環繞著音樂的碳纖維增強塑料板

在美國西雅圖交響樂團新的Octave 9 Raisbeck音樂中心,觀眾被碳纖維增強塑料(CFRP)板支撐的圓形外殼所包圍,使他們沉浸在現場音樂、環繞視頻投影以及響應音頻和聲學的多重感官體驗中。這座占地2500平方英尺的音樂中心于2019年2月開放,專為交響樂團提供近距離表演、教育項目和社區參與而設計。這些碳纖維增強塑料板是亞克力板的輕質替代品,它們由廢棄的碳纖維環氧預浸料制成,并用黑胡桃木單板作為飾面。
  
西雅圖LMN建筑事務所負責Octave 9項目的設計師斯科特?克勞福德(Scott Crawford)解釋說:“我們被指定使用一種3/8英寸厚的亞克力板,但問題是,它們非常重。”他回憶起曾看到一種CFRP木貼面樣品,Crawford認為使用CFRP木貼面板能很好地與大廳現有的木結構相匹配,同時還能夠顯著減輕整個結構的重量。
  
重量在這里特別重要,因為音樂中心具有13個可移動部分,使交響樂可以通過使用幾個面板或創建一個幾乎完整的圓型來適應空間和聲音。每個部分均包括一個CFRP背襯的黑胡桃木貼面外板和一個內部亞克力視頻屏幕面板。面板安裝在輪子鋼架的兩側,因此可以很輕松地移動。
  
這些面板是由華盛頓州的復合材料回收技術中心(CRTC)制造的。這是一家致力于開發先進復合廢棄材料產品的非營利組織。這種材料在華盛頓非常豐富,據華盛頓生態部門(Washington Department of Ecology)稱,每年大約有900噸制造碳纖維復合材料的廢料被送往垃圾填埋場?;厥罩行墓烙?,其中包括約500噸未固化的碳纖維預浸料。
  
回收技術中心從包括東麗(Toray )CMA和波音公司在內的一些公司采購CFRP預浸料。當制造商從其冷凍機清除過期的預浸料坯或由于外觀缺陷(例如,卷筒中缺少纖維或薄片)而丟棄材料時,就會產生廢料。材料供應商還會丟棄生產運行結束時剩余的部分CFRP預浸料卷?;厥罩行牡牟牧瞎に嚬こ處烢rik Poulin說:“這很普遍,特別是在全幅輥上。在一系列生產運行結束后,他們會把剩余的材料堆積到一卷上,然后將其報廢。”
  
Poulin說,再生的預浸料(例如Octave 9項目中使用的預浸料)保留了其大部分特性,可以很好地固化,并且通??雌饋砭拖裨嫉牟牧?。他說:“只要您不需要航空航天那樣的高要求,它仍然是一種非常漂亮的材料。”
  
Octave 9面板采用準各向同性鋪層,標準真空裝袋工藝和250華氏度的烤箱固化120分鐘,由回收的單向Toray碳纖維環氧預浸料制成。然后使用水射流將10×10英尺的面板裁剪到后7.5×8英尺的尺寸。“水射流給它一個很好的表面處理,我們也能夠非常精確地插入(用于緊固件的)孔模式,這對他們來說使裝配變得輕而易舉。”Poulin說道。將黑色胡桃木貼面染色,以使其與音樂廳中的現有木材相匹配,接下來用貼面鋸將其切成一定形狀,然后用接觸水泥將其粘合到CFRP面板上。
  
面板的尺寸帶來了一些挑戰。Poulin說:“對于我們這樣規模的公司而言,很少要做10×10英尺的零件。這些都是很大的零件,具有良好的裝飾性,不過在整個部分壓實是很棘手的。”對CRTC來說,在這樣的大型面板上應用貼面也是一種新的體驗。
  
Crawford說,與初指定的亞克力板相比,CFRP板具有許多優勢。重要的是減輕了重量。通過計算得出,重30磅的CFRP實木貼面板可減少83%的重量,從而使其更易于安裝和移動。CFRP板還增加了抗剪強度,加強了整個結構,并減少了將這些部分帶輪穿過大廳時的彈跳和振動。1.4毫米厚的面板也可以彎曲成一定形狀,從而無需昂貴的彎曲模具。“碳纖維和木質貼面的整個組件足夠靈活,以至于可以將其彎曲以適合框架的背面,從而降低了整體成本。”他強調說。
  
使用廢預浸料也降低了成本,讓設計人員可以考慮碳纖維增強塑料。Crawford說:“在建筑中使用復合材料面臨的大挑戰之一是材料的前期成本,通常情況下,如果你不能從輕質或耐腐蝕性中獲得顯著的好處,那么很難真正實施起來。但在這種情況下,由于回收中心得到了這些材料并將其重復使用,從而降低了初始成本,因此使我們更有可能進行深入探索。”
  
Poulin也強調了成本上的節省。他表示:“轉換到碳纖維是非常獨特的想法,而且仍在預算之內。我認為這是大的收獲:我們能夠證明使用碳纖維在經濟上也是可行的。”