مواد متخلخل جاذب صدا: بررسی فوم های مبتنی بر پلی یورتان

در سال های اخیر، آلودگی صوتی به یکی از مهم ترین مشکلات زیست محیطی تبدیل شده که تأثیرات نامطلوبی بر سلامت افراد و کارایی آن ها دارد. بنابراین، مواد متخلخل توجه زیادی را به خود جلب کرده اند، زیرا خواص جذب صدای عالی، دانسیته کم، استحکام ویژه بالا و غیره را ارائه می دهند. پلی یورتان ها دارای چندین مزیت از جمله خواص فیزیکی، مکانیکی و حرارتی مناسب، فرآیند پذیری قابل قبول و مقاومت شیمیایی بالا هستند. فوم پلی یورتان یک ماده پلیمری با ساختار سلولی است که آن را به یک جاذب موثر صدا تبدیل می کند. نانوذرات مختلف، الیاف مصنوعی و طبیعی به فوم PU اضافه می‌شوند تا خواص صوتی آن را افزایش دهند.

بهبود خواص جذب صدا در فوم های پلی یورتان با گنجاندن نانوذرات Al2O3:

مواد جاذب صدا به یکی از راه های مهم برای کنترل نویز با فرکانس پایین تبدیل شده اند. ماده پلی یورتان به تنهایی نمی تواند الزامات کاهش نویز فرکانس پایین را برآورده کند، بنابراین مطالعه کامپوزیت آن با مواد دیگر بسیار ضروری است. در این جا، فوم پلی یورتان منعطف و کامپوزیت های نانوذرات Al2O3 به دست آمدند. روش ساده، ایمن و قابل کنترل بود. مورفولوژی و ضریب جذب صوت مواد فوم، قبل و بعد از پر کردن با فیلر مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.
با توسعه پیشرفت اقتصادی و اجتماعی، مسائل زیست محیطی بیش از پیش مورد توجه کشور و مردم قرار گرفته است. در حال حاضر چهار مشکل آلودگی مطرح است که از جمله آن ها می‌توان به آلودگی آب، آلودگی هوا، زباله‌های جامد و آلودگی صوتی اشاره کرد. در این میان، آلودگی صوتی تأثیر فزاینده ای بر زندگی مردم دارد. چگونگی کنترل آلودگی صوتی و کاهش مضرات صدا برای بدن انسان مورد توجه محققان علمی است. استفاده از مواد جاذب صدا برای کاهش نویز به یکی از راه های مهم کنترل نویز فرکانس پایین تبدیل شده است. پلی یورتان یک ماده جاذب صدا با عملکرد عالی است. در همین حال، سوراخ های ریز زیادی در ساختار داخلی مواد متخلخل جاذب صدا وجود دارد. بنابراین، امواج صوتی را می توان در شکاف ها منتقل کرد که باعث ایجاد اصطکاک و مقداری مقاومت چسبناک بین ماده و دیواره سوراخ برای مصرف انرژی صوتی می شود.
فوم نرم PU عملکرد بهتری در جذب صدا برای نویز با فرکانس متوسط و بالا دارد. با این حال، عملکرد خوبی در جذب صدای فرکانس پایین ندارد. به منظور بهبود عملکرد جذب صدا با فرکانس پایین، می توان نانوذرات را برای بهبود عملکرد آن اضافه کرد. سونگ و همکاران از پرکننده های هیدروکسید منیزیم برای تهیه فوم پلی یورتان برای بهبود خواص صوتی آن استفاده کردند که نه تنها حرکت میرایی پرکننده ها را افزایش داده، بلکه تعداد حفره های جزئی را نیز افزایش داده و در نتیجه راندمان جذب صدا را بهبود بخشیدند. خانوکی و اوحدی از فوم پلی یورتان به عنوان ماده پایه استفاده کرده و نانوذرات سیلیس (SiO2 ) را برای بهبود میرایی صوتی آن اضافه کردند. در محدوده فرکانس ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ هرتز، خواص جذب صدای نمونه‌های فوم PU حاوی تنها ۰.۰۵ درصد وزنی نانوذرات، به‌شدت (بیش از ۹۰ درصد) افزایش یافت، اما عملکرد جذب صدا در محدوده فرکانس پایین چندان بهبود نیافت. Baek و Kim فوم کامپوزیت PU حاوی ذرات پرکننده سیلیکون-اکریلیک را برای آزمایش عملکرد جذب صدا تولید کردند. هنگامی که محتوای نانوذرات ۲ درصد وزنی بود، حداکثر مقدار ضریب جذب صدا در مقایسه با فوم PU بدون افزودن ذرات ۰.۱۲ افزایش یافت. هنگامی که فرکانس ۱۰۰۰ هرتز بود، جذب صدا چندان بهبود نیافته و ضریب جذب صدای آن حدود ۰.۲ بود. علاوه بر این، از مواد دیگری نیز می توان برای پر کردن فوم PU استفاده کرد. چن و جیانگ نوع جدیدی از مواد آکوستیک را با افزودن محتوای مختلف (۲٪، ۴٪، ۶٪ و ۸٪) از برش های بامبو یا ساقه های بامبو برای تهیه مواد کامپوزیتی فوم PU برای بهبود عملکرد آکوستیک فوم PU پیشنهاد کردند. نتایج آزمایش نشان داد که فوم کامپوزیت به طور قابل‌توجهی عملکرد جذب صدا را به خصوص در ناحیه فرکانس پایین بهبود می بخشد. در اینجا، فوم PU پرشده با نانوذرات آلومینا (Al2O3) تهیه شده است. مورفولوژی و ضریب جذب صوت مواد فوم قبل و بعد از پر کردن مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.

ضریب جذب صدا:

همانطور که در شکل ۱ نشان داده شده است، ضریب صدای نمونه های مختلف فوم PU با فرکانس تغییر می کند. مشاهده می شود که ضریب جذب صدا فوم PU و مواد فوم Al2O3-PU به طور کلی با افزایش فرکانس در محدوده فرکانس پایین (۵۰-۱۲۵۰ هرتز) افزایش می یابد. عملکرد جذب صدا بین ۵۰ هرتز و ۲۵۰ هرتز ناپایدار بوده و ضریب صدا α تمایل به ارتعاش بالا و پایین دارد. PU پر شده با مواد کامپوزیتی نانوذرات Al2O3 عملکرد جذب صدا بهتری نسبت به فوم PU خالص دارد. مقدار تفاوت α بین PU و PU/Al2 O3با افزایش فرکانس، افزایش یافت که به حداکثر مقدار اختلاف ۰.۱۱ رسید و حدود ۷۰٪ در ۱۲۵۰ هرتز افزایش یافت. می توان مشاهده کرد که پر کردن فوم PU با نانوذرات Al2O3 می تواند به طور موثر عملکرد جذب صدا را در محدوده فرکانس پایین بهبود بخشد.

شکل ۱: نمودار ضریب جذب صداα فوم PU و فوم Al2O3-PU

در مقایسه با فوم خالص PU، دانستیه و مقاومت جریان هوای نمونه‌های کامپوزیت Al2O3-PU بالاتر بود، اما تخلخل کاهش یافت. ضرایب جذب صدای نمونه های مختلف فوم PU و Al2O3-PU به طور کلی با افزایش فرکانس در محدوده فرکانس پایین ( ۵۰ تا ۱۲۵۰ هرتز) افزایش می یابد. می توان مشاهده کرد که پر کردن فوم PU با نانوذرات Al2O3 می تواند به طور موثر عملکرد جذب صدا را در محدوده فرکانس پایین بهبود بخشد. از طریق مطالعه ذخیره انرژی صوتی و فرآیند اتلاف انرژی صوتی، می توان ضریب اتلاف را محاسبه کرد.

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

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