Zastosowanie płyty polietylenowej w dźwiękochłonno-izolacyjnych przegrodach warstwowych

W 2011 r. w Katedrze Mechaniki i Wibroakustyki rozpoczęto realizację projektu badawczo-rozwojowego, którego celem jest opracowanie nowych rozwiązań materiałowych dźwiękochłonno­‑izolacyjnych przegród warstwowych, przydatnych w projektowaniu zabezpieczeń przeciwhałasowych.

Założono, że nowe rozwiązania przegród warstwowych, stanowiących elementy ścienne zabezpieczeń, będą zbudowane z różnych, nowych, dotychczas niestosowanych materiałów i tworzyw, charakteryzujących się dobrymi właściwościami akustycznymi (dźwiękochłonnymi i dźwiękoizolacyjnymi). Jednym z nowych materiałów przetestowanych pod kątem przydatności jako warstwy dźwiękochłonnej jest płyta polietylenowa. 

Wyniki badań zamieszczono na RYS. 1 w postaci wykresów charakterystyk pochłaniania dźwięku w pasmach 1/3 oktawowych częstotliwości oraz w TABELI 1.

Na podstawie analizy RYS. 1 można sformułować następujące wnioski z wstępnych badań właściwości dźwiękochłonnych (materiał dźwiękochłonny powinien być poddany badaniu pogłosowego współczynnika pochłaniania dźwięku oraz mieć określoną klasę pochłaniania dźwięku zgodnie z normą PN-EN ISO 11654:1999 [1]) płyty:

•  płyta polietylenowa o gęstości objętościowej 35 kg/m³ ma dobre właściwości pochłaniania dźwięku i może być zaliczana do materiałów dźwiękochłonnych;
•  kształt charakterystyk pochłaniania dźwięku płyty o gr. 55 i 110 mm odpowiada materiałom dźwiękochłonnym szerokopasmowym (np. wełnie mineralnej);
•  zwiększenie gr. płyty z 55 mm do 110 mm nie wpływa praktycznie na charakterystykę pochłaniania dźwięku. Zmiana grubości nie spowodowała zwiększenia pochłaniania (wartość a_śr. jest porównywalna);
•  płyta o gr. 20 mm ma dobre właściwości dźwiękochłonne powyżej 800 Hz. Poniżej tej częstotliwości pochłanianie dźwięku jest znacząco mniejsze niż w odniesieniu do płyty o gr. 55 mm.
  
  Jej charakterystyka pochłaniania dźwięku wykazuje występowanie częstotliwości rezonansowych (przy których występuje maks. pochłaniania dźwięku przez materiał). Największa wartość pochłaniania (0,9) występuje przy częstotliwości 1250 Hz.

Przegrody warstwowe w zabezpieczeniach przeciwhałasowych

Ze względu na konstrukcje przegród i ich zachowanie w polu akustycznym przegrody dźwiękochłonno-izolacyjne stosowane w budownictwie i w wibroakustyce (elementy ścienne zabezpieczeń przeciwhałasowych) można podzielić na [2, 3]: pojedyncze, proste (jednorodne, niejednorodne, wielowarstwowe) i wielokrotne, złożone (wykonane z przegród jednorodnych, niejednorodnych, wielowarstwowych o identycznej lub różnej strukturze ze szczelinami powietrznymi pomiędzy nimi).

Najczęściej stosowanymi w zabezpieczeniach przeciwhałasowych przegrodami warstwowymi są przegrody pojedyncze i dwuścienne [4, 5]. Przegroda pojedyncza w najprostszym rozwiązaniu składa się z płyty dźwiękoizolacyjnej oraz warstwy dźwiękochłonnej (RYS. 2). Najprostsza przegroda dwuścienna (zwana podwójną) składa się zaś z dwóch jednakowych płyt dźwiękoizolacyjnych z umieszczoną między nimi warstwą dźwiękochłonną – rdzeniem dźwiękochłonnym (RYS. 3).

Test przydatności (z punktu widzenia oczekiwanych parametrów izolacyjności akustycznej) zastosowania płyty polietylenowej w przegrodach warstwowych przeprowadzono na próbkach przegród, których schematyczne przekroje przedstawiono na RYS. 2 i 3. Badaną płytę łączono z blachą aluminiową dwustronną taśmą klejącą.

Wynik testu był pozytywny, co umożliwia opracowanie bardziej złożonych przegród warstwowych (z dodatkowymi warstwami dźwiękochłonnymi i dźwiękoizolacyjnymi). W ten sposób będzie można uzyskać przegrody o wyższych parametrach izolacyjności akustycznej od przegród w wykonaniu najprostszym.

Własności dźwiękoizolacyjne przegród warstwowych z płytą polietylenową

Do przeprowadzenia badań przydatności zastosowania płyty polietylenowej w przegrodach warstwowych pojedynczych i dwuściennych wykonano po 3 próbki przegrody pojedynczej i dwuściennej (FOT. 4–9).

Badania wstępne izolacyjności akustycznej próbek przegród warstwowych przeprowadzono na stanowisku do badania izolacyjności akustycznej przegród o małych wymiarach (700 mm×700 mm) umożliwiającym wstępne określanie właściwości dźwiękoizolacyjnych nowych, prototypowych przegród.

Opis stanowiska przedstawiono w artykule „Ocena właściwości dźwiękoizolacyjnych przegród o małych wymiarach” [1] oraz w publikacji „Warstwy gumowe w rozwiązaniach zabezpieczeń wibroakustycznych” [2].

Wyniki badań izolacyjności akustycznej próbek przegród pojedynczych i podwójnych w postaci wykresów charakterystyk izolacyjności akustycznej w pasmach 1/3 oktawowych częstotliwości przedstawiono na RYS. 4 (przegrody pojedyncze) i RYS. 5 (przegrody dwuścienne).

W TABELACH 2 i 3 podano dodatkowo jednoliczbowy wskaźnik izolacyjności od dźwięków powietrznych R_w wyznaczony w odniesieniu do poszczególnych przegród. RYS. 6–8 ilustrują zestawienia porównawcze charakterystyk izolacyjności akustycznej przegród pojedynczych i dwuściennych z warstwą płyty polietylenowej o identycznej grubości.

Na podstawie analizy zestawień porównawczych charakterystyk izolacyjności akustycznej przegród warstwowych (wykonanych z połączenia blachy aluminiowej z płytą z polietylenu) można stwierdzić, że:

•  zwiększenie grubości płyty w przegrodzie pojedynczej wpływa znacząco na wzrost jej izolacyjności akustycznej w całym zakresie częstotliwości powyżej 250 Hz;
•  zmiana grubości płyty w przegrodzie dwuściennej ma zasadniczy wpływ na zwiększenie izolacyjności akustycznej w zakresie częstotliwości od 250 Hz do 1 kHz;
•  w obu rodzajach przegród zwiększenie grubości płyty wpływa na wyraźny wzrost wartości jednoliczbowego wskaźnika izolacyjności od dźwięków powietrznych R_w. W przegrodzie pojedynczej R_w wynosi odpowiednio 21 dB, 26 dB i 30 dB, a w przegrodzie dwuściennej 25 dB, 29 dB i 34 dB;
•  przegrody dwuścienne charakteryzują się lepszą izolacyjnością akustyczną od przegród pojedynczych. Zastosowanie płyty o gr. 20 mm powoduje znaczący przyrost izolacyjności akustycznej (od 10 do 15 dB) przegrody dwuściennej powyżej 500 Hz.
  
  Płyta o gr. 55 mm powoduje przyrost izolacyjności akustycznej przegrody dwuściennej rzędu 10 dB w zakresie od 315 Hz do 500 Hz i 1,25 kHz do 2,5 kHz. Płyta o gr. 110 mm powoduje zwiększenie izolacyjności akustycznej przegrody dwuściennej już w mniejszym stopniu, rzędu 5 dB, w zakresie od 200 Hz do 400 Hz i od 630 Hz do 2,5 kHz.

Zastosowanie przegród warstwowych z płytą polietylenową

Uzyskane wyniki badań wstępnych właściwości dźwiękochłonnych płyty z polietylenu oraz właściwości dźwiękoizolacyjnych przegród warstwowych pojedynczych i dwuściennych potwierdzają jej pełną przydatność stosowania w elementach ściennych zabezpieczeń przeciwhałasowych.

Przegrody pojedyncze i dwuścienne z płytą o gr. 20 mm powinny znaleźć zastosowanie w projektowaniu zintegrowanych obudów dźwiękochłonno-izolacyjnych.

Zintegrowana obudowa [1, 3] jest szczególnym rodzajem obudowy dźwiękochłonno-izolacyjnej – ma zastosowanie w ograniczaniu hałasu maszyn i urządzeń, które występują na stanowiskach pracy w halach produkcyjnych i wymagają ciągłej i bezpośredniej obsługi przez operatora (np. prasy mechaniczne, tokarki). W takich maszynach nie można stosować klasycznej obudowy hermetyzującej maszynę, do której dostęp odbywa się przez drzwi w obudowie.

Przegrody pojedyncze i dwuścienne z płytą o gr. 55 mm i 110 mm mogą mieć zastosowanie w obudowach klasycznych oraz ekranach akustycznych. W przypadku obudów przegroda pojedyncza może stanowić jej element ścienny, przegroda dwuścienna – jedną z warstw przegrody pojedynczej.

Aluminiowy panel ekranu akustycznego dźwiękoizolacyjnego przypomina swoją budową przegrodę dwuścienną, natomiast panel ekranu akustycznego dźwiękochłonnego jednostronnie pochłaniającego dźwięk jest odpowiednikiem przegrody pojedynczej.

Przegrody dwuścienne z płytą o gr. 55 mm i 110 mm mogą być również wykorzystywane jako elementy ścianek działowych w budownictwie przemysłowym. Same zaś płyty o gr. 55 mm i 110 mm mogą znaleźć zastosowanie jako płyty dźwiękochłonne w absorpcyjnych tłumikach hałasu.

Przedstawione możliwości zastosowania przegród warstwowych z płytą polietylenową są oczywiście propozycją do praktycznego wykorzystania, a ostateczne rozwiązania mogą być modyfikowane i uzupełniane dodatkowymi warstwami dźwiękochłonnymi i dźwiękoizolacyjnymi, także innymi odmianami płyty z polietylenu.

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, „Ocena właściwości dźwiękoizolacyjnych przegród o małych wymiarach”, „IZOLACJE”, nr 10/2010, s. 44–48.
2. J. Sikora, „Warstwy gumowe w rozwiązaniach zabezpieczeń wibroakustycznych”, Wydawnictwa AGH, Kraków 2011.
3. Z. Engel, J. Sikora, „Obudowy dźwiękochłonno-izolacyjne. Podstawy projektowania i stosowania”, Wydawnictwa AGH, Kraków 1998.
4. Z. Engel, J. Sikora, „Sposoby redukcji hałasu maszyn i urządzeń. Rozwiązania przegród dźwiękoizolacyjnych”, „IZOLACJE”, nr 10/2002, s. 60–64.
5. A. Kaczmarska, Z. Engel, J. Sikora, „Dobór warstwowych zabezpieczeń przeciwhałasowych – wytyczne dla projektantów”, „Bezpieczeństwo Pracy”, nr 6/2005, s. 10–13.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!