隐形战机的秘密:不怕冷的阻尼材料

2018-05-09 10:37 来源:北京日报 
2018-05-09 10:37:09来源:北京日报作者:责任编辑:丁玉冰

   隐形战斗机上的阻尼材料

  隐形战斗机要想能自由翱翔天空且不被敌军侦测到,除了要防止被雷达探测到之外,还需要一种阻尼吸声材料为其保驾护航。它主要的作用就是减振、降噪和吸声。试想,如果我们的歼-20隐形战机在飞行时,伴随大量“轰隆、轰隆”声,那么它还如何在天空隐蔽地翱翔,又如何能有效地完成作战任务?

  目前,研究比较成熟并且被广泛工业化的阻尼材料大部分都是在室温以上有效的阻尼材料。然而,随着人们对外太空探索的热情空前高涨,对现存的阻尼材料要求越来越高。比如,外太空的环境温度非常复杂,航天器在绕地球飞行时将会周期性地出现阴阳面温差,从背阳到向阳一面的温度可以从-200℃变化到100℃以上,因此,粘弹性阻尼材料未来一定是向着适用于低温条件、具有宽温度范围及高阻尼性能的方向发展。

  有机硅材料被称为低温材料之王,在低温甚至超低温(-125℃)条件下仍然能够使用。然而其他的材料在超低温条件下几乎没有使用的可能。通常,阻尼因子大于0.3的材料才叫做有效阻尼材料。但是,单独的有机硅的阻尼因子在0.1左右,不适合作为阻尼材料。

  环氧树脂在固化形成三维网络结构之后,其阻尼因子高达2.0,是有效阻尼因子的6.67倍。这主要得益于环氧刚性的网络骨架。另外,环氧树脂还拥有优异的尺寸稳定性、高机械性能和高使用温度等优点,因此,环氧树脂被广泛应用于航空航天、电子电气、船舶、汽车、建筑等领域。

   有机硅环氧合体:实现1+1>2

  大家可能会想,这还不简单,只要将有机硅与环氧树脂混合在一起使用就能实现低温、宽温域、高阻尼特性。但是,目前为止,没有一种合适的方法将有机硅与环氧树脂真正地“混合”在一起。因为有机硅与环氧树脂的溶度参数相差巨大,所以简单地将有机硅与环氧树脂混合在一起,必将导致两者发生宏观的相分离。有机硅环氧树脂的混合物表现出明显的相界面,上层是有机硅,下层是环氧树脂。因此,要想真正地将有机硅与环氧树脂结合在一起,实现1+1>2的效果,最重要的是能将有机硅与环氧树脂真正地“混合”在一起。

  我们大胆地设想,能不能从分子结构设计入手,让有机硅环氧树脂从内部产生抑制相分离的驱动力?我们设计了一个具有内在“强迫点”的有机硅/环氧小单体。在这里,我们利用引入的“强迫点”来提供内驱动力,而化学反应提供外驱动力,最大程度地迫使有机硅与环氧树脂互相穿插和互锁。这就好比,我们强迫式地将有机硅与环氧树脂绑在了一个点上,于是在它们各自进行网络增长的时候,彼此无法远离。尽管从热力学角度来说,它们非常想要离开彼此,但是由于结构的限制,迫使彼此必须近距离生长网络,于是一个深度相混合的有机硅/环氧“强迫”互穿网络结构就这样生成了。

  最终,该“强迫”互穿网络表现出卓越的超低温、宽温域、高阻尼的性能,其温度范围从-114℃到103℃、温域宽度达217℃、阻尼因子均大于0.3。从此,超低温、宽温域、高阻尼特性的阻尼材料将不再是梦。(李言)

[责任编辑:丁玉冰]

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