機械運轉產生的震動和噪聲不僅污染環境,而且影響機械的加工精度和產品質量,加速機械結構的疲勞損壞,縮短機械的使用壽命,利用增大機械系統的能量損耗來減輕機械震動和降低噪聲的阻尼研究一直是國內外關注的熱點。現在,已有許多新材料和新技術不斷應用于阻尼減震,其中高分子材料,尤其是橡膠阻尼塊減震材料以其優異的性能越來越引起人們的重視。采用橡膠阻尼材料,可以很大限度地降低機械噪聲和減輕機械震動,提高工作效率,提高產品質量。
橡膠作為阻尼材料廣泛應用于各種機動車輛、設備儀器、自動化辦公設施和家用電器中。目前已在拓寬橡膠阻尼材料的使用溫度、振動頻率以及阻尼機理研究方面取得了一些進展。本文簡要介紹了橡膠的阻尼機理,并重點討論了目前幾種常用的橡膠阻尼材料,如丙烯酸酯橡膠、聚氨酯、丁基橡膠、聚乙酸乙烯酯以及丁腈橡膠等。
橡膠材料的阻尼機理
橡膠材料的阻尼作用機理直接與其動態力學弛豫性質相關。橡膠材料的阻尼作用依賴于其滯后現象。正是由于滯后現象,橡膠的拉伸-回縮循環變化均需克服鏈段間的內摩擦阻力而產生內耗，橡膠在玻璃態時模量很高,分子鏈段幾乎不能運動,不能以機械能轉變成熱能的方式進行耗散,只能作為位能貯存;橡膠在高彈態時分子鏈段運動比較容易,不能吸收足夠的機械能;只有在很窄的玻璃態轉變區域內,其模量大幅度下降,具有足夠高的損耗因子(tanδ),在一定的振動頻率范圍內分子基團之間能夠相互耦合,并在應變響應中伴隨緩慢的相轉變,如果施加的應力在此頻率范圍內,振動能量可以得到耗散。在玻璃態轉變區域內的tanδ的大小直接與能夠吸收應力的分子基團的數量有關,并與應力和應變之間發生的相變有關。
另外,不少學者對橡膠材料的阻尼機理進行了定量研究。很先討論了分子結構與阻尼性能之間的定量關系,并提出互穿聚合物網絡具有協同效應,它可以使聚合物之間相互交聯,使之達到分子水平的混合,從而具有寬廣的阻尼峰。
等指出聚合物中各個分子基團對阻尼的貢獻不僅與其分子結構有關,而且還與其在聚合物分子中所處的位置有關,進而提出了基團貢獻分子理論。