بررسی رفتار جذب صوت و میزان زبری سطح دیواره های سلولی فوم های منعطف پلی یورتان

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، دانشکده مهندسی پلیمر و رنگ، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

2 استادیار، پژوهشکده رنگ و پلیمر، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

در این مطالعه، ارتباط بین جذب صوت و میزان زبری سطح دیواره‌های سلولی فوم‌های پلی‌یورتان منعطف بررسی شد. فوم‌های پلی‌یورتان با استفاده از متیلن دی‌فنیل دی‌ایزوسیانات، پلی‌استرهای خطی اشباع آلیفاتیک سنتز شده از الکل‌های چند عاملی و دی‌اسید مختلف و مواد افزودنی دیگر تهیه شدند. همچنین محتوای آب و شاخص ایزوسیانات آنها به ترتیب بر روی 5 درصد و 110 تنظیم شد. رفتار جذب صوت این فوم‌ها و میزان زبری سطح دیواره‌ی سلولی آنها به ترتیب با استفاده از دستگاه تیوپ امپدانس و میکروسکوپ نیروی اتمی بررسی و خواص فیزیکی فوم‌ها مانند چگالی و محتوای سلول باز نیز اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد که با افزایش میزان زبری سطح از 58/69 تا 9/172 نانومتر ناشی از افزایش میزان جدایش میکروفازی، عملکرد جذب صوت فوم‌ها تا 07/43% به دلیل افزایش میزان بازتاب، انتشار و جذب امواج صوتی افزایش داشته است؛ به‌طوری‌که بیشینه ضریب جذب صوت و مساحت زیر سطح نمودار جذب صوت به ترتیب به 98/ و 3300 هرتز رسیدند. به این ترتیب مشخص شد که فوم-های پلی‌یورتان با میزان زبری سطح در حدود 170-180 نانومتر می‌تواند به عنوان یک جاذب صوت عمل کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] J. G. Gwon, S. K. Kim, J. H. Kim, Sound absorption behavior of flexible polyurethane foams with distinct cellular structures, Mater. Des. 89 (2016) 448–454.

[2] K. Gao, J. A. W. van Dommelen, M. G. D. Geers, Investigation of the effects of the microstructure on the sound absorption performance of polymer foams using a computational homogenization approach, A/Solids, Eur. J. Mech. 61 (2017) 330–344.

[3] A. E. Tiuca, H. Vermeşana, T. Gabora, O. Vasileb, Improved sound absorption properties of polyurethane foam mixed with textile waste, Energy Procedia 85 (2016) 559–565.

[4] G. Sung, J. H. Kim, Effect of high molecular weight isocyanate contents on manufacturing polyurethane foams for improved sound absorption coefficient, Korean J. Chem. Eng. 34 (2017) 1222–1228.

[5] L. N. Shafigullin, S. Yu. Yurasov, G. R. Shayakhmetova, A. N. Shafigullina, E. D. Zharin, Sound-absorbing polyurethane foam for the auto industry, Russ. Eng. Res. 37 (2017) 372–374.

[6] J. H. Park, K. S. Minn, H. R. Lee, S. H. Yang, Ch. B. Yu, S. Y. Pak, Ch. S. Oh, Y. S. Song, Y. J. Kang, J. R. Youn, Cell openness manipulation of low-density polyurethane foam for efficient sound absorption, J. Sound Vib. 406 (2017) 224–236.

[7] G. Sung, S. K. Kim, J. W. Kim, J. H. Kim, Effect of isocyanate molecular structures in fabricating flexible polyurethane foams on sound absorption behavior, Polym. Test. 53 (2016) 156–164.

[8] J. G. Gwon, S. K. Kim, J. H. Kim, Development of cell morphologies in manufacturing flexible polyurethane urea foams as sound absorption materials, J. Porous Mater. 23 (2016) 465–473.

[9] P. Cinelli, I. Anguillesi, A. Lazzeri, Green synthesis of flexible polyurethane foams from liquefied lignin, Eur. Polym. J. 49 (2013) 1174-1184.

[10] Zh. Lana, A. R. Daga, R. White house, S. Mc Carthy, Structure–properties relations in flexible polyurethane foams containing a novel bio-based crosslinker, Polym. 55 (2014) 2635-2644.

[11] D. Simón, A.de Lucas, J. F. Rodríguez, A. M. Borreguero, Glycolysis of high resilience flexible polyurethane foams containing polyurethane dispersion polyol, Polym. Degrad. Stab. 133 (2016) 119-130.

[12] M. Oliviero, L. Verdolotti, M. Stanzione, M. Lavorgna, S. Iannace, M. Tarello, A. Sorrentino, Bio-based flexible polyurethane foams derived from succinic polyol: Mechanical and acoustic performances, Appl. Polym. 134, (2017) 45113.

[13] J. P. Arenas, F. Ugarte, A note on a circular panel sound absorber with an elastic boundary condition, Appl. Ac. 114 (2016) 10-17.

[14] A. A. Mahmoud, E. A. Ader Nasr, A. A. Hamed Maamoun, The influence of polyurethane foam on the insulation characteristics of mortar pastes, J. Miner. Mater. Charact. Eng. 5 (2017) 49-61.

[15] Y. Ch. Chuang, T. T. Li, Ch. H. Huang, Ch. L. Huang, Ch. W. Lou, Y. Sh. Chen, J. H. Lin, Protective rigid fiber-reinforced polyurethane foam composite boards: Sound absorption, drop-weight impact and mechanical properties, Fiber. Polym. 17 (2016) 2116–2123.

[16] H. A., B. Abbès, F. Abbès, Y. Li, Y. Q. Guo, Prediction of acoustic properties of polyurethane foams from the macroscopic numerical simulation of foaming process, Appl. Ac. 120 (2017) 129–136.

[17] N. Gama, R. Silva, A. P.O. Carvalhoc Artur Ferreirad, A. Barros-Timmons, Sound absorption properties of polyurethane foams derived from crude glycerol and liquefied coffee grounds polyol, Polym. Test. 62 (2017) 13–22.

[18] G. K. O. D'Amore, M. Caniato, A. Travan, G. Turco, L. Marsich, A. Ferluga, Ch. Schmid, Innovative thermal and acoustic insulation foam from recycled waste glass powder, J. Clean. Prod. 165 (2017) 1306–1315.

[19] G. Sung, J. H. Kim, Influence of filler surface characteristics on morphological, physical, acoustic properties of polyurethane composite foams filled with inorganic fillers, Compos. Sci. Tech. 146 (2017) 147–154.

[20] A. Hasani Baferani, A.A. Katbab, A.R. Ohadi, The role of sonication time upon acoustic wave absorption efficiency, microstructure, and viscoelastic behavior of flexible polyurethane/CNT nanocomposite foam, Eur. Polym. J. 90 (2017) 383-391.

[21] R. Verdejo, R. Stämpfli, M. Alvarez-Lainez, S. Mourad, M. A. Rodriguez-Perez, P. A. Brühwiler, M. Shaffer, Enhanced acoustic damping in flexible polyurethane foams filled with carbon nanotubes, Compos. Sci. Tech. 69 (2009) 1564-1569.

[22] X. H. Yang, S. W. Ren, W. B. Wang, X. Liu, F. X. Xin, T. J. Lu, A simplistic unit cell model for sound absorption of cellular foams with fully/semi-open-cells, Compos. Sci. Tech. 118 (2015) 276-283.

[23] H. Zhou, B. Li, G. Huang, Sound absorption characteristics of polymer microparticles, Appl. Polym. 101 (2006) 2675–2679.

[24] G. Sunga, J. W. Kim, J. H. Kima, Fabrication of polyurethane composite foams with magnesium hydroxide filler for improved sound absorption, J. Ind. Eng. Chem. 44 (2016) 99–104.

[25] J.T. Garrett, R. Xu, J. Cho, J. Runt, Phase separation of diamine chain-extended poly (urethane) copolymers: FT-IR spectroscopy and phase transitions, Polym. 44 (2003) 2711–2719.

[26] L. Ning, W. De-Ning, Y. Sheng-Kang, Crystallinity and hydrogen bonding of hard segments in segmented poly (urethane-urea) copolymers, Polym.37 (1996) 3577–3583.

[27] A.M. Heintz, D.J. Duffy, C.M. Nelson, Y. Hua, S.L. Hsu, W. Suen, C.W. Paul, A spectroscopic analysis of the phase evolution in polyurethane foams, Macromol. 38 (2005) 9192–9199.

[28] L. Ning, W. De-Ning, Y. Sheng-Kang, Hydrogen-bonding properties of segmented polyether poly (urethane-urea) copolymer, Macromol. 30 (1997) 4405–4409.

[29] L. Ugarte, A. Saralegi, R. Fern andez, L. Martín, M. Corcuera, A. Eceiza, Flexible polyurethane foams based on 100% renewably sourced polyols, Ind. Crop. Prod. 62 (2014) 545–551.

[30] H. Xia, M. Song, Z. Zhang, M. Richardson, Microphase separation, stress relaxation, and creep behavior of polyurethane nanocomposites, J. Appl. Polym. Sci. 103 (2007) 2992–3002.