Examination of acoustic properties of polymer coated nonwoven textiles
Polimer kaplı dokusuz tekstillerin akustik özelliklerinin incelenmesi
- Tez No: 1010262
- Danışmanlar: DOÇ. DR. İKİLEM GÖCEK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği, Textile and Textile Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yenilikçi Teknik Tekstiller Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Dokusuz tekstiller günümüzde pek çok farklı alanda kullanım yeri bulmaktadır. Otomotiv endüstrisinde döşemelik malzemeler, sağlık sektöründe cerrahi maskeler ve steril giysiler, ambalaj sektöründe paketleme malzemeleri gibi birçok alanda kullanım potansiyeline sahiptirler. Dokusuz tekstiller, kumaş ya da liflerin dokunarak birbirine bağlanması yerine, farklı bağlama veya bağlama yöntemleri olmadan üretilen tekstil malzemeleridir. Dokusuz tekstiller, genellikle liflerin termal, mekanik veya kimyasal yöntemlerle birleştirilmesiyle elde edilir. Dokusuz tekstiller, dokuma veya örme gibi geleneksel tekstil üretim yöntemlerine kıyasla daha hızlı bir üretim sürecine sahiptir. Bu, seri üretimde ve acil taleplerin karşılanmasında büyük bir avantaj sağlar. Ayrıca dokusuz tekstillerin üretimi genellikle daha az işçilik ve enerji gerektirir. Bu da maliyetleri düşürür ve daha ekonomik bir seçenek sunar. Otomotiv sektörü dokusuz yüzeylerden faydalanılan önemli bir alanı oluşturmaktadır. Otomotiv sektöründe kullanılan tekstillerden beklenen temel gerekliliklerden biri akustik performanstır. Araç sürüş esnasında süspansiyon sistemi, motor ve güç aktarma organları, aerodinamik kaynaklar, lastik ve yol sesi, ve diğer ses-titreşim kaynakları araç üzerinde yolcu ve sürücüleri etkileyen akustik kaynaklar olarak bilinmektedir. Otomotiv sektörü için geliştirilen malzemelerden akustik performans beklenmektedir. Akustik performans terimi ses yutumu ve ses izolasyonunu kapsamaktadır. Akustik sesi inceleyen bilim dalıdır. Buna göre ses bir enerjidir. Titreşimler sonucunda ses dalgaları oluştur. Ses kaynağından yayılan ses dalgaları bir yüzey ile karşılaştığında farklı şekillerde etkileşime girebilir. Bunlardan biri sesin yüzey tarafından yutulmasıdır. Ses yutumu, ses yansımasının aksine sesin yüzey içerisinde bir kısım enerjisini kaybetmesidir. Ses izolasyonu terimi ise ses iletim kaybı ile ilgilidir, bir yüzeyden geçiş yapan ses dalgasının ikinci ortama ne kadar enerji ile geçtiğini ifade eder. Ses izolasyonu bir ortamdan diğer ortama ses geçişinin minimum olmasını amaçlar. Ses yutumu ise malzemenin ortamdaki ses enerjisini maksimum oranda yutmasını amaçlar. Bir malzemenin akustik özelliklerini yorumlamada önemli parametrelerin başında frekans aralığı gelir. Frekans ses dalgasının birim zamandaki titreşim hareketi olup malzemenin davranışı frekans aralığına göre değişkenlik gösterebilir. Dolayısıyla akustik performans incelemesi yapılırken maruz kalınacak ses frekans aralığını da dikkat almak önem arz etmektedir. 500-2000 Hz arası orta frekans olarak sınıflandırılırken, 500 Hz'in altındaki frekanslar düşük frekans, 2000 Hz'in üzeri ise yüksek frekans aralığı olarak kabul edilir. Araç içerisindeki ses kaynaklarından farklı frekans aralığında ses dalgalarının yayılması mümkündür. Dolayısıyla otomotiv tekstillerinde tüm frekanslarda üstün akustik performans sergilemesi amaçlanır. Dokusuz tekstiller ses yutumu anlamında frekans ile doğru orantılı bir davranış gösterirler. Yani frekans arttıkça ses yutumu iyileşir ancak düşük frekanslarda ses yutum özelliği yeterince iyi değildir. Ses yutum özelliğinin değerlendirmesi ses yutum katsayısı ile yapılmaktadır. Ses yutum kat sayısı 0-1 arasında bir katsayı olup, değer 1'e yaklaştıkça ses yutum özelliğinin iyileştiği anlamına gelmektedir. Dokusuz tekstiller gözenekli yapılarından dolayı ses yutum özelliğine sahiptirler ve ses yutumu için ihtiyaç duyulan alanlarda kullanılmaktadırlar. Ancak dokusuz yüzeylerde gözenekli yapı sesin bir ortamdan diğer ortama geçişini artıran bir etkendir. Dolayısıyla ses izolasyonu anlamında dokusuz tekstiller doğru bir tercih değildir. Ses izolasyon özelliği, ses iletim kaybı değeri ile ölçülmektedir, birimi desibeldir. Buna göre mevcut durumda dokusuz tekstillerin düşük frekanslarda ses yutum özelliğinin iyileştirilmesi, genel olarak ise ses izolasyonu özelliğinin iyileştirilmesi teknik bir ihtiyaçtır. Bu tez çalışması bu ihtiyaca katkı sunmayı amaçlamaktadır. Tez çalışması otomotiv sektöründe özellikle taban halısı veya bagaj halısı olarak kullanılabilecek polimerik kaplı dokusuz tekstillerin akustik performansının iyileştirilmesi üzerinedir. Bu amaç doğrultusunda, aşağıdaki gibi bir yol haritası takip edilerek çalışma tamamlanmıştır; Öncelikle farklı gramajlarda dokusuz tekstiller test edilerek optimum gramaj belirlenmiştir. Gramaj tabiri, birim alandaki kütleyi ifade etmekte olup dokusuz tekstilin kalınlığı ile ilişkilidir. Sonraki adımda seçilen gramajda (kalınlıkta) dokusuz tekstil üzerine iki farklı türde ve iki farklı gramajda polimerik kaplama uygulanarak polimerik kaplamanın türüne ve kalınlığına bağlı akustik performans davranışı izlenmiştir. Polimerik kaplamalı numunelerde, numunenin hangi tarafının akustik performans için etkili olduğunu görebilmek adına numuneler ön yüzü ve arka yüzü çevrilerek iki kez test edilmiştir. Seçilen polimerik kaplama ve gramajına (kalınlığına) göre kaplamada farklı türde dolgular kullanılarak üstün akustik performans için dolgu türü seçilmiş ve nihayetinde seçilen dolgu türleri farklı oranlarda kaplama içerisine katılarak, dolgunun dozajının akustik performansta yarattığı etki değerlendirilmiştir. İlk adımda dokusuz tekstil için optimum gramaj belirlemeye yönelik test edilen numuneler 120, 220, 300 ve 400 gsm ağırlıklarında PET (polietilen tereftalat) liflerinden mamul dokusuz tekstiller olmuştur. Söz konusu yüzeyler tarak-iğneleme yöntemi ile Hassan Tekstil Sanayi ve Ticaret A.Ş.'nin tesislerinde üretilmiştir. PET liflerinin tercih edilmesi otomotiv tekstillerinde ağırlıklı kullanılan liflerden olmasıdır. İkinci adımda farklı türde polimerik kaplamalar ile yapılan denemelerde tercih edilen polimerler polipropilen ve polietilen olmuştur. Her iki polimer 400 ve 800 gsm gramajlarında denenmiştir. Polimerlerin dokusuz tekstiller üzerine uygulaması ekstrüzyon kaplama tekniği kullanılarak olmuştur. Numunelerin sadece bir tarafına ektstrüzyon tekniği ile polimerik kaplama yapılmıştır. Polimerik kaplamalı numunelerin üretimi Hassan Tekstil Sanayi ve Ticaret A.Ş'nin tesislerinde gerçekleştirilmiştir. Üçüncü adımda polimerik kaplamada farklı dolgu türleri kullanılarak örnekler hazırlanmış olup, kullanılan dolgular ponza, barit, dolomit, kalsit ve talk mineralleri olmuştur. Bu adımda söz konusu dolgular polimerik kaplama içerisine %30'luk sabit bir oranda katılmıştır. Son aşamada seçilen dolgu türleri, %25.5 ve %18 oranlarında katılarak ayrıca test edilmiş olup böylece dolgu miktarının etkisi incelenmiş ve optimum miktara ulaşılmıştır. Akustik performans incelemesi ses yutum katsayısı ve ses iletim kaybı testleri üzerinden yapılmıştır. Ölçüm metodu olarak empedans tüpü yöntemi kullanılmıştır. Ses yutum katsayısı testi iki mikrofonlu düzenekte gerçekleşmiştir. Büyük tüp ve küçük tüp için numuneler ayrı ayrı hazırlanmış ve test edilmiştir. Büyük tüp ve küçük tüp ölçümleri yazılım yardımıyla birleştirilerek genel dağılıma ulaşılmıştır. Ses yutum katsayısı ölçümünde numune rijit bir dayanağa yaslı şekilde düzeneğe yerleştirilmektedir. Herhangi bir açıklığın kalmıyor olması önemlidir. Ses iletim kaybı testi dört mikrofonlu düzenekte tamamlanmıştır. Ses iletim kaybı testlerinde ses dalgalarının yansıdığı ve yansımanın olmadığı iki durum için yapılmıştır. Ses yutum katsayısı testinde kullanılan numuneler, testler hasarsız testler olduğundan aynı şekilde ses iletim kaybı testinde de kullanılmış tekrar bir numune hazırlanmamıştır. Tez çalışmasının sonunda kaplamasız dokusuz tekstillerde birim alandaki gramajın yani kalınlığın artmasının hem ses yutum katsayısını hem de ses iletim kaybını artırdığı görülmüştür. Beklendiği gibi dokusuz tekstillerde ses yutum katsayısının frekansa bağlı değişimi artacak şekilde olmuştur. Yani düşük frekanslarda ses yutum özelliği yeterince iyi değil iken frekans arttıkça dokusuz tekstillerin ses yutum katsayısı değerlerinin yükseldiği görülmüştür. Ses iletim kaybında ise frekansa bağlı artan bir dağılım söz konusu değildir. Ancak genel olarak dokusuz tekstillerin ses iletim kaybı değerleri oldukça düşük çıkmıştır. Uygun gramajın belirlenmesinde sadece yüksek sonuç alınmasına bakılmamış, bunun yanısıra üretim süreci ve maliyetlerde göz önünde bulundurularak 220 gsm numune optimum kabul edilmiştir. Polimerik kaplamanın cinsine ve gramajına karar verilirken hem ses yutum özelliği hem de ses iletim kaybı özelliği beraber değerlendirilerek 800 gsm polipropilen kaplı dokusuz tekstil optimum seçilmiştir. Numuneler çift taraflı test edildiğinde ses iletim kaybı sonuçlarının hemen hemen aynı kaldığı, ancak ses yutum katsayısında değişiklikler olduğu görülmüştür. Bu durum ses iletim kaybının ölçümünde ses dalgasının malzemenin tamamında geçiş yapıyor olması ile ilgilidir. Başka bir deyişle katmanların sırası ses iletim kaybı anlamında önem arz etmemektedir. Önemli olan katmanların türüdür. Ancak ses yutum performansı açısından ses dalgasının etkileşime girdiği yüzey özellikleri önemlidir. Dolayısıyla ses dalgası öncelikle polimerik kaplamaya çarptığı durumda veya dokusuz yüzeye çarptığı durumda yutulan enerji aynı olmayacaktır. %30 oranında ponza, dolomit, barit, kalsit ve talk dolguları içeren polimerik kaplama ile kaplanmış numunelerin test sonuçlarında dolgu türünün etkisini ayırtedici şekilde görebilmek adına özellikle düşük frekanslarda gösterilen davranışlar incelenmiştir. Bu sebeple son aşamada ponza, kalsit ve talk üzerinden denemeler yapılmıştır. Talkın mekanik anlamda yarattığı olumsuzluklar dolayısıyla %30 oranında yapılan denemeye ek olarak %18 oranda bir deneme daha yapılmış ve talkın akustik anlamda beklentiyi karşılasa dahi mekanik özelliklerde yarattığı istenmeyen etkiler dolayısıyla uygun bir seçenek olmayacağına karar verilmiştir. Kalsit ve ponza dolgulu numunelerde dolgu miktarının artırılması farklı etkilere sebep olmuştur. Ponza dolgulu numunelerde dolgunun artması ses iletim kaybını iyileştirirken, ses yutum performansını olumsuz etkilemiştir. Kalsit dolgulu numunelerde ise ponzanın aksine dolgunun yüzdesinin artması ses iletim kaybında olumsuz etki yaratmış, ses yutum anlamında iyi sonuçlar vermiştir. Genel dağılıma bakıldığında özellikle ses yutum grafiklerinde dalgalanmaların olduğu ve frekansa bağlı değişimlerin her iki dolgu için de söz konusu olduğu söylenebilir. Ses iletim kaybı sonuçları bu anlamda daha stabildir.
Özet (Çeviri)
Nonwoven textiles have found numerous applications in various fields today. They have the potential for use in automotive industry as upholstery materials, in the healthcare sector for surgical masks and sterile garments, and in the packaging industry for packaging materials, among many other areas. Nonwoven textiles are textile materials produced without the need for weaving or knitting, using different bonding or entangling methods. They are typically obtained by combining fibers through thermal, mechanical, or chemical processes. Nonwoven textiles offer a faster production process compared to traditional textile manufacturing methods such as weaving or knitting. This provides a significant advantage in mass production and meeting urgent demands. Additionally, the production of nonwoven textiles generally requires less labor and energy, reducing costs and offering a more economical option. The automotive sector constitutes a significant area where nonwoven surfaces are utilized. One of the key requirements expected from textiles used in the automotive industry is acoustic performance. Various sources such as the engine, powertrain, suspension system, tire and road noise, aerodynamic sources, and other noise-vibration sources are known as acoustic sources that affect passengers and drivers in a vehicle during driving. Materials developed for the automotive sector are expected to deliver acoustic performance. Acoustic performance encompasses sound absorption and sound insulation. Acoustics is the branch of science that studies sound. Accordingly, sound is a form of energy that generates sound waves through vibrations. When sound waves emitted from a sound source encounter a surface, they can interact in different ways. One of these interactions is sound absorption by the surface. Sound absorption refers to the partial loss of sound energy within the surface, in contrast to sound reflection. On the other hand, sound insulation is related to sound transmission loss, indicating how much energy of a sound wave passing through a surface is transferred to the second medium. Sound insulation aims to minimize the transmission of sound from one environment to another, while sound absorption aims to maximize the absorption of sound energy by the material within the environment. The experimental study focuses on improving the acoustic performance of polymer-coated nonwoven textiles that can be specifically used as floor mats or trunk mats in the automotive sector. In line with this purpose, the study has been completed by following the roadmap outlined below: Firstly, nonwoven textiles with different weights were tested to determine the optimum weight. The term“weight”refers to the mass per unit area and is related to the thickness of the nonwoven textile. In the next step, two different types of polymer coatings with two different weights were applied to the selected weight (thickness) of the nonwoven textile, and the acoustic performance behavior depending on the type and thickness of the polymer coating was observed. In the polymer-coated samples, in order to observe which side of the sample was efficient to employ for acoustic performance, the samples were tested twice by flipping the front and back sides. Based on the selected polymer coating and weight (thickness), different types of fillers were used in the coating to achieve superior acoustic performance. Finally, the selected types of fillers were added to the coating in different proportions to evaluate the effect of filler dosage on acoustic performance. In the first step, the tested samples for determining the optimum weight of the nonwoven textile were made of PET (polyethylene terephthalate) fibers and had weights of 120, 220, 300, and 400 gsm. These surfaces were produced in the facilities of Hassan Tekstil Sanayi ve Ticaret A.Ş. using the needle-punching method. PET fibers were chosen because they are commonly used fibers in automotive textiles. In the second step, experiments were conducted with different types of polymer coatings, and the preferred polymers were polypropylene and polyethylene. Both polymers were tested at weights of 400 and 800 gsm. The application of the polymers onto the nonwoven textiles was done using the extrusion coating technique. Only one side of the samples was coated with the polymer using the extrusion technique. The production of the polymer-coated samples was done in the facilities of Hassan Tekstil Sanayi ve Ticaret A.Ş. In the third step, samples were prepared using different types of fillers in the polymer coating. The fillers used were pumice, barite, dolomite, calcite, and talc minerals. In this step, these fillers were added to the polymer coating at a constant ratio of 30%. In the final stage, selected types of fillers were added at ratios of 25.5% and 18%, and they were also tested separately to examine the effect of filler amount and determine the optimum quantity. The acoustic performance analysis was conducted through the tests on sound absorption coefficient and sound transmission loss. The impedance tube method was used as the measurement technique. The sound absorption coefficient test was performed using a two-microphone setup. Samples were prepared and tested separately for the large tube and small tube configurations. The measurements from the large tube and small tube were combined using software to obtain a general distribution. For the sound absorption coefficient measurement, the sample was placed in the apparatus in contact with a rigid support, ensuring there are no gaps. The sound transmission loss test was conducted using a four-microphone setup. The test was performed for two conditions: with and without sound reflection. The samples used for the sound absorption coefficient test were also used for the sound transmission loss test since both of the tests are non-destructive tests, and no additional samples were prepared. At the end of the thesis study, it was observed that increasing the weight or thickness of nonwoven textiles without coating improved both the sound absorption coefficient and sound transmission loss. As expected, the frequency-dependent variation of the sound absorption coefficient in nonwoven textiles increased. It was observed that the sound absorption coefficient values of nonwoven textiles increased as the frequency increased, indicating better sound absorption performance at higher frequencies. In terms of sound transmission loss, there was no significant frequency-dependent variation. However, in general, the sound transmission loss values of nonwoven textiles were quite low. In determining the appropriate weight, not only achieving high results was considered but also taking the production process and costs into account. As a result, the 220 gsm sample was considered optimal. When deciding on the type and weight of the polymer coating, both the sound absorption and sound transmission loss properties were evaluated together. The 800 gsm polypropylene-coated nonwoven textile was selected as the optimal choice. When the samples were tested on both sides, it was observed that the sound transmission loss results remained almost the same, but there were changes in the sound absorption coefficient. This is due to the fact that in the measurement of sound transmission loss, the sound wave passes through the entire material. In other words, the order of the layers does not significantly affect the sound transmission loss. What matters is the type of layers. However, in terms of sound absorption performance, the surface characteristics with which the sound wave interacts are important. Therefore, the absorbed energy will not be the same when the sound wave hits the polymer coating or the nonwoven surface. In order to differentiate the effect of filler type on the acoustic performance of the samples coated with a polymer containing 30% pumice, dolomite, barite, calcite, and talc fillers, behaviors obtained at low frequencies were specifically examined. Therefore, experiments were conducted using pumice, calcite, and talc in the final stage. In addition to the experiment conducted with a 30% ratio of talc, another experiment was conducted with an 18% ratio, considering the negative effects caused by talc on the mechanical properties of the final composite nonwoven structure. It was decided that despite meeting the acoustic expectations, talc was not a suitable option due to the undesirable mechanical effects. Increasing the filler amount had different effects on the samples with pumice and calcite fillers. While increasing the filler amount improved sound transmission loss in pumice-filled samples, it had a negative effect on sound absorption performance. In calcite-filled samples, on the other hand, increasing the filler percentage had a negative effect on sound transmission loss but provided good results in terms of sound absorption. When looking at the overall distribution, fluctuations were observed, especially in the sound absorption graphs, indicating frequency-dependent variations for both fillers. The sound transmission loss results were more stable in this regard.
Benzer Tezler
- Eklemeli imalat destekli dereceli hassas döküm yöntemi ile bal peteği yapıların üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of honeycomb structures by additive manufacturing-aided investment flask mould casting method
FATİH GÜLER
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜL KELEŞ
DR. LEVENT TURHAN
- Asıltı döküm yöntemiyle üretilen piezoelektrik dönüştürücülerin karakterizasyonu
Characterization of piezoelectric transducer fabricated by the slip casting method
HAKAN YANIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
Metalurji MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SEDAT ALKOY
- Surface acoustic wave based sonoporation microsystems forsingle tumor cell applications
Başlık çevirisi yok
BURAK YILDIRIM
- Geleneksel türk hamamlarının akustik özelliklerinin öznel ve nesnel yöntemlerle araştırılması
Examination of the acoustic properties of traditional turkish baths with subjective and objective methods
ZEYNEP BORA ÖZYURT
Doktora
Türkçe
2024
MimarlıkBursa Uludağ ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ ŞENKAL SEZER
DOÇ. DR. ZÜHRE SÜ GÜL
- Bağlama gövdesinde kompozit çift kapak uygulamasının akustik incelemesi
Acoustic examination of composite double cover application in connecting body
NURŞAH GÜRTEN ÇIKRIKÇIOĞLU
