聚氨酯水下声学材料应用分析

　　二十世纪70年代起，聚氨酯弹性体就被美国海军用于发射装置和水听器的封装。随着应用的深入，一些长寿命、大体积的聚氨酯基水声构件逐渐开始投入使用，并有替代传统橡胶材料的趋势。这主要是因为它在以下六个主要方面合乎水下应用的要求：与海水的密度和声速匹配;泊松比接近0.50;低的剪切存储模量和高的剪切损耗因子;中等或低的吸水和渗水特性;使用温度段附近无重要的转变行为(如玻璃化转变，结晶等);室温固化和浇注成型的能力[1]。

　　1 国外研究使用情况

　　随着聚氨酯工业的发展，聚氨酯的种类越来越丰富，而且一些诸如渗水、水解、硫化温度、操作窗口等问题的解决或优化，聚氨酯材料被美、英广泛地应用于水声领域。1991年，美国海军研究实验室和Cyanamid公司的专家就使用脂肪族二异氰酸酯基的聚氨酯材料包覆换能器，在70℃的海水中浸泡1056小时，最高的吸水增重为2.4%。文献[2]介绍了5种聚氨酯的水解稳定性，试验方法是将试样暴露于85℃、100%相对湿度的环境中两周，测定其硬度、拉伸强度和伸长率，并作前后对比，结论是基于四甲基甲苯二异氰酸酯和聚四甲撑乙二醇醚的聚氨酯具有良好的耐海水能力和声学性能，是水声换能器理想的包覆材料。

　　英国的研究人员也认为聚氨酯的易操作性使其不但能用于主动和被动声换能器的包覆，声学和流体动力学上的可调节还使其能用于舰艏或艇艏部分。他们认为海洋环境中应用所需的稳定性可以分为两个方面：水解稳定和水渗透。选择合适的树脂和异氰酸酯可以制备长期水解稳定的聚氨酯材料，并能将吸水控制在最小。

　　在消声水池中的应用条件相对海水比较温和。1995年，在美国声学学会第129届会议上，美国Vector公司的专家Dr Reader宣称已为美国NUWC的700000加仑消声水池(全美最大的消声水池)设计了一种宽频(1～100 kHz)消声衬里，这种衬里采用微孔聚氨酯材料制成，由两个平行的梯度渐变吸收器组成，一种是针对低频的三角形尖劈，另一种是针对高频的金字塔形尖劈。这种构件自1995使用至今已逾15年。

　　英国的W & J Tod公司对聚氨酯材料的应用也进行了深入而广泛的开发。该公司网站上公布了聚氨酯吸声衬里消声水池实景图和工作人员现场粘贴该公司开发的聚氨酯消声瓦的照片。除此之外，W & J Tod公司展示的聚氨酯材料的产品还包括万向节整流罩、线路包覆、推进器罩处理、声学窗口整流罩和声障板等。与橡胶材料相比，聚氨酯弹性体具有加工和成型简便、种类丰富等优点，在水声领域替代橡胶已成为趋势。