بهینه سازی و مدل سازی جذب صوتی در کامپوزیت های الیاف طبیعی یوکا

Abstract

زمینه و هدف: استفاده از الیاف طبیعی با توجه به ویژگی­های بارز زیست محیطی و خواص بالای فیزیکی، مکانیکی و جذب صوت، سبب تغییرات اساسی در ساخت انواع کامپوزیت‌های آکوستیکی شده است. امروزه تجزیه ‌و تحلیل رفتار آکوستیکی این دسته ازکامپوزیت ها تحت عنوان "کامپوزیت‌های سبز" با توجه به عملکرد نوین آن ها در زمینه های جذب صوتی، بیش از پیش مورد توجه محققان قرار گرفته است. در همین راستا این مطالعه با هدف بهینه سازی و مدل سازی جذب صوتی در کامپوزیت­های الیاف طبیعی یوکا با استفاده از رویکرد بهینه­سازی و مدل­سازی ریاضی انجام گرفت. روش بررسی: در این مطالعه تجربی-مقطعی، جهت ساخت کامپوزیت­های آکوستیکی طبیعی از روش اصلاح آلکالینی به عنوان یکی از روش­های متداول در اصلاح شیمیایی و یک فرایند کمکی جهت کاهش قطر الیاف استفاده شد. دو پارامتر اساسی در اصلاح آلکالینی، پارامترهای مقدار سدیم هیدروکسید (نسبت درصد وزنی به حجمی) و مدت زمان غوطه­وری (ساعت) می­باشد. در این مطالعه طراحی آزمایشات و تعیین مقدار بهینه­ این دو پارامتر جهت بهبود جذب­صوتی توسط روش طرح فاکتوریل و با استفاده از نرم­افزار Design Expert11 و آزمون آماری آنالیز واریانس انجام­شد. در این مطالعه ضریب جذب صوتی (تحت زاویه نرمال) به­منظور بررسی رفتار کامپوزیت طبیعی الیاف یوکا در طول فرآیند اصلاح آلکالینی توسط لوله­ی امپدانس و براساس روش تابع انتقال و استاندارد ISO10534-2 اندازه­گیری­شد، همچنین بررسی کاربردپذیری مدل­های تحلیلی دلانی–‌بازلی (Delany-Bazley) و میکی (Miki)برای پیش­بینی­ جذب صوتی در کامپوزیت­های طبیعی توسط کدنویسی فرمول­ها در نرم افزار متلب انجام­شد. یافته­ ها: بهینه­سازی فرآیند اصلاح آلکالینی جهت دستیابی به شاخص میانگین ضریب جذب­صوتی (SAA) بیشینه، زمانی اتفاق می­افتد که مقدار سدیم هیدروکسید و زمان غوطه­وری به ترتیب 5 درصد و 8 ساعت انتخاب شود. همچنین پاسخ­های پیش­بینی شده (شاخص SAA) در شرایط بهینه، مقدار 557/0 محاسبه شد که با پاسخ های آزمون­های تاییدی مطابقت دارد. نتایج مقایسه ضریب جذب صوتی کامپوزیت­های طبیعی یوکا نشان­داد که در تمامی فرکانس­های یک­سوم اکتاو باند، ضریب جذب­صوتی در کامپوزیت اصلاح شده در شرایط بهینه، بیشتر از کامپوزیت خام (اصلاح نشده) بود. همچنین اصلاح آلکالینی کامپوزیت در شرایط بهینه سبب افزایش 92/18 درصدی شاخص SAA در مقایسه کامپوزیت خام شد. از طرفی تطابق مناسبی بین نتایج مدل­های پیش­بینی­کننده ضریب جذب صوتی در کامپوزیت طبیعی یوکا در شرایط بهینه و کامپوزیت خام، با نتایج تجربی در محدوده فرکانسی پایین و میانی یک سوم اکتاوباند برقرارشد. نتیجه­ گیری: اصلاح آلکالینی در شرایط بهینه، جهت بهبود خواص آکوستیکی کامپوزیت­های طبیعی موثر واقع­شده است و این فرآیند با توجه به مزایای برجسته الیاف طبیعی و افزایش استفاده از این دسته از الیاف به عنوان تقویت­کننده خواص مکانیکی در کامپوزیت­های هیبریدی چندمنظوره، روشی مناسبی برای بهبود سازگاری بین الیاف طبیعی و ماتریس پلیمری و همچنین بهبود خواص آکوستیکی و کلی کامپوزیت­های هیبریدی تلقی می شود.