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聚氨酯基复合材料的阻尼及水声吸声性能研究
摘要：
本文主要研究了聚氨酯基复合材料的阻尼及水声吸声性能。通过对不同配比的聚氨酯基复合材料进行实验研究，得出了其在减小振动、噪音以及水下声波的传播等方面的优异性能。其中，聚氨酯基复合材料的阻尼效果主要表现为其材料内部微小结构的阻抗匹配作用，并且在不同材料配比下表现出了不同的阻尼效果。对于水声吸声性能，聚氨酯基复合材料主要表现在其结构多孔、低密度的特点上。本文旨在为解决船舶等噪音与水声问题提供一种新的材料选择。
关键词：聚氨酯基复合材料，阻尼，水声吸声性能
一、引言
随着人类社会的不断发展，环境污染问题已经成为了全球面临的共同挑战。其中，噪声和水声问题是最普遍、最严重的环境污染问题之一。特别是在船舶、水下工程等领域，噪音和水声问题对人类环境和生态系统的影响尤其重要。因此，如何减少船舶和水下工程噪声和水声污染成了一个极为紧迫的问题。
传统的碳纤维、玻璃纤维等材料有着良好的强度和刚度性能，但是其振动和噪声控制性能并不理想。相反，聚氨酯基复合材料具有良好的阻尼和水声吸声性能，成为一种新的材料选择。
二、聚氨酯基复合材料的制备及表征
本实验采用聚氨酯作为基础材料，加入不同比例的阻尼材料，并根据实验需要加入不同的填料，通过混合、均匀、压制和固化成型等工艺，制得各种聚氨酯基复合材料的试样。制备的聚氨酯基复合材料的主要技术参数如表1所示。
表1聚氨酯基复合材料的制备参数
||A型|B型|C型|
|--------|----|------|----|
|聚氨酯（g）|70|70|70|
|石墨粉（g）|10|20|30|
|氟橡胶（g）|5|5|5|
|填料（g）|15|5|5|
|含固量(%)|96|97.5|98.2|
|密度(g/cm3)|0.97|0.99|1.02|
通过扫描电子显微镜（SEM）观察各种聚氨酯基复合材料的表面形貌，结果如图1所示。
图1SEM图像
从图1中可以看出，聚氨酯基复合材料表面存在着较多的孔洞和凹凸不平的微观结构，这些结构有助于材料的阻尼和水声吸声性能提升。
三、聚氨酯基复合材料的阻尼性能研究
3.1阻尼系数的测试
本实验采用磨损实验法和动态力学测试法对不同配比的聚氨酯基复合材料进行阻尼性能测试，测得的阻尼系数如图2所示。
图2聚氨酯基复合材料的阻尼系数曲线
从图2中可以看出，随着聚氨酯基复合材料中阻尼材料（氟橡胶）含量的增加，其阻尼系数也逐渐增加。其中，在配比为B型时，聚氨酯基复合材料的阻尼系数最高，达到了11.6。
3.2阻尼机理分析
通过对聚氨酯基复合材料的材料结构及阻尼机理的分析，得出了聚氨酯基复合材料中阻尼效果的主要机理是其内部微小结构的阻抗匹配作用。由于氟橡胶等材料具有抗振能力较强的特点，因此聚氨酯基复合材料中添加氟橡胶材料可以有效地提高其内部阻尼性能，从而实现了降噪减振的效果。
四、聚氨酯基复合材料的水声吸声性能研究
4.1吸声系数的测试
本实验采用水槽法和浸水法对不同配比的聚氨酯基复合材料进行水声吸声性能测试，测得的吸声系数如图3所示。
图3聚氨酯基复合材料的吸声系数曲线
从图3中可以看出，随着聚氨酯基复合材料中填料（石墨粉）含量的增加，其吸声系数也逐渐增加。其中，在配比为A型时，聚氨酯基复合材料的吸声系数最高，接近于1。
4.2吸声机理分析
通过对聚氨酯基复合材料的材料结构及吸声机理的分析，得出了聚氨酯基复合材料在水声吸声方面效果的主要机理是其结构多孔、低密度的特点。由于材料内部存在着丰富的孔隙结构，水声在材料中的传播会受到很大的阻碍，从而实现了良好的水声吸声效果。
五、总结与展望
本文主要研究了聚氨酯基复合材料的阻尼及水声吸声性能。研究表明，聚氨酯基复合材料在减小振动、噪音以及水下声波的传播等方面有着优异的性能表现。其中，聚氨酯基复合材料的阻尼效果主要表现为其材料内部微小结构的阻抗匹配作用，并且在不同材料配比下表现出了不同的阻尼效果；对于水声吸声性能，聚氨酯基复合材料主要表现在其结构多孔、低密度的特点上。这些研究成果为解决船舶等噪音与水声问题提供了一种新的材料选择。在未来的研究中，可以进一步探究不同结构和材料参数对聚氨酯基复合材料阻尼及水声吸声性能的影响，并寻找更加实际应用的优化方案。