بررسی تأثیر الیاف و منسوجات بر عایق سازی حرارتی و صوتی

احسان قربانی,[۱] *، پرهام سلطانی۲،محمد قانع۳

۱- دانشجوی دکتری، دانشگاه صنعتی اصفهان

۲- استادیار و عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی اصفهان

۳- دانشیار و عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی اصفهان

دانشگاه صنعتی اصفهان، ایران ۸۴۱۵۶-۸۳۱۱۱

چکیده

عدم توجه به مسائل حرارتی و آکوستیکی در ساخت و ساز ساختمان ها موجب شده است که اتلاف انرژی زیادی در زمینه حرارتی و آکوستیکی پیرامون ساختمان ایجاد شود. تلاش های زیادی برای به کارگیری روش های 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 برای کاربرد در جاذب های صدا می‌باشند. در این پژوهش تأثیر استفاده از الیاف و منسوجات برای تولید مواد جاذب و عایق صوت و عایق حرارت مورد بررسی قرار گرفته است. استفاده از الیاف و پارچه در پانلهای گچی به میزان قابل توجهی ضریب هدایت حرارتی و عایق سازی صوتی را بهبود می‌بخشد.

کلمات کلیدی: آلودگی صوتی، عایق صوتی، عایق حرارتی، آکوستیک، منسوجات

مقدمه

در سال های اخیر، لزوم محاسبه میزان مصرف و صرفه‌جویی در مصرف انرژی به عنوان یک ضرورت قطعی و چاره ناپذیر مطرح می باشد. بخش ساختمان بیش از یک سوم انرژی مصرفی کشور را به خود اختصاص داده و اکثر ساختمان های کشور فاقد ضوابط فنی شناخته شده برای جلوگیری از هدر رفتن انرژی می باشند. تغییر وضع موجود به سوی وضعیتی قابل قبول تلاش هماهنگ عظیمی مردم و مسئولین را می طلبد. عایق کاری حرارتی یا گرمابندی مناسب عناصر ساختمان و حفظ شرایط آسایش حرارتی براحتی و همراه با صرفه جویی در مصرف انرژی انجام می گردد [۱]. نفوذ نوفه ناشی از ترافیک زمینی و هوایی در فضای داخلی ساختمان ها ناشی از زندگی ماشینی امروزی در شهرهای بزرگ، مشکلاتی را به وجود آورده است که برای محدود کردن نفوذ آن به ساختمان در حد قابل قبول بایستی تغییراتی در ساختمان های جدید نسبت به ساختمان های قدیمی داده شود. بخصوص در ساخت دیوارها باید از مصالحی استفاده گردد که با حداقل وزن، حداکثر عایقبندی صوتی لازم را برای رسیدن به حد مجاز داشته باشند [۲]. استفاده از برخی الیاف نساجی با محاسن گسترده از جمله؛ وزن مخصوص پایین، استحکام بالا، استحکام بالا، مقاومت سایشی خوب، مقاومت شیمیایی، عدم لکه گیری، و از همه مهمتر عایق حرارتی و قیمت مناسب؛ در کلیه صنایع از جمله نساجی و همچنین تولید کفپوش های نساجی روبه رشد می باشد [۳].

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

۱- قسمتی از امواج منعکس می شود.

۲- قسمتی از امواج از ماده عبور می کند.

۳- بخشی از امواج توسط ماده جذب می شود.

یکی از خصوصیات اصلی مواد جاذب صوت، ساختار متخلخل آنهاست. در واقع مواد برای 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 صدای 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 زیادی 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 اصطکاک شده و اصطکاک عامل تولید کننده گرماست. بنابراین هرچه ضخامت ماده بیشتر باشد، پدیده جذب بهتر انجام می شود [۴].

استفاده ازمواد نساجی برای کاهش آلودگی صوت نسبت به مواد رایج دیگر دارای 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 روی سلامتی انسان به جای می گذارند، از این مواد استفاده چندانی نمی شود [۵].

تحقیقات انجام شده

استفاده از الیاف مصنوعی به عنوان مواد جاذب صوت رو به افزایش است. طبق تحقیقات انجام شده بر روی خصوصیات الیاف، همچون جرم واحد سطح، نوع الیاف، مقاومت ویژه، تجعد و… الیاف پلی استر به عنوان بهترین نوع لیف شناخته شده است [۶]. 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 تولیدی بستگی دارد خواه آن ماده برای 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، برای 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. برای 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 بندی شده و داخل قالب گذاشته شده است. این قالب به شکل دو صفحه ی آهنی است که پس از قرار دادن نمونه در وسط قالب، توسط پیچ دو صفحه را به هم محکم شده و برای رسیدن به ضخامت مورد نظر، قالب در دمای ۲۳۰ °c به مدت ۲۵ 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 برای 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 [۷].

در تحقیقی به بررسی استفاده از الیاف و پارچه های ضایعاتی پلی پروپیلن در پنل های گچی، جهت ارزیابی خصوصیات حرارتی و صوتی آنها پرداخته شده است. با استفاده از الیاف پلی پروپیلن، پارچه بی بافت ازجنس پلی پروپیلن، گچ، آب، قالب هایی با شکل های هندسی و اندازه های مختلف (مکعب- مستطیل) و روغن نمونه ها ساخته شده اند. نمونه های حرارتی براساس دستگاه اندازه گیری ضریب هدایت حرارتی مطابق استاندارد ملی ایران شماره ۸۶۲۱ و همچنین نمونه های صوتی نیز بر اساس اندازه های مربوط به دستگاه موجود در مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن ساخته شده اند.

اصول کلی ساخت تمام نمونه های حرارتی و صوتی بدین گونه است که، دوغابی متشکل از گچ و آب تهیه شده که مقدار گچ به اندازه ی حجم قالب و آب مورد استفاده هشتاد درصد از وزن گچ می باشد. گچ را از الک ۶۰۰ میکرون عبور داده تا از نظر اندازه یکنواخت باشد. الیاف و پارچه خردشده از جنس پلی پرو پیلن که تحت عنوان عایق با گچ مخلوط می شوند، به میزان یک سوم از حجم قالب وزن دارند.

برای خشک کردن نمونه ها از آون با دمای ۸۰ درجه سانتیگراد استفاده و برای سرد شدن، نمونه ها باید به مدت ۲۴ ساعت در محیط قرار گیرند و در آخر نمونه ها را تحت آزمون تعیین ضر یب هد ایت حرارتی مطابق استاندارد در دمای مرجع ۱۰ درجه ی سانتیگراد قرار می گیرند تا خصوصیات حرارتی آن اندازه گیری شود. به منظور ارزیابی خصوصیات حرارتی و صوتی پانل های گچی حاوی الیاف و پارچه های پلی پروپیلن، نتایج تجزیه و تحلیل های آماری نشان می دهد که افزودن پلی پروپیلن در هر سه حالت آزمایش های صورت گرفته باعث بهبود ضریب هدایت حرارتی و مقاومت حرارتی می گردد. نمونه های لایه ای دارای ضریب هدایت حرارتی ۰۸۳۵/۰ وات بر متر در درجه سانتیگراد می باشند و این مقدار بیانگر عایق حرارتی مطلوب می باشد و ضریب هدایت حرارتی برای نمونه های مخلوط ۲۳۸/۰ وات بر متر در درجه سانتیگراد است یعنی این نوع از نمونه ها عایق کمتری در برابر حرارت می باشند که به دلیل قرار گرفتن مقداری گچ در فواصلی از نمونه های مخلوط که الیاف وجود ندارد، می باشد.

اما از نظر سهولت کار و یکنواختی بهتر نمونه های مخلوط بهتر از لایه ای ها می باشند. بنابراین در مکان هایی که ساختمان از نظر راحتی بیشتر مورد توجه است تا حرارتی، از نمونه های مخلوط و در مکان هایی که خاصیت حرارتی و عایق بودن مدنظر است از نمونه های لایه ای استفاده می شود. بر همین اساس شکل ۱ رابطه ی ضریب هدایت حرارتی با مقاومت حرارتی را نشان می دهد که نمونه های لایه ای دارای ضریب هدایت حرارتی کمتر ولی مقاومت حرارتی بیشتر می باشند که این نشان دهنده ی عایق حرارتی بهتر می باشد در مقابل نمونه ی مادر عکس نمونه ی لایه ای است [۸].

شکل (۱) نمودار تغییرات ضریب و مقاومت حرارتی [۸]

نتیجه‌گیری

نتایج تحقیقات انجام گرفته بر ضریب هدایت حرارتی و شاخص کاهش صوت پانل های گچی با الیاف و منسوجات حاکی از آن است که درصد مخلوط و نحوه‌ی قرار دادن الیاف و پارچه های پلی پروپیلن در عایق سازی صوتی و حرارتی موثر است. ارزیابی ضریب هدایت حرارت ی و شاخص کاهش صوت نشان می دهد که استفاده از الیاف و پارچه های پلی پروپیلن در سازه های ساختمانی، آنها را از نظر حرارتی و صو تی عایق می کند.

آنالیز نمودارهای 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 بهتری 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

هولمن جک فیلیپ ، انتقال حرارت هولمن ۱، حقیقتی تاجور حسن، اول، نشر نیما مشهد، (پائیز۱۳۶۴).
هدایتی محمد جعفر، بررسی افت صوتی دیوارهای سبک، اول، ۱۳، (پائیز۱۳۷۶) .
احمدزاده و همکاران، برگرفته از مقاله ی مقایسه ی نخ های تولیدی از الیاف پلی پروپیلن با سطوح مختلف. ارائه شده در ششمین کنفرانس ملی مهندس نساجی ایران، ۱۸ تا ۱۹ اردیبهشت ۱۳۸۶، دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده مهندسی نساجی.
Mevlat, T., acoustical properties of nonwoven fiber network structures, Clemson University، (may2005).
Dodson, C.T.J., and Sampson, W.W., Modeling a Class of Stochastic Porous Media, Applied Mathematics Letters, 10(2), pp 87-89 ،(۱۹۷۷).
Helen, E.K.O., Alava, M.J., Niskanen, K.j., porous structure of thick fiber webs, journal of Applied physics, 81, pp 6425-6440 ،(۱۹۹۷).
مظفری، و، اسلامی، ح، پیوندی، پ، “تولید جاذب صوتی با استفاده از ضایعات منسوجات بی بافت”، هشتمین کنفرانس ملی مهندسی نساجی ایران، دانشگاه یزد، ۷۳، (اردیبهشت ۱۳۹۱).
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 ، ۶۷، (اردیبهشت ۱۳۹۱).

[۱] Corresponding author: Ehsan Ghorbani

Email: Ehsan.Ghorbani@tx.iut.ac.ir

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

تمایل دارید در گفتگو شرکت کنید؟
نظری بدهید!

دیدگاهتان را بنویسید

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