فهرست مطالبعنوان صفحهفهرست جداول ............خفهرست شکلها...........دفهرست علائم اختصاری........رچکیده فارسی........ژچکیدهانگلیسی........سفصل اول: (مروری بر مقالات و منابع)1-1-مقدمه21-2-اصول و مبانی صوت ......31-2-1-ماهیت صوت31-2-2-کمیتهای صوتی31-2-3-ساختمان گوش انسان51-2-3-1-1-1-محدوده شنوایی51-1-1-انواع صوت51-2-4-سرچشمههای صوتی61-2-5-تأثیر شرایط محیطی بر صوت61-3-جذب صوت71-3-1-اتلاف انرژی صوت71-3-2-ضریب جذب صوت71-3-2-1-................................................... عواملمؤثردرضريبجذبماده81-3-2-2-روشهای اندازهگیری ضریب جذب صوت8 1-3-2-2-1-1-روش لوله امپدانس81-3-2-2-2-روش میدان پرانعکاس121-3-2-2-3-روش حالت پایا121-4-انواع مکانیزم جذب صوت121-5-انواع جذب کنندههای صوتی131-5-1-جذب کنندههای پوستهای131-5-2-جذب کنندههای حفرهای131-5-3-جذب کنندههای روزنهدار141-5-4-جذب کنندههای رزونانسی و انواع آن141-5-4-1-جاذبهایهلمهولتزعادي141-5-4-2-جاذبهایريزسوراخ151-5-4-3- بلوك بنايي.................................... 151-5-5-جذب کنندههای الیافی یا متخلخل و انواع آن161-5-5-1- پشم معدني..................................... 161-5-5-2- فوم........................................... 171-5-5-3-پلاسترآكوستيكي171-5-5-4-......................................................................................................... کاستون181-5-5-5-....................................................................................................... آیروژل181-5-5-6-كامپوزيتها181-5-5-6-1- مشخصات كامپوزيتها......................... 191-5-5-6-2-طبقهبنديكامپوزيتها20 1-5-5-6-2-1-کامپوزیتهای ذرهای201-5-5-6-2-2- كامپوزيتهاي ليفي...................... 221-6-تاریخچهی جاذب صوتها221-7-آشنایی با فناوری نانو241-7-1-نانو ذرات261-7-2-نانوکامپوزیتها261-7-2-1-..................................................................................................... پلیاستر271-7-2-2-پلیاتیلن کلرینه شده281-7-2-2-1-واکنشهای مختلف تبدیل شدن پلیاتیلن به CPE291-7-2-3-..................................................................................................... نانوکلی291-8-عمل پلاسما301-8-1-شیمی پلاسما311-8-1-1-اجزای اصلی311-8-1-2-برخورد اجزاء پلاسما331-8-1-3-برخورد پلاسما و سطح341-8-1-4-واکنشهای اتم، مولکول و سطح341-8-1-4-1-جذب........................................ 351-8-1-4-2- پراکنش.................................... 351-8-2-انواع پلاسما361-8-2-1-پلاسمای گرم361-8-2-2-پلاسمای سرد ................36 1-9-هدف از پروژه39 فصل دوم: (تجربیات)2-1-مقدمه412-2-مواد و تجهیزات412-2-1-مواد اولیه412-2-2-تجهیزات مورد نیاز412-3-روش کار422-3-1-آمادهسازی الیاف پلیاستر422-3-2-تهیه نانوکامپوزیت پلیاتیلن کلرینه/پلیاستر عمل شده با پلاسما/نانو کلی432-4-آنالیزهای انجام شده442-4-1-اندازهگیری جذب صوت به روش لوله امپدانس442-5-بررسی گونه شناسی452-5-1-آنالیز میکروسکوپی الکترونی پویشی ((SEM45 فصل سوم: (نتایج و بحث)3-1-مقدمه ...........473-2-بررسی اثر پلاسما بر روی الیاف پلیاستر ....473-2-1-تصاویر SEMالیاف پلیاستر عمل شده با پلاسما تحت فشارها و زمانهای مختلف483-3-بررسی رفتار جذب صوت نانو کامپوزیت493-3-1- بررسی اثر تغییر پارامترهای پلاسما روی الیاف پلیاستر، بر ضریب جذب صوت نانوکامپوزیت پلیاتیلن کلرینه شده/پلیاستر عمل شده با پلاسما/نانوکلی493-3-2-بررسی اثر تغییر درصد الیاف پلیاستر عمل شده با پلاسما بر ضریب جذب صوت نانوکامپوزیت پلیاتیلن کلرینه شده/پلیاستر عمل شده با پلاسما/نانوکلی ........................................................................................................................................543-3-3-بررسی اثر تغییر ضخامت بر ضریب جذب صوت نانوکامپوزیت پلیاتیلن کلرینه/ پلیاستر عمل شده با پلاسما/ نانوکلی .......................................................................................................................................................................................................563-4- گونه شناسی سطح نانوکامپوزیت پلیاتیلن کلرینه شده/ پلیاستر عمل شده با پلاسما/ نانوکلی 573-4-1-تصویر SEM نانوکامپوزیت پلیاتیلن کلرینه شده/ پلیاستر عمل شده با پلاسما/ نانوکلی573-5-نتیجه گیری نهایی583-6-پیشنهادات ..................59مراجع......................................................................................................................................................................................................................60 فهرست جداولعنوان صفحه جدول (1-1) سرعت صدا در مواد مختلف ......................................................................................................................................................4جدول (1-2) مشخصههای انرژی برای چند اتم و مولکول .......................................................................................................................32جدول (2-1) ویژگیهای پلیاتیلن کلرینه شده ...........................................................................................................................................41جدول(2-2) ویژگیهای نانوکلی.....................................................................................................................................................................41جدول (2-3) شرایط عمل پلاسما بر روی الیاف پلیاستر...........................................................................................................................42جدول (2-4) شرایط تولید نانوکامپوزیتهای پلیاتیلن کلرینه/ پلیاستر عمل شده با پلاسما/ نانوکلی...........................................43 فهرست شکل ها عنوان صفحهشکل (1-1) برخورد یک پرتو صدا با سطح ماده ...........................................................................................................................................6شکل (1-2) نمونهای از جاذب هلمهولتز .......................................................................................................................................................15شکل (1-3) نمونهای از جاذب ریزسوراخ .....................................................................................................................................................15شکل (1-4) نمونهای از بلوک شیاردار بنایی..................................................................................................................................................16شکل (1-5) نمونهای از پشم معدنی................................................................................................................................................................17شکل (1-6) نمونهای از آیروژل.........................................................................................................................................................................18شکل (1-7) واکنش کلریناسیون پلیاتیلن.....................................................................................................................................................28شکل (1-8) دانسیتهها و دماها یا انرژیهایی برای انواع اجزای اصلی در یک پلاسمای معمولی تحت فشار کم .........................32شکل (2-1) دستگاه اندازهگیری صوت لوله امپدانس .................................................................................................................................45شکل (3-1) تصاویر SEM الیاف پلیاستر: a) الیاف پلیاستر بون عمل پلاسما، b) فشارmbar15/0، زمان min1، c) فشارmbar15/0، زمان min5/2 d) فشارmbar15/0، زمان min5، e) فشارmbar25/0، زمان min1، f) فشارmbar25/0، زمان min5/2،g ) فشارmbar25/0، زمان min5، h) فشارmbar35/0، زمان min1، i) فشارmbar35/0، زمان min5/2 j) فشارmbar35/0،min5..............................................................................................................................................................................48شکل (3-2) منحنی ضریب جذب صوت پلیاتیلن کلرینه شده................................................................................................................50شکل (3-3) منحنی ضریب جذب نمونههای حاوی %10 الیاف پلیاستر(a): حاوی%0 نانوکلی (b): حاوی %5/0نانوکلی و (c): حاوی %1 نانوکلی.................................................................................................................................................................................................51شکل (3-4) منحنی ضریب جذب نمونههای حاوی %20 الیاف پلیاستر(a): حاوی%5/0 نانوکلی (b): حاوی %1نانوکلی و (c): حاوی %0 نانوکلی.................................................................................................................................................................................................52 شکل (3-5) منحنی ضریب جذب نمونههای حاوی %30 الیاف پلیاستر(a): حاوی %1نانوکلی (b)حاوی %0 نانوکلی (c): حاوی نانوکلی:%5/0..........................................................................................................................................................................................................52 شکل (3-6) منحنی ضریب جذب نمونههای حاوی %40 الیاف پلیاستر(a): حاوی0% نانوکلی (b): حاوی %5/0نانوکلی و (c): حاوی 1% نانوکلی.................................................................................................................................................................................................53شکل (3-7) منحنی ضریب جذب نمونههای حاوی %50 الیاف پلیاستر(a): حاوی%5/0 نانوکلی (b): حاوی %1 نانوکلی و (c): حاوی %0نانوکلی...................................................................................................................................................................................................53شکل (3-8) منحنی ضریب جذب نمونههای حاوی %60 الیاف پلیاستر(a): حاوی%1نانوکلی (b): حاوی %0نانوکلی و (c): حاوی %5/0نانوکلی...............................................................................................................................................................................................54شکل (3-9) منحنی مقایسه ضریب جذب صوت نمونههای(a): حاوی%0 الیاف پلیاستر (b): حاوی %10 الیاف پلیاستر (c): حاوی %20 الیاف پلیاستر (d): حاوی %30 الیاف پلیاستر (e) حاوی %40 الیاف پلیاستر (f): حاوی %50 الیاف پلیاستر (g): حاوی %60 الیاف پلیاستر.................................................................................................................................................................................55شکل (3-10) منحنی مقایسه ضخامت الیاف پلیاستر(a):mm2 (b):mm3 (c):mm4............................................................57 شکل(3-11) تصویر SEM نانوکامپوزیت پلیاتیلن کلرینه شده/ پلیاستر عمل شده با پلاسما/ نانوکلی......................................57 علائم اختصاریپلیاتیلن کلرینه شده CPE پلی اتیلن ترفتالات PETپلی وینیل الکل PVAپلی آکریلونیتریل PANاسید کلریک HCLاشعه فرابنفش UVمیکروسکوپ الکترونی پویشی SEMهرتز (واحد فرکانس) Hzنانومتر (واحد اندازه گیری ذرات وطول موج جذبی) nm متر بر ثانیهطول موج λپاسکال (واحد فشار) Pa وات (واحد توان) W ولت (واحد ولتاژ) V آمپر (واحد جریان) Aوات بر متر مربع (واحد شدت)درجهی سانتیگراد (واحد دما)سانتیمتر (واحد ضخامت) cmدسی تکس (واحد ظرافت الیاف) dtexدرصد وزنی %Wt میلی متر(واحد طول) mm میکرو متر (واحد اندازه ذرات)گرم g دقیقه minگرم بر سی سی (واحد دانسیته) میلی بار(واحد فشار) mbarمیلی متر جیوه(واحد فشار) mmHgفشار صوتی ورودی فشار صوتی بازتابی سرعت صوت در لوله cضریب جذب امپدانس آکوستیکی ضریب بازتاب R فاز سرعت مؤثر ذرات ورودی سرعت مؤثر ذرات بازتابی چکیدهتهیه و بررسی خواص نانو کامپوزیت پلی اتیلن کلرینه شده/پلی استرعمل شده باپلاسما/نانو کلی جاذب صوتآزیتا سالاروند سر و صدا،بهعنوان صدايناخواستهتعریفشدهاستکهیکیازمهمترینعواملزیانآورمحیطزیستاست. تلاشهايزیاديبرايبهکارگیريروشهايمؤثرکاهشآلودگیصوتی،صورتگرفتهاست. استفادهازموادجاذبصوتبهعنوانیکیاز مؤثرترینراههابرايکنترلصدايناشیازبازتابشسطوحمیباشد. الیافیکیازمناسبترینموادبرايکاربرددر جاذبهايصدامیباشد. در این تحقیق، نانوکامپوزیتهای جاذب صوت پلیاتیلن کلرینه شده (CPE)/ الیاف پلیاستر عمل شده با پلاسما/ نانوکلی، به عنوان جاذب صوت در نسبتهای مختلف، تهیه شد. برای این منظور ابتدا الیاف پلیاستر به وسیله عملیات پلاسما با تأثیرپارامترهای مختلف عملیات، زمان عملیات و فشار پلاسما آماده شد. سپس نانوکامپوزیت پلیاتیلن کلرینه شده/پلیاستر عمل شده با پلاسما/نانوکلی با نسبتهای مختلفپلیاستر عمل شده با پلاسما (10،20،30،40،50،60) و درصدهای مختلف نانوکلی(0،5/0،1)به روش ساده مخلوط کن داخلی و پرس پخت تهیه و مورد ارزیابی قرار گرفتند. ساختار نانوکامپوزیت و الیاف پلیاستر عمل شده با پلاسما با استفاده از میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) مورد بررسی قرار گرفت. ویژگی جذب صوت نانوکامپوزیت در یک لوله امپدانس تست شد. اثر ظرفیت الیاف، ضخامت نانوکامپوزیت روی ویژگیهای جذب صوت بررسی شد. نتایج نشان داد که خصوصیات صوتی مواد متخلخل به اختلاط با پلیاستر عمل شده با پلاسما بستگی دارد. جذب صوت مواد با افزایش مقدار پلیاستر عمل شده با پلاسما/ نانوکلی به مقدار قابل توجهی افزایش یافت. علاوه براین، ویژگیهای آکوستیک نانوکامپوزیت با ظرفیت %60 پلیاستر عمل شده با پلاسما/نانوکلی در محدوده فرکانس بالا Hz3500 یک اوج ضریب جذب صوت 89/0را نشان داد.کلمات کلیدی: پلیاتیلن کلرینه شده، پلیاستر، پلاسما، نانوکلی، جذب صوت AbstractPreparationand characterization of chlorinated polyethylene/plasma treatedpolyester/nanoclay nanocomposite for sound absorption applicationAzita Salarvand Noise, defined as ‘unwanted sound’, is perceived as an environmental stressor and nuisance. Many effortshave been made to use effective methods to reduce noise pollution. The use of sound absorbing material is asone of the most effective ways to control the sound reflection. Fibers are one of the mostimportant materials for sound insulation and absorption application materials.In this research, chlorinated polyethylene/plasma treated polyester fiber/nanoclay nanocomposites were prepared at different ratio as sound absorption. For this purpose, first polyester fibers were prepared by plasma treatment with effects of some process variables such as treatment time, pressure of plasma. Polyethylene chlorinated/plasma treated polyester/nanoclay nanocomposites were then prepared and characterized at different plasma treated polyester fiber ratio (10,20,30,40,50,60) and different nanoclay ratio (0,0.5,1(using the internal mixture and press method. Morphology of nanocomposites and plasma treated polyester fiber were characterized by scanning electron microscope (SEM). The sound absorption property of the nanocomposites was tested in an impedance tube. The effect of fiber content, nanocomposite thickness on the sound absorption property was investigated. The results demonstrated that acoustical characteristics of porous materials were exhibited by mixing with plasma treated polyester fiber. Acoustical absorption of materials increased significantly with increasing plasma treated polyester fiber content. Furthermore, the acoustic property of nanocomposite with 60% plasma treated polyester fiber concentration/nanoclay was noted in the high frequency range, giving a sound absorption coefficient peak, 0.89 at 3500 Hz. Keywords: Chlorinated polyethylene, Polyester, Plasma, Nanoclay, Sound absorptionمروری بر مقالات و منابعصدا وسیله ارتباط است، ارتباط انسانها با یکدیگر، ارتباط با طبیعت و حتی ارتباط با اشیاء ساخته شده توسط خود انسان. صدا اولین وسیله ارتباطی است، علم تولید، انتشار و دریافت صدا آکوستیک[1] نام دارد. امروزه همراه با رشد شهرنشینی، به علت توسعه بیشمار در صنایع و همچنین افزایش استفاده از ماشینآلات جدید، عظیم و نیرومند در تمامی زمینهها صداهای ناخواستهای به وجود میآیند و آلودگی صوتی یکی از اجزای غیرقابل اجتناب زندگی ماشینی بشرگشته است. طبقآمارسازمانجهانيبهداشتتعدادافراديكهدر سراسردنيادچاركاهششنواييميباشنداز120ميليوننفردر سال1995به250ميليوننفردرسال2004افزايشيافته است. چنانكهدرمنابععلميمختلفوتحقيقاتبسياريكه درخصوصبررسيوارزيابياثراتسوءصداوارزيابيعلائموعوارضآنبرشاغلينصنايعپرصدابه عمل آمده،حاكيازآناستعوارضبسياريازقبيلتغييراتموقتو دائمآستانهشنوايي،ايجادكمشنواييحسيعصبی، مشكلاتروحيورواني،افزايشفشارخون،ايجادمعلوليتشنوايي، تأثيرمنفيبرپارامترهاي فيزيولوژيكازقبيلدرجهحرارتبدن،سردرد، اثراتمنفيو بازدارندهبركاراييوعملكردكاركنان، افزايشضربانقلب،اثربرسيستمگوارشيودستگاه گردشخون،ايجاداسترس،ايجاداختلالدرزندگي روزمرهوحالتاذيتواحساسناراحتي، افزایش ترشح غدد درون ریز(غدهفوق كليويوتيروئيد)،اختلالدرايجاد يادگيري،تأثيربركيفيتخواب وبسياريازعوارضديگررا ميتوانناشيازتماسطولانيمدتباعاملزيانآورصدانام برد. كليهموارديادشدهازعوارضمشتركصداهايبافركانسهايبالا، ميانيوپايينميباشند،بعضيازاثراتخاصمواجههباصداهايفركانسپاييناست.برای غلبه بر این مشکل انواع مختلف مواد برای کاهش صدا توسعه یافته است اما تعداد محدودی از آنها توانستهاند تا حدی برای جامعه پرسرو صدا امروزی مفید واقع شوند [1،2].به این منظورتولید پنلهای سوراخ شده، فلزات متخلخل و الیاف فلزی تاحد زیادی در سالهای اخیر بهبود یافتهاند که جذب صوت عالی در یک محدوده فرکانسی گسترده را فراهم میکند با این حال، خواص مکانیکی آنها با توجه به ضخامت و فاکتورهای میکرو متخلخل آنها کم گزارش شده است. اگرچه فلزات متخلخل یک سری ویژگیهای خوب مانند استحکام مخصوص بالا، هدایت حرارتی، جذب انرژی مؤثر دارند اما دارای معایبی هم هستند. آنها اغلب جاذب صداهای ضعیف حتی در محدوده فرکانسهای پایین میباشند، هزینه تولید بالا و مشکل درکنترل فرایند تولید دارند. تحقیقات اخیر روی توسعه کامپوزیتهای سبک وزن چند منظوره که دارای جذب خوب، نفوذ پذیری هوا و ویژگی مکانیکی خوب میباشند متمرکز شده است [4،3]. 1-2- اصول و مبانی صوتفیزیک و ماهیت صدا، شاخهای از علم فیزیک است که با انعکاس و کیفیت صدا رسانی سر و کار دارد. یک جسم در حال ارتعاش، حالت ناپایدار موجی شکلی در محیط پیرامون خود که فراگیره نامیده میشود پدید میآورد. این امواج هرچه از منبع ارتعاش دورتر میگردند، انرژی آنها توسط فراگیره جذب و به تدریج از بین میروند. بنابراین پدیدهای احساسی که توسط ارتعاش، گوش انسان را تحریک مینماید، صدا یا صوت نامیده شده و فضایی که در آن این پدیده رخ میدهد، میدان آکوستیکی نامیده میشود. فشار در همه جای یک محیط همگن(فراگیره) که در حالت تعادل است یکسان میباشد. اگر در یکی از نقاط فراگیره فشار تغییر کند، حالت نامتعادل بهوجود میآید که این عدم تعادل به تمام نقاط محیط متعادل منتقل میگردد. در این حالت اگر ذرهای از حالت تعادل خارج شده و شروع به ارتعاش نماید، با توجه به ساختمان مولکولی جسم فراگیره، ذرهی مرتعش شده فشاری را در مولکول بعدی در پیرامون خود پدید میآورد که میتوان گفت نقطهی مفروض با افزایش فشار مواجه شده و به عکس در ذرهی متقارن آن کاهش فشار بهوجود میآید. از انتشار فشار ذرات به یکدیگر موج پدید میآید. اگر این جابجاییها بیش از 16 بار در ثانیه باشد، صدا ایجاد میشود و اگر همین افزایش و کاهش فشار در یک مسافت خاص به تصویر کشیده شود، آنچه به دست میآید امواج صوتی خواهد بود. هنگامی این امواج به وجود میآیند که محیط متعادل دارای خاصیت الاستیسیته باشد و این قابلیت را داشته باشد که نیروی وارده را به ذرات مجاور انتقال دهد [6،5]. دامنه[2]: عبارت است از فاصلهی بین دو نقطه بیشینه و کمینهی فشار در امواج صوتی. در بسیاری از منابع آکوستیکی، از صفر تا نقطه بیشینه مقدار مثبت و از صفر تا نقطهی کمینه مقدار منفی خوانده میشود.فرکانس[3] (بسامد): عبارت است از تعداد نوسانات کامل امواج در یک ثانیه که از یک نقطهی معینی عبور کنند. واحد تعداد نوسانات در ثانیه، هرتز(Hz) نامیده میشود.سرعت صوت[4]: عبارت است از مقدار مسافت طی شده توسط امواج در مدت یک ثانیه. این مسئله بستگی به جنس و دمای محیطی دارد که امواج صوتی در آن حرکت میکنند. همچنین سرعت صدا با رطوبت نیز رابطه مستقیم دارد. هرقدر رطوبت هوا بیشتر باشد سرعت صدا نیز بیشتر است. جدول (1-1) سرعت حرکت امواج صوتی را در مواد مختلف نشان میدهد [8،7].جدول (1-1) سرعت صدا در مواد مختلف[9]جنسسرعت ()جنسسرعت ()فولاد6100بتن3231آلومینیوم4877آب1433آجر4176سرب1158چوب3962چوب پنبه366شیشه3962هوا344مس3901لاستیک150برنج3475الماس120 طول موج[5]: عبارت است از فاصله بین دو نقطه متوالی و همانند، مانند فاصله بین دو بیشینه و کمینه. طول موج به سرعت و نیز فرکانس صدا بستگی دارد.توان[6]: عبارت است از مقدار انرژی خروجی از یک منبع در واحد زمان که با واحد وات (w) اندازهگیری میشود.فشار[7]: عبارت است از میزان تغییر فشار اتمسفریک ایجاد شده توسط صدا در محیط فراگیره. فشار هوا مقداری بینهایت کوچک است که با واحد پاسکال(Pa) سنجیده میشود.شدت[8]: عبارت است از میزان انرژی صوتی که در واحد زمان بر واحد سطح عمود بر جهت انتشار موج میرسد و با واحد () اندازهگیری میشود.امواج ساکن[9]:در تداخل امواج چنانچه دو موج با فرکانسهای یکسان مثلاً امواج منتشر شده و بازتاب با یکدیگر ترکیب شوند، ممکن است بهعلت اختلاف فاز یک صد و هشتاد درجه در بعضی نقاط یکدیگر را تضعیف کرده و نیز تساوی فازها یکدیگر را تقویت کنند. محل این نقاط ثابت است و الگوی به وجود آمده به امواج ساکن معروف است [9-7].گوش عضو مربوط به حس شنوایی بوده و در استخوان گیجگاهی واقع شده است. اگر امواج صوتی در مسیر حرکت خود به جسمی ازقبیل پرده گوش برخورد کنند و آن را به همان اندازه مرتعش سازند، ارتعاش پرده گوش به وسیلهی اندامهای داخلی به مراکز اعصاب شنوایی منتقل گشته و درنتیجه صدا شنیده میشود و عکسالعمل لازم صادر میشود [9]. 1-2-3-1-1-1- محدوده شنواییگوش انسان صداهایی که نوار فرکانس آن از 20 الی Hz20000باشد را میشنود که به آن محدوده و یا میدان شنوایی میگویند. حد بالای آن با بالا رفتن سن کاهش مییابد و در سن چهل سالگی در حدود 16000Hz است. نوسانات آرامتر از 16Hz به صورت لرزه احساس شده که در صنعت از آن استفاده میگردد. همچنین نوسانات بیش از 20000Hz را برخی از جانوران مانند سگ (تا 30000Hz) و خفاش (بیش از 90000Hz) میشنوند. به فرکانس صوتی پایینتر از 20000Hz فروصوت و به فرکانسهای بالاتر از 20000Hz فراصوت اطلاق میگردد. با اینکه فراصوت و فروصوت توسط انسان قابل شنیدن نمیباشند، اما فردی که در معرض آن قرار میگیرد دچار احساس سرگیجه، تهوع و سردرد میگردد. حساسیت گوش به فرکانسهای پایین(بم) به مراتب کمتر است [9].