包含特定胞元的轻质吸声阵列及其制备方法技术

本发明专利技术属于声学结构或声学材料领域，尤其涉及一种包含特定胞元的轻质吸声阵列及其制备方法。吸声阵列包含背衬板、表面复合材料层和吸声胞元阵列，吸声胞元阵列内部设置有多级吸声结构；背衬板作为整个结构的背衬，提供一定的强度及可操作性；表面复合材料层包覆在吸声胞元阵列外部；吸声胞元阵列内均匀设置尺寸为循环梯度变化的金属圆柱，并设置有锥形空腔。本发明专利技术设置内部结构较复杂的吸声胞元，通过胞元的阵列式排列，为整个结构提供了良好的力学承载能力，并具有良好的低频宽带吸声性能；胞元结构紧密稳定，可应对各类承压及吸声层需求，使其能成为各类水下设备的轻质、隐身、吸声结构。吸声结构。吸声结构。

【技术实现步骤摘要】
包含特定胞元的轻质吸声阵列及其制备方法


[0001]本专利技术属于声学结构或声学材料
，尤其涉及一种包含特定胞元的轻质吸声阵列及其制备方法。

技术介绍

[0002]水下设备的隐蔽性能主要体现在应对声波探测器探测的隐身性能。而在水下设备覆盖吸声层能有效吸收声能，减少声反射，降低对方声呐系统探测灵敏度，是目前提高水下航行器及类似设备隐身性能的最主要手段。目前，现存主要的吸声覆盖材料主要为含有空腔或含有多层空腔的高分子吸声覆盖层。空腔结构的吸声峰值频率及吸声性能主要与空腔的谐振频率有关，而空腔的谐振频率又和空腔尺寸，形状等结构参数以及构成空腔基材的剪切模量等因素有关。
[0003]另外，重质芯材的局域共振应用也会对提高水下吸声材料的吸声性能有明显的贡献。目前的研究多集中于依靠单个局域共振体系的共振模式，此种构造容易造成吸声频段过窄的问题。
[0004]而重质芯材的材质、尺寸、放置位置以及多芯体形成的多局域共振体系，均会明显影响水下吸声材料的吸声性能。除此之外，构成基体的高聚物组分，填料种类及规格，都对水下吸声材料的吸声功能起到极大的影响。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种包含特定胞元的轻质吸声阵列及其制备方法。本专利技术的包含特定胞元的轻质吸声阵列是可用于水下设备的轻质耐压吸声型阵列，具备极强的力学承载能力及耐压强度，还具有优异的低频宽带吸声性能。另外，通过聚氨酯基材中特定组分的调控，还可以实现极佳的耐候性与吸声阻尼性能，适配性和可操作性强，可在水下隐身设备或隐身单元结构等场合具有广泛的应用前景。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种包含特定胞元的轻质吸声阵列，包括表面复合材料层、吸声胞元阵列以及背衬板；
[0007]所述表面复合材料层覆盖在所述吸声胞元阵列上表面；表面复合材料层起到保护及支撑作用，并能展现一定的声学吸收特性；
[0008]所述背衬板位于所述吸声胞元阵列下表面，起到支撑作用；背衬板为特定金属或合金，起到支撑整个阵列结构，增强力学性能，方便安装等作用；特定金属或合金为Fe(0.3
‑
5)
‑
Mo合金，采用此种金属或合金可以迅速的将外部振动能转变为热能耗散掉，由于其内部存在一定的可动区域，当受到外力作用即振动时，具有阻尼松弛作用。
[0009]所述吸声胞元阵列由高分子粘弹性基体特定胞元构成，高分子粘弹性基体内部设置有多级吸声结构金属圆柱体和锥形空腔。多级吸声结构金属圆柱体的尺寸为：直径r1＝12mm，r2＝10mm，r3＝8mm不等，高为h＝5mm。
[0010]本专利技术包含特定胞元的轻质吸声阵列包含背衬板、表面复合材料层和吸声胞元阵
列，吸声胞元阵列内部设置有多级吸声结构；背衬板作为整个结构的背衬，提供一定的强度及可操作性；表面复合材料层包覆在吸声胞元阵列外部；吸声胞元阵列内均匀设置尺寸为循环梯度变化的金属圆柱，并设置有锥形空腔。本专利技术设置内部结构较复杂的吸声胞元，通过胞元的阵列式排列，为整个结构提供了良好的力学承载能力，并具有良好的低频宽带吸声性能；胞元结构紧密稳定，可应对各类承压及吸声层需求，使其能成为各类水下设备的轻质、隐身、吸声结构。
[0011]进一步地，所述吸声胞元阵列单体为长方体，整齐的排列于所述背衬板上表面，相邻单体间无缝隙；
[0012]所述多级吸声结构金属圆柱体呈循环梯度尺寸镶嵌在高分子粘弹性基体内部，每个所述多级吸声结构金属圆柱体厚度相同；
[0013]与所述背衬板直接接触的为锥形空腔，锥形空腔与所述多级吸声结构金属圆柱体呈同轴等距整齐的形式排列。
[0014]进一步地，锥形空腔为有锥形的金属空腔。
[0015]进一步地，所述多级吸声结构金属圆柱体的个数为5
‑
10个。
[0016]进一步地，组成所述表面复合材料层的材料与组成所述吸声胞元阵列的高分子粘弹性基体相同。
[0017]进一步地，所述高分子粘弹性基体按照重量份数计，包括以下原料：
[0018][0019]进一步地，所述聚氨酯预聚体，硬段为二异或多异氰酸酯中的至少一种，软段为多元醇中的一种或多种与端羟基聚丁二烯(HTPB)。
[0020]进一步地，所述聚氨酯预聚体的硬段为甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPL)、异佛尔醇二异氰酸酯(IPDI)和四甲基苯二甲基二异氰酸酯(TMXDI)等二异或多异氰酸酯中的一种或几种；硬段起到支撑整体结构，构成刚性骨架的作用。
[0021]聚氧化丙烯二醇(PPG)、聚四氢呋喃二醇(PTFH)和四氢呋喃
‑
氧化丙烯共聚二醇等多元醇中的一种或多种与端羟基聚丁二烯(HTPB)结合，形成聚氨酯预聚体的软段，软段起到增强基体粘弹性，增加材料相分离程度，拓宽温度范围，增强材料粘滞性内摩擦等作用。
[0022]进一步地，聚氨酯预聚体的制备方法为一步法，聚氨酯基体的制备方法为预聚体法。
[0023]进一步地，所述吸声填料采用蛭石粉、粉煤灰、云母粉、EPS泡沫粉、膨胀珍珠岩粉、
沉淀白炭黑、伪气凝胶粉、纳米氧化锌、纳米氧化钨、纳米氧化铝和低比表气凝胶粉中的一种或多种；吸声填料，起到增强材料界面效应，增大粘滞性内摩擦强度，部分纳米尺度材料还可以增强界面效应，以增强材料吸声性能。伪气凝胶粉指的是具有类似气凝胶多孔结构的但比表面积及空洞差于气凝胶的二氧化硅粉体，低比表气凝胶粉指的是具有气凝胶多孔结构，但比表面积低于常规气凝胶粉体的二氧化硅粉体。
[0024]所述中空填料采用空心玻璃微珠，粒径为100
‑
1000目；中空填料，起到降低聚氨酯基材密度，增加材料内部微空腔，提高声学性能的作用。
[0025]所述固体阻燃剂采用氢氧化镁、氢氧化铝、三溴化锑、有机磷和硼酸锌中的一种或多种，均为无卤阻燃剂；固体阻燃剂起到增强聚氨酯基体阻燃性能。
[0026]所述液体阻燃剂采用无卤液体阻燃剂中的一种或多种，例如，可以采用市售的或三芳基磷酸酯等无卤液体阻燃剂中的一种或多种；液体阻燃剂起到增强聚氨酯基体阻燃性能。
[0027]所述偶联剂采用螯合型钛酸酯、KH
‑
550、KH
‑
560和KH
‑
570中的一种或多种；偶联剂起到增强固体填料分散性，增强聚氨酯基体与填料的结合强度的作用。
[0028]所述扩链剂采用3,5
‑
二甲硫基甲苯二胺(DADMT)、三乙烯二胺、N
‑
烷基吗啡啉和二乙基甲苯二胺(DETDA)中的一种或多种；
[0029]所述增塑剂采用三羟甲基丙烷(TMP)。
[0030]进一步地，高分子粘弹性基体即聚氨酯基体的制备方法为预聚体法。
[0031]进一步地，表面复合材料层的制备方法为预聚体法。
[0032]一种包含特定胞元的轻质吸声阵列的制备方法，包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包含特定胞元的轻质吸声阵列，其特征在于，包括表面复合材料层(1)、吸声胞元阵列(2)以及背衬板(5)；所述表面复合材料层(1)覆盖在所述吸声胞元阵列(2)上表面；所述背衬板(5)位于所述吸声胞元阵列(2)下表面；所述吸声胞元阵列(2)由高分子粘弹性基体特定胞元构成，高分子粘弹性基体内部设置有多级吸声结构金属圆柱体(3)和锥形空腔(4)。2.根据权利要求1所述一种包含特定胞元的轻质吸声阵列，其特征在于，所述吸声胞元阵列(2)单体为长方体，整齐的排列于所述背衬板(5)上表面，相邻单体间无缝隙；所述多级吸声结构金属圆柱体(3)呈循环梯度尺寸镶嵌在高分子粘弹性基体内部，每个所述多级吸声结构金属圆柱体(3)厚度相同；与所述背衬板(5)直接接触的为金属锥形空腔构型，锥形空腔(4)与所述多级吸声结构金属圆柱体(3)呈同轴等距整齐的形式排列。3.根据权利要求2所述一种包含特定胞元的轻质吸声阵列，其特征在于，所述多级吸声结构金属圆柱体(3)的个数为5
‑
10个。4.根据权利要求1所述一种包含特定胞元的轻质吸声阵列，其特征在于，组成所述表面复合材料层(1)的材料与组成所述吸声胞元阵列(2)的高分子粘弹性基体相同。5.根据权利要求4所述一种包含特定胞元的轻质吸声阵列，其特征在于，所述高分子粘弹性基体按照重量份数计，包括以下原料：6.根据权利要求5所述一种包含特定胞元的轻质吸声阵列，其特征在于，所述聚氨酯预聚体，硬段为二异或多异氰酸酯中的至少一种，软段为多元醇中的一种或多种与端羟基聚丁二烯。7.根据权利要求6所述一种包含特定胞元的轻质吸声阵列，其特征在于，所述聚氨酯预聚体的硬段为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、异佛尔醇二异氰酸酯和四甲基苯二甲基二异氰酸酯中的一种或几种；所述的聚氨酯预聚体的软段为聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃二醇和四氢呋喃
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨东凯，许闻德，董丹，赖初荣，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学船舶装备科技有限公司，
类型：发明
国别省市：