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水声工程用橡胶

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水声工程用橡胶


就当今橡胶制品的发展状况而言,许多传统的制品开始转向功能化和高性能化,而功能性橡胶制品正是目前橡胶工业中最具时代特征的一类高新技术产品。其中,水声橡胶制品是这方面最具有代表性的例子之一。橡胶是一种重要的水声材料,常用作消声水池的衬里和水声设备(如声纳)的导流罩。近年来,随着弹道导弹核潜艇、大型军舰、超级油船和客货轮的数量越来越多,对水下声音系统及水下噪声控制的要求也越来越高。同时,导流罩、透声窗、障板、反射器、消声覆盖层和体积吸声器的种类也不断增多,促进了水声橡胶制品的发展。下面就水声橡胶制品的发展近况作一综述。

1) 橡胶的水声特性

橡胶有优异的物理、化学性能以及易硫化成型等特点。尤其可贵的是通过选取不同的胶料及配合剂的种类和比例,能够有效地控制其声学特性和其他性能。因此,橡胶在水声工程中是重要的声学材料。在声频及超声频段,橡胶的动态力学行为表现出粘弹性,所以其声速及衰减常数与温度和频率有关,而且受温度的影响较大。一般当温度升高时,声速下降,而衰减常数有升高的趋势;当频率升高时,声速和衰减常数都增加。另外,橡胶声速还随压力的升高而缓慢增加。不同种类的橡胶,其物理、化学性能是不同的。即使是同类橡胶, 也因品种或填充剂的种类、含量、硫化程度不同,其声学特性也有差异。因此, 在水声橡胶制品的设计加工中,要充分考虑这些问题。水声橡胶在水中对声波的传播起着重要作用,它可以消除声的反射,降低噪声,保持声波的传递不失真,避免水下各种噪声的干扰。根据水声橡胶制品的不同作用,可将其分为三类,即水声吸声橡胶制品、水声透声橡胶制品和水声反声橡胶制品。

2)水声吸声橡胶制品

水声吸声橡胶制品一般指在水声工程中能吸收或耗散声能的橡胶制品。声能入射到制品上,首先要求与水介质的特性阻抗匹配,使声波能无反射地进入吸声系统;其次是制品所用材料要有大的衰减,使入射进来的声能绝大部分被吸收。在结构设计上,通常采用共振式吸声结构或渐变过渡层结构。前者是把带孔的橡胶薄层粘在钢板上,通过改变孔的大小和数量来调整橡胶的有效弹性模量和损耗;而后者则常把橡胶做成尖锥或尖劈状,以实现橡胶声学状态的逐步过渡,达到阻抗匹配的目的。为了提高橡胶的内损耗,一般在配方中加入含大量气泡的填料或填加金属微珠等。水声吸声橡胶在水声工程中的应用很广泛,特别是作为消声水池的吸声覆盖物,大都采用吸声橡胶尖劈结构。当频率较高时,一般采用小尖劈,窄频带用共振式吸声结构,而平行通道型尖壁结构则可满足宽频带要求。在声纳换能器基阵设计中,声学后挡、基阵与导流罩间的声场控制以及阵元之间的隔声去耦等方面,也经常利用吸声橡胶来改善阵的声学性能。此外,在船舶的声纳导流罩内壁、非发射面上需要覆盖一层吸声橡胶,以消除声反射和噪声;在螺旋桨上贴上或填充吸声橡胶,可降低噪声。吸声橡胶还可以用作防探测材料,如果把吸声橡胶覆盖在潜艇、水雷或水下目标的表面,可以对抗敌方声纳的探测。目前,先进的潜艇外面都装有橡胶制成的“消声瓦”,对提高潜艇的隐身性能发挥了重要的作用。多年来国内外对水声吸声橡胶做了许多开发研究。早期,西德 E.Meger 等人用聚异丁烯加上石墨、锯木屑等填料,做成了“发夫尼尔(Fafnir)”吸声尖劈,以后又加以改进制成衬垫板式橡....


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