مقالات

بررسی تأثیر الیاف و منسوجات بر عایق سازی حرارتی و صوتی

 

احسان قربانی,[1] *، پرهام سلطانی2،محمد قانع3

1- دانشجوی دکتری، دانشگاه صنعتی اصفهان

2- استادیار و عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی اصفهان

3- دانشیار و عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی اصفهان

دانشگاه صنعتی اصفهان، ایران 84156-83111

 

چکیده

 

عدم توجه به مسائل حرارتي و آكوستيكي در ساخت و ساز ساختمان ها موجب شده است كه اتلاف انرژي زيادی در زمينه حرارتي و آكوستيكی پيرامون ساختمان ايجاد شود. تلاش هاي زیادي براي به کارگیري روش هاي موثر بر کاهش آلودگی صوتی و سر و صدا که یکی از مهمترین عوامل زیان آور محیط زیست است، صورت گرفته است. منسوجات بی بافت یکی از مناسبترین مواد براي کاربرد در جاذب هاي صدا می‌باشند. در این پژوهش تأثیر استفاده از الیاف و منسوجات براي تولید مواد جاذب و عایق صوت و عایق حرارت مورد بررسی قرار گرفته است. استفاده از الياف و پارچه در پانلهاي گچي به ميزان قابل توجهي ضريب هدايت حرارتي و عايق سازي صوتي را بهبود می‌بخشد.

 

کلمات کليدي: آلودگی صوتی، عایق صوتی، عایق حرارتي، آكوستيك، منسوجات

 

مقدمه

در سال هاي اخير، لزوم محاسبه ميزان مصرف و صرفه‌جويي در مصرف انرژي به عنوان يك ضرورت قطعي و چاره ناپذير مطرح می باشد. بخش ساختمان بيش از يك سوم انرژي مصرفي كشور را به خود اختصاص داده و اكثر ساختمان هاي كشور فاقد ضوابط فني شناخته شده براي جلوگيري از هدر رفتن انرژی می باشند. تغيير وضع موجود به سوي وضعیتی قابل قبول تلاش هماهنگ عظيمي مردم و مسئولين را می طلبد. عايق كاري حرارتی یا گرمابندی مناسب عناصر ساختمان و حفظ شرايط آسايش حرارتي براحتي و همراه با صرفه جويي در مصرف انرژي انجام مي گردد [1]. نفوذ نوفه ناشي از ترافيك زميني و هوايي در فضاي داخلي ساختمان ها ناشی از زندگي ماشيني امروزی در شهرهاي بزرگ، مشکلاتی را به وجود آورده است که برای محدود كردن نفوذ آن به ساختمان در حد قابل قبول بايستي تغييراتي در ساختمان هاي جديد نسبت به ساختمان هاي قديمي داده شود. بخصوص در ساخت ديوارها بايد از مصالحي استفاده گردد كه با حداقل وزن، حداكثر عایقبندی صوتی لازم را براي رسيدن به حد مجاز داشته باشند [2]. استفاده از برخی الیاف نساجی با محاسن گسترده از جمله؛ وزن مخصوص پايين، استحكام بالا، استحكام بالا، مقاومت سايشي خوب، مقاومت شيميايي، عدم لكه گيري، و از همه مهمتر عايق حرارتي و قيمت مناسب؛ در كلیه صنايع از جمله نساجي و همچنين توليد كفپوش هاي نساجي روبه رشد مي باشد [3].

یکی از روش های کاهش آلودگی در مهندسی آکوستیک، جذب صوت می باشد. مواد جاذب صدا، موادي هستند که انرژي امواج صدا را از طریق پدیده جذب کاهش می دهند. این مواد از طریق تبدیل انرژي صوت به سایر انرژي ها معمولا انرژي گرمایی، صدا را جذب می کنند. به طور کلی در هنگام برخورد امواج صدا با ماده سه حالت اتفاق می افتد:

1- قسمتی از امواج منعکس می شود.

2- قسمتی از امواج از ماده عبور می کند.

3- بخشی از امواج توسط ماده جذب می شود.

یکی از خصوصیات اصلی مواد جاذب صوت، ساختار متخلخل آنهاست. در واقع مواد براي اینکه بتوانند صدا را جذب کنند باید متخلخل باشند تا امواج صدا بتواند به راحتی داخل ماده حرکت کند. خیلی از مواد پر تراکم مانند فلزات قابلیت جذب صدا را دارند، اما قسمت اعظم صداي دریافتی را بازتاب کرده و با برگرداندن امواج صدا به محیط منجر به آلودگی محیط زیست می شوند و به دلیل داشتن وزن بالا و قیمت زیاد کاربرد زیادي در ساختمان و صنعت حمل و نقل ندارند. در مقایسه، الیاف نساجی و منسوجات با داشتن ساختار متخلخل به امواج صدا اجازه عبور از داخل خود را داده و به عنوان ماده جاذب صوت استفاده می شوند. امواج با ورود به داخل ماده، به الیاف اصابت کرده و آنها را به نوسان وا می دارد. پدیده نوسان میان الیاف باعث ایجاد اصطکاك شده و اصطکاك عامل تولید کننده گرماست. بنابراین هرچه ضخامت ماده بیشتر باشد، پدیده جذب بهتر انجام می شود [4].

 استفاده ازمواد نساجی براي کاهش آلودگی صوت نسبت به مواد رایج دیگر داراي دو مزیت عمده: وزن مخصوص کمتر و قیمت پایین تر است. مواد معدنی همچون شیشه، پشم سنگ یا آزبست می توانند به عنوان مواد جاذب صوت به کار روند اما به دلیل تاثیراتی که بر روي سلامتی انسان به جاي می گذارند، از این مواد استفاده چندانی نمی شود [5].

تحقیقات انجام شده

استفاده از الیاف مصنوعی به عنوان مواد جاذب صوت رو به افزایش است. طبق تحقیقات انجام شده بر روي خصوصیات الیاف، همچون جرم واحد سطح، نوع الیاف، مقاومت ویژه، تجعد و... الیاف پلی استر به عنوان بهترین نوع لیف شناخته شده است [6]. تحقیقات کمی در زمینه استفاده از ضایعات نساجی در مواد جاذب صوت صورت گرفته است. به هر حال بازدهی یک جاذب به ساختار متخلخل و ضخامت لایه تولیدي بستگی دارد خواه آن ماده براي اولین بار استفاده شده باشد، خواه ماده بازیافتی باشد. کارخانجات تولید کننده منسوجات بی بافت، ضایعات حاصله را اغلب می سوزانند یا دفن می کنند که این امر منجر به آلودگی و تخریب محیط زیست می شود. یکی از موارد مصرف این ضایعات، تولید مواد جاذب صوت می­باشد.

در یکی از تحقیقات صورت گرفته از ضایعات منسوجات بی بافت از جنس پلی پروپلین و پلی استر که در مکان هایی نظیر بیمارستان، راه آهن و... یافت می شود، براي تولید مواد جاذب صوت استفاده شده است. در این تحقیق از دو جنس مختلف بی بافت ( پلی استر و پلی پروپلین ) که بیشترین کاربرد را دارند و همچنین از الیاف پلی استر و پلی پروپلین و پارچه پلی استر استفاده شده است.  براي تهیه نمونه، منسوج مورد نظر به صورت مربع هایی خرد شده و بعد از برداشتن وزن معینی از هر منسوج، در نسبت مورد نظر مخلوط شده اند. سپس منسوج خرد شده در یک کاغذ آلومینیوم  بسته بندي شده و داخل قالب گذاشته شده است. این قالب به شکل دو صفحه ي آهنی است که پس از قرار دادن نمونه در وسط قالب، توسط پیچ دو صفحه را به هم محکم شده و براي رسیدن به ضخامت مورد نظر، قالب در دمای 230 °c  به مدت 25 دقیقه تحت فشار قرار میگیرد تا نمونه داخل آن فشرده شود. بعد از تهیه نمونه آن را داخل استنتر قرار می گیرد. در این تحقیق براي مقایسه میزان جذب نمونه ها از یک میکروفن، یک اسپیکر، رایانه استفاده شده است. ابتدا با استفاده از اسپیکر، نویز مشخصی تولید می شود، این نویز بعد از عبور از نمونه ها به میکروفن می رسد و سپس با استفاده از کامپیوتر، امواج صدا قابل مشاهده می باشد. می توان با مقایسه دسی بل نمونه ها، میزان جذب صوت آنها را با هم مقایسه کرد [7].

در تحقيقی به بررسي استفاده از الياف و پارچه هاي ضايعاتي پلي پروپيلن در پنل های گچی، جهت ارزیابي خصوصيات حرارتی و صوتی آنها پرداخته شده است. با استفاده از الياف پلي پروپيلن، پارچه بي بافت ازجنس پلي پروپيلن، گچ، آب، قالب هايي با شكل هاي هندسي و اندازه های مختلف (مكعب- مستطيل) و روغن نمونه ها ساخته شده اند. نمونه هاي حرارتي براساس دستگاه اندازه گيري ضريب هدايت حرارتي مطابق استاندارد ملي ايران شماره 8621 و همچنين نمونه های صوتی نیز بر اساس اندازه های مربوط به دستگاه موجود در مركز تحقيقات ساختمان و مسكن ساخته شده اند.

اصول كلي ساخت تمام نمونه هاي حرارتي و صوتي بدين گونه است كه، دوغابي متشكل از گچ و آب تهيه شده كه مقدار گچ به اندازه ي حجم قالب و آب مورد استفاده هشتاد درصد از وزن گچ مي باشد. گچ را از الک 600 ميكرون عبور داده تا از نظر اندازه يكنواخت باشد.  الياف و پارچه خردشده از جنس پلي پرو پيلن كه تحت عنوان عايق  با گچ مخلوط مي شوند، به ميزان يك سوم از حجم قالب وزن دارند.

براي خشك كردن نمونه ها از آون با دمای 80 درجه سانتيگراد استفاده و براي سرد شدن، نمونه ها بايد به مدت 24 ساعت در محيط قرار گيرند و در آخر نمونه ها را تحت آزمون تعيين ضر يب هد ايت حرارتي مطابق استاندارد در دماي مرجع 10 درجه ي سانتيگراد قرار می گیرند تا خصوصيات حرارتي آن اندازه  گیري شود. به منظور ارزيابي خصوصيات حرارتي و صوتي پانل هاي گچي حاوي الياف و پارچه هاي پلي پروپيلن، نتايج تجزيه و تحليل هاي آماري نشان مي دهد كه افزودن پلي پروپيلن در هر سه حالت آزمايش هاي صورت گرفته باعث بهبود ضريب هدايت حرارتی و مقاومت حرارتي مي گردد. نمونه هاي لايه اي داراي ضريب هدايت حرارتی 0835/0 وات بر متر در درجه سانتیگراد می باشند و اين مقدار بيانگر عايق حرارتي مطلوب مي باشد و ضريب هدايت حرارتي براي نمونه هاي مخلوط 238/0 وات بر متر در درجه سانتيگراد است يعني اين نوع از نمونه ها عايق كمتري در برابر حرارت مي باشند كه به دليل قرار گرفتن مقداري گچ در فواصلي از نمونه هاي مخلوط كه الياف وجود ندارد، مي باشد.

اما از نظر سهولت كار و يكنواختي بهتر نمونه هاي مخلوط بهتر از لايه اي ها مي باشند. بنابراين در مكان هايي كه ساختمان از نظر راحتي بيشتر مورد توجه است تا حرارتي، از نمونه هاي مخلوط و در مكان هايي كه خاصيت حرارتي و عايق بودن مدنظر است از نمونه هاي لايه اي استفاده مي شود. بر همين اساس شكل 1 رابطه ي ضريب هدايت حرارتي با مقاومت حرارتي را نشان مي دهد كه نمونه هاي لايه اي داراي ضريب هدايت حرارتي كمتر ولي مقاومت حرارتي بيشتر مي باشند كه اين نشان دهنده ي عايق حرارتي بهتر مي باشد در مقابل نمونه ي مادر عكس نمونه ي لايه اي است [8].

                                                    

 

 

 

                                                     شکل (1) نمودار تغييرات ضریب و مقاومت حرارتی  [8]

 

 نتيجه‌گيري

نتایج تحقیقات انجام گرفته بر ضريب هدايت حرارتي و شاخص كاهش صوت پانل هاي گچی با الیاف و منسوجات حاکی از آن است که درصد مخلوط و نحوه‌ي قرار دادن الياف و پارچه هاي پلي پروپيلن در عايق سازي صوتي و حرارتي موثر است. ارزيابي ضريب هدايت حرارت ي و شاخص كاهش صوت نشان مي دهد كه استفاده از الياف و پارچه هاي پلي پروپيلن در سازه هاي ساختماني، آنها را از نظر حرارتي و صو تي عايق مي كند.

آنالیز نمودارهاي حاصل از آزمایشات جذب صوت منسوجات بی بافت نشان می دهد که  افزایش ضخامت و تراکم، میزان جذب صوت را افزایش می دهد. افزایش وزن واحد متر مربع منسوج، جذب صوت را افزایش می دهد. استفاده از الیاف در مواد جاذب صوت کارایی بهتري نسبت به پارچه دارد. هرچه میزان ماده پرکننده  بیشتر باشد، میزان جذب صوت افزایش می یابد. در کل استفاده از منسوج بی بافت نسبت به پارچه و الیاف تفاوت چندانی ندارد اما با توجه به ارزان تر بودن ضایعات منسوجات بی بافت، استفاده از آن در مواد جاذب صوت بهینه می باشد.

مراجع

  1. هولمن جك فيليپ ، انتقال حرارت هولمن 1، حقيقتي تاجور حسن، اول، نشر نيما مشهد، (پائيز1364).
  2. هدايتي محمد جعفر، بررسي افت صوتي ديوارهاي سبك، اول، 13، (پائيز1376) .
  3. احمدزاده و همکاران، برگرفته از مقاله ي مقايسه ي نخ هاي توليدي از الياف پلي پروپيلن با سطوح مختلف. ارائه شده در ششمين كنفرانس ملي مهندس نساجي ايران، 18 تا 19 ارديبهشت 1386، دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مهندسي نساجي.
  4. Mevlat, T., acoustical properties of nonwoven fiber network structures, Clemson University، (may2005).
  5. Dodson, C.T.J., and Sampson, W.W., Modeling a Class of Stochastic Porous Media, Applied Mathematics Letters, 10(2), pp 87-89 ،(1977).
  6. Helen, E.K.O., Alava, M.J., Niskanen, K.j., porous structure of thick fiber webs, journal of Applied physics, 81, pp 6425-6440 ،(1997).
  7. مظفری، و، اسلامی، ح، پیوندی، پ، "تولید جاذب صوتی با استفاده از ضایعات منسوجات بی بافت"، هشتمین کنفرانس ملی مهندسی نساجی ایران، دانشگاه یزد، 73، (اردیبهشت 1391).
  8. بنی فاطمه، ا، و همکاران، بررسی تاثیر الیاف و پارچه پلی پروپیلن در عایق سازی مصالح ساختمانی، هشتمین کنفرانس ملی مهندسی نساجی ایران، دانشگاه یزد ، 67، (اردیبهشت 1391).

 

 

[1] Corresponding author: Ehsan Ghorbani

Email: این آدرس ایمیل توسط spambots حفاظت می شود. برای دیدن شما نیاز به جاوا اسکریپت دارید

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Rating 0.00 (0 Votes)