機械運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的震動和噪聲不僅污染環(huán)境,而且影響機械的加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量,加速機械結(jié)構(gòu)的疲勞損壞,縮短機械的使用壽命,利用增大機械系統(tǒng)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(nèi)外關(guān)注的熱點。現(xiàn)在,已有許多新材料和新技術(shù)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(yōu)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(chǎn)品質(zhì)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(tài)力學弛豫性質(zhì)相關(guān)。橡膠材料的阻尼作用依賴于其滯后現(xiàn)象。正是由于滯后現(xiàn)象,橡膠的拉伸-回縮循環(huán)變化均需克服鏈段間的內(nèi)摩擦阻力而產(chǎn)生內(nèi)耗，橡膠在玻璃態(tài)時模量很高,分子鏈段幾乎不能運動,不能以機械能轉(zhuǎn)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(tài)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(tài)轉(zhuǎn)變區(qū)域內(nèi),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(nèi)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(zhuǎn)變,如果施加的應力在此頻率范圍內(nèi),振動能量可以得到耗散。在玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變區(qū)域內(nèi)的tanδ的大小直接與能夠吸收應力的分子基團的數(shù)量有關(guān),并與應力和應變之間發(fā)生的相變有關(guān)。

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(jié)構(gòu)與阻尼性能之間的定量關(guān)系,并提出互穿聚合物網(wǎng)絡具有協(xié)同效應,它可以使聚合物之間相互交聯(lián),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(jié)構(gòu)有關(guān),而且還與其在聚合物分子中所處的位置有關(guān),進而提出了基團貢獻分子理論。