Design and development of nonwovens with sound absorption properties for automotive applications
Otomotiv uygulamaları için ses yutum özelliğine sahip dokunmamış kumaşların tasarımı ve geliştirilmesi
- Tez No: 558451
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BURÇAK KARAGÜZEL KAYAOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği, Textile and Textile Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 125
Özet
Otomotiv sektörüne yönelik ses yutucu malzemelere gösterilen ilgi günden güne artmaktadır. Bunun başlıca sebebi, otomobil içinde daha konforlu bir alan yaratmak ve dolayısıyla otomobilin kalitesini arttırmaktır. Araç içinde gürültü oluşmasına sebep olan ses kaynakları motor, egzoz, fren, rüzgar ve yoldur. Bu ses kaynakları farklı mekanizmalar sebebiyle iki farklı tipte gürültünün oluşmasına yol açar. Bunlardan biri hava doğuşlu gürültü, diğeri ise katı doğuşlu gürültüdür. Katı doğuşlu gürültü araç dışından ya da aracın farklı kısımlarından gelen ses dalgalarının aracın yüzeyinde titreşime sebep olması ve bu titreşimin gürültüye dönüşmesiyle oluşur. Bu tip gürültü aracın titreşen kısımlarının farklı malzemelerle, örneğin metal yaylar ya da damperlerle, izole edilmesi ile azaltılır. Katı doğuşlu gürültü düşük frekansta ses dalgaları yaydığından bu tip gürültünün sönümlenmesinde tekstil malzemeleri genellikle kullanılmaz. Hava doğuşlu gürültü ise dışarıdaki veya aracın farklı bölgelerinden gelen ses dalgalarının direkt olarak yolcu kompartmanına taşınması ile oluşur. Bu tip gürültü iki farklı malzeme tipi kullanılarak azaltılabilir. Bunlardan ilki yüksek yoğunluklu dolgu malzemeleridir. Bu malzemeler ses bariyeri olarak görev yapar ve dışarıdaki sesin araç içerisine girişini azaltır. Bu malzemelerin akustik performansları ses iletim kaybı yöntemi ile ölçülür. Hava doğuşlu gürültünün azaltılması için ise ses yutucu malzemeler kullanılır. Bu tip malzemelerin en önemli özelliği gözenekli yapıda olmalarıdır. Malzemeye çarpan ses dalgaları bu gözeneklerde titreşime sebep olur ve enerjilerinin bir kısmı ısıya dönüşür. Bu mekanizma sesin malzeme tarafından sönümlenmesini sağlar. Hava doğuşlu gürültü orta ve yüksek frekansta ses dalgalarını içerir ve otomobillerde gürültü kontrolünün başlıca amacı bu tip gürültünün sönümlenmesidir. Bu amaçla köpükler ya da tekstil malzemeleri kullanılır. Köpük malzemeler özellikle çok gözenekli ve kalın olmaları sebebiyle yüksek ses yutum performanslarına sahiptirler. Fakat köpük malzemelerin üretimi çevreye zararlı olduğundan ve ayrıca köpük malzemeler geri dönüştürülemediğinden, son zamanlarda bu malzemelerin yerine geçebilecek tekstil malzemelerinin geliştirilmesi önem kazanmıştır. Ses yutucu tekstil malzemeleri dokuma, örme ya da dokunmamış kumaşlardır. Fakat üretim prosesinin dokuma ve örme kumaşlara göre kolaylığı ve ucuzluğu nedeniyle dokunmamış kumaşlar akustik tekstil malzemeleri içinde en büyük paya sahiptir. Dokunmamış kumaşların tercih edilme sebeplerinden bir diğeri ise yüksek gözenekliliğe sahip olmalarıdır. Bu çalışmanın amacı, otomotiv sektörüne yönelik, farklı kesitli PET lifi içeren, ısıl veya iğneleme yöntemi ile sabitlenmiş, ses yutucu özelliğe sahip dokunmamış kumaşların tasarımı ve geliştirilmesidir. Bu amaçla farklı üretim parametreleri (lif kesit şekli, lif karışım oranı, malzemenin yüzey yoğunluğu, sabitleme yöntemi, iğneleme yoğunluğu, iğneleme derinliği) seçilmiş ve bu parametrelerin farklı seviyelerine göre üretilecek dokunmamış kumaşlar tasarlanmıştır. Tüm deneysel tasarımlar Taguchi metodu ile yapılmıştır. Taguchi metodu sayesinde, en yüksek ses yutum katsayısını veren parametre seviyelerine göre üretilmiş optimum numuneler tespit edilmiştir. Ayrıca her bir üretim parametresinin malzemelerin ses yutum katsayısına olan etkileri detaylı olarak incelenmiştir. Malzemelerin ses yutum performansları ile ilgili olarak daha güvenilir yorumlar yapılabilmesi için aynı zamanda malzemelerin kalınlık ve hava geçirgenliği değerleri ölçülmüş, hacim yoğunluğu ve gözeneklilik değerleri ise hesaplanmıştır. Bu fiziksel özelliklerin de ses yutum performanslarını nasıl etkiledikleri detaylı olarak incelenmiştir. Çalışmanın hedef uygulama alanı otomotiv olduğu için malzemeler aracın farklı kısımlarında uygulanmak üzere tasarlanmış ve üretim parametreleri buna göre belirlenmiştir. Örneğin araçların kaporta kapağı altında veya kapı panellerinde kullanılması önerilen dokunmamış kumaşlar ısıl veya düşük iğneleme yoğunluğu ile sabitlenmiştir. Öte yandan araç taban halısı uygulamalarında kullanılması önerilen dokunmamış kumaşlar ise daha yüksek iğneleme yoğunluğu ile sabitlenmiştir. Araç taban halılarından beklenen bir diğer özellik olan aşınma dayanımı da tez çalışması kapsamında incelenen bir diğer sonuç değişkenidir. Taban halısı uygulaması için geliştirilen numunelerden en yüksek ses yutum performansına sahip olanlarına, performanslarını yükseltmek amacıyla ek bir uygulama yapılmıştır. Bu uygulama kapsamında, numunenin üzerine 3 denye yuvarlak kesitli (round) PET içeren üst katman yerleştirilmiş ve malzemeler iğneleme aşamasında birleştirilmiştir. Geliştirilen bu yeni numunelerin hem ses yutum performansları hem de aşınma dayanımı performansları incelenmiştir. Otomotiv sektöründe taban halılarının aşınma dayanımını iyileştirmek için arka yüzlerine lateks kaplama uygulanmaktadır. Fakat bu kaplama işleminin malzemenin ses yutum performansını nasıl etkilediğini inceleyen çalışmalar literatürde azdır. Bu nedenle tez kapsamında arka yüzeyi lateks kaplanan dokunmamış kumaşların, kaplamadan önce ve sonraki ses yutum performansları ve aşınma dayanımları karşılaştırılmış ve kaplamanın etkileri incelenmiştir. Sabitleme metodu değiştirilerek üretilen numunelerden elde edilen sonuçlara göre ısıl sabitlenmiş olan dokunmamış kumaşların iğnelenerek sabitlenmiş dokunmamış kumaşlara göre daha yüksek ses yutum performansına sahip oldukları görülmüştür. Gelen sesin frekansı arttıkça dokunmamış kumaşların ses yutum performanslarında da artış gözlenmiştir. Yüzey yoğunluğunun özellikle orta ve yüksek frekansta, sabitleme yönteminin ise düşük frekanstaki ses yutum performanslarında etkili olduğu tespit edilmiştir. PET/LMPET karışım oranı (%) 65/35 ve 80/20 olan malzemelerin, 50/50 karışım oranına sahip numunelerden daha yüksek ses yutum katsayısına sahip olduğu görülmüştür. Altıgen kesitli ve içi boşluklu (hexaflower) PET içeren numunelerin ise içi boşluklu (hollow) ya da yuvarlak kesitli PET lifi içeren numunelerden biraz daha iyi performansa sahip olduğu görülmüştür. Altıgen kesitli ve içi boşluklu PET'in daha iyi sonuç verdiği görüldükten sonra üretilen yuvarlak kesitli PET/ altıgen kesitli ve içi boşluklu PET/LMPET karışımlı numuneler arasında en yüksek ses yutum katsayısını veren numunenin 70/20/10 (%) karışım oranına sahip, 600 gsm, 500 iğneleme sayısı/cm2 iğneleme yoğunluğu ve 13-8-8 mm iğneleme derinliği ile sabitlenmiş numune olduğu belirlenmiştir. İğneleme yoğunluğundaki artışın ses yutum performasını önemli ölçüde değiştirmediği, iğneleme derinliğindeki artışın ise ses yutum performansını iyileştirdiği görülmüştür. %70/20/10 karışım oranında yuvarlak kesitli PET/ altıgen kesitli ve içi boşluklu PET/LMPET içeren numunenin üzerine ek olarak yerleştirilen 3 denye yuvarlak kesitli PET içeren üst katmanın etkisi incelendiğinde ise bu uygulamanın ses yutum performansını iyileştirdiği görülmüştür. Fakat ince denyeden üretilmiş üst katmanın aşınma dayanımını kötüleştirdiği görülmüştür. Bu nedenle bu uygulama ile geliştrilen numunelerin araçlarda taban halısı uygulamaları yerine kaporta kapağı altı ya da kapı paneli uygulamaları için daha uygun olduğu görülmüştür. Lateks kaplamanın etkisi incelendiğinde ise bu uygulamanın malzemelerin ses yutum performansını kötüleştirdiği belirlenmiştir. Ayrıca aşınma testi sırasındaki lif kaybına ise gözle görülür bir iyileştirmeye sebep olmadığı görülmüştür. Son olarak, numunelerin ölçülmüş ses yutum katsayıları, Delany-Bazley ampirik modeli ile hesaplanmış olan ses yutum katsayıları ile karşılaştırılmıştır. Genel olarak, model ile hesaplanmış olan ses yutum katsayıları, ölçülen ses yutum katsayılarından daha düşük elde edilmiştir. Ek olarak, ısıl yöntemle sabitlenmiş olan daha kalın numunelerin iğneleme ile sabitlenmiş daha ince numunelere kıyasla model ile daha uyumlu sonuçlar verdiği görülmüştür.
Özet (Çeviri)
The market of acoustic materials for the automotive industry is growing in order to produce more comfortable and high-quality automobiles. The noise in an automobile is generated by engine, exhaust, road, and wind. There are two different interacting mechanisms between these sound sources and an automobile such as airborne noise and structure-borne noise. In the case of airborne noise, sound waves, coming from the outside, transmit to the passenger compartment, directly. In the case of the structure-borne noise, sound waves vibrate the vehicle, and vibration causes interior part surfaces to radiate the noise inside the automobile. The major noise control approach in automobiles aims to interrupt the airborne noise, dominates the interior noise level, with the sound absorption materials. Nonwoven materials are the most used sound absorption materials for the reduction of airborne noise due to their high porous structure and low production costs. The aim of this study was to design and develop of PET fiber (round, hexaflower, hollow) based thermal bonded and needlepunched nonwovens to be used for noise control applications in automobiles as a hood liner, door panel or floor carpet. The nonwoven samples were planned by using Taguchi experimental design method based on different production parameters, i.e., fiber cross section, fiber blend ratio, areal density, web bonding method, punch density, and penetration depth. The effect of all these parameters on sound absorption performance was investigated. The sound absorption performance of the produced nonwovens was determined by the measurement of sound absorption coefficients. In addition, in order to make a reliable comparison between the nonwoven samples in terms of their sound absorption performance, other physical properties such as thickness, air permeability, density, and porosity were also evaluated. For the purpose of further improvement of the sound absorption, some of the samples were combined with a low denier nonwoven top layer. The abrasion resistance test was also performed to the nonwovens that were designed to be used in floor carpet applications. In addition, these samples were back coated with a latex resin since it was a conventional process to improve abrasion resistance in the automotive industry. The sound absorption and abrasion resistance performance, and physical properties of the nonwoven samples after latex back coating was also studied. It was observed that thermal bonded samples had higher sound absorption coefficients due to their higher thickness and porous structure compared to needlepunch bonded samples. An increase in sound frequency resulted in an increase in SAC values for both needlepunched and thermal bonded samples. The areal density had the most significant effect on SAC value at medium and high sound frequencies. The samples with blend ratios of 65/35% and 80/20% of PET/LMPET fibers showed better performance compared to the blend ratio of 50/50%. The optimum sample (80/20% hexaflower PET/LMPET, thermal bonded, 650 g/m2) for hood liner or door panel applications had a sound absorption coefficient of 0.57 (Taguchi L18). Compared to hollow and round PET fiber based nonwoven samples, using hexaflower PET fiber in nonwoven samples improved sound absorption performance. The optimum sample (70/20/10 round PET/hexaflower PET/LMPET, needlepunched, 600 g/m2) for floor carpet applications had a sound absorption coefficient of 0.27 (Taguchi L16). An increase in the penetration depth improved both sound absorption and abrasion resistance performance of the needlepunched nonwoven samples, whereas an increase in the punch density did not significantly change the sound absorption coefficients of the nonwoven samples. It was observed that the addition of a low denier (3 denier) top nonwoven layer on the optimum sample (70/20/10% round PET (6 denier)/ hexaflower PET/ LMPET) somewhat improved the sound absorption performance. However, it worsened the abrasion resistance performance. The sound absorption performance of the nonwoven samples deteriorated after a back coating with a latex resin compared to the sound absorption performance of uncoated nonwoven samples. It was observed that latex back coating did not lower the fiber loss percentage of the nonwoven samples. The measured sound absorption coefficients were also compared with the calculated coefficients according to Delany-Bazley empirical model. In general, a poor agreement with experimental values was observed. On the other hand, the sound absorption coefficients of the thicker samples were calculated closer to experimental data compared to those of thinner samples.
Benzer Tezler
- Mimaride kullanılan dokunmamış malzemelerin ses yutuculuğunun empedans tüpü ile ölçülmesi ve değerlendirilmesi
Measuring and evaluating the sound absorption of nonwoven materials used in architectural design by using impedance tube
DUYGU ÖZEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEVTAP YILMAZ
- Nanofibrous resonant membrane for acoustic applications
Akustik uygulamalar için nanolifli resonant membran
MERVE KÜÇÜKALİ ÖZTÜRK
Doktora
İngilizce
2017
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA BANU NERGİS
PROF. DR. CEVZA CANDAN
- A design of ethylene removal non-woven textile by using natural zeolite and potassium permanganate
Doğal zeolitler ve potasyum permanganat kullanılarak etilen tutucu dokusuz yüzey tekstil ürününün tasarlanması
AYŞENUR DURU
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SALİH OKUR
PROF. DR. AYŞE MERİH SARIIŞIK
- Koruyuculuk ve performans özellikleri artırılmış çok kullanımlık maske tasarımı ve geliştirilmesi
Design and development of reusable masks by enhancing protection and performance characteristics
EMİNE RÜMEYSA EREN
Doktora
Türkçe
2022
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiEge ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OKTAY PAMUK