प्रबलित रबर

प्रबलित रबर उत्पाद मिश्रित सामग्रियों के सबसे बड़े समूहों में से एक हैं, हालांकि इन्हें शायद ही कभी मिश्रित सामग्री के रूप में जाना जाता है। परिचित उदाहरण ऑटोमोबाइल टायर, होज़ और कन्वेयर बेल्ट पर बढ़ जाती है हैं।

समग्र प्रबलित संरचना
प्रबलित रबड़  उत्पाद एक रबर मैट्रिक्स और एक मजबूत सामग्री को जोड़ते हैं ताकि लचीलेपन अनुपात के लिए उच्च शक्ति प्राप्त की जा सके। सुदृढ़ीकरण सामग्री, आमतौर पर एक प्रकार का फाइबर, ताकत और कठोरता प्रदान करती है। रबर मैट्रिक्स, कम ताकत और कठोरता के साथ, वायु-द्रव जकड़न प्रदान करता है और मजबूत करने वाली सामग्रियों को उनकी सापेक्ष स्थिति बनाए रखने के लिए समर्थन देता है। ये स्थितियाँ बहुत महत्वपूर्ण हैं क्योंकि ये परिणामी यांत्रिक गुणों को प्रभावित करती हैं।

एक मिश्रित संरचना जिसमें दबाव डालने पर सभी तंतुओं को हर जगह समान रूप से लोड किया जाता है, एक आइसोट्रोपिक संरचना कहलाती है, और लोडिंग के प्रकार को आइसोटेन्सॉइडल लोडिंग का नाम दिया जाता है। आइसोटेन्सॉइडल अवधारणा को पूरा करने के लिए संरचना ज्यामिति में एक आइसोटेन्सॉइड मेरिडियन प्रोफ़ाइल होनी चाहिए और तंतुओं को जियोडेसिक पथों के बाद स्थित होना चाहिए। एक जियोडेसिक पथ एक सतत सतह पर दो मनमाने बिंदुओं को सबसे छोटे संभव तरीके से जोड़ता है।

सीधे रबर की नली


सीधी रबर की नली में इष्टतम लोडिंग प्राप्त करने के लिए फाइबर को लगभग 54.7 कोणीय डिग्री के कोण के नीचे स्थित किया जाना चाहिए, जिसे जादुई कोण भी कहा जाता है। 54.7 का जादुई कोण बिल्कुल आंतरिक-दबाव-प्रेरित अनुदैर्ध्य तनाव और घेरा (परिधि) तनाव को संतुलित करता है, जैसा कि धमनियों की तरह अधिकांश जैविक दबाव वाले फाइबर-घाव सिलेंडरों में देखा जाता है। यदि फाइबर कोण शुरू में 54.7 से ऊपर या नीचे है, तो यह बढ़े हुए आंतरिक दबाव के तहत बदल जाएगा जब तक कि यह जादुई कोण तक नहीं बढ़ जाता है जहां घेरा तनाव और अनुदैर्ध्य तनाव बराबर हो जाते हैं, नली के व्यास और नली की लंबाई में सहवर्ती समायोजन के साथ। प्रारंभ में कम फाइबर कोण वाली एक नली दबाव में 54.7 तक बढ़ जाएगी, जिससे नली का व्यास बढ़ जाएगा और लंबाई कम हो जाएगी, जबकि प्रारंभिक उच्च फाइबर कोण वाली नली 54.7 तक गिर जाएगी, जिससे नली का व्यास कम हो जाएगा और लंबाई बढ़ जाएगी। संतुलन अवस्था 54.7 का फाइबर कोण है। इस स्थिति में, फाइबर पूरी तरह से तनाव में लोड होते हैं, इसलिए उनकी ~100% ताकत आंतरिक दबाव के कारण नली पर कार्य करने वाली ताकतों का विरोध करती है। (54.7 कोणीय डिग्री के बेलनाकार आकार के लिए जादुई कोण गणना पर आधारित है जिसमें मैट्रिक्स सामग्री के प्रभाव को उपेक्षित किया जाता है। इसलिए, प्रयुक्त रबड़ सामग्री की कठोरता के आधार पर, वास्तविक संतुलन कोण कुछ दसवें डिग्री से भिन्न हो सकता है जादुई कोण.)

जब सुदृढीकरण संरचना के तंतुओं को 54.7 कोणीय डिग्री से बड़े कोण के नीचे रखा जाता है, तो दबाव पड़ने पर तंतु अपने इष्टतम पथ पर स्थानांतरित होना चाहते हैं। इसका मतलब यह है कि फाइबर खुद को फिर से उन्मुख करेंगे जब तक कि वे अपने बल संतुलन तक नहीं पहुंच जाते। इस मामले में इससे लंबाई में वृद्धि होगी और व्यास में कमी होगी। 54.7 डिग्री से छोटे कोणों पर विपरीत घटित होगा। एक उत्पाद जो इस सिद्धांत का उपयोग करता है वह वायवीय मांसपेशी है।

जटिल आकार के रबर उत्पादों का सुदृढीकरण
स्थिर व्यास वाले सिलेंडर के लिए, सुदृढीकरण कोण भी स्थिर है और 54.7º है। इसे जादुई कोण या तटस्थ कोण भी कहा जाता है। तटस्थ कोण वह कोण है जहां घाव की संरचना संतुलन में होती है। एक सिलेंडर के लिए, यह 54.7º है, लेकिन धौंकनी जैसी अधिक जटिल आकृति के लिए, जिसकी त्रिज्या उत्पाद की लंबाई के साथ अलग-अलग होती है, यह तटस्थ कोण प्रत्येक त्रिज्या के लिए अलग होता है। दूसरे शब्दों में, जटिल आकृतियों के लिए एक जादुई कोण नहीं होता है, बल्कि तंतु एक जियोडेसिक पथ का अनुसरण करते हैं, जिसके कोण त्रिज्या में परिवर्तन के साथ बदलते रहते हैं। आइसोटेन्सॉइडल लोडिंग के साथ एक सुदृढीकरण संरचना प्राप्त करने के लिए जटिल आकार की ज्यामिति को एक आइसोटेन्सॉइड मेरिडियन प्रोफ़ाइल का पालन करना होगा।

सुदृढीकरण अनुप्रयोग प्रौद्योगिकी
मिल फैब्रिक सुदृढीकरण को विभिन्न प्रक्रियाओं के साथ रबर उत्पादों पर लागू किया जा सकता है। सीधी नली के लिए, सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली प्रक्रियाएँ ब्रेडिंग, सर्पिलिंग, बुनाई और रैपिंग हैं। पहली तीन प्रक्रियाओं में समानता है कि एक स्वचालित प्रक्रिया में पूर्व निर्धारित पैटर्न पर फाइबर के कई स्ट्रैंड को एक साथ उत्पाद पर लागू किया जाता है। चौथी प्रक्रिया में फैब्रिक प्लाई के साथ प्रबलित रबर शीट की मैन्युअल या अर्ध-स्वचालित रैपिंग शामिल है। धौंकनी जैसे जटिल आकार के रबर उत्पादों के सुदृढीकरण के लिए अधिकांश निर्माता इन फैब्रिक प्रबलित रबर शीट का उपयोग करते हैं। ये चादरें पूर्व-बुने हुए कपड़े की पट्टियों पर रबर को कैलेंडर करके बनाई जाती हैं। उत्पादों का निर्माण इन शीटों को एक खराद के चारों ओर लपेटकर (ज्यादातर मैन्युअल रूप से) किया जाता है जब तक कि पर्याप्त रबर और सुदृढीकरण लागू न हो जाए। हालाँकि, इन शीटों का उपयोग करने का नुकसान यह है कि जटिल आकृतियों पर लागू होने पर कपड़े के व्यक्तिगत तंतुओं की स्थिति को नियंत्रित करना असंभव है। इसलिए, कोई जियोडेसिक पथ प्राप्त नहीं किया जा सकता है और इसलिए कोई आइसोटेन्सॉइड लोडिंग भी संभव नहीं है। एक जटिल आकार पर आइसोटेनसाइड लोडिंग प्राप्त करने के लिए, आकार में एक आइसोटेनसाइडल प्रोफ़ाइल होना चाहिए और फाइबर संरचना की जियोडेसिक स्थिति की आवश्यकता होती है। इसे फिलामेंट वाइंडिंग या स्पाइरलिंग जैसी स्वचालित वाइंडिंग प्रक्रियाओं का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है।