SES YALITIMINDA KULLANILAN TEKSTİL MALZEMELERİ

Ses yalıtımında kullanılan tekstiller
Tarafından | 24 Ocak 2022

Ses yalıtımında kullanılan malzemeler hem ses yutma hem de ses yansıtma özelliğine sahiptirler. Bu özelliklerden biri diğerinden fazla olunca malzeme ses yutucu veya yansıtıcı malzeme olarak nitelendirilir. Esasında tüm malzemeler belirli oranlarda ses yutma ve yansıtma özelliklerine sahiptirler.

Efektif ses yutucu materyaller birbirine zıt yapısal özellikleri bir arada bulundurmalıdırlar. Diğer bir değişle, yapısal açıdan birbirine zıt olacak kadar farklı hava boşluklarının ve katı maddenin birleşimi şeklinde ortaya çıkan materyaller yüksek ses yutucu özelliklere sahip materyallerdir. Bu materyaller gözenekli, dispers, kapilyarlı ve karışık yapıda olabilirler. Gözenekli malzemeler, ses yutucu olarak daha yaygın olarak kullanılmakta ve bu malzemelerde ki katı madde miktarı toplam hacmin ancak belirli bir kısmını oluşturmakta ve tüm hacim içerisinde eşit olarak dağılmaktadır.

Tüm hacim içerisinde homojen olarak dağılan katı madde beraberinde çok sayıda birbirlerine kanallarla bağlı küçük boşlukların da oluşmasına sebep olmaktadır. Ses yutucu gözenekli malzemelerde gözenekler arasında belli bir geçişgenlik olduğundan ısı koruyucu malzemelere göre farklılıklara sahiptirler. Isı koruyucu gözenekli malzemelerde gözeneklerin kapalı olması istenirken ses yutum kapasitesi yüksek gözenekli malzemelerde iki farklı mekanizma sözkonusudur:

  • Sert iskelete sahip gözenekli materyaller:
  • Esnek iskelete sahip gözenekli materyaller.

Sert iskelete sahip gözenekli ses yutucu materyallerde ses dalgaları ortam yüzeyine basınç uygulamak suretiyle gözenekler içindeki boşluklarda ve kanallardaki havayı harekete geçirerek hava moleküllerinin birbirlerine, kanal ve boşlukların duvarlarına çarpmasına ve oluşan sürtünmeye bağlı olarak sönümlenmesine sebep olurlar.

Esnek iskelete sahip gözenekli ses yutucu materyallerde ise havanın kanal ve malzeme gözeneklerinin duvarlarında oluşturduğu sürtünmelerden başka esnek iskeletin deformasyonu ve relaksasyonu sayesinde de ses enerjisinin emilmesi söz konusu olabilmektedir. Ses yutucu gözenekli malzemeler düşük yoğunluğa, yüksek gözenek yüzey alanı ve hacmine sahip olmaktadırlar. Bu parametreleri, üretim teknolojisi ve üretim şartlarını değiştirmek suretiyle istenen yapıya ve özelliklere sahip ses yutucu malzemelerin üretilmesi mümkün olabilecektir. Bilinen gözenekli ses yutucu malzemeler yapısal özellikler açısından 4 sınıfa ayrılmaktadır:

  • Lifsi yapıya sahip ses yutucu malzemeler (dokusuz yüzeyler, kumaş, cam ve taş yünü).
  • Tanecikli yapıya sahip ses yutucu malzemeler (perlit, vermikülit, sermet).
  • Karışık yapıya sahip ses yutucu malzemeler (pomzatik perlit).
  • Odacıklı yapıya sahip ses yutucu malzemeler (gazbeton, poliüretan köpüğü).
Ses yalıtımında kullanılan tekstiller

Şekil 1.5. Ses yutumunda kullanılan malzemeler.

Gözenekli Ses Yutucu Malzemeler

Tabiatta neredeyse her cismin belli bir ses yutma ve soğurma yeteneği vardır. İç mekânlarda var olan ses enerjisini yutma ve sönümleme anlamında gözenekli malzemeler büyük öneme sahiptirler. Gözenekli malzemelerin lifsi, hücresel ya da tanecikli yapılarına bağlı olarak gözenek yapısı ve gösterdiği performans değişebilmektedir.

Lifsi Yapıya Sahip Gözenekli Malzemeler

Mineral, suni, metalik ve sentetik malzemeler ses yutucu olarak birçok alanda karşımıza çıkmaktadır. Ancak lifsi yapıya sahip malzemeler hafifliği, üstün yetenekleri, kolay üretilebilme imkânları, düşük maliyetli ve gözenekli içyapıları dolayısı ile daha çok tercih edilmelerini sağlamaktadır. Ses dalgaları liflerin iç gözeneklerinde ve lifler arasında bulunan boşluklarda sürtünmeye maruz kalmakta ve sönümlenmektedir. Dokuma ve örme kumaşlar, dokusuz yüzeyler ve yine dokusuz yüzey grubunda olan geleneksel olarak ses yalıtımında kullanılan cam yünü, taş yünü ve ahşap yünü gibi malzemeler daha fazla ön plana çıkmaktadırlar.

Dokuma ve Örme Kumaşlar

Dokuma ve örme kumaşlar, halılar ve döşemelik yüzeyler ses yutumu ve yalıtımı açısından iyi sonuçlar verdiği için iç mekânlarda ses yalıtım malzemeleri olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bu materyallerin ses yutma ve ses yalıtma özelliklerinden amaca uygun bir şekilde yararlanarak ürünlerin fonksiyonelliğini arttırmak mümkün olmaktadır. Söz konusu malzemelerin ses yutma özelliklerini etkileyen faktörler ve bu etkilerin karakteristik özellikleri ile ilgili yapılan çok sayıda araştırma bulunmakta ve yeni araştırmaların da yapılmakta olduğu görülmektedir.

Duvar kaplaması olarak kullanılan püsküllü duvar halılarının ses yutum kapasitesinin artırılmasında kullanılan hav iplik yapısı, hav yüksekliği ve halı kalınlığı ses yutumunu olumlu etkilemektedir. Döşemelik dokuma kumaşların gramaj, kalınlık ve konstrüksiyonlarının ses yutumunda diğer önemli parametreler olduğu ancak bu parametreler içerisinde kumaş kalınlıklarının en etkili unsur olduğu ifade edilmektedir. Otomotiv iç döşemelerinde kullanılacak örme kumaşların incelendiği bir çalışmada kumaş kalınlığı ve yoğunluğundaki artışa bağlı olarak ses yutum değerlerinin arttığı belirtilmiştir.

Özellikle dolgu uygulamalarında kullanılmak üzere üretilen çözgülü örme kumaşların dış yüzey tabakası, kumaş inceliği, boşluk tabakası ve eğim açısı gibi yapısal özellikleri değiştirilerek ses yutum katsayı değerlerinin yükseldiği ifade edilmiştir. Kumaş konstrüksiyonunun ses yutumunda etkisi olduğunu inceleyen soltani ve arkadaşı yünlü dokuma kumaşların yünlü örgü kumaşlardan daha yüksek ses yutum kabiliyetine sahip olduğunu belirtmişlerdir. Otomobillerin tavan ve bagaj kısımlarında kullanılmak üzere üretilen spacer örme kumaşların farklı iplik özelliklerine göre ses yutumunda değişiklikler göstersede diğer malzemelere göre daha iyi ses yutumu özelliğine sahip olduğu ifade edilmiştir.

Mikrofiber kumaşların ses yutum değerlerinin aynı incelik ve ağırlıktaki dokuma ve örme kumaşlara göre daha iyi olduğunu, mikrofiber kumaşlar için kumaş yoğunluğunun ses yutumu üzerinde kumaş inceliği veya kalınlığından daha etkili olduğu belirtilmiştir. Dokuma ve örme kumaşların üretiminde kullanılan iplik özellikleri, kumaş konstrüksiyonları, kumaş kalınlığı, kumaşların yoğunluğu ve gramajı gibi parametrelerin ses yutum kabiliyetini az ya da çok olmak üzere değişik oranlarda etkilediği yapılan araştırmalardan anlaşılmaktadır.

Dokusuz Yüzeyler

Nonwoven yüzeyler; doğal veya suni-sentetik elyafın ipliğe dönüştürülmeden doku oluşturulması ve oluşturulmuş dokunun mekanik, kimyasal veya ısıl işlemlerle bağlanmasıyla yüzeyin sabitlenmesi esasına dayanmaktadır. Dokusuz yüzey üretiminde lifler kesikli ya da kesiksiz olarak kullanılabilmekte ve tercih edilen lifin özelliklerine uygun üretim metodu seçilmektedir. Lifler tülbent oluşturacak şekilde serildikten sonra uygun doku sabitleme yöntemi belirlenip sabitlenmektedir. Kesiksiz liflerle yapılan üretimde, liflerin oluşumu ve tülbendin serilmesi aynı anda gerçekleşmektedir. Yüzeyler üretildikten sonra kullanım alanına göre çeşitli bitim işlemlerine tabi tutularak amaca uygun hale getirilmektedir.

Dokusuz yüzeylerin ses yutum ve yalıtım özellikleri ve bunları etkileyen faktörler incelendiğinde, malzeme yapısını oluşturan liflerin özelliklerine ve yapı içerisindeki liflerin oranlarına bağlı olarak değiştiği görülmektedir. %70 pamuk – %30 polyester içeren ve yüksek frekanslarda iyi ses yutumu sağlayan dokusuz yüzey numuneye akrilik ve polipropilen eklenmesi durumunda düşük-orta frekans aralığında da yutum değerinin yükseldiği tespit edilmiştir.

Taşcan ve arkadaşlarının bir çalışmasında ısıl bağlama ile elde edilen dokusuz yüzeylerde bağlama materyali olarak ince termoplastik liflerin kullanımının ses yutumunu artırdığı, lif yoğunluğunun ve liflerin birbirine dolanmalarının artmasıyla da azaldığını görmüşlerdir. Tavuk tüyü liflerinden ısıl bağlama yöntemine göre düşük yoğunluklu polietilen bağlayıcı polimeri kullanarak ürettikleri dokusuz yüzeyin yapısında mikro gözenekli olan tavuk tüyü lifinin kullanılmasının ses yutumunu arttırdığını ifade etmişlerdir.

Dokusuz yüzey üretiminde uygulanan üretim yönteminin ve yüzey özelliklerinin de ses yutum kabiliyetine etkisi bulunmaktadır. İğneleme yöntemine göre dokusuz yüzey üretiminde iğneleme yoğunluğunun artmasına bağlı olarak ses yutum kabiliyetinin arttığı belirtilmiştir. Çeşitli iğneleme yöntemlerini kullanarak düz, kadife ve fitilli şekillerde dokusuz yüzey kumaşlar üreten Shahani ve ekibi kumaş yüzeyinin ses yutumuna etkisini incelemişlerdir. Buna göre yüzeyi düz olan dokusuz kumaşların ses yutum katsayısının yüksek çıktığını ifade etmişlerdir.

Dokusuz yüzeylerin ses yalıtım özelliklerini etkileyen bir diğer önemli parametre ise malzeme kalınlığıdır. Jing Li tarafından yapılan çalışmada kalınlığın artmasına bağlı olarak düşük frekans aralıklarında ses yutumunun arttığı ve buna liflerin titreşim ve sürtünmesinin sebep olduğunu açıklamıştır. Malzeme kalınlığının ve dolayısı ile liflerin titreşimi ve sürtünmesinin ses yutumu açısından önemli olması Lee ve Joo tarafından da tespit edilmiştir. Ayrıca Lee ve Joo söz konusu çalışmalarında dokusuz yüzeylerdeki lif yapısı, oryantasyon açısı ve yüzey karakteristiğinin de ses yalıtımı açısından etkin faktörler olduğunu belirtmişlerdir.

Geleneksel olarak bilinen ve yaygın olarak kullanılan dokusuz yüzey üretim yöntemlerine göre üretilmiş cam yünü, taş yünü, ahşap yünü ve seramik yünü gibi gözenekli lifsi malzemelerin yapıları, üretim şekilleri ve ses yutuculuk özellikleri araştırılmıştır.

Taş Yünü; Mineral kökenli olup, volkanik kayaçlardan elde edilen bazalt, diyabaz, dolomit gibi mineral, inorganik taşların 1400°C -1500°C arasında ergitilip, elyaf haline gelmesiyle oluşturulan ve %97 oranında doğal elyaf içeren, endüstriyel alanlarda 760°C’ye kadar olan sıcaklıklarda yangına karşı dayanıklı, su itici özelliği olan ısı ve ses yalıtım malzemesidir. Şekil 1.6(b)’de taş yünü sanayi levhası ve tablo 1.7’de ise 5cm kalınlığındaki taş yünü dokusuz yüzeyin frekansa bağlı ses yutuculuk katsayıları gösterilmiştir.

Mineral yün grubundaki malzemelerin bünyelerinde havanın geçebileceği geçiş yolları ve boşluklar bulunmaktadır. Açık gözenekli yapıya sahip olan malzemelere, ses nüfus ettiğinde enerjinin bir kısmı bu iç boşluklara doğru ilerlerken sürtünme ve malzemelerdeki küçük liflerin titreşimi nedeniyle ısı enerjisine dönüşerek kaybolur. Ses dalgasının malzeme bünyesine nüfuz ettiği oranda yutulan ses enerjisi de artar. Sıcağa ve rutubete maruz kalması halinde boyutlarında bir değişme olmadığı, zamanla küf, korozyon ve paslanma yapmadığı için uygulandıkları alanlarda ses köprüsü oluşumuna izin vermeyen, yüksek frekanslı gürültülerin azaltılmasında etkili bir malzemedir. Kullanım yerine göre değişik malzemeler ile kombine yapılmak suretiyle yapı, tesisat ve akustik düzenleme gerektiren birçok alanda kullanılması mümkündür.

Malzemeler Frekanslara göre ses yutum katsayı değeri
Taş yünü 5cm
90kg/m³
125 250 500 1000 2000 4000
0,20 0,65 0,95 0,90 0,85 0,90

Cam Yünü; yerli olarak temin edilen, inorganik silis kumunun 1200°C-1250°C’de ergitilerek elyaf haline getirilmesi sonucunda üretilen lifli ve gözenekli bir dokusuz yüzey malzemedir. Kullanım yeri ve amacına göre farklı boyut ve teknik özelliklerde, değişik kaplama malzemeleri ile şilte, levha ve boru şeklinde üretilebilmektedir. Isı yalıtımı, ses yalıtımı ve akustik düzenleme ile birlikte yangın güvenliği de sağlamaktadır. Şekil 1.6 (a) ’da cam yünü levhası ve Tablo 1.8’de ise 5cm kalınlığındaki cam yünü dokusuz yüzeyin frekansa bağlı ses yutuculuk katsayıları görülmektedir.

Ses yalıtımında kullanılan tekstiller

Şekil 1.6. Cam yünü levha (a) ve taş yünü sanayi levhası (b)

Düşük yoğunluklu cam yünü şilteler metal, ahşap, alçı vb. asma tavanlarda kullanılmaktadır. Tesisat yalıtımında en çok kullanılan malzemelerin başında gelmektedir. Sanayi boruları, kalorifer tesisatı ve merkezi ısıtma tesisatı, güneş enerjisi tesisatı borularının terlemeye ve donmaya karşı korunmasında kullanılmaktadır. Sıcağa ve neme maruziyetinde boyut değişikliği olmayan, zamanla çürüme, küflenme, korozyon ve paslanmaya uğramayan, böcek ve mikroorganizmalar tarafından tahrip edilmeyen özellikte bir malzemedir.

Malzemeler Frekanslara göre ses yutum katsayı değeri
Camyünü 5cm
32kg/m³
125 250 500 1000 2000 4000
0,20 0,65 0,95 0,90 0,80 0,85

Ahşap Yünü; Ahşap lifi ve magnezit bağlayıcının çeşitli işlemlerden geçirilmesinden sonra makinalarda preslenerek plakalar haline dönüştürülmesi ile farklı kalınlıklarda üretilmiş ses ve yankı kontrolü için kullanılan gözenekli bir dokusuz yüzey malzemedir.

Ses yalıtımında kullanıldığı gibi dış cephe ısı yalıtımı amaçlı da kullanılabilir. Ofisler, toplantı ve konferans salonlarında, alışveriş merkezlerinde, okullarda, tiyatro ve sinema salonlarında, radyo stüdyolarında, spor salonlarında, kapalı yüzme havuzlarında, otoparklarda, restoranlarda vb. mekânlarda bölme duvar, tavan ve duvar kaplaması olarak uygulanabilir. Şekil 1.7 (b)’de ahşap yünü levhası ve Tablo 1.9’da ise 5cm kalınlığındaki ahşap yünü dokusuz yüzeyin frekansa bağlı ses yutuculuk katsayıları görülmektedir.

Malzemeler Frekanslara göre ses yutum katsayı değeri
Ahşap yünü 5cm
90kg/m³
125 250 500 1000 2000 4000
0,50 0,80 0,90 0,90 0,90 0,90

Seramik Yünü; Alüminyum, silis, zirkonyum gibi ham maddelerin homojen bir şekilde karıştırılıp yüksek sıcaklıkta eritildikten sonra hızla dönen disklere çarptırılarak elyaf oluşturulması ile elde edilir. Isıl yalıtım amaçlı olarak kullanılan bu malzeme ses ve yangın yalıtım amaçlı da kullanılmaktadır. Yanma esnasında koku ve duman çıkartmamaktadır beyaz renkli olup, yoğunluğu kullanım alanına göre genellikle 100 – 150 kg/m3 arasında değişiklik göstermektedir. Şilte, levha ve dökme şeklinde üretilerek farklı alanlarda kullanılabilir. Şekil 1.7(a)’da seramik yününden üretilmiş materyal örnekleri verilmiştir. Diğer lifli malzemelerde olduğu gibi rulo, levha, halat vb. şeklinde üretilmektedir.

Ses yalıtımında kullanılan tekstiller

Şekil 1.7. Seramik yünü (a) ve ahşap yünü (b)

Tanecikli Yapıya Sahip Gözenekli Malzemeler

Bitkisel kökenli, metalik ya da kuş tüyleri gibi hayvansal esaslı malzemelerden tek ya da çift gözenekli olarak üretilen malzemelerdir. Genellikle içi boşluklu, birbiri ile ilişkili ya da ilişkisiz parçacıkların dokusuz yüzey ya da kompozit üretim yöntemlerine göre bir araya getirilerek üretilmektedir. Malzeme yapısında boşluklar fazlaca bulunduğundan düşük yoğunluk ve hafif yapıda malzemelerdir. Ses yutum ve yalıtım özellikleri birhayli yüksek olan bu malzemeler amaca göre binalarda, prefabrik yapılarda, otomotiv sektöründe ve yalıtım talep eden birçok alanda kullanılmaktadırlar.

Mantar; Bitkisel kökenli, taneli içyapıya sahip bir malzemedir. Ses ve darbe izolasyon özelliği üst seviyede olan mantar meşesi ağacının içi hava dolu ve birbirleri ile ilişkisiz küçük hücrelerden oluşan kabuğunun parçalara bölünmesinden sonra tekrar preslenerek dilimlenmesi ile elde edilmektedir. Binalarda yapı elemanları arasında mantolama ile düz ve eğimli çatı izolasyonunda, parke, seramik ve daha birçok zemin kaplama malzemelerinin altına yürüme kaynaklı ayak sesini önlemek amacı ile kullanılmaktadır. Kauçuk katkılı olan mantarlar ise; jeneratör, asansör motoru, kompresör, hidrofor, torna vb. gibi tüm makinelerde titreşimleri önlemek amacıyla kullanılmaktadır. Şekil 1.8 (b)’de mantardan üretilmiş materyal örneği verilmiştir.

Perlit; Isıyla genleşme özelliği olan, genleştirildiğinde çok hafif ve gözenekli bir hale geçen, içeriğinde %74 oranında silisyumoksit (SiO2 ) ve %15 oranında alüminyumoksit (Al2O3 ) bulunduran gözenekli, hafif, yanmazlık özelliği yüksek ve ses yalıtımında üstün özellikleri olan volkanik karakterli bir maddedir. Özellikle inşaat ve yapı sektöründe ısı ve ses yalıtımında yaygın kullanılmaktadır. Şekil 1.8 (a)’da perlit materyal örneği verilmiştir.

Ses yalıtımında kullanılan tekstiller

Şekil 1.8. Perlit (a) ve mantar

Metal Köpük; Metal köpük malzemelerinin üretimi çok eskiye dayanmamaktadır. Metalleri köpükleştirmek için ergitme ve toz metalürjisi olmak üzere yaygın olarak iki yöntem kullanılmaktadır. Metal köpük üretiminde alüminyum daha çok kullanılmakla birlikte nikel ve biyomedikal uygulamalarda özellikle titanyum ve tantal daha çok kullanılmaktadır. Malzeme hacminin sadece %5-%30’u metal ve geri kalan kısmı havadan oluşmaktadır ki bu karakteristik olarak malzemenin düşük yoğunluk ve ağırlıkta olmasını sağlamaktadır.

Ses yalıtımında kullanılan tekstiller

Şekil 1.9. Kapalı hücreli (a) açık hücreli (b) metalik köpük

Odacıklı Yapıya Sahip Gözenekli Malzemeler

Poliüretan köpüğü, melamin köpüğü ve tavuk tüyü lifleri gibi malzemelerin içyapısı odacıklı olup ses enerjisinin sönümlenmesinde önemli rol almaktadırlar.

Melamin Köpüğü; melamin reçineden üretilen, düşük yoğunlukta 8-11 kg/m3, sıcaklığa dayanıklı, sık gözenek yapılı ses yalıtım ve akustik düzenlemeleri ile birlikte ısı yalıtımına da fayda sağlayan, anlık 290°C uzun sureli 150°C’ye kadar yangına dayanımlı sünger levhalardır.

Malzemeler Frekanslara göre ses yutum katsayı değeri
Melamin köpüğü 4cm 125 250 500 1000 2000 4000
0,05 0,18 0,33 0,78 0,92 0,92

Poliüretan Köpüğü; poliüretan köpük kumaş ve benzeri malzemeler üzerine ya da içerisine tatbik edildiğinde odacıklı ve boşluklu yapısı dolayısı ile ses yutum kabiliyetini artırmaktadır. Bazı sentetik ve doğal lif atıklarından üretilen dokusuz yapıya poliüretan köpük kombine etmek suretiyle elde edilen kompozit malzemenin ses yalıtım değerlerinin poliüretan ilavesi ile arttığı ifade edilmektedir. Kumaş üretiminde atık halde kalan kumaş kenarları, fireler ve kesim atıklarından üretilen dokusuz yüzeyin poliüretan (PU) köpük ile birleştirilmesi suretiyle elde edilen kompozit numunelerin hem düşük maliyetli olduğuhemde düşük ve orta frekanslarda ses yutumunun önemli miktarda artmasına sebep olduğu belirtilmektedir.

Malzemeler Frekanslara göre ses yutum katsayı değeri
Poliüretan köpüğü 4 cm 125 250 500 1000 2000 4000
0,08 0,12 0,28 0,60 0,84 0,78
Ses yalıtımında kullanılan tekstiller

Şekil 1.10. Poliüretan köpük (a) ve melamin köpük


T.C.
ERCİYES ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
TEKSTİL MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

Hazırlayan: Müslüm EROL
Danışman: Prof. Dr. Nazım PAŞAYEV
Doktora Tezi
Haziran 2019 KAYSERİ

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.