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嘉峪檢測網 2020-04-22 11:25
粘彈性阻尼材料是一類具有粘性液體和彈性固體特性的材料。粘性液體在受力變化時,消耗能量但不能儲存能量;彈性固體材料當應力在屈服極限以下時,能夠儲存能量,而不能消耗量。粘彈性材料具有上述的雙重特性,當其體內具有動態應力和應變時,它既能夠儲存部分能量,表現為彈性恢復的勢能,同時又能將一部分機械能轉化為熱能而散發掉。這種能量的轉化與耗散表現為機械阻尼,具有減振降噪的作用。
粘彈性阻尼材料絕大多數為高分子聚合物。當此聚合物受力變形時,它能吸收能量并消耗能量。可以從微觀現象來分析它的粘彈行為。聚合物由鏈段、大分子和微晶單元所構成,在外力作用下會產生變形,使大分子鏈及大分子鏈中的個別鏈段發生運動。
1. 溫度對損耗因子的影響
溫度的影響
當聚合物在玻璃化溫度Tg 以下時,聚合物的大分子鏈和鏈段被凍結,兩種單元失去了活動能力。在這種狀態下受到外力時就只有鏈段作瞬間變形,外力除去后便恢復原形,這是可彈的彈性變形,如上圖中η 曲線左部分所示。
當溫度高于玻璃化溫度Tg 時,聚合物的整個大分子鏈仍然不能運動,但是鏈段已具有活動能力。在外力作用下,它們能產生較大變形,外力解除后鏈段還能恢復原狀,只是恢復速度較慢,這是粘性與高彈性復合變形狀態。在粘彈狀態釋放外力做的功,如上圖中η 曲線中部所示,此狀態下的損耗因子為最大—由于大分子鏈的活動能力增加,使得許多鏈段同時朝某一個方向運動或相繼向此方向運動,發生了整個分子鏈重心位移。外力作用解除后仍不能恢復原狀,必須有相反外力再作用于其上,將它往回推才可恢復原狀。這個應力交變過程都由鏈段分子移動而消耗能量所致,將機械能變為熱能,這就是粘彈性變形。由于在此溫度下阻尼材料的剪切模量G 比彈性狀態時降低不多,每單位位移消耗能量最大,所以降低產生交變應力的物觀象正是布彈性阻尼材料發揮其阻尼作用地有效狀態。切應力減小,彈性逐漸消失,這種情況下損耗因子減小的較快,如圖1中η 曲線右端所示。
2. 溫度對剪切模量的影響
阻尼材料的剪切模量G 隨溫度的變化規律如上圖中曲線所示。溫度低時,材料呈玻璃態,其剪切強度最大。溫度高于玻璃化溫度T 后剪,切強度下降。此段的阻尼材料既有彈性也有粘性,如圖中G 曲線中段所示。溫度再升高到阻尼材料的粘流態時,彈性消失,剪切強度降到最低,變形不能恢復。
頻率的影響
粘彈性材料在一定溫度下其剪切模量G 隨頻率的增加而增大,而損耗因子則是在一定頻率下達到最大值,高于或低于這個頻率,損耗因子值均有明顯下降。因此,在選用阻尼材料時一定要注意其溫度特性和頻率響應特性。
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