摘 要：高分子阻尼材料最為顯著的特點便是減振降噪。由于性能優(yōu)越，在航天航空、船舶、汽車等領域應用廣泛。本文分析了高分子阻尼材料的工作機理、結構性能以及發(fā)展應用前景，表明在未來的應用過程中高分子阻尼材料將會朝著環(huán)境友好、寬領域的方向發(fā)展。

關鍵詞：高分子阻尼材料；減振降噪；環(huán)保

一、高分子阻尼材料的工作機理

高分子阻尼材料的工作機理是在交變應力等作用到聚合物時，由于因鏈狀大分子必須花費一定時間去克服鏈段間的內摩擦阻力才能繼續(xù)運動，在應力變化過程中，變形往往會更為緩慢，特別是在某種頻率或溫度下這種滯后表現(xiàn)的更為明顯。這種變形滯后必須消耗更多的能量所以減小了振動體動能，最終實現(xiàn)減震的效果。

現(xiàn)如今，阻尼材料已經有了更多的發(fā)展，新型阻尼材料的出現(xiàn)讓高分子阻尼材料的工作機理變得更為復雜，因此用傳統(tǒng)的方式來解釋是遠遠不夠的。當代的學者為了更好的解釋高分子阻尼材料的工作機理，試圖從粘彈性性能和微觀分子結構的關系來進行剖析。學者Fradlin是最早定義阻尼性能和分子結構關系的，他認為互穿網(wǎng)絡聚合物具有協(xié)同效應，它可以使兩聚合物之間相互交聯(lián)而限制相區(qū)，促使分子水平混合，從而具有寬廣的阻尼峰。Thomas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，而且還與在聚合物分子中所處的位置有關，進而定量地提出了基團貢獻分子理論。相關學者的分析，加深了對高分子阻尼材料的研究，讓新型高分子阻尼材料能夠應用的更為廣泛，也擴寬了高分子阻尼材料的研發(fā)領域和設計水平。

二、高分子阻尼材料的結構性能

傳統(tǒng)的高分子阻尼材料具有一定局限性，結構上呆板和單一的特性約束了使用者的使用需求，其主要包括離散型、約束型和自由型阻尼結構。最近這些年以來，隨著科學技術的不斷發(fā)展，高分子阻尼材料已經取得了更多的研究進展，在設計上取得了矚目的成就，其中最值得關注的便是復合型高分子阻尼材料。它主要是通過簡單物理組合來實現(xiàn)各種單一阻尼材料的混合，并轉換其中的性能和結構從而衍生出具有更多性能的高分子阻尼材料。

（一）具有隔離層的復合阻尼結構

具有隔離層的復合阻尼結構在阻尼層和基本彈性層之間添加了一層隔離層，這是它和自由阻尼結構最大的區(qū)別點。隔離層的主要材質是鋁蜂窩、紙蜂窩、硬質泡沫塑料等，具有高剛度、輕質的性能特點。在彎曲振動力作用于基本彈性層時，這個隔離層將拉壓變形的力度增大，從而阻尼層材料的能效隨之增加，類似于杠桿放大的作用，所以也叫擴變層。具有隔離層的復合阻尼結構如圖1所示。

圖1 具有隔離層的復合阻尼結構

（二）吸收低頻振動的復合阻尼結構

吸收低頻振動的復合阻尼結構和具有隔離層的復合阻尼結構結構存在一定相似之處，但是中間的聚氨酯泡沫不具備高剛度的物理特性，它呈現(xiàn)出的是柔軟的特性。因此，吸收低頻振動的復合阻尼結構往往在低頻震動上具有更好的效果，如圖2所示。

圖2 吸收低頻振動的復合阻尼結構

為適應低頻振動，增加了泡沫層，該泡沫層就相當于一根很軟的彈簧，而普通阻尼層就相當于一個質量塊，故其本身就構成質量彈簧減振系統(tǒng)，根據(jù)隔振理論，其有效隔振頻率k的范圍為k≥ 2 P，式中P為質量彈簧系統(tǒng)的固有頻率，可由下式求出：

式中m為上層普通阻尼材料的質量，k為泡沫層的剛度，只要泡沫層很軟，就意味著P很小，有效隔振頻率就更低。適當選擇質量及彈簧，便可控制有效隔振頻率范圍。

（三）消聲復合阻尼結構

消聲復合阻尼結構的組成材料是對聲音具有特定作用的，纖維型或是泡沫型阻尼材料內部有著空洞結構，在聲波進入到這些空隙中時，孔壁和空氣之間具備摩擦力，伴隨空氣間的粘性力，材料細纖維和空氣產生振動，振動能隨之降低，因此消聲復合阻尼結構的消聲效果較為明顯。

（四）用于隔離地震的復合阻尼結構

用于隔離地震的復合阻尼結構，顧名思義是運用到地震災害中去的阻尼材料。把建筑物同地震運動相隔離的主要條件，一是支承座既能確保建筑物和其地基在水平方向上柔性連接，又能在垂直方向上提供足夠的支承剛度，二是支承座具有吸收振動能量的能力，圖6即為其原理圖。

圖5 用于隔離地震的復合阻尼結構原理圖

三、應用及發(fā)展趨勢

隨著社會的不斷發(fā)展，高分子阻尼材料也得以展開深入研究，并應用到越來越多的領域中去?，F(xiàn)如今的高分子阻尼材料主要呈現(xiàn)如下發(fā)展趨勢。

一是高分子阻尼材料的寬溫域和高性能。高性能阻尼材料的要求主要為材料在寬溫域內應具備高損耗因子（tanδ）?；ゴ┚酆衔锞W(wǎng)絡（IPN）由于網(wǎng)絡間的相互貫穿、強迫互容、協(xié)同效應及特殊的細胞狀結構、雙相連續(xù)等形態(tài)特征，可有效拓寬高聚物的玻璃化轉變溫度（Tg），這已成為目前制備此類材料頗具前景的方法。

二是高分子阻尼材料需要對環(huán)境的負面影響小。由于當前社會環(huán)境壓力不斷增大，因此對于任何新型材料都要求具備較好的環(huán)保性能，因此高分子阻尼材料也朝著無溶劑型材料、高固體分、水性材料方向發(fā)展，從而具備環(huán)境友好性。

三是高分子阻尼材料的精細化和智能化。隨著科技的發(fā)展，高分子阻尼材料已經朝著智能方向不斷發(fā)展，也表現(xiàn)出更多的應用前景。在未來的研究工作中，改進智能材料成為了重中之重，只有這樣才能符合科學技術不斷發(fā)展的需要。

四、結語

現(xiàn)如今，高分子阻尼材料已經在全世界各地廣泛應用開來，也形成了一定的產業(yè)規(guī)模，德國漢高便是行業(yè)里的重要代表。在未來的發(fā)展過程中，高分子阻尼材料已經朝著寬溫域、高性能、環(huán)境友好型、精細化和智能化的方向不斷發(fā)展，也成為了各個生產廠家研發(fā)的重要考慮因素，特別是在開發(fā)環(huán)保型材料，水性材料和無溶劑材料方面成為了該領域研究中的重中之重。相信只要加快材料的綠色化進程，高分子阻尼材料將會表現(xiàn)出更為重要的應用作用，逐步縮小我國同國外材料發(fā)展的距離。

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作者簡介：劉賢輝，男，1995年八月九日，安徽合肥人，池州學院，247000。