Filling behavior and process analysis of high-temperature-vulcanFilling behavior and process analysis of high-temperature-vulcanized silicone rubber insert injection molding for hybrid glass insulatorsized silicone rubber insert injection molding for hybrid glass insulators
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि हाइब्रिड ग्लास इंसुलेटर के लिए उच्च-तापमान-वल्कनाइज्ड सिलिकॉन रबर के इंसर्ट इंजेक्शन मोल्डिंग में, मोल्ड तापमान को अनुकूलित करना और श्रेणीबद्ध इंजेक्शन रणनीतियों को नियोजित करना, युग्मित थर्मो-फ्लो-क्योरिंग सिमुलेशन और प्रयोगात्मक परिणामों द्वारा सत्यापित, फिलिंग स्थिरता और आयामी एकरूपता में महत्वपूर्ण सुधार करता है।
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उच्च-वोल्टेज बिजली की लाइनें विशाल परिदृश्यों में फैली होती हैं, जो सैकड़ों मील तक बिजली ले जाती हैं। इस ऊर्जा को सुरक्षित रखने और इसे जमीन में कूदने या आउटेज का कारण बनने से रोकने के लिए, इंजीनियर इंसुलेटर (कुचालक) पर भरोसा करते हैं। कांच या पोर्सिलेन से बने पारंपरिक इंसुलेटर अविश्वसनीय रूप से मजबूत होते हैं, लेकिन जब हवा में प्रदूषण, बर्फ या नमी अधिक होती है, तो वे संघर्ष करते हैं, जिससे खतरनाक इलेक्ट्रिकल फ्लैश हो सकते हैं। इस समस्या को हल करने के लिए, आधुनिक इंजीनियर अक्सर एक हाइब्रिड डिज़ाइन का उपयोग करते हैं: मजबूती के लिए एक मजबूत कांच का कोर (केंद्र), जिसे सिलिकॉन रबर के सुरक्षात्मक कवच में लपेटा जाता है। यह रबर का कवच पानी को दूर रखता है और गंदगी का प्रतिरोध करता है, जिससे खराब मौसम में भी बिजली का प्रवाह बना रहता है। हालाँकि, इन हाइब्रिड पुर्जों का निर्माण एक नाजुक संतुलन है। इस प्रक्रिया में एक सांचे के भीतर कांच के कोर के चारों ओर गर्म, तरल सिलिकॉन रबर को इंजेक्ट करना शामिल है। यदि रबर बहुत धीरे बहता है, तो यह सख्त होने से पहले हर कोने तक नहीं पहुँच पाता, जिससे अंतराल रह जाते हैं। यदि यह बहुत तेज़ी से बहता है या सांचा बहुत गर्म है, तो रबर हिस्सा पूरा होने से पहले ही जल्दी सख्त होना शुरू कर सकता है, जिससे रास्ता अवरुद्ध हो जाता है। इस संतुलन को सही करना एक विश्वसनीय, सुरक्षित बिजली बुनियादी ढांचा बनाने के लिए आवश्यक है।
चीन में नानचांग विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने यह समझने का प्रयास किया कि विशेष रूप से एक बड़े पैमाने के घटक के लिए यह फिलिंग प्रक्रिया कैसे काम करती है: एक 160-किलोन्यूटन हाइब्रिड ग्लास इंसुलेटर। वे यह देखना चाहते थे कि सांचे का तापमान और इंजेक्शन की गति अंतिम उत्पाद को कैसे प्रभावित करती है। इसके लिए, उन्होंने केवल अनुमान नहीं लगाया; सबसे पहले उन्होंने कच्चे सिलिकॉन रबर के भौतिक गुणों को मापा। उन्होंने विभिन्न तापमानों और दबावों पर सामग्री कितनी गाढ़ी और चिपचिपी थी, इसका परीक्षण किया, और उन्होंने यह भी मापा कि गर्म करने पर यह ठीक कितनी तेजी से सख्त होने लगती है। इन वास्तविक दुनिया के मापों का उपयोग करके, उन्होंने एक विस्तृत कंप्यूटर सिमुलेशन बनाया जो रबर के प्रवाह, ऊष्मा के हस्तांतरण और रासायनिक कठोरण की प्रक्रिया को एक साथ दोहरा सकता था। इसके बाद, उन्होंने अपने कंप्यूटर मॉडल का परीक्षण वास्तविक प्रयोगों के माध्यम से किया, जिसमें उन्होंने अलग-अलग तापमान पर सांचों में रबर इंजेक्ट किया ताकि यह देखा जा सके कि वास्तविक दुनिया के परिणाम उनके डिजिटल अनुमानों से मेल खाते हैं या नहीं।
टीम ने पाया कि इस सामग्री के मामले में सहज ज्ञान भ्रामक हो सकता है। एक सामान्य धारणा यह हो सकती है कि सांचे को अधिक गर्म करने से रबर बेहतर तरीके से बहेगा, क्योंकि गर्मी आमतौर पर तरल पदार्थों को पतला करती है। हालाँकि, उनके प्रयोगों ने इसके विपरीत दिखाया। जब उन्होंने सांचे को 140 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया, तो रबर सुचारू रूप से बहा और पूरे कैविटी (रिक्त स्थान) को पूरी तरह से भर दिया। लेकिन जब उन्होंने तापमान बढ़ाकर 160 या 180 डिग्री सेल्सियस कर दिया, तो रबर कैविटी को भरने में विफल रहा, जिससे 'शॉर्ट शॉट्स' नामक खाली स्थान रह गए। इसका कारण प्रवाह और कठोरण के बीच की दौड़ में छिपा है। हालांकि उच्च गर्मी ने शुरुआत में रबर को पतला तो किया, लेकिन इसने कठोरण की प्रक्रिया को बहुत तेज़ कर दिया। जैसे ही रबर गर्म सांचे में रहा, वह कैविटी के दूर कोनों तक पहुँचने से पहले ही सख्त और गाढ़ा होने लगा। कंप्यूटर सिमुलेशन, जो रबर के अग्र भाग की गति को ट्रैक करता था, ने भौतिक प्रयोगों के साथ उच्च सटीकता से मिलान किया, और सटीक स्थानों की भविष्यवाणी की जहाँ रबर का प्रवाह रुक गया। इसने पुष्टि की कि इस विशिष्ट सामग्री और आकार के लिए, एक ठंडा सांचा वास्तव में रबर को सेट होने से पहले अधिक दूरी तक जाने की अनुमति देता है।
तापमान के अलावा, शोधकर्ताओं ने यह भी जांचा कि इंजेक्शन की गति रबर की अंतिम परत के आकार को कैसे प्रभावित करती है। उन्होंने एक मानक विधि की तुलना की, जहाँ रबर को निरंतर गति से अंदर धकेला जाता है, बनाम एक "ग्रेडेड" (क्रमबद्ध) दृष्टिकोण, जहाँ इंजेक्शन की गति तेज शुरू होती है और फिर चरणों में धीमी हो जाती है। निरंतर-गति वाली विधि ने सांचे के अंदर उच्च दबाव पैदा किया और रबर की बहुत असमान कोटिंग बनाई; इंसुलेटर के एक तरफ रबर लगभग नौ मिलीमीटर मोटा था, जबकि दूसरी तरफ यह केवल लगभग तीन मिलीमीटर था। यह असमानता इसलिए होती है क्योंकि निरंतर दबाव रबर को सख्त होते समय असमान रूप से संकुचित होने के लिए मजबूर करता है। जब टीम ने ग्रेडेड इंजेक्शन का उपयोग किया, यानी सांचा भरने के साथ प्रवाह की गति कम की, तो दबाव काफी कम हो गया। परिणाम स्वरूप, रबर की एक बहुत अधिक समान परत प्राप्त हुई, जिसमें दोनों तरफ की मोटाई का अंतर लगभग 77 प्रतिशत तक कम हो गया। ग्रेडेड विधि ने मशीन द्वारा लगाए जाने वाले अधिकतम दबाव को लगभग 8.5 प्रतिशत कम किया और सांचे को बंद रखने के लिए आवश्यक बल को लगभग 16 प्रतिशत कम कर दिया।
ये निष्कर्ष इन महत्वपूर्ण बिजली घटकों के निर्माण के लिए एक स्पष्ट मार्ग प्रदान करते हैं। यह अध्ययन दर्शाता है कि जटिल सांचों को भरने के लिए केवल गर्मी बढ़ाना समाधान नहीं है; इसके बजाय, कठोरण प्रतिक्रिया को धीमा करने के लिए तापमान को नियंत्रित करना महत्वपूर्ण है। इसके अलावा, सांचा भरने के साथ इंजेक्शन की गति को धीमा करने से रबर अधिक समान रूप से जम जाता है, जिससे मशीनरी पर तनाव कम होता है और एक सुसंगत सुरक्षात्मक परत सुनिश्चित होती है। सटीक सामग्री माप को कंप्यूटर मॉडलिंग और वास्तविक दुनिया के परीक्षणों के साथ जोड़कर, शोधकर्ताओं ने इंजीनियरों के लिए एक विश्वसनीय मार्गदर्शिका प्रदान की। उन्होंने दिखाया कि गर्मी और प्रवाह दर का सावधानीपूर्वक प्रबंधन करके, ऐसे हाइब्रिड इंसुलेटर बनाना संभव है जो पूरी तरह से भरे हुए, संरचनात्मक रूप से मजबूत और समान रूप से लेपित हों, जिससे बिजली ग्रिड तत्वों के विरुद्ध लचीला बना रहे।
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