रबर सुदृढ़ता

रबड़ सुदृढ़ता एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें भौतिक यांत्रिक दृढ़ता, या कठोरता को बढ़ाने के लिए रबर के नैनोकणों को बहुलक आधात्री के अंतःप्रकीर्ण दिया जाता है। बहुलक को सुदृढ़ करने से इसका तात्पर्य है कि बहुलक पदार्थ की ऊर्जा को अवशोषित करने और विभंजन के बिना प्लास्टिक रूप से विकृत होने की क्षमता बढ़ जाती है। यांत्रिक गुणों में महत्वपूर्ण लाभों को ध्यान में रखते हुए, जो रबर सुदृढ़ प्रदान करता है, अधिकांश प्रमुख थर्माप्लास्टिक (तापसुघट्य) रबर-सुदृढ़ता संस्करणों में उपलब्ध हैं; कई अभियांत्रिकी अनुप्रयोगों के लिए, अंतिम भौतिक प्रवरण में भौतिक दृढ़ता एक निर्णायक कारक है।

परिक्षेपण वाले रबड़ नैनोकणों के प्रभाव जटिल होते हैं और अक्रिस्टलीय और आंशिक रूप से क्रिस्टलीय बहुलक प्रणालियों में भिन्न होते हैं। रबर के कण विभिन्न प्रकार के तंत्रों द्वारा एक प्रणाली को सुदृढ़ करते हैं जैसे कि जब कणमय संकेंद्रण दबाव को ध्यान में रखते हैं जिससे निर्वातन होता है या विलुप्त होने वाले आकुंच के प्रारंभ होते है। हालाँकि प्रभाव एकपक्षीय नहीं हैं; अतिरिक्त रबर पदार्थ या रबर और बहुलक के बीच वि-आबंधन से कठोरता कम हो सकती है। कई अन्य जटिल चर के कारण किसी दिए गए कण आकार या अंतराफलक आसंजन पैरामीटर के विशिष्ट प्रभावों को बताना कठिन 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, दबाव, भारित गति और परिवेश की स्थितियों से संबंधित हैं। एक प्रबल बहुलक में दिए गए तंत्र की क्रिया का अध्ययन सूक्ष्मदर्शिकी से किया जा सकता है। रबर प्रक्षेत्र का संयोजन रियोमिक्स मिश्रक में पिघलने वाली सम्मिश्रण और परमाणु-स्थानांतरण मूलक-बहुलीकरण जैसी प्रक्रियाओं के माध्यम से होता है।

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

सुदृढ़ तंत्र

बहुलक में क्रेजन

यह एपॉक्सी रेजिन में विफलता तंत्र का एक कार्टून प्रतिनिधित्व है। संख्याएँ निम्नलिखित के अनुरूप "(1) अपरूपण बैंड का निर्माण, (2) रबर के कणों का विभंजन, (3) स्ट्रेचिंग, (4) वि-आबंधन और (5) रबर के कणों का उद्धत होना, (6) भिन्न-कण विभंजन, (7) कठोर कणों की वि-आबंधन, (8) ) कठोर कणों द्वारा विभंजन विक्षेपण, (9) निर्वातन रबर कण, (10) क्रेजन, (11) आकुंच अग्र सुघटय विरूपण, (12) विसरित अपरूपण उत्पादक, और (13) अपरूपण बैंड/आकुंच अन्योन्यक्रिया [19] हैं।"

विभिन्न सिद्धांतों का वर्णन है कि एक परिक्षेपित रबर प्रावस्था एक बहुलक पदार्थ को कैसे सुदृढ़ करता है; अधिकांश आधात्री में ऊर्जा को नष्ट करने के तरीकों को नियोजित करते हैं। इन सिद्धांतों में सूक्ष्म स्फोटन सिद्धांत, अवरूपण-उत्पादक सिद्धांत, बहु-क्रेजन सिद्धांत, अवरूपण बैंड और क्रेजन (पृष्ठ विदरण) अन्योन्यक्रिया सिद्धांत, और हाल ही में संकटमय लिगामेंट घनत्व, संकटमय प्लास्टिक क्षेत्र, शून्यकरण और निर्वातन, आघात प्रतिस्पर्धा और अन्य के प्रभाव सम्मिलित हैं।

माइक्रोक्रैक (सूक्ष्म विदर) सिद्धांत

1956 में, सूक्ष्म विदर सिद्धांत पहली बार बहुलक में परिक्षेपित रबर प्रावस्था के सुदृढ़ प्रभाव की व्याख्या करने वाला बन गया। प्रारंभिक सिद्धांत और बाद के विस्तार में दो प्रमुख अवलोकन इस प्रकार थे: (1) सूक्ष्म विदर रिक्तियों का निर्माण करते हैं, जिस पर स्टाइरीन-ब्यूटाडीन सह-बहुलक तंतु प्रसार को रोकने के लिए बनते हैं, और (2) प्रबल एपॉक्सी के वृद्धि के समय संग्रहित ऊर्जा रबर के कणों के विभंजन पर जारी होती है। सिद्धांत ने निष्कर्ष निकाला कि सूक्ष्म विदर प्रारंभ करने के लिए संयुक्त ऊर्जा और रबर के कणों के विभंजन की ऊर्जा प्रबल बहुलक के ऊर्जा अवशोषण में वृद्धि के लिए अधीन हो सकती है। यह सिद्धांत केवल विभंजन ऊर्जा में देखी गई वृद्धि के एक छोटे से अंश के लिए सीमित था।

आधात्री क्रेजन

आधात्री क्रेजन सिद्धांत क्रेजन के सुदृढ़ प्रभावों की व्याख्या करने पर केंद्रित है। क्रेज भूमध्य रेखा पर प्रारंभ होता है जहां प्रमुख विरूपण (यांत्रिकी) उच्चतम होता है, दबाव के लंबवत विस्तृत होता है, और जब वे दूसरे कण से मिलते हैं तो समाप्त हो जाते हैं। तंतुओं के विभंजन पर लंबवत तंतुओं के साथ क्रेज अंततः एक दरार बन सकती है। विभंजन ऊर्जा में वृद्धि के एक बड़े अंश के लिए असुदृढ़ बहुलक में कुछ बड़ी दरारों की छोटी मात्रा की तुलना में बड़ी मात्रा के माध्यम से वितरित छोटे क्रेज़ से जुड़े प्रबलता विस्तारण है।

रबर के कणों और आकुंच के बीच परस्पर क्रिया दबाव की दिशा में कणों पर वृद्धि का दबाव डालती है। यदि यह बल रबर और बहुलक के बीच सतह के आसंजन पर नियंत्रण प्राप्त कर लेता है, तो वि-आबंधन हो जाएगी, जिससे क्रेजन से जुड़े सुदृढ़ प्रभाव कम हो जाएंगे। यदि कण सुदृढ़ है, तो यह कम विकृत हो पाएगा, और इस प्रकार कम दबाव के अंतर्गत वि-आबंधन होता है। यह एक कारण है कि परिक्षेपित रबड़, अपने स्वयं के कांच संक्रमण तापमान के नीचे, प्लास्टिक को प्रभावी रूप से सुदृढ़ नहीं करते हैं।

अपरूपण उत्पादक

अपरूपण उत्पादक (अभियांत्रिकी) सिद्धांत वह है, जो आधात्री क्रेजन की तरह, एक प्रबल बहुलक के ऊर्जा अवशोषण में वृद्धि के एक बड़े अंश के लिए अधीन हो सकता है। प्रबल बहुलक में अपरूपण उत्पादक के प्रमाण देखे जा सकते हैं जहां मध्यकृशन (अभियांत्रिकी), आरेखण या उन्मुखीकरण सुदृढ़ हो रहा है। यदि रबर के कण दबाव संकेंद्रक के रूप में कार्य करते हैं और दरारों के निर्माण को रोकने के लिए क्रेजन, वि-आबंधन और निर्वातन के माध्यम से प्रबलता विस्तारण प्रारंभ करते हैं, तो अपरूपण उत्पादक का परिणाम होगा। एक कण से उसके प्रतिवेश तक दबाव क्षेत्रों को अतिच्छादन करने से बढ़ते अपरूपण-उत्पादक वाले क्षेत्र में योगदान होगा। कण जितने समीप होते हैं, उतने ही अधिक अतिच्छादन और बड़े अपरूपण-उत्पादक वाले क्षेत्र होते हैं। अपरूपण उत्पादक अपने आप में एक ऊर्जा अवशोषित करने वाली प्रक्रिया है, लेकिन इसके अतिरिक्त अवरूपण बैंड के प्रारंभ भी क्रेज को रोकने में सहायक होती है। निर्वातन की घटना अपरूपण उत्पादक सिद्धांत के लिए महत्वपूर्ण है क्योंकि यह उत्पादक दबाव को कम करने के लिए कार्य करता है। निर्वातन अपरूपण उत्पादक से पहले होता है, हालांकि अपरूपण उत्पादक से निर्वातन की तुलना में कठोरता में बहुत अधिक वृद्धि होती है।

निर्वातन

छवि निष्प्रभाव के साथ एक खंडित सतह दिखाती है।

निर्वातन एपॉक्सी रेजिन और अन्य क्रेज प्रतिरोधी प्रबल बहुलक में सामान्य है, और इज़ोद प्रभाव शक्ति परीक्षण में अपरूपण के लिए पूर्वापेक्षा है। प्रबल बहुलक के विरूपण और विभंजन के समय, विकृत रबर कणों का निर्वातन क्रेजन-प्रवण और गैर-क्रेजन-प्रवण प्लास्टिक में होता है, जिसमें एबीएस, पीवीसी, नायलॉन, उच्च प्रभाव पॉलीस्टाइनिन और सीटीबीएन प्रबल एपॉक्सी सम्मिलित हैं। कण आकार और रबर मापांक कारक भौतिक कठोरता को कैसे प्रभावित करते हैं, इसके मॉडल के लिए इंजीनियर एक ऊर्जा-संतुलन दृष्टिकोण का उपयोग करते हैं। कण आकार और मापांक दोनों विभंग-प्रबल संक्रमण तापमान के साथ धनात्मक सहसंबंध दिखाते हैं। वे दोनों स्फोटन अग्र प्रक्रिया क्षेत्र में विरूपण के प्रारंभ में होने वाली निर्वातन प्रक्रिया को प्रभावित करने के लिए दिखाए गए हैं, बड़े पैमाने पर क्रेजन और अपरूपण उत्पादक से पहले विरूपण मे है।

दबाव के अंतर्गत बढ़ी हुई कठोरता दिखाने के लिए, आयतन-विकृति को समीकरण द्वारा प्रतिरूपित निष्प्रभाव संरचना की ऊर्जा को दूर करना चाहिए:

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

जहाँ $G_{r}$ और $K_{r}$ रबर के अपरूपण मापांक और आयतन प्रत्यास्थाता गुणांक हैं, और $\Delta V_{R}$ रबड़ के कण में आयतन विकृति $\Gamma$ रबर की की सतह ऊर्जा है और प्रावस्था $F(\lambda _{\gamma })$ और फलन द्विअक्षीय विकृति स्थितियों के अंतर्गत रबर की विफलता विकृति पर निर्भर है।

त्रिअक्षीय दबाव के समय सूक्ष्म व्यवहार का वर्णन करने के लिए ऊर्जा-संतुलन मॉडल पूरी पदार्थ के भौतिक गुणों को प्रयुक्त करता है। निर्वातन के लिए आयतन दबाव और कण त्रिज्या की स्थिति की गणना की जा सकती है, जिससे निर्वातन के लिए सैद्धांतिक न्यूनतम कण त्रिज्या, रबर सुदृढ़ में व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी है। सामान्य रूप से निर्वातन तब होता है जब रबर के कणों पर औसत दबाव 10 से 20 मेगापास्कल के बीच होता है। कण पर आयतन दबाव से मुक्त है और आगमन होता है। मात्रा में इस वृद्धि के कारण ऊर्जा अवशोषण सैद्धांतिक रूप से नगण्य है। इसके अतिरिक्त, यह परिणामी अपरूपण बैंड का निर्माण है जो बढ़ी हुई कठोरता के लिए अधीन है। और वि-आबंधन से पहले, जैसे-जैसे दबाव बढ़ता है, रबर के चरणों को आधात्री को अधिक प्रबल करने के लिए प्रणोदित किया जाता है। आधात्री और रबर के बीच वि-आबंधन से कठोरता कम हो जाती है, जिससे बहुलक और रबर चरणों के बीच प्रबल आसंजन की आवश्यकता उत्पन्न होती है।

क्षति प्रतिस्पर्धा सिद्धांत

क्षति प्रतिस्पर्धा सिद्धांत अपरूपण उत्पादक और क्रेज विफलता के सापेक्ष योगदान को मॉडल करता है, जब दोनों सम्मिलित होते हैं। दो मुख्य धारणाएँ हैं: विभंग प्रणालियों में क्रेजन, सूक्ष्म छिद्र और निर्वातन प्रबल होते हैं, और नमनीय प्रणालियों में अपरूपण प्रभावी होते है। प्रणाली जो विभंग और नमनीय के बीच में हैं, इनका संयोजन दिखाएंगे। क्षति प्रतिस्पर्धा सिद्धांत विभंग-तन्य संक्रमण को उस बिंदु के रूप में परिभाषित करता है जिस पर विपरीत तंत्र (अपरूपण या उत्पादक क्षति) अन्य तंत्र द्वारा प्रभुत्व वाली प्रणाली में प्रकट होता है।

विफलता की विशेषता

प्रमुख विफलता तंत्र को सामान्य रूप से संचरण इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शिकी, स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी और प्रकाश सूक्ष्मदर्शिकी का उपयोग करके प्रत्यक्ष रूप से देखा जा सकता है। यदि निर्वातन या क्रेजन प्रमुख है, तो तन्य प्रसारमिती (प्रसारमापी देखें) का उपयोग आयतन-विकृति को मापकर तंत्र की सीमा को मापने के लिए किया जा सकता है। हालांकि, यदि कई विस्तार तंत्र सम्मिलित हैं, तो अलग-अलग अंशों को मापना प्रबल है। अपरूपण उत्पादक एक स्थिर आयतन प्रक्रिया है और इसे तनन प्रसारमापी से नहीं मापा जा सकता है। शून्यकरण को प्रकाशिक सूक्ष्मदर्शिकी के साथ देखा जा सकता है, हालांकि दो तरीकों में से एक, ध्रुवीकृत प्रकाश या कम कोण प्रकाश प्रसारित करने का उपयोग करके निर्वातन और अपरूपण बैंड के बीच संबंध का निरीक्षण करना आवश्यक है।

प्रबल सिद्धांत के लिए प्रासंगिक सतत चरण की विशेषताएं

परिक्षेपित द्वितीयक अवस्था के सुदृढ़ 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 प्रबल बहुलक विफलता कैसे होती है। जब एक बहुलक सामान्य रूप से क्रैज़न होने के कारण विफल हो जाता है, तो रबड़ के सुदृढ़ कण क्रेज चालक के रूप में कार्य करेंगे। जब यह अपरूपण उत्पादक से विफल हो जाता है, तो रबर के कण अपरूपण बैंड के प्रारंभ करेंगे। यह भी संभव है कि यदि बहुलक समान रूप से कई विकृतियों से विफल होने का जोखिम हो, तो कई तंत्र चलन में आते हैं। पॉलीस्टाइरीन और स्टाइरीन-एक्रिलोनिट्राइल विभंग पदार्थ हैं जो क्रेज विफलता के लिए प्रवण होते हैं जबकि पॉली कार्बोनेट, पॉलीमाइड्स और पॉलीइथाइलीन टेरेफ्थेलेट (पीईटी) अपरूपण उत्पादक विफलता के लिए प्रवण होते हैं।

कांच संक्रमण तापमान

अक्रिस्टलीय प्लास्टिक का उपयोग उनके कांच संक्रमण तापमान ($T_{g}$) के नीचे किया जाता है। वे विभंग और स्तर के प्रति संवेदनशील हैं लेकिन विसर्पण प्रतिरोधी हैं। अणु गतिहीन होते हैं और प्लास्टिक विभंजन द्वारा तेजी से प्रयुक्त विकृति पर प्रतिक्रिया करता है। आंशिक रूप से क्रिस्टलीय थर्माप्लास्टिक का उपयोग तापमान $T_{g}$ और $T_{m}$ (पिघलने के तापमान ) के बीच स्थिति के लिए किया जाता है। आंशिक रूप से क्रिस्टलीय थर्माप्लास्टिक प्रबल और विसर्पण वाले होते हैं क्योंकि प्रबल क्रिस्टल के आसपास के अनाकार क्षेत्रों में कुछ गतिशीलता होती है। प्रायः वे कमरे के तापमान पर विभंग होते हैं क्योंकि उनके पास उच्च कांच संक्रमण तापमान होता है। पॉलीथीन कमरे के तापमान पर प्रबल होता है क्योंकि इसकी $T_{g}$ कमरे के तापमान से कम है। पॉलियामाइड 66 और पॉलीविनाइलक्लोराइड में उनके नीचे $T_{g}$ द्वितीयक संक्रमण होते हैं। यह कुछ ऊर्जा अवशोषित करके अणु गतिशीलता के लिए स्वीकृति 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 बहुलक क्रेजन से विफल हो जाते हैं। उनके पास कम स्फोटन प्रवर्तन और प्रसार ऊर्जा है। ऐरोमेटिक आधार वाले बहुलक, जैसे कि पॉलीइथाइलीन टेरेफ्थेलेट और पॉली कार्बोनेट, उच्च स्फोटन प्रवर्तन ऊर्जा लेकिन कम प्रसार ऊर्जा के साथ अपरूपण उत्पादक से विफल हो जाते हैं। पॉली (मिथाइल मेथैक्रिलेट) और पॉलीएसेटल (पॉलीओक्सिमेथिलीन) सहित अन्य बहुलक, विभंग बहुलक के रूप में विभंग नहीं हैं और नम्य बहुलक के रूप में भी आघातवध्र्य नहीं हैं।

असम्बद्ध वास्तविक श्रृंखला का अनुपयुक्त घनत्व और नम्यता

निम्नलिखित समीकरण अनुपयुक्त घनत्व $v_{e}$ से संबंधित हैं, और किसी दिए गए प्लास्टिक की अविचलित वास्तविक श्रृंखला ($C_{\infty }$) के नम्यता के माप को उसके विभंजन यांत्रिकी से संबंधित करते हैं:

$V_{e}={\frac {\rho _{a}}{3M_{v}C_{\infty }^{2}}}$

जहाँ $\rho _{a}$अक्रिस्टलीय बहुलक का द्रव्यमान घनत्व है, और $M_{v}$ प्रति सांख्यिकीय इकाई औसत आणविक भार है। क्रेजन विकृति $(\sigma _{z})$ अनुपयुक्त घनत्व से संबंधित है:

$\sigma _{z}\varpropto v_{e}^{1/2}$

सामान्यीकृत विकृति उत्पादक $C_{\infty }$ द्वारा संबंधित है

$log({\stackrel{}{}}_{}$