一、水聲功能橡膠制品
水聲橡膠在水中對聲波的傳播橡膠起著重要作用,它可以消除聲的反射,降低噪音,保持聲波的傳遞不失真,避免水下各種噪音的干擾。根據橡膠在水聲工程中的作用,可將其分為吸聲橡膠、透聲橡膠和反聲橡膠3 種類型的制品。
作為水聲吸聲材料必須滿足兩個條件:(1)材料的特性聲阻抗與介質水的特性聲阻抗要匹配,使聲波能無反射地進進吸聲系統;(2)材料要有很高的內耗,使進射進來的聲波在吸收系統中很快損耗而衰減。
在應用方式上,通常采用共振式吸聲結構或漸變過程結構。前者是把帶孔的橡膠薄層粘在鋼板上,通過改變孔徑的大小和數目來調整材料的有效彈性模量和損耗;而後者則常把橡膠等制品做成尖錐或尖劈狀,以實現材料聲學狀態的逐步過渡,達到阻抗匹配的目的。
二、透聲橡膠制品
理想的透聲材料是聲波進射到透聲層上時能夠無反射、無損耗地通過,所以要求材料的特性阻抗與水匹配,材料的衰減常數要盡可能小。透聲材料常用作水聽器的包覆層,例如氯丁橡膠、丁基橡膠和近年來采用的澆注型聚氨酯橡膠。在水聲工程中,聲納、魚雷的導流罩或透聲窗都需要具有一定結構強度的透聲材料。例如利用鋼絲增強透聲橡膠,用以制作大型球鼻艏導流罩,或用玻璃增強塑料與其復合,用以制作各種潛艇聲吶罩等等。
透聲橡膠制品在聲學性能上主要有兩點要求:(1)橡膠的特性聲阻抗ρC 值(即橡膠的密度與聲波在橡膠中的傳播速度的乘積)要與聲波的傳播介質水的ρC 值相匹配;(2)聲波通過橡膠時,橡膠對聲能的損耗要小。橡膠的特性聲阻抗與水是相近的,因此,橡膠是較好的透聲材料,自然橡膠、氯丁橡膠是應用較早的透聲橡膠。聲波透過橡膠時,產生的聲衰減值取決於膠料的組成,其中包括兩個部分:一是膠種的選擇;二是其他配合劑的選擇。其中最主要的是橡膠的種類。聲波通過橡膠時,如同力作用在橡膠上一樣,使橡膠產生彈性形變和塑性形變,塑性形變使聲能衰減。因此,聲能的衰減隨膠料的彈性增加而減小,隨膠料的滯後損失增加而加大。這就為設計聲衰減小的透聲橡膠制品提供了理論依據。
三、反聲橡膠制品
為了避免水下各種噪聲(包括一切不需要的信號)的干擾,在水聲設備上應采用反聲橡膠材料。理想的反聲材料應當使進射聲波100%地被反射回往。
首先,應當橡膠使材料的特性阻抗與水的特性阻抗嚴重失配;其次,要求材料的衰減常數小,使進射聲波盡大部分被反射。這種材料在水聲工程中多用作聲納反射罩,以及換能器基陣的反聲後擋等。在水面艦艇聲納中,常用閉孔泡沫塑料或泡沫橡膠作為反聲材料。但是,由於在潛艇聲納或其他深水水聲設備中,要求材料能夠耐高的靜水壓,除了用一定厚度的金屬做聲硬障板外,目前,多用開孔硬質聚氨酯泡沫塑料做芯材,外包一層澆鑄型聚氨酯橡膠,做成復合結構。在水聲技術中,人們對吸聲體很重視,對反聲體則較少留意。在淺水中(即常壓或低壓下)這些題目很輕易解決,海綿橡膠、泡沫塑料便能滿足要求。在高壓下,空氣很輕易滿足這個要求,空氣與水的阻抗比為143,在深水中可用含空氣的海綿橡膠作反聲材料,但必須避免使反聲材料中的空氣溢出和水對反聲材料的滲透,所以大多數場合下利用閉孔海綿橡膠,它具有最好的反聲特性,反射系數一般可達80%以上。
