环境因素对阻尼TPU材料的影响分析

TPU 材料的储能模量（或剪切模量）和损耗因子，虽然反映了材料的阻尼特性，但是它们在很大程度上是随着环境因素而变化的。下面分别讨论各个环境因素对TPU 阻尼性能的影响。

1. 温度的影响

温度是影响阻尼TPU 材料特性的最重要的一个因素，图6－9 为在一定工作频率的条件下TPU 阻尼材料的储能模量E′和损耗因子β 随环境温度T 变化的曲线。从图6－9 可以看出随环境温度的变化阻尼材料的状态可分为三个区域。

图6-9　阻尼TPU 材料动态性能与温度关系曲线

第一个区域称为玻璃态区（低温区域），这时阻尼TPU 材料的储能模量E′有最大值，且随温度变化其值变化很慢，而损耗因子值β 最小，且随温度升高增长最快。

第二个区域称为玻璃态转变区，其特点为随温度增加，储能模量E′下降很快，当温度达到Tg时，材料阻尼损耗因子β 出现最大值。

第三个区域称为高弹态区或类橡胶区，此时E′和β 值都很低，并且随温度变化很小。

从图6－9 中还可以看出，只有在特定的温度范围内，即在材料的玻璃态转变区，TPU材料才出现高阻尼能力。这个特定温度范围所跨温度，在频率恒定的条件下，仅取决于TPU材料本身。对于不同的阻尼TPU 材料，都有其特定的E′和β 值来表征其特性。(www.xing528.com)

2. 频率f 的影响

阻尼TPU 材料的阻尼特性随频率f 的变化而变化，如图6－10 所示。从图6－10 中可以看到，在某一温度下，储能模量E′随频率的增加始终呈增长趋势，而损耗因子β 在一定频率下有最大值。从E′曲线形状来看，它正好与阻尼TPU 材料的温度特性相反。也就是说阻尼TPU 材料的低温特性对应材料的高频特性，而高温特性对应于低频特性。虽然频率对TPU 材料的阻尼性能有重要影响，但在某些实际应用中，频率宽度一般不超过一个数量级，对阻尼作用影响较小。但对宽带随机振动的场合如船舶结构，频率的影响就非常重要了。

图6-10　TPU 的损耗因子、模量与频率关系图

3. 周期动态应变ε0的影响

周期动态应变幅值对阻尼TPU 材料阻尼特性的影响很难测量，因为大的应变幅值ε0常会导致阻尼TPU 材料大的能量损失，从而引起阻尼TPU 材料很快地升温，这应当是温度和应变幅值ε0两者影响的结果。尤其在转变区，因为阻尼值很高，这一现象更加突出。但是，在高弹态区，由于模量和损耗因子随温度变化很慢，所以此时的影响主要为动态应变振幅。因此，目前动态应变对TPU 材料阻尼特性的影响的研究仅限于高弹态区。

4. 其他环境因素的影响

TPU 阻尼材料通常还受到其他环境因素的影响。静态预载对阻尼TPU 材料动态特性的影响通常在高弹态区是最重要的，随静态预载增加，模量实部增加而阻尼损耗因子下降，这也是符合通常规律的。此外，老化、油浸、高温和真空等对阻尼TPU 材料性能的影响也很大。所以对于阻尼TPU 材料，要考虑其可能的应用场所，并通过实验确定这些因素的影响。