Nghiên cứu một vài thông số cấu tạo của xơ và tấm xơ thủy tinh (Glasswool)
Nghiên cứu mối quan hệ giữa hệ số cách âm với độ dày và khối lƣợng thế tích của tấm vật liệu.
2.3 Phương pháp nghiên cứu
2.3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Vật liệu cách âm hiện đƣợc sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng nhà ở, nhà xƣởng… Để có đƣợc cái nhìn tổng quan về vật liệu cách âm cần phải tìm hiểu và nghiên cứu các nội dung sau:
Nghiên cứu các tài liệu lý thuyết về âm thanh, giúp cho học viên hiểu đƣợc các cơ chế truyền âm và cách âm qua vật liệu nói chung và vật liệu cách âm dạng xơ nói riêng, các yếu tố ảnh hƣởng đến các cơ chế truyền và cách âm. Qua những nghiên cứu này học viên cũng phân biệt đƣợc sự khác biệt giữa âm thanh và tiếng ồn, ảnh hƣởng của tiếng ồn đến sức khỏe và cuộc sống của con ngƣời.
Nghiên cứu các bài báo, công trình nghiên cứu khoa học về vật liệu cách âm trong và ngoài nƣớc, giúp học viên phân tích đƣợc các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng cách âm của các loại vật liệu khác nhau.
Hoàng Xuân Hiền 38 Khóa 2013A
Nghiên cứu về các quy trình thí nghiệm mẫu, tiêu chuẩn thử và phƣơng pháp đo. Giúp cho học viên khi tiến hành thí nghiệm thực hiện đúng quy trình, tiêu chuẩn và phƣơng pháp đo chuẩn xác đạt nhằm tạo ra kết quả thí nghiệm có độ tin cậy cao và mang lại ý nghĩa thực sự cho kết quả nghiên cứu của luận văn.
2.3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:
Xác định sự phân bố xơ, đặc điểm xơ trong cấu trúc vật liệu bằng chụp ảnh hiển vi điện SEM.
Xác định độ cách âm của vật liệu theo tiêu chuần ASTM E413.
Xác định khối lƣợng thể tích của mẫu theo tiêu chuẩn ASTM C303 - 10 . Độ dày đƣợc xác định theo tiêu chuẩn ASTM C167 - 98.
Xác định khối lƣợng riêng của mẫu theo tiêu chuẩn ASTM C 128 - 88 và phƣơng pháp xác định khối lƣợng riêng của một số vật liệu xây dựng.
Dùng kết quả đo hệ số cách âm của mẫu để so sánh mức độ ảnh hƣởng của khối lƣợng thể tích với độ dày của vật liệu cách âm bằng biểu đồ dùng phần mềm Microsoft Excel. Tìm ra quy luật biến thiên của hệ số cách âm với độ dày của vật liệu và khối lƣợng thể tích của vật liệu.
Ứng dụng cách âm giảm tiếng ồn cải thiện môi trƣờng ở Việt Nam.
Phƣơng án mẫu thí nghiệm đo độ cách âm R theo mô hình tiêu chuẩn ASTM E90 - 09
Bảng 2. 1: Các phương án thí nghiệm đo độ cách âm.
Mẫu
Thay đổi khối lượng riêng Thay đổi chiều dày
1 2 3 4 1h 2h 3h 4h
Độ cách
Hoàng Xuân Hiền 39 Khóa 2013A
2.4 Thiết bị thí nghiệm
Cân điện tử Sartorius – Đức
- Hãng sản xuất: Sartorius – Đức - Khả năng cân: 220± 0,0001 g
Kính hiển vi điện tử quét
Hitachi FE-SEM S-4800: FE-SEM S- 4800 (Scanning Electron Electron Microscoope) độ phân giải cao (M: x25 - x800.000, =1nm, U = 0,5 - 30kV).
Hoàng Xuân Hiền 40 Khóa 2013A
Tủ sấy mẫu
Memmert UNB 400– Đức Dung tích: 53 lít
Điều chỉnh thời gian từ 0 – 99h59. Điều chỉnh nhiệt độ từ nhiệt độ phòng tới 220+- 0,5oC C.
Thiết bị đo độ ồn SL814 (Taiwan) - Các băng tần A, B, C, D - Phạm vi mức âm: 40-130 dB. - Kết nối máy tính
Máy phát âm tần REX RAG-101 Taiwan - Dải tần 10- 106 Hz
- Trở kháng ra: 600
Hoàng Xuân Hiền 41 Khóa 2013A
Amply khuếch đại âm tần
SONY DAV-S300 (Japan) - Công suất: 300 W - Loa: SS-TS300
- Công suất: 30W/ 70 dB/W (1m) - Dải tần số: 80Hz-22 kHz
Mô hình thí nghiệm (chuẩn Đức)
- Buồng phát (610x400x440 mm) - Buồng thu (610x400x440 mm) - Vật liệu bao che ba lớp: gỗ
18mm, cao su 10mm, PU 50mm. - Diện tích mẫu min: 450x450mm
Hình 2. 1: Thiết bị thí nghiệm 2.5 Thí nghiệm
2.5.1 Vật liệu thí nghiệm
Tấm cách âm từ xơ thủy tinh (glasswool) trên thị trƣờng Việt Nam chủ yếu đƣợc nhập khẩu từ Trung Quốc, thƣờng có khối lƣợng từ 10kg/m3
đến 32kg/m3 (10,12,16,24,32) độ dày là 25mm và 50mm dạng cuộn.
Để đảm bảo tính đồng nhất về thành phần cấu tạo của vật liệu khi nghiên cứu mối quan hệ giữa độ cách âm với biến số độ dày và biến số khối lƣợng thể tích luận văn chỉ nghiên cứu một tấm mẫu xơ thủy tinh, có khối lƣợng thể tích 32kg/m3
, độ dày 50mm với các thông số thể hiện ở Bảng 2.2. Sau đó dùng phƣơng pháp xếp lớp
Hoàng Xuân Hiền 42 Khóa 2013A và nén chặt để tạo ra các mẫu thí nghiệm có tiêu chí độ dày và khối lƣợng thể tích khác nhau
Bảng 2. 2: Tấm cách âm từ xơ thủy tinh thí nghiệm
Nguyên liệu
Nhãn hiệu Tên hàng hóa Công ty sản xuất Kích thƣớc (mm) Tỷ trọng (kg/m3) Cuộn xơ thủy tinh ISOGLASS GLASSWOOL BLANKET WITHOUT FOIL SHENZHEN CO.,LTD CHINA 7500 x1200 x 50 32
2.5.2 Xác định kích thước xơ và cấu trúc của tấm xơ thủy tinh
Mẫu thí nghiệm đƣợc chụp SEM (Scanning Electron Microscope) tại phòng thí nghiệm Công nghệ Nano, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh để khảo sát cấu trúc tấm xơ thủy tinh cách âm bao gồm các thông số: đƣờng kính xơ, tiết diện xơ, sự phân bố xơ, sự liên kết giữa các xơ trong tấm xơ.
Mẫu đƣợc cắt theo yêu cầu chụp, kích thƣớc mẫu là: 1x1x1cm, đƣợc sấy khô và phủ một lớp vật liệu dẫn điện cực mỏng trên bề mặt.
2.5.3 Xác định khối lượng thể tích của tấm xơ thủy
Khối lƣợng thể tích đƣợc xác định theo tiêu chuẩn ASTM C303-10[21] và đo độ dày theo tiêu chuẩn ASTM C167 – 98[20]
, tại phòng thí nghiệm vật liệu xây dựng, công ty SGS Việt Nam.
Chuẩn bị 05 mẫu có kích thƣớc 200mm x 100mm. Vị trí lấy mẫu nhƣ Hình 2.2.
Hoàng Xuân Hiền 43 Khóa 2013A
Hình 2. 2: Vị trí lấy mẫu
2.5.3.1. Tiến hành thí nghiệm
Trải từng mẫu ra một mặt phẳng và để yên trong 30 phút, tiếp theo tiến hành đo độ dày tại 10 vị trí nhƣ Hình 2.3.
Hình 2. 3: Vị trí đo độ dày
Năm mẫu đƣợc sấy khô ở nhiệt độ 105 – 1100C, đem cân đƣợc khối lƣợng cố định G1, G2, G3, G4, G5.
Hoàng Xuân Hiền 44 Khóa 2013A
2.5.3.2. Tính khối lượng thể tích:
Công thức : = (g/cm3) (2.1)
Trong đó : V0 = 20 x10 x thể tích tự nhiên của mẫu( cm3) G: Khối lƣợng của mẫu thử sau khi sấy khô (gam) : Khối lƣợng thể tích của vật liệu (g/cm3)
: Độ dày của từng mẫu thử (cm)
2.5.4 Xác định khối lượng riêng của tấm xơ thủy tinh
Dựa vào phƣơng pháp xác định khối lƣợng riêng của một số loại vật liệu xây dựng [3] và phƣơng pháp xác định khối lƣợng riêng vật liệu dạng hạt mịn theo tiêu chuẩn ASTM C128-88[19].
2.5.4.1. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm:
Cắt nhỏ vật liệu thí nghiệm đến kích thƣớc khoảng 1mm.
2.5.4.2. Dụng cụ thí nghiệm
Bình tỷ trọng có vạch chuẩn 100 ml, cân điện tử có độ chính xác đến ± 0,0001g, tủ sấy, pipet.
2.5.4.3. Tiến hành thí nghiệm
- Lấy mẫu thí nghiệm sấy ở nhiệt độ 105 – 1100C đến khối lƣợng cố định. - Bình tỷ trọng đƣợc rửa sạch và sấy khô, đem cân đƣợc khối lƣợng mb.
- Cho mẫu đã sấy khô vào bình tỷ trọng 100 ml, mẫu chiếm khoảng 50% thể tích bình, cân đƣợc khối lƣợng mb+m.
- Cho nƣớc vào bình tỷ trọng đã chứa mẫu đổ nƣớc ngập mẫu lắc nhẹ cho bọt khí thoát ra ngoài và để ngâm 24 giờ. Sau đó cho thêm nƣớc vào và lắc ngấm 3 lần, mỗi lần cách nhau một giờ. Đổ thêm nƣớc vào bình đến vạch định mức, cân đƣợc khối lƣợng m1.
Hoàng Xuân Hiền 45 Khóa 2013A - Đổ nƣớc và vật liệu trong bình ra ngoài, sau đó rửa sạch và sấy khô bình.
Tiếp theo cho nƣớc vào bình đến vạch định mức, đem cân đƣợc khối lƣợng m2.
2.5.4.4. Tính toán kết quả thí nghiệm
= (g/m3) (2.2)
Trong đó G = mb+m - mb: khối lƣợng của mẫu sau khi sấy khô( g).
m1: khối lƣợng của bình tỷ trọng chứa mẫu vật liệu và nƣớc( g). m2 :khối lƣợng của bình tỷ trọng chỉ chứa nƣớc (g).
: khối lƣợng riêng của nƣớc, = 1g/cm3.
: khối lƣợng riêng của xơ thủy tinh( g/cm 3
).
2.5.5 Xác định độ rỗng của tấm xơ thủy tinh
Độ rỗng của vật liệu đƣợc xác định thông qua khối lƣợng riêng và khối lƣợng thể tích của vật liệu[2] theo công thức:
r = ( 1 - ) 100% (2.3) Trong đó:
: khối lƣợng thể tích của tấm vật liệu mẫu (kg/m3).
: khối lƣợng riêng của tấm vật liệu mẫu (kg/m3).
2.5.6 Xác định chiều dài xơ
Hiện tại chƣa có tiêu chuẩn nào để xác định chiều dài xơ trong tấm xơ thủy tinh và việc xác định cũng khó khăn vì xơ rất giòn đã đƣợc ép thành tấm và các xơ liên kết với nhau bởi các hạt keo. Vì vậy trong luận văn này dùng phƣơng pháp thủ công để xác định chiều dài xơ trong tấm xơ thủy tinh.
2.5.6.1. Chuẩn bị mẫu
Hoàng Xuân Hiền 46 Khóa 2013A
2.5.6.2. Dụng cụ thí nghiệm
- Lò nƣớng Sanaky
- Khay chứa mẫu 350mm x 400mm - Nhíp kim loại dài 145mm
- Thƣớc dài cứng 200 mm
2.5.6.3. Tiến hành thí nghiệm
Làm nóng lò tới nhiệt độ 2500
C trong 5 phút.
Đặt mẫu vào khay và cho vào lò nƣớng, để 7 phút. Sau đó mở cửa lò nƣớng, lấy nhíp rút từng xơ. Trong quá trình rút xơ lò nƣớng vẫn hoạt động để đảm bảo các hạt keo dính các xơ mềm → việc rút xơ sẽ thuận lợi hơn.
Tiến hành đo từng xơ và ghi nhận kết quả
2.5.7 Xác định độ cách âm của tấm xơ thủy tinh
Tiêu chuẩn thí nghiệm
Xác định độ cách âm của vật liệu theo tiêu chuẩn ASTM E90 -09, tính toán độ cách âm STC theo tiêu chuẩn ASTM E413[22]. Thí nghiệm đƣợc thực hiện tại Trung tâm thí nghiệm, Viện Dệt may – Da giày và Thời trang, Trƣờng đại học Bách Khoa Hà Nội.
Chuẩn bị mẫu:
Cắt 04 vật liệu thí nghiệm đến kích thƣớc 450 x 450mm có độ dày 50mm
Dụng cụ thí nghiệm:
- Thiết bị đo độ ồn - Máy phát âm tần - Âm ly, loa
- Buồng đo cách âm
Qui trình thí nghiệm:
Đo độ cách âm của mẫu xếp chồng nhiều lớp và không nén: Tấm xơ mẫu có khối lƣợng thể tích không đổi, độ dày khác nhau:
Hoàng Xuân Hiền 47 Khóa 2013A Đo mẫu 1 lớp: Đặt 1 tấm xơ thủy tinh mẫu có độ dày 50mm khối lƣợng thể tích 32kg/m3 ở giữa buồng phát và buồng thu sau đó đẩy 2 thùng ép vào tấm cách âm với khoảng cách bằng đúng độ dày của tấm vật liệu.
Đo mẫu 2 lớp: Chập 2 tấm vật liệu có độ dày 50mm tạo ra mẫu 100mm khối lƣợng thể tích 32kg/m3
, thay thế cho mẫu 1 lớp nhƣ cách tiến hành trên.
Tiếp đến đo mẫu 3 và 4 lớp bằng cách chập 3 và 4 tấm vật liệu cơ sở để có các mẫu có độ dày 150mm và 200mm với khối lƣợng thể tích 32kg/m3
.
Bật thiết bị thu, phát và đo lần lƣợt độ ồn ở các tần số 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000Hz, mỗi tần số 3 lần, ghi kết quả ở buồng phát và buồng thu đồng thời. Mỗi lần thêm thay tấm xơ thì quá trình đo cách âm ở các tần số nhƣ với mẫu 1 lớp và ghi nhận kết quả đo.
Đo độ cách âm của mẫu xếp chồng nhiều lớp và nén về độ dày của 1 lớp: Bằng cách này tạo ra đƣợc các tấm vật liệu với các khối lƣợng thể tích khác nhau, độ dày không đổi 50mm.
Đặt mẫu 2 lớp có độ dày 100mm khối lƣợng thể tích 32kg/m3
vào giữa buồng phát và buồng thu sau đó ép 2 thùng lại gần nhau, cách nhau bằng đúng độ dày của tấm vật liệu gốc (50mm) để có thảm xơ mẫu với khối lƣợng thể tích là 64kg/m3
. Đo độ cách âm nhƣ với mẫu 1 lớp: Bật thiết bị thu, phát và đo lần lƣợt độ ồn ở các tần số 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000Hz, mỗi tần số 3 lần, ghi kết quả ở buồng phát và buồng thu đồng thời.
Tiếp theo lần lƣợt đặt mẫu 3 lớp, 4 lớp vào vị trí đo, rồi nén chúng về độ dày một lớp là 50mm để có thảm xơ mẫu với khối lƣợng thể tích là 96kg/m3
và 128kg/m3. Đo độ cách âm nhƣ với mẫu 1 lớp và ghi nhận kết quả đo.
Hoàng Xuân Hiền 48 Khóa 2013A
Chương 3 : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN
3.1 Cấu trúc của tấm xơ thủy tinh
3.1.1 Cấu trúc xếp lớp
Xơ thủy tinh đƣợc sản xuất từ dạng thủy tinh lỏng sau đó thổi qua lỗ định hình và tạo thành các xơ nhỏ. Các xơ đƣợc gom thành màng và xếp lớp nhƣ sản xuất vải không dệt. Vì thế tấm thủy tinh có cấu trúc xếp lớp nhƣ chỉ ra trên hình 3.1.
Hình 3. 1: Cấu trúc lớp trong tấm xơ thủy tinh
Xơ thủy tinh phân bố trong màng xơ là ngẫu nhiên không theo một quy luật. Màng xơ đƣợc ép thành lớp và đƣợc trải chồng lên nhau và ép thành tấm với khối lƣợng quy định.
3.1.2 Đường kính xơ
Bằng phƣơng pháp chụp SEM cho thấy đƣờng kính của xơ không đồng đều, dao động trong khoảng từ 7 m – 10 m nhƣ Hình 3.2.
Mặt cắt ngang của xơ cho thấy tiết diện xơ thủy tinh gần nhƣ tròn và đặc. Vì thế độ rỗng tấm xơ thủy tinh sẽ do khe hở sắp xếp xơ trong tấm xơ quyết định Hình 3.2.
Hoàng Xuân Hiền 49 Khóa 2013A
Hình 3. 2: Ảnh SEM chụp đường kính xơ
3.1.3 Độ dài xơ
Chiều dài xơ trong thảm xơ tƣơng đối khó xác định, do sự hình thành của nó trong quá trình sản xuất bằng công nghệ thổi xơ nóng chảy. Kết quả tháo gỡ thủ công cho kết quả là các xơ có chiều dài trong khoảng 30mm ÷ 80 mm.
3.1.4 Phân bố xơ trong thảm xơ
Ảnh SEM trên Hình 3.3 đã cho thấy, các xơ đƣợc phân bố ngẫu nhiên, khoảng cách giữa các xơ tƣơng đối lớn so với đƣờng kính xơ, tạo thành những lỗ rỗng giữa các xơ.
Hoàng Xuân Hiền 50 Khóa 2013A Do có độ cứng cao, nên tấm xơ thủy tinh thƣờng xốp hơn so với các vật liệu cách âm khác nhƣ xơ khoáng, xơ dừa.
3.1.5 Liên kết các xơ trong tấm xơ thủy tinh
Theo lý thuyết, trong quá trình sản xuất tấm xơ thủy tinh thì keo đƣợc phun vào giữa các màng xơ để liên kết chúng thành cấu trúc ổn định.
Hình 3. 4: Ảnh SEM chụp liên kết các xơ
Trong ảnh SEM hình 3.4 cho thấy kích thƣớc các hạt keo rất nhỏ so với đƣờng kính xơ (<1m), phân bố đều, mật độ các hạt keo trên xơ là rất cao song khả năng liên kết chỉ diễn ra tại các điểm tiếp có xúc trực tiếp. Vì vậy tấm xơ thủy tinh có thể tách lớp rất dễ dàng.
3.2 Một số thông số kỹ thuật của tấm xơ thủy tinh
3.2.1 Độ dày tấm xơ thủy tinh
Tấm xơ thủy tinh là loại vật liệu mềm, độ xốp lớn, vì vậy việc đo độ dày ở đây đƣợc thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM C167- 98 trên năm mẫu, mỗi mẫu đo ở 10 vị trí khác nhau, kết quả thể hiện ở Bảng 3.1:
Hoàng Xuân Hiền 51 Khóa 2013A
Bảng 3. 1: Kết quả đo độ dày tấm xơ thủy tinh (cm)
Vị trí đo Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5
1 4.81 5,06 5,00 4,91 4,78 2 5,10 4,9 5,04 4,84 4,95 3 4,92 4,79 4,78 4,76 5,03 4 4,79 4,75 4,93 5,10 5,02 5 5,00 4,89 4,89 4,76 4,75 6 4,82 5,03 4,76 4,78 4,90 7 4,91 5,04 4,90 4,90 5,04