بررسی ویژگی‌های آکوستیکی نانوکامپوزیت پلیمری با خصوصیات توام جاذب و عایق صوتی

مقدمه: کنترل مبتنی بر جذب و عایق بندی یکی از انواع روش های کنترل فنی و مهندسی صدا می باشد. در جاهایی که بتوانیم از تایلی استفاده کنیم که هم بتواند به عنوان جاذب صوت و هم ویژگی عایق صوت داشته باشد باعث می شود میدان صوتی در قسمت منبع صوتی به سمت میدان آزاد سوق داده شود و همچنین باعث افزایش افت انتقال صوت به بخش های دیگر شود. این مطالعه به منظور ارتقاء خصوصیات آکوستیکی فوم پلی یورتان نرم با خصوصیات توام جاذب و عایق صوتی صورت گرفت.روش کار: برای بهینه سازی افت انتقال و ضریب جذب صوت توام و تعیین طرح آزمایش از نرم افزار expert design از طریق روش سطح پاسخ استفاده شد. در این طرح ، پارامترهای ضخامت ، فاصله هوایی در پشت تایل آکوستیکی، میزان نانوالیاف پلی آکریلونیتریل(pan nf)، پلی ونیلیدین فلوراید(pvdf nf) و نانوذرات خاک رس به عنوان متغیرهای ورودی در نظر گرفته شد. نانو الیاف پلی آکریلونیتریل و پلی وینیلیدین فلوراید با استفاده از تکنیک الکتروریسی ساخته شد. نانوذرات خاک رس با قطر 21 نانو متر از نوع مونتمریلونیت از شرکت سیگما آلدریچ تهیه شد. طراحی آزمایش با استفاده از نرم افزار expert design7 تعیین گردید. 50 نمونه نانو کامپوزیت بر اساس ران های آزمایشی ساخته شدند. اندازه گیری افت انتقال صوت براساس استاندارد astm e2611-09 و اندازه گیری ضریب جذب بر اساس استاندارد iso105342 با استفاده از دستگاه امپدانس تیوب bswa sw477 550005 صورت گرفت. کامپوزیت های بهینه برای هر محدوده فرکانسی تعیین شدند. یافته ها: بیشترین ضریب جذب و افت انتقال صوت توام در محدوده فرکانسی پایین و میانی در ران آزمایشی که فوم پلی یورتان حاوی 1.5 درصد نانوذرات خاک رس، 0.5 درصد pan nf، 1.5 درصد pvdf nf، ضخامت 2 سانتیمتر و فاصله هوایی 1.5 سانتیمتر بود بدست آمد (به ترتیب 2.02 و 0.64). نانو کامپوزیت های دارای بیشترین ضریب جذب و افت انتقال صوت توام نسبت به فوم پلی یورتان خالص بودند و در محدوده فرکانسی پایین، میانی و بالا به ترتیب 2.02، 1.91 و 2.53 برابر دارای ضریب جذب و افت انتقال توام بالاتری بودند. با افزایش ضخامت و فاصله هوایی ضریب جذب و افت انتقال صوت توام در همه محدوده های فرکانسی افزایش یافت. در ضخامت 2 سانتیمتر، با افزایش هر دو نانوالیاف، ضریب جذب و افت انتقال صوت توام افزایش یافت. بیشترین ضریب جذب و افت انتقال صوت توام زمانی اتفاق افتاد که هر دو نانوالیاف در حداکثر مقدار خود بودند. نتیجه گیری: این مطالعه نشان داد که اضافه کردن نانوذرات خاک رس، نانو الیاف پلی آکریلونیتریل و نانوالیاف پلی ونیلیدین فلوراید به فوم پل یورتان باعث افزایش ضریب جذب و افت انتقال صوت توام در مقایسه با فوم پلی یورتان خالص می شود. می توان از نانوکامپوزیت های بهینه در بخش هایی که بطور همزمان نیاز به جذب و کاهش انتقال صدا می باشند، استفاده کرد.

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

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. Nanoclay particles (montmorillonite, 12 nm in diameter) were purchased from SigmaAldrich, Inc. Experimental design was prepared using DesignExpert 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 E261109 and ISO105342, 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 nanoclay 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.