بررسي ويژگي‌هاي آكوستيكي نانوكامپوزيت پليمري با خصوصيات توام جاذب و عايق صوتي

Investigation of Acoustic Properties of Polymer Nanocomposites regarding Combined Sound Absorption and Insulation Characteristics

مقدمه: كنترل مبتني بر جذب و عايق بندي يكي از انواع روش هاي كنترل فني و مهندسي صدا مي باشد. در جاهايي كه بتوانيم از تايلي استفاده كنيم كه هم بتواند به عنوان جاذب صوت و هم ويژگي عايق صوت داشته باشد باعث مي شود ميدان صوتي در قسمت منبع صوتي به سمت ميدان آزاد سوق داده شود و همچنين باعث افزايش افت انتقال صوت به بخش هاي ديگر شود. اين مطالعه به منظور ارتقاء خصوصيات آكوستيكي فوم پلي يورتان نرم با خصوصيات توام جاذب و عايق صوتي صورت گرفت. روش كار: براي بهينه سازي افت انتقال و ضريب جذب صوت توام و تعيين طرح آزمايش از نرم افزار Expert Design از طريق روش سطح پاسخ استفاده شد. در اين طرح ، پارامترهاي ضخامت ، فاصله هوايي در پشت تايل آكوستيكي، ميزان نانوالياف پلي آكريلونيتريل(PAN NF)، پلي ونيليدين فلورايد(PVDF NF) و نانوذرات خاك رس به عنوان متغيرهاي ورودي در نظر گرفته شد. نانو الياف پلي آكريلونيتريل و پلي وينيليدين فلورايد با استفاده از تكنيك الكتروريسي ساخته شد. نانوذرات خاك رس با قطر 2-1 نانو متر از نوع مونتمريلونيت از شركت سيگما آلدريچ تهيه شد. طراحي آزمايش با استفاده از نرم افزار Expert Design7 تعيين گرديد. 50 نمونه نانو كامپوزيت بر اساس ران‌هاي آزمايشي ساخته شدند. اندازه گيري افت انتقال صوت براساس استاندارد ASTM E2611–09 و اندازه گيري ضريب جذب بر اساس استاندارد ISO10534-2 با استفاده از دستگاه امپدانس تيوب BSWA SW477 550005 صورت گرفت. كامپوزيت‌هاي بهينه براي هر محدوده فركانسي تعيين شدند. يافته ها: بيشترين ضريب جذب و افت انتقال صوت توام در محدوده فركانسي پايين و مياني در ران آزمايشي كه فوم پلي يورتان حاوي 1/5 درصد نانوذرات خاك رس، 0/5% PVDF NF %1/5 ،PAN NF، ضخامت 2 سانتي متر و فاصله هوايي 1/5 سانتي متر بود بدست آمد (به ترتيب 2/02 و 0/64). نانو كامپوزيت‌هاي داراي بيشترين ضريب جذب و افت انتقال صوت توام نسبت به فوم پلي يورتان خالص بودند و در محدوده فركانسي پايين، مياني و بالا به ترتيب 2/02، 1/91 و 2/53 برابر داراي ضريب جذب و افت انتقال توام بالاتري بودند. با افزايش ضخامت و فاصله هوايي ضريب جذب و افت انتقال صوت توام در همه محدوده‌هاي فركانسي افزايش يافت. در ضخامت 2 سانتي متر، با افزايش هر دو نانوالياف، ضريب جذب و افت انتقال صوت توام افزايش يافت. بيشترين ضريب جذب و افت انتقال صوت توام زماني اتفاق افتاد كه هر دو نانوالياف در حداكثر مقدار خود بودند. نتيجه گيري: اين مطالعه نشان داد كه اضافه كردن نانوذرات خاك رس، نانو الياف پلي آكريلونيتريل و نانوالياف پلي ونيليدين فلورايد به فوم پل يورتان باعث افزايش ضريب جذب و افت انتقال صوت توام در مقايسه با فوم پلي يورتان خالص مي‌شود. مي‌توان از نانوكامپوزيت‌هاي بهينه در بخش‌هايي كه بطور همزمان نياز به جذب و كاهش انتقال صدا مي‌باشند، استفاده كرد.

Introduction: Nowadays multiple techniques have been developed to noise control. One the most important way is the control based on sound absorption and insulation. The purpose of current study was to improve the acoustic properties of soft polyurethane foam regarding combined sound absorption and insulation characteristics. Materials and Methods: Polyacrylonitrile and polyvinylidine fluoride nanofibers are fabricated using solution electrospinning technique. Nano-clay particles (montmorillonite, 1-2 nm in diameter) were purchased from Sigma-Aldrich, Inc. Experimental design was prepared using Design-Expert ver.7 software. The 50 samples of nanocomposites were fabricated on the basis of experimental run. The measurement of sound transmission loss and the absorption coefficient was conducted using BSWA SW477 550005 Impedance Tubes according to the standard ASTM E2611-09 and ISO10534-2, techniques. Response surface methodology (RSM) with central composite design (CCD) was applied to optimize the conditions to produce nanocomposites for each frequency range. Results: The polymer nanocomposites had the higher combined sound transmission loss and the absorption coefficient than pure polyurethane foam. Their combined transmission loss and the absorption coefficient in the low, middle and high frequency range was 02.02, 1.91 and 2.53 times higher than the pure polymer. The combined transmission loss and the absorption coefficient in all frequency ranges have been increased by increasing the thickness of the composites and air gap. At a thickness of 2 cm, the combined composites, sound transmission loss and the absorption coefficient increased with the increase of content of both nanofibers. The highest combined transmission loss and the absorption coefficient was observed when mass fraction of nanofibers was in at its maximum level. Conclusion: This study showed that the adding nano-clay particles, polyacrylonitrile and polyvinylidine fluoride nanofibers to polyurethane foam can lead to increased sound transmission loss and the absorption coefficient. The obtained optimized nanocomposite can be applied to noise control where requiring the absorption as well as reduction of sound transmission.