隨著現(xiàn)代科技和工業(yè)的發(fā)展，噪聲污染已經(jīng)成為世界性難題，吸聲降噪逐漸演變?yōu)橐粋€(gè)有關(guān)科技、環(huán)境、人類(lèi)協(xié)調(diào)發(fā)展乃至現(xiàn)代軍事等各方面的重要課題，各種各樣的吸聲材料隨之產(chǎn)生，其中最重要的一支就是高分子吸聲材料。聲波的傳播特點(diǎn)決定了高分子材料成為較佳吸聲材料的可能性，聲波通常以縱波的形式傳播能量，當(dāng)聲波入射到高分子材料內(nèi)部時(shí)，其中一部分能量必將用于改變高分子鏈和側(cè)基的振動(dòng)而做功，從而達(dá)到吸聲的目的。聲波能量傳播受阻是由高分子材料的內(nèi)耗造成的，即為粘彈性?xún)?nèi)阻尼特性，尤其是在玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)，這種粘彈性阻尼效應(yīng)更加突出。
提高高分子材料內(nèi)耗是提高材料吸聲性能的一種方法，而目前在這方面應(yīng)用相對(duì)較多的是橡膠材料。
1 橡膠材料吸聲原理
橡膠是一種粘彈性高分子材料，內(nèi)耗相對(duì)較大，基體橡膠的相對(duì)分子質(zhì)量分布可調(diào)，能適應(yīng)各種頻率聲波的吸收。橡膠材料有一定的物理性能，可在不同的環(huán)境條件下使用。橡膠材料的吸聲率與聲波的頻率有很大關(guān)系，一般規(guī)律為：隨著聲波頻率的升高，橡膠材料吸聲率增大，當(dāng)聲波頻率達(dá)到某一臨界值時(shí)，橡膠材料吸聲率出現(xiàn)最大值，此后隨著聲波頻率的繼續(xù)增大，橡膠材料吸聲率反而下降。由于多數(shù)SR(如IIR，NBR，CIIR和SBR等)的彈性模量溫度系數(shù)比NR大，內(nèi)部摩擦大，容易生熱，更有利于吸收聲波能量，因此SR膠料的吸聲性能比NR膠料好。橡膠材料內(nèi)耗較大，很大一部分是由基體橡膠微觀結(jié)構(gòu)造成的，如IIR中有較多甲基存在，分子堆積較密，使得這些鏈段移動(dòng)相對(duì)比較困難，內(nèi)摩擦較大。氰基、氯原子、苯基的存在也有類(lèi)似作用。
橡膠用作吸聲材料僅僅具有較大的損耗因子(tanδ)還不夠，還必須確保聲波能夠射入其內(nèi)部，以便于吸收聲波能量，這其中有個(gè)參數(shù)起決定作用，即特性阻抗。當(dāng)平面波入射到各向同性的均勻介質(zhì)表面時(shí)，是入射還是反射，取決于材料的特性阻抗。特性阻抗是表征介質(zhì)本身性質(zhì)的一個(gè)十分重要的物理量，是判斷材料能否作為反聲材料或透聲材料的主要標(biāo)志之一。當(dāng)相鄰兩種介質(zhì)的特性阻抗接近或相等時(shí)，稱(chēng)為“阻抗匹配”，反之稱(chēng)為“阻抗失配”。只有兩種介質(zhì)的特性阻抗相同或接近時(shí)，聲波在兩介質(zhì)界面處才不致于發(fā)生反射。而橡膠材料的特性阻抗與水接近，而且可以通過(guò)改變填料和其它組分來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這是橡膠材料常用作水聲材料的重要原因。
在一般情況下，聲波在橡膠材料中的傳播速度隨橡膠材料的形態(tài)不同而異，其大小依次為固體、液體、氣體，且隨橡膠材料彈性模量的增大而增大。如果在橡膠材料中添加了對(duì)模量影響較大的炭黑類(lèi)配合劑，聲波在橡膠材料中的傳播速度將增大；如果添加軟化劑或增塑劑類(lèi)配合劑，傳播速度將減小。聲波在硬度較大的橡膠材料中的傳播速率可達(dá)1560-1573 m·s-1。此外，聲波在橡膠材料中的傳播速度隨溫度的升高而減小，材料伸長(zhǎng)率對(duì)聲波的傳播速度影響也很大，但趨勢(shì)不確定。還同的傳播速度過(guò)材料吸聲性能也有一定的影響。
