一种高频橡胶吸声尖劈研制
一种水下低频吸声尖劈的研制
胶 、丁苯 橡 胶 、聚 氨酯 橡胶 等 ，因 为橡 胶 可 以通 过 选 取 不 同的胶料 以及 配合 剂 的种类 和 比例 ，有 效地 控 制其 声学 特性 和其 它性 能 ；橡 胶 的大分 子链运 动
性能，使入射声能绝大部分被吸收。通常，应用的 是 共振 式 吸声 结构或 渐 变过度 结 构 。共 振式 吸声 结 构 是 在材料 中设置 孔腔 ，通 过 改变 孔腔 的大 小和 数 量 来 调整材 料 的有 效弹 性模 量和 损耗 ， 同时 ，声 波 在 孔腔 内可 以发生 共振 吸收 ，因此 孔腔 结构 可 以增 强材料 的吸声性能；渐变过度结构常把橡胶等材料 制 成 尖锥 或尖 劈 状 ， 实现 材 料 声 学 状 态 的 逐 步 过 渡 ， 以达 到阻 抗匹 配 的 目的 。 目前 ，国 内在 用 的水 下吸 声材 料主 要有 几种 结 构 形 式 ：一 是锯 齿形 吸 声尖劈 结 构 ，主 要应 用在 中 高频 消声 水槽 或船 舶 的声纳 导流 罩 内，以消除声 反 射和噪音；二是吸声圆锥结构 ，主要应用在大型消 声 水 池测 量系 统 中 ，模拟 自由场 地声 学环 境 ；三 是 消 声 瓦结 构 ，主要应 用 在潜艇 壳 体表 面 ，既能吸 收 对 方 声纳 探测 声波 的 能量 ，又 能减 少 自身艇 噪声 ， 提 高 潜艇 的 隐蔽性 Ｌ ｌ Ｊ 。
本 文 介 绍 了一 种 水 下 低 频 吸 声尖 劈 的研 制 过 程 和 性 能情况 ，该尖 劈作 为 消声水 池和 导 流罩 内吸
形式繁多，松弛时间谱很宽，能够吸收宽频带的水 中 声 能 ；橡 胶 的特 性 声 阻抗 与 水 的特 性 声 阻抗 接 近 ，二者容 易 实现 匹配 Ｊ 。 为使材料有较大的声衰减性能，通常在橡胶中 混 入气 泡 性填 料 。根据 奥 岛基 良Ｌ ３ Ｊ 对气 泡 性吸 声材
高频吸声材料试验研究
Ｃ ｏ＝［ （ ＋２ ｔ／ ／） ｐ］ （） ３
其 中：伪为纵波衰减 常数 ；ｔ ＆为 体积纵 波模量损耗因 ａ ｎ
子 ：＾为声波 在材料 中传 播的波长 ，ｎ； 为剪切模量 ， ｌ Ｎ ｍｚ ｆ为频率 ，Ｈ ；ｐ为材 料 的密度 ，ｋ ／ 。 ／ ； ｚ ｇｍ３ 本 文所研 究 的 吸声材 料 主要用 于 水下 壳体 的吸声 处理 ，可 以用＜ 水一橡胶一 钢 （ 或其它基体 ）＞ 三层介质
维普资讯
助
能
财
料
２０ 年增刊（８ 卷 ０７ ３）
高频吸声材 料试验研究
郭 万涛
（ 阳船 舶材料研 究所 ，河南 洛 阳 ４ １３ ） 洛 ７ ０ ９
摘 要 ： 通过对 高频吸 声材料基体材料 、吸 声填料体 系、补强体 系的研 究 ，确定 了高频吸声材料 的配方 ，并
能量损耗 。高频 下胶种对 声学性能 的影响尤为显著 ，因
此 高频 吸声材料对胶种 的选择就 更为重要 。 根据材料 吸 声机 理结合使用工况和 我们选择 了 内耗较大 、 耐水 性好 并 且特性 阻抗 与海 水 匹配较 好 的氯 化丁 基橡胶 作 为高
频 吸声材 料基 体材料 。
料 ，满足水 中兵器 隐身的需要。
多锥体橡胶吸声尖劈模具的设计
新产品开发多锥体橡胶吸声尖劈模具的设计郑永宏(洛阳船舶材料研究所 洛阳 471039)摘 要 介绍了多锥体橡胶吸声尖劈的模具设计,对于结构复杂产品的模具设计,提出采用复合定位机构,并指出了模具设计和使用中应注意的一些问题。
关键词 吸声尖劈 模具设计 复合定位机构 多锥体中图分类号:T Q 330.4+1 文献标识码:B 文章编号:1003-1545(2000)02-0020-03Mould -Design of Multi -Taper Sound -Absorbing Rubber WedgeZheng Yonghong(Luoyang S hip M aterial Research Institute ,Luoyang 471039,China )A bstract The mould -design of mulit -taper sound -absorbing rubber wedge w as described in this paper .Compo site o rientation mechanism applied in the mould -design of structurally complicated product was introduced .Some prob -lems to w hich much attentio n should be paid were proposed during mould desig ning and operationing .Keywords Sound absorbing wedge M ould -design Composite o rientation mechanism M ulti -taper 消声水池是水声学研究中必不可少的设施,其质量取决于吸声层材料的性能和结构。
吸声层材料结构设计的关键是使其表面的特性阻抗尽可能地与媒质(例如水)的特性阻抗相接近,使特性阻抗由表及里逐渐增大,这样绝大部分的入射声波才能进入材料内部被吸收掉,不至于在界面上由于阻抗突变而被反射。
吸声尖劈原理
吸声尖劈原理
吸声尖劈是一种常用的声学材料，它可以有效地吸收噪音。
本文将介绍吸声尖劈的原理以及其适用范围。
吸声尖劈的原理是利用声波在空气和材料之间反射和散射的特性来吸收噪音。
吸声尖劈的表面通常是具有连续的小凸起，这些凸起是制造者将其设计为特殊比例的结构，以使入射的声波在其表面反射后具有不同的相位。
这些相位的数值是为了有效地相消，以进一步减小声波的反射，并且声波的振幅会被吸收。
如图所示，声波在入射到吸声尖劈表面时，会被表面反射多次，从而形成多个反射声波。
这些反射声波的相位差异可以使它们在某些方向相互干涉，从而相互抵消。
这些反射声波在各个方向上的干涉使得声波的能量被耗散了，从而减少因声波反射造成的噪音。
此外，吸声尖劈的凸起表面结构还可以对声波进行散射。
当声波穿过材料时，它们会与材料中的颗粒或凸起发生碰撞，从而将声波变成热能。
因此，吸声尖劈材料不仅可以通过反射声波来降低噪音反射，还可以通过散射声波来吸收声波的能量。
吸声尖劈的应用范围非常广泛。
例如在医院、办公室、工厂等场所中，可能存在着很高噪声水平的环境，这些噪声可能会引起职业病、身心疲惫、失聪等问题，因此吸声尖劈可以极大地减少这些噪声。
此外，吸声尖劈还可以用于音乐厅、录音室等场所中。
在这些场所中，反射、共鸣等现象会影响音质，使用吸声尖劈可以减少这些问题，使音乐的音质更清晰、更真实。
综上所述，吸声尖劈通过反射和散射声波的原理可以有效的降低噪声，并广泛应用于医院、办公室、工厂、音乐厅、录音室等场所。
吸声尖劈测试用驻波管系统研制及试验研究
复合吸声材料—空间吸声体 吸声尖劈
复合吸声材料—空间吸声体吸声尖劈摘要吸声材料是指具有较强的吸收声能、能有效减低噪声性能的材料。
其凭借自身的多孔性、薄膜作用或共振作用而对入射声能具有吸收作用。
根据其吸声机理，可将其分为多孔性吸声材料、共振吸声结构和由它们组成的复合吸声结构等。
空间吸声体及吸声尖劈作为两个比较特殊的吸声材料倍受人们的关注。
本文通过空间吸声体及吸声尖劈的结构、原理等，介绍到目前为止这两种复合吸声材料的应用状况。
关键词空间吸声体吸声尖劈引言随着科技的发展、社会的进步，噪声控制也逐渐走进人们的视野、吸引了人们的注意。
声学材料包括隔声材料、吸声材料、阻尼材料及其复合材料。
作为噪声控制中的一种——吸声材料，在其中也有着一定的除噪作用。
而且，越来越多的复合型吸声材料开始活跃在噪声及振动控制的各个领域。
1、吸声材料1.1吸声材料的定义及分类吸声材料是指具有较强的吸收声能、能有效减低噪声性能的材料。
其凭借自身的多孔性、薄膜作用或共振作用而对入射声能具有吸收作用。
吸声的种类有很多种，根据其吸声机理，可将其分为多孔性吸声材料、共振吸声结构和由它们组成的复合吸声结构等1.2吸声原理及选用声音源于物体的振动，它会引起邻近空气的振动而形成声波，并在空气介质中向四周传播。
当声音传入构件材料表面时，声能一部分被反射，一部分穿透材料，还有一部由于构件材料的振动或声音在其中传播时与周围介质摩擦，由声能转化成热能，声能被损耗，即通常所说声音被材料吸收。
选用吸声材料，首先应从吸声特性方面来确定合乎要求的材料，同时还要结合重量、防火、防潮、防蛀、强度、外观、建筑内部装修等要求，综合考虑进行选择。
[1]1.3多孔性吸声材料及共振材料1.3.1多孔性吸声材料1.3.1.1多孔性吸声材料的吸声机理与构造特征多孔吸声材料吸声是依靠声波在微细通道内传播过程中，空气分子振动时在微孔内与孔壁摩擦，空气中的粘滞损失使声能变为热能而不断损耗，同时，声波在多孔性吸声材料内经过多次反射而衰减。
空腔尖劈结构吸声性能的实验研究
空腔尖劈结构吸声性能的实验研究孙明;李炜伟;包岩;姚熊亮【摘要】对尖劈结构的吸声性能进行了实验测试,进而研究了含空腔尖劈吸声结构的吸声性能.根据变截面波导理论建立的吸声系数方程,计算了尖劈结构的吸声系数,讨论了尖劈结构吸声性能随频率、静水压力及空腔结构的变化规律,并将计算值与实验值进行了对比.研究结果表明:随着静水压力的增大,尖劈结构吸声系数曲线的形状基本不变,但其数值有所下降;同种材料不同空腔类型尖劈结构的吸声性能差别较大,在低频段尤为明显,而对于同种腔型尖劈结构,其吸声性能则主要由空腔尺寸决定;对于含空腔尖劈吸声结构,增大空腔尺寸可以使尖劈空腔共振加强而提高其低频吸声效果,但空腔尺寸过大反而会影响尖劈结构的整体吸声效果,这对水下尖劈吸声结构的设计及其在实艇减振降噪中的应用具有一定的参考意义.【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2010(005)005【总页数】7页(P27-33)【关键词】空腔尖劈;实验测试;静水压力;空腔结构;吸声性能【作者】孙明;李炜伟;包岩;姚熊亮【作者单位】大连船舶重工集团有限公司船舶研究所,辽宁,大连,116001;大连船舶重工集团有限公司船舶研究所,辽宁,大连,116001;大连船舶重工集团有限公司船舶研究所,辽宁,大连,116001;哈尔滨工程大学,船舶工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】U661.43在水下结构表面敷设水声材料是应用最广泛也是非常有效的一种提高水下航行器隐身性能的方法［1］。
空腔尖劈吸声结构具有阻抗逐渐过渡的性质，在较低频率下具有优良的吸声性能，将其敷设于艇体声呐平台区的后壁板以及将声呐平台区和上层建筑艏部分开的水平平台，可以有效降低声呐平台区自噪声，具有较强的工程应用价值。
对尖劈吸声结构声场的理论研究有相当长的历史［2-3］，然而由于其截面的不规则性和吸声性能影响因素的复杂性等原因，用严格的波动理论很难给出精确解，而只能做近似计算，因此至今还没有建立严格的声场理论。
聚氨酯水下声学材料应用分析
种是针对高频的金字塔形尖劈。 这种构件 自 １９ ９５ 使用 至今 已逾 ｌ 。 ５年 英 国的 ｗ ＆ Ｊ ０ 司对 聚氨 酯材 料 的应用 也 ｄ公 Ｔ 进行 了深入而广泛的开发。该公司网站上公布了聚 氨酯吸声衬 里消声水池实景 图和工作人员现场粘 贴 该公 司开发 的聚 氨酯 消声 瓦 的照 片 。除此 之外 ，
些弹 性体 的特征 声 阻抗与 水 的特 征 声 阻抗 接近 ，二 者容 易实现 匹配 。 因此 ，在 水声工 程 中 ，高 分子粘 弹性材 料 是用得 最 为广泛 的水 声吸 声材料 。橡胶 多 是合成 橡胶 ，不 同 国家 使用 的合 成橡胶 不 同 ：俄 罗 斯采用 的是丁苯 橡胶 、聚丁 二烯橡 胶 ；美 国采用 的 是丁基 橡胶 ；法 国采用 的是 聚硫橡 胶 ； 日本 采用 的 是 氯 丁 橡 胶 。 英 国 ｗ ＆ Ｊ Ｔ ｄ 公 司 和 法 国 ｏ
种双重性使高分子材料表现 出复杂的力学行 为，这 是 由于高分 子 的长链 分子 结构 决定 的 ，高分 子 的分
子 运动 具有 明显 的弛豫 特性 。因此 ，高分 子材 料被 广 泛地 用作 阻尼 材料 。
Ｓｈｆ ｃ＆ ｒ认为高分子材料可以通过以下六种途 ｉ ｅ 径 实 现 能 量 转换 ：（） 子弛 豫 一 Ｊ １分 链段 的旋 转 和 振
１９ ９５年 ，在 美 国声 学学会 第 １９ 届会 议上 ，美 国 ２ Ｖｃｒ ｅｔ 公司的专家 Ｄ ｅｄｒ ｏ ｒ ａｅ 宣称 已为美国Ｎ ＷＣ Ｒ Ｕ 的 ７０ ０ ０ ００加 仑 消声水 池 （ 全美最 大 的消声 水池 ） 设计 了一 种宽频 （ ～ １０ｋ ）消声衬 里 ，这种衬 １ ０ Ｈｚ 里采 用微 孔聚 氨酯 材料制 成 ，由两个平 行 的梯度渐 变吸 收器 组成 ，一种 是针对 低频 的三 角形尖 劈 ，另
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一种高频橡胶吸声尖劈研制
【关键词】高频；吸声尖劈；结构；配方
0.引言
吸声尖劈是一种良好的吸声结构，普遍应用于空气声学中的噪声控制、厅堂声学工程和水声学中的消声水池、高压消声水罐和声纳导流罩内壁等。
根据吸声尖劈的工作环境、吸声频段和吸声效能要求设计吸声尖劈的材质和声学结构。
目前国内吸声橡胶材料大部分采用尖劈和圆锥结构，少部分采用空腔结构。
这类产品均是采用丁基橡胶为基材，蛭石粉做声学填料，两者同时作用起吸声效果。
查阅文献资料得知，国内已有的吸声尖劈均采用渐变式结构，使用频率范围在5khz～200khz，主要应用在消声水槽、导流罩等声场中；吸声圆锥适用频率为1～10khz左右低频范围，主要应用在低频消声中。
而针对高频部分100khz以上的吸声材料很少或没有。
根据调研，目前市场上对高频吸声材料需求有很多，包括超声清洗、超声波b超、高频声学测量系统等，均需要高频吸声材料进行声场处理。
本文详细介绍了一种高频橡胶吸声尖劈的研制过程和性能情况，高频橡胶吸声尖劈设计性能指标：在频率100khz以上，吸声系数大于99%。
文章详细阐述了吸声尖劈的配方设计、结构设计和性能测试结果，以期高频橡胶吸声尖劈形成一定产业化，满足市场需求。
1.配方设计
1.1基材
根据水下吸声材料的基本要求，一般采用内耗大、阻尼性能好的高分子材料作为基材，如丁基橡胶、丁苯橡胶、聚氨酯橡胶等 [1]。
查阅资料得知，丁基橡胶在常用水声橡胶中杨氏模量损耗因子为最高，表征粘弹性物质的物理量弹性恢复为最低，内耗最大。
因此丁基橡胶是一种很好的阻尼材料。
另外，丁基橡胶的耐老化和耐水性能优良，适宜于长期在水中使用[2]。
据上所述，选用丁基橡胶为吸声橡胶圆锥基体材料。
1.2硫化体系
丁基橡胶一般采用的硫化体系有硫磺硫化体系、树脂硫化体系和醌二肟硫化体系三种。
硫磺硫化体系中，采用硫磺为硫化剂，存在硫的污染。
醌二肟硫化体系中，对苯醌二肟的价格太高，限制了应用。
因此选用树脂硫化体系。
1.3吸声填料选择
为了材料有较大的声衰减性能，通常在橡胶中混入气泡性填料。
在气泡性填料的选择上，木屑、铝粉、蛭石粉均可作为气泡性填料，其中蛭石粉使用效果较好。
当蛭石粉的用量从0增减到50份时，材料的声阻抗率下降为原来的1/3，而有效损耗因子则提高了6倍[3]。
1.4配方
经过材料筛选和配方试验，确定高频橡胶吸声尖劈的最终配方为（质量份）：丁基橡胶 100、氧化锌 4～8、硬脂酸 1～2、增塑剂13～20、树脂10～15、蛭石粉30～50、碳黑及填料80～120。
2.结构设计
常用的吸声材料结构不外乎渐变式吸声结构和共振式吸声结构。
根据高频橡胶吸声尖劈声学性能设计要求，应采用渐变式吸声结构。
这种结构把橡胶等材料制成尖锥或尖劈状，以实现阻抗匹配。
当声波入射到楔槽斜壁时，声波进入吸声材料，大多数被吸收，被反射的声波又入射到楔槽斜壁对面的吸声材料表面，进入部分大多数又被吸收，如此循环往复，声波逐渐衰减[1]。
高频橡胶吸声尖劈采用尖劈状结构，影响尖劈吸声性能的主要结构参数是过渡段长度，底座高度及两者之比值，以及底座宽度。
通常尖劈过渡段高度应不小于截止频率波长的1/4，如取f=1khz，则尖劈过渡段高度l≥λ/4=0.375m[2]。
根据实际应用情况，最终设计出的高频橡胶吸声尖劈结构示意图见图1。
图1 高频橡胶吸声尖劈结构示意图
3.生产工艺
根据产品形状，模具设计成上、中、下模结构，方便尖劈的取出。
产品的生产流程图见图2。
4.性能
4.1物理性能
混炼胶在165℃×15min下硫化，胶片物理性能情况见表1。
表1 吸声尖劈物理性能
4.2声学性能
由于高频橡胶吸声尖劈设计性能指标：在频率100khz以上，吸声系数大于99%。
因此高频橡胶吸声尖劈需在水声材料自由场高频测量系统中测试，测试系统组成见图2。
高频橡胶吸声尖劈测量时背面粘有钢背衬，反射系数测试结果见图3。
图3 测量系统组成框图
从测试结果看，高频橡胶吸声尖劈在60khz～1mhz范围内平均反射系数小于0.15，通过换算可知尖劈在频段内平均吸声系数在99%以上。
图4 高频橡胶吸声尖劈反射系数测量结果
5.讨论
（1）通过配方和结构设计、性能测试分析，确定了材料配方和尺寸，开发出的高频橡胶吸声尖劈满足设计要求。
（2）在高频橡胶吸声尖劈配方设计中，考虑环保性设计，硫化体系采用树脂硫化体系，导致胶料硫化时间偏长，根据理论研究，在这种情况下可采用氯化丁基橡胶为基材，可取得很好工艺效果。
（3）由于测试系统局限，高频橡胶吸声尖劈研制过程中声学性能测试最高频段为1mhz，更高频段数据尚待测试和总结。
【参考文献】
[1]朱金华，王源升，文庆珍，姚树人.水声吸声高分子材料的发展及应用.高分子材料科学与工程，2005，21（4）.
[2]魏军光.消声水池用无硫吸声橡胶圆锥的研究. 造船技术，2002，5.
[3]张殿荣，马占兴，杨清芝.现代橡胶配方设计（第二版）.北京：化学工业出版社，2001.。