Granulaty gumowe – właściwości dźwiękochłonne i zastosowanie

W projektowaniu i doborze przegród dźwiękoizolacyjnych, dźwiękochłonno-izolacyjnych oraz materiałów dźwiękochłonnych w nich występujących od wielu lat uwzględnia się warstwy gumowe w postaci gumy pełnej i porowatej.

Badania nad określeniem własności dźwiękochłonnych materiałów ziarnistych i nad możliwościami ich stosowania w przegrodach dźwiękochłonno-izolacyjnych wykazały przydatność m.in. granulatów gumowych.

Granulaty gumowe mają dobre własności pochłaniania dźwięku i mogą być stosowane jako rdzenie dźwiękochłonne w przegrodach dwuściennych.

Zastosowanie warstw gumowych

Warstwy gumowe stosuje się w przegrodach dźwiękochłonno-izolacyjnych z dwóch powodów [1]:

• ze względu na dobre własności dźwiękoizolacyjne oraz
• zdolność do tłumienia drgań materiałowych przegrody.

Zastosowane w układach warstwowych z płytami metalowymi minimalizują zjawisko rezonansu akustycznego i zapobiegają powstawaniu w przegrodzie sztywnej zjawiska koincydencji, które wpływa na obniżenie izolacyjności akustycznej.

W przegrodach dźwiękochłonno-izolacyjnych będących elementami ściennymi zabezpieczeń wibroakustycznych warstwy gumowe wykorzystuje się jako warstwy dźwiękoizolacyjne, dźwiękochłonne i jako rdzenie dźwiękochłonne.

Z wymagań stawianych warstwom dźwiękoizolacyjnym wynika, iż najlepszym izolatorem dźwięku jest guma o następujących własnościach:

• lita,
• gładka,
• odznaczająca się dużą masą objętościową,
• dużym tłumieniem oraz
• małą porowatością.

Guma jako warstwa dźwiękoizolacyjna stosowana jest dość często w przegrodach będących ściankami klasycznych obudów dźwiękochłonno-izolacyjnych (całkowicie zamkniętych i częściowo zamkniętych), w panelach i ścianach ekranów akustycznych, a także w rozwiązaniach elementów ściennych zintegrowanych obudów.

Używa się jej w celu zwiększenia izolacyjności przegród oraz minimalizacji drgań materiałowych, które występują szczególnie w obudowach całkowicie zamkniętych.

Guma o własnościach dźwiękochłonnych, podobnie jak zawarta w przegrodach guma będąca warstwą dźwiękoizolacyjną, może występować jako warstwa pojedyncza (płyta z granulatu spojonego lepiszczem lub płyta z gumy porowatej) albo być jedną z warstw dźwiękochłonnych w układach warstwowych przegród pojedynczych i podwójnych.

Stosowanie przegród wielokrotnych ze szczeliną powietrzną (najczęściej dwuściennych) poprawia izolacyjność akustyczną przegrody. Przestrzeń powietrza między przegrodami składowymi może jednak zmniejszać jej izolacyjność w pewnych wypadkach zależnych od częstotliwości rezonansowej przegrody.

Wypełnienie przestrzeni powietrznej materiałem dźwiękochłonnym (rdzeniem dźwiękochłonnym) zwiększa izolacyjność przegrody i wyrównuje zaniżenie izolacyjności spowodowane wzmożonym przekazywaniem energii akustycznej w obszarze częstotliwości rezonansowych przestrzeni powietrznej.

Rdzenie dźwiękochłonne z granulatów gumowych

Praktyka projektowania rozwiązań przegród dwuściennych pokazuje, że rdzeniem dźwiękochłonnym mogą być nie tylko warstwy gumy porowatej, lecz także granulaty wytworzone z różnych tworzyw [2, 3]. Charakteryzują się one bardzo dobrymi własnościami pochłaniania dźwięku. Zaliczają się do nich granulaty gumowe, które pochłaniają dźwięk lepiej od płyt gumowych porowatych.

Granulaty gumowe powstają w wyniku rozdrobnienia odpadów gumowych: bieżników opon, ochraniaczy, membran, uszczelek, wypływek itp. Mają postać ziaren o regularnych bądź nieregularnych kształtach i czarnej barwie.

Materiały te o różnych frakcjach ziaren mają dobre własności dźwiękochłonne ze względu na strukturę warstwy, podobną do porowatej lub włóknistej, w której pochłanianie energii dźwiękowej odbywa się przez wnikanie jej w utworzone pory i kanaliki powietrzne.

Zastosowanie materiałów gumowych o właściwościach dźwiękochłonnych jako wypełnienia przestrzeni powietrznej między przegrodami dwuściennymi pozwala zmniejszyć ich grubość bez straty właściwości izolacji akustycznej. Jest to nie bez znaczenia w konstruowaniu zintegrowanych obudów dźwiękochłonno­‑izolacyjnych [3].

Zintegrowane obudowy stosowane do maszyn wymagających ciągłej i bezpośredniej obsługi powinny być zbudowane ze ścianek charakteryzujących się dwoma podstawowymi parametrami: akustycznym, zapewniającym bardzo dobrą izolacyjność akustyczną, oraz technicznym, ograniczającym jej grubość do niezbędnego minimum, aby nie spowodować zwiększenia gabarytów obudowanej maszyny lub urządzenia. Schematy przekrojów (rys. 1–2) ilustrują rdzenie dźwiękochłonne z warstwami gumowymi stosowane w przegrodach podwójnych (dwuściennych) o ścianach jednorodnych i niejednorodnych.

Własności dźwiękochłonne granulatów gumowych

Badania własności dźwiękochłonnych granulatów gumowych polegały na określeniu fizycznego współczynnika pochłaniania dźwięku α_f (przy prostopadłym padaniu fali dźwiękowej na powierzchnię warstwy).

Wykorzystano tę samą metodykę wykonywania pomiarów oraz sposób przygotowania próbek, jak w badaniach własności dźwiękochłonnych materiałów ziarnistych [1, 4, 5]. Badaniami objęto pięć granulatów gumowych (I–V) różniących się gęstością objętościową, frakcją i kształtem ziarna.

Z wizualnego punktu widzenia zbadane granulaty można pogrupować na cztery typy: miał, typ drobnoziarnisty, gruboziarnisty oraz drobnoziarnisty tkaninowo-gumowy.

Eksperyment badawczy przeprowadzono na próbkach granulatów w pięciu wersjach grubości warstwy (10, 20, 30, 40 i 50 mm). Fot. 1–5 przedstawiają granulaty, którym określono charakterystyki pochłaniania dźwięku. Wyniki badań zostały zamieszczone w postaci wykresów w pasmach 1/3 oktawowych częstotliwości (rys. 3–7) i zestawień tabelarycznych (tabele 1–5).

Ocena akustyczna granulatów

Na podstawie analizy charakterystyk pochłaniania dźwięku granulatów I–V przedstawionych na rys. 3–7 oraz średnich wartości ­współczynnika pochłaniania dźwięku podanych w tabelach 1–5 można stwierdzić, że:

• we wszystkich zbadanych granulatach występuje wyraźny wpływ grubości warstwy na pochłanianie dźwięku. Niezależnie od ich gęstości objętościowej, frakcji ziarna oraz jego kształtu wzrost grubości warstwy powoduje wzrost średniej wartości współczynnika pochłaniania dźwięku;
• na charakterystykę pochłaniania dźwięku ma wpływ frakcja ziarna. Granulaty gumowe II (określone jako drobnoziarniste), III i IV (określone jako gruboziarniste) można zaliczyć do materiałów dźwiękochłonnych wąskopasmowych ze względu na pasmo częstotliwości (w granicach jednej oktawy), w którym występuje największe pochłanianie dźwięku. Wraz ze wzrostem grubości warstwy częstotliwość rezonansowa, w której występuje największe pochłanianie dźwięku, przesuwa się od częstotliwości wysokich do częstotliwości średnich (1000 Hz, 1250 Hz);
• charakterystyki pochłaniania dźwięku granulatów gumowych I (określonych jako miał) i V (określonych jako drobnoziarnisty tkaninowo-gumowy) pozwalają na zaliczenie ich do materiałów dźwiękochłonnych szerokopasmowych (o szerokości ponad 4 oktawy). Oba granulaty mają charakterystyki pochłaniania zbliżone do charakterystyk wełny mineralnej, szczególnie granulat gumowy V;
• gęstość objętościowa zbadanych granulatów gumowych nie ma zauważalnego wpływu na charakterystykę pochłaniania dźwięku. Najlepsze własności pochłaniania dźwięku mają granulaty I (o gęs­tości 460 kg/m³) i V (o gęstości 340 kg/m³).

Zastosowanie granulatów gumowych

Poszerzone badania doświadczalne wybranej grupy granulatów gumowych uzyskanych z recyklingu potwierdzają ich własności dźwiękochłonne (zasygnalizowane po wstępnych badaniach sondażowych materiałów ziarnistych [5]), a tym samym ich przydatność do zastosowania w nowych rozwiązaniach przegród warstwowych będących elementami ściennymi zabezpieczeń wibroakustycznych.

Granulaty gumowe mogą być więc stosowane jako rdzenie dźwiękochłonne w przegrodach dwuściennych.

Z badań wynika, że granulaty gumowe można zaliczyć do materiałów dźwiękochłonnych wąskopasmowych i szerokopasmowych.

Oprócz zastosowania w elementach ściennych zabezpieczeń wibroakustycznych ograniczających nadmierną aktywność akustyczną maszyn i urządzeń mogą one być stosowane w panelach ekranów akustycznych.

Granulaty o pochłanianiu wąskopasmowym mogą być bardzo przydatne jako dodatkowe warstwy dźwiękochłonne w zwiększaniu izolacyjności akustycznej w zakresie średnich częstotliwości (1000 Hz) wpływających na wzrost wskaźników jednoliczbowych Rw i DLR. Z kolei granulaty gumowe o pochłanianiu szerokopasmowym (szczególnie granulat V – tkaninowo-gumowy) można stosować jako warstwę dźwiękochłonną w panelach ekranów akustycznych zamiast wełny mineralnej. Spośród badanych materiałów największe zastosowanie w elementach ściennych zabezpieczeń wydaje się mieć granulat gumowy V – nieoczyszczony podczas recyklingu z włókien bawełnianych.

Artykuł opracowano w ramach realizacji projektu rozwojowego nr II.B.12 (2011–2013) „Nowe rozwiązania materiałowe przegród warstwowych w projektowaniu zabezpieczeń wibroakustycznych maszyn i urządzeń”, będącego jednym z zadań programu wieloletniego „Poprawa bezpieczeństwa i warunków pracy” koordynowanego przez CIOP-PIB w Warszawie

Literatura

1. J. Sikora, „Warstwy gumowe w rozwiązaniach zabezpieczeń wibroakustycznych”, Wydawnictwa AGH, Kraków 2011.
2. J. Sikora, J. Turkiewicz, „Przegrody dwuścienne z rdzeniami dźwiękochłonnymi z materiałów ziarnistych”, „IZOLACJE”, nr 10/2007, s. 28–33.
3. J. Sikora, „Materiały ziarniste w zabezpieczeniach przeciwhałasowych”, „Materiały Budowlane”, nr 8/2010, s. 5–7 i 36.
4. J. Sikora, J. Turkiewicz, „Charakterystyki pochłaniania dźwięku materiałów ziarnistych”, „IZOLACJE”, nr 9/2010, s. 26–30.
5. J. Sikora, „Dźwiękochłonne właściwości materiałów ziarnistych”, „IZOLACJE”, nr 9/2007, s. 26–29.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!