Materiały dźwiękochłonne uzyskane w wyniku recyklingu wyrobów gumowych

W projektowaniu i doborze przegród dźwiękoizolacyjnych 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 wykazały bowiem przydatność m.in. granulatów gumowych do stosowania w przegrodach dźwiękochłonno­‑izolacyjnych [1–4].

Granulaty gumowe mają dobre właściwości pochłaniania dźwięku i mogą być stosowane jako rdzenie dźwiękochłonne w przegrodach dwuściennych. Podobnie jak granulaty z innych tworzyw naturalnych i sztucznych charakteryzują się jednak wąskopasmowym pochłanianiem dźwięku, co jest pewnym mankamentem.

Tego typu materiały nie mogą więc zastąpić wełny mineralnej, która ma charakterystykę szerokopasmową. Taką charakterystykę pochłaniania dźwięku mają natomiast otrzymywane w wyniku recyklingu zużytych taśm transporterowych granulaty nazwane tkaninowo-gumowymi i tkaninowymi.

Badania granulatów gumowych

Autorzy od wielu lat zajmują się badaniami akustycznymi nowych materiałów. Okazuje się, że mogą być one przydatne w projektowaniu zabezpieczeń wibroakustycznych, takich jak obudowy dźwiękochłonno-izolacyjne, przegrody budowlane, zintegrowane obudowy przeznaczone dla maszyn wymagających ciągłej i bezpośredniej obsługi oraz paneli akustycznych do budowy ekranów akustycznych i będą konkurencyjne do obecnie stosowanych.

Pozytywne wyniki badań dotyczące własności dźwiękochłonnych granulatów gumowych stały się inspiracją do badań akustycznych granulatów uzyskiwanych w wyniku recyklingu odpadów produkcyjnych taśm transporterowych. Badania przeprowadzono w Katedrze Mechaniki i Wibroakustyki AGH w Krakowie we współpracy z Fabryką Taśm Transporterowych „Wolbrom” w Wolbromiu.

W badaniach zwrócono szczególną uwagę na właściwości akustyczne granulatów gumowych nieoczyszczonych do końca z włókna bawełnianego, a także odzyskanego samego włókna z niewielkim zanieczyszczeniem drobnym ziarnem gumowym. Wstępne badania granulatów gumowych z zanieczyszczeniami włóknem bawełnianym wykazały, że charakterystyka pochłaniania dźwięku takich materiałów jest szerokopasmowa, zbliżona do charakterystyki wełny mineralnej, stanowiącej w pewnym sensie wzorzec szerokopasmowego materiału dźwiękochłonnego stosowanego w zabezpieczeniach wibroakustycznych.

Granulaty gumowe powstają w wyniku rozdrobnienia odpadów gumowych: taśm transporterowych, 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.

Proces rozdrobnienia odpadów produkcyjnych gumowych typu taśma transporterowa (pozostałości po obcinaniu obrzeży) pozwala na otrzymanie granulatu gumowego w trzech postaciach: granulatu gumowego (po oczyszczeniu z tkaniny bawełnianej) (fot. 1), granulatu tkaninowo-gumowego (zanieczyszczonego włóknem bawełnianym) (fot. 2) oraz tkaninowego (odseparowane włókno bawełniane od ziaren gumy poddane roztrzepaniu do postaci „waty”) (fot. 3). Postaci te poddano badaniom w celu określenia charakterystyk porównawczych pochłaniania dźwięku.

Badania fizycznego współczynnika pochłaniania dźwięku af (przy prostopadłym padaniu fali dźwiękowej na powierzchnię badanej próbki materiału) wykonano na próbkach o pięciu grubościach (10, 20, 30, 40 i 50 mm) każdej z trzech postaci granulatu gumowego. Do przeprowadzenia eksperymentu badawczego użyto rury impedancyjnej (Rury Kundta) pozwalającej na określenie współczynnika pochłaniania dźwięku metodą wykorzystującą współczynnik fal stojących.

Metoda ta jest bardzo przydatna do rozważań studialnych, a także do wstępnych badań umożliwiających określenie przydatności nowych materiałów (lub materiałów jeszcze niezbadanych) z punktu widzenia ich własności dźwiękochłonnych. Do wykonania badań akustycznych tą metodą potrzebna jest niewielka ilość materiału: 2 próbki (krążki) o średnicy 30 i 100 mm, co ma duże znaczenie z punktu widzenia ekonomicznego – stosunkowo niewielki koszt wykonania próbki materiału do badania laboratoryjnego.

W badaniach tego typu materiałów niezbędne było umieszczenie ich w specjalnych tulejach z tworzywa sztucznego (fot. 4–5), z jednej strony zamkniętych pełnymi ściankami, a z drugiej (od strony padania fali dźwiękowej na powierzchnię badanej próbki) elastyczną cienką włókniną o drobnych oczkach, wykonanych specjalnie do badań materiałów niemających twardej struktury.

Zestawienie wyników badań

Wyniki badań eksperymentalnych własności dźwiękochłonnych granulatu tkaninowego (fot. 3) zestawiono w celach porównawczych z wynikami przeprowadzonych wcześniej badań [4] granulatów (fot. 1, 2). Właściwości dźwiękochłonne granulatu gumowego w trzech postaciach uzyskanych z recyklingu zużytych taśm transporterowych zilustrowano w postaci wykreślnej (rys. 1–3) i tabelarycznej (tabele 1–3).

Ocena akustyczna granulatów

Porównanie wyników badań doświadczalnych granulatu tkaninowego „lamin” z pozostałymi dwiema postaciami granulatu gumowego uzyskiwanego w wyniku recyklingu zużytych taśm transporterowych pozwala na dokonanie następującej oceny akustycznej przydatnej dla projektantów zabezpieczeń przeciwhałasowych oraz firm zajmujących się recyklingiem odpadów gumowych:

• charakterystyki pochłaniania dźwięku granulatu tkaninowego „lamin” umożliwiają (podobnie jak granulat tkaninowo-gumowy) zaliczenie go do materiałów dźwiękochłonnych szerokopasmowych. Charakterystyka pochłaniania tego materiału jest zbliżona do charakterystyki wełny mineralnej;
• w granulatach tkaninowym „lamin” oraz tkaninowo-gumowym występuje wyraźny wpływ grubości warstwy na pochłanianie dźwięku. Wzrost grubości warstwy powoduje wzrost średniej wartości współczynnika pochłaniania;
• „czysty” granulat gumowy charakteryzuje się, podobnie jak granulaty z innych tworzyw naturalnych i sztucznych, wąskopasmową charakterystyką pochłaniania dźwięku. Dlatego nie występuje wzrost średniej wartości współczynnika pochłaniania, natomiast wraz z grubością warstwy częstotliwość rezonansowa (w której występuje największe pochłanianie dźwięku) przesuwa się od częstotliwości wysokich do częstotliwości średnich.

Przeprowadzone badania eksperymentalne granulatów gumowych uzyskanych w wyniku recyklingu zużytych wyrobów gumowych wskazują, że oprócz oczyszczonych granulatów gumowych można z powodzeniem wykorzystywać pochodzące z recyklingu granulaty z domieszką włókna bawełnianego oraz samo włókno w postaci „waty” przypominającej swoją strukturą wełnę mineralną i szklaną.

Podobieństwo do materiałów już tradycyjnie wykorzystywanych w zabezpieczeniach przeciwhałasowych rokuje, że również te postaci recyklingu gumowego będą mogły być stosowane w przegrodach warstwowych jako rdzenie i wykładziny dźwiękochłonne.

Wyniki badań mogą też być przydatne dla firm zajmujących się recyklingiem innych zużytych materiałów i wyrobów zawierających możliwe do odzyskania włókna bawełniane i inne, które po rozdrobnieniu mogą przyjąć strukturę włóknistą stanowiącą potencjalny materiał dźwiękochłonny.

Autorzy zdają sobie oczywiście sprawę z tego, że aby dany materiał mógł być stosowany jako wyrób dźwiękochłonny, musi przejść dalszą obróbkę technologiczną. Niemniej jednak już we wstępnej postaci może być wykorzystany w elementach ściennych prototypowych zabezpieczeń przeciwhałasowych jako rdzeń dźwiękochłonny zastępujący klasyczne materiały dźwiękochłonne.

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

Literatura

1. J. Sikora, „Dźwiękochłonne właściwości materiałów ziarnistych”, „IZOLACJE”, nr 9/2007, s. 26–29.
2. J. Sikora, J. Turkiewicz, „Przegrody dwuścienne z rdzeniami dźwiękochłonnymi z materiałów ziarnistych”, „IZOLACJE”, nr 10/2007, s. 28–33.
3. J. Sikora, J. Turkiewicz, „Charakterystyki pochłaniania dźwięku materiałów ziarnistych”, „IZOLACJE”, nr 9/2010, s. 26–30.
4. J. Sikora, J. Turkiewicz, „Właściwości dźwiękochłonne i zastosowanie granulatów gumowych”, „IZOLACJE”, nr 1/2012, s. 54–58.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!