एक्सट्रूज़न, तंतु-कताई, संयुक्त व रबर प्रसंस्करण

यह अध्याय खंड XE5.7, बहुलक प्रसंस्करण (Polymer Processing), की शेष मदों का उत्तर देता है: “Electrospinning; Solution and melt spinning; … Filament winding; SMC; BMC; DMC; Extrusion; … pultrusion; … Rubber processing in two-roll mill, internal mixer, twin screw extruder।” इसमें एकल-स्क्रू व द्वि-स्क्रू एक्सट्रूडर, डाई स्वेल, तंतुओं की कताई-विधियाँ, संयुक्तों की सतत व कंपाउंड विधियाँ तथा रबर प्रसंस्करण की तीन मशीनें सिखाई गई हैं। संख्यात्मक प्रश्न एक्सट्रूडर का ड्रैग-प्रवाह उत्पादन, ड्रॉ-डाउन से तंतु-व्यास, पल्ट्रूज़न डाई-ठहराव समय तथा भरण-गुणांक से इंटरनल मिक्सर का बैच-द्रव्यमान हैं।

1. एकल-स्क्रू एक्सट्रूडर: क्षेत्र, स्क्रू-ज्यामिति व उत्पादन

एकल-स्क्रू एक्सट्रूडर गर्म बैरल में घूमता स्क्रू है जिसे हॉपर से भरा जाता है। स्क्रू के साथ तीन क्षेत्र होते हैं। फ़ीड क्षेत्र में नली गहरी होती है और पैलेट ठोस परत के रूप में आगे बढ़ते हैं। संपीडन (संक्रमण) क्षेत्र में नली की गहराई घटती है, ठोस दबता है और बैरल की ऊष्मा तथा श्यान अपरूपण से पिघलता है, बैरल-दीवार पर पतली मेल्ट-परत बनती है। मीटरिंग क्षेत्र में नली उथली व स्थिर होती है, इसलिए मेल्ट समरूप होकर स्थिर दर से डाई तक पंप होती है। संपीडन अनुपात फ़ीड-क्षेत्र की नली-गहराई को मीटरिंग-क्षेत्र की गहराई से भाग देने पर मिलता है (प्रायः 2 से 4); L/D (बैरल-लंबाई/व्यास) प्रायः 20 से 30 होता है, और अधिक L/D से पिघलना व मिश्रण बेहतर होते हैं।

मीटरिंग क्षेत्र में उत्पादन ड्रैग प्रवाह और दाब (पश्च) प्रवाह का अंतर है; ड्रैग प्रवाह स्क्रू के सापेक्ष बैरल-दीवार द्वारा मेल्ट को आगे खींचने से बनता है, जबकि दाब-प्रवाह डाई-दाब के विरुद्ध नली में पीछे रिसता है। फ़्लाइट के ऊपर रिसाव उपेक्षित करने पर Q_drag = ½ π² D² N h sinφ cosφ, जहाँ D स्क्रू-व्यास, N चक्कर/सेकंड में गति, h नली-गहराई तथा φ हेलिक्स-कोण है; दाब-प्रवाह Q_p ∝ h³ ΔP / μ है और शुद्ध उत्पादन Q = Q_drag − Q_p घटाता है। उत्पादन गति के अनुक्रमानुपाती है; उच्च डाई-प्रतिरोध (छोटी डाई, ठंडी, श्यान मेल्ट) उसे घटाता है; गहरी मीटरिंग नली ड्रैग प्रवाह h के अनुपात में बढ़ाती है पर दाब-प्रवाह h³ के अनुपात में।

⚠️ हल उदाहरण: खुले निर्वहन का उत्पादन
D = 60 mm, N = 60 rpm = 1 चक्कर/s, h = 3 mm, वर्ग पिच (पिच = D) अतः tanφ = पिच/(πD) = 1/π, φ = 17.66°, sinφ cosφ = 0.2890; डाई-दाब नहीं, अतः Q = Q_drag। Q = ½ × 9.870 × (0.060)² × 1 × 0.003 × 0.2890 = 1.54 × 10⁻⁵ m³/s = 15.4 cm³/s। मेल्ट-घनत्व 0.78 g/cm³ पर द्रव्यमान-प्रवाह = 12.0 g/s = 43.3 kg/h। भूल यह है कि rpm सीधे ले लिया जाए: N चक्कर/s में और सभी लंबाइयाँ मीटर में होनी चाहिए।

2. डाई स्वेल, मेल्ट फ़्रैक्चर व द्वि-स्क्रू एक्सट्रूडर

जब बहुलक-मेल्ट डाई से निकलती है तो एक्सट्रूडेट डाई के छिद्र से मोटा हो जाता है। यह डाई स्वेल (एक्सट्रूडेट स्वेल) प्रत्यास्थ पुनः-प्राप्ति है: डाई में अपरूपण श्रृंखलाओं को खींचकर अभिविन्यस्त करता है और संचित अभिलंब प्रतिबल निकास पर शिथिल होते हैं। स्वेल अनुपात B = D_एक्सट्रूडेट / D_डाई, 1 से अधिक होता है और दीवार अपरूपण-दर, आण्विक भार तथा मेल्ट के प्रत्यास्थ स्वभाव के साथ बढ़ता है। लंबी डाई (L/D अधिक, इसलिए श्रृंखलाएँ अंदर शिथिल हो जाती हैं) और ऊँचे मेल्ट-तापमान से वह घटता है। अभिकल्पक डाई को उत्पाद से छोटा बनाकर या ड्रॉ-डाउन से इसकी भरपाई करते हैं। और अधिक प्रतिबल पर सतह खुरदरी (शार्कस्किन) और फिर अनियमित (स्थूल मेल्ट फ़्रैक्चर) हो जाती है, जो उत्पादन की ऊपरी सीमा तय करती है।

द्वि-स्क्रू एक्सट्रूडर में आठ के आकार के बैरल में दो स्क्रू होते हैं। सह-घूर्णी अंतर्ग्रथित (co-rotating intermeshing) स्क्रू स्व-पोंछने वाले हैं और प्रबल वितरणात्मक व परिक्षेपणात्मक मिश्रण, अच्छा वाष्पशील-निष्कासन तथा छोटा, नियंत्रित ठहराव-समय देते हैं: ये मानक कंपाउंडिंग मशीनें हैं (भराव, काँच-तंतु, रंगद्रव्य, अभिक्रियाशील एक्सट्रूज़न)। विपरीत-घूर्णी स्क्रू धनात्मक-विस्थापन पंप जैसे चलते हैं, कम अपरूपण व अच्छे दाब-निर्माण के साथ, ऊष्मा-संवेदी PVC पाइप व प्रोफ़ाइल के लिए। सादे गलाने व आकार देने के लिए एकल-स्क्रू सबसे सस्ता पंप है, पर उसका मिश्रण कमज़ोर है और उत्पादन डाई-दाब के साथ बदलता है; अंतर्ग्रथित द्वि-स्क्रू अधिक धनात्मक रूप से आगे बढ़ाता है, इसलिए उत्पादन डाई पर कम निर्भर रहता है।

3. तंतुओं की कताई: मेल्ट, विलयन व इलेक्ट्रोस्पिनिंग

स्पिनरेट बारीक छिद्रों वाली प्लेट है जिससे बहुलक को धकेलकर तंतु बनाए जाते हैं। मेल्ट स्पिनिंग में बहुलक पिघलाकर बाहर निकाला जाता है, और तंतु लेने से पहले वायु-धारा में ठंडे होकर जमते हैं; विलायक नहीं चाहिए (नायलॉन, पॉलिएस्टर, पॉलिप्रोपिलीन)। विलयन कताई उन बहुलकों के लिए है जो पिघलने से पहले विघटित हो जाते हैं या पिघलाए नहीं जा सकते। शुष्क कताई में विलयन गर्म गैस-धारा में निकाला जाता है जो विलायक वाष्पित करती है (सेल्युलोज़ एसीटेट, कुछ ऐक्रिलिक); आर्द्र कताई में वह स्कंदन-स्नान (coagulation bath) में निकाला जाता है जहाँ बहुलक अवक्षेपित होता है (विस्कोस, कई ऐक्रिलिक); शुष्क-जेट आर्द्र कताई स्नान से पहले वायु-अंतराल रखती है और अरामिड जैसे अत्यधिक अभिविन्यस्त, उच्च-सामर्थ्य तंतु देती है।

स्पिनरेट और टेक-अप के बीच तंतु तेज़ टेक-अप रोल द्वारा खिंचता है: ड्रॉ-डाउन अनुपात = टेक-अप गति / छिद्र पर निष्कासन गति। स्थिर घनत्व के बेलनाकार तंतु के लिए द्रव्यमान-संरक्षण से v_ex d_छिद्र² = v_take d_तंतु², अतः d_तंतु = d_छिद्र √(v_ex / v_take)। आगे की ड्रॉइंग (गलनांक से नीचे खिंचाव) श्रृंखलाओं को अभिविन्यस्त कर सामर्थ्य बढ़ाती है।

इलेक्ट्रोस्पिनिंग यांत्रिक टेक-अप की जगह विद्युत-क्षेत्र प्रयोग करती है। बहुलक-विलयन (या मेल्ट) लगभग 10 kV कोटि के उच्च वोल्टता पर रखी सुई को दिया जाता है, कुछ सेंटीमीटर दूर भू-संपर्कित संग्राहक रहता है, और बूँद टेलर शंकु में विकृत होती है; क्रांतिक क्षेत्र से ऊपर आवेशित धारा निकलती है, अस्थिरता से हिलती-पतली होती है जबकि विलायक वाष्पित होता है, और नैनोतंतुओं (व्यास दसियों नैनोमीटर से लगभग एक माइक्रोमीटर) की अबुने चटाई के रूप में गिरती है। वोल्टता, प्रवाह-दर, सुई-संग्राहक दूरी तथा विलयन की सांद्रता व श्यानता व्यास नियंत्रित करती हैं: बहुत तनु विलयन तंतु की जगह मनके (beads) देता है, और अधिक सांद्रता मोटे, मनका-रहित तंतु देती है। उपयोग: फ़िल्टर, ऊतक-आधार व घाव-पट्टियाँ।

🧠 हल उदाहरण: ड्रॉ-डाउन से तंतु-व्यास
छिद्र-व्यास 0.40 mm, निष्कासन गति 0.05 m/s, टेक-अप 1500 m/min = 25 m/s। ड्रॉ-डाउन अनुपात = 25/0.05 = 500। d_तंतु = 0.40 mm × √(0.05/25) = 0.40 × 0.0447 = 0.0179 mm = 17.9 µm। व्यास ड्रॉ-डाउन अनुपात के वर्गमूल के अनुसार घटता है, रैखिक रूप से नहीं।

4. संयुक्त प्रसंस्करण: फ़िलामेंट वाइंडिंग, SMC, BMC/DMC व पल्ट्रूज़न

फ़िलामेंट वाइंडिंग: सतत तंतु-रोविंग रेज़िन-स्नान से गुज़रकर तनाव में घूमते मैंड्रेल पर लपेटे जाते हैं जबकि कैरिज आगे-पीछे चलती है; वाइंडिंग-कोण गुण तय करता है। हूप वाइंडिंग (अक्ष से लगभग 90°) हूप प्रतिबल सहती है; हेलिकल वाइंडिंग अक्षीय भार वहन करती है। आंतरिक दाब वाले बंद-सिरे पतले बेलन में हूप प्रतिबल अक्षीय प्रतिबल का दोगुना होता है, और नेटिंग विश्लेषण से संतुलित हेलिकल कोण tan²α = 2, अक्ष से α = 54.7° मिलता है। इससे उच्च तंतु-मात्रा वाले दाब-पात्र, पाइप व टंकियाँ बनते हैं, और क्योर के बाद मैंड्रेल निकाल लिया जाता है।

SMC (शीट मोल्डिंग कंपाउंड) ऊष्मासुघट्य पॉलिएस्टर रेज़िन-पेस्ट, भराव व कटे काँच-तंतु की ढलाई-योग्य शीट है, जो वाहक-फ़िल्मों के बीच बनती है और रासायनिक रूप से, प्रायः मैग्नीशियम ऑक्साइड से, गाढ़ी (परिपक्व) की जाती है जब तक वह चमड़े जैसी न हो जाए; इसे गर्म मोल्ड में संपीडन-मोल्ड कर कार-बॉडी के पुर्ज़ों जैसे बड़े पैनल बनाए जाते हैं, जहाँ प्रवाह तंतुओं को ले जाता है। BMC (बल्क मोल्डिंग कंपाउंड) व DMC (डफ़ मोल्डिंग कंपाउंड) एक ही पदार्थ के दो नाम हैं: रेज़िन, भराव व छोटे कटे तंतुओं का गाढ़ा पुट्टी या गूँधा आटा, जो लट्ठे या रस्सी के रूप में मिलता है और संपीडन, अंतरण या इंजेक्शन से ढाला जाता है। SMC में तंतु लंबे व सामर्थ्य अधिक होता है; BMC व DMC में तंतु छोटे, भराव अधिक और वे अधिक जटिल आकारों में बहते हैं।

पल्ट्रूज़न में सतत तंतु-रोविंग व मैट रेज़िन-स्नान, पूर्व-आकारक तथा गर्म डाई से, जिसमें रेज़िन क्योर होती है, खींचे (धकेले नहीं) जाते हैं, फिर खींचने वाली इकाई व आरी आती है। इससे स्थिर अनुप्रस्थ-काट के प्रोफ़ाइल (छड़ें, बीम, सीढ़ी की पटरियाँ) बनते हैं जिनमें एकदिशीय तंतु-मात्रा अधिक व अक्षीय सामर्थ्य उत्कृष्ट होता है। लाइन-गति क्योर से सीमित होती है: डाई में ठहराव-समय, t = डाई-लंबाई / लाइन-गति, डाई-तापमान पर क्योर-समय के बराबर या अधिक होना चाहिए। अनुप्रस्थ-काट स्थिर होने से प्रक्रिया बदलते आकार नहीं बना सकती।

🧠 हल उदाहरण: पल्ट्रूज़न लाइन-गति
रेज़िन को क्योर होने के लिए डाई में 4 min चाहिए। 1.2 m की गर्म डाई के साथ अधिकतम लाइन-गति 1.2 m / 4 min = 0.30 m/min है। 1.2 m डाई में 0.30 m/min पर ठहराव-समय 1.2 / 0.30 = 4.0 min होता है।

5. रबर प्रसंस्करण: टू-रोल मिल, इंटरनल मिक्सर, द्वि-स्क्रू एक्सट्रूडर

कच्चा रबर कठोर व प्रत्यास्थ होता है, इसलिए रबर कंपाउंडिंग के तीन चरण हैं: मैस्टिकेशन (यांत्रिक श्रृंखला-विखंडन से नरम करना, जो आण्विक भार व श्यानता घटाता है, विशेषकर प्राकृतिक रबर में), मिश्रण (कार्बन ब्लैक जैसे भराव, तेल, सक्रियक व प्रतिक्षयकारी मिलाना) तथा शीटिंग/आकार देना। क्योरेटिव (गंधक व त्वरक) अंत में तथा कम तापमान पर मिलाए जाते हैं ताकि स्कॉर्च, यानी समय-पूर्व वल्कनीकरण, न हो।

टू-रोल मिल में दो क्षैतिज, जल-शीतित रोलर होते हैं जो एक-दूसरे की ओर भिन्न गतियों से घूमते हैं (घर्षण-अनुपात, प्रायः लगभग 1 : 1.2), इसलिए निप में रबर अपरूपित व मुड़ता है; वह मैस्टिकेशन करता है, सामग्री मिलाता है और शीट देता है, और संचालक पट्टी को काटकर मिलाता है। यह लचीली व सस्ती है पर खुली, धीमी, संचालक-निर्भर है और तापमान-नियंत्रण कमज़ोर है। इंटरनल मिक्सर (बैनबरी प्रकार) दो विपरीत-घूर्णी रोटरों (स्पर्शरेखीय या अंतर्ग्रथित) व रैम वाला बंद कक्ष है; बैच हॉपर से भरा जाता है, रैम चार्ज को उच्च-अपरूपण क्षेत्र में दबाता है, और कंपाउंड निर्धारित तापमान या ऊर्जा पर गिराया जाता है। यह बड़े बैच तेज़ी से, अच्छे परिक्षेपण व कम धूल के साथ मिलाता है, और भरण-गुणांक (प्रायः लगभग 0.7) कक्ष-आयतन का वह अंश है जो कंपाउंड से भरा है। गिराया गया बैच टू-रोल मिल पर शीट किया जाता है, जहाँ अक्सर क्योरेटिव मिलाए जाते हैं।

द्वि-स्क्रू एक्सट्रूडर सतत रूप से मिश्रण, वाष्पशील-निष्कासन व आकार दे सकता है, जिससे ताप-इतिहास एकसमान व गुणवत्ता स्थिर रहती है, और इसका उपयोग सतत रबर कंपाउंडिंग तथा प्रोफ़ाइल एक्सट्रूज़न को आपूर्ति के लिए होता है; एकल-स्क्रू शीत-फ़ीड रबर एक्सट्रूडर टायर-ट्रेड व ट्यूब को आकार देता है। मिक्सर में मिश्रण बैच-विधि और एक्सट्रूडर में सतत होता है।

🧠 हल उदाहरण: इंटरनल मिक्सर का बैच-द्रव्यमान
कक्ष-आयतन 100 L, भरण-गुणांक 0.70, कंपाउंड-घनत्व 1.15 kg/L। बैच-द्रव्यमान = 100 × 0.70 × 1.15 = 80.5 kg। अधिक भरने से परिसंचरण व मिश्रण बाधित होते हैं; कम भरने पर स्टॉक फिसलता है और अपरूपण कमज़ोर रहता है।

मुख्य बिंदु

  • एकल-स्क्रू एक्सट्रूडर में फ़ीड, संपीडन व मीटरिंग क्षेत्र होते हैं; खुले निर्वहन का उत्पादन ड्रैग प्रवाह ½π²D²N h sinφ cosφ है, जो डाई-प्रतिरोध होने पर दाब-प्रवाह से घटता है।
  • डाई स्वेल प्रत्यास्थ पुनः-प्राप्ति है, उच्च अपरूपण-दर व आण्विक भार पर अधिक और लंबी डाई में कम; द्वि-स्क्रू मशीनें एकल-स्क्रू से बेहतर मिश्रण व वाष्पशील-निष्कासन करती हैं।
  • मेल्ट स्पिनिंग में विलायक नहीं चाहिए; शुष्क कताई उसे वाष्पित करती है, आर्द्र कताई बहुलक को स्नान में अवक्षेपित करती है; तंतु-व्यास ∝ √(निष्कासन गति / टेक-अप गति)।
  • इलेक्ट्रोस्पिनिंग टेलर शंकु से आवेशित धारा खींचकर नैनोतंतु-चटाई बनाती है; कम सांद्रता मनके देती है।
  • फ़िलामेंट वाइंडिंग मैंड्रेल प्रयोग करती है (संतुलित हेलिक्स 54.7°), SMC व BMC/DMC संपीडन-ढले कंपाउंड हैं, और पल्ट्रूज़न खींची जाने वाली स्थिर-काट प्रक्रिया है जो डाई में क्योर-समय से सीमित है।
  • रबर का मैस्टिकेशन, मिश्रण व शीटिंग होती है; स्कॉर्च से बचने के लिए क्योरेटिव अंत में व ठंडे मिलाए जाते हैं; इंटरनल मिक्सर लगभग 0.7 भरण-गुणांक पर बैचों में चलता है।

अभ्यास प्रश्न (16)

उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।

  1. पारंपरिक एकल-स्क्रू एक्सट्रूडर में पैलेटों का पिघलना मुख्यतः किस क्षेत्र में पूरा होता है?

    1. फ़ीड क्षेत्र, जहाँ नली सबसे गहरी होती है
    2. संपीडन (संक्रमण) क्षेत्र, जहाँ नली की गहराई घटती है और अपरूपण व बैरल-ऊष्मा ठोस परत को पिघलाते हैं
    3. डाई-लैंड, मेल्ट के स्क्रू से निकलने के बाद
    4. हॉपर-गला, शीतल जल से चालन द्वारा
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — संपीडन (संक्रमण) क्षेत्र, जहाँ नली की गहराई घटती है और अपरूपण व बैरल-ऊष्मा ठोस परत को पिघलाते हैं

    संक्रमण क्षेत्र में नली की गहराई घटती है, जो ठोस परत को गर्म बैरल पर दबाती है जिससे मेल्ट-फ़िल्म बनती है और परत समाप्त होती है। फ़ीड क्षेत्र केवल ठोस आगे बढ़ाता है, मीटरिंग क्षेत्र मेल्ट को समरूप करता है, और हॉपर-गला जानबूझकर ठंडा रखा जाता है ताकि पैलेट न अटकें।

  2. केशिका डाई से निकलती बहुलक-मेल्ट का डाई स्वेल किससे घटता है?

    1. डाई में दीवार अपरूपण-दर बढ़ाने से
    2. उसी तापमान पर अधिक आण्विक भार वाला बहुलक लेने से
    3. डाई-लैंड छोटा करने से, ताकि श्रृंखलाओं को शिथिल होने का कम समय मिले
    4. स्थिर उत्पादन पर डाई-लैंड लंबा करने से, ताकि श्रृंखलाएँ निकास से पहले शिथिल हो जाएँ
    उत्तर देखें

    उत्तर: D — स्थिर उत्पादन पर डाई-लैंड लंबा करने से, ताकि श्रृंखलाएँ निकास से पहले शिथिल हो जाएँ

    स्वेल संचित प्रत्यास्थ विकृति है; लंबा लैंड प्रतिबलों को निकास से पहले शिथिल होने का समय देता है, इसलिए स्वेल घटता है। उच्च अपरूपण-दर या उच्च आण्विक भार अधिक प्रत्यास्थता संचित करते हैं और छोटा लैंड शिथिलन का कम समय देता है, इसलिए इनमें से हर एक स्वेल बढ़ाता है।

  3. ऊष्मा-संवेदी PVC पाइप एक्सट्रूज़न के लिए विपरीत-घूर्णी द्वि-स्क्रू एक्सट्रूडर प्रायः इसलिए पसंद किया जाता है क्योंकि वह

    1. अधिकतम अपरूपण-ऊष्मा उत्पन्न करने के लिए बहुत उच्च स्क्रू-गति पर चलता है
    2. कम अपरूपण पर धनात्मक रूप से आगे बढ़ाता है व दाब स्थिर बनाता है, जिससे निम्नीकरण सीमित रहता है
    3. बैरल-तापन नहीं माँगता और उसमें स्क्रू होता ही नहीं
    4. PVC कंपाउंड में स्थायीकारकों की आवश्यकता समाप्त कर देता है
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — कम अपरूपण पर धनात्मक रूप से आगे बढ़ाता है व दाब स्थिर बनाता है, जिससे निम्नीकरण सीमित रहता है

    विपरीत-घूर्णी स्क्रू धनात्मक-विस्थापन पंप की तरह कम अपरूपण व छोटे, समान ठहराव-समय के साथ काम करते हैं, जो अधिक गर्म होने पर विघटित होने वाले PVC के अनुकूल है। वे स्थायीकारकों की आवश्यकता नहीं हटाते, और उच्च अपरूपण-ऊष्मा से तो बचना ही है।

  4. आर्द्र कताई में बहुलक-विलयन किसमें निकाला जाता है?

    1. विलायक वाष्पित करने वाली गर्म वायु की धारा में
    2. ठंडी वायु के शीतलन में, जहाँ विलायक नहीं होता
    3. स्कंदन-स्नान में, जहाँ बहुलक तंतुओं के रूप में अवक्षेपित होता है
    4. सुई और संग्राहक के बीच उच्च-वोल्टता क्षेत्र में
    उत्तर देखें

    उत्तर: C — स्कंदन-स्नान में, जहाँ बहुलक तंतुओं के रूप में अवक्षेपित होता है

    आर्द्र कताई में बहुलक द्रव स्कंदन-स्नान में अवक्षेपित होता है (विस्कोस, ऐक्रिलिक)। गर्म गैस से वाष्पन शुष्क कताई है, वायु-शीतलन मेल्ट कताई है, और सुई-संग्राहक क्षेत्र इलेक्ट्रोस्पिनिंग है।

  5. इलेक्ट्रोस्पिनिंग में तनु बहुलक-विलयन मनकेदार तंतु देता है। किस परिवर्तन से मनका-रहित, मोटे तंतु मिलने की सबसे अधिक संभावना है?

    1. बहुलक-सांद्रता बढ़ाना, और इस तरह विलयन की श्यानता व श्रृंखला-उलझाव बढ़ाना
    2. विलयन और तनु करना ताकि पृष्ठ-तनाव घटे
    3. वोल्टता हटा देना ताकि धारा हिले नहीं
    4. उसी सांद्रता पर बहुत कम आण्विक भार वाला बहुलक लेना
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — बहुलक-सांद्रता बढ़ाना, और इस तरह विलयन की श्यानता व श्रृंखला-उलझाव बढ़ाना

    मनके तब बनते हैं जब श्रृंखला-उलझाव धारा को पृष्ठ-तनाव के विरुद्ध स्थिर रखने के लिए बहुत कम हो; अधिक सांद्रता या उच्च आण्विक भार श्यानता व उलझाव बढ़ाकर सतत, मोटे तंतु देता है। और तनु करना या कम आण्विक भार इसका उलटा करता है, और क्षेत्र के बिना इलेक्ट्रोस्पिनिंग होती ही नहीं।

  6. पल्ट्रूज़न व फ़िलामेंट वाइंडिंग के बारे में कथनों का कौन-सा युग्म सही है?

    1. पल्ट्रूज़न तंतु को ठंडी डाई से धकेलता है; वाइंडिंग स्थिर मैंड्रेल प्रयोग करती है
    2. पल्ट्रूज़न बदलते अनुप्रस्थ-काट के पुर्ज़े देता है; वाइंडिंग केवल समतल शीट बनाती है
    3. पल्ट्रूज़न तंतु को गर्म डाई से खींचकर स्थिर-काट प्रोफ़ाइल बनाता है; वाइंडिंग घूमते मैंड्रेल पर रोविंग बिछाती है
    4. दोनों केवल कटे तंतु का प्रयोग करने वाली असतत बैच-प्रक्रियाएँ हैं
    उत्तर देखें

    उत्तर: C — पल्ट्रूज़न तंतु को गर्म डाई से खींचकर स्थिर-काट प्रोफ़ाइल बनाता है; वाइंडिंग घूमते मैंड्रेल पर रोविंग बिछाती है

    पल्ट्रूज़न गर्म, आकारित डाई से खींची जाने वाली सतत प्रक्रिया है जो स्थिर काट देती है; फ़िलामेंट वाइंडिंग सतत रोविंग को घूमते मैंड्रेल पर रखती है। दोनों सतत तंतु प्रयोग करते हैं, कटे तंतु नहीं, और पल्ट्रूज़न काट बदल नहीं सकता।

  7. प्राकृतिक रबर की कंपाउंडिंग में क्योरेटिव प्रायः कब मिलाए जाते हैं?

    1. सबसे पहले, मैस्टिकेशन से पहले, ताकि वे पूरे मिश्रण-समय में परिक्षेपित हों
    2. अंत में व कम तापमान पर, ताकि स्कॉर्च (समय-पूर्व वल्कनीकरण) न हो
    3. केवल तब जब स्टॉक पूरी तरह वल्कनित हो चुका हो
    4. चक्र के उच्चतम तापमान पर, ताकि क्योर एकसमान हो
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — अंत में व कम तापमान पर, ताकि स्कॉर्च (समय-पूर्व वल्कनीकरण) न हो

    गंधक व त्वरक देर से और ठंडे मिलाए जाते हैं क्योंकि मिश्रण से उत्पन्न ऊष्मा क्रॉसलिंकिंग शुरू कर स्कॉर्च कर देगी। इन्हें पहले या उच्चतम तापमान पर मिलाने से स्कॉर्च का ख़तरा है, और वल्कनीकरण के बाद मिलाना निरर्थक है।

  8. प्रयोगशाला मिल के दो रोलर 1 : 1.2 के पृष्ठ-गति-अनुपात से एक-दूसरे की ओर घूमते हैं। गति-अंतर का मुख्य उद्देश्य है

    1. पट्टी को धीमे रोलर पर रखना, और निप में अपरूपण लगाना जो रबर का मैस्टिकेशन व मिश्रण करे
    2. रोलर-सतहों से वाष्पन द्वारा रबर को ठंडा करना
    3. मिल की ऊर्जा-खपत घटाना
    4. स्टॉक कुछ भी हो, निप-अंतराल को ठीक स्थिर रखना
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — पट्टी को धीमे रोलर पर रखना, और निप में अपरूपण लगाना जो रबर का मैस्टिकेशन व मिश्रण करे

    घर्षण-अनुपात निप में वेग-प्रवणता देता है, इसलिए स्टॉक अपरूपित व मुड़ता है, और संचालक पट्टी को काटकर मोड़ सकता है। यह ऊर्जा घटाने के बजाय बढ़ाता है, और न वाष्पीय शीतलन, न अंतराल-नियंत्रण इसका उद्देश्य है।

  9. स्क्रू एक्सट्रूज़न के बारे में सभी सही कथन चुनिए।

    1. मीटरिंग क्षेत्र की नली उथली व स्थिर गहराई की होती है और समरूप मेल्ट को डाई तक पंप करता है
    2. ड्रैग-प्रवाह मॉडल में खुले निर्वहन का उत्पादन स्क्रू-गति के अनुक्रमानुपाती होता है
    3. संपीडन अनुपात मीटरिंग-क्षेत्र की गहराई को फ़ीड-क्षेत्र की गहराई से भाग देने पर मिलता है, इसलिए वह 1 से कम होता है
    4. सह-घूर्णी अंतर्ग्रथित द्वि-स्क्रू एक्सट्रूडर मानक कंपाउंडिंग मशीन है
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — मीटरिंग क्षेत्र की नली उथली व स्थिर गहराई की होती है और समरूप मेल्ट को डाई तक पंप करता है; B — ड्रैग-प्रवाह मॉडल में खुले निर्वहन का उत्पादन स्क्रू-गति के अनुक्रमानुपाती होता है; D — सह-घूर्णी अंतर्ग्रथित द्वि-स्क्रू एक्सट्रूडर मानक कंपाउंडिंग मशीन है

    मीटरिंग क्षेत्र, ड्रैग प्रवाह की गति पर रैखिक निर्भरता और सह-घूर्णी द्वि-स्क्रू की कंपाउंडिंग भूमिका सही हैं। संपीडन अनुपात फ़ीड-गहराई को मीटरिंग-गहराई से भाग देने पर बनता है, अतः वह 1 से अधिक होता है।

  10. तंतु-कताई के बारे में सभी सही कथन चुनिए।

    1. मेल्ट स्पिनिंग में विलायक नहीं चाहिए, क्योंकि बहुलक पिघलाया जाकर वायु में ठंडा किया जाता है
    2. शुष्क कताई में विलायक गर्म गैस-धारा में वाष्पित होता है
    3. इलेक्ट्रोस्पिनिंग को किलोमीटर प्रति मिनट पर चलने वाला यांत्रिक टेक-अप रोल चाहिए
    4. इलेक्ट्रोस्पन चटाइयाँ अबुने नैनोतंतु-जाल होती हैं
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — मेल्ट स्पिनिंग में विलायक नहीं चाहिए, क्योंकि बहुलक पिघलाया जाकर वायु में ठंडा किया जाता है; B — शुष्क कताई में विलायक गर्म गैस-धारा में वाष्पित होता है; D — इलेक्ट्रोस्पन चटाइयाँ अबुने नैनोतंतु-जाल होती हैं

    मेल्ट, शुष्क व इलेक्ट्रो विधियों का वर्णन सही है। इलेक्ट्रोस्पिनिंग धारा को विद्युत-क्षेत्र से खींचती है, उच्च-गति यांत्रिक रोल से नहीं।

  11. मोल्डिंग कंपाउंड व संयुक्त प्रसंस्करण के बारे में सभी सही कथन चुनिए।

    1. SMC रेज़िन-पेस्ट, भराव व कटे काँच-तंतु की गाढ़ी की गई शीट है, जिसे गर्म संपीडन-मोल्ड किया जाता है
    2. BMC व DMC छोटे तंतु वाले एक ही आटे-जैसे कंपाउंड के दो नाम हैं
    3. पल्ट्रूज़न में अधिकतम लाइन-गति डाई-लंबाई को आवश्यक क्योर-समय से भाग देने के बराबर है
    4. फ़िलामेंट वाइंडिंग को प्रेस से क्लैंप होने वाला विभाजित द्वि-भागीय मोल्ड चाहिए
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — SMC रेज़िन-पेस्ट, भराव व कटे काँच-तंतु की गाढ़ी की गई शीट है, जिसे गर्म संपीडन-मोल्ड किया जाता है; B — BMC व DMC छोटे तंतु वाले एक ही आटे-जैसे कंपाउंड के दो नाम हैं; C — पल्ट्रूज़न में अधिकतम लाइन-गति डाई-लंबाई को आवश्यक क्योर-समय से भाग देने के बराबर है

    SMC, BMC/DMC तथा पल्ट्रूज़न की गति-सीमा सही हैं। फ़िलामेंट वाइंडिंग घूमता मैंड्रेल प्रयोग करती है, द्वि-भागीय प्रेस मोल्ड नहीं।

  12. रबर कंपाउंडिंग उपकरणों के बारे में सभी सही कथन चुनिए।

    1. इंटरनल मिक्सर रैम के नीचे बंद कक्ष में बैच संसाधित करता है और निर्धारित तापमान या ऊर्जा पर गिराता है
    2. टू-रोल मिल खुली है, इसलिए तापमान-नियंत्रण व संचालक-निर्भरता उसकी कमियाँ हैं
    3. प्राकृतिक रबर का मैस्टिकेशन उसका आण्विक भार बढ़ाता है
    4. द्वि-स्क्रू एक्सट्रूडर रबर को बैचों की जगह सतत रूप से मिला सकता है
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — इंटरनल मिक्सर रैम के नीचे बंद कक्ष में बैच संसाधित करता है और निर्धारित तापमान या ऊर्जा पर गिराता है; B — टू-रोल मिल खुली है, इसलिए तापमान-नियंत्रण व संचालक-निर्भरता उसकी कमियाँ हैं; D — द्वि-स्क्रू एक्सट्रूडर रबर को बैचों की जगह सतत रूप से मिला सकता है

    मिक्सर, मिल व सतत द्वि-स्क्रू के कथन सही हैं। मैस्टिकेशन श्रृंखलाएँ तोड़ता है, इसलिए आण्विक भार व श्यानता घटते हैं।

  13. एकल-स्क्रू एक्सट्रूडर के लिए D = 50 mm, N = 90 rpm, मीटरिंग-गहराई h = 2.0 mm तथा हेलिक्स-कोण φ = 20° है। खुले निर्वहन (डाई-दाब नहीं, रिसाव नहीं) के लिए Q = ½ π² D² N h sinφ cosφ लें, जहाँ N चक्कर/s में है। मेल्ट-घनत्व 0.80 g/cm³ है। द्रव्यमान-उत्पादन ____ kg/h (पूर्णांक) है।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

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    उत्तर: 34

    N = 90/60 = 1.5 चक्कर/s। sin20° cos20° = 0.3420 × 0.9397 = 0.3214। Q = 0.5 × 9.8696 × (0.05)² × 1.5 × 0.002 × 0.3214 = 1.19 × 10⁻⁵ m³/s = 11.9 cm³/s। द्रव्यमान = 11.9 × 0.80 = 9.52 g/s = 9.52 × 3600 / 1000 = 34.3 kg/h, अतः 34।

  14. मेल्ट-स्पन तंतु 0.50 mm छिद्र से निकलकर 20 µm व्यास के तंतु के रूप में जम जाता है। स्थिर घनत्व, बेलनाकार तंतु व बाद में ड्रॉइंग न मानते हुए ड्रॉ-डाउन अनुपात (टेक-अप गति / निष्कासन गति) ____ (पूर्णांक) है।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

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    उत्तर: 625

    द्रव्यमान-संरक्षण: v_ex d_छिद्र² = v_take d_तंतु², अतः v_take / v_ex = (d_छिद्र / d_तंतु)² = (500 µm / 20 µm)² = 25² = 625। व्यास-अनुपात (25) को ही ले लेना भूल है।

  15. एक पॉलिएस्टर रेज़िन को पूरी तरह क्योर होने के लिए 1.5 m की गर्म पल्ट्रूज़न डाई में 2.5 min चाहिए। अधिकतम लाइन-गति ____ mm/s (पूर्णांक) है।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 10

    ठहराव-समय = डाई-लंबाई / लाइन-गति ≥ 2.5 min, अतः v ≤ 1.5 m / 2.5 min = 0.60 m/min = 600 mm / 60 s = 10 mm/s।

  16. इंटरनल मिक्सर का कक्ष-आयतन 250 L है और वह 1.18 kg/L घनत्व के कंपाउंड के साथ 0.72 भरण-गुणांक पर चलता है। प्रत्येक बैच-चक्र (भरना, मिलाना, गिराना) 4.0 min लेता है, निष्क्रिय समय नहीं। कंपाउंड-उत्पादन ____ kg/h (पूर्णांक) है।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

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    उत्तर: 3186

    बैच-द्रव्यमान = 250 × 0.72 × 1.18 = 212.4 kg। प्रति घंटे बैच = 60 / 4.0 = 15। उत्पादन = 212.4 × 15 = 3186 kg/h।