水声换能器用 透声橡胶通用技术条件

船舶电气标准汇总船舶电气标准包括CB 319-76、CB/T 336-2002、CB/T338-1999、CB 358-64、CB 373-85、CB 374-65、CB 375-65、CB 376-65、CB 377-65、CB 381-65、CB 382-65、CB 383-65、CB 384-77、CB 386-65、CB 390-76、CB 394-88、CB 511-86、CB 512-86、CB 513-86、CB 517-76、CB 518-66、CB/T 520-1999、CB/T 521-1999、CB 535-66、CB 536-66、CB 644-92、CB 645-88、CB/T 728-2000、CB 730-77、CB 739-68、CB/T 755-1996、CB/T 756-1999、CB 764-91、CB 768-79、CB 771-69、CB 805-88、CB 863-76、CB/T 876-93、CB 894-80、CB 904-88和CB/T 957-95.这些标准涉及到船舶电气设备的多个方面，如电气电铃、警钟和鸣音器、船用轻型三杆分度仪、船用电气号灯类型、参数和主要尺寸、岸电箱、电气箱铰链、电气箱锁、电气箱搭攀、电气箱脚、进线托线板、进线封口板、防水式穿线管、配电板扶手支架、联锁开关插座、弹簧减震器、冷压电线电缆接头、ML1型射频电缆连接器、天线引入套管、MZ1型转接插座、灯光信号断续器、潜水航行灯、门开关、莫氏灯电键、接收天线互换器、发射天线互换器、船用旋转视窗、星球仪、船舶起动用铅酸蓄电池、YDZ-24直流电笛、手提蓄电池灯、船用表号器、柄式开关、船用接线盒、开关、插座安装板、软汇流条、耐压电缆填料函、船用无线电通信设备附件通用技术条件、雾航气笛自动控制器、船用通信闪光信号灯、升降天线、船舶电子设备用低频变压器通用技术条件和水声设备用低压直流稳压电源技术条件。

用于水下电子声学换能器技术透声材料的橡胶配件的研究及其老化特性（十六）Velayudhan balakrishna pillai孙新 编译（天津市橡胶工业研究所有限公司，300384）第四章 老化的研究本章简要介绍了有关橡胶中与老化相关的降解现象的理论和实验研究，并特别提及了所关注的功能特性，例如吸水率，透水率，静态机械性能，动态机械性能和电性能。

4.1 老化现象聚合物材料的性能随时间而变化。

高分子材料在热、大气氧化、光、机械应力和其他环境因素的作用下老化。

这些过程伴随着化学和物理结构的变化导致其性能的恶化。

聚合物材料的实际使用需要了解其在使用环境下的长期行为。

为了获得这样的知识，有必要研究材料的加速老化，通过跟踪由于热、热氧化或其他过程的性质变化。

通过对加速老化实验结果的外推，估计其使用寿命[1-2]。

制备耐老化高分子复合材料具有重要的现实意义。

在实际使用条件下，在外部因素的共同作用下，必须保证聚合物材料的长期耐久性和使用性能。

预测高分子材料的使用寿命是一个复杂的、多因素多变量的问题，涉及到几个未知数。

这种预测的本质在于在一定条件下对成品的检验结果进行推断。

对使用寿命的预测应考虑到老化过程在外推区间可能发生的变化，并开发出将加速试验结果外推到持续变化的实际运行环境的方法。

使用寿命的预测实际上是对性能达到适当性能的变化率的预测。

分子中的双键在促进橡胶硫化的同时，也使橡胶容易氧化降解。

含大量不饱和双键橡胶，如NR、SBR，比含少量不饱双键橡胶，如丁基橡胶和三元乙丙橡胶，更容易氧化降解或受到臭氧侵蚀。

橡胶氧化降解的基本机理现在已经很清楚了。

通过基于模型物质的研究，已经确定攻击开始于链中的一个亚甲基碳原子。

一个氢原子被抽离，一个氧化反应链被启动(在氧的存在下)，如果不加抑制，它就会扩散：1、RH→R*+H2、R*+O2→ROO*3、ROO*+RH→ROOH+R*4、ROOH→RO*+OH*5、RO*+RH→ROH+R*6、OH*+RH•→R*+H2O原始的自由基经过了一个反应循环，形成降解的橡胶(ROH)和三个新的自由基(R*)。

‐ 34 ‐用于水下电子声学换能器技术透声材料的 橡胶配件的研究及其老化特性（九）Velayudhan balakrishna pillai孙新 编译（天津市橡胶工业研究所有限公司，300384）3.6.3不同类型炭黑在硫化反应中的影响对不同类型炭黑FEF 、SRF 和GPF 在硫化反应中的影响进行研究。

详细结果在表3.7中列出。

表3.7含有不同类型的炉法炭黑的氯丁橡胶的硫化动力学样品 焦烧时间 （ts 2）最小硫化时间 （tc90）最小最小扭矩 ML （lb.in ）最大扭矩 ML （lb.in ）12.5红丹+30FEF 2.5 35 116212.5红丹/30SRF 3 32.5 10.5 56 12.5红丹/GPF303 35 10 58结果显示，从最大扭矩值和焦烧时间可以看出，加入FEF 炭黑交联度最高。

加入SRF 炭黑和GPF 炭黑在较短硫化时间就得到中间水平的最大扭矩。

图3.38为()∞-E E t /1ln 与时间曲线图，给出了不同类型炭黑对硫化反应的影响图3.38含有不同类型炉法炭黑（30pphr）的对硫化反应影响的()∞-E E t /1ln与时间曲线图图中清晰的显示出了，在每种含有12.5pphr 的红丹样品中加入不同类型炭黑后的反应速率。

FEF对k值的提高非常大。

添加FEF那组的值为0.1403min-1，而同样的，添加GPF的那组是0.087 min-1。

最低的为添加SRF，仅为0.071 min-1。

3.6.4在加入不同含量的红丹的氯丁橡胶中，炉法炭黑对硫化反应的影响加入不同含量红丹的样品，分别添加30pphr 的FEF炭黑，使用R.100流变仪对其硫化反应进行研究。

结果列于表3.8。

可以清晰看到，加入炭黑后，扭矩值上升。

NDR和ODR结果之间的差异，如3.6章节所描述，解释为因为MDR的导热速率更好而引起的差异。

表3.8添加30pphr的FEF和不同含量红丹的氯丁橡胶，通过R-100得到的硫化参数样品焦烧时间（ts2）最小硫化时间（tc90）最小最小扭矩ML（lb.in）最大扭矩ML（lb.in）5红丹+30FEF 3 35 11 58 10红丹+30FEF 2 33 13.8 7012.5红丹+30FEF 2.5 35 11 6215红丹+30FEF 2.5 30 10.5 62 20红丹+30FEF 2 28.5 10 633.6.5对比研究氧化锌与红丹对氯丁橡胶物理性能的影响为了拓宽目前的研究范围，分别对添加氧化锌和红丹后，物理性能，机械性能和电气性能做对比研究。

用于水下电子声学换能器技术透声材料的橡胶配件的研究及其老化特性（十五）Velayudhan balakrishna pillai孙新 编译（天津市橡胶工业研究所有限公司，300384）样品为并用胶料，丁苯橡胶和天然橡胶比例为70:30。

配方中和样品C一样添加70份GPF。

并用胶料的动态力学性能与样品C相比，衰减更低。

材料的弹性模量要比配方D更低。

表3.29给出了配方E~H的音速和衰减。

如同预期，硬度更高的F的音速也更高。

两个样品添加了同等份数的不同类型的炭黑GPF和FEF，更低的炭黑颗粒尺寸带来了更高的音速和衰减。

表3.29样品E~H的音速和衰减样品f（Hz）音速（c）αλ（奈陪）α（奈陪/m）E 50010005000103.47111.8123.170.58-0.902.82-36.52F 50010005000157.66165.4190.60.850.590.932.75.632.06G 50010005000122.3127.48144.910.921.01.303.7597.8645.19H 500100050007000157.6162174.31770.5440.5710.680.7111.733.5319.528‐ 29 ‐表3.30比重和静态力学性能样品比重（Sp．g）硬度（邵氏A）拉伸强度（MPa）扯断伸长率（%）A B C D E F G H 1.351.341.331.251.271.381.31.3680706976657170731.358.7611.4610.818.38.218.69.47301374275240543441465280表3.30给出了样品静态力学性能，比如比重的数据。

配方D表现出了最低的比重和最低的伸长。

硫化橡胶样品200%模量的值最大（8.7MPa）。

虽然配方C的扯断伸长率最大（11.46），但是200%模量值只有7.9MPa。

配方D作为用来生产吸声障板材料非常具有吸引力，其具备更接近水的比重，更高的模量，更低的力学阻尼因数常量（0.2）和衰减（αλ=0.6奈陪）。

用于水下电子声学换能器技术透声材料的橡胶配件的研究及其老化特性（十八）Velayudhan balakrishna pillai孙新 编译（天津市橡胶工业研究所有限公司，300384）图4.4水对氯丁橡胶渗透的阿伦尼乌斯图在图4.4中，我们测量了渗水时对应的重量损失，并绘制成不同温度下的时间函数。

使用公式1.21从曲线的斜率(图4.4)计算渗透率。

本案例中橡胶的Ep值为43.56kJ/mol。

通过对样品厚度和覆盖面积的已知关系，可以估算出透过薄片的水。

4.2老化对性能和寿命预测的影响4.2.1极限伸长采用时间-温度叠加技术进行寿命预测。

所选性能为极限拉伸伸长。

选择该特性是基于该特性对老化过程的敏感性。

表3.8给出了与上一节相同‐ 33 ‐的研究样本。

5个样品中的每一种硫化橡胶材料都完全浸泡在盐水中（3.5%的氯化钠溶液）。

样品置于精确度±1℃的恒温烘箱中，分别设定23℃，40℃，52℃，70℃。

然后将样品分别按照ASTM-D-412方法测试拉伸强度和极限拉伸（扯断伸长率）。

使用测试老化后样品同样的测试方法测试样品的初始性能（E0）。

图4.5显示了在指定的老化温度下的标准化极限伸长率与时间的关系图（标准化伸长率为E/E0，其中E0为初始伸长率）。

图4.5极限伸长的衰减表4.4不同老化条件下的原始数据老化周期（小时）残留性能23℃ 40℃ 50℃ 70℃3.14 1 1 1 15.56 - 0.988 0.983 0.8976.06 - - 0.9490.8516.46 0.954 0.953 0.909 0.8288 0.897 0.835 0.766 0.6848.25 0.886 - 0.743 0.6558.51 0.874 0.782 0.709 0.563每个数据点代表五个样本的平均结果。

由实验数据点产生最佳拟合的回归模型。

计算出这些模型3个等级的残留性能（E t/E0=0.75，0.50，0.25，)的时间。

橡塑资源利用‐ 36 ‐用于水下电子声学换能器技术透声材料的 橡胶配件的研究及其老化特性（十七）Velayudhan balakrishna pillai孙新 编译（天津市橡胶工业研究所有限公司，300384）由图4.1可以看出，曲线的早期部分(10天)相对于时间的平方根是线性的。

根据Shen 和Springer 关系式(公式l.20)，通过曲线θ、试样厚度h 和平衡吸水率m s 的斜率估算扩散系数。

计算得出的ln （D ）与绝对温度的倒数关系如图4.2所示。

图4.2 扩散系数的阿伦尼乌斯图该图表明扩散过程符合阿伦尼乌斯类型关系（公式4.14）。

这便于从加速试验中估计扩散系数。

因此，可以从阿伦尼乌斯外推法得到预期工作温度下的扩散系数。

根据在使用温度下的扩散系数的知识，可以计算出水扩散的前沿进入任何已知的橡胶封装深度所需的时间。

因此，对于表3.8所示的化合物，在参考温度为27℃时，水扩散的锋线到达1mm 深度所需的时间约为15年。

渗透率是液体/蒸汽或气体通过弹性体或层压板的容易程度的一种度量。

这是一个吸收和扩散的过程。

液体将溶解到弹性体中，并且溶解的材料通过薄膜扩散到发生蒸发的另一面。

渗透率的定义是流体在稳定状态下，在一个单位立方体的相对面之间，受到单位压差和控制温度时的流用于水下电子声学换能器技术透声材料的橡胶配件的研究及其老化特性（十七）‐ 37 ‐速。

渗透是聚合物吸水的一个重要方面。

在水下传感器中，对渗透特性的定量估算是很重要的。

在弹性体的许多应用中，相容性是一个重要的考虑因素。

例如包装应用，衬里材料，内胎，充气船和至关重要的水下电声换能器的应用。

测定水蒸气透过率的最常用方法是ISO2528中描述的碟形法。

该方法包括使用被测材料制成薄盘，密封包含无水氯化钙的圆盘，圆盘的边缘彻底的密封。

将所述碟形组件放置在温度和湿度可控的柜中，并每隔一段时间称重一次，以测量通过所述测试件传递的水蒸气的数量。

使用公式[4.16]。

水声换能器基础知识地球表面积的71%是海洋，海洋里蕴藏着丰富的生物和矿物质资源，是人类今后生存和发展的第二个空间。

而声纳这一水下探测设备则是人类开发海洋的重要帮手，更是海军和民用航海事业不可缺少的组成部分。

声纳设备的功能，就是收听水下有用信号并把它转变为电信号以供视听；或者自身产生一个电信号再转变为声信号在水介质中传播，遇到目标后反射回来再进行接收，转变为电信号供收听或观察，由此来判断被测物体的方位和距离。

在这个水下电声信号的转换过程中，关键设备就是水声换能器或是换能器阵。

1. 水声换能器的应用目前，水声换能器已经普遍地应用到工业、农业、国防、交通和医疗等许多领域。

这里仅介绍几种在水下探测方面的应用：（1）在测深方面的应用：为保证航行安全，无论是军舰或是民船都要安装测深声纳；专门的航道检测船只都配备精度高、功能齐全的测深仪。

根据测深深度的不同，测深换能器的频率和功率也相差甚远。

以频率范围在10kHz~200kHz的较多，功率从数瓦到数十千瓦不等，其中，高频小功率用于内河或浅海，低频大功率用于远洋、大深度。

对这类换能器的要求是波束稳定、主波束尖锐。

（2）在定位和测距方面的应用：测量航船对地的航行速度，大多采用多普勒声纳，利用四个性能相同的换能器分别排列与龙骨相垂直的左右舷方向上。

一般工作频率在100kHz~500kHz。

（3）在海洋考察和海底地层勘探方面的应用：海底地质调查主要采用低频大孔径声纳。

拖曳式声纳是当今装在活动载体上最大尺寸的声学基阵，作用距离也最远。

水中成像方面，通常采用高频旁视声纳，在船底左右舷对称地沿龙骨平行方向装两个直线基阵，各自向海底发射扇形指向性声束，然后接收来自海底的反射波，由于海底凹凸不平反射波强度有别，在显示图像上就会出现亮度不同的图像，因为工作频率较高，声信号衰减较快，作用距离不远，现在试验的频率范围为数十千赫到500千赫。

2. 水声换能器的分类换能器按照不同的机电能量转换原理可以分为电动式、电磁式、磁致伸缩式、静电式、压电式和电致伸缩式等。

用于水下电子声学换能器技术透声材料的橡胶配件的研究及其老化特性（十九）Velayudhan balakrishna pillai孙新 编译（天津市橡胶工业研究所有限公司，300384）4.2.2压缩应力松弛压缩应力松弛技术是橡胶材料寿命预测方法中的一个新兴领域。

除抗冲击和振动支架材料外，该技术还特别适用于密封件和垫圈。

该技术非常重要，因为设备的工作条件与测量的性能之间存在直接的关联。

约束条件下样品的机械应力的松弛是一项测试，可以为发生的物理和化学变化提供有价值的见解。

氧化引起的交联导致橡胶的模量增加和硬化，降低其作为密封件的性能。

对于应用于深水的弹性密封，材料要经受极端温度和静水压力的变化。

在这种情况下，橡胶承受相当大的机械应力松弛。

弹性体与刚性表面界面处的残余应力对密封有效性至关重要。

松弛范围是弹性体的模量和所施加的应变的函数。

检测压缩应力松弛，并测量模量随时间、温度和环境的变化。

估算密封的长期压缩应力对于确保密封效率很重要。

选择压缩应力松弛行为作为寿命控制的参数，以估算弹性密封件的寿命。

该技术在第3.9.6节中讨论丁腈橡胶硫化中应用。

确定在40℃、70℃和100℃下的密封力，表4.7给出了相关密封力随温度和时间的函数。

密封力按ISO3384方法测量。

在图4.8中，标绘出了标准化的密封力与老化时间的关系。

由上面的图估算密封力保持80%所需的时间，时间的对数与绝对温度的倒数绘制成图，如图4.8所示。

表4.7 剩余的密封力时间（小时） 40℃ 70℃ 100℃2 1 1 124 0.9639260.945651 -48 - -0.910334120 - -0.907349144 - 0.928624 -158 0.938106 - 0.793397 216 0.913586 - -336 -0.9037490.723143744 0.892914 0.884892 0.622984912 0.888984 - 0.583181 1200 0.884293 0.859342 0.52121830图4.8 水下弹性体密封的密封力随时间和温度的变化在30℃下，密封力保持80%的时间为11年。

用于水下电子声学换能器技术透声材料的橡胶配件的研究及其老化特性（七）Velayudhan balakrishna pillai孙新编译（天津市橡胶工业研究所有限公司，300384）结果表明，随着抗氧化剂用量的提高，对渗透速率产生显著影响。

热效应对渗透速率的影响依旧存在。

显而易见的可以通过阿累尼乌斯图估算出过程的活化能，例如Ep 过程。

在所有的情况下不高于1单位62±1kJ/mole 。

3.2.5.2不同数量和型号的炭黑带来的影响通过配方712进一步研究20pphrFEF 炭黑对渗透性的影响。

结果在图3.28和3.29中表示出来。

图3.28包含20pphrFEF炭黑的氯丁橡胶渗透时间曲线图可以明显观察到，由于加入炭黑引起界面的增加。

图3.29加入20pphrFEF炭黑改良的氯丁橡配方的渗透速率阿累尼乌斯图速率在40℃是8.8×10-5。

在50℃这个值是17.5×10-5，而当温度上升到60℃的时候，数值达到了31×10-5。

此时渗透速率加倍了。

然而，对比加入纯橡胶会降低温度对速率的影响。

渗透过程的活化能从41kJ/mol提高到54kJ/mol。

3.3溴化丁基橡胶丁基橡胶中的扩散过程特别的缓慢。

这一性能被用来生产轮胎内胎和充气气球。

低渗透性对封装和浇筑系统十分重要，因此对比研究在相同条件下的扩散特性是十分有价值的。

3.3.1溴化丁基橡胶的扩散特点图3.3显示了4个样品的相对水吸收性能，4个样品分别为溴化丁基硫化橡胶和氯丁硫化橡胶（711配方），以及分别包含30pphrGPF炭黑和1pphr抗氧化剂402的改良配方。

溴化丁基橡胶的配方为1101配方：Polysar X2溴化丁基橡胶100，硬脂酸1.0，氧化锌5，MBTS1.5，TMTD1.0，GPF 炭黑30，防老剂4020 1.0图3.30溴化丁基橡胶和氯丁橡胶水吸收比较图研究结果表明，与氯丁橡胶相比，溴化丁基橡胶的水吸收率非常低。

新型水声透声橡胶材料的制备及性能研究
范进良;赵秀英;谢晗;王哲;胡仕凯
【期刊名称】《橡胶工业》
【年(卷),期】2014(61)3
【摘要】以氯丁橡胶(CR)为透声材料的基体橡胶,研究顺丁橡胶(BR)/CR并用比对透声材料性能的影响.结果表明:与牌号为A-90的CR相比,牌号为CR322的CR未出现结晶,在0～40℃范围内的储能模量稳定,更适于作为水声透声材料的基体.与BR并用后,CR/BR并用胶对应CR组分的玻璃化温度降低,在0～40℃范围内储能模量稳定,表现出较好的耐寒性能和低温度敏感性,但物理性能小幅降低;CR硫化胶和CR/BR并用胶透声材料均表现出优异的透声性能和水密性能.
【总页数】5页(P133-137)
【作者】范进良;赵秀英;谢晗;王哲;胡仕凯
【作者单位】杭州应用声学研究所,浙江杭州311400;北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室,北京100029;北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室,北京100029;北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室,北京100029;北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室,北京100029
【正文语种】中文
【中图分类】TQ333.5;TQ333.2;TQ330.1+2
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1.新型高性能透波复合材料的制备及性能研究 [J], 顾昊;刘元云;吴秉横;何利华;余兴;冯红全
2.基于水声透声性能的橡胶配方筛选研究 [J], 於珂睿;罗竹辉;李远;贺湘伟;黄自华
3.聚脲透声材料的制备及性能 [J], 贺鹏
4.聚氨酯-脲——水声换能器及水听器用新型透声密封材料 [J], 张景亮
5.水声材料透声性能测量技术的改进 [J], 李水;缪荣兴
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