Possibility of using polyurethane materials to reduce vibrations and noise in the working environment

• Autorzy: Łakomy Karolina , Małysa Tomasz , Nowacki Krzysztof

Identyfikatory

DOI

10.62753/ctp.2025.10.2.2

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Noise and vibrations are physical factors, the impact of which on the employee may negatively affect their health. Therefore, it is extremely important to effectively reduce the negative impact of these factors by implementing solutions that reduce the risk. In the article the possibility of using selected porous materials (layer systems) in the frequency range from f = 100 Hz to f = 2500 Hz, is presented. In order to assess the suitability of the application of the developed layer system, tests were carried out to determine the physical sound absorption coefficient (Kundt's tube), as well as to assess the effectiveness of vibration damping by polyurethane materials in the form of a layer system. It was found that the developed layer system can be used to reduce vibrations and noise. The developed layer system was characterized by the desired sound absorption properties αfśr > 0.6, in addition to damping efficiency above 50%, especially in the range of f = 315 Hz - 2500 Hz. The developed layered system took into account the frequency ranges characterized by the highest αf values (f = 1000-2500 Hz) as well as the effectiveness, aimed at a permanent reduction in physical factors (noise, vibrations) in the case of design solutions focused on limiting the negative impact of these factors on employees' health.

Słowa kluczowe

EN

noise; vibrations; polyurethane materials; testing of sound-absorbing properties

PL

hałas; wibracje; materiały poliuretanowe; pochłanianie dźwięku; tłumienie drgań

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2025
• Tom: R. 25 nr 2
• Strony: 132--143
• Opis fizyczny: Bibliogr. 61 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Łakomy Karolina

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice

autor

Małysa Tomasz

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice

autor

Nowacki Krzysztof

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice

Bibliografia

• [1] Engel Z. Zawieska W.M., Hałas i drgania w procesach pracy. Wydawnictwo CIOP-BIP, Published: Warszawa, 2010.
• [2] Sikora J., Warstwy gumowe w rozwiązaniach zabezpieczeń wibroakustycznych, Wydawnictwo AGH, Published: Kraków, 2011.
• [3] Koradecka D. (red.), Bezpieczeństwo i higiena pracy, Wyd. Centralny Instytut Ochrony Pracy - Państwowy Instytut Badawczy, Warszawa, 2008.
• [4] Uzarczyk A., Czynniki szkodliwe i uciążliwe w środowisku pracy, Wyd. ODDK, Gdańsk, 2006.
• [5] Łakomy K., Nowacki K., Lis T., Ocena bezpieczeństwa pracy przy użytkowaniu pras hydraulicznych. Innowacje w zarządzaniu i inżynierii produkcji. T. 2. pod red. Ryszarda Knosali, Wyd. Oficyna Wydawnicza Polskiego Towarzystwa Zarządzania Produkcją, Opole. 2017, 467-478.
• [6] Kardas-Cinal, E. Metody oceny komfortu wibracyjnego, Prace naukowe Politechniki Warszawskiej, z. 112 Transport 2016, 165-0174.
• [7] Maciejewski I., Krzyżyński T., Uogólniony model układu redukcji drgań stosowanego do ochrony opera torów maszyn roboczych. Technika transportu szynowego 2015, 12, 982-986.
• [8] Gvozdkova S.I., Shvartsburg L., Analysis of Sources and Methods for Reducing Noise by Minimizing Vibra tions of Engineering Technological Processes, International Conference on Industrial Engineering ICIE 2017. Procedia Engineering 2017, 216, 958–964.
• [9] Pandaa K.C., Dealing with Noise and Vibration in Automotive Industry, 12th International Conference on Vibration Problems ICOVP 2015. Procedia Engineering 2016, 144, 1167-1174.
• [10] Indulski J. (red), Higiena pracy, tom II, Wyd. Instytut Medycyny Pracy, Łódź 1999.
• [11] Malburet F., Krysinski T., Mechanical Vibrations Active and Passive Control, Wyd. ISTE Ltd, London 2007.
• [12] Mayer D., Militzer J., Bein M., Integrated Solutions for Noise and Vibration Control in Vehicles. SAE. 2014, 01, 2048–2043.
• [13] Sikora J., Katalog nowych materiałów dźwiękochłonnych przydatnych w projektowaniu zabezpieczeń wibroakustycznych, Wyd. AGH, Kraków 2013.
• [14] Kraśkiewicz G., Lipko C., Oleksiewicz W., Zbiciak A., Parametry charakteryzujące wibroizolacyjne maty pod płytowe stosowane w konstrukcji dróg szynowych i metody ich badania, Zeszyty Naukowo-Techniczne SITK RP, oddział w Krakowie 2015, 2, 106, 89-113.
• [15] Kaczmarska A., Engel Z., Sikora J., Dobór warstwowych zabezpieczeń przeciwhałasowych - wytyczne dla projektantów, Bezpieczeństwo pracy 2005, 6, 10-13.
• [16] Swinarew, B., Poliuretany – nowoczesne wszech stronne materiały, Część II - pianki poliuretanowe. Przetwórstwo Tworzyw. 2014, 3, 252–259.
• [17] Renedo C.M.C., Díaz I.M., García-Palacios J.H., Gallegos-Calderón C., Structural Optimization of Lightweight Composite Floors with Integrated Con strained Layer Damping for Vibration Control. Actua tors 2023, 12, 7.
• [18] Akande I.G., Fajobi M.A., Odunlami O.A., Oluwole O.O., Exploitation of composite materials as vibration isola tor and damper in machine tools and other mechanical systems: A review. Materials Today-Proceedings 2021, 43, 1465-1470.
• [19] Havaldar S., Ramesh S., Experimental investigation of dynamic characteristics of multilayer PU foam Sandwich panels. Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering 2013, 1, 201-206.
• [20] Datta J., Haponiuk J., Głowińska E., Durczak Ł., Ba danie wytrzymałości warstwowych połączeń elementów poliuretanowo stalowych. Polimery 2012, 57, 11-12, 846-851.
• [21] Osiński Z. (red.), Tłumienie drgań, Wyd. Naukowe PWN, Warszawa 1997.
• [22] Dragan K., Bieniaś J., Leski A., Czulak A., Hufenbach, W. Metody badania włóknistych kompozytów metalowych (FML) dla oceny kontroli jakości w konstrukcjach lotniczych. Composites Teory and Practices 2012, 14, 2, 272-278.
• [23] Muc A., Nogowczyk W., Formy zniszczenia konstrukcji sandwiczowych z okładzinami wykonanymi z kompozytów. Kompozyty (Composites) 2005, 4, 31-36.
• [24] Damm J., Albiez M., Ummenhofer T., Goeddecke J., Meschut G., Koetz F., Matzenmiller A., Experimental and numerical investigation of the damping properties of adhesively bonded tubular steel joints. Journal of adhesion. 2023, 99, 15, 2191-2221.
• [25] Cho K.H., Joo J.H., Kim M.G., Kam D.H., Kim J., Joining Strength of Self-Piercing Riveted Vibration-Damping Steel and Dissimilar Materials. Journal of manufacturing and materials processing 2023, 7, 2.
• [26] Dacol V., Caetano E., Correia J.R., Comparative Study of Damping on Pultruded GFRP and Steel Beams. Pol ymers 2021, 13,13.
• [27] Vijayakumar K.R., Jayaseelan J., Ethiraj N., Prabhahar M., Bhaskar K., Jayabalakrishnan D., Sendilvelan S., Krishnamoorthi S., Investigation on aluminium/mild steel plates bonded polyurethane sheets to control vibration. Materials Today-Proceedings 2021, 45, 7, 5860-5867.
• [28] Han S., Yu W.R., Effect of interfacial properties on the damping performance of steel-polymer sandwich canti lever beam composites. Journal of vibration and control 2021, 29, 1-2, 400-410.
• [29] Dannemann M., Siwek S., Modler N., Wagenfuhr A., Tietze J., Damping Behavior of Thermoplastic Organic Sheets with Continuous Natural Fiber-Reinforcement. Vibration 2021, 4, 2, 529-536.
• [30] Rahman M.Z., Mechanical and damping performances of flax fibre composites - A review. Composites Part C 2021, 4.
• [31] Higuchi R., Yokozeki T., Matsuhashi M., Imaoku A., Yamamoto T., Ohnishi Y., Sakakibara T., Numerical investigation into vibration damping in woven compo site structures. Composite Structures 2023, 324.
• [32] Kam M., Saruhan H., Ipekçi A., Experimental investigation of vibration damping capabilities of 3D printed metal/polymer composite sleeve bearings. Journal of thermoplastic composite materials 2023, 36, 6, 2505-2522.
• [33] Karpenko M., Nugaras J., Vibration damping characteristics of the cork-based composite material in line with frequency analysis. Journal of theoretical and applied mechanics 2022, 60, 4, 593–602.
• [34] Parvez Y.A., Abuthakeer S.S., Damping research in fibre reinforced composites? A review. Materials Today Proceedings. 2021, 44, 1794-1799.
• [35] Yun Y.M., Lee J.H., Choi M.C., Kim J.W., Kang H.M., Bae J.W., A Study on the Effect of Petroleum Resin on Vibration Damping Characteristics of Natural Rubber Composites. Elastomers and Composites 2022, 56, 4, 201-208.
• [36] Povolo M., Maccaferri E., Cocchi D., Brugo T.M., Mazzocchetti L., Giorgini L., Zucchelli A., Damping and mechanical behaviour of composite laminates in terleaved with rubbery nanofibers. Composite structures 2021, Volume 272.
• [37] Standard: ISO 10534-1:2001 Acoustics - Determination of sound absorption coefficient and impedance in impedance tubes. Part 1: Method using standing wave ratio.
• [38] Sikora J., Badanie współczynnika pochłaniania dźwięku materiałów ziarnistych, Czasopismo Techniczne - Mechanika 2007, 1-M, 79-88.
• [39] Fudalej P., Najduchowska M., Pichniarczyk P., Otrzymywanie oraz możliwości zastosowania kruszywa szklano - krystalicznego do wytwarzania materiałów pochłaniających dźwięk, Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych 2014, 19, 15–33.
• [40] Oancea I., Bujoreanu C., Budescu M., Benchea M., Grădinaru C.M., Considerations on sound absorption coefficient of sustainable concrete with different waste replacements, Journal of Cleaner Production 2018, 203 (1), 301–312.
• [41] Turkiewicz J., Właściwości dźwiękochłonne struktur warstwowych z materiałem typu „plaster miodu”, Czasopismo Techniczne - Mechanika 2007, 1-M, 105–114.
• [42] Turkiewicz J., Sikora J., Doświadczalne wyznaczanie współczynnika pochłaniania dźwięku materiałów włóknistych i wiórowych będących odpadami produk -cyjnymi, Czasopismo Techniczne - Mechanika 2009, 12, 109–120.
• [43] Ducourneau J., Planeau V., Chatillon J., Nejade A., Measurement of sound absorption coefficients of flat surface in a workshop, Applied Acoustics 2009, 70, 710-721.
• [44] Na Y., Agnhage T., Cho G., Sound absorption of multiple layers of nanofiber webs and the comparison of measuring methods for absorption coefficients, Fibers and Polymers 2012, 13 (10), 1348–1352.
• [45] Dunne R., Desai D., Sadiku R., A review of the factors that influence sound absorption and the available empirical models for fibrous materials, Acoustics Australian 2017, 45 (2), 453–469.
• [46] Zunaidi N.H., Wei H.T., Abdul Majid M.S., Lim E.A., Effect of physical properties of natural fibre on the sound absorption coefficient, Journal of Physics: Conference Series 2017, 908, 012023.
• [47] Zhang J., Shen Y., Jiang B., Li Y., Sound Absorption Characterization of Natural Materials and Sandwich Structure Composites. Aerospace 2018, 5, 75.
• [48] Yang T., Hu L., Xiong X., Petrů M., Noman M.T., Mishra R., Militký J., Sound Absorption Properties of Natural Fibers: A Review. Sustainability 2020, 12, 8477.
• [49] Jeon J.H., Yang S.S., Kang Y.J., Estimation of sound absorption coefficient of layered fibrous materials us ing artificial neural networks, Applied Acoustics 2020, 169, 107476.
• [50] Turkiewicz J., Sikora J., Badanie współczynnika pochłaniania dźwięku materiałów kompozytowych, Czasopismo Naukowe-Mechanika 2011, 15, 113-122.
• [51] Bratu M., Dumitrescu O., Vasile O., Constantin A., Muntean M., Research on the sound-absorbing properties of new composite materials with some wastes, Romanian Journal Materials 2014, 44, 160-168.
• [52] Mamtaz H, Fouladi M.H., Nuawi M.Z., Namasivayam S.N., Ghassem M., Al-Atabi, M. Acoustic absorption of fibro-granular composite with cylindrical grains, Applied Acoustics 2017, 126, 58-67.
• [53] Berardi U., Iannace G., Acoustic characterization of natural fibers for sound absorption applications, Building and Environment 2015, 1045, 94, pp. 840-852.
• [54] Nandanwar A., Kiran M.C., Varadarajulu K.Ch., Influence of density on sound absorption coefficient of fibre board, Open Journal of Acoustics 2017, 7, 1-9.
• [55] Berardi U.G., Iannace G., Predicting the sound absorption of natural materials: best-fit inverse laws for the acoustic impedance and the propagation constant, Applied Acoustics 2017, 115, 131-138.
• [56] Tudor E.M., Dettendorfer A., Kain G., Barbu M.C., Réh R., Krišt’ák L., Sound-absorption coefficient of ark-based insulation panels, Polymers 2020, 12, 1012.
• [57] Małysa T., Nowacki K., Wieczorek J., Assessment of sound absorbing properties of polyurethane sandwich system, Composites Theory and Practice 2016, 16 (4), 244-248.
• [58] Żuchowska D., Polimery konstrukcyjne, Wydawnictwo NaukowoTechniczne, Published: Warszawa, 2020, 20, 224–225.
• [59] Szlezyngier W., Brzozowski Z.K., Tworzywa sztuczne-środki pomocnicze i specjalne zastosowanie polimerów, Tom 3, Wydawnictwo Oświatowe FOSZE, Published: Warszawa, 2012, 129-134.
• [60] Seachting H., Tworzywa sztuczne – Poradnik, Wydawnictwo Naukowo Techniczne, Published: Warszawa, 2000, 497–510.
• [61] Żukowska W., Kosmela P., Wojtasz P., Szczepański M., Piasecki A., Barczewski R., Barczewski M., Hejna A., Comprehensive Enhancement of Prepolymer-Based Flexible Polyurethane Foams’ Performance by Introduction of Cost-Effective Waste-Based Ground Tire Rubber Particles. Materials, 2022, 15, 5728.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).