پیشرفت های اخیر در مواد آکوستیک و استراتژی های کنترل نویز

با رشد سریع حمل و نقل و فعالیت های صنعتی، آلودگی صوتی به یکی از مسائل مهم زیست محیطی تبدیل شده که جامعه بشری با آن مواجه است. قرار گرفتن بیش از حد در معرض صدا به انسان و رفاه آن آسیب می رساند. سازمان جهانی بهداشت (WHO) صدای بالای ۶۵ دسی بل را به عنوان آلودگی صوتی تعریف می کند. به گفته سازمان بهداشت جهانی، قرار گرفتن در معرض صداهای طولانی مدت یا بیش از حد نشان داده شده است که باعث ایجاد طیف وسیعی از مشکلات سلامتی از کاهش شنوایی، استرس، ارتباط، بهره وری و تمرکز ضعیف تا اختلال خواب و بیماری های قلبی عروقی می گردد. بنابراین توسعه مواد آکوستیک موثر یا مواد جاذب صدا برای کاهش نویز اهمیت حیاتی دارد. اگرچه “جذب صدا” و “عایق صدا” اغلب به جای یکدیگر در زندگی روزمره استفاده می شوند، اما اساسا متفاوت هستند. مواد جاذب صدا برای بهبود کیفیت صدا و جلوگیری از پژواک و طنین ناخوشایند در داخل فضا با کاهش بازتاب و تبدیل انرژی جذب شده به گرما طراحی شده اند. آن ها صدا را مسدود نمی کنند. برعکس، مواد عایق صدا از ورود یا خروج امواج صوتی به فضا جلوگیری کرده و به عنوان یک مانع صوتی عمل می کند. بررسی حاضر عمدتاً بر مواد جاذب صدا تمرکز دارد. مواد جاذب صدا به دو نوع متخلخل و نوع تشدید کننده طبقه بندی می شوند. مواد متخلخل مانند فوم های پلی یورتان و فوم های ترموپلاستیک دارای منافذ به هم پیوسته بوده که به امواج صوتی اجازه می دهد از منافذ متخلخل عبور کنند. انرژی صوتی عمدتاً با گرمایش اصطکاکی بین مولکول‌های هوای ارتعاشی و سطح منافذ تلف می گردد. علاوه بر این، انتقال انرژی در دیواره بین هوا/منفذ درون مواد متخلخل وجود دارد. بسته به اندازه منافذ، یک موج صوتی می تواند کمتر یا بیشتر به عمق مواد نفوذ کند. با اندازه منافذ مناسب، موج صوتی می‌تواند چندین بار در منافذ منعکس شود، بنابراین بازتاب نشده و انرژی بیشتری توسط مواد جذب می‌گردد. مواد متخلخل مانند فوم ها دارای مزیت پردازش نسبی ساده، هزینه کم و طیف وسیعی از جذب صدا هستند. با این حال، آن ها معمولاً خواص جذب صدای نسبتاً ضعیفی را به ویژه در محدوده فرکانس پایین (۱۰۰-۸۰۰ هرتز) در نتیجه عدم تطابق قوی امپدانس نشان می دهند. از طرف دیگر، مواد از نوع تشدید کننده، می توانند به عنوان روکش برای مواد متخلخل برای افزایش قابلیت جذب فرکانس پایین یا به صورت مستقل استفاده گردند.

کنترل نویز

فوم های پلی یورتان:

مواد فوم پلی یورتان توسط فرآیندهای قالب گیری تزریقی واکنش (RIM ) ساخته می شوند و از زمانی که برای اولین بار با موفقیت از تولوئن دی ایزوسیانات و پلی ال های پلی استری در سال ۱۹۵۴ سنتز شدند، به عنوان مواد کنترل نویز در کاربردهای خودرویی به دلیل داشتن وزن سبک، خواص میرایی خوب و محدوده جذب فرکانس وسیع استفاده می گردند. متغیرهایی در طول سنتز مانند نسبت پلی ال/ایزوسیانات، دمای واکنش و غیره می توانند بر ساختار نهایی فوم PU تأثیر بگذارند. علیرغم مزایای آن ها، بازیافت فعلی نسبتاً پیچیده و مقرون به صرفه است. روش‌های دفع معمولاً شامل دفن زباله و سوزاندن است که مشکل‌ساز بوده زیرا منابع ارزشمند زمین را هدر می‌دهد، زباله‌های پلاستیکی را وارد محیط‌زیست می‌کند، زیرا نمی‌تواند به راحتی در محیط طبیعی تجزیه شود یا گازهای سمی را بدون فرآیند فیلترینگ اختصاصی تولید می‌کند. در این بخش، استراتژی‌های مختلف از جمله استفاده از پرکننده‌های مختلف برای افزایش جذب صدای فوم PU به اختصار معرفی شده و خواص آکوستیک حاصل از آن‌ها تحلیل می‌گردد.

استفاده از ذرات میکرو و نانو پرکننده ها:

به طور سنتی، ترکیب با پلیمرهای دیگر و افزودن پرکننده‌هایی مانند نانوذرات معدنی، نانوپرکننده‌های کربنی مانند گرافن و اکسید گرافن و همچنین میکرو ذرات رابری دو استراتژی اصلی برای ساخت فوم‌های نیمه سلول باز یا سلول باز فلکسیبل با عملکرد صوتی بهبود یافته است. افزودن پرکننده ها اغلب باعث تغییر پارامترهای ساختاری فوم مانند اندازه سلولی، مورفولوژی سلولی و تراکم سلولی می گردد. علاوه بر این، استفاده ترکیبی از دو یا چند نانوپرکننده اغلب برای بهبود خواص صوتی نانوکامپوزیت‌های PU استفاده می‌شود. اثر هم افزایی نانوپرکننده های هیبریدی به طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته است. استفاده از پرکننده‌ها اغلب خواص صدا را با تنظیم ساختارهای فوم مانند مورفولوژی سلولی، اندازه و چگالی سلولی و همچنین ایجاد رابط‌های اضافی بین سطح پرکننده و ماتریس پلیمری افزایش می‌دهد که منجر به افزایش پیچیدگی ساختاری می‌گردد. هنگامی که یک موج صوتی در مواد منتشر می شود، اتلاف انرژی می تواند از طریق لغزش ریزساختاری در سطح مشترک در نتیجه ارتعاش پرکننده صورت گیرد. علاوه بر این، افزودن پرکننده‌ها می‌تواند تأثیر زیادی بر خواص ویسکوالاستیک کامپوزیت‌های حاصل از جمله مدول ذخیره‌سازی، مدول‌های اتلاف و ضریب میرایی (tanδ ) داشته باشد. با این حال، زمانی که محتوای پرکننده بیش از حد زیاد باشد، اغلب منجر به اثرات نامطلوب بر روی خواص عایق صدا و تأثیر منفی بر ساختار سلولی می شود.

استفاده از ذرات میکرو و نانو پرکننده ها

استفاده از نانوذرات معدنی:

نانوپرکننده های معدنی مانند نانوذرات دی اکسید سیلیکون (SiO2 ) در فوم کامپوزیت PU برای بهبود جذب صدا و خواص میرایی استفاده می شوند. اندازه، مورفولوژی و محتوای آن ها به طور قابل توجهی بر خواص صوتی نهایی تأثیر می گذارد. بیش از ۹۰ درصد بهبود با ترکیب ۰.۰۵ درصد وزنی (درصد وزنی) نانوذرات SiO2 در مقایسه با فوم PU معمولی پر نشده با میانگین فرکانس پایین ۵۰۰-۱۰۰۰ هرتز به دست می آید. با این حال، جذب صدا با افزایش بیشتر در محتوای نانو پرکننده بدتر شده و منجر به تغییر ساختاری در فوم PU می شود که منجر به کاهش همگنی سلول ها می گردد. به طور مشابه، نانوذرات بزرگ‌تر (۶۰ تا ۷۰ نانومتر) منجر به ساختار سلولی فشرده‌تر و همگن‌تر می شوند که به نوبه خود منجر به خواص صوتی بهتری می گردد. همچنین از نانوکره‌های سیلیس توخالی (HSNP) و نانوذرات سیلیس ریجید (RSNP) در فوم PU فلکسیبل برای ایجاد خاصیت جذب صدا استفاده می کنند. افزودن سیلیس جامد و توخالی خواص صوتی را در مقایسه با فوم PU خالص بهبود می بخشد. علاوه بر این، HSNP می‌تواند جذب صدا را به طور موثرتری افزایش دهد. سرب زیرکونات تیتانات (PZT ) همچنین در بهبود خواص صوتی فوم های PU مورد بررسی قرار گرفته است. پیک میرایی با افزایش مقدار PZT به سمت دمای بالاتر منتقل می شود. با این حال، مدول اتلاف به دلیل ادغام ذرات معدنی ریجید کاهش می یابد.

استفاده از نانوذرات کربنی:

نانوپرکننده‌ها مانند نانولوله‌های کربنی (CNTs ) و نانوصفحه‌های گرافن (GNPs ) به دلیل خواص مکانیکی، الکتریکی و حرارتی فوق‌العاده‌ای که دارند در بسیاری از زمینه‌ها از جمله مواد جاذب صدا مورد توجه زیادی قرار گرفته‌اند. مکانیسم اصلی در اینجا وارد کردن مقدار زیادی از رابط ها به نانوکامپوزیت حاصل است تا انرژی جنبشی موج صوتی از طریق لغزش سطحی در رابط پلیمر-پرکننده به اتلاف حرارت اصطکاکی تبدیل شود. به طور مشابه، محتوای بیش از حد نانو پرکننده باعث کاهش SAC در نتیجه تجمع نانوپرکننده می شود. گو و همکارانش اثر ادغام CNT را بر خواص جذب صوتی پوشش های نانوکامپوزیت PU/CNT با ضخامت ۴۵ تا ۵۵ میکرومتر در محدوده فرکانس ۲۰۰۰-۶۰۰۰ هرتز مطالعه کردند. افزایش بیشتر در محتوای CNT تا ۱ درصد وزنی، ضریب جذب را تا ۲۳ درصد بهبود بخشید که به فرآیند اصطکاک داخلی بین زنجیره های پلیمری پلی یورتان و سطوح CNT نسبت داده شد. هوانگ و همکارانش اثر محتوای گرافن را بر روی یک پوشش PU برای بسترهای فولادی فسفاته مطالعه کرد. محتوای بهینه گرافن ۴ درصد وزنی بود. روند مخالف در SAC برای افزایش یا کاهش محتوای گرافن مشاهده شد.

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *