Sound Absorption Panels Made from Polylactic Acid Nonwoven Fabric and Natural Fibers

โดย มธุรส มะลิมาตร

ปี 2564

บทคัดย่อ

วัสดุดูดซับเสียงทั่วไปผลิตจากเส้นใยสังเคราะห์ประเภทพอลิเอธิลีนเทเรฟธาเลตหรือพอลิ พรอพิลีนซึ่งเป็นพอลิเมอร์ที่สังเคราะห์จากปิโตรเลียมและเป็นวัสดุที่ไม่ย่อยสลายทางชีวภาพทำให้เกิด ปัญหาในการจัดการและมีผลเสียต่อสิ่งแวดล้อม จากปริมาณการใช้วัสดุดูดซับเสียงในปริมาณมาก ทำให้ปริมาณขยะของวัสดุดูดซับเสียงที่หมดอายุการใช้งานมีปริมาณมากและก่อให้เกิดปัญหาในการกำจัด ในงานวิจัยนี้จึงได้ศึกษาการใช้พลาสติกชีวภาพประเภทพอลิแลคติกแอซิด (PLA) และเส้นใยธรรมชาติ ประเภทเส้นใยกัญชงทดแทนพอลิเมอร์ที่ไม่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพเพื่อผลิตแผ่นดูดซับเสียง

การศึกษาเริ่มจากการขึ้นรูปผ้าพอลิแลคติกแอซิดแบบไม่ถักไม่ทอด้วยกระบวนการปั่นหลอม แบบพ่นที่อุณหภูมิ 250 และ 260 องศาเซลเซียส ด้วยความเร็วของสกรู 10 รอบต่อนาที แรงดันลมที่ 0.3 และ 0.5 MPa และระยะเก็บชิ้นงานที่ 30 และ 60 cm เปรียบเทียบคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์ผ้าพอลิแลคติกแอซิด แบบไม่ถักไม่ทอที่ได้แล้วขึ้นรูปแผ่นดูดซับเสียงโดยนำผ้าพอลิแลคติกแอซิดแบบไม่ถักไม่ทอประกบซ้อน กับแผ่นกัญชงแบบโครงสร้างแซนวิช 3 ชั้น จากนั้นศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างพารามิเตอร์ของวัสดุ ได้แก่ ความหนา มวลต่อหน่วยพื้นที่ ความหนาแน่น ลักษณะสัณฐานวิทยา การซึมผ่านของอากาศ และ ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับเสียง

ผลการศึกษาพบว่าสภาวะที่เหมาะสมในการขึ้นรูปผ้าพอลิแลคติกแอซิดแบบไม่ถักไม่ทอ คือ อุณหภูมิ 260 องศาเซลเซียส แรงดันลม 0.5 MPa และระยะเก็บชิ้นงานที่ 60 cm ซึ่งส่งผลให้ผ้าไม่ถักไม่ทอมีความ หนา มวลต่อหน่วยพื้นที่ และความหนาแน่นสูงขึ้น อีกทั้งมีการซึมผ่านของอากาศน้อยลง และขนาดของ เส้นใยเล็กลง ซึ่งผลลัพธ์เหล่านี้เป็นไปตามปัจจัยที่ส่งผลต่อวัสดุดูดซับเสียงที่ดีจากการทดสอบ สัมประสิทธิ์การดูดซับเสียง พบว่า มวลต่อหน่วยพื้นที่และความหนาที่มากขึ้นส่งผลให้การดูดซับเสียง มากขึ้น ผลการทดสอบการจัดลำดับชั้นของผ้าพอลิแลคติกแอซิดแบบไม่ถักไม่ทอกับแผ่นกัญชงแบบ โครงสร้างแซนวิช 3 ชั้น พบว่า เมื่อจำนวนชั้นของผ้าพอลิแลคติกแอซิดแบบไม่ถักไม่ทอเพิ่มขึ้นส่งผลต่อ ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับเสียงมากกว่าแผ่นดูดซับเสียงที่มีจำนวนชั้นของกัญชงมาก โดยค่าสัมประสิทธิ์ การดูดซับเสียงของแผ่นดูดซับเสียง PLA/PLA/Hemp มีค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับเสียงสูงที่สุด

Abstract

The sound absorption panels are commonly synthetic fibers synthesized from polyethylene terephthalate or polypropylene. These polymers are petroleum-based polymers that are non-biodegradable which causes waste disposal problems and other environmental problems. Due to an increase in demand of sound absorbing panels, the amount of the wastes increases and it originates issues with waste disposal. This research aimed to study the use of polylactic acid (PLA) bioplastic and hemp as a replacement for non-biodegradable polymers in producing sound absorption panels.

First, PLA nonwoven fabric was prepared using the melt-blown process carried out at 250 and 260 degree Celsius with the screw speed of 10 rpm under the air pressures of 0.3 and 0.5 MPa. The die-to-collector distances were 30 and 60 cm. Then, the nonwoven fabric properties were compared. Later, the sound absorption panels were prepared with a three-layer sandwich construction, comprising of PLA nonwoven fabric and hemp fabric. Finally, the relationships between the material parameters including thickness, mass per unit area, density, morphology, air permeability, layering sequence, and sound absorption coefficient were studied.

The research results showed that the optimal conditions for the melt-blown process of PLA nonwoven fabric were at 260 degree Celsius under the air pressure of 0.5 MPa at the die-to-collector distance of 60 cm. The fabric produced under the mentioned conditions was thicker with higher mass per unit area and higher density. Moreover, it had lower air permeability and finer fibers which was considered as a good sound absorbing material. Sound absorbing coefficient measurement revealed that the higher mass per unit area and the higher thickness of the fabric had a positive impact on the sound absorption efficiency. In addition, the study of the layering sequence of PLA nonwoven fabric and hemp fabric in a three-layer sandwich construction pointed out that more layers of PLA nonwoven fabric indicated higher sound absorbing coefficient than more layers of hemp fabric. The PLA/PLA/Hemp sound absorption panel showed the highest sound absorption coefficient.

Download : แผ่นดูดซับเสียงจากผ้าพอลิแลคติกแอซิดแบบไม่ถักไม่ทอและเส้นใยธรรมชาติ