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声峰超声波浅谈超声波频散类聚合物声学性能（一）

来源： | 发布日期：2023-01-06

超声波的传播速度和衰减与传声介质的粘弹性系数密切相关，因此超声波技术被广泛用于材料表征。通常，在检测过程中，该技术要求换能器与材料之间必须保持稳定的耦合状态，因而人们专门设计了在相应耦合液中的液浸检测技术以保证耦合状态的稳定性。不过在有些情况下，这种方法也不能使用，例如对于聚合物固化过程的检测，以及高衰减(如复合材料)和厚度较大材料的检测等。

N. Saint-Pierre推导出了一个薄压电圆片电阻的频率演变的一维模型，以压电圆片的电阻取决于环绕在其周围介质声学性能为工作原理创建超声波评价模型。将压电元件夹在两块厚度有限且互相平行的频散聚合物板之间，采用电阻测量技术对压电元件的电阻进行了测量，并将实验结果与理论计算结果相比较，验证了超声波评价模型的正确性。

依靠这个模型，通过测量植入传感器的电阻，反过来能够确定传感器周围介质的声学性能。这是通过一种非线性优化数值方法达到的。该方法适用于表征薄和/或衰减小的材料。这种新技术特别适合于对聚合物从固化到老化第一阶段的整个全寿命周期的表征。相应的结果与由超声波频谱所得到的结果基本相符。

使用了两种不同材料，两者的声学性能具有较大差异。一种是PMMA(多甲基丙烯酸酯)，属于非晶态聚合物，是一种均质材料，其粘滞性引发超声波产生的衰减较弱，且波速与频率无关；另一种为PA(聚酰胺)和PP(聚丙烯)，属于半晶体( semi-crystalline)聚合物，对于这类材料而言，超声波衰减很强，且主要属于散射衰减，其声学性能是频散的。

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