些实施方式 中，可调节方向性声学性质或可调节在不同方向上的声学性质。在一实施 例中，复合材料包含聚丙烯作为基质材料，并包含45-65重量％的有机天 然纤维材料。在另一种示例中，复合材料包含聚乳酸基质和30-50重量％ 的天然有机纤维材料。有机天然纤维材料的数量可影响复合材料的粘度。 因为粘度增加，会影响制造步骤或使得制造步骤不能进行。与挤出相比， 注塑需要更低的粘度,挤出可允许使用更高粘度的复合材料。优选地使用坚 硬和刚性的聚合物。均聚物可提供在那些共聚物中普遍存在的声学性质。 用作扬声器材料的聚合物基质材料的拉伸模量可为1000-6000MPa,优选地 2000-5500MPa。

声音引导

图7a和7b显示声音引导部件701的示例,其是包含基质材料和有机天 然纤维材料的复合材料的一体化部件。图7a是侧面横截面视图，图7b显 示从上方观察的俯视图。声音引导部件701是复合材料的一体化部件,其与 复合材料同时形成。声音引导部件701可以不同形状和尺寸来获得。声音 引导部件可为固体部分表面的任意不连续。例如凸起、凹陷、通道、狭缝、 凹槽、突起或适于引导声波的任意其它部分。平行的笔直表面可导致产生 驻波和不利的回声。例如在音箱中，这可为干扰性的。声音引导部件可具 有使得驻波和/或不利的回声最小化或抑制驻波和/或不利的回声的效果。 打乱声波的平坦和均匀的反射，并因此通过声音引导部件来阻止。图7ab 只显示在表面上包含声音引导部件的复合材料的一种可能的横截面。例如， 音箱可在里面、在音箱的内部表面中包含声音引导部件701。音箱的外部维 度优选地包含笔直的表面和圆化的边缘来防止反射。声音引导部件701向 声波提供反射表面，从而可避免驻波。不连续的表面可由声音引导部件701 来形成。不连续的表面可具有避免驻波的效果。可设计表面，从而把它设 置成偏转声波。优选地，复合材料的有机天然纤维材料平行于细长的声音 引导部件的方向进行取向。或者,声音引导部件可沿着许多方向延伸。根据 一种实施方式，至少两个声音引导部件可相互交叉。当制备包含一体化声 音引导部件的复合材料部件时，注塑可为优选的。注塑能高效地设计和制 造一体化三维结构。

在图7abc中，将声音引导部件显示为垂直于扬声器的壁。在一实施例 中,声音引导部件可在靠近壁的一端比其相反的另一端更宽。壁和声音引导 部件之间的角度α可至少大于92°,优选地至少95°,更优选地至少100°。壁 结构和声音引导部件结构之间的角度α可为90-120°,或优选地91-110°,或 更优选地92-100°。角度α可影响相对于扬声器外壳总内部面积的声音引导 部件的尺寸和/或面积。此外，这可具有提供倾斜的声波反射的效果。

图7c显示声音引导部件的侧视图。声音引导部件可包含高度Y1和宽 度X1。声音引导部件的某些维度对于避免或衰减某些频率是优选的。例如， 可衰减330-400Hz的频率。例如，当扬声器外壳包含壁厚度Y2时,声音引 导部件的高度Y1可为扬声器外壳的壁厚度Y2的至少0.5倍。扬声器外壳 的壁厚度可为3-30毫米,优选地5-20毫米。沿着壁厚度的方向，声音引导 部件的高度Y1可为扬声器外壳的壁厚度Y2的0.5-20.0,或优选地1.0-10.0, 或更优选地1.5-7.0倍。声音引导部件的宽度X1平行于扬声器壁表面,其 可为声音引导部件的高度Y1的0.05-1.0倍,或优选地0.1-0.5倍。与扬声 器外壳的总内部表面积相比，声音引导部件占据少量的扬声器外壳的内部 表面。不含声音引导部件的扬声器外壳的内部表面积可为扬声器外壳总内 部表面积的70-99％,或优选地80-96％,或更优选地85-95％。声音引导部件可 占据扬声器外壳总内部表面积的1-30％,优选地4-20％,或更优选地5-15％。

例如，可在扬声器外壳的内部表面上形成声音引导部件。一体化声音 引导部件可与扬声器壁一体化。声音引导部件和扬声器壁可同时制造，且 可使用相同的制造方法。形成的包含声音引导部件的结构的外部表面可为 平坦的和均匀的。实施方式可具有提供具有一体化声音引导部件和不含凹 陷的扬声器结构的效果。

例如，聚丙烯作为基质材料能进行注塑。因为未增强的聚丙烯的低模 量,聚丙烯具有低的刚度-重量比例。刚度可通过有机天然纤维材料来改善。 例如,不含木质素的有机天然纤维材料提供改善的刚度的效果，且重量和/ 或密度少量增加。刚度可通过填料如滑石来改善，但在这种情况下，与包 含有机天然纤维材料的材料相比，刚度的类似增加需要大得多的重量和/或 密度增加。因此，只使用填料如滑石以及基质如聚丙烯时，将导致不利的 重量增加。

发泡可为扬声器中所用的复合材料提供积极的影响。发泡的复合材料 包含多孔孔道。与非发泡的复合材料相比，多孔结构可提供透过材料的空 气传播、低密度和/或放大的散射表面的量。发泡可用来增强吸收。发泡剂 选择和组合物中发泡剂的量影响复合材料部件的声学性质。当放大倍数在 发泡中增加时,复合材料的模量变得更低。随着发泡放大倍数增加，刚性变 高。

机械阻尼对于纸盆主体材料是需要的。有机天然纤维材料或其组分为 复合材料提供刚度。有机天然纤维材料的体积分数至少部分地影响总体阻 尼,即耗散机械能的能力。有机天然纤维材料可至少部分地削减声学反射和 不需要的振动。有机天然纤维材料可具有方便快速地通过声波削减振动的 效果,例如在具有高模量的复合材料或组件中。根据一种实施方式,分散在 复合材料中的发泡剂可提供削减声波的效果。其它填料可用来根据应用和 用途对复合材料的声学性质进行微调。复合材料可包含基质材料和30-50 重量％的有机天然纤维材料和1-40重量％的填料和/或添加剂。复合材料 可具有提供高模量和/或所需的重量的效果。尽管是轻量解决方案，但在一 些应用中，某些重量水平可为所需的，并为结构提供稳定性。例如，在乐 器中，可优选地具有用于外壳和/或部分的某些重量。

乐器

根据一些实施方式的复合材料可用于乐器。在许多乐器中，声音通过 乐器的材料的振动来产生。基质材料可为热塑性的例如聚苯乙烯。或者， 可使用再生的聚烯烃、环状烯烃共聚物(COC)、丙烯酸树脂或聚烯烃。复合 材料的有机天然纤维材料的量可为20-60重量％。所用的材料影响声学性 质,这在乐器中是非常重要的。此外，用户感知的其它性质如乐器的外观和 触感，可影响材料选择。通常，优选与最初时使用的木材性质的性质相匹 配。根据一些实施方式，乐器的内部部分可用包含有机天然纤维材料的复 合材料的部分来取代。包含有机天然纤维材料的复合材料的内部部分可设 置成靠近外部木质部分。木质部分可包含一体化挤出的组件，其包含基质 材料和有机天然纤维材料。当将振动能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时,第一和第二阻抗需要处于相同的量级。如果 阻抗之间不匹配,或阻抗之间差异显著,振动能无法从一种介质进入另一种 介质，不能传输声音。可通过调节材料的密度和声音的速度、或材料的密 度和模量，来调节阻抗。

在弦乐器中，拉伸的弦以某些频率振荡并产生声音。因为横截面积较 小，单独一根弦不能将振荡能传输到外部空气。大多数的弦乐器结合到音 箱或声音板，用于传输声音。例如,在小提琴或吉它中,通过桥将弦结合到 乐器的顶部板即响板。该桥将弦的振动传输到响板。响板还包含背板，其 有助于声音的辐射。响板的形状和材料影响声音质量和声音辐射到周围空 气的方式。低阻抗有利于将声音传输进入空气。响板材料包含低阻抗。响 板阻抗与响板材料的阻抗和响板的厚度成正比。例如，薄的弦的阻抗低于 更厚的响板的阻抗。为了获得高质量声音,控制弦和响板的阻抗。响板通常 包含较大的表面积(例如与弦相比)且是轻量的。响板设置成具有一定的密 度,从而它能根据弦的振荡而优化地振荡。响板材料的高密度与响亮的声音 的辐射成正比。例如，对于其中响板厚度可为2-3毫米的小提琴,高密度材 料为结构提供刚性，并优选地使得能重复响亮的声音。优选地,响板材料不 通过阻抗损失例如内部摩擦损失能量，但包含柔性的结构。响板设计成着 重于某些频率，并衰减某些其它的频率。

在一些弦乐器如小提琴中，可使用弧来激发弦振动。琴弧杆材料和结 构需要某些密度、弯曲刚度和阻尼性质。优选地，琴弧包含具有非常高密 度和高模量的材料。弯曲刚度取决于所用材料的几何形状和模量。弯曲刚 度影响连接到该琴弧的弦的拉伸。琴弧的密度和质量影响演奏能力。均匀 的材料质量对于具有所需质量的薄且细长的琴弧而言是非常重要的。由包 含有机天然纤维材料的复合材料制成的琴弧可设计成包含所需的性质。根 据一些实施方式的琴弧可一体化制备,和/或琴弧可进行加工来在形成最终 所需的几何形状和/或质量和/或性质。

钢琴的声音也基于拉伸的弦的振荡。在钢琴中，按压的键使音锤移动。 音锤撞击弦，并激发弦振动。每一根弦具有特殊的音锤，音锤通过复杂的 机械装置移动，该机械装置包含多种更小的零件如杠杆。该构造优选地是 机械可持续的和稳定的。钢琴中包含的小零件通常需要高耐磨损性、长的 循环寿命、耐受重复冲击负载的韧性和尺寸稳定性。音锤可包含不同的特 殊频率，以在钢琴中的不同部分利用。包含有机天然特征和较高的声音的 速度的组合物可优选地作为钢琴的部件。

木琴通过自身振动来产生声音。因此，材料性质对于产生的声音是决 定性的。单个木琴条的长度决定它的振动频率。具有相同长度和形状的条 的振动频率与来自所用材料的声音的速度成比例。木琴的材料优选地具有 高密度。此外，需要侧面刚度，从而能在演奏时实施对木琴造成的接触和/ 或冲击负载。以脉冲的形式激发木琴条，与条响应振动的时间相比，在较 短的时间跨度内将能量转移到条。木槌性质影响产生的声音。较硬的木槌 的较短接触时间产生明快的声音,而较软的木槌的较长接触时间产生更加 柔和的声音。当木琴的固体材料振动时,它的一些机械能是通过内部摩擦作 为热量耗散。虽然对于木材组件，内部摩擦取决于与外部条件如温度和水 分含量相互作用的大小,但根据一些实施方式的复合材料能耐受外部条件 的变化。根据一些实施方式的组件的性质可机械地稳定，且就声音质量而 言亦可稳定。如果以脉冲方式激发的乐器需要响度和混响时间时，所用的 材料应良好地辐射声音。具有低系数的条将产生更明快的声音,因为与具有 高损失系数的材料相比，较高的分音削减得更少。木琴的声音优选地足够 慢地褪去。

在打击(percussion)乐器如鼓中，声音源自拉伸的膜的振荡。拉伸的 膜可用鼓槌或演奏者的手来敲击，从而导致膜振动并产生声音。通常不存 在可识别的音调或节拍，但乐器称作节奏乐器和用作节奏乐器。在节奏乐 器中，频率、体积和衰减影响声音和声学性质。例如，其中连接膜的鼓的 碗状物可由根据一些实施方式的复合材料制成。碗状物的形状影响鼓的音 调质量。该碗状物可成形为半球形以产生更明快的音调，或者成形为抛物 线形以产生更低沉的音调。碗状物表面的质量影响鼓的音色。碗状物表面 可设计成光滑和均匀的，或包含频繁的凹痕的粗糙的表面。

吹奏乐器如长笛、单簧管或八孔长笛基于空气柱的振动来产生声音。 吹奏乐器包含空气柱，其形成共振主体来产生和辐射声音。空气柱的形状 和长度，以及手指孔和吹嘴(mouthpiece)的形状和设计影响产生的声音。 尺寸稳定性和防水性对于吹奏乐器的材料而言很重要。除了外部条件以外， 音乐人的呼吸将水引入空气柱。该材料优选地吸收很少的水分，从而避免 管壁上的液体破坏声音。维度稳定的、防水的材料在较长时间中影响仍然 发出乐音的乐器。声音质量由材料封闭的振动空气柱的相互作用决定。材 料通过因在管壁处的空气摩擦造成的振动阻尼和通过在边缘处的振动空气 中的湍流影响乐器的声音。在具有平滑的表面精磨的调整情况下，振动阻 尼更低。精确地切割和圆化精磨边缘减少湍流，其可削减振动和影响音调 质量。管壁和手指孔的优化的精磨以及高密度是所用材料的优选的质量。

包含基质材料和有机天然纤维材料的复合材料可用于乐器。材料性质 如密度、模量、阻尼和收缩率可根据所需的声学性质来设计。根据一些实 施方式的复合材料可设计成使靠近复合材料的、或与复合材料连接的或一 体化的材料的性质与用于产生声音和/或声音质量的周围材料的性质相匹 配。根据一些实施方式的材料具有耐受外部条件的效果。根据一些实施方 式，乐器或其一部分的质量或性能不像木质部分那样因与空气交换水分而 下降。根据一些实施方式，在变化的外部条件中可保持维度稳定性和机械 性质。上面的描述显示包含基质材料和有机天然纤维材料的复合材料、包 含基质材料和有机天然纤维材料的组件,以及复合材料和组件的应用的实 施例和实施方式。可在它们相应的和/或合适的部分之间，组合、替换或交 换任意描述的实施例、实施方式、显示、特征和/或其细节。在下述权利要 求的范围之内，可对如上所述的实施例和实施方式进行明显的结构和/或功 能修改。