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 8 5,04 4,82 4,85 4,87 4,89 9 4,88 4,80 4,77 4,80 4,79 10 4,85 4,80 5,09 4,77 4,75 Độ dày trung bình 4,91 4,89 4,90 4,84 4,89 Sai lệch % so với công bố (5cm) của nhà sản xuất - 1,8 - 2,2 - 2 - 3,2 - 2,2
Kết quả đo độ dày thực tế của tấm vật liệu trên bảng 3.1 có sự sai lệnh với độ dày của nhà sản xuất công bố trong khoảng -1,8 ÷ - 3,2 %. Điều này có thể do trong quá trình đóng gói (cuộn nhỏ) và vận chuyển các tấm vật liệu bị nén ép nên bị mỏng đi.
Hoàng Xuân Hiền 52 Khóa 2013A
3.2.2 Khối lượng thể tích
Khối lƣợng thế tích có quan hệ chặt chẽ với độ rỗng của vật liệu và có ảnh hƣởng đến cơ chế cách âm của tấm xơ thủy tinh. Kết quả thí nghiệm đo khối lƣợng thể tích cho trong Bảng 3.2.
Bảng 3. 2: Kết quả đo khối lượng thể tích mẫu
Mẫu thử Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5
Kích thƣớc mẫu(cm) 20 x 10 20 x 10 20 x 10 20 x 10 20 x 10 Độ dày (cm) 4,91 4,89 4,90 4,84 4,89 Khối lƣợng khô G(g) 31,2630 29,4867 30,2581 28,9420 30,6589 Khối lƣợng thể tích (g/cm3) 0,0318 0,0302 0,0309 0,0299 0,0313
Khối lƣợng thể tích trung bình của vật liệu = 30,82 (kg/m3)
Sai lệch so với nhà sản xuất (32kg/m3) là : - 3,69 %
Kết quả thí nghiệm cho thấy khối lƣợng thế tích dao động trong khoảng 29,9 đến 31,8 kg/m3, giá trị trung bình là 30,82 kg/m3
. Nhƣ vậy, có sự chênh lệch với nhà sản xuất là – 3,69 %.
Về lý thuyết, khi tấm bông bị mỏng đi do bị nén ép giảm 2-3% độ dày thì phải làm tăng khối lƣợng thể tích, tuy nhiên trên thực tế, khối lƣợng thể tích lại cũng nhỏ hơn công bố đến 3,69%. Điều này có thể do 2 nguyên nhân:
Việc cắt mẫu để xác định khối lƣợng thể tích chƣa thật chính xác,
Nhà sản xuất công bố số liệu thí nghiệm trên lô sản phẩm khác so với mẫu đƣợc chọn làm thí nghiệm.
Hoàng Xuân Hiền 53 Khóa 2013A
3.2.3 Khối lượng riêng:
Khối lƣợng riêng đƣợc tiến hành theo phƣơng pháp Picnometer.
Bảng 3. 3: Kết quả thí nghiệm khối lượng riêng của vật liệu
Thí nghiệm Lần 1 Lần 2 Lần3 Trung
bình
Khối lƣợng mẫu sau khi sấy khô G(g)
6,2902 6,6369 6,3488 6,4253
Khối lƣợng bình tỷ trong chứa mẫu và nƣớc đến vạch chuẩn m1 (g) 158,3945 156,0550 156,8905 157,1133 Khối lƣợng bình tỷ trọng chứa nƣớc đến vạch chuẩn m2 (g) 154,5843 152,0291 153,0827 153,2320
Khối lƣợng riêng của xơ thủy tinh (g/cm3 )
2,5364 2,5419 2,4985 2,5256
Vậy, khối lƣợng riêng của tấm xơ thủy tinh mẫu xác định đƣợc là : 2,53g/cm3.
3.2.4 Độ rỗng của vật liệu
Độ rỗng của vật liệu là đại lƣợng nói đến phần thể tích không khí chứa bên trong vật liệu.
Do sự chuyển động của âm thanh trong môi trƣờng không khí và chất rắn khác nhau nhiều, nên độ rỗng là đại lƣợng có ảnh hƣởng đáng kể đến hệ số cách âm của vật liệu.
Hoàng Xuân Hiền 54 Khóa 2013A
Bảng 3. 4: Kết quả tính toán độ rỗng của vật liệu
Mẫu Khối lượng riêng
(g/cm3) Khối lượng thể tích (kg/m3) Độ rỗng (%) 1 2,53 32 98,74 2 2,53 64 97,47 3 2,53 96 96,21 4 2,53 128 94,94 Trung bình 96,84%
Độ rỗng của tấm xơ thủy tinh mẫu là rất cao, trung bình vào khoảng 96,84%.
Với vật liệu đƣợc coi là đồng nhất thì độ rỗng là đại lƣợng tỉ lệ nghịch với khối lƣợng thể tích. Điều này đƣợc thể hiện trên biểu đồ quan hệ của Hình 3.5.
Hoàng Xuân Hiền 55 Khóa 2013A
3.3 Đặc tính cách âm của tấm xơ thủy tinh
3.3.1 Đặc tính cách âm của các tấm xơ thủy tinh có cùng khối lượng thể
tích và độ dày khác nhau
Mức độ suy giảm âm thanh khi đi qua các tấm xơ thủy tinh có cùng khối lƣợng thể tích, nhƣng độ dày khác nhau: 50, 100, 150, 200mm. Đo ở dải tần 1/3 octa (125Hz, 250Hz, 500Hz, 1000Hz, 2000Hz, 4000Hz) đƣợc thể hiện trên bảng 3.5
Bảng 3. 5: Kết quả đo mức độ suy giảm âm thanh của các tấm xơ thủy tinh có chiều dày thay đổi
(trong đó h0: đo khi không có tấm xơ ngăn cách)
Biểu đồ mối quan hệ giữa độ dày và độ cách âm của tấm xơ thủy tinh đƣợc giới thiệu trên biểu đồ hình 3.6 đã cho thấy: tính cách âm của tấm xơ thủy tinh thay đổi theo tần số. Độ cách âm của tấm vật liệu dày cao hơn của tấm vật liệu mỏng. Các đƣờng đặc tuyến các âm ở các độ dày khác nhau không hoàn toàn đồng dạng. Các đƣờng h100 và h150 có một số chỗ không tuân theo quy luật đồng dạng. Cụ thể trên cùng dải tần số 1000 hz, 2000Hz, 4000Hz thì h100 có độ cách âm cao hơn h150 . Nguyên nhân ở đây có thể là do việc gá lắp mẫu vào thiết bị đo chƣa thật chuẩn xác.
Hoàng Xuân Hiền 56 Khóa 2013A
Hình 3. 6: Mối quan hệ giữa độ dày với độ cách âm của tấm xơ thủy tinh
Các đƣờng đặc tuyến âm thanh trên hình 3.6 cũng cho thấy, các tấm xơ thủy tinh mẫu có độ cách âm ở tần số cao thƣờng tốt hơn ở tần số thấp. Tại dải tần số 2000Hz trở lên, độ cách âm của các tấm xơ thủy tinh có độ dày khác nhau đều có xu hƣớng đạt đến trạng thái bão hòa.
3.3.2 Xác định độ cách âm tính toán của các tấm xơ có độ dày khác nhau nhau
Theo tiêu chuẩn ASTM E413, độ cách âm của tấm xơ thủy tinh đƣợc xác định bằng cách so sánh đƣờng đặc tuyến cách âm của vật liệu chuẩn với đƣờng đặc tuyến cách âm của tấm xơ mẫu.
Hoàng Xuân Hiền 57 Khóa 2013A
3.3.2.1. Độ cách âm của tấm bông thủy tinh có độ dày 50mm và khối lượng thể tích 32kg/m3
Hình 3. 7: Độ cách âm của tấm xơ thủy tinh với độ dày 50mm
Trong đó: C0 : Đƣờng đặc tuyến của mẫu chuẩn; Cq : Đƣờng cong qui chiếu xác định độ cách âm. Độ cách âm của mẫu bằng độ cách âm của đƣờng quy chiếu tại tần số 500 Hz.
Tính toán theo tiêu chuẩn ASTM E413 thì độ cách âm của tấm xơ thủy tinh độ dày 50mm với khối lƣợng thể tích 32kg/m3 là 12,9 dB.
Hoàng Xuân Hiền 58 Khóa 2013A
3.3.2.2. Độ cách âm của tấm bông thủy tinh có độ dày 100mm với khối lượng thể tích 32kg/m3
Hình 3. 8: Độ cách âm của tấm xơ thủy tinh với độ dày 100mm
Tính toán theo tiêu chuẩn ASTM E413 thì tấm bông thủy tinh có độ dày 100mm, khối lƣợng thể tích 32kg/m3có độ cách âm là 15,3 dB.
3.3.2.3. Độ cách âm của tấm bông thủy tinh có độ dày 150mm với khối lượng thể tích 32kg/m3
Hoàng Xuân Hiền 59 Khóa 2013A Tính toán theo tiêu chuẩn ASTM E413 thì tấm bông thủy tinh có độ dày 150mm, khối lƣợng thể tích 32kg/m3có độ cách âm là 17,9 dB.
3.3.2.4. Độ cách âm của tấm bông thủy tinh có độ dày 200mm với khối lượng thể tích 32kg/m3
Hình 3. 10: Độ cách âm của tấm xơ thủy tinh với độ dày 200mm
Tính toán theo tiêu chuẩn ASTM E413 thì tấm bông thủy tinh có độ dày 200mm, khối lƣợng thể tích 32kg/m3 có độ cách âm là 22,6 dB.
Nhận xét:
Kết quả xác định độ cách âm của tấm bông thủy tinh theo tiêu chuẩn ASTM E413 cho thấy khi tăng bề dày tấm xơ thủy tinh và giữ nguyên khối lƣợng thể tích thì độ cách âm tăng. Mỗi lần tăng 50mm bề dày của tấm xơ thủy tinh thì độ cách âm tăng từ 2,4 ÷ 9,7dB. Cụ thể là 50mm độ cách âm là 12,9 dB; 100mm là 15,3dB; 150mm là 17,9 dB; 200mm là 22,6 dB. Điều này cho thấy độ dày tấm cách âm xơ thủy tinh là yếu tố ảnh hƣởng đáng kể đến độ cách âm của nó. Mối quan hệ này là đồng biến nhƣng không tuyến tính.
Hoàng Xuân Hiền 60 Khóa 2013A
3.3.3 Ảnh hưởng của khối lượng thể tích đến tính cách âm của xơ thủy
tinh
Các mẫu tấm xơ có khối lƣợng thể tích khác nhau đƣợc tạo ra bằng cách xếp chồng nhiều lớp và nén mẫu về cùng một độ dày của một lớp. Điều này đã giúp loại bỏ đƣợc các yếu tố ảnh hƣởng khác đến tính cách âm của mẫu thử nghiệm.
Đo đặc tính cách âm của các mẫu có cùng độ dày 50mm nhƣng có khối lƣợng thể tích là 32kg/m3, 64kg/m3, 96kg/m3 và 128kg/m3, ở các tần số 125Hz, 250Hz, 500Hz, 1000Hz, 2000Hz, 4000Hz. Kết quả độ cách âm đƣợc thể hiện trên. Bảng 3.6.
Bảng 3. 6: Kết quả đo độ cách âm của tấm xơ thủy tinh có bề dày không đổi với các khối lượng thể tích khác nhau
(Trong đó ɣ0 đo ở trạng thái không đặt tấm xơ thủy tinh).
Biểu đồ mối quan hệ giữa khối lƣợng thể tích với độ cách âm của tấm xơ thủy tinh mẫu đƣợc giới thiệu trên hình 3.11.
Hoàng Xuân Hiền 61 Khóa 2013A
Hình 3. 11: Biểu đồ mối quan hệ giữa khối lượng thể tích với độ cách âm
Biểu đồ trên hình 3.11 cho thấy: Khi tăng khối lƣợng thể tích và giữ nguyên độ dày của mẫu, thì độ cách âm của vật liệu tăng đồng biến nhƣng không tuyến tính và không hoàn toàn đồng dạng. Trong dải tần số thấp hơn 200 Hz, độ cách âm của các mẫu có khối lƣợng thể tích khác nhau biến thiên khá đồng dạng. Nghĩa là, hiệu quả cách âm theo tần số của các mẫu có khối lƣợng thể tích khác nhau khá tƣơng đƣơng. Trong dải tần cao hơn 2000 Hz, thì chúng không còn đồng dạng và không có xu hƣớng bão hòa nhƣ ở mối quan hệ với độ dày của tấm xơ đã nghiên cứu ở trên.
3.3.1 Xác định độ cách âm tính toán của các tấm xơ có khối lượng thể
tích khác nhau
Xác định độ cách âm tính toán của tấm xơ thủy tinh bằng cách so sánh đƣờng tuyến cách âm của mẫu chuẩn với đƣờng đặc tuyến cách âm của tấm xơ mẫu dựa theo tiêu chuẩn ASTM E413. Độ cách âm tính toán đƣợc lấy tại giá trị tại tần số 500Hz.
3.3.1.1. Độ cách âm của tấm bông thủy tinh khối lượng thể tích 32kg/m3, độ dày 50mm.
Hoàng Xuân Hiền 62 Khóa 2013A
Hình 3. 12: Độ cách âm của tấm xơ thủy tinh có khối lượng thể tích 32 kg/m3, độ dày 50mm.
Trong đó: C0 : Đƣờng đặc tuyến chuẩn; Cq : Đƣờng cong qui chiếu.
Kết quả tính toán theo tiêu chuẩn ASTM E413 đƣợc thể hiện trên hình 3.12 Trong đó, tấm xơ thủy tinh khối lƣợng thể tích 32kg/m3
có độ dày 50mm, độ cách âm là 12,9 dB.
3.3.1.2. Độ cách âm của tấm bông thủy tinh khối lượng thể tích 64kg/m3 có độ dày 50mm.
Hình 3. 13: Độ cách âm của tấm xơ thủy tinh có khối lượng thể tích 64 kg/m3 có độ dày 50mm
Hoàng Xuân Hiền 63 Khóa 2013A Kết quả tính toán theo tiêu chuẩn ASTM E413 đƣợc thể hiện trên hình 3.13 Trong đó, tấm xơ thủy tinh khối lƣợng thể tích 64 kg/m3
có độ dày 50mm, độ cách âm là 14,5 dB.
3.3.1.3. Độ cách âm của tấm bông thủy tinh khối lượng thể tích 96kg/m3 có độ dày 50mm.
Hình 3. 14: Độ cách âm của tấm xơ thủy tinh có khối lượng thể tích 96 kg/m3 có độ dày 50mm.
Kết quả tính toán theo tiêu chuẩn ASTM E413 đƣợc thể hiện trên hình 3.14 Trong đó, tấm xơ thủy tinh khối lƣợng thể tích 96kg/m3
có độ dày 50mm, độ cách âm là 15,0 dB.
Hoàng Xuân Hiền 64 Khóa 2013A
3.3.1.4. Độ cách âm của tấm bông thủy tinh khối lượng thể tích 128kg/m3 có độ dày 50mm
Hình 3. 15: Độ cách âm của tấm xơ thủy tinh có khối lượng thể tích 128 kg/m3 có độ dày 50mm
Kết quả tính toán theo tiêu chuẩn ASTM E413 đƣợc thể hiện trên hình 3.15 Trong đó, tấm xơ thủy tinh khối lƣợng thể tích 128 kg/m3
có độ dày 50mm, độ cách âm là 20 dB.
Nhận xét:
Kết quả tính toán độ cách âm của các tấm xơ có khối lƣợng thể tích khác nhau cho thấy khi tăng khối lƣợng thể tích 2 lần: từ 32kg/m3 lên 64kg/m3 ở bề dày 50mm thì độ cách âm tăng 1,6dB ( từ 12,9dB tăng lên 14,5dB). Khi tăng khối lƣợng thể tích 3 lần: từ 32kg/m3 lên 96kg/m3 ở bề dày 50mm thì độ cách âm tăng 2,1dB ( từ 12,9dB tăng lên 15dB). Khi tăng khối lƣợng thể tích 4 lần: từ 32kg/m3
lên 128kg/m3 thì độ cách âm tăng thêm đƣợc 7,1dB (từ 12,9dB tăng lên 20dB). Nhƣ vậy, khối lƣợng thể tích và độ cách âm của tấm xơ thủy tinh có mối quan hệ đồng biến nhƣng không tuyến tính.
Hoàng Xuân Hiền 65 Khóa 2013A
3.3.2 So sánh mức độ ảnh hưởng của độ dày và khối lượng thể tích đến
đặc tính cách âm của xơ thủy tinh
Từ những kết quả thí nghiệm của mẫu chập 2 lớp, tức là có cùng nguyên liệu . Nhƣng một mẫu không nén nên có độ dày 2 h và khối lƣợng thể tích là 1γ, còn mẫu kia đƣợc nén về độ dày 1h vào khối lƣợng thể tích 2γ. Số liệu đo độ cách âm đã có trong các bảng 3.3 và 3.6, Biểu đồ đặc tuyến cách âm của hai mẫu này đƣợc thể hiện trên hình 3.16.
Hình 3. 16: Biểu đồ so sánh độ cách âm của mẫu 2 lớp nén về độ dày 50mm và mẫu 2 lớp độ dày 100mm (tấm 2 lớp có nén và không nén).
Biểu đồ trên hình 3.16 cho thấy, phần lớn đƣờng đặc tuyến cách âm của mẫu một (2h, 1γ) nằm trên đƣờng đặc tuyến của mẫu hai (1h, 2γ). Điều này đƣợc hiểu là ảnh hƣởng của sự gia tăng độ dày đến độ cách âm cao hơn ảnh hƣởng của sự gia tăng khối lƣợng thể tích.
Hoàng Xuân Hiền 66 Khóa 2013A
Hình 3. 17: Biểu đồ so sánh độ cách âm của mẫu 3 lớp nén về độ dày 50mm và mẫu 3 lớp độ dày 150mm(tấm 2 lớp có nén và không nén).
Hình 3. 18: Biểu đồ so sánh độ cách âm của mẫu 4 lớp nén về độ dày 50mm và mẫu 4 lớp độ dày 200mm.
Nhận xét: biểu đồ trên hình 3.17 và 3.18 cho thấy, ảnh hƣởng cách âm độ dày cao hơn ảnh hƣởng của khối lƣợng thể tích trong dải tần số 125Hz ÷ 3000Hz và thấp hơn ở dải tần số cao hơn 3000 Hz.
3.4 Kết luận chương 3
Kết quả nghiên cứu của luận văn đã cho thấy, tấm xơ thủy tinh mẫu đƣợc nghiên cứu có các đặc điểm chính nhƣ sau:
Hoàng Xuân Hiền 67 Khóa 2013A
Khối lƣợng thể tích 32 kg/m3 độ dày 50mm, đƣờng kính xơ từ 7µm ÷ 10µm tiết diện xơ gần nhƣ tròn đều và đặc, độ dài xơ từ 30mm ÷ 80mm.
Các xơ đƣợc phân bố ngẫu nhiên, khoảng cách giữa các xơ tƣơng đối lớn so với đƣờng kính xơ, độ rỗng của tấm xơ thủy tinh lớn từ 94,94% ÷ 98,74 ( tùy thuộc vào số tấm đƣợc nén ép), vật liệu có cấu trúc xếp lớp và các hạt keo nhỏ làm nhiệm vụ liên kết các xơ.
Độ cách âm của tấm xơ thủy tinh mẫu có độ dày 50mm với khối lƣợng thể tích 32kg/m3 là 12,9 dB.
Mối quan hệ giữa độ dày của tấm xơ thủy tinh với độ cách âm là mối quan hệ đồng biến nhƣng không tuyến tính. khi tăng bề dày tấm xơ thủy tinh thì độ cách âm tăng. Mỗi lần tăng 50mm bề dày của tấm xơ thủy tinh (tăng từ 50mm đến 200mm) thì độ cách âm tăng từ 2,4 ÷ 9,7dB. Cụ thể là 50mm độ cách âm là 12,9dB; 100mm là 15,3dB; 150mm là 17,9 dB; 200mm là 22,6 dB.
Mối quan hệ giữa khối lƣợng thể tích của tấm xơ thủy tinh với độ cách âm