Cenosphere dolgulu poliüretan köpüklerin akustik, termal ve mekanik karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, enerji ve kaynak verimliliği perspektifinden sürdürülebilir sentaktik köpük sistemlerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda, kömür yakıtlı termik santrallerden geri kazanılan uçucu külden elde edilmiş cenosphere (CS) partikülleri, tek komponentli poliüretan (PU) köpük sistemi ile birleştirilerek çevre dostu sentaktik kompozitler üretilmiştir. Üretim sürecinde, sprey formda uygulanan PU köpüğe farklı oranlarda (%5–15) ve iki farklı ortalama boyutta (70 µm ve 130 µm) CS partikülleri ilave edilmiştir. Manuel karıştırma ile eşzamanlı köpürme reaksiyonu başlatılarak dolgu– matris yoğunluk farkına bağlı çökelme minimize edilmiş, homojen dağılım sağlanmıştır. Mikro yapısal analizler, CS katkısının hücre duvar kalınlığını artırarak daha kapalı gözenekli bir morfoloji oluşturduğunu göstermiştir. Akustik testler, özellikle orta ve yüksek frekans aralıklarında ses yutma katsayısında belirgin iyileşme olduğunu ortaya koymuştur. Artan CS oranı, köpük yoğunluğu ve ses geçiş kaybı üzerinde pozitif etki yaratmış, basma dayanımı da paralel şekilde artmıştır. %10 ve üzeri dolgu oranlarında mekanik dayanım ile akustik performans arasında optimum bir denge sağlanmıştır. Elde edilen sonuçlar, geri kazanılmış CS partiküllerinin düşük çevresel ayak izine sahip, çok işlevli PU köpük sistemlerinin üretiminde etkin katkı malzemeleri olarak kullanılabileceğini ve sanayi ölçeğinde uygulanabilir potansiyel sunduğunu göstermektedir.

This study aims to develop sustainable syntactic foam systems from an energy and resource efficiency perspective. In this context, cenosphere (CS) particles recovered from fly ash generated by coal-fired thermal power plants were incorporated into a onecomponent polyurethane (PU) foam system to produce environmentally friendly syntactic composites. During the production process, PU foam in spray form was combined with CS particles of two average sizes (70 µm and 130 µm) at varying contents ranging from 5% to 15%. The foaming reaction was initiated simultaneously with manual mixing to minimize particle sedimentation caused by filler–matrix density mismatch, resulting in a more homogeneous structure. Microstructural analyses revealed that CS addition increased the cell wall thickness and promoted a more closed-cell morphology. Acoustic tests demonstrated a significant enhancement in sound absorption, particularly at medium and high frequencies. Increasing CS content led to higher foam density and sound transmission loss, accompanied by a parallel improvement in compressive strength. At filler contents above 10%, an optimal balance between mechanical strength and acoustic performance was achieved. The overall results indicate that recovered CS particles can serve as effective functional additives in the production of low–carbon-footprint, multifunctional PU foam systems, offering strong potential for industrial-scale applications.