Effects of Different Additives on Thermal and Acoustic Properties of Polyurethane Foams

Year 2025, Volume: 25 Issue: 5, 1155 - 1163, 01.10.2025

Öznur İskender , Sena Arslan Atmaca

https://doi.org/10.35414/akufemubid.1554702

Abstract

Additives are frequently used to improve the performance and functionality of polyurethane foams. However, the choice of additive material and the amount of use varies according to the property of the polyurethane foam to be improved without adversely affecting the other properties of the polyurethane foam. Within the scope of the study, silica aerogel, bentonite and vermiculite additives were added to polyol at a rate of 1% by mass compared to polyol in order to reduce the thermal conductivity coefficient of semi-flexible polyurethane foam without compromising its physical properties and acoustic performance. In the thermal conductivity measurements of the obtained polyurethane samples, it was observed that the thermal conductivity value decreased by 16.37% with aerogel additive, 15.91% with bentonite additive and 17.30% with vermiculite additive compared to semi-flexible polyurethane foam without additive. When the sound absorption coefficient results were analysed, it was determined that the addition of additives positively affected the acoustic performance of semi-flexible polyurethane foam (YEPU) and the best performance was obtained at low frequencies (160-500Hz) with aerogel added YEPU and at high frequencies (800-6300Hz) with vermiculite added YEPU.

Keywords

Polyurethane , additive , coefficient of thermal conductivity , Coefficient of sound absorption

Farklı Katkıların Poliüretan Köpüklerin Termal ve Akustik Özellikleri Üzerine Etkileri

Abstract

Poliüretan köpüklerin performansını ve işlevselliğini artırmak için katkı malzemeleri sıklıkla kullanılmaktadır. Bununla beraber, katkı malzemesinin seçimi, kullanım miktarı poliüretan köpüğün sahip olduğu diğer özellikleri olumsuz etkilemeden iyileştirilmesi istenen özelliğine göre değişkenlik göstermektedir. Çalışma kapsamında, yarı esnek poliüretan köpüğün, fiziksel özelliklerinden ve akustik performansından ödün vermeden, ısıl iletim katsayısının düşürülmesine yönelik silika aerojel, bentonit ve vermikülit katkı malzemeleri, poliol içerisine poliol’e göre kütlece %1 oranında eklenmiştir. Elde edilen poliüretan numunelerin ısıl iletkenlik ölçümlerinde, katkısız yarı esnek poliüretan köpüğe göre ısıl iletkenlik değerinin aerojel katkısıyla %16,37, bentonit katkısıyla %15,91, vermikülit katkısıyla %17,30 oranında azaldığı görülmüştür. Ses yutum katsayısı sonuçları incelendiğinde, katkı malzemesi ilavesinin yarı esnek poliüretan köpüğün (YEPU) akustik performansını olumlu yönde etkilediği, düşük frekanslarda (160-500Hz) aerojel katkılı YEPU ile yüksek frekanslarda (800-6300Hz) ise vermikülit katkılı YEPU ile en iyi performansın elde edildiği tespit edilmiştir.

Keywords

Poliüretan , Katkı malzemesi , Isıl iletim katsayısı , ses yutum katsayısı

Ethical Statement

Yazarlar tüm etik standartlara uyduklarını beyan ederler.

Thanks

Bu çalışma, Formfleks Otomotiv A.Ş- Ar-Ge Merkezi bünyesinde gerçekleştirilmiştir. Yazarlar değerli katkılarından dolayı Ar-Ge Lideri Sn. İbrahim AYDIN’a teşekkür eder.

References

• Akdoğan, E., 2011. Farklı katkı maddelerinin poliüretan malzemelerin mekanik özellikleri üzerine etkileri. Yüksek Lisans Tezi, Pamukkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Denizli, 114.
• Akdoğan, E., Tarakcılar, A. R., Topçu, M., Yurtseven, R. 2015. Alüminyum hidroksit ve magnezyum hidroksit katkısının termoplastik poliüretan malzemelerin mekanik özelliklerine etkisi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 21(8 (Özel Sayı)), 376-380. https://doi.org/10.5505/pajes.2015.24572
• Akkoyun, M. 2021. Demir (II, III) oksit katkılı rijit poliüretan köpük nanokompozitlerin elektriksel ve termal iletkenlikleri. Konya Mühendislik Bilimleri Dergisi, 9(1), 205 – 215. https://doi.org/10.36306/konjes.782105
• Asadi Khanouki, M., Ohadi, A., 2018. Improved acoustic damping in polyurethane foams by the inclusion of silicon dioxide nanoparticles. Advances in Polymer Technology, 37(8), 2799-2810. https://doi.org/10.1002/adv.21952
• Aydoğan, B., Usta, N., 2019. Fire behavior assessment of rigid polyurethane foams containing nano clay and intumescent flame retardant based on cone calorimeter tests. Journal of Chemical Technology and Metallurgy, 54(1), 55-63.
• Ayvaz, A., 2019. Binek bir aracın gövde panellerinin yol gürültüsü performansına olan katkısının incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Bursa Uludağ Üniversitesi Fen bilimleri Enstitüsü, Bursa, 76.
• El Khodor, M., 2020. Termoplasti̇k köpükleri̇n üreti̇m parametreleri̇ni̇n ses sönümleme performansina etki̇si̇. Yüksek Lisans Tezi, Bursa Uludağ Üniversitesi Fen bilimleri Enstitüsü, Bursa, 91.
• Erdem, M., Akdoğan, E., Üreyen, M., Uysal, O., Kaya, M., Irmak, C. 2018. Yumurta kabuğu tozu katkılandırılmış sert poliüretan köpükler: Termal iletkenlik, basma mukavemeti ve yanma davranışlarının incelenmesi. Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, 38(1), 83-93.
• Erdem, M., Ortac, K., Erdem, B., Türk, H., 2017. Reaktif organobentonit katkıların sert poliüretan köpüğün bazı performans özellikleri üzerine etkisi. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 32(4), 1209-1219. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.369543
• Hajizadeh, R., Khavanin, A., Barmar, M., Jafari, A. J., Dehghan, S. F., 2019. Improving the sound absorption properties of flexible polyurethane (PU) foam using nanofibers and nanoparticles. Sound Vib, 53, 207-222. https://doi.org/10.32604/sv.2019.06523
• Hakan Yetgin, S., & Ünal, H., 2008. Polimer esaslı köpük malzemeler. Journal of Science and Technology of Dumlupınar University, (017), 117-128.
• König, J., Lopez-Gil, A., Cimavilla-Roman, P., Rodriguez-Perez, M.A., Petersen, R.R., Ostergaard, M.B., Iversen, N., Yue, Y., Spreitzer, M., 2020. Synthesis and properties of open- and closed-porous foamed glass with a low density. Constr. Build. Mater. 247, 118574. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118574
• Nazeran, N., & Moghaddas, J., 2017. Synthesis and characterization of silica aerogel reinforced rigid polyurethane foam for thermal insulation application. Journal of Non-Crystalline Solids, 461, 1-11. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2017.01.037
• Rezgar, H., Taher, A., Ali, D., Richard, E.L., 2019. Thermal conductivity of low density polyethylene foams Part I: Comprehensive study of theoretical models. J. Therm. Sci. 28, 745–754. https://doi.org/10.1007/s11630-019-1135-3
• Soloveva, O. V., Solovev, S. A., Vankov, Y. V., & Shakurova, R. Z., 2022. Experimental studies of the effective thermal conductivity of polyurethane foams with different morphologies. Processes, 10(11), 2257. https://doi.org/10.3390/pr10112257
• Uraz, E., 2015. Çinkonun bentonit ile adsorpsiyon özelliklerinin incelenmesi. İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 137.
• Usta, N., Aydoğan, B., 2018. Rijit poliüretan köpük malzemelere barit ilavesinin ısıl iletkenlik ve ısıl bozunma davranışına etkilerinin incelenmesi. İleri Teknoloji Bilimleri Dergisi, 7(1) 50-59.
• Ünlü, S. 2022. Polimer matrisli elyaf takviyeli kompozit otomobil şasesi vakum infüzyon yöntemi ile imalatı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 12(1), 23-33. https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.853049
• Verdolotti, L., Lavorgna, M., Lamanna, R., Di Maio, E., Iannace, S., 2015. Polyurethane-silica hybrid foam by sol–gel approach: Chemical and functional properties. Polymer, 56, 20-28. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2014.10.017
• Valášková, M., & Martynkova, G. S., 2012. Vermiculite: structural properties and examples of the use. Clay minerals in nature-their characterization, modification and application, 209-238. http://dx.doi.org/10.5772/51237
• Toksoy Köksal, F., 1997 Vermikülit mineraloji jeolojik oluşum endüstriyel kullanım ve Türkiye’deki durumu. 2. Endüstriyel Hammaddeler Sempozyumu. İzmir, Türkiye.
• Yıldırım, B.K., 2015. Silisyum oksit nano tozları ve karbon nano-tüpler ile güçlendirilmiş poliüretan kompozisyonunun akustik özellikleri. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 73.
• Yurtseven, R., Tarakcılar, A., Topçu, M., 2014. Dolgu maddesi olarak kullanılan farklı uçucu küllerin sert poliüretan köpük malzemelerin mekanik özellikleri ile ısıl ve yanma davranışları üzerine etkileri. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 28(4)., 841-853
• Zhu, J., 2020. Impact of size distribution of cell model on the effective thermal conductivity of saturated porous media. International Journal of Thermophysics, 41(3), 34. https://doi.org/article/10.1007/s10765-020-2611-4