तर मग आघात प्रतिरोध म्हणजे नक्की काय? पॉलिमर आघात-प्रतिरोधक का असतात?

०१ प्रभावी कामगिरीचे सार

'आघात प्रतिरोध' हे नाव ऐकताच अनेक लोकांच्या मनात लगेच 'टिकाऊपणा' येतो. पण कणखरपणा म्हणजे नक्की काय? सोप्या भाषेत सांगायचे तर, एखाद्या पदार्थावर आघात झाल्यावर तो ऊर्जा प्रभावीपणे विसर्जित करू शकतो की नाही, यालाच कणखरपणा म्हणतात.

जर ऊर्जा सहजपणे पसरली तर पदार्थ 'टिकाऊ' असतो; जर ऊर्जा एकाच बिंदूवर केंद्रित झाली तर तो 'ठिसूळ' असतो.

तर पॉलिमर ऊर्जा कशी विसर्जित करतात? मुख्यत्वे तीन मार्गांनी:

• साखळीच्या भागांची हालचाल: जेव्हा एखादे बाह्य बल आदळते, तेव्हा रेणूंच्या साखळ्या अंतर्गत फिरणे, वाकणे आणि सरकणे यांद्वारे ऊर्जा विसर्जित करतात. रेणूंच्या साखळ्या 'चकवा' देऊ शकतात, वाकू शकतात आणि सरकू शकतात;

• सूक्ष्म-क्षेत्रीय विरूपण: रबराप्रमाणे, रबराचे कण मॅट्रिक्समध्ये तडे निर्माण करतात, ज्यामुळे आघाताची ऊर्जा शोषली जाते. अंतर्गत टप्प्याची रचना विरूपित होऊ शकते आणि नंतर पूर्ववत होऊ शकते; 

• भेगेचे विचलन आणि ऊर्जा शोषण यंत्रणा: पदार्थाची अंतर्गत रचना (जसे की फेज इंटरफेस आणि फिलर्स) भेगेच्या प्रसाराचा मार्ग वळणदार बनवते, ज्यामुळे फ्रॅक्चरला विलंब होतो. सोप्या भाषेत सांगायचे झाल्यास, भेग सरळ रेषेत जात नाही, तर अंतर्गत रचनेमुळे ती विस्कळीत होते, विचलित होते आणि निष्क्रियपणे निष्प्रभ होते.

बघा, आघात शक्ती म्हणजे खरंतर "तुटण्यास प्रतिकार करण्याची शक्ती" नसून, "ऊर्जेला वळवून ती विखुरण्याची क्षमता" आहे.

यामुळे एका सामान्य घटनेचे स्पष्टीकरण देखील मिळते: काही पदार्थांमध्ये अविश्वसनीयपणे उच्च तन्य शक्ती असते आणि आघाताने ते सहजपणे फुटतात; उदाहरणार्थ, पीएस (PS), पीएमएमए (PMMA) आणि पीएलए (PLA) सारखे अभियांत्रिकी प्लास्टिक.

इतर पदार्थ, मध्यम ताकद असूनही, आघात सहन करू शकतात. याचे कारण असे की, पहिल्या प्रकारच्या पदार्थांमध्ये 'ऊर्जा विसर्जित' करण्यासाठी जागा नसते, तर दुसऱ्या प्रकारचे पदार्थ 'ऊर्जा विसर्जित' करतात. याची उदाहरणे म्हणजे पीए (PA) चे पत्रे आणि सळ्या.PPआणि साहित्य.

सूक्ष्म दृष्टिकोनातून पाहिल्यास, जेव्हा एखादे बाह्य बल तात्काळ आदळते, तेव्हा प्रणालीला अत्यंत उच्च ताण दराचा अनुभव येतो, जो इतका अल्प असतो की रेणूंनाही वेळेत 'प्रतिक्रिया' देता येत नाही.

या टप्प्यावर, धातू घसरण्याद्वारे ऊर्जा विखुरतात, सिरॅमिक्स तडे जाण्याद्वारे ऊर्जा मुक्त करतात, तर पॉलिमर साखळीच्या भागांच्या हालचालीद्वारे, गतिशील हायड्रोजन बंध तुटण्याद्वारे आणि स्फटिकमय व अस्फटिकमय भागांच्या समन्वित विरूपणाद्वारे आघात शोषून घेतात.

जर रेणूंच्या साखळ्यांमध्ये वेळेनुसार आपली स्थिती बदलून आणि स्वतःची पुनर्रचना करून ऊर्जेचे प्रभावीपणे वितरण करण्याची पुरेशी गतिशीलता असेल, तर आघाताची कार्यक्षमता चांगली असते. याउलट, जर प्रणाली खूपच ताठर असेल—म्हणजेच साखळीच्या भागांच्या हालचालीवर निर्बंध असतील, स्फटिकता खूप जास्त असेल आणि काच संक्रमण तापमान खूप जास्त असेल—तर जेव्हा बाह्य शक्ती पोहोचते, तेव्हा सर्व ऊर्जा एकाच बिंदूवर केंद्रित होते आणि तडा थेट पसरतो.

त्यामुळे, आघात कामगिरीचे सार 'कठोरता' किंवा 'मजबुती' नसून, अत्यंत कमी वेळात ऊर्जेचे पुनर्वितरण आणि विघटन करण्याची पदार्थाची क्षमता आहे.

 

०२ नॉच्ड विरुद्ध अननॉच्ड: एक चाचणी नव्हे, तर अपयशाच्या दोन यंत्रणा

आपण सहसा ज्या 'आघात शक्ती'बद्दल बोलतो, तिचे प्रत्यक्षात दोन प्रकार आहेत: 

• अननॉच्ड इम्पॅक्ट: पदार्थाच्या "एकूण ऊर्जा क्षय क्षमतेची" तपासणी करते; 

• नॉच्ड इम्पॅक्ट: "क्रॅक टिपच्या प्रतिकाराची" तपासणी करते.

अननॉच्ड इम्पॅक्ट हे पदार्थाची आघात ऊर्जा शोषून घेण्याची आणि विसर्जित करण्याची एकूण क्षमता मोजते. पदार्थावर बल लावल्याच्या क्षणापासून ते तुटेपर्यंत, तो आण्विक साखळीतील घसरण, स्फटिकीय विरूपण आणि रबर-फेज विरूपणाद्वारे ऊर्जा शोषून घेऊ शकतो की नाही, हे यातून मोजले जाते. त्यामुळे, उच्च अननॉच्ड इम्पॅक्ट स्कोअर अनेकदा चांगल्या ऊर्जा विसर्जनासह एक लवचिक, सुसंगत प्रणाली दर्शवतो.

नॉच्ड इम्पॅक्ट टेस्टिंग हे ताण एकाग्रतेच्या परिस्थितीत पदार्थाच्या तडे पसरण्याच्या प्रतिकाराचे मापन करते. तुम्ही याला "तडे पसरण्याबाबत प्रणालीची सहनशीलता" असे समजू शकता. जर आंतररेणवीय आंतरक्रिया मजबूत असतील आणि साखळीचे भाग वेगाने पुनर्रचना करू शकत असतील, तर तडे पसरण्याची प्रक्रिया "मंद" किंवा "निष्क्रिय" होईल.

त्यामुळे, उच्च नॉच्ड इम्पॅक्ट रेझिस्टन्स असलेल्या पदार्थांमध्ये अनेकदा मजबूत इंटरफेशियल इंटरॅक्शन्स किंवा ऊर्जा क्षय यंत्रणा असतात, जसे की पॉलीकार्बोनेटमधील एस्टर बंधांमधील हायड्रोजन बंध, किंवा रबर टफनिंग सिस्टीममधील इंटरफेशियल डिबॉन्डिंग आणि क्रीझिंग. 

यामुळेच काही पदार्थ (जसे की PP, PA, आणि PC) अननॉच्ड इम्पॅक्ट चाचणीमध्ये चांगली कामगिरी करतात परंतु नॉच्ड इम्पॅक्ट प्रतिकारशक्तीमध्ये लक्षणीय घट दर्शवतात, जे सूचित करते की तणाव एकाग्रतेच्या परिस्थितीत त्यांच्या सूक्ष्म ऊर्जा क्षय यंत्रणा प्रभावीपणे कार्य करण्यास अयशस्वी ठरतात.

 

०३ काही पदार्थ आघातरोधक का असतात?

हे समजून घेण्यासाठी, आपल्याला आण्विक पातळीवर पाहण्याची गरज आहे. पॉलिमर पदार्थाचा आघात प्रतिरोध तीन मूलभूत घटकांवर अवलंबून असतो:

१. साखळीच्या खंडांना स्वातंत्र्य कोटी असतात:

उदाहरणार्थ, पीई मध्ये (यूएचएमडब्ल्यूपीईएचडीपीई (HDPE), टीपीयू (TPU), आणि काही लवचिक पीसी (PCs) मध्ये, साखळीचे भाग आघाताखाली रचनात्मक बदलांद्वारे ऊर्जा विसर्जित करू शकतात. हे मूलतः रासायनिक बंधांचे ताणणे, वाकणे आणि पिळणे यांसारख्या आंतररेणवीय हालचालींद्वारे ऊर्जा शोषणातून घडते.

२. प्रावस्थेच्या संरचनेत एक बफरिंग यंत्रणा असते: HIPS, आणि PA/EPDM सारख्या प्रणालींमध्ये मऊ प्रावस्था किंवा आंतरपृष्ठे असतात. आघात झाल्यावर, ही आंतरपृष्ठे प्रथम ऊर्जा शोषून घेतात, विलग होतात आणि नंतर पुन्हा एकत्र येतात.बॉक्सिंगच्या हातमोज्यांप्रमाणेच—हे हातमोजे ताकद वाढवत नाहीत, पण ते ताणाचा कालावधी वाढवतात आणि कमाल ताण कमी करतात. 

३. आंतररेणवीय "चिकटपणा": काही प्रणालींमध्ये हायड्रोजन बंध, π–π आंतरक्रिया आणि अगदी द्विध्रुवीय आंतरक्रिया देखील असतात. या क्षीण आंतरक्रिया आघातानंतर ऊर्जा शोषून घेण्यासाठी स्वतःचे "बलिदान" करतात आणि नंतर हळूहळू पूर्ववत होतात.

त्यामुळे, तुमच्या लक्षात येईल की ध्रुवीय गट असलेले काही पॉलिमर (जसे की PA आणि PC) आघातानंतर लक्षणीय उष्णता निर्माण करतात—हे इलेक्ट्रॉन आणि रेणूंमुळे निर्माण होणाऱ्या "घर्षण उष्णते"मुळे होते. 

सोप्या भाषेत सांगायचे तर, आघात-प्रतिरोधक पदार्थांचे सामान्य वैशिष्ट्य हे आहे की ते ऊर्जेचे पुरेसे जलद पुनर्वितरण करतात आणि एकदम कोसळत नाहीत.

 

पलीकडे's UHMWPE आणिएचडीपीई शीटहे उत्कृष्ट आघात प्रतिरोधक क्षमता असलेले अभियांत्रिकी प्लास्टिक उत्पादने आहेत. खाणकाम यंत्रसामग्री आणि अभियांत्रिकी वाहतूक उद्योगांमध्ये एक प्रमुख सामग्री म्हणून, त्यांनी कार्बन स्टीलची जागा घेतली आहे आणि ट्रक लायनिंग व कोळसा बंकर लायनिंगसाठी ते पसंतीचे पर्याय बनले आहेत. 

त्यांची अत्यंत मजबूत आघात-प्रतिरोधक क्षमता त्यांना कोळशासारख्या कठीण पदार्थांच्या आघातांपासून वाचवते, ज्यामुळे वाहतूक उपकरणे सुरक्षित राहतात. यामुळे उपकरणे बदलण्याचे चक्र कमी होते, परिणामी उत्पादन कार्यक्षमता सुधारते आणि कामगारांची सुरक्षितता सुनिश्चित होते.