Акустический модуль на основе вторичного полиэтилентерефталата

Размещено на http://www.allbest.ru/

Акустический модуль на основе вторичного полиэтилентерефталата

Технические науки

Александрина А.Ю.

Предложена конструкция акустического модуля на основе ПЭТФ - флексов. Преимуществом предлагаемых акустических модулей является использование наполнителя, обладающего высокоэффективными звукопоглощающими свойствами при низкой плотности, крайне низкой гигроскопичности и низкой стоимости. Кроме того, применение указанных модулей решает задачу утилизации полимерных отходов - ПЭТ-бутылок.

Важнейшей экологической проблемой является предотвращение накопления полимерных отходов -- благодаря высокой стойкости к воздействию факторов естественной среды полимерные материалы не разлагаются в ней длительное время. Так, полиэтилентерефталат (ПЭТФ), ежегодный прирост мирового производства которого составляет около 5% (рисунок 1), не разлагается в природных условиях 80 лет.

Рисунок 1. Производство полиэтилентерефталата в мире [1]

Переработка полимерных отходов в качестве вторичных материальных ресурсов представляет собой один из видов рекуперации сырья (первичного сырья, водных и энергетических ресурсов), позволяющий одновременно свести к минимуму вредные выбросы в атмосферу, сбросы и водные объекты и на рельеф, а также любые воздействия на здоровье человека [2].

Рисунок 2. Производство бутылочного ПЭТ в РФ за период 2013-2016гг. [1]

В настоящее время разработаны технологии как механической, так и химической и термической переработки ПЭТФ, однако каждый из методов имеет существенные недостатки, ограничивающие эффективность рециклинга вторичного полиэтилентерефталата, а полученный этими методами вторичный ПЭТФ не соответствует техническим требованиям, обеспечивающим получение качественных конечных изделий.

Одним из перспективных направлений применения вторичного ПЭТФ является использование его для производства строительных и декоративных материалов.

В настоящей работе предлагается использовать ПЭТФ-флексы в качестве наполнителя для шумопоглощающей конструкции модульного типа. Преимуществом предлагаемых акустических модулей является использование практически бесплатного наполнителя, обладающего высокоэффективными звукопоглощающими свойствами при низкой плотности и крайне низкой гигроскопичности.

Целью работы является изучение возможности использования ПЭТ-отходов в качестве шумопоглощающего наполнения акустических модулей для облицовки. В соответствии с целью сформулированы следующие задачи:

разработать конструкцию акустического модуля для облицовки внутренних поверхностей помещения с целью снижения интенсивности отражения звуковых волн;

исследовать возможность использования ПЭТФ-флексов в качестве шумопоглощающего наполнителя акустического модуля.

Конструкция акустического модуля (рисунок 3) включает внешнюю звукопрозрачную оболочку, образующую замкнутую емкость, полость которой заполнена ПЭТФ-флексами.

Рисунок 3. Схема акустического модуля (1 -- звукопрозрачный перфорированный или перфорированный декоративный каркас, 2 -- звукопрозрачная пленочная футеровка, 3 -- ПЭТФ-флексы, 4 -крепление, 5 -ограждение)

Внешняя звукопрозрачная оболочка 1 выполнена из сплошного слоя листового полимерного материала, перфорированного сквозными отверстиями. Диаметр и шаг отверстий перфорации внешнего звукопроницаемого каркаса выбирается исходя из необходимости одновременного выполнения требований приемлемой звукопроницаемости, сохранения высоких технологических и эксплуатационных свойств, а также декоративности модуля.

Согласно ГОСТ 23499-2009 [3] звукопроницаемый перфорированный каркас 1 должен быть защищен защитной оболочкой 2, препятствующей попаданию пылевидных частиц звукопоглощающего материала в окружающую среду.

Звукопоглощающий наполнитель, находящийся в замкнутой полости звукопроницаемого каркаса, представлен обособленными дроблеными элементами -- ПЭТФ-флексами, произведенными из утилизируемых отходов (ПЭТ-бутылок) путем механического измельчения. ПЭТФ -- флексы в качестве наполнителя акустических моделей не требуют сортировки по цветам и отделение от других полимерных отходов, что существенно снижает затраты на его изготовление наполнителя модуля и, следовательно, модуля в целом.

При этом объем каждого из обособленных дробленых звукопоглощающих фрагментов находится в диапазоне 3,4*10-7…1,1*10-6м3, а плотность заполнения ими замкнутой полости, образованной внешним звукопроницаемым перфорированным каркасом, составляет с=260-400кг/м3.

Также могут использоваться смеси задаваемых в определенных пропорциях сочетаний различных фракций ПЭТФ-хлопьев, что позволит направленно управлять целевыми свойствами (акустическими, весовыми, плотностными) шумопоглощающего наполнителя модуля.

При падении звуковых волн на звукопоглощающие материалы и конструкции значительная часть звуковой энергии поглощается, а меньшая часть -- отражается. Процесс поглощения звука происходит за счет перехода энергии колеблющихся частиц воздуха в теплоту вследствие потерь на трение в порах материала.

Для оценки эффективности звукопоглощающего модуля на основе ПЭТФ-флексов были подготовлены образцы суммарной толщиной 10 мм: пластиковый перфорированный звукопроницаемый контейнер набивали смесью ПЭТФ-хлопьев, степенью набивки регулируя плотность шумопоглощающего слоя.

Оценка эффективности модуля произведена на установке, приведенной на рисунке 4; в качестве измерительного прибора использован шумомер LSM-20. В качестве показателя эффективности принято абсолютное снижение уровня звукового давления в различных октавных частотах при использовании перегородки -- выше описанного образца.

Рисунок 4. Установка для оценки эффективности шумопоглощающих свойств материалов

В таблице 1 и рисунке 5 приведены абсолютные значения, характеризующие снижение шума для трех групп образцов. Во всех октавных частотах наибольше снижение шума продемонстрировал образец с плотностью 280-320 кг/м3, что можно объяснить следующим обстоятельством: для эффективного звукопоглощения материал должен обладать пористой структурой, причем поры должны быть открыты со стороны падения звука, кроме того, поры должны соединяться между собой, чтобы не препятствовать проникновению звуковой волны в толщу материала.

Таблица 1. Снижение шума в различных октавных частотах, дБ

Рисунок 5. Снижение уровня звукового давления в различных октавных частотах, дБ

шумопоглощающий частота давление

График на рисунке 6 позволяет произвести сравнительную оценку эффективности звукопоглощения различных материалов в октавных частотах: очевидно, что шумопоглощающие свойства перегородки из ПЭТФ-флексов сопоставимы с таковыми у фанеры, однако кривая имеет более плавное изменение по октавным частотам; при этом у ПЭТФ-флексов преимущества в виде низкой плотности и стоимости. Что касается перегородки из пенополистирола, то она проигрывает по звукопоглощению ПЭТФ-флексам во всем контролируемом диапазоне звуковых частот 63 -- 8000 Гц на фоне сопоставимой плотности.

Рисунок 6. Сравнительная оценка эффективности звукопоглощения различных материалов в октавных частотах

Выводы

Предложена конструкция акустического модуля на основе ПЭТФ-флексов. Преимуществом предлагаемых акустических модулей является использование наполнителя, обладающего высокоэффективными звукопоглощающими свойствами при низкой плотности, крайне низкой гигроскопичности и низкой стоимости.

Применение указанных модулей не только существенно улучшает акустический комфорт в широком частотном диапазоне в производственных и общественных зданиях и не требует существенных материальных и трудовых затрат, но и решает задачу утилизации полимерных отходов -- ПЭТ-бутылок.

Проведено сравнительное исследование шумопоглощающих свойств образцов из ПЭТФ-хлопьев, пенополистирола, фанеры. Показаны преимущества ПЭТФ-хлопьев.

Список литературы

1. Перспективные направления переработки вторичного ПЭТФ: Материалы Тринадцатой Международной конференции ПЭТФ-2017. -[Электронный ресурс]. - Режим доступа: arpet.ru/wp-content/uploads/2017.

2. ГОСТ Р 57057-2016 «Ресурсосбережение. Обращение с отходами. Характеристики вторичных полиэтилентерефталатов».

3. ГОСТ 23499-2009 Материалы и изделия звукоизоляционные и звукопоглощающие строительные. Общие технические условия.

Размещено на Allbest.ru