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;^[1]^[2] कई अभियांत्रिकी अनुप्रयोगों के लिए, अंतिम सामग्री चयन में सामग्री की कठोरता एक निर्णायक कारक है।^[3] फैलाने वाले रबड़ नैनोकणों के प्रभाव जटिल होते हैं और अनाकार और आंशिक रूप से क्रिस्टलीय बहुलक प्रणालियों में भिन्न होते हैं।^[4] 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।^[5] हालाँकि प्रभाव एकतरफा नहीं हैं; अतिरिक्त रबर सामग्री या रबर और बहुलक के बीच डीबॉन्डिंग से कठोरता कम हो सकती है।^[6] कई अन्य जटिल चर के कारण किसी दिए गए कण आकार या इंटरफेशियल आसंजन पैरामीटर के विशिष्ट प्रभावों को बताना मुश्किल है।^[5]

किसी दिए गए विफलता तंत्र की उपस्थिति कई कारकों द्वारा निर्धारित की जाती है: निरंतर बहुलक चरण के लिए आंतरिक,^[5]और वे जो बाहरी हैं, तनाव, लोडिंग गति और परिवेश की स्थितियों से संबंधित हैं।^[7] 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।^[3]^[7]

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।^[8]

सख्त तंत्र

पॉलिमर में पागलपन

298x298पीएक्स

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।^[4]

माइक्रोक्रैक सिद्धांत

1956 में, माइक्रोक्रैक सिद्धांत एक बहुलक में बिखरे हुए रबर चरण के सख्त प्रभाव की व्याख्या करने वाला पहला बन गया।^[4]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।^[5]

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।^[5]

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।^[5]

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।^[5]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।^[4]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।^[5]

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।^[9] 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।^[9]^[10]

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

$U_{r}(r)={\frac {2}{3}}\pi R^{3}K_{r}{\Biggl (}\Delta V_{R}-{\frac {r^{3}}{R^{3}}}{\Biggl )}+4\pi r^{3}\Gamma +2\pi r^{3}G_{r}F(\lambda _{\gamma })$ ^[9]

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।^[10]

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।^[9]^[10]

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।^[4]

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।^[5]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।^[9]

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।^[5]

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।^[5]

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।^[5]

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।^[5]पागल तनाव $(\sigma _{z})$ उलझाव घनत्व से संबंधित है:

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

$log({\overline {\sigma }}_{y})\varpropto log(C_{\infty })+c$

$c$ एक स्थिरांक है। क्रेज़िंग स्ट्रेस और नॉर्मलाइज़्ड स्ट्रेस यील्ड के अनुपात का उपयोग यह निर्धारित करने के लिए किया जाता है कि क्रैज़िंग या यील्ड के कारण पॉलीमर विफल होता है या नहीं:

${\frac {\sigma _{z}}{{\overline {\sigma }}_{y}}}\propto {\biggl (}{\frac {\rho _{a}}{3M_{v}}}{\biggr )}^{1/2}C_{\infty }^{-2}$ जब अनुपात अधिक होता है, तो मैट्रिक्स उपज देने के लिए प्रवण होता है; जब अनुपात कम होता है, तो मैट्रिक्स पागल होने से विफल हो जाता है।^[5]ये सूत्र क्रेज़िंग थ्योरी, शीयर-यील्डिंग थ्योरी और डैमेज कॉम्पिटिशन थ्योरी का आधार बनाते हैं।

द्वितीयक चरण गुणों और सख्त प्रभाव के बीच संबंध

=== रबर चयन और निरंतर चरण === के साथ मिश्रण सामग्री के चयन में मैट्रिक्स और द्वितीयक चरण के बीच की बातचीत को देखना महत्वपूर्ण है। उदाहरण के लिए, रबर चरण के भीतर क्रॉसलिंकिंग उच्च शक्ति वाले फाइब्रिल गठन को बढ़ावा देता है जो रबर को सख्त बनाता है, कण फ्रैक्चर को रोकता है।^[5]

कार्बोक्सिल-टर्मिनेटेड ब्यूटाडाइन-एक्रिलोनिट्राइल (CTBN) का उपयोग अक्सर एपॉक्सी को सख्त करने के लिए किया जाता है, लेकिन अकेले CTBN का उपयोग करने से कठोरता और गर्मी प्रतिरोध की कीमत पर कठोरता बढ़ जाती है। अमाइन-टर्मिनेटेड ब्यूटाडाइन एक्रिलोनिट्राइल (ATBN) का भी उपयोग किया जाता है।^[11] अल्ट्रा-फाइन फुल-वल्केनाइज्ड पाउडर रबर (यूएफपीआर) का उपयोग करके शोधकर्ता तीनों, कठोरता, कठोरता और गर्मी प्रतिरोध को एक साथ सुधारने में सक्षम हुए हैं, पहले से प्रभावी माने जाने वाले छोटे कणों के साथ रबर सख्त करने के लिए चरण को रीसेट कर दिया।^[12] उन अनुप्रयोगों में जहां उच्च ऑप्टिकल पारदर्शिता आवश्यक है, उदाहरण पॉली (पॉलिमिथाइल मेथाक्रायलेट)) और पॉली पॉलीकार्बोनेट हैं, एक द्वितीयक चरण खोजना महत्वपूर्ण है जो प्रकाश को बिखेरता नहीं है। ऐसा करने के लिए दोनों चरणों के अपवर्तक सूचकांकों का मिलान करना महत्वपूर्ण है। पारंपरिक रबर के कण यह गुण प्रदान नहीं करते हैं। तुलनीय अपवर्तक सूचकांकों के पॉलिमर के साथ नैनोकणों की सतह को संशोधित करना वर्तमान शोध का एक हित है।^[7]

माध्यमिक चरण एकाग्रता

यह विशिष्ट फ्रैक्चर ऊर्जा और रबर एकाग्रता के बीच संबंध दिखाता है

एक नैनोकम्पोजिट में रबर की सघनता बढ़ाने से मापांक और तन्य शक्ति कम हो जाती है। एक अध्ययन में, PA6-EPDM मिश्रण को देखते हुए, रबर की सांद्रता को 30 प्रतिशत तक बढ़ाकर भंगुर-कठिन संक्रमण तापमान के साथ एक नकारात्मक रैखिक संबंध दिखाया गया, जिसके बाद कठोरता कम हो गई। इससे पता चलता है कि रबर कणों को जोड़ने का सख्त प्रभाव एक महत्वपूर्ण एकाग्रता तक ही सीमित है।^[5]1998 से पीएमएमए पर एक अध्ययन में इसकी और जांच की गई है; क्रैजिंग डेंसिटी का विश्लेषण करने के लिए एसएएक्सएस का उपयोग करते हुए, यह पाया गया कि क्रैजिंग डेंसिटी बढ़ जाती है और यील्ड स्ट्रेस उस महत्वपूर्ण बिंदु तक कम हो जाता है जब संबंध फ़्लिप होता है।^[13]

रबर कण आकार

एक सामग्री जो पागल होने से असफल होने की उम्मीद है, कतरनी प्रवण सामग्री की तुलना में बड़े कणों से लाभ होने की अधिक संभावना है, जो एक छोटे कण से लाभान्वित होगी। उन सामग्रियों में जहां क्रेज़िंग और यील्डिंग तुलनीय हैं, कण आकार का एक द्वि-आयामी वितरण सख्त करने के लिए उपयोगी हो सकता है। निश्चित रबर सांद्रता पर, कोई यह पा सकता है कि एक इष्टतम कण आकार बहुलक मैट्रिक्स के उलझाव घनत्व का एक कार्य है। PS, SAN और PMMA के स्वच्छ बहुलक उलझाव घनत्व क्रमशः 0.056, 0.093 और 0.127 हैं। जैसे-जैसे उलझाव घनत्व बढ़ता है, इष्टतम कण आकार रैखिक रूप से घटता जाता है, जो 0.1 और 3 माइक्रोमीटर के बीच होता है।^[5]

सख्त होने पर कण आकार का प्रभाव प्रदर्शन किए गए परीक्षण के प्रकार पर निर्भर करता है। इसे समझाया जा सकता है क्योंकि विभिन्न परीक्षण स्थितियों के लिए, विफलता तंत्र बदल जाता है। पीएमएमए पर प्रभाव शक्ति परीक्षण के लिए जहां कतरनी-उपज से विफलता होती है, फिलर पीबीए-कोर पीएमएमए-शेल कण का इष्टतम आकार एक मामले में 250 एनएम दिखाया गया था। तीन-बिंदु मोड़ परीक्षण में, जहां विफलता पागलपन के कारण होती है, 2000 एनएम कणों का सबसे महत्वपूर्ण कठोर प्रभाव था।^[14]

तापमान प्रभाव

फ्रैक्चर यांत्रिकी पर तापमान का सीधा प्रभाव पड़ता है। कम तापमान पर, रबर के कांच संक्रमण तापमान के नीचे, फैला हुआ चरण बहुलक को सख्त करने वाले रबड़ की तरह कांच की तरह व्यवहार करता है। नतीजतन, निरंतर चरण शुद्ध बहुलक की विशेषता तंत्र द्वारा विफल हो जाता है, जैसे कि रबड़ मौजूद नहीं था। जैसे ही कांच के संक्रमण तापमान से तापमान बढ़ता है, रबर चरण दरार दीक्षा ऊर्जा को बढ़ाता है। इस बिंदु पर सामग्री में संग्रहीत लोचदार ऊर्जा के कारण दरार स्वयं-प्रचारित होती है। जैसे-जैसे तापमान रबर चरण के कांच के संक्रमण से आगे बढ़ता है, रबर-बहुलक समग्र की प्रभाव शक्ति अभी भी नाटकीय रूप से बढ़ जाती है क्योंकि दरार प्रसार के लिए अतिरिक्त ऊर्जा इनपुट की आवश्यकता होती है।^[5]

नमूना अनुप्रयोग

एपॉक्सी रेजिन

एपॉक्सी रेजिन इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में उपयोग की जाने वाली सामग्रियों का एक अत्यधिक उपयोगी वर्ग है। इनमें से कुछ में चिपकने वाले, फाइबर-प्रबलित कंपोजिट और इलेक्ट्रॉनिक्स कोटिंग्स शामिल हैं। उनकी कठोरता और कम दरार प्रसार प्रतिरोध रबर सख्त अनुसंधान के लिए सख्त प्रक्रियाओं को ठीक करने के लिए एपॉक्सी को रुचि का उम्मीदवार बनाता है।^[15]^[16]^[17]^[18]^[19]^[20]^[21] एपॉक्सी नैनोकम्पोजिट्स की कठोरता को प्रभावित करने वाले कुछ कारकों में एपॉक्सी इलाज एजेंट की रासायनिक पहचान, उलझाव घनत्व और इंटरफेसियल आसंजन शामिल हैं। उदाहरण के लिए, पाइपरिडाइन के साथ एपॉक्सी 618 का इलाज, बोरॉन ट्राइफ्लोराइड-एथिलमाइन का उपयोग करने की तुलना में कठिन एपॉक्सी पैदा करता है। कम उलझाव घनत्व क्रूरता को बढ़ाता है। एपॉक्सी 618 के क्रॉसलिंकिंग घनत्व को कम करने के लिए बिसफेनोल ए को जोड़ा जा सकता है, जिससे फ्रैक्चर की कठोरता बढ़ जाती है। बिस्फेनॉल ए और एक रबर भराव सहक्रियात्मक रूप से कठोरता को बढ़ाते हैं।^[22] 2002 से पहले पाठ्यपुस्तकों और साहित्य में यह माना जाता था कि 200 एनएम पर रबर-सख्त कण व्यास की निचली सीमा है; तब यह पता चला कि 90 एनएम के व्यास वाले अल्ट्रा-फाइन फुल-वल्केनाइज्ड पाउडर वाले रबर कण रबर एपॉक्सी के महत्वपूर्ण सख्त होने को दर्शाते हैं।^[12]यह खोज इस बात को रेखांकित करती है कि कैसे यह क्षेत्र लगातार बढ़ रहा है और रबर सख्त प्रभाव को बेहतर मॉडल बनाने के लिए और अधिक काम किया जा सकता है।

एबीएस

Acrylonitrile butadiene styrene (ABS) बहुलक रबर सख्त करने का एक अनुप्रयोग है। इस बहुलक के गुण मुख्य रूप से रबर के सख्त होने से आते हैं। मुख्य स्टाइरीन-एक्रिलोनिट्राइल मैट्रिक्स में पॉलीब्यूटाडाइन रबर डोमेन दरार प्रसार को रोकने के रूप में कार्य करता है।

वैकल्पिक रूप से पारदर्शी प्लास्टिक

पॉली (मिथाइल मेथैक्रिलेट) की उच्च ऑप्टिकल पारदर्शिता, कम लागत और संपीड्यता इसे उच्च पारदर्शिता आवश्यक होने पर ग्लास के विकल्प के रूप में वास्तुकला और कार निर्माण में व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए एक व्यवहार्य विकल्प बनाती है। रबर भराव चरण को शामिल करने से कठोरता बढ़ जाती है। ऐसे फिलर्स को पीएमएमए मैट्रिक्स के साथ मजबूत इंटरफेशियल बॉन्ड बनाने की जरूरत है। उन अनुप्रयोगों में जहां ऑप्टिकल पारदर्शिता महत्वपूर्ण है, प्रकाश के बिखरने को सीमित करने के उपाय किए जाने चाहिए।^[7]

पीएमएमए को सख्त करने में और अन्य कंपोजिट में, कोर-शेल कणों को परमाणु-स्थानांतरण कट्टरपंथी-बहुलकीकरण के माध्यम से संश्लेषित करने के लिए आम है, जिसमें एक बाहरी बहुलक परत होती है जिसमें प्राथमिक चरण के समान गुण होते हैं जो मैट्रिक्स के कण के आसंजन को बढ़ाते हैं। ऑप्टिकल पारदर्शिता बनाए रखते हुए कम ग्लास संक्रमण तापमान वाले पीएमएमए संगत कोर-शैल कणों का विकास करना आर्किटेक्ट और कार कंपनियों के लिए दिलचस्प है।^[7]

इष्टतम पारदर्शिता के लिए फैलाने वाले रबर चरण को निम्नलिखित की आवश्यकता होती है:

छोटा औसत कण त्रिज्या
संकीर्ण कण आकार वितरण
अपवर्तक सूचकांक तापमान और तरंग दैर्ध्य की सीमा के पार मैट्रिक्स से मेल खाता है
मैट्रिक्स के लिए मजबूत आसंजन
प्रसंस्करण तापमान पर मैट्रिक्स के समान चिपचिपाहट^[23]

चक्रीय ओलेफ़िन कॉपोलीमर, अन्य उपयोगी गुणों के बीच कम नमी अपटेक और विलायक प्रतिरोध के साथ एक वैकल्पिक रूप से पारदर्शी प्लास्टिक, उपरोक्त गुणों के साथ स्टाइरीन-ब्यूटाडाइन-स्टाइरीन रबर के साथ प्रभावी रूप से कठोर हो सकता है। नोकदार-इज़ोड की ताकत 5% की ऑप्टिकल धुंध के साथ 21 J/m से 57 J/m तक दोगुनी से अधिक हो गई।^[23]

पॉलीस्टाइनिन में सुधार

पॉलीस्टाइनिन में आमतौर पर कठोरता, पारदर्शिता और पारभासी, प्रक्रियात्मकता और ढांकता हुआ गुण होते हैं जो इसे उपयोगी बनाते हैं। हालांकि, कम तापमान पर इसका कम प्रभाव प्रतिरोध ठंड की अधिक संभावना होने पर विपत्तिपूर्ण फ्रैक्चर विफलता बनाता है।^[24]कठोर पॉलीस्टाइनिन के सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले संस्करण को [[उच्च प्रभाव पॉलीस्टाइनिन]] या एचआईपीएस कहा जाता है। सस्ता और आसानी से थर्मोफॉर्म (THERMOFORMING देखें) होने के कारण, इसका उपयोग कई दैनिक उपयोगों के लिए किया जाता है। उच्च प्रभाव वाले पॉलीस्टाइनिन को polybutadiene रबर के घोल में स्टाइरीन को पोलीमराइज़ करके बनाया जाता है। पोलीमराइजेशन रिएक्शन शुरू होने के बाद, पॉलीस्टाइनिन और रबर के चरण अलग हो जाते हैं। जब चरण पृथक्करण शुरू होता है, तो चरण व्युत्क्रम होने तक दो चरण वॉल्यूम के लिए प्रतिस्पर्धा करते हैं और रबर पूरे मैट्रिक्स में वितरित हो सकता है। स्टाइरीन-ब्यूटाडाइन-स्टाइरीन या स्टाइरीन-ब्यूटाडीन सहबहुलक के साथ वैकल्पिक इमल्शन पोलीमराइज़ेशन कण आकार वितरण के ठीक-ठीक हेरफेर की अनुमति देता है। यह विधि कोर-शेल आर्किटेक्चर का उपयोग करती है।^[25] ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में एचआईपीएस के फ्रैक्चर सूक्ष्म संरचना का अध्ययन करने के लिए, उदाहरण के लिए भारी धातु, ऑस्मियम टेट्रोक्साइड के साथ चरणों में से एक को दागना आवश्यक है। यह चरणों के बीच काफी भिन्न इलेक्ट्रॉन घनत्व पैदा करता है। एक स्थिर कण आकार को देखते हुए, यह क्रॉस-लिंकिंग घनत्व है जो एचआईपीएस सामग्री की कठोरता को निर्धारित करता है। इसे रबर की सिस-पॉलीब्यूटाडाइन सामग्री और क्रॉसलिंक घनत्व के बीच नकारात्मक संबंध का दोहन करके मापा जा सकता है जिसे सूजन सूचकांक के साथ मापा जा सकता है। कम क्रॉसलिंक घनत्व से कठोरता बढ़ जाती है।^[25]

कार के टायरों से भारी मात्रा में बेकार रबड़ के उत्पादन ने इस फेंके गए रबड़ के लिए उपयोग खोजने में रुचि पैदा की है। रबर को एक महीन पाउडर में बदला जा सकता है, जिसे बाद में पॉलीस्टाइनिन के लिए सख्त एजेंट के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। हालांकि, बेकार रबर और पॉलीस्टायरीन के बीच खराब मिश्रण सामग्री को कमजोर कर देता है। इस समस्या के लिए इंटरफेसियल तनाव को कम करने के लिए एक कॉम्पिटिबिलाइज़र (संगति देखें) के उपयोग की आवश्यकता होती है और अंततः पॉलीस्टायरीन के रबर को सख्त बनाने के लिए प्रभावी बनाता है। एक पॉलीस्टाइनिन/स्टाइरीन-ब्यूटाडाइन copolymer छितरी हुई और निरंतर चरणों के बीच आसंजन को बढ़ाने के लिए कार्य करता है।^[24]

संदर्भ

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