Pokročilé vlákenné materiály pro akustický výkon

Tao Yang, M.Eng.

Doctoral thesis

Advanced Fibrous Materials for Acoustic Performance

Abstract:

Cílem této práce bylo prozkoumat multifunkční vlastnosti vysocepevnostních kolmo kladených netkaných textilií, které mohou být použity k redukci hluku při stavebnictví a v automobilovém průmyslu. Práce představuje experimentální a numerické vyšetřování akustických vlastností rohoží kladených na sobě. Normální koeficient absorpce zvuku a povrchová impedance byly měřeny impedanční trubkou typu Brüel a Kj?r 4206. Ke studiu vhodného modelu pro rovné kladené netkané textilie bylo použito několik modelů odporového proudu vzduchu seskupených v teoretických i empirických kategoriích. Pro předpovědi akustických vlastností byly použity běžně používané impedanční modely jako modely Delany-Bazley, Miki, Garai-Pompoli a Komatsu. Naměřené a předpovězené hodnoty byly porovnány s výpočtem přesnosti stávajících modelů. Jeden jednoduchý model byl vyvinut pro rychlé získání odporového proudu vzduchu kolmých kladených netkaných textilií. Vzorky z netkaného materiálu byly provedeny dvěma různými výrobními technikami: vibracemi a rotačními kolíčky. Metoda tepelného lisování byla použita pro tvorbu vzorků s různou tloušťkou a plošnou hustotou. Tato studie určuje vliv různých strukturních charakteristik a výrobních technik na vlastnosti absorpce zvuku kolmo kladených netkaných textilií. Kompresní energie a zatížení stlačením kolmo kladených netkaných textilií byly provedeny univerzálním zkušebním strojem (TIRATEST 2300). Potenciální kompresní mechanismus netkané textilie byl identifikován s podporou kompresní křivky napětí-deformace, práce a účinnosti v různých kompresních stupních. Pásky s kolmými vrstvami mají zvláštní tepelnou a vzduchovou propustnost ve srovnání s tradičními netkanými nitěmi, které jsou způsobeny jejich orientací přes vlákna. Proto tato výzkumná práce také zkoumá vliv různých strukturálních parametrů rohože kladených netkaných textilií, jako je plošná hustota, pórovitost, tloušťka, na tepelné vlastnosti a propustnost vzduchu. Rovněž byly zkoumány potenciální vztahy mezi tepelným odporem, propustností pro vzduch a akustickými vlastnostmi. Aerogel má vysokou porovitost (> 90%), vysokou specifickou plochu, nízkou hmotnost a nízkou rychlost zvuku (až 90 m / s). Vzhledem k těmto vlastnostem mohou být aerogely použity v oblastech pohlcování a tepelné izolace. Tato diplomová práce taktéž zkoumala výkonnost absorpce zvuku vzduchových / polymerních netkaných textilií. Pro měření zvukové pohltivosti byly vybrány polyesterové / polyethylenové netkané textilie opatřené hydrofobním amorfním oxidem křemičitým. Koeficient absorpce zvuku (SAC) jednotlivých a vrstvených vrstev vzduchových netkaných textilií byl testován impedanční trubkou Brüel a Kj?r. K provádění všech statistických výsledků v této studii byl použit statistický analytický software Originlab 8.5 a Matlab_R2017a. Výsledky jsou významná a mohou být použity pro další studium v oblastech zvukového absorpčního chování vláknitých materiálů, aplikaci kolmo kladených netkaných textilií pro pro zpracování hluku v budovách a automobilových polích.

Abstract:

The objective of this thesis was to examine multi-functional properties of high-loft perpendicular-laid nonwoven fabrics which can be used to noise reduction application at building and automotive field. It presents an experimental and numerical investigation on acoustic properties of perpendicular-laid nonwoven fabrics. Normal sound absorption coefficient and surface impedance were measured by Brüel and Kj?r type 4206 impedance tube. Several airflow resistivity models grouped in theoretical and empirical categories were used to study the suitable model for perpendicular-laid nonwoven fabrics. The commonly used impedance models such as Delany-Bazley, Miki, Garai-Pompoli and Komatsu models were applied to predict the acoustic properties. The measured and predicted values were compared to figure out the accuracy of the existing models. One simple model was developed to rapidly obtain the airflow resistivity of perpendicular-laid nonwovens. Perpendicular-laid nonwoven samples were made by two different manufacturing techniques: vibration and rotating perpendicular lapper. Heat-pressing method was employed to form samples with varying thickness and areal density. This study determines the influence of different structural characteristics and manufacturing techniques on the sound absorption properties of perpendicular-laid nonwovens. The compression energy and compression load of perpendicular-laid nonwovens were carried out by using a universal testing machine (TIRATEST 2300). The potential compression mechanism of the nonwoven fabric was identified with support of the compression stress-strain curve, work done and efficiency at different compression stages. Perpendicular-laid nonwoven fabrics have special thermal and air permeability behavior compared with traditional cross-laid nonwovens due to their through-plane fiber orientation. Hence this research work also investigates the influence of different structural parameters of perpendicular-laid nonwoven fabrics, such as areal density, porosity, thickness, on thermal properties and air permeability. The potential relationships between thermal resistivity, air permeability and acoustic properties were also investigated. Aerogel have high porosity (>90%), a high specific surface area, light weight, and low sound velocity (down to 90m/s). Due to these characteristics, aerogels can be used in sound absorption and thermal insulation fields. Thus, this thesis also investigated sound absorption performance of aerogel/polymer nonwoven fabrics. Polyester/polyethylene nonwovens embedded with hydrophobic amorphous silica aerogel were chosen for sound absorption measurements. The sound absorption coefficient (SAC) of single and laminated layers of aerogel nonwovens blankets was tested by Brüel and Kj?r impedance tube. Statistical analysis software, Originlab 8.5 and Matlab_R2017a were used to conduct all the statistical results in this study. The findings are significant and can be used for further study in the areas of sound absorption behavior of fibrous materials, the application of perpendicular-laid nonwoven fabrics for the noise treatment application in building and automotive fields.

Keywords

netkané textilie, akustické vlastnosti, tepelný odpor, proudění vzduchu, stlačitelnost, impedanční modely

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 10. 2018

Thesis defence

• Supervisor: doc. Rajesh Mishra, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Textile Engineering

Doctoral programme / field:
Textile Engineering / Textile Technics and Materials Engineering