Jakter på lydløst materiale

Materialer som fanger opp all støy fra maskinrommet i båten er målet for forskere fra Østfold og Kina. Men bruksområdene kan bli flere.

Publisert
Men nye, lydløse materialer kan bråket på båten bli mindre. (Foto: Colourbox)
Men nye, lydløse materialer kan bråket på båten bli mindre. (Foto: Colourbox)

Prosjekt: Simulering og tilvirkning av fononiske/soniske materialer basert på anelastiske/viskoelastiske materialer

Målsetting: Utvikle en ny type lyd- og vibrasjonsdempende materiale for industriell anvendelse

Prosjektansvarlig: Høgskolen i Østfold

Prosjektpartnere: FiReCo AS, Biobe AS, Borg Plast-Net, Plamako AS, Beijing Jiatong University

Varighet: 2011-2014

Oslofjordfondet støtter prosjektet med to millioner kroner

Den sjømann som ikke ønsker seg mindre støy fra maskinrommet, finnes ikke.

Jakten på et nytt konstruksjonsmateriale med god lydisolerende og vibrasjonsdempende effekt, har opptatt mye av tiden til Litian Wang de siste årene.

Han er professor i materialteknologi ved Høgskolen i Østfold, og kan fornøyd konstatere at et samarbeid med flere bedrifter i Oslofjordregionen og et universitet i Beijing, har båret frukter.

- Vi har nå to patentsøknader inne på plastbaserte materialer som har vesentlig bedre lyd- og vibrasjonsdempende egenskaper enn det eksisterende materialer på markedet har, sier han.

Setter sammen materialer

Sentralt i prosjektet står såkalte kompositter. De består av to eller flere eksisterende materialer satt sammen slik at spesifikke egenskaper ved de ulike materialene kan utfylle hverandre.

Et eksempel er armert betong, der styrken i armeringen kombineres med formbarheten i betongen. Et annet eksempel er lamineringer der ett materiale påføres plastfilm for økt glans og slitestyrke.

For Wang og kollegene er det fononiske materialer som gjelder. Begrepet kommer av det greske ordet for lyd – phono – og betegner kompositter med gode egenskaper for konsentrering, demping eller blokkering av lyd.

Plast som fanger lyd

De lydisolerende materialene som brukes i båtproduksjon i dag, er gjerne basert på karbonfiber eller glassfiber.

- Vi har utviklet et plastbasert kompositt med bedre lydisolering enn konvensjonelle materialer har – og det uten at produksjonskostnadene går opp, sier Wang.

Én bestanddel i komposittet har den nødvendige stivheten og vekten som et konstruksjonsmateriale må ha, mens plastpolymeren er et såkalt viskoelastisk materiale.

Slike materialer er hverken helt elastiske, som en gummistrikk, eller så viskøse og flytende at de lett skifter form.

- Se for deg en plastpose, hvis du drar den godt ut, glir den ikke tilbake til opprinnelig form med én gang, men etter hvert trekker den seg ganske godt sammen. Denne tidsforsinkelsen er en viktig egenskap når det gjelder å fange opp og dempe lyd, forklarer Wang.

Den viskøse egenskapen i materialet gjør også at det lettere fanger opp vibrasjoner og lydbølger. Tenk bare på hvordan vannet etter hvert sluker bølgene fra steinen du kastet fra stranden.

Testing av lydisolasjon på akustikklaben. Materialets evne til støyreduksjon måles i et rør der prøven ligger i midten og lydnivåer på begge sider av prøven måles og sammenlignes. (Foto: HiØ)
Testing av lydisolasjon på akustikklaben. Materialets evne til støyreduksjon måles i et rør der prøven ligger i midten og lydnivåer på begge sider av prøven måles og sammenlignes. (Foto: HiØ)

Utallige forsøk før å oppnå lydløshet

Siden prosjektet startet i 2011, har forskerne gjennomført utallige teoretiske simuleringer og reelle forsøk.

- Utfordringen har vært å utforme komposittet på en måte som gjør at det fanger opp mest mulig av den lyden vi mennesker oppfatter som støy. Vi har jobbet i det såkalte soniske området med frekvenser fra 20 Hz til 20 kHz, som definerer den lyden mennesket kan oppfatte, sier professoren.

Innen dette frekvensspekteret, finner vi imidlertid utallige lyder med helt ulike signaturer.

Som alle motorsykkelentusiaster kan skrive under på, har lyden fra en Harley Davidson helt andre egenskaper enn den fra en Honda. Det dreier seg om spesifikke frekvenser og spesifikke bølgeegenskaper.

- Dette kan vi spinne videre på – et fononisk kompositt som skal stoppe fiolinlyd krever en annen utforming enn et som skal dempe støyen fra en båtmotor. Arbeidet vårt består av utallige teoretiske simuleringer og gjentatte forsøk for å finstemme materialene slik at de demper bestemte typer støy, sier Wang.

Når komposittmaterialet er finjustert mot bestemte frekvenser, kan man oppnå et stoppbånd der absolutt ingenting av lyden innenfor det aktuelle frekvensrommet slipper igjennom. Da gir det mening å snakke om lydløst materiale.

Godt nytt for plastindustrien

Professor Litian Wang leder jakten på lydløst materiale ved Høgskolen i Østfold. (Foto: HiØ)
Professor Litian Wang leder jakten på lydløst materiale ved Høgskolen i Østfold. (Foto: HiØ)

I samarbeid med bedriften FiReCo AS og bransjenettverket Borg Plast-Net har Wang og forskerkollegene utviklet en prototype som er skreddersydd for båtindustrien.

- Denne er nå gjennomtestet med svært gode resultater, og kan videreutvikles med tanke på flere industrielle anvendelser enn båtproduksjon, sier Wang.

For industrien i det såkalte plastbeltet rundt Oslofjorden, er dette godt nytt.

- Det er høy konsentrasjon av bedrifter som jobber med plast- og polymerteknologi rundt Oslofjorden, og disse møter tøff konkurranse fra utlandet. Nye, plastbaserte kompositter som demper lyd og vibrasjon bedre enn tradisjonelle materialer, kan gi viktige konkurransefortrinn, mener Wang.

Ved siden av byggindustrien og båtindustrien, er også bilindustrien og energibransjen opplagte kandidater. Det nye, lydløse materialer kan også ha militær anvendelse.

- For bilbransjen er mindre støy og vibrasjon en god oppskrift på bedre kjørekomfort. Og du kan jo bare spørre folk som bor i nærhetene av vindmølleparker om de kunne tenke seg mer stillegående turbiner, spør Wang retorisk.