बहुलकों का परीक्षण: यांत्रिक, वैद्युत, ऊष्मीय, प्रकाशीय व मेल्ट फ़्लो

यह अध्याय XE5 बहुलक विज्ञान एवं अभियांत्रिकी (Polymer Science and Engineering) के खंड XE5.8 का उत्तर देता है; यह अभियांत्रिकी विज्ञान (XE) पेपर के नौ वैकल्पिक खंडों में से एक है, जिनमें से परीक्षा में कोई दो चुनने होते हैं। पाठ्यक्रम का पाठ है: “Mechanical-static and dynamic, tensile, flexural, compressive, abrasion, endurance, fatigue, hardness, tear, resilience, impact, toughness; Conductivity-thermal and electrical, dielectric constant, dissipation factor, power factor, electric resistance, surface resistivity, volume resistivity, swelling, ageing resistance, environmental stress cracking resistance, limiting oxygen index; Heat deflection temperature – Vicat softening temperature, ductile to brittle transition, glass transition temperature, coefficient of thermal expansion, shrinkage, flammability, … Optical Properties - Refractive Index, Luminous Transmittance and Haze, Melt flow index।” इसमें सिखाया गया है कि प्रत्येक परीक्षण क्या मापता है, उसकी परिभाषा व मात्रक क्या हैं और परिणाम कैसे उपयोग होते हैं। संख्यात्मक प्रश्न आनमन-प्रतिबल, आयतन-प्रतिरोधकता, सीमित ऑक्सीजन सूचकांक तथा मेल्ट फ़्लो इंडेक्स हैं।

1. स्थैतिक यांत्रिक परीक्षण: तन्यता, आनमन, संपीडन, चिमड़ापन

तन्यता परीक्षण (ASTM D638, ISO 527) में डम्बल-आकार का नमूना स्थिर क्रॉसहेड-गति से खींचा जाता है। अभियांत्रिकी प्रतिबल σ = F/A₀ (MPa) तथा विकृति ε = ΔL/L₀ का आलेख बनता है। वक्र से मापांक (आरंभिक ढाल), पराभव प्रतिबल, तन्य सामर्थ्य (अधिकतम प्रतिबल) और टूटने पर दीर्घन मिलते हैं। बहुलक श्यान-प्रत्यास्थ हैं, इसलिए मान परीक्षण-गति व तापमान पर निर्भर हैं: तेज़ खिंचाव या कम तापमान मापांक व सामर्थ्य बढ़ाता और दीर्घन घटाता है, और तन्य बहुलक भंगुर हो सकता है। चिमड़ापन (toughness) प्रति इकाई आयतन टूटने तक सोखी गई ऊर्जा है, यानी प्रतिबल–विकृति वक्र के नीचे का क्षेत्रफल (J/m³ = Pa·(m/m)); सशक्त पर भंगुर बहुलक में सामर्थ्य अधिक व चिमड़ापन कम होता है।

आनमन परीक्षण (ASTM D790, ISO 178) आयताकार छड़ को दो आधारों पर धरन की तरह, प्रायः केंद्र में (तीन-बिंदु आनमन), लोड करता है। स्पैन L, चौड़ाई b, मोटाई d तथा केंद्रीय भार F के लिए अधिकतम (बाह्य-तंतु) आनमन-प्रतिबल σ_f = 3FL / (2bd²) है। यह कठोर, भंगुर पदार्थों के लिए उपयुक्त है जिन्हें पकड़ना कठिन है, और आनमन-मापांक भार–विक्षेप ढाल से मिलता है। संपीडन परीक्षण (ASTM D695) ब्लॉक या बेलन को प्लेटों के बीच कुचलता है; संपीडन-सामर्थ्य मूल क्षेत्रफल पर अधिकतम भार है, और तन्य बहुलकों में भंग की जगह पराभव दर्ज होता है। भंगुर बहुलकों का संपीडन-सामर्थ्य उनके तन्य सामर्थ्य से अधिक होता है।

⚠️ हल उदाहरण: आनमन-प्रतिबल
10 mm चौड़ी व 4 mm मोटी छड़ 80 mm स्पैन पर 100 N केंद्रीय भार पर टूटती है। σ_f = 3 × 100 × 80 / (2 × 10 × 4²) = 24 000 / 320 = 75 MPa। संगत मात्रक लें (N व mm से MPa मिलता है)। मोटाई के वर्ग की जगह मोटाई लेना या स्पैन 40 mm लेना सामान्य भूलें हैं।

2. गतिक, श्रांति, कठोरता, विदारण, प्रत्यास्थ-प्रतिक्रिया, आघात व अपघर्षण

गतिक यांत्रिक विश्लेषण (DMA) छोटी ज्यावक्रीय विकृति लगाता है और संचय-मापांक E′ (प्रत्यास्थ, संचित ऊर्जा), हानि-मापांक E″ (श्यान, क्षयित ऊर्जा) तथा tan δ = E″/E′ बताता है; tan δ का शिखर या E′ का गिरना काँच-संक्रमण दर्शाता है, और tan δ अवमंदन मापता है। श्रांति (fatigue) बार-बार चक्रीय प्रतिबल में विफलता है: S–N वक्र प्रतिबल-आयाम को विफलता तक के चक्रों के सापेक्ष आलेखित करता है, और सहन-सीमा (endurance limit) वह प्रतिबल है जिसके नीचे पदार्थ बहुत अधिक चक्र झेल लेता है; कई बहुलकों में तीक्ष्ण सीमा नहीं होती, और हिस्टेरेसिस की ऊष्मा स्वयं विफलता ला सकती है। रबर की फ़्लेक्स-श्रांति दरारें बढ़ने तक बार-बार मोड़कर परखी जाती है (डी मैटिया-प्रकार परीक्षण)।

कठोरता अंतःपरिक्षेपण (indentation) का प्रतिरोध है। शोर ड्यूरोमीटर स्प्रिंग-युक्त इंडेंटर की गहराई 0 से 100 के पैमाने पर पढ़ता है: Shore A (कुंद छिन्नक-शंकु इंडेंटर) लचीले रबर व नरम प्लास्टिक के लिए, Shore D (नुकीला शंकु) कठोर प्लास्टिक के लिए। IRHD (अंतर्राष्ट्रीय रबर कठोरता अंश) रबर में छोटी गेंद के अंतःपरिक्षेपण को समान 0 से 100 के पैमाने पर मापता है। विदारण सामर्थ्य कट के बढ़ने के लिए आवश्यक बल को नमूने की मोटाई से भाग देने पर मिलता है (N/mm या kN/m), ट्राउज़र, एंगल या क्रेसेंट नमूनों से। प्रत्यास्थ प्रतिक्रिया (rebound resilience) वह प्रतिशत है जो पेंडुलम या गेंद के रबर से टकराकर लौटने पर ऊर्जा वापस मिलती है; उच्च-हिस्टेरेसिस रबर की प्रतिक्रिया कम व tan δ अधिक होता है। अपघर्षण-प्रतिरोध अपघर्षक के विरुद्ध आयतन-क्षय (DIN अपघर्षण, mm³ में) या प्रति चक्र भार-क्षय (टैबर) के रूप में मापा जाता है।

आघात परीक्षण झूलते पेंडुलम से टकराई खाँचेदार छड़ द्वारा सोखी ऊर्जा मापते हैं। इज़ॉड (ASTM D256) में छड़ ऊर्ध्वाधर कैंटिलीवर की तरह जकड़ी जाती है और खाँचे के ऊपर चोट की जाती है; परिणाम प्रति इकाई खाँचा-चौड़ाई ऊर्जा (J/m) है। चार्पी (ISO 179) में छड़ दो आधारों पर क्षैतिज रखी जाती है और खाँचे के विपरीत केंद्र पर चोट की जाती है; परिणाम प्रायः खाँचे पर प्रति इकाई अनुप्रस्थ-काट ऊर्जा (kJ/m²) होता है। खाँचा प्रतिबल केंद्रित करता है, इसलिए खाँचा-संवेदनशील बहुलक (पॉलिस्टाइरीन, PVC) का खाँचेदार मान बिना-खाँचे वाले से बहुत कम होता है, जबकि चिमड़ा बहुलक टूटता ही नहीं।

3. वैद्युत व ऊष्मीय चालन गुण

परावैद्युतांक (आपेक्षिक विद्युतशीलता) ε_r = C/C₀ है, यानी इलेक्ट्रोडों के बीच बहुलक रखने पर संधारित्र की धारिता को निर्वात (या वायु) की धारिता से भाग देना। पॉलिएथिलीन (लगभग 2.3) व PTFE (लगभग 2.1) जैसे अध्रुवीय बहुलकों के मान कम हैं; PVC जैसे ध्रुवीय बहुलकों के अधिक। प्रत्यावर्ती क्षेत्र में बहुलक ऊर्जा का कुछ भाग संचित व कुछ ऊष्मा के रूप में क्षयित करता है। हानि-कोण δ (वह कोण जिससे धारा वोल्टता से ठीक 90° आगे होने से कम पड़ती है) के साथ क्षय-गुणांक (dissipation factor) tan δ = ε″/ε′ है। शक्ति-गुणांक (power factor) cos θ = sin δ है, जहाँ θ वोल्टता व धारा के बीच कला-कोण है; अच्छे विद्युतरोधियों की छोटी हानियों के लिए शक्ति-गुणांक ≈ क्षय-गुणांक। उच्च-आवृत्ति रोधन के लिए tan δ कम चाहिए, और उच्च tan δ ध्रुवीय प्लास्टिकों को परावैद्युत (रेडियो-आवृत्ति) वेल्डिंग से गर्म करने देता है।

किसी नमूने का इलेक्ट्रोडों के बीच वैद्युत प्रतिरोध R उसकी ज्यामिति पर निर्भर है, इसलिए मानक परीक्षण प्रतिरोधकताएँ बताते हैं। आयतन-प्रतिरोधकता ρ_v = R_v × A / t है (A इलेक्ट्रोड-क्षेत्रफल, t मोटाई; Ω·m या Ω·cm), यानी पदार्थ के भीतर से इकाई घन का प्रतिरोध। पृष्ठ-प्रतिरोधकता सतह पर g दूरी पर स्थित लंबाई P (परिधि) के दो समानांतर इलेक्ट्रोडों के बीच प्रतिरोध ρ_s = R_s × P/g है, जिसका मात्रक ओम (Ω प्रति वर्ग) है। रोधी बहुलकों के मान बहुत अधिक हैं; प्रतिस्थैतिक ग्रेड चालक भराव या योज्य से घटाए जाते हैं, और उच्च पृष्ठ-प्रतिरोधकता स्थैतिक आवेश जमा होने देती है। नमी व गंदगी पृष्ठ-प्रतिरोधकता को आयतन-प्रतिरोधकता से कहीं अधिक घटाती है।

ऊष्मा-चालकता k (W/m·K) प्रति इकाई क्षेत्रफल, प्रति इकाई तापमान-प्रवणता ऊष्मा-प्रवाह है, जो गार्डेड हॉट प्लेट या हीट-फ़्लो मीटर से मापी जाती है; भराव-रहित बहुलक कुचालक हैं (लगभग 0.1 से 0.5 W/m·K), जो उन्हें अच्छा रोधक बनाता है और मोल्डिंग में शीतलन धीमा करता है। धातु या कार्बन जैसे भराव इसे बढ़ाते हैं।

🧠 हल उदाहरण: आयतन-प्रतिरोधकता
1.5 mm मोटी शीट प्रभावी इलेक्ट्रोड-क्षेत्रफल 25 cm² के साथ R_v = 3.0 × 10¹² Ω देती है। ρ_v = R_v A / t = 3.0 × 10¹² × 25 cm² / 0.15 cm = 5.0 × 10¹⁴ Ω·cm = 5.0 × 10¹² Ω·m। Ω·cm से Ω·m में बदलने पर 100 से भाग देते हैं।

4. ऊष्मीय परीक्षण: HDT, विकैट, भंगुरता, Tg, प्रसार व संकुचन

ऊष्मा-विक्षेपण तापमान (HDT, ASTM D648, ISO 75) वह तापमान है जिस पर तीन-बिंदु आनमन में निश्चित बाह्य-तंतु प्रतिबल (सामान्यतः 0.455 या 1.82 MPa) के अंतर्गत लोड की गई छड़ स्थिर दर से गर्म होते हुए निर्दिष्ट मात्रा से झुक जाती है (ASTM विधि में 2 °C/min तथा 0.25 mm विक्षेप)। विकैट कोमलन तापमान (ASTM D1525, ISO 306) वह तापमान है जिस पर 1 mm² अनुप्रस्थ-काट की सपाट-नोक वाली सुई 10 N (विधि A) या 50 N (विधि B) भार के अंतर्गत 50 या 120 °C/h पर गर्म नमूने में 1 mm भीतर धँस जाती है। दोनों तुलनात्मक सूचकांक-तापमान हैं, वास्तविक संक्रमण या सुरक्षित सेवा-सीमा नहीं: HDT प्रयुक्त प्रतिबल पर निर्भर है, और अक्रिस्टलीय बहुलकों में HDT Tg के निकट आता है जबकि अर्ध-क्रिस्टलीय में Tg व Tm के बीच रहता है और काँच-तंतु भरने से बहुत बढ़ जाता है।

तन्य-से-भंगुर संक्रमण वह तापमान-परास है जिसके नीचे आघात में विफलता का प्रकार तन्य (पराभव, उच्च ऊर्जा) से भंगुर (कम ऊर्जा) हो जाता है; यह तापमान के आर-पार आघात-परीक्षण से मिलता है, और भंगुरता-तापमान वह है जहाँ मानक आघात में आधे नमूने टूटते हैं। काँच-संक्रमण तापमान Tg ऊष्मा-धारिता में सोपान (DSC), tan δ के शिखर या E′ के गिरने (DMA), अथवा प्रसार-वक्र की ढाल में परिवर्तन (TMA) से मिलता है। रैखिक ऊष्मीय प्रसार-गुणांक α = ΔL / (L₀ ΔT) है (K⁻¹, प्रायः ppm/K में); बहुलकों में यह धातुओं से कई गुना होता है, और α में छलाँग Tg दर्शाती है। मोल्ड संकुचन (मोल्ड-विमा − पुर्ज़ा-विमा) / मोल्ड-विमा × 100% है, अनुकूलन के बाद मापा गया; अर्ध-क्रिस्टलीय बहुलक अक्रिस्टलीय से अधिक सिकुड़ते हैं क्योंकि क्रिस्टलन घनत्व बढ़ाता है, और भराव व अभिविन्यास संकुचन को अनिसोट्रॉपिक बनाते हैं।

कौन-सा परीक्षण क्या मापता है
परीक्षणमापता हैमात्रक
तन्यतासामर्थ्य, मापांक, टूटने पर दीर्घनMPa, GPa, %
इज़ॉड / चार्पीखाँचेदार आघात ऊर्जाJ/m या kJ/m²
HDT / विकैटभार-विक्षेप या 1 mm धँसने का सूचकांक-तापमान°C
शोर A / D, IRHDअंतःपरिक्षेपण कठोरता0 से 100
परावैद्युतांक, tan δआवेश-संचय; हानिविमाहीन
पृष्ठ / आयतन प्रतिरोधकताप्रति वर्ग प्रतिरोध; इकाई घन का आयतनी प्रतिरोधΩ; Ω·m

5. स्फीति, जरण, ESCR, ज्वलनशीलता व प्रकाशीय परीक्षण

स्फीति (swelling) परीक्षण नमूने (प्रायः क्रॉसलिंक रबर) को द्रव में डुबोकर द्रव्यमान या आयतन में % वृद्धि, या संतुलन स्फीति-अनुपात Q = फूला आयतन / शुष्क आयतन बताते हैं। स्फीति क्रॉसलिंकों से सीमित होती है, इसलिए उच्च क्रॉसलिंक-घनत्व कम स्फीति देता है (फ़्लोरी–रेहनर संबंध), और समान विलेयता-प्राचल वाला विलायक सबसे अधिक फुलाता है। जरण-प्रतिरोध (ageing resistance) नमूनों को ऊष्मा (ओवन-जरण), ओज़ोन, प्रकाश या मौसम में रखकर तन्य सामर्थ्य या दीर्घन जैसे गुण की % धारणा बताकर परखा जाता है; ऊष्मा-जरण को आर्हीनियस व्यवहार मानकर त्वरित किया जाता है। पर्यावरणीय प्रतिबल-विदारण (ESC) प्रतिबलित बहुलक का उस द्रव के संपर्क में भंगुर विदारण है जो उसे घोलता नहीं; मुड़ी-पट्टी परीक्षण (ASTM D1693) में खाँचेदार पॉलिएथिलीन-पट्टियाँ मोड़कर पृष्ठसक्रियक में डुबोई जाती हैं और आधी पट्टियों के टूटने का समय दर्ज होता है। उच्च आण्विक भार व कम क्रिस्टलनता, जो अधिक टाई-अणु देते हैं, के लिए ESCR अधिक होता है।

ज्वलनशीलता। सीमित ऑक्सीजन सूचकांक (LOI) O₂/N₂ मिश्रण के आयतन-% में ऑक्सीजन की वह न्यूनतम सांद्रता है जो ऊर्ध्वाधर पकड़े नमूने के ज्वालायुक्त दहन को बस बनाए रखे: LOI = 100 × [O₂] / ([O₂] + [N₂])। वायु में लगभग 21% ऑक्सीजन होती है, अतः जिस बहुलक का LOI स्पष्टतः 21 से ऊपर है वह प्रज्वलन-स्रोत हटने पर वायु में जलता नहीं रहता, और कम LOI का अर्थ अधिक ज्वलनशील है (पॉलिएथिलीन लगभग 17 से 18, दृढ़ PVC लगभग 45, PTFE लगभग 95)। UL 94 परीक्षण प्लास्टिकों को HB (धीमा क्षैतिज दहन) या ऊर्ध्वाधर परीक्षण में V-0, V-1, V-2 में वर्गीकृत करते हैं, जिनमें V-0 सर्वश्रेष्ठ है (हर लपट-प्रयोग के 10 s में स्वतः बुझना, बिना ऐसी जलती बूँदों के जो रुई जला दें)।

प्रकाशीय गुण। अपवर्तनांक n = c/v = sin i / sin r ऐबे रिफ़्रैक्टोमीटर से मापा जाता है (PMMA लगभग 1.49, पॉलिस्टाइरीन लगभग 1.59)। ज्योतिर्मय संप्रेषण (luminous transmittance) आपतित ज्योतिर्मय फ़्लक्स का वह प्रतिशत है जो नमूने से गुज़रता है। धुंध (haze) संप्रेषित प्रकाश का वह प्रतिशत है जो आपतित किरण से 2.5° से अधिक बिखर जाता है (ASTM D1003); वह स्पष्ट वस्तु को धुँधला दिखाता है। संप्रेषण व धुंध स्वतंत्र हैं: घिसी-काँच-जैसी ग्लेज़िंग में संप्रेषण व धुंध दोनों अधिक हो सकते हैं, और क्रिस्टलीय गोलाभ या भराव-कण जिनका अपवर्तनांक आव्यूह से भिन्न हो, धुंध बढ़ाते हैं।

🧠 हल उदाहरण: LOI
नमूना तब बस जलता है जब प्रवाह 2.8 L/min O₂ तथा 7.7 L/min N₂ हो। LOI = 100 × 2.8 / (2.8 + 7.7) = 100 × 2.8 / 10.5 = 26.7%। समान तापमान व दाब पर गैसों के प्रवाह आयतनों के अनुपाती हैं, अतः प्रवाह-अंश आयतन-अंश के बराबर हैं। अंश की जगह O₂/N₂ अनुपात (36%) ले लेना सामान्य भूल है।

6. मेल्ट फ़्लो इंडेक्स

मेल्ट फ़्लो इंडेक्स (MFI, मेल्ट फ़्लो रेट, ASTM D1238, ISO 1133) वह बहुलक का ग्राम में द्रव्यमान है जो 10 मिनट में मानक डाई (2.095 mm व्यास, 8 mm लंबी) से, निर्दिष्ट तापमान पर निर्दिष्ट मृत-भार वाले पिस्टन द्वारा बाहर निकलता है; मात्रक g/10 min है। शर्तें सदैव बतानी चाहिए, जैसे पॉलिएथिलीन के लिए 190 °C / 2.16 kg तथा पॉलिप्रोपिलीन के लिए 230 °C / 2.16 kg। मेल्ट आयतन-दर (MVR, cm³/10 min) आयतन लेती है, और मेल्ट-घनत्व = MFR / MVR। चूँकि एक्सट्रूडेट अंतराल पर काटकर तौला जाता है, MFI = 600 × (कटे भाग का द्रव्यमान g में) / (कटाई-अंतराल s में)।

व्याख्या। MFI परीक्षण के कम अपरूपण-प्रतिबल पर मेल्ट-श्यानता के व्युत्क्रमानुपाती है, अतः आण्विक भार के भी व्युत्क्रमानुपाती: उलझी मेल्टों में शून्य-अपरूपण श्यानता लगभग M_w^3.4 के अनुसार बढ़ती है, इसलिए आण्विक भार में थोड़ी वृद्धि MFI को तीव्रता से घटाती है। कम MFI (लंबी श्रृंखलाएँ, उच्च श्यानता, उच्च मेल्ट-सामर्थ्य) ब्लो मोल्डिंग, फ़िल्म व पाइप एक्सट्रूज़न के लिए उपयुक्त है; उच्च MFI (छोटी श्रृंखलाएँ, आसान प्रवाह) पतले या लंबे प्रवाह-पथ वाले पुर्ज़ों की इंजेक्शन मोल्डिंग के लिए। MFI एकल-बिंदु, कम-अपरूपण गुणवत्ता-नियंत्रण संख्या है: यह आण्विक-भार वितरण नहीं बताता, और समान MFI वाले दो ग्रेड भिन्न तरह से प्रसंस्कृत हो सकते हैं। प्रवाह-दर अनुपात (भारी भार, जैसे 21.6 kg, पर MFI को 2.16 kg वाले MFI से भाग देना) बताता है कि मेल्ट कितनी अपरूपण-पतली होती है, यानी वितरण कितना चौड़ा है। भिन्न भार या तापमान से भिन्न मान मिलते हैं, इसलिए भिन्न बहुलकों के MFI की सीधे तुलना नहीं हो सकती।

⚠️ हल उदाहरण: कटे भागों से MFI
बताई शर्त पर प्रत्येक 30 s पर लिए गए एक्सट्रूडेट-कटाव का औसत भार 0.42 g है। MFI = 0.42 g × (600 s / 30 s) = 8.4 g/10 min। गुणक 600/30 = 20 है, 10 या 30 नहीं।

मुख्य बिंदु

  • तन्यता से सामर्थ्य, मापांक व दीर्घन मिलते हैं और ये गति व तापमान पर निर्भर हैं; चिमड़ापन प्रतिबल-विकृति वक्र के नीचे का क्षेत्रफल है; आनमन-प्रतिबल 3FL/(2bd²) है।
  • इज़ॉड ऊर्ध्वाधर खाँचेदार कैंटिलीवर (J/m) है, चार्पी क्षैतिज धरन (प्रायः kJ/m²); Shore A नरम रबर व Shore D कठोर प्लास्टिक के लिए है; IRHD रबर के लिए।
  • परावैद्युतांक C/C₀ है, क्षय-गुणांक tan δ, शक्ति-गुणांक cos θ = sin δ; आयतन-प्रतिरोधकता R·A/t तथा पृष्ठ-प्रतिरोधकता R·P/g ओम प्रति वर्ग में है।
  • HDT व विकैट तुलनात्मक सूचकांक-तापमान हैं; Tg DSC, DMA या TMA से मिलता है; α = ΔL/(L₀ΔT); संकुचन मोल्ड-माप के सापेक्ष है।
  • LOI = 100[O₂]/([O₂]+[N₂]) और 21 से ऊपर का मान वायु में स्वतः-स्थायी दहन न होना दर्शाता है; ESCR तनाव-व-द्रव परीक्षण में दरार का समय है; धुंध 2.5° से अधिक का बिखराव है।
  • MFI निर्दिष्ट भार व तापमान पर g/10 min है, आण्विक भार बढ़ने पर घटता है, और एकल कम-अपरूपण बिंदु है जो वितरण नहीं दिखा सकता।

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. एक अर्ध-क्रिस्टलीय बहुलक का उसी तापमान पर पहले से दस गुना अधिक क्रॉसहेड-गति पर तन्यता परीक्षण किया जाता है। सामान्य परिणाम है

    1. कम मापांक व पराभव प्रतिबल, तथा टूटने पर अधिक दीर्घन
    2. श्यान-प्रत्यास्थ अनुक्रिया के कारण अधिक मापांक व पराभव प्रतिबल, तथा टूटने पर कम दीर्घन
    3. अपरिवर्तित गुण, क्योंकि प्रतिबल केवल बल व क्षेत्रफल पर निर्भर है
    4. कम मापांक पर अधिक पराभव प्रतिबल, क्योंकि बहुलक तेज़ भारण पर नरम होते हैं
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — श्यान-प्रत्यास्थ अनुक्रिया के कारण अधिक मापांक व पराभव प्रतिबल, तथा टूटने पर कम दीर्घन

    बहुलक श्यान-प्रत्यास्थ हैं: उच्च विकृति-दर पर श्रृंखलाओं को पुनर्व्यवस्थित होने का कम समय मिलता है, इसलिए पदार्थ अधिक कठोर, सशक्त व कम दीर्घनशील व्यवहार करता है। कक्ष-तापमान पर धातुओं में दर-प्रभाव बहुत कम होता है, और तेज़ भारण बहुलकों को नरम नहीं करता।

  2. इज़ॉड आघात परीक्षण में नमूना होता है

    1. एक चकती जो निश्चित ऊँचाई से कठोर सतह पर गिराई जाती है
    2. दो आधारों पर रखी क्षैतिज धरन जिस पर खाँचे के विपरीत चोट की जाती है
    3. खाँचेदार छड़ जो ऊर्ध्वाधर कैंटिलीवर की तरह जकड़ी है और खाँचे के ऊपर चोट की जाती है
    4. बिना खाँचे का डम्बल जो धीरे-धीरे टूटने तक खींचा जाता है
    उत्तर देखें

    उत्तर: C — खाँचेदार छड़ जो ऊर्ध्वाधर कैंटिलीवर की तरह जकड़ी है और खाँचे के ऊपर चोट की जाती है

    इज़ॉड में खाँचेदार कैंटिलीवर पर खाँचे के ऊपर चोट की जाती है। खाँचे के विपरीत चोट वाली क्षैतिज धरन चार्पी है; धीमा खिंचाव तन्यता परीक्षण है; गिराई गई चकती गिरते-भार प्रकार का परीक्षण है।

  3. शोर A व शोर D ड्यूरोमीटर इस बात में भिन्न हैं कि

    1. Shore A नरम रबर के लिए छिन्नक-शंकु इंडेंटर प्रयोग करता है; Shore D कठोर प्लास्टिक के लिए नुकीला इंडेंटर प्रयोग करता है
    2. Shore A अपघर्षण-क्षय मापता है, Shore D विदारण सामर्थ्य मापता है
    3. Shore A केवल प्लास्टिक के लिए व Shore D केवल रबर के लिए है
    4. Shore A जूल में पढ़ता है और Shore D न्यूटन में
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — Shore A नरम रबर के लिए छिन्नक-शंकु इंडेंटर प्रयोग करता है; Shore D कठोर प्लास्टिक के लिए नुकीला इंडेंटर प्रयोग करता है

    दोनों 0 से 100 के पैमाने पर अंतःपरिक्षेपण-गहराई पढ़ते हैं; प्रकार A (कुंद इंडेंटर) नरम पदार्थों के लिए व प्रकार D (नुकीला) कठोर के लिए है। कोई भी अपघर्षण या विदारण नहीं मापता, और कोई जूल या न्यूटन में नहीं पढ़ता।

  4. एक बहुलक-फ़िल्म का परीक्षण-आवृत्ति पर क्षय-गुणांक tan δ = 0.40 है। उसका शक्ति-गुणांक (cos θ, θ वोल्टता व धारा के बीच कला-कोण) किसके निकटतम है?

    1. 0.37, क्योंकि शक्ति-गुणांक = sin δ = tan δ / √(1 + tan²δ)
    2. 0.92, क्योंकि शक्ति-गुणांक = cos δ
    3. 2.50, क्योंकि शक्ति-गुणांक = 1 / tan δ
    4. 0.40, क्योंकि शक्ति-गुणांक क्षय-गुणांक के बराबर होता है
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — 0.37, क्योंकि शक्ति-गुणांक = sin δ = tan δ / √(1 + tan²δ)

    शक्ति-गुणांक = cos θ = sin δ, और sin δ = tan δ / √(1 + tan²δ) = 0.40 / √1.16 = 0.371। दोनों गुणांक तभी बराबर हैं जब हानि छोटी हो (tan δ ≲ 0.1); 0.40 पर वे स्पष्ट भिन्न हैं। शक्ति-गुणांक 1 से अधिक नहीं हो सकता।

  5. 1.82 MPa पर बताया गया बहुलक का ऊष्मा-विक्षेपण तापमान प्रायः होता है

    1. उसी बहुलक के 0.455 MPa वाले मान से अधिक, क्योंकि भारी भार उसे कठोर बनाने में सहायक है
    2. भार से स्वतंत्र, क्योंकि यह मूलभूत पदार्थ-नियतांक है
    3. 0.455 MPa वाले मान से कम, क्योंकि अधिक प्रतिबल निर्धारित विक्षेप को कम तापमान पर उत्पन्न करता है
    4. सदैव DSC से मापे गए काँच-संक्रमण तापमान के बराबर
    उत्तर देखें

    उत्तर: C — 0.455 MPa वाले मान से कम, क्योंकि अधिक प्रतिबल निर्धारित विक्षेप को कम तापमान पर उत्पन्न करता है

    HDT प्रतिबल पर निर्भर सूचकांक-तापमान है: भार अधिक होने पर वही विक्षेप कम तापमान पर होता है। यह पदार्थ-नियतांक नहीं है और न ठीक-ठीक, न सामान्यतः Tg के बराबर है।

  6. 250 mm लंबी बहुलक-छड़ का रैखिक प्रसार-गुणांक 1.0 × 10⁻⁴ K⁻¹ है। 40 K गर्म करने पर और स्वतंत्र प्रसार की स्थिति में उसकी लंबाई लगभग कितनी बढ़ती है?

    1. 0.10 mm
    2. 1.0 mm
    3. 10 mm
    4. 0.25 mm
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — 1.0 mm

    ΔL = α L₀ ΔT = 1.0 × 10⁻⁴ × 250 mm × 40 = 1.0 mm। अन्य मान दशमलव खिसकने या एक गुणक छूटने से आते हैं।

  7. सीमित ऑक्सीजन सूचकांक के आधार पर कौन-सा बहुलक प्रज्वलन-स्रोत हटाने पर वायु में जलते रहने की सबसे कम संभावना रखता है?

    1. LOI 17% वाला बहुलक
    2. LOI 19% वाला बहुलक
    3. LOI 21% वाला बहुलक
    4. LOI 45% वाला बहुलक
    उत्तर देखें

    उत्तर: D — LOI 45% वाला बहुलक

    वायु में लगभग 21% ऑक्सीजन होती है; जिस बहुलक को जलने के लिए 45% ऑक्सीजन चाहिए वह वायु में ज्वाला नहीं बनाए रख सकता, जबकि 17% या 19% LOI वायु के ऑक्सीजन-स्तर से कम है, अतः वे आसानी से जलते हैं। 21% LOI सीमा पर है।

  8. दो पॉलिएथिलीन ग्रेडों का 190 °C व 2.16 kg पर परीक्षण होता है: ग्रेड X का MFI 0.4 g/10 min तथा ग्रेड Y का 22 g/10 min है। कौन-सा निष्कर्ष सर्वोत्तम समर्थित है?

    1. परीक्षण-प्रतिबल पर X की मेल्ट-श्यानता कम है, और वह बेहतर इंजेक्शन मोल्डिंग ग्रेड है
    2. X व Y का आण्विक भार समान होना चाहिए, केवल घनत्व भिन्न हैं
    3. Y का औसत आण्विक भार अधिक है, क्योंकि 10 min में अधिक बहुलक बाहर बहता है
    4. X का आण्विक भार व श्यानता अधिक है, और वह Y से अधिक ब्लो मोल्डिंग या फ़िल्म के उपयुक्त है
    उत्तर देखें

    उत्तर: D — X का आण्विक भार व श्यानता अधिक है, और वह Y से अधिक ब्लो मोल्डिंग या फ़िल्म के उपयुक्त है

    MFI श्यानता व आण्विक भार का व्युत्क्रमानुपाती है, इसलिए कम-MFI वाले X में लंबी श्रृंखलाएँ व अधिक श्यानता तथा मेल्ट-सामर्थ्य है (ब्लो मोल्डिंग, फ़िल्म), जबकि उच्च-MFI वाला Y इंजेक्शन मोल्डिंग के लिए आसानी से बहता है। केवल MFI से घनत्व या वितरण नहीं पता चलता।

  9. बहुलकों के यांत्रिक परीक्षणों के बारे में सभी सही कथन चुनिए।

    1. तन्यता परीक्षण में चिमड़ापन प्रतिबल-विकृति वक्र के नीचे का क्षेत्रफल है
    2. तीन-बिंदु आनमन-प्रतिबल σ = 3FL/(2bd²) है
    3. DMA संचय-मापांक, हानि-मापांक व tan δ बताता है
    4. रबर की प्रत्यास्थ प्रतिक्रिया आघात में सोखी गई ऊर्जा का प्रतिशत है
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — तन्यता परीक्षण में चिमड़ापन प्रतिबल-विकृति वक्र के नीचे का क्षेत्रफल है; B — तीन-बिंदु आनमन-प्रतिबल σ = 3FL/(2bd²) है; C — DMA संचय-मापांक, हानि-मापांक व tan δ बताता है

    चिमड़ापन, आनमन-प्रतिबल सूत्र और DMA के निर्गत सही हैं। प्रत्यास्थ प्रतिक्रिया रिबाउंड में लौटी ऊर्जा का प्रतिशत है, सोखी गई का नहीं।

  10. बहुलकों के वैद्युत परीक्षण के बारे में सभी सही कथन चुनिए।

    1. परावैद्युतांक बहुलक-सहित धारिता और निर्वात-धारिता का अनुपात है
    2. पृष्ठ-प्रतिरोधकता ओम (प्रति वर्ग) में व्यक्त होती है
    3. आयतन-प्रतिरोधकता R·A/t का मात्रक ओम-मीटर है
    4. उच्च-आवृत्ति रोधक के लिए उच्च क्षय-गुणांक वांछनीय है
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — परावैद्युतांक बहुलक-सहित धारिता और निर्वात-धारिता का अनुपात है; B — पृष्ठ-प्रतिरोधकता ओम (प्रति वर्ग) में व्यक्त होती है; C — आयतन-प्रतिरोधकता R·A/t का मात्रक ओम-मीटर है

    पहले तीन मानक परिभाषाएँ व मात्रक हैं। उच्च क्षय-गुणांक का अर्थ बड़ी ऊष्मा-हानि है, जो रोधक में अवांछनीय है।

  11. ऊष्मीय परीक्षणों के बारे में सभी सही कथन चुनिए।

    1. विकैट कोमलन तापमान वह है जहाँ 1 mm² सपाट सुई निर्दिष्ट भार में 1 mm धँसती है
    2. Tg को DSC में ऊष्मा-धारिता के सोपान से पाया जा सकता है
    3. मोल्ड संकुचन मोल्ड-विमा के सापेक्ष व्यक्त होता है
    4. अर्ध-क्रिस्टलीय बहुलक सामान्यतः अक्रिस्टलीय से कम सिकुड़ते हैं
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — विकैट कोमलन तापमान वह है जहाँ 1 mm² सपाट सुई निर्दिष्ट भार में 1 mm धँसती है; B — Tg को DSC में ऊष्मा-धारिता के सोपान से पाया जा सकता है; C — मोल्ड संकुचन मोल्ड-विमा के सापेक्ष व्यक्त होता है

    विकैट, DSC से Tg और संकुचन की परिभाषा सही हैं। क्रिस्टलन बहुलक का घनत्व बढ़ाता है, इसलिए अर्ध-क्रिस्टलीय ग्रेड प्रायः अधिक सिकुड़ते हैं।

  12. स्फीति, ESCR, धुंध व मेल्ट फ़्लो इंडेक्स के बारे में सभी सही कथन चुनिए।

    1. अधिक क्रॉसलिंक-घनत्व अच्छे विलायक में रबर की संतुलन स्फीति घटाता है
    2. धुंध संप्रेषित प्रकाश का वह प्रतिशत है जो किरण से 2.5° से अधिक बिखरता है
    3. MFI निर्दिष्ट भार व तापमान पर ग्राम प्रति 10 मिनट में व्यक्त होता है
    4. ESCR प्रायः कम आण्विक भार वाली पॉलिएथिलीन के लिए अधिक होता है
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — अधिक क्रॉसलिंक-घनत्व अच्छे विलायक में रबर की संतुलन स्फीति घटाता है; B — धुंध संप्रेषित प्रकाश का वह प्रतिशत है जो किरण से 2.5° से अधिक बिखरता है; C — MFI निर्दिष्ट भार व तापमान पर ग्राम प्रति 10 मिनट में व्यक्त होता है

    क्रॉसलिंक स्फीति सीमित करते हैं; धुंध व MFI उसी तरह परिभाषित हैं। ESCR अधिक आण्विक भार से सुधरता है, जो अधिक टाई-अणु देता है, कम से नहीं।

  13. 12 mm चौड़ी व 3 mm मोटी आयताकार बहुलक-छड़ 64 mm स्पैन पर तीन-बिंदु आनमन में 180 N केंद्रीय भार पर टूटती है। σ = 3FL/(2bd²) से टूटने पर आनमन-प्रतिबल ____ MPa (पूर्णांक) है।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 160

    σ = 3 × 180 × 64 / (2 × 12 × 3²) = 34 560 / 216 = 160 MPa (N व mm से MPa मिलता है)।

  14. 2.0 mm मोटी बहुलक-शीट प्रभावी क्षेत्रफल 30 cm² के इलेक्ट्रोडों के बीच 2.4 × 10¹³ Ω का आयतन-प्रतिरोध दिखाती है। ρ_v = R·A/t से आयतन-प्रतिरोधकता ____ × 10¹³ Ω·m (एक दशमलव स्थान) है।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 3.6

    ρ_v = 2.4 × 10¹³ Ω × 30 cm² / 0.20 cm = 3.6 × 10¹⁵ Ω·cm। 100 से भाग देने पर 3.6 × 10¹³ Ω·m। मात्रक-रूपांतरण भूलने पर 3.6 × 10¹⁵ आता।

  15. सीमित ऑक्सीजन सूचकांक परीक्षण में नमूना बस जलता रहता है जब गैस-प्रवाह 3.6 L/min ऑक्सीजन व 10.4 L/min नाइट्रोजन हों, दोनों समान तापमान व दाब पर। LOI ____ % (एक दशमलव स्थान) है।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 25.7

    LOI = 100 × 3.6 / (3.6 + 10.4) = 100 × 3.6 / 14.0 = 25.7%। O₂/N₂ अनुपात (34.6%) लेना भूल है। चूँकि LOI > 21%, लपट हटाने पर यह वायु में जलना नहीं चाहिए।

  16. निर्दिष्ट मानक शर्तों पर मेल्ट फ़्लो परीक्षण में हर 15 s पर लिए एक्सट्रूडेट-कटावों का औसत द्रव्यमान 0.27 g है। मेल्ट फ़्लो इंडेक्स ____ g/10 min (एक दशमलव स्थान) है।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 10.8

    MFI = द्रव्यमान × (600 s / कटाई-अंतराल) = 0.27 g × (600 / 15) = 0.27 × 40 = 10.8 g/10 min।