طراحي و ساخت جاذب صوتي پلیمری پليیورتان تقویت شده با الیاف پشم سنگ و ارزیابي کارایي آکوستیکي آن

Abstract

چکیده فارسی زمینه و هدف: امروزه آلودگی صوتی به سبب آسیب رساندن به سلامتی انسان و سلب آرامش اهمیت زیادی پیدا کرده است. یکی از راهکارهای کاهش آلودگی صوتی، بکارگیری مواد جاذب صوت است. این مواد غالباً با ساختار متخلخل شناخته شده‏اند. اسفنج پلی‏یورتان با ساختار متخلخل یکی از جاذب¬های مورد استفاده در جذب آلودگی صوتی است. فوم‏های پلیمری موادی با ساختار پلیمری هستند که از یک بستر پلیمری و تعداد زیادی حباب گازی که در بستر پلیمری پخش شده‏اند، طی فرآیند فوم شدن تشکیل یافته‏اند. یکی از دغدغه‏های محققین در رابطه با فوم پلی‏یورتان، تقویت استحکام فشاری و همچنین تقویت جذب صوت به ویژه در فرکانس‏های پایین و میانی با استفاده از تقویت‏کننده‏ها می‏باشد. بدین منظور در تحقیق حاضر با استفاده از الیاف معدنی پشم‏سنگ سعی در تقویت ضریب جذب صوت و استحکام فشاری از فوم‏های پلی‏یورتان سلول باز که با مقدارهای مختلف از الیاف پشم سنگ (0 تا 1.5% وزنی) بعد از اصلاح سطحی با غلظت 5% از محلول سدیم هیدروکسید سنتز شده است. مواد و روش‏ها: به منظور ارزیابی خواص ساختاری، فیزیکی، سینتیکی و مکانیکی، نمونه های پلی‏یورتان تقویت شده با مقدارهای مختلفی از الیاف پشم سنگ (0-1.5wt%) سنتز شدند. در مرحله اول فوم پلی‏یورتان خالص از واکنش دو جزء A و B شامل واکنش ایزوسیانات و پلی‏ال و سایر افزودنی‏ها به روش فوم‏سازی رشد آزاد سنتز شد. درمرحله دوم با اضافه کردن الیاف پشم‏سنگ در درصد‏های وزنی مختلف به فوم پلی‏یورتان، فوم پلیمری پلی‏یورتان تقویت شده با الیاف پشم‏سنگ سنتز شدند. پس از تهیه ی نمونه ها آزمون‏هایی مانند آزمون BET جهت بررسی تخلخل، آزمون AFR با استفاده از سیستم NOR1517A مطابق با استاندارد ISO9053/DIN EN 29,053 برای تعیین مقاومت جریان هوا، روش اشباع سیال (روش ارشمیدوس) جهت تعیین دانسیته، آزمون فشار توسط دستگاه کشش یونیورسال جهت تعیین مقاومت فشاری و آسودگی از تنش، اندازه‏گیری ضریب جذب صوت با استفاده از لوله‏ی امپدانس دومیکروفنی در محدوده‏ی فرکانسی از 63 تا 6400 هرتز مطابق با استاندارد ISIRI 9803، جهت بررسی تاثیر الیاف تقویت‏کننده روی جذب صوت و ارزیابی میکروسکوپ الکترونی و نوری جهت مشخص شدن نقش و اثر الیاف معدنی روی شکل و اندازه حفرات تولیدی انجام شد. آنالیزهای آماری شامل: آنالیز رگرسیون با روش گام‏به‏گام برای تشخیص تاثیر فاکتورهای غیرآکوستیکی بر روی جذب صوت و روش لاگرانژ جهت بهینه سازی جذب صوت انجام شد. یافته¬ها: نتایج حاصل از آزمون فشاری، وابستگی خواص مکانیکی را به الیاف افزوده شده نشان می¬هند. یعنی با افزایش الیاف معدنی از 0 تا 1.5 درصد وزنی، مقاومت فشاری نمونه ها از 0.037 تا 0.059 مگاپاسکال افزایش یافت. ارزیابی میکروسکوپی نشان داد الیاف های معدنی مورد استفاده موجب افزایش تعداد حفرات و همزمان کاهش اندازه آنها می شوند. نتایج آنالیز جذب صوت نشان داد که با افزایش درصد الیاف پشم سنگ به فوم پلی‏یورتان، ضریب جذب در تمامی فرکانس¬ها به ویژه فرکانس‏های میانی و بالا برای همه‏ی نمونه‏های مورد مطالعه افزایش یافت. در نهایت آنالیز رگرسیون چندگانه برای بررسی ارتباط بین پارامترهای غیرآکوستیکی (شامل مقاومت جریان هوا، تخلخل، دانسیته و مقدار فیلرهای الیافی) و ضریب جذب صوت انجام شد، نتایج نشان داد که ارتباط معناداری بین پارامترهای غیرآکوستیکی با فاکتور ضریب جذب صوت وجود داشت) P < 0.018 ). نتایج حاصل از مدلسازی لاگرانژ بصورت چندگانه با استفاده از آنالیز شاخص برازش ارتباط خوبی بین پارامترهای غیرآکوستیکی و جذب صوت نشان داد. نتیجه‏گیری: بکار بردن سطوح الیاف معدنی در ساختار جاذب هاي صوتی جهت افزایش میرائی و کاهش انعکاسات، یکی از موثرترین راه کارها در جهت افزایش عملکرد جذب صوتی آنها می‏باشد. بطوریکه در تحقیق حاضر نتایج حاصله نشان داد که با طراحی جاذب‏هاي صوتی بر پایه ترکیبات پلیمري پلی‏یورتان بدنبال آن استفاده از الیاف پشم‏سنگ در ساختار پلیمري کامپوزیت پلی یورتان علاوه بر آنکه سبب افزایش خواص مکانیکی شده است، توانسته سبب بهبود ضریب جذب صوتی شود. چنین رویکردي براي اولین بار به منظور طراحی و ساخت جاذب صوتی پلیمري انجام شده است تا امکانات طراحی پایدار آینده را دراین بخش گسترش دهد. جاذب صوتی سنتزي می‏تواند در هر صنعتی، مکان یا محصولی مانند ساختمان سازي، راه سازي، خودرو سازي، ماشین‏هاي صنعتی، استودیو و سالن‏هاي کنفرانس، سیستم‏هاي تهویه و نظامی که در آن جذب صوت مطرح باشد، استفاده شود.