GeoHydroSolution the partner you can trust.  

                                           我们提供针对你需求的海洋仪器解决方案!
 
在线客服
 工作时间
周一至周五 :8:30-17:30
 联系方式
邮箱 Email:sales@geohydrosolution.com
手机 Mobile:0086-151-5442 5270
友情链接 Useful Link

www.cooec.com

www.cnooc.com

www.qdio.cas.cn

www.sia.cn

新闻详情

透声材料

聚氨酯弹性体在水声透声材料中的应用


随核潜艇和水下武器的发展,对水下声系统提出了更高的要求。随与之配套的导流罩、透声窗、声障板、消声覆层等设施的不断增多,水声材料成为水声工程研究的一个热点。橡胶具有优异的物理化学性能以及易硫化成型等特点,特别是可以通过配方设计实现对其声学性能和其它性能的有效控制。因此,橡胶是水声材料中重要的声学材料。水声橡胶材料是指在水下设施中使用的声学橡胶材料,依据水声橡胶的不同功效,主要可分为三类:水声吸声橡胶材料、水声透声橡胶材料和水声反声橡胶材料。

聚氨酯材料可以通过调节、选择软硬链段,制成各种不同性质的材料,包括从软质类凝胶材料到韧质弹性体及硬质塑料。如果再加入短链增强树脂、有机矿质填料或小的空心微球,可方便地改变它们的物理和声学性能。聚氨酯材料的特性为声学材料研制者提供了广阔的设计空间。本文结合聚氨酯弹性体在水声换能器的应用,介绍这种材料的设计基础、性能特点及发展趋势。


1 水声透声橡胶材料设计基础理想的透声材料能使声波入射到透声层上时无反射、无损耗地通过。水声透声橡胶材料在声学设计上主要有两点基本要求性①橡胶的特性声阻抗ρC 值(ρ 代表橡胶密度;C 代表声波在橡胶中的传播速度),即ρC 乘积要与声波的传播介质水的ρ 水C 水值匹配;②声波通过橡胶时,橡胶对声能的损耗要小。水声换能器对配套的水声透声橡胶一般还有如下要求:①低温低压硫化。部分换能器需要透声橡胶与声学元件直接一体硫化成型,而高温高压条件会影响到换能器的声学性能。因此,低温低压硫化的橡胶材料较适宜;②良好的粘接性能。透声橡胶需要与换能器元件如压电陶瓷的金属层

以及水声设备的其它部件如钢、铝、橡胶、玻璃钢等牢固粘合;③低透水性及吸水性。由于水声橡胶一般用于长期水下工作的设备上,水声透声橡胶必须要有很低的透水及吸水性,否则水气的不断渗入会使换能器失效;④较好的耐油性。部分换能器工作在硅油、蓖麻油等油类介质中,需要透声橡胶能耐上述介质的侵蚀;⑤胶料中应避免含硫。由于部分换能器元件与透声胶接触的表层为银质,胶料中如含硫,则硫可与银层间发生反应生成硫化银,从而影响其导电性;⑥透声橡胶应有较好的电绝缘性;⑦良好的耐霉菌性。


2 聚氨酯弹性体用作水声透声材料的优势聚氨酯弹性体,特别是浇注型聚氨酯弹性体作为包覆换能器用水声透声材料,具有多种优势。聚氨酯弹性体具有特性声阻抗与水匹配性好、声衰减常数低的特点。完全满足水声透声材料设计的基本要求。其次,从材料使用角度而言,浇注型聚氨酯弹性体作为水声透声材料还有如下优势:①可实现低温低压硫化。通过配方调节,聚氨酯可方便地实现低温乃至室温常压硫化,且制品成型收缩率低,不会造成制品内部应力;②由于聚氨酯材料中含有强极性与高化学活性的异氰酸根和氨基甲酸酯基,可以与大多数基材间实现良好的粘接。聚氨酯本身就可作为粘合剂使用;③聚氨酯弹性体,特别是聚醚型及聚碳酸酯型的聚氨酯在常温下的耐水解性能是好的。在常温和温度不高的情况下,聚氨酯产生的吸水作用和普通橡胶等材料一样,由于水分子的侵入,它与聚合物分子中的极性基团形成氢健,相对削弱了聚合物结构本身的氢健,使材料性能略有下降,在材料浸水2~3天后,这种吸水作用会趋于平衡、稳定。因此,在室温或温度不高的情况下使用聚氨酯,无须过多地担心其耐水性。强化耐水实验表明[2],在25℃常温水中,拉伸强度损失一半的时间,聚醚型弹性体(PTMG-TDI-MOCA)为50 年;④聚氨酯弹性体,特别是聚酯型聚氨酯弹性体,是一种强极性高分子材料。和非极性矿物质油相容性很小,在燃料油及机械油中几乎不受侵蚀,其耐油性能几乎可与丁腈胶相当;⑤聚氨酯弹性体常用的硫化交联剂一般为醇类及胺类,完全可以实现无硫硫化交联;⑥聚氨酯弹性体的电绝缘性在一般工作温度下是比较好的,其性能相当于氯丁胶及酚醛树脂的水平。体积电阻率可达1013Ω·cm 以上,可满足常规换能器的绝缘要求。对于长期水中工作换能器用透声材料,为进一步降低其透水性,可在透声聚氨酯表面涂覆一层0.05~0.1 mm 厚的防水涂层,即可将聚氨酯材料的透水系数降低两个数量级[3],从而能较好地保证换能器的绝缘性;⑦聚醚型聚氨酯弹性体耐霉菌性较好,测试等级为0~1 级,即基本不长霉菌。3 聚氨酯水声透声材料常见用途浇注型聚氨酯弹性体水声透声性能很好,且力学性能优异。用其制作的导流罩或透声窗等部件,不仅声学、力学性能优异,而且成型工艺简单,避免或降低了因使用声学材料而带来的探测灵敏度以及指向性的损失。同时聚氨酯弹性体作为水声透声材料时,不仅能够让声信号几乎没有反射和损耗地通过,而且能降低流体湍流边界层的压力脉动所产生的流噪声。这点对于水中高速运行的设施及武器非常有利。常用的水声透声制品包括:潜艇声呐、鱼雷的透声窗或导流罩,以及各种水听器的包覆层,拖曳线列阵声呐的护套材料等。4 聚氨酯水声透声材料发展趋势(1)耐压防水性能好的透声材料。随核动力潜艇深潜能力的加强以及海洋开发的需要,透声材料研究的重点在于满足深水(几千米)换能器的透声材料上。要求材料不仅透声,还要耐压,同时在高压下水密效果好,以保证换能器的绝缘

性。(2)具有多种功能的透声材料。据报道[4],美国海军曾试制过一种透声橡胶,用在鱼雷被动式声制导系统中,这种材料除具有透声性能外,还具有爆炸性,可以增强鱼雷的爆炸能力。又据报道[5],英国的W.J.Tod 公司和法国的MetravilRDS 公司联合研制出一种兼具透声防水、阻尼减振多重功效的聚氨酯复合材料,英国海军计划在“Trafalgar”级潜艇上已应用此种材料。