रबर सुदृढ़ता

रबड़ टफनिंग एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें सामग्री की यांत्रिक मजबूती, या कठोरता को बढ़ाने के लिए रबर के नैनोकणों को पॉलीमर मैट्रिक्स के भीतर बिखेर दिया जाता है। एक बहुलक को सख्त करने से इसका मतलब है कि बहुलक पदार्थ की ऊर्जा को अवशोषित करने और फ्रैक्चर के बिना प्लास्टिक रूप से विकृत होने की क्षमता बढ़ जाती है। यांत्रिक गुणों में महत्वपूर्ण लाभों को ध्यान में रखते हुए, जो रबर सख्त प्रदान करता है, अधिकांश प्रमुख थर्माप्लास्टिक रबर-कठोर संस्करणों में उपलब्ध हैं; कई अभियांत्रिकी अनुप्रयोगों के लिए, अंतिम सामग्री चयन में सामग्री की कठोरता एक निर्णायक कारक है। फैलाने वाले रबड़ नैनोकणों के प्रभाव जटिल होते हैं और अनाकार और आंशिक रूप से क्रिस्टलीय बहुलक प्रणालियों में भिन्न होते हैं। रबर के कण विभिन्न प्रकार के तंत्रों द्वारा एक प्रणाली को सख्त करते हैं जैसे कि जब पार्टिकुलेट तनाव को ध्यान में रखते हैं जिससे गुहिकायन होता है या फैलने वाली सनक की शुरुआत होती है। हालाँकि प्रभाव एकतरफा नहीं हैं; अतिरिक्त रबर सामग्री या रबर और बहुलक के बीच डीबॉन्डिंग से कठोरता कम हो सकती है। कई अन्य जटिल चर के कारण किसी दिए गए कण आकार या इंटरफेशियल आसंजन पैरामीटर के विशिष्ट प्रभावों को बताना मुश्किल है।

किसी दिए गए विफलता तंत्र की उपस्थिति कई कारकों द्वारा निर्धारित की जाती है: निरंतर बहुलक चरण के लिए आंतरिक,और वे जो बाहरी हैं, तनाव, लोडिंग गति और परिवेश की स्थितियों से संबंधित हैं। एक कठोर बहुलक में दिए गए तंत्र की क्रिया का अध्ययन माइक्रोस्कोपी से किया जा सकता है। रबडी डोमेन का जोड़ रियोमिक्स मिक्सर में पिघलने वाली ब्लेंडिंग और एटम-ट्रांसफर रेडिकल-पोलीमराइजेशन जैसी प्रक्रियाओं के माध्यम से होता है।

वर्तमान शोध इस बात पर ध्यान केंद्रित करता है कि द्वितीयक चरण संरचना और फैलाव का अनुकूलन मिश्रण के यांत्रिक गुणों को कैसे प्रभावित करता है। रुचि के प्रश्नों में फ्रैक्चर की कठोरता, तन्य शक्ति और कांच के संक्रमण तापमान से संबंधित प्रश्न शामिल हैं।

सख्त तंत्र

पॉलिमर में पागलपन

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विभिन्न सिद्धांतों का वर्णन है कि एक फैला हुआ रबर चरण एक बहुलक पदार्थ को कैसे सख्त करता है; अधिकांश मैट्रिक्स में ऊर्जा को नष्ट करने के तरीकों को नियोजित करते हैं। इन सिद्धांतों में शामिल हैं: माइक्रोक्रैक थ्योरी, शीयर-यील्डिंग थ्योरी, मल्टीपल-क्रेज़िंग थ्योरी, शीयर बैंड और क्रेज़िंग इंटरेक्शन थ्योरी, और हाल ही में क्रिटिकल लिगामेंट थिकनेस, क्रिटिकल प्लास्टिक एरिया, वॉयडिंग और कैविटेशन, डैमेज कॉम्पिटिशन और अन्य के प्रभाव सहित।

माइक्रोक्रैक सिद्धांत

1956 में, माइक्रोक्रैक सिद्धांत एक बहुलक में बिखरे हुए रबर चरण के सख्त प्रभाव की व्याख्या करने वाला पहला बन गया।प्रारंभिक सिद्धांत और बाद के विस्तार में दो प्रमुख अवलोकन इस प्रकार थे: (1) माइक्रोक्रैक रिक्तियों का निर्माण करते हैं, जिस पर स्टाइरीन-ब्यूटाडीन कॉपोलीमर तंतु प्रसार को रोकने के लिए बनते हैं, और (2) कठोर एपॉक्सी के बढ़ाव के दौरान संग्रहीत ऊर्जा को तोड़ने पर जारी किया जाता है। रबर के कण। सिद्धांत ने निष्कर्ष निकाला कि माइक्रोक्रैक शुरू करने के लिए संयुक्त ऊर्जा और रबर के कणों को तोड़ने की ऊर्जा कठोर पॉलिमर के ऊर्जा अवशोषण में वृद्धि के लिए जिम्मेदार हो सकती है। यह सिद्धांत सीमित था, केवल अस्थिभंग ऊर्जा में देखी गई वृद्धि के एक छोटे से अंश के लिए लेखांकन।

मैट्रिक्स पागलपन

मैट्रिक्स क्रेज़िंग थ्योरी क्रेज़िंग के सख्त प्रभावों की व्याख्या करने पर केंद्रित है। उन्माद भूमध्य रेखा पर शुरू होता है जहां प्रमुख विरूपण (यांत्रिकी) उच्चतम होता है, तनाव के लंबवत फैलता है, और जब वे दूसरे कण से मिलते हैं तो समाप्त हो जाते हैं। तंतुओं के टूटने पर लंबवत तंतुओं के साथ सनक अंततः एक दरार बन सकती है। भंग ऊर्जा में वृद्धि के एक बड़े अंश के लिए अनछुए बहुलक खातों में कुछ बड़ी दरारों की छोटी मात्रा की तुलना में बड़ी मात्रा के माध्यम से वितरित छोटे क्रेज़ से जुड़े वॉल्यूम विस्तार।

रबर के कणों और क्रेज के बीच परस्पर क्रिया तनाव की दिशा में कणों पर बढ़ाव का दबाव डालती है। यदि यह बल रबर और बहुलक के बीच सतह के आसंजन पर काबू पा लेता है, तो डीबॉन्डिंग हो जाएगी, जिससे क्रेज़िंग से जुड़े सख्त प्रभाव कम हो जाएंगे। यदि कण कठिन है, तो यह कम विकृत हो पाएगा, और इस प्रकार कम तनाव के तहत डिबॉन्डिंग होता है। यह एक कारण है कि बिखरे हुए रबड़, अपने स्वयं के कांच संक्रमण तापमान के नीचे, प्लास्टिक को प्रभावी ढंग से सख्त नहीं करते हैं।

कतरनी उपज

कतरनी उपज (इंजीनियरिंग) सिद्धांत वह है, जो मैट्रिक्स क्रेज़िंग की तरह, एक कठोर बहुलक के ऊर्जा अवशोषण में वृद्धि के एक बड़े अंश के लिए जिम्मेदार हो सकता है। कठोर बहुलक में कतरनी उपज के साक्ष्य देखे जा सकते हैं जहां नेकिंग (इंजीनियरिंग), ड्राइंग या ओरिएंटेशन सख्त हो रहा है।यदि रबर के कण तनाव संकेंद्रक के रूप में कार्य करते हैं और दरारों के गठन को रोकने के लिए क्रेज़िंग, डिबॉन्डिंग और कैविटी के माध्यम से आयतन-विस्तार शुरू करते हैं, तो कतरनी उपज का परिणाम होगा। एक कण से उसके पड़ोसी तक तनाव क्षेत्रों को ओवरलैप करने से बढ़ते कतरनी-उपज वाले क्षेत्र में योगदान होगा। कण जितने करीब होते हैं, उतने ही अधिक ओवरलैप और बड़े कतरनी-उपज वाले क्षेत्र होते हैं।शियर यील्डिंग अपने आप में एक ऊर्जा अवशोषित करने वाली प्रक्रिया है, लेकिन इसके अलावा शीयर बैंड की दीक्षा भी सनक को रोकने में सहायक होती है। गुहिकायन की घटना कतरनी उपज सिद्धांत के लिए महत्वपूर्ण है क्योंकि यह उपज तनाव को कम करने के लिए कार्य करता है। गुहिकायन कतरनी उपज से पहले होता है, हालांकि कतरनी उपज से गुहिकायन की तुलना में क्रूरता में बहुत अधिक वृद्धि होती है।

गुहिकायन

छवि शून्य के साथ एक खंडित सतह दिखाती है।

पोकेशन एपॉक्सी रेजिन और अन्य सनक प्रतिरोधी कठोर पॉलिमर में आम है, और इज़ोद प्रभाव शक्ति परीक्षण में कतरनी के लिए पूर्वापेक्षा है। कठोर पॉलीमर के विरूपण और फ्रैक्चर के दौरान, तनावग्रस्त रबर कणों का गुहिकायन क्रेजिंग-प्रवण और गैर-पागल-प्रवण प्लास्टिक में होता है, जिसमें एबीएस, पीवीसी, नायलॉन, उच्च प्रभाव पॉलीस्टाइनिन और सीटीबीएन कठोर एपॉक्सी शामिल हैं। कण आकार और रबर मापांक कारक सामग्री की कठोरता को कैसे प्रभावित करते हैं, इसके मॉडल के लिए इंजीनियर एक ऊर्जा-संतुलन दृष्टिकोण का उपयोग करते हैं। कण आकार और मापांक दोनों भंगुर-कठिन संक्रमण तापमान के साथ सकारात्मक सहसंबंध दिखाते हैं। वे दोनों दरार टिप प्रक्रिया क्षेत्र में विरूपण की शुरुआत में होने वाली गुहिकायन प्रक्रिया को प्रभावित करने के लिए दिखाए गए हैं, बड़े पैमाने पर पागलपन और कतरनी उपज से पहले।

तनाव के तहत बढ़ी हुई क्रूरता दिखाने के लिए, वॉल्यूमेट्रिक तनाव को समीकरण द्वारा प्रतिरूपित शून्य गठन की ऊर्जा को दूर करना चाहिए:

$U_{r}(r)={\frac {2}{3}}\pi R^{3}K_{r}{\Biggl (}\Delta V_{R}-{\frac {r^{3}}{R^{3}}}{\Biggl )}+4\pi r^{3}\Gamma +2\pi r^{3}G_{r}F(\lambda _{\gamma })$

कहाँ $G_{r}$ और $K_{r}$ रबर के कतरनी मापांक और थोक मापांक हैं, $\Delta V_{R}$ रबड़ के कण में आयतन विकृति है, $\Gamma$ रबर चरण और कार्य की सतह ऊर्जा है $F(\lambda _{\gamma })$ द्विअक्षीय खींच स्थितियों के तहत रबर की विफलता तनाव पर निर्भर है।

त्रिअक्षीय तनाव के दौरान सूक्ष्म व्यवहार का वर्णन करने के लिए ऊर्जा-संतुलन मॉडल पूरी सामग्री के भौतिक गुणों को लागू करता है। गुहिकायन के लिए आयतन तनाव और कण त्रिज्या की स्थिति की गणना की जा सकती है, जिससे गुहिकायन के लिए सैद्धांतिक न्यूनतम कण त्रिज्या, रबर सख्त में व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी है। आमतौर पर गुहिकायन तब होता है जब रबर के कणों पर औसत तनाव 10 से 20 मेगापास्कल के बीच होता है। कण पर आयतन तनाव से राहत मिलती है और शून्यकरण होता है। मात्रा में इस वृद्धि के कारण ऊर्जा अवशोषण सैद्धांतिक रूप से नगण्य है। इसके बजाय, यह परिणामी कतरनी बैंड का गठन है जो बढ़ी हुई क्रूरता के लिए जिम्मेदार है। डिबॉन्डिंग से पहले, जैसे-जैसे तनाव बढ़ता है, रबर के चरणों को मैट्रिक्स को और मजबूत करने के लिए मजबूर किया जाता है। मैट्रिक्स और रबर के बीच डीबॉन्डिंग से कठोरता कम हो जाती है, जिससे बहुलक और रबर चरणों के बीच मजबूत आसंजन की आवश्यकता पैदा होती है।

नुकसान प्रतियोगिता सिद्धांत

नुकसान प्रतियोगिता सिद्धांत कतरनी उपज और सनक विफलता के सापेक्ष योगदान को मॉडल करता है, जब दोनों मौजूद होते हैं। दो मुख्य धारणाएँ हैं: भंगुर प्रणालियों में क्रेज़िंग, माइक्रोक्रैक और पोकेशन हावी हैं, और नमनीय प्रणालियों में कतरनी हावी है। सिस्टम जो भंगुर और नमनीय के बीच में हैं, इनका संयोजन दिखाएंगे। क्षति प्रतियोगिता सिद्धांत भंगुर-तन्य संक्रमण को उस बिंदु के रूप में परिभाषित करता है जिस पर विपरीत तंत्र (कतरनी या उपज क्षति) अन्य तंत्र द्वारा प्रभुत्व वाली प्रणाली में प्रकट होता है।

असफलता का लक्षण वर्णन

प्रमुख विफलता तंत्र को आमतौर पर ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी, स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप और हल्की माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके सीधे देखा जा सकता है। यदि गुहिकायन या क्रेज़िंग प्रमुख है, तो तन्य डिलेटोमेट्री (दिलाटोमीटर देखें) का उपयोग वॉल्यूम स्ट्रेन को मापकर तंत्र की सीमा को मापने के लिए किया जा सकता है। हालांकि, अगर कई फैलाव तंत्र मौजूद हैं, तो अलग-अलग योगदानों को मापना मुश्किल है। शियर यील्डिंग एक स्थिर आयतन प्रक्रिया है और इसे तनन डिलेटोमीटर से नहीं मापा जा सकता है।शून्यकरण को ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी के साथ देखा जा सकता है, हालांकि दो तरीकों में से एक, ध्रुवीकृत प्रकाश या कम कोण प्रकाश बिखरने का उपयोग करके गुहिकायन और कतरनी बैंड के बीच संबंध का निरीक्षण करना आवश्यक है।

कठिन सिद्धांत के लिए प्रासंगिक निरंतर चरण की विशेषताएं

छितरी हुई द्वितीयक अवस्था के सख्त प्रभावों को मापने के लिए, निरंतर बहुलक चरण की प्रासंगिक विशेषताओं को समझना महत्वपूर्ण है। शुद्ध बहुलक निरंतर चरण की यांत्रिक विफलता विशेषताएँ दृढ़ता से प्रभावित करती हैं कि रबर कठोर बहुलक विफलता कैसे होती है। जब एक बहुलक आमतौर पर पागल होने के कारण विफल हो जाता है, तो रबड़ के सख्त कण सनक आरंभकर्ता के रूप में कार्य करेंगे। जब यह कतरनी उपज से विफल हो जाता है, तो रबर के कण कतरनी बैंड की शुरुआत करेंगे। यह भी संभव है कि यदि बहुलक समान रूप से कई तनावों से विफल होने का खतरा हो, तो कई तंत्र चलन में आते हैं। polystyrene और स्टाइरीन-एक्रिलोनाइट्राइल भंगुर पदार्थ हैं जो सनक विफलता के लिए प्रवण होते हैं जबकि पॉली कार्बोनेट, पॉलीमाइड्स और पॉलीइथाइलीन टेरेफ्थेलेट (पीईटी) कतरनी उपज विफलता के लिए प्रवण होते हैं।

ग्लास संक्रमण तापमान

अक्रिस्टलीय प्लास्टिक का उपयोग उनके कांच संक्रमण तापमान के नीचे किया जाता है ($T_{g}$). वे भंगुर और पायदान के प्रति संवेदनशील हैं लेकिन रेंगना प्रतिरोधी हैं। अणु गतिहीन होते हैं और प्लास्टिक फ्रैक्चरिंग द्वारा तेजी से लागू तनाव का जवाब देता है। आंशिक रूप से क्रिस्टलीय थर्माप्लास्टिक का उपयोग तापमान की स्थिति में आवेदन के लिए किया जाता है $T_{g}$ और $T_{m}$ (पिघलने का तापमान)। आंशिक रूप से क्रिस्टलीय थर्माप्लास्टिक कठिन और रेंगने वाले होते हैं क्योंकि कठोर क्रिस्टल के आसपास के अनाकार क्षेत्रों में कुछ गतिशीलता होती है। अक्सर वे कमरे के तापमान पर भंगुर होते हैं क्योंकि उनके पास उच्च ग्लास संक्रमण तापमान होता है। पॉलीथीन कमरे के तापमान पर कठोर होता है क्योंकि इसकी $T_{g}$ कमरे के तापमान से कम है। पॉलियामाइड 66 और पॉलीविनाइलक्लोराइड में उनके नीचे द्वितीयक संक्रमण होते हैं $T_{g}$ यह कुछ ऊर्जा अवशोषित अणु गतिशीलता के लिए अनुमति देता है।

रासायनिक संरचना

प्लास्टिक की रासायनिक संरचना से उसकी कठोरता को निर्धारित करने का प्रयास करते समय कुछ सामान्य दिशानिर्देशों का पालन करना होता है। पॉलीस्टाइनिन और स्टाइरीन-एक्रिलोनिट्राइल जैसे विनाइल पॉलिमर पागलपन से विफल हो जाते हैं। उनके पास कम दरार दीक्षा और प्रसार ऊर्जा है। सुगंधित बैकबोन वाले पॉलिमर, जैसे कि पॉलीइथाइलीन टेरेफ्थेलेट और पॉली कार्बोनेट, उच्च दरार दीक्षा ऊर्जा लेकिन कम प्रसार ऊर्जा के साथ कतरनी उपज से विफल हो जाते हैं। पॉली (मिथाइल मेथैक्रिलेट) और पॉलीएसेटल (पॉलीओक्सिमेथिलीन) सहित अन्य पॉलिमर, भंगुर पॉलिमर के रूप में भंगुर नहीं हैं और डक्टाइल पॉलिमर के रूप में भी डक्टाइल नहीं हैं।

उलझाव घनत्व और अविचलित वास्तविक श्रृंखला का लचीलापन

निम्नलिखित समीकरण उलझाव घनत्व से संबंधित हैं $v_{e}$ और अविचलित वास्तविक श्रृंखला के लचीलेपन का एक उपाय ($C_{\infty }$) किसी दिए गए प्लास्टिक के फ्रैक्चर यांत्रिकी के लिए:

$V_{e}={\frac {\rho _{a}}{3M_{v}C_{\infty }^{2}}}$ कहाँ $\rho _{a}$अनाकार बहुलक का द्रव्यमान घनत्व है, और $M_{v}$ प्रति सांख्यिकीय इकाई औसत आणविक भार है।पागल तनाव $(\sigma _{z})$ उलझाव घनत्व से संबंधित है:

$\sigma _{z}\varpropto v_{e}^{1/2}$ सामान्यीकृत तनाव उपज संबंधित है $C_{\infty }$ द्वारा

$log({\stackrel{¯<!--\; ¯\; -->}{\mathrm{\sigma <!--\; \sigma \; -->}}}_y)\propto <!--\; \propto \; -->l$